CN101214644B - 变频电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变频电动工具，包括机壳、手柄和具有转子与定子的电机，其特征是：所述机壳内置有电子变频模块及依次连接的控制模块并与变频电机连接。有益效果：变频电动工具具有独特的节能、环保、使用安全、方便、效率高、寿命长、智能运行、运行故障判断智能化保护、适应性广，制造简单、维修方便等优点，是将数码智能电子变频技术和变频电动机技术应用到电动工具中。它克服单相串激电动工具，空载转速高，噪音大，起动电流大，影响电网上其它电器的使用，有火花，有碳粉尘埃逸出空气中等影响环保的缺点。它无需更换电刷。轴承、开关及电枢，使用寿命较长。

Description

变频电动工具

技术领域

本发明属于电动工具，尤其涉及一种应用数码智能电子变频技术和变频电动机的变频电动工具。

背景技术

目前公知的电动工具，主要有单相串激电动工具和三相异步电动工具，另外还有三相150HZ、200HZ、300HZ、400HZ四种三相42V中频电源的中频电动工具。电动工具的使用，主要为手持式，则要求使用电源方便，携带轻巧，力大，安全，单相串激电动工具基本上满足了上述使用要求，由于使用面广，因此发展和需求量很大。单相串激电动工具，也存在许多缺点，主要有空载噪音大，有换向火花，产生无线电、电视干扰，需经常更换磨损的电刷，有大量碳粉尘埃逸出，起动、制动电流大，影响电网中其它电器的使用，轴承，开关，电枢易损坏，影响使用寿命。大功率电动工具更易损坏，寿命更短。三相异步电动工具的使用寿命长，使用功率可大，其缺点：体积大、重量重、单位重量出力小，只能适用移动式，大功率电动工具，不太适合手持式。其它四种三相150HZ、200HZ、300HZ、400HZ中频电动工具，工作电压为42V，使用安全、工作寿命长、体积小、重量轻、使用方便，其主要缺点：使用工作电源的电压、频率与电网上供电不一致，需用专用中频电源，一种频率工具需一种频率设备，一种频率工具只有一种速度，因此使用范围受限制，只适于少量工厂的专用生产线上使用，而且中频工具价格昂贵。业内亟待开发一种解决上述电动工具各有的缺点，又把它们各自优点集于一体，并且有节能，环保，智能运行和多种保护功能，更安全，更方便，更可靠，使用寿命更长的电动工具。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种采用了先进的数码智能电子变频技术和变频电机结合一体的变频电动工具，它可以根据实际使用所需的功率大小，智能地自动反馈信号，调整变频模块输出频率，可从空载设定的频率，调整到所需频率范围内，使变频电动机输出相应的转速与功率，达到自动适应负载变化的功能，既可满足实际工况所需的功率要求，又达到节能的目的。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种变频电动工具，包括机壳、手柄和具有转子与定子的电机，其特征是：所述机壳内置有电子变频模块及依次连接的控制模块并与变频电机连接。

所述变频模块由依次连接的整流电路、滤波电路及逆变器组成。

所述控制模块包括依次连接的控制回路和过载保护、过热保护、失速保护、泄漏电流保护、短路保护、过压保护及欠压保护电路组成的保护电路，并与开关元件连接。

所述开关元件包括依次连接的数显屏、按钮、指示灯及开关。

所述变频模块采用直流变频模块与三相变频同步电机连接或采用交流变频模块与三相变频异步电机连接。

所述变频电机转子前端连接风扇及传动副。

所述变频电机转子前端连接的传动副采用角度齿轮传动副、直齿或斜齿齿轮传动副或皮带传动副。

本发明有益效果：变频电动工具可广泛应用于多个领域，它具有独特的节能、环保、使用安全、方便、效率高、寿命长、智能运行、运行故障判断智能化保护、适应性广，制造简单、维修方便等优点，是将数码智能电子变频技术和变频电动机技术应用到电动工具中。它克服单相串激电动工具，空载转速高，噪音大，起动电流大，影响电网上其它电器的使用，有火花，有无线电、电视干扰，有碳粉尘埃逸出空气中等影响环保的缺点，以及经常更换磨损电刷的麻烦，轴承、开关、电枢易损坏，影响产品的使用寿命，结构复杂，制造工艺繁琐，大功率电动工具噪音更大，寿命更短的缺点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是交流变频的电路原理图；

