TWI694903B - 應用動力機構之手持工具 - Google Patents

Abstract

一種應用動力機構之手持工具，其中，該動力機構包括馬達、蝸桿、 行星齒輪組以及控制板。該蝸桿由該馬達帶動旋轉，該行星齒輪組與該蝸桿嚙合，以及該控制板用以控制該馬達的開關或運轉狀態。

Description

應用動力機構之手持工具

一種應用動力機構之手持工具，更詳而言之，係一種以馬達作為主要動力來源的動力機構及應用該動力機構之手持工具。

一般而言，目前市場上的手持工具多是由有刷馬達直接驅動傳動軸及工具件(如磨盤、鑽頭等等)，然而這樣的配置對於電力的轉換效率而言很差，舉例來說，使用有刷馬達直驅的電力轉換效率約略只有40%。除此之外，習知技術的手持工具在轉速控制上並不穩定，所能提供的扭力也很低。

因此，如何能提供一種具有高電力轉換效率，並能提供穩定轉速及高扭力的動力機構及應用該動力機構之手持工具，遂成為業界亟待解決的課題。

為解決前述習知技術的種種問題，本發明之一目的，即在於提供一種具有高電力轉換效率，並能提供穩定轉速及高扭力的動力機構及應用該動力機構之手持工具。

為了達到前述目的，本發明之動力機構應用於一手持工具中，動力機構包括馬達、蝸桿、行星齒輪組以及控制板。蝸桿由馬達帶動旋轉；行星齒輪組與蝸桿嚙合；以及控制板用以控制馬達的開關或運轉狀態。

於一實施例中，馬達為無刷直流馬達。

於一實施例中，控制板具有磁場定向控制功能。

於一實施例中，行星齒輪組包括蝸輪、太陽齒輪、複數個外齒輪、外齒圈以及齒輪架，其中，太陽齒輪與蝸輪為同軸設置，蝸輪與蝸桿嚙合，且其中，太陽齒輪與複數個外齒輪是通過組裝在齒輪架上以相嚙合，齒輪架用以連接一外部之傳動軸。

於一實施例中，控制板還包括溫度感測模組，用以感測手持工具內部之溫度。

於一實施例中，當溫度感測模組所感測到的溫度大於一溫度預設數值時，控制板發出第一訊號令馬達降低轉速或停止運轉。

於一實施例中，控制板還包括壓力感測模組，用以感測手持工具所承受之壓力。

於一實施例中，當壓力感測模組所感測到的壓力大於一第一壓力預設數值時，控制板發出第二訊號令馬達降低轉速或停止運轉。

於一實施例中，當壓力感測模組所感測到的壓力大於一第二壓力預設數值時，控制板發出第三訊號令馬達反覆進行停止運轉及啟動運轉。

於一實施例中，控制板還包括轉速偵測模組，轉速偵測模組用以迴授控制馬達達到預設轉速以及判別馬達的運轉狀態。

於一實施例中，動力機構還包括內殼體，且蝸桿以及行星齒輪組設置在內殼體內部。

本發明還提供一種手持工具，包括外殼體、上述實施例之一所述的動力機構、控制介面、傳動軸、工具件以及電源模組。動力機構設置在外殼體內；控制介面與動力機構的控制板電性連接，用以輸入控制訊號；傳動軸與動力機構連動；工具件與傳動軸連動；以及電源模組用以供應動力機構運作所需之電源。

相較於習知技術，本發明之動力機構包括馬達、蝸桿、行星齒輪組以及控制板，由馬達提供動力，蝸桿具有轉換動力方向、減速等功能，行星齒輪組則同樣具有減速功能以及優秀的傳動效率，因為蝸桿以及行星齒輪組的特性，本發明之動力機構具有高電力轉換效率以及在低速輸出下具有高扭力，並藉由控制板控制馬達的運轉狀態以提供適應各種狀態的轉速，還可進一步使用無刷直流馬達以及具磁場定向控制功能的控制板，再度提高扭力、電力轉換效率以及更加穩定的轉速。除此之外，本發明之動力機構的控制板還可附加溫度感測模組或壓力感測模組，降低異常狀態的風險。應用本發明之動力機構的手持工具也同樣具有上述優點，充分解決了習知技術中所具有的缺點。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

