CN204658374U - 具有整合式印刷电路板设计的无刷直流电动机电动工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动工具，该电动工具具有整合式印刷电路板，该整合式印刷电路板减少了所述电动工具的内部绕线，并且为内部部件提供大量的空气流。在某些实施例中，所述整合式印刷电路板具有冲浪板形状，并且包括电动机控制单元和电源开关部件(场效应晶体管)。所述冲浪板式整合式印刷电路板设置在触发器的上方且在所述电机和驱动机构的下方。在某些实施例中，所述整合式印刷电路板具有圆环形，并且与电动机轴同轴设置。所述整合式印刷电路板可以设置在圆环形控制印刷电路板和所述电动机之间。

Description

具有整合式印刷电路板设计的无刷直流电动机电动工具

相关申请

本申请要求申请日为2012年8月20日的美国临时申请No.61/684,982和申请日为2013年3月15日的美国临时申请No.13/841,246的优先权，在此通过引用合并其全部内容。

技术领域

本发明涉及一种无刷电动机电动工具。

背景技术

一般地，电动工具电动机分为两类：有刷电动机和无刷电动机。在有刷电动机中，由于转子的旋转，电动机刷形成和断开至电动机的电连接。在无刷电动机中，例如图1中的电动工具100，开关部件通过来自控制器的控制信号而有选择地打开和关闭，以有选择地应用来自电源的功率以驱动无刷电动机。电动工具100为无刷式锤钻，该无刷式锤钻包括具有手柄部分104和电动机壳体部分106的壳体102。电动工具100还包括输出单元107、扭矩设置刻度盘108、前进/倒退选择钮110、触发器112、电池接口114以及光源116。

图2中示出无刷式电动工具100的简化框图120，其中包括电源122(例如电池组)、场效晶体管(FETs)124、电动机126、霍尔传感器128、电动机控制单元130、用户输入132以及其他部件133(电池电量计、工作灯(LEDs)、电流/电压传感器等)。霍尔传感器128提供电动机信息反馈，如电动机旋转位置信息，电动机控制单元130可以使用这些反馈的信息以确定电动机的位置、电压和/或加速度。电动机控制单元130收到来自用户输入 132的用户控制，例如通过按压触发器112或改变前进/倒退选择钮110。为了响应于电机信息反馈和用户控制，电机控制单元130传递控制信号以精确地控制FETs 124从而驱动电动机126。通过有选择地启动和关闭FETs 124，来自电源122的功率有选择地施加到电动机126上，以使得转子旋转。尽管未示出，电动机控制单元130和电动工具100的其他部件都电连接于电源122，以使得电源122为其提供功率。

发明内容

图2中简化示出的电动工具100的部件之间的连接。实际上，由于无刷电动工具的部件通过多个用于功率和控制信号的导线相互连接，因此电动工具100的线路更复杂。举例来说，FETs 124的每个FET连接于电动机126的末端，从电源到FETs 124的电源线包括正极导线和负极/接地导线等。此外，电源线可以具有大的容量规格/直径以处理增大的电流，进一步地占据电动工具壳体102内有限的空间。

综上，无刷电动工具的部件之间的多种相互连接可以导致电动工具壳体内复杂的线路状况，而壳体内留给这些线路的空间却是有限的。

本申请的实施方式涉及具有无刷电动机的电动工具的部件布局。更具体地，实施方式涉及所述电动工具的壳体内无刷电动工具的多种印刷电路板和电子器件的设置。所述电动工具的布局包括多个设计注意事项，例如尺寸、重量和形状以保证用户舒适地操作所述工具。无刷电动工具的部件和导线的有效布局使得电动工具更加紧凑，简化了工具的装配，提高了温度控制(例如由于提高了空气流动)以及其他有益效果。

在一种实施方式中，本发明提供一种电动工具，该电动工具包括壳体和设置在所述壳体中的无刷直流电动机。所述无刷直流电动机包括转子和定子，其中，所述转子连接于电动机轴以产生旋转输出。所述电动工具还包括 固定于所述无刷直流电动机的一端的散热器和整合式印刷电路板(PCB)，该整合式印刷电路板具有霍尔传感器、电源开关部件以及通孔。所述整合式印刷电路板固定于所述散热器，并且所述电动机轴延伸穿过所述散热器的所述通孔。所述电动工具还包括控制印刷电路板，该控制印刷电路板具有电动机控制单元，该电动机控制单元接收来自所述霍尔传感器的电动机的位置信息，并且控制所述电源开关部件以驱动所述无刷直流电动机。

