冲击式电动工具的控制方法与流程

1.本发明系与电动工具有关；特别是指一种冲击式电动工具的控制方法。


背景技术：

2.冲击式电动工具包括一马达与一冲机机构，所述马达带动所述冲击机构动作进而产生冲击，冲击的次数越多对工件所输出的扭力值越大。传统的冲击式电动工具只能输出固定之扭力，然而，固定的扭力无法适用于各种尺寸的工件，当旋紧工件所需要的扭力大于冲击式电动工具输出的扭力值时，工件则无法旋紧；当旋紧工件所需的扭力小于冲击式电动工具输出的扭力值时，则将造成工件损坏。
3.为此，可调整扭力输出之冲击式电动工具也因应而生，现有的可调整扭力输出之冲击式电动工具是在产生冲击之后设定不同的冲击时间作为扭力输出的调整。设定的冲击时间越长，冲击次数相对增加，产生的扭力越高。然而，现有的冲击式电动工具并无法得知在冲击时间内冲击机构的产生的冲击次数，因此，对于扭力的控制并不够准确。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明之目的在于提供一种冲击式电动工具的控制方法，可以精确地控制输出的扭力。
5.缘以达成上述目的，本发明提供的一种冲击式电动工具的控制方法，其中所述冲击式电动工具包括一马达、一冲击机构、一转速侦测装置与一电流侦测装置，所述冲击机构连接所述马达且受所述马达带动而转动，所述转速侦测装置用以侦测所述马达的转速，所述电流侦测装置侦测所述马达运转时的一马达电流；所述控制方法包含下列步骤：
6.a.控制所述马达转动；
7.b.持续从所述转速侦测装置的侦测结果取得一转速信号以及从所述电流侦测装置侦测的结果取得一电流信号；其中，所述转速信号具有多个脉冲波对应所述马达的转动角度；依据所述多个脉冲波的变化取得对应所述马达的每一个转动角度的一转动时间，以及从所述电流信号中取得所述马达电流；
8.c.依据所述转速信号的转动时间之变化与所述电流信号的马达电流之变化判断所述冲击机构产生冲击的次数；
9.d.比对冲击的次数是否达到一预定次数，若否，令所述马达继续转动；若是，控制所述马达停止转动。
10.本发明之效果在于，通过马达电流及转速信号的转动时间可准确地判断冲击机构冲击的次数，并在冲击次数达到所需的预定次数时控制马达停止转动，从而精确控制冲击式电动工具输出的扭力。
附图说明
11.图1为本发明第一优选实施例之冲击式电动工具示意图。
12.图2为上述优选实施例之系统方块图。
13.图3为上述优选实施例之转速信号之波形图。
14.图4为上述优选实施例之冲击式电动工具的控制方法流程图。
15.图5为上述优选实施例之冲击式电动工具的波形图。
16.图6为上述优选实施例之冲击式电动工具的波形图。
17.图7为上述优选实施例之冲击式电动工具的波形图。
18.图8为上述优选实施例之冲击式电动工具的波形图。
19.图9为本发明第二优选实施例之冲击式电动工具示意图。
20.图10为上述优选实施例之冲击式电动工具的控制方法流程图。
21.图11为上述优选实施例之转速信号之波形图。
具体实施方式
22.为能更清楚地说明本发明，兹举优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1与图2所示，为本发明第一优选实施例之冲击式电动工具1，其系以电动冲击扳手为例，包含一壳体10及设置于壳体10中的一马达12、一冲击机构14、一第一电路板16与一第二电路板24，其中：
23.所述马达12之转轴122连接所述冲击机构14，且所述马达12受控制而转动。所述马达12在本实施例中为三相直流无刷马达。
24.所述冲击机构14受所述马达12带动而转动，所述冲击机构14连接一输出轴142，所述输出轴142供连接待驱转之工件。在冲击机构14转动的过程中，当输出轴142受到一定之阻力时，将使得所述冲击机构14产生冲击，每一次冲击皆对工件施以预定之扭力。
25.所述第一电路板16上设置有一第一控制装置18、一转速侦测装置20、一电流侦测装置22，其中，
