ПРИВОДНОЙ ИНСТРУМЕНТ
POWER-DRIVEN TOOL

Предпосылки создания изобретения
Область техники
Изобретение относится к приводному инструменту, снабженному трехфазным бесщеточным электродвигателем, а конкретнее - к способу управления выходной характеристикой двигателя приводного инструмента.
Описание предшествующего уровня техники
Известно, что статор бесщеточного двигателя имеет множество пазов, обеспеченных на внутренней периферийной поверхности, на которых установлен ротор, включающий в себя постоянный магнит. Статорная обмотка образована наматыванием витков в пазах и соединением их, последовательно или параллельно. Когда ток в цепи привода двигателя подается на витки статорной обмотки, вокруг витков генерируется магнитное поле, это магнитное поле взаимодействует с полем, генерируемым постоянным магнитом, и ротор приводится в движение.
Известная статорная обмотка включает в себя одно и то же число витков, намотанных в пазах, и это число выбирают в зависимости от нужной выходной характеристики двигателя, нужного крутящего момента или частоты вращения. Если для каждой катушки, образующей статорную обмотку, выбрать разное число витков, магнитное поле, генерируемое вокруг каждой катушки при прохождении сквозь нее тока цепи привода, будет варьироваться по силе. В результате могут быть вызваны колебания крутящего момента двигателя, отсюда может возникнуть проблема вибрации.
Однако, с другой стороны, выходная характеристика крутящего момента может не достичь нужного уровня, если все катушки имеют n витков, и превысить нужный уровень, если все катушки будут иметь n+1 витков.
В связи с этим в японской публикации полезной модели № 61-3241А раскрыта методика управления числом витков катушек для управления характеристикой двигателя. Согласно известному уровню техники, обеспечена вспомогательная статорная обмотка в той же фазе, что и главная обмотка, и можно менять число пазов вспомогательной обмотки или число витков на паз. Однако в известном уровне техники вспомогательная статорная обмотка используется вместе с главной обмоткой, что является недостатком, так как ограничивает пространство для намотки главной статорной обмотки.
Сущность изобретения
Соответственно, технической задачей изобретения является создание способа легкого управления выходной характеристикой бесщеточного двигателя в приводном инструменте путем регулирования числа витков катушки, входящей в состав статорной обмотки.
Вышеописанная задача может быть выполнена с помощью заявленного изобретения. Согласно одному из объектов изобретения, рассматриваемый приводной инструмент содержит бесщеточный двигатель, который включает в себя ротор с постоянным магнитом, цилиндрический статор и трехфазные статорные обмотки, установленные на внутренней периферии статора и вращающие ротор, при этом приводной инструмент выполняет заданную операцию посредством вращения наконечника инструмента с помощью бесщеточного двигателя. Термин «приводной инструмент» по изобретению в широком толковании охватывает электрические инструменты, приводимые в действие двигателем, такие как приводные инструменты для применения в ударных операциях, при сверлении или затяжке винтов, а также приводные инструменты для резания, шлифования или полирования.
Что касается рассматриваемого инструмента, во внутренней поверхности статора выполнено множество пазов с заданными интервалами в окружном направлении. Каждая из трехфазных статорных обмоток образована множеством катушек, намотанных в пазах статора и соединенных между собой, и число витков катушек, образующих статорную обмотку, в каждой фазе регулируется с целью управления выходной характеристикой двигателя. Согласно изобретению, в отличие от предшествующего уровня техники, где для регулирования выходной характеристики двигателя использовалась вспомогательная статорная обмотка, не требуется дополнительного пространства для установки вспомогательной обмотки в статор, так что можно легко обеспечить пространство для установки статорной обмотки.
По одному из объектов изобретения, общее число витков катушек, намотанных в пазах каждой фазы, предпочтительно может быть одинаковым для трех фаз и не кратным числу пазов каждой фазы. Например, в конструкции с двумя пазами в каждой фазе (в которой статорная обмотка каждой фазы состоит из двух катушек) они могут быть предпочтительно расположены таким образом, что общее число витков катушек в каждое фазе составляет семь, и одна из двух катушек в каждой фазе состоит из трех витков провода, в то время как другая катушка состоит из четырех витков провода, или одна из двух катушек в каждой фазе состоит из двух витков провода, в то время как другая состоит из пяти витков провода. Согласно данной конструкции, трехфазная статорная обмотка состоит из катушек с одинаковым числом витков, и, следовательно, когда ток в цепи привода проходит сквозь статорные обмотки, сила магнитного поля, генерируемого вокруг каждой из статорных обмоток, не так легко колеблется.
Согласно дополнительному объекту изобретения, при условии, что общее число витков катушек, намотанных в пазах каждой фазы, одинаково для трех фаз и не является кратным числа пазов каждой фазы, Х-е катушки в трех фазах могут включать в себя одинаковое число витков провода, и, что касается числа витков одной из катушек, намотанных в пазах каждой фазы, число витков, по меньшей мере, одной из других катушек может отличаться на один, и число витков каждой из других катушек может не отличаться или отличаться на один. Термин «Х-ая» катушка в данном изобретении относится к Х-ой катушке от начала обмотки (начальной точки наматывания через пазы).
Согласно данному объекту, в вышеупомянутой конструкции разница в числе витков катушек, намотанных в пазах каждой фазы, может быть сведена к минимуму. Следовательно, дисбаланс в числе витков катушек может быть сведен к минимуму, так что можно осуществлять сбалансированное регулирование числа витков катушек. В результате можно рациональным образом избежать контакта между соседними катушками, намотанными в соседних пазах, и высота концов катушек может быть практически одинаковой, так что выделение тепла также распределяется практически равномерно.
