电动工具及其控制方法与流程

1.本发明与电动工具有关；特别是指一种利用脉冲宽度调变信号改变转动模式之电动工具及其控制方法。


背景技术：

2.图1与图2所示为现有的电动工具1，包含一壳体10、一马达14、一上电路板16与一下电路板18，其中，壳体10具有一传动部102与一手持部104，传动部102中设置有马达14及驱动机构(未图示)，马达14为三相直流无刷马达；手持部104中设置有一操作界面12，操作界面12供人员操作，以产生一操作信号。
3.上电路板16设置于传动部102，且上电路板16上设置有六个换相开关元件162，三个霍尔传感器164，换相开关元件162用以控制马达的换相，霍尔传感器164感测马达14之转子的位置。
4.下电路板18设置于壳体10的手持部104中，下电路板18电性连接电池端口20，以接收来自电池22的电力，且下电路板上设置有一控制器182。下电路板18电性连接操作界面12，以使控制器182接收来自操作界面12的操作信号。下电路板18通过一传输线组24电性连接上电路板16，传输线组包含传输所述多个换相开关元件162之控制信号的九条控制信号传输线、传输多个霍尔传感器164输出信号的五条位置信号传输线。下控制器182接收到来自操作界面12的操作信号后，依据操作信号及来自五条位置信号传输线的霍尔传感器输出信号产生控制所述多个换相开关元件162之控制信号，并经由九条控制信号传输线传输到上电路板16的所述多个换相开关元件162，以控制所述多个换相开关元件162进行换相，使马达14之转子转动。
5.由于上电路板16与下电路板18之间的传输线组24至少需要14条传输线，而在壳体10有限的空间中配置14条传输线将会导致过于拥挤，不利于组装时传输线组24的配线。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明之目的在于提供一种可减少传输线组之传输线的数量。
7.缘以达成上述目的，本发明提供的一种电动工具，包含一马达、一第一电路板与一第二电路板，其中，所述第一电路板设置有一第一控制装置，所述第一控制装置电性连接所述马达；所述第二电路板通过一传输线组电性连接所述第一电路板，其中，所述传输线组包含一命令传输线；所述第二电路板上设置有一第二控制装置，所述第二控制装置依多个不同的转动模式中的一个产生一脉冲宽度调变信号，且经由所述命令传输线传输所述脉冲宽度调变信号，其中，所产生的所述脉冲宽度调变信号之频率为多个不同的脉冲信号频率中的一个，且所述多个脉冲信号频率分别对应所述多个转动模式；所述第一控制装置接收所述脉冲宽度调变信号，且解析所述脉冲宽度调变信号以取得对应的一所述脉冲信号频率，并依所取得的所述脉冲信号频率对应的一所述转动模式控制所述马达对应的动作。
8.本发明另提供一种电动工具的控制方法，包含下列步骤：
9.选择多个不同转动模式之中的一个；
10.所述第二控制装置依所选择的转动模式产生一脉冲宽度调变信号，且经由所述命令传输线传输所述脉冲宽度调变信号，其中，所产生的所述脉冲宽度调变信号之频率为多个不同的脉冲信号频率中的一个，且所述多个脉冲信号频率分别对应所述多个转动模式；
11.所述第一控制装置接收所述脉冲宽度调变信号，且解析所述脉冲宽度调变信号以取得对应的一所述脉冲信号频率，并依所取得的所述脉冲信号频率对应的一所述转动模式控制所述马达对应的动作。
12.本发明之效果在于，利用第二控制装置产生的脉冲宽度调变信号之不同的脉冲信号频率代表为不同的转动模式，而由第一控制装置解析脉冲宽度调变信号之脉冲信号频率，并以对应的转动模式控制所述马达，如此，可减少传输线组之传输线的数量，利于在壳体中传输线组的配线。
附图说明
13.图1为现有的电动工具示意图。
14.图2为现有的电动工具之系统方块图。
15.图3为本发明第一优选实施例之电动工具示意图。
16.图4为上述优选实施例之系统方块图。
17.图5为上述优选实施例三个霍尔传感器之输出及转速信号之波形图。
18.图6为上述优选实施例之电动工具的控制方法流程图。
19.图7为上述优选实施例之电动工具的脉冲宽度调变信号波形图。
20.图8为上述优选实施例之电动工具的脉冲宽度调变信号波形图。
21.图9为本发明第二优选实施例之电动工具示意图。
22.图10为上述优选实施例之电动工具的控制方法流程图。
23.图11为上述优选实施例之电动工具的脉冲宽度调变信号波形图。
