手持式工具机的无刷直流马达

文档序号:91061 发布日期:2021-10-08 浏览:28次 >En<

阅读说明:本技术 手持式工具机的无刷直流马达 (Brushless DC motor for hand-held power tool ) 是由 J·海茨曼 A·弗尔克勒 S·拉贝尔 于 2020-01-21 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种电动加工器具(10)的无刷直流马达(12),具有定子(64)、转子(38)、通风器(42)和飞轮(44),其中,所述转子(38)、所述通风器(42)和所述飞轮(44)抗扭转地布置在所述无刷直流马达(12)的马达轴(28)上。根据本发明,所述飞轮(44)在轴向上沿着所述马达轴(28)至少部分地被所述通风器(42)包围。此外,提出一种手持式工具机(10),其具有根据本发明的无刷直流马达(12)。(The invention relates to a brushless DC motor (12) of an electric machining device (10), comprising a stator (64), a rotor (38), a fan (42) and a flywheel (44), wherein the rotor (38), the fan (42) and the flywheel (44) are arranged on a motor shaft (28) of the brushless DC motor (12) in a rotationally fixed manner. According to the invention, the flywheel (44) is at least partially surrounded by the fan (42) along the motor shaft (28) in the axial direction. Furthermore, a hand-held power tool (10) is proposed, which has a brushless DC motor (12) according to the invention.)

手持式工具机的无刷直流马达

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求1前序部分所述的电动加工器具的无刷直流马达(也称为BLDC(brushless direct current)马达或EC(电子整流,electronicallycommutated)马达)。无刷直流马达具有定子、转子、通风器和飞轮,其中,转子、通风器和飞轮抗扭转地布置在无刷直流马达的马达轴上。此外,本发明涉及一种具有根据本发明的无刷直流马达的电动工具机。

背景技术

无刷直流马达的转子由结构决定地具有非常小的惯性矩。与有刷的DC马达相比,在转子上没有绕组。此外,无刷直流马达的转子直径通常与有刷直流马达的转子直径相比减小。这导致BLDC马达的在空转时存储的旋转能减少至少一个数量级。然而,在许多电动加工器具、尤其是电动工具机的应用中,存储的高旋转能是非常有利的,以便更舒适和更高效地构型加工过程。

DE 10 2012 216 496 A1示出一种手持式工具机、尤其是锤钻、钻孔起子机或旋转冲击起子机,所述手持式工具机具有电子换向的驱动马达。该驱动马达设有盘形转子和定子。在转子上构造有飞轮,,该飞轮根据一个实施方式构造为至少区段地为盘形的飞轮质量。在无刷直流马达的马达轴上或在飞轮质量上设置有可选的通风器轮用于冷却。通风器轮例如可以是由塑料材料以注塑方法制造的构件或者是由金属板材以冲压弯曲技术制成的构件,该通风器轮与飞轮质量粘接和/或材料锁合地连接。

由EP 2 845 689 A2已知一种电动工具机,在该电动工具机中,飞轮能够被驱动单元驱动,以便通过飞轮的力传递区段将动能供应给工具本体。此外,通风单元这样地安装,使得其与飞轮一起产生冷却空气。

发明内容

本发明的任务是,与现有技术相比提供一种用于电动加工器具的无刷直流马达,该无刷直流马达尽管其相对较小的重量和高的功率密度但在电动加工器具的充分冷却和紧凑结构尺寸的同时满足对高惯性矩的要求。

为了解决所提出的任务设置,飞轮在轴向上沿着马达轴至少部分地被通风器包围。以这种方式能够实现与BLDC马达的高最大力矩结合的特别短的结构形式。同时,所提出的解决方案在运行中是非常稳健和可靠的。

