專利名稱：具有無刷電機(jī)的電池驅(qū)動的電動工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手持電池提供動力的工具。具體地說，本發(fā)明涉及例如鏈鋸、修剪器、鉆機(jī)或者綠籬機(jī)的電池提供動力的工具的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
手持電動工具(例如但不限于鏈鋸、修剪器以及綠籬機(jī))廣泛用于花園和森林應(yīng)用中。這些電動工具被要求制成緊湊并且輕質(zhì)以便在操作過程中容易操作。通常地，電動工具包括可驅(qū)動地連接到切割裝置的電源。此外，在電動工具上設(shè)置一個或多個把手，以方便在操作過程中手動抓握。通常地，本領(lǐng)域中已知的大多數(shù)電動工具使用刷式直流電機(jī)作為電源。刷式電機(jī) 包括電磁轉(zhuǎn)子以及永磁體定子。在刷式直流電機(jī)的操作過程中，刷組件提供對于轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)來說必要的轉(zhuǎn)子與定子之間的聯(lián)通。盡管利用刷式直流電機(jī)的電動工具是較小并且緊湊的，但是根據(jù)刷組件的設(shè)計(jì)和材料，刷式直流電機(jī)的速度被限定在預(yù)定的范圍。因此，這些電動工具通常地在刷式直流電機(jī)與切割裝置之間使用齒輪組件。齒輪組件不僅增加了電動工具的整體成本和重量，而且齒輪組件的部件還要可能要求周期性維護(hù)，并且電動工具的整體運(yùn)行成本增加。此外，提供油泵以將潤滑油供給到齒輪組件并且還供給到電動工具的其它移動部分。通常地，油泵由輔助電機(jī)驅(qū)動，這進(jìn)一步增加了重量、運(yùn)行成本、以及動力和空間的需求。此外，在刷式直流電機(jī)中，刷趨于由于持續(xù)的摩擦而在經(jīng)過一段時間后用壞，并且因此需要被周期性地替換。這增加了維護(hù)需求并且要求電動工具的定期拆卸。此外，在高速時，刷組件可能在聯(lián)通期間造成火花，這是非常不期望的。根據(jù)上述，存在對解決例如鏈鋸、修剪器、綠籬機(jī)等電動工具中的上述問題的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)的需要。V

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上，本發(fā)明的一個目的是解決或者至少減小上述問題。具體地說，該目的是提供用于更簡單、緊湊且有效的電動工具的改進(jìn)電源和驅(qū)動系統(tǒng)。該目的根據(jù)權(quán)利要求I中描述的新型電動工具來實(shí)現(xiàn)。該電動工具包括被包圍在電動工具的殼體中的電源。該電動工具還包括用于一切割裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。該電源是無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)用作電源使得電源能夠直接地連接到用于切割裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，而不需要中間齒輪組件。沒有中間齒輪組件使得空間和維護(hù)的需求較小且效率較高。此外，至少部分地容納在電動工具的殼體中的油泵也由無刷直流電機(jī)驅(qū)動。這排除了對用于驅(qū)動油泵的輔助電機(jī)的需要，并且使得成本較低，并且電動工具的構(gòu)造更輕質(zhì)和更緊湊。根據(jù)權(quán)利要求2、3和4，該用于切割裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括連接到輸入轂的中心軸。輸入轂還經(jīng)由彈簧離合器組件連接到輸出轂。此外，中心軸連接到無刷直流電機(jī)，而輸出轂連接到驅(qū)動鏈輪。彈簧離合器組件包括圓柱形彈簧，使得圓柱形彈簧纏繞在輸入轂周圍并且還部分地纏繞在輸出轂周圍。彈簧離合器組件避免了對例如爪形離合器、摩擦板離合器、以及離心式離合器的復(fù)雜離合器組件的需要。
根據(jù)權(quán)利要求5,電動工具還包括制動組件,該制動組件包括具有突出凸耳的套環(huán)(collar)件。制動桿構(gòu)造為能夠選擇性地與關(guān)出凸耳接合以執(zhí)彳丁制動動作。根據(jù)權(quán)利要求6,油泵經(jīng)由蝸桿式齒輪組件(蝸桿組件,worm gear assembly)由無刷直流電機(jī)驅(qū)動，蝸桿式齒輪組件包括蝸桿式齒輪和蝸輪。根據(jù)權(quán)利要求7，蝸桿式齒輪安裝在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的輸出轂上，同時蝸輪設(shè)置在輔助軸上，使得蝸桿式齒輪能夠與蝸輪接合。根據(jù)權(quán)利要求8，輔助軸連接到油泵。根據(jù)權(quán)利要求9，蝸桿式齒輪安裝在輸出轂上，使得蝸輪至少部分地在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的彈簧離合器組件上延伸。該構(gòu)造不增加驅(qū)動機(jī)構(gòu)的沿直線方向的尺寸，并且使得電動工具的構(gòu)造緊湊。根據(jù)權(quán)利要求10，無刷直流電機(jī)包括永磁體轉(zhuǎn)子和電磁定子。根據(jù)權(quán)利要求11，無刷直流電機(jī)連接到電池。根據(jù)權(quán)利要求12至16，電動工具可以是鏈鋸、線式修剪器、綠籬機(jī)、動力式剪(電動剪，powered shear)和動力式鉆機(jī)(電動鉆機(jī)，powered drill)中的一個。


