專利名稱：一種電動工具及其使用的電源供電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動工具，特別涉及一種電動工具使用的電源供 電系統。
背景技術：
電動工具的動力源即電機是電動工具中必不可少的部件，電動工 具的電源直接給電機供電，再由電機將能量傳遞給電動工具的執行部 件，而電動工具作為與搮作者接觸最為密切的工具，其安全性至關重 要，因此，國際和國內的標準中對其安全性都做了詳細的規定，尤其對 于和水源接觸的電動工具，規定尤為嚴密，標準中充分體現了以人為 本的核心，對電動工具的電源提出了特殊的要求，對其電壓等級和相應的頻率范圍都做了詳細的規定1、 電動工具的電源應該是和電網相隔離的；2、 電動工具的電源電壓等級可分為二級，并規定了與其相應的電 源頻率電源頻率不超過60Hz時，電源電壓應小于等于115V;電源頻率超過150Hz時，電源電壓應小于等于250V。 目前，電動工具普遍采用的用電結構見附圖1所示，在電動工具 的整機控制系統4與供電電網l之間設置隔離設備2，隔離設備2作 為電動工具的電源向電動工具提供動力，隔離設備2和整機控制系統 4之間經由電纜3連接，隔離設備2的輸出供給電機控制器5，經由 電機控制器5給電機6供電，之后再由電機帶動執行機構7正常運行。 工頻電網1的電源頻率一般為50Hz/60Hz，所以隔離設備2所針對的 電源頻率也是工頻電網1的頻率。目前，隔離設備通常情況下輸出電 壓不大于115V，其大致有以下幾種實現方式實現隔離1 )通過電動機發電機組實現，輸出電源為交流，電源頻率可以發 生變化；2) 通過一定變比隔離變壓器實現，輸出電源為交流，電源頻率沒 有改變；3) 通過安全隔離變壓器實現(安全隔離變壓器的輸出電壓不超過 42V)，輸出電源為交流，電源頻率沒有改變；4)用開關電源方式通過高頻變壓器實現和電網的隔離，輸出電源 為直流。圖2示出了第一種實現方式，隔離設備2采用電動機發電機組， 發電機的輸出電壓仍為交流，其輸出頻率根據設計的不同可以為不同 的頻率，因此根據相應的標準，發電機輸出電壓的等級可以完全符合 標準，可以是j氐壓115V以下，也可以是高壓250V。該種方案雖然可以滿足標準要求，但是增加了電動機發電機組一 整套設備，成本上增加了很多，也造成資源上很大的浪費，對于電動 工具的操作方面也有很大的影響，整套設備及其笨重，不易移動。圖3示出了第二種實現方式，隔離設備2采用隔離變壓器，隔離 變壓器的輸出電壓仍為交流，其頻率沒有改變，仍然為工頻電源頻率， 因此其輸出電壓的等級必須保持在115V以下才能滿足標準要求。該種方案在輸出電壓小于115V以下時可以滿足相應要求，但隔離 變壓器的頻率仍然是工頻，該種隔離變壓器在相同容量的情況下，要 比高頻的隔離變壓器體積要大的多，要笨重的多，消耗的材料也必然 增加，成本必然增高，當然也不利于電動工具的使用(使用過程中的 移動)。另外電動工具在應用時隔離變壓器距離電動工具還有相當長 的一段距離，中間必須通過相應電纜相連接，在電動工具功率一定的 情況下，電壓等級越低，電纜通過的電流越大，導線的截面積越大， 進而導線的成本越高，另外電動工具的電機電流也會隨電壓等級的降 低而增大，對于小體積的電動工具來講，其電機的制作效率必然會降 低，造成在生產效率上的浪費。圖4示出了第三種實現方式，隔離設備2采用安全隔離變壓器， 安全隔離變壓器的輸出電源頻率仍為工頻電源頻率，其輸出電壓 <42V，屬安全特低電壓，可以完全滿足標準要求。安全隔離變壓器可以滿足相應的要求，但是也存在上述第二種實 現方式所述的缺陷。圖5示出了第四種實現方式，隔離設備2采用開關電源，開關電 源包括控制部分和輸出部分，通過開關電源和工頻電網隔離，其輸出 部分為直流，因此其輸出電壓等級要在115V以下方可滿足要求。該種方案增加了開關電源部分，開關電源成本相對于同等容量的 隔離變壓器成本較高，另外相對于隔離變壓器增加了控制部分，在應 用層面上增加了一級不穩定因素，可靠性程度降低。另外電動工具在應用時其開關電源距離電動工具還有相當長的一 段距離，中間必須通過相應電纜相連接，在電動工具功率一定的情況
