CN206370762U

CN206370762U - 电动工具

Info

Publication number: CN206370762U
Application number: CN201590000641.5U
Authority: CN
Inventors: 谷本英之
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Machine holding company
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2017-08-01
Anticipated expiration: 2025-05-22

Abstract

本实用新型涉及一种电动工具，包括旋转击打机构部，旋转击打机构部将无刷马达的旋转力转换为击打力并对前端工具赋予击打力，所需的马达的额定输入为1000～1300W，且定速控制马达转数为每分钟16800±10％转，将与马达相关的变数Ku以下述式进行定义，Ku＝{(定子芯外径)²×(定子芯叠层厚度)×(总齿宽)×(转子外径)}÷{(额定输入)×(定速控制马达转数)}，其中，定子芯外径为由mm表示的数值，定子芯叠层厚度为由mm表示的数值，总齿宽为由mm表示的数值，转子外径为由mm表示的数值，额定输入为由W表示的数值，马达转数为由每分钟的转数表示的数值，将无刷马达的Ku值设定为14.6≤Ku≤21.8。从而实现对所述目标性能的最佳化。

Description

电动工具

技术领域

本实用新型涉及一种锤钻(hammer drill)、冲击钻(impact drill)、冲击扳手(impact wrench)等以无刷马达作为驱动源的电动工具。

背景技术

锤钻等电动工具、尤其电动击打工具具有复杂且零件个数多的机械部，为了100％地发挥机械部的性能，机械部与马达性能的匹配颇为重要。

例如，为了确实地使机械部与马达性能匹配，而利用借助于电子控制的马达转数控制，将实际作业时的作为目标的马达转数的不均抑制在正负百分之几的范围。此外，为了能够连续地进行苛刻的作业，产品的额定输入(W)等也为重要的项目，根据目标值而变更马达绕组、马达芯叠层厚度等。

关于马达芯形状，采用能够于各种产品中发挥平均性能的标准马达芯。

[背景技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2007-259513号公报

专利文献1中，并未对作为目标的性能的具体数值进行叙述，而关于马达芯形状的最佳化有所记载。然而，根据搭载马达的产品的目标性能(转数、转矩、额定输入、成本等)的值，最佳化时的马达芯形状不同。例如，在将高旋转的马达向目标最佳化的情况下，宜为以能够经受得住离心力的方式减小转子外径。而且，在需要高转矩的情况下，必须与马达高速化相反地增大转子外径而设置大的磁铁。此外，在需要高额定输入的情况下，为了卷绕粗线径的定子线圈而减少电阻则需要插槽大的定子芯。进而，在降低成本的情况下，要减小设置于转子的磁铁的体积，而增加转子芯的体积。

因此，关于未设定电动工具的目标性能而决定了形状的专利文献1的马达芯形状，存在对于电动工具、尤其电动击打工具而言并非为最佳形状这一课题。

实用新型内容

实用新型所要解决的问题

本实用新型是认识到所述状况而完成，其目的在于提供谋求对所需目标性能的最佳化、且作业性良好的尺寸的电动工具。

解决问题的技术手段

本实用新型的一实施例为电动工具。该电动工具包含电动击打工具，该电动工具的特征在于：包括：无刷马达，具有将定子线圈卷绕于定子芯的齿的定子、及旋转自如地支撑于所述定子的内周侧的转子；以及旋转击打机构部，将所述无刷马达的旋转力转换为击打力并对前端工具赋予所述击打力，在所述无刷马达的额定输入为1000～1300W、且定速控制马达转数为每分钟16800±10％转的情况下，在将与所述无刷马达相关的变数Ku以下述式子进行定义时，

Ku＝{(定子芯外径)²×(定子芯叠层厚度)×(总齿宽)×(转子外径)}÷{(额定输入)×(定速控制马达转数)}，

其中，定子芯外径为由mm表示的数值，定子芯叠层厚度为由mm表示的数值，总齿宽为由mm表示的数值，转子外径为由mm表示的数值，额定输入为由W表示的数值，马达转数为由每分钟的转数表示的数值，

