TWM550510U - 用於動力工具之無刷馬達 - Google Patents

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TWM550510U
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安德烈 T. 貝葉爾
齊斯 布朗格
艾利克斯 休柏
威廉 A. 艾爾格
傑佛瑞 M. 瓦克威茲
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米沃奇電子工具公司
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Description

用於動力工具之無刷馬達
相關申請案 本申請案主張2016年3月30日申請之美國臨時專利申請案第62/315479號之優先權，該美國臨時專利申請案之整體內容藉此以引入方式併入本文。
本新型係關於用於動力工具之無刷馬達。其中係關於用於動力工具之無刷馬達。
動力工具通常包括馬達，該馬達連接至電源以供動力至工具。一此馬達為有刷直流(DC)馬達。在有刷DC馬達中，馬達電刷由於轉子之旋轉而做出且斷開連至馬達之電氣連接。按照慣例，有刷DC馬達由於其製造之相對容易性及低成本而使用於動力工具中。然而，有刷DC馬達在使用於動力工具中時具有若干缺點。有刷DC馬達之一缺點在於電刷最終磨損，從而減少動力工具之壽命。此外，因為電刷做出且斷開電氣連接，所以在動力工具內可存在電火花及電氣雜訊。無刷DC馬達為使用於動力工具中的另一類型之馬達。無刷DC馬達使用電氣控制的開關來將功率選擇性施加至馬達之線圈以驅動轉子，而非電刷。
本新型係提出用於動力工具之無刷馬達。本新型之實施例針對用於動力工具之無刷DC馬達且針對併入此類無刷DC馬達的動力工具。在一實施例中，提供一動力工具，該動力工具包括一殼體、該殼體內之一控制器、以及一無刷馬達，該無刷馬達處於該殼體內且藉由該控制器控制。該無刷馬達包括一定子總成及一轉子總成。該定子總成包括一定子芯體，該定子芯體具有帶有環形部分及向內延伸定子齒之定子疊片。該轉子總成包括一轉子芯體，該轉子芯體具有轉子疊片且界定收納輸出軸桿的一中心孔徑。該轉子總成進一步包括該轉子芯體之第一側上之一轉子護環(end cap)，該轉子護環具有軸承夾持具且界定一通道，其中該通道在該轉子護環之面向該轉子芯體之一側上為開啟。該無刷馬達進一步包括：設置於該軸承夾持具中的一軸承，該軸承將該轉子護環耦接至該輸出軸桿；以及一位置感測器板總成，其設置於該轉子護環之該通道中，且經組配來將該轉子芯體之位置資訊提供至該控制器。
在另一實施例中，提供一無刷直流馬達，該無刷直流馬達包括一定子總成、一轉子總成、一軸承及一位置感測器板總成。該定子總成包括定子芯體，該定子芯體具有帶有環形部分及向內延伸定子齒之定子疊片。該轉子總成包括一轉子芯體，該轉子芯體具有轉子疊片且界定收納輸出軸桿的一中心孔徑。該轉子總成進一步包括該轉子芯體之第一側上之一轉子護環，該轉子護環具有軸承夾持具且界定一通道，其中該通道在該轉子護環之面向該轉子芯體之一側上為開啟。該軸承設置於該軸承夾持具中，該軸承將該轉子護環耦接至該輸出軸桿。該位置感測器板總成設置於該轉子護環之該通道中，且經組配來將該轉子芯體之位置資訊提供至馬達控制器。
在另一實施例中，提供一動力工具，該動力工具包括一殼體、該殼體內之一控制器、及一無刷馬達，該無刷馬達處於該殼體內且藉由該控制器控制。該無刷馬達包括一定子總成、一轉子總成及一位置感測器板總成。該定子總成包括定子芯體，該定子芯體具有帶有環形部分及向內延伸定子齒之定子疊片。該定子總成在軸向方向上界定一定子護殼，該定子護殼在該定子總成之定子護環之軸向端間延伸。該轉子總成包括一轉子芯體，該轉子芯體具有轉子疊片且界定一中心孔徑，該中心孔徑在軸向方向上延伸且收納輸出軸桿。該轉子總成進一步包括設置於轉子芯體之第一側上的一前轉子護環，及設置於轉子芯體之第二側上的一後轉子護環。該位置感測器板總成包括一位置感測器，且經組配來將轉子芯體之位置資訊提供至控制器。此轉子總成及位置感測器板總成至少部分設置於該定子護殼內。
在另一實施例中，提供一動力工具，該動力工具包括一殼體、該殼體內之一控制器、以及一無刷馬達，該無刷馬達處於該殼體內且藉由該控制器控制。該無刷馬達包括一定子總成，該定子總成包括具有預定數目之定子疊片的一定子芯體，該等定子疊片界定在軸向方向上的堆疊長度。該無刷馬達進一步包括一前軸承及一後軸承。該前軸承及該後軸承界定介於該前軸承及該後軸承之軸向端之間在該軸向方向上的一軸承至軸承長度。該軸承至軸承長度與該堆疊長度之間的差異小於27.5毫米。
在一些實施例中，該軸承至軸承長度與該堆疊長度之間的差異大於25.5毫米。在一些實施例中，該無刷馬達進一步包括一位置感測器板總成，其中該位置感測器板總成及該後軸承界定介於該後軸承及該位置感測器板總成之軸向端之間在該軸向方向上的一軸承至板長度。該軸承至板長度與該堆疊長度之間的差異小於20.5毫米。在一些實施例中，該無刷馬達至少部分在該軸承至軸承長度內具有：一轉子總成、一風扇及一位置板總成。該轉子總成包括轉子芯體，該轉子芯體具有轉子疊片且界定一中心孔徑，該中心孔徑在該軸向方向上延伸且收納輸出軸桿，該輸出軸桿與該前軸承及該後軸承共同運作以使該轉子芯體能夠旋轉。
在另一實施例中，提供一動力工具，該動力工具包括一殼體；該殼體內之一控制器；以及一無刷馬達，該無刷馬達處於該殼體內且藉由該控制器控制。該無刷馬達包括一定子總成，該定子總成包括具有預定數目之定子疊片的一定子芯體，該等定子疊片界定在軸向方向上的堆疊長度。該無刷馬達進一步包括一轉子總成，該轉子總成包括一轉子芯體，該轉子芯體具有轉子疊片且界定一中心孔徑，該中心孔徑在軸向方向上延伸且收納輸出軸桿。該轉子總成進一步包括設置於該轉子芯體之第一側上的一前轉子護環；以及設置於該轉子芯體之第二側面上的一後轉子護環，該後轉子護環具有一後軸承夾持具。該無刷馬達進一步包括一前軸承及一後軸承。該後軸承設置於該後軸承夾持具中。該前軸承及該後軸承夾持具界定介於該前軸承及該後軸承夾持具之軸向端之間在軸向方向上的一軸承至軸承長度，其中該軸承至軸承長度與該堆疊長度之間的差異小於24毫米。
在一些實施例中，該無刷馬達至少部分在該軸承至軸承長度內具有：轉子總成、風扇、以及置設於該後轉子護環之一通道中的一位置感測器板總成。
在另一實施例中，提供一動力工具，該動力工具包括一殼體、該殼體內之控制器、及一無刷馬達，該無刷馬達處於該殼體內且藉由該控制器控制。該無刷馬達包括一定子總成及一轉子總成。該定子總成包括具有預定數目之定子疊片的一定子芯體，該等定子疊片界定在軸向方向上的堆疊長度。該轉子總成包括一轉子芯體，該轉子芯體具有轉子疊片且界定一中心孔徑，該中心孔徑在軸向方向上延伸且收納輸出軸桿。該轉子總成進一步包括：設置於該轉子芯體之第一側上的一前轉子護環，該前轉子護環具有一前軸承夾持具；以及設置於該轉子芯體之第二側上的一後轉子護環。該無刷馬達進一步包括一風扇、一前軸承及一後軸承。該前軸承設置於該前軸承夾持具中。該前軸承夾持具及該風扇界定介於該前軸承夾持具及該風扇之軸向端間在軸向方向上的一軸承至風扇長度，其中該軸承至風扇長度與該堆疊長度之間的差異小於23.5毫米。
在一些實施例中，該風扇及該前轉子護環之前面界定介於該風扇及該前面之軸向端之間在該軸向方向上的一風扇至護環長度，其中該風扇至護環長度與該堆疊長度之間的差異小於20.5毫米。在一些實施例中，該無刷馬達至少部分在該軸承至風扇長度內具有：該轉子總成、該前軸承、該後軸承、該風扇、以及置設於該後轉子護環之一通道中的一位置感測器板總成。
在另一實施例中，提供一動力工具，該動力工具包括一殼體、該殼體內之一控制器、以及一無刷馬達，該無刷馬達處於該殼體內且藉由該控制器控制。該無刷馬達包括一定子總成及一轉子總成。該定子總成包括一定子芯體，該定子芯體具有帶有環形部分及向內延伸定子齒之定子疊片。該轉子總成包括一轉子芯體，該轉子芯體具有轉子疊片且界定收納輸出軸桿的一中心孔徑。該轉子總成進一步包括一轉子框架，該轉子框架包括該轉子芯體之第一側上的一第一面部分、延伸穿過該轉子芯體的一磁鐵殼體部分、及轉子芯體之與第一側相對的第二側上的一端部分。此端部分包括經組配來在該轉子經驅動時產生氣流的一風扇。
在一些實施例中，該轉子框架為單塊的且由硬化樹脂形成。在一些實施例中，該端部分進一步包括一第二面部分，該等轉子疊片形成具有磁鐵孔徑之一轉子堆疊，且該第一面部分及該第二面部分緊靠該轉子堆疊之相對軸向端，且將一磁鐵保持在該磁鐵孔徑內。