下，電壓等級越〗氐，電纜通過的電流越大，導線的截面積越大，進而 導線的成本越高，另外電動工具的電機電流也會隨電壓等級的降低而 增大，對于小體積的電動工具來講，其電機的制作效率必然會降低， 造成在生產效率上的浪費。可見，上述現有技術所采用的方案存在諸多的缺點其一，均采用整機控制系統和電網之間的隔離，而這種隔離方式 存在容量和資源上的極大浪費，如整機的工作功率為IOKW，但是電 機的工作功率僅為1KW，如果采用整機的隔離方式，需采用10KW的 隔離設備，從而造成浪費；其二，從頻率上講，屬于低頻隔離，造成隔離變壓器本身體積和 重量相對較大、成本高；其三，隔離的輸出為相對較低電壓，造成電動工具本身電流較大， 使用電纜的截面積大，使得電纜的成本大幅度升高；另外后續電機的 加工生產效率低下，使得電動工具的整體成本增加。另外，目前電動工具啟動和停止運轉等功能的控制都是通過自身 電源開關的通斷來實現的，電動工具若有其他功能，則其他功能的控 制通過電動工具整機控制系統的鍵、鍵盤、撥碼開關等可作為控制量 輸入的器件或部件來實現的。如果在電動工具和整機控制系統分立的 場合，這種控制方式必然造成電動工具使用上的不方便、工作效率低 下，不能及時的控制相應所需要的功能。發明內容本發明的發明目的是提供一種電動工具及其使用的電源供電系 統，以克服上述現有技術中電動工具所存在的缺點。本發明，突破了電機控制器直接與電機相連的設計理念，提供的一 種電動工具，包括整機控制系統12，其包括電機控制器13;隔離變壓器15;電機17;執行機構18;電纜16;其中，由電網11直接給整機控制系統12供電，經由電機控制器13向 隔離變壓器15供電，隔離變壓器15位于電;^制器13和電機17之間，隔 離變壓器15和電機17之間經由電纜16連接，并向電機17供電，再由電機 17帶動^^亍^ 18正常工作，隔離變壓器15直^4十對電機17進行隔離， 電機控制器13根據電機17的工作頻率設定其相應的電源輸出頻率。6
另一方面，本發明提供一種電動工具4吏用的電源供電系統，所述電源供電系統包括整機控制系統(12)和隔離變壓器(15)， 所述電動工具包括電機(17)和執行機構(18);其中，由電網(11) 直接給所述電源供電系統的整機控制系統(12)供電，經由電機控 制器(13)向隔離變壓器U5)供電，隔離變壓器(15)位于電機控 制器(13)和電機(17)之間，隔離變壓器(15)和電機(17)之間經 由電纜(16)連接，并向電機(17)供電，再由電機(17)帶動執行 機構(18)正常工作，隔離變壓器(15)直接針對電機(17)進行隔 離，電機控制器(13)根據電機(17)的工作頻率設定其相應的電源 輸出頻率。優選地，所述電機控制器13輸出的電源頻率高于電網的電源頻 率，隔離變壓器15為相應于所述電機控制器13輸出的電源頻率的隔 離變壓器， 一般頻率范圍為150 Hz~ 600 Hz。優選地，所述電機控制器13輸出的電源頻率為150Hz~ 600Hz, 隔離變壓器為150Hz 600Hz的高頻隔離變壓器。優選地，所述電網11可以是直流輸入或者交流輸入，若為交流 輸入時可以使用任何頻率的電源，輸入電壓可以是不同的電壓等級。優選地，整機控制系統安裝有遙控接收器14，并配有一遙控器 19，在操作者利用電動工具工作時，可以通過遙控器19，控制電動 工具的啟動和停止功能以及其他的相應功能。優選地，整機控制系統和隔離變壓器為整體結構，而電機和執行 機構為整體結構，所述兩個整體結構之間采用整體結構或采用分體式 結構。優選地，所述電機的相數可以選擇不同的相數。優選地，所述隔離變壓器的輸入或輸出端，不同相之間可以為星 形連接，也可以是角形連接，連接的形式和輸入輸出端的同名端可以 沒有任何的對應關系，可以是同名端連接，也可以是非同名端連接， 還可以是同名端、非同名端混合連接優選地，構成電機控制器的電子元件包括觸點式和非觸點式功率 器件中的一種或兩種。優選地，所述電機是交流電機或直流電機。優選地，所述電機是有刷電機或無刷電機。優選地，所述電機是異步電機或同步電機。優選地，所述電機是感應電機或永磁電機。本發明上述技術方案致使整體電動工具的生產效率提高，降低單 位電動工具的成本，使用便捷，很好地克服了上述指出的現有技術中 電動工具存在的缺點。
