CN100517917C - 电动工具 - Google Patents

Abstract

一种电动工具，所述电动工具包括无刷电动机、冷却风扇和位于壳体中的驱动单元。所述无刷电动机被设置在壳体中并且具有一旋转轴。所述冷却风扇在壳体中被连接到旋转轴并和旋转轴一起旋转。所述驱动单元被设置在壳体中以驱动电动机。所述驱动单元包括具有电路板和安装在电路板上的多个转换元件的反相电路。所述电路板相对于冷却风扇定位在电动机的相对侧。所述多个转换元件在绕着旋转轴的圆周方向上被定位成环绕冷却风扇。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种具有无刷电动机和用于在壳体中驱动所述无刷电动机的电动机驱动电路的电动工具。

背景技术

具有高效率的无刷电动机被用作用于电动工具的驱动源。用于驱动电动工具的电动机驱动电路在壳体中被设置成与驱动电动机是分离开的。电动机驱动电路由具有多个转换元件(例如晶体管和场效应晶体管(在下文中缩写为“FET”))的反相电路构成。

高强度电流流过转换元件，并且转换操作在反相电路中以高频方式进行，从而增加了由转换元件产生的热量。因此。需要对反相电路进行强制冷却。为了强制冷却反相电路，一个实例是使用用于冷却转换元件的风扇。冷却空气的路径通过在壳体上形成进气口和排气口而进行限定。转换元件设置在冷却空气路径中以进行强制冷却。

日本专利申请公开出版物第2004-015956号披露转换元件和冷却风扇设置在电动机的轴向上，使得冷却空气直接输送到转换元件，以更有效地冷却转换元件。结果，反相电路也被强制冷却。

如今，在狭小的工作空间内的可操作性以及便携性方面非常需要减小电动工具的尺寸。特别地，减小容纳电动工具中的无刷电动机和反相电路的整个电动机部分的尺寸是目前所要解决的问题。

电动工具通常用在包括铁粉和木粉的含尘空气环境中。因此，应该限制灰尘进入到壳体中，从而给通风孔的尺寸和位置施加了各种限制。

把转换元件设置在冷却空气路径上的结构需要确保有较大量的吹入空气。因此需要提供较大尺寸的冷却风扇和较大尺寸的通风孔。

然而，确保了较大量的吹入空气通常很容易导致诸如铁粉和木粉的灰尘进入到壳体中，从而降低了电动工具的抗尘性。更进一步地，使用较大尺寸的风扇就可能增加风扇的风阻损失，从而降低了电动机的效率。

本发明的一个目的是提供一种电动工具，所述电动工具可以容易而又迅速地冷却其中的驱动电路，同时防止灰尘进入到壳体中并减小电动工具的尺寸。

发明内容

本发明提供了一种电动工具，所述电动工具包括壳体、无刷电动机、冷却风扇和驱动单元。所述无刷电动机被设置在所述壳体中并具有一旋转轴。所述冷却风扇在所述壳体中连接在所述旋转轴上，并且和所述旋转轴一起旋转。所述驱动单元被设置在所述壳体中以驱动所述电动机。所述驱动单元包括具有电路板和安装在所述电路板上的多个转换元件的反相电路。所述电路板相对于所述冷却风扇设置在所述电动机的相对侧。所述多个转换元件在绕着旋转轴的圆周方向上被定位成环绕所述冷却风扇。