請參閱圖1，圖1係為本發明第一實施例之手持工具的外觀示意圖。本發明之動力機構應用於如圖1所示之手持工具1中，進一步而言，是以馬達作為主要動力來源並且便於以手持使用的手持工具1。

一般來說，手持工具常應用在清潔、研磨以及打蠟等等的用途上，以清潔為例，手持工具的工具件(如刷子)會接觸物體並產生磨擦，因此手持工具的動力機構必須提供足夠的扭力才能具有清潔功效，這點對於使用在其他用途的手持工具也相同。

請參閱圖2，圖2係為本發明第二實施例之動力機構的爆炸示意圖。如圖所示，本發明之動力機構包括馬達10、蝸桿11、行星齒輪組12以及控制板13。馬達10提供動力，蝸桿11由馬達10帶動旋轉，行星齒輪組12與蝸桿11嚙合，以及控制板13用以控制馬達10的開關或運轉狀態。

蝸桿11可以轉換動力方向，相較於習知的手持工具使用馬達直驅的配置，本發明之手持工具可將馬達10安裝在不同方向，將整體重心調整為較適合手持使用。此外，相較於使用齒輪配合齒輪的方式減速，以蝸桿11配合齒輪減速的方式較為節省體積。

行星齒輪組12同樣具有減速功能，可進一步降低輸出的轉速，並且具有優秀的傳動效率，因為蝸桿11以及行星齒輪組12的特性，本發明之動力機構具有高電力轉換效率以及在低速輸出下具有高扭力。

控制板13為具有控制功能的電路板，控制板13可控制馬達10的開關或運轉狀態，包括控制馬達10的轉速，習知技術無控制板的設計只能讓馬達依照一預設轉速運轉，但本發明之動力機構可藉由控制板13控制馬達10的運轉狀態以提供適應各種狀態的轉速。舉例來說，可具有緩啟動設計，在馬達10開機時逐漸上升轉速而非猛烈加速，或是設定多組預設轉速。

進一步舉例來說，控制板13還可令馬達10降速或停止讓工具件得到更大的磨擦力，當手持工具用在清潔或研磨時，有時需要更大的磨擦力以處理特殊狀況，而當工具件由低速或停止開始運行時能獲得比持續高速運轉還要大的磨擦力，因此藉由控制板13控制馬達10反覆進行降速、停止及啟動能讓手持工具獲得更好的清潔或研磨能力。

於一實施例中，馬達10可為無刷直流馬達(BLDC)。無刷直流馬達在同體積下扭力比習知技術所使用的有刷馬達高，無刷直流馬達是以反電動勢(由於轉子運動，電壓被導入定子繞組)梯形形狀的方式，來偵測轉子上的位移，用來創造低扭矩波動的旋轉磁場。

於一實施例中，控制板13可具有磁場定向控制功能(FOC，Field-Oriented Control)。磁場定向控制功能可精準控制磁場大小與方向，使馬達10轉距平穩、噪音小及效率高，並具有高速的動態響應。

於一實施例中，行星齒輪組12可包括蝸輪120a、太陽齒輪120b、複數個外齒輪121a、121b、121c、121d、外齒圈122以及齒輪架123，其中，太陽齒輪120b與蝸輪120a為同軸設置，蝸輪120a與蝸桿11嚙合，太陽齒輪120b與複數個外齒輪121a、121b、121c、121d是通過組裝在齒輪架123上以相嚙合，以及齒輪架123用以連接一外部之傳動軸(容後再述)。進一步來說，運轉時蝸輪120a及太陽齒輪120b作為動力輸入端，外齒圈122固定，以及齒輪架123作為動力輸出端，具有降低轉速的效果。需說明的是，在此實施例中外齒輪121a、121b、121c、121d的數量為四個，但不以此為限，在其它的實施例中也可具有不同數量的外齒輪。

請參閱圖3，圖3係為本發明第三實施例之控制板的功能方塊圖。於一實施例中，控制板13還可包括溫度感測模組130，用以感測該手持工具內部之溫度。

於一實施例中，當溫度感測模組130所感測到的溫度大於一溫度預設數值時，控制板13發出第一訊號令馬達10降低轉速或停止運轉。當手持工具不正常操作時內部溫度會上升，可藉由溫度感測模組130感測溫度並在元件受到損害之前，令馬達10降低轉速或停止運轉。

