CN102741024B - 具有无刷电机的电池驱动的电动工具 - Google Patents

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Abstract

一种电动工具（100）包括被包围在壳体（104）中的电源（102）。该电源（102）是驱动用于一切割装置的驱动机构（106）的无刷直流电机（202）。此外，油泵至少部分地容纳在电动工具（100）的壳体（104）中。油泵也由无刷直流电机（202）驱动。

Description

具有无刷电机的电池驱动的电动工具
技术领域
本发明涉及一种手持电池提供动力的工具。具体地说，本发明涉及例如链锯、修剪器、钻机或者绿篱机的电池提供动力的工具的驱动机构。
背景技术
手持电动工具(例如但不限于链锯、修剪器以及绿篱机)广泛用于花园和森林应用中。这些电动工具被要求制成紧凑并且轻质以便在操作过程中容易操作。通常地，电动工具包括可驱动地连接到切割装置的电源。此外，在电动工具上设置一个或多个把手，以方便在操作过程中手动抓握。
通常地，本领域中已知的大多数电动工具使用刷式直流电机作为电源。刷式电机包括电磁转子以及永磁体定子。在刷式直流电机的操作过程中，刷组件提供对于转子的连续旋转来说必要的转子与定子之间的联通。尽管利用刷式直流电机的电动工具是较小并且紧凑的，但是根据刷组件的设计和材料，刷式直流电机的速度被限定在预定的范围。因此，这些电动工具通常地在刷式直流电机与切割装置之间使用齿轮组件。
齿轮组件不仅增加了电动工具的整体成本和重量，而且齿轮组件的部件还要可能要求周期性维护，并且电动工具的整体运行成本增加。此外，提供油泵以将润滑油供给到齿轮组件并且还供给到电动工具的其它移动部分。通常地，油泵由辅助电机驱动，这进一步增加了重量、运行成本、以及动力和空间的需求。
此外，在刷式直流电机中，刷趋于由于持续的摩擦而在经过一段时间后用坏，并且因此需要被周期性地替换。这增加了维护需求并且要求电动工具的定期拆卸。此外，在高速时，刷组件可能在联通期间造成火花，这是非常不期望的。
根据上述，存在对解决例如链锯、修剪器、绿篱机等电动工具中的上述问题的改进的方法和系统的需要。
发明内容
鉴于以上，本发明的一个目的是解决或者至少减小上述问题。具体地说，该目的是提供用于更简单、紧凑且有效的电动工具的改进电源和驱动系统。
该目的由一种新型电动工具来实现。该电动工具包括被包围在电动工具的壳体中的电源。该电动工具还包括用于一切割装置的驱动机构。该电源是无刷直流电机。无刷直流电机用作电源使得电源能够直接地连接到用于切割装置的驱动机构，而不需要中间齿轮组件。没有中间齿轮组件使得空间和维护的需求较小且效率较高。此外，至少部分地容纳在电动工具的壳体中的油泵也由无刷直流电机驱动。这排除了对用于驱动油泵的辅助电机的需要，并且使得成本较低，并且电动工具的构造更轻质和更紧凑。
该用于切割装置的驱动机构包括连接到输入毂的中心轴。输入毂还经由弹簧离合器组件连接到输出毂。此外，中心轴连接到无刷直流电机，而输出毂连接到驱动链轮。弹簧离合器组件包括圆柱形弹簧，使得圆柱形弹簧缠绕在输入毂周围并且还部分地缠绕在输出毂周围。弹簧离合器组件避免了对例如爪形离合器、摩擦板离合器、以及离心式离合器的复杂离合器组件的需要。
电动工具还包括制动组件，该制动组件包括具有突出凸耳的套环(collar)件。制动杆构造为能够选择性地与突出凸耳接合以执行制动动作。
油泵经由蜗杆式齿轮组件(蜗杆组件，wormgearassembly)由无刷直流电机驱动，蜗杆式齿轮组件包括蜗杆式齿轮和蜗轮。根据权利要求7，蜗杆式齿轮安装在驱动机构的输出毂上，同时蜗轮设置在辅助轴上，使得蜗杆式齿轮能够与蜗轮接合。根据权利要求8，辅助轴连接到油泵。根据权利要求9，蜗杆式齿轮安装在输出毂上，使得蜗轮至少部分地在驱动机构的弹簧离合器组件上延伸。该构造不增加驱动机构的沿直线方向的尺寸，并且使得电动工具的构造紧凑。
无刷直流电机包括永磁体转子和电磁定子。根据权利要求11，无刷直流电机连接到电池。
