CN201211689Y - 电动工具电机的软启动 - Google Patents

Abstract

一种电动工具，具有带励磁绕组的电机。本实用新型的一方面，每个励磁绕组包括以相同规格的电磁线以相同匝数缠绕的两个线圈。电机首次通电时，每个励磁绕组的两个线圈串联连接，减少涌流。在电机达到预定速度或经过预定时间段的软启动期终止后，每个励磁绕组的两个线圈并联连接。本实用新型的另一方面，用于电动工具的电机包括电机首次通电时和单独启动绕组串联连接的励磁绕组。软启动期终止后，旁路启动绕组。本实用新型的另一方面，单独启动绕组包括两个子绕组。该两子绕组以这样的方式相连：这两个子绕组产生的磁力相抵消，以便由电机电枢内的启动绕组产生的全部磁力最小化或为零。经过该两个子绕组的电压也最小化或为零。

Description

电动工具电机的软启动

技术领域

本实用新型涉及电动工具，更具体地，涉及软启动电动工具的电机。

背景技术

当电动工具的电机启动时，会产生大大超过稳定状态的电流的涌流。在很多电动工具中，必须补偿该涌流以避免问题。例如，在诸如四马力甚至更大的大电机中，涌流足够启动20安的电路断路器，该典型大小的电路断路器用于保护住宅内的电插座。为了预防电动工具电机的首次启动产生涌流导致的问题，在很多电动工具中电机被软启动。

两个方法典型地用于软启动电动工具内的电机一相位控制，有时候称为电子的和机械的。在相位控制方法中，诸如三端双向可控硅开关元件或可控硅整流器(SCR)的半导体闸流管用于开启电源至电机。当电机首次启动，半导体闸流管的开启滞后AC波形每半个周期内预定的角度。例如，半导体闸流管的开启在AC波形的每半个周期中滞后30度，由此在每半个周期中，半导体闸流管进入半个周期滞后30度才会开启。在电机达到预定速度，或者适当的时间段过去后，半导体闸流管的延时开启终止并且半导体闸流管在每半个周期的开始时开启。

在机械方法中，在软启动过程中，电力电阻器切换到和电机线圈的串联。一旦电机的速度达到预定速度，或者经过适当时期后，该电力电阻器被旁路。用于电机切换电源的开关典型的包括将电力电阻器和电机线圈串联相连、然后旁路电力电阻器的适当接点。

相位控制和机械方法都有占用空间和增加成本的缺点。此外，由于相位控制的电力损失，相位控制方法降低了电机系统的性能。机械方法附带的缺点是电力电阻器必须可以承受涌流，这典型地规定使用陶瓷电力电阻器。陶瓷电力电阻器在电动工具内必须以保护其免受撞击从而若电动工具跌落将不会损害该电阻器的方式包装。

实用新型内容

根据本实用新型其中一方面，电动工具具有带励磁绕组的电机。在本实用新型的一方面，每个励磁绕组包括以相同规格的电磁线以相同匝数缠绕的两个线圈。当电机首次通电，每个励磁绕组的两个线圈串联，减少涌流。在电机达到预定速度或者经过预定时间段之后，每个励磁绕组的两个线圈并联。一方面，该电机是通用电机。

本实用新型的另一方面，用于电动工具的电机包括电机首次通电时和单独启动绕组串联的励磁绕组。经过预定时间段之后，或者电机达到预定速度后，启动绕组旁路。

本实用新型的另一方面，单独的启动绕组包括两个子绕组。该两子绕组以这样的方式相连：使这两个子绕组产生的磁力抵消，以便由电机电枢内的启动绕组产生的全部磁力最小化或为零。同时，穿过两个子绕组的电压最小化或为零。

本实用新型的另一方面，用于电动工具的电机包括电机首次通电时和启动阻抗相串联的励磁绕组。软启动阶段终止后，通过延时继电器的延时接点旁路启动阻抗。一方面，启动阻抗是电阻。另一方面，启动阻抗是上述的单独启动绕组。

本实用新型的优点在于，克服了传统软启动装置占用空间和增加成本的缺点，并且坚固耐用。

从以下提供的详细描述中，本实用新型进一步的应用范围将更明显。应了解的是详细描述和具体实施例，同时本实用新型优选实施例的说明，都只是用于说明的目的，而并不是限制本实用新型的范围。

