CN216774392U - 定子与电动工具 - Google Patents

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Abstract

一种定子和一种电动工具。定子包括绝缘体，其具有覆盖后定子部的后绝缘部，覆盖第一齿的第一齿部，覆盖第二齿的第二齿部。第一凸缘部具有与后绝缘部成面对关系的第一面。第二凸缘部具有与后绝缘部成面对关系的第二面。第一面和第二面大体上一起限定边界平面，以使得横截面槽面积限定于后绝缘部、第一齿部、第二齿部和边界平面之间。多条导线布置在横截面槽面积中，导线在横截面槽面积内限定横截面绕组面积。横截面绕组面积与横截面槽面积之比大于或等于0.45。

Description

定子与电动工具
技术领域
本实用新型涉及定子与电动工具以及电动马达，且更具体地涉及用于电动马达的定子。
背景技术
定子包括多个齿，其中每个齿分别保持定子线圈。可以使用多种方法将定子线圈缠绕在齿上。
实用新型内容
在一方面，本实用新型提供了一种定子，其包括：后定子部；从后定子部径向地向内延伸的第一齿；从后定子部径向地向内延伸的第二齿；远离第一齿延伸的第一凸缘；远离第二齿并朝向第一凸缘延伸的第二凸缘；以及绝缘体。绝缘体包括：覆盖后定子部的后绝缘部，覆盖第一齿的第一齿部，覆盖第二齿的第二齿部，覆盖第一凸缘的第一凸缘部。第一凸缘部具有与后绝缘部成面对关系的第一面。绝缘体还包括：覆盖第二凸缘的第二凸缘部。第二凸缘部具有与后绝缘部成面对关系的第二面。第一面和第二面大体上一起限定边界平面，以使得横截面槽面积限定于后绝缘部、第一齿部、第二齿部和边界平面之间。定子还包括多条导线，其在横截面槽面积中布置在第一齿和第二齿之间，该多条导线在横截面槽面积内限定横截面绕组面积。横截面绕组面积与横截面槽面积之比大于或等于0.45。
在另一方面，本实用新型提供了一种电动工具，其包括：输出构件，无刷直流电动马达，其具有被配置为向输出构件提供扭矩的转子和定子。定子包括：后定子部；从后定子部径向地向内延伸的第一齿；从后定子部径向地向内延伸的第二齿；远离第一齿延伸的第一凸缘；远离第二齿并朝向第一凸缘延伸的第二凸缘；以及绝缘体。绝缘体包括：覆盖后定子部的后绝缘部，覆盖第一齿的第一齿部，覆盖第二齿的第二齿部，以及覆盖第一凸缘的第一凸缘部。第一凸缘部具有与后绝缘部成面对关系的第一面。绝缘体还包括覆盖第二凸缘的第二凸缘部。第二凸缘部具有与后绝缘部成面对关系的第二面。第一面和第二面大体上一起限定边界平面，以使得横截面槽面积限定于后绝缘部、第一齿部、第二齿部和边界平面之间。定子还包括多条导线，其布置在第一齿和第二齿之间，该多条导线限定在横截面槽面积内的横截面绕组面积。电动工具还包括被配置为向马达供电的电池，以及被配置为控制马达的操作的马达驱动电路。横截面绕组面积与横截面槽面积之比大于或等于0.45。
在另一方面，本实用新型提供了一种形成定子的方法。该方法包括：形成具有第一齿和第二齿的第一定子段；在第一齿周围施加第一绝缘层；在第二齿周围施加第二绝缘层；将第一定子线圈缠绕在第一绝缘层上；将第二定子线圈缠绕在第二绝缘层上；电连接第一定子线圈和第二定子线圈；形成具有第三齿和第四齿的第二定子段；在第三齿周围施加第三绝缘层；在第四齿周围施加第四绝缘层；将第三定子线圈缠绕在第三绝缘层上；将第四定子线圈缠绕在第四绝缘层上；电连接第三定子线圈和第四定子线圈；形成具有第五齿和第六齿的第三定子段；在第五齿周围施加第五绝缘层；在第六齿周围施加第六绝缘层；将第五定子线圈缠绕在第五绝缘层上；将第六定子线圈缠绕在第六绝缘层上；电连接第五定子线圈和第六定子线圈；将第一定子段轴向地联接到第二定子段；以及将第三定子段轴向地联接到第一定子段。
在另一方面，本实用新型提供了一种形成定子的方法。该方法包括形成具有第一齿、第二齿和第三齿的第一定子段；在第一齿周围施加第一绝缘层；在第二齿周围施加第二绝缘层；在第三齿周围施加第三绝缘层；将第一定子线圈缠绕在第一绝缘层上；将第二定子线圈缠绕在第二绝缘层上；将第三定子线圈缠绕在第三绝缘层上；形成具有第四齿、第五齿和第六齿的第二定子段；在第四齿周围施加第四绝缘层；在第五齿周围施加第五绝缘层；在第六齿周围施加第六绝缘层；将第四定子线圈缠绕在第四绝缘层上；将第五定子线圈缠绕在第五绝缘层上；将第六定子线圈缠绕在第六绝缘层上；以及将第一定子段轴向地联接到第二定子段。
在另一方面，本实用新型提供了一种定子，该定子包括后部和齿，该齿具有从后部径向地向内延伸的辐条部分和横向于辐条部分延伸的凸缘，以使得在凸缘和后部之间限定槽。定子还包括定子线圈，其围绕齿的辐条部分并在槽内以渐进的匝缠绕，该渐进的匝包括第一匝、多个中间匝和最后一匝。定子线圈的最后一匝具有比定子线圈的第一匝更大的横截面长度。
在又一方面，本实用新型提供了一种围绕定子齿施加定子线圈的方法。该方法包括：使用3D打印机在齿周围打印多个交替的绝缘层和导电金属层；将第一电连接器联接到第一层导电金属层；以及将第二电连接器联接到最后一层导电金属层。
在又一方面，本实用新型提供了一种围绕定子齿施加定子线圈的方法。该方法包括：在齿周围施加一整匝绝缘材料；在一整匝绝缘材料周围施加第一半匝导电金属；在一整匝绝缘材料周围施加第二半匝导电金属，使得第一半匝导电金属和第二半匝导电金属一起在一整匝绝缘材料周围形成一整匝导电金属。该方法还包括：将第一半匝导电金属和第二半匝导电金属电连接。
通过考虑详细描述和附图，本实用新型的其他特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是电动马达的分解示意图。
图2是图1的电动马达的定子的一个实施例的透视图。
图3是图2的定子的第一定子段的透视图。
图4是图2的定子的第二定子段的透视图。
图5是图2的定子的第三定子段的透视图。
图6是图3的第一定子段的透视图，其中添加了绝缘体。
图7是图5的第三定子段的透视图，其中添加了绝缘体。
图8是图4的第二定子段的透视图，其中添加了绝缘体。
图9是图3的第一定子段的透视图，其中添加了绝缘体和第一和第二定子线圈。
图10是图4的第二定子段的透视图，其中添加了绝缘体和第三和第四定子线圈。
图11是图5的第三定子段的透视图，其中添加了绝缘体和第五和第六定子线圈。
图12是图9至图11的第一、第二和第三定子段轴向地联接在一起的平面图。
图13是图2的定子的透视图。
图14是模具冲压横截面的平面图。
图15是由使用图14的模具冲压横截面的模具冲压工艺产生的部分定子段的透视图。
图16是由使用图14的模具冲压横截面的模具冲压工艺产生的一对齿部的透视图。
图17是图1的电动马达的定子的另一个实施例的透视图。
图18是图17的定子的第一定子段的透视图。
图19是图17的定子的第二定子段的透视图。
图20是图18的第一定子段的透视图，其中添加了绝缘体和第一、第二和第三定子线圈。
图21是图19的第二定子段的透视图，其中添加了绝缘体和第四、第五和第六线圈。
图22是填充有圆线的定子的放大平面图。
图23是填充有扁线的定子的放大平面图。
图24是填充有不同截面的导体的定子的放大平面图。
图25是将定子线圈施加到定子齿的一种方法的示意图。
图26是将定子线圈施加到定子齿的另一种方法的示意图。
图27是包括图1的电动马达的电动工具的平面图。
图28是图27的电动工具的框图。
图29是图27的电动工具的马达驱动电路的框图。
图30是在图27的电动工具的马达制动期间的图29的马达驱动电路的框图。
图31是图3的第一定子段的透视图，其中添加了绝缘体、第一和第二定子线圈以及马达制动线圈。
图32是电动马达的定子的实施例的透视图。
图33是根据本实用新型另一个实施例的结合在图27的电动工具中的马达的透视图。
图34是图33的电动马达的转子的透视图。
图35是图34的转子的转子端盖的透视图。
图36是图34的转子的后透视图。
图37是图33的马达的位置传感器板组件的透视图。
图38是图33的马达的横截面。
图39是图33的电动马达的定子的放大剖视图，其中定子线圈被移除。
图40是图33的电动马达的定子的放大剖视图，其中包括了定子线圈。
图41是示出图33的马达使用的安培数、马达的槽填充率和马达达到临界温度所需的时间之间的关系的条形图。
图42是示出图33的马达使用的安培数、马达的槽填充率和通过图27 的电动工具的气流之间的关系的条形图。