Согласно еще одному объекту изобретения, при условии, что Х-е катушки в трех фазах состоят из одинакового числа витков провода, и что в отношении числа витков одной из катушек, намотанных в пазах каждой фазы, число витков, по меньшей мере, одной из других катушек может отличаться на один, и число витков каждой из других катушек может не отличаться или отличаться на один, рядом с Х-ми катушками располагаются катушки других фаз с номерами, отличными от Х.
В такой конструкции дисбаланс числа витков статорных обмоток может быть сведен к минимуму в периферийном направлении статора. Следовательно, можно осуществлять сбалансированное регулирование числа витков катушек. В результате можно рациональным образом избежать контакта между соседними катушками, намотанными в соседних пазах, и высота концов катушек может быть практически одинаковой, так что выделение тепла также распределяется практически равномерно.
Согласно еще одному объекту изобретения, число витков катушек предпочтительно можно регулировать таким образом, что общее число витков катушек в одной из трех фаз отлично от числа витков катушек одной из двух других фаз, и общее число витков катушек, намотанных во всех пазах, не кратно трем.
Согласно данному объекту, выходной характеристикой двигателя легко управлять, регулируя число витков катушек статорных обмоток в каждой фазе. Например, в конструкции с двумя пазами в каждой фазе (в которой статорная обмотка каждой фазы состоит из двух катушек) они могут быть расположены таким образом, что общее число витков катушек в двух из трех фаз составляет семь, а в другой фазе - восемь, и одна из двух катушек одной из двух фаз состоит из трех витков провода, а другая - из четырех витков провода, в то время как одна из двух катушек в другой фазе состоит из трех витков провода, а другая состоит из пяти витков провода.
В такой конструкции общее число витков катушек в двух из трех фаз одинаково, и разница относительно числа витков в другой фазе минимальна. Следовательно, когда ток в цепи привода проходит сквозь статорные обмотки, сила магнитного поля, генерируемого вокруг каждой из статорных обмоток, не так легко колеблется.
Согласно еще одному объекту изобретения, при условии, что общее число витков катушек, намотанных во всех пазах, не кратно трем, что касается числа витков катушек, намотанных в пазах одной из фаз, число витков катушек, по меньшей мере, одной из других фаз отличается на один, и число витков катушек другой фазы может не отличаться или отличаться на один.
Согласно данному объекту, в вышеупомянутой конструкции разница в числе витков катушек между разными фазами может быть сведена к минимуму. Следовательно, дисбаланс в числе витков катушек может быть сведен к минимуму, так что можно осуществлять сбалансированное регулирование числа витков катушек. В результате можно рациональным образом избежать контакта между соседними катушками, намотанными в соседних пазах, и высота концов катушек может быть практически одинаковой, так что выделение тепла также распределяется практически равномерно.
Согласно еще одному объекту изобретения, при условии, что в отношении числа витков катушек, намотанных в пазах одной из фаз, число витков катушек, по меньшей мере, одной из других фаз может отличаться на один, и число витков катушек в другой фазе может не отличаться или отличаться на один, Х-е катушки в трех фазах состоят из одинакового числа витков провода, и рядом с Х-ми катушками располагаются катушки других фаз с номерами, отличными от Х.
Согласно данному объекту, при использовании вышеописанной конструкции дисбаланс числа витков статорных обмоток может быть сведен к минимуму в окружном направлении статора. Следовательно, можно осуществлять сбалансированное регулирование числа витков катушек. В результате можно рациональным образом избежать контакта между соседними катушками, намотанными в соседних пазах, и высота концов катушек может быть практически одинаковой, так что выделение тепла также распределяется практически равномерно.
Согласно изобретению, обеспечен способ легкого управления выходной характеристикой двигателя путем регулирования числа витков катушки, входящей в состав статорной обмотки, в приводном инструменте с бесщеточным двигателем. Другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут хорошо понятны после прочтения последующего подробного описания вместе с прилагаемыми чертежами и формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 полностью показана ударная отвертка в качестве примера приводного инструмента по изобретению.
Фиг.2 - вид в перспективе, на котором показан статор.
Фиг.3 - вид в перспективе, на котором показан статор, перевернутый относительно положения, показанного на Фиг.2.
Фиг.4 - схематичный вид, иллюстрирующий наматывание обмоток статора в пазах, в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе (всего шесть пазов).
Фиг.5 - схематичный вид, иллюстрирующий наматывание обмоток статора в пазах, в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе (всего девять пазов).
На Фиг.6 показаны примеры соединений обмоток статора в конструкции с двумя пазами в каждой фазе (всего шесть пазов). На Фиг.6(а) показано соединение звездой, а на Фиг.6(b) - соединение треугольником.
На Фиг.7 показаны примеры соединений обмоток статора в конструкции с тремя пазами в каждой фазе (всего девять пазов), при этом на Фиг.7(а) показано соединение звездой, а на Фиг.7(b) - соединение треугольником.
Фиг.8 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек согласно первому варианту осуществления, в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе.
Фиг.9 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек согласно первому варианту осуществления в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе.
Фиг.10 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 первого варианта осуществления, в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе.
Фиг.11 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 первого варианта осуществления, в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе.
Фиг.12 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 первого варианта осуществления, в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе.
Фиг.13 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 первого варианта осуществления, в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе.
Фиг.14 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек согласно второму варианту осуществления, в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе.
Фиг.15 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек согласно второму варианту осуществления, в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе.
Фиг.16 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 второго варианта осуществления, в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе.
Фиг.17 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 второго варианта осуществления в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе.
Фиг. 18 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 второго варианта осуществления, в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе.
Фиг.19 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 второго варианта осуществления, в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе.