所述无刷马达的Ku值为14.6≤Ku≤21.8。

所述实施例中，所述转子宜具有板状磁铁。

所述实施例中，所述定子芯宜具有6个插槽。

本实用新型的另一实施例也为电动工具。该电动工具的特征在于包括：无刷马达，具有将定子线圈卷绕于定子芯的齿的定子、及旋转自如地支撑于所述定子的内周侧的转子；以及传递部，将所述无刷马达的旋转力传递到工具保持构件，所述无刷马达的额定输入为1000～1300W，且定速控制马达转数为每分钟16800±10％转，

在将与所述无刷马达相关的变数Ku以下述式子进行定义时，

所述无刷马达的Ku值为14.6≤Ku≤21.8。

另外，将以上的构成要素的任意的组合、本实用新型的表现在方法或系统等之间进行转换所得者作为本实用新型的形态也有效。

实用新型的效果

根据本实用新型，能够实现如下电动工具，即，为不破坏作业性的马达尺寸，且能够达成所需的目标性能，即额定输入1000～1300W、且定速控制马达转数每分钟16800±10％转。

附图说明

图1是表示为本实用新型的电动工具的实施方式且作为电动击打工具的锤钻的侧剖视图。

图2是实施方式中的无刷马达的横剖视图。

图3是实施方式中的相同的无刷马达的纵剖视图。

图4是实施方式中的定子芯的横剖视图。

图5是实施方式中的转子的横剖视图。

图6是实施方式中的表示马达转数与电源电流的关系的曲线图。

图7是实施方式中的表示对于锤钻而言最佳化的定子线圈与变数Ku的关系的曲线图。

附图标记说明：

1：锤钻；

2：无刷马达；

3：驱动轴；

4：第一齿轮；

5：偏心销；

6：曲轴；

7：连杆；

8：活塞销；

9：活塞；

10：击打件；

11：中间件；

12：第二齿轮；

13：中间轴；

13a：齿部；

14：第三齿轮；

15：气缸；

16：工具保持构件；

17：壳体；

18：控制基板；

19：旋转击打机构部；

20：定子；

21：定子芯；

22：磁轭；

23：齿；

24、27：绝缘体；

25：定子线圈；

25a：线圈端部；

26：插槽；

30：转子；

31：转子芯；

32：间隙；

33：磁铁；

35：平衡圈；

Ts：定子芯叠层厚度；

Rs：定子芯外径；

Q：总齿宽

Qt：齿宽；

Rr：转子外径。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本实用新型的优选的实施方式进行详细叙述。另外，对各附图所示的相同或同等的构成要素、构件、处理等附上相同的符号，并适当省略重复的说明。而且，实施方式为例示而非限定实用新型的范围，实施方式中记述的所有特征或其组合不一定为实用新型的本质内容。

作为本实用新型的电动工具的实施方式，说明应用于作为电动击打工具的锤钻的情况。

图1是表示为本实用新型的电动工具的实施方式且作为电动击打工具的锤钻的侧剖视图。如图1所示，锤钻1包括：无刷马达2，作为驱动源而收纳于壳体17内；旋转击打机构部19，将无刷马达2的旋转力转换为击打力并对安装于工具保持构件16的钻孔器等前端工具(未图示)赋予所述击打力；以及控制基板18，搭载着使无刷马达2动作的控制电路。

控制基板18配置于无刷马达2的侧方，且收纳于壳体17内。

旋转击打机构部19包括：击打部(包含第一齿轮4、曲轴6、连杆7、活塞销8、活塞9、击打件10及中间件11)，以及旋转传递机构(包含第二齿轮12、第三齿轮14、气缸15及工具保持构件16)。活塞9、击打件10及中间件11滑动自如地配设于气缸15内，且在气缸15内往复移动。

