CN102165677A - 动力工具 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个方案，提供一种动力工具，其包括：无刷电动机；开关元件，其驱动所述无刷电动机；电路板，其上安装有所述开关元件；传输部分，其用于传输所述无刷电动机的驱动力；以及壳体，其中容纳所述无刷电动机、所述开关元件、所述电路板和所述传输部分，其中，所述开关元件包括半导体元件，所述半导体元件各自在其底面上具有端子，并且所述开关元件被表面安装在所述电路板上。

Description

动力工具
技术领域
本发明的一个方案涉及一种使用无刷电动机的动力工具，尤其涉及一种具有改进结构的动力工具，所述改进结构用于连接安装在无刷电动机的反相器电路板上的开关元件。
背景技术
近年来，在利用电动机来旋转和驱动诸如钻子或起子等顶端工具以执行所需操作的动力工具中，已经采用了无刷电动机。无刷电动机为例如不具有刷(整流刷)的DC电动机，并且无刷电动机在定子侧采用线圈(绕组)且在转子侧采用永磁体，由此通过反相器驱动的电力连续地供给到预定线圈以旋转转子。在无刷电动机中，向缠绕定子的线圈选择性地供给电流的开关元件布置在位于电动机附近的电路板上。例如，在JP-2004-357371-A中，开关元件布置在连接到电动机的后侧(与顶端工具侧相反的一侧)的近似圆形的电路板上。
通常，在将开关元件安装在电路板的后侧的方法中，开关元件被布置为使得从冷却和安装空间的角度看时开关元件的高度方向与电动机的旋转轴平行。然而，根据这种设置，尽管从冷却的角度看能够实现良好的性能，但是需要在沿电动机的轴向的后侧提供与电路板和开关元件的高度相对应的空间。此外，开关元件通常固定在电路板上以使得在电路板中形成通孔，然后将开关元件的支腿部分穿过通孔，并且从电路板的后侧通过焊接来固定支腿部分。因此，在JP-2004-357371-A中所示的动力工具中，由于开关元件被设置为以使开关元件的纵向变得与电路板几乎垂直，因此当无刷电动机应用到动力工具上时，壳体沿其纵向的长度变长。
另一方面，考虑将电路板设置在另外的位置处，而不是电动机的后侧，从而避免壳体沿其纵向的长度变长。然而，在这种情况下，用于将电动机的线圈与开关元件连接的线路变长，此外，从可能产生热量的开关元件的散热的角度看，难以将电路板布置在另外的位置处。
发明内容
本发明的一个目的是如下一种动力工具：即，无刷电动机的每一个开关元件的形状改变，并且开关元件的连接方法得到改进。
本发明的另一个目的是提供一种使用无刷电动机的动力工具，其中使得将用于容纳电动机的壳体变小。
根据本发明的一个方案，提供一种动力工具，所述动力工具包括：无刷电动机；开关元件，其驱动所述无刷电动机；电路板，其上安装有所述开关元件；传输部分，其用于传输所述无刷电动机的驱动力；以及壳体，其中容纳所述无刷电动机、所述开关元件、所述电路板和所述传输部分，其中，所述开关元件包括半导体元件，所述半导体元件各自在其底面上具有端子，并且所述开关元件被表面安装在所述电路板上。
根据本发明的另一个方案，可以提供一种动力工具，其中每一个开关元件具有：金属外壳，其形成为大致的扁平矩形形状并且覆盖所述半导体元件中的相应一个；以及漏极端子，其分别形成在所述金属外壳的相对两侧(两边)的下部上，并且其中，所述漏极端子中的每一个通过焊剂部分被表面安装在所述电路板上。根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，所述电路板位于所述无刷电动机的后表面侧，以相对于所述无刷电动机的旋转轴而朝向竖直方向。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中六个开关元件固定在电路板的一个表面上，电路板的另一个表面面向电动机。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中每一个漏极端子在电路板的两个局部区域固定到电路板上，两个局部区域彼此分开，焊剂部分设置在两个局部区域中的每一个上。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中六个所述开关元件中的每一个布置在所述电路板上，以使所述金属外壳中未设置有所述漏极端子的其它两侧(两边)变得与围绕所述旋转轴的周向大致平行。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中六个开关元件被表面安装在电路板的表面上，并且树脂被涂布在电路板的表面上以覆盖开关元件。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中壳体包括：主体部分，其中容纳所述无刷电动机和所述传输部分；以及抓握部分，其从所述主体部分延伸以与所述主体部分大致垂直，并且其中，所述电路板设置在所述主体部分中。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中，所述电路板具有供所述无刷电动机的旋转轴穿过的孔并且被布置为与所述旋转轴大致垂直，容纳在树脂外壳中的所述半导体元件分别用作所述开关元件，所述开关元件在横向放置的状态下围绕所述电路板的所述孔布置，至少部分所述开关元件被布置为使得它们的纵向变得彼此大致平行，并且其它的所述开关元件被布置为使得它们的纵向关于所述部分所述开关元件的纵向倾斜。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中所述部分开关元件被布置为使得它们的纵向在同一直线上大致对准。
