TW201934278A - 電動工具以及電動工具的控制電路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明之課題為防止肇因於電動馬達所產生的反電動勢而導致在資訊記憶手段所保存的設定資料等資料損壞。
解決手段為：該電動起子具備：電動馬達；霍爾感測器，其檢出電動馬達的旋轉然後傳送旋轉檢出訊號；及記憶體，其保存與電動馬達的控制相關的設定資料。對電動起子的控制電路施加電壓而使控制電路啟動的話(S100)，當由霍爾感測器檢出電動馬達的旋轉並且電動馬達正在旋轉時，不對記憶體存取(S104)。電動馬達停止的時間為規定的基準時間(100ms)以上的話，允許對記憶體存取(S106、S108)。

Description

電動工具以及電動工具的控制電路及控制方法

本發明係關於具備電動馬達的電動工具之用的控制電路、及電動工具的控制方法。

例如，專利文獻1揭示由電動馬達使起子鑽頭旋轉驅動而進行螺絲鎖定作業的電動起子。在這種電動起子，通常，配合螺絲的種類或螺絲被鎖緊的構件，使用者可變更鎖緊扭力或鎖緊時間等設定。因此，在電動起子設置預先記錄設定資料之用的資訊記憶手段。這個資訊記憶手段在大多數的情況下由可讀取及寫入的半導體記憶體所構成。將電動起子連接到外部電源而對電動起子的控制電路施加電壓的話，控制電路會自動啟動，而基於電動起子的初始化及設定資料來設定電動起子的控制條件。這種初始設定完成的話，即成為可依照使用者的操作而執行螺絲鎖定作業的狀態。

在具備如上述電動起子般的電動馬達之電動工具，即使該電動工具未連接到外部電源，但藉由外力使電動馬達旋轉的話，則會產生反電動勢，而對控制電路施加電壓。藉此，施加龐大的電壓到控制電路使控制電路啟動的話，有時控制電路會啟動而可設定電動工具的初始化或控制條件。由於電動馬達的反電動勢不穩定並且為暫時產生，故藉由反電動勢無法對控制電路穩定供給電力。因此，在通常的情況下，即使控制電路暫時啟動也會立即停止。因此，藉由反電動勢使控制電路啟動的話，則有時在存取記錄設定資料的記憶體等資訊記憶手段的途中，控制電路會停止。以這種方式，在存取記憶體的途中，控制電路突然停止的話，則有在資訊記憶手段所保存的設定資料等資料損壞之虞。

為了防止資料損壞，而在電動馬達與控制電路之間配置二極體，使伴隨電動馬達的反電動勢之電流不流到控制電路，控制電路不會由於反電動勢而啟動。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2017/170648號

[發明所欲解決之課題]

例如，在上述電動起子，由於螺絲的鎖緊扭力大致正比於流到電動馬達的電流之大小，故增加鎖定扭力的話，則大電流會流到電動馬達。使反電動勢不被施加到控制電路之用的二極體必須為可承受這種大電流的大容量二極體，但由於這種二極體不易取得，或者可取得但尺寸過大，導致必須增大電動起子本身。

於是，本發明之目的在於提供電動工具之用的控制電路，不必額外利用二極體等電流控制電路元件，即可防止由於電動馬達所產生的反電動勢而使在資訊記憶手段所保存的資料損壞。又，本發明之目的在於提供具備該種控制電路的電動工具、及可防止資料損壞的電動工具之控制方法。

[用於解決課題之手段]

也就是說，本發明提供一種控制電路，其為電動工具用的控制電路，具備：電動馬達；旋轉檢出手段，其檢出該電動馬達的旋轉然後傳送旋轉檢出訊號；及資訊記憶手段，其保存與該電動馬達的控制相關的設定資料，
對該控制電路施加電壓時，基於該旋轉檢出訊號而判斷該電動馬達是否旋轉，該電動馬達正在旋轉時，不對該資訊記憶手段存取。