26.所述第一控制装置18电性连接所述马达12，用以控制所述马达12的运转，本实施例中所述第一控制装置18包括一第一控制器182与多个换相开关元件184，所述第一控制器182可为微控制器，所述第一控制器182电性连接所述多个换相开关元件184，所述多个换相开关元件184在本实施例中为六个mosfet且电性连接马达12的定子。
27.所述转速侦测装置20用以侦测所述马达12的转速，并输出一转速信号，本实施例中，所述转速侦测装置20包括多个霍尔传感器202电性连接所述第一控制器182，所述多个霍尔传感器202为三个且分别用以感测马达12之转子的位置，每一个所述霍尔传感器202的输出系在一第一电压准位与一第二电压准位之间变换，所述多个霍尔传感器202在转子每转120度时，分别依序输出脉冲波，换言之，所述转速信号包括了三个霍尔传感器202的输出，每个脉冲波变化代表马达转动一个转动角度(以120度为例)。本实施例中第一电压准位以低电压准位为例，第二电压准位以高电压准位为例。
28.所述第二电路板24电性连接一电池30与一操作界面32，且第二电路板24上设置有一第二控制装置26与一显示器28。电池30提供电力给第二电路板24，操作界面32电性连接所述第二控制装置26且包括一启动开关322与一段位选择器324，启动开关322受使用者操作以输出一第一启动信号或第二启动信号至所述第二控制装置26，在使用者轻压启动开关322时，输出第一启动信号，重压启动开关322时，输出第二启动信号。
29.所述段位选择器324可为开关且受使用者操作而输出一段位选择信号至所述第二控制装置26，从而从多个不同的扭力段位中选择其中的一个。
30.所述第二控制装置26包括一第二控制器262与一储存单元264，所述第二控制器262可为微控制器且电性连接所述显示器28。本实施例中，所述储存单元264为第二控制器262内建的内存，所述储存单元264储存多个预定次数，所述多个预定次数分别对应所述多个扭力段位，扭力段位越高，则预定次数越多。第二控制器262可依段位选择信号择对应的一所述预定次数。
31.所述第二电路板24通过一传输线组36电性连接所述第一电路板16，所述传输线组36的传输线包含一电源线361、一接地线362、一命令传输线363、一刹车信号线364、一回馈信号线365、一电流信号线366、一转速信号线367。电源线361与接地线362用以将电力从第二电路板24传送到第一电路板16。所述第二控制装置26与所述第一控制装置18之间通过所述命令传输线363、所述刹车信号线364、所述回馈信号线365、所述电流信号线366、所述转速信号线367进行沟通。
32.所述第二控制装置26经由所述命令传输线363传输脉冲宽度调变信号至所述第一控制装置18，以作为控制马达12之转动模式的命令，以脉冲宽度调变信号的脉冲频率代表转动方向，占空比代表转动速度，第一控制装置18解析脉冲宽度调变信号的脉冲频率对应控制所述马达12的转动方向，以及解析占空比对应控制所述马达12的转速。在一实施例中，亦可以两条传输线取代所述命令传输线363，其中一条转输线传送一转动方向命令，另一条传输线传送一转速命令，而第一控制装置18依转动方向命令控制马达12的转动方向，且依转速命令控制所述马达12的转速。
33.所述第二控制装置26经由所述刹车信号线364传送一刹车命令，所述第一控制装置18依所述刹车命令控制所述马达12停止转动。
34.所述第一控制装置18经由所述回馈信号线365传送对应的一冲击信号，所述冲击信号是对应所述冲击机构的动作状态，产生冲击信号的方法容后再述。
35.所述电流侦测装置侦测所述马达12运转时的一马达电流，并输出一电流信号至所述第一控制装置，并且所述电流信号可经由所述电流信号线366传送至所述第二控制装置。
36.前述的传输线组36中的回馈信号线365即是本发明所定义的第一传输线，刹车信号线364即是本发明所定义的第二传输线。