在本发明的上下文中,电动加工器具应理解为尤其用于借助电驱动的插入式工具来加工工件的、蓄电池运行或电网运行的电动工具机。在此,电动加工器具不但可以构造为电动手持式工具,而且可以构造为固定的电动工具机。在这种背景下,典型的电动工具机是手持式钻机或立式钻床、起子机、冲击钻机、刨机、角磨机、振动磨削机、抛光机等。然而,作为电动加工器具也可以考虑马达驱动的园艺器具如割草机、草坪修剪器、修枝锯等。此外,本发明还可以应用于家用器具如吸尘器、搅拌器等的无刷直流马达。

在本发明的另一构型中,通风器在马达轴的径向方向上完全包围飞轮。由此可以在通风器和飞轮之间实现特别好的形状锁合和/或材料锁合的连接。此外,避免了飞轮相对于通风器的轴向突出,使得能够紧凑地保持BLDC马达的结构形式和从而电动加工器具的结构形式。

有利地,飞轮具有非常高的惯性、非常高的轴压紧力和非常高的均匀的密度。由此,所提出的解决方案能够简单且成本低地制造,而无需进行平衡。此外,确保与马达轴的非常好的形状锁合和/或材料锁合。特别有利地,飞轮一体地由黄铜或铁制成。黄铜特别适合作为用于制造快速旋转的飞轮的材料,因为其典型地为8.5g/cm3的密度在小的结构尺寸下引起非常高的惯性并且黄铜的直至120GPa的弹性模量允许非常高的轴压紧力。这可靠地防止了飞轮盘在运行中潜在的打滑。由于黄铜的高的均匀的密度,飞轮可以在没有费事且昂贵的平衡过程的情况下直接安装。因此,由转子、通风器和飞轮组成的结构单元可以在没有附加的加工过程的情况下满足最大允许的转子不平衡的要求。在使用铁代替黄铜的情况下得到相应的优点。但也可以考虑,由陶瓷、人造石或其它具有如上述黄铜那样的可比较特性的材料、尤其是塑料制造。

在另一构型中,飞轮至少在一侧在马达轴的径向方向上齐平地过渡到通风器中。以这种方式能够有效地避免在BLDC马达或电动加工器具运行时可能产生的不利噪声。附加地,可供用于马达的冷却气流的横截面面积不会变窄。

此外设置,在马达轴的径向方向上,飞轮的外轮廓在其沿着马达轴的轴向延伸尺度的至少50%上基本上相应于通风器的外轮廓。以这种方式可以在良好的形状锁合和/或材料锁合同时实现用通风器简单且成本低地注塑包封飞轮。此外,有利地,飞轮在其沿着马达轴的轴向延伸尺度的至少50%上变细地、尤其锥形地逐渐延伸(zulaufen)。这一方面能够实现从一侧对飞轮进行更简单的注塑包封,而另一方面也能够实现将通风器更简单地套装到飞轮上或将飞轮更简单地插入到通风器中。这可以通过以下方式得到辅助:飞轮至少在一侧具有凸出的形状,该凸出的形状近似于马达的冷却空气流的走势或形状。

为了使通风器具有在飞轮上的可靠的轴向配合,飞轮在轴向端部处具有在其径向外周上环绕的槽,通风器的径向向内突出的凸缘接合到该槽中。

此外,本发明涉及一种手持式工具机,其具有根据本发明的无刷直流马达。

附图说明

下面根据图1和2示例性地阐述本发明,其中,在附图中相同的附图标记标明具有相同工作方式的相同组成部分。

附图示出了:

图1构造为手持式工具机的电动加工器具的示意图,该电动加工器具具有无刷的直流马达或电子换向的直流马达,

图2在第一实施例中的具有飞轮的根据本发明的BLDC马达或EC马达的示意图,

图3在第二实施例中的具有飞轮的根据本发明的BLDC马达或EC马达的示意图,和

图4在第三实施例中的具有飞轮的根据本发明的BLDC马达或EC马达的示意图。

具体实施方式

图1示例性地示出构造为手持式工具机10的电动加工器具,其具有电子换向的直流马达12。手持式工具机10图示地具有带有把手16的壳体14以及工具接收部18并且示例性地为了不依赖电网地供电而能够与蓄电池组20机械连接和电连接。在本示例中,蓄电池组20具有10.8V的供电电压。然而,本发明也可以不受限制地应用于具有其它电压和功率等级的蓄电池组的电动加工器具。