Фиг.20 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек в случае, когда начало и конец катушек находится с одной стороны.
Фиг.21 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек в случае, когда начало и конец катушек находятся с разных сторон.
Фиг.22 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек (путем изменения числа витков катушек, представленных на Фиг.20), обычным способом.
Фиг.23 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушки (путем изменения числа витков катушек, представленных на Фиг.21) обычным способом.
Фиг.24 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек (путем изменения числа витков катушек, представленных на Фиг.20) по изобретению.
Фиг.25 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек (путем изменения числа витков катушек, представленных на Фиг.21) по изобретению.
Фиг.26 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек (путем изменения числа витков катушек, представленных на Фиг.20) по изобретению.
Фиг.27 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек (путем изменения числа витков катушек, представленных на Фиг.21) по изобретению.
Подробное описание изобретения
Каждый из дополнительных признаков изобретения и этапов способа, раскрытых выше и далее, может быть использован отдельно или совместно с другими признаками и этапами способа, чтобы обеспечить и изготовить улучшенные приводные инструменты, а также обеспечить способ использования таких приводных инструментов и используемых в них устройств. Иллюстративные примеры настоящего изобретения, в которых многие из данных дополнительных признаков и этапов способа используются совместно, будут подробно описаны далее со ссылками на чертежи. Данное подробное описание предназначено лишь для того, чтобы дать специалисту в данной области техники знания о подробностях практического воплощения предпочтительных аспектов настоящего изобретения, и не носит ограничительного характера в отношении объема изобретения. Объем заявленного изобретения определен лишь формулой изобретения. Следовательно, сочетания признаков и этапов, раскрытых в прилагаемом подробном описании, не обязательно являются практическим воплощением изобретения в наиболее широком смысле, а приведены исключительно для конкретного описания некоторых иллюстративных примеров изобретения, подробное описание которого последует далее со ссылками на прилагаемые чертежи.
Иллюстративный вариант осуществления изобретения будет описан со ссылкой на Фиг.1-12. Согласно данному варианту осуществления, электрическая (работающая от батареи) ударная отвертка 100 описана в качестве примера «приводного инструмента» по изобретению. Согласно данному варианту осуществления, приводной двигатель 121 ударной отвертки 100 представляет собой трехфазный бесщеточный двигатель постоянного тока, и в статоре 135 обеспечены два паза в каждой фазе, то есть всего шесть пазов.
Как показано на Фиг.1, ударный инструмент 100 согласно данному варианту осуществления в основном включает в себя корпус 101, образующий наружный кожух ударной отвертки 100, и наконечник отвертки 109, который съемным образом прикреплен к концу корпуса 101 и выполняет функцию затяжки винтов различных типов. Наконечник 109 отвертки является элементом, соответствующим «наконечнику инструмента» по изобретению.
Корпус 101 охватывает корпус 103 двигателя, корпус 105 зубчатой передачи и рукоятку 107. Корпус 103 двигателя вмещает приводной двигатель 121. Приводной двигатель 121 является элементом, соответствующим «бесщеточному двигателю» по изобретению. Пусковая кнопка 125 обеспечена на рукоятке 107, и нажатие пусковой кнопки 125 включает выключатель электропитания на приводном двигателе 121.
Корпус 105 зубчатой передачи охватывает редуктор 115, шпиндель 112, боек 114 и упор 115. Редуктор 111 включает в себя планетарную передачу и соответствующим образом снижает скорость вращения выходного вала 122 приводного двигателя 121. Редуктор 111 вращает шпиндель 112. Вращение шпинделя 112 заставляет боек 114 вращаться посредством передаточного элемента в виде шарика 113, что, в свою очередь, заставляет вращаться упор 115. Боек 114 может перемещаться относительно шпинделя 112 в продольном направлении, и сжатие цилиндрической пружины 116 толкает его к упору 115. Передний конец упора 115 выступает из конца корпуса 105 зубчатой передачи, и наконечник 109 отвертки разъемным образом сцеплен с выступающим концом упора 115.
Когда приводной двигатель 121 приводят в действие с целью выполнения операции затяжки винта, и крутящий момент затяжки на наконечнике 109 отвертки мал, шпиндель 112 и боек 114 вращаются вместе. В подобных условиях пониженной нагрузки боек 114 удерживается в сцеплении с упором 115 посредством смещающего усилия цилиндрической пружины сжатия 116. Таким образом, упор 115 также вращается вместе с бойком 114, и наконечник 109 отвертки выполняет операцию затяжки винта.
Когда крутящий момент затяжки увеличивается до заданного высокого уровня, боек 114 отодвигается от упора 115, противодействуя смещающему усилию цилиндрической пружины сжатия 116. Затем боек 114 сцепляется с упором 115, передавая импульсный крутящий момент, посредством смещающего усилия цилиндрической пружины сжатия 116. Таким образом, большой крутящий момент вырабатывается на наконечнике 109 отвертки с помощью упора 115. Принцип работы ударной отвертки 100 известен и поэтому не будет подробно описан.
Теперь будет вкратце описана конструкция приводного двигателя 121. Приводной двигатель 121 согласно данному варианту осуществления представляет собой трехфазный бесщеточный двигатель постоянного тока, работающий от батареи 127. Основными элементами приводного двигателя 121 являются ротор 133 и статор 135, прикрепленный к корпусу 103 двигателя, на который намотана катушка, образующая обмотку статора.
Один конец (задний, или левый, конец, если смотреть на Фиг.1) выходного вала 122 с возможностью вращения установлен в корпусе 103 двигателя посредством подшипника 123. Другой конец (со стороны редуктора 111, или справа, если смотреть на Фиг.1) выходного вала 122 с возможностью вращения установлен в корпусе 105 зубчатой передачи посредством подшипника 124.