24.图12为上述优选实施例之电动工具的脉冲宽度调变信号波形图。
25.图13为上述优选实施例之电动工具的脉冲宽度调变信号波形图。
具体实施方式
26.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3与图4所示，为本发明第一优选实施例之电动工具2，包含一壳体30及设置于壳体30中的一马达32、一第一电路板36与一第二电路板40，其中：
27.所述马达32之转轴322连接一传动件34，所述传动件34在本实施例中以一冲击机构为例，但不以此为限，亦可为离合机构、减速机构等。所述马达在本实施例中为三相直流无刷马达。
28.所述第一电路板36上设置有一第一控制装置38，所述第一控制装置38电性连接所述马达32。本实施例中，所述第一控制装置38包括多个换相开关元件382、多个霍尔传感器384与一第一控制器386，其中，所述第一控制器386可为微控制器，所述第一控制器386电性连接所述多个换相开关元件382与所述多个霍尔传感器384，所述多个换相开关元件382在本实施例中为六个mosfet且电性连接马达32的定子，所述多个霍尔传感器384为三个且分
别用以感测马达之转子的位置，每一个所述霍尔传感器384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在转子每转120度时，分别依序输出脉冲波，而形成脉冲波形式的一位置信号。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。
29.所述第一控制装置38包括一第一储存单元388，本实施例中，所述第一储存单元388为第一控制器386内建的内存，所述第一储存单元388储存多个控制参数，第一控制器386依所述多个控制参数控制所述多个换相开关元件382，进而控制所述马达32之转轴322转动。每个控制参数用于控制马达以多个不同的转动模式中的一个转动，转动模式可例如为正转模式、反转模式。
30.所述第二电路板40电性连接一电池46与一操作界面48，且第二电路板40上设置有一第二控制装置42与一显示器44。电池46提供电力给第二电路板40，操作界面48电性连接所述第二控制装置42且包括一启动开关482与一模式选择器484，启动开关482受使用者操作以输出一启动信号至所述第二控制装置42，所述模式选择器484可为开关且受使用者操作而输出一选择信号至所述第二控制装置42。所述第二控制装置42包括一第二控制器422与一第二储存单元424，所述第二控制器422可为微控制器且电性连接所述显示器44。本实施例中，所述第二储存单元424为第二控制器422内建的内存，所述第二储存单元424储存多个频率参数，所述多个频率参数分别对应多个不同的脉冲信号频率。第二控制器422可依选择信号选择对应的一所述频率参数，并依所选择的频率参数产生具有特定的一所述脉冲信号频率之一脉冲宽度调变信号。
31.所述第二电路板40通过一传输线组50电性连接所述第一电路板36，所述传输线组50的传输线包含一电源线501、一接地线502、一命令传输线503、一刹车信号线504、一回馈信号线505、一电流信号线506、一转速信号线507。电源线501与接地线502用以将电力从第二电路板40传送到第一电路板36。所述第二控制装置42与所述第一控制装置38之间通过所述命令传输线503、所述刹车信号线504、所述回馈信号线505、所述电流信号线506、所述转速信号线507进行沟通。
32.所述第二控制装置42经由所述命令传输线503传输脉冲宽度调变信号至所述第一控制装置38，以作为控制马达32之转动模式的命令，前述之动作方式容后详述。
33.所述第二控制装置42经由所述刹车信号线504传送一刹车命令，所述第一控制装置38依所述刹车命令控制所述马达32停止转动。
34.所述第一控制装置38经由所述回馈信号线505传送对应的一回馈信号，所述回馈信号是对应所述传动件34的动作状态，例如冲击机构动作时，所述第一控制装置38发送的所述回馈信号中以多个脉冲波代表冲击机构的冲击次数。在一实施例中，亦可不设置回馈信号线505。
35.所述第一控制装置38侦测所述马达32运转时的电流，并经由所述电流信号线506传送一马达电流信号。