附图说明

从详细描述以及附图中将更好地理解本实用新型，其中

图1是根据本实用新型一方面具有通过软启动中将每个励磁绕组的两个线圈串联连接并在软启动后并联该两个线圈的软启动电机的电动工具的简化示意图。

图2是示出了图1每个励磁绕组的两个线圈相互连接的简化示意图。

图3是根据本实用新型一方面电动工具的软启动电机的简化示意图，该电机通过软启动中将单独启动绕组和电机的励磁绕组相串联连接并在软启动后旁路该单独启动绕组而软启动。

图4是根据本实用新型一方面图3的变型，其中单独启动绕组包括两个子绕组的简化示意图。

图5是诸如用于电动工具的电机电路的简化示意图，具有根据本实用新型一方面通过延时继电器软启动的电机，该延时继电器在软启动中将单独启动绕组，或电阻器和电机的励磁绕组串联连接并在软启动后旁路所述启动绕组或电阻器；

图6是根据本实用新型一方面的锯床的透视图。

具体实施方式

下面优选实施例的描述本质上仅是示例性的，绝不是对本实用新型，其应用以及使用的限制。

参考图1，电动工具100典型地示出为方框100。电动工具100包括耦合至AC电源(未示出)的电机102。电源开关104说明性地将AC动力源的一条线耦合至电机102。电机102包括具有励磁绕组106的定子104以及也可以具有线圈(未示出)，诸如在通用电机内的电枢108。每个励磁绕组106包括两线圈200、202(图2)。通过这里称为软启动开关110的开关或切换配置110，在软启动中切换两线圈200、202成串联并在软启动后成并联。

参考图2，在第一位置时(图2所示)软启动开关110将线圈200、202串联连接，在第二位置时，将上述二者并联连接。当电动工具100的电机102首次启动，软启动开关110将线圈200、202串联连接。线圈200、202串联连接时，增加了励磁绕组106的阻抗，限制了涌流。软启动期终止后，软启动开关110转换至其第二位置，并将线圈200、202并联连接。一方面，软启动期在电机102达到预定速度之后终止。一方面，软启动期经过预定时间段之后终止。设置软启动期，如预定速度或预定时间段，由此当线圈200、202并联时，电机的涌流降到消除或至少减轻上述问题的水平。例如，当电机达到预定速度或经过预定时间段后，电机涌流将降低到不会触发保护AC电源的电路断路器的水平。在这点上，预定速度会是空载速度的一部分，即大于0直到100％。预定速度示例性的可以在空载速度的50％-80％范围内。预定时间段说明性的至少是2毫秒。软启动开关110(可以是开关的配置)可以是由对电机102的速度有响应的促动部件，如由向心力驱动的促动器促动的机械促动开关。软启动开关110也可以是在预定时间段之后切换的延时开关。软启动开关110还可以是由控制电路在电机102达到预定速度之后，或者经预定时间段之后促动的诸如继电器的电机械开关。在这点上，软启动开关110可以是延时继电器。软启动开关110也可以是由控制电路在电机102达到预定速度之后，或经预定时间段之后切换的电子开关(如三端双向可控硅开关元件，SCR，MOSFET等等)。

线圈200、202的并联减少了励磁绕组106的阻抗，并给电机102提供了最大电力。在这一点上，线圈200、202说明性地由电磁线以相同匝数缠绕而成。他们也可以是以产生当线圈200、202是并联时与单一线圈励磁绕组等效(的电力)的电磁线规格缠绕。众所周知，电机最大空载速度决定了励磁绕组具有的电磁线的匝数。然后，励磁绕组以最大规格的电磁线缠绕，以允许电磁线的匝数适应定子层片的槽。例如，55mm框架尺寸(定子的OD)的电机可以有以18AWG的电磁线缠绕成5匝的单一线圈励磁绕组。根据本实用新型上述方面的55mm框架尺寸电机，55mm框架尺寸的电机的每个励磁绕组112的线圈200、202都以21AWG电磁线缠绕5匝。当并联时，以21AWG电磁线缠绕的线圈200、202和以18AWG电线缠绕的单一线圈等效。

参考图3，下面描述根据本实用新型一方面的替换的软启动方法。在图3中，电机300包括电枢302，有励磁绕组306的定子304和启动绕组308。电机300说明性地用于诸如电动工具100(图1)的电动工具中。启动开关310将电机300连接至AC电源(未示出)。启动开关310包括第一正常接点312和第二延时接点314。当启动开关310闭合，第一接点312闭合，将启动绕组308和定子304的励磁绕组306串联连接，这里，有电枢线圈的电枢302(如通用的串连电机)也和那些线圈串联。延时接点314保持打开。预定时间段后，延时接点314合上，旁路启动绕组308。应了解，当电机300达到类似上述的预定速度时延时接点314也可闭合。也应了解的是，启动绕组308和启动开关310可以包括两个启动绕组308和启动开关310，其中一个启动绕组308连接至励磁绕组306之一，另一启动绕组308连接至另一励磁绕组306，启动开关310之一开关启动绕组308之一，另一个启动开关310开关另一启动绕组308。开关310说明性地可以是在预定时间段之后开关延时接点314的延时开关。开关310也可以是诸如继电器的电子机械开关，这里延时接点314由控制电路在电机300达到预定速度或经预定时间段之后促动。开关310还可以是第一接点312和延时接点314可以是电子开关(诸如三端双向可控硅开关元件、SCR、MOSFET等等)的电子开关，其中第一接点312和延时接点314由控制电路开启，延时接点314在电机300达到预定速度或经预定时间段之后开启。开关310说明性地可包括具有延时接点314的延时继电器，如延时继电器516(图5)。