在該控制電路，對控制電路施加電壓時，當電動馬達正在旋轉的情況下，無法存取資訊記憶手段。在對控制電路施加電壓的時點，當電動馬達正在旋轉時，電動馬達藉由外力旋轉而使反電動勢產生，藉由該反電動勢對控制電路施加電壓而使該控制電路啟動的可能性偏高。在該控制電路，當藉由反電動勢使控制電路啟動的可能性偏高時，不存取資訊記憶手段。藉此，可防止由於電動馬達的反電動勢導致控制電路暫時啟動然後在控制電路存取資訊記憶手段的途中控制電路停止，而導致在資訊記憶手段所保存的設定資料等資料損壞。

較佳為，判斷該電動馬達的旋轉停止的時間為規定的基準時間以上時，允許對該資訊記憶手段存取。

藉由這樣設定，可更確實檢出電動馬達的旋轉已停止的狀態，並且僅在更安全的狀態才存取資訊記憶手段。作為旋轉檢出手段，考慮霍爾感測器或編碼器等各種元件，其中包含僅在電動馬達的旋轉軸通過規定的旋轉位置時才發出訊號者。在利用這種手段的情況，表示電動馬達的旋轉之訊號僅以脈衝形式傳送，因此，即使電動馬達正在旋轉，也會產生控制電路不接受該訊號的時間。若依照上述的構成，則即使在這種情況，也可更正確判斷電動馬達的旋轉停止，並且更確實防止即使電動馬達正在旋轉卻誤判為電動馬達已停止而存取資訊記憶手段的情況。

較佳為，可在該停止時間為該基準時間以上時，對該資訊記憶手段存取然後讀取該設定資料，再基於該讀取的設定資料，而設定該電動工具的控制條件。

又，一旦允許對該資訊記憶手段存取的話，之後不論該電動馬達是否旋轉，皆可維持對該資訊記憶手段允許存取的狀態。

具體而言，該資訊記憶手段可為可讀取及可寫入的記憶體。

本發明還提供一種電動工具，其具備：
電動馬達；
旋轉檢出手段，其檢出該電動馬達的旋轉然後傳送旋轉檢出訊號；
資訊記憶手段，其保存與該電動馬達的控制相關的設定資料；及
上述任一控制電路。

本發明還提供一種電動工具的控制方法，該電動工具具備：電動馬達；旋轉檢出手段，其檢出該電動馬達的旋轉然後傳送旋轉檢出訊號；資訊記憶手段，其保存與該電動馬達的控制相關的設定資料；及控制電路，
該控制方法包含：
對該控制電路施加電壓時，由該旋轉檢出手段檢出該電動馬達的旋轉之步驟；及
該電動馬達正在旋轉時，不對該資訊記憶手段存取的步驟。

該方法還可包含以下步驟：
計算該電動馬達的旋轉停止的時間之步驟；
該停止時間為該基準時間以上時，對該資訊記憶手段存取然後讀取該設定資料的步驟；
基於該讀取的設定資料而設定該電動工具的控制條件之步驟；及
在該設定的步驟之後，不論該電動馬達是否旋轉，皆設成允許對該資訊記憶手段存取的狀態之步驟。

以下，基於附加圖示說明本發明的電動工具之實施形態。

本發明的第1實施形態之電動起子(電動工具)100係如圖1及圖2所示具備：工具殼體110；電動馬達112，其被內建在工具殼體110；及鑽頭保持器114，其由電動馬達112旋轉驅動。配合作為對象的螺絲而適當選擇的起子鑽頭116以可拆卸的方式被安裝在鑽頭保持器114。在工具殼體110設置：輸入介面122，其具有顯示部118及輸入按鈕120；及電源線124，其用於將該電動起子100連接到外部電源123。在工具殼體110內還設置：馬達驅動電路126，其用於控制電動馬達112的驅動；控制電路128，其用於控制該電動起子100全體；霍爾感測器130，其檢出電動馬達112的轉子之旋轉位置；及設定資料被保存之可讀取及可寫入的不揮發性半導體記憶體(資訊記憶手段)132。進一步，雖然在圖中未顯示，但具有在製造階段預先儲存控制程式的程式用記憶體或控制電路128執行控制程式時所利用的資料記憶體及暫存器記憶體。程式用記憶體除了程式更新等特別的狀況，皆作為讀取專用的記憶體使用，基本上不會因使用者而寫入資料或者刪除資料。資料記憶體及暫存器記憶體僅在控制程式的執行中使用，並且為在電源停止的同時刪除內部資料的揮發性記憶體。

