CN103567500B - 电动工具及其外壳 - Google Patents

Abstract

一种电动工具包括外壳以及安装在外壳中的驱动系统，所述外壳包括外壳基体和将驱动系统的至少一个元件支撑在所述外壳基体中的支架；所述外壳基体由第一塑料材料制成，所述支架由耐高温性和耐冲击性优于所述第一塑料材料的第二塑料材料制成。根据本申请，可以降低外壳的成本，同时为驱动系统提供耐高温和冲击的长久可靠支撑。

Description

电动工具及其外壳

技术领域

本申请涉及一种改进的电动工具外壳，以及具有这种外壳的电动工具，尤其是冲击型电动工具，例如冲击钻。

背景技术

电动工具、尤其是冲击型电动工具例如冲击钻的外壳的材料选择主要考虑到测试要求、产品工况、材料价格等。例如，冲击型电动工具在工作时会产生大量热量和大强度冲击，为了给电动工具的工作头的驱动系统例如电动机和传动机构提供长久可靠的支撑，冲击型电动工具的外壳通常由高强度材料制成。此外，冲击型电动工具对抗跌落能力有严格要求，这也需要利用由高强度材料来制作外壳。作为满足上述各项要求的材料的一个例子，玻纤增强尼龙具有优异的机械强度、刚性、耐高温性、耐蠕变性和耐疲劳强度，因此是冲击型电动工具外壳的常用材料。

然而，玻纤增强尼龙价格较高，远比玻纤增强的其它普通塑料昂贵。如果整个外壳都由玻纤增强尼龙制成，则势必导致冲击型电动工具的总体成本升高。

发明内容

本申请旨在解决现有技术中存在的上述问题，即降低电动工具、尤其是冲击型电动工具的外壳的成本，同时维持外壳的耐高温和冲击性能。

为此，根据本申请的一个方面，提供了一种用于电动工具、尤其是冲击型电动工具的外壳，用于将电动工具的工作头的驱动系统安装在外壳中，其中，所述外壳包括外壳基体和将工作头的驱动系统的至少一个元件支撑在所述外壳基体中的支架；所述外壳基体由第一塑料材料制成，所述支架由耐高温性和耐冲击性优于所述第一塑料材料的第二塑料材料制成。

根据本申请的优选实施方式，所述第一塑料材料为增强聚丙烯，例如玻纤增强聚丙烯，所述第二塑料材料为增强尼龙，例如玻纤增强尼龙，尤其是玻纤增强PA6。

根据本申请的优选实施方式，所述支架单独制成、再被组装到外壳基体上；或者所述支架直接形成在外壳基体上。

根据本申请的优选实施方式，所述外壳包括彼此组合的第一外壳基体和第二外壳基体；所述支架包括由第一外壳基体承载的第一支架部分和由第二外壳基体承载的第二支架部分；在第一外壳基体和第二外壳基体的组合状态下，第一支架部分和第二支架部分组合而形成完整的支架。

根据本申请的优选实施方式，所述驱动系统包括电动机和与电动机的转子轴相连的传动机构；所述支架支撑所述电动机的一对碳刷和转子轴轴承。

根据本申请的优选实施方式，所述第一支架部分具有一对刷架保持部，每个刷架保持部从一侧支撑着相应的刷架，每个刷架中装有一个所述碳刷；所述第二支架部分具有一对柱，每个柱从另一侧支撑着相应的刷架。

根据本申请的优选实施方式，每个刷架保持部与相应的刷架之间设有约束刷架相对于电动机的换向器的轴向和径向位置的保持结构。

根据本申请的优选实施方式，所述第一支架部分还具有第一轴承座部分，所述第二支架部分还具有第二轴承座部分；所述第一轴承座部分与第二轴承座部分协作而形成用于支撑转子轴轴承的完整的轴承座。

根据本申请的优选实施方式，所述第一轴承座部分与第二轴承座部分之间设有定位结构和/或锁定结构，用于对第一轴承座部分和第二轴承座部分进行定位和/或将它们锁定在一起，由此实现第一支架部分与第二支架部分的组合。