36.所述第一控制器386将三个霍尔传感器384所感测的位置信号转换为一转速信号，转速信号系通过转速信号线507传送至所述第二控制装置42，供第二控制装置42判断马达32的转速。请配合图5，本实施例中，第一控制器386在每一个霍尔传感器384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，将所述转速信号由一第三电压准位v3改变
为一第四电压准位v4，并且所述第一控制器386在每一所述霍尔传感器384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，将所述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，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，转速信号具有三个周期的脉冲波，第二控制装置42由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384的输出整合为一，可以有效减少传输线组50之传输线的数量。
37.在一实施例中，亦可由第一控制器386将所述位置信号中的其中一个霍尔传感器384的输出作为转速信号，第二控制装置42通过一个霍尔传感器384输出的脉冲波周期计算转子的转速。此外，若第二控制装置42不需取得转速，则可不设置转速信号线507。
38.吾人可先定义各种转动模式时，马达32应如何转动，为便于说明，以所述多个转动模式包括一第一转动模式与一第二转动模式为例，其中，第一转动模式用以控制所述马达32沿一第一转动方向d1转动，第二转动模式用以控制所述马达32沿一第二转动方向d2转动，所述第二转动方向d2与所述第一转动方向d1相反。
39.转动模式定义完成后，在第二控制装置42中设定第二储存单元424中的所述多个频率参数分别对应所述多个不同的转动模式。例如所述多个频率参数包括一第一频率参数与一第二频率参数，第一频率参数供产生具有脉冲信号频率为一第一频率的脉冲宽度调变信号，第二频率参数供产生具有脉冲信号频率为一第二频率的脉冲宽度调变信号。
40.并在第一控制装置38中设定所述第一储存单元388中的所述多个控制参数分别对应所述多个不同的脉冲信号频率。例如所述多个控制参数包括一第一控制参数与一第二控制参数，第一控制参数与第二控制参数分对应第一频率与第二频率，所述第一控制参数供控制所述马达32沿所述第一转动方向d1转动，所述第二控制参数供控制所述马达32沿所述第二转动方向d2转动。
41.通过上述电动工具2之架构，即可进行图6所示之控制方法，其包含下列步骤：
42.步骤s11：选择所述多个不同的转动模式之中的一个。本实施例中，使用者操作所述操作界面48，以模式选择器484选择对应的一个转动模式，模式选择器484输出对应的选择信号至所述第二控制装置42，第二控制器422通过所述显示器44显示所述转动模式之信息。在使用者压下所述启动开关482后，进行以下步骤。
43.步骤s12：所述第二控制装置42依所选择的转动模式产生脉冲宽度调变信号，且经由所述命令传输线503传输所述脉冲宽度调变信号。
44.本实施例中，第二控制器422依据选择信号由所述多个频率参数中选择对应的一所述频率参数，并依所选择的频率参数产生具有对应之脉冲信号频率的所述脉冲宽度调变信号。
45.举例而言，第一频率参数以「21k」为例，第二频率参数以「10k」为例，请配合图7，当模式选择器484选择第一转动模式时，所述第二控制器422依选择的第一频率参数产生具有第一频率(21khz)的脉冲宽度调变信号。请配合图8，当模式选择器484选择第二转动模式时，所述第二控制器422依选择的第二频率参数产生具有第二频率(10khz)的脉冲宽度调变信号。
46.步骤s13：所述第一控制装置38接收所述脉冲宽度调变信号，解析所述脉冲宽度调
变信号之波形以取得所述脉冲信号频率，并依所取得的所述脉冲信号频率对应的一所述转动模式控制所述马达32。
47.本实施例中，所述第一控制器386解析所述脉冲宽度调变信号其中一个周期的一脉冲波的上升缘，及下一个周期的一脉冲波的上升缘，并依两个脉冲波的上升缘之间的一时间差(即图7与图8中的第一时间差t1)之倒数获得对应的一所述脉冲信号频率。
48.在取得所述脉冲宽度调变信号的所述脉冲信号频率后，所述第一控制装置38依取得的脉冲信号频率从所述第一储存单元388中的所述多个控制参数择对应的一个，以控制马达32对应的动作。
