动力工具的制作方法
【专利说明】动力工具
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2013年6月6日提交的美国临时专利申请号61/832，012的优选权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
[0003]本实用新型涉及无刷电机动力工具。
【背景技术】
[0004]动力工具的电机可以大体分为两类:有刷电机和无刷电机。在有刷电机中，电机刷由于转子的旋转形成和断开与电机的电连接。在无刷电机动力工具例如图1所示的动力工具100中，开关元件通过来自控制器的控制信号选择性地被激活和被禁用，以选择性地施加来自功率源的功率以驱动该无刷电机。动力工具100是具有包括把手部104和电机壳体部106的壳体102的无刷锤钻。动力工具100还包括输出单元107、扭矩设定盘108、前进/后退选择器110、扳机112、电池接口 114以及灯116。
[0005]图2显示了动力工具100的简化的方框图120，其包括功率源122 (例如，电池组)、场效应晶体管(FET) 124、电机126、霍尔传感器128、电机控制单元130、用户输入132以及其他零件133 (电池组燃料计量器、工作灯(LED)、电流/电压传感器等)。霍尔传感器128提供电机信息反馈，例如电机旋转位置信息，这些信息可以被电机控制单元130利用以确定电机的位置、电压和/或加速度。电机控制单元130接收来自用户输入132的用户控制，例如通过按压扳机112或转变前进/后退选择器110。响应于电机信息反馈和用户控制，电机控制单元130传输控制信号以精确地控制FET 124以驱动电机126。通过选择性地激活和禁用FET 124，来自功率源122的功率被选择性地施加到电机126以引起转子的旋转。虽然没有显示，但是电机控制单元130和动力工具100的其他零件选择性地连接于功率源122以使得功率源122可向它们提供功率。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型因此提供了一种新的动力工具以克服现有技术中存在的技术问题，特别是需改善动力工具内部的线路复杂度和装配复杂度，并且如何使得内部结构更加紧凑和有效，以使得其设计更加具有灵活度。
[0007]在一种实施方式中，本实用新型提供了一种动力工具，该动力工具包括:壳体和无刷直流电机，该无刷直流电机在所述壳体中。所述无刷直流电机包括转子和定子，其中所述转子连接于电机轴以产生旋转输出。所述动力工具进一步包括环形金属端部片、散热器和印刷电路板PCB。所述环形金属端部片位于所述无刷直流电机的第一端，所述散热器位于所述无刷直流电机的与所述第一端相对的第二端以使得所述无刷直流电机位于所述散热器和所述环形金属端部片之间。所述散热器和所述环形金属端部片固定在一起以夹持所述无刷直流电机，从而将所述散热器刚性地连接于所述无刷直流电机。所述印刷电路板PCB位于所述无刷直流电机的第二端并且固定于所述散热器。
[0008]在另一种实施方式中，本实用新型提供了一种动力工具，该动力工具包括:壳体和无刷直流电机，该无刷直流电机在所述壳体中。所述无刷直流电机包括转子和定子，其中所述转子连接于电机轴以产生旋转输出。所述动力工具进一步包括环形金属端部片、散热器、螺纹紧固件以及印刷电路板PCB。所述环形金属端部片位于所述无刷直流电机的第一端，所述散热器位于所述无刷直流电机的与所述第一端相对的第二端。所述无刷直流电机位于所述散热器和所述环形金属端部片之间并且具有轴向长度。所述螺纹紧固件延伸所述无刷直流电机的轴向长度并且将所述散热器固定于所述环形金属端部片。所述印刷电路板PCB位于所述无刷直流电机的第二端并且固定于所述散热器。所述印刷电路板PCB包括霍尔传感器、功率开关元件(例如场效应晶体管)以及所述电机轴延伸通过的通孔。