根据本申请的优选实施方式，所述第一支架部分与第一外壳基体之间设有相互配合而将第一支架部分组合在第一外壳基体上的配合结构，例如插块与插槽；和/或所述第二支架部分与第二外壳基体之间设有相互配合而将第二支架部分组合在第二外壳基体上的配合结构，例如插块与插槽。

根据本申请的另一个方面，提供了一种电动工具，例如冲击型电动工具，尤其是冲击钻，例如手持式冲击钻，包括如前所述的外壳以及安装在外壳中的驱动系统，用于驱动电动工具的工作头。

根据本申请，为了节约冲击型电动工具外壳的成本，外壳基体采用第一塑料材料例如玻纤增强聚丙烯材料，但在外壳的支撑驱动系统的关键部位，采用耐高温性和耐冲击性优于所述第一塑料材料的第二塑料材料例如玻纤增强尼龙材料的支架来支撑电动工具的驱动系统。

因此，根据本申请，外壳由价格较低的第一塑料材料制成，同完全采用玻纤增强尼龙的传统外壳相比，能够显著降低外壳的成本。另一方面，驱动系统支架由价格较高的第二塑料材料制成，因此可提供长久可靠的耐高温和冲击的支撑。

附图说明

从后述的详细描述并结合下面的附图将能更全面地理解本申请的前述以及其它方面，在附图中：

图1是根据本申请的一个实施方式的冲击钻的内部结构示意图，展现了冲击钻中的驱动系统的分布；

图2是图1中的冲击钻在部分驱动系统拆除后的内部结构示意图，主要展现冲击钻的电动机；

图3是图1中的冲击钻中使用的支架组件从前侧所作的立体图；

图4是支架组件从后侧所作的立体图；

图5是支架组件从前侧所作的正视图；

图6是支架组件的后视图；

图7是支架组件的右视图；

图8是支架组件中的第一支架部分向冲击钻的第一外壳基体上插装的情形的立体图。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本申请的电动工具，尤其是冲击型电动工具的一些可行实施方式。

本申请所涉及的电动工具是指任何能够在工作头上产生运动以便对工件进行加工的工具。这里所说的冲击型电动工具是指加工操作时能够在工件上产生冲击力的电动工具，例如冲击钻、锤钻、冲击扳手等。本申请参照附图以冲击钻为例描述了本发明的一些较佳的实施方式，但本发明的基本构思同样适用于其它电动工具，尤其是冲击型电动工具。

图1中示出了根据本申请的一个实施方式的冲击钻，其主要包括外壳以及由外壳承载的钻头驱动系统和冲击发生装置。

所述外壳由一对外壳基体组成，图1中示出了第一外壳基体1，其为承载钻头驱动系统的主要外壳基体。在组装冲击钻时，钻头驱动系统先被预组装在第一外壳基体1中，然后，未示的第二外壳基体被扣合在该第一外壳基体1上，从而形成大体封闭的外壳，以将整个钻头驱动系统固定在外壳中。这两个外壳基体之间通过紧固件或紧固结构固定在一起，例如通过拧入螺纹孔2中的螺钉（未示出）。

冲击钻的钻头驱动系统基本上布置在外壳中，并且主要包括：电动机3；由电动机3驱动的传动机构4，用于将电动机3的旋转运动传递到钻头夹持器5。此外，冲击发生装置6也布置在外壳中，用于在钻头夹持器5上产生轴向冲击运动。

钻头驱动系统大体显示在图1中，图2中详细示出了电动机3。如图1、2所示，电动机3主要包括：定子12，其通过夹持装置14固定在第一外壳基体1中；安装在定子12中的转子（未示出），其具有转子轴，该转子轴包括穿过定子12向后延伸的转子轴后段16和穿过定子12向前延伸的转子轴前段18；换向器20，其安装在转子轴后段16上；一对碳刷22，它们在换向器20的径向两侧大致对称地固定在第一外壳基体1中，用于通过换向器20向转子绕组供电；后轴承（例如球轴承）24，其固定在第一外壳基体1中，并且可旋转地支撑着转子轴后段16；冷却风扇26，其固定在转子轴前段18上，用于在外壳内部产生冷却气流；安装在支座28中的前轴承（例如球轴承）30，见图2，其可旋转地支撑着转子轴前段18。