圖1是現有技術中電動工具的一般結構圖；圖2是現有技術中隔離設備采用電動機發電機組的電動工具結構圖；圖3是現有技術中隔離設備采用隔離變壓器的電動工具結構圖； 圖4是現有技術中隔離設備采用安全隔離變壓器的電動工具結構圖；圖5是現有技術中隔離設備采用開關電源的電動工具結構圖； 圖6是本發明電動工具的結構示意圖；為更好地理解本發明，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作 進一步說明。
具體實施方式
傳統的隔離方式，隔離設備介于電網和整機控制系統之間，隔離 設備和整機控制系統之間經由電纜連接，是直接針對電網的隔離方 式，工頻電網的電源頻率一般為50Hz/60Hz,所以隔離設備所針對的 電源頻率也是工頻電網頻率，作為隔離設備的一種，電動機發電機組 體積笨重，而且成本相當高，采用開關電源成本也很高，因此，和本 發明已經不具備可比性，因此我們只討論隔離設備為隔離變壓器的情 況，隔離變壓器處在電網和整機控制系統之間，輸入輸出點電源頻率 沒有發生改變，也只能是工頻電源頻率，隔離變壓器的體積相對高頻 隔離變壓器的體積要大的多。另外根據相應的標準，工頻頻率以下的 電源輸出其電壓等級必須小于115V。同等容量下，相對較低的電壓 使得隔離設備的輸出電流增大，電纜的截面積必然增加，電纜的成本 相應增高，隔離設備的輸出供給電機控制器，經由電機控制器給電機 供電，之后再由電機帶動執行機構正常運行，在同等容量情況下，相 對較低的電壓，使得電機控制器和電機電流較大，使得二者體積增大， 并使電機內繞組的截面積增大，使得電機的生產效率降低，從而影響 整機的生產效率。傳統技術方案的隔離方式針對電網和整機控制系統隔離， 一般情
況下，整機控制系統的容量要比電機控制器的容量大的多。綜合上述因素，本發明的隔離方式選擇最優的方式即只針對電 機控制器和電機之間的隔離，使得隔離變壓器的容量的針對性強，最 有效的利用隔離變壓器，最大程度的節約資源。本發明提供的電動工具結構參見圖6所示，由電網ll直接給整 機控制系統12供電，經由電機控制器13向后續部分供電，隔離變壓 器15介于電機控制器13和電機17之間，隔離變壓器15和電機17 之間經由電纜16連接，再由電機17帶動相應的執行機構18正常工 作，隔離變壓器15直接針對電機17進行隔離，電機控制器13的輸 出可以是任意頻率，視電機17的情況，通常匹配為高頻(比如400Hz), 因此隔離變壓器15可以設計成為高頻的隔離變壓器，高頻隔離變壓 器可以設計的功率密度相對較高，做到小體積，大功率，不僅節約了 材料，同時也降低了成本，高頻隔離變壓器(例如400Hz)的體積可 以做到工頻隔離變壓器體積的一半以下，另外根據相應的標準在頻率 高于150Hz時，隔離變壓器的輸出電壓可以做到250V，該電源電壓 等級相對115V高一倍以上，同等容量下，其輸出電流相對較小，從 而后續電纜16的截面積也可以做到相應較小，達到降低成本的目的， 另外相對較高電壓等級的電機17，在同樣體積和容量下，額定電流 相對較低，內部導線的截面積較小，從而生產效率可以相對提高，致 使整體電動工具的生產效率提高，降低單位電動工具的成本。另外，整機控制系統中可以安裝遙控接收器14，在操作者利用 電動工具工作時，可以通過遙控器19控制電動工具的啟動和停止功 能以及其他的相應功能，操作者可以將遙控器19帶在身邊，對于需 要的電動工具的功能可以方便的通過遙控器19控制實現，而不用往 返于執行機構和整機控制系統之間，造成工作效率的降低。