根据本发明的又一方案，可以提供一种动力工具，其中每一个开关元件包括：第一端子，其设置在树脂外壳的底面中以便连接到电路板上；以及第二端子，其从树脂外壳的侧面朝向电路板延伸以便连接到电路板上。
由于在底面上具有端子的半导体元件用作各个开关元件并且开关元件以表面安装方式固定到电路板上，因此能够在很大程度上减小安装在电路板上的元件所需的空间。因此，能够实现这样一种动力工具：即，使得动力工具的壳体的主体部分中的电动机的后端侧的尺寸小，并且因此动力工具的总长度短。
各个半导体元件容纳在扁平且近似矩形形状的金属外壳中，半导体元件的漏极端子分别形成在金属外壳的各自具有近似矩形形状两个相对侧的下部中，并且通过在漏极端子的局部区域中进行焊接来表面安装各个漏极端子。因此，由于半导体元件能够稳定地安装在电路板上并且不大可能由于振动而脱落，能够提供具有优良可靠性的动力工具。
电路板关于无刷电动机的旋转轴沿着竖直方向固定在无刷电动机的后表面侧上。因此，用于电动机的冷却风还能用于冷却电路板，并且能够使壳体的主体部分变短，从而使动力工具的可操作性较少地降低。
六个开关元件固定在电路板的与面向电动机的表面相对的另一表面上。因此，由于从壳体的外部取得的冷却空气直接施加到开关元件上，能够实现良好的冷却结构。
以表面安装方式来焊接各个漏极端子的彼此分开的两个局部区域。因此，这种构造能够处理应对由于热量导致非均匀应力施加到细长漏极端子的表面区域上的情况，因此焊剂不大可能脱落，并且因此能够实现稳定的固定。
六个开关元件中的每一个布置在电路板上，以使不具有漏极端子的两侧与围绕旋转轴的周向几乎平行。因此，即使在冲击型工具等中沿周向施加强冲击力的情况下，也能够相对于冲击力的方向实现牢固的固定。
树脂被涂布在电路板的表面上以覆盖如此表面安装的开关元件。因此，由于从开关元件产生的热量被传输到树脂并且在树脂上方扩散，热量在大面积的树脂上扩散，从而能够获得良好的冷却效果。
壳体包括：主体部分，其中容纳无刷电动机和传输部分；以及抓握部分，其从主体部分延伸出以与所述主体部分近似垂直，并且电路板设置在主体部分中。因此，能够使主体部分的总长度和直径小。
电路板具有用于供无刷电动机的旋转轴穿过的孔并且被设置为与旋转轴几乎垂直，容纳在树脂外壳中的半导体元件分别用作开关元件，开关元件在横向放置的状态下被布置在电路板的孔的周边，并且多个开关元件被布置为使得它们的纵向彼此大致平行或者在同一直线上对准，并且其余开关元件的纵向关于多个开关元件的纵向倾斜。因此，由于开关元件能够有效地安装在有限的区域中，因此能够使动力工具的总长度和尺寸变小。此外，由于一部分开关元件被布置为倾斜，因此能够使形成在电路板的中心处的孔的尺寸变大。
每一个开关元件包括：第一端子，其设置在树脂外壳的底面中并且连接到电路板上；以及第二端子，其从树脂外壳的侧面向电路板延伸并且连接到电路板上。因此，具有大容量的FET等能够被表面安装。
本发明的前述目的和其它目的以及新的特征将从下面描述的说明书和附图中显而易见。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的冲击起子的内部结构的剖视图。
图2是示出根据第一实施例的冲击起子的轮廓的侧视图。
图3是示出从图2中的相对侧看到的根据第一实施例的冲击起子的轮廓的侧视图。
图4是示出图1中的转子3a、套筒4和转子风扇13的形状的透视图。
图5A和5B是示出图1中的反相器电路板的示意图，其中图5A为冲击起子的后视图，并且图5B为冲击起子的侧视图。
图6A和6B是示出图1中的开关元件5的形状的示意图，其中图6A为开关元件5的俯视图，并且图6B为沿着图6A中的A-A部分截取的剖视图。
图7是对图1中的开关元件5的设置进行说明的示意图。
图8是示出根据第一实施例的电动机3的驱动控制系统的电路构造的框图。
图9是对图1中的电动机3和壳体2的主体部分2a的设置状态进行说明的示意图。
图10是对根据本发明的第二实施例的开关元件65的设置进行说明的示意图。
图11是对根据本发明的第二实施例的开关元件75的设置进行说明的示意图。
图12是示出在本发明的第四实施例至第七实施例中采用的开关元件的俯视图。
图13是示出在第四实施例至第七实施例中采用的开关元件的侧视图。
图14是示出在第四实施例至第七实施例中采用的开关元件的仰视图。
图15是对根据第四实施例的开关元件105的设置进行说明的图。
