CN102046335B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种电动工具，包括无刷直流电机和向电机供给驱动电力的驱动电路，以及，电动工具转动或驱动工具，其特征在于：驱动电路包括多个开关元件，并布置在设置于壳体握持部中或握持部下方的基板上；以及，在开关元件附近设置电扇，用于冷却开关元件。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具，其使用无刷直流电机作为驱动源并具有紧凑尺寸。

背景技术

近年来，在用电机使工具诸如钻头或旋具转动以执行所需操作的电动工具中，使用无刷直流(DC)电机。无刷直流电机是一种没有电刷(用于连通的刷子)的DC(直流)电机，其在定子侧使用线圈(绕组)、而在转子侧使用永磁体，并依次向预定线圈施加由变换器驱动的电力，从而使转子转动。作为无刷直流电机的示例，例如，已知在专利文献1中描述了一种无刷直流电机。在此专利文献1中，在安装于电机后端侧(与输出轴相反一侧)的圆形电路板上布置开关元件，开关元件用于切换向缠绕在定子上的线圈所施加电流的通断。所有开关元件安装在电路板的一侧表面(后侧表面)上，并与散热件相邻接，散热件以独立于电路板的方式固定至定子铁芯，用于散发开关元件中所产生的热量。

近年来，在用电机转动并驱动工具(诸如钻头或旋具)以执行所需操作的电动工具中，设置用于冷却电机的风扇。风扇与电机同轴方式设置，并随电机转动而转动。通常，风扇设置于电机转动轴的后端侧或其前端侧，并借助于由风扇所产生的气流冷却电机的发热部分。在使用无刷直流电机的电动工具中，由于通过依次向预定线圈供给由变换器驱动的电力使转子转动，将由输出晶体管组成的变换器电路布置在例如电机后部，并且也由风扇所产生的气流对变换器电路进行冷却。此外，在专利文献2中披露了一种技术，其中将用于电动工具开关的控制晶体管布置在散热片上，此散热片靠近于电池布置，以及，外部空气从靠近于散热片形成在壳体中(把手部的下部)的开口通过散热片和电池。

引用列表

专利文献1：JP-A-2004-357371

专利文献2：US2003/0030984

发明内容

技术问题

在将所有开关元件安装于电路板后表面的方法中，鉴于冷却表面与安装空间之间的关系，这样布置开关元件，使得各开关元件的高度方向与电机转动轴平行。然而，这种布置能够实现良好的冷却性能，但在电机后端侧及其轴向要求具有与电路板及开关元件的高度相对应的空间。所以，将这种电机应用于电动工具，导致壳体前后方向长度的增加。

另一方面，为了避免壳体前后方向长度的增加，也考虑到不将电路板设置于电机后方而是设置在其他位置。然而，由于较大电流在开关元件中流动，需要冷却开关元件。通常，借助于通过电机转动的冷却风扇，使开关元件冷却。所以，如果将安装有开关元件的基板布置于其他位置，就会产生如何进行冷却的问题。

考虑到上述背景技术，本发明的目的是，提供一种电动工具，通过缩短壳体的前后方向长度，可以使电动工具的全长缩短。

本发明的另一目的是，提供一种电动工具，其实现良好的冷却结构，同时将开关元件安装在远离电机的位置(与电机分隔开布置的位置)。

本发明的又一目的是，提供一种电动工具，其能够令人满意地冷却开关元件，而与电机转动状态无关。

在使用无刷直流电机的结构下，在将所有开关元件安装于电路板后侧面的方法中，这样布置开关元件，在安装空间的关系上，使得开关元件的高度方向与电机转动轴平行。然而，这种布置要求在电机轴向后侧具有与电路板和开关元件的高度相对应的空间。所以，这种电机应用在电动工具中会导致壳体的前后方向长度增加。

另一方面，为了避免壳体前后方向长度的增加，还考虑到如专利文献2中那样，不将电路板设置在电机后面，而是将其设置在壳体把手部中。然而，如专利文献2中那样，在壳体中设置开口并使来自散热片和电池部分的热量自然散发的结构，对于仅仅布置用于控制电机通断的开关元件是足够的，但对于冷却大电流流动的无刷直流电机用开关元件而言则是不够的。

考虑到上述背景技术，本发明的一个目的是，提供一种电动工具，其利用现有的电机冷却风扇产生气流，用于冷却远离电机布置的控制电路。

本发明的另一目的是，提供一种电动工具，其实现良好的冷却结构，同时将无刷直流电机的开关元件安装在远离电机的位置(与电机分隔开布置的位置)。

本发明的又一目的是，提供一种电动工具，其有效冷却用于有刷直流电机的保护电路。

解决技术问题的方案

根据本发明的一个特征，一种电动工具，其包括无刷直流电机、以及向电机供给驱动电力的驱动电路，以及，该电动工具转动或驱动一种工具。其中，驱动电路包括多个开关元件，并布置在设置于壳体握持部中或握持部下方的基板上，以及，在开关元件附近设置电扇，以便冷却开关元件。在壳体握持部下方设置进气口和出气口，进气口用于由电扇吸进外部空气，以及，出气口用于排出吹到开关元件中的空气。进气口和出气口设置于壳体的侧面。进气口设置在壳体后侧的侧面上，以及，出气口设置在壳体前侧的侧面上。

根据本发明的另一特征，设置有温度传感器，用于测量开关元件的安装部分温度。利用此温度传感器执行温度控制，使得在温度超过预定值的情况下，驱动电扇；以及，当温度低于预定值时，可以使风扇停止。此外，执行另外的温度控制，使得在开始电机驱动的同一时间，使电扇转动；以及，即使在停止电机转动的情况下，也不停止电扇，直至温度低于预定值。

根据本发明的另一特征，壳体设置有指示电扇正在转动的显示装置，从而向操作者指示电扇正在转动。此外，电动工具包括用于供给电力的可拆卸电池，并将安装有开关元件的基板设置在电池与握持部之间。将开关元件布置在基板上，使其高度方向在竖直方向自基板延伸。