在本发明的另一实施方式中，提供一种电动工具，该电动工具包括壳体和设置在所述壳体中的无刷直流电动机。该无刷直流电动机包括转子和定子，其中，所述转子连接于电动机轴以产生旋转输出。所述电动工具还包括输出单元、整合式印刷电路板以及控制电路板。所述输出单元连接于所述电动机轴的以提供所述壳体外侧的旋转输出。所述整合式印刷电路板包括霍尔传感器、电源开关部件以及通孔，其中，所述结合印刷电路板设置在所述无刷直流电动机和所述输出单元之间，并且其中，所述电动机轴延伸穿过所述通孔。所述控制印刷电路板包括电动机控制单元，该电动机控制单元接收来自所述霍尔传感器的电动机位置信息并且控制所述电源开关部件以驱动所述无刷直流电动机。

在本发明的另一个实施方式中，提供一种电动工具，该电动工具包括具有手柄部分和电动机壳体部分的壳体和设置在所述电动机壳体部分中的无刷直流电动机。所述无刷直流电动机包括转子和定子，其中，所述转子连接于电动机轴以产生旋转输出。所述电动工具还包括整合式印刷电路板，该整合式印刷电路板具有暴露在所述壳体中的部件，该部件包括电动机控制单元和电源开关部件。所述整合式印刷电路板设置在所述手柄部分和所述无刷直流电动机之间，并且所述电动机控制单元控制所述电源开关部件以驱动所述无刷直流电动机。所述电动工具还包括设置在所述无刷直流电动机后端的风扇。该风扇通过所述无刷直流电动机能够旋转以在所述壳体内产生冷却空气 流，以冷却所述整合式印刷电路板的部件。

通过结合附图和详细的描述将清楚本发明的其他方面。

附图说明

图1是示出无刷电动工具的图；

图2是无刷电动工具的框图；

图3A、图3B和图4提供了图1中的无刷电动工具的其他视图；

图5是示出霍尔传感器板的图；

图6至图7是具有冲浪板式的整合式印刷电路板的无刷电动工具的图；

图8A至图8C提供冲浪板式的整合式印刷电路板的其他视图；

图9至图11是示出另一个具有冲浪板式的整合式印刷电路板的无刷电动工具的图；

图12至图14是示出另外一个具有冲浪板式的整合式印刷电路板的无刷电动工具的图；

图15是示出具有圆环图式的整合式印刷电路板的无刷电动工具的图；

图16A至图16B是示出图15中的电动工具的圆环图式的整合式结合印刷电路板的图；

图17A至图17B是示出图15中的电动工具的结合的霍尔电路板和场效晶体管电路板的图；

图18A至图18B示出印刷电路板堆栈的结合控制印刷电路板的图；

图19A至图19G是示出将霍尔电路板和场效晶体管电路板以及散热器连接至无刷电动机的过程的图；

图20是示出用于无刷电动机的绕线工艺的图；

图21是示出与无刷电动工具一起使用的另一结合的霍尔印刷电路板和场效晶体管电路板的图；

图22A至图22C是示出图15中的无刷电动工具上用于控制印刷电路板的可选择的位置的图。

具体实施方式

在详细描述本发明的任何实施方式之前，应当理解的是本发明并不局限于本申请中下面的描述或附图中所公开地部件的布置和结构。本发明能够是其他的实施方式并且以多种方式实践或实施。

图3A中示出图1中的无刷电动工具100的剖视图，图3b示出电动工具100的挑选出来的部件。电动工具100包括用于电动工具100的多个部件的单独的印刷电路板(PCB)。更具体地，电动工具100包括控制印刷电路板(PCB)136、电源PCB138、前进/倒退PCB140、霍尔传感器PCB142以及发光二极管(LED)PCB144。图3A中还示出了驱动机构148和散热风扇149，驱动机构148用于将电动机126的旋转输出传递至输出单元107，散热风扇149通过电动机126旋转并且用以提供越过电动工具100的部件的冷却空气流。

如图4中所示，控制印刷电路板136位于手柄部分104和电池接口114之间的电动工具100的底部，该位置也可以指终端块部分。控制印刷电路板136包括电动机控制单元130，该电动机控制单元130可操作为接收用户输入、接收电动机信息反馈和控制场效晶体管124以驱动电动机126。控制印刷电路板136电连接于且物理连接于终端刀片150。当电池组,即电源122连接于电池接口114时，电池组的终端通过终端刀片150接收并且电连接于终端刀片150。终端刀片的个数可以根据手持式电动工具的类型改变。然而，如所示的例子，终端刀片150可以包括电池正极(“B+”)终端、电池负极(“B-”)终端、传感器或通信终端以及识别终端。如图4中所示，终端刀片150具有向上延伸穿过控制印刷电路板136的连接端152。连接端152可以 直接焊接与控制印刷电路板136，消除对额外的电源线的需要。电动机控制单元可以使用通信终端以与电池组连通，允许电池组传达其是否对电动工具100充电和其他信息。

电源印刷电路板138包括场效晶体管124，场效晶体管124连接于控制印刷电路板136的电动机控制单元130并通过电动机控制单元130控制。如上所述，场效晶体管124也电连接于电源122和电动机126。在某些实施方式中，场效晶体管124直接连接(即直接物理连接和/或热连接)于散热器154(例如，如通过电源印刷电路板138上的铜跟踪(copper tracings)直接连接在散热器上)。在其他实施方式中，场效晶体管124并不直接连接于散热器154，而是与散热器154具有热传递关系。