Когда включают электропитание приводного двигателя 121, имеющего вышеописанную конструкцию, и ток в цепи привода подается на обмотки статора 135, ротор 133 приводится во вращение. Принцип работы самого двигателя постоянного тока известен и поэтому не будет подробно описан.
Далее будет описана конструкция приводного двигателя 121 (трехфазного бесщеточного двигателя постоянного тока). Как показано на Фиг.4 и 5, кольцевой магнит (постоянный магнит) 133а расположен на наружной периферийной поверхности ротора 133. Статор 135 показан на Фиг.2, 3, 4 и 5. В примере, представленном на Фиг.2, 3 и 4, статор 135 содержит шесть зубцов 31-36, продолжающихся радиально внутрь. Шесть пазов S1-S6, или по два паза в каждой фазе, выполнены между соседними зубцами 31-36. На Фиг.4 показаны намотанные провода катушек, образующих статорные обмотки в трех фазах (фаза U, фаза V, фаза W), а на Фиг.2 и 3 статорные обмотки еще не намотаны. В примере, представленном на Фиг.5, статор 135 имеет девять зубцов 31-39, продолжающихся радиально внутрь, и девять пазов S1-S9, то есть по три паза в каждой фазе, выполнены между соседними зубцами 31-39.
Далее будет объяснена конструкция каждой из статорных обмоток в трех фазах (фаза U, фаза V, фаза W), образованных катушками, намотанными в пазах.
В примере, представленном на Фиг.4, в котором в каждой фазе обеспечены по два паза, статорная обмотка 51 фазы U образована последовательным или параллельным соединением катушки U1, намотанной вокруг зубца 31 между пазами S1 и S2, и катушки U2, намотанной вокруг зубца 34, диаметрально противоположного зубцу 31, между пазами S4 и S5. Статорная обмотка 61 фазы V образована последовательным или параллельным соединением катушки V1, намотанной вокруг зубца 32 между пазами S2 и S3, и катушки V2, намотанной вокруг зубца 35, диаметрально противоположного зубцу 32, между пазами S5 и S6. Статорная обмотка 71 фазы W образована последовательным или параллельным соединением катушки W1, намотанной вокруг зубца 33 между пазами S3 и S4, и катушки W2, намотанной вокруг зубца 36, диаметрально противоположного зубцу 33, между пазами S6 и S1.
На Фиг.4 крест на каждой из катушек U1, U2, V1, V2, W1, W2 с одной стороны указывает на то, что катушка проходит через соответствующий паз назад от плоскости чертежа (от смотрящего), а двойной кружок на каждой из катушек U1, U2, V1, V2, W1, W2 с другой стороны указывает, что катушка проходит сквозь соответствующий паз вперед от плоскости чертежа (к смотрящему). Катушки U1, U2, V1, V2, W1, W2 наматывают по фазе. Как показано стрелками на Фиг.4, в фазе U провод, идущий от нулевой точки 53 фазы U (один вывод обмотки 51 фазы U статора), наматывают, образуя катушку U1, а затем катушку U2, и заканчивают конечной точкой 55 обмотки (другой вывод статорной обмотки 51 фазы U). В фазе V провод, идущий от нулевой точки 63 фазы V (один из выводов статорной обмотки 61 фазы V), наматывают, образуя катушку V1, а затем катушку V2, и заканчивают конечной точкой 65 фазы V (другой вывод статорной обмотки 61 фазы V). В фазе W провод, идущий от нулевой точки 73 фазы W (один вывод статорной обмотки 71 фазы W), наматывают, образуя катушку W1, а затем катушку W2, заканчивая конечной точкой 75 фазы W (другой вывод статорной обмотки 71 фазы W).
Соединительный провод 51а, который соединяет катушки U1 и U2 фазы U статорной обмотки 51, соединительный провод 61а, который соединяет катушки V1 и V2 фазы V статорной обмотки 61, и соединительный провод 71а, который соединяет катушки W1 и W2 фазы W статорной обмотки 71, расположены со стороны одного края (с одной и той же стороны) относительно зубцов 31-36 в продольном направлении и проходят по радиально наружному участку торцевой поверхности статора 135 в окружном направлении, чтобы предотвратить взаимодействие с ротором 133, установленным в статоре 135. Как показано на Фиг.6, катушки U1, U2, V1, V2, W1, W2 трехфазных статорных обмоток, намотанных вокруг зубцов 31-36, соединены либо звездой (Фиг.6(а)), либо треугольником (Фиг.6(b)). На Фиг.6 показано, что катушки одной фазы соединены последовательно.
В примере, представленном на Фиг. 5, статорная обмотка 51 фазы U образована последовательным или параллельным соединением катушки U1, намотанной вокруг зубца 31 между пазами S1 и S2, катушки U2, намотанной вокруг зубца 34, отстоящего на 120 градусов от зубца 31, между пазами S4 и S5, и катушки U3, намотанной вокруг зубца 37, отстоящего на 120 градусов от зубца 34, между пазами S7 и S8. Статорная обмотка 61 фазы V образована последовательным или параллельным соединением катушки V1, намотанной вокруг зубца 32 между пазами S2 и S3, катушки V2, намотанной вокруг зубца 35, отстоящего на 120 градусов от зубца 32, между пазами S5 и S6, и катушки V3, намотанной вокруг зубца 38, отстоящего на 120 градусов от зубца 35, между пазами S8 и S9. Статорная обмотка 71 фазы W образована последовательным или параллельным соединением катушки W1, намотанной вокруг зубца 33 между пазами S3 и S4, катушки W2, намотанной вокруг зубца 36, отстоящего на 120 градусов от зубца 33, между пазами S6 и S7, и катушки W3, намотанной вокруг зубца 39, отстоящего на 120 градусов от зубца 36, между пазами S9 и S1.