锤钻1构成为能够进行击打动作与旋转动作，所述击打动作是将利用无刷马达2的旋转而驱动的驱动轴3的旋转，经由第一齿轮4传递到具有偏心销5的曲轴6，并经由旋转自如地安装于偏心销5的连杆7与活塞销8而使活塞9往复移动，且经由介于活塞9与击打件10之间的空气弹簧而使击打件10往复移动，击打件10的大致中心经由中间件11而对前端工具赋予击打；所述旋转动作是将驱动轴3的旋转经由第二齿轮12传递到具有齿部13a的中间轴13，进而经由与齿部13a啮合的第三齿轮14而以气缸15旋转的方式传递，通过使工具保持构件16旋转而对前端工具赋予旋转。

图2是实施方式中的无刷马达2的横剖视图，图3是实施方式中的相同的无刷马达的纵剖视图。这些图中，无刷马达2在固定于图1的壳体17的固定部具有定子20，在利用壳体17而旋转自如地支撑于定子20的内周侧的旋转部具有转子30。

定子20具有叠层有电磁钢板的定子芯21，图4是实施方式中的定子芯的横剖视图。如图4所示，定子芯21具有用以供磁通在圆周方向上流动的磁轭22、及为了供磁通在径向上流动而在圆周方向上并列的6个齿23。相邻的齿23间为插槽26，齿23中逐个地经由兼顾电气绝缘与防止损伤的树脂制的绝缘体24卷绕着定子线圈25。

图5是实施方式中的转子的横剖视图。转子30如图5所示具有转子芯31，转子芯31所具有的四个间隙(狭缝孔)32中合计设置着四块板状磁铁33。板状磁铁33以宽幅面的一方为N极、另一方为S极的方式磁化。将转子芯31中央部以供驱动轴3贯通且与转子芯31一体旋转的方式加以固定。

如图3的侧剖面所示，在转子芯31两端，为了取得转子30的重量平衡而设置着金属制的平衡圈(balance ring)35。从所叠层的定子芯21的两端，定子线圈25作为线圈端部25a而突出，该线圈端部25a与定子芯21之间设置着绝缘体27。将所叠层的定子芯21的宽度定义为定子芯叠层厚度Ts。

图4中表示定子芯外径Rs、齿宽Qt。定子芯外径Rs为磁轭22外周部的直径。总齿宽Q定义为「总齿宽＝齿宽×齿数」。本实施方式的数值的一例中，总齿宽Q为10mm×6＝60mm。

图5中表示转子外径Rr。转子外径Rr表示转子外周部的直径。

图6是实施方式中的表示马达转数与电源电流的关系的曲线图。图6中表示本实施方式的锤钻中使用的无刷马达2的马达特性。锤钻用的无刷马达2因精度优良地进行与图1的旋转击打机构部19的匹配，所以即便在作业时对无刷马达2施加负载，也以目标转数旋转的方式由控制电路进行定速控制。因旋转击打机构部的多个零件复杂地动作而构成，所以如果马达转数偏离目标值，则击打性能会降低。作为定速控制的方式，一般为一边反馈马达转数一边占空控制(duty control)电源电压的方式。

表1是实施方式中的用以对于锤钻而言优化的马达尺寸的一览表。

表1

表1中，将40mm级的锤钻对应的马达的目标性能设为额定输入1150W、定速控制时的马达转数16800min^-1(RPM)，针对各定子芯外径Rs逐一决定能够设置于产品的定子芯叠层厚度Ts(以即便外径Rs不同，定子芯也为相同体积的方式决定)，进而以定子线圈电阻为最低的方式导出总齿宽Q、转子外径Rr(研究1～研究9)。根据研究1～研究9的尺寸而计算由以下的式(1)定义的变数Ku。

Ku＝{(定子芯外径)²×(定子芯叠层厚度)×(总齿宽)×(转子外径)}÷{(额定输入)×(定速控制马达转数)}…(1)

其中，定子芯外径为由mm表示的数值，定子芯叠层厚度为由mm表示的数值，总齿宽为由mm表示的数值，转子外径为由mm表示的数值，额定输入为由W表示的数值，马达转数为由min^-1(RPM)表示的数值。