图16是对根据第五实施例的开关元件115的设置进行说明的图。
图17是对根据第六实施例的开关元件125的设置进行说明的示意图。
图18是对根据第七实施例的开关元件135的设置进行说明的示意图。
具体实施方式
在下文中，将基于附图对根据本发明的实施例进行说明。在下面的说明中，除了图6A和图6B之外，上方、下方、前方和后方与图1中所示的各个方向一致。图1是示出根据本发明的动力工具的第一实施例的冲击起子1的内部结构的示意图。冲击起子1基于用作电源的可充电电池9和用作驱动源的电动机3来驱动旋转冲击机构21，以便向用作输出轴的砧座30施加旋转动力和冲击动力，由此向诸如由套筒31覆盖的连接孔30a所保持的起子钻头等顶端工具(未示出)间歇地施加旋转冲击力，从而执行诸如螺丝紧固或螺栓紧固等处理。
无刷DC型电动机3容纳在壳体2的圆筒主体部分2a内。电动机3的旋转轴12通过设置在壳体2的主体部分2a的中心部分附近的轴承19a和在后端侧的轴承19b可旋转地保持。在电动机3的前侧，转子风扇13设置为与旋转轴12同轴连接并且与电动机3同步旋转。在电动机3的后侧，布置有用于驱动电动机3的反相器电路板4。由转子风扇13引起的气流从后面将说明的形成在反相器电路板4的周边的壳体部分中的进气口17a、17b和狭缝(图2中的狭缝16a和图3中的狭缝16b)吸入主体部分2a中，然后主要流动为穿过转子3a和定子3b之间，然后被从转子风扇13的后侧吸入并沿着转子风扇13的径向流动，并且从后面将说明的形成在转子风扇13的周边的壳体部分中的狭缝(图2中的狭缝18a、18b和图3中的狭缝18c、18d)排出到壳体2的外部。反相器电路板4为具有与电动机3的轮廓几乎相同的近似圆形形状的双面板。诸如FET(场效应晶体管)等的多个开关元件5和诸如霍尔IC的位置检测元件33安装在电路板上。
套筒14和转子风扇13在转子3a与轴承19a之间与旋转轴12同轴连接。这些元件的关系示于图4中。转子3a形成了由磁体15形成的磁路，并且通过对分别具有例如四个平狭缝3c的薄金属板进行层压来构成转子3a。从图1中的剖视图清楚地得知，磁体15比转子3a的轴向长度稍短，并且因此磁体15在与套筒14接触的一侧不到达转子3a的端部。因此，各个狭缝3c被构造为如同形成凹槽。
套筒14设有四个旋转阻止肋状部14a(凸部)并且还设有形成为十字形的旋转阻止孔14b(凹部)。套筒14可以由塑料或金属形成。在这种情况下，套筒14优选地由非磁性材料形成，以便不影响转子3a的磁路。在需要时，在套筒14的外周上形成用于校正不平衡状态的凹槽14c。
转子风扇13通过例如注塑成型而一体地形成，并且设有向后突出从而以近似十字形布置的四个旋转阻止肋状部13b。旋转阻止肋状部13b分别装配到参考图4说明的旋转阻止孔14b中。转子风扇13用作所谓的离心式风扇，其从后方的内周侧吸入空气并且在前侧沿径向将空气排出到外部。转子风扇13具有从旋转轴12所穿过的通孔的周边径向延伸出的多个叶片13a。
再次参考图1，由塑料制成的间隔件35设置在转子3a与轴承19b之间。间隔件35具有近似圆筒形状并且设定轴承18与转子3a之间的距离。确保所述距离以用于同轴地布置电路板4(图1)并且用于形成用于冷却开关元件5的空气的流动路径所必需的空间。
扳机开关6布置在手柄部分2b的上部中，所述手柄部分2b从壳体2的主体部分2a沿近似垂直的方向一体地伸出。开关电路板7设置在扳机开关6的下方。控制电路板8具有根据扳机开关6的扣动操作来控制电动机3的速度的功能，控制电路板8容纳在手柄部分2b内的下部中。控制电路板8经由信号线11b连接到反相器电路板4上。诸如镍镉电池或锂离子电池等的电池9连接为能从手柄部分2b的下方拆除。
旋转冲击机构21包括行星齿轮减速机构22、主轴27和撞锤24，并且旋转冲击机构21的后端通过轴承20保持，而该旋转冲击机构21的前端通过金属29保持。当通过扣动扳机开关6来启动电动机3时，电动机3开始沿着由正向/反向旋转切换杆10设定的方向旋转。通过行星齿轮减速机构22使电动机的旋转速度减速，并且旋转力被传输到主轴27，由此主轴27以预定速度旋转。主轴27和撞锤24经由凸轮机构连接。凸轮机构由形成在主轴27的外周表面上的V形主轴凸轮凹槽25、形成在撞锤24的内周表面上的撞锤凸轮凹槽28和与这些凸轮凹槽25、28接合的球26构成。
通过弹簧23将撞锤24总是向前方偏压。在静止状态下，由于球26和凸轮凹槽25、28的接合，撞锤位于与砧座30的端面隔开的位置处。未示出的凸起部分以对称的方式形成在撞锤24和砧座30的相对旋转平面上的两个部分处。
当主轴27旋转时，旋转力经由凸轮机构传输到撞锤24。在撞锤24旋转半圈之前，撞锤24的凸起部分与砧座30的凸起部分接合以使砧座30旋转。由于此时由接合引起的反作用力，在主轴27与撞锤24之间发生相对旋转，由此撞锤24在压缩弹簧23的同时开始沿着凸轮机构的主轴凸轮凹槽25在电动机3侧向后移动。
