TWM444913U - 自動起子馬達加速器 - Google Patents

Description

自動起子馬達加速器

本創作係針對氣動馬達之構造做改良，特別是一種一方面在不變動原體積大小原則下能提昇其轉速與扭力，以獲致更佳工作效率，另一方面又能達到小電流之機械式緩啟動與輔助剎車功能之自動起子馬達加速器。

按，通常鎖附一顆螺絲，大致上包括有以下四個步驟：1、設定鎖螺絲的位置；2、旋轉螺絲使螺絲沿旋轉軸的方向移動；3、旋轉到螺絲頭與被鎖物接觸，開始產生張應力；4、螺絲頭與被鎖物完成一定的張應力後停止旋轉。

請參閱第一圖所示，係依照鎖附螺絲步驟，顯示全自動動力起子鎖附螺絲之動作圖；其中P1一開始螺絲空轉，動力起子由零加速至P2全速，到P3時減速，最後在到P4時停止，因此動力起子有降速齒輪與離合器機構，動力起子停止時，馬達並未完全停下，在P5時才完全停止；將此動作轉換為馬達轉速與時間之關係圖，如第二圖所示：假設馬達轉子的質量為M，半徑為r，長度為H，轉速分別為ω1、ω2、ω3、ω4對應P1、P2、P3、P4；其轉動慣量為I=Mr²/2；角動量為L=Iω(1、2、3、4)，轉動動能為T=1/2[Iω²(1、2、3、4)]；在力學中(1)慣性空間的固定軸(2)通過質心的轉軸，力矩等於角動量變化率，所以產生之力矩為τ=T(ω3-ω4)d/dt(3-4)，這種力矩對動力起子產生扭力，因此，P3-P4的斜率愈大，所產生之扭力就愈大，再由第二圖之馬達之轉速圖可知，可 以在不更改馬達內部之設計及功率，便得到最大的扭力，其方法包括：減少P3-P4的面積、增加轉子之轉速及增加I(轉動慣量)，即可增加轉子質量或增加轉子半徑。

另外，如第三圖所示，係使用固定扭力值鎖一般鎖絲之負載圖；對螺絲而言，剛開始時沒有負載(很小忽略)，之後當螺絲之螺牙接觸物件因摩擦阻力產生些許負載，這過程發生在螺絲的空行程，最後螺絲頭螺合物件表面接觸後因張力的作用，負載迅速提升至固定扭力停止。

再如第四圖所示，一般自動工具從靜止至固定空載的扭力的時間通常比較短。

除此之外，一般自動起子在啟動時，通常需要較大之供應電流，以順利啟動馬達高速運轉，且每次鎖附螺絲時都須重覆啟動，故較耗電。

上述全自動動力起子在使用上並無太大問題產生，且目前尚能符合一般使用者之單純鎖附需求，但在考量產品要能持續存於市場，便需要不斷研發並精進現有產品，本創作人有感於此，乃積極思考並著手研究，在自我期許與不斷努力、試作下，終開發設計出此一更精良且實用之本創作。

本創作之主要目的在於提供一種能提昇馬達扭力輸出，並利用增加轉子質量或增加轉子半徑，以增進轉子之轉速及轉動慣量的做法，獲致大幅度效能提昇進而增加工作效率之自動起子馬達加速器。

本創作之另一目的在於提供一種自動起子馬達加速器，藉由金屬材質製成之加速器裝置，能直接提供轉子良好之散熱效用。

本創作之再一目的在於提供一種自動起子馬達加速器，藉由該加速器 裝置再搭配有彈簧設計，使自動起子之啟動電流變小，並具有緩啟動作用，同時更能於停止時提供輔助剎車效用。

