CN103534066B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能提高开关元件的冷却效率同时抑制其尺寸增加的电动工具。本发明的所述电动工具在主体外壳（30）内包括：在其中转子（6）由圆筒形定子（7）围绕的电机（1）；包括用于控制转子（6）旋转的开关元件（11）的电路板（10）；从开关元件（11）传递热量的散热部件（12）；用于生成冷却风的冷却风扇（9）；以及用于冷却风穿过的冷却风路（R）。所述冷却风路（R）被形成为使得冷却风从散热部件（12）的中央侧朝外周缘流动并且此后在电路板（10）的前表面之上流过。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种包括无刷电机的电动工具。

背景技术

在电动工具中，优选使用无刷电机，因为它尺寸小并且具有较长寿命。然而，所述无刷电机需要设置有开关元件的电路板，并且因为开关元件产生热量所以需要冷却方法。

日本专利申请公开号2004-357371（下面称为“专利文献1”）公开了一种装置，其包括传递在开关元件内产生的热量的散热部件。在所述装置中，用冷却风吹散热部件，藉此冷却开关元件。

然而，在某些种类的电动工具中，专利文献1中所述的将冷却风吹至散热部件的构型不能为开关元件提供足够的冷却效率。对此问题，可能考虑提高开关元件的散热特性。然而，该构型导致很难缩小开关元件配置的尺寸，并且会导致工具尺寸的增加。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研制的，并且本发明的目的是提供一种电动工具，其能够增强开关元件的冷却效率同时抑制工具尺寸增加。

为了解决上述问题，本发明的电动工具具有如下所述的构型。

本发明的电动工具包括：包括转子和围绕转子的圆筒形定子的无刷电机；设置有用于控制转子旋转的开关元件的电路板；从开关元件传递热量的散热部件；用于生成冷却风的冷却风扇；以及在其内容纳无刷电机、电路板、散热部件和冷却风扇的主体外壳，并且该主体外壳具有用于冷却风穿过的冷却风路。冷却风路被形成为使得冷却风从散热部件的中央侧朝外周缘流动并且此后在电路板的面对无刷电机的表面之上流过。

优选冷却风路被形成为使得冷却风在流过电路板的面对无刷电机的该表面之上之后流经定子与转子之间的缝隙。

还优选：转子固定于其的旋转轴、可旋转地支撑旋转轴的轴承、以及支撑轴承的轴承支撑件被容纳在主体外壳内。冷却风路被形成为使得冷却风沿轴承支撑件流动。

优选散热部件具有沿在所述冷却风路中的流动方向伸长的突出部。

优选电路板具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，所述散热部件形成为板状，并且具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，所述电路板被设置为使得其第二表面面向所述无刷电机并且第一缝隙形成于其外周缘与所述主体外壳的内表面之间，所述开关元件安装在所述电路板的第一表面上，并且所述散热部件被设置成使得其第二表面面向所述电路板的第一表面并且第二缝隙形成于其外周缘与所述主体外壳的内表面之间。根据该构型，所述冷却风路被形成为使得冷却风在所述电路板的第一表面侧处从散热部件的中央侧朝外周缘流动，并且此后流经第二和第一缝隙，并且之后在所述电路板的第二表面侧处沿所述电路板流动。

优选冷却风路被形成为使得冷却风沿横过散热部件的第一表面的方向朝散热部件的中央流动。

优选肋形成于主体外壳的内表面上从而朝定子突出以限制冷却风的流动。

优选冷却风路被形成为使得冷却风朝轴承支撑件流动。

优选开关元件与所述散热部件热耦合。

优选转子固定于其的旋转轴被容纳在所述主体外壳内，并且冷却风扇固定于所述旋转轴。

本发明具有增强开关元件的冷却效率同时抑制工具尺寸增加的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的电动工具的主体部分的截面图；