而且，如图7所示可知，如果描绘横轴为Ku、纵轴为定子线圈电阻的曲线图，则在所述无刷马达的Ku值为14.6≤Ku≤21.8的范围(表1的研究4～研究6的范围)内，最能够降低定子线圈电阻。如果降低定子线圈电阻，则铜损降低而温度上升也降低，因而容易达成额定输入1150W。进而，因马达效率也提高，所以马达转数增加，也容易达成马达转数16800min^-1。而且，磁性方面设计成最佳，转子外径Rr也为适度的大小，因而如果在转子30设置成本低廉的板状磁铁33，则能够同时实现高性能与成本降低。而且，定子芯外径Rs及定子芯叠层厚度Ts也为适度的大小，即，为无须增大图1的壳体17的尺寸便能够收容无刷马达2的尺寸，因而也无须增大壳体17的马达收容部分的尺寸。

而且，当为满足该Ku值的定子芯21与转子30的外径比时，如果将定子芯21的插槽数设为6个，则容易卷绕粗线径的定子线圈25，因而最能够降低定子线圈电阻。其理由在于：如果定子插槽数过少，则卷绕于一个插槽的线圈圈数增多，因而整列卷绕变得困难，从而无法卷绕粗线径的定子线圈25。而且，其原因在于：如果定子插槽数增多，则绕组作业时必须在各插槽26中设置许多供线圈绕组器插入的间隙，因而卷绕定子线圈25的间隙减少而无法卷绕粗线径的定子线圈25。

另外，表1的一览表中，设为额定输入1150W、定速控制时的马达转数16800min^-1而获得了研究1～研究9的数值，但在设为额定输入1000～1300(W)、且定速控制马达转数为每分钟16800±10％转的情况下，也能够采用相同的Ku值的范围。

根据本实施方式，能够实现下述效果。

(1)能够实现如下的电动击打工具，即，为不破坏作业性的无刷马达2的尺寸，且能够达成所需目标性能，即额定输入1000～1300W、且定速控制马达转数每分钟16800±10％转。

(2)因能够以定子线圈电阻为最低的方式设计无刷马达2，所以降低使用时的铜损的同时也能够减少温度上升。进而，马达效率也得到提高。

(3)转子外径Rr为31.0～37.8mm的范围，为适度的大小，因而如果在转子30中设置成本低廉的板状磁铁33，则能够同时实现高性能与成本降低。

(4)如果将定子芯21的插槽数设为6个，则能够卷绕粗线径的定子线圈25，从而进一步可谋求定子线圈电阻的降低。

以上，以实施方式为例对本实用新型进行了说明，可使本领域技术人员理解的是：能够在权利要求记载的范围内在实施方式的各构成要素或各处理工艺中进行各种变形。以下，提及变形例。

所述实施方式中，是将板状磁铁插入到转子芯的间隙中而用作转子，也可为使用了外周面交替形成着N极与S极的圆筒状磁铁的转子。

而且，所述实施方式中，例示了锤钻，但本实用新型也能够应用于并用击打与旋转的冲击钻、冲击扳手等以无刷马达为驱动源的电动击打工具，或不具有击打机构的驱动钻(driver drill)等电动工具。

Claims

1.一种电动工具，特征在于包括：

无刷马达，具有将定子线圈卷绕于定子芯的齿的定子、及旋转自如地支撑于所述定子的内周侧的转子；以及

旋转击打机构部，将所述无刷马达的旋转力转换为击打力并对前端工具赋予所述击打力，

所述无刷马达的额定输入为1000～1300W，且定速控制马达转数为每分钟16800±10％转，

在将与所述无刷马达相关的变数Ku以下述式子进行定义时，

所述无刷马达的Ku值为14.6≤Ku≤21.8。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：

所述转子具有板状磁铁。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于：

所述定子芯具有6个插槽。

4.一种电动工具，特征在于包括：

传递部，将所述无刷马达的旋转力传递到工具保持构件，

在将与所述无刷马达相关的变数Ku以下述式子进行定义时，

其中，定子芯外径为由mm表示的数值，定子芯叠层厚度为由mm表示的数值，总齿宽为由mm表示的数值，转子外径为由mm表示的数值，额定输入为由W表示的数值，马达转数为由每分钟的转述表示的数值，

所述无刷马达的Ku值为14.6≤Ku≤21.8。