当启动绕组308和励磁绕组306(以及电机300的电枢302的线圈，如应用中那样)串联连接时，阻抗增加，涌流减少。将用于闭合第二开关314的软启动时段(例如，预定时间段)设置得足够长，由此当第二开关314闭合时，涌流降到不会触发用于AC电源的断路器的程度。

图3同时示出了第二接点314短路启动绕组308，应了解的是，开关310可配置为使预定时间段之后或者在电机300达到预定速度后，启动绕组308从励磁绕组306以及电枢302的线圈断开。

启动绕组308说明性的以适合使用电机300的具体应用的匝数和电磁线规格缠绕。

参考图4，描述了图3的实施例的变型。图4中，启动绕组308包括第一和第二子绕组400、402。第一和第二子绕组400、402说明性地可以在和线圈304相同的槽(slot)中缠绕。连接子绕组400、402使得电流以相反方向通过它们。例如，在子绕组400内，电流顺时针方向(如图4所示方向)流动，而子绕组402内，电流逆时针方向流动。应了解的是，子绕组400、402可替换地连接，由此电流在子绕组400内是逆时针方向，而子绕组402内是顺时针方向。第一和第二子绕组400、402也可这样连接，由此电流从子绕组400外流到其内(如所设置在线圈304的槽中)，而在子绕组402，电流是从其内流到其外，反之亦然。通过以这样的方式连接启动绕组308的子绕组400、402，子绕组400、402产生的磁场相互抵消，使得即使启动绕组308会在电枢302内产生磁力，也会是很小。这也最小化了电机300运行时启动绕组308内的任何循环电流。此外，当典型地由延时接点314短路时，经过启动绕组308(从点404到点406)的电压降将降低到接近零或为零，最小化或排除了任何感应电流。相反，通过短路使单独启动绕组内磁场消除会导致感应电流。

参考图5，描述了根据本实用新型一方面的替换的软启动方法。图5中，电机500包括电枢502，具有励磁绕组506的定子504以及示例性地为线圈或电阻器的启动阻抗508。示例性地为双刀单掷开关(具有第一和第二接点512、514)的电源开关510，将电机500的两侧连接至AC电源(未示出)。延时继电器516有将励磁绕组506之一耦合至电源开关510的第一接点512的延时接点518。延时继电器516的给电部分520(典型地示出为线圈520)穿过电源开关510的第一和第二接点512、514耦合。

当电源开关510首次闭合，延时继电器516的延时接点518打开，将启动阻抗508和定子504的励磁绕组506，以及如果应用，电机500的电枢502的电枢线圈(未示出)串联连接。延时继电器516的给电部分520通电，开始延时继电器516的定时。在诸如至少2毫秒的预定时间段后，延时继电器516时间到，闭合其延时接点518。因此短路了启动阻抗508，将其旁路。

使用诸如延时继电器516的延时继电器的优点是，延时继电器提供了可靠的，低成本的实现用于将启动阻抗切换到电机电路之外的延时启动方式。

上述根据本实用新型各方面的软启动方法与在背景技术部分描述的现有软启动方法相比具有一系列优点。除减少涌流之外，它们和现有技术的方法相比减少了相当的成本，并更可靠。它们消除或极大减少了电子装置的热性能、相位控制或电子方法中的污染和装配导致的可靠性问题。它们也消除或极大减少了由于需要坚固性(robustness)(例如，为了保护电力电阻器)和机械方法中的装配而导致的可靠性问题。它们也只占据电动工具内很少的、而现有技术的方法却需要的额外空间。

上述根据本实用新型各方面的软启动方法减少了“啮合声”。众所周知，电机扭矩是电流和电机的反电动势的乘积。因此，其原则的频率是120周波而不是60周波。该2倍的频率在开动过程增加了电机扭矩的高峰值，扩大了由“啮合间隙”产生的噪音。啮合间隙是当输入保持固定时，输出轴的可以来回转动的程度。上述根据本实用新型方面的软启动方法减少了峰值扭矩，因此降低了啮合声。