图43是示出图33的马达使用的安培数、马达的槽填充率和通过图27 的电动工具的气流之间的关系的条形图。
图44是示出图33的马达使用的安培数、马达的槽填充率和图27的电动工具的功率输出与通过电动工具的气流的关系之间的关系的条形图。
具体实施方式
在详细解释本实用新型的任何实施例之前，应当理解，本实用新型的应用不限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本实用新型能够有其它实施例并且能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应被视为是限制性的。
图1示意性地示出了用于例如电动工具的无刷直流(DC)电动马达10。电动马达10包括定子14和转子18。在操作中，电流通过定子14中的绕组以产生使转子18旋转的磁场，如本领域所公知的。如下文更详细地描述的，本实用新型包括多个不同的定子和定子14的缠绕方式。
图2示出了包括三部分定子14a的定子的一个实施例。定子14a是三相定子。定子14a包括第一定子段22(图3)、第二定子段26(图4)和第三定子段30(图5)。第一定子段22(图3)包括第一环形后部34以及第一齿 38和第二齿42，第一齿38和第二齿42各自从第一后部34径向地向内并在第一方向上轴向地远离第一后部34延伸。第一齿38和第二齿42均具有第一高度H1。第二定子段26(图4)包括第二环形后部46以及第三齿50和第四齿54，第三齿50和第四齿54各自从第二后部46径向地向内并在第一方向和与第一方向相反的第二方向上轴向地远离第二后部46延伸。与第一齿 38和第二齿42一样，第三齿50和第四齿54也各自具有第一高度H1。
第三定子段30(图5)包括第三环形后部58以及第五齿62和第六齿66，第五齿62和第六齿66各自从第三后部58径向地向内并在第二方向上轴向地远离第三后部58延伸。与第一齿38、第二齿42、第三齿50和第四齿54 一样，第五齿62和第六齿66也各自具有第一高度H1。在一些实施例中，后部34、46、58中的每一个可以在相同的渐进式冲压模具过程(progressive stamping die process)中制造。在一些实施例中，齿38、42、50、54、62、 66在渐进式冲压模具过程中通过打钉(staking)固定到相应的后部34、46、 58。
每个齿38、42、50、54、62、66分别具有外凸缘38a、42a、50a、54a、 62a、66a，内凸缘38b、42b、50b、54b、62b、66b和辐条部分38c、42c、 50c、54c、62c、66c，辐条部分38c、42c、50c、54c、62c、66c将内凸缘 38b、42b、50b、54b、62b、66b联接到外凸缘38a、42a、50a、54a、62a、 66a，以使得槽38d、42d、50d、54d、62d、66d分别在辐条38c、42c、50c、 54c、62c、66c的两侧限定在外凸缘38a、42a、50a、54a、62a、66a和内凸缘38b、42b、50b、54b、62b、66b之间。
在第一定子段22、第二定子段26和第三定子段30中的每一个已经单独形成之后，定子14a可以下列的方式组装。如图6所示，第一绝缘层38e和第二绝缘层42e分别施加在第一定子段22的第一齿38和第二齿42周围。具体地，第一绝缘层38e和第二绝缘层42e分别覆盖第一齿38和第二齿42 的外凸缘38a、42a、内凸缘38b、42b和辐条部分38c、42c的部分。此外，第一绝缘层38e和第二绝缘层42e分别包括从外凸缘38a、42a的顶部和底部轴向地延伸的第一和第二外夹头(bookend)38f、42f。第一绝缘层38e 和第二绝缘层42e还分别包括从内凸缘38b、42b的顶部和底部轴向地延伸的第一和第二内夹头(bookend)38g、42g。此外，第一绝缘端盖70被施加到第一后部34的第一轴向端74。在一些实施例中，第一绝缘端盖70例如通过嵌件成型形成有第一绝缘层38e和第二绝缘层42e。
如图7所示，以类似于第一绝缘层38e和第二绝缘层42e以及第一绝缘端盖70施加到第一定子段22的方式，第五绝缘层62e和第六绝缘层66e分别施加在第三定子段30的第五齿62和第六齿66周围，并且第二绝缘端盖 78被施加到第三后部58的第二轴向端80。在一些实施例中，第二绝缘端盖 78形成有第五绝缘层62e和第六绝缘层66e。如图8所示，以类似于第一绝缘层38d和第二绝缘层42d施加到第一定子段22的第一齿38和第二齿42 的方式，第三绝缘层50e和第四绝缘层54e分别施加在第二定子段26的第三齿50和第四齿54周围，但没有在第二定子段26上形成端盖。
接着，如图9所示，第一定子线圈38h缠绕在绝缘的第一齿38或更具体地第一齿38的绝缘辐条部分38c上。在一些实施例中，第一定子线圈38h 是导电金属的绕组，例如铜绕组。由于第一定子段22上唯一的另一个齿是第二齿42，其与第一齿38相距180度，因此第一定子线圈38h有利地能够填充或大体上填充第一齿38上的槽38d。换句话说，由于第一定子段22的第一齿38没有紧邻的齿，因此在第一定子线圈38h的绕线过程中，没有其他结构阻止第一定子线圈38h围绕第一齿38缠绕，直到第一定子线圈38h 在周向方向上与外凸缘38a齐平或什至绕过外凸缘38a。第一外夹头38f和第一内夹头38g径向地固定第一定子线圈38h的分别在第一齿38上方和下方延伸的部分，使得第一定子线圈38h可以缠绕到第二总高度H2，其大于第一高度H1。
同样，如图9所示，第二定子线圈42h以第一定子线圈38h缠绕在第一齿38上的相同方式缠绕在绝缘的第二齿42上。第一跨接导线90用于电连接第一定子线圈38h和第二定子线圈42h。在一些实施例中，第一跨接导线90可以简单地是第一定子线圈38h的延续，其延续到第二齿42以开始第二定子线圈42h的缠绕过程。第一定子线圈38h具有第一端线部分38i并且第二定子线圈42h具有第二端线部分42i。第一端线部分38i和第二端线部分 42i电连接到电源，使得第一定子线圈38h和第二定子线圈42h可以传输电流以形成三相定子14a的第一相。
如图10所示，以类似于第一定子线圈38h和第二定子线圈42h缠绕在第一定子段22的第一齿38和第二齿42上的方式，第三定子线圈50h和第四定子线圈54h分别缠绕在第二定子段26的绝缘的第三齿50和第四齿54 上。第二跨接导线110用于电连接第三定子线圈50h和第四定子线圈54h。在一些实施例中，第二跨接导线110可以简单地是第三定子线圈50h的延续，其延续到第四齿54以开始第四定子线圈54h的缠绕过程。第三定子线圈50h 具有第三端线部分50i并且第四定子线圈54h具有第四端线部分54i。第三端线部分50i和第四端线部分54i电连接到电源，使得第三定子线圈50h和第四定子线圈54h可以传输电流以形成三相定子14a的第二相。
如图11所示，以类似于第一定子线圈38h和第二定子线圈42h缠绕在第一定子段22的第一齿38和第二齿42上的方式，第五定子线圈62h和第六定子线圈66h分别缠绕在第三定子段30的绝缘的第五齿62和第六齿66 上。第三跨接导线130用于电连接第五定子线圈62h和第六定子线圈66h。在一些实施例中，第三跨接导线130可以简单地是第五定子线圈62h的延续，其延续到第六齿62以开始第六定子线圈66h的缠绕过程。第五定子线圈62h 具有第五端线部分62i并且第六定子线圈66h具有第六端线部分66i。第五端线部分62i和第六端线部分66i电连接到电源，使得第五定子线圈62h和第六定子线圈66h可以传输电流以形成三相定子14a的第三相。
接下来，如图12所示，第一定子段22以第一齿38和第二齿42与第三齿50和第四齿54周向地偏移的方式轴向地联接到第二定子段26。类似地，第三定子段30在第二定子段26的与第一定子段22相对的一侧轴向地联接到第二定子段26，使得第五齿62和第六齿66与第一齿38、第二齿42、第三齿50和第四齿54周向地偏移。在一些实施例中，第一定子段22和第三定子段30通过相应的第一后部34、第二后部46和第三后部58的焊接而轴向地联接到第二定子段26。然而，在其他实施例中，后部34、46、58具有允许后部34、46、58扣合在一起的接合部分140，例如互补的凹槽和突起布置。如图12所示，当堆叠在一起时，第一后部34、第二后部46和第三后部 58共同具有第一高度H1。