需要指出，本申请中所说的“前”是指朝向钻头的方向，“后”是指背离钻头的方向。此外，冲击钻整体上看具有一个大致对称平面，这里称作“纵向中平面”，该转子轴的中心轴线大致位于该纵向中平面内。

参看图1，传动机构4包括形成或安装在转子轴前段18上的小齿轮32和与小齿轮32啮合的大齿轮34。

该大齿轮34固定在输出轴36的后端，该输出轴36在大致中部由安装在外壳前端的轴承38可旋转地支撑着。输出轴36的前部由外壳前端向前伸出并且承载着钻头夹持器5。未示出的钻头可以由钻头夹持器5夹持。

可以理解，在图中所示例子中，传动机构4是由小齿轮32和大齿轮34构成的一级减速机构。可以理解，如有必要，可以采用多级减速机构以获得更大的减速比。或者，可以采用其它类型的减速机构，例如蜗轮蜗杆机构等。

此外，在图中所示例子中，传动机构4用于将电动机3的旋转运动转化为钻头的旋转运动；可以理解，对于其它电动工具，尤其是冲击型电动工具，可能需要将电动机3的旋转运动转化为工作头的直线运动、震荡运动、摆动运动或各种组合运动，那么传动机构4需要被适当地设计以满足工作需要。

还请参看图1，冲击发生装置6主要包括固定在支座28上的棘轮盘40，其大致同轴布置在大齿轮34后面，并且在其前表面具有棘齿。大齿轮34的后表面具有与棘轮盘40上的棘齿对应的配合波纹。大齿轮34由未示出的偏压装置（例如弹簧）向后朝向棘轮盘40推压，以使二者上的棘齿与波纹接合。由于棘轮盘40是固定的，因此当大齿轮34旋转时，在二者上的棘齿与波纹的作用下，大齿轮34将轴向前后震荡，从而使得钻头获得轴向冲击运动。

可以理解，其它形式的冲击发生装置，例如凸轮型、撞块型等，也可以采用。

在冲击钻工作时，位于外壳中的钻头驱动系统会产生高热量。此外，在换向器20转动时，其与碳刷22之间的非连续接触导致产生换向火花，因此在换向器20附近会产生高温。此外，钻头加工工件时产生的高温也会通过传动机构4传递到外壳中。

因此，虽然有冷却风扇26的冷却作用，仍不能避免外壳内逐渐升温。

冲击钻的外壳通常由塑料制成，外壳升温后可能会导致软化变形，从而不能可靠地支撑钻头驱动系统。此外，钻头对工件的冲击力导致反作用力（振动）回传到钻头驱动系统中，这使得外壳对钻头驱动系统的支架容易老化、破损。为此，根据传统技术，高强度耐高温塑料，例如玻纤增强尼龙，常被作为冲击钻外壳的材料。这样的高强度耐高温塑料价格非常高，如果整个外壳都由高强度塑料制成，则冲击钻的总体成本会较高。

根据本申请的重要构思，采用两种塑料材料构建冲击钻外壳，其中，强度和耐高温性较低的塑料，例如增强聚丙烯，尤其是玻纤增强聚丙烯等，被用于制造外壳基体，强度和耐高温性较高的塑料，例如增强尼龙，尤其是玻纤增强尼龙等，被用于制造外壳对钻头驱动系统的一或多个支架。

需要指出，在现有技术中，玻纤增强聚丙烯等普通塑料很少被用于电动工具、尤其是冲击钻等冲击型电动工具的外壳，因为一般认为其比较软，因而变形比较大，且在温度升高时就更软，不耐高温和冲击，无法可靠地支撑工作头的驱动系统。

根据本申请，利用两种不同性能等级的材料各自的优势来构建电动工具、尤其是冲击钻等冲击型电动工具的外壳。例如，外壳基体采用玻纤增强聚丙烯材料。在外壳的支撑工作头（钻头）驱动系统的支架，设计单独的玻纤增强尼龙材料制成的支架。

作为示例，在图1、2所示的冲击钻中，对于碳刷22和后轴承24，设计了单独的玻纤增强尼龙支架组件来支撑它们。该支架组件由第一支架部分50和第二支架部分52组成，它们的具体结构在图3-7中示出。第一支架部分50和第二支架部分52分别为玻纤增强尼龙（例如PA6）注射成型的整体单件。图1、2中示出了形成或固定在第一外壳基体1中的第一支架部分50，其从一侧支撑着碳刷22和后轴承24。图1、2中未示出的形成或固定在第二外壳基体中的第二支架部分在与第一支架部分50组合的状态下从另一侧支撑碳刷22和后轴承24。