本发明提供了一种电动工具，所述电动工具包括壳体、无刷电动机、冷却风扇和驱动单元。所述壳体包括桶状部分和端部。所述桶状部分具有多个第一开口。所述端部具有一第二开口。所述无刷电动机被设置在所述壳体中并具有在所述桶状部分的轴线方向上延伸的旋转轴。所述冷却风扇设置在所述壳体中。所述冷却风扇包括风扇轴和在所述风扇轴的径向上自其延伸的风扇叶片。所述风扇轴对准并连接在所述旋转轴上，并且和所述旋转轴一起旋转。所述风扇叶片具有径向的外边缘。所述驱动单元被设置在壳体中以驱动所述无刷电动机。所述驱动单元包括电路板和安装在所述电路板上的多个转换元件。所述电路板具有实质位于其中心的第三开口，并且所述电路板相对于所述冷却风扇设置在所述无刷电动机的相对侧，以使所述第三开口直接朝向所述第二开口。所述多个转换元件设置在径向外边缘的外侧。在所述多个第一开口和所述第二开口之间通过所述第三开口产生气流以冷却所述多个转换元件。

附图说明

在接下来的描述中将结合附图对本发明上述的方面和其他特征进行说明，其中：

图1是根据本发明第一实施例的冲击驱动器的部分截面图；

图2是图1所示冲击驱动器的主体部分的横截面图；

图3是沿着图2中A-A线所截得的横截面图；

图4是电路图，示出了用于安装在图1中所示的冲击驱动器中的无刷电动机的驱动电路；

图5是根据本发明第二实施例的冲击驱动器的主体部分的横截面图；

图6是沿着图5中B-B线所截得的横截面图；

图7是根据本发明第三实施例的冲击驱动器的主体部分的横截面图；以及

图8是根据本发明第四实施例的冲击驱动器的主体部分的横截面图。

具体实施方式

下面将参照附图说明本发明的实施例。

图1示出了根据本发明第一实施例的电池供电式冲击驱动器1。参看图1，冲击驱动器1包括无刷电动机3、由无刷电动机3驱动的冷却风扇13以及在壳体2的桶状部分2A中用于驱动无刷电动机3的电动机驱动电路4。冲击驱动器1还包括用于在壳体2中传输无刷电动机3的旋转动力的动力传输机构部分5。

无刷电动机3接收来自设置在壳体2的电池部分2C内的可充电电池6的电力而旋转。无刷电动机3具有固定在壳体2的内圆周的定子7和以可旋转方式设置在定子7内的转子8。无刷电动机3具有固定到转子8的旋转轴9。旋转轴9实质在桶状部分2A的轴线方向X上延伸。旋转轴9具有分别由轴承10和11可旋转地支撑的两个端部。轴承10和11分别由壳体2的一部分和装配在桶状部分2A的轴承保持件12支撑。

参看图1和图3，冷却风扇13具有轴13b和多个叶片13a，所述叶片自轴13b径向延伸并以规则的角度间隔设置在绕着轴13b的圆周方向上。冷却风扇13是径流式风扇。可供选择地，冷却风扇13根据应用也可以是轴流式风扇。在这个实施例中，冷却风扇13具有六个叶片13a。各叶片13a具有径向的外边缘13aa。参看图1和图2，轴13b固定在旋转轴9上并与其排成直线，其中所述旋转轴从轴承保持件12朝向端部2B伸出。因此，冷却风扇13在桶状部分2A的轴线方向X上被定位于无刷电动机3和端部2B之间。

如图4所示，电动机驱动电路4包括反相电路14和用于控制反相电路14的控制电路15。反相电路14包括多个转换元件17，以通过转换元件17的转换操作将由电池6所提供的直流(DC)电力转换为用于无刷电动机3的高频交流(AC)电力。控制电路15控制各转换元件17的转换操作。在这个实施例中，转换元件17包括半导体装置，例如晶体管或FET。各转换元件17具有包括所述半导体装置的盒状构件和位于所述盒状构件的一个端部上的接线柱。

如图1所示，电动机驱动电路4被设置在桶状部分2A和将桶状部分2A连接到电池部分2C的手柄部分2D内。电动机驱动电路4包括用于将转换元件17安装于其上的圆形电路板16。控制电路15容纳于手柄部分2D中。

在这个实施例中，如图1至图3所示，电路板16具有形成于其中心处的圆形通风孔16a。转换元件17以恒定的角度间隔且在绕着圆形通风孔16a的圆周方向上安装于电路板16的一个主要表面上。

