CN104816273A - 单相变频驱动的冲击式电动扳手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，包括电动扳手本体，所述电动扳手本体是由机壳、手柄和具有转子与定子的异步电动机组成，其特征在于设有变频控制系统，所述电动扳手本体经连接导线与变频控制系统相连接，以使单相电源通过变频控制系统将单相变三相来驱动三相异步电动机，利用变频器将普通的三相异步电动机改变为高频三相异步电动机，使同体积的电机功率显著提高，通过变频器的频率调节，可任意调节扳手的扭矩大小并可标定，改变了普通冲击扳手扭矩不可调这一现象，通过调节相应的频率标定值来确定相应的扭矩，实现了同一只扳手拧不同规格的螺栓。

Description

单相变频驱动的冲击式电动扳手

技术领域

 本发明涉及电动工具领域，具体地说是一种使用单相电源转变为三相高频电源驱动的冲击式电动扳手。

背景技术

 电动扳手就是以电源或电池为动力的扳手，是一种拧紧高强度螺栓的工具，又叫高强螺栓枪。主要分为冲击扳手、扭剪扳手、定扭矩扳手、转角扳手、角向扳手。其中冲击式电动扳手是由一种由异步电动机提供动力，通过齿轮减速箱、冲击机构带动扳手输出轴产生冲击扭力来快速拆装螺栓或螺母的电动工具，中国专利公开了一种电动扳手，其专利号为2005200692687，其包括齿轮箱体、带有手柄的机壳、连接在机壳内的异步电动机、齿轮减速机构以及冲击套和扳轴，齿轮箱体通过中间体与机壳固定连接，齿轮减速机构包括连接在中间体和齿轮箱体上的齿轮轴、连接在齿轮轴上的双联齿轮、支承连接在中间体和扳轴上的主轴以及连接在主轴上的减速齿轮，双联齿轮分别与电机输出齿轴和减速齿轮啮合，主轴外周壁上的人字形凹槽内装有滚珠，并与冲击套内周壁上的凹槽相对应卡接，冲击套的U形槽内装有滚珠，套在主轴上的弹簧分别与减速齿轮和滚珠端面上的挡片相接，冲击套端面的卡块与扳手头端面卡接或分离，这种结构由于力矩大、工效高、反力矩小、价格便宜等优点，已经成为现代工业大量螺纹装配的重要生产工具，同时由于其输出力矩大，特别适用于较大规格螺栓（M12~M72）的装配。冲击式电动扳手按选用电动机的类型有单相串激电动扳手和三相工频电动扳手。单相串激电动扳手由于换向器与碳刷的摩擦损耗导致该类型电动扳手使用年限短，更换电动机转子费用高等致命缺点，所以一般适用于M20以下的螺栓装配。三相工频电动扳手装配螺纹规格越大，体积就越庞大、重量越沉重，单人搬放、操作就不方便，甚至是不现实。

目前市场条件下，若想装配M72及以上螺栓的电动扳手，就需要两人甚至多人同时合力操作才能完成螺纹的装配工作，导致操作不方便、 安装效率低、劳动强度大。

经检索，CN200810052109公开了一种变频电动工具，其包括机壳、手柄和具有转子与定子的变频电机，所述机壳内置有变频模块及依次连接的控制模块并与变频电机连接，其实质性不足是：1、由于变频模块和控制模块置于机壳内，在电动工具工作过程中产生的震动对置于变频模块和控制模块其上的电子元件的寿命造成很大影响，导致寿命缩短；2、虽然解决了单相串激电动工件空载转速高、噪音大、启动电流大等一系列缺陷，但在电压相同的情况下，只能输出一个定值的功率，无法根据需要提高或变换输出功率，因此，这种结构无法解决本身重量重、体积大、搬运不方便的实质性缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构新颖、重量轻、体积小、携带轻便、操作方便、性能稳定、节能降耗、使用寿命长的单相变频驱动的冲击式电动扳手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，包括电动扳手本体，所述电动扳手本体是由机壳、手柄和具有转子与定子的异步电动机组成，其特征在于设有变频控制系统，所述电动扳手本体经连接导线与变频控制系统相连接，以使单相电源通过变频控制系统将单相变三相来驱动三相异步电动机，达到单相电源电压低、安全性好、使用方便，三相异步电动机结构简单、稳定可靠的作用。同时，利用变频器将普通的三相异步电动机改变为高频三相异步电动机，使同体积的电机功率显著提高，应用在扳手上同样的扳手适拧的螺栓的数量增大，同样的螺栓用的扳手体积显著缩小，达到重量小、使用轻便的作用；还能通过变频器的频率调节，可任意调节扳手的扭矩大小并可标定，改变了普通冲击扳手扭矩不可调这一现象，通过调节相应的频率标定值来确定相应的扭矩，实现了同一只扳手拧不同规格的螺栓。