下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電動工具的截面圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電動工具的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的放大截面圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于電動工具的制動組件；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于在電動工具中驅(qū)動油泵的蝸輪組件。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將在下面參照示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的附圖來更加全面地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以多種不同形式來實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)解釋為是對這里闡述的實(shí)施方式的限制；相反地，提供這些實(shí)施方式是使得本公開充分且完全，并向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)發(fā)明的范圍。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的鏈鋸100的截面圖。鏈鋸100(下文中稱作“電動工具100”)可以用于園林或者森林應(yīng)用。然而，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的前提下，本發(fā)明還可以用于任何其它裝置，例如，修剪器、綠籬機(jī)、鉆機(jī)、或者其它切割或者修整工具。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電動工具100包括被包圍在電動工具100的殼體104中的電源102。此外，電動工具100可以包括可驅(qū)動地連接到電源102的切割裝置(未示出)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，切割裝置可以包括帶齒的鏈條。在本發(fā)明的多種其它實(shí)施方式中，切割裝置可以包括例如但不限于綠籬機(jī)、修剪器、鉆機(jī)、電動剪等。例如在鏈鋸的情形中，電動工具100可以包括用于將電源102的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到切割裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)106 ;電源102可以將運(yùn)動傳遞到帶齒的鏈條以執(zhí)行切割操作。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，驅(qū)動機(jī)構(gòu)106直接地連接到切割裝置而不利用中間齒輪組件。由于沒有齒輪組件，所以電動工具100具有較小的重量、較簡單的結(jié)構(gòu)以及整體較小的尺寸。此外在操作過程中，電動工具100產(chǎn)生較少的熱量，并且因此驅(qū)動機(jī)構(gòu)106的冷卻需求較小。此外，電動工具100在操作過程中具有較高的操作效率且提供方便的操作。圖2示出了電動工具100的驅(qū)動機(jī)構(gòu)106的放大截面圖。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電動工具100的電源可以包括無刷直流電機(jī)202。無刷直流電機(jī)202可以具有永磁轉(zhuǎn)子204 (下為重稱作“轉(zhuǎn)子204”)以及作為定子206的安裝有線圈的電磁體。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，無刷直流電機(jī)202的定子206可以包括多個柱(pole)，線圈可以安裝在柱中。順序地切換柱的磁極可以使轉(zhuǎn)子204改變相對于柱的對準(zhǔn)，并且結(jié)合的運(yùn)動可以使轉(zhuǎn)子204圍繞旋轉(zhuǎn)軸線A的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，無刷直流電機(jī)202可以連接到電池(未示出)以將電能供給到無刷直流電機(jī)202。電池可以按照電動工具100的設(shè)計(jì)規(guī)格來選擇。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電池可以被包圍在電動工具100的殼體104內(nèi)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，電池可以定位為使得電動工具100的重心可以優(yōu)化為確保在操作過程中能夠更好地抓握以及操作電動工具100。在另一實(shí)施方式中，該電池可以定位在電動工具100外部的附加殼體中，在這種情況下可能需要求線元件將外部電池連接到無刷直流電機(jī)202。此外，可以提供充電裝置以使電池周期性地從直流電源充電。在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中，無刷直流電機(jī)202可以直接地由交流源驅(qū)動，在這種情形中可能需要轉(zhuǎn)換器電路以將交流電源轉(zhuǎn)換到用于無刷 直流電機(jī)202的直流電源?？梢蕴峁┯糜跓o刷直流電機(jī)202的切換裝置(未示出)以便以周期性的方式切換定子206的柱并且對轉(zhuǎn)子204給予旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。切換裝置可以定位在電池與無刷直流電機(jī)202之間。柱的切換頻率可能對無刷直流電機(jī)202的旋轉(zhuǎn)速度具有直接的影響并且可以產(chǎn)生切割裝置的運(yùn)動。