TWI404595B - Improve the efficiency of the hand-held machine tool - Google Patents

Description

改善輸出效率的手持工具機

一種改善輸出效率的手持工具機，特別是指一種手持工具機具有高轉子磁極數的馬達結構。

小型的工具機（包含氣動或電動）由於體積小、價錢與耗能較低而廣受歡迎，並且工具機更包括了多種變化型態，如砂輪機、鑽孔機、氣動（電動）扳手等多種型態。而電動工具機的優點在於透過電路控制，可精準控制驅動電動馬達的電流，更進一步透過電流大小或頻率的調變，達到控制轉數的效果。

電動馬達最重要的目的就在於提供出力帶動連接末端工具元件的出力軸，因此電動馬達提供的馬力、扭力直接的影響該工具機的工作表現。習知手持工具機設計考量了體積、實際作業需求等因素，選用的電動馬達皆為高轉速馬達，再透過調整該馬達的輸出特性或者可選擇增設傳動齒輪組而符合手持工具機的設計規格。

習知的手持工具機如美國專利公開號US2010/0105287號所示，一手持工具機包含一殼體容納一馬達，該馬達包含一殼體(casing)、一定子(stator 6)以及一轉子(rotor 7)。其中，依據其說明書所揭示內容可知，該馬達的轉子位於該定子之內，並且由該定子圍繞該轉子構成內轉式馬達。受限於馬達內部空間，內轉子馬達的轉子設置的磁極數較少，依據電磁原理，低磁極數的馬達將產生高轉速、低扭力的機械輸出。

然而，改善低扭力的缺失，低極速的內轉子馬達輸出將配合一齒輪組，透過複數齒輪的齒數變換而在最終端提供較高的扭力。利用齒輪組配合電動馬達的結構可見於中華民國專利公告第200932424號「充電式電動研磨工具」，該前案揭示了一電動研磨工具的殼體內裝設充電式鋰電池包、觸動開關以及驅動馬達。其中，該驅動馬達透過一行星式的減速齒輪組來傳動一作動盤，藉由該減速齒輪組來改變最終輸出至該作動盤的馬力與扭力。雖然透過齒輪組可改變由電動馬達輸出至最終出力軸的馬力與扭力，但是在動力轉換的過程中必定有能量的損耗，並且愈多齒輪產生的損耗愈多，導致電能使用效率低落。再者，設置齒輪組亦提高了組裝難度、生產成本，並且佔用了該工具機殼體內的空間。又，該齒輪的壽命亦影響了手持工具機的使用壽命。

因此，需改善手持工具機用電效率低落的問題。

由於習知手持電動工具常使用齒輪比減速原理改變由馬達端到輸出端之間的馬力或扭力，齒輪組運轉中的動力損失造成用電效率低落。因此本案的目的在於提供一種具有較佳用電效率的手持工具機。

本案為一種改善輸出效率的手持工具機，該手持工具機具有一殼體，該殼體內包含連接一電力來源的一控制電路、一電動馬達，其中該控制電路決定導通至該電動馬達之電力大小。而該電動馬達包括一定子、一轉子以及一出力軸，其中該定子具有一芯部以及由該芯部放射狀延伸的複數定子磁極，該些定子磁極上繞有一與該控制電路電性連接的激磁繞組，且該芯部上具有一貫穿的軸孔。該出力軸可旋轉的穿過該軸孔。該轉子則具有一與該出力軸固定連接的傳動部，以及一自該傳動部延伸且水平投影覆蓋該些定子磁極的感應部，該感應部的內緣具有與該定子磁極相對的複數轉子磁極，該轉子磁極與該定子磁極磁耦合而感應一磁力驅動該出力軸於該軸孔中相對該定子旋轉。

更具體的，該轉子磁極的數量為16個至36個，且轉子磁極由磁鐵所構成。而芯部的軸孔中設有至少一軸承供該出力軸穿過，以支持該出力軸穩定的轉動。該出力軸外露於該軸孔的部份包含一工具連接端以連接一加工工具，該出力軸在連接該加工工具的相對另一端連接一扇葉組。由於該轉子的感應部位於該定子外並覆蓋該些定子磁極，因此該感應部內緣具有較大空間可以設置16個至36個轉子磁極。透過較高極數的轉子，基於N = 120 F / P(轉速=120 x 頻率 / 馬達極數)的原理，降低了馬達轉速，又基於功率守恆的原理，同樣輸出功率的馬達降低了馬達轉子轉速，就相對的提高轉子旋轉的扭力。因而，本案提供了較高扭力的電動馬達，因此不需再透過齒輪組，減少了齒輪組的動力損失及內部佔用空間。