如图2所示，安装有转换元件17的电路板16在桶状部分2A中被设置在无刷电动机3和端部2B之间，使得通风孔16a实质上被定位成与冷却风扇13的轴13b同轴，并且转换元件17被定位成环绕冷却风扇13的外边缘13aa。换句话说，电路板16容纳在壳体2中，使得转换单元17被定位成在实质垂直于无刷电动机3的旋转轴9的一平面内环绕冷却风扇13的所有叶片13a。

如上所述，电路板16在桶状部分2A的轴线方向X上相对于冷却风扇13被定位在无刷电动机3的相对侧。转换元件17在旋转轴9的径向上定位在叶片13a的外部。在这个实施例中，转换单元17和冷却风扇13位于实质垂直于无刷电动机3的旋转轴9的一平面上。

参看图1和图2，多个圆形排气口2b在桶状部分2A的圆周方向上形成于其内以面向转换元件17。在这个实施例中，如图3所示，六个排气口2b形成于桶状部分2A中。

一圆形进气口2a形成于端部2B的中心处以面向电路板16的通风孔16a。因此，电路板16的功能为风扇导向件，用以限定壳体2中的气流。

电力传输机构部分5由减速机构部分、冲击机构部分和铁砧(anvil)22构成。所述减速机构部包括行星齿轮18和环形齿轮19。所述冲击机构部分包括主轴20和设置在主轴上且可以在前后方向上运动的锤21。铁砧22被设置成用以保持尖端工具(point tool)(未示出)。

接下来将描述具有上述构造的冲击驱动器1的操作。

在紧固螺钉的操作中，电动机驱动电路4接收来自可充电电池6的电力来驱动无刷电动机3。然后，无刷电动机3的旋转轴9以预先确定的速度旋转。旋转轴9的扭矩输送给主轴20，同时所述主轴被行星齿轮18和环形齿轮19减速，以使主轴20以预先确定的速度旋转。接着，主轴20的扭矩输送给铁砧22以使连接在铁砧22的尖端工具旋转，从而紧固了螺钉。同时，当大于预先确定数值的扭矩在紧固螺钉的操作中作用在锤21时，主轴20的扭矩被转换成锤21的撞击力。撞击力继而通过铁砧22传输给尖端工具。扭矩和撞击力两者都传递给了尖端工具，从而使尖端工具能够执行所需的螺钉紧固操作。

一般地，当无刷电动机3旋转时，无刷电动机3和电动机驱动电路4会产生热量。特别地，大量的电流流过位于电动机驱动电路4中的转换元件17，并且转换元件17以高频进行转换操作，从而增加转换元件所产生的热量。因此，需要对转换元件17进行冷却。

和无刷电动机3的旋转轴9一起旋转的冷却风扇13如图2中的箭头所示通过进气口2a将冷却空气吸取到壳体2中。所吸入的冷却空气通过电路板16中的通风孔16a并被吸入冷却风扇13的中心部分。此时，电路板16的作用为风扇导向件，用以将冷却空气引导到冷却风扇13的中心部分。从进气口2a至排气口2b的气流由于通风孔16a受到限定及控制而通过通风孔16a。这个结构有助于有效地冷却转换元件17。

引导到冷却风扇13的中心部分的冷却空气带有被定向成在冷却风扇13的径向上向外的动能。冷却空气经过并冷却转换元件17，并且经由壳体2的排气口2b排出到大气中。

如上所述，多个转换元件17不断地通过由无刷电动机3的旋转产生的冷却空气冷却。在这个实施例中，多个转换元件17在桶状部分2A中被定位成环绕冷却风扇13，以在垂直方向上面向冷却风扇13。因此，可以缩短容纳无刷电动机3和电动机驱动电路4的桶状部分2A的轴向长度。冲击驱动器1可以以较小尺寸制造。