电动工具可以是链锯、线式修剪器、绿篱机、动力式剪(电动剪，poweredshear)和动力式钻机(电动钻机，powereddrill)中的一个。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的电动工具的截面图；
图2示出了根据本发明实施方式的电动工具的驱动机构的放大截面图；
图3示出了根据本发明实施方式的用于电动工具的制动组件；以及
图4示出了根据本发明实施方式的用于在电动工具中驱动油泵的蜗轮组件。
具体实施方式
现在将在下面参照示出了本发明优选实施方式的附图来更加全面地描述本发明。然而，本发明可以以多种不同形式来实施，并且不应当解释为是对这里阐述的实施方式的限制；相反地，提供这些实施方式是使得本公开充分且完全，并向本领域的技术人员全面传达发明的范围。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出了根据本发明实施方式的链锯100的截面图。链锯100(下文中称作“电动工具100”)可以用于园林或者森林应用。然而，在不偏离本发明的实质的前提下，本发明还可以用于任何其它装置，例如，修剪器、绿篱机、钻机、或者其它切割或者修整工具。
在本发明的实施方式中，电动工具100包括被包围在电动工具100的壳体104中的电源102。此外，电动工具100可以包括可驱动地连接到电源102的切割装置(未示出)。在本发明的实施方式中，切割装置可以包括带齿的链条。在本发明的多种其它实施方式中，切割装置可以包括例如但不限于绿篱机、修剪器、钻机、电动剪等。例如在链锯的情形中，电动工具100可以包括用于将电源102的旋转运动传递到切割装置的驱动机构106；电源102可以将运动传递到带齿的链条以执行切割操作。
在本发明的实施方式中，驱动机构106直接地连接到切割装置而不利用中间齿轮组件。由于没有齿轮组件，所以电动工具100具有较小的重量、较简单的结构以及整体较小的尺寸。此外在操作过程中，电动工具100产生较少的热量，并且因此驱动机构106的冷却需求较小。此外，电动工具100在操作过程中具有较高的操作效率且提供方便的操作。
图2示出了电动工具100的驱动机构106的放大截面图。在本发明的实施方式中，电动工具100的电源可以包括无刷直流电机202。无刷直流电机202可以具有永磁转子204(下为重称作“转子204”)以及作为定子206的安装有线圈的电磁体。在本发明的实施方式中，无刷直流电机202的定子206可以包括多个柱(pole)，线圈可以安装在柱中。顺序地切换柱的磁极可以使转子204改变相对于柱的对准，并且结合的运动可以使转子204围绕旋转轴线A的旋转运动。
在本发明的实施方式中，无刷直流电机202可以连接到电池(未示出)以将电能供给到无刷直流电机202。电池可以按照电动工具100的设计规格来选择。在本发明的实施方式中，电池可以被包围在电动工具100的壳体104内。在本发明的实施方式中，电池可以定位为使得电动工具100的重心可以优化为确保在操作过程中能够更好地抓握以及操作电动工具100。在另一实施方式中，该电池可以定位在电动工具100外部的附加壳体中，在这种情况下可能需要求线元件将外部电池连接到无刷直流电机202。此外，可以提供充电装置以使电池周期性地从直流电源充电。在本发明的又一实施方式中，无刷直流电机202可以直接地由交流源驱动，在这种情形中可能需要转换器电路以将交流电源转换到用于无刷直流电机202的直流电源。
可以提供用于无刷直流电机202的切换装置(未示出)以便以周期性的方式切换定子206的柱并且对转子204给予旋转运动。切换装置可以定位在电池与无刷直流电机202之间。柱的切换频率可能对无刷直流电机202的旋转速度具有直接的影响并且可以产生切割装置的运动。为了控制切割装置的速度，切换装置可以连接到安装在电动工具100上的速度控制杆或者开关。