37.由于原始的所述转速信号包括三个霍尔传感器202所感测的输出，为便于第二控制装置判断转速，本实施例中，所述第一控制器182将三个霍尔传感器202所感测的输出转换为一整合转速信号，此整合转速信号系通过转速信号线367传送至所述第二控制装置26，供第二控制装置26判断马达12的转速。请配合图3，本实施例中，第一控制器182在每一个霍尔传感器202的输出从所述第一电压准位v1转变为所述第二电压准位v2时，将整合转速信号从一第三电压准位v3改变为一第四电压准位v4，并且所述第一控制器182在每一所述霍尔传感器202的输出从所述第二电压准位v2转变为所述第一电压准位v1时，将整合转速信号从所述第四电压准位v4改变为所述第三电压准位v3。本实施例中第三电压准位v3以低电压准位为例，第四电压准位v4以高电压准位为例。换言之，转子每转动120度，整合转速信号即会具有一个周期的脉冲波变化，转子每转动一圈，整合转速信号具有三个周期的脉冲波，第二控制装置42由整合转速信号的脉冲波周期即可计算转子的转速，由此，将三个霍尔传
感器202的输出整合为一，可以有效减少传输线组36之传输线的数量。
38.原始的所述转速信号的一个脉冲波或整合转速信号的一个脉冲波即对应马达之转轴的一个转动角度。本实施例中每一个脉冲波对应的转动角度是120度。
39.在一实施例中，亦可由第一控制器182将原始的所述转速信号中的其中一个霍尔传感器202的输出通过转速信号线367传送给第二控制装置26，第二控制装置26通过一个霍尔传感器202输出的脉冲波周期计算转子的转速。此外，若第二控制装置26不需要取得转速，则可不设置转速信号线367。
40.上述的第一控制装置18与第二控制装置26亦可整合为一个控制装置，且位于同一电路板上。
41.通过上述冲击式电动工具1之架构，即可进行图4所示之控制方法，其包含下列步骤：
42.步骤s11：控制所述马达12转动。
43.本实施例中，使用者操作所述操作界面32，以段位选择器324选择所需的一个扭力段位，段位选择器324将对应的段位选择信号输出至所述第二控制装置26。第二控制器262依所需的扭力段位自所述储存单元264中取得对应的预定次数，并通过显示器28显示所选之段位。
44.使用者轻压下启动开关322后，启动开关322输出第一启动信号至所述第二控制器262，所述第二控制器262通过所述命令传输线363输出对应的冲宽度调变信号至所述第一控制装置18，由第一控制器182依脉冲宽度调变信号的脉冲频率及占空比控制所述多个换相开关元件184，进而控制所述马达12转动。此时马达的转轴122带动所述冲击机构14转动，所述输出轴142可驱转工件。
45.请配合图5之，在马达12转动的过程中，可区分为第一负载区、第二负载区与第三负载区，在第一负载区时，马达12的转动阻力最小，马达电流im较小。
46.步骤s12：持续从所述转速侦测装置20的侦测结果取得所述转速信号以及从所述电流侦测装置22侦测的结果取得电流信号。
47.本实施例中，所述第一控制器182持续将所述转速侦测装置20所侦测的原始的所述转速信号转换为整合转速信号。
48.续参图5，随着工件逐渐被锁紧，马达12的转动阻力逐渐增大，此时，在使用者重压启动开关322后，启动开关322输出第二启动信号至所述第二控制器262，所述第二控制器262通过所述命令传输线363输出对应的冲宽度调变信号，以令第一控制装置18控制所述马达12以一固定转速转动，马达12转动的过程进入第二负载区。所述固定转速大于第一负载区时的转速。在第二负载区时，随着工件逐渐被锁紧，转速逐渐减少，马达电流逐渐增加。
49.随着工件被锁到更紧时，马达12的转动阻力更大，马达12转动的过程进入第三负载区，在第三负载区中，马达12的转速更低，马达电流增加，并且在第三负载区中所述冲击机构14产生冲击。接着，说明第一控制装置18如何判断所述冲击机构14产生冲击，其中：