前进/倒退印刷电路板140包括前进/倒退开关，前进/倒退开关通过前进/倒退选择钮110操作，前进/倒退选择钮110具有三个位置：前进、倒退和空挡。这些位置之间通过在以图1中所述的平面为标准的方向上(即进/出纸)移动前进/倒退选择钮/梭110可以相互转换。当前进/倒退选择按钮在这三个位置之间转换时，选择按钮110转换前进/倒退印刷电路板140的前进/倒退开关，提供信号给电动机控制单元130。当按下触发器112时，电动机控制单元130基于选择钮11的位置引起电动机126顺时方向地针旋转、逆时针方向地旋转或不旋转(例如在空挡)。

霍尔传感器印刷电路板142包括霍尔传感器128，以检测电动机126的旋转位置、电压和加速度中的一者或多者。电动机控制单元130使用电动机反馈信号以控制场效晶体管124。

发光二极管(LED)印刷电路板144包括光源116，光源116可以为发光二极管(LED)。发光二极管印刷电路板144有选择地连接于控制印刷电路板136以使得电动机控制单元130可操作为有选择地打开和关闭光源116。当按下触发器112时，电动机控制单元130可以打开光源116，和/或，当壳 体102上单独的光源开关被用户打开时，有选择地打开/关闭独立于触发器112的光源116。电动机控制单元130还可以包括延时器，以便于光源116在触发器112或光源开关按下或释放时保持一段时间的照明。

电动机控制单元130通过控制印刷电路板136执行，控制印刷电路板136包括电动机控制单元130，电动机控制单元130包括控制电动工具100的操作的计算机硬件和软件的结合。例如，除了别的之外，控制印刷电路板136包括处理单元(例如微处理器、微控制器或者其他合适的可编程的装置)、存储器、输入单元和输出单元。除了别的之外，所述处理单元包括控制单元、算术逻辑单元(“ALU”)以及多个寄存器，并且通过已知的计算机功能结构，例如改良的哈弗架构、冯·诺伊曼架构等。处理单元、存储器、输入单元和输出单元以及多个连接于控制印刷电路板136或为控制印刷电路板136的一部分的多个模块通过一个活多个控件和/或数据地址连接。在某些实施方式中，控制印刷电路板136部分或全部应用在半导体(例如现场可编程门阵列(“FPGA”))芯片(例如通过寄存器传送级(RTL)设计过程研发出的芯片)上。

控制印刷电路板136的存储器包括，例如，程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型的存储器(例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如动态RAM(“DRAM”)，同步DRAM(“SDRAM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁性、光学、物理或电子存储设备)的结合。处理单元连接于存储器和执行软件指令，执行软件指令能够存储在存储器的RAM中(例如在执行期间)、存储器的ROM(例如在一般地积和式基部)或另外的非计算机可读介质(例如另一存储器或光盘)。软件包括，例如，固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其它可执行的指令。所述处理单元配置为从存储器中检索并执行除其他 事项外的有关本文所描述的电池组的控制指令。处理单元还可以存储各种电池组参数和特性(包括电池组的标称电压、化学电池的电池特性、允许的最大放电电流、最大容许温度等)。在其它结构中，、控制印刷电路板136包括额外的、更少的或不同的部件。

电动机控制单元130还可以是与一个或多个传感器联通以监测电动工具100和所连接的电池组的温度、电压、电流等。电机控制单元130还可以包括基于各种与温度、电流、电压等与手持式电动工具的操作有关的预置值或计算出的故障状态值的保护能力。

电动工具100的控制印刷电路板136、电源印刷电路板138、前进/倒退印刷电路板140、霍尔传感器印刷电路板142和发光元件(LED)印刷电路板144之间的的各种互连可以导致壳体102内复杂的且消耗空间的接线布局。

图6至图7示出无刷电动工具200，无刷电动工具200与电动工具100有相似之处，却有着不同的电子设备的布局。相对于电动工具100，电动工具200的布局降低了布线和装配复杂性。另外，电动工具200的更紧凑和更高效的布局使得设计能够具有额外的灵活性，例如通过允许不同的手柄和主体的尺寸和形状。电动工具200相似于电动工具100的部件被相似地编号，以简化其描述。

不同于独立的控制印刷电路板136、电源印刷电路板138、前进/倒退印刷电路板140和发光二极管印刷电路板144，电动工具200包括一个合并每个所述印刷电路板的功能的组合的冲浪板式PCB202。冲浪板式的整合式印刷电路板202包括场效应晶体管124的电源印刷电路板138、发光二极管印刷电路板144的光源116、控制印刷电路板136的电机控制单元130以及前进/倒退印刷电路板140的正向/反向开关203(参照图8C)。因此，代替穿过壳体102以互连各种PCB的电线，连接通过冲浪板式的整合式印刷电路板 202上的导体实现。