本发明所述变频控制系统是由主电路板、控制板和键盘显示屏构成，所述主电路板上设有整流电路、限流滤波电路、制动电路和逆变电路，所述整流电路是由二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成，所述限流滤波电路是由电容C7、电容C8、充电电阻RS、开关KS、电阻R1和电阻R2组成，所述制动电路是由制动电阻RB和开关管VB组成，所述逆变电路是由逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6和续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以及吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6组成。VD1正极与VD2负极相连并与工频电源火线L相连；VD3的正极与VD4的负极相连并与工频电源零线N相连；VD1负极、VD3负极、RS一端、KS一端相连；RS另一端、KS另一端、R1一端、C7正极端、RB一端、V1集电极、D1负极、C1一端、V3集电极、D3负极、C3一端、V5集电极、D5负极、C5一端相连，形成直流母线端；R1另一端、C7负极端、R2一端、C8正极端相连；RB另一端、VB集电极相连；V1发射极、D1正极、C1另一端、V2集电极、D2负极、C2一端相连，并与输出的U相线相连；V3发射极、D3正极、C3另一端、V4集电极、D4负极、C4一端相连，并与输出的V相线相连；V5发射极、D5正极、C5另一端、V6集电极、D6负极、C6一端相连，并与输出的W相线相连；VD2正极、VD4正极、R2另一端、C8负极端、VB发射极、V2发射极、D2正极、C2另一端、V4发射极、D4正极、C4另一端、V6发射极、D6正极、C6另一端相连，形成直流母线热地端；VB基极、V1基极、V2基极、V3基极、V4基极、V5基极、V6基极与控制板对应端子相连。所述二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4构成单相整流桥，对单相工频电源进行整流，整流后的电压形成脉动电压，滤波电容C7、C8对整流后的脉动电压消除滤波，同时，还在整流和逆变之间起到去耦作用，消除干扰、提高功率因数，由于滤波电容C7、C8在断电的短时间内两端存在很高的高压电，为了消除高压电，在滤波电容C7的两端并联电阻R1，在滤波电容C8的两端并联电阻R2，以使滤波电容C7、C8充分放电，由于滤波电容C7、C8储能较大，在接入电源时两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容C7、C8的充电电流很大，过大的电流容易损坏单相整流桥中的二极管，因此，将充电电阻RS串接在直流电路的直流母线上，当滤波电容C7、C8充电到一定程度时，由开关KS将充电电阻RS短路；逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6组成的逆变桥在控制板的控制下将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，由于电机绕组为感性具有无功分量，续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6为无功电流返回到直流电源提供通道，当电动机处于制动状态时，再生电流通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6返回到直流电路上；所述逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6在进行逆变过程时，同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也同样需要通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6提供通路；同时，逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，逆变管两端电压将由接近0V上升到直流母线电压值，过高的电压增长率很容易损坏逆变管，这种关断时的电压增长率是通过吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6来降低，当电机在减速时，转子的转速若超过此时的同步转速而处于再生制动状态，即发电状态时，拖动变频控制系统的动能将反馈到直流电路中，滤波电容两端的直流电路中的直流母线电压不断上升，此时，变频控制系统产生过压保护，或者损坏变频控制系统，这时，可通过制动电路来控制流经制动电阻的放电电流IB，使反馈能量消耗掉，使直流电路中的电压达到正常；所述控制板通过键盘显示屏中的键盘输入信息设置控制电路工作点，输出控制信号给逆变电路，并采集主电路板输出信息反馈给控制板，不断根据负载情况调整工作点，使输出结果符合由键盘显示屏设定的值；所述键盘显示屏是整个变频控制系统的人机界面，用户可以通过它改变输出频率、输出电压、监测输出电压、输出电流等信息，本发明所述键盘显示屏可以安装在变频控制系统上，也可安装在电动扳手本体上。