另外通過 遙控器19進行對電動工具的控制，減少了操作者和電動工具強電部 分的接觸，使得整個電源裝置的安全性進一步提高，對于操作者的安 全保護更周到。從結構方案上講，本發明整機控制系統和隔離變壓器構成了本發 明電動工具的電源供給系統，所述電源供給系統和后續部件(諸如電機，執行機構)可以做成一個整體，也可以做成分體式結構，不影響整體性能即可。本發明的電網11部分可以是任何形式電源輸入，直流輸入或者 交流輸入，也可以是不同的電壓等級，交流輸入時可以使用任何頻率 的電源。 本發明電機控制器控制隔離變壓器的電子元件可以是固態繼電器、非固態繼電器、可控硅、晶閘管、M0SFET管、IGBT管等各類觸 點式和非觸點式功率器件。隔離變壓器可以是任何形式的隔離變壓器，可以是高頻的，也可以是低頻的；本發明根據所適配的電機的相數不同，隔離變壓器可以做成任意 的相數，單相、二相、三相、四相、五相或多相。隔離變壓器的輸入 或輸出端，不同相之間可以為星形連接，也可以是角形連接，連接的 形式和輸入輸出端的同名端可以沒有任何的對應關系，也可以是同名 端連接，也可以是非同名端連接，還可以是同名端、非同名端混合連 接，也可以是其他任何形式的連接結構，只要不影響整體工具正常工 作。隔離變壓器的輸出部分可以連接多種形式的電機，電機類型如下可以是交流電機也可以是直流電機，可以是有刷電機也可以是無刷電機，可以是異步電機也可以是同步電機，可以是感應電機也可以是永磁電機，可以是兩相電機，三相電機，也可以是多相電機；電機控制器可以根據電機形式的不同而選用不同形式的控制電路。隔離變壓器的輸出容量和電機控制器的容量可以根據不同電動工 具電機的容量需求而適配。隔離變壓器的輸出部分可以根據電動工具電機的需求而設計成任 意的電壓等級和頻率。本發明遙控接收器和遙控器之間可以由多種傳輸介質來實現可以是紅外線方式；可以是無線射頻方式，射頻可以利用開放頻段也可以利用非開放 頻段，可以采用跳頻方式也可以采用非跳頻的方式； 可以是電力線載波的方式； 控制命令也可以通過有線的方式來傳輸； 可以是任何可以實現遠端控制的方式。另外遙控裝置之間的數據傳輸方式可以是單方向的也可以是雙方 向的。本發明通過隔離變壓器使得電機部分和電機控制器部分相隔離， 和原有技術方案相比，沒有增加任何的多的部件，達到和原技術方案
相同的隔離效果，另外隔離變壓器可以做成高頻隔離變壓器，使得其 體積和成本相對原技術方案大大降低。隔離變壓器可以做成高頻，使得其輸出電壓可以相對較高，使其 后續電纜成本降低，電機生產效率提高，從而整機生產效率提高，單 位電動工具成本大大降低。隔離變壓器只針對電機控制器和電機之間的隔離，使得隔離變壓 器的容量的針對性強，最大程度的節約資源。顯而易見，在此描述的本發明可以有許多變化，這種變化不能認 為偏離本發明的精神和范圍。因此，所有對本領域技術人員顯而易見 的改變，都包括在本權利要求書的涵蓋范圍之內。
權利要求
1、一種電動工具，所述電動工具包括整機控制系統(12)，其包括電機控制器(13)；隔離變壓器(15)；電機(17)；執行機構(18)；電纜(16)；其中，由電網(11)直接給整機控制系統(12)供電，經由電機控制器(13)向隔離變壓器(15)供電，隔離變壓器(15)位于電機控制器(13)和電機(17)之間，隔離變壓器(15)和電機(17)之間經由電纜(16)連接，并向電機(17)供電，再由電機(17)帶動執行機構(18)正常工作，隔離變壓器(15)直接針對電機(17)進行隔離，電機控制器(13)根據電機(17)的工作頻率設定其相應的電源輸出頻率。
2、 如權利要求1所述的電動工具，所述電機控制器(13)輸出的電 源頻率高于電網的電源頻率，隔離變壓器(15)為相應于所述電機控制 器(13)輸出的電源頻率的隔離變壓器。