如图所示，冲浪板式的整合式印刷电路板202具有细长的形状，其长度超过其宽度的两倍。冲浪板式的整合式印刷电路板202具有邻近于电动机126的后部和邻近于触发器112的前部。霍尔传感器印刷电路板142位于冲浪板式的整合式印刷电路板202的上方并大致垂直于(即，在15度内的垂直)冲浪板式的整合式印刷电路板202。

此外，冲浪板式的整合式印刷电路板202靠近风扇149设置，以使得冷却空气流穿过冲浪板式的整合式印刷电路板202的场效晶体管124和其他部件。风扇149操作为吸取的冷却空气流从冲浪板式的整合式印刷电路板202朝向风扇149，或者如图所示，将冷却空气流204从风扇149推向冲浪板式的整合式印刷电路板202。此外，空气入口和出口形成在壳体102上以为冷却空气流204提供入口和出口路径。

冲浪板式的整合式印刷电路板202的部件被暴露。换言之，冲浪板式的整合式印刷电路板202没有封装或密封在壳体102内并且不防止壳体102内的流体到达场效晶体管124电动机控制单元130。冲浪板式的整合式印刷电路板202的暴露改善了其中的部件的热管理。例如，冷却空气流204可操作以到达和冷却场效晶体管124，使得场效晶体管124在较高的电流水平操作和使得电机126早较高的功率水平操作，并且产生并产生时间更长的更高的扭矩。

如图8A至图8C中所示，场效晶体管124以一般的平的方向安装在冲浪板式的整合式印刷电路板202上。与此相反，电动工具100的场效晶体管124以垂直方向安装在电源印刷电路板138上。冲浪板式的整合式印刷电路板202还具有安装在其上的散热器206，散热器206位于与场效晶体管124相反的一侧，以提供场效晶体管124的冷却。散热器206热连接于场效晶体管124并且包括散热片208，以改善散热器206的散热能力。在某些情况下， 一个或多个额外的散热器设置在与场效晶体管124相同的一侧，以使得场效晶体管124和冲浪板式的整合式印刷电路板202位于散热器206和一个活多个额外的散热器之间。一个或多个额外的散热器热连接于场效应晶体管124，以提供额外的热管理。冲浪板式的整合式印刷电路板202的底表面的前部209包括的光源116和安装在其上的正向/反向开关203。场效晶体管124安装在冲浪板式的整合式印刷电路板202的底表面的后部210上。散热器206安装在冲浪板式的整合式印刷电路板202的顶表面的后部210上。霍尔传感器印刷电路板142在冲浪板式印刷电路板202的上方并与冲浪板式印刷电路板202结合在一起，通常形成为倒置的“T”形。

此外，冲浪板式的整合式印刷电路板202居中设置在电动工具200内触发器112的上方，但在电动机126和驱动机构148的下方。图7示出在触发器112上方但在电动机126下方的区域211。“在电动机的下方”并不需要将冲浪板式的整合式印刷电路板202直接设置在电动机126的下方，相反的，而是设置在平行于电动机126的底表面延伸的线的下方。因此，缩短的冲浪板式的整合式印刷电路板202并不在电动机126的后方延伸，以使得冲浪板式的整合式印刷电路板202部分地直接设置唉电动机126下方，如图7中所示，可以仍然认为是“在电动机的下方”。类似的，“触发器的上方”并不需要冲浪板式的整合式印刷电路板202直接设置在触发器的上方，相反的，而是设置在区域211内。

中央位置允许电动工具200的多个组件之间相对较短的导线连接。此外，合并后的冲浪板板202的暴露、未封装的性质进一步使得到其上的部件的连接点具有更大的灵活性。也就是说，导线通常可以直接到达冲浪板式的整合式印刷电路板202的部件，而不是通过一个封装壳体的限定的入口/出口端口，允许更短和更直接的导线连接。更具体地，冲浪板式的整合式印刷电路板202靠近霍尔传感器印刷电路板142、光源116、触发器112、正向/反向 开关203和电动机126的终端。例如，图8A示出了连接霍尔传感器印刷电路板142和冲浪板式的整合式印刷电路板202的短导线212。导线212可以是柔性的或刚性的，并且通常连接在冲浪板式的整合式印刷电路板202的中间部分。另外，如图所示，导线212的长度小于电动机126的直径，小于冲浪板式的整合式印刷电路板202长度的四分之一，且小于霍尔传感器电路板142的直径。虽然冲浪板式的整合式印刷电路板202的顶表面基本上平行于电动机轴158的纵轴线，但冲浪板式的整合式印刷电路板202相对于电动机轴158成角度地从电动机一侧向电动工具200的输出一侧略微向下倾斜。如图6至图7中所示，冲浪板式的整合式印刷电路板202相对于电动机轴158具有略微向下小于5度的角度。