本发明所述异步电动机中每相绕组串联匝数与电源频率成反比，即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍，由于异步电动机铁芯定子槽面积不变，绕组匝数减少的同时增加了绕组的导电截面积，一方面使绕组电阻大大降低，大大增加了异步电动机的效率，效率最高达90%以上，另一方面可承载更大的电流从而增大电机的功率，从而实现了节能降耗、重量轻、小型化的目的。

本发明所述异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比的计算方法具体步骤如下：

所述异步电动机的电机轴输出功率：

          （1）

其中：

T-代表异步电动机的轴输出扭矩，

Ω-代表异步电动机的机械角速度，

n-代表异步电动机的转速，

而异步电动机的转速决定于异步电动机的极对数和供电电源的频率，即：

                          （2）

其中：

f -代表异步电动机的额定频率，

p-代表异步电动机的极对数（定数），

由于异步电动机绕组的感应电动势：

       其中：f-代表电源频率

W-代表每相绕组串联匝数

Kdp-代表绕组系数

Ф-代表每极磁通

Bδ-代表气隙磁通密度

L-代表铁芯的轴向有效长度

t-代表电机的磁极距离

通过异步电动机的电机轴输出功率的公式⑴和异步电动机的极对数和供电电源的频率公式⑵和异步电动机绕组的感应电动势公式（3）可知：在异步电动机有效体积（主要指异步电动机的定、转子铁芯长度以及定、转子铁芯外径）不变的情况下，通过改变异步电动机的输入电源频率就可改变电磁线圈中的绕组匝数，那么将电源频率提高绕组匝数就必须降低，而电机的槽面积是一定的，这样导线的截面积就可以加大，也就可以承载更大的电流，从而电机的输入功率就能增大，那么电动机的输出功率也就可以增大；反之，电动机的输出功率不变，通过改变其电磁线圈中的绕组匝数，提高其额定频率，就可以使异步电动机的有效体积大减小，甚至比同功率串激有刷电机的体积还要小,从而实现电动扳手的小型化。

对于相同功率同极数的异步电动机而言，在电源电压相同的情况下，其绕组感应电动势相差不大，均接近于电源电压，在此可认为相等，从感应电动势公式⑶可以看出异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比，亦即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍，考虑到异步电动机铁芯饱和等因素的影响，绕组匝数减少接近一倍；

异步电动机线负荷：

其中：A1-线负荷

      m1-相数

      NΦ1-每相串联导体数

       I1-电流（满载定子电流）

       Di1-定子内径

由感应电动势公式（3）可知，频率提高，每相绕组串联匝数就减少，即公式（4）中的NΦ1就减少；根据异步电动机线负荷公式（4），NΦ1减少，如果保持A1不变，即下面公式中的P损保持不变，则I1就要增大；

而异步电动机的输入功率：

其中：Pin –输入功率

U-电源输入电压

I-电源输入电流

COSφ-功率因数

由异步电动机的输入功率公式（5）可知，I增大，输入功率Pin增大；而异步电动机的效率：

 

 其中：η–效率

 Pin–输入功率

 Pout–输出功率

 P损–损耗功率

输入功率Pin增大，P损保持不变，Pout增大，η提高。

由此可见，异步电动机铁芯定子槽面积不变，绕组匝数减少的同时可以增加绕组的导电截面积，从而可使绕组电阻大大降低，承载电流就增大，输入功率增大，使异步电动机的效率有明显增加，从而实现节能降耗的目的，由于功率增大，使本发明中的电动扳手在同样体积下能轻松卸载或拧紧大于原来2倍的螺栓，从而本发明的有效体积和重量大大减小，实现了电动扳手的小型化。

本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、重量轻、体积小、携带轻便、操作方便、性能稳定、节能降耗、使用寿命长等优点。