另一實施例提供一動力工具，該動力工具包括一殼體及一無刷直流(DC)馬達，該無刷直流(DC)馬達處於該殼體內且電氣連接至一電源。該無刷DC馬達包括形成一定子護殼的一定子，及凹入該定子護殼內的一轉子。該無刷DC馬達亦包括凹入該定子護殼內且處於無刷DC馬達之風扇端處的一第一軸承，及凹入該定子護殼內且處於無刷DC馬達之工具端處的一第二軸承。該無刷DC馬達進一步包括霍耳感測器印刷電路板(PCB)，該霍耳感測器印刷電路板凹入定子護殼內。在一些實例中，第一軸承及第二軸承部分處於定子護殼內且部分在定子護殼外側。在一些實例中，轉子及位置感測器板總成完全處於定子護殼內。
另一實施例提供一動力工具，該動力工具包括一殼體及一無刷直流(DC)馬達，該無刷直流(DC)馬達處於該殼體內且電氣連接至一電源。該無刷DC馬達包括一定子，該定子具有多個齒及在該等多個齒周圍的一定子繞組。該無刷DC馬達亦包括介於該等多個齒之間的多個間隙及轉子外殼，該轉子外殼具有密封該等多個間隙的多個支腳。該無刷DC馬達包括部分藉由該等支腳及定子齒形成之經密封氣隙。在一些實例中，此經密封氣隙進一步藉由轉子外殼之前護環、轉子外殼之後護環、前護環內之前軸承、後護環內之後軸承及軸桿形成。在一些實例中，轉子處於經密封氣隙內且在該經密封氣隙中旋轉。在一些實例中，位置感測器板總成處於該經密封氣隙內。在一些實例中，位置感測器板總成位於後護環之一面向馬達側上的後部護環之一通道內。
另一實施例提供一動力工具，該動力工具包括一殼體及一無刷直流(DC)馬達，該無刷直流(DC)馬達處於該殼體內且電氣連接至一電源。該無刷DC馬達包括該轉子外殼之一前護環及凹入該前護環內的一軸承。此前護環包括供一齒輪箱安裝之數個安裝凸座。軸承自該前護環軸向延伸出，且藉由齒輪箱之一開口收納，使得該軸承由該無刷DC馬達及該齒輪箱所共用。此軸承及前護環進一步位於無刷DC馬達之一定子護殼內。
另一實施例提供一動力工具，該動力工具包括一殼體及一無刷直流(DC)馬達，該無刷直流(DC)馬達處於該殼體內且電氣連接至一電源。該無刷DC馬達包括凹入無刷DC馬達之定子護殼內的一霍耳感測器，該霍耳感測器位於無刷DC馬達之後端處，且在無刷DC馬達之軸承周圍。在一些實例中，無刷DC馬達包括一轉子外殼，該轉子外殼包括一後護環，且該後護環包括收納軸承的一開口。後護環進一步包括徑向朝該開口外的一環形通道，該環形通道收納一霍耳感測器電路板，霍耳感測器位於該霍耳感測器電路板上。在一些實例中，此環形通道位於後護環之一面向馬達側上。
在詳細解釋本新型之任何實施例之前，將理解本新型在其應用方面不限於在以下描述中闡述或在以下圖式中例示的構造細節及組件配置。本新型能夠進行其他實施例且能夠經實踐或以多種方式實施。關於數值的術語：約、近似及大體上，在本文中之使用於一些實施例中可指在數值之百分之一、百分之二、百分之五或百分之十內。
圖1例示併入無刷直流(DC)馬達的動力工具100。在諸如動力工具100之無刷馬達動力工具中，開關元件透過來自控制器的控制信號選擇性地致能及去能，以選擇性地自電源(例如，電池組)施加功率以驅動無刷馬達。動力工具100為無刷鎚鑽機，該無刷鎚鑽機具有帶有手柄部分104及馬達殼體部分106之殼體102。動力工具100進一步包括輸出單元107、轉矩設定刻度盤108、正向/反向選擇器110、觸發器112、電池介面114及燈116。儘管圖1例示一鎚鑽機，但是在一些實施例中，本文所描述之馬達可併入其他類型之動力工具中，包括鑽機/驅動器、衝擊驅動器、衝擊扳手、圓鋸、往復鋸、線式修整器、葉片鼓風機、真空吸塵器等。
圖2例示無刷動力工具100之簡化的方塊圖120，該無刷動力工具包括電源122、場效電晶體(FET) 124、馬達126、霍耳感測器128、馬達控制器130、使用者輸入132及其他組件133 (電池組燃料計、工作燈(LED)、電流/電壓感測器等)。電源122將DC功率提供至動力工具100之各種組件，且可為可再充電及使用例如鋰離子電池技術的一動力工具電池組。在一些情況下，電源122可自耦接至標準壁裝電源插座的工具插頭接收AC功率(例如，120 V/60 Hz)，且隨後濾波、調節並整流所接收功率以輸出DC功率。每一霍耳感測器128輸出馬達回饋資訊，諸如當轉子之磁鐵跨於該霍耳感測器之面旋轉時的指示(例如，脈衝)。基於來自霍耳感測器128的馬達回饋資訊，馬達控制器130可決定轉子之位置、速度及加速度。馬達控制器130亦自使用者輸入132接收使用者控制，諸如藉由按下觸發器112或換檔正向/反向選擇器110。回應於馬達回饋資訊及使用者控制，馬達控制器130傳輸控制信號以控制FET 124來驅動馬達126。藉由選擇性地使FET 124致能及去能，來自電源122的功率經選擇性地施加至馬達126之定子線圈以引起轉子之旋轉。儘管未示出，但是馬達控制器130及動力工具100之其他組件可電氣耦接至電源122，使得電源122將功率提供至該馬達控制器及該等其他組件。
圖3A至圖24例示馬達200或其各種部分。馬達200為充當動力工具100中之馬達126的無刷馬達。如所述，馬達200亦可與其他動力工具一起使用，該等其他動力工具諸如鑽機/驅動器、衝擊驅動器及其他類型之動力工具。如以下將詳細描述的，馬達200包括減少之軸向長度、經密封氣隙、至齒輪箱之改良座架，及改良之線路佈線及支撐件。
如圖3A至圖6中所例示，馬達200包括有一減少之軸向長度之特徵，該減少之軸向長度允許較小工具殼體及/或用於工具殼體內之其他組件之額外空間。馬達200包括轉子202、前軸承204、後軸承206 (共同稱為軸承204、206)、馬達200之定子護殼210內之位置感測器板總成208、及軸桿216。如圖5中所示之定子護殼210為沿轉子軸線214之長度的定子線圈212之端之間的空間。將轉子202、軸承204、206及位置感測器板總成208凹入定子護殼210內，允許軸向方向上的更實密的馬達200。本文中，軸向方向指沿馬達200之軸桿216之長度(亦即，沿中心軸線)延伸的方向，而徑向方向指自軸桿216之長度(亦即，中心軸線)徑向延伸的方向。轉子202經例示為完全處於定子護殼210內。在一些實施例中，軸承204、206及位置感測器板總成208亦完全處於定子護殼210內。在一些實施例中，位置感測器板總成208完全處於定子護殼210內，但軸承204、206中一個或兩個部分在定子護殼210內側且部分在定子護殼210外側。在一些實施例中，軸承204、206完全處於定子護殼210內，但位置感測器板總成208部分在定子護殼210內側且部分在定子護殼210外側。在一些實施例中，位置感測器板總成208及一軸承(例如，前軸承204或後軸承206之一者)完全處於定子護殼210內，而另一軸承(例如，前軸承204或後軸承206中之另一者)部分在定子護殼210內側且部分在定子護殼210外側。
位置感測器板總成208包括用以偵測馬達200之旋轉位置、速度及加速度中一或多個的霍耳感測器128 (或其他位置感測器) (參見圖2)。位置感測器板總成208電氣耦接至工具(未示出)內之具有馬達控制器130之一控制PCB。如圖4B、圖5及圖6中所示，位置感測器板總成208包括貫穿孔，該貫穿孔收納馬達軸桿/心軸216及馬達軸承中一個(例如，前軸承204)兩者。藉由使位置感測器板總成208凹入定子護殼210內，使轉子磁鐵218與霍耳感測器128更靠近，此舉在不軸向延伸轉子磁鐵218及/或轉子芯體203 (參見圖12至圖14)的情況下改良轉子位置之偵測。
轉子202容納在圖12至圖14中所示之轉子外殼220內。轉子外殼220包括具有堆疊在一起之轉子疊片之轉子芯體203、前轉子護環222及後轉子護環224 (前轉子護環222及後轉子護環224共同稱為轉子護環222、224)，並且若干支腳226在轉子護環222、224之間軸向延伸。前轉子護環222包括用以收納環形位置感測器板總成208的一環形通道228。通道228提供封裝位置感測器板總成208之簡化構件，且改善位置感測器板總成208之入侵保護。通道228亦可稱為凹部或溝槽。通道228亦包括用以確保位置感測器板總成208在通道228內之適當置設的定位器230。在所例示之實施例中，定位器230為嚙合位置感測器板總成208上之對應凹痕且藉由該對應凹痕收納的突出部。前轉子護環222與支腳226整體形成。後轉子護環224包括沿外圓周的突出部232，一個突出部用於每一支腳226。每一突出部232包括用於收納前轉子護環222之對應支腳226之端部的貫穿孔234。支腳226隨後可與其對應突出部232冷樁接、超聲波焊接或以其他方式接合在一起以形成轉子外殼220。每一轉子護環222、224進一步包括軸承開口236，軸承204、206中之一者被收納於該軸承開口中。轉子軸桿216及因此轉子202藉由容納在轉子護環222、224內的軸承204、206支撐。轉子202可另外包括轉子芯體203之前端上的第一面部分223及轉子芯體203之後端上的第二面部分225。第一面部分223及第二面部分225 (共同稱為面部分223、225)完全處於轉子外殼220內。面部分223、225將轉子磁鐵250 (參見圖7A)保持於轉子芯體203之磁鐵收納孔徑中。在一些實施例中，面部分223、225完全處於定子護殼210內。面部分223、225亦可稱為面板。