其中，「設定資料」係指主要執行與電動馬達112的控制相關的設定之用的資料，例如，該資料為設定螺絲鎖定作業期間的設定扭力、電動馬達112的旋轉時間、執行鎖定的螺絲之個數、判斷螺絲鎖定作業已正常完成時的合格基準等之用的資料。設定資料係可藉由操作輸入介面122或者由電腦等外部裝置傳送資料，而由使用者任意變更。經變更的設定資料被寫入到記憶體132予以保存。

霍爾感測器130被固定在電動馬達112的定子側，藉由檢出由設定在轉子的磁鐵所產生的磁場，而檢出轉子的旋轉位置。基於由霍爾感測器130所檢出的轉子之旋轉位置而控制對定子的各線圈之通電時間點，藉此使轉子順暢旋轉。又，在該電動起子100，控制電路128接受從霍爾感測器130傳送的輸出訊號，然後基於該輸出訊號而判斷電動馬達112是否旋轉。也就是說，霍爾感測器130發揮檢出電動馬達112的旋轉之用的旋轉檢出手段之功能。控制電路128在輸出訊號(旋轉檢出訊號)不變化的情況，判斷電動馬達112的旋轉已停止，在輸出訊號產生變化的情況，判斷電動馬達112正在旋轉。

作為檢出電動馬達112的旋轉之用的旋轉檢出手段，可使用霍爾感測器130以外的任意感測器。例如圖3表示對連結到電動馬達112的各線圈之各配線134連接電阻元件136的實施形態。在該實施形態，藉由檢出各電阻元件136的電壓變化，而檢測流經配線134的電流。電流流經配線134時，視為基於控制程式對電動馬達112供給電力而使電動馬達112旋轉驅動時，或者藉由外力使電動馬達112旋轉而使反電動勢產生時之任一者。總而言之，在配線134產生電流的狀態下電動馬達112正在旋轉的可能性偏高。因此，可藉由檢出各電阻元件136之間的電壓變化，而檢出電動馬達112是否旋轉。尚且，在圖示之例中，電動馬達112為三相馬達，但也可為單相馬達。或者，可對電動馬達112的旋轉軸、或者對從該旋轉軸到起子鑽頭116為止傳達動力之用的旋轉機構配置扭力感測器，當扭力感測器檢出扭力變化時，判斷電動馬達112正在旋轉。進一步，也可藉由編碼器而執行旋轉檢出。本發明的旋轉檢出手段可如上述利用各種感測器，只要在不脫離本發明的目的之範圍內，即可採用基於其他任何檢出原理的手段。

關於該電動起子100啟動時的動作(控制方法)，參考圖4說明如下。對控制電路128施加電壓的話，則控制電路128會啟動而使初始設定執行。具體而言，控制電路128啟動的話(S100)，則首先執行初始化(S102)。在此初始化係指例如設成從程式用記憶體讀取控制程式，或者將必要的資料儲存到資料記憶體或暫存器記憶體，而可執行控制程式的狀態之動作。然後，基於從霍爾感測器130傳送的旋轉檢出訊號，而判斷電動馬達112是否旋轉(S104)。具體而言，若旋轉檢出訊號無變化，則判斷電動馬達112已停止，若變化，則判斷電動馬達112正在旋轉。電動馬達112正在旋轉時，則待機至電動馬達112停止為止。電動馬達112已停止時，則計算電動馬達112已停止的時間(S106)，待機至停止時間達到規定的基準時間(在本實施形態為100ms)為止。停止時間為基準時間以上的話，則對記憶體132開始存取，執行設定資料的讀取(S108)，基於已讀取的設定資料而設定該電動起子100的控制條件(S110)。尚且，此時，對記憶體132寫入表示啟動次數的資料。該設定正常完成的話(S112)，則一連串的初始設定完成而成為可執行基於使用者的操作所進行的螺絲鎖定作業之狀態(S114)。