在本发明的实施方式中，无刷直流电机202的转子204的旋转运动可以传送到中心轴208。中心轴208可以附接到无刷直流电机202的转子204，使得转子204的旋转轴线A和中心轴208相一致(concurred，会合)。中心轴208可以经由键或者销(在附图中未示出)连接到转子204，以限制中心轴208相对于转子204的轴向运动。在本发明的实施方式中，中心轴208可以支撑在轴承210上。轴承210可以例如但不限于滚动轴承、液压轴承(fluidbearing，流体轴承)等。在本发明的多个实施方式中，中心轴208可以包括平衡重物(在附图中未示出)以稳定中心轴208的旋转运动。
在本发明的实施方式中，中心轴208可以选择性地经由弹簧离合器组件214连接到驱动链轮212。在本发明的实施方式中，驱动链轮212可以部分地设置在用于电动工具100的壳体104外部，并且操作地连接到切割装置。在本发明的实施方式中，驱动链轮212可以将旋转运动传送到带齿的链条，使得带齿的链条在链条引导件(未示出)上移动。驱动链轮212可以具有齿，这些齿与带齿链条的多个驱动联接件接合以传送旋转运动。在本发明的实施方式中，驱动链轮212还可以装配有例如但不限于防尘罩的附加部件。
在本发明的实施方式中，弹簧离合器组件214可以包括输入毂216和输出毂218。如图2中示出的，中心轴208连接到输入毂216，并且进一步地，圆柱形弹簧220缠绕在输入毂216周围且还以轻微的过盈配合部分地在缠绕在输出毂218周围。在操作过程中，当中心轴208和输入毂216旋转时，圆柱形弹簧220缠绕在输出毂218上。这减小了圆柱弹簧220的内部直径，并且因此，圆柱形弹簧220抓握输出毂218以传递转子204的运动。
图3示出了用于根据本发明的实施方式的电动工具100的制动组件300。在本发明的实施方式中，圆柱形弹簧220可以被套环件302包围，套环件在其外直径上具有突出凸耳304以及在圆柱形弹簧220的输入端(未示出)处与径向柄脚相接合的内狭槽(未示出)。制动杆306设置为在制动过程中与突出凸耳304相接合。这可以在圆柱形弹簧220的输入端处捕获径向柄脚并且使输入毂216脱离。在本发明的实施方式中，只要检测到切割装置的退回，制动组件300就可以被致动。在本发明的另一实施方式中，制动组件可以通过设置在电动工具100上的紧急切断开关(emergencykillswitch)致动。
图4示出了根据本发明实施方式的用于驱动电动工具100的油泵(未示出)的蜗轮组件400。油泵经由蜗轮组件400而被电源102驱动。蜗轮组件400被用于将功率从中心轴208经由蜗杆式齿轮404传送到辅助轴402。蜗杆式齿轮404可以附接到输出毂218的外表面，并且一相应的蜗轮(wormwheel)406设置在辅助轴402上。蜗杆式齿轮404具有螺纹形式的齿，并且蜗轮406是具有齿的齿轮，从而蜗轮406的齿与蜗杆式齿轮404上的螺纹相接合。蜗轮406可以例如但不限于正齿轮、斜齿轮、人字齿轮等。在本发明的实施方式中，蜗杆式齿轮组件可以是自锁定的，使得蜗杆式齿轮404驱动蜗轮406，且反过来蜗轮406不能驱动蜗杆式齿轮404。在本发明的实施方式中，蜗杆式齿轮404和蜗轮406可以由根据诸如能量需求、摩擦、容易制造、成本等的多个参数的不同材料制成。蜗杆式齿轮404可以由例如但不限于表面硬化钢、碳素钢、铸铁、塑料等制成，然而蜗轮406可以由例如但不限于磷青铜、铸铁、塑料等制成。
在实例实施方式中，蜗轮组件400的细节用于说明的目的，并且其对于本领域的普通技术人员来说可能是显而易见的是油泵可以被任何其它齿轮组件驱动，其可以包括例如但不限于正齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗杆式齿轮和蜗轮、或者这些的任意组合。
由于使用无刷直流电机202且没有用于驱动油泵的额外电机，所以如上所述的电动工具100由于驱动机构的减小的尺寸而是紧凑的结构。在本发明的实施方式中，在操作过程中无刷直流电机202可以以预定速度范围运行以控制切割装置的速度。
在附图和说明书中，已经公开了优选的实施方式和本发明的实例并且，尽管使用了特定的术语，但它们仅在一般和描述意义上使用并且不是用于限制的目的，本发明的范围在下面的权利要求书中阐述。