馬達200包括具有永久磁鐵218之內轉子202，及具有線圈繞組212之外定子238，該等線圈繞組經選擇性激勵以驅動轉子202。參考圖8，外定子238包括定子框架239，該定子框架具有定子238之前側上的第一定子護環242，及定子238之後側上的第二定子護環244。第一定子護環242及第二定子護環244可整體形成為單件(亦即，定子框架239)或替代地可為一起形成定子框架239的兩個分離件。定子框架239可藉由注射模製製程，例如藉由將樹脂材料注射至包括定子疊片堆疊之模具中形成。因此，定子框架239可為由硬化樹脂形成的單塊結構。定子238包括定子疊片(參見例如圖55之定子疊片710)。定子疊片及定子框架239包括供線圈212纏繞在周圍的齒246。在定子238之內徑向端處於每一定子齒246之間為間隙248，如圖8中所示。如圖7A至圖7C中所示，轉子外殼220之每一支腳226套合且置設於每一定子齒246之間的間隙248內。因此，定子齒246之間的間隙248為密封的。密封的間隙248防止污染物及碎屑進入轉子區域中，此舉防止污染物及碎屑潛在地引起破壞或減少馬達200之壽命。轉子外殼220之支腳226及轉子護環222、224以及定子齒246以組合方式提供保護轉子202免於污染物及碎屑的密封轉子空間。另外，在一些實施例中，密封轉子空間提供用於轉子旋轉之較少亂流空間，從而減少馬達振動。在一些實施例中，轉子202可被氣密式密封在馬達200之轉子外殼220及定子齒246內。在其他實施例中，密封並非氣密的，但仍用來阻擋碎屑及污染物進入轉子外殼220內之轉子空間。
定子框架239及相關聯定子總成亦包括藉由定子框架239之徑向最內端形成的內徑252 (參見圖7B)。通道228具有藉由通道228之徑向最外端形成的直徑254 (參見圖13)。在一些實施例中，通道228之直徑254小於定子框架239之內徑252。
圖9A至圖9B例示包括接線板(terminal block) 240的馬達200之改良之線路佈線及支撐特徵。用於馬達200之組裝製程例示於圖10A至圖10G中。在圖10A中，定子疊片經置設在定子護環242、244之間。在圖10B中，線圈繞組212經纏繞在定子齒246周圍。另外，端子經插入接線板240中。在圖10C及圖10D中，轉子外殼220之前護環222及支腳226經插入定子238中。在圖10E中，在組裝之後，包括轉子疊片及永久磁鐵218的轉子芯體203及轉子軸桿216經插入定子238中。在圖10F中，後護環224經緊固至支腳226 (例如，經由超聲波焊接)。在圖10G中，風扇經附接至轉子軸桿216。圖11例示定子框架239移除的馬達200。圖12例示定子238移除的情況下的馬達200。圖13至圖14例示轉子202移除的情況下的轉子外殼220，而圖15例示自轉子外殼220移除的轉子202。圖16至圖24例示馬達200的額外視圖。
圖25為根據另一實施例的無刷DC馬達300的透視圖。類似馬達200，馬達300可併入圖1之工具100中，且為圖2之方塊圖中之馬達126之一實例。另外，類似馬達200，馬達300亦可併入其他類型之動力工具中，如以上所描述。
馬達300包括定子310、驅動軸桿330的自足式轉子320，及風扇340。定子310由堆疊在一起以形成圓柱形芯體的若干定子疊片組成。定子310亦包括定子齒345 (例如，六個齒)，該等定子齒自外圓周環347向內突出(參見圖33)。定子310進一步包括定子框架350，該定子框架包括定子310之前側上的第一定子護環352及定子310之後側上的第二定子護環354。第一定子護環352及第二定子護環354可整體形成為單件(亦即，定子框架350)或替代地可為一起形成定子框架350的兩個分離件。定子框架350可藉由注射模製製程，例如藉由將樹脂材料注射至包括定子疊片堆疊之模具中形成。因此，定子框架350可為由硬化樹脂形成的單塊結構。定子框架350亦包括定子護環齒360，該等定子護環齒在定子齒345上延伸。定子繞組370纏繞在定子齒345及定子護環齒360周圍。
定子繞組370纏繞在定子齒345周圍且電氣連接至線路端子380。線路端子380連接至FET 124以從動力工具100之電源122接收功率(參見圖1至圖2)。線路端子380供應電功率以激勵定子繞組370，藉此在馬達300內側產生電磁場以旋轉轉子320。在一些實施例中，定子繞組370以如圖26中所示之並聯-Δ組態連接。在圖26中，C1至C6表示定子繞組370，而T1至T3表示線路端子380。標號C1至C6可以順時針或反時針方式順序施用(亦即，C1、C2、C3、C4、C5、C6)至定子繞組370，使得例如標記為C1的定子繞組370鄰近標記為C2及C6的定子繞組370，而標記為C3的定子繞組370鄰近標記為C2及C4的定子繞組370。在其他實施例中，定子繞組370以串聯-Δ組態、Y形組態或另一組態連接。
圖27為自足式轉子320的透視圖。自足式轉子320包括轉子外殼415內的轉子芯體410，該轉子外殼包括前護環420、後護環430、支腳440及剛性連接器450。以下更詳細地描述轉子外殼415。轉子芯體410由堆疊在一起以形成圓柱形芯體的若干轉子疊片組成。轉子芯體410包括用以收納轉子磁鐵510的磁鐵收納孔徑(參見圖28)。轉子磁鐵510 (例如，四個永久磁鐵)插入轉子芯體410中(參見例如圖32)。轉子芯體410旋轉地固定至軸桿330，使得轉子芯體410及軸桿330一起旋轉。
圖28為自足式轉子320的橫截面圖。自足式轉子320包括永久磁鐵510。在一些實施例中，自足式轉子320可包括四個永久磁鐵510。永久磁鐵510由於藉由定子310產生的電磁場而產生旋轉機械能。旋轉機械能旋轉轉子芯體410，此舉繼而旋轉軸桿330。軸桿330驅動齒輪箱，該齒輪箱最終驅動動力工具100之工具頭。在馬達300 (及動力工具100)之後端上，軸桿330亦驅動風扇340。轉子202可另外包括轉子芯體410之前端上的第一面部分512，及轉子芯體410之後端上的第二面部分514。第一面部分512及第二面部分514 (共同稱為面部分512、514)完全處於轉子外殼415內。面部分512、514將轉子磁鐵510保持在轉子芯體410之磁鐵收納孔徑中。面部分512、514亦可稱為面板。
自足式轉子320之前護環420及後護環430包括分別用於前軸承520及後軸承530之開口。更特定而言，前護環420包括具有L形通道(L通道) 534之一前開口532以收納前軸承520。更特定而言，L通道534收納前軸承520之凹入部分535。前軸承520之延伸部分536自前護環420向外軸向延伸遠離轉子芯體410。後護環430包括具有U形通道(U通道) 538之後開口537以收納後軸承530。軸桿330以及軸承520及530合作以使轉子芯體410能夠獨立於固定的轉子護環420及430以及支腳440在該轉子芯體之軸線周圍旋轉。前護環420亦包括安裝凸座860，該等安裝凸座用來將齒輪箱固定至馬達300，以下關於圖34A及圖34B進一步詳細地描述此狀況。
後護環430亦包括具有大體上環形形狀的位置感測器板總成540。返回至圖27，剛性連接器450耦接至後護環430，且提供絕緣路徑以將位置感測器板總成540連接至馬達控制器130或動力工具100之電路板。參考圖31B，剛性連接器450及後護環430可共同稱為後總成451。以下關於圖31A及圖35更詳細地描述位置感測器板總成540。
圖29為馬達300的橫截面圖。如所例示，自足式轉子320包括位置感測器板總成540以及軸承520及530置設在馬達300之定子護殼610內。定子護殼610為定子310內的體積。換言之，定子護殼610為徑向向定子繞組370內且在定子護環齒360之外軸向端之間軸向延伸的體積。在一些實施例中，定子護殼610在定子繞組370之軸向外端之間軸向延伸。如所例示，轉子芯體410及位置感測器板總成540完全處於定子護殼610內，且軸承520及530部分處於定子護殼610內。在一些實施例中，一個或兩個軸承520及530可完全在定子護殼610外側(未凹入定子護殼610內)或完全在定子護殼610內側。將自足式轉子320置設在定子護殼610內提供更實密的馬達設計。在一些實施例中，諸如圖29中所例示，面部分512、514完全處於定子護殼210內。
