TWI458607B - Power tool power control structure - Google Patents
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Description
本案為一種電動工具的動力控制結構,特別是指一種利用磁性元件與磁控元件配合控制電路達到細微控制的電動工具。
小型的電動工具由於體積小、價錢較低,並且電動工具可連接不同的應用工具而形成多種變化型態,如砂輪機、鑽孔機、電動板手等多種型態,可協助作業人員快速執行某些工作程序而廣受歡迎。而電動工具的動力來源為電力,並且利用電力驅動馬達而提供動力帶動應用工具轉動。習知的電動工具結構如中華民國專利證書第I269695號「電動工具扳機開關裝置」,該先前專利揭示電動工具的開關裝置包括一扳機鈕、一固定於該扳機鈕上的導電片以及一控制電路。其中該導電片上彎折有三個朝該扳機鈕移動方向延伸的第一接電片、第二接電片及第三接電片,而該控制電路上設有一第一配接片、第二配接片以及第三配接片。該第一接電片、第二接電片與該第一配接片、第二配接片對應構成一控制第一電子迴路的第一開關。該第一接電片、第二接電片及第三接電片與該第一配接片、第二配接片及第三配接片對應構成一控制第二電迴路的第二開關。藉由該第一開關與第二開關的運作而分別控制該電動工具的第一電子負載與該電動工具之馬達的運轉。
由該先前專利可見,控制該電動工具的扳機機構是透過決定該導電片以及配接片的導電位置以控制該電動工具的運作。
另一先前專利如美國專利第4,667,119號「Trigger switch」,該先前專利揭示了一種電動工具的扳機與開關,該扳機則包含了套筒(sleeve)以及容納於該套筒內的柱體(pillar),該開關則包含了一組開關接點(switch contacts)以及另一組輔助接點(auxilary contacts),該開關接點以及輔助接點依序設於該柱體移動的路徑上,而該扳機受到壓力後該套筒以及該柱體將移動而依序抵頂該開關接點及輔助接點(依按壓壓力大小而決定),並且各提供不同的功效。總而言之,該先前專利是利用按壓壓力的差異而達到觸發多組開關、啟動相異功能的效果。
其他電動工具扳機的結構還可見於美國專利第6,749,028號、第7,638,725號。
上述電動工具的扳機結構共同的特點在於該扳機與開關結構都是「接觸式」的結構,該類扳機與開關雖已有分段控制的結構,但是分段控制的開關結構較複雜,且要達到更精細的多段控制效果,將使開關結構更為複雜、成本更高,再者,雖然分段控制可達到依按壓壓力而改變輸出功率或功能,但是該扳手所能控制的只有預設的兩、三種轉速而已,在各段之間具有功率或速度的落差,且無法由使用者自行決定該電動工具輸出的功率或轉速,因此一般的電動工具無法使用於精密工藝中。舉例而言,研磨機、拋光機、切割機等電動工具的加工品質,使用方便性和效率受到以下因素的影響:1.被加工物件的材料硬度,密度及耐熱程度、
2.所使用的加工介面的粗細與材質、3.加工的速度及品質要求。再者,工具在接觸被加工物件之瞬間與正常加工期間及離開被加工物件時所需要的速度及扭力不同,工具在加工平面區域和非平面區域時所需要的速度及扭力也不同。因此為了達到最佳的加工效果,研磨機、拋光機、切割機等機械必須具有調整輸出功率的功能,但上述習知技術所能提供的調整段數過少、調整落差太大,不利於精密加工。
為了改善習知電動工具的控制機構難以提供精密控制的技術問題,本案的目的在於改良電動工具的控制機構,令該控制機構驅動該電動工具提供連續、可控的運轉輸出變化。