為達成以上各個目的，本案設計所採之技術手段乃是在不更改馬達內部設計及功率的大前題下，令一般自動起子內之馬達機構再增設有一加速器裝置，其可配合自動起子之扭力與轉速變化，並將馬達機構(轉子)做不同比例之轉動慣量調整，使輸出馬力變大並能達到提昇扭力之最佳效能目標；該自動起子之組成包括有：馬達機構、齒輪機構、扭力機構、夾頭機構、板機機構、電子機構等構成單元，特別是：將該馬達機構結合有一加速器裝置，該加速器裝置包含一個軸承(或套筒)或一個以上彼此連接之軸承(或套筒)，如此組合便能增加馬達(轉子)質量及(轉子)半徑，並增進轉速及轉動慣量，達成提昇馬達扭力之成效。

進一步，該加速器裝置採用金屬材質鋁、銅、鐵、鋼中任一種製成，能直接對馬達(轉子)運轉過程中所產生之熱進行散熱作用。

進一步，該加速器裝置更包括設有一連結馬達機構之芯軸與軸承(或套筒)間之連結件。

進一步，該自動起子可為電動或氣動類型。

進一步，該自動起子可為直立式或槍形態樣。

為使 貴審查委員能進一步瞭解本創作之結構特徵及功效，茲舉出下述較佳實施例配合圖式詳細說明如后：

請配合參閱第五圖所示，係本創作之自動起子馬達加速器的自動起子分解圖，其中該自動起子可採用現行之電動或氣動類型，且可為常見之直 立式或槍形態樣，在本實施例中以槍形之氣動起子為例做說明。

該氣動起子(1)包括有一組相配合之殼體(10)組成，內部組成至少包括設有：馬達機構(2)、齒輪機構(3)、離合器機構(4)、夾頭機構(5)、板機機構(6)及電子機構(7)；其中之馬達機構(2)具有一芯軸(20)為提供動力輸出用，且在穿設有一固定盤(21)後固接有一傳動件(22)，該傳動件(22)並嚙合傳動一齒輪機構(3)；該齒輪機構(3)為由多個齒輪(31)配合齒盤(32)以構成遊星齒輪型態，並設有一齒輪筒(33)套覆，藉此以利動力的傳輸與變速作用；該扭力機構(4)具有一凸輪軸(41)與上述之傳動件(22)同軸聯結，其一端軸部套設有上離合器組(42)，係由環形鋼珠(421)、鋼珠固定板(422)、鋼珠固定蓋(423)、止動件(424)及軸承(425)組成，該凸輪軸(41)另一端設有下離合器組(43)，包含上圓盤(431)、鋼珠(432)滾動上圓盤(431)表面、與下圓盤(433)、鋼珠(434)，及一軸桿(44)，且上套設有扭力彈簧(45)，且外罩覆有呈階級筒狀之扭力筒(46)，藉此設定所需扭力值；該夾頭機構(5)包含一中空且具軸孔之夾筒(51)，及軸桿(44)另一端之衝擊桿(52)，並在衝擊桿(52)周圍設相對之定位珠(521)，以藉由迫入夾緊方式快速結合各式起子頭之效用，該衝擊桿(52)並套設有下壓彈簧(522)；該板機機構(6)包含有分段控制之按鈕(61)與防止按鈕(61)復位之閉鎖件(62)；該電子機構(7)包含電子機板(71)，具有可配合針對不同鎖附物件做不同轉速設定功能，與底座(72)具有供電功能。

請參閱第五~七圖所示，有關本創作之改良特徵部分為：本案所設計之加速器裝置(8)乃是配設於上述氣動起子(1)內之馬達機構(2)(即轉子)之芯軸(20)位置，且與該馬達機構(2)相結合，其組成包括有一個或一個以上具一定比例重量且為金屬材製成之軸承(或套筒)(81)，且套設於馬達機構(2)提供動力輸出用之芯軸(20)上，以提供降速效用。