根据本发明的另一特征，一种电动工具，包括：电机；风扇，其安装于电机的转动轴并冷却电机；转动传输装置，其向工具传输转动力或驱动力；以及壳体，用于在其中容纳这些部件。其中，壳体包括本体部(在其中容纳电机和转动传输装置)、把手部(其自本体部伸出)、以及电池保持部(其设置于把手部的前端)；用于控制电机转动的控制电路，布置于设置在把手部或电池保持部中的基板上；以及，空气进出口设置在把手部或电池保持部中，并利用风扇在把手部中产生气流，藉此，对控制电路进行冷却。把手部中的气流可以从风扇的空气排出侧向空气进出口流动。或者相反，气流也可以从空气进出口向风扇的空气吸入侧流动。

根据本发明的另一特征，电机是无刷直流电机，以及，控制电路包括驱动无刷直流电机的变换器电路。其中，发热量较大的变换器电路的开关元件，由在把手部中流动的气流进行冷却。此外，电机是有刷直流电机，以及，其电机的控制电路包括用于保护电机的输出晶体管。其中，发热量较大的输出晶体管由风扇所产生的气流进行冷却。为了增强冷却效果，在把手部中可以设置整流板，用于使气流改变方向。此外，在部分基板中或基板周围，可以形成气流由其中通过的引导通道。此外，在壳体把手部的内壁或外壁上，可以设置绝热材料。此外，在壳体的进气口中可以设置过滤器，用于过滤空气。

发明的有益效果

根据本发明的第一方面，包括开关元件的驱动电路布置在设置于壳体握持部中或握持部下方的基板上，并在开关元件附近设置电扇，以便冷却开关元件。所以，在壳体本体部中电机后侧不需要太大空间，因而，可以实现具有紧凑前后长度的电动工具。此外，由于设置电扇以便冷却开关元件，可以实现开关元件的有效冷却。

根据本发明的第二方面，在壳体握持部下方，设置用于由电扇吸进外部空气的进气口、以及用于排出吹到开关元件中的空气的出气口。所以，即使在发热量大的开关元件安装在壳体的狭窄空间中的情形下，也能有效冷却开关元件。

根据本发明的第三方面，进气口和出气口设置在握持部下方的壳体侧面。所以，不用担心进气口和出气口被操作者的手遮闭，因此能够保持良好的冷却性能。

根据本发明的第四方面，进气口设置于壳体后侧的侧面，而出气口设置于壳体前侧的侧面。所以，从壳体内部排出的空气不会吹到操作者，因而，操作者可以舒适地进行工作。此外，由于进气口位于后侧，也就是，位于操作者侧，即使在在诸如切削操作期间产生粉尘的环境下，粉尘也难以从进气口进入壳体内部。

根据本发明的第五方面，设置温度传感器，用于测量开关元件安装部分的温度，以及，仅仅在温度超过预定值的情形下，驱动电扇。所以，在使用充电式电池的情形下，可以减小电扇对电池的消耗。

根据本发明的第六方面，设置温度传感器，用于测量开关元件安装部分的温度；以及，当开始电机驱动时，使电扇转动，以及，当温度低于预定值时，停止电扇。所以，即使在电机转动经常停止的产品中，诸如电钻和圆盘磨光机，也能可靠地冷却开关元件，而与电机转动停止无关。

根据本发明的第七方面，壳体设置有指示电扇正在转动的显示装置。所以，即使在电机停止之后，操作者也能确认电扇的转动状态，因而，能够避免在电扇转动期间拆卸电池。

根据本发明的第八方面，电动工具包括：可拆卸电池，其用于向驱动电路提供电力；以及，基板，其设置在电池与握持部之间。所以，可以缩短电池与基板之间的引线距离。

根据本发明的第九方面，将开关元件布置在基板上，使其高度方向在竖直方向自基板延伸。所以，即使在厚度受到限制的握持部内部，也能布置开关元件。

根据本发明的第十方面，用于控制电机转动的控制电路布置在设置于把手部或电池保持部中的基板上，空气进出口设置在把手部或电池保持部中，以及，利用风扇在把手部中产生气流，藉此，冷却控制电路。所以，即使在发热量大的开关元件布置在把手部狭窄空间中的情况下，也能有效冷却开关元件。此外，由于不需要单独设置电扇用以冷却设置位置不同于电机设置位置的控制电路，能以低成本实现有效冷却结构。

根据本发明的第十一方面，由于把手部中的气流从风扇的空气排出侧向空气进出口流动，把手部中的气流方向可以维持不变，并且能实现有效冷却结构。

根据本发明的第十二方面，由于把手部中的气流从空气进出口向风扇的空气吸入侧流动，把手部中的气流方向可以维持不变，并且能实现有效冷却结构。

根据本发明的第十三方面，电机是无刷直流电机，以及，控制电路是驱动无刷直流电机的变换器电路。所以，不需要在壳体本体部中电机的后侧安装变换器电路，从而，可以减小常规电机后侧所需要的空间，因而，可以实现具有紧凑前后长度本体部的电动工具。

根据本发明的第十四方面，电机是有刷直流电机，而控制电路包括用于保护有刷直流电机的输出晶体管。由于可以添加用于这种有刷直流电机中输出晶体管的冷却结构，可以保证可靠性高的电动工具操作。

根据本发明的第十五方面，由于在壳体把手部中设置用于使气流改变方向的整流板，可以使壳体中空气的流动顺畅，因而，可以提高冷却效果。

根据本发明的第十六方面，由于在基板中或基板周围形成气流通过的引导通道，可以有效地冷却安装在基板上的开关元件。

根据本发明的第十七方面，由于在壳体中把手部的内壁或外壁上设置绝热材料，能减少由把手部中开关元件所产生的热传向操作者握持把手部的手，因而，操作者可以舒适地进行工作。

根据本发明的第十八方面，由于空气进出口设置在壳体后侧的侧面，从壳体内部排出的空气不会吹到操作者，因而，操作者可以舒适地执行工作。此外，同样地，在诸如切削操作期间产生粉尘的环境下，粉尘难以从空气进出口进入壳体内部。