Claims (20)

1.一种电动工具，包括：
电源(102)，被包围在壳体(104)中，其中所述电源(102)是无刷直流电机(202)；
驱动机构(106)，用于一切割装置，其中所述驱动机构(106)由所述无刷直流电机(202)驱动；
油泵，其中所述油泵至少部分地容纳在所述电动工具(100)的所述壳体(104)中；
其特征在于：
所述油泵由所述无刷直流电机(202)驱动，
其中，所述驱动机构(106)包括中心轴(208)和弹簧离合器组件(214)，
其中，所述弹簧离合器组件(214)包括输入毂(216)和输出毂(218)，并且所述中心轴(208)连接到所述输入毂(216)，
并且，所述弹簧离合器组件(214)进一步包括圆柱形弹簧(220)，使得所述圆柱形弹簧(220)缠绕在所述输入毂(216)周围并且还部分地缠绕在所述输出毂(218)周围。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述中心轴(208)连接到所述无刷电机(202)，并且所述输出毂(218)连接到驱动链轮(212)。
3.根据权利要求1所述的电动工具，进一步包括制动组件(300)，其中，所述制动组件(300)包括设置有突出凸耳(304)的套环件(302)，使得一制动杆(306)能够与所述突出凸耳(304)选择性地接合。
4.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述油泵经由蜗杆式齿轮组件(400)由所述无刷直流电机(202)驱动，所述蜗杆式齿轮组件(400)包括蜗杆式齿轮(404)和蜗轮(406)。
5.根据权利要求4所述电动工具，其中，所述蜗杆式齿轮(404)安装在所述驱动机构(106)的输出毂(218)上，并且所述蜗轮(406)设置在辅助轴(402)上，使得所述蜗杆式齿轮(404)能够与所述蜗轮(406)接合。
6.根据权利要求5所述的电动工具，其中，所述辅助轴(402)连接到所述油泵。
7.根据权利要求5所述的电动工具，其中，所述蜗杆式齿轮(404)安装在所述输出毂上，使得所述蜗杆式齿轮(404)至少部分地在所述驱动机构(106)的弹簧离合器组件(214)上延伸。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电动工具，其中，所述无刷直流电机(202)包括永磁体转子(204)以及电磁定子(206)。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的电动工具，其中，所述无刷直流电机(202)连接到电池。
10.根据权利要求8所述的电动工具，其中，所述无刷直流电机(202)连接到电池。
11.根据权利要求1-7中任一项所述的电动工具，其中，所述电动工具(100)是链锯。
12.根据权利要求10所述的电动工具，其中，所述电动工具(100)是链锯。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的电动工具，其中，所述电动工具(100)是线式修剪器。
14.根据权利要求10所述的电动工具，其中，所述电动工具(100)是线式修剪器。
15.根据权利要求1-7中任一项所述的电动工具，其中，所述电动工具(100)是绿篱机。
16.根据权利要求10所述的电动工具，其中，所述电动工具(100)是绿篱机。
17.根据权利要求1-7中任一项所述的电动工具，其中所述电动工具(100)是动力式剪。
18.根据权利要求10所述的电动工具，其中所述电动工具(100)是动力式剪。
19.根据权利要求1-7中任一项所述的电动工具，其中所述电动工具(100)是动力式钻机。
20.根据权利要求10所述的电动工具，其中所述电动工具(100)是动力式钻机。
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