附图说明  

图1本发明的结构示意图。

图2 本发明的变频控制系统框图。

图3本发明的变频控制系统中主电路板的原理图。

附图标记：机壳1、手柄2、异步电动机3、变频控制系统4、连接导线5、主电路板6、控制板7、键盘显示屏8、整流电路9、限流滤波电路10、制动电路11、逆变电路12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，包括电动扳手本体，所述电动扳手本体是由机壳1、手柄2和具有转子与定子的异步电动机3组成，所述机壳内设有齿轮箱体、齿轮减速机、冲击套、扳轴、滚珠、挡片、弹簧、风轮、双联齿轮、齿轮轴、主轴、轴套和大齿轮，所述机壳、齿轮箱体、齿轮减速机、冲击套、扳轴、滚珠、挡片、弹簧、风轮、双联齿轮、齿轮轴、主轴、轴套、大齿轮、手柄和异步电动机的连接关系与现有技术相同，此不赘述，其特征在于设有变频控制系统4，所述电动扳手本体经连接导线5与变频控制系统4相连接，以使单相电源通过变频控制系统将单相变三相来驱动三相异步电动机，达到单相电源电压低、安全性好、使用方便，三相异步电动机结构简单、稳定可靠的作用。同时，利用变频器将普通的三相异步电动机改变为高频三相异步电动机，使同体积的电机功率显著提高，应用在扳手上同样的扳手适拧的螺栓的数量增大，同样的螺栓用的扳手体积显著缩小，达到重量小、使用轻便的作用；还能通过变频器的频率调节，可任意调节扳手的扭矩大小并可标定，改变了普通冲击扳手扭矩不可调这一现象，通过调节相应的频率标定值来确定相应的扭矩，实现了同一只扳手拧不同规格的螺栓。

本发明所述变频控制系统4是由主电路板6、控制板7和键盘显示屏8构成，所述控制板和键盘显示屏的结构与现有技术相同，此不详述，所述主电路板上设有整流电路、限流滤波电路、制动电路和逆变电路，所述整流电路是由二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成，所述限流滤波电路是由电容C7、电容C8、充电电阻RS、开关KS、电阻R1和电阻R2组成，所述制动电路是由制动电阻RB和开关管VB组成，所述逆变电路是由逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6和续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以及吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6组成。VD1正极与VD2负极相连并与工频电源火线L相连；VD3的正极与VD4的负极相连并与工频电源零线N相连；VD1负极、VD3负极、RS一端、KS一端相连；RS另一端、KS另一端、R1一端、C7正极端、RB一端、V1集电极、D1负极、C1一端、V3集电极、D3负极、C3一端、V5集电极、D5负极、C5一端相连，形成直流母线端；R1另一端、C7负极端、R2一端、C8正极端相连；RB另一端、VB集电极相连；V1发射极、D1正极、C1另一端、V2集电极、D2负极、C2一端相连，并与输出的U相线相连；V3发射极、D3正极、C3另一端、V4集电极、D4负极、C4一端相连，并与输出的V相线相连；V5发射极、D5正极、C5另一端、V6集电极、D6负极、C6一端相连，并与输出的W相线相连；VD2正极、VD4正极、R2另一端、C8负极端、VB发射极、V2发射极、D2正极、C2另一端、V4发射极、D4正极、C4另一端、V6发射极、D6正极、C6另一端相连，形成直流母线热地端；VB基极、V1基极、V2基极、V3基极、V4基极、V5基极、V6基极与控制板对应端子相连。所述二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4构成单相整流桥，对单相工频电源进行整流，整流后的电压形成脉动电压，滤波电容C7、C8对整流后的脉动电压消除滤波，同时，还在整流和逆变之间起到去耦作用，消除干扰、提高功率因数，由于滤波电容C7、C8在断电的短时间内两端存在很高的高压电，为了消除高压电，在滤波电容C7的两端并联电阻R1，在滤波电容C8的两端并联电阻R2，以使滤波电容C7、C8充分放电，由于滤波电容C7、C8储能较大，在接入电源时两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容C7、C8的充电电流很大，过大的电流容易损坏单相整流桥中的二极管，因此，将充电电阻RS串接在直流电路的直流母线上，当滤波电容C7、C8充电到一定程度时，由开关KS将充电电阻RS短路；逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6组成的逆变桥在控制板的控制下将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，由于电机绕组为感性具有无功分量，续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6为无功电流返回到直流电源提供通道，当电动机处于制动状态时，再生电流通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6返回到直流电路上；所述逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6在进行逆变过程时，同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也同样需要通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6提供通路；同时，逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，逆变管两端电压将由接近0V上升到直流母线电压值，过高的电压增长率很容易损坏逆变管，这种关断时的电压增长率是通过吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6（请增加到变频控制系统的电气原理图中）来降低，当电机在减速时，转子的转速若超过此时的同步转速而处于再生制动状态，即发电状态时，拖动变频控制系统的动能将反馈到直流电路中，滤波电容两端的直流电路中的直流母线电压不断上升，此时，变频控制系统产生过压保护，或者损坏变频控制系统，这时，可通过制动电路来控制流经制动电阻的放电电流IB，使反馈能量消耗掉，使直流电路中的电压达到正常；所述控制板通过键盘显示屏中的键盘输入信息设置控制电路工作点，输出控制信号给逆变电路，并采集主电路板输出信息反馈给控制板，不断根据负载情况调整工作点，使输出结果符合由键盘显示屏设定的值；所述键盘显示屏是整个变频控制系统的人机界面，用户可以通过它改变输出频率、输出电压、监测输出电压、输出电流等信息，本发明所述键盘显示屏可以安装在变频控制系统上，也可安装在电动扳手本体上。