当由于撞锤24的向后移动使得撞锤24的凸起部分移动到砧座30的凸起部分上而解除撞锤24与砧座30之间的接合关系时，撞锤24在由于主轴27的旋转力以及弹簧23中积蓄的弹性能和凸轮机构的作用而沿旋转方向和向前方迅速加速的同时由于弹簧23的偏压而向前方移动。因此，撞锤的凸起部分与砧座30的凸起部分再次接合，并且因此撞锤开始与砧座一体地旋转。在这种情况下，由于强的旋转冲击力施加到砧座30上，因此旋转冲击力经由连接至砧座30的连接孔30a的顶端工具(未示出)传输至螺丝。
在下文中，重复地执行类似的操作，以由此将旋转冲击力从顶端工具间歇且重复地传输至螺丝，从而将螺丝旋入诸如木制品等的未示出的螺纹部件中。
图2和图3显示了示出根据第一实施例的冲击起子1的外部的侧视图。在图2中，吸气狭缝16a形成在壳体2的主体部分2a的反相器电路板4的外周侧上，并且狭缝18a、18b形成在转子风扇13的外周部分中。类似地，在图3中，吸气狭缝16b形成在壳体2的主体部分2a的反相器电路板4的外周侧上，并且狭缝18c、18d形成在转子风扇13的外周部分中。
接下来，将参考图5A和图5B对根据实施例的反相器电路板4进行说明。图5A和图5B为示出反相器电路板4的图，其中图5A为从冲击起子1的后侧看到的后视图，并且图5B为从冲击起子1的侧面看到的侧视图。反相器电路板4由例如玻璃环氧树脂(由环氧树脂固化的玻璃纤维)形成，并且具有与电动机3的轮廓几乎相同的近似圆形的形状。电路板在其中心部分处设有用于供间隔件35穿过的孔4a。在反相器电路板4的周边中形成有四个螺丝孔4b，以使得通过穿过螺丝孔4b的螺丝将反相器电路板4固定到定子3b上。六个开关元件5连接至反相器电路板4以围绕孔4a。每个开关元件5为薄型FET(场效应管)并且可以例如为由美国国际整流器公司制造的功率MOS FET“IRF6648”。每个开关元件5具有4.9mm×6.3mm的表面面积和0.7mm的高度，并且因此具有尺寸相当小和高度低的特征。
从图5B中的侧视图可以理解到，由于每个开关元件5具有相当薄的厚度，因此，在本实施例中，利用SMT(表面安装技术)将置于电路板上的开关元件5连接至反相器电路板4。元件被连接使得例如在将焊剂印制在反相器电路板4上(或利用分送器将粘合剂涂覆在零件安装位置处)之后，利用芯片安装器来安装开关元件5，并且在回流炉内向电路板施加热量以使焊剂熔化，从而将开关元件5固定到反相器电路板4上。当以表面安装方式而如此来连接开关元件5时，不需要在反相器电路板4中形成通孔，并且也不需要对穿过反相器电路板4且暴露在反相器电路板4的相对侧的支腿部分进行焊接。
尽管未示出，但期望的是涂布诸如硅树脂等的树脂以覆盖反相器电路板4的六个开关元件5的整体。当电路板被树脂涂布时，能够吸收施加到以表面安装方式而如此安装的开关元件5上的力或振动，并且进一步能够防止水滴或碎屑等粘附到开关元件5上。因此，能够改善防尘特性，并且防滴液特性变得优良。从冷却特性的角度看优选的是，使用具有优良散热特性的树脂。由于反相器电路板4为双面板，因此三个位置检测元件33(图5B中仅示出两个元件)和诸如电容器和齐纳二极管等的其它电子元件34安装在前表面侧上。
反相器电路板4被构造为与电动机3的圆形构造相比稍向下突出并且在突出部分中设有多个通孔4d，由此信号线11b从前表面侧穿过这些通孔并且通过焊剂38b固定在后表面侧上。类似地，电源线11a从前表面侧穿过反相器电路板4的通孔4c并且通过焊剂38a固定在后表面侧上。在这种情况下，考虑经由固定到电路板上的连接器将信号线11b和电源线11a固定到反相器电路板4上。然而，有利的是，通过焊接直接固定这些线，以便在反相器电路板4的前表面侧上节省空间。
图6A和图6B是示出开关元件5的形状的示意图，其中图6A为从上侧看到的开关元件5的俯视图，并且图6B为在图6A的A-A部分处截取的剖视图。开关元件5被构造为使得设置在金属封装主体5a中的漏极端子5b分别沿左下方向和右下方向突出。通过压制例如铝而形成金属封装主体5a。用作功率MOS FET的主要部分的半导体元件5c固定在金属封装主体5a的下部中。金属封装主体5a容纳半导体元件5c并且还具有用作散热板的功能和用作漏极端子5b的功能。三个金属端子连接至半导体元件5c的下侧。这些金属端子中的两个为源极端子5d，并且这些金属端子中的一个为栅极端子5e。在本实施例中，两个漏极端子5b、两个源极端子5d和一个栅极端子5d全部以表面安装方式焊接到反相器电路板4上。
图7为对开关元件5的设置进行说明的示意图。在冲击起子1中，由于通过旋转冲击机构21关于砧座30的旋转方向间歇地执行冲击操作，因此沿周向(即图7中箭头36所示的方向)的强振动被传输至连接在电动机3的后表面上的开关元件5。当长时间施加这种强振动时，开关元件5上的以表面安装方式形成的焊剂可能脱落。因此，在本实施例中，各个开关元件5被布置为使得开关元件5的长边朝向周向，也就是，各个漏极端子5b的纵向朝向周向，以使得相对于沿箭头36方向的振动焊剂的固定力不变弱。各个漏极端子5b不是在漏极端子5b的整个区域中被焊接，而是在沿其纵向的中心部分附近设有非焊接区域，并且在多个部分、优选地在两个部分37处进行焊接。