手持式工具机10在此例如构造为蓄电池旋转冲击起子机。然而需要指出的是,本发明通常既不局限于蓄电池旋转冲击起子机也不局限于手持式工具机,而是更确切地说可以应用在使用BLDC马达或EC马达12的不同电动加工器具中,例如手持式钻机或立式钻床、起子机、冲击钻机、刨机、角磨机、振动磨削机、抛光机等,但也可以应用在马达驱动的园艺器具如割草机、草坪修剪器、修枝锯等或家用器具如吸尘器、搅拌器等中,而与电动加工器具是否能够不依赖电网地利用蓄电池组20运行或依赖电网运行无关。

在壳体14中示例性地布置有由蓄电池组20供电的BLDC马达12、传动装置22和冲击机构24。根据一个实施方式,马达12按照盘式马达的类型构造并且例如能够通过手动开关26操纵,即接通和关断。下面为了简单起见有时仅提及马达,尽管在此始终指的是BLDC马达或EC马达。优选地,马达12能够电子地控制或调节,使得不但能实现可逆运行而且能实现关于所希望的转速和/或转矩的预给定。马达12的工作方式和结构对于本领域技术人员来说是已知的,因此不应再是本说明书的内容。

如图所示,马达12通过所配属的马达轴28与传动装置22连接,该传动装置将马达轴28的旋转转换为设置在传动装置22与冲击机构24之间的驱动件30、例如驱动轴的旋转。这种转换优选如此进行,使得驱动件30相对于马达轴28以增大的转矩但以减小的转速旋转。马达20和传动装置22示例性地布置在壳体14中,然而,对此替代地也可以布置在配属于它们的壳体中或布置在单独的马达壳体和传动装置壳体中,这些壳体本身又布置在壳体14中。

与驱动件30连接的冲击机构24例如是转动或者说旋转冲击机构,该冲击机构产生具有高强度的冲击式旋转脉冲并且传递到从动轴32、例如从动主轴上。在从动轴32上设置有工具接收部18,该工具接收部优选构造为用于接收插入式工具并且根据一个实施方式不但能够与具有外联接器的插入式工具、例如起子机批头(Schrauberbit),而且能够与具有内联接器、例如套筒扳手的插入式工具连接。如图所示,工具接收部18能够与具有外多边形联接器36的插入式工具34或与具有内多边形联接器的插入式工具连接。插入式工具34例如构造为具有图示地实施为六边形联接器的外多边形联接器36的起子机批头,其布置在工具接收部18中。这种起子机批头已经由现有技术充分已知,从而在此为了说明书的简洁起见而省去详细的说明。

图2示出根据第一实施方式构造的马达12,其中,未示出具有驱动绕组的定子(对此参见图4)。无刷直流马达12具有抗扭转地装配在马达轴28上的转子38,该转子由于结构决定地相对于有刷直流马达具有相对较小的惯性矩。这一方面是由于转子38不必承载绕组,另一方面是因为该转子与有刷直流马达的转子相比可以具有明显更小的直径。因此,产生以下问题:由于存储的旋转能量相对较小,因此不再能有效且均匀地实施某些与BLDC马达结合的、借助电动加工器具待执行的加工过程。

马达轴28通过两个球轴承40可旋转地支承在手持式工具机10的壳体14中。代替球轴承40,在不限制本发明的情况下,也可以使用其它类型的轴承,例如滚动轴承或滑动轴承。为了对马达12和必要时操控该马达的功率电子器件(未示出)进行冷却,在马达轴28上抗扭转地布置有通风器40。该通风器通常作为塑料注塑件制造。在所示的实施例中,塑料注塑件40将转子38在其整个长度上承载。然而,也可以是,通风器40构造为与转子38分开的注塑件。