根据本发明的第十九方面，由于为进气口设置用于过滤空气的过滤器，能有效地避免粉尘进入壳体内部。

附图说明

图1是图示根据本发明实施例冲击旋具内部结构的图；

图2是图1中控制电路板9安装部附近的放大剖视图；

图3是从侧面观察图1所示控制电路板9的侧视图；

图4是从上侧观察图1所示控制电路板9的俯视图；

图5是图示图1中电机3驱动控制系统结构的方块图；

图6是图示根据本发明实施例冲击旋具1使用状态的侧视图；

图7是图示本发明第二实施例控制电路板9的俯视图；

图8是图示根据本发明第一实施例冲击旋具内部结构的图；

图9是从图8所示控制电路板9上侧观察的俯视图；

图10是图示图8中电机驱动控制系统结构的方块图；

图11是图示根据本发明第二实施例冲击旋具内部结构的图；

图12是图示根据本发明第三实施例冲击旋具内部结构的图；

图13是图示根据本发明第四实施例冲击旋具内部结构的图；

图14是图示过滤器128安装于空气进出口125状态的剖视图，涉及本发明第四实施例的变化例；以及

图15是根据本发明第五实施例冲击旋具内部结构的图。

具体实施方式

下面，参照图1至图3，说明本发明的一个实施例。注意，下文叙述中的上下方向和前后方向指图1中所示的方向。图1是图示作为根据本发明电动工具一个实施例的冲击旋具1内部结构的图。带有可充电电池2作为电源的冲击旋具1，利用电机3作为驱动源，将转动冲击机构4驱动，并向作为输出轴的铁砧(锤砧，anvil)5提供转动力和冲击力，从而，向未示出的工具诸如旋具刀头间隙方式输送转动冲击力，并执行螺纹连接或螺栓连接操作。

电机3是一种无刷直流电机，其容纳于壳体6(侧视图中为大致T形)的筒状本体部6a中。由设置于本体部6a后端侧的轴承17a和靠近于本体部6a中部设置的轴承17b，可转动方式保持电机3的转动轴19。在电机3前方设置风扇18，风扇18安装于转动轴19，并与电机3同步方式转动。借助于风扇18，将空气从设置于本体部6a后部的进气口53吸进，并从风扇18周围布置的多个窄缝(未示出)排出至壳体6外部。在电机3后方设置基板7，在基板7上安装位置检测元件42，位置检测元件42用于执行与电机3驱动线圈的连接以及检测转子3b的转动位置。

握持部6b以大致直角自壳体6本体部6a整体方式伸出，在握持部6b内的上部设置扳机开关(触发开关)8。为扳机开关8设置扳机操作部8c，扳机操作部8c受未示出的弹簧推压、并且自握持部6b突出。在握持部6b内的下部容纳控制电路板9，控制电路板9具有通过扳机操作部8c的拉扣操作来控制电机3速度的功能。在此控制电路板9上，进一步安装六个开关元件21，以及，这些开关元件21执行变换器控制，从而使电机3转动。在开关元件21上方安装小尺寸电扇22。驱动电路基板7、开关元件21、以及电扇22的细节在下文进行描述。电池2诸如镍氢电池或锂离子电池，以可拆卸方式安装至位于握持部6b下方的电池保持部6c。

转动冲击机构4包括行星齿轮减速机构10、芯轴11、以及锤体12。当拉扣扳机开关8的扳机操作部8c并启动电机3时，电机3的转动经行星齿轮减速机构10减速，并将减速的转动传至芯轴11，藉此，以预定速度驱动芯轴11转动。芯轴11和锤体12经凸轮机构互相联结。此凸轮机构包括：V形芯轴凸轮槽11a，其形成于芯轴11的外周面；锤体凸轮槽12a，其形成于锤体12的内周面；以及，球体13，其与这些凸轮槽11a和12a相接合。

锤体12总是由弹簧14向前推压，以及，静止时，借助于球体13与凸轮槽11a、12a之间的接合，将锤体12定位在与铁砧5端面分开的位置。在锤体12与铁砧5彼此相对的各转动平面上的两个部位，对称地形成未示出的凸部。

当驱动芯轴11的转动时，其转动通过凸轮机构传到锤体12。在锤体12转动一半之前，锤体12的凸部与铁砧5的凸部相接合，藉此，使铁砧5转动。在此时，由于接合反作用力在芯轴11与锤体12之间产生相对转动时，锤体12开始压缩弹簧14并沿凸轮机构的芯轴凸轮槽11a后退至电机3侧。

当借助于锤体12的后退使锤体12的凸部越过铁砧5的凸部并且二者的凸部相分离时，除芯轴11的转动力之外，借助于贮存在弹簧14中的弹性能量和凸轮机构的作用，使锤体12在转动方向和向前方向快速加速，同时，由弹簧14的推压力使锤体12向前移动，并使锤体12的凸部再次与铁砧5的凸部相接合，藉此，锤体12和铁砧5开始整体方式转动。由于此时将强转动冲击力施加于铁砧5，通过未示出的安装于铁砧5的工具，将转动冲击力传递至螺钉。

之后，重复类似操作，并将转动冲击力间隙方式从工具反复传至螺钉，使得螺钉紧固进入未示出的被紧固材料如木头。

图2是图1中控制电路板9安装部附近的放大剖视图。在安装于控制电路板9的开关元件21上方，设置小尺寸电扇22。借助于此电扇22的转动，将外部空气从形成于壳体6电池保持部6c的进气口25以箭头30a的方向引入，之后，在箭头30b所示通道中流动。然后，借助于电扇22，向开关元件21中吹送强气流。通常，开关元件21诸如用于电源的FET，在其背面经常具有散热板。在本实施例中，向此散热板中有效吹送气流。此外，可以将另外的铝制散热器安装至开关元件21的散热板，从而，也向其散热器中吹送气流。