接下来，将参考图8对电动机3的驱动控制系统的构造和功能进行说明。图8是示出电动机的驱动控制系统的构造的框图。在本实施例中，电动机3被构造为三相无刷DC电动机。这种无刷DC电动机为所谓的内转子型并且构造为包括：转子3a，其具有包含多组(在本实施例中为两组)N极和S极的磁体15；定子3b，其由星形连接的U、V、W三相定子绕组形成；以及三个位置检测元件33，其以例如60度角的预定间隔沿周向布置，以便检测转子3a的旋转位置。电动机3旋转以使得基于来自这些位置检测元件33的旋转位置检测信号来控制在定子绕组U、V、W中的每一个中的电流的流动方向和流动时间。位置检测元件33布置在反相器电路板4上与转子3a的磁体相对的位置处。
安装在反相器电路板4上的电子元件包括以三相方式连接的诸如FET(场效应晶体管)等的六个开关元件Q1至Q6。六个开关元件Q1至Q6的各个栅极连接至安装在控制电路板8上的控制信号输出电路48，并且六个开关元件Q1至Q6的各个漏极或源极连接至星形连接的U、V、W定子绕组。因此，六个开关元件Q1至Q6根据从控制信号输出电路48输入的开关元件驱动信号(诸如H4、H5、H6等的驱动信号)来执行开关操作，以由此将施加到反相器电路52的电池9的DC电压转换成三相(U相、V相、W相)电压Vu、Vv、Vw并且将这些电压供给到定子绕组U、V、W。
在用于驱动六个开关元件Q1至Q6的各个栅极的这些开关元件驱动信号(三相信号)中，分别供给用于三个负极电源侧开关元件Q4、Q5、Q6的驱动信号作为脉冲宽度调制信号(PWM信号)H4、H5、H6。安装在控制电路板8上的计算部分41基于扳机开关6的扳动操作量(行程)的检测信号来改变PWM信号的脉冲宽度(占空比)，以调整供给到电动机3的供电量，从而控制电动机3的启动/停止和旋转速度。
PWM信号被供给到正极电源侧开关元件Q1、Q2、Q3或负极电源侧开关元件Q4、Q5、Q6，以便高速切换开关元件Q1、Q2、Q3或开关元件Q4、Q5、Q6，从而基于来自电池9的DC电压来控制分别供给到定子绕组U、V、W的电功率。在本实施例中，由于PWM信号被供给到负极电源侧开关元件Q4、Q5、Q6，因此当PWM信号的脉冲宽度可控时，供给到各个定子绕组U、V、W的电功率可控，从而能够控制电动机3的旋转速度。
冲击起子1设有用于切换电动机3的旋转方向的正向/反向旋转切换杆10。旋转方向设定电路44在每次检测出正向/反向旋转切换杆10的变化时发送用于切换电动机的旋转方向的控制信号。尽管未示出，计算部分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(只读存储器)，其用于存储处理程序和控制数据RAM(随机存取存储器)，其用于临时存储数据；以及定时器等。
计算部分41基于来自旋转方向设定电路44、转子位置检测电路45和旋转速度检测电路46的输出信号来生成用于交替地切换预定开关元件Q1至Q6的驱动信号，并且将驱动信号供给到控制信号输出电路48。因此，电流被交替地供给到定子绕组U、V、W的预定绕组，从而使转子3a沿着这样设定的旋转方向旋转。在这种情况下，基于施加电压设定电路43的输出控制信号而将待施加至反相器电路板4上的负极电源侧开关元件Q4、Q5、Q6的驱动信号作为PWM调制信号输出。通过电流检测电路42来测量供给到电动机3的电流的值，然后将测量到的值反馈给计算部分41，由此将供给到电动机的驱动电力调节为设定值。PWM信号可以施加到正极电源侧开关元件Q 1至Q3。
作为实施例的特征性构造，设置用于检测反相器电路52中的开关元件5的温度的温度传感器58，由此温度检测电路47总是监测开关元件5或其周围的温度。温度检测电路47检测开关元件5的温度并且将检测到的值输出到计算部分41。当计算部分41确定检测到的温度升高到预设基准值或以上时，计算部分输出警报以限制或停止电动机3的旋转。
如上所述，根据本实施例，由于薄型FET作为开关元件5以表面安装方式安装在反相器电路板4上，因此能够在很大程度上减小沿壳体2的主体部分2a的纵向的长度。根据本实施例，由于薄型FET以表面安装方式安装在反相器电路板4上，防止了FET的支腿部分暴露到反相器电路板的相对侧上，并且因此能够缩小用于安装开关元件的空间。由于FET能够通过表面安装处理的简单处理固定到电路板上，因此能够提高可操作性。
在本实施例中，在具有约240mm的总高度和160N·m的紧固力矩的冲击起子中，该冲击起子沿纵向的长度能够被设定为约140mm或更小。如图9所示，尽管电动机3的定子芯的长度(a)为11mm，但从定子芯的后端到反相器电路板4上的开关元件5的后端部的距离(b)仅为9mm，此外，从开关元件5的后端部到壳体2的内壁的距离(c)仅为8.6mm。因此，能够在很大程度上减小主体部分2a的电动机3的壳体部分的长度(d)。由于从开关元件5的后端部到壳体2的内壁的距离(c)被减小至8.6mm，因此空气容易沿着反相器电路板4的表面流动，从而能够提高冷却效率。
