專利名稱：電動風(fēng)炮與起動電機(jī)型電動工具的制作方法
電動風(fēng)炮是利用起動型電動機(jī)驅(qū)動普通風(fēng)炮的沖擊裝置而形成的一種新式的手持式裝配用電動工具。
現(xiàn)在人們普遍使用的裝配用手持式電動工具用電機(jī)還停留在小功率(1kw以下)電動機(jī)的應(yīng)用上，如電動扳手，電動螺絲刀等，這些小功率電機(jī)一般都是單相串勵型電機(jī)。即使偶爾也用某些大功 率(1kw以上)電動設(shè)備拆裝大規(guī)格(M20以上)的緊固件，如汽車輪胎螺絲拆裝機(jī)，三相工頻扳手，中頻扳手等。但這些設(shè)備在實際應(yīng)用中都表現(xiàn)都很笨重，或者需要昂貴而又復(fù)雜的附加設(shè)備(變頻機(jī)組)，且效率低下，甚至不能跟同規(guī)格的氣動工具(風(fēng)炮)相比，這就是導(dǎo)致了如今大功率(1kw以上)裝配用手持式工具市場被風(fēng)炮(特別是進(jìn)口風(fēng)炮)一統(tǒng)天下的格局。
究其原因，其實很簡單，就是大功率電動工具用電機(jī)(三相籠形電機(jī)，三相中頻電機(jī)，大型單相串勵電機(jī)等)與氣動工具(如風(fēng)炮)中的氣動馬達(dá)相比，具有許多難以克服的缺點(diǎn)和劣勢，例如它比氣動馬達(dá)笨重，起動轉(zhuǎn)矩與輸出功率小，同時還有可怕的電氣安全隱患等。
本發(fā)明的目的旨在提供一種簡單可靠，輸出力矩大，使用方便安全，能耗小，且成本低的電動工具——電動風(fēng)炮來取代現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于大規(guī)格緊固件，特別是大中型汽車輪胎螺絲裝配的氣動工具——風(fēng)炮。同時為電動工具提供一種新動力——起動型電機(jī)。由起動型電機(jī)驅(qū)動的電動工具叫起動電機(jī)型工具。
本發(fā)明的技術(shù)方案是利用具有大轉(zhuǎn)矩，高轉(zhuǎn)速，軟的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性的低壓(42V以下)串勵型起動電機(jī)或永磁直流起動型電機(jī)作為電動工具(電動風(fēng)炮)的動力源，來驅(qū)動風(fēng)炮中的沖擊裝置或滾珠螺旋槽沖擊機(jī)構(gòu)，以獲得強(qiáng)大的沖擊扭矩來拆裝大規(guī)格的緊固件(螺栓)。
電動風(fēng)炮(簡稱電炮)及其它電動工具用電機(jī)的選用是本發(fā)明的技術(shù)核心。
根據(jù)氣動工具特別是風(fēng)炮工作特點(diǎn)和工作對象(螺栓)對風(fēng)炮提出的要求以及手持式工具所必備的輕巧特性與安全特性，便決定了電炮用電機(jī)的選用必須滿足以下條件1、大扭矩，高轉(zhuǎn)速和軟的機(jī)械特性；2、體積小，重量輕，機(jī)械強(qiáng)度大，耐沖擊；3、功率大，過載能力強(qiáng)；4、電氣安全性能與電磁兼容性能好。
根據(jù)上述條件，我們從浩如煙海的電機(jī)海洋中選中了一種短時工作制電機(jī)，因其常用于內(nèi)燃機(jī)的起動，所以俗稱起動型電機(jī)或起動用電機(jī)。其中的串勵型電機(jī)可交直流兩用；無論是用直流還是交流電源，這種電機(jī)的電樞線圈都采用粗的扁形裸銅條繞成一匝，并通過換向片相互聯(lián)接而成電樞繞組，所以該種電機(jī)又稱單匝線圈電樞式電機(jī)，簡稱單匝式電機(jī)，以此區(qū)別其它多匝式電機(jī)。
由于采用這種結(jié)構(gòu)形式，所以這種電機(jī)具有以下特點(diǎn)；大電流、小電阻、高轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、過載能力特強(qiáng)，同時電樞繞組結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，堅固耐用，而且體積和重量在手持操作式工具所允許的范圍內(nèi)輸出的功率特大(可達(dá)5.5kw)。
以上特性正符合電炮用電機(jī)的所有條件，同時也符合大多數(shù)電動工具用電機(jī)的使用條件。