如图13所示，跨接导线90、110、130在第三后部58附近布线。在一些实施例中，第二绝缘端盖78可以包括钩子142和/或凹口146以在跨接导线90、110、130被路由到与第三后部58相邻时支撑它们。然后定子14a被组装并准备好作为马达10的一部分实施。
如上所述，在一些实施例中，齿38、42、50、54、62、66在渐进式冲压模具过程中通过打钉(staking)固定到它们相应的后部34、46、58。在其他实施例中，冲压横截面148可以包括作为第一后部34的一部分而包括的第一齿部150和第四齿部154，以及嵌套在第一后部34的内径174内的第二齿部158、第三齿部162、第五齿部166和第六齿部170，如图14所示。在其他实施例中，第二齿部158、第三齿部162、第五齿部166和第六齿部 170可以布置在第一后部34的外径176之外。
因此，在冲压之后，第一后部34包括第一齿部150和第四齿部154(如图15所示)，并且第二齿部158、第三齿部162、第五齿部166和第六齿部 170被单独冲压出，其中第二和第五齿部158、166如图16所示。然后，第二齿部158和第三齿部162可以通过焊接、打钉、嵌件成型、螺栓连接或其他方法联接到第一齿部150以形成第一齿38。同样地，第五齿部166和第六齿部170可以通过焊接、打钉、嵌件成型、螺栓连接或其他方法联接到第三齿部154以形成第二齿42。通过将第二齿部158、第三齿部162、第五齿部 166和第六齿部170嵌套在内径174内或将它们布置在外径176外，分别位于第一后部34的内径和外径174、176的内侧或外侧的否则将在冲压过程之后废弃的材料被用来形成第一齿38和第二齿42。
图17示出了包括两部分定子14b的定子的一个实施例。定子14b也是三相定子。定子14b包括第一定子段180(图18)和第二定子段184(图19)。第一定子段180包括第一环形后部188以及第一齿192、第二齿196和第三齿200，第一齿192、第二齿196和第三齿200各自从第一后部188径向地向内并在第一方向上轴向地远离第一后部188延伸。第一齿192、第二齿196 和第三齿200均具有高度H3。第二定子段184包括第二环形后部204以及第四齿208、第五齿212和第六齿216，及第四齿208、第五齿212和第六齿 216各自从第二后部204径向地向内并在与第一方向相反的第二方向上轴向地远离第二后部204延伸。与第一齿192、第二齿196和第三齿200一样，第四齿208、第五齿212和第六齿216也各自具有高度H3。在一些实施例中，后部188、204中的每一个可以在相同的渐进式冲压模具过程中制造。在一些实施例中，齿192、196、200、208、212、216在渐进式冲压模具过程中通过打钉固定到相应的后部188、204。
齿192、196、200、208、212、216中的每一个分别具有靠近相应的后部34、46、58的外凸缘192a、196a、200a、208a、212a、216a，内凸缘、 192b、196b、200b、208b、212b、216b和辐条部分192c、196c、200c、208c、 212c、216c，其中辐条部分192c、196c、200c、208c、212c、216c分别将内凸缘192b、196b、200b、208b、212b、216b联接到外凸缘192a、196a、 200a、208a、212a、216a，以使得槽192d、196d、200d、208d、212d、216d 分别在辐条38c、42c、50c、54c、62c、66c的两侧限定在外凸缘192a、196a、200a、208a、212a、216a和内凸缘192b、196b、200b、208b、212b、216b 之间。
在定子段180、184中的每一个已经单独形成之后，定子14b可以下列的方式组装。首先，如图20所示，第一绝缘层192e、第二绝缘层196e和第三绝缘层200e分别施加在第一定子段180的第一齿192、第二齿196和第三齿200周围。具体地，绝缘层192e、196e、200e分别覆盖相应的齿192、196、 200的外凸缘192a、196a、200a、内凸缘192b、196b、200b和辐条部分192c、 196c、200c的部分。此外，第一绝缘层192e、第二绝缘层196e和第三绝缘层200e分别包括从外凸缘192a、196a、200a的顶部和底部轴向地延伸的第一、第二和第三外夹头192f、196f、200f。第一绝缘层192e、第二绝缘层 196e和第三绝缘层200e还分别包括从内凸缘192b、196b、200b的顶部和底部轴向地延伸的第一、第二和第三内夹头192g、196g、200g。此外，第一绝缘端盖220被施加到第一后部188的第一轴向端224。在一些实施例中，第一绝缘端盖220例如通过嵌件成型形成有第一绝缘层192e、第二绝缘层196e 和第三绝缘层200e。如图21所示，以类似于第一绝缘层192e、第二绝缘层 196e和第三绝缘层200e和第一绝缘端盖220被施加到第一定子段180的方式，第四绝缘层208e、第五绝缘层212e和第六绝缘层216e分别施加在第二定子段184的第四齿208、第五齿212和第六齿216周围，并且第二绝缘端盖228被施加到第二后部204的第二轴向端232。
接着，如图20所示，第一定子线圈192h缠绕在绝缘的第一齿192或更具体地第一齿192的绝缘辐条部分192c上。在一些实施例中，第一定子线圈192h是导电金属的绕组，例如铜绕组。由于第一定子段180上仅有的其他齿是第二齿196和第三齿200，它们均与第一齿192相距120度，因此第一定子线圈192h有利地能够填充或大体上填充第一齿192上的槽192d。换句话说，由于第一定子段180的第一齿192没有紧邻的齿，因此在第一定子线圈192h的绕线过程中，没有其他结构阻止第一定子线圈192h围绕第一齿 192缠绕，直到第一定子线圈192h在周向方向上与外凸缘192a齐平或什至绕过外凸缘192a。第一外夹头192f和第一内夹头192g径向地固定第一定子线圈192h的分别在第一齿192上方和下方延伸的部分，使得第一定子线圈 192h可以缠绕到总高度H4，其大于高度H3(图17)。
继续参考图20，以类似于绝缘的第一齿192缠绕第一定子线圈192h上的方式，第二定子线圈196h和第三定子线圈200h缠绕在第一定子段180的第二绝缘齿196和第三绝缘齿200上。此外，如图21所示，以类似于第一定子线圈192h缠绕在绝缘的第一齿192上的方式，第四定子线圈208h、第五定子线圈212h和第六定子线圈216h缠绕在第二定子段184的绝缘的第四齿208、第五齿212和第六齿216上。
接下来，如图17所示，第一定子段180以第一齿192、第二齿196和第三齿200分别与第四齿208、第五齿212和第六齿216相对的方式轴向地联接到第二定子段184。在一些实施例中，第一定子段180经由相应的第一后部188和第二后部204的焊接而轴向地联接到第二定子段184。然后使用第一跨接导线、第二跨接导线和第三跨接导线来分别电连接第一定子线圈192h 和第四定子线圈208h、第二定子线圈196h和第五定子线圈212h以及第三定子线圈200h和第六定子线圈216h。
每个定子线圈192h、196h、200h、208h、212h、216h分别具有成对的导线部分192i、196i、200i、208i、212i、216i。第一、第二、第三、第四、第五和第六端线部分192i、196i、200i、208i、212i、216i可以彼此电连接、与另一部件电连接或直接电连接至电源，以使得第一定子线圈192h第四定子线圈208h可以传输电流以形成三相定子14b的第一相，第二定子线圈196h和第五定子线圈212h可以传输电流以形成三相定子14b的第二相，并且第三定子线圈196h和第六定子线圈216h可以传输电流以形成三相定子 14b的第三相。然后定子14b被组装并准备好作为马达10的一部分实施。