经开关元件21热量加热的空气，从箭头30c的方向通过形成于壳体6电池保持部6c前侧的出气口26，在箭头30d的方向排出。

进气口25布置于冲击旋具1后侧，而出气口26布置于其前侧。这是因为：由于切削屑的产生，在冲击旋具1的前侧比在后侧存在更多的粉尘，这样可以避免粉尘进入内部。此外，如果出气口26位于冲击旋具后侧，排出的空气会吹到操作者，故而在本实施例中，将出气口26布置于前侧。进气口26和出气口26可以简单地设置为孔，但为了避免粉尘及污垢侵入，也可以在此安装网或过滤器。

本发明特征不仅在于电扇22的转动与扳机8c的拉扣操作相配合，还在于执行这样一种控制，即，在扳机8c释放之后，仍然根据开关元件21的温度保持电扇22转动。在常规电动工具中，利用与电机3共轴方式构成的风扇18所产生的气流，对开关元件21进行冷却。据此，无论开关元件21温度如何，一旦通过释放扳机8c停止电机3的转动，风扇也停止。所以，担心开关元件21温度高于设想温度，并因此缩短开关元件21的寿命。特别地，在可以锁定定子3b的转动的电动工具产品中，诸如电钻和圆盘磨光机，当锁定转动时，安装于转动轴19的风扇不再转动。所以，担心开关元件21得不到充分冷却。

图3是从侧面观察图1所示控制电路板9的侧视图，而图4是从上侧观察控制电路板9的俯视图。在控制电路板9上，六个开关元件21在垂直方向安装至控制电路板9，也就是，安装成开关元件21的高度方向在上下方向。通过这样布置开关元件21，板上的安装效率得以改进。所以，在开关元件21布置于径向尺寸受到限制的握持部6b中的情况下，上述安装是适宜的。在六个开关元件21的中央部分设置温度传感器52，用其检测开关元件21周围的温度。由温度升高测量电路45(下文说明)监测此检出温度。

控制电路板9具有与电池2上表面形状相对应的形状。将控制板27安装至控制电路板9上表面的前侧，使控制板27暴露于电池保持部6c的上表面。在控制板27上，安装各种操作按钮和指示灯。光按钮34是一种轻触开关。通过按压此按钮，可以使安装于冲击旋具1的白光LED灯接通或断开。电池电量按钮35是一种轻触开关。通过按压此按钮35，在显示电池标志的电池电量指示灯36中，操作者可以确认电池剩余电量。电池电量指示下列三种电量中的任意一种：“满电(两个LED点亮)”、“约半电(一个LED点亮)”、以及“少电(两个LED都没有点亮)”。指示灯37是电扇22正在运转时点亮的LED。以这种方式，操作者可以知道电扇22正在运转、并正在执行冷却。强度指示灯38是用于指示由强度开关33a所设定拉紧转矩强度的灯，其以LED点亮个数指示代表电机3转数的四个等级(例如，2600、2000、1200、500次/分)的设定等级。单发/连发指示灯39显示单发模式和连发模式中的任何一种，通过按压单发/连发开关33b切换这两种模式。在单发模式中，在通过拉扣扳机操作开关8c启动冲击旋具之后，在几次(一至四次)击打之后，冲击旋具自动停止。在连发模式中，在通过拉扣扳机操作开关8c激励冲击旋具之后，冲击旋具连续操作(不会自动停止)。

如图4所示，在控制电路板9后侧设置连接器23和24。通过连接器24，从下文说明的控制信号输出电路输入开关元件驱动信号。此外，通过连接器53，使控制电路板9与扳机开关8相连接。

下面，参照图5，说明电机3驱动控制系统的结构和工作。图5是图示电机驱动控制系统结构的方块图。在本实施例中，电机3由三相无刷直流电机组成。这种无刷直流电机是所谓的内转子式，包括：转子3b，其包括具有多组(本实施例中为两组)N极和S极的永磁体(磁体)；定子3a，其由星形连接的三相定子绕组U、V、W组成；以及，三个转动位置检测元件(霍尔元件)42，其以预定间隔例如以60°角间隔布置在周向，以便检测转子3b的转动位置。基于来自这些转动位置检测元件42的位置检测信号，对定子绕组U、V、W的通电方向和通电时间进行控制，并使转子3转动。转动位置检测元件42布置在基板7上与转子3b的磁体相对的位置。

作为安装在控制电路板9上的电子元件，包括连接成三相电桥的六个开关元件Q1至Q6诸如FET(场效应晶体管)。六个桥式连接的开关元件Q1至Q6各门极与安装在控制电路板9上的控制信号输出电路46相连接，六个开关元件Q1至Q6的各漏极或各源极与星形连接的定子绕组U、V、W相连接。以此方式，基于从控制信号输出电路46输入的开关元件驱动信号(H4、H5、H6等驱动信号)，六个开关元件Q1至Q6执行开关操作，并将电池2要施加至变换器电路47的直流电压变换成三相(U相、V相、以及W相)电压Vu、Vv、Vw，以便向定子绕组U、V、W供电。

为冲击旋具1设置正向/反向切换操作杆51，用于切换电机3的转动方向。转动方向设定电路50每次检测到正向/反向切换操作杆51的改变，就切换电机的转动方向，并将其控制信号传输至操作部41。操作部41包括：中央处理单元(CPU)，其基于处理程序和数据输出驱动信号；ROM，用于存储处理程序和控制数据；RAM，用于暂时存储数据；以及，定时器，这些部件都未在图中示出。

基于来自转动方向设定电路50和转子位置检测电路43的输出信号，操作部41形成用于使预定开关元件Q1至Q6交替开关的驱动信号，并将驱动信号输出至控制信号输出电路46。以此方式，给定子绕组U、V、W的预定绕组交替供电，从而，使转子3b按设定转动方向转动。在这种情况下，基于来自外施电压设定电路49的输出控制信号，输出要施加至驱动电路板7上负电源侧开关元件Q4至Q6的驱动信号，作为PWM信号。用电流检测电路48测量供给至电机3的电流值，并将测定值反馈至操作部41，藉此，调节供给至电机3的电流，使其成为设定驱动电力。PWM信号也可以施加至正电源侧开关元件Q1至Q3。