另外，前護環420及後護環430徑向位於定子310內。換言之，轉子護環420及430並未徑向延伸超過定子護環齒360或定子繞組370。實情為，前護環420及後護環430分別收納在徑向朝定子護環齒360內的定子310之前開口及後開口內(參見圖31B)。
圖30為定子310的透視圖。如以上所描述，定子310包括定子疊片710、定子齒345、定子框架350及定子護環齒360。定子310亦包括在定子310之內徑向端處用以提供鄰近齒之間的分離的間隙730。定子框架350包括供定子護環齒360置設的柱桿740。
圖31A為包括轉子護環420及430的轉子外殼415的分解圖。前護環420包括自前護環420延伸的支腳440。後護環430包括在該後護環之圓周上的突出部810。支腳440附接(例如黏著)至突出部810以形成轉子外殼415。另外，突出部810套合在鄰近定子護環齒360之間的間隙730中。後護環430亦包括呈環形通道820 (類似於通道228)之形式的凹部以容置位置感測器板總成540。如以上關於馬達200所描述，環形通道具有較定子框架350之內徑為小的直徑。霍耳感測器128附接至位置感測器板總成540之面向轉子芯體410及前護環420的面向馬達側。因而，霍耳感測器128置設在定子繞組370之長度內(定子護殼610內)從而允許設計具有不懸垂(亦即，延伸超過定子護殼610)的轉子芯體410，但仍在霍耳感測器128與永久磁鐵510之間提供短距離。
圖31B為定子框架350及轉子護環420及430的分解圖。定子框架350包括後面部分835、前面部分840、及連接後面部分835及前面部分840的中間部分845。定子框架350進一步包括接線板夾持具850，具有線路端子380的接線板模製品855置設於該接線板夾持具中(與圖25結合參見)。
圖32為馬達300的軸向橫截面圖。如圖中所例示，前護環420之支腳440關閉鄰近定子齒345之間的間隙730。因而，轉子護環420及430提供用於轉子芯體410之經密封氣隙870。此經密封氣隙為定子310及轉子外殼415內的空腔，轉子芯體410在該空腔內旋轉。經密封氣隙870為定子310內的藉由前護環420、後護環430、支腳440、定子齒345及定子護環齒360形成的密封空腔。此經密封氣隙870防止污染物進入空腔，轉子芯體410在該空腔中旋轉且位置感測器板總成540位於該空腔中。
圖33例示定子繞組370及定子框架350隱藏的情況下的馬達300的橫截面且提供經密封氣隙870的另一視圖。如所例示，支腳440關閉定子齒345之間的間隙730。後軸承530及軸桿330 (參見例如圖28)充滿後開口537，以進一步密封經密封氣隙870以免於外部環境。在相較於圖33中所示的馬達之相對側(在圖33中不可見)上，前開口532同樣藉由前軸承520佔據，以進一步密封經密封氣隙870。位置感測器板總成540亦位於經密封氣隙870內。霍耳感測器128置設在經密封氣隙870內，面向位置感測器板總成540上的轉子芯體410。位置感測器板總成540則可在無塗層或封裝之增添的情況下經保護(例如，免於污染物)。
圖34A為包括至齒輪箱900之連接的馬達300的橫截面圖。如所例示，齒輪箱900收納軸桿330且與馬達300共用前軸承520。前軸承520包括內座圈522及外座圈524 (參見圖34B)。前護環420上的安裝凸座860允許馬達300直接連接至齒輪箱900。齒輪箱900藉由螺釘910固定至馬達300。可藉由馬達300產生的振動經推進穿過齒輪箱900，而非更直接地傳遞至動力工具之殼體。振動因而藉由齒輪箱900抑制。因此，齒輪箱900至馬達300之安裝允許振動將與動力工具之使用者固持的殼體隔離。
圖34B更詳細地例示馬達300與齒輪箱900之間的連接。前護環420上的安裝凸座860具有用以收納螺紋螺釘910的螺紋插入件905。齒輪箱900包括齒輪箱外殼920，該齒輪箱外殼包括孔930。螺釘910之頭部錨固在齒輪箱外殼920內側上，且螺釘910之螺紋部分經由孔930傳遞至安裝凸座860。齒輪箱外殼920進一步包括第二L通道940。前護環420之L通道534及齒輪箱900之第二L通道940一起形成用以將前軸承520軸向地保持在齒輪箱900與轉子芯體410之間的一U通道。
圖34C更詳細地例示馬達300與齒輪箱900之間的連接的另一態樣。齒輪箱900包括小齒輪945。小齒輪945經按壓至前軸承520之內座圈522。因而，小齒輪945提供用以鎖定轉子320至前軸承520之置設的機構。
圖35A、圖35B及圖35C更詳細地例示馬達300與齒輪箱900之間的連接。圖35A齒輪箱900相對於馬達300的軸向置設。如圖35B中所例示且先前關於圖34A及圖34B所述，兩個螺釘910用來將馬達300軸向地且旋轉地固定至齒輪箱900。齒輪箱900包括用以將齒輪箱900連接齒輪箱總成之前部分的螺紋螺釘孔955 (圖36中所示)。螺紋螺釘孔955收納諸如螺釘的扣接構件(未示出)，以將齒輪箱900連接至齒輪箱總成的前部分(如圖36中所示)。圖35B及圖35C更詳細地例示小齒輪945的置設型態。如所示，小齒輪945置設在藉由齒輪箱900中之第二L通道940生成的孔處。如可在圖35C中看出，小齒輪延伸穿過齒輪箱900之孔以抵靠前軸承520按壓。
圖36例示齒輪箱900與齒輪箱總成960之其餘部分之間的連接。如所例示，齒輪箱總成960包括齒輪箱900及前部分950。前部分950包括類似於孔930的孔，以允許例如螺釘將前部分950固定至齒輪箱900。來自前部分950的螺釘藉由齒輪箱900之螺紋螺釘孔955收納。前部分950亦包括螺釘孔956，該等螺釘孔與動力工具殼體上之螺紋孔對準且該等螺釘孔收納扣接構件(未示出)以將齒輪箱緊固至動力工具殼體。圖37例示齒輪箱總成960與動力工具100之馬達殼體106之間的連接。應理解，圖37中未示出的動力工具之另一側亦可包括類似螺紋螺釘孔956以將齒輪箱900固定至馬達殼體106。螺紋螺釘孔956收納例如螺釘的扣接構件以將齒輪箱總成960固定至馬達殼體106。
圖38為在後護環430及剛性連接器殼體移除的情況下的馬達300的後透視圖。在後護環430移除的情況下，位置感測器板總成540及剛性連接器450之內電路經暴露且為可觀察的。如先前所述，霍耳感測器128位於位置感測器板總成540之面向轉子芯體410的面向馬達側上。因此，霍耳感測器128在圖38中未示出。霍耳感測器128及位置感測器板總成540使用連接器臂970連接至動力工具100之馬達控制器130。連接器臂970之第一端安裝於位置感測器板總成540之背離轉子芯體410的側965上(亦即，在霍耳感測器128之相對側上)。連接器臂970終止於銷釘980中，該等銷釘經由附接至剛性連接器450的例如帶狀纜線連接至動力工具100之馬達控制器130。連接器臂970經包圍在剛性連接器450中。如可自圖38看出，連接器臂970沿定子繞組370之繞組370a之側行進。連接器臂970中每一個在繞組370a與定子繞組370之各別鄰近繞組370b及370c之間延伸。連接器臂970並未延伸超過定子310之軸向長度。換言之，連接器臂970在定子護殼610內。剛性連接器450及連接器臂970徑向延伸超過定子310之外圓周。
圖39及圖40例示至馬達控制器的位置感測器板總成540連接。連接器線路990可設置於連接器臂970內，該等連接器線路自位置感測器板總成540延伸至銷釘980。連接器線路990可經焊接至位置感測器板總成540，例如，焊接於位置感測器板總成540之開口中。銷釘設置於感測器接線板995處 (圖41中所示)，該感測器接線板轉而連接至動力工具100之馬達控制器130 (例如，經由帶狀纜線)。
圖41例示根據一些實施例的馬達300的透視圖。如所示，前軸承520可完全或部分凹入前護環420之L通道534內，而非在前護環420與齒輪箱900之間共用。在此等實施例中，前軸承520未連接至齒輪箱900。齒輪箱900可與圖34A及34B中所示類似地安裝至前護環420。