起動型電機(jī)可分為并勵式，交直兩用型串勵式，復(fù)勵式和永磁式幾種。跟內(nèi)燃機(jī)用起動機(jī)一樣，其中的交直流兩用型串勵式和永磁減速式電機(jī)更適合于電炮和其它電動工具。特別是交直兩用型串勵式起動電機(jī)，當(dāng)負(fù)載增加時，電樞與磁場同時增大，轉(zhuǎn)速也隨之下降，而轉(zhuǎn)矩卻隨電流成平方地增加，這種軟的速率行性和大的起動轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)能順利地拖動沖擊裝置產(chǎn)生大的沖擊扭力和旋轉(zhuǎn)扭力。一般情況下，串勵型起動電機(jī)驅(qū)動的電炮不需要配用減速機(jī)構(gòu)，這對于簡化電炮和其它電動工具的結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義。
永磁直流起動機(jī)由于磁場由永久磁鐵產(chǎn)生，所以它適用的電壓范圍較寬，結(jié)構(gòu)簡單輕巧，電效率高，制造成本低。適合于大多數(shù)電動工具。但作為電炮用電機(jī)，它機(jī)械運(yùn)動特性硬的特點(diǎn)，也是相對于串勵起動電機(jī)的一大缺點(diǎn)。為彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，做電炮用的永磁直流起動電機(jī)一般都配有行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，以達(dá)到增大電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和減小電機(jī)體積的目的。盡管這種減速機(jī)構(gòu)的采用使電炮的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但對于手持式工具來說，還是具有一定意義的。
起動型電機(jī)與其它電機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別便決定了除電磁功率大轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)外，還有許多適合電動工具(特別是電炮)要求的特點(diǎn)1、由于電樞電阻很小，當(dāng)電機(jī)遇到強(qiáng)阻力時，迅速增大的電樞電流產(chǎn)生與電流成平方增加的轉(zhuǎn)矩時，產(chǎn)生的熱量卻遠(yuǎn)小于多匝式電樞電機(jī)。在電動工具特別是沖擊式電動工具的使用中，工件的阻力使電機(jī)減速甚至制動都是不可避免的。而且是常見的。因此，電樞在被減速與制動時迅速增大的電流使電樞溫度的增加對電動工具的工作是很不利的，而單匝式電機(jī)的這一特點(diǎn)很大程度上抑制了這種不利因素；2、使用粗大銅條做成的電樞繞組機(jī)械強(qiáng)度大，耐沖擊，這樣就更適合于沖擊式電機(jī)工具；3、電樞的低電阻便決定了起動型電機(jī)特低(42V以下)的工作電壓。這樣的特低電壓起動電機(jī)電動工具在使用中的電氣安全性能卓越，屬III類電動工具4、起動型電機(jī)還有一個特點(diǎn)是最大限度地減少了轉(zhuǎn)子繞組線圈的匝數(shù)，也最大限度地提高了繞組的安匝比，而且低壓直流電源在該類電動工具中的廣泛使用。這些對減小電樞換向火花，改善換向性能是相當(dāng)有利的。同時也使起動電機(jī)型電動工具的電磁兼容性達(dá)到了極佳的程度。
綜上所述，起動型電機(jī)是電炮用電機(jī)最理想的選擇。
起動電機(jī)型電動工具與其它工具相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中與其它電機(jī)型電動工具相比所表現(xiàn)出的優(yōu)勢就是前面所述的起動型電機(jī)與其它電機(jī)相比所表現(xiàn)出的優(yōu)勢以及由此產(chǎn)生的有益效果，這里不多述。
起動電機(jī)型電動工具與氣動工具相比或電炮與風(fēng)炮相比所具有的優(yōu)點(diǎn)(有益效果)就是電動工具比氣動工具的優(yōu)點(diǎn)；1、能耗小，附加設(shè)備投資少2、工作平穩(wěn)，噪音較??；3、用起動電機(jī)取代復(fù)雜精密的氣動馬達(dá)，減小了制造程難度，隆低了制造成本，簡化了維護(hù)維修程序，延長了使用壽命；4、使用方便，應(yīng)用范圍廣。起動電機(jī)型電動工具根據(jù)工作對象使用環(huán)境等情況的不同可制造出不同的功率、不同種類和不同結(jié)構(gòu)形狀的多樣化、系列化的起動電機(jī)型電動工具大家族，以滿足各種不同條件的需要。
總之，起動電機(jī)型電動工具既具有電動工具的優(yōu)點(diǎn)又具備氣動工具的優(yōu)點(diǎn)，它表現(xiàn)出的整體優(yōu)勢是這兩類工具優(yōu)點(diǎn)的最佳組合。
