[发明专利]电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路。

背景技术

多电动工具例如电动起子、电动扳手等，其内部皆以直流电马达做 为旋转动力产生元件，驱转螺钉或螺丝锁接连接件到最终迫紧结合位置 时，应以额定的扭力值上紧，才不会因螺锁紧度不足容易松脱，或螺锁 紧度过量挤坏连接件，达到螺锁品管精确的工作要求。

而直流电马达旋转做功遇到阻力时，具有转速会受阻降低，使内部 等效阻抗降低、电流增大，输出扭力也随的增大的特性，因此，理论上 电压不变，也不考虑电马达工作温度的影响下，电马达输出遇阻力由轻 负载到重负载的过程中，转速降低，电马达需求的输入功率会升高的特 性(供电电压不变，内部等效阻抗降低，则电流会增加)，能够借由侦测 转速或功率来对应电马达输出扭力，取得调控电马达最大最终旋锁扭力 的依据，而以侦测转速来对应电马达扭力，仍然存在很多变量，加上电 子线路对电马达转速的监控分辨率和实时性都不足，反不如侦测功率变 化来得有连续性，作为监控电马达扭力的因子更为恰当，也因此市面上 就有许多电子式扭力控制设计，就是用一线性线路侦侧流过电马达电流 的大小来对应电马达扭力变化。

但是实际运作中，供给电马达的供电电压并非永远是固定的，尤其 是使用电池电源的电动工具例如电动螺丝起子(screw driver)、电钻 (drill)、电槌(impact driver)等，以锂电池为例，其电池电压和输 出电流之间，呈一对应曲线，并非只以侦测流经电马达电流的大小，就 能以电子计算处理方式，得出电马达当时正确的功率，况且还有工作温 度此一重要因子，影响电马达效率(不同温度下的电马达，其扭力与电 流的对应曲线就会不同)，使其螺锁扭力调控常常因供电电压变化失准， 极不精确。

以电马达的输入功率为调控扭力依据的标的，最理想的方式，莫如 在电马达旋转动态中，随时侦测电压、电流再换算为功率，而要执行这 样的功能，如果使用线性线路则会相当复杂，比较有效的方式应当是使 用内含单芯片集成电路的线路，利用(AD，anlog to digital)pin，在动 态中随时侦测电池电压和流过电马达的电流，但在电马达运转过程中， 如同一般逻辑线路电压、电流，普遍存在很多、很大的噪声，非常容易 造成AD pin得到值不对而误判的问题，如果为了降低误判机率，就必须 加上复杂的滤波线路，如此将造成时间延迟，再加上电子计算处理需要 的时间，其实时的反应性就会非常差了。

以侦测流经电马达电流，得出电马达当下功率换算成扭力的调控方 式，仍有不够精确的缺点，且随时侦测电压、电流再换算为功率的逻辑 线路，仍有实时反应性差的缺点。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的以侦测 流经电马达电流，得出电马达功率换算成扭力的调控方式，存在不够精 确，且随时侦测电压、电流再换算为功率的逻辑线路，仍有实时反应性 差的缺点，而提供一种电马达抗阻扭力控制暨电池放电保护电路，达到 精密扭力的控制，线路简单、成本低廉，精准功能较现有扭力调控电路 大幅提升的目的。

对螺锁的电动工具而言，电马达的功能是将输入的功率转换为一旋 转动能输出对螺丝的旋紧做功，螺丝最后被锁紧的程度会对应电马达最 后输出(等于电马达输入乘上效率)的平均功率。

假使我们只以流过电马达的电流来对应需求的扭力，那以最后一小 时段的平均功率(I×V对时间积分)来看，就会因供应电压的不同而不 同，电马达输出的功转换为对螺丝的旋转力量(F)和螺丝旋进距离D的 乘积(F×D)，所以当电马达因输出阻力增大、转速下降，电流增大到达 一设定值后，如果能使供应电马达的电流维持在此设定值，那从电流到 达设定值后的一小段时间内，电马达会因螺丝旋锁阻力而停止，停止后 电马达固定的功率转换为旋转力量F已不足以使螺丝再进一步旋紧，旋 锁螺丝达到最后紧度。

本发明人从而思考以下数点进行改进：