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TWI758581B - 電動工具 - Google Patents

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TWI758581B
TWI758581B TW108103546A TW108103546A TWI758581B TW I758581 B TWI758581 B TW I758581B TW 108103546 A TW108103546 A TW 108103546A TW 108103546 A TW108103546 A TW 108103546A TW I758581 B TWI758581 B TW I758581B
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王士豪
黃瑞貞
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車王電子股份有限公司
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Abstract

一種電動工具，包括一殼體、一馬達、複數個霍爾感測器、一第一電路板及一第二電路板。該些霍爾感測器感測馬達之轉子位置並產生對應的位置訊號；第一電路板設有複數換相開關元件與一第一控制器；第二電路板設有一第二控制器，第二控制器可根據操作介面的操作訊號傳送對應的驅動訊號予該第一控制器，該第一控制器可依據該驅動訊號及該位置訊號控制該些換相開關元件進行換相，使該馬達之轉子轉動。透過本發明將換相程序與使用者操作程序分別由兩不同控制器處理的設計，可有效簡化各控制器之程式碼，並且利於控制器之維護。

Description

電動工具
本發明係與電動工具有關；特別是指一種利於編寫與維護程式碼之電動工具之設計。
如圖１及圖２所示，習用的電動工具1，包含殼體10、馬達12、霍爾感測器14、控制器16及換相開關元件18，其中，該殼體10包含傳動部101與手持部102，傳動部101中設置有馬達12及驅動機構（圖未示），馬達12為三相直流無刷馬達，手持部102中設置有一操作界面20，操作界面20供使用者操作，以產生一操作訊號。
其中，該霍爾感測器14與該控制器16電性連接，該換相開關元件18分別與該馬達12及該控制器16電性連接，該霍爾感測器14用以感測馬達12之轉子的位置並產生回饋訊號，該回饋訊號傳送至該控制器16，該控制器16判斷該回饋訊號並傳送控制訊號至該換相開關元件，18以控制馬達12的換相，使馬達12之轉子轉動。
當使用者操作該操作界面20時會產生一操作訊號，該操作訊號如速度訊號、轉向訊號、煞車訊號等，該控制器16接收該操作訊號後以控制訊號傳送至該換相開關18，進而控制馬達12。由上述可知，習用之電動工具1之馬達換相程序及使用者操作程序皆由該控制器16所運算，進而使得該控制器16之程式碼編寫複雜，且不利於維護。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種電動工具，可簡化控制器之程式碼，以利於編寫及維護。
緣以達成上述目的，本發明提供的一種電動工具包括一殼體、一馬達、複數個霍爾感測器、一第一電路板及一第二電路板。
其中，該殼體包括一傳動部、一手持部與一底部，該手持部位於該傳動部與該底部之間；該馬達設置於該傳動部中；該些霍爾感測器設置於該傳動部中，該些霍爾感測器感測該馬達之轉子的位置並產生對應的一位置訊號；該第一電路板設置於該手持部中，設置有複數個換相開關元件與一第一控制器，其中該第一控制器電性連接該些換相開關元件及該些霍爾感測器，該些換相開關元件電性連接該馬達；該第一控制器接收一驅動訊號，並依據該驅動訊號及該位置訊號控制該些換相開關元件進行換相，使該馬達之轉子轉動；該第二電路板設置於於該殼體的底部中，且該第二電路板透過一傳輸線組電性連接該第一電路板，該第二電路板上設置有一第二控制器，該第二控制器經由該傳輸線組傳送該驅動訊號予該第一控制器。
本發明之效果在於該電動工具藉由該第二電路板傳送該驅動訊號予該第一電路板，再由該第一電路板控制馬達轉子進行換相，可有效簡化習用控制器之程式碼且利於維護。
為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖３至圖６所示，為本發明一較佳實施例之電動工具2，包含一殼體30、一馬達34、複數個霍爾感測器38、一第一電路板36及一第二電路板40，其中：
該殼體30包括一傳動部302、一手持部304與一底部306，其中該手持部304位於該傳動部302與該底部306之間；該傳動部302供設置馬達34及驅動機構（圖未示），該馬達34的轉軸用以帶動驅動機構；該手持部304係供人員握持，且該手持部304設置有一操作界面32，用以供人員操作以產生一操作訊號，該底部306設置有一電池（圖未示），用以提供該電動工具2運作之電力，於本實施例中，該操作訊號包括啟動命令、轉向命令、煞車命令及速度命令。實務上，操作訊號至少包括啟動命令。
該馬達34於本實施例中為三相直流無刷馬達34，包含定子34a及轉子34b，該馬達34之轉軸連接於轉子34b，且，轉軸自馬達34的前側突伸而出並連接於驅動機構。
複數個霍爾感測器38設置於該傳動部302中，於本實施例中，該些霍爾感測器38為三個且分別用以感測馬達34之轉子34b的位置，每一該霍爾感測器38的輸出是在一第一電壓準位V1與一第二電壓準位V2之間變換，該些霍爾感測器38在轉子每轉120度時，分別依序輸出脈波，而形成脈波形式的一位置訊號，本實施例中第一電壓準位V1以低電壓準位為例，第二電壓準位V2以高電壓準位為例。
第一電路板36設置於該手持部304中，該第一電路板36上設置有複數個換相開關元件362與一第一控制器364，其中該些換相開關元件362於本實施例中為六個MOSFET且電性連接馬達34的定子34a，該第一控制器364電性連接該些換相開關元件362及該些霍爾感測器38。
第二電路板40設置於該殼體30的底部306中，且該第二電路板40透過一傳輸線組42電性連接第一電路板36，該第二電路板40電性連接一電池，以接收來自電池的電力，該傳輸線組42包含一電源線與一接地線，以將電力由第二電路板40傳送到第一電路板36。