在該電動起子100，如上述對控制電路128施加電壓的話，則初始設定會被自動執行。對控制電路128施加電壓的時機，通常是該電動起子100被連接到外部電源123，從外部電源123供給電力時。此時，通常電動馬達112尚未旋轉，故依照圖4的流程圖對記憶體132允許存取而執行基於設定資料的設定。另外，即使在未將該電動起子100連接到外部電源123的狀況，以手動等方式將起子鑽頭116旋轉，藉由外力使電動馬達112旋轉的話，則成為電動馬達112產生反電動勢，電流從電動馬達112流到控制電路128而對控制電路128施加電壓的狀態。此時，若對控制電路128施加啟動所需的電壓大小，則控制電路128會啟動。由於電動馬達112的反電動勢通常僅產生數秒或更短的時間，故即使控制電路128啟動也會立即停止。因此，在由於反電動勢使控制電路128暫時啟動的途中，對記憶體132存取的話，則在存取中，電力供給停止使得控制電路128停止的可能性比較高。對記憶體132存取的途中，特別是對記憶體132寫入資料的途中，控制電路128停止的話，有在記憶體132內所記憶的設定資料等資料損壞之虞。在該電動起子100，如上述，由霍爾感測器130監視電動馬達112的旋轉，當電動馬達112正在旋轉時，待機至該旋轉停止為止。因此，藉由伴隨電動馬達112的旋轉而生之反電動勢，使控制電路128啟動時，無法存取記憶體132。也就是說，在該電動起子100，僅在從外部電源123穩定供給電力時，可存取記憶體132，故在控制電路128存取記憶體132的途中，藉由控制電路128停止，可減低記憶體132內的設定資料損壞的可能性。尚且，程式用記憶體、資料記憶體、及暫存器記憶體在初始化工程(S102)中由反電動勢啟動時，也會被存取，但程式用記憶體為讀取專用，資料的寫入在啟動時不會執行，故由於控制電路128停止而導致資料損壞的可能性偏低，並且由於資料記憶體及暫存器記憶體內的資料原本在電力供給停止時即會遭到刪除，故即使保存在記憶體中的資料損壞，也不會成為問題。

在該電動起子100，並非在判斷電動馬達112的旋轉停止之後，即立即對記憶體132允許存取，而是確認電動馬達112停止達規定的基準時間(100ms)以上之後，才允許存取。也考慮藉由外力使電動馬達旋轉時，電動馬達的旋轉不會連續進行，而是暫時停止再立即旋轉的情況。又，如上述，作為旋轉檢出手段，可採用各種手段，但其中包括僅在轉子成為規定的旋轉位置時才傳送訊號的手段，在採用這種旋轉檢出手段的情況，即使未傳送旋轉檢出訊號，實際上電動馬達112也可能正在旋轉。藉由設定上述般的規定之基準時間，可更確實判斷電動馬達112已停止，藉此，可更確實防止在由於反電動勢而啟動時對記憶體132執行存取。

尚且，一旦對記憶體132允許存取而初始設定完成的狀態，對該電動起子100的電力供給由穩定的外部電源123所執行的可能性偏高，故對資訊記憶手段存取的途中，電力供給突然停止的可能性極低。因此，一旦對記憶體132允許存取的話，則成為之後不論電動馬達112是否旋轉，在任意的時間點皆允許對記憶體132存取的狀態，並且該狀態被維持。