50.步骤s13：所述第一控制装置18依据转速信号的所述多个脉冲波的变化取得对应所述马达12的每一个转动角度的一转动时间t，以及从所述电流信号中取得所述马达电流。
51.如图3所示，所述转速信号中的其中一个霍尔传感器202所感测的输出之脉冲波产生变化至另一个霍尔传感器202所感测的输出之脉冲波产生变化之间的时间差即是转动时
间t，等同于从整合转速信号中的脉冲波之变化取得转动时间t。于后，以整合转速信号中的脉冲波之变化取得转动时间t为例说明，但不以此为限，亦可依据原始的所述转速信号中的三个霍尔传感器202所感测的输出之脉冲波变化取得对应所述马达12的每一个转动角度的转动时间t。
52.请配合图6，本实施例中，所述第一控制装置18在所述马达12以所述固定转速转动后(亦即在第二负载区中)，以整合转速信号中的脉冲波之中的其中一者的转动时间t作为一第一基准时间t1(如箭头a至箭头a’之间为520μs)，及以所述电流信号的所述马达电流作为一第一基准电流i1(如箭头b所指处为3a)。转动时间t及第一基准时间t1可系以上升缘至下降缘之间的高电压准位的时间为例，但不以此为限，亦可为下降缘至上升缘之间的低电压准位的时间。
53.在一实施例中，第一基准时间t1及第一基准电流i1亦可为第一控制装置18预设的一时间值及一电流值。
54.步骤s14，所述第一控制装置18依据转动时间t之变化与所述电流信号的马达电流im之变化判断所述冲击机构14产生冲击及第二控制装置26判断冲击的次数；
55.续参图6，所述第一控制装置18判断转动时间t之变化与马达电流im之变化符合一第一条件时，判断所述冲击机构14产生第一次冲击，其中，所述第一条件为，所取得的转动时间t(如箭头c至箭头c’之间为620μs)与所述第一基准时间t1的比值达到一第一比值，并且取得的所述马达电流im(如箭头d所指处为9a)与所述第一基准电流i1的比值达到一第二比值。
56.本实施例中，所述第一基准时间t1以520μs为例，第一比值以1.19为例，亦即当取得的转动时间t为618.8μs以上，即达到第一比值。优选地，第一比值为介于1.1～1.25。在一实施例中，第一比值为介于1.15～1.2。
57.第一基准电流i1以3a为例，第二比值以3为例，亦即当取得的马达电流im为9a以上，即达到第二比值。优选地，第二比值为介于1.5～4.5。在一实施例中，第二比值为介于2.5～3.5。在一实施例中，第二比值为介于2.8～3.2。
58.所述第一控制装置18在符合所述第一条件时，开始产生冲击信号，且将所述冲击信号从一第一电压准位(以低电压准位为例)转换为一第二电压准位(以高电压准位为例)，以形成所述冲击信号的冲击脉冲波的第一个脉冲波边缘。
59.请配合图7与图8，图7为产生第二个脉冲波边缘以后的波形图，图8为产生第三个脉冲波边缘的波形图，虽图8以产生第三个脉冲波边缘为例，但产生第二个脉冲波边缘的步骤相同，差别仅在于脉冲波边缘为上升缘或下降缘而已。本实施例中，在所述冲击机构14产生第一次冲击之后，第一控制装置18以整合转速信号中的所述多个脉冲波中的一个的转动时间作为一第二基准时间t2(如图8中箭头a至箭头a’之间为520μs)，及以所述电流信号的所述马达电流作为一第二基准电流i2(如图8中箭头b所指处为8a)。由于马达12转动的过程已在第三负载区，因此，取得的第二基准电流i2将会大于第一基准电流i1。
60.在一实施例中，所述第二基准时间t2可采用第一基准时间t1，所述第二基准电流i2可采用所述第一基准电流i1，如此便可省略上述取得第二基准时间t2及第二基准电流i2之步骤。在一实施例中，第二基准时间t2及第二基准电流i2亦可为第一控制装置18默认的一时间值及一电流值。
61.在所述冲击机构14产生第一次冲击之后，所述第一控制装置18每次在符合一第二条件时，则将所述冲击信号的电压准位进行转态，亦即，将所述冲击信号从所述第一电压准位与所述第二电压准位中的一个转换为另一个，以形成所述冲击信号的冲击脉冲波之其它脉冲波边缘，即第二个脉冲波边缘以后的脉冲波边缘。