参考图6，示出了电动工具610。电动工具610说明性地为锯床，然而，只要软启动是有利的本实用新型可用在任何类型的电动工具。锯床610具有锯床一般特性，如在US6,609,442(其公开的内容作为参考并入本实用新型)中所描述的锯床。而图6(除不同附图标记外)和US6,609,442的图1相同，应了解的是锯床610不同于其中所公开的锯床10，并与根据下面所描述的本实用新型的方面有区别。

锯床610包括容纳电机611的电机定子壳体或机架612，该电机611驱动诸如刀片614的工具。电机611是具有励磁绕组的定子和电枢的AC电机，并根据本实用新型任何一个上述方面是软启动的。电源线662将电机611耦合至AC电源(未示出)，电源线662通过突起660固定。固定的防护装置616覆盖刀片614的一部分。移动防护装置618可以伸缩覆盖固定防护装置616，或者优选地围绕一点枢轴转动以在切割过程中暴露刀片614。

手柄600优选地安装在电机定子壳体612和/或臂622上。优选地手柄600包括安装在电机定子壳体612(和/或臂622)上的下部601，以及固定连接至下部601的上部602。螺钉603可以用于连接上部602至下部601。

臂622优选地支持刀片614和防护装置616、618。臂622枢轴地安装在臂支撑件624上，臂支撑件624安装在基座626上。优选地，枢轴杆624P设置在臂支撑件624之间。臂622优选地枢轴地设置在枢轴杆624P上，以允许锯切。优选地，臂622和/或臂支撑件624可以有至少一个设置在周围和/或支撑枢轴杆624P使旋转更容易进行的轴承624B。相应地，臂622可以在两个位置之间移动：刀片614不和工件(未示出)相啮合的上部位置，以及刀片614和工件啮合并切割的下部位置。优选地，刀片614可以插入穿过在基座626上的槽626S。

臂支撑件624优选地具有向前延伸部分650。优选地该部分650固定地连接至臂支撑件624，由此该部分650不会移动。弹簧625支撑在该部分650和臂622的内壁622W之间。由于弹簧625优选地是膨胀弹簧(也称为压缩弹簧)，臂622通常地由弹簧625往上部位置偏压。

锯屑偏转器652可以安装在基座626上和/或安装至臂支撑件624。锯屑偏转器652协助指引切割过程产生的锯屑流。

基座626具有工件支撑件(或工作表面)626。防护部件628优选地设置在工件支撑件627上。优选地，操作者可以沿工件支撑件627滑动或旋转防护部件628。

防护部件628包括被沿基座626经由形成于工作表面627的槽(通槽632)引导的工件啮合部分630，以及促动器636，根据需要操作者可以旋转其来打开或锁上防护部件628。

虎钳夹640和防护部件628合作夹紧工件。虎钳夹640可以旋转，由此工件以相对于刀片614需要的角度方位被夹紧。优选地，防护部件68和虎钳夹640可以沿它们各自的“Y”轴旋转，以达到诸如30度或45度的希望角度，以便锯床可以进行斜切。通过旋转虎钳螺钉642可以将虎钳夹640推进至夹紧位置。优选地，虎钳螺钉624的轴大体上平行于工件627。虎钳夹640优选地围绕其尺寸可沿通槽632滑动推进或缩回的夹螺钉或销钉639枢轴转动。

虎钳销674可以通常的方式安装在销支撑件646上以将虎钳螺钉642锁定在夹紧位置。通过转动固定连接至虎钳螺钉642的虎钳手柄648可以增大夹紧力。本领域技术人员需明白，虎钳销644可以不啮合，以允许虎钳螺钉642往防护部件828的移动，然后啮合以闭锁虎钳螺钉642在其夹紧位置。基座626也可有设置其上的模压橡胶底座654。此外，基座626还可以有容纳扳手658的橡胶扣眼856。

本实用新型的描述实际上仅是示例性的，并且，因此，不脱离本实用新型实质的改进都在本实用新型范围内。这样的改进不认为是脱离了本实用新型的精神和范围。

Claims (29)

1.一种电动工具，其特征在于，包括：

支架，具有设置在其中驱动工具的电机；

该电机具有励磁绕组和继电器；

开关，当第一开关在工作位置时，将电机的励磁绕组耦合至AC电机电源；和

电机的每个励磁绕组，包括通过软启动开关相连接的第一和第二线圈，该软启动开关在第一开关切换至其工作位置时开始的软启动期将第一和第二线圈串联连接，并在软启动期终止后将第一和第二线圈并联连接。