如图3-7所示，每个碳刷22分别被相应的刷架54保持着，每个刷架54分别被夹持在第一支架部分50和第二支架部分52之间。每个刷架54由金属（例如铜）板材构造成单件形式的大致长方体框架，用于将碳刷22容置在其中。该框架具有彼此相对的大致平板形顶壁54a和底壁54b（分别位于大致平行于冲击钻的纵向中平面的平面中），以及位于顶壁和底壁之间的一对相对的前侧壁54c和54d（分别位于与转子轴的中心轴线垂直的平面中）。此外，该框架朝向换向器20的径向内端是完全敞开的，以使得容纳在框架中的碳刷22的内端穿过框架的敞开内端向内突伸，并且允许碳刷22在框架中沿径向向内方向移动。该框架背对换向器20的径向外端是部分敞开的，设有从顶壁54a朝向底壁54b的方向弯折的折曲部56，该折曲部56阻止碳刷22在框架中沿径向向外方向移动。此外，所述前侧壁54c形成有一对彼此平行且相对的弯折部58，这一对弯折部58沿转子轴的轴线方向向前延伸，并且每个弯折部58所在平面大致垂直于所述纵向中平面。所述后侧壁54d形成有一对彼此平行且相对的弯折部60，这一对弯折部60沿转子轴的轴线方向向后延伸，并且每个弯折部60所在平面大致垂直于所述纵向中平面。

此外，刷架54还具有一体地形成在底壁54b下面的接线端子54e，用于与未示出的供电线路相连。此外，底壁54b的径向外侧部位形成有径向延伸的缺口，例如通过弯折底壁54b的部分材料形成，其作用如后文所述。

所述第一支架部分50具有一对刷架保持部62，每个刷架保持部62上保持着一个相应的刷架54。这两个刷架保持部62之间的距离设计成使得换向器20位于两个刷架54中的碳刷22的径向内端之间。此外，这两个刷架保持部62的主要功能部分相对于穿过转子中心轴线且垂直于所述纵向中平面的平面而言大致对称布置，但二者的结构细节不必完全相同。

具体地讲，每个刷架保持部62具有大致平行于所述纵向中平面且适于支靠在第一外壳基体1的相应部位上的底壁62a和从底壁62a的前后边缘垂直于底壁朝向所述纵向中平面伸出的一对前后侧壁62b、62c。前后侧壁62b、62c之间限定出容置空间。此外，前后侧壁62b、62c在所述纵向中平面处的末端具有缩小的径向尺寸而形成彼此相对的突片64，刷架54的前后侧壁54c、54d各自上的一对弯折部58、60可以夹持在相应的前后侧壁62b、62c上的突片64上，以限定刷架54相对于刷架保持部62的径向位置。此外，因形成突片64而在相应前后侧壁62b、62c中产生的面对着所述纵向中平面的径向两侧支撑台阶66为刷架54提供垂直于纵向中平面的方向上的支撑。同时，刷架54在轴向上被限定在前后侧壁62b、62c之间。

每对前后侧壁62b、62c的径向内外边缘分别形成有轴向延伸的加强部。每对前后侧壁62b、62c的径向内边缘处的加强部分别限定出面对着所述纵向中平面的支撑台阶67，用于支撑相应刷架54的底壁54b的径向内侧部位。这样，刷架54的底壁54b的径向内侧部位在垂直于纵向中平面的方向上受到刷架保持部62的支撑。在图示的例子中，在每对前后侧壁62b、62c的径向外边缘处，没有形成类似的支撑台阶，即刷架54的底壁54b的径向外侧部位在垂直于纵向中平面的方向上没有受到刷架保持部62的支撑。然而，如有必要，在每对前后侧壁62b、62c的径向外边缘处，也可以形成类似的支撑台阶，这样，刷架54的底壁54b的径向外侧部位在垂直于纵向中平面的方向上也受到刷架保持部62的支撑。