本实施例中的特征结构在于：在变换器电路47中设置温度传感器52，用于测量开关元件21的温度；以及，总是用温度升高测量电路45监测开关元件21的温度或开关元件21周围的温度。开关元件21的温度由温度升高测量电路45测量，测定值输出至操作部41。当确定温度达到预设基准值以上时，操作部41向风扇转动控制部44发送信号，并使电扇22转动。类似地，无论电机3是否转动，根据开关元件21的测定温度，操作部41都可以控制电扇22转动的通断。电扇22转动的速度，不仅能以一档方式进行控制，而且能以低速/高速两档方式进行控制，或者以连续可变方式进行控制。电扇22可以使用供自电池2(图5中未示出)的电力。

图6示出使用根据本实施例冲击旋具1时的状态。图6中，操作者用他的右手握持壳体6的握持部6b。在本图中，尽管操作者用右手中指操作扳机8c，但也可以用食指操作扳机8c。此时，从图中可以看出，电池保持部6c，也就是，粗线之间范围W中的侧面部，是操作者未手握或者手未触及的区域。较好的是，不在电池保持部6c的上表面而是在其侧面的任意位置上设置进气口和出气口。在本实施例中，在前侧的侧面62上和在后侧的侧面上，设置进气口25和出气口26。同样在这种情况下，不用担心进气口和出气口被操作者的手遮闭。所以，可以有效地保持电扇22的冷却效果。此外，优选的是，进气口25和出气口26不是设置在相同侧面上，而是设置于对向侧面上，因为风道短，电扇22所产生的气流顺畅。然而，在空间关系上将它们设置于相同侧面的情况下，也可以获得本发明的优点。

此外，即使在电池保持部6c的上表面侧的区域61处，只要其区域远离握持部6b，例如，在上表面的前侧附近，就可以设置进气口或出气口，因为在这里进气口或出气口不太可能会被操作者遮闭。

图7是图示第二实施例控制电路板9的俯视图。与图4中所示结构相比，在第二实施例中设置有散热器53，其具有能够邻接各开关元件21背面的尺寸。散热器53是例如铝制散热片，其中形成许多翅片。通过将螺钉插进开关元件散热板上所形成的孔中，将开关元件21螺纹连接至散热器53。此外，可以使开关元件21的散热板与散热器53简单地彼此接触。通过布置各部分，使得电扇22送出的气流可以直接吹入散热器53中，就能高效地冷却开关元件21。此外，通过将温度传感器52安装至散热器53，能更精确地检测开关元件21的温度升高状态。

如上所述，根据本发明，由于使用无刷直流电机，以及，开关元件21不是布置于电机后端侧，而是布置在另外的位置，缩短了壳体6本体部的前后长度，藉此，可以实现整体紧凑的电动工具。

尽管在上述实施例中描述了将本发明电动工具应用于冲击旋具的示例，但本发明也可以类似地应用于可使用无刷直流电机作为驱动源电机的任意其他电动工具。此外，在上述实施例中，尽管描述了使用FET作为开关元件的示例，同样在使用其他类型输出晶体管元件诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)的情况下，也可类似方式应用本发明。

下面，参照图8至图10，说明本发明的一个实施例。注意，下述说明中的上下方向和前后方向指图8中所示的方向。图8是图示作为根据本发明电动工具一个实施例的冲击旋具1内部结构的图。带有可充电电池2作为电源的冲击旋具1，利用电机3作为驱动源，驱动一转动冲击机构4，并向作为输出轴的铁砧5提供转动力和冲击力，从而，向未示出的工具诸如旋具刀头间隙方式输送转动冲击力，并执行螺纹连接或螺栓连接操作。

电机3是一种无刷直流电机，其容纳于壳体6(侧视图中为大致T形)的筒状本体部6a中。由设置于本体部6a后端侧的轴承17a和靠近于本体部6a中部设置的轴承17b，可转动方式保持电机3的转动轴19。在电机3后方设置基板7，在基板7上安装位置检测元件42，位置检测元件42用于执行与电机3驱动线圈的连接以及检测转子3b的转动位置。

握持部6b以大致直角自壳体6本体部6a整体方式伸出，在握持部6b内的上部设置扳机开关8、和正向/反向切换操作杆51。为扳机开关8设置扳机操作部8c，扳机操作部8c由未示出的弹簧推压、并且自握持部6b突出。在握持部6b内的下部容纳控制电路板9，控制电路板9具有通过扳机操作部8c的拉扣操作来控制电机3速度的功能。在此控制电路板9上，进一步安装六个开关元件21，以及，这些开关元件21执行变换器控制，从而使电机3转动。电池2诸如镍氢电池或锂离子电池，以可拆卸方式安装至位于握持部6b下方的电池保持部6c。

在电机3前方设置风扇18，风扇18安装于转动轴19，并与电机3同步方式转动。借助于风扇18，将空气从设置于本体部6a后部的进气口153吸进，如箭头所示从后侧引向前侧，并从多个窄缝(未示出)排出到壳体6外部，这些窄缝形成在壳体6的本体部6a中、并靠近风扇8的径向外围侧。此外，借助于风扇18的转动，将外部空气从形成在壳体6电池保持部6c中的空气进出口125于箭头30a的方向吸进。之后，所吸进的外部空气在箭头30b所示的靠近控制电路板9的通道中流动，从而，冷却安装在控制电路板9上的开关元件21诸如用于电源的FET。尽管开关元件21在其背面经常具有散热板，但也可以将铝制的另外的散热器安装至其散热板，从而使气流30b有效地吹送入该散热器中。