該第二電路板40電性連接操作界面32，且該第二電路板40上設置有一第二控制器402，該第二控制器402接收來自操作界面32的操作訊號後，將該操作訊號轉換為一驅動訊號，再由該傳輸線組42傳送該驅動訊號予第一控制器364。
藉此，該第一控制器364接收該驅動訊號，並依據該驅動訊號及該位置訊號控制該些換相開關元件362進行換相，使該馬達34之轉子34b轉動，由於換相控制係由第一電路板36上的第一控制器364進行，第二電路板40上的第二控制器402無需分別控制該些換相開關元件362進行換相切換，因此，相較於習用的電動工具，本發明的電動工具2可有效減少傳輸線組42的訊號線數量。另外，本發明的電動工具2將馬達換相程序交由第一控制器364處理，將使用者操作程序交由第二控制器402處理，如此一來，比起將所有程序交由同一控制器處理而言，可以有效減少、簡化第一控制器364與第二控制器402上所載之程式碼的行數與複雜度，而可利於程式碼的維護。
如圖５所示，該手持部304為使操作人員於握持時有更佳的掌握度，故設計該手持部304相對於該傳動部302傾斜一角度，而為了有效利用該殼體30內之空間，本實施例中該第一電路板36之板面延伸線與該傳動部302之水平軸線之夾角θ為八十五度至八十度之間，使該第一電路板36以順應該手持部304之傾斜角度設置，以利於殼體30內之配線。
為了便於第二控制器402可以取得馬達34之轉子34b的轉速，本實施例中傳輸線組42包含一轉速訊號線，第一控制器364將三個霍爾感測器38所感測的位置訊號轉換為一轉速訊號，該轉速訊號係透過轉速訊號線傳送至該第二控制器402，第二控制器402再依據轉速訊號判斷馬達34的轉速。請配合圖６，本實施例中，第一控制器364將位置訊號轉換為轉速訊號的方法為，第一控制器364在每一個霍爾感測器38的輸出由該第一電壓準位V1轉變為該第二電壓準位V2時，將該轉速訊號由一第三電壓準位V3改變為一第四電壓準位V4，並且該第一控制器364在每一該霍爾感測器38的輸出由該第二電壓準位V2轉變為該第一電壓準位V1時，將該轉速訊號由該第四電壓準位V4改變為該第三電壓準位V3。本實施例中第三電壓準位V3以低電壓準位為例，第四電壓準位V4以高電壓準位為例。換言之，轉子34b每轉動120度，轉速訊號即會具有一個週期的脈波變化，轉子34b每轉動一圈，轉速訊號具有三個週期的脈波，第二控制器402由轉速訊號的脈波週期即可計算轉子34b的轉速，藉此，將三個霍爾感測器38的輸出整合為一，可以有效減少傳輸線組42之訊號線的數量。實務上，亦可由第一控制器364將該位置訊號中的其中一個霍爾感測器38的輸出作為轉速訊號，第二控制器402藉由一個霍爾感測器38輸出的脈波週期計算轉子34b的轉速。
此外，該電動工具2更包含一溫度感測器44如圖７所示，該溫度感測器44設置於該傳動部302，用以偵測該馬達34之溫度，其中該溫度感測器44電性連接於該第一控制器364，該傳輸線組42包含一溫度訊號線，該溫度感測器44偵測該馬達34之溫度後，該第一控制器364產生一溫度訊號，該溫度訊號透過該溫度訊號線傳送至該第二控制器402，當馬達34溫度高於一預定溫度時，該第二控制器402發出一驅動訊息以降低馬達34轉速或是停止馬達34運轉，防止馬達34因長時間運轉溫度過高而毀損，達到保護的功能，或者驅動電動工具內部的散熱風扇加速運轉，以將電動工具內部的廢熱排除。其中，前述預定溫度可根據所應用之馬達的不同適應性地調整，而不以一特定數值為限。其中該溫度感測器44包含一負溫度係數電阻(ntc-resistor)，但不以此為限。
本實施例中，第二控制器402依據該操作訊號的啟動命令產生的驅動訊號包含一速度命令、一煞車命令及一轉向命令，第一控制器364接收到驅動訊號後，依據速度命令控制換相開關元件362進行換相的切換速度，以達到控制轉子34b的轉動速度，或是依據煞車命令控制換相開關元件362，使轉子34b停止轉動，亦或是依據轉向命令控制換相開關元件362，使轉子34b依操作界面32上所設定的轉向轉動。速度命令於本實施例中係以PWM的方式傳送。此外，該傳輸線組42包括一速度訊號線、一煞車訊號線及一轉向訊號線，該速度命令係透過速度訊號線傳送，煞車命令係透過煞車訊號線傳送，而轉向命令係透過轉向訊號線傳送。
據上所述，本發明的電動工具2將馬達換相程序交由第一控制器364處理，將使用者操作程序交由第二控制器402處理，如此一來，比起將所有程序交由同一控制器處理而言，可以有效減少、簡化第一控制器364與第二控制器402上所載之程式碼的行數與複雜度，而可利於程式碼的維護，另外，對於後續的維護與故障排除作業也有相當的幫助，舉例而言，當馬達換相程序或使用者操作程序發生異常時，便可知悉是哪一塊電路板發生問題，便可優先檢修或更換該電路板。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
［習用］ 1:電動工具 10:殼體 101:傳動部 102:手持部 12:馬達 14:霍爾感測器 16:控制器 18:換相開關元件 20:操作界面 ［本發明］ 2:電動工具 30:殼體 302:傳動部 304:手持部 306:底部 32:操作界面 34:馬達 34a:定子 34b:轉子 36:第一電路板 362:換相開關元件 364:第一控制器 38:霍爾感測器 40:第二電路板 402:第二控制器 42:傳輸線組 44:溫度感測器 V1:第一電壓準位 V2:第二電壓準位 V3:第三電壓準位 V4:第四電壓準位 θ:夾角
圖１為習用之電動工具的示意圖。 圖２為習用的電動工具之系統方塊圖。 圖３A為本發明一較佳實施例之電動工具示意圖。 圖３B為上述較佳實施例之電動工具示意圖。 圖４為上述較佳實施例電動工具之系統方塊圖。 圖５為上述較佳實施例電動工具之第一電路板與第二電路板之夾角示意圖。 圖６為上述較佳實施例三個霍爾感測器之輸出及轉速訊號之波形圖。 圖７為上述較佳實施例電動工具之溫度感測器的示意圖。
2:電動工具
30:殼體
302:傳動部
304:手持部
306:底部
32:操作界面
34:馬達
36:第一電路板
362:換相開關元件
364:第一控制器
40:第二電路板