此外，为每个碳刷22配备了弹性支撑件68，该弹性支撑件68的上部末端被弯折而形成径向推压部68a，该径向推压部68a穿过底壁54b的径向外侧部位中的所述缺口而推抵于碳刷22的径向外端，以将碳刷22沿径向向内的方向弹性推压，从而使得碳刷22的径向内端弹性推压在换向器20上。

该弹性支撑件68可以构造为刷架54的一部分（例如与接线端子54e相邻的部分），也可以是图中所示的单独的元件。在图中所示的情况下，该弹性支撑件68的下部构造成布置在前后侧壁62b、62c之间的容置空间中的卷簧68b，用于为所述径向推压部68a提供径向向内的弹性推压力。

所述一对刷架保持部62在前部通过横梁70相连，在后部通过第一轴承座部分72相连。此外，每个刷架保持部62的底壁62a分别形成有背对所述纵向中平面突伸的插块74，用于插入第一外壳基体1的相应部位上的配合插槽75中，如图8所示，通过简单的推压操作将第一支架部分50固定在第一外壳基体1中。可以理解，插块74可以形成在第一支架部分50的其它部位。此外，可以在第一支架部分50上形成插槽，而在第一外壳基体1上形成插块。此外，作为附加或替代，其它形式的配合结构（例如图4、6、7中示出的附加定位部76）也可以用于将第一支架部分50固定在第一外壳基体1中。

第二支架部分52具有带中间开口的顶壁77和在与第一支架部分50的一对刷架保持部62对应的位置处从顶壁77的前部朝向所述一对刷架保持部62伸出的一对柱78。每个柱78在平行于所述纵向中平面的平面中具有大致十字形横截面。在第一支架部分50与第二支架部分52组合的状态下，每个柱78推抵于相应的刷架54的顶壁54a，从而将该刷架54夹持在柱78与相应的刷架保持部62之间。

第二支架部分52还具有在与第一支架部分50的第一轴承座部分72对应的位置处从顶壁77的后部朝向所述第一轴承座部分72突伸的第二轴承座部分80。在第一支架部分50与第二支架部分52组合的状态下，第一轴承座部分72与第二轴承座部分80协作而形成完整的轴承座，用于支撑后轴承24。第一轴承座部分72和第二轴承座部分80之间可以设有定位结构和/或锁定结构，以便对第一轴承座部分72和第二轴承座部分80进行定位和/或将它们锁定在一起，由此实现第一支架部分50和第二支架部分52的组合。可以理解，这种定位结构和/或锁定结构也可以设在第一支架部分50和第二支架部分52的其它部位。

第二支架部分52的顶壁77上在与所述一对柱78对应的位置，设有与所述一对柱78沿相反方向延伸的插块82，用于插入第二外壳基体的相应部位上的配合插槽中，从而通过简单的推压操作将第二支架部分52固定在第二外壳基体中。可以理解，插块82可以形成在第二支架部分52的其它部位。此外，可以在第二支架部分52上形成插槽，而在第二外壳基体上形成插块。此外，作为附加或替代，其它形式的配合结构（例如图3、4、6、7中示出的附加定位部84）也可以用于将第二支架部分52固定在第二外壳基体中。

根据本申请，外壳与支架组件可以分开形成，然后组装在一起。具体而言，第一和第二外壳基体可以分别由玻纤增强聚丙烯材料注射成型制成，第一支架部分50和第二支架部分52可以分别由玻纤增强尼龙注射成型制成，然后通过前面描述的方式将第一和第二支架部分分别组装在第一和第二外壳基体中。

或者，第一和第二支架部分可以分别直接注射成型在第一和第二外壳基体中。

可以理解，前面描述了采用优于外壳基体的材料制成支架组件以支撑电动机的碳刷和后轴承。可以理解，根据本申请，还可以采用优于外壳基体的材料制成其它支架以支撑冲击钻的钻头驱动系统中的其它元件。此外，本申请的构思不仅可以应用于冲击钻，还可以应用于其它各种电动工具，尤其是冲击型电动工具。