為了控制切割裝置的速度，切換裝置可以連接到安裝在電動工具100上的速度控制桿或者開關(guān)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，無刷直流電機(jī)202的轉(zhuǎn)子204的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以傳送到中心軸208。中心軸208可以附接到無刷直流電機(jī)202的轉(zhuǎn)子204，使得轉(zhuǎn)子204的旋轉(zhuǎn)軸線A和中心軸208相一致(concurred,會合)。中心軸208可以經(jīng)由鍵或者銷(在附圖中未示出)連接到轉(zhuǎn)子204，以限制中心軸208相對于轉(zhuǎn)子204的軸向運(yùn)動。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，中心軸208可以支撐在軸承210上。軸承210可以例如但不限于滾動軸承、液壓軸承(fluid bearing,流體軸承)等。在本發(fā)明的多個實(shí)施方式中，中心軸208可以包括平衡重物(在附圖中未示出)以穩(wěn)定中心軸208的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，中心軸208可以選擇性地經(jīng)由彈簧離合器組件214連接到驅(qū)動鏈輪212。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，驅(qū)動鏈輪212可以部分地設(shè)置在用于電動工具100的殼體104外部，并且操作地連接到切割裝置。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，驅(qū)動鏈輪212可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳送到帶齒的鏈條，使得帶齒的鏈條在鏈條引導(dǎo)件(未示出)上移動。驅(qū)動鏈輪212可以具有齒，這些齒與帶齒鏈條的多個驅(qū)動聯(lián)接件接合以傳送旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，驅(qū)動鏈輪212還可以裝配有例如但不限于防塵罩的附加部件。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，彈簧離合器組件214可以包括輸入轂216和輸出轂218。如圖2中示出的，中心軸208連接到輸入轂216，并且進(jìn)一步地，圓柱形彈簧220纏繞在輸入轂216周圍且還以輕微的過盈配合部分地在纏繞在輸出轂218周圍。在操作過程中，當(dāng)中心軸208和輸入轂216旋轉(zhuǎn)時，圓柱形彈簧220纏繞在輸出轂218上。這減小了圓柱彈簧220的內(nèi)部直徑，并且因此，圓柱形彈簧220抓握輸出轂218以傳遞轉(zhuǎn)子204的運(yùn)動。圖3示出了用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的電動工具100的制動組件300。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，圓柱形彈簧220可以被套環(huán)件302包圍，套環(huán)件在其外直徑上具有突出凸耳304以及在圓柱形彈簧220的輸入端(未示出)處與徑向柄腳相接合的內(nèi)狹槽(未示出)。制動桿306設(shè)置為在制動過程中與突出凸耳304相接合。這可以在圓柱形彈簧220的輸入端處捕獲徑向柄腳并且使輸入轂216脫離。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，只要檢測到切割裝置的退回，制動組件300就可以被致動。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，制動組件可以通過設(shè)置在電動工具100上的緊急切斷開關(guān)(emergency kill switch)致動。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的用于驅(qū)動電動工具100的油泵(未示出)的蝸輪組件400。油泵經(jīng)由蝸輪組件400而被電源102驅(qū)動。蝸輪組件400被用于將功率從中心軸208經(jīng)由蝸桿式齒輪404傳送到輔助軸402。蝸桿式齒輪404可以附接到輸出轂218的外表面，并且一相應(yīng)的蝸輪(worm wheel) 406設(shè)置在輔助軸402上。蝸桿式齒輪404具有螺紋形式的齒，并且蝸輪406是具有齒的齒輪,從而蝸輪406的齒與蝸桿式齒輪404上的螺紋相接合。蝸輪406可以例如但不限于正齒輪、斜齒輪、人字齒輪等。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，蝸桿式齒輪組件可以是自鎖定的，使得蝸桿式齒輪404驅(qū)動蝸輪406，且反過來蝸輪406、不能驅(qū)動蝸桿式齒輪404。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，蝸桿式齒輪404和蝸輪406可以由根據(jù)諸如能量需求、摩擦、容易制造、成本等的多個參數(shù)的不同材料制成。蝸桿式齒輪404可以由例如但不限于表面硬化鋼、碳素鋼、鑄鐵、塑料等制成，然而蝸輪406可以由例如但不限于磷青銅、鑄鐵、塑料等制成。在實(shí)例實(shí)施方式中，蝸輪組件400的細(xì)節(jié)用于說明的目的，并且其對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可能是顯而易見的是油泵可以被任何其它齒輪組件驅(qū)動，其可以包括例如但不限于正齒輪、斜齒輪、錐齒輪、蝸桿式齒輪和蝸輪、或者這些的任意組合。由于使用無刷直流電機(jī)202且沒有用于驅(qū)動油泵的額外電機(jī)，所以如上所述的電動工具100由于驅(qū)動機(jī)構(gòu)的減小的尺寸而是緊湊的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，在操作過程中無刷直流電機(jī)202可以以預(yù)定速度范圍運(yùn)行以控制切割裝置的速度。在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了優(yōu)選的實(shí)施方式和本發(fā)明的實(shí)例并且，盡管使用了特定的術(shù)語，但它們僅在一般和描述意義上使用并且不是用于限制的目的，本發(fā)明的范圍在下面的權(quán)利要求書中闡述。