[0009]在另一种实施方式中，本实用新型提供了一种动力工具，该动力工具包括:壳体和无刷直流电机，该无刷直流电机在所述壳体中。所述无刷直流电机包括转子和定子，其中所述转子连接于电机轴以产生旋转输出。所述动力工具进一步包括环形金属端部片、散热器、螺纹紧固件以及印刷电路板PCB。所述环形金属端部片位于所述无刷直流电机的第一端。所述散热器位于所述无刷直流电机的与所述第一端相对的第二端以使得所述无刷直流电机位于所述散热器和所述环形金属端部片之间。所述散热器和所述环形金属端部片固定在一起以夹持所述无刷直流电机，从而将所述散热器刚性地连接于所述无刷直流电机。所述无刷直流电机具有轴向长度并且所述螺纹紧固件延伸所述轴向长度并且将所述散热器固定于所述环形金属端部片。所述印刷电路板PCB位于所述无刷直流电机的第二端并且固定于所述散热器。所述印刷电路板PCB包括霍尔传感器、功率开关元件以及所述电机轴延伸通过的通孔。
[0010]本实用新型所揭露的实施方式因此使得动力工具内部的零件之间线路连接和装配复杂度得以减少，因此这些零件的布置更加紧凑和高效，使得动力工具在设计方面具有更大的灵活性。此外，更加简化的内部空间布置使得零件的热量管理得以提升，冷却气流能更好地到达例如场效应管的组件，使得其能够在更高的电流水平操作，并且电机也能够以更高的功率水平操作并在更长的时间内产生更高的扭矩。
[0011]通过考虑详细说明和以下附图本实用新型的其他方面将变得更加明显。
【附图说明】
[0012]图1显示了无刷动力工具。
[0013]图2显示了无刷动力工具的方框图。
[0014]图3A、图3B和图4提供了图1的无刷动力工具的额外的视图。
[0015]图5显不了霍尔传感器板。
[0016]图6-图7显示了具有结合的冲浪板形PCB的无刷动力工具。
[0017]图8A-图8C提供了所述结合的冲浪板形PCB的额外的视图。
[0018]图9-图11显示了另一种具有结合的冲浪板形PCB的无刷动力工具。
[0019]图12-图14显示了另一种具有结合的冲浪板形PCB的无刷动力工具。
[0020]图15显示了具有结合的环形PCB的无刷动力工具。
[0021]图16A-图16B显示了图15的动力工具的结合的环形PCB。
[0022]图17A-图17B显示了图15的动力工具的结合的霍尔和FET PCB。
[0023]图18A-图18B显示了 PCB堆叠的结合的控制PCB。
[0024]图19A-图19G显示了将霍尔和FET PCB以及散热器连接于无刷电机的过程。
[0025]图20显示了用于无刷电机的绕线技术。
[0026]图21显示了与无刷动力工具一起使用的另一种结合的霍尔传感器和FET PCB。
[0027]图22A-图22C显示了控制PCB在图15的无刷动力工具上可替代的位置。
[0028]图23A-图23B显示了另一种无刷电机配置。
[0029]图24A-图24D显示了图23A-图23B的另一种无刷电机配置的零件。
[0030]图25A-图25B还显示了图23A-图23B的另一种无刷电机配置的零件。
【具体实施方式】
[0031]在详细地解释本实用新型的任何实施方式之前，应当理解的是本实用新型在其应用中并不限制于以下说明所限定的或以下附图所显示的零件的结构和布置。本实用新型可以具有其他实施方式并且可以通过不同的方式实践和执行。
[0032]图3A显示了图1的动力工具100的截面，而图3B显示了动力工具100的选定的零件。动力工具100包括用于动力工具100的不同零件的不同的印刷电路板(PCB)。更具体地，动力工具100包括控制印刷电路板(PCB) 136、功率PCB 138、前进/后退PCB 140、霍尔传感器PCB 142以及发光二极管(LED)PCB 144。图3A中还显示了用于将电机126的旋转输出传递到输出单元107的驱动机构148以及被电机126转动并且用于在动力工具100的零件上提供冷却空气流的冷却风扇149。
[0033]如图4所示，控制PCB 136位于动力工具100的基体上并位于把手部104和电池接口 114之间，电池接口 114也被称为接线端子部分。控制PCB 136包括电机控制单元130，电机控制单元130可操作以接收用户输入，接收电机信息反馈，以及控制FET 124以驱动电机126。控制PCB 136电气地且物理地连接于接线片150。当电池组(即功率源122)连接于电池接口 114，电池组的端头容纳在且电连接于接线片150。接线片的数量可以根据手持动力工具的类型而变化。然而，作为说明性的示例，接线片150可以包括电池正(“B+”)端头、电池负(“B-”)端头、传感或通讯端头以及识别端头。如图4所示，接线片150具有向上延伸穿过控制PCB 136的卡块