图2是根据所述实施例的电动工具的透视图；

图3是根据所述实施例的电动工具的局部中断的侧视图；

图4是根据所述实施例的电动工具中电机组件的透视图；

图5是图4中所示的电机组件去除了轴承和散热部件的透视图；

图6是根据所述实施例的散热部件的后视图；以及

图7是根据所述实施例的另一散热部件的后视图。

具体实施方式

基于附图所示的实施例描述本发明。根据本发明实施例的电动工具是图1-3所示的手提式电钻驱动器50。

如图3所示，电钻驱动器50包括构成电钻驱动器50的主体部分外壳的主体外壳30。主体外壳30形成为空心圆筒状，并且在其内具有彼此相通的电机存储空间S1和机构存储空间S2。肋21形成为从主体外壳30的电机存储空间S1的内表面沿其整个圆周伸出。作为驱动源的无刷电机1（以下也称为“电机1”）设置在电机存储空间S1内。如图1所示，旋转轴8、设置有开关元件11的电路板10、散热部件12、用于生成冷却风的冷却风扇9和可旋转地支撑旋转轴8的轴承13也设置在电机存储空间S1内。此外，供冷却风穿过的冷却风路（通风道）R形成于所述电机存储空间S1内。动力传递机构2设置在机构存储空间S2内。动力传递机构2与电机1在同一轴上连接。

用于保持工具刀头（未示出）的夹盘3设置在主体外壳30的梢端处（图3中的右端）。动力传递机构2由行星减速齿轮形成并且将电机1的驱动动力传递至被夹盘3所保持的工具刀头。此外，转矩限制器的调节手柄4设置在主体外壳30的外周表面上。

把手外壳31形成为从主体外壳30伸出。触发开关25和正反向选档杆26设置在把手外壳31的根区处。用于控制至电机1的电力供应的控制电路5容纳在把手外壳31的端部（图3中的下端）内。包括内置蓄电池的电池组32可拆卸地连接于把手外壳31的端面（图3中的下侧面）。电池组32的蓄电池根据触发开关25来将电力供至控制电路5和电机1。

在下文的描述中，从电机1至动力传递机构2的方向（即图3中的右侧）称为“前”，并且相反的方向（即图3中的左侧）称为“后”。此外，把手外壳31自主体外壳30的延伸方向（即图3中的下侧）称为“向下”，并且相反的方向（即图3中的上侧）称为“向上”。此外，垂直于上下方向和前后方向（即图3中的前后方向）称为“右左方向”。

电机1包括具有磁体的转子6和具有线圈的定子7。转子6被类似空心圆筒形状的定子7所包围。旋转轴8穿透转子6的中央并且固定于其。驱动转子6以响应于通过控制至定子7线圈的电力供应产生的电磁力而与旋转轴8一同旋转。

旋转轴8从转子6和定子7向前延伸。旋转轴8的前端与动力传递机构2耦合。冷却风扇9在转子6和定子7前方的位置处固定于旋转轴8的一部分。通过用于生成冷却风（冷却空气）的离心风扇构成冷却风扇9。冷却风扇9从后部空间吸入向前的空气（即在图1中从左至右吸入空气），并且沿径向向外排出空气。

旋转轴8还从转子6和定子7向后延伸。旋转轴8的后端被轴承13（第一轴承）可旋转地支撑。要注意，电路板10和散热部件12（随后将详述）配备有供旋转轴8插入的通孔。优选这些通孔的直径基本上等于（略微大于）旋转轴8的外径。在所述实施例中，旋转轴8在固定冷却风扇9的位置前方的位置处被轴承23（第二轴承）所支撑。轴承23的后表面（图1中左端）暴露于冷却风路R（具体为，随后所述的风路R4）。要注意，旋转轴8可能在另一位置处被轴承23所支撑（例如，在冷却风扇9与转子6之间的位置处，或动力传递机构2内部的位置处）。

如图5所示，多个开关元件11沿电路板10的后表面101设置且安装在其上（即在电路板10的第一表面上）。通过控制供至保持在定子7内的线圈的电力供应，开关元件11适于调整转子6的旋转。开关元件11例如通过半导体开关元件如MOSFET构成。如图1所示，电路板10如此固定于电机1以使其前表面102（即电路板10的第二表面）面向电机1的后表面同时在其间留有预定间隙。散热部件12形成为板状，并且固定在电路板10后方的位置处（即电路板10的第一表面101侧处）。具有柔性的热传导主体（如具有热传导特性的树脂片）设置在散热部件12的前表面122（即散热部件12的第二表面）与开关元件11之间从而填充它们（11和12）之间的空间。可选地，开关元件11可与散热部件12直接接触。换句话说，散热部件12与开关元件11直接接触或通过热传导部件接触。因此，散热部件12和每个开关元件11彼此热耦合。