3、 如權利要求2所述的電動工具，所述電機控制器(13)輸出的優 選電源頻率為150~ 600Hz，隔離變壓器為150Hz~ 600Hz的高頻隔離 變壓器。
4、 如權利要求1至3中任一項所述的電動工具，所述電網(ll)可 以是直流輸入或者交流輸入，若為交流輸入時可以使用任何頻率的電 源，輸入電壓可以是不同的電壓等級。
5、 如權利要求4所述的電動工具，整機控制系統和隔離變壓器為 整體結構，而電機和執行機構為整體結構，所述兩個整體結構之間采 用整體結構或采用分體式結構。
6、 如權利要求1至3中任一項所述的電動工具，所述電機的相數 可以選擇不同的相數。
7、 如權利要求6所述的電動工具，所述隔離變壓器的輸入或輸出 端，不同相之間可以為星形連接，也可以是角形連接，連接的形式和 輸入輸出端的同名端可以沒有任何的對應關系，可以是同名端連接， 也可以是非同名端連接，還可以是同名端、非同名端混合連接。
8、 如權利要求5或7中任一項所述的電動工具，構成電機控制器 的電子元件包括觸點式和非觸點式功率器件中的一種或兩種。
9、 如權利要求5或7中任一項所述的電動工具，所述電機是交流 電機或直；乾電機。
10、如權利要求5或7中任一項所述的電動工具，所述電機是有刷 電機或無刷電機。
11、 如權利要求5或7中任一項所述的電動工具，所述電機是異步電機或同步電機。
12、 如權利要求5或7中任一項所述的電動工具，所述電機是感應電機或7JC磁電機。
13、 如權利要求5至7中任一項所述的電動工具，整機控制系統安 裝有遙控接收器(14)，并配有一遙控器(19),所述遙控器(19)控制電動 工具的啟動和停止功能以及其他的相應功能。
14、 一種電動工具使用的電源供電系統，所述電源供電系統包括整 機控制系統(12)和隔離變壓器(15),其中所迷整機控制系統包括電機控 制器(13);其中，由電網(ll)直接給所述電源供電系統的整機控制系統 (12)供電，經由電機控制器(13)向隔離變壓器(15)供電，隔離變壓器(15) 位于電機控制器(13)和電機(17)之間，隔離變壓器(15)和電機(17)之間 經由電纜(16)連接，并向電機(17)供電，再由電機(17)帶動執行機構(18) 正常工作，隔離變壓器(15)直接針對電機(17)進行隔離，電機控制器(13) 根據電機(17)的工作頻率設定其相應的電源輸出頻率。
15、 如權利要求14所迷的電源供電系統，所迷電機控制器(13)輸 出的電源頻率高于電網的電源頻率，隔離變壓器(15)為相應于所述電機 控制器(13)輸出的電源頻率的隔離變壓器。
16、 如權利要求15所述的電源供電系統，所述電機控制器(13)輸出的 優選電源頻率為150Hz 600Hz,隔離變壓器為150Hz~ 600Hz的高頻隔 離變壓器。
全文摘要
本發明公開了一種電動工具，所述電動工具包括整機控制系統(12)，其包括電機控制器(13)；隔離變壓器(15)；電機(17)；執行機構(18)；電纜(16)；其中，由電網(11)直接給整機控制系統(12)供電，經由電機控制器(13)向隔離變壓器(15)供電，隔離變壓器(15)位于電機控制器(13)和電機(17)之間，隔離變壓器(15)和電機(17)之間經由電纜(16)連接，并向電機(17)供電，再由電機(17)帶動執行機構(18)正常工作，隔離變壓器(15)直接針對電機(17)進行隔離，電機控制器(13)根據電機(17)的工作頻率設定其相應的電源輸出頻率。本發明通過隔離變壓器使得電機部分和電機控制器部分相隔離，使得隔離變壓器的容量的針對性強，最大程度的節約資源。
文檔編號H02M7/42GK101166003SQ200610150258
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月17日 優先權日2006年10月17日
發明者雷 任, 孫寶奎, 炳 韋 申請人:任 雷;孫寶奎