在壳体6的握持部6b内形成导风板122，导风板122包括：下引导壁122c，其使下侧开口宽，并且使上侧流动通道变窄；中壁122b，其形成具有固定宽度且靠近中部的流动通道；以及，上引导壁122a，其在上侧按预定方向引导气流。对安装在控制电路板9上的元件进行过冷却的空气，通过箭头30c、30d、30e、和30f所示的通道，加入到从进气153吸进的空气。所以，在握持部6b与本体部6a之间的分隔壁中，形成用于通风的孔或开口。此外，在图8中，尽管进气口153形成在壳体6的本体部6a中，但除了此进气口153之外，还可以在壳体6中基板7周围的区域处，形成多个窄缝。较好的是，对形成在壳体6中抽吸孔和窄缝的形状及布置位置进行设定，使得能够有效地产生从空气进出口125(形成在壳体6的电池保持部6c中)抽吸的气流。

空气进出口125布置在冲击旋具1后侧。这是因为：由于切削屑的产生，在冲击旋具1的前侧比在后侧存在更多的粉尘，要尽可能避免粉尘进入内部。空气进出口125可以简单地设置为孔，但为了避免粉尘及污垢侵入，也可以将网或过滤器安装至空气进出口125。

转动冲击机构4包括行星齿轮减速机构10、芯轴11、以及锤体12。当拉扣扳机开关8的扳机操作部8c并启动电机3时，电机3的转动经行星齿轮减速机构10减速，并将减速的转动传至芯轴11，藉此，以预定速度驱动芯轴11转动。芯轴11和锤体12经凸轮机构互相联结。此凸轮机构包括：V形芯轴凸轮槽11a，其形成于芯轴11的外周面；锤体凸轮槽12a，其形成于锤体12的内周面；以及，球体13，其与这些凸轮槽11a和12a相接合。

锤体1总是由弹簧14向前推压，以及，静止时，借助于球体13与凸轮槽11a、12a之间的接合，将锤体12定位在与铁砧5端面分开的位置。在锤体12与铁砧5彼此相对的各转动平面上的两个部位处，对称地形成未示出的凸部。

当驱动芯轴11的转动时，其转动通过凸轮机构传到锤体12。在锤体12转动一半之前，锤体12的凸部与铁砧5的凸部相接合，藉此，使铁砧5转动。在此时，由于接合反作用力在芯轴11与锤体12之间产生相对转动时，锤体12开始沿凸轮机构的芯轴凸轮槽11a后退至电机3侧，同时压缩弹簧14。

当借助于锤体12的后退使锤体12的凸部越过铁砧5的凸部并且使二者的凸部相分离时，除芯轴11的转动力之外，借助于贮存在弹簧14中的弹性能量和凸轮机构作用，使锤体12在转动方向和向前方向快速加速，同时，由弹簧14的推压力使锤体向前移动，并使锤体12的凸部再次与铁砧5的凸部相接合，藉此，锤体12和铁砧5开始整体方式转动。由于此时将强转动冲击力施加于铁砧5，通过未示出的安装于铁砧5的工具，将转动冲击力传至螺钉。之后，重复类似操作，并将转动冲击力间隙方式从工具反复传至螺钉，使得螺钉紧固进入未示出的被紧固材料如木头。

图9是从图8中所示控制电路板9从上侧观察的俯视图。在图9中，不仅示出控制电路板9，还示出了控制电路板9周围的壳体6部分。控制电路板9布置在壳体6握持部6b与电池保持部6c之间的分隔壁6d上，或者，布置成被此分隔壁6d夹持。在分隔壁6d中形成通孔6e，用于插入电源线。在控制电路板9上，六个开关元件21在竖直方向安装至控制电路板9，也就是，安装成开关元件21的高度方向在上下方向。通过这样布置开关元件21，板上的安装效率得以改善。所以，在开关元件21布置于径向尺寸受到限制的握持部6b中的情况下，上述安装是适宜的。

控制电路板9具有与电池2上表面形状相对应的形状。将控制板27安装至控制电路板9上表面的前侧，使控制板27暴露于电池保持部6c的上表面；以及，在控制电路板9的侧部形成凹口124，其限定引导通道，用于使从空气进出口125引入的空气，从控制电路板9下侧流向其上侧。对于形成通气用引导通道的位置、以及在控制电路9中引导通道的形成数量，可以任意设定，以及，应当根据所要冷却的安装元件来设定。

在控制板27上，安装各种操作按钮和指示灯。光按钮36是一种轻触开关。通过按压此按钮，可以使安装于冲击旋具1的白光LED灯接通或断开。电池电量按钮37是一种轻触开关。通过按压此按钮37，在显示电池标志的电池电量指示灯38中，操作者可以确认电池剩余电量。电池电量指示下列三种电量中的任意一种：“满电(两个LED点亮)”、“约半电(一个LED点亮)”、以及“少电(两个LED都没有点亮)”。强度指示灯39是用于指示由强度开关35a所设定的拉紧转矩强度的灯，其以LED点亮个数指示代表电机3转数四个等级(例如，12600、2000、1200、500次/分)的设定等级。单发/连发指示灯40指示单发模式和连发模式中的任何一种，通过按压单发/连发开关35b切换这两种模式。在单发模式中，在通过拉扣扳机操作开关8c激励冲击旋具之后，在几次(一至四次)击打之后，冲击旋具自动停止。在连发模式中，在通过拉扣扳机操作开关8c激励冲击旋具之后，冲击旋具连续操作(不会自动停止)。

如图11所示，在控制电路板9后侧，设置连接器153和154。通过连接器154，从下文说明的控制信号输出电路输入开关元件驱动信号。此外，通过连接器153，使控制电路板9与扳机开关8相连接。

下面，参照图10，说明电机3驱动控制系统的结构和工作。图10是图示电机驱动控制系统结构的方块图。在本实施例中，电机3由三相无刷直流电机组成。这种无刷直流电机是所谓的内转子式，包括：转子3b，其包括具有多组(本实施例中为两组)N极和S极的永磁体(磁体)；定子3a，其由星形连接的三相定子绕组U、V、W组成；以及，三个转动位置检测元件(霍尔元件)42，其以预定间隔例如以60°角间隔布置在周向，以便检测转子3b的转动位置。基于来自这些转动位置检测元件42的位置检测信号，对定子绕组U、V、W的通电方向和通电时间进行控制，并使转子3转动。转动位置检测元件42布置在基板7上与转子3b的磁体相对的位置。

