TW202400370A

TW202400370A - 電動工具

Info

Publication number: TW202400370A
Application number: TW111123732A
Authority: TW
Inventors: 蔡承恩; 洪崇焜
Original assignee: 鑽全實業股份有限公司
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2024-01-01
Also published as: US20230415316A1

Abstract

一種電動工具，包含一電源單元、一動力單元、一感測單元，及一控制單元。該電源單元包括一電池及一馬達電源開關電路。該動力單元包括一馬達驅動電路、一切換開關電路及一馬達。該切換開關電路經該馬達電源開關電路由該電池接收電源以提供該馬達運作。該控制單元包括一主控制器及一次控制器，該主控制器於判斷運作異常時控制該動力單元停止運作，該次控制器於判斷運作異常時，控制該馬達電源開關電路停止提供電源至該切換開關電路。藉此，可避免當單一控制器失效時會導致電動工具誤動作的問題。

Description

電動工具

本發明是有關於一種電動工具，特別是指一種具雙控制器的電動工具。

隨著電動工具的功能增加、動能需求提升、設計複雜度增加，當其內部的電控開關或感測器故障、或因外部環境的干擾而產生電子失效時，所導致的危險性也大幅增加。是以，如何增加容錯設計以提升使用者的安全性，即為業界首要研發目標之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種可提供雙重確認以增加使用安全性的電動工具。

於是，本發明電動工具，包含一電源單元、一動力單元、一感測單元，及一控制單元。

該電源單元包括一用以提供電源的電池及一電連接該電池的馬達電源開關電路。

該動力單元包括一接收該電池之電源的馬達驅動電路、一電連接該馬達驅動電路與該馬達電源開關電路的切換開關電路，及一電連接該切換開關電路的馬達，該切換開關電路受該馬達驅動電路控制而驅動該馬達運作以提供動力，該切換開關電路經該馬達電源開關電路由該電池接收電源以提供該馬達運作。

該感測單元用以感測該電源單元與該動力單元，以輸出一對應的感測資訊。

該控制單元包括一信號連接該電源單元、該動力單元與該感測單元的主控制器，及一信號連接該電源單元與該感測單元的次控制器，該主控制器於根據該感測資訊判斷運作異常時，控制該動力單元停止運作，該次控制器於根據該感測資訊判斷運作異常時，控制該馬達電源開關電路停止提供電源至該切換開關電路。

本發明之功效在於：藉由該主控制器與該次控制器進行雙重確認，避免當單一控制器失效時，會導致電動工具誤動作而造成使用者的安全風險。再者，藉由該次控制器於判斷運作異常時，直接切斷該馬達的電源供應，還可用以解除電路故障短路所造成的大電流狀態，達到避免電路毀損的效果。

在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1與圖2，本發明電動工具之一第一實施例，包含一電源單元2、一動力單元3、一感測單元4，及一控制單元5。

該電源單元2包括一用以提供電源的電池21、一電源電路22、一電源驅動電路23，及一馬達電源開關電路24。該電源電路22將該電池21所提供的電源(例如，18V)，經過穩壓及變壓後，提供給內部電路使用，該電源電路22例如可具有兩個分別提供不同電壓(例如，5V及12V)的低壓差穩壓器221(Low-dropout regulator，縮寫為LDO)。該電源驅動電路23接收該電源電路22之電源(例如，12V)，並受該控制單元5控制而驅動該馬達電源開關電路24，該電源驅動電路23例如為閘極驅動電路(gate driver)，用以接收該控制單元5所輸出之一驅動控制信號後，對該馬達電源開關電路24中的半導體(例如，MOSFET、IGBT)開關之閘極(gate)提供所需之電壓，並根據該控制單元5所輸出的該驅動控制信號而控制該馬達電源開關電路24中之半導體導通或不導通。

該動力單元3用以提供運作之動力，並包括一馬達驅動電路31、一電連接該馬達驅動電路31與該馬達電源開關電路24的切換開關電路32，及一電連接該切換開關電路32的馬達33。該馬達驅動電路31接收該電源電路22之電源(例如，12V)，並接收該控制單元5所輸出之呈PWM訊號的一馬達控制信號，並根據所述PWM訊號的占空比(Duty Ratio)控制該切換開關電路32驅動該馬達33以目標轉速轉動。該切換開關電路32經該馬達電源開關電路24由該電池21接收電源(例如，18V)以提供該馬達33運作。於該馬達電源開關電路24導通時，該電池21經該馬達電源開關電路24、該切換開關電路32至該馬達33的電源路徑導通，於該馬達電源開關電路24不導通時，該電池21至該馬達33的電源路徑不導通。其中，該切換開關電路32例如可使用半導體(例如，MOSFET、IGBT)開關實施。該馬達33例如可使用無刷直流馬達(Brushless DC Motor，縮寫為BLDC)實施。