图22示出了定子284的俯视图，其中定子284具有后部288、具有辐条部分296和横向于辐条部分296延伸的凸缘300的第一齿292，以使得槽302 限定在凸缘300和后部288之间。在凸缘300和后部288之间限定的径向距离在远离辐条部分296的方向上沿槽302增加。定子线圈304通过围绕辐条部分296缠绕圆线308而围绕第一齿292形成。然而，如图22所示，圆线 308的绕组没有大体上填充槽302。图23示出了定子284的俯视图，除了在图23的实施例中，定子线圈304通过围绕辐条部分296缠绕扁线312而围绕第一齿292形成。然而，如图23所示，扁线312的绕组没有大体上填充槽302。
图24示出了定子284的俯视图，除了在图24的实施例中，定子线圈304 通过围绕辐条部分296缠绕不同截面的导体316而围绕第一齿292形成。具体地，定子线圈304包括不同截面的导体316的第一匝320、多个中间匝324 和最后一匝328。如图24所示，不同截面的导体316的最后一匝328的截面长度LF大于第一匝320的截面长度Ll。由于不同截面的导体316的截面长度一般在远离辐条部分296的方向上增加，因此定子线圈304可以大体填满或完全填充槽302。在一些实施例中，不同截面的导体316通过3D打印机施加。
图25示意性地示出了使用3D打印机340在定子的齿336周围施加定子线圈332的方法，其中3D打印机340具有用于施加绝缘体的第一挤压头344 和用于施加诸如铜的导电金属的第二挤压头348。图25示出了齿336的辐条部分352的示意性剖视图，使得内部凸缘不可见。为了在齿336周围施加定子线圈332，第一挤压头344首先在辐条部分352周围印刷第一绝缘层356。然后，第二挤压头348在第一绝缘层356周围印刷第一层导电金属360。然后，第一挤压头344在第一层导电金属360周围印刷第二绝缘层364。然后，第二挤压头348在第二绝缘层364周围印刷第二层导电金属368，其中出于这个简化示例的目的，第二层导电金属368是最后一层导电金属372。第一挤压头344然后在第二层导电金属368周围印刷第三绝缘层376。第一端线连接380然后联接到第一层导电金属360并且第二端线连接384联接到最后一层导电金属372。
尽管该简化示例仅包括两层导电金属，但是图25的方法的实际应用将包括由第一挤压头344和第二挤压头348印刷的更多数量的交替的绝缘层和导电金属层。在一些实施例中，交替的绝缘层和导电金属层由第一挤压头344 和第二挤压头348顺序印刷。在一些实施例中，交替的绝缘层和导电金属层由第一挤压头344和第二挤压头348大体同时印刷。换言之，当第一挤压头 344施加第一绝缘层356时，第二挤压头348施加第一导电金属层360。然后当第一挤压头344施加第二绝缘层364时，第二挤压头348施加第二层导电金属368。通过使用3D打印机340来打印交替的绝缘层和导电金属层，定子齿的槽可以完全填充或大体填满。
图26示意性地示出了在定子的齿336周围施加定子线圈332的另一种方法。图26示出了齿336的辐条部分352的示意性剖视图，使得内部凸缘不可见。首先，围绕辐条部分352施加第一全匝绝缘层372。接着，导电金属的第一半匝376联接到第一绝缘层372。导电金属的第一半匝376以及所有随后的导电金属半匝可以使用任何合适的制造工艺形成，例如挤压、铸造、机加工或3D打印。接着，导电金属的第二半匝380联接到第一绝缘层372，使得现在第一绝缘层372周围有一整匝导电金属。接下来，在导电金属的第一半匝376和第二半匝380之间进行第一电连接384。第一电连接384以及导电金属的半匝之间的所有后续电连接可以使用任何合适的电连接方法制成，例如铜焊、焊接、熔合或螺纹连接。
接下来，将第二全匝绝缘层388施加在导电金属的第一半匝376和第二半匝380上。接着，将第三半匝导电金属392施加到第二绝缘层388，并在导电金属的第二半匝380和第三半匝392之间形成第二电连接396。接着，将导电金属的第四半匝400施加到第二绝缘层388并且在导电金属的第三半匝392和第四半匝400之间进行第三电连接404，使得在该简化示例中，导电金属的第三半匝392和第四半匝400为最后一匝导电金属406。接下来，在导电金属的第三半匝392和第四半匝400周围施加第三全匝绝缘层408。第一端线连接412然后联接到导电金属的第一半匝376并且第二端线连接 416联接到最后一匝导电金属406。虽然该简化示例仅包括由多个半匝导电金属构成的两整匝导电金属，但图26的方法的实际应用将包括更多数量的交替的绝缘和导电金属匝。通过使用图26的方法施加交替的绝缘层和导电金属层，定子齿的槽可以完全填充或大体填满。
图27示出了电动工具500，其包含具有定子14a的BLDC马达10。在诸如电动工具500的无刷马达电动工具中，通过来自控制器的控制信号选择性地启用和禁用开关元件，以选择性地施加来自诸如电池组501的电源的电力，以驱动马达10。在一些实施例中，电池组501是标称18伏、6安培小时的电池组。
在一些实施例中，电动工具500是无刷锤钻，其具有壳体502，壳体502 带有手柄部分504和马达壳体部分506。电动工具500还包括输出驱动器507 (示出为卡盘)、扭矩设置拨盘508、正向/反向选择器510、触发器512、电池接口514和灯516。尽管图27示出了锤钻，但是在一些实施例中，本文所述的马达并入到其他类型的电动工具，包括钻机、冲击起子、冲击扳手、角磨机、圆锯、往复锯、绳式修剪机、吹叶机、吸尘器等。
图28示出了无刷电动工具500的简化框图，其包括电池组501、马达驱动电路524、马达10、霍尔传感器528、马达控制器530、用户输入532和其他部件533(电池电池组电量计、工作灯(LED)、电流/电压传感器等)。电池组501向电动工具500的各种部件提供直流电力并且可以是可充电并且使用例如锂离子电池技术的电动工具电池组。在一些情况下，电池组501可以从联接到标准壁装插座的工具插头接收交流电力(例如，120V/60Hz)，然后过滤、调节和整流接收到的电力以输出直流电力。每个霍尔传感器528输出马达反馈信息，例如当转子18的磁体在该霍尔传感器528的表面上转过时的指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔传感器528的马达反馈信息，马达控制器530可以确定转子18的位置、速度和加速度。马达控制器530还从用户输入532(例如通过按下触发器512或移动正向/反向选择器510)接收用户控制。响应于马达反馈信息和用户控制，马达控制器530将控制信号传输到马达驱动电路524以驱动马达10，如关于图29更详细地解释的。尽管未示出，但是电动工具500的马达控制器530和其他部件电联接到电池组501，使得电池组501向其提供电力。
图29示出了马达驱动电路524的简化框图。马达驱动电路524包括多个高侧功率开关元件540(例如，场效应晶体管(FET))、多个低侧功率开关元件544(例如，FET)、马达制动开关548(用于例如，马达制动FET 548) 和制动电阻器552(也称为制动线圈552)。马达控制器530提供控制信号以控制高侧FET 540和低侧FET 544以基于马达反馈信息和用户控制来驱动马达10，如上所述。例如，响应于检测到触发器512的拉动和来自正向/反向选择器510的输入，马达控制器530提供控制信号以选择性地启用和禁用FET 540和544(例如，顺序地，成对地)，导致来自电池组501的电力被选择性地施加到马达10的定子线圈以引起转子18的旋转。
更具体地，为了驱动马达10，马达控制器530在第一时间段内启用第一高侧FET540和第一低侧FET 544对(例如，通过在FET的栅极端子处提供电压)。响应于基于来自霍尔传感器528的脉冲确定马达10的转子18已经旋转，马达控制器530禁用第一FET对，并启用第二高侧FET 540和第二低侧FET 544。响应于基于来自霍尔传感器528的脉冲确定马达10的转子已经旋转，马达控制器530禁用第二FET对，并启用第三高侧FET 540和第三低侧FET544。响应于基于来自霍尔传感器528的进一步脉冲确定马达10的转子已经旋转，马达控制器530禁用第三FET对并返回以启用第一高侧FET 540 和第三低侧FET 544。这种循环启用成对的高侧FET 540和低侧FET 544的顺序重复进行，以驱动电机10。此外，在一些实施例中，控制信号包括具有与触发器512的触发器拉动量成比例而设置的占空比的脉宽调制(PWM)信号，从而控制马达10的速度或扭矩。