本发明所述异步电动机中每相绕组串联匝数与电源频率成反比，即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍，由于异步电动机铁芯定子槽面积不变，绕组匝数减少的同时增加了绕组的导电截面积，从而使绕组电阻大大降低，大大增加了异步电动机的效率，效率最高达90%以上，同时，也大大减少了绕组上的铜耗，从而实现了节能降耗、重量轻、小型化的目的。

本发明所述异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比的计算方法具体步骤如下：

所述异步电动机的电机轴输出功率：

          （1）

其中：

T-代表异步电动机的轴输出扭矩，

Ω-代表异步电动机的机械角速度，

n-代表异步电动机的转速，

而异步电动机的转速决定于异步电动机的极对数和供电电源的频率，即：

                          （2）

其中：

f -代表异步电动机的额定频率，

p-代表异步电动机的极对数，

通过式异步电动机的电机轴输出功率的公式⑴和异步电动机的极对数和供电电源的频率公式⑵可知，在异步电动机有效体积（主要指异步电动机的定、转子铁芯长度以及定、转子铁芯外径）不变的情况下，通过改变异步电动机的电磁线圈中的绕组匝数，就能提高异步电动机额定频率，将异步电动机的输出功率放大几倍乃至几十倍；反之，异步电动机的输出功率不变，通过改变其电磁线圈中的绕组匝数，提高其额定频率，就可以使异步电动机的有效体积大大减小，甚至比同功率串激有刷电机的体积还要小,从而实现电动扳手的小型化。

由于异步电动机绕组的感应电动势：

       其中：f-代表电源频率

W-代表每相绕组串联匝数

Kdp-代表绕组系数

Ф-代表每极磁通

Bδ-代表气隙磁通密度

L-代表铁芯的轴向有效长度

t-代表电机的磁极距离

对于相同功率同极数的异步电动机而言，在电源电压相同的情况下，其绕组感应电动势相差不大，均接近于电源电压，在此可认为相等，从感应电动势公式⑶可以看出异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比，亦即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍，考虑到异步电动机铁芯饱和等因素的影响，绕组匝数减少接近一倍；

由于异步电动机线负荷：

其中：A1-线负荷

      m1-相数

      NΦ1-每相串联导体数

       I1-电流（满载定子电流）

       Di1-定子内径

由感应电动势公式（3）可知，频率提高，每相绕组串联匝数就减少，即公式（4）中的NΦ1就减少；根据异步电动机线负荷公式（4），NΦ1减少，如果保持A1不变，即下面公式中的P损保持不变，则I1就要增大；

而异步电动机的输入功率：

其中：Pin –输入功率

U-电源输入电压

I-电源输入电流

COSφ-功率因数

由异步电动机的输入功率公式（5）可知，I增大，输入功率Pin增大；而异步电动机的效率：

 

 其中：η–效率

 Pin–输入功率

 Pout–输出功率

 P损–损耗功率

输入功率Pin增大，P损保持不变，Pout增大，η提高。

由此可见，异步电动机铁芯定子槽面积不变，绕组匝数减少的同时可以增加绕组的导电截面积，从而可使绕组电阻大大降低，承载电流就增大，输入功率增大，使异步电动机的效率有明显增加，从而实现节能降耗的目的，由于功率增大，使本发明中的电动扳手在同样体积下能轻松卸载或拧紧大于原来2倍的螺栓，从而本发明的有效体积和重量大大减小，实现了电动扳手的小型化。