該感測單元4用以感測該電源單元2、該動力單元3與複數開關(圖未示，例如一安全開關及一扳機開關等)之狀態，以輸出一對應的感測資訊。該感測單元4包括複數感測模組，例如，包括一電池電壓感測模組41、一安全開關感測模組42、一撞針開關感測模組43、一馬達電流感測模組44，及一扳機開關感測模組45。

該電池電壓感測模組41電連接於該電池21與該控制單元5間，用以偵測該電池21之電壓，並輸出至該控制單元5。該安全開關感測模組42用以偵測使用者是否按壓該安全開關(或稱保險開關)。該撞針開關感測模組43用以偵測一撞針(圖未示)是否在擊發後回到初始位置。該馬達電流感測模組44用以偵測該馬達33之電流，並輸出至該控制單元5。由於本領域中具有通常知識者根據以上說明，可以推知各該感測模組的擴充細節，因此不多加說明。

參閱圖1及圖3，該扳機開關感測模組45用以偵測使用者是否按壓該扳機開關，並具有一受該扳機開關連動的微動開關451，及二電阻452。該微動開關451具有一電連接一第一電位(例如，低電位，如0V)的第一端453、一用以輸出一主扳機信號S1的第二端454，及一用以輸出一次扳機信號S2的第三端455，該等電阻452分別以其中一端電連接於該第二端454與該第三端455，並以另一端電連接一第二電位(例如，高電位，如5V)。藉由將該主扳機信號S1與該次扳機信號S2分別輸出至後述之一主控制器51與一次控制器52，當該扳機開關被按壓而連動該微動開關451切換時，無論該微動開關451是切換到連接該第二端454或該第三端455，該主控制器51與該次控制器52皆會分別接收到不同電位之信號(其中之一為高電位，另一為低電位)。

值得說明的是，於本實施例中，是以每種該感測模組各設置一個作為說明，且除了該撞針開關感測模組43是僅電連接至該主控制器51外，其他每一該感測模組都同時輸出該感測資訊至該主控制器51與該次控制器52。實際應用上，亦可依需求而設置至少一個冗餘的該感測模組，例如，可額外設置一個相同的該電池電壓感測模組41(即，設置兩個相同的該電池電壓感測模組41)，並將該等電池電壓感測模組41分別電連接至該主控制器51與該次控制器52，以使該等電池電壓感測模組41分別輸出實質相同的該感測資訊至該主控制器51與該次控制器52。藉此，當其中一個該電池電壓感測模組41故障時，還有另一個該電池電壓感測模組41可以輸出正確的感測資訊供該主控制器51或該次控制器52進行判斷。

該控制單元5包括信號連接該電源單元2、該動力單元3與該感測單元4的該主控制器51，及信號連接該電源單元2與該感測單元4的該次控制器52。該主控制器51與該次控制器52皆可設計為具有A/D轉換、I/O偵測、PWM輸出等功能之電路，並例如可使用微控制器(Microcontroller，縮寫為MCU)實施。

該主控制器51於根據該感測資訊判斷運作異常時，輸出對應的該馬達控制信號，使該馬達驅動電路31驅動該切換開關電路32而使該馬達33不運作。該次控制器52於根據該感測資訊判斷運作異常時，輸出該驅動控制信號，並經該電源驅動電路23而使該馬達電源開關電路24不導通，以藉由切斷該電池21經該馬達電源開關電路24、該切換開關電路32至該馬達33的電源供應路徑，而達到使該馬達33停止運作的效果。如此，可以藉由設置雙控制器進行雙重確認，而能提升使用安全性。

其中，可將該主控制器51設置為能與該次控制器52相互通信(實體接線或是無線通訊)，並使該主控制器51根據接收自該次控制器52的信息及該感測資訊判斷運作是否異常，該次控制器52根據接收自該主控制器51的信息及該感測資訊判斷運作是否異常(例如，該主控制器51藉由該扳機開關感測模組45判斷該扳機開關被按壓，但接收自該次控制器52的信息為該扳機開關未被按壓，或者未接收到來自該次控制器52針對該扳機開關按壓狀態的信息，則該主控制器51判斷運作異常)。如此，可以藉由雙控制器相互溝通確認，進一步減少因單一控制器故障時所導致的安全風險，故能再提升使用安全性。