Claims (8)

  1. 一種電動工具，包含：一殼體，包括一傳動部、一手持部與一底部，其中該手持部位於該傳動部與該底部之間；一馬達，設置於該傳動部中；複數個霍爾感測器，設置於該傳動部中，該些霍爾感測器感測該馬達之轉子的位置並產生對應的一位置訊號；一第一電路板，設置於該手持部中，該第一電路板上設置有複數個換相開關元件與一第一控制器，其中該第一控制器電性連接該些換相開關元件及該些霍爾感測器，該些換相開關元件電性連接該馬達；該第一控制器接收一驅動訊號，並依據該驅動訊號及該位置訊號控制該些換相開關元件進行換相，使該馬達之轉子轉動；一第二電路板，位於該殼體的底部中，且該第二電路板透過一傳輸線組電性連接該第一電路板；該第二電路板上設置有一第二控制器，該第二控制器經由該傳輸線組傳送該驅動訊號予該第一控制器；其中，該電動工具包含一操作界面用以供人員操作以產生一操作訊號，該第二電路板電性連接該操作界面，且該第二控制器接收來自該操作界面的該操作訊號後，將該操作訊號轉換為該驅動訊號；其中該第一控制器將該些位置訊號轉換為一轉速訊號，該轉速訊號係透過該傳輸線組傳送至該第二控制器，該第二控制器依據該轉速訊號判斷該馬達的轉速，每一該霍爾感測器的輸出係在一第一電壓準位與一第二電壓準位之間變換；該第一控制器在每一該霍爾感測器的輸出由該第一電壓準位轉變為該第二電壓準位時，將該轉速訊號由一第三電壓準位改變為一第四電壓準位；該第一控制器在每一該霍爾感測器的輸出由 該第二電壓準位轉變為該第一電壓準位時，將該轉速訊號由該第四電壓準位改變為該第三電壓準位。
  2. 如請求項1所述之電動工具，其中該第一電路板之板面延伸線與該傳動部之水平軸線之夾角為八十五度至八十度之間。
  3. 如請求項1所述之電動工具，更包含一溫度感測器，該溫度感測器設置於該傳動部，用以偵測該馬達之溫度。
  4. 如請求項3所述之電動工具，其中該溫度感測器電性連接該第一控制器，該溫度感測器偵測該馬達之溫度後產生一溫度訊號，該溫度訊號透過該傳輸線組傳送至該第二控制器。
  5. 如請求項3所述之電動工具，其中該溫度感測器包含一負溫度係數電阻(ntc-resistor)。
  6. 如請求項1所述之電動工具，其中該驅動訊號包含一速度命令。
  7. 如請求項6所述之電動工具，其中該速度命令係以PWM的方式傳送。
  8. 如請求項1所述之電動工具，其中該驅動訊號包含一轉向命令及一煞車命令。
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