На Фиг. 5 крест на каждой из катушек U1, U2, U3, V1, V2, V3, W1, W2, W3 с одной стороны указывает на то, что катушка проходит через соответствующий паз назад от плоскости чертежа (от смотрящего), а двойной кружок на каждой из катушек U1, U2, U3, V1, V2, V3, W1, W2, W3 с другой стороны указывает, что катушка проходит через соответствующий паз вперед от плоскости чертежа (к смотрящему). Катушки U1, U2, U3, V1, V2, V3, W1, W2, W3 наматывают по фазе. Как показано на Фиг.5 стрелками, в фазе U провод, идущий от нулевой точки 53 фазы U (один вывод обмотки 51 фазы U статора), наматывают, образуя катушки U1, U2 и U3, в указанном порядке, заканчивая конечной точкой 55 (другой вывод статорной обмотки 51 фазы U). В фазе V провод, идущий от нулевой точки 63 фазы V (один из выводов статорной обмотки 61 фазы V), наматывают, образуя катушки V1, V2 и V3 в указанном порядке, и заканчивают конечной точкой 65 фазы V (другой вывод статорной обмотки 61 фазы V). В фазе W провод, идущий от нулевой точки 73 фазы W (один из выводов статорной обмотки 71 фазы W), наматывают, образуя катушки W1, W2 и W3 в указанном порядке, и заканчивают конечной точкой 75 фазы W (другой вывод статорной обмотки 71 фазы W).
Соединительный провод 51а, который соединяет катушки U1, U2 и U3 фазы U статорной обмотки 51, соединительный провод 61а, который соединяет катушки V1, V2 и V3 фазы V статорной обмотки 61, и соединительный провод 71а, который соединяет катушки W1, W2 и W3 фазы W статорной обмотки 71, расположены со стороны одного края (с одной и той же стороны) относительно зубцов 31-39 в продольном направлении и проходят по радиально наружному участку торцевой поверхности статора 135 в окружном, чтобы предотвратить взаимодействие с ротором 133, установленным в статоре 135. Как показано на Фиг.7, катушки U1, U2, U3, V1, V2, V3, W1, W2, W3 трехфазных статорных обмоток, намотанных вокруг зубцов 31-39, соединены либо звездой (Фиг.7(а)), либо треугольником (Фиг.7(b)). На Фиг.7 показано, что катушки одной фазы соединены последовательно.
Далее будет разъяснено регулирование числа витков катушек статорных обмоток 51, 61, 71. Регулирование числа витков катушек в данном случае не включает в себя регулирование посредством изменения положений начала и конца обмотки (с одной стороны, как показано на Фиг.20, или с разных сторон, как показано на Фиг.21), а также регулирование путем изменения положения соединительных проводов (со стороны начала обмотки или с противоположной стороны относительно начала обмотки, как показано на Фиг.20 и 21).
Фиг.20-27 - чертежи, иллюстрирующие регулирование числа витков катушек, и на чертежах конструкции, где статорная обмотка каждой фазы имеет три катушки, показана только фаза U. В общем случае, согласно обычной технологии, для управления характеристикой двигателя путем регулирования числа витков катушек статорной обмотки число витков каждой катушки в каждой фазе увеличивают. В частности, когда двигатель, показанный на Фиг.20 и 21, имеет по одному витку в каждой из катушек U1 и U2 фазы U, то есть всего два витка, намотанных через соответствующие пазы, то в общем случае, согласно обычной технологии, как показано на Фиг.22 и 23, количество витков каждой из катушек U1 и U2 фазы U, намотанных в соответствующих пазах, увеличивают на один оборот, так что получается двигатель, обмотки которого содержат четыре витка. В случае, представленном на Фиг.20 и 22, начало и конец обмотки расположены с одной стороны, тогда как в случае, показанном на Фиг.21 и 23, они расположены с разных сторон. В обоих случаях, однако, обмотки имеют одинаковое число витков (один виток). В частности, согласно обычному способу, регулирование числа витков катушек (характеристики двигателя) осуществляется увеличением (или уменьшением) числа витков каждой катушки, намотанных в соответствующих пазах, на целое кратное.
По изобретению, в двигателе (Фиг.20 и 21), имеющем катушки U1 и U2, каждая из которых состоит из одного витка, то есть всего два витка, намотанные в соответствующих пазах, как показано на Фиг.24-27, на один увеличивают число витков только одной из катушек - U1 или U2, - так что получается двигатель, обмотки которого содержат по три витка. В частности, на Фиг.24 и 25 на один увеличено лишь число витков катушки U1, а на Фиг.26 и 27 на один увеличено лишь число витков катушки U2. Если статорная обмотка имеет три катушки (три паза), упомянутое регулирование осуществляется увеличением (или уменьшением) числа витков каждой одной или двух катушек, намотанных в соответствующих пазах.
Далее будут разъяснены варианты осуществления регулирования числа витков катушек статорных обмоток 51, 61, 71 по изобретению.
(Первый вариант осуществления)
Фиг.8 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек в конструкции с двумя пазами в каждой фазе, на которой показано расположение и количество витков катушек U1, U2, V1, V2, W1, W2. Цифры на чертеже представляют число витков катушек. Согласно данному варианту осуществления, общее число витков катушек, намотанных в соответствующих пазах в каждой фазе, составляет семь для каждой из трех фаз U, V и W. В частности, статорная обмотка 51 фазы U образована катушкой U1 из четырех витков и катушкой U2 из трех витков, статорная обмотка 61 фазы V образована катушкой V1 из двух витков и катушкой V2 из пяти витков, и статорная обмотка 71 фазы W образована катушкой W1 из пяти витков и катушкой W2 из двух витков. Следовательно, в данном случае число витков катушек на паз составляет 3,5.