接下来，将参考图10来说明本发明的第二实施例。图10在开关元件65的设置上与第一实施例不同。安装在反相器电路板64上的各个开关元件65以相同的间隔布置，以使每个元件的长边朝向周向并且每个元件的具有漏极端子的短边朝向径向。电路板具有孔64a。这个实施例在每个漏极端子焊接在两个部分67处这点上与第一实施例相同。而且，在第二实施例中，利用表面安装处理通过焊接来连接元件。硅树脂可以优选地涂布在反相器电路板64的后侧表面的整个表面上，以覆盖开关元件65的表面或者覆盖在至少足以覆盖开关元件65的局部区域上。以此方式，由于以相同的间隔来布置开关元件65，因此从冷却的角度看，能够有利地减小相邻开关元件65的影响。
接下来，将参考图11来说明本发明的第三实施例。图11在开关元件75的设置上与第一实施例不同。安装在反相器电路板74上的各个开关元件75中的每一个被布置为使得开关元件的长边朝向径向并且开关元件的具有漏极端子的两个短边分别位于内周侧和外周侧。电路板具有孔74a。这个实施例在每个漏极端子焊接在两个部分处这点上与第一实施例和第二实施例相同。在由于动力工具的顶端工具的种类和结构等的特性而可能沿径向76发生振动的情况下或者在对抗或抵消沿该方向的振动的影响的情况下，第三实施例是有效的。而且，在第三实施例中，利用表面安装处理通过焊接来连接元件。硅树脂可以优选地涂布在反相器电路板74上以覆盖开关元件75的表面。而且，在第三实施例中，由于各个开关元件75沿着反相器电路板4的周向以相同的间隔来布置，因此从冷却的角度看，能够有利地减小相邻开关元件75的影响。
尽管参考第一实施例至第三实施例对使用容纳在扁平且近似矩形形状的金属外壳内的开关元件5的构造进行了说明，但是所使用的开关元件的种类不限于此。可以利用能够被表面安装在电路板上的另外类型的FET来实现本发明。将参考图12至图14对这个实例进行说明。
图12至图14是示出能够被表面安装在电路板上的开关元件的示意图。图12为俯视图，图13为侧视图，并且图14为仰视图。这种开关元件105可以为容纳在树脂外壳内的大容量FET，例如，由美国国际整流器公司制造的功率MOS FET“IRFS4229”。这种FET被构造为使得漏极端子布置在FET的底面中，并且源极端子和栅极端子中的每一个从FET的侧面延伸出，然后中途弯曲并且延伸至电路板。因此，这些端子中的每一个能够连接到电路板的表面上并且还能被表面安装在电路板上。
图12是开关元件105的俯视图。当将开关元件105的外部尺寸的长边方向定义为纵向时，将用作第一端子的漏极端子105b设置在沿封装105a的纵向的一端侧处，并且用作第二端子的源极端子105d和栅极端子105e设置在沿所述纵向的另一端侧处。封装105a为通过诸如塑料等高聚合树脂覆盖包含在其中的半导体元件的外壳。
图13为开关元件105的侧视图。漏极端子105b被构造为使得漏极端子105b的底面与封装105a的底面几乎形成在同一平面上并且从沿着封装105a的纵向的一端侧(左侧)延伸出。栅极端子105e被构造为使得栅极端子105e在沿封装105a的纵向的另一端侧(右侧)从封装沿高度方向的中心部分附近延伸出，然后在中途向下弯曲并沿横向方向进一步弯曲，并且延伸使得栅极端子105e的底面与封装105a的底面几乎形成在同一平面上。
尽管图13中未示出，源极端子105d与栅极端子105e具有相同的形状。以此方式，由于开关元件105的多个端子中的每一个被构造为使得端子的底面与封装105a的底面几乎形成在同一平面上，开关元件105能够以表面安装方式连接到电路板上，以使元件在横向放置的状态下位于电路板中。在这种情况下，“横向放置”指的是开关元件105被布置为使得开关元件的纵向与待安装开关元件的电路板平行并且开关元件105的底面与电路板相对。
图14是示出从开关元件105的底侧看到的开关元件105的图。尽管漏极端子105b被构造成与封装105a的底面连续s，但漏极端子被构造成具有相对大的面积以增强散热效果。确切地说，封装105a被构造为使得如图13所示封装105a的上表面侧的角被修整并且漏极端子105b主要地占据了封装105a的底面侧。然而，封装105a的基本外部形状近似长方体。只要开关元件105为沿其高度方向具有低高度的扁平类型以达到本发明的效果，开关元件的形状是任意的。因此，在本说明书中，封装的形状被称作近似长方体，包括图12至图14所示的封装105a的形状。
开关元件不限于图12至图14中所示的开关元件，只要开关元件在横向放置的情况下高度低，可以采用其它的FET等。在图12至图14中，开关元件被构造为使得漏极端子105b的底面、源极端子105d的底面和栅极端子105d的底面在高度上与封装105a的底面相同。然而，开关元件可以被构造为，仅封装105a的底面被设定得比其它的底面稍高，从而当开关元件在横向放置的状态下被表面安装在电路板上时，封装105a的底面与电路板稍微间隔开。