跟起動型電機(jī)的分類一樣，可將起動電機(jī)型電動工具分為串勵式，并勵式，復(fù)勵式和永磁式等幾種，其中串勵式具有輸出功率高，扭矩大且可以交直流兩用的特點(diǎn)，而永磁式起動電機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，電效率更高，正反轉(zhuǎn)變向容易。
必須指出的是，串勵式起動型電機(jī)交、直流兩用的特點(diǎn)很方更，但用于汽車起動用的直流串勵型電機(jī)，在使用交流電時，會遇到很多不利的因素。如由于鐵損大而高熱，效率下降等。所以對交直兩用串勵式起動型電機(jī)用于電動工具時還必須相應(yīng)地加以改進(jìn)，如將定子磁極改為由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成的結(jié)構(gòu)，以減小渦流等。
起動型電機(jī)的正反轉(zhuǎn)變向原理跟同類型的普通電機(jī)原理一樣，比如串勵式起動電機(jī)的變向是通過改變電樞或磁場繞組的電流方向來實現(xiàn)。永磁式則只需將電源的正負(fù)極互換就可實現(xiàn)。
電炮用電機(jī)的選用由以下因素決定；1、沖擊裝置慣性質(zhì)量的大小，一般地說，電機(jī)的功率與旋轉(zhuǎn)慣量的大小成正。
2、電炮工作的對象，工作對象的阻力越大，電機(jī)的選用必須是大功率，大轉(zhuǎn)矩的，反之亦然。
3、電炮的工作環(huán)境，有市電的地方里可選用交直流兩用起動電機(jī)，沒市電的地方可選用蓄電池等直流電源供電的串勵直流起動電機(jī)或永磁式直流起動電機(jī)等。
需要特別指出的是直流起動電機(jī)型電動工具的使用更為靈活方便，比如，汽車拋錨，突然停電或無固定地點(diǎn)的野外作業(yè)等，都能很方便地使用蓄電池提供電源。在汽車拖拉機(jī)等移動式交通工具上還可使用其隨車電源，其中直流電炮甚至可以成為汽車拖拉機(jī)的隨車必備工具，像千斤頂一樣。這些都是其它任何動力風(fēng)炮及電動工具都不能具有的方便屬性。
由于起動電機(jī)型電動工具用電機(jī)跟內(nèi)燃機(jī)用起動機(jī)電機(jī)屬同一類電機(jī)——起動型電機(jī)，所以屬于短期工作制電機(jī)，雖然在電動工具的使用中，電機(jī)的平均負(fù)載相對于內(nèi)燃機(jī)起動機(jī)的負(fù)載要小，但是起動電機(jī)型電動工具仍只能做成周期性斷續(xù)工作制電動工具，而且其負(fù)載持續(xù)率必須保持在25％或以下。其次，對起動電機(jī)類電動工具使用電源(蓄電池、起動電源等)的容量或功率是有一定要求的，蓄電池的內(nèi)阻或起動變壓器的二級繞組電阻的大小都會對起動型電機(jī)的輸出功率和力矩產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。因此包括電炮在內(nèi)的所有大功率(1kw以上)起動電機(jī)型電動工具都必須合理地選擇電源。同時也必須選擇連接導(dǎo)線的粗細(xì)及長短，應(yīng)盡可能使導(dǎo)線粗短些來減小電阻。連接導(dǎo)線的電阻最好小于0.002Ω。
盡管如此，起動型電機(jī)所表現(xiàn)出的諸多優(yōu)勢使它仍能夠滿足大多數(shù)電動工具的要求，特別是周期性斷續(xù)工作制的電動工具，和像電炮一樣的大功率沖擊式電動工具，起動型電機(jī)的應(yīng)用更是恰到好處。
權(quán)利要求
1.起動型電機(jī)在電動工具領(lǐng)域的應(yīng)用；
2.具有風(fēng)炮功能的由特低電壓起動型電機(jī)驅(qū)動的手持式裝配用電動工具。
全文摘要
本發(fā)明涉及到大型號(M20以上)螺栓拆裝的一種沖擊式裝配用電動工具——電動風(fēng)炮，它由起動型(單匝式)電機(jī)和沖擊裝置組成，有的還在中間裝有減速機(jī)構(gòu)。其中起動型電機(jī)(因其常用于內(nèi)燃機(jī)的起動而得名)在電炮上的應(yīng)用徹底改變了大型號裝配用電動工具的應(yīng)用前景，使電炮淘汰風(fēng)炮成為可能。同時利用起動型(單匝式)電機(jī)所特有的起動優(yōu)勢和諸多優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于各類電動工具而產(chǎn)生起動電機(jī)型電動工具，既豐富了電動工具家族的種類，又提高了電動工具的整體性能。
文檔編號B60C25/00GK1481974SQ0211439
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月11日
發(fā)明者王向東 申請人:王向東