本案為一種電動工具的動力控制結構,該電動工具取得一電力來源供應的一輸入電力而轉換為一驅動電力供一電動馬達運作,該電動工具更包括一手控機構、一磁控元件以及一電力調變電路。該手控機構包含一受使用者施壓而移動的扳機部以及與該扳機部連動的一磁性元件。該磁控元件依據該磁性元件移動時的磁場變化而輸出一與磁場變化成比例變動的輸出控制訊號,該電力調變電路取得該輸入電力並調變成該驅動電力而驅動該電動馬達運作,其中該電力調變電路所調變的驅動電力功率大小係受控於該輸出控制訊號的數值大小。
在上述的技術中,使用者施壓於該扳機部帶動該磁性元件,令該磁控元件依據磁場變化而產生輸出控制訊號,該輸出控制訊號改變該驅動電力功率大小,進而調整該電動馬達的運轉。上述技術
所達到的優點為磁力的變動以及該輸出控制訊號的變動為連續、可控制的,而非僅有ON/OFF或者兩段、三段的變化。使用者改變施加於該扳機部的力量可控制該電動馬達的出力,以提供較細微的轉速、扭力變化控制。
1‧‧‧手控機構
10‧‧‧磁性元件
11‧‧‧扳機部
111‧‧‧按壓元件
112‧‧‧連動元件
2‧‧‧電力調變電路
20‧‧‧磁控元件
21‧‧‧微處理器
22‧‧‧轉速限制電路
23‧‧‧電力偵測電路
231‧‧‧電源管理單元
232‧‧‧過電流保護單元
233‧‧‧低電壓保護單元
24‧‧‧電力轉換器
241‧‧‧驅動電路
242‧‧‧功率開關
25‧‧‧過溫保護電路
26‧‧‧馬達相位檢知電路
3‧‧‧外殼
31‧‧‧支撐座
32‧‧‧位移軌道
4‧‧‧電動馬達
5‧‧‧彈性元件
6‧‧‧電力來源
圖1為該電動工具的立體圖。
圖2為該電動工具的作動示意圖。
圖3為該電動工具的電路方塊圖。
本案的實施說明請先行參閱圖1、圖2。本案為一種電動工具的動力控制結構,該電動工具包含一電動馬達4,該電動馬達4可連接不同型態的應用工具(如研磨輪),本案並不限定該應用工具與電動馬達4的形態。該電動工具包括一電力調變電路2,該電力調變電路2取得一電力來源6(示於圖3)供應的一輸入電力,並調變成一驅動電力而驅動該電動馬達4運作。該驅動電力的功率大小決定了該電動馬達4運轉的轉速與扭力,為了控制該驅動電力的大小,該電力調變電力2與一磁控元件20電性連接,且該電動工具更包括一由使用者操作的手控機構1,該手控機構1包含一受使用者施壓而移動的扳機部11以及與該扳機部11連動的一磁性元件10。當使用者按壓該扳機部11時,該磁性元件10會隨該扳機部11一同位移,該磁性元件10的位移將產生磁場變化。該磁控元件20則感測該磁性元件10移動時的磁場變化而輸出一與磁場變化成比例變動的輸出控制訊號,該輸出控制訊號傳送至該電力調變電
路2,令該電力調變電路2所調變的驅動電力功率大小係受控於該輸出控制訊號的數值大小。上述的磁性元件10可為一磁鐵,而磁控元件20為一霍爾感應元件。透過上述的技術特徵,該手控機構1的移動將達到連續、可細微調整該驅動電力的效果,而非習知電動工具只有ON/OFF或兩段轉速,該電動工具加強了可控的性能,可讓同一電動工具適用在不同的工作目的,例如在較精細的機構上,可由使用者輕按該扳機部11而輸出較小功率;反之,在可承受的較高力道的機械結構上,使用者可用較大的力道按壓該扳機部11提高功率。