在某些实施方式中，前进/倒退选择按钮110包括安装在其上的磁铁，并且冲浪板式的整合式印刷电路板202包括位于正向/反向开关203位置的前进/倒退霍尔感应器(未示出)。当前进/倒退选择按钮110移动时，前进/倒退霍尔感应器检测嵌入的磁铁的运动，并且将指示前进/倒退选择按钮110的位置或运动的信号提供给电动机控制单元130。

冲浪板式的整合式印刷电路板202包括典型的部件布局。在某些实施方式中，多种部件，例如一个或多个场效晶体管124，安装在冲浪板式的整合式印刷电路板202的不同的部分(例如，顶表面而不是底表面、前部而不是后部等等)。

在某些实施方式中，电动工具200为(非锤式)钻孔/驱动电动工具，包括类似的电子部件布局、壳体、电动机等，但包括不同的驱动机构148，该驱动机构148没有冲锤机构。

图9至图11示出无刷冲击扳手电动工具250，包括冲击输出单元252。冲击扳手为用于产生旋转输出的手持式电动工具的另一种类型，但包括冲击机构254，该冲击机构254不同于电动工具100和200的锤式驱动机构148。

电动工具250包括与电动工具200相似的布局。更具体地，电动工具250包括具有手柄部分258和电动机壳体部分260的壳体256。电动机壳体不跟260覆盖电动机126并且设置在手柄部分258上方。手柄部分258包括用于连接于电池组的电池接口114。此外，电动工具250包括冲浪板式的整合式印刷电路板202和霍尔传感器印刷电路板142。相对于电动工具100，电动工具250的布局降低了布线和组装的复杂性。另外，电动工具250更加紧凑和有效的布局在设计上能够具有额外的灵活性，例如通过允许不同的手柄和主体的尺寸和形状。电动工具250相似于电动工具100的部件被相似地编号，以简化其描述。

图12至图14示出无刷冲击驱动电动工具270，包括冲击输出单元272。冲击驱动电动工具270为用于产生旋转输出的手持式电动工具的另一种类型，包括类似于冲击机构254的冲击机构274。此外，电动工具270包括用于将电动工具270悬挂在多种物品(例如钩子或工具腰带)上的夹具276。

电动工具270包括类似于电动工具200和250的布局。更具体地，电动工具270包括具有手柄部分280和电动机壳体部分282的壳体278。电动机部分282覆盖电动机126并且设置在手柄部分280的上方。手柄部分280包括用于连接于电池组的电池接口114。此外，电动工具270包括冲浪板式的整合式印刷电路板202和霍尔传感器印刷电路板142。相对于电动工具100，电动工具270的布局降低了布线和组装的复杂性。另外，电动工具270更加紧凑和有效的布局在设计上能够具有额外的灵活性，例如通过允许不同的手柄和主体的尺寸和形状。电动工具270相似于电动工具100的部件被相似地编号，以简化其描述。

尽管电动工具200、250和270中的冲浪板式的整合式印刷电路板202的物理布局可以普遍地相似，但每个电动工具中电动机控制单元130的具体的软件和硬件以及电子部件和场效晶体管124的等级可以不同和被优化。

图15示出另一无刷冲击扳手电动工具300，包括冲击输出单元252和冲击机构254，并且具有连接于电池接口114的电池组301。电动工具300相似于电动工具100的部件被相似地编号，以简化其描述。

电动工具300的布局与电动工具200、250和270的布局类似，与电动工具100相比，降低了布线和组装的复杂性。然而，电动工具300具有不同的PCB布局，在该布局中不包括冲浪板式的整合式印刷电路板202。相反的，冲浪板式的整合式印刷电路板202设置在(通常地)靠近电动机的环形PCB上。类似于LED印刷电路板144和前进/退回印刷电路板140的单独的PCB可以设置在电动工具300上，用于分别地包括和支撑光源116和开关203。

更具体地，如图16A和16B中所示，电动工具300包括堆叠在电动机126上的霍尔和场效晶体管印刷电路板302和控制印刷电路板304，霍尔和场效晶体管印刷电路板302和控制印刷电路板304具有孔，电动机轴158穿过该孔。霍尔和场效晶体管印刷电路板302通过垫片305与控制印刷电路板304分开。霍尔和场效晶体管印刷电路板302包括霍尔传感器128和场效晶体管124，而控制印刷电路板304包括电动机控制单元130。此外，散热器306，也具有通常的圆圈或环形形状，固定在霍尔和场效晶体管印刷电路板302和控制印刷电路板304之间。散热器306通常用作从场效晶体管124带走热量。