作为安装在控制电路板9上的电子元件，包括连接成三相电桥的六个开关元件Q1至Q6诸如FET(场效应晶体管)。六个桥式连接的开关元件Q1至Q6各门极与安装在控制电路板9上的控制信号输出电路46相连接，六个开关元件Q1至Q6的各漏极或各源极与星形连接的定子绕组U、V、W相连接。以此方式，基于从控制信号输出电路46输入的开关元件驱动信号(H4、H5、H6等驱动信号)，六个开关元件Q1至Q6执行开关操作，并将电池2要施加至变换器电路47的直流电压变换成三相(U相、V相和W相)电压Vu、Vv、Vw，以便向定子绕组U、V、W供电。

在驱动六个开关元件Q1至Q6各门极的开关元件驱动信号(三相信号)中，将作为脉冲宽度调制信号(PWM信号)的驱动信号H4、H5和H6供给至负电源侧的三个开关元件Q4、Q5和Q6。基于扳机开关8扳机操作部8a的操作量(行程)检出信号，由安装在控制电路板9上的操作部41，改变PWM信号的脉冲宽度(占空比)，藉此，调节给电机3的供电量，并控制电机3的起动/停止以及转速。

这里，将PWM信号供给至变换器电路7上正电源侧的开关元件Q1至Q3、或者负电源侧的开关元件Q4至Q6，从而使开关元件Q1至Q3或开关元件Q4至Q6受到高速开关操作，带来的结果是，基于电池2直流电压给各定子绕组U、V、W的供电得到控制。在本实施例中，由于将PWM信号供给至负电源侧开关元件Q4至Q6，通过控制PWM信号的脉冲宽度，可以调节要供给至各定子绕组U、V、W的电力，从而，控制电机3的转速。

为冲击旋具1设置正向/反向切换操作杆51，用于切换电机3的转动方向。转动方向设定电路50每次检测到正向/反向切换操作杆51的改变，就切换电机的转动方向，并将其控制信号传输至操作部41。操作部41包括：中央处理单元(CPU)，其基于处理程序和数据输出驱动信号；ROM，其用于存储处理程序和控制数据；RAM，其用于暂时存储数据；以及，定时器，这些部件都未在图中示出。

基于来自转动方向设定电路50和转子位置检测电路43的输出信号，操作部41形成用于使预定开关元件Q1至Q6交替开关的驱动信号，并将驱动信号输出至控制信号输出电路46。以此方式，给定子绕组U、V、W的预定绕组交替供电，从而，使转子3b按设定转动方向转动。在这种情况下，基于来自外施电压设定电路49的输出控制信号，输出要施加至基板9上负电源侧开关元件Q4至Q6的驱动信号，作为PWM信号。用电流检测电路48测量供给至电机3的电流值，并将测定值反馈至操作部41，藉此，调节供给至电机3的电流，使其成为设定驱动电力。PWM信号可以施加至正电源侧开关元件Q1至Q3。

下面，参照图11，说明本发明的第二实施例。由于第二实施例中冲击旋具的基本结构与第一实施例中的相同，省略了对不重复提及的相同部件的标号指示(后续图同上)。与图8所示实施例中的情形相比，在第二实施例中，在壳体6握持部6b中流动的气流方向是相反方向。在握持部6b中，由风扇18产生在握持部6b中向下流动的气流31a、31b、31c。这种流动以如下方式实现：经由设置在壳体6本体部6a与握持部6b之间分隔壁中的通孔126，将由风扇18产生并通常排出至壳体6外部的一部分空气，引导至握持部6b。通过通孔126的气流，如箭头31b和31c所示流动，并对此气流进行引导，使其吹入在控制电路板9上方所安装的开关元件21a中。尽管在图11中没有设置图8中所示的导风板122，但也可以设置导风板122。与图8中所示实施例中情形不同的是，开关元件21a安装成位于控制电路板9上方一定间隔位置处。通过在余留较长引线的状态下将开关元件21a诸如FET的引线焊接至控制电路板9，就可以实现这一点。因为增加了开关元件21a暴露于气流的面积，开关元件21a的这种固定能使冷却更加有效。

冷却过开关元件21a的气流通过控制电路板9中所形成的切口124，如箭头31d和31e所示流动，之后，使其从空气进出口125排到壳体6外部。由于在把手部6中流动的空气利用了从风扇18排出的空气，本第二实施例具有的优点在于：通过调整通孔126的尺寸及形状，相对比较容易地调整把手部6中流动的空气流量。然而，在图8所示实施例中，用于冷却开关元件21的空气是从外部引入的外部空气，而在第二实施例中用于冷却开关元件21的空气是冷却过电机3之后的空气，因而在温度上高于外部空气。所以，在第二实施例中，在相同空气流量的情形下，冷却效率较低。据此，较好的是，根据是重点考虑电机3冷却还是重点考虑开关元件21、21a冷却，确定优选实施方式。

下面，参照图12，说明本发明的第三实施例。在第三实施例中，在握持部6b中流动的气流方向、以及其气流产生的原理与第二实施例(图11)中的相同。将风扇18排出的一部分空气通过通孔126引导至握持部6b，如箭头32a、32b、32c、32d和32e所示流动，之后，从空气进出口125排到壳体6外部。在图12中，在握持部6b内周侧上布置绝热材料123，以避免操作者握持的握持部6b变热。尽管有多种材料可以作为绝热材料123的材料，优选的是，为了不阻碍箭头32b和32c所示气流的流动，使用使握持部6b内周侧处于平滑状态的材料。此外，绝热材料的布置位置可以是在握持部6b的内壁侧上或在其外壁侧上。