根据本发明,在马达轴28上抗扭转地布置有飞轮44,该飞轮在轴向上沿着马达轴28至少部分地被通风器42包围。这能够实现BLDC马达12的与高最大力矩结合的特别短的结构形式。此外,该解决方案在运行中是非常稳健和可靠的。通风器42在马达轴28的径向方向46上完全包围飞轮44,以便在通风器42和飞轮44之间实现特别好的形状锁合和/或材料锁合的连接并且避免飞轮44相对于通风器12的轴向突出。

飞轮44具有非常高的惯性、非常高的轴压紧力和非常高的均匀的密度。为此,飞轮44优选一体地由黄铜或铁制成。黄铜特别好地适合作为材料,因为其通常为8.5g/cm3的密度在小的结构尺寸下引起非常高的惯性并且黄铜的直至120GPa的弹性模量允许非常高的轴压紧力。因此可以有效地避免飞轮44在运行中在马达轴28上的潜在打滑。通过黄铜的高的均匀的密度,飞轮44可以在没有费事且昂贵的平衡过程的情况下直接安装。由转子38、通风器42和飞轮44组成的结构单元因此可以在没有附加的加工过程的情况下满足最大允许的转子不平衡的要求。代替黄铜或铁,也可以考虑,飞轮44由陶瓷、人造石或其它具有可比较特性的材料、尤其是塑料制造。

飞轮44至少在一侧在其轴向端部45处在马达轴28的径向方向46上齐平地过渡到通风器42中,以便例如有效地避免在马达12或电动加工器具10的运行中可能产生的不利噪声。为了在良好的形状锁合和/或材料锁合的同时实现用通风器42简单且成本低地注塑包封飞轮44,飞轮44的外轮廓48沿马达轴28的径向方向46在飞轮44的轴向延伸尺度50的至少50%上基本上相应于通风器42的外轮廓52。此外,飞轮44在其沿着马达轴28的轴向延伸尺度50的至少50%上变细地、尤其是锥形地逐渐延伸,以便一方面能够实现从一侧更简单地注塑包封飞轮44,另一方面也能够实现将通风器盘42更简单地套装到飞轮44上或将飞轮44更简单地插入到通风器42中。这可以通过以下方式来支持:飞轮至少在一侧在其轴向端部45上具有凸出的形状。由此补充地保证,飞轮44不负面地影响通风器42的空气流。

转子38、飞轮44、通风器42和马达轴28之间的连接能够以不同方式建立。因此可以首先用通风器42注塑包封飞轮44,以便随后将该构件压到无刷直流马达12的马达轴28上。替代地,转子38也可以用通风器42注塑包封,以便随后将飞轮44插入到通风器42中并且与马达轴28压紧。此外,可以考虑,将通风器42、飞轮44和转子38作为单件制造,以便然后将它们单个地压到马达轴28上。在此,飞轮44可以选择性地插入到通风器42中或通风器42可以套装到飞轮44上。

图3和4分别示出根据本发明的BLDC马达或EC马达12的飞轮44的第二和第三实施例的示意图。在图3中,与图2不同地,飞轮44不是锥形地变细,而是在其沿着马达轴28的轴向延伸尺度50的约50%上非线性地以半径54变细,以便然后在剩余的30%上略微锥形地朝转子(未示出)的方向逐渐延伸。在图4中,飞轮44在轴向端部45上具有在其径向外周58上环绕的槽60,通风器42的径向向内突出的凸缘62接合到该槽中。以这种方式,通风器42具有在飞轮44上的可靠的轴向配合。此外可以易于装配,因为通风器42作为制成的注塑件只需套装到已经压到马达轴28上的飞轮44上,以便随后将转子38压到马达轴28上。此外,在图4中可看到在图2和图3中未示出的定子64连同其驱动绕组66。

最后还要指出,所示的实施例既不局限于在图1至4中所示的定子与飞轮或通风器之间的尺寸比例,也不局限于马达轴、驱动绕组或其它不直接涉及本发明特征的支承部位的布置和数量。

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