於一實施例中，控制板13還可包括壓力感測模組131，用以感測該手持工具所承受之壓力。詳細來說，當使用手持工具時會將工具件按壓在其他物體上，為了達到良好的清潔、研磨等效果，使用者也會施加一定的壓力。然而當手持工具所承受之壓力過大時，有可能損害手持工具的元件。

於一實施例中，當壓力感測模組131所感測到的壓力大於一第一壓力預設數值時，控制板13發出第二訊號令馬達10降低轉速或停止運轉。為了避免手持工具所承受之壓力過大，可藉由壓力感測模組131感測壓力並在元件受到損害之前，令馬達10降低轉速或停止運轉。

於一實施例中，當壓力感測模組131所感測到的壓力大於一第二壓力預設數值時，控制板13發出第三訊號令馬達10反覆進行停止運轉及啟動運轉。如前所述，當工具件由低速或停止開始運行時能獲得比持續高速運轉還要大的磨擦力，因此藉由控制板13控制馬達10反覆進行降速、停止及啟動能讓手持工具獲得更好的清潔或研磨能力，並利用設定第二壓力預設數值的方式，讓使用者以對手持工具施加壓力的方式觸發此項功能。

於另一實施例中，控制板13還具有轉速補償功能，隨時測量手持工具轉速，並進行補償。換言之，當壓力小於前述第一壓力或第二壓力預設數值時，甚或手持工具處於空轉狀態時，控制板13依舊會持續測量並補償其轉速。

於又一實施例中，控制板13還可包括轉速偵測模組132，轉速偵測模組132用以迴授控制馬達10達到設定轉速 以及判別馬達10的運轉狀態。 當使用者啟動具有本動力機構的手持工具時，轉速偵測模組132會依設定輸出一轉速設定訊號以偵測馬達10轉速，並且得到一迴授訊號。當該迴授訊號並非是轉速偵測模組132所預設的迴授訊號，則判定目前轉速變慢。此時，控制板13會控制馬達10進行加速，並且轉速偵測模組132會持續擷取即時的迴授訊號，直到順利擷取到預設的迴授訊號，才停止加速。當擷取到預設的迴授訊號時，轉速偵測模組132判定馬達10已達到預設轉速。此外，當轉速偵測模組132所輸出的轉速設定訊號與所擷取的迴授訊號相差過大時，會判定馬達10已鎖死。

請參閱圖2，於一實施例中，動力機構還可包括內殼體14a、14b，且蝸桿11以及行星齒輪組12設置在內殼體14a、14b內部。內殼體14a、14b可保護、隔離或幫助固定蝸桿11以及行星齒輪組12等元件。在此實施例中，內殼體14a、14b是由兩個元件組合形成且內殼體14a還與外齒圈122結合，但不以此為限，在另外的實施例中，內殼體還可以有另外的形成方式或與另外的元件結合。

請參閱圖4，圖4係為本發明第四實施例之手持工具的爆炸示意圖。本發明還提供一種手持工具，包括外殼體40a、40b、上述實施例之一所述的動力機構41、控制介面42a、42b、傳動軸43、工具件44以及電源模組45。

於一實施例中，動力機構41設置在外殼體40a、40b內。在此實施例中，外殼體40a、40b是由兩個元件組合形成，但不以此為限，動力機構41設置在由外殼體40a、40b組合而形成的容置空間內，並可由其他固定件結合動力機構41及外殼體40a、40b。

於一實施例中，控制介面42a、42b與動力機構41的控制板13電性連接，用以輸入控制訊號。舉例來說，控制介面42a可為轉盤並用以輸入轉速的控制訊號，以及控制介面42b可為按鍵並用以輸入開關的控制訊號，但不以此為限。控制介面42a、42b與控制板13之間可透過電線來電性連接。

於一實施例中，傳動軸43與動力機構41連動，以及工具件44與傳動軸43連動。傳動軸43用於將動力機構41提供的動力傳送至工具件44以令工具件44旋轉。在此實施例中，傳動軸43是與動力機構41的齒輪架123直接連接，但不以此為限，在另外的實施例中，傳動軸43可與齒輪架123間接連接或是使用其他方式與動力機構41連動。