下面，参照图13，说明本发明的第四实施例。第四实施例与第一实施例(图8)的不同在于：没有导风板122，以及，从空气进出口125吸进的外部空气如箭头33a、33b、33c和33d所示流动，之后，如箭头33e所示，通过通孔126a流向风扇18后方入口附近。在这种结构下，由于从空气进出口125吸进并且被开关元件21加热的气流并未引至电机3，不会影响电机3的冷却。此外，由于从空气进出口125吸进的空气也直接吹入开关元件21中，可以保持有效冷却特性。此外，尽管在第四实施例中没有设置导风板122，但也可类似方式设置导风板122。此外，与第三实施例中一样，在握持部6b的内周侧上可以布置绝热材料123。

此外，作为第四实施例的变化例，如图14所示，可以将过滤器128安装至空气进出口125。过滤器128是例如由多孔膜形成的胶带，从壳体6外部粘贴。这种多孔膜允许气体诸如空气或水蒸汽通过，挡住液体如水以及固体如粉尘。所以，优选的是，多孔膜具有约0.1μm至10μm大小的孔。作为多孔膜，例如，可以使用4-氟化乙烯多孔膜或聚四氟乙烯(ePTFE)形成的膜。

多孔膜的微孔尺寸可以为0.001μm至0.1μm。借助于具有这种尺寸的微孔，可以进一步提高防水性能，并且能更可靠地防止水滴及粉尘的侵入。此外，多孔膜的微孔尺寸可以为10μm至1000μm。借助于具有这种尺寸的微孔，可以进一步提高透气性。所以，更加便于空气流入外框内部。据此，减小空气在壳体中流动时的阻力，并且可以提高风扇18的效率。

作为安装过滤器128的示例，在本说明书中已经说明了第四实施例的变化例。然而，过滤器128也可以与其他所有实施例结合。此外，在图14的示例中，过滤器38是胶带，并且粘贴至壳体6外侧，但过滤器也可以粘贴至壳体6内侧。此外，过滤器128也可以不是胶带，而是可以容纳在安装至壳体6的过滤器壳中，或者，可以容纳在通过加工壳体6所形成的部分中。

下面，参照图15，说明本发明的第五实施例。第五实施例与第一实施例(图8)的不同在于：用于转动冲击旋具161的电机是有刷直流电机163。然而，转动冲击机构64的结构与第一实施例中转动冲击机构4相同。直流电机163包括使用永磁体的定子163a、以及通过电刷向其供给电流的转子163b。在直流电机163前方，与直流电机163转动轴共轴方式设置风扇68，用于冷却直流电机163。借助于由风扇68所产生的气流，从设置在壳体本体部66a的进气口67和窄缝71吸进空气。此外，也从设置于壳体电池保持部66c的空气进出口65吸进空气，而且，所吸进的空气如箭头73a和73b所示流动，并冷却安装在控制基板69上的元件。之后，空气流向壳体把手部66b内部，并且如箭头73c、73d、73e和73f所示通过通道流进直流电机163后部。

在把手部66b内部设置导风板72，导风板72包括：下引导壁72c，其加宽下侧流动通道，并使上侧流动通道少量变窄；中壁72b，其在中部附近使流动通道大大变窄；以及，上引导壁72a，其在把手部66b上部保持狭窄流动通道。控制电路69的前侧上部设置有控制板70。

如上所述，根据本发明，利用安装于电机转动轴的风扇，在壳体的把手部中，空气从本体部向电池侧(从上侧向下侧)流动，或者从电池侧向本体部侧(从下侧向上侧)流动。所以，可以有效冷却把手部、或者冷却设置在电池保持部中的控制电路板和开关元件。

此外，由于开关元件21不是布置在电机后端侧，而是布置在壳体把手部中、或电池保持部中，可以缩短壳体本体部的前后长度，藉此，可以实现紧凑的电动工具。此外，由于发热量较大的电子元件可以安装在壳体把手部中，可以提高电动工具的尺寸缩减，以及，提高电动工具设计自由度。

参照实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于上述实施例，而是可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明做出多种变更。例如，尽管在实施例中描述了将本发明电动工具应用于冲击旋具的示例，但本发明也可以类似地应用于使用电机作为驱动源的任何电动工具。

本申请基于2008年5月29日提交的日本专利申请No.2008-141409、以及2008年9月1日提交的日本专利申请No.2008-224176，上述申请的全部内容在此以引用方式并入本文。

Claims (9)

1.一种电动工具，包括：电机，其具有在前后方向延伸的转动轴；风扇，其安装于所述转动轴并冷却所述电机；开关元件，其控制所述电机；转动传输装置，其向工具传输驱动力；以及壳体，用于容纳所述电机、所述风扇、所述开关元件、以及所述转动传输装置，其特征在于：

所述壳体包括：本体部，在其中容纳所述电机和所述转动传输装置；把手部，其自所述本体部伸出，并设置有扳机开关；以及，电池保持部，其设置于所述把手部的前端，并从所述把手部的前端向前方向延伸，其中，电池安装于所述电池保持部的下侧；

在设置于所述电池保持部中的基板上，布置控制电路，用于控制所述开关元件，所述控制电路具有通过所述扳机开关的扳机操作部的拉扣操作来控制所述电机的速度的功能，以及，所述开关元件执行变换器控制，从而使所述电机转动；

在所述电池保持部中，设置空气进口；

从所述空气进口吸入所述壳体的内部的空气直接在所述基板附近、所述开关元件、以及所述电机的内部流动，并排出至所述壳体的外部；以及

通过所述风扇，由在所述把手部中产生的气流对所述控制电路进行冷却。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述把手部中的所述气流从所述风扇的空气排出侧向所述空气进口流动。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述把手部中的所述气流从所述空气进口向所述风扇的空气吸入侧流动。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的电动工具，其中，所述电机是无刷直流电机，以及，所述控制电路包括驱动所述无刷直流电机的变换器电路。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其中，在所述壳体把手部中设置导风板，用于使气流改变方向。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其中，在所述基板中或所述基板周围形成引导通道，气流在所述引导通道中通过。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其中，在所述壳体把手部的内壁或外壁上设置绝热材料。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述空气进口设置在所述壳体后侧的侧面上。

9.根据权利要求1所述的电动工具，其中，将用于过滤空气的过滤器安装于所述空气进口。