本案為一種改善輸出效率的手持工具機，以下將配合各圖式說明本案的技術特徵。

請參閱圖1，圖1中可見一手持工具機的結構，該手持工具機具有一殼體1，該殼體1內包含連接一電力來源(圖中未示)的一控制電路2、一直流無刷式的電動馬達3，該控制電路2自該電力來源取得一輸入電力，且由該控制電路2決定導通至該電動馬達3之電力大小。而該手持工具機當然會具有供使用者操作的作動機構，該作動機構的運作決定該控制電路2驅動該電動馬達3的電力大小，然而該作動機構為該技術領域具通常知識者所能輕易理解的習知結構，故於本案圖式中未示出。同樣的，該控制電路2與該電力來源，以及該控制電路2與該電動馬達3之間相互連接的電線亦為該技術領域的一般常識，亦未繪出於本案圖式中。該電動馬達3延伸出一出力軸31，該出力軸31的一端連接一加工工具5，該加工工具5可為研磨盤或擦拭輪或者該技術領域常用的轉動加工器械，透過該出力軸31的旋轉而帶動該加工工具5執行操作者所需的功用。又，該出力軸31的一端連接一扇葉組4，該扇葉組4隨著該出力軸31而轉動，且該殼體1包含了複數個通風孔10，該扇葉組4的轉動將帶動空氣由該些通風孔10流入或流出，進而透過氣流而散逸該電動馬達3與該控制電路2運作產生的熱量。更進一步的，手持工具機更設有至少一散熱元件6，該散熱元件6可設於該殼體1內，亦可與該控制電路2接觸而提升散熱效果。

再請參閱圖2、圖3與圖4，圖2中為該電動馬達3的分解圖，其中該電動馬達3包含了一定子30以及一與該出力軸31固定連接的轉子32。該定子30包含了一芯部301以及複數由該芯部301放射狀延伸的複數定子磁極302，該些定子磁極302上纏繞了一與該控制電路2電性連接的激磁繞組303。該控制電路2依使用者操作而提供電力至該激磁繞組303。該芯部301設有一貫穿的軸孔306(可見於圖3)，該出力軸31可旋轉的穿過該軸孔306，並且該軸孔306中設有至少一軸承304供該出力軸31穿過並支撐該出力軸31。該芯部301延伸出至少一支架305與該殼體1相連接，令該定子30被固定支撐於該殼體1內的空間中。該出力軸31穿過該軸孔306並令該出力軸31兩端露出於該定子30外，該出力軸31之一端連接該加工工具5，另一端則與該轉子32固定連接。該轉子32則具有一感應部321以及一傳動部323，其中該傳動部323包含一通風孔324以及一咬合部325與該出力軸5固定連接，該感應部321則連接該傳動部323且向該下轉折延伸，並令該感應部321的水平投影覆蓋該些定子磁極302。由圖3及圖4中明顯可知，該定子30由該出力軸31穿過，而該轉子32的傳動部323自該出力軸31水平延伸，在延伸一段長度後轉折形成該感應部321，並且令該感應部321向下延伸，自水平方向看來，該些定子磁極302被籠罩於該感應部321內。該感應部321的內緣面對該些定子磁極302，並且於該感應部321內緣設有與該些定子磁極302相對的複數轉子磁極322。該些轉子磁極322可為永久磁鐵。在該控制電路2提供電力給激磁繞組303後，該定子磁極302將產生磁性，該轉子磁極322與該定子磁極302磁耦合而使該轉子磁極322感應一磁力，該磁力驅動該轉子32轉動，進一步帶動該出力軸31旋轉。該出力軸31轉動除了可帶動該加工工具5轉動以後，亦可帶動該扇葉組4產生氣流，該電動馬達3亦可透過該通風孔324協助氣流流動，提供優良的散熱效果。由於前述的定子磁極302係由芯部301放射狀的向外延伸，而該轉子32的感應部321又覆蓋於該些定子磁極302外，使該感應部321具有很大的周長可以設置許多轉子磁極322，本案限定該感應部321上至少設16個轉子磁極322，該轉子磁極322的數量在16個到36個之間，較佳的，該轉子磁極322的數量為18個至30個。本案所揭示的結構中，該轉子磁極322的數量遠較習知內轉子式馬達更多，基於N = 120 F / P (轉速=120 x 頻率 / 馬達極數)的計算方式，降低了該轉子32的轉速，又基於功率守恆的原理，同樣輸出功率的馬達降低了轉子32轉速，就相對的提高轉子32旋轉的扭力。更進一步的，由於該轉子32位於該定子30外圍，因而該感應部321的轉子磁極322到出力軸31的直線距離遠較習知內轉子式馬達更長，根據力學公式T = F x D(扭力 = 施力 x 距離)，本案所定義的結構具有加大的轉子磁極322到出力軸31的直線距離，又再進一步提高轉子32旋轉的扭力。本案揭示的電動馬達3提供了以上兩點加強扭力的特性，因而本案揭示的手持工具機具有明顯大於習知電動工具的扭力，不需要再額外設置減速齒輪組，可節省材料成本，改善了齒輪組佔用空間與組裝困難的問題。