圖42為根據另一實施例的無刷DC馬達1000的透視圖。類似馬達200及300，馬達1000可併入圖1之工具100中，且為圖2之方塊圖中之馬達126之一實例。另外，類似馬達200及300，馬達1000亦可併入其他類型之動力工具中，如以上所描述。馬達1000包括定子1100、驅動軸桿1300的轉子1200、風扇1400及位置感測器板總成1500。定子繞組在圖42中未示出，但馬達1000包括類似於圖25中所示之定子繞組370的繞組。定子1100亦包括定子框架1535，該定子框架包括前定子護環1542及後定子護環1544。前定子護環1542及後定子護環1544可整體形成為單件(亦即，定子框架1535)或替代地可為一起形成定子框架1535的兩個分離件。定子框架1535可藉由注射模製製程，例如藉由將樹脂材料注射至包括定子疊片堆疊1550的模具(參見圖47)中形成。因此，定子框架1535可為由硬化樹脂形成的單塊結構。
位置感測器板總成1500設置於馬達1000之前側上，且風扇1400設置於馬達1000之後側上。定子1100可以與定子310類似的方式構造。然而，在一些實施例中，馬達1000之定子繞組可經佈線在定子1100之後側上，而非將定子繞組佈線在定子1100之前側上(如圖25中所示)。例如，定子繞組可藉助於置設在定子1100之後定子護環1544上的耳片1110加以佈線。
圖43為轉子1200及風扇1400的透視圖。轉子1200包括轉子芯體1210及轉子框架1220。轉子芯體1210由轉子疊片組成，該等轉子疊片形成轉子堆疊且該等轉子疊片界定用以收納軸桿1300的中心孔徑(參見圖47)及用以收納轉子磁鐵(參見圖47)的磁鐵收納孔徑，類似於如圖27及圖32中所示之轉子芯體410。圖44為轉子框架1220及風扇1400的透視圖。轉子框架1220包括設置於轉子1200之前側上的第一面部分1222 (亦稱為面板)、磁鐵殼體部分1224、及設置於轉子1200之與前側相對的後側上的端部分1226。端部分1226包括第二面部分1225及風扇1400。第一面部分1222及第二面部分1225容置具有轉子疊片的轉子芯體1210。亦即，第一面部分1222及第二面部分1225將轉子疊片堆疊(亦即，轉子芯體1210)包圍在該第一面部分與該第二面部分之間。第一面部分1222及第二面部分1226亦將轉子磁鐵保持在轉子芯體1210之磁鐵收納孔徑中。與以上轉子202及320相反，轉子1200不包括具有額外護環之分離轉子外殼。因此，第一面部分1222及第二面部分1225可稱為轉子1200之轉子護環。與轉子202及320中之轉子護環之固定(非旋轉)組態相反，第一面部分1220及第二面部分1225與轉子芯體1210一起旋轉。磁鐵殼體部分1224容置插入轉子芯體1210中的永久磁鐵。磁鐵殼體部分1224亦延伸穿過轉子芯體1210之磁鐵孔徑，如圖47中所示。
如可自圖43及圖44看出，轉子框架1220與風扇1400整體形成。轉子框架1220及風扇1400可在注射模製製程期間整體形成。在注射模製製程期間，當塑膠或樹脂材料經注射至晶粒中以形成轉子框架1220及風扇1400時，轉子芯體1210及轉子磁鐵可經置放於晶粒中。因此，轉子框架1220可為由硬化樹脂形成的單塊結構。在一些實施例中，例如，在關於圖25至圖42所描述之實施例中，風扇1400可經按壓套合至轉子框架1220上，而非用以將風扇1400與轉子框架1220整體形成的注射模製。
在一些實施例中，第一面部分1222可包括孔徑1228。孔徑可經設置來平衡馬達1000。孔徑1228之數目及置放可基於轉子1200之重量及大小不平衡在注射模製製程期間決定。在一些實施例中，亦可使用其他馬達平衡技術。在一實例中，模具可經修改或校準，使得風扇1400或轉子框架1220之某些部分可經移除以平衡馬達1000。對於特定晶粒，可使用如所描述之注射模製形成樣品轉子1200。樣品轉子1200可經測試以偵測不平衡。基於不平衡，突出部或柱桿可經置放於晶粒中以佔據晶粒中之空間且防止所注射樹脂材料在該位置中形成，從而導致孔徑1228。在另一實例中，可藉由在注射模製製程之後自轉子1200之樹脂形成部分刮掉材料或以其他方式自該等樹脂形成部分移除材料來形成孔徑1228。在一些實施例中，塑膠或樹脂材料可經插入磁鐵收納孔徑中，使得塑膠或樹脂材料在磁鐵收納孔徑內向前且向外推動轉子磁鐵以用於均勻分佈，從而減少不平衡。
返回至圖42，馬達1000亦包括前軸承1600，該前軸承將軸桿1300可旋轉耦接至齒輪箱900。因而，前軸承1600將馬達1000固定至齒輪箱900。參考圖45，馬達1000亦包括設置於風扇1400之後開口中的後軸承1700。後軸承1700之外座圈可置設在凹部內，該凹部位於動力工具殼體102之後部處，以將馬達1000緊固在動力工具100內。
圖46例示位置感測器板總成1500。位置感測器板總成1500包括具有支腳1520之環形部分1510 (亦稱為環形板部分)，該等支腳自環形部分1510徑向向外延伸。位置感測器板總成1500包括用以偵測馬達1000之旋轉位置、速度及加速度中一或多個的霍耳感測器128 (或其他位置感測器) (參見圖2)。返回至圖42，緊固件1530經由支腳1520中之孔1525延伸至定子1100之定子框架1535之緊固件機架1532 (參見圖42)，將位置感測器板總成1500固定至定子1100。支腳1520圓周地置設於環形部分1510上以與鄰近定子護環齒1540之間的間隙對準，使得支腳1520延伸穿過鄰近定子護環齒1540之間的間隙。此對準及具有小於定子框架1535之內徑的直徑之環形部分1510，使位置感測器板總成1500能夠經置設較接近轉子1200且置設於定子護殼1565內(參見圖47)。此置設型態使霍耳感測器128能夠更接近轉子磁鐵且縮短馬達1000之軸向長度。
圖47為馬達1000的橫截面圖。在所例示之實施例中，定子1100包括定子疊片堆疊1550，該定子疊片堆疊具有預定數目之定子疊片710。圖55例示可分別包括於馬達200、300及400之定子238、310、1100中的定子疊片710之一實施例。返回至圖47，定子疊片710一起界定在軸向方向上的堆疊長度1560，該堆疊長度在定子疊片堆疊1550之軸向端之間延伸。圖47亦例示馬達1000之定子護殼1565，該定子護殼在定子框架1535之軸向端之間(亦即，在前定子護環1542及後定子護環1544之軸向端面之間)延伸。在一些實施例中，位置感測器板總成1500、第一面部分1222及第二面部分1225處於定子護殼1565內，而端部分1226部分地處於定子護殼1565內，且部分地在定子護殼1565外側。前軸承1600及後軸承1700可位於定子護殼1565外側。
另外，前軸承1600及後軸承1700界定介於前軸承1600及後軸承1700之軸向端間在軸向方向上的一軸承至軸承長度1570。此外，位置感測器板總成1500及後軸承1700界定介於位置感測器板總成1500及後軸承1700之軸向端間在軸向方向上的一軸承至板長度1575。一軸承至板長度，諸如軸承至板長度1575，描述位於馬達之軸向相對側上的軸承與位置感測器板總成之間的距離。在一些實施例中，定子1100 (包括定子框架1535)、轉子1200、轉子框架1220、風扇1400、位置感測器板總成1500、前軸承1600及後軸承1700可完全位於軸承至軸承長度1570內。在一些實施例中，定子1100 (包括定子框架1535)、轉子1200、轉子框架1220、風扇1400、位置感測器板總成1500、及後軸承1700可完全處於軸承至板長度1575內，而前軸承1600可(部分或者完全)處於軸承至板長度1575外側。
在一些實施例中，軸承至軸承長度1570為51.5毫米，而軸承至板長度1575為44.5毫米。然而，此等長度基於堆疊長度1560而變化。堆疊長度1560可基於所要的馬達特性針對每一馬達1000而變化。例如，堆疊長度1560可基於馬達1000之輸出要求而在10毫米與45毫米之間變化。在一些實施例中，軸承至軸承長度1570與堆疊長度1560之間的差值為27.5毫米或小於27.5毫米。在一些實施例中，軸承至軸承長度1570與堆疊長度1560之間的差值小於26.5毫米、小於28.5毫米、小於29.5毫米、小於30.5毫米、介於25.5毫米與30.5毫米之間、介於25.5毫米與27.5毫米之間、介於27.5毫米與30.5毫米之間、介於26.5毫米與28.5毫米之間、或介於25.5毫米與30.5毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承1600、1700中一個或兩個或端部分1226之軸向厚度來在範圍內加以調整。就本文之量測範圍，諸如「介於25.5毫米與28.5之間」，「介於……之間」用語意欲包括大於或等於下端點及小於或等於上端點的值。因此，作為一實例，25.5毫米係視為介於25.5毫米與28.5毫米之間。在一些實施例中，軸承至板長度1575與堆疊長度1560之間的差值為20.5毫米或小於20.5毫米。在一些實施例中，軸承至板長度1575與堆疊長度1560之間的差值小於19.5毫米、小於21.5毫米、小於22.5毫米、小於23.5毫米、介於18.5毫米與23.5毫米之間、介於20.5毫米與23.5毫米之間、介於19.5毫米與21.5毫米之間、或介於18.5毫米與23.5毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承1700或端部分1226之軸向厚度在範圍內加以調整。