为了停止马达10，马达控制器530使低侧FET 544短路(即，启用低侧 FET 544并禁用高侧FET 540)以允许反电动势流过马达10的马达线圈。反电动势在转子18的磁铁上提供制动力。对于其中可能希望马达10更快停止的电动工具500(例如，锯、磨床等)，使用附加电阻来制动马达10。如图 30所示，马达控制器526控制制动FET 548闭合，从而将制动电阻器552 连接到马达10的电流路径。与没有制动电阻器552的马达驱动电路524相比，制动电阻器552吸收过电流并使马达10更快地停止。在所示的示例中，高压侧FET 540也闭合以允许反电动势从马达10流过高压侧FET 540、制动电阻器552并流到接地或负极端子。
在一些实施例中，在定子14a的组装期间，可以添加马达制动线圈552。例如，图31示出了在第一定子线圈38h和第二定子线圈42h已经围绕绝缘的第一齿38和第二齿42缠绕之后(如图9所示)，马达制动电阻线圈552 围绕第一定子线圈38h和第二定子线圈42h(未示出)缠绕。单个线圈用作马达制动线圈552并且例如首先围绕定子线圈38h缠绕，然后围绕第二定子线圈42h缠绕。由于第一定子段22上唯一的另一个齿是第二齿42，其与第一齿38成180度，因此第一定子线圈38h和马达制动线圈552有利地能够填充或基本填满第一齿38上的槽38d。换句话说，由于第一定子段22的第一齿38没有紧邻的齿，因此在第一定子线圈38h和马达制动线圈552的绕线过程中，没有其他结构阻止第一定子线圈38h和马达制动线圈552围绕第一齿38缠绕，直到马达制动线圈552在周向方向上与外凸缘38a齐平或什至绕过外凸缘38a。第一外夹头38f和第一内夹头38g径向地固定第一定子线圈38h和马达制动线圈552的分别在第一齿38上方和下方延伸的部分，使得第一定子线圈38h和马达制动线圈552能够被缠绕到第二总高度H2，其大于第一高度H1。同样，这些原理适用于围绕第二齿42缠绕马达制动线圈 552。然后，定子14a的其余部分可以如上文所述和图10至图13所示的进行组装(除了在本实施例中，定子14a包括制动线圈552)。
在一些实施例中，马达制动线圈552可以缠绕成使得马达制动线圈552 的端部572和576设置在马达10的同一侧。例如，定子线圈38h、42h、50h、 54h、62h、66h的第一至第六端线部分38i、42i、50i、54i、62i、66i设置在电动马达10的一端并且马达制动线圈552b的端部572和576设置在马达 10的另一端。马达制动线圈552的端部572和576连接在电池组501和制动 FET 548之间，并在图31中示出。
在图32所示的实施例中，马达制动线圈552缠绕在马达10的定子14a 上。在组装定子14a之后，马达制动线圈552在第一绝缘端盖70和第二绝缘端盖78之间缠绕在定子14a上。在图32所示的实施例中，马达制动线圈 552缠绕在第二环形后部46周围。在其他示例中，马达制动线圈552也可以缠绕在电动工具500的另一个大物体上。马达制动线圈552是例如类似于用于定子线圈38h、42h、50h、54h、62h、66h的线圈。可以从用于定子线圈 38h、42h、50h、54h、62h、66h的材料中切割出合适长度的线圈，以用作马达制动线圈552。马达制动线圈552的端部572和576连接在电源122和制动FET 548之间，并在图32中示出。图32的实施例还示出了多个安装耳，例如在第一环形后部34上的径向地向外延伸的凸台578，其可用于将定子14a固定在电动工具内(例如通过将紧固件穿过凸台578)。在一些实施例中，凸台578被注塑成型到定子14a上。
与架式电阻器(over the shelf resistor)相比，马达制动线圈552 将制动电阻分布在更大的区域上。因此，马达制动线圈552产生的热量比架式电阻器少。由于在马达制动线圈552中流动的电流而产生的热量在更大的表面积上产生，从而允许更容易消散。此外，由于马达制动线圈552由用于定子线圈38h、42h、50h、54h、62h、66h的相同线圈制成并且不需要额外的散热器，因此马达制动线圈552导致电动工具500的成本降低。
图33至图38示出了根据本实用新型一些实施例的马达1000。与马达 10一样，马达1000可以并入到图28的工具500中并且是图28的框图中的马达10的示例。此外，与马达10一样，马达1000也可以并入到其他类型的电动工具中，如上所述。马达1000包括定子1100、驱动轴1300的转子 1200、风扇1400和位置传感器板组件1500。定子线圈未在图33中示出，但在下面更详细地描述。定子1100还包括定子框架1535，其包括前定子端盖 1542和后定子端盖1544。前定子端盖1542和后定子端盖1544可以一体地形成为单件(即定子框架1535)，或者，可以是一起形成定子框架1535的两个单独的件。定子框架1535可以通过注塑成型工艺形成，例如，通过将树脂材料注射到包括定子叠片堆叠1550(图38)的模具中。因此，定子框架 1535可以是由硬化树脂形成的单体结构(monolithic structure)。
位置传感器板组件1500设置在马达1000的前侧，并且风扇1400设置在马达1000的后侧。在一些实施例中，马达1000的定子线圈可以在定子1100 的后侧布线。例如，定子线圈可以在定位在定子1100的后定子端盖1544上的翼片1110的帮助下布线。在一些实施例中，可以与定子14a或定子14b 相同的方式组装定子1100并且定子线圈可围绕定子1100的齿缠绕。在一些实施例中，定子线圈可以与定子284所描述的相同方式缠绕在定子1100的齿上。在一些实施例中，可以使用图25或图26中示意性示出的方法，以与定子线圈332所描述的相同方式将定子线圈缠绕在定子1100的齿上。
图34是转子1200和风扇1400的透视图。转子1200包括转子芯1210 和转子框架1220。转子芯1210由转子叠片制成，转子叠片形成转子堆叠，并且限定了用于接收轴1300的中心孔(图38)和用于接收转子磁体的磁体接收孔(图38)。图35是转子框架1220和风扇1400的透视图。转子框架 1220包括设置在转子1200的前侧的第一面部1222(也称为面板)、磁体容纳部分1224和设置在转子1200的与前侧相对的后侧的端部1226。端部1226 包括第二面部1225和风扇1400。第一面部1222和第二面部1225容纳具有转子叠片的转子芯1210。即，第一面部1222和第二面部1225在它们之间包围转子叠片堆叠(即，转子芯1210)。第一面部1222和第二面部1225还将转子磁体保持在转子芯1210的磁体接收孔中。与上述转子202和320不同，转子1200不包括具有附加端盖的单独转子壳体。因此，第一面部1222和第二面部1225可被称为转子1200的转子端盖。与转子202和320中的转子端盖的固定(非旋转)构造不同，第一面部1222和第二面部1225与转子芯1210 一起旋转。磁体容纳部分1224容纳插入转子芯1210中的永磁体。磁体壳体部分1224还延伸穿过转子芯1210的磁体孔，如图38所示。
从图34和图35可以看出，转子框架1220与风扇1400一体形成。转子框架1220和风扇1400可以在注塑成型过程期间一体地形成。在注塑成型过程中，转子芯1210和转子磁体可以放置在模具中，同时塑料或树脂材料被注入模具中以形成转子框架1220和风扇1400。因此，转子框架1220可以是由硬化树脂形成的单体结构。在一些实施例中，例如，风扇1400可以压配合到转子框架1220上，而不是注塑成型以将风扇1400与转子框架1220一体形成。
在一些实施例中，第一面部1222可以包括孔1228。可以提供孔以平衡马达1000。孔1228的数量和位置可以在注塑成型过程中基于转子1200的重量和尺寸不平衡来确定。在一些实施例中，也可以使用其他马达平衡技术。在一个示例中，模具可以被修改或校准，以使得风扇1400或转子框架1220 的某些部分可以被移除以平衡马达1000。对于特定的模具，样品转子1200 可以使用所述的注塑成型来形成。可以测试样品转子1200以检测不平衡。基于该不平衡，可以在模具中放置突起或柱以占据模具中的空间并防止注入的树脂材料在该位置形成，从而导致孔1228。在另一示例中，孔1228可通过在注塑成型工艺之后从转子1200的树脂形成部分刮掉或以其他方式去除材料而形成。在一些实施例中，塑料或树脂材料可以被注入到磁体接收孔中，使得塑料或树脂材料在磁体接收孔内向前和向外推动转子磁体以便于均匀分布，从而减少不平衡。