如图4所示，电机1、旋转轴8、冷却风扇9、电路板10、散热部件12和轴承13被组装以作为一体形成电机组件40，并且被容纳在主体外壳30内的电机存储空间S1内。图5示出电机组件40（如图4所示），其中轴承13和散热部件12已被拆卸。如图1所示，电机组件40被设置成使得旋转轴8的轴线方向基本上平行于主体外壳30的轴线方向。电路板10和散热部件12被设置成使得其各个法向矢量基本上平行于旋转轴8的轴线方向。旋转轴8被插入电路板10和散热部件12的相应通孔内。轴承13、散热部件12、电路板10和电机1按顺序从主体外壳30的后侧（即从冷却风路R的上游端）设置。在所述实施例中，肋21的顶面与定子7的外周表面（即电机1的外周表面）相接触（参见图1）。

如图1所示，主体外壳30在其后端处一体地配备有类似空心圆筒形状的用于保持轴承13的轴承支撑件14。风路R1形成于主体外壳30的后端处从而围绕轴承支撑件14。风路R1形成穿过轴承支撑件14的外表面从进口15连接至电机存储空间S1后端的L形横截面。在所述实施例中，风路R1被形成为使得冷却风流向轴承支撑件14。进口15即风路R1的上游端形成为在主体外壳30后端的左、右侧处开放（参见图2）。出口17形成为在围绕轴承支撑件14顶端的位置处朝电机存储空间S1向前开放，并且构成风路R1的下游端。在实施例中，主体外壳30配备有多个风路R1，如图2所示。所述多个风路R1的各个出口17与电机存储空间S1相通。

电机组件40容纳在电机存储空间S1内以使散热部件12的中央部分（形成于中央处的通孔附近）面向风路R1的出口17。换句话说，在所述实施例中，冷却风路R1被形成为使得冷却风沿横过散热部件12的后表面121（散热部件12的第一表面）的方向朝散热部件12流动。电路板10和散热部件12并排设置同时开关元件11插在其间。此外，每个电路板10和散热部件12被设置为确保其（10或12）外周缘与主体外壳30的内表面之间的空间以使冷却风能够从其穿过。换句话说，缝隙（第一缝隙）103形成于电路板10的外周缘与主体外壳30的内表面之间。此外，缝隙（第二缝隙）123形成于散热部件12的外周缘与主体外壳30的内表面之间。主体外壳30在冷却风扇9的沿径向方向外侧的位置处配备有用于穿过其排出冷却风的排气口18（参见图1，2）。

通过设置在电机1前方的冷却风扇9的旋转产生冷却风。冷却风向前穿过形成于主体外壳30内的冷却风路R（如图1箭头所示）。冷却风路R由连通进口15和排气口18的连续空间形成，其中排气口18位于进口15前方。

特别地，冷却风路R由从后侧到前侧连续形成的风路R1、R2、R3和R4形成。风路R1形成为刺透主体外壳30的后端。风路R2是从散热部件12中央周围的区域连续、穿过散热部件12和电路板10的周缘周围的区域至电路板10的前表面102侧处的区域的通道。风路R3由转子6与定子7之间的缝隙（第三缝隙）形成。风路R4是形成为连接缝隙19和排气口18的通道。

详细来说，在所述实施例中，冷却风路R包括风路（第一风路）R1、风路（第二风路）R2、风路（第三风路）R3和风路（第四风路）R4。通过形成于主体外壳30后端内从而连接进口15和电机存储空间S1的通风道构成风路R1。风路R2包括：散热部件12的后表面121与主体外壳30之间的空间；第二缝隙123；第一缝隙103；以及电路板10的前表面102与电机1的后表面之间的空间。由转子6与定子7之间的缝隙19构成风路R3。通过在电机1的前侧处连接缝隙19和排气口18的空间构成风路R4。冷却风扇9设置在冷却风路R（特别地，在风路R4）内。如上所述，冷却风扇9被设计为通过进口15将外部空气吸入冷却风路R，并且通过排气口18将吸入的空气排至外部。