2.如权利要求1所述设备，其特征在于，软启动期终止出现在当电机达到预定期时。

3.如权利要求1所述设备，其特征在于，软启动期的终止出现在预定期终止后。

4.如权利要求1-3任一项所述设备，其特征在于，电动工具是锯床，电机至少是四马力。

5.如权利要求1-3任一项所述设备，其特征在于，电机是通用电机。

6.一种电动工具，其特征在于，包括：

支架，具有设置在其中的驱动工具的电机；和

电机，具有励磁线圈的定子，每个励磁线圈包括第一和第二绕组，用于每个励磁线圈的软启动开关在电源首次应用到励磁线圈开始的软启动期间将励磁线圈的第一和第二绕组串联连接，并在软启动期终止后并联该第一和第二绕组。

7.如权利要求6所述设备，其特征在于，电机达到预定速度时软启动期终止。

8.如权利要求6所述设备，其特征在于，在预定时间段终止后软启动期终止。

9.如权利要求6-8任一项所述设备，其特征在于，电动工具是锯床，电机至少是四马力的。

10.如权利要求6-8任一项所述设备，其特征在于，电机是通用电机。

11.一种电动工具，其特征在于，包括：

支架，具有设置在其中的驱动工具的电机；

电机，具有定子和电枢，该定子具有励磁绕组和启动绕组；

开关，将电机耦合至AC电源，同时当开关首次置于其工作位置时启动绕组和励磁绕组串联连接，并在软启动期终止后，旁路启动绕组。

12.如权利要求11所述设备，其特征在于，当电机达到预定速度后软启动期终止。

13.如权利要求11所述设备，其特征在于，预定时间段终止后软启动期终止。

14.如权利要求11-13任一项所述设备，其特征在于，开关包括一组跨越启动绕组连接的延时接点和一组与启动绕组和励磁绕组串联连接的瞬时接点，当开关置于其工作位置时，该瞬时接点闭合并将启动绕组和励磁绕组串联连接至AC电源，当开关首次在其工作位置时延时接点打开，并在软启动期终止后闭合，该延时接点闭合时旁路启动绕组。

15.如权利要求11-13任一项所述设备，其特征在于，启动绕组包括连接在一起的第一和第二子绕组，以便第一和第二子绕组产生的磁场相抵消。

16.如权利要求15所述设备，其特征在于，启动绕组的第一和第二子绕组相连接，以便电流以相反方向流动通过它们。

17.如权利要求15所述设备，其特征在于，启动绕组的第一和第二子绕组设置在定子的槽内，第一和第二子绕组相连，使得由于第一子绕组设置在定子的槽内，电流从该子绕组的外部流到内部；由于第二子绕组设置在定子的槽内，电流从该线圈的内部流到外部。

18.如权利要求11-13任一项所述设备，其特征在于，电动工具是锯床，电机至少是四马力的电机。

19.如权利要求11-13任一项所述设备，其特征在于，电机是通用电机。

20.如权利要求11-13任一项所述设备，其特征在于，开关是延时开关、电子机械开关或电子开关中的任一个。

21.如权利要求14所述设备，其特征在于，开关包括具有延时接点的延时继电器。

22.如权利要求14所述设备，其特征在于，启动绕组包括连接在一起的第一和第二子绕组，以便第一和第二子绕组产生的磁场相抵消。

23.如权利要求15所述设备，其特征在于，电动工具是锯床，电机至少是四马力的电机。

24.一种电动工具，其特征在于，包括：

支架，具有设置在其中的驱动工具的电机；

电机，有定子，电枢和启动阻抗，该定子有励磁绕组；

开关，将电机连接至AC电源，同时当开关首次在其工作位置时，启动阻抗和励磁绕组串联连接；

延时继电器，具有一组跨越启动阻抗相连接的延时接点，该延时继电器通过开关在其工作位置时通电，延时继电器的延时接点在开关首次置于其工作位置时开始的软启动期间打开，并在软启动期终止后闭合以旁路启动阻抗。

25.如权利要求24所述设备，其特征在于，启动阻抗是电阻。

26.如权利要求24所述设备，其特征在于，启动阻抗是定子内的启动绕组。

27.如权利要求26所述设备，其特征在于，启动绕组包括连接在一起的第一和第二子绕组，由此由该第一和第二子绕组产生的磁场相抵消。

28.如权利要求24-27任一项所述设备，其特征在于，电动工具是锯床，电机是至少四马力的电机。

29.如权利要求24-27任一项所述设备，其特征在于，电机是通用电机。

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