返回到图33，马达1000还包括前轴承1600，其将轴1300可旋转地联接到齿轮箱900。因此，前轴承1600将马达1000固定到齿轮箱900。参考图36，马达1000还包括设置在风扇1400的后开口中的后轴承1700。后轴承1700的外圈可定位在位于电动工具壳体102后部的凹槽内，以将马达1000 固定在电动工具500内。
图37示出了位置传感器板组件1500。位置传感器板组件1500包括环形部分1510(也称为环形板部分)，其具有从环形部分1510径向地向外延伸的腿1520。位置传感器板组件1500包括霍尔传感器528(或其他位置传感器) (图28)以检测马达1000的旋转位置、速度和加速度中的一个或多个。返回图33，紧固件1530穿过腿1520中的孔1525延伸到定子1100的定子框架 1535的紧固件安装部1532(图33)中，以将位置传感器板组件1500固定到定子1100。腿1520周向地定位在环形部分1510上以与相邻的定子端盖齿 1540之间的间隙对齐，使得腿1520延伸穿过相邻的定子端盖齿1540之间的间隙。这种对准以及环形部分1510具有小于定子框架1535的内径的直径使得位置传感器板组件1500能够定位成更靠近转子1200并且位于定子包络 1565内(图38)。这种定位使霍尔传感器128能够更靠近转子磁体并减少马达1000的轴向长度。
图38是马达1000的剖视图。在所示的实施例中，定子1100包括具有预定数量的定子叠片710的定子叠片堆叠1550。定子叠片710一起限定在轴向方向上在定子叠片堆叠1550的轴向端之间延伸的堆叠长度1560。图38 还示出了定子叠片堆叠1550的外径1562。在图33至图38所示的实施例中，外径1562为50mm，但在其他实施例中，外径1562可以更大或更小。
图38还示出了电动马达1000的定子包络1565，其在定子框架1535的轴向端之间(即，在定子前端盖1542和定子后端盖1544的轴向端面之间) 延伸。在一些实施例中，位置传感器板组件1500、第一面部1222和第二面部1225在定子包络1565内，而端部1226部分在定子包络1565内且部分在定子包络1565外。前轴承1600和后轴承1700可以位于定子包络1565外。
此外，前轴承1600和后轴承1700在轴向方向上在前轴承1600和后轴承1700的轴向端之间限定了轴承到轴承长度1570。此外，位置传感器板组件1500和后轴承1700在轴向方向上在位置传感器板组件1500和后轴承 1700的轴向端之间限定了轴承到板长度1575。轴承到板长度，例如轴承到板长度1575，描述了位于马达轴向地相对的两侧的轴承和位置传感器板组件之间的距离。在一些实施例中，定子1100(包括定子框架1535)、转子1200、转子框架1220、风扇1400、位置传感器板组件1500、前轴承1600和后轴承 1700可以完全位于轴承到轴承长度1570内。在一些实施例中，定子1100(包括定子框架1535)、转子1200、转子框架1220、风扇1400、位置传感器板组件1500和后轴承1700可以完全位于轴承到板内长度1575内，而前轴承 1600可以(部分地或完全地)在轴承到板长度1575之外。
在一些实施例中，轴承到轴承长度1570是51.5毫米并且轴承到板长度 1575是44.5毫米。但是，这些长度根据堆叠长度1560变化。堆叠长度1560 可以基于期望的马达特性对于每个马达1000而有所不同。例如，堆叠长度 1560可基于马达1000的输出要求在大约10毫米和45毫米之间变化。在一些实施例中，轴承到轴承长度1570和堆叠长度1560之间的差为27.5毫米或小于27.5毫米。在一些实施例中，轴承到轴承长度1570和堆叠长度1560 之间的差小于26.5毫米、小于28.5毫米、小于29.5毫米、小于30.5毫米、在25.5毫米和30.5毫米之间、在25.5毫米和27.5毫米之间、在27.5毫米和30.5毫米之间、在26.5毫米和28.5毫米之间或在25.5毫米和30.5 毫米之间的其他范围。例如，可以通过减小轴承1600、1700或端部1226之一或两者的轴向厚度来在该范围内调节该差。在本文的测量范围的上下文中，例如“在25.5毫米和28.5毫米之间”，术语“在…之间”旨在包括大于或等于下端点并且小于或等于上端点的值。因此，作为示例，25.5毫米被认为在25.5毫米和28.5毫米之间。在一些实施例中，轴承到板长度1575和堆叠长度1560之间的差为20.5毫米或小于20.5毫米。在一些实施例中，轴承到板长度1575和堆叠长度1560之间的差小于19.5毫米、小于21.5毫米、小于22.5毫米、小于23.5毫米、在18.5毫米和23.5毫米之间、在20.5 毫米和23.5毫米之间、在19.5毫米和21.5毫米之间或在18.5毫米和23.5 毫米之间的其他范围。例如，可以通过减小轴承1700或端部1226的轴向厚度在该范围内调节该差。
在一些实施例中，轴承到轴承长度1570可以在30毫米到60毫米的范围内，这取决于堆叠长度1560、风扇1400的轴向风扇长度和位置传感器板组件1500的板厚(在轴向方向上)。在此，轴承到轴承长度1570与堆叠长度1560、风扇的轴向风扇长度1400和位置传感器板组件1500的板厚之和之间的差为15毫米或小于15毫米。一些实施例中，该差小于14毫米、小于16毫米、小于17毫米、小于18毫米、小于19毫米、小于20毫米、在13 毫米和15毫米之间、在15毫米和20毫米之间、在14毫米和16毫米之间、在13毫米和18毫米之间或在13毫米和20毫米之间的其他范围。例如，可以通过减小轴承1600、1700中的一个或两个的轴向厚度来在该范围内调节该差。因此，实施例的配置提供了轴向地紧凑的马达设计。
如图39所示，定子1100包括后定子部1705。多个齿围绕后定子部1705 的内圆周布置并且从后定子部1705径向地向内延伸。与定子14a和14b一样，在一些实施例中，定子1100包括总共六个径向地向内延伸的齿。出于说明的目的，图39中仅示出了多个齿中的两个，即第一齿1710和相邻的第二齿1715。第一齿1710包括远离第一齿1710延伸的第一凸缘1720，并且第二齿1715包括远离第二齿1715并朝向第一凸缘1720延伸的第二凸缘 1725。
与定子14a和14b一样，绝缘体1730覆盖第一齿1710和第二齿1715 的部分以及后定子部1705。具体地，绝缘体1730包括覆盖后定子部1705 的后绝缘部1735、覆盖第一齿1710的第一齿部1740、覆盖第二齿1715的第二齿部1745、覆盖第一凸缘1720的第一凸缘部1750以及覆盖第二凸缘 1725的第二凸缘部1755。第一凸缘部1750具有与后绝缘部1735处于面对关系的第一面1760，并且第二凸缘部1755具有与后绝缘部1735处于面对关系的第二面1765。第一面1760与第二面1765大体上一起限定边界平面P，使得在后绝缘部1735、第一齿部1740、第二齿部1745和边界平面P之间限定横截面槽面积SA。
如图40所示，在定子1100的组装期间，构成第一定子线圈1775的第一多根导电(例如铜)线1770缠绕在第一齿1710周围并因此在横截面槽面积SA内布置在第一齿1710和第二齿1715之间。类似地，在定子1100的组装期间，构成第二定子线圈1785的第二多根导电(例如铜)线1780缠绕在第二齿1715周围并因此在横截面槽面积SA内布置在第一齿1710和第二齿 1715之间。如上所述，在一些实施例中，可以与定子14a或定子14b相同的方式组装定子1100并且将定子线圈围绕定子1100的齿缠绕。在一些实施例中，定子线圈可以与定子284所描述的相同方式缠绕在定子1100的齿上。在一些实施例中，可以使用图25或图26中示意性示出的方法，以与定子线圈332所描述的相同方式将定子线圈缠绕在定子1100的齿上。