在圖1、圖2中所示該電動工具的具體實施態樣中更可見,該電動工具具有一外殼3,而該扳機部11包含一按壓元件111以及一連動元件112,該磁性元件10可連接於該連動元件112上。該按壓元件111係可移動的結合於該外殼3上,如圖1、圖2所示的實施態樣,該外殼3上設有一支撐座31連接該按壓元件111,令按壓元件111以該支撐座31作為支點而具有一位移行程。該連動元件112抵於該按壓元件111下,且該外殼3設有一位移軌道32定位該連動元件112。在該按壓元件111移動時,該連動元件112被連動而循著該位移軌道32移動,再者,該連動元件112與該位移軌道32之間具有空間設一彈性元件5,該彈性元件5兩端分別抵於該外殼3與該連動元件112,以提供連動元件112位移後歸位的彈力。該連動元件112的移動將一併連動連接於該連動元件112上的磁性元件10,造成磁場的變化。該磁場的變化將由該磁控元件20感測到。請再一併參閱圖3,圖3所示為該電力調變電路2的實施態樣方塊圖,
上述扳機部11受到使用按壓後將透過該磁性元件10及磁控元件20產生控制該電力調變電路2運作的訊號。該電力調變電路2至少包含一微處理器21、一調變該輸入電力轉為該驅動電力的電力轉換器24,當該磁控元件20感應到磁場變化後,該磁控元件20輸出一與磁場變化成比例變動的輸出控制訊號,該微處理器21取得該輸出控制訊號後輸出一與該輸出控制訊號成比例變動的電力調變訊號,該電力轉換器24依該電力調變訊號決定輸出該驅動電力的功率。該電力轉換器24可由一驅動電路241以及一組功率開關242所構成,該驅動電路241輸出一個或多個脈波控制該功率開關242導通或截止,將該輸入電力調變形成該驅動電力。其中,依該電動馬達4形態的不同,該驅動電力可為單相的電力或者三相的電力。上述的驅動電路241及功率開關242的形態與運作原理為該技術領域具一般知識者所熟悉的習知技術,並非用於限定本案之範圍。該磁控元件20將該輸出控制訊號傳送到該電力調變電路2之一微處理器21中,該微處理器21輸出一與該輸出控制訊號成比例變動的電力調變訊號,令該電力轉換器24依該電力調變訊號而決定輸出該驅動電力的功率,因此該輸出控制訊號的變化影響了該驅動電力的功率變化。透過上述技術,可讓該磁性元件10的物理移動轉化成磁控元件20輸出的輸出控制訊號,該輸出控制訊號更進一步影響了輸出至該電動馬達4的驅動電力功率。該電力調變電路2更具有一轉速限制電路22,該轉速限制電路22輸出一轉速限制訊號給該微處理器21以限制該微處理器21輸出電力調變訊號的最大範圍,進而限制該電動馬達4的最高轉速。被限制最高轉速後,該驅動電力的功率餘裕可令該電動馬達4的轉速與扭力之間
具有相互調整的空間。因此,設定最高轉速而該電動馬達4已達到最高轉速後,使用者按壓扳機部11所產生的磁場變化最終將令該微控制器21調整該電動馬達4輸出的扭力,達到在相同轉速下的扭力控制。又,該電力調變電路2具有一電力偵測電路23、一過溫保護電路25以及一馬達相位檢知電路26,該電力偵測電路23包含一電源管理單元231、一過電流保護單元232、一低電壓保護單元233。該電源管理單元231、過電流保護單元232、低電壓保護單元233皆連接於該電力來源6以偵測該輸入電力,並且該過電流保護單元232、低電壓保護單元233分別設定一電流最大值以及一電壓最低值,並於該輸入電力高於該電流最大值或低於該電壓最低值時,該過電流保護單元232或該低電壓保護單元233輸出一保護訊號觸發該微處理器21進入一保護狀態。該電源管理單元231則在該電力來源6正常供應該輸入電力時,擷取一偏壓電力供應該微處理器21與該驅動電路241。該過溫保護電路25偵測該電動工具的工作溫度,該電動工具的工作溫度高於預設的一溫度最高值時,該過溫保護電路25輸出一過溫保護訊號觸發該微處理器21進入一保護狀態。該馬達相位檢知電路26則偵測該電動馬達4運轉的相位供該微控制器21控制的參考。
綜上所述,本案揭示的技術特徵可供使用者透過施壓於該扳機部11帶動該磁性元件10,令該磁控元件20依據磁場變化而產生輸出控制訊號,該輸出控制訊號改變該驅動電力功率大小,進而調整該電動馬達4的運轉。上述技術所達到的優點為磁力的變動以及該輸出控制訊號的變動為連續、可控制的,而非僅有ON/OFF或者