图17a和图17b中示出霍尔和场效晶体管印刷电路板302的细节。霍尔和场效晶体管印刷电路板302具有普通的在中央具有通孔308的环形形状。电动机轴158和电动机刷309(见如图21中所示)穿过通孔308。霍尔和场效晶体管印刷电路板302具有两个普通的平的安装表面：第一面310(见图17A)和第二面312(见图17B)。场效晶体管124在平的方向上安装于霍尔和场效晶体管印刷电路板302。类似地，控制印刷电路板304具有通孔314和两个通常的平的安装表面：第一面316(见图18A)和第二面318(见图 18B)。控制印刷电路板304还包括控制印刷电路板安装孔319。控制印刷电路板304以及霍尔和场效晶体管印刷电路板302关于电动机轴158同轴地设置，并且面310、312、316和318通常彼此相互平行。印刷电路板302和304固定于电动机126的一端。通过将场效晶体管124和霍尔传感器128一起设置在固定于电动机126一端的信号霍尔和场效晶体管印刷电路板302上，除了能够减少电动工具的内部绕线之外，霍尔和场效晶体管印刷电路板302还能够接收大量的用于冷却的空气流204。

霍尔和场效晶体管印刷电路板302还包括霍尔和场效晶体管印刷电路板安装孔302、电机引线板322和铜母线324。铜母线324允许霍尔和场效晶体管印刷电路板302上额外的空间用于其他结构例如强电流跟踪。因此，铜母线324在霍尔和场效晶体管印刷电路板302上跳转，而不是占用霍尔和场效晶体管印刷电路板302上的空间。在可选择的实施方式中，霍尔和场效晶体管印刷电路板302上的追踪由铜母线324代替。

霍尔和场效晶体管印刷电路板安装孔320允许散热器306的金属压铆螺母柱305(见图16A至图16B)穿过霍尔和场效晶体管印刷电路板302。金属压铆螺母柱305在印刷电路板302和304之间提供空间，并且允许控制印刷电路板304连接于散热器306。金属压铆螺母柱305接收控制印刷电路板安装螺钉，该控制印刷电路板安装螺钉***穿过控制印刷电路板304的安装孔319以将控制印刷电路板304固定于散热器306。在某些实施方式中，控制印刷电路板安装螺钉将控制印刷电路板304和霍尔和场效晶体管印刷电路板302固定于散热器306。

此外，在某些实施方式中，霍尔和场效晶体管印刷电路板安装孔320可以用于允许散热器306的金属压铆螺母柱305穿过霍尔和场效晶体管印刷电路板302，以及将霍尔和场效晶体管印刷电路板302固定于散热器。将霍尔和场效晶体管印刷电路板302紧紧地固定于散热器326允许来自霍尔和场效 晶体管印刷电路板302的热量更容易地被驱散至散热器306，并且使霍尔和场效晶体管印刷电路板302和电动机126之间的振动最小化。在本发明的其他实施方式中，安装孔319和320的个数以及其在印刷电路板302和304上的位置是多变的。此外，在其他的实施方式中，PCB302和304的常规形状是多变的。

图19A至图19G示出将电动机126、霍尔和场效晶体管印刷电路板302以及散热器306连接在一起的过程。图19A示出电动机126的电动机定子330，该电动机定子具有在分别其每一端的塑料端盖332和334以及脱离塑料端盖334的六个电动机引线336。引线支撑结构338为塑料端盖334的一部分，并且将用于合适地引导电动机引线336，下面将解释。图19B示出位于电动机定子330的塑料端盖334上的散热器306。在某些实施方式中，散热器306的金属压铆螺母柱305可以用于安装控制印刷电路板304和/或定位霍尔和场效晶体管印刷电路板302。

图19C示出通过散热器安装螺钉340固定于电动机定子330的散热器306。散热器安装夹342连接于电动机定子33的端部，该端部与连接散热器306的一端相对。散热器安装螺钉340与散热器306的散热器安装压铆螺母柱和散热器安装夹342螺纹接合，以将散热器306固定于电动机定子330。在某些实施方式中，散热器安装部件的数量和位置是多变的。

固定散热器306之后，电动机引线336向下弯曲以安装在如图19D中所示的引线支撑结构338中。在焊接于霍尔和场效晶体管印刷电路板302之前，围绕引线支撑结构338缠绕电动机引线336缓解电动机引线336的压力。在某些实施方式中，可以使用胶水将电动机引线336固定于散热器306。

图19E示出位于散热器306顶部的散热器板334。这些特征允许散热器板306使得金属散热器306与霍尔和场效晶体管印刷电路板302电隔离，同时仍然允许通过散热器306散发来自霍尔和场效晶体管印刷电路板302的热 量。

图19F示出设置在散热器板344和散热器306顶部的霍尔和场效晶体管印刷电路板302。电动机引线336与电动机引线板322对齐，并且散热器306的金属压铆螺旋柱305穿过霍尔和场效晶体管印刷电路板安装孔320。为了保证霍尔和场效晶体管印刷电路板302与散热器306之间的连接，对霍尔和场效晶体管印刷电路板302施加向下的作用力。