更进一步地，转换元件17直接位于冷却风扇13的下风方向，使得高速冷却空气撞击在转换元件17上。因此，转换元件17被有效地冷却且可以抑制转换元件17的温度升高。

在这个实施例中，以实质相等的角度间隔设置多个转换元件17。进一步地，多个排气口2b在桶状部分2A上形成为环绕转换元件17。通过这样的结构，转换元件17被冷却空气有效且均匀地冷却，使得可以抑制转换元件17的温度升高。因此，可以使每个进气口2a的开口面积减至最小。空气通道的设计也变得很便利。更进一步地，与发热构件(例如转换元件17)仅设置在直的冷却路径上的传统结构相比较，可以防止类似铁粉或者木粉之类的灰尘进入到壳体2中。

如上所述，冷却效率的提高使得不需要增加冷却风扇的尺寸，因而减小风阻损失和提高电动机的效率。

更进一步地，在这个实施例中，电路板16的作用为用于控制冷却空气的流动的风扇导向件，从而增强并有助于转换元件17的热辐射。不需要提供用作风扇导向件的额外构件。因此，冲击驱动器1的制造成本和尺寸都可以减小。

参照图5和图6描述本发明第二实施例的冲击驱动器。在图5和图6中，和图1及图4中相同的元件将由相同的参考符号标记，并且在下文中将省略对所述相同元件的说明。

在这个实施例中，转换元件17被固定到金属散热片23。散热片23与轴承保持件12形成为一体。

根据第二实施例，转换元件17也被固定到金属散热片23，使得由转换元件17产生的热量传输到散热片23以有效地进行热辐射，从而提高并增强了对转换元件17的冷却效果。更进一步地，散热片23和轴承保持件12的一体成形提高了散热片23的热能容量，从而提高并增强了对转换元件17的冷却效果。

当轴承保持件12由热绝缘材料制成时，可以防止热量从无刷电动机3向电动机驱动电路4传输，从而可防止由于无刷电动机3产生热量而导致转换元件17的温度升高。这个结构在无刷电动机3的发热量高于转换元件17的总发热量时是很有效的。

其他的构造与第一实施例中的一样，使得第二实施例的冲击驱动器获得与第一实施例相同的优点。

本发明第三实施例的冲击驱动器将参照图7进行描述。在图7中，与图5中相似的元件由同样的参考符号标记，并省略了对所述相似元件的说明。

在这个实施例中，转换元件17被固定到金属散热片23。轴承保持件12由金属构件形成。热绝缘材料24被插入到轴承保持件12和散热片23之间。

通过这个结构，当轴承保持件12由金属构件形成时，考虑到轴承保持件12的耐久性和精确性，轴承保持件12和散热片23之间的热绝缘材料24可防止热量从无刷电动机3向转换元件17传递。因此，可以防止由于无刷电动机3中所产生的热量而导致的转换元件17的温度升高。其他结构与第一实施例中的相同，使得第三实施例的冲击驱动器获得与第一实施例相同的效果。

参照图8来描述本发明第四实施例的冲击驱动器。在图8中，与图5相似的元件由图5中相同的参考符号标记，并且将省略对相同元件的说明。

在这个实施例中，轴承保持件12由金属构件形成。转换元件17的末端通过热绝缘构件25固定到轴承保持件12。换句话说，转换元件17是分别通过所述末端和另一端部固定在轴承保持件12和电路板16之间。

通过这样的结构，桶状部分2A中的转换元件17的配置易于实施，而不会受转换元件17自身或者无刷电动机3所产生的热量所影响，从而可防止转换元件17向着冷却风扇13倾斜。其他的构造与第一实施例相同，使得第四实施例的冲击驱动器获得与第一实施例相同的效果。