權(quán)利要求
1.一種電動工具(100)，包括 電源(102)，被包圍在殼體(104)中，其中所述電源(102)是無刷直流電機(jī)(202)； 驅(qū)動機(jī)構(gòu)(106)，用于一切割裝置，其中所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)(106)由所述無刷直流電機(jī)(202)驅(qū)動； 油泵，其中所述油泵至少部分地容納在所述電動工具(100)的所述殼體(104)中； 其特征在于 所述油泵由所述無刷直流電機(jī)(202)驅(qū)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動工具(100)，其中，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)(106)包括中心軸(208)和彈簧離合器組件(214)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動工具(100)，其中，所述彈簧離合器組件(214)包括圓柱形彈簧(220)，使得所述圓柱形彈簧(220)纏繞在輸入轂(216)周圍并且還部分地纏繞在輸出轂(218)周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動工具(100)，其中，所述中心軸(208)連接到所述無刷電機(jī)(202)，并且所述輸出轂(218)連接到驅(qū)動鏈輪(212)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動工具(100)，進(jìn)一步包括制動組件(300)，其中，所述制動組件(300)包括設(shè)置有突出凸耳(304)的套環(huán)件(302)，使得一制動桿(306)能夠與所述突出凸耳(304)選擇性地接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動工具(100)，其中，所述油泵經(jīng)由蝸桿式齒輪組件(400)由所述無刷直流電機(jī)(202 )驅(qū)動，所述蝸桿式齒輪組件(400 )包括蝸桿式齒輪(404 )和蝸輪(406)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述電動工具(100)，其中，所述蝸桿式齒輪(404)安裝在所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)(106)的輸出轂(218)上，并且所述蝸輪(406)設(shè)置在輔助軸(402)上，使得所述蝸桿式齒輪(404)能夠與所述蝸輪(406)接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動工具(100)，其中，所述輔助軸(402)連接到所述油泵。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動工具(100)，其中，所述蝸桿式齒輪(404)安裝在所述輸出轂上，使得所述蝸桿式齒輪(404)至少部分地在所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)(106)的彈簧離合器組件(214)上延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的電動工具，其中，所述無刷直流電機(jī)(202)包括永磁體轉(zhuǎn)子(204)以及電磁定子(206)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10所述的電動工具(100)，其中，所述無刷直流電機(jī)(202)連接到電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11所述的電動工具(100)，其中，所述電動工具(100)是鏈鋸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11所述的電動工具(100)，其中，所述電動工具(100)是線式修剪器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-11所述的電動工具(100)，其中，所述電動工具(100)是綠籬機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-11所述的電動工具(100)，其中所述電動工具(100)是動力式剪。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-11所述的電動工具(100)，其中所述電動工具(100)是動力式鉆機(jī)。
全文摘要
一種電動工具(100)包括被包圍在殼體(104)中的電源(102)。該電源(102)是驅(qū)動用于一切割裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(106)的無刷直流電機(jī)(202)。此外，油泵至少部分地容納在電動工具(100)的殼體(104)中。油泵也由無刷直流電機(jī)(202)驅(qū)動。
文檔編號B27B17/08GK102741024SQ201080062955
公開日2012年10月17日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者奧斯卡·布雷格奎斯特, 約翰·斯文烏格, 約翰·比約恩林格, 芒努斯·隆德格恩 申請人:胡斯華納有限公司