实施例1：本发明在制造时，取型号为P3B-16的电动扳手，其内的异步电动机定子的电磁感应线圈的绕组按220V，200HZ来设计，变频控制系统接通单相工频电源，在键盘显示面板上设定基准频率200Hz、监测输出电压和输出电流等信息，驱动变频控制系统，控制板根据键盘输入的信息设置控制电路工作点，输出控制信号给逆变电路，并采集输出信息反馈给控制板，以利于随时根据负载情况调整工作点，使输出结果符合由键盘显示面板设定的值，同时，三相异步电机接收变频控制系统转换来的变频电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势并产生旋转磁场，该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流，根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能， 三相异步电动机的转速永远低于旋转磁场的同步转速，使转子和旋转磁场间有相对运动，从而保证转子的闭合导体切割磁力线，感生电流，产生转矩，此时，电动扳手内异步电动机额定频率很高，达200Hz，异步电动机的主轴转速也很高，达12000转/分钟，同样的冲击套由于速度增大其动能就增大，每次冲击转换的能量就增大，同时由于转速的增大，每分钟冲击的次数也增大，其积累扭矩就更大，结果原P3B-16的扳手只能拧紧或卸载M16的螺栓，通过上述改造可以拧紧或卸载M16-M30的螺栓，取代了原有的P3B-16、 P3B-20、P3B-30的电动扳手，同时在基准频率不变的情况下，降低运行频率，电机的转速降低，冲击套的动能减小，积累扭矩也减小，就可以拧紧或卸载相应的小规格螺栓，以免将小规格的螺栓拧断，从而达到一级多能。

实施例2：本发明在制造时，将原P3B-30的电动扳手内的异步电动机的定子的电磁感应线圈的绕组按照120HZ频率来设计，其结果同样可将M48的螺栓拧紧或卸载。

本发明由于采用上述结构，具有结构新颖、重量轻、体积小、携带轻便、操作方便、性能稳定、节能降耗、使用寿命长等优点。

Claims (4)

1.一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，包括电动扳手本体，所述电动扳手本体是由机壳、手柄和具有转子与定子的异步电动机组成，其特征在于设有变频控制系统，所述电动扳手本体经连接导线与变频控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，其特征在于所述变频控制系统是由主电路板、控制板和键盘显示屏构成，所述主电路板上设有整流电路、限流滤波电路、制动电路和逆变电路，所述整流电路是由二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成，所述限流滤波电路是由电容C7、电容C8、充电电阻RS、开关KS、电阻R1和电阻R2组成，所述制动电路是由制动电阻RB和开关管VB组成，所述逆变电路是由逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6和续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6以及吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6组成；VD1正极与VD2负极相连并与工频电源火线L相连；VD3的正极与VD4的负极相连并与工频电源零线N相连；VD1负极、VD3负极、RS一端、KS一端相连；RS另一端、KS另一端、R1一端、C7正极端、RB一端、V1集电极、D1负极、C1一端、V3集电极、D3负极、C3一端、V5集电极、D5负极、C5一端相连，形成直流母线端；R1另一端、C7负极端、R2一端、C8正极端相连；RB另一端、VB集电极相连；V1发射极、D1正极、C1另一端、V2集电极、D2负极、C2一端相连，并与输出的U相线相连；V3发射极、D3正极、C3另一端、V4集电极、D4负极、C4一端相连，并与输出的V相线相连；V5发射极、D5正极、C5另一端、V6集电极、D6负极、C6一端相连，并与输出的W相线相连；VD2正极、VD4正极、R2另一端、C8负极端、VB发射极、V2发射极、D2正极、C2另一端、V4发射极、D4正极、C4另一端、V6发射极、D6正极、C6另一端相连，形成直流母线热地端；VB基极、V1基极、V2基极、V3基极、V4基极、V5基极、V6基极与控制板对应端子相连；所述二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3、二极管VD4构成单相整流桥，对单相工频电源进行整流，整流后的电压形成脉动电压，滤波电容C7、C8对整流后的脉动电压消除滤波，由于滤波电容C7、C8在断电的短时间内两端存在很高的高压电，为了消除高压电，在滤波电容C7的两端并联电阻R1，在滤波电容C8的两端并联电阻R2，以使滤波电容C7、C8充分放电，由于滤波电容C7、C8储能较大，在接入电源时两端电压为零，因而在上电瞬间滤波电容C7、C8的充电电流很大，过大的电流容易损坏单相整流桥中的二极管，因此，将充电电阻RS串接在直流电路的直流母线上，当滤波电容C7、C8充电到一定程度时，由开关KS将充电电阻RS短路；逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6组成的逆变桥在控制板的控制下将直流电逆变成频率、幅值都可调的交流电，由于电机绕组为感性具有无功分量，续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6为无功电流返回到直流电源提供通道，当电动机处于制动状态时，再生电流通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6返回到直流电路上；所述逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6在进行逆变过程时，同一桥臂两个逆变管不停地交替导通和截止，在换相过程中也同样需要通过续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6提供通路；同时，逆变管V1、V2、V3、V4、V5、V6每次由导通切换到截止状态的瞬间，逆变管两端电压将由接近0V上升到直流母线电压值，过高的电压增长率很容易损坏逆变管，这种关断时的电压增长率是通过吸收电容C1、C2、C3、C4、C5、C6来降低。