Фиг.9 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек в конструкции с тремя пазами в каждой фазе, на которой показано расположение и количество витков катушек U1, U2, U3, V1, V2, V3, W1, W2, W3. Цифры на чертеже представляют число витков катушек. Согласно данному варианту осуществления, общее число витков катушек, намотанных в соответствующих пазах в каждой фазе, составляет тринадцать для каждой из трех фаз U, V и W. В частности, статорная обмотка 51 фазы U образована катушкой U1 из четырех витков, катушкой U2 из четырех витков и катушкой U3 из пяти витков, статорная обмотка 61 фазы V образована катушкой V1 из трех витков, катушкой V2 из пяти витков и катушкой V3 из пяти витков, и статорная обмотка 71 фазы W образована катушкой W1 из трех витков, катушкой W2 из пяти витков и катушкой W3 из пяти витков. Следовательно, в данном случае число витков катушек на паз составляет 4,33.
В частности, согласно первому варианту осуществления, показанному на Фиг.8 и 9, общее число витков в катушках статорной обмотки, намотанных в пазах каждой фазы, одинаково для трех фаз, и это число не кратно числу пазов.
Согласно первому варианту осуществления, конструкция которого описана выше, общее число витков катушек каждой из статорных обмоток 51, 61, 71 во всех трех фазах U, V и W одинаково (семь). Следовательно, когда ток в цепи привода проходит сквозь статорные обмотки 51, 61, 71, сила магнитного поля, генерируемого вокруг каждой из статорных обмоток 51, 61, 71, не так легко колеблется.
Кроме того, согласно первому варианту осуществления, точное регулирование выходной характеристики приводного двигателя 121 ударной отвертки 100 можно легко выполнять по необходимости, регулируя число витков на катушках статорных обмоток 51, 61, 71. Например, если все катушки имеют по четыре витка, что означает, что общее число витков в каждой из статорных обмоток трех фаз составляет восемь, то выходной крутящий момент может быть слишком высоким. Однако, если все катушки имеют по три витка, что означает, что общее число витков в каждой из статорных обмоток трех фаз составляет шесть, то выходной крутящий момент может быть слишком низким. В таком случае нужные выходные характеристики можно получить, регулируя число витков катушек таким образом, чтобы общее число витков каждой из статорных обмоток 51, 61, 71 составляло семь, как в первом варианте осуществления.
Кроме того, согласно данному варианту осуществления, в котором выходная характеристика приводного двигателя 121 управляется регулированием числа витков катушек, в отличие от предшествующего уровня техники (японская публикация полезной модели № 61-3241), где для регулирования выходной характеристики двигателя использовалась вспомогательная статорная обмотка, не требуется дополнительного пространства для установки вспомогательной обмотки в статор 135, так что можно легко обеспечить пространство для установки статорной обмотки.
(Модификация 1 первого варианта осуществления)
Фиг.10 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 первого варианта осуществления в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе. В данной модификации, как показано на чертеже, общее число витков катушек, намотанных в соответствующих пазах каждой фазы, составляет семь для каждой из трех фаз U, V и W. Кроме того, катушка U1 статорной обмотки 51 фазы U, катушка V1 статорной обмотки 61 фазы V и катушка W1 статорной обмотки 71 фазы W состоят из четырех витков провода каждая, а катушка U2 статорной обмотки 51 фазы U, катушка V2 статорной обмотки 61 фазы V и катушка W2 статорной обмотки 71 фазы W состоят из трех витков провода каждая.
В частности, согласно модификации 1, представленной на Фиг.109, Х-е катушки, или, например, первые катушки U1, V1, W1 в трех фазах, начиная с соответствующего начала обмотки, имеют одинаковое число витков. Число витков каждой другой, или второй, катушки U2, V2, W2 отличается на один от числа витков первых катушек U1, V1, W1, намотанных в пазах соответствующих фаз.
Фиг.11 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе. В данной модификации, как показано на чертеже, общее число витков катушек, намотанных в соответствующих пазах каждой фазы, составляет тринадцать для каждой из трех фаз U, V и W. Кроме того, катушки U1, U2 статорной обмотки 51 фазы U, катушки V1, V2 статорной обмотки 61 фазы V и катушки W1, W2 статорной обмотки 71 фазы W состоят из четырех витков провода каждая, а катушка U3 статорной обмотки 51 фазы U, катушка V3 статорной обмотки 61 фазы V и катушка W3 статорной обмотки 71 фазы W состоят из пяти витков провода каждая.
В частности, согласно модификации 1, представленной на Фиг. 11, Х-е катушки, или, например, первые катушки U1, V1, W1 в трех фазах, начиная с соответствующего начала обмотки, имеют одинаковое число витков. Число витков каждой второй катушки U2, V2, W2 не отличается, а число витков каждой третьей катушки U3, V3, W3 отличается на один от числа витков первых катушек U1, V1, W1, намотанных в пазах соответствующих фаз.
Согласно вышеописанной модификации 1, представленной на Фиг.10 и 11, разность числа витков катушек, намотанных в пазах каждой фазы, может быть сведена к минимуму. Следовательно, можно осуществлять сбалансированное регулирование числа витков катушек. В результате можно рациональным образом избежать контакта между соседними катушками, намотанными в соседних пазах, и высота концов катушек может быть практически одинаковой, так что выделение тепла также распределяется практически равномерно.