在一些實施例中，取決於堆疊長度1560、風扇1400之軸向風扇長度、及位置感測器板總成1500(在軸向方向上)之板厚度，軸承至軸承長度1570可在30毫米至60毫米之範圍內。在此，軸承至軸承長度1570與下列項目之總和間的差值為15毫米或小於15毫米：堆疊長度1560、風扇1400之軸向風扇長度及位置感測器板總成1500之板厚度。在一些實施例中，此差值小於14毫米、小於16毫米、小於17毫米、小於18毫米、小於19毫米、小於20毫米、介於13毫米與15毫米之間、介於15毫米與20毫米之間、介於14毫米與16毫米之間、介於13毫米與18毫米之間、或介於13毫米與20毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承1600、1700中一個或兩個之軸向厚度在範圍內加以調整。因此，實施例之組態提供軸向實密的馬達設計。
圖48及圖49為根據另一實施例的無刷DC馬達2000的前透視圖及後透視圖。類似馬達200、300、1000，馬達2000可併入圖1之工具100中，且為圖2之方塊圖中之馬達126之一實例。另外，類似馬達200、300、1000，馬達2000亦可併入其他類型之動力工具中，如以上所描述。馬達2000包括定子2100、驅動軸桿2300的轉子2200、風扇2400及位置感測器板總成2500。馬達2000可類似於馬達200構造，然而，位置感測器板總成2500設置於馬達2000之後側上，且風扇2400設置於馬達2000之前側上。定子2100可以與定子1100類似的方式構造。定子2100亦包括定子框架2125，該定子框架包括前定子護環2130及後定子護環2135。前定子護環2130及後定子護環2130可整體形成為單件(亦即，定子框架2125)或替代地可為一起形成定子框架2125的兩個分離件。定子框架2125可藉由注射模製製程，例如藉由將樹脂材料注射至包括定子疊片堆疊2105的模具(參見圖53)中形成。因此，定子框架2125可為由硬化樹脂形成的單塊結構。
圖50及圖51為轉子2200及風扇2400的前透視圖及後透視圖。轉子2200包括轉子芯體2210、轉子框架2220及轉子護環2230。轉子芯體2210類似於轉子芯體1210，且包括形成轉子堆疊的轉子疊片，該轉子堆疊將轉子磁鐵保持在磁鐵孔徑中且將馬達軸桿2300保持在中心孔徑中。轉子框架2220類似於轉子框架1220 (如圖44中所示)構造，包括第一面部分2222、磁鐵殼體部分2224、及在注射模製製程期間整體形成的端部分2226，其中端部分2226包括風扇2400。因此，轉子框架2220可為由硬化樹脂形成的單塊結構。然而，第一面部分2222 (亦稱為面板)設置於轉子2200之後側上，且端部分2226設置於轉子2200之前側上。端部分2226進一步包括第二面部分2225。第一面部分2222及第二面部分2225緊靠轉子堆疊之相對軸向端，且將磁鐵保持在轉子堆疊之磁鐵孔徑內。類似於第二面部分1225，第二面部分2225可稱為轉子護環(例如，前轉子護環)，該轉子護環與轉子芯體2210一起旋轉。類似於本文所揭示之其他風扇，當轉子經驅動以產生用來冷卻例如馬達2000及其他工具組件的氣流時，風扇2400旋轉。圖52為後轉子護環2230的透視圖。轉子護環2230包括環形部分2232，及自環形部分2232軸向延伸的護環支腳2234。類似於支腳440，護環支腳2234關閉定子2100之內徑向端處介於鄰近定子齒之間的間隙，且提供用於轉子芯體2210之經密封氣隙(參見圖32及圖33中之間隙730、定子齒345及經密封氣隙870)。護環支腳2234沿轉子芯體2210之長度延伸且終止於後定子護環2135處。
轉子護環2230亦包括呈環形部分2232內之環形通道2240之形式的凹部，以容置位置感測器板總成2500。霍耳感測器128附接至位置感測器板總成2500之面向轉子芯體2210之面向馬達側。如以上關於馬達200所描述，環形通道2240具有較定子框架2125之內徑為小的直徑。位置感測器板總成2500可構造成類似於位置感測器板總成540。另外，轉子2200之轉子護環2230包括用於後軸承之開口2236。更特定而言，轉子護環2230包括具有L形通道(L通道) 2238之開口2236以收納後軸承2600 (參見圖53)。L通道2238自環形通道2240之後軸向端部分向外延伸。因而，後軸承2600部分位於定子護殼2120 (參見圖53)內且部分位於馬達2000之定子護殼2120外側。後軸承2600將轉子護環2230可旋轉地耦接至軸桿2300。後軸承2600之外座圈可置設在一凹部內，該凹部位於動力工具殼體102之後部處，以將馬達1000緊固在動力工具100內。
圖53為馬達2000的橫截面圖。馬達2000亦可包括風扇2400之前開口2705中之前軸承2700，該前軸承將軸桿2300可旋轉地耦接至齒輪箱900。圖53亦例示馬達2000之定子護殼2120，該定子護殼在定子框架2125之軸向端間(亦即，在前定子護環2130與後定子護環2135之軸向端面間)延伸。在一些實施例中，第一面部分2222及第二面部分2225可完全處於定子護殼2120內，而端部分1226可部分處於定子護殼2120內且部分在定子護殼2120外側。在一些實施例中，後軸承2600、L通道2238、轉子護環2230、及位置感測器板總成2500 (包括霍耳感測器128)可部分處於定子護殼2120內且部分在定子護殼2120外側。在一些實施例中，位置感測器板總成2500包括霍耳感測器128可完全處於定子護殼2120內。在一些實施例中，霍耳感測器128可完全處於定子護殼2120內，而位置感測器板總成2500可部分處於定子護殼2120內且部分在定子護殼2120外側。在一些實施例中，霍耳感測器128可部分處於定子護殼2120內且部分在定子護殼2120外側，而位置感測器板總成2500可完全在定子護殼2120外側。在一些實施例中，霍耳感測器128可完全處於定子護殼2120內，而位置感測器板總成2500可完全在定子護殼2120外側。前軸承2700可完全在定子護殼2120外側。
在所例示之實施例中，定子2100包括定子疊片堆疊2105，該定子疊片堆疊具有預定數目之定子疊片710。圖55例示可包括在馬達2000之定子2100中的定子疊片710之一實施例。定子疊片堆疊2105在軸向方向上界定堆疊長度2110，該堆疊長度在定子疊片堆疊2105之軸向端之間延伸。另外，前軸承2700及後軸承2600界定介於前軸承2700及後軸承2600之軸向端間在軸向方向上的一軸承至軸承長度2115。在一些實施例中，軸承至軸承長度2115為47.95毫米。然而，此長度基於堆疊長度2110而變化。堆疊長度2110可基於所要的馬達特性針對每一馬達2000而變化。例如，堆疊長度2110可基於馬達2000之輸出要求在約10毫米與45毫米之間變化。在一些實施例中，定子2100 (包括定子框架2125)、轉子2200、轉子框架2220、轉子護環2230、風扇2400、位置感測器板總成2500、前軸承2700及後軸承2600可完全位於軸承至軸承長度2115內。在一些實施例中，軸承至軸承長度2115與堆疊長度2110之間的差值為24毫米或小於24毫米。在一些實施例中，軸承至軸承長度2115與堆疊長度2110之間的差值小於23毫米、小於25毫米、小於26毫米、小於27毫米、介於22毫米與24毫米之間、介於22毫米與27毫米之間、介於24毫米與27毫米之間、介於23毫米與25毫米之間、或介於22毫米與27毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承2600、2700中一個或兩個或端部分2226之軸向厚度來在範圍內加以調整。