請參閱第八圖所示，上述之加速器裝置(8)為由一個以上之軸承(或套筒)(81)之結構型態時，可解決啟動電流過大，和離合器剎車不正常的情形，其實施上為將該一個以上之軸承(或套筒)(81)設一連接件(82)做連結，藉此使馬達機構(2)啟動運轉時，其芯軸(20)會先帶動一軸承(或套筒)(81)，接著該軸承(或套筒)(81)被帶動旋轉後會再推動另一軸承(或套筒)(81)轉動，進而再帶動齒輪機構(3)、離合器機構(4)等，使自動起子開始運作。當鎖附完成，使自動起子停子時，由於離合器機構(4)之跳脫作用，反推上述動作並使馬達機構(2)停止運轉，此時該等軸承(或套筒)會分離，使加速器裝置(8)之慣量減少，且使自動起子之剎車正常。

請參閱第九圖所示，又針對馬達機構(2)停止時之剎車作用，該加速器裝置(8)更可包括設有一彈簧(83)位於該加速器裝置(8)與馬達機構(2)之芯軸(20)上，用以連結該馬達機構(2)與加速器裝置(8)；在實施上，該馬達機構(2)啟動時，其餘機構尚未動作，該芯軸(20)轉動後帶動彈簧(83)擠壓作用，以推動加速器裝置(8)運轉，連帶再帶動齒輪機構(3)、離合器機構(4)等，使自動起子開始 運作。此啟動過程因不需要直接帶動所有機構運作，因此僅需要小電流供馬達無負載之運轉即可，再藉由彈簧(83)與加速器裝置(8)之雙重作用，以漸近式提昇馬力與轉速；如此一來，便能達到機械式之緩啟動效用。同理，當自動起子停止時，加速器裝置(8)與彈簧(83)之反推作用，將能提供馬達機構(2)之輔助剎車效用。

依據上述設計，當自動起子於實際使用上，一方面可增加該馬達機構(2)之芯軸(20)(轉子)的質量與半徑，獲致扭力提昇之功效，另一方面則因加速器裝置(8)採金屬材質製成如鋁、銅、鐵、鋼等，能提供該馬達機構(2)運轉時產生熱之直接散熱作用(實際測試約可降溫5~6℃)，特別是以電動起子之散熱作用最為明顯。又該加速器裝置(8)之重量選擇與馬達機構(2)尺寸間具有一定協調比例為佳，即馬達尺寸愈大、所需加速器之重量愈重，反之則愈輕，但若是加速器重量過重會導致整個氣動起子(1)之整體重量增加而不利手持及長時間作業，相反地，若加速器之重量太輕則扭力值提升不明顯，喪失改良意義。

如第十圖所示，本案之氣動起子，因轉動慣量增加，使馬達之響應變慢，該氣動起子從靜止至固定空載的扭力的時間比較長，但扭力增大。自動起子轉速慢，以搭配較大的減速比，並可配合較大的轉動慣量機構，馬達可以有較長時間達到自動起子之空載扭力，而取得自動起子之最大扭力。當自動起子之轉速快，以搭配減速比較小，並可配合較小的轉動慣量機構，將最大扭力最佳化。

再如第十一圖所示，對本案之馬達機構中而言，增加扭力輸出之部分，為氣動起子剎車停止後因減速齒輪機構而延長馬達停止之時間，所以增加 馬達機構之扭力輸出，對氣動起子而言是增加最大扭力之輸出。

藉由第十二圖所示之數據可知，使用相同馬達、相同減速比，在相同測試環境下比較，搭配有加速器裝置致轉動慣量增加的情形下，本創作舉例之氣動起子能增加馬力及扭力30%~50%(依螺絲鎖附的軟硬性而有差別)。如此一來，本案之增設加速器裝置作法，便能在不變更自動起子內部馬達機構之前題下，利用該加速器裝置獲致增大扭力之功效，進而提昇鎖附品質，並使自動起子更具市場上之競爭力。