49.举例而言，所述第一控制器386接收图7之所述脉冲宽度调变信号，取得脉冲信号频率为第一频率(21khz)，第一控制器386则依据第一频率所对应的第一控制参数控制所述多个换相开关元件382，进而控制所述马达32沿所述第一转动方向d1转动。同理，当第一控制器386接收图8之所述脉冲宽度调变信号，取得脉冲信号频率为第二频率(10khz)，第一控制器386则依据第二频率所对应的第二控制参数控制所述多个换相开关元件382，进而控制所述马达32沿所述第二转动方向d2转动。
50.上述中，利用第二控制装置42产生的所述脉冲宽度调变信号之不同的脉冲信号频率代表为不同的转动模式并通过一个命令传输线503传输脉冲宽度调变信号，而由第一控制装置38解析脉冲宽度调变信号之脉冲信号频率，并以对应的转动模式控制所述马达32，如此，可减少传输线组50之传输线的数量，并有利于在壳体30中传输线组50的配线。
51.图9所示为本发明第二优选实施例之电动工具3，其系以第一实施例为基础，不同的是，所述启动开关482包括一转速选择器482a，使用者按压启动开关482时，依按压的深度一并触动转速选择器482a，以产生对应的转速选择信号并传送到第二控制装置42。
52.第二控制装置42依按压启动开关482的深度不同，由转速选择器482a之转速选择信号分别产生多个不同的转速值。在一实施例中，所述转速选择器482a亦可独立于启动开关482之外，供使用者选择转速值，而输出对应的转速选择信号。
53.第二控制装置42的所述第二储存单元424储存多个比例值参数，所述多个比例值参数分别对应多个不同的占空比，在产生所述脉冲宽度调变信号时，可依据一所述比例值参改变所述脉冲宽度调变信号的占空比。
54.所述第一储存单元388储存多个转速参数，各所述转速参数系供所述第一控制装置38控制马达32转动时的转速，所述多个转速参数分别对应马达32的不同转速。
55.吾人可先定义所述第二储存单元424的所述多个比例值参数分别对应所述多个转速值，以及所述第一储存单元388的所述多个比例值参数分别对应所述多个占空比且对应所述多个转速值。占空比越高代表转速越快。
56.图10所示为本发明第二优选实施例之电动工具3的控制方法，其具有大致相同于第一实施例之步骤，不同的是：
57.步骤s21：选择多个不同转动模式中的一个。本步骤与第一实施例之步骤s11相同。在使用者压下所述启动开关482后，进行以下步骤。
58.步骤s22：所述第二控制装置42依所选择的转动模式产生脉冲宽度调变信号，且依据不同的转速值调整所述脉冲宽度调变信号的占空比为多个不同的比例中的一个，并经由所述命令传输线503传输所述脉冲宽度调变信号。
59.本实施例中，第二控制器422依据选择信号由所述多个频率参数中选择对应的一所述频率参数，且依据使用者按压激活开关482的深度不同，由转速选择信号产生所述多个转速值中的一个转速值，依所产生的转速值由所述第二储存单元424选择对应的一个比例值参数。而后，依所选择的频率参数产生具有对应之脉冲信号频率的所述脉冲宽度调变信号，且依选择的比例值参数产生具有对应之占空比的所述脉冲宽度调变信号。
60.以第一频率参数以「21k」为例，其中一个比例值参数以「23」为例，请配合图11，当模式选择器484选择第一转动模式时，所述第二控制器422依选择的第一频率参数产生具有第一频率(21khz)的脉冲宽度调变信号，且依当下的转速选择信号对应的转速值选择对应的比例值参数(例如「23」)并产生对应的占空比为23％。请配合图12，其中一个比例值参数以「60」为例，当按压启动开关的深度更深，达到对应比例值参数为「60」之转速值时，第二控制器依当下的转速选择信号对应的转速值选择对应的比例值参数(例如「60」)，进而改变所述脉冲宽度调变信号的占空比为60％。
61.同理，当模式选择器484选择第二转动模式时，所述第二控制器422依选择的第二频率参数产生具有第二频率的脉冲宽度调变信号，且依当下的转速选择信号对应的转速值选择对应的比例值参数并产生占空比。
62.步骤s23：所述第一控制装置38接收所述脉冲宽度调变信号，解析所述脉冲宽度调变信号之波形以取得所述脉冲信号频率及所述占空比，并依所取得的所述脉冲信号频率对应的一所述转动模式控制所述马达32，且依所取得的占空比控制所述马达32的转速。