3.根据权利要求1或2所述的一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，其特征在于所述异步电动机中每相绕组串联匝数与电源频率成反比，即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍。

4.根据权利要求3所述的一种单相变频驱动的冲击式电动扳手，其特征在于所述异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比的计算方法具体步骤如下：

所述异步电动机的电机轴输出功率：

          （1）

其中：

T-代表异步电动机的轴输出扭矩，

Ω-代表异步电动机的机械角速度，

n-代表异步电动机的转速，

而异步电动机的转速决定于异步电动机的极对数和供电电源的频率，即：

                          （2）                              

其中：

f -代表异步电动机的额定频率，

p-代表异步电动机的极对数（定数），

由于异步电动机绕组的感应电动势：

       其中：f-代表电源频率

W-代表每相绕组串联匝数

Kdp-代表绕组系数

Ф-代表每极磁通

Bδ-代表气隙磁通密度

L-代表铁芯的轴向有效长度

t-代表电机的磁极距离

通过异步电动机的电机轴输出功率和异步电动机的极对数和供电电源的频率和异步电动机绕组可知：在异步电动机有效体积不变的情况下，通过改变异步电动机的输入电源频率就可改变电磁线圈中的绕组匝数，那么将电源频率提高绕组匝数就必须降低，而电机的槽面积是一定的，这样导线的截面积就加大，承载更大的电流，从而电机的输入功率就能增大，那么电动机的输出功率也就增大；反之，电动机的输出功率不变，通过改变其电磁线圈中的绕组匝数，提高其额定频率，使异步电动机的有效体积减小；

对于相同功率同极数的异步电动机而言，在电源电压相同的情况下，其绕组感应电动势相差不大，均接近于电源电压，在此认为相等，从感应电动势看出异步电动机每相绕组串联匝数与电源频率成反比，亦即频率增加一倍，绕组匝数减少一倍，考虑到异步电动机铁芯饱和等因素的影响，绕组匝数减少接近一倍；

异步电动机线负荷：

其中：A1-线负荷

      m1-相数

      NΦ1-每相串联导体数

       I1-电流（满载定子电流）

       Di1-定子内径

由感应电动势公式（3）可知，频率提高，每相绕组串联匝数就减少，即公式（4）中的NΦ1就减少；根据异步电动机线负荷公式（4），NΦ1减少，如果保持A1不变，即下面公式中的P损保持不变，则I1就要增大；

而异步电动机的输入功率：

其中：Pin –输入功率

U-电源输入电压

I-电源输入电流

COSφ-功率因数

由异步电动机的输入功率公式（5）可知，I增大，输入功率Pin增大；而异步电动机的效率：

 

 其中：η–效率

 Pin–输入功率

 Pout–输出功率

 P损–损耗功率

输入功率Pin增大，P损保持不变，Pout增大，η提高；

由此可见，异步电动机铁芯定子槽面积不变，绕组匝数减少的同时增加绕组的导电截面积。