62.所述第二条件为：所取得的转动时间t(如箭头c至箭头c’之间为620μs)与所述第二基准时间t2的比值达到一第三比值，并且所述马达电流im(如箭头d所指处为13a)与所述第二基准电流i2的比值达到一第四比值。
63.本实施例中，所述第二基准时间t2以520μs为例，第三比值以1.19为例，亦即当取得的转动时间t为618.8μs以上，即达到第三比值。优选地，第三比值为介于1.1～1.25。在一实施例中，第三比值为介于1.15～1.2。
64.第二基准电流i2以8a为例，第四比值以1.625为例，亦即当取得的马达电流im为13a以上，即达到第四比值。优选地，第四比值为介于1.5～4.5。在一实施例中，第四比值为介于1.5～2。在一实施例中，若第二基准电流i2采用第一基准电流i1，则第四比值为介于3～4.5，例如4.33(即13a/3a)。
65.由此，所述第一控制装置18能够产生具有多个冲击脉冲波的冲击信号，且每一个冲击脉冲波的一个脉冲波边缘(上升缘或下降缘)对应所述冲击机构14产生一次冲击。所述冲击信号经由所述回馈信号线365传输至所述第二控制装置26。第二控制装置26即可由所述冲击信号之脉冲波边缘的数量判断冲击次数。
66.步骤s15，所述第二控制装置26经由所述回馈信号线365接收所述冲击信号，并判断冲击信号之脉冲波边缘的数量，例如以计数脉冲波边缘的数量作为冲击次数，由所述第二控制装置26的所述第二控制器262比对冲击次数是否达到在步骤s11中取得的预定次数，
67.若否，维持所述马达12继续转动；
68.若是，则输出刹车命令，刹车命令通过刹车信号线364传送到所述第一控制装置18，第一控制装置18收到所述刹车命令后，控制所述马达12停止转动。
69.由上述可知，本实施例的冲击式电动工具1的控制方法通过马达电流及转速信号的转动时间可准确地判断冲击机构14冲击的次数，并在冲击次数达到所需的预定次数时控制马达12停止转动，从而精确控制冲击式电动工具1输出的扭力。
70.以下再提供另一实施例，同样可以达到精确控制冲击式电动工具输出的扭力之效果。
71.图9所示者为本发明第二优选实施例之冲击式电动工具2，其具有大致相同于第一实施例之结构，不同的是，本实施例中包括一个电路板40，并且电路板上设置有一控制装置42、所述转速侦测装置20、与所述电流侦测装置22，所述控制装置42包括一控制器422与所述多个换相开关元件184，所述控制器422可为微控制器，所述控制器422电性连接所述多个换相开关元件184。
72.所述电路板40电性连接所述电池30与所述操作界面32，且所述电路板40上设置有显示器28。操作界面32电性连接所述控制装置42且包括启动开关322与段位选择器324。
73.控制装置42包括一储存单元424，储存单元424为控制器422内建的内存，储存单元424储存多个预定次数，所述多个预定次数分别对应所述多个扭力段位。
74.通过上述冲击式电动工具2之架构，即可进行图10所示之控制方法，其包含下列步
骤：
75.步骤s21：控制所述马达12转动。本实施例中，使用者操作所述操作界面32，以段位选择器324选择所需的一个扭力段位，段位选择器324将对应的段位选择信号输出至所述控制装置42。控制器422依所需的扭力段位自所述储存单元424中取得对应的预定次数。
76.使用者轻压下启动开关322后，启动开关322输出第一启动信号至所述控制器422，所述控制器422通过控制所述多个换相开关元件184，进而控制所述马达12转动。此时马达12的转轴122带动所述冲击机构14转动，所述输出轴可驱转工件。
77.步骤s22：所述控制装置42持续从所述转速侦测装置20的侦测结果取得所述转速信号以及从所述电流侦测装置22侦测的结果取得电流信号。
78.步骤s22与第一实施例的步骤s12大致相同，差别在于未将原始的所述转速信号转换为整合转速信号。