图3是直流变频的电路原理图。

图中：1.变速箱，2.中间盖，3.风扇，4.转子，5.定子，6.机壳，7.变频功率模块，8.变频功率模块散热器9.大开关10.手柄11.电缆，12.轴承。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图所示，一种变频电动工具，包括机壳、手柄和具有转子与定子的电机，所述机壳内置有电子变频模块及依次连接的控制模块并与变频电机连接。所述变频模块由依次连接的整流电路、滤波电路及逆变器组成。所述控制模块包括依次连接的控制回路和保护电路，并与开关元件连接。所述开关元件包括依次连接的数显屏、按钮、指示灯及开关。所述变频电机转子前端连接风扇及传动副。变频电机转子前端连接的传动副采用角度齿轮传动副、直齿或斜齿齿轮传动副或皮带传动副。工作原理：详见图1，变速箱1是把变频电动机转子4的水平旋转运动，通过角向齿轮传动付进行减速，并改变成垂直旋转运动，带动砂磨片进行工作。变频电动机有风扇3转子4和定子5组成，风扇3安装在转子4的前端，转子4高速旋转带动风扇3同时旋转，在手柄10的进风口和变速箱1出风口，由变速箱1中间盖2，机壳3和手柄10形成冷却风路，转子4定子5变频功率模块7变频功率模块散热器8，均在散热冷却风路中，强制进行冷却。机壳6手柄10均为工程塑料制成，定子5安装在塑料机壳6之中，转子4和中间的转子轴之间有轴绝缘结构，形成本实施例，主要的双重绝缘结构。变频功率模块7及变频功率模块散热器8安装在机壳6中进风口位置，转子4两端置有两个轴承12。变频功率模块散热器8由铝合金制成凹形容器，容器四周有密集的散热筋，由进风口吸入空气，通过散热筋带走热量，进行冷却。为了抗冲击，防震动和较好的导热性，在凹形铝制散热器和模块间用导热绝缘胶封闭，形成带散热器的功率模块组件，安装在进风口位置，由于变频电动机转子带着风扇，进行高速旋转，使进风口到出风口，引成较强的散热冷却风路，功率模块和变频电动机在此风路中得到强制冷却，冷却条件的好坏，直接影响这些部件的热老化程度和工作寿命。大开关9安装在手柄10内，是变频电动工具指挥中心，它不仅控制变频功率模块，并起着保护整个系统的安全。电缆11是由电缆线和护套组成，安装在手柄11的尾部，电网电流由电缆11进入大开关9，导通后，同时进入变频功率模块7和大开关9中的控制模块，进行变频，经变频后电流，  输入变频电动机的定子5，使转子4进行旋转。它使用电网上的电源，单相50HZ(60HZ)，三相50HZ(60HZ)，利用数码智能电子变频模块，根据各种不同工具，输入不同的最佳工作特性曲线，它可以根据变频电动工具在操作中所需的功率大小，智能地自动反馈信号，调整变频模块输出频率，可从空载设定的频率，调整到所需频率(一般在400HZ左右)范围内，使变频电动机输出相应的转速与功率，达到自动适应负载变化的功能，因此既可满足实际工况所需的功率要求，又达到节能的目的。在模块中，可根据需要加入多种保护电路，如：过载保护、过热保护、失速保护、泄漏电流保护、短路保护、过压保护、欠压保护等，通过指示灯显示，停止工作，这样达到运行状态故障判断的自动化保护功能，同时通过显示屏，显示转速，扭矩，正反旋转方向等功能，使用更安全方便，这不仅对使用者操作更安全，对工具也起了良好的保护作用。