如图19G中所示，电动机引线336焊接于电动机引线板322以形成焊接点345，焊接点345不仅将电动机引线336连接于霍尔和场效晶体管印刷电路板302，而且将这两个部件物理连接到一起。在形成焊接点345之后，靠近电动机引线板332切断电动机引线336。如上所述，除了焊接点345之外，霍尔和场效晶体管印刷电路板302可以通过霍尔和场效晶体管印刷电路板安装螺钉固定于散热器(散热器306固定于电动机126)。

将霍尔和场效晶体管印刷电路板302固定到电动机126和散热器306的组合之后，控制印刷电路板304与位于散热器306和控制印刷电路板304之间霍尔和场效晶体管印刷电路板302一起固定于散热器306。控制印刷电路板304通过容纳在压铆螺母柱305中的控制印刷电路板安装螺钉固定于散热器306。

图20示出电动机定子330的与具有霍尔和场效晶体管印刷电路板302的一端相对的一端。电动机定子330的这个视图示出导线交叉设计，缠绕塑料端盖332后的导线。将电动机定子330的导线绕塑料端盖332缠绕允许其以有效的方式从电动机定子330的一个点到相对的点移动180度。绕电动机定子330缠绕的引线346位于臂架部分348的顶部，并且为从臂架部分348向上延伸的连接端部分349的径向外侧。如图所示，三个引线不以点的形式设置在相同的圆周位置并沿臂架部分348堆叠。相反地，两条引线堆叠至少使得连接端部分349的高度和电动机定子330的全部长度减小。

在某些实施方式中，控制印刷电路板304并不关于电动机轴158靠近霍尔和场效晶体管印刷电路板302设置，并且金属压铆螺母柱305也不穿过霍尔和场效晶体管印刷电路板302。相反地，金属压铆螺母柱305的长度减小以使得金属压铆螺母柱305在霍尔和场效晶体管印刷电路板302的表面上结束。减小的金属压铆螺母柱305不再提供有效的间隔，从而容纳霍尔和场效晶体管印刷电路板安装螺钉以将霍尔和场效晶体管印刷电路板302固定于散热器306和电动机126的结合，如图21中所示。

在实施方式中，控制印刷电路板304并不临近霍尔和场效晶体管印刷电路板302设置，控制印刷电路板304可以指如控制印刷电路板304a。控制印刷电路板304a可以设置在电动工具300中的多个位置。霍尔和场效晶体管印刷电路板302通过电缆连接器350和带状电缆(未示出)连接于控制印刷电路板304a。

图22A至图22C示出在电动工具300内控制印刷电路板304a可能设置的典型的位置。在图22A中，类似于电动工具100的电源印刷电路板138，控制印刷电路板304a位于电动工具300的手柄部分258。在图22B中，类似于冲浪板式的整合式印刷电路板202，控制印刷电路板304a位于触发器112和手柄部分258的上方，且在电动机126和冲击机构254的下方。在图22C中，类似于电动工具100的控制印刷电路板136，控制印刷电路板304a位于手柄部分258的下方且位于电池接口114的上方。

尽管关于冲击扳手动力工具300描述了图15至图22，然而所述的布局和电动机装配在动力工具的其它类型中可以实施为多种，例如无锤式钻孔/驱动电动工具、锤式钻孔/驱动电动工具(见如图1至图9)和冲击驱动电动工具(见如图12至图14)。

上述电动工具(例如电动工具200、250、270和300)描述为无线的电池供电的工具。用于为这些电动工具提供功率的电池组(例如电池组302) 可以为例如18伏特锂离子型电池，尽管具有其它电池特征、形状、电压等级等的电池组可以用于其他实施方式中。在某些实施方式中，这些电动工具为绳制的交流电动工具。例如，电动工具包括绳连接于发电机-变压器单元的交流电源替代电池接口114和电池组，以决定和转换交流电源用于电动工具的部件。这些交流电动工具还可以包含包括冲浪板式的整合式印刷电路板布局和圆环形PCB布局中的一个的上述布局中的一个。

因此，除此之外，本发明提供一种无刷电动工具的布局设计和装配。本发明的多种特征和有益效果通过所附的权利要求公开。

Claims (20)

1.一种电动工具，其中，包括：

壳体；

无刷直流电动机，该无刷直流电动机设置在所述壳体中，并且具有转子和定子，其中所述转子连接于电动机轴以产生旋转输出；

散热器，该散热器固定于所述无刷直流电动机的一端；

整合式印刷电路板，该整合式印刷电路板具有霍尔传感器、电源开关部件以及通孔，其中，所述整合式印刷电路板连接于所述散热器，并且

其中，所述电动机轴延伸穿过所述通孔；以及

控制印刷电路板，该控制印刷电路板具有电动机控制单元，该电动机控制单元接收来自所述霍尔传感器的电动机的位置信息，并且控制所述电源开关部件以驱动所述无刷直流电动机。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述散热器具有第二通孔，所述电动机轴延伸穿过该第二通孔。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其中，还包括：