冷却风路R的冷却风首先穿过进口15流入风路R1，随后沿筒形轴承支撑件14的外侧表面穿过风路R1，藉此冷却轴承支撑件14和轴承13。

冷却风随后穿过风路R1的出口17排至风路R2内。冷却风继而被吹入散热部件12的后表面121的中央部分，从中央侧朝外周缘（朝散热部件12的至少一部分或整个外周缘）沿散热部件12的后表面121流动，并且在风路R2内朝散热部件12和电路板10的外周缘周围向前流动。冷却风继而沿电路板10的前表面102沿径向向内流动，并且流入风路R3。冷却风随后穿过风路R3，并且流入风路R4。之后冷却风穿过冷却风扇9并且随后穿过排气口18朝主体外壳30外侧排出。

当流经冷却风路R（特别是风路R2）时，冷却风不仅通过从中央侧朝外周缘在其上流动而从散热部件12的后表面121吸入热量，还通过从外周缘侧朝中央在其上流动从电路板10的前表面102（即与开关元件11安装其上的表面相反的表面）吸入热量。开关元件夹置于散热部件12与电路板10之间，因此可从两侧被有效地冷却。此外，因为冷却风穿过转子6与定子7之间的缝隙19，电机1在内部被有效地冷却。要注意，在所述实施例中，肋21能够防止冷却风在主体外壳30与定子7之间流动。因此，穿过第一缝隙103的冷却风很容易导向风路R3。因此，在电路板的前表面102侧处，冷却风被偏置为从外周缘侧朝中央流动。要注意肋21不一定连续地沿主体外壳30内表面的整个圆周形成。例如，在如所述实施例中那样进口15形成于主体外壳30的右侧和左侧处的情形下（参见图2），肋不一定形成于主体外壳30的上侧和下侧处。

在所述实施例中，如图6所示，散热部件12在后表面121上设有突出部20。突出部20包括沿右左方向伸长的线状突起，同时沿上下方向在其间留下预定间隔。也就是说，在所述实施例中，突出部20包括平行设置的在其间留下预定间隔的多个线状突起。每个线状突起形成于后表面121上从而从中央侧朝外周缘（所述实施例中的右左方向）伸长，这样其纵向对应于冷却风路R内该位置处的流动方向。由于该构型，突出部20用于引导冷却风在散热部件12上的流动并且使其平滑。此外，由于散热区域的增加，能够提高冷却效率。

突出部20可具有如图7所示的辐射状构造。换句话说，突出部20可包括径向设置的多个线状突起。特别地，在该构型中，多个线状突起形成于散热部件12的后表面121上从而从其中央部分径向地伸长。

如上所述，作为根据本发明实施例的电动工具的电钻驱动器50包括：包括转子6和围绕转子6的圆筒形定子7的无刷电机1；设置有用于转子6旋转的开关元件11的电路板10；从开关元件11传递出热量的散热部件12；以及用于生成冷却风的冷却风扇9，它们容纳在主体外壳30内。主体外壳30具有使得冷却风从其穿过的冷却风路R。冷却风路R被形成为使得冷却风从散热部件12的中央侧朝外周缘流动并且随后在电路板10的面对无刷电机1的表面之上流动（即在电路板10的前表面102之上）。

采用该电钻驱动器50，开关元件11不仅能够被来自散热部件12侧的冷却风、还能被来自电路板10侧的冷却风有效冷却，并且因此可能提高冷却效率。因而，该构型能够降低对开关元件11的散热特性的需要度，并且因此能够在在小型空间内设置若干开关元件11。

特别地，在电钻驱动器50中，电路板10具有第一表面（后表面）101和与第一表面101相反的第二表面（前表面）102。散热部件12形成为板状，并且具有第一表面（后表面）121和与第一表面121相反的第二表面（前表面）122。电路板10被设置成使得其自身的第二表面102面向无刷电机1并且第一缝隙103形成于其自身的外周缘与主体外壳30的内表面之间。开关元件11安装在电路板10的第一表面101上。散热部件12被设置成使得其自身的第二表面122面向电路板10的第一表面101并且第二缝隙123形成于其自身的外周缘与主体外壳30的内表面之间。冷却风路R被形成为使得冷却风在电路板10的第一表面101侧处从散热部件12的中央侧朝外周缘流动，并且随后流经第二缝隙123和第一缝隙103，并且之后在电路板10的第二表面102侧处沿电路板10流动。