在上述实施例中，可充电电池6被用作用于驱动无刷电动机3的电源。家用的商用电源也可以替代无刷电动机3在本发明中使用。

在上述的实施例中，无刷电动机3是径流式风扇。而轴流式风扇可以代替径流式风扇被用作冷却风扇13。在这种情况下，转换元件17被定位在冷却风扇13的上风侧，这是因为气流通过通风孔16a从口2b流向口2a。所述气流撞击在每一个转换元件17上，使得转换元件17被冷却且使转换元件17所产生的热量有效地逸散。这种结构确保了和第一实施例相同的优点。

本发明可以应用于如上述冲击驱动器具有无刷电动机和电动机驱动电路的任何其它类型的电动工具中。

要理解的是，之前的描述和附图阐明了目前本发明的实施例。当然，对于本领域普通技术人员而言，在不偏离本发明所披露的本质和范围的前提下根据前述教示而进行的其他的修改、附加和选择性的设计是显而易见的。因此，应该理解本发明不限于所披露的实施例，而是可以在随附权利要求的全部范围内进行实施。

Claims (11)

1.一种电动工具，包括：

壳体；

设置在壳体中且具有一旋转轴的无刷电动机；

冷却风扇，所述冷却风扇在所述壳体中连接到所述旋转轴并和所述旋转轴一起旋转；和

驱动单元，所述驱动单元被设置在所述壳体中用以驱动所述电动机，并且所述驱动单元包括具有电路板和安装在所述电路板上的多个转换元件的反相电路，所述电路板相对于所述冷却风扇设置在所述电动机的相对侧，并且所述多个转换元件在绕着所述旋转轴的圆周方向上被定位成环绕所述冷却风扇。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述多个转换元件和所述冷却风扇位于垂直于所述旋转轴的平面上。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述多个转换元件以规则的间隔设置在所述圆周方向上，并且其中所述壳体在所述多个转换元件附近设有多个排气口。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述电路板设有位于其中心的通风孔，所述通风孔和所述电路板彼此具有几何关系，以使所述电路板的功能为风扇导向件。

5.根据权利要求1所述的电动工具，进一步包括金属散热片，所述多个转换元件也连接到所述散热片。

6.根据权利要求5所述的电动工具，进一步包括：

可旋转支撑所述旋转轴的轴承；和

设置在所述壳体中以保持所述轴承的轴承保持件，所述轴承保持件和所述散热片连接成一体。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其中所述轴承保持件由热绝缘材料制成。

8.根据权利要求6所述的电动工具，进一步包括设置在所述轴承保持件和所述散热片之间的热绝缘构件，其中所述轴承保持件由金属制成。

9.根据权利要求6所述的电动工具，其中所述轴承保持件由金属制成，并且所述多个转换元件通过热绝缘构件固定到所述散热片。

10.根据权利要求4所述的电动工具，其中所述壳体设有面向所述通风孔的进气口，用以将空气吸入所述壳体中。

11.一种电动工具，包括：

壳体，所述壳体包括桶状部分和端部，所述桶状部分具有多个第一开口，所述端部具有一第二开口；

无刷电动机，所述无刷电动机被设置在所述壳体中并具有在所述桶状部分的轴线方向上延伸的旋转轴；

冷却风扇，所述冷却风扇被设置在所述壳体中且包括风扇轴和在所述风扇轴的径向上自风扇轴延伸的风扇叶片，所述风扇轴对准并连接到所述旋转轴且和所述旋转轴一起旋转，所述风扇叶片具有径向的外边缘；和

设置在所述壳体中以驱动所述无刷电动机的驱动电路，所述驱动电路包括电路板和安装在所述电路板上的多个转换元件，所述电路板具有位于其中心的第三开口，并且所述电路板相对于所述冷却风扇设置在所述无刷电动机的相对侧以使所述第三开口直接朝向所述第二开口，所述多个转换元件被定位在所述径向外边缘的外侧，其中在所述多个第一开口和所述第二开口之间通过所述第三开口产生气流以冷却所述多个转换元件。

Images