於一實施例中，工具件44可以是刷子或磨盤，但不以此為限，可根據用途來更換。

於一實施例中，電源模組45用以供應動力機構41運作所需之電源。舉例來說，電源模組45可以是充電電池或是用以與外部電源連接的電源線，但不以此為限。

綜上所述，本發明之動力機構包括馬達、蝸桿、行星齒輪組以及控制板，由馬達提供動力，蝸桿具有轉換動力方向、減速等功能，行星齒輪組則同樣具有減速功能以及優秀的傳動效率，因為蝸桿以及行星齒輪組的特性，本發明之動力機構具有高電力轉換效率以及在低速輸出下具有高扭力，並藉由控制板控制馬達的運轉狀態以提供適應各種狀態的轉速，還可進一步使用無刷直流馬達以及具磁場定向控制功能的控制板，再度提高扭力、電力轉換效率以及更加穩定的轉速。除此之外，本發明之動力機構的控制板還可附加溫度感測模組或壓力感測模組，降低異常狀態的風險。應用本發明之動力機構的手持工具也同樣具有上述優點，充分解決了習知技術中所具有的缺點。

上述實施方式僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1:手持工具

10:馬達

11:蝸桿

12:行星齒輪組

120a:蝸輪

120b:太陽齒輪

121a、121b、121c、121d:外齒輪

122:外齒圈

123:齒輪架

13:控制板

130:溫度感測模組

131:壓力感測模組

132:轉速偵測模組

14a、14b:內殼體

40a、40b:外殼體

41             動力機構 42 a、42b 控制介面 43             傳動軸 44             工具件 45             電源模組

圖1係為本發明第一實施例之手持工具的外觀示意圖。

圖2係為本發明第二實施例之動力機構的爆炸示意圖。

圖3係為本發明第三實施例之控制板的功能方塊圖。

圖4係為本發明第四實施例之手持工具的爆炸示意圖。

10:馬達

11:蝸桿

12:行星齒輪組

120a:蝸輪

120b:太陽齒輪

121a、121b、121c、121d:外齒輪

122:外齒圈

123:齒輪架

13:控制板

130:溫度感測模組

131:壓力感測模組

14a、14b:內殼體

Claims (11)

1. 一種手持工具，包括：外殼體；動力機構，該動力機構係包括：馬達；蝸桿，由該馬達帶動旋轉；行星齒輪組，與該蝸桿嚙合；以及控制板，用以控制該馬達的開關或運轉狀態；控制介面，與該動力機構的控制板電性連接，用以輸入控制訊號；傳動軸，與該動力機構連動；工具件，與該傳動軸連動；以及電源模組，用以供應該動力機構運作所需之電源。
2. 如申請專利範圍第1項所述的手持工具，其中，該馬達為無刷直流馬達。
3. 如申請專利範圍第2項所述的手持工具，其中，該控制板具有磁場定向控制功能。
4. 如申請專利範圍第1項所述的手持工具，其中，該行星齒輪組包括蝸輪、太陽齒輪、複數個外齒輪、外齒圈以及齒輪架，其中，該太陽齒輪與該蝸輪為同軸設置，該蝸輪與該蝸桿嚙合，且其中，該太陽齒輪與該複數個外齒輪是通過組裝在該齒輪架上以相嚙合，該齒輪架用以連接一外部之傳動軸。
5. 如申請專利範圍第1項所述的手持工具，其中，該控制板還包括溫度感測模組，用以感測該手持工具內部之溫度。
6. 如申請專利範圍第5項所述的手持工具，其中，當該溫度感測模組所感測到的溫度大於一溫度預設數值時，該控制板發出第一訊號令該馬達降低轉速或停止運轉。
7. 如申請專利範圍第1項所述的手持工具，其中，該控制板還包括壓力感測模組，用以感測該手持工具所承受之壓力。
8. 如申請專利範圍第7項所述的手持工具，其中，當該壓力感測模組所感測到的壓力大於一第一壓力預設數值時，該控制板發出第二訊號令該馬達降低轉速或停止運轉。
9. 如申請專利範圍第7項所述的手持工具，其中，當該壓力感測模組所感測到的壓力大於一第二壓力預設數值時，該控制板發出第三訊號令該馬達反覆進行停止運轉及啟動運轉。
10. 如申請專利範圍第1項所述的手持工具，其中，該控制板還包括轉速偵測模組，該轉速偵測模組用以迴授控制該馬達達到預設轉速以及判別該馬達的運轉狀態。
11. 如申請專利範圍第1項所述的手持工具，還包括內殼體，且該蝸桿以及該行星齒輪組設置在該內殼體內部。

Images