79.在使用者重压启动开关322后，启动开关322输出第二启动信号至所述控制器422，所述控制器422控制所述多个换相开关元件，以令所述马达12以一固定转速转动。
80.步骤s23：所述控制装置42依据原始所述转速信号的所述多个脉冲波的变化取得对应所述马达12的每一个转动角度的转动时间t，以及从所述电流信号中取得所述马达电流。
81.请配合图11，由于本实施例中是由同一个控制装置42进行控制，因此，与第一实施例不同的是，是依据原始的所述转速信号中的三个霍尔传感器202所感测的输出之脉冲波变化取得对应所述马达的每一个转动角度的转动时间t。其中一个霍尔传感器202所感测的输出之脉冲波产生变化至另一个霍尔传感器202所感测的输出之脉冲波产生变化之间的时间差即是转动时间。
82.控制装置42在所述马达12以所述固定转速转动后，以所述转速信号中的其中一个转动时间t作为一第一基准时间，以及从所述电流信号中取得的马达电流作为一第一基准电流。第一基准时间及第一基准电流取得取方式同前述实施例。
83.步骤s24，所述控制装置42依据所述转速信号的转动时间t之变化与所述电流信号的马达电流之变化判断所述冲击机构14产生冲击及冲击的次数。
84.本实施例中步骤s24与第一实施例之步骤s14大致相同，都是在符合一第一条件时，判断所述冲击机构14产生第一次冲击，其中，所述第一条件为：所取得的转动时间t与第一基准时间的比值达到一第一比值，并且所述马达电流与第一基准电流的比值达到一第二比值。
85.另外，本实施例步骤s24与步骤s14不同的是，控制装置42未产生冲击信号。
86.之后，在判断第二次冲击以后的冲击则是以符合一第二条件时，判断所述击机构产生冲击，其中，所述第二条件为：所取得的转动时间t与一第二基准时间的比值达到一第三比值，并且所述马达电流与一第二基准电流的比值达到一第四比值。第二基准时间及第二基准电流取得取方式同前述实施例。
87.步骤s25，所述控制装置42之控制器422计数冲击次数，并比对冲击的次数是否达到预定次数：
88.若否，维持所述马达12继续转动；
89.若是，则控制所述马达12停止转动。
90.由此，本实施例的控制方法同样可在冲击次数达到所需的预定次数时控制马达12停止转动，精确控制冲击式电动工具2输出的扭力。
91.以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为之等效变化，理应包含在本发明之专利范围内。
92.附图标记说明
93.1：冲击式电动工具
94.10：壳体
95.12：马达
96.122：转轴
97.14：冲击机构
98.142：输出轴
99.16：第一电路板
100.18：第一控制装置
101.182：第一控制器
102.184：换相开关元件
103.20：转速侦测装置
104.202：霍尔传感器
105.22：电流侦测装置
106.24：第二电路板
107.26：第二控制装置
108.262：第二控制器
109.264：储存单元
110.28：显示器
111.30：电池
112.32：操作界面
113.322：启动开关
114.324：段位选择器
115.36：传输线组
116.361：电源线
117.362：接地线
118.363：命令传输线
119.364：刹车信号线
120.365：回馈信号线
121.366：电流信号线
122.367：转速信号线
123.2：冲击式电动工具
124.40：电路板
125.42：控制装置
126.422：控制器
127.424：储存单元
128.a、a'、b、c、c'、d：箭头
129.i1：第一基准电流
130.i2：第二基准电流
131.im：马达电流
132.s11～s15、s21～s25：步骤
133.t：转动时间
134.t1：第一基准时间
135.t2：第二基准时间
136.v1：第一电压准位
137.v2：第二电压准位
138.v3：第三电压准位
139.v4：第四电压准位