63.配合图11、图12，所述第一控制器386解析所述脉冲宽度调变信号其中一个周期的一脉冲波的上升缘至下一个周期的一脉冲波的上升缘之取的第一时间差t1之倒数获得对应的一所述脉冲信号频率。所述第一控制器386解析所述脉冲宽度调变信号其中一个周期的一脉冲波的上升缘至下降缘之间的一第二时间差t2，再依所述第二时间差t2与所述第一时间差t1的比例获得占空比。
64.所述第一控制器386在取得所述脉冲宽度调变信号的所述脉冲信号频率及占空比后，所述第一控制器386依取得的脉冲信号频率从所述第一储存单元388中的所述多个控制参数择对应的一个以及依当下的占空比选择对应的一所述转速参数，以控制马达依所选的转动模式对应的动作且依所选择的转速参数控制所述马达32在转动模式时产生对应的转速。
65.举例而言，所述第一控制器386接收图11之所述脉冲宽度调变信号，取得脉冲信号频率为第一频率(21khz)，占空比为23％，第一控制器386则依据第一频率所对应的第一控制参数及依据所述占空比为23％对应的一个转速参数，控制所述多个换相开关元件382，进而控制所述马达32沿所述第一转动方向d1转动并具有对应的转速。
66.如图13所示，在转动的过程中，若使用者改变了按压启动开关482的深度，达到对应比例值参数为「60」之转速值时，第二控制器422依当下的转速选择信号对应的转速值选择比例值参数，并改变所述脉冲宽度调变信号的占空比为60％，则第一控制器则依据第一频率所对应的第一控制参数及依据所述占空比为60％对应的一个转速参数，控制所述多个换相开关元件382，进而控制所述马达32沿所述第一转动方向d1转动并具有对应的更高的转速。
67.同理，若所述第一控制器所接收的脉冲宽度调变信号之脉冲信号频率为第二频
率，则依第二控制参数及依据当下的占空比对应的一个转速参数，控制所述多个换相开关元件382，进而控制所述马达32沿所述第二转动方向d2且以对应的转速转动。
68.据上所述，本发明第二实施例通过命令传输线503传输脉冲宽度调变信号同样可减少传输线组50之传输线的数量，并且可同时利用脉冲宽度调变讯之占空比调整转速，无需以额外的转输线传输转速命命。
69.上述各实施例中之转动模式还可包括其它转动模式，不以第一转动模式及第二转动模式为限。
70.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。
71.附图标记说明
72.[现有]
[0073]
1：电动工具
[0074]
10：壳体
[0075]
102：传动部
[0076]
104：手持部
[0077]
12：操作界面
[0078]
14：马达
[0079]
16：上电路板
[0080]
162：换相开关元件
[0081]
164：霍尔传感器
[0082]
18：下电路板
[0083]
182：控制器
[0084]
20：电池端口
[0085]
22：电池
[0086]
24：传输线组
[0087]
[本发明]
[0088]
2、3：电动工具
[0089]
30：壳体
[0090]
32：马达
[0091]
322：转轴
[0092]
34：传动件
[0093]
36：第一电路板
[0094]
38：第一控制装置
[0095]
382：换相开关元件
[0096]
384：霍尔传感器
[0097]
386：第一控制器
[0098]
388：第一储存单元
[0099]
40：第二电路板
[0100]
42：第二控制装置
[0101]
422：第二控制器
[0102]
424：第二储存单元
[0103]
44：显示器
[0104]
46：电池
[0105]
48：操作界面
[0106]
482：启动开关
[0107]
482a：转速选择器
[0108]
484：模式选择器
[0109]
50：传输线组
[0110]
501：电源线
[0111]
502：接地线
[0112]
503：命令传输线
[0113]
504：刹车信号线
[0114]
505：回馈信号线
[0115]
506：电流信号线
[0116]
507：转速信号线
[0117]
d1：第一转动方向
[0118]
d2：第二转动方向
[0119]
s11～s13、s21～s23：步骤
[0120]
v1：第一电压准位
[0121]
v2：第二电压准位
[0122]
v3：第三电压准位
[0123]
v4：第四电压准位