在一些實施例中，取決於堆疊長度2110、風扇2400之軸向風扇長度、及位置感測器板總成2500(在軸向方向上)之板厚度，軸承至軸承長度2115可在27毫米至60毫米之範圍內。在此，軸承至軸承長度2115與下列項目之總和間的差值為12毫米或小於12毫米：堆疊長度2110、風扇2400之軸向風扇長度、及位置感測器板總成2500之板厚度。在一些實施例中，此差值小於11毫米、小於13毫米、小於14毫米、小於15毫米、小於16毫米、小於20毫米、介於10毫米與12毫米之間、介於12毫米與20毫米之間、介於11毫米與13毫米之間、介於11毫米與18毫米之間、或介於11毫米與20毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承2600、2700中一個或兩個之軸向厚度在範圍內加以調整。因此，實施例之組態提供軸向實密的馬達設計。
圖54為馬達300的另一橫截面圖。在所例示之實施例中，定子310包括定子疊片堆疊3000，該定子疊片堆疊具有預定數目之定子疊片710。定子疊片堆疊3000界定在軸向方向上的堆疊長度3005，該堆疊長度在定子疊片堆疊3000之軸向端之間延伸。另外，前軸承520及風扇340界定介於前軸承520及風扇340之軸向端間在軸向方向上的一軸承至風扇長度3010。此外，風扇340及前護環420之前面3015界定介於風扇340及前護環420之前面3015之軸向端間在軸向方向上的一風扇至護環長度3020。如所例示，前面3015相較於前軸承520之軸向端軸向向內更接近轉子疊層。
在一些實施例中，軸承至風扇長度3010為47.5毫米，而風扇至護環長度3020為44.5毫米。然而，此等長度基於堆疊長度3005而變化。堆疊長度3005可基於所要的馬達特性針對每一馬達300而變化。例如，堆疊長度3005可基於馬達300之輸出要求變化。在一些實施例中，定子310 (包括定子框架350)、轉子320、轉子外殼415、風扇340、位置感測器板總成540、前軸承520、及後軸承530可完全位於軸承至風扇長度3010內。在一些實施例中，定子310 (包括定子框架350)、轉子芯體410、第一面部分512、第二面部分514、風扇340、位置感測器板總成540、及後軸承530可完全位於風扇至護環長度3020內，而L通道534及前軸承520可部分位於風扇至護環長度3020內，且部分在風扇至護環長度3020外側。在一些實施例中，軸承至風扇長度3010與堆疊長度3005之間的差值為23.5毫米或小於23.5毫米。在一些實施例中，軸承至風扇長度3010與堆疊長度3005之間的差值小於22.5毫米、小於24.5毫米、小於25.5毫米、小於26.5毫米、介於21.5毫米與23.5毫米之間、介於23.5毫米與25.5毫米之間、介於22.5毫米與24.5毫米之間、或介於22.5毫米與26.5毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承520、530中之一或兩個、風扇340、或轉子護環420、430之軸向厚度在範圍內加以調整。在一些實施例中，風扇至護環長度3020與堆疊長度3005之間的差值為20.5毫米或小於20毫米。在一些實施例中，風扇至護環長度3020與堆疊長度3005之間的差值小於19.5毫米、小於21.5毫米、小於22.5毫米、小於23.5毫米、介於18.5毫米與23.5毫米之間、介於20.5毫米與23.5毫米之間、介於19.5毫米與21.5毫米之間、或介於18.5毫米與23.5毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承520、風扇340或轉子護環 420、430之軸向厚度在範圍內加以調整。
在一些實施例中，取決於堆疊長度3005、風扇340之軸向風扇長度、及位置感測器板總成540(在軸向方向上)之板厚度，軸承至風扇長度3010可在27毫米至60毫米之範圍內。在此，軸承至風扇長度3010與下列項目之總和間的差值為12毫米或小於12毫米：堆疊長度3005、風扇340之軸向風扇長度、及位置感測器板總成540之板厚度。在一些實施例中，此差值小於11毫米、小於13毫米、小於14毫米、小於15毫米、小於16毫米、小於20毫米、介於10毫米與12毫米之間、介於12毫米與20毫米之間、介於11毫米與13毫米之間、介於11毫米與18毫米之間、或介於11毫米與20毫米之間的另一範圍。此差值可例如藉由減少軸承520、530中一個或兩個之軸向厚度在範圍內加以調整。因此，實施例之組態提供軸向實密的馬達設計。
因此，本新型尤其提供具有縮短之長度、經密封氣隙、及改良之佈線中之一或多者之無刷馬達。本新型之各種特徵及優點在後附申請專利範圍中予以闡述。
100‧‧‧(無刷)動力工具 102‧‧‧殼體 104‧‧‧手柄部分 106‧‧‧馬達殼體部分 107‧‧‧輸出單元 108‧‧‧轉矩設定刻度盤 110‧‧‧正向/反向選擇器 112‧‧‧觸發器 114‧‧‧電池介面 116‧‧‧燈 120‧‧‧方塊圖 122‧‧‧電源 124‧‧‧場效電晶體(FET) 126、200‧‧‧馬達 128‧‧‧霍耳感測器 130‧‧‧馬達控制器 132‧‧‧使用者輸入 133‧‧‧組件 202‧‧‧(內)轉子 203、410、1210、2210‧‧‧轉子芯體 204、520、1600、2700‧‧‧(前)軸承 206、530、1700、2600‧‧‧(後)軸承 208、540、1500、2500‧‧‧位置感測器板總成 210、610、1565、2120‧‧‧定子護殼 212‧‧‧(定子)線圈；線圈繞組 214‧‧‧轉子軸線 216‧‧‧馬達軸桿/心軸；(轉子)軸桿 218、510‧‧‧轉子磁鐵；永久磁鐵 220、415‧‧‧轉子外殼 222‧‧‧(前)轉子護環；前護環 223、512‧‧‧(第一)面部分 224‧‧‧(後)轉子護環；後護環 225、514‧‧‧(第二)面部分 226、440、1520‧‧‧支腳 228‧‧‧(環形)通道 230‧‧‧定位器 232、810‧‧‧突出部 234‧‧‧貫穿孔 236‧‧‧軸承開口 238‧‧‧(外)定子 239、350、1535、2125‧‧‧定子框架 240‧‧‧接線板 242、352‧‧‧第一定子護環 244、354‧‧‧第二定子護環 246‧‧‧(定子)齒 248、730‧‧‧間隙 250‧‧‧轉子磁鐵 252‧‧‧內徑 254‧‧‧直徑 300、1000、2000‧‧‧(無刷DC)馬達 310、1100、2100‧‧‧定子 320‧‧‧(自足式)轉子 330‧‧‧軸桿 340、1400、2400‧‧‧風扇 345‧‧‧定子齒 347‧‧‧外圓周環 360、1540‧‧‧定子護環齒 370‧‧‧定子繞組 370a、370b、370c‧‧‧繞組 380‧‧‧線路端子 420‧‧‧(前)護環；轉子護環 430‧‧‧(後)護環；轉子護環 450‧‧‧剛性連接器 451‧‧‧後總成 522‧‧‧內座圈 524‧‧‧外座圈 532、2705‧‧‧前開口 534、2238‧‧‧L(形)通道 535‧‧‧凹入部分 536‧‧‧延伸部分 537‧‧‧後開口 538‧‧‧U(形) 710‧‧‧定子疊片 740‧‧‧柱桿 820、2240‧‧‧環形通道 835‧‧‧後面部分 840‧‧‧前面部分 845‧‧‧中間部分 850‧‧‧接線板夾持具 855‧‧‧接線板模製品 860‧‧‧安裝凸座 870‧‧‧經密封氣隙 900‧‧‧齒輪箱 905‧‧‧螺紋插入件 910‧‧‧(螺紋)螺釘 920‧‧‧齒輪箱外殼 930、1525‧‧‧孔 940‧‧‧第二L通道 945‧‧‧小齒輪 950‧‧‧前部分 955‧‧‧螺紋螺釘孔 956‧‧‧(螺紋)螺釘孔 960‧‧‧齒輪箱總成 965‧‧‧側 970‧‧‧連接器臂 980‧‧‧銷釘 990‧‧‧連接器線路 995‧‧‧感測器接線板 1110‧‧‧耳片 1200、2200‧‧‧轉子 1220、2220‧‧‧轉子框架 1222、2222‧‧‧第一面部分 1224、2224‧‧‧磁鐵殼體部分 1225、2225‧‧‧第二面部分 1226、2226‧‧‧端部分 1228‧‧‧孔徑 1300‧‧‧驅動軸桿 1510、2232‧‧‧環形部分 1530‧‧‧緊固件 1532‧‧‧緊固件機架 1542、2130‧‧‧前定子護環 1544、2135‧‧‧後定子護環 1550、2105、3000‧‧‧定子疊片堆疊 1560、2110、3005‧‧‧堆疊長度 1570、2115‧‧‧軸承至軸承長度 1575‧‧‧軸承至板長度 2230‧‧‧轉子護環 2234‧‧‧護環支腳 2236‧‧‧開口 2300‧‧‧(驅動)軸桿；馬達軸桿 3010‧‧‧軸承至風扇長度 3015‧‧‧前面 3020‧‧‧風扇至護環長度
圖1例示併有無刷DC馬達的動力工具。
圖2例示諸如圖1中所例示之無刷動力工具的方塊圖。
圖3A、圖3B及圖3C例示併入圖1之動力工具中的無刷DC馬達之自足式(self-contained)轉子及內部軸承。