綜上所述，本創作「自動起子馬達加速器」與習用自動工具之自動馬達相較，在功效上確有顯著之增進，極富產業上利用價值，完全充符新型專利申請要旨，爰依法具文提出申請。

(1)‧‧‧氣動起子

(10)‧‧‧殼體

(2)‧‧‧馬達機構

(20)‧‧‧芯軸

(21)‧‧‧固定盤

(22)‧‧‧傳動件

(3)‧‧‧齒輪機構

(31)‧‧‧齒輪

(32)‧‧‧齒盤

(33)‧‧‧齒輪筒

(4)‧‧‧扭力機構

(41)‧‧‧凸輪軸

(42)‧‧‧上離合器組

(421)‧‧‧環形鋼珠

(422)‧‧‧鋼珠固定板

(423)‧‧‧鋼珠固定蓋

(424)‧‧‧止動件

(425)‧‧‧軸承

(43)‧‧‧下離合器組

(431)‧‧‧上圓盤

(432)‧‧‧鋼珠

(433)‧‧‧下圓盤

(434)‧‧‧鋼珠

(44)‧‧‧軸桿

(45)‧‧‧扭力彈簧

(46)‧‧‧扭力筒

(5)‧‧‧夾頭機構

(51)‧‧‧夾筒

(52)‧‧‧衝擊桿

(521)‧‧‧定位珠

(522)‧‧‧下壓彈簧

(6)‧‧‧板機機構

(61)‧‧‧按鈕

(62)‧‧‧閉鎖件

(7)‧‧‧電子機構

(71)‧‧‧電子機板

(72)‧‧‧底座

(8)‧‧‧加速器裝置

(81)‧‧‧軸承(或套筒)

(82)‧‧‧連接件

(83)‧‧‧彈簧

第一圖係全自動動力起子鎖附螺絲之動作圖。

第二圖係動力起子之馬達轉速與時間之關係圖。

第三圖係動力起子使用固定扭力值鎖一般鎖絲之負載圖。

第四圖係動力起子從靜止至固定空載之扭力與時間關係圖。

第五圖係本創作自動起子馬達加速器之整體分解示意圖。

第六圖係本創作自動起子馬達加速器之整體組合圖。

第七圖係本創作自動起子馬達加速器之一結構型態組合剖視圖。

第八圖係本創作自動起子馬達加速器之另一結構型態組合剖視圖。

第九圖係本創作自動起子馬達加速器之再一結構型態組合剖視圖。

第十圖係本創作與一般動力起子從靜止至固定空載之扭力與時間比較圖。

第十一圖係本創作與一般動力起子於靜止時延長馬達停止之時間與輸出扭 力比較圖。

第十二圖係本創作之動力起子於增設不同重量之加速器後之扭力輸出表。

(1)‧‧‧氣動起子

(2)‧‧‧馬達機構

(3)‧‧‧齒輪機構

(4)‧‧‧扭力機構

(5)‧‧‧夾頭機構

(8)‧‧‧加速器裝置

(81)‧‧‧軸承(或套筒)

Claims (6)

1. 一種自動起子馬達加速器，該自動起子包括有一組相配合之殼體組成，內部組成至少包括設有：馬達機構、齒輪機構、扭力機構、夾頭機構、板機機構及電子機構；其特徵在於：該馬達機構上設有一可配合自動起子扭力與轉速之加速器裝置與該馬達機構之芯軸相結合，該加速器裝置包括有一個軸承(或套筒)，或一個以上彼此連接之軸承(或套筒)，俾藉由馬達啟動時先帶動該帶加速器轉動後，再帶動齒輪機構、扭力機構之旋轉，以使自動起子具有小電流、緩啟動之功效。
2. 如申請專利範圍第1項所述自動起子馬達加速器，其中該加速器裝置更包括設有一彈簧位於該加速器裝置與馬達機構之芯軸上。
3. 如申請專利範圍第1項所述自動起子馬達加速器，其中該加速器裝置為一個以上連接之軸承(或套筒)型態，更包括設有一連結件提供連結馬達機構之芯軸與軸承(或套筒)。
4. 如申請專利範圍第1項所述自動起子馬達加速器，其中該加速器裝置採金屬材製成且為鋁、銅、鐵、鋼中任一種。
5. 如申請專利範圍第1項所述自動起子馬達加速器，其中該自動起子可為電動或氣動類型。
6. 如申請專利範圍第1項所述自動起子馬達加速器，其中自動起子可為直立式或槍形態樣。