根据该构型，开关元件11能够被来自散热部件12侧和电路板10侧的冷却风有效地冷却。

在电钻驱动器50中，冷却风路R被形成为使得冷却风在流过电路板10的面对无刷电机1的表面之上（即电路板10的前表面102之上）后流经定子7与转子6之间的缝隙19。

根据该构型，电机1能够在内部被有效地冷却。

此外，电机1的转子6固定于其的旋转轴8、可旋转地支撑旋转轴8的轴承13、以及支撑轴承14的轴承支撑件14设置在主体外壳30内。冷却风路R被形成为使得冷却风沿轴承支撑件14流动。

根据该构型，轴承13和支撑其的轴承支撑件14能够被有效地冷却。

此外，散热部件12具有在沿冷却风路R中的流动方向上伸长的突出部20。

该构型能够有效地散发热量同时引导冷却风。

在电钻驱动器50中，冷却风路R被形成为使得冷却风沿横过散热部件12的第一表面121的方向朝散热部件12的中央流动。

根据该构型，冷却风吹向散热部件12，藉此有效地冷却散热部件12。

此外，主体外壳30在其内表面上设有肋21，肋21朝电机1（定子7）突出从而限制冷却风的流动。

根据该构型，冷却风不太可能流经定子7与主体外壳30之间的区域。因而，冷却风被导向从而朝定子7与转子6之间的缝隙19（风路R3）流动。因此，冷却风被偏置从而在电路板10的前表面102侧从外周缘侧朝中央流动，并且因此能够有效地冷却开关元件11。因为冷却风流经定子7与转子6之间的缝隙19，电机1也能够在内部被有效地冷却。

在电钻驱动器50中，冷却风路R被形成为使得冷却风沿朝向轴承支撑件14的方向流动。

根据该构型，冷却风吹向轴承支撑件14，藉此有效地冷却轴承支撑件14和轴承13。

此外，因为开关元件11热耦合于散热部件12，开关元件11能被有效地冷却。

此外，冷却风扇9固定于旋转轴8。该构型能够省略用于驱动冷却风扇9的额外构件，并且因此能够缩小工具的尺寸。

虽然已经参照某些优选实施例描述了本发明，本领域技术人员能够进行许多改进和变化而不脱离本发明即权利要求的真实精神和范围。

Claims (9)

1.一种电动工具，包括：

包括转子和围绕转子的圆筒形定子的无刷电机；

设置有用于控制转子旋转的开关元件的电路板；

从开关元件传递热量的散热部件；

用于生成冷却风的冷却风扇；以及

在其内容纳所述无刷电机、电路板、散热部件和冷却风扇的主体外壳，并且该主体外壳具有用于冷却风穿过的冷却风路，

其中所述冷却风路被形成为使得冷却风从散热部件的中央侧朝外周缘流动并且此后流过电路板的面对无刷电机的表面之上，

所述电路板具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，

所述散热部件形成为板状，并且具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，

所述电路板被设置成使得其第二表面面向所述无刷电机并且在电路板外周缘与所述主体外壳的内表面之间形成第一缝隙，

所述开关元件安装在所述电路板的第一表面上，

所述散热部件被设置成使其第二表面面向所述电路板的第一表面并且在散热部件外周缘与所述主体外壳的内表面之间形成第二缝隙，并且

所述冷却风路被形成为使冷却风在所述电路板的第一表面侧处从散热部件的中央侧朝外周缘流动，并且此后流经第二和第一缝隙，并且之后在所述电路板的第二表面侧处沿所述电路板流动。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中冷却风路被形成为使得冷却风在流过电路板的面对无刷电机的表面之上之后流经定子与转子之间的缝隙。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，还包括：转子固定于其的旋转轴；可旋转地支撑旋转轴的轴承；以及支撑轴承的轴承支撑件，它们被容纳在主体外壳内；

其中所述冷却风路被形成为使得冷却风沿轴承支撑件流动。

4.根据权利要求1或2所述的电动工具，其中所述散热部件具有沿在所述冷却风路内的流动方向伸长的突出部。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其中冷却风路被形成为使得冷却风沿横过散热部件的第一表面的方向朝散热部件的中央流动。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其中主体外壳在其内表面上设有肋，所述肋朝定子突出从而限制冷却风的流动。

7.根据权利要求3所述的电动工具，其中所述冷却风路被形成为使得所述冷却风朝轴承支撑件流动。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其中所述开关元件与所述散热部件热耦合。

9.根据权利要求1所述的电动工具，还包括容纳在所述主体外壳内的供所述转子固定的旋转轴；

其中所述冷却风扇固定于所述旋转轴。