本發明的第2實施形態之電動起子200係如圖5及圖6所示由電動起子本體202、及控制電動起子本體202之用的控制器204所構成。電動起子本體202與控制器204經由分別設置在其中的通訊部238a、238b而由通訊纜線206連接。連接到外部電源223的電源線224被設在控制器204之側，從外部電源223朝向電動起子本體202的電力供給從控制器204經由通訊纜線206而被執行。在電動起子本體202的工具殼體210內，如圖6所示，設置與第1實施形態的電動起子100相同的電動馬達212、馬達驅動電路226、及霍爾感測器230。輸入介面222被設置在控制器204之側。

在該電動起子200，分別在電動起子本體202與控制器204設置控制電路228a、228b。這兩個控制電路228a、228b經由通訊纜線206而彼此通訊，由2個控制電路228a、228b達到與第1實施形態的控制電路128相同的功能。同樣地，在電動起子本體202及控制器204分別設置記憶體232a、232b，藉由這兩個記憶體232a、232b，達到與第1實施形態的記憶體132相同的功能。

對控制電路228a、228b施加電壓的話，則如圖7所示，控制電路228a、228b會分別啟動而使初始設定執行。具體而言，電動起子本體202之側的控制電路228a啟動的話(S200)，則首先執行初始化(S202)。然後，基於來自霍爾感測器230的旋轉檢出訊號而判斷電動馬達212是否旋轉(S204)。電動馬達212未停止時，待機至電動馬達212停止為止。電動馬達212已停止時，計算電動馬達212已停止的時間(S206)。待機至停止時間成為規定的基準時間(在本實施形態為100ms)為止。停止時間成為基準時間以上的話，則對控制器204之側的控制電路228b傳送正常開始訊號(S208)。

控制器204側的控制電路228b在啟動後(S250)接收正常開始訊號的話(S252)，則對記憶體232b存取而讀取設定資料(S254)，將已讀取的設定資料傳送到電動起子本體202之側的控制電路228a(S256)。電動起子本體202之側的控制電路228a接收設定資料的話(S210)，基於已接收的設定資料，而設定該電動起子200的控制條件(S212)。此時，對記憶體232a寫入設定資料。然後判斷設定是否已正常完成(S214)，若已正常完成，則將OK訊號傳送到控制器204側的控制電路228b(S216)，若未正常完成，則將NG訊號傳送到控制器204側的控制電路228b(S218)。傳送OK訊號時，成為電動起子本體202側的初始設定完成，而可執行螺絲鎖定作業的狀態(S220)。控制器204之側的控制電路228b在接收OK訊號時(S258)，成為完成在控制器204側的初始設定而可執行螺絲鎖定作業的狀態(S260)。另外，在接收NG訊號時(S258)，再次存取記憶體132，從設定資料的讀取(S254)重新開始。即使在該電動起子200，與第1實施形態的電動起子100相同，藉由在控制電路228a、228b啟動時監視電動馬達212是否旋轉，而在由電動馬達212的反電動勢啟動時，不存取記憶體232a、232b。藉此，在控制電路228a、228b存取記憶體232a、232b的途中，可防止伴隨控制電路228a、228b停止導致記憶體232a、232b內的設定資料等資料損壞的情況。

尚且，在該實施形態，將控制電路228a、228b及記憶體232a、232b分散配置在電動起子本體202及控制器204，但可適當變更配置的方式。又，控制電路228a、228b或記憶體232a、232b可一起配置到電動起子本體202或控制器204之中的任一者。

以上，說明本發明的實施形態，但本發明並不限於這些實施形態。例如，在上述實施形態，以電動起子為例說明本發明，但也可為將扭力扳手或研磨機等電動馬達作為驅動源的其他形態之電動工具。又，在電動馬達的旋轉已停止的時間成為規定的基準時間以上之後，對記憶體允許存取，但該基準時間可任意變更。又，例如在採用可確實感測電動馬達的旋轉停止之旋轉檢出手段的情況等，可刪除基準時間並且若判斷電動馬達的旋轉已停止，立即對記憶體允許存取。作為保存設定資料之用的資訊記憶手段，除了採用上述般的內建半導體記憶體以外，也可採用硬碟驅動器、可寫入的CD或DVD等記錄媒體，及可拆卸的USB記憶體等其他手段。