因此，根据本申请的基本构思，利用两种材料各自的优势来构建电动工具、尤其是冲击型电动工具的外壳。电动工具的外壳基体采用普通塑料例如玻纤增强聚丙烯材料，同完全采用玻纤增强尼龙的传统外壳相比，能够显著降低外壳的成本。在外壳关键部位，采用耐高温、耐冲击性能更好的材料例如玻纤增强尼龙材料制成的支架来支撑电动工具的驱动系统中的一或多个元件，由此可以为工作头的驱动系统提供长久可靠的耐高温和冲击的支撑。通过这种方式，本申请为电动工具、尤其是冲击型电动工具的外壳提供了一种高效且实用的选择。

尽管这里详细描述了本申请的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本申请的范围构成限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (19)

1.一种用于电动工具的外壳，用于将电动工具的工作头的驱动系统安装在外壳中，其中，所述外壳包括外壳基体和至少将所述驱动系统的电动机的一对碳刷和转子轴轴承支撑在所述外壳基体中的支架；

所述外壳基体由第一塑料材料制成，所述支架由耐高温性和耐冲击性优于所述第一塑料材料的第二塑料材料制成；

所述外壳包括彼此组合的第一外壳基体和第二外壳基体，所述支架包括由第一外壳基体承载的第一支架部分和由第二外壳基体承载的第二支架部分；

在第一外壳基体和第二外壳基体的组合状态下，第一支架部分和第二支架部分组合而形成完整的支架，使得第一支架部分从一侧支撑着所述一对碳刷和转子轴轴承，第二支架部分从另一侧支撑着所述一对碳刷和转子轴轴承。

2.如权利要求1所述的外壳，其中，所述第一塑料材料为增强聚丙烯，所述第二塑料材料为增强尼龙。

3.如权利要求1所述的外壳，其中，所述第一塑料材料为玻纤增强聚丙烯。

4.如权利要求1所述的外壳，其中，第二塑料材料为玻纤增强尼龙。

5.如权利要求1所述的外壳，其中，第二塑料材料为玻纤增强PA6。

6.如权利要求1所述的外壳，其中，所述支架单独制成、再被组装到外壳基体上；或者

所述支架直接形成在外壳基体上。

7.如权利要求1所述的外壳，其中，所述驱动系统还包括与电动机的转子轴相连的传动机构。

8.如权利要求1所述的外壳，其中，所述第一支架部分具有一对刷架保持部，每个刷架保持部从一侧支撑着相应的刷架，每个刷架中装有一个所述碳刷；

所述第二支架部分具有一对柱，每个柱从另一侧支撑着相应的刷架。

9.如权利要求8所述的外壳，其中，每个刷架保持部与相应的刷架之间设有约束刷架相对于电动机的换向器的轴向和径向位置的保持结构。

10.如权利要求8所述的外壳，其中，所述第一支架部分还具有第一轴承座部分，所述第二支架部分还具有第二轴承座部分；

所述第一轴承座部分与第二轴承座部分协作而形成用于支撑转子轴轴承的完整的轴承座。

11.如权利要求10所述的外壳，其中，所述第一轴承座部分与第二轴承座部分之间设有定位结构和/或锁定结构，用于对第一轴承座部分和第二轴承座部分进行定位和/或将它们锁定在一起，由此实现第一支架部分与第二支架部分的组合。

12.如权利要求1至11中任一项所述的外壳，其中，所述第一支架部分与第一外壳基体之间设有相互配合而将第一支架部分组合在第一外壳基体上的配合结构；和/或

所述第二支架部分与第二外壳基体之间设有相互配合而将第二支架部分组合在第二外壳基体上的配合结构。

13.如权利要求12所述的外壳，其中，所述第一支架部分与第一外壳基体之间的配合结构为插块与插槽。

14.如权利要求12所述的外壳，其中，所述第二支架部分与第二外壳基体之间的配合结构为插块与插槽。

15.如权利要求1至11中任一项所述的外壳，其中，所述外壳为冲击型电动工具的外壳。

16.一种电动工具，包括：

如权利要求1至15中任一项所述的外壳；以及

安装在外壳中的驱动系统，用于驱动电动工具的工作头。

17.如权利要求16所述的电动工具，其中，所述电动工具为冲击型电动工具。

18.如权利要求16所述的电动工具，其中，所述电动工具为冲击钻。

19.如权利要求16所述的电动工具，其中，所述电动工具为手持式冲击钻。