其中，於該主控制器51與該次控制器52皆判斷運作並無異常時，先由該次控制器52控制該馬達電源開關電路24導通，以提供電源至該切換開關電路32，再由該主控制器51控制該馬達驅動電路31而使該切換開關電路32驅動該馬達33運作。如此，可以避免發生該馬達控制信號早於電源供應至該馬達33的情況，而降低該馬達33錯誤運作的機會。

參閱圖1及圖4，說明該第一實施例於正常運作情況下之使用流程：

步驟S01：使用者開啟電源後，按下該扳機開關，該主控制器51與該次控制器52被喚醒，並各自經該感測單元4接收該感測資訊，以判斷該電動工具之運作狀態。

此時，該馬達電源開關電路24為不導通狀態，即，該電池21經該馬達電源開關電路24、該切換開關電路32至該馬達33的電源路徑並未開啟，該馬達33尚無法運作。

步驟S02：該主控制器51與該次控制器52相互通信，並判斷該電動工具之運作狀態是否異常。當雙方根據該感測資訊判斷運作正常，且雙方所收到的該感測資訊亦相同時，則判斷該電動工具運作正常。

步驟S03：該次控制器52輸出該驅動控制信號，經該電源驅動電路23使該馬達電源開關電路24導通，進而使該電池21經該馬達電源開關電路24、該切換開關電路32至該馬達33的電源供應路徑導通。

步驟S04：該主控制器51輸出該馬達控制信號，以使該馬達驅動電路31根據該馬達控制信號，控制該切換開關電路32驅動該馬達33運作。

當該電動工具運作異常時，於上述步驟S02中，該主控制器51與該次控制器52會判斷出該電動工具運作異常，該次控制器52會於步驟S03中控制該馬達電源開關電路24不導通，以停止該馬達33之電源供應，該主控制器51則於步驟S04中，控制該馬達驅動電路31使該馬達33停止運作。

舉例說明，當該電池電壓感測模組41故障，而使該主控制器51接收到該感測資訊，但該次控制器52並未接收到該感測資訊時，該次控制器52不導通該馬達電源開關電路24，並傳送一異常信號至該主控制器51，該主控制器51接收到該異常信號後，控制該馬達驅動電路31不驅動該馬達33，而使該馬達33不運作。

參閱圖5，為本發明電動工具的一第二實施例，該第二實施例是類似於該第一實施例，該第二實施例是用於說明該感測單元4所包括之該等感測模組之種類可依實際需求而變化，且各別之該感測模組是同時信號連接至該主控制器51與該次控制器52，或是僅連接至該主控制器51或該次控制器52，皆可依實際需求而變化。

該第二實施例與該第一實施例的差別在於：

該感測單元4包括一電池電壓感測模組41、一馬達電流感測模組44及一扳機開關感測模組45。該電池電壓感測模組41與該馬達電流感測模組44僅電連接該主控制器51，該扳機開關感測模組45同時電連接該主控制器51與該次控制器52。該主控制器51與該次控制器52不相互通信。

參閱圖5及圖6，說明該第二實施例於正常運作情況下之使用流程：

步驟S11：使用者開啟電源後，按下該扳機開關，該主控制器51與該次控制器52被喚醒，並各自經該感測單元4接收該感測資訊，以各自判斷該電動工具之運作狀態。

步驟S12：該次控制器52輸出該驅動控制信號，經該電源驅動電路23使該馬達電源開關電路24導通，進而使該電池21經該馬達電源開關電路24、該切換開關電路32至該馬達33的電源供應路徑導通。

步驟S13：該主控制器51輸出該馬達控制信號，以使該馬達驅動電路31根據該馬達控制信號，控制該切換開關電路32驅動該馬達33運作。

當該電動工具運作異常時，舉例說明，當該扳機開關感測模組45故障，而使該主控制器51接收到該感測資訊，但該次控制器52並未接收到該感測資訊時，該主控制器51判斷運作正常而控制該馬達驅動電路31驅動該馬達33，該次控制器52判斷運作異常而不導通該馬達電源開關電路24。如此，該馬達33仍會因為未獲得電能而不運作，避免了在感測異常的情況下運作可能產生的安全疑慮。