(Модификация 2 первого варианта осуществления)
Фиг.12 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 первого варианта осуществления в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе. В данной модификации, как показано на чертеже, общее число витков катушек, намотанных в соответствующих пазах каждой фазы, составляет семь для каждой из трех фаз U, V и W. Кроме того, катушка U1 статорной обмотки 51 фазы U, катушка V1 статорной обмотки 61 фазы V и катушка W1 статорной обмотки 71 фазы W состоят из четырех витков провода каждая, а катушка U2 статорной обмотки 51 фазы U, катушка V2 статорной обмотки 61 фазы V и катушка W2 статорной обмотки 71 фазы W состоят из трех витков провода каждая. Согласно данной модификации, рядом с X-ми катушками, например, первыми катушками U1, V1, W1 от соответствующих обмоток в трех фазах, расположены другие (вторые) катушки U2, V2, W2 других фаз.
Фиг.13 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 в конструкции, имеющей три паза в каждой фазе. В данной модификации, как показано на чертеже, общее число витков катушек, намотанных в соответствующих пазах каждой фазы, составляет тринадцать для каждой из трех фаз U, V и W. Кроме того, катушки U1, U2 статорной обмотки 51 фазы U, катушки V1, V2 статорной обмотки 61 фазы V и катушки W1, W2 статорной обмотки 71 фазы W состоят из четырех витков провода каждая, а катушка U3 статорной обмотки 51 фазы U, катушка V3 статорной обмотки 61 фазы V и катушка W3 статорной обмотки 71 фазы W состоят из пяти витков провода каждая. Согласно данной модификации, рядом с X-ми катушками, например, первой катушкой U1 фазы U от начала обмотки располагаются катушки другой фазы, отличной от фазы U, т.е. вторая катушка W2 фазы W и вторая катушка V2 фазы V. Аналогичным образом рядом с первой катушкой V1 фазы V от начала обмотки располагаются катушки другой фазы, отличной от V, т.е. третья катушка U3 фазы U и вторая катушка W2 фазы W. Кроме того, рядом с первой катушкой W1 фазы W от начала обмотки располагаются катушки другой фазы, отличной от фазы W, т.е. третья катушка V3 фазы V и третья катушка U3 фазы U.
В частности, согласно модификации 2, представленной на Фиг.12 и 13, рядом с первыми катушками U1, V1, W1 трехфазных статорных обмоток 51, 61, 71 располагаются катушки разных фаз, имеющие номера, отличные от первого. При таком расположении дисбаланс числа витков статорных обмоток 51, 61, 71 может быть сведен к минимуму в периферийном направлении статора 135, и может быть осуществлено более сбалансированное регулирование числа витков катушек по сравнению с модификацией 1.
(Второй вариант осуществления)
Фиг.14 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек в конструкции с двумя пазами в каждой фазе, на которой показано расположение и число витков катушек U1, U2, V1, V2, W1, W2. Цифры на чертеже представляют число витков катушек. Согласно данному варианту осуществления, в фазах U и V каждая из катушек U1 и V2 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек U2 и V1 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков катушек в каждой из фаз U и V составляет семь. В фазе W катушка W1 состоит из пяти витков провода, а катушка W2 состоит из трех витков провода; это означает, что общее число витков катушек составляет восемь. В частности, общее число витков во всех катушках, намотанных во всех (шести) пазах, составляет двадцать два, т.е. не кратно трем. В данном случае число витков катушек на паз составляет 3,66.
Фиг.15 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая регулирование числа витков катушек в конструкции с тремя пазами в каждой фазе, на которой показано расположение и количество витков катушек U1, U2, U3, V1, V2, V3, W1, W2, W3. Цифры на чертеже представляют число витков катушек. Согласно данному варианту осуществления, в фазах U и V каждая из катушек U1, V1, U2, V2 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек U3, V3 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков катушек в каждой из фаз U и V составляет десять. В фазе W каждая из катушек W1, W2 состоит из трех витков провода, а катушка W3 состоит из пяти витков провода; это означает, что общее число витков катушек составляет одиннадцать. Общее число витков во всех катушках, намотанных во всех (шести) пазах, составляет тридцать один, т.е. не кратно трем. В данном случае число витков катушек на паз составляет 3,44.
В частности, согласно первому варианту осуществления, показанному на Фиг.14 и 15, общее число витков катушек в одной из трех фаз отлично от такового числа, по меньшей мере, в одной из двух других фаз, и общее число витков катушек, намотанных во всех пазах, не кратно трем.
Согласно второму варианту осуществления, конструкция которого описана выше, общее число витков катушек каждой из двух статорных обмоток 51, 61 в двух из трех фаз одинаково, и разница между статорными обмотками 51, 61 и другой статорной обмоткой 71 в общем числе витков катушек минимальна. Следовательно, когда ток в цепи привода проходит сквозь статорные обмотки 51, 61, 71, сила магнитного поля, генерируемого вокруг каждой из статорных обмоток, не так легко колеблется.
Кроме того, во втором варианте осуществления, как и в первом, точное регулирование выходной характеристики приводного двигателя 121 ударной отвертки 100 можно легко выполнять по необходимости, регулируя число витков на катушках статорных обмоток 51, 61, 71. Кроме того, в данном варианте осуществления, где выходная характеристика приводного двигателя 121 управляется регулированием числа витков катушек, в отличие от предшествующего уровня техники (японская публикация полезной модели № 61-3241), где для регулирования выходной характеристики двигателя использовалась вспомогательная статорная обмотка, не требуется пространство для установки вспомогательной обмотки в статор 135, так что можно легко обеспечить пространство для установки статорной обмотки.