在所述散热器上的螺纹压铆螺母柱；

第一安装孔，该第一安装孔设置在所述整合式印刷电路板上，所述螺纹压铆螺母柱***所述第一安装孔；

第二安装孔，该第二安装孔设置在所述控制印刷电路板上，所述第二安装孔与所述第一安装孔和所述螺纹压铆螺母柱对齐；以及

安装螺钉，该安装螺钉容纳在所述第一安装通孔和第二安装通孔以及所述螺纹压铆螺母柱中，所述安装螺钉固定于所述螺纹压铆螺母柱以将所述控制印刷电路板和所述整合式印刷电路板固定于所述散热器。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其中，所述螺纹压铆螺母柱的直径大于所述第二安装孔的直径。

5.根据权利要求3所述的电动工具，其中，所述螺纹压铆螺母柱为金属。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述控制印刷电路板固定于所述散热器，并且具有第三通孔，所述电动机轴延伸穿过所述第三通孔。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述电动工具还包括输出单元，该输出单元连接于所述电动机轴以产生所述壳体外侧的旋转输出，其中所述整合式印刷电路板设置在所述控制印刷电路板和输出单元之间。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述控制印刷电路板设置在位于所述工具的手柄部分下方的所述工具的终端块部分、所述手柄部分以及在所述电动工具的触发器的上方且在所述无刷直流电机下方的位置中的一者上。

9.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述电动工具为锤式钻孔/驱动电动工具、钻孔/驱动电动工具、冲击驱动电动工具以及冲击扳手电动工具中的一者。

10.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述电动工具还包括风扇，该风扇设置在所述无刷直流电动机的与固定有所述散热器的一端相对的后端，其中，所述风扇可通过所述无刷直流电动机旋转以在所述电动工具的壳体内产生冷却空气流。

11.一种电动工具，其中，包括：

壳体；

无刷直流电动机，该无刷直流电动机设置在所述壳体中，并且具有转子和定子，其中所述转子连接于电动机轴以产生旋转输出；

输出单元，该输出单元连接于所述电动机轴以提供所述壳体外侧的旋转输出；

整合式印刷电路板，该整合式印刷电路板具有霍尔传感器、电源开关部件以及通孔，其中，所述整合式印刷电路板设置在所述无刷直流电动机和所述输出单元之间，其中所述电动机轴延伸穿过所述通孔；以及

控制印刷电路板，该控制印刷电路板具有电动机控制单元，该电动机控制单元接收来自所述霍尔传感器的电动机的位置信息，并且控制所述电源开关部件以驱动所述无刷直流电动机。

12.根据权利要求11所述的电动工具，其中，所述控制印刷电路板具有第二通孔，所述电动机轴延伸穿过所述第二通孔。

13.根据权利要求11所述的电动工具，其中，所述控制印刷电路板设置在位于所述工具的手柄部分下方的所述工具的终端块部分、所述手柄部分以及在所述电动工具的触发器的上方且在所述无刷直流电机下方的位置中的一者上。

14.根据权利要求11所述的电动工具，其中，散热器设置在所述无刷直流电动机和所述整合式印刷电路板之间。

15.根据权利要求14所述的电动工具，其中，所述散热器具有第三通 孔，所述电动机轴延伸穿过所述第三通孔。

16.根据权利要求11所述的电动工具，其中，所述电动工具还包括风扇，该风扇设置在所述无刷直流电动机的与所述整合式印刷电路板相对的后端，其中，所述风扇可通过所述无刷直流电动机旋转以在所述壳体内产生冷却空气流。

17.根据权利要求11所述的电动工具，其中，所述电动工具为锤式钻孔/驱动电动工具、钻孔/驱动电动工具、冲击驱动电动工具以及冲击扳手电动工具中的一者。

18.根据权利要求11所述的电动工具，其中，所述电动工具还包括：

散热器，该散热器固定于所述无刷直流电动机的一端；

螺纹压铆螺母柱，该螺纹压铆螺母柱设置在所述散热器上；

第一安装孔，该第一安装孔设置在所述整合式印刷电路板上，所述螺纹压铆螺母柱***并且穿过所述第一安装孔；

第二安装孔，该第二安装孔设置在所述控制印刷电路板上，所述第二安装孔与所述第一安装孔和所述螺纹压铆螺母柱对齐；以及

安装螺钉，该安装螺钉容纳在所述第一安装通孔和第二安装通孔以及所述螺纹压铆螺母柱中，所述安装螺钉固定于所述螺纹压铆螺母柱以将所述控制印刷电路板和所述整合式印刷电路板固定于所述散热器。

19.根据权利要求18所述的电动工具，其中，所述螺纹压铆螺母柱的直径大于所述第二安装孔的直径。

20.根据权利要求18所述的电动工具，其中，所述螺纹压铆螺母柱为 金属。