經由以上的說明，本實施例的功效如下：

一、藉由設置該主控制器51與該次控制器52進行雙重確認，避免當單一控制器失效時，會導致電動工具誤動作而造成使用者的安全風險。再者，藉由該次控制器52於判斷運作異常時，控制該馬達電源開關電路24停止提供電源至該切換開關電路32，由於該次控制器52是直接切斷該馬達33的電源供應，因此，不僅可以達到禁止該馬達33運作的效果，當該切換開關電路32故障短路而造成大電流時，同樣也可以藉由控制該馬達電源開關電路24切斷電源供應，而解除上述的大電流狀態，達到避免電路毀損的效果。

二、藉由該主控制器51與該次控制器52相互通信，並於判斷運作並無異常時，先提供電源再控制該馬達33運作，可以避免發生該馬達控制信號早於電源供應至該馬達33的情況，而能降低該馬達33錯誤運作的機會。

綜上所述，本發明電動工具確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2:電源單元 21:電池 22:電源電路 221:低壓差穩壓器 23:電源驅動電路 24:馬達電源開關電路 3:動力單元 31:馬達驅動電路 32:切換開關電路 33:馬達 4:感測單元 41:電池電壓感測模組 42:安全開關感測模組 43:撞針開關感測模組 44:馬達電流感測模組 45:扳機開關感測模組 451:微動開關 452:電阻 453:第一端 454:第二端 455:第三端 5:控制單元 51:主控制器 52:次控制器 S1:主扳機信號 S2:次扳機信號 S01~S04:步驟 S11~S13:步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明電動工具的一第一實施例的一電路方塊示意圖；圖2是該第一實施例的局部電路示意圖，說明一馬達電源開關電路；圖3是該第一實施例的一扳機開關感測模組的電路示意圖；圖4為流程圖，說明該第一實施例於正常運作情況下之使用流程；圖5是本發明電動工具的一第二實施例的一電路方塊示意圖；及圖6為流程圖，說明該第二實施例於正常運作情況下之使用流程。

2:電源單元

21:電池

22:電源電路

221:低壓差穩壓器

23:電源驅動電路

24:馬達電源開關電路

3:動力單元

31:馬達驅動電路

32:切換開關電路

33:馬達

4:感測單元

41:電池電壓感測模組

42:安全開關感測模組

43:撞針開關感測模組

44:馬達電流感測模組

45:扳機開關感測模組

5:控制單元

51:主控制器

52:次控制器

Claims

一種電動工具，包含：一電源單元，包括一用以提供電源的電池及一電連接該電池的馬達電源開關電路；一動力單元，包括一接收該電池之電源的馬達驅動電路、一電連接該馬達驅動電路與該馬達電源開關電路的切換開關電路，及一電連接該切換開關電路的馬達，該切換開關電路受該馬達驅動電路控制而驅動該馬達運作以提供動力，該切換開關電路經該馬達電源開關電路由該電池接收電源以提供該馬達運作；一感測單元，用以感測該電源單元與該動力單元，以輸出一對應的感測資訊；及一控制單元，包括一信號連接該電源單元、該動力單元與該感測單元的主控制器，及一信號連接該電源單元與該感測單元的次控制器，該主控制器於根據該感測資訊判斷運作異常時，控制該動力單元停止運作，該次控制器於根據該感測資訊判斷運作異常時，控制該馬達電源開關電路停止提供電源至該切換開關電路。
如請求項1所述的電動工具，其中，該主控制器與該次控制器相互通信，該主控制器根據接收自該次控制器的信息及該感測資訊判斷運作是否異常，該次控制器根據接收自該主控制器的信息及該感測資訊判斷運作是否異常。
如請求項1所述的電動工具，其中，該主控制器與該次控制器相互通信，並於兩者皆判斷運作無異常時，該次控制器先控制該馬達電源開關電路提供電源至該切換開關電路，該主控制器再控制該馬達驅動電路而使該切換開關電路驅動該馬達運作。
如請求項1所述的電動工具，其中，該感測單元包括複數感測模組，至少一該感測模組同時輸出該感測資訊至該主控制器與該次控制器。
如請求項4所述的電動工具，其中，該等感測模組為一電池電壓感測模組及一馬達電流感測模組。
如請求項4所述的電動工具，其中，該等感測模組為一安全開關感測模組及一撞針開關感測模組。