起动采用触发信号，无触点启动和正反换向，使开关只承受极小的毫安电流，这些都设置在模块中。由于起动电流从零开始的软起动，使开关不会承受大的起动电流影响，不仅保护了开关寿命，更解决了电动工具频繁起动，大电流对电网中其它电器使用的影响。

详见图2-3，变频电动工具采用无刷变频电动机，大功率变频电动工具采用交流变频模块和三相变频异步电动机，小功率变频电动工具可采用直流变频模块和三相变频同步电动机。变频电动机没有电刷，解决了更换电刷的麻烦，没有火花，没有无线电、电视干扰和碳粉尘埃逸出，其转子都是金属的实心体，没有换向器和绕组。其工作寿命极大提高，可以经受高速，温度和大功率的要求。

数码智能电子变频模块能使电网电源从50HZ(60HZ)变为0-400HZ电源，使变频电动机的转速与功率随频率增加而提高，可以达到和超过现有相似规格串激电动机额定转速，使额定功率也同时提升。

在设计工具最佳工作特性曲线时，确定了最小空载电流，最低空载转速的频率，使其空载时具有低能耗，低噪音的特点，也解决了轴承在超临界转速，易损坏的因素，工作特性曲线频率最高点，是工作频率最高点，也就是额定功率，额定的转速最高点。在工厂和专业工具中使用较大功率和移动式电动工具时，可设计使用三相50HZ(60HZ)电源，在功率模块的整流部分需增加两只整流二级管，其它部分都无影响。变频电动工具，规格功率大小，只影响功率模块大小和变频电动机的大小，而控制模块制成的大开关元件，是基本相似的，这一大开关也是变频模块的通用部件，控制模块没有发热元件，不需冷却，可以放置和功率模块相隔的地方，如手柄，后罩，机壳外部等位置。这样防止功率模块发出的热量影响控制模块，同时也简化了各种不同功率规格模块的生产和制造。

变频电动机无论是三相变频异步电动机或是三相变频同步电动机，其转子都金属实心体，没有绕组，没有换向器，经高速动平衡后，只要提高频率，可达到其它电动机所无法完成的高速，又不影响其寿命，这样为变频电动机合理开放转速，提高单位重量出力，提供了可靠的保证。在设计防溅型和水密型工具时，工作电压可采用42V三类工具形式。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种变频电动工具，其特征是：包括：

机壳、手柄和具有转子与定子的变频电机，所述机壳内置有电子变频模块及依次连接的控制模块并与变频电机连接；

所述变频模块由依次连接的整流电路、滤波电路及逆变器组成；

所述控制模块包括依次连接的控制回路和过载保护、过热保护、失速保护、泄漏电流保护、短路保护、过压保护及欠压保护电路组成的保护电路，并与开关元件连接；

所述开关元件包括依次连接的数显屏、按钮、指示灯及开关；

所述变频模块采用直流变频模块与三相变频同步电机连接或采用交流变频模块与三相变频异步电机连接；

变速箱，其把变频电机的转子的水平旋转运动，通过角向齿轮传动副进行减速，并改变成垂直旋转运动，带动砂磨片进行工作，变频电机由有风扇的转子和定子组成，风扇安装在转子的前端，转子高速旋转带动风扇同时旋转，所述手柄设有进风口，变速箱设有出风口，由变速箱的出风口，中间盖，机壳和手柄的进风口形成冷却风路，转子及定子均在散热冷却风路中，强制进行冷却；变频功率模块，变频功率模块散热器安装在机壳的进风口位置；机壳，手柄为工程塑料制成，定子安装在塑料的机壳之中，转子和中间的转子轴之间有轴绝缘结构，转子两端置有两个轴承，变频功率模块散热器由铝合金制成凹形容器，该凹形容器四周有密集的散热筋，在凹形铝制散热器和模块间用导热绝缘胶封闭；

所述开关安装在手柄内，电网电流由电缆进入开关，同时进入变频功率模块和开关中的控制模块，进行变频，经变频后电流，输入变频电机的定子，使转子进行旋转。

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