接下来，将参考图15至图18对将开关元件105安装在电路板上的实例进行说明。图15是对根据本发明的第四实施例的开关元件105的设置进行说明的示意图并且为示出从后侧看到的反相器电路板104的示意图。反相器电路板104具有与电动机3的轮廓几乎相同的近似圆形形状并且在反相器电路板104的中心部分处设有用于供间隔件35穿过的孔104a。四个螺丝孔104b形成在反相器电路板104的周边中，并且反相器电路板104借助于穿过螺丝孔104b的螺丝固定至定子3b。各自具有图12至图14中所示的形状的六个开关元件105-1至105-6连接到反相器电路板104上以围绕孔104a。六个开关元件105以表面安装方式连接至反相器电路板104的后表面侧(电动机3的相反侧)。
开关元件105-1和105-4被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线108a上对准。类似地，开关元件105-2和105-5被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线108b上对准。开关元件105-3和105-6被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线108c上对准。中心线108a、108b和108c彼此几乎平行。
旋转轴12和间隔件35穿过反相器电路板104的孔104a。从进气口17a、17b(图1)吸入壳体2中的空气经由孔104a和间隔件35之间的间隙流入电动机3中。在本实施例中，由于孔104a和间隔件35之间的间隙小，因此吸入的空气不大可能进入电动机3中。结果，由于细微颗粒不大可能进入电动机3中，因此能够获得良好的防尘特性。在图15中所示的实施例中，开关元件105-1至105-6被布置为使得这些元件的纵向彼此平行。开关元件105的漏极端子105b布置在反相器电路板104的内周侧(即，面向孔104a的一侧)，并且源极端子105d和栅极端子105e布置在外周侧。
图16是对根据本发明的第五实施例的开关元件115的设置进行说明的示意图。在反相器电路板114的中心部分处用于供间隔件35穿过的孔114a的直径较大这点上，本实施例与图15是不同的。由于孔114a大，因此孔114a与间隔件35之间的间隙变得较大。因此，从外部吸入的空气容易进入到电动机3中，从而有利的是能够有效地冷却电动机3。
由于孔114a大，因此稍微地改变开关元件115-1至115-6的设置。也就是说，尽管开关元件115-3和115-6的设置与图15中相同，但根据孔114a的扩大而将开关元件115-2、115-5移向外周侧。在以下方面，本实施例与图15相同：开关元件115-2和115-5被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线118b上对准；开关元件115-3和115-6被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线118c上对准；以及中心线118b和118c彼此几乎平行。然而，在本实施例中，开关元件115-1的中心线118a和开关元件115-4的中心线118d中的每一个关于中心线118b、118c倾斜。
在本实施例中，由于当电路板与图15中的反相器电路板104具有相同的外形时不是所有的开关元件都能布置在电路板上，因此反相器电路板114设有向外突出的近似矩形形状的突出部分117，并且开关元件115-5的源极端子115d-5和栅极端子115e-5被布置在突出部分117中(在开关元件115-2侧也相同)。由于孔114a的扩大，开关元件115-1和115-4中的每一个沿周向以倾斜的方式安装。
图17是对根据本发明的第六实施例的开关元件125的设置进行说明的示意图。在图17中，类似于图16，通过扩大孔的尺寸，使孔124a与间隔件135之间的间隙变大。然而，各个开关元件125-1至125-6沿纵向的设置与图16中的设置相反。也就是说，开关元件125-1至125-6的漏极端子125b布置在反相器电路板124的外周侧上，并且开关元件125-1至125-6的源极端子125d和栅极端子125e布置在电路板的内周侧上。
开关元件125-2和125-5被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线128b上对准，开关元件125-3和125-6被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线128c上对准，并且中心线128b和128c几乎彼此平行。开关元件125-1的中心线128a和开关元件125-4的中心线128d中的每一个关于中心线128b、128c倾斜。
图18是对根据本发明的第七实施例的开关元件135的设置进行说明的图。在开关元件135-3和135-6倾斜为使得这些元件的纵向指向孔134a的周向这点上，图18与图16中的设置是不同的。也就是说，尽管开关元件135-2和135-5被布置为在沿着这些元件的纵向延伸的中心线138b上对准，但是其余的开关元件135-1、135-3、135-4、135-6倾斜为使得这些元件的纵向关于中心线138b倾斜，如这些元件的中心线138a、138c、138d、138e所示。