在横截面槽面积SA内的每条单独铜线1770、1780的横截面面积的总和共同限定总横截面绕组面积WA，从而限定了横截面绕组面积WA与横截面槽面积SA的比例的槽填充率(WA/SA)。在一些实施例中，槽填充率为0.30或更大。在一些实施例中，槽填充率为0.37或更大。在一些实施例中，槽填充率为0.45或更大。在一些实施例中，槽填充率为0.57或更大。虽然图40 仅示出了布置在第一齿1710和第二齿1715之间的线材1770、1775，但是不同的定子线圈的线材也将布置在定子1100上的每对相邻的齿之间，以使得定子1100上的每对相邻齿之间的槽填充率大体相似或相同。
以下的四个表示出了在马达1000汲取不同的电流强度水平40A、60A、 80A、100A下实施0.30、0.37、0.45和0.57的槽填充率时所确定的马达1000 和电动工具500的性能特征的测试结果。对每一个电流强度和槽填充率的组合进行了一次测试。在这些测试的每一个中，定子叠片堆叠1550具有24mm 的堆叠长度1560和50mm的外径1562。此外，在这些测试的每一个中，与电动工具500一起使用的电池组501是标称18伏、6安培小时的电池组。
每个表都列出了定子1100中每对相邻的齿之间的槽的槽填充率。每个表还列出了马达驱动电路524或马达1000的定子线圈中的一个达到临界温度所需的运行时间(以连续秒为单位的运行时间)，其中在该临界温度下，马达控制器530将关闭马达1000以防止对其造成损坏。每个表还列出了以瓦为单位的电动工具500的功率输出、以每分钟立方英尺(CFM)为单位的通过电动工具500的气流，以及以每CFM瓦为单位的功率输出，它测量了电动工具500可以在每气流速率下执行工作以保持电动工具500冷却的比率。
表1示出了当马达1000汲取40A电流时，并比较了当马达1000的定子 1100在每对相邻的齿之间具有0.30、0.37、0.45和0.57的槽填充率时的性能特征。
表1–马达1000汲取40A电流
槽填充率 0.30 0.37 0.45 0.57
达到临界温度所需的时间(秒) 536 484 424 511
功率输出(瓦) 541 525 550 537
通过工具500的气流(CFM) 4.9 4.4 4 3.8
功率输出/CFM(瓦/CFM) 110.4 119.3 137.5 141.3
表2示出了当马达1000汲取60A电流时，并比较了当马达1000的定子1100在每对相邻的齿之间具有0.30、0.37、0.45和0.57的槽填充率时的性能特征。
表2–马达1000汲取60A电流
槽填充率 0.30 0.37 0.45 0.57
达到临界温度所需的时间(秒) 27 79 76 91
功率输出(瓦) 728 722 755 755
通过工具500的气流(CFM) 4.2 3.9 3.3 3.1
功率输出/CFM(瓦/CFM) 173.33 185.13 228.79 243.55
表3示出了当马达1000汲取80A电流时，并比较了当马达1000的定子 1100在每对相邻齿之间具有0.30、0.37、0.45和0.57的槽填充率时的性能特征。
表3–马达1000汲取80A电流
槽填充率 0.30 0.37 0.45 0.57
达到临界温度所需的时间(秒) 15 27 37 43
功率输出(瓦) 827 832 874 900
通过工具500的气流(CFM) 3.5 3.1 2.9 2.6
功率输出/CFM(瓦/CFM) 236.3 268.4 301.4 346.2
表4示出了当马达1000汲取100A电流时，并比较了当马达1000的定子1100在每对相邻的齿之间具有0.30、0.37、0.45和0.57的槽填充率时的性能特征。
表4–马达1000汲取100A电流
槽填充率 0.30 0.37 0.45 0.57
达到临界温度所需的时间(秒) 8 15 19 26
功率输出(瓦) 847 871 907 970
通过工具500的气流(CFM) 3.0 2.7 2.5 2.0
功率输出/CFM(瓦/CFM) 282.3 322.6 362.8 485.0
图41提供了达到临界温度所需的时间的条形图表示，其中对定子1100 的变化为分别在40A、60A、80A和100A负载下具有0.30、0.37、0.45和0.57 的槽填充率。对于60A、80A和100A的负载，实施0.57的槽填充率会导致达到临界温度所需的时间比实施0.30、0.37或0.45的槽填充率的时间更长。这是因为填充第一齿1710和第二齿1715之间的槽的铜的增加的量提高了定子线圈的散热能力。因此，对于0.57的槽填充率，与0.30、0.37和0.45 的槽填充率相比，来自马达驱动电路524和马达1000本身的更多热能可以被铜吸收，从而导致马达1000和马达驱动电路524需要更长的时间才能达到它们各自的临界温度。实际上，在一些测试中，还显示当使用0.57的槽填充率时，与使用0.30、0.37和0.45的槽填充率相比，电池组501在比更低的温度下运行，这表明填充了定子齿之间的槽的额外的铜也从电池组501 吸收热量。
在前述测试中，马达驱动电路524被布置为远离马达1000。然而，在马达驱动电路524布置在马达1000附近或上的实施例中，达到临界温度所需的时间增加可能更大，因为线圈将具有增加的能力从马达驱动电路524吸收热能(因为它们更加接近)。此外，在马达1000布置在完全封闭的系统中(其中在马达1000的壳体外部的空气不允许流过马达1000)的实施例中，与在开放系统中使用马达1000时相比，使用更高的槽填充率来散热马达驱动电路524可能会增加达到临界温度所需的时间。由于在40A时对每个槽填充率仅进行了一次测试，并且因为在40A时达到临界温度所需的时间比在60A、 80A或100A时长得多，因此方差很可能可以解释槽填充率与在40A下达到临界温度所需的时间之间的关系差异。
由于使用更高的槽填充率而使得达到临界温度所需的时间更长，这在更高的负载(例如60A、80A和100A)下尤其有利，因为电动工具500可以运行的持续时间增加，这可能代表操作者能够完成高难度的高负荷操作或马达 1000(例如完成一个困难的紧固件)与马达驱动电路524达到临界温度并关闭而因此在继续操作之前需要操作者等待电动工具500冷却之间的差异。
图42提供了通过电动工具500的气流的条形图表示，其中对定子1100 的变化为分别在40A、60A、80A和100A下使用0.30、0.37、0.45和0.57 的槽填充率。如图42所示，通过电动工具500的气流随着槽填充率的增加而减少，这是有更多铜填充定子1100上相邻的齿之间的每个槽的合理结果。具体而言，在每个槽中填充的铜越多，空气流过的空间就越小，从而导致CFM 降低。
图43提供了由电动工具500产生的功率的条形图表示，其中对定子1100 的变化为分别在40A、60A、80A和100A下使用0.30、0.37、0.45和0.57 的槽填充率。在每个测试中，功率输出是使用测功机(dynamometer)测量的，该测功机可以测量能量输出，例如输出驱动器507的能量输出。如图43 所示，在较高负载的80A和100A的测试中，槽填充率和功率之间存在正相关关系。在这些测试中，在较高的槽填充率下增加的铜降低了定子1100的定子线圈的阻抗，导致能量损失较少，从而使马达1000更有效地将来自电池组501的电力传送到输出驱动器507。尽管40A和60A的测试的槽填充率和功率之间没有直接的正相关关系，但这很可能是由于方差造成的。
图44示出了以每CFM瓦为单位的功率输出，其测量电动工具500可以在每气流速率下执行工作以保持电动工具500冷却的比率，其中电动工具 500的变化为分别在40A、60A、80A和100A下使用0.30、0.37、0.45和0.57 的槽填充率。在上述测试中，由于铜占据的额外体积，因此使用较高的槽填充率既增加了马达1000产生的功率又导致更低的CFM。然而，由于较高的槽填充率导致马达驱动电路524的散热增加，因此需要较少的空气来保持马达驱动电路524冷却，使得较低的CFM不会对马达1000的性能产生负面影响。因此，随着槽填充率增加，电动工具500在更长的时间段内产生更多功率而不达到临界温度的能力增加。
在权利要求中阐述了本实用新型的各种特征。

Claims (23)

1.一种定子，其特征在于，所述定子包括：
后定子部；
从所述后定子部径向地向内延伸的第一齿；
从所述后定子部径向地向内延伸的第二齿；