圖4A及圖4B例示馬達之凹入霍爾感測器板座架。
圖5例示馬達的橫截面。
圖6例示馬達的透視圖。
圖7A、圖7B及圖7C例示馬達之經密封氣隙。
圖8例示馬達之定子的透視圖。
圖9A及圖9B例示具有改良之線路佈線及支撐特徵之馬達。
圖10A、圖10B、圖10C、圖10D、圖10E、圖10F及圖10G例示馬達之組裝程序。
圖11例示移除定子護環的馬達之定子。
圖12例示具有轉子且移除定子的馬達。
圖13及圖14例示轉子移除的情況下的馬達之轉子外殼。
圖15例示自轉子外殼移除的轉子。
圖16至圖24例示馬達的額外視圖。
圖25為根據另一實施例之馬達的透視圖。
圖26例示圖25之馬達之繞組連接。
圖27為圖25之馬達之自足式轉子的透視圖。
圖28為圖25之馬達之自足式轉子的橫截面圖。
圖29為圖25之馬達的橫截面圖。
圖30為圖25之馬達之定子的透視圖。
圖31A為圖25之馬達之轉子護環的分解圖。
圖31B為圖25之馬達之定子護環及轉子護環的分解圖。
圖32為圖25之馬達的軸向橫截面圖。
圖33為圖25之馬達的橫截面透視圖。
圖34A、圖34B及圖34C為圖25之馬達的橫截面圖，該馬達包括至齒輪箱之連接。
圖35A、圖35B及圖35C例示馬達與齒輪箱之間的連接。
圖36為齒輪箱連接的透視圖。
圖37為動力工具的展示齒輪箱連接的透視圖。
圖38為圖25之馬達的透視圖。
圖39為印刷電路板總成的透視圖。
圖40為圖39之印刷電路板總成的另一透視圖。
圖41為根據另一實施例的併入圖1之動力工具中的馬達的透視圖。
圖42為根據另一實施例的併入圖1之動力工具中的馬達的透視圖。
圖43為圖42之馬達之轉子的透視圖。
圖44為圖43之轉子的轉子護環的透視圖。
圖45為圖42之轉子的後透視圖。
圖46為圖42之馬達之位置感測器板總成的透視圖。
圖47為圖42之馬達的橫截面。
圖48為根據另一實施例的併入圖1之動力工具中的馬達的透視圖。
圖49為圖48之馬達的後透視圖。
圖50為圖48之馬達之轉子的透視圖。
圖51為圖50之轉子的後透視圖。
圖52為圖50之轉子之轉子護環的透視圖。
圖53為圖42之馬達的橫截面。
圖54為根據另一實施例的併入圖1之動力工具中的馬達的橫截面。
圖55為根據一實施例的定子疊片的平面圖。
100‧‧‧(無刷)動力工具
102‧‧‧殼體
104‧‧‧手柄部分
106‧‧‧馬達殼體部分
107‧‧‧輸出單元
108‧‧‧轉矩設定刻度盤
110‧‧‧正向/反向選擇器
112‧‧‧觸發器
114‧‧‧電池介面
116‧‧‧燈

Claims (20)

  1. 一種動力工具，其包含： 一殼體； 一控制器，其處於該殼體內；以及 一無刷馬達，其處於該殼體內且藉由該控制器控制，該無刷馬達包含： 一定子總成，其包括一定子芯體，該定子芯體具有帶有一環形部分及向內延伸之定子齒之定子疊片； 一轉子總成，其包括： 一轉子芯體，其具有轉子疊片且界定收納一輸出軸桿的一中心孔徑；以及 一轉子護環，其處於該轉子芯體之一第一側上，該轉子護環具有一軸承夾持具且界定一通道，其中該通道在該轉子護環之面向該轉子芯體之一側上為開啟， 一軸承，其設置於該軸承夾持具中，該軸承將該轉子護環耦接至該輸出軸桿，及 一位置感測器板總成，其設置於該轉子護環之該通道中，且經組配來將該轉子芯體之位置資訊提供至該控制器。
  2. 如請求項1之動力工具，其中該通道為環形的，且具有較該定子總成之一內徑為小的一直徑。
  3. 如請求項1之動力工具，其中該位置感測器板總成包括環形的一印刷電路板。
  4. 如請求項1之動力工具，其中該定子總成包括一第一定子護環及一第二定子護環，且該等定子疊片係設置在該第一定子護環與該第二定子護環之間，且其中該定子總成在一軸向方向上界定一定子護殼，該定子護殼在該第一定子護環及該第二定子護環之軸向端之間延伸，且其中該位置感測器板總成處於該定子護殼內。
  5. 如請求項4之動力工具，其中該軸承至少部分處於該定子護殼內。
  6. 如請求項4之動力工具，該轉子總成進一步包含： 一第二轉子護環，其設置於該轉子芯體之一第二側上；以及 支腳，其在該等定子齒之間自該第二轉子護環延伸至該轉子護環，以密封該等定子齒之間於該定子芯體之一內徑向端處的氣隙。
  7. 如請求項6之動力工具，其進一步包含： 一齒輪箱，其藉由緊固件安裝至該第二轉子護環； 一第二軸承，其設置於該第二轉子護環之一第二軸承夾持具中，其中該第二軸承將該第二轉子護環耦接至該輸出軸桿，且其中該第二軸承至少部分處於該定子護殼內。
  8. 如請求項1之動力工具，該轉子總成進一步包含： 一連接器部分，其提供佈線介於該位置感測器板總成與一感測器接線板間的一連接之一路徑，其中該路徑在該定子總成之鄰近線圈之間自該通道延伸至該感測器接線板。
  9. 一種無刷直流馬達，其包含： 一定子總成，其包括一定子芯體，該定子芯體具有帶有一環形部分及向內延伸定子齒之定子疊片； 一轉子總成，其包括： 一轉子芯體，其具有轉子疊片且界定收納一輸出軸桿的一中心孔徑；以及 一轉子護環，其處於該轉子芯體之一第一側上，該轉子護環具有一軸承夾持具且界定一通道，其中該通道在該轉子護環之面向該轉子芯體之一側上為開啟； 一軸承，其設置於該軸承夾持具中，該軸承將該轉子護環耦接至該輸出軸桿；及 一位置感測器板總成，其設置於該轉子護環之該通道中，且經組配來將該轉子芯體之位置資訊提供至一馬達控制器。
  10. 如請求項9之無刷直流馬達，其中該通道為環形的，且具有較該定子總成之一內徑為小的一直徑。
  11. 如請求項9之無刷直流馬達，其中該位置感測器板總成包括環形的一印刷電路板。
  12. 如請求項9之無刷直流馬達，其中該定子總成包括一第一定子護環及一第二定子護環，且該等定子疊片設置在該第一定子護環與該第二定子護環之間，且其中該定子總成在一軸向方向上界定一定子護殼，該定子護殼在該第一定子護環及該第二定子護環之軸向端之間延伸，且其中該位置感測器板總成處於該定子護殼內。
  13. 如請求項12之無刷直流馬達，其中該軸承至少部分處於該定子護殼內。
  14. 如請求項12之無刷直流馬達，該轉子總成進一步包含： 一第二轉子護環，其設置於該轉子芯體之一第二側上；以及 支腳，其在該等定子齒之間自該第二轉子護環延伸至該轉子護環，以密封該等定子齒之間的該定子芯體之一內徑向端處的氣隙。
  15. 如請求項9之無刷直流馬達，該轉子總成進一步包含： 一連接器部分，其提供佈線介於該位置感測器板總成與一感測器接線板間的一連接之一路徑，其中該路徑在該定子總成之鄰近線圈之間自該通道延伸至該感測器接線板。
  16. 一種動力工具，其包含： 一殼體； 一控制器，其處於該殼體內；以及 一無刷馬達，其處於該殼體內且藉由該控制器控制，該無刷馬達包括： 一定子總成，其包括一定子芯體，該定子芯體具有帶有一環形部分及向內延伸定子齒之定子疊片，其中該定子總成在一軸向方向上界定一定子護殼，該定子護殼在該定子總成的定子護環之軸向端之間延伸， 一轉子總成，其包括： 一轉子芯體，其具有轉子疊片且界定一中心孔徑，該中心孔徑在該軸向方向上延伸且收納一輸出軸桿； 一前轉子護環，其設置於該轉子芯體之一第一側上；及 一後轉子護環，其設置於該轉子芯體之一第二側上；以及 一位置感測器板總成，其包括位置感測器且經組配來將該轉子芯體之位置資訊提供至該控制器， 其中該轉子總成及該位置感測器板總成至少部分設置於該定子護殼內。
  17. 如請求項16之動力工具，其中該前轉子護環具有一前軸承夾持具，而該後轉子護環具有一後軸承夾持具，且其中該無刷馬達進一步包含： 一前軸承，其將該輸出軸桿耦接至該前轉子護環；及 一後軸承，其將該輸出軸桿耦接至該後轉子護環；且 其中該前軸承及該後軸承至少部分設置於該定子護殼內。
  18. 如請求項16之動力工具，其中 該後轉子護環界定一通道且具有較該定子總成之一內徑為小的一直徑；及 該通道在該後轉子護環之面向該轉子芯體的一側上為開啟，而該位置感測器板總成設置於該通道中。
  19. 如請求項18之動力工具，其中該後轉子護環進一步包含： 一連接器部分，其提供佈線介於該位置感測器板總成與一感測器接線板間的一連接之一路徑，其中該路徑在該定子總成之鄰近線圈之間自該通道延伸至該感測器接線板。
  20. 如請求項16之動力工具，其中該位置感測器板總成包括一環形板部分及支腳，其自該環形板部分徑向向外延伸，且其中該位置感測器板總成之該等支腳中的至少一支腳延伸穿過該等定子護環中之一第一定子護環之鄰近定子護環齒之間的一間隙。
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