兩段、三段的變化。使用者改變施加於該扳機部21的力量可控制該電動馬達的出力,以提供較細微的轉速、扭力變化控制,加強了該電動工具的可控性,可讓同一電動工具適用在不同的工作目的。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內而所作之些許更動與潤飾,皆應涵蓋於本發明中,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
綜上所述,本發明較習知之結構增進上述功效,應已充分符合新穎性及進步性之法定創新專利要件,爰依法提出申請,懇請 貴局核准本件發明專利申請案,以勵創作,至感德便。
1‧‧‧手控機構
10‧‧‧磁性元件
11‧‧‧扳機部
111‧‧‧按壓元件
112‧‧‧連動元件
2‧‧‧電力調變電路
20‧‧‧磁控元件
3‧‧‧外殼
31‧‧‧支撐座
32‧‧‧位移軌道
4‧‧‧電動馬達
5‧‧‧彈性元件
Claims (7)
- 一種電動工具的動力控制結構,該電動工具取得一電力來源供應的一輸入電力而轉換為一驅動電力供一電動馬達運作,該電動工具更包括:一手控機構,該手控機構包含一受使用者施壓而移動的扳機部以及與該扳機部連動的一磁性元件,該扳機部包含一承受外部按壓壓力的按壓元件以及一容設該磁性元件的連動元件,該按壓元件包含有一相對該連動元件且與該連動元件接觸的抵掣面;一磁控元件,該磁控元件依據該磁性元件移動時的磁場變化而輸出一與磁場變化成比例變動的輸出控制訊號;一電力調變電路,該電力調變電路取得該輸入電力並調變成該驅動電力而驅動該電動馬達運作,其中該電力調變電路所調變的驅動電力功率大小係受控於該輸出控制訊號的數值大小;以及一外殼,供該按壓元件移動結合於該外殼之上,該外殼上更具有一容設該連動元件且供該連動元件帶動該磁性元件受該按壓元件的抵掣面壓掣時可依循移動的位移軌道。
- 如申請專利範圍第1項所述的電動工具的動力控制結構,其中該連動元件與該位移軌道之間具有空間設一彈性元件,該彈性元件兩端分別抵於該外殼與該連動元件,以提供連動元件位移後歸位的彈力。
- 如申請專利範圍第1項所述的電動工具的動力控制結構,其中該電力調變電路具有取得該輸出控制訊號的一微處理器、一調變該輸入電力轉為該驅動電力的電力轉換器,其中該微處理器輸出一與該輸出控制訊號成比例變動的電力調變訊號,該電力轉換器依該電力調變訊號決定輸出該驅動電力的功率。
- 如申請專利範圍第3項所述的電動工具的動力控制結構,其中該電力調變電路具有一轉速限制電路,該轉速限制電路輸出一轉速限制訊號給 該微處理器以限制該微處理器輸出電力調變訊號的最大範圍。
- 如申請專利範圍第3項所述的電動工具的動力控制結構,其中該電力調變電路具有一電力偵測電路,該電力偵測電路設定一電壓最低值以及一電流最大值,並於該輸入電力低於該電壓最低值或高於該電流最大值時輸出一保護訊號觸發該微處理器進入一保護狀態。
- 如申請專利範圍第3項所述的電動工具的動力控制結構,其中電力調變電路設有一偵測電動工具工作溫度並可輸出一過溫保護訊號的過溫保護電路,其中該過溫保護電路於該電動工具的工作溫度高於預設的一溫度最高值時輸出該過溫保護訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述的電動工具的動力控制結構,其中該磁控元件為一霍爾感應元件,而該磁性元件為一磁鐵。
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