100‧‧‧電動起子(電動工具)

110‧‧‧工具殼體

112‧‧‧電動馬達

114‧‧‧鑽頭保持器

116‧‧‧起子鑽頭

118‧‧‧顯示部

120‧‧‧輸入按鈕

122‧‧‧輸入介面

123‧‧‧外部電源

124‧‧‧電源線

126‧‧‧馬達驅動電路

128‧‧‧控制電路

130‧‧‧霍爾感測器

132‧‧‧記憶體(資訊記憶手段)

134‧‧‧配線

136‧‧‧電阻元件

200‧‧‧電動起子

202‧‧‧電動起子本體

204‧‧‧控制器

206‧‧‧通訊纜線

210‧‧‧工具殼體

212‧‧‧電動馬達

222‧‧‧輸入介面

223‧‧‧外部電源

224‧‧‧電源線

226‧‧‧馬達驅動電路

228a‧‧‧控制電路

228b‧‧‧控制電路

230‧‧‧霍爾感測器

232a‧‧‧記憶體

232b‧‧‧記憶體

238a‧‧‧通訊部

238b‧‧‧通訊部

圖1為本發明的第1實施形態之電動起子的外觀圖。

圖2為圖1的電動起子之功能方塊圖。

圖3為表示旋轉檢出手段的其他實施形態之圖。

圖4為表示圖1的電動起子之啟動時的動作之流程圖。

圖5為本發明的第2實施形態之電動起子的外觀圖。

圖6為圖5的電動起子之功能方塊圖。

圖7為表示圖5的電動起子之啟動時的動作之流程圖。

Claims (8)

1. 一種控制電路，其為電動工具用的控制電路，具備：電動馬達；旋轉檢出手段，其檢出該電動馬達的旋轉然後傳送旋轉檢出訊號；及資訊記憶手段，其保存與該電動馬達的控制相關的設定資料；其特徵為： 對該控制電路施加電壓時，基於該旋轉檢出訊號而判斷該電動馬達是否旋轉，該電動馬達正在旋轉時，不對該資訊記憶手段存取。
2. 如申請專利範圍第1項的控制電路，其設定成：判斷該電動馬達的旋轉停止的時間為規定的基準時間以上時，允許對該資訊記憶手段存取。
3. 如申請專利範圍第2項的控制電路，其設定成：在該停止時間為該基準時間以上時，對該資訊記憶手段存取然後讀取該設定資料，再基於該讀取的設定資料，而設定該電動工具的控制條件。
4. 如申請專利範圍第2項的控制電路，其設定成：一旦允許對該資訊記憶手段存取，之後不論該電動馬達是否旋轉，皆維持對該資訊記憶手段允許存取的狀態。
5. 如申請專利範圍第1項的控制電路，其中該資訊記憶手段為可讀取及可寫入的記憶體。
6. 一種電動工具，其具備： 電動馬達； 旋轉檢出手段，其檢出該電動馬達的旋轉然後傳送旋轉檢出訊號； 資訊記憶手段，其保存與該電動馬達的控制相關的設定資料；及 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項的控制電路。
7. 一種電動工具的控制方法，該電動工具具備：電動馬達；旋轉檢出手段，其檢出該電動馬達的旋轉然後傳送旋轉檢出訊號；資訊記憶手段，其保存與該電動馬達的控制相關的設定資料；及控制電路；其特徵為： 該控制方法包含： 對該控制電路施加電壓時，由該旋轉檢出手段檢出該電動馬達的旋轉之步驟；及 該電動馬達正在旋轉時，不對該資訊記憶手段存取的步驟。
8. 如申請專利範圍第7項的控制方法，其包含： 計算該電動馬達的旋轉停止的時間之步驟； 該停止時間為該基準時間以上時，對該資訊記憶手段存取然後讀取該設定資料的步驟； 基於該讀取的設定資料而設定該電動工具的控制條件之步驟；及 在該設定的步驟之後，不論該電動馬達是否旋轉，皆設成允許對該資訊記憶手段存取的狀態之步驟。