(Модификация 1 второго варианта осуществления)
Фиг.16 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 конструкции, имеющей два паза в каждой фазе. Согласно данной модификации, в фазах U и V каждая из катушек U1, V1 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек U2, V2 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков катушек в каждой из фаз U и V составляет семь. В фазе W каждая из катушек W1, W2 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков провода составляет восемь.
В частности, согласно модификации 1, представленной на Фиг. 16, что касается общего числа в семь витков катушек U1, U2, намотанных в пазах фазы U, общее число витков катушек V1, V2 фазы V не отличается от общего числа витков катушек U1, U2 фазы U, а общее число витков катушек W1, W2 фазы W отличается на один.
Фиг.17 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 1 в конструкции, имеющей по три паза в каждой фазе. Согласно данной модификации, в фазах U и V каждая из катушек U1, V1, U2, V2 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек U3, V3 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков катушек в каждой из фаз U и V составляет десять. В фазе W катушка W1 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек W2, W3 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков провода равно одиннадцати.
В частности, согласно модификации 1, представленной на Фиг.17, что касается общего числа витков катушек U1, U2, U3, намотанных в пазах фазы U, составляющего десять, общее число витков катушек V1, V2, V3 фазы V не отличается от катушек U1, U2, U3 фазы U, а общее число витков катушек W1, W2, W3 фазы W отличается на один.
Согласно вышеописанной модификации 1, представленной на Фиг.16 и 17, разность числа витков катушек, намотанных в пазах каждой фазы, может быть сведена к минимуму. Следовательно, можно осуществлять сбалансированное регулирование числа витков катушек. В результате можно рациональным образом избежать контакта между соседними катушками, намотанными в соседних пазах, и высота концов катушек может быть практически одинаковой, так что выделение тепла также распределяется практически равномерно.
(Модификация 2 второго варианта осуществления)
Фиг.18 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 первого варианта осуществления в конструкции, имеющей два паза в каждой фазе. Согласно данной модификации, в фазах U и W каждая из катушек U1, W1 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек U2, W2 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков катушек в каждой из фаз U и V составляет семь. В фазе V каждая из катушек V1, V2 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков провода составляет восемь. Кроме того, Х-е катушки, например, вторые катушки U2, V2, W2 от соответствующего начала обмотки в трех фазах, состоят из одинакового числа витков провода, и рядом со вторыми катушками U2, V2, W2 расположены другие (первые) катушки U1, V1, W1 других фаз.
Фиг.19 - схематичная диаграмма, иллюстрирующая модификацию 2 конструкции, имеющей три паза в каждой фазе. Согласно данной модификации, в фазах U и V каждая из катушек U1, V1, U2, V2 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек U2, V3 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков катушек составляет десять для каждой фазы U и V. В фазе W катушка W1 состоит из трех витков провода, а каждая из катушек W2, W3 состоит из четырех витков провода; это означает, что общее число витков катушек составляет одиннадцать. Х-е катушки, например, первые катушки U1, V1, W1 от соответствующего начала обмотки в трех фазах, состоят из одинакового числа витков провода. Кроме того, рядом с первой катушкой U1 фазы U располагаются катушки другой фазы, отличной от фазы U, т.е. вторая катушка V2 фазы V и вторая катушка W2 фазы W. Аналогичным образом, рядом с первой катушкой V1 фазы V располагаются катушки другой фазы, отличной от фазы V, т.е. вторая катушка W2 фазы W и третья катушка U3 фазы U. Кроме того, рядом с первой катушкой W1 фазы W располагаются катушки другой фазы, отличной от фазы W, т.е. третья катушка U3 фазы U и третья катушка V3 фазы V.
В частности, согласно модификации 2, представленной на Фиг.18 и 19, первые катушки U1, V1, W1 трех фаз состоят из одинакового числа витков провода, и рядом с первыми катушками U1, V1, W1 статорных обмоток 51, 61, 71 в трех фазах расположены другие (не первые) катушки других фаз. При таком расположении дисбаланс числа витков статорных обмоток 51, 61, 71 может быть сведен к минимуму в периферийном направлении статора 135, так что может быть осуществлено более сбалансированное регулирование числа витков катушек по сравнению с модификацией 1.
Изобретение не ограничивается конструкциями данных вариантов осуществления. Например, в данных вариантах осуществления общее число витков катушек в каждой фазе и число витков каждой катушки описано лишь в качестве примера и может быть изменено.
Кроме того, начало и конец каждой катушки могут быть расположены с одной стороны или с разных сторон в продольном направлении статора 135. Кроме того, соединительные провода статорных обмоток могут быть расположены в начале обмотки или с противоположной стороны относительно начала обмотки.
Спецификация
100
Ударная отвертка (механизированный инструмент)
101
Корпус
103
Корпус двигателя
105
Корпус зубчатой передачи
107
Рукоятка
109
Наконечник отвертки (наконечник инструмента)
111
Редуктор
112
Шпиндель
113
Шарик
114
Боек
115
Упор
116
Цилиндрическая пружина сжатия
121
Приводной двигатель (бесщеточный двигатель)
122
Выходной вал
123, 124
Подшипник
125
Пусковая кнопка
127
Батарея
133
Ротор
133а
Кольцевой магнит
135
Статор
U1, U2, U3
Катушка фазы U
V1, V2, V3
Катушка фазы V
W1, W2, W3
Катушка фазы W
31-39
Зубцы
51
Статорная обмотка фазы U
51а
Соединительный провод
53
Начало обмотки фазы U
55
Конец обмотки фазы U
61
Статорная обмотка фазы V
61а
Соединительный провод
63
Начало обмотки фазы V
65
Конец обмотки фазы V
71
Статорная обмотка фазы W
71а
Соединительный провод
73
Начало обмотки фазы W
75
Конец обмотки фазы W
S1-S9
Паз