远离所述第一齿延伸的第一凸缘；
远离所述第二齿并朝向所述第一凸缘延伸的第二凸缘；
绝缘体，包括
覆盖所述后定子部的后绝缘部，
覆盖所述第一齿的第一齿部，
覆盖所述第二齿的第二齿部，
覆盖所述第一凸缘的第一凸缘部，所述第一凸缘部具有与所述后绝缘部成面对关系的第一面，以及
覆盖所述第二凸缘的第二凸缘部，所述第二凸缘部具有与所述后绝缘部成面对关系的第二面，所述第一面和所述第二面一起限定边界平面，以使得横截面槽面积限定于所述后绝缘部、所述第一齿部、所述第二齿部和所述边界平面之间；
多条导线，其在所述横截面槽面积中布置在所述第一齿和所述第二齿之间，所述多条导线在所述横截面槽面积内限定横截面绕组面积，
其中所述横截面绕组面积与所述横截面槽面积之比大于或等于0.45。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述横截面绕组面积与所述横截面槽面积之比大于或等于0.57。
3.一种电动工具，其特征在于，所述电动工具包括：
输出构件，
无刷直流电动马达，其具有被配置为向所述输出构件提供扭矩的转子，所述无刷直流电动马达包括定子，所述定子包括
后定子部；
从所述后定子部径向地向内延伸的第一齿；
从所述后定子部径向地向内延伸的第二齿；
远离所述第一齿延伸的第一凸缘；
远离所述第二齿并朝向所述第一凸缘延伸的第二凸缘；
绝缘体，包括
覆盖所述后定子部的后绝缘部，
覆盖所述第一齿的第一齿部，
覆盖所述第二齿的第二齿部，
覆盖所述第一凸缘的第一凸缘部，所述第一凸缘部具有与所述后绝缘部成面对关系的第一面，以及
覆盖所述第二凸缘的第二凸缘部，所述第二凸缘部具有与所述后绝缘部成面对关系的第二面，所述第一面和所述第二面一起限定边界平面，以使得横截面槽面积限定于所述后绝缘部、所述第一齿部、所述第二齿部和所述边界平面之间；
多条导线，其布置在所述第一齿和所述第二齿之间，所述多条导线限定在所述横截面槽面积内的横截面绕组面积，
电池，其被配置为向所述无刷直流电动马达供电，以及
马达驱动电路，其被配置为控制所述无刷直流电动马达的操作，
其中所述横截面绕组面积与所述横截面槽面积之比大于或等于0.45。
4.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，所述横截面绕组面积与所述横截面槽面积之比大于或等于0.57。
5.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取40安培的电流时，所述无刷直流电动马达和控制电子设备之一达到临界温度所需的时间大于或等于511秒。
6.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取40安培的电流至少511秒时，通过所述电动工具的气流小于或等于每分钟3.8立方英尺。
7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取40安培电流至少511秒时，所述电动工具输出537瓦的功率。
8.根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取40安培电流至少511秒时，所述电动工具的功率输出与通过所述电动工具的气流之比大于或等于每立方英尺每分钟141瓦。
9.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取60安培的电流时，所述无刷直流电动马达和控制电子设备之一达到临界温度所需的时间大于或等于91秒。
10.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取60安培的电流至少91秒时，通过所述电动工具的气流小于或等于每分钟3.1立方英尺。
11.根据权利要求10所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取60安培的电流至少91秒时，所述电动工具输出755瓦的功率。
12.根据权利要求11所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取60安培的电流至少91秒时，所述电动工具的功率输出与通过所述电动工具的气流之比大于或等于每立方英尺每分钟243瓦。
13.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取80安培的电流时，所述无刷直流电动马达或控制电子装置之一达到临界温度所需的时间大于或等于43秒。
14.根据权利要求13所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取80安培的电流至少43秒时，通过所述电动工具的气流小于或等于每分钟2.6立方英尺。
15.根据权利要求14所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取80安培的电流至少43秒时，所述电动工具输出900瓦的功率。
16.根据权利要求15所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取80安培电流至少43秒时，所述电动工具的功率输出与通过所述电动工具的气流之比大于或等于每立方英尺每分钟346瓦。
17.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取100安培的电流时，所述无刷直流电动马达或控制电子装置之一达到临界温度所需的时间大于或等于26秒。
18.根据权利要求17所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取100安培的电流至少26秒时，通过所述电动工具的气流小于或等于每分钟2.0立方英尺。
19.根据权利要求18所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取100安培的电流至少26秒时，所述电动工具输出970瓦的功率。
20.根据权利要求19所述的电动工具，其特征在于，当所述无刷直流电动马达从所述电池连续汲取100安培电流至少26秒时，所述电动工具的功率输出与通过所述电动工具的气流之比大于或等于每立方英尺每分钟485瓦。
21.一种定子，其特征在于，所述定子包括：
后部；
齿，其具有从所述后部径向地向内延伸的辐条部分和横向于所述辐条部分延伸的凸缘，以使得在所述凸缘和所述后部之间限定槽；以及
定子线圈，其围绕所述齿的所述辐条部分并在所述槽内以渐进的匝缠绕，所述渐进的匝包括第一匝、多个中间匝和最后一匝，
其中，所述定子线圈的最后一匝具有比所述定子线圈的所述第一匝更大的横截面长度。
22.根据权利要求21所述的定子，其特征在于，所述定子线圈的每一匝具有横截面长度，并且其中每一匝的横截面长度都大于前一匝。
23.一种电动工具，其特征在于，所述电动工具包括：
输出构件，
无刷直流电动马达，其具有被配置为向所述输出构件提供扭矩的转子，所述无刷直流电动马达包括定子，所述定子包括
后定子部；
从所述后部径向地向内延伸的第一齿；
从所述后部径向地向内延伸的第二齿；
远离所述第一齿延伸的第一凸缘；
远离所述第二齿并朝向所述第一凸缘延伸的第二凸缘；
绝缘体，包括
覆盖所述后定子部的后绝缘部，
覆盖所述第一齿的第一齿部，
覆盖所述第二齿的第二齿部，
覆盖所述第一凸缘的第一凸缘部，所述第一凸缘部具有与所述后绝缘部成面对关系的第一面，以及
覆盖所述第二凸缘的第二凸缘部，所述第二凸缘部具有与所述后绝缘部成面对关系的第二面，所述第一面和所述第二面一起限定边界平面，以使得横截面槽面积限定于所述后绝缘部、所述第一齿部、所述第二齿部和所述边界平面之间；
多条导线，其布置在所述第一齿和所述第二齿之间，所述多条导线在所述横截面槽面积内限定横截面绕组面积，
电池，其被配置为向所述无刷直流电动马达供电，以及
马达驱动电路，其被配置为控制所述无刷直流电动马达的操作，
其中所述横截面绕组面积与所述横截面槽面积之比大于或等于0.45；以及
所述电动工具的功率输出与通过所述电动工具的气流之比大于或等于每立方英尺每分钟346瓦。
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