如上所述，尽管第四实施例至第七实施例分别采用了各自具有树脂封装的开关元件105、115、125、135来代替具有金属封装的开关元件105，但由于所述元件在元件的树脂外壳横向放置的状态下被表面安装在电路板上，因此这些实施例中的每一个能够获得与第一实施例至第三实施例相同的效果。
从上面的说明清楚地知道，根据本发明，由于各自具有扁平且细长形状的开关元件以表面安装方式固定在电路板上，因此能够在很大程度上减小安装在电路板上的元件所需的空间。因此，能够实现这样一种动力工具：即，使得在动力工具的壳体的主体部分中的电动机的后端侧的尺寸小，并且主体部分的长度短。因此，能够使得围绕电动机的部分小、重量轻且集中，从而能够实现可用性优良的动力工具。
本发明不限于上述实施例，并且可以在不偏离本发明的要旨的范围内进行各种改进。例如，尽管对作为动力工具的实例的冲击起子进行了说明，但根据本发明的动力工具不限于此，并且只要采用无刷电动机作为用作驱动源的电动机，本发明就能够以类似的方式应用于其它动力工具。尽管开关元件被表面安装在反相器电路板的后表面上，所述反相器电路板沿着相对于旋转轴的垂直方向设置在电动机的后表面侧上，但开关元件也可以布置在前表面侧(转子3a侧)以及后表面侧。反相器电路板可以布置在壳体的主体部分内的任意位置处，诸如电动机的下部或侧部，而不是电动机的后表面侧。
本申请要求于2008年9月29日提交的日本专利申请No.2008-250356以及于2009年2月24日提交的日本专利申请No.2009-041419的优先权，所述两个申请的全部内容通过引用并入本文。
工业适用性
根据本发明的一个方案，提供这样一种动力工具，其中无刷电动机的各个开关元件的形状改变，并且开关元件的连接方法得以改进。
根据本发明的另一个方案，提供使用无刷电动机的动力工具，其中使得用于容纳电动机的壳体变小。

Claims (11)

1.一种动力工具，包括：
无刷电动机；
开关元件，其驱动所述无刷电动机；
电路板，其上安装有所述开关元件；
传输部分，其用于传输所述无刷电动机的驱动力；以及
壳体，其中容纳所述无刷电动机、所述开关元件、所述电路板和所述传输部分，
其中，所述开关元件包括半导体元件，所述半导体元件各自在其底面上具有端子，并且
所述开关元件被表面安装在所述电路板上。
2.根据权利要求1所述的动力工具，
其中，所述开关元件中的每一个具有：
金属外壳，其形成为大致的扁平矩形形状并且覆盖所述半导体元件中的相应一个；以及
漏极端子，其分别形成在所述金属外壳的相对两侧的下部上，并且
其中，所述漏极端子中的每一个通过焊剂部分被表面安装在所述电路板上。
3.根据权利要求2所述的动力工具，
其中，所述电路板位于所述无刷电动机的后表面侧，以相对于所述无刷电动机的旋转轴而朝向竖直方向。
4.根据权利要求3所述的动力工具，
其中，六个所述开关元件固定在所述电路板的一个表面上，所述电路板的另一个表面面向所述无刷电动机。
5.根据权利要求4所述的动力工具，
其中，所述漏极端子中的每一个在所述漏极端子的两个局部区域固定到所述电路板上，所述两个局部区域彼此分离，所述焊剂部分设置在所述两个局部区域中的每一个上。
6.根据权利要求5所述的动力工具，
其中，六个所述开关元件中的每一个布置在所述电路板上，以使所述金属外壳中未设置有所述漏极端子的其它两侧变得与围绕所述旋转轴的周向大致平行。
7.根据权利要求1所述的动力工具，
其中，六个所述开关元件被表面安装在所述电路板的表面上，并且
树脂被涂布在所述电路板的所述表面上以覆盖所述开关元件。
8.根据权利要求1所述的动力工具，
其中，所述壳体包括：
主体部分，其中容纳所述无刷电动机和所述传输部分；以及
抓握部分，其从所述主体部分延伸以与所述主体部分大致垂直，并且
其中，所述电路板设置在所述主体部分中。
9.根据权利要求1所述的动力工具，
其中，所述电路板具有供所述无刷电动机的旋转轴穿过的孔并且被布置为与所述旋转轴大致垂直，
容纳在树脂外壳中的所述半导体元件分别用作所述开关元件，
所述开关元件在横向放置的状态下围绕所述电路板的所述孔布置，
至少部分所述开关元件被布置为使得它们的纵向变得彼此大致平行，并且
其它的所述开关元件被布置为使得它们的纵向关于所述部分所述开关元件的纵向倾斜。
10.根据权利要求9所述的动力工具，
其中，所述部分所述开关元件被布置为使得它们的纵向在同一直线上大致对准。
11.根据权利要求9所述的动力工具，
其中，所述开关元件中的每一个包括：
第一端子，其设置在所述树脂外壳的底面中以便连接到所述电路板上；以及
第二端子，其从所述树脂外壳的侧面朝向所述电路板延伸以便连接到所述电路板上。
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