雖然本案已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。任何熟習此技藝者，在不脫離本案的精神和範圍內，而所作的些許更動與潤飾，皆應涵蓋於本案中，因此本案的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

綜上所述，本案較習知的創作增進上述功效，應已充分符合新穎性及進步性的法定創新專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便 。

1‧‧‧殼體

10‧‧‧通風孔

2‧‧‧控制電路

3‧‧‧電動馬達

30‧‧‧定子

301‧‧‧芯部

302‧‧‧定子磁極

303‧‧‧激磁繞組

304‧‧‧軸承

305‧‧‧支架

306‧‧‧軸孔

31‧‧‧出力軸

32‧‧‧轉子

321‧‧‧感應部

322‧‧‧轉子磁極

323‧‧‧傳動部

324‧‧‧通風孔

325‧‧‧咬合部

4‧‧‧扇葉組

5‧‧‧加工工具

6‧‧‧散熱元件

圖1為本案揭示之手持工具機之結構示意圖。

圖2為該電動馬達之分解圖。

圖3為該電動馬達之剖面圖(一)。

圖4為該電動馬達之剖面圖(二)。

30‧‧‧定子

301‧‧‧芯部

302‧‧‧定子磁極

303‧‧‧激磁繞組

304‧‧‧軸承

305‧‧‧支架

31‧‧‧出力軸

32‧‧‧轉子

321‧‧‧感應部

322‧‧‧轉子磁極

323‧‧‧傳動部

324‧‧‧通風孔

325‧‧‧咬合部

4‧‧‧扇葉組

5‧‧‧加工工具

Claims (9)

1. 一種改善輸出效率的手持工具機，包含有
   　　一殼體；
   　　一電動馬達，設置於該殼體內，該電動馬達包括有一定子、一轉子以及一出力軸，該定子具有一芯部以及由該芯部放射狀延伸的複數定子磁極，該出力軸可轉動的貫穿過該芯部，該轉子具有一水平投影覆蓋該些定子磁極的感應部以及一與該出力軸固定連接的傳動部，該感應部的內緣具有與該定子磁極相對的複數轉子磁極，該轉子磁極與該定子磁極磁耦合而感應一磁力驅動該出力軸相對該定子旋轉；
   　　其中該轉子磁極的數量為16個至36個。
2. 如申請專利範圍第1項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該芯部包含供該出力軸穿過的一軸孔，該軸孔中設有至少一軸承支撐該出力軸。
3. 如申請專利範圍第1項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該轉子磁極的數量為18個至30個。
4. 如申請專利範圍第1項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該出力軸包含外露於該芯部外的一工具連接端以連接一加工工具。
5. 如申請專利範圍第4項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該出力軸在連接該加工工具的相對另一端連接一扇葉組。
6. 如申請專利範圍第1項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該轉子磁極為磁鐵。
7. 如申請專利範圍第1項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該定子更具有一與該殼體相連接的支架而令該定子定位於該殼體中。
8. 如申請專利範圍第1項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該定子磁極上繞設一激磁繞組，且該殼體內更設有一控制電路依使用者操作而提供電力至該激磁繞組。
9. 如申請專利範圍第1項所述的改善輸出效率的手持工具機，其中該手持工具機更設有至少一散熱元件。