電動(dòng)工具是一種工具，其致動(dòng)通過(guò)附加的動(dòng)力源和機(jī)構(gòu)比僅其他手工勞動(dòng)與使用手工工具，電動(dòng)工具用于工業(yè)、建筑、花園、做飯、清潔等家務(wù)勞動(dòng)，以及在房子周圍用于驅(qū)動(dòng)（緊固件）、鉆孔、切割、成型、打磨、研磨、布線、拋光、油漆、暖氣等等。電動(dòng)工具分為固定式或便攜式，其中便攜式意味著手持。便攜式電動(dòng)工具在移動(dòng)性方面優(yōu)勢(shì)明顯。然而，固定式電動(dòng)工具通常在速度和精度方面具有優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)《中國(guó)電動(dòng)工具行業(yè)產(chǎn)銷需求預(yù)測(cè)與轉(zhuǎn)型升級(jí)分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)工具主要分為金屬切削電動(dòng)工具、研磨電動(dòng)工具、裝配電動(dòng)工具和鐵道用電動(dòng)工具。常見(jiàn)的電動(dòng)工具有電鉆、 電動(dòng)砂輪機(jī)、 電動(dòng)扳手和電動(dòng)螺絲刀、電錘和沖擊電鉆、混凝土振動(dòng)器、電刨。 [1]

電鉆

主要規(guī)格有4、6、8、10、13、16、19、23、25、32、38、49mm等，數(shù)字指在抗拉強(qiáng)度為390N/mm的鋼材上鉆孔的鉆頭最大直徑。對(duì)有色金屬、塑料等材料最大鉆孔直徑可比原規(guī)格大30～50%、配磨光機(jī)。

電動(dòng)扳手和電動(dòng)螺絲刀

用于裝卸螺紋聯(lián)接件。電動(dòng)扳手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由行星齒輪和滾珠螺旋槽沖擊機(jī)構(gòu)組成。規(guī)格有M8、M12、M16、M20、M24、M30等。 電動(dòng)螺絲刀采用牙嵌離合器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，規(guī)格有M1、M2、M3、M4、M6等。

電錘和沖擊電鉆

用于混凝土、磚墻及建筑構(gòu)件上鑿孔、開(kāi)槽、打毛。結(jié)合膨脹螺栓使用，可提高各種管線、機(jī)床設(shè)備的安裝速度和質(zhì)量；電錘的沖擊原理是靠?jī)?nèi)部活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊動(dòng)力，沖擊鉆的沖擊原理是齒輪磨合產(chǎn)生沖擊動(dòng)力，所以電錘的沖擊力更大。

混凝土振動(dòng)器

用于澆筑混凝土基礎(chǔ)和鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)搗實(shí)混凝土，以消除氣孔，提高強(qiáng)度。其中電動(dòng)直聯(lián)式振動(dòng)器的高頻擾動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心塊旋轉(zhuǎn)而形成，電動(dòng)機(jī)由150Hz或200Hz中頻電源供電。

電刨

用于刨削木材或木結(jié)構(gòu)件，裝在臺(tái)架上也可作小型臺(tái)刨使用。電刨的刀軸由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)。

電磨

俗稱磨頭機(jī)；電磨；電動(dòng)砂輪機(jī)，用砂輪或磨盤進(jìn)行砂磨的電動(dòng)工具。

電動(dòng)工具的挑戰(zhàn)

在電動(dòng)工具發(fā)展的前 100 年，設(shè)計(jì)和制造鉆頭、打磨機(jī)、磨床、螺絲刀、吹風(fēng)機(jī)、鋸等工具時(shí)，僅需一部電源、一臺(tái)電機(jī)和一個(gè)開(kāi)關(guān)?/?電位器。然而，在 20 世紀(jì)，高能量密度電池的出現(xiàn)改變了這一情況。此外，我們還看到了綠色能源解決方案的出現(xiàn)，以及將其融入所有設(shè)計(jì)形式中的趨勢(shì)。

我們所面臨的挑戰(zhàn)是如何繼續(xù)使用電位計(jì)來(lái)控制工具的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，而不必讓高電流通過(guò)其電阻組件。正如我們稍后將看到的，這是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的修復(fù)性舉措。另一方面，事實(shí)證明電機(jī)是一個(gè)更具實(shí)質(zhì)性且復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

在電動(dòng)工具發(fā)展初期，所采用的電機(jī)要么是用于有繩工具的有刷通用AC/DC?電機(jī)，要么是用于無(wú)繩工具的有刷直流電機(jī)，如下圖所示。由于這兩種電機(jī)本質(zhì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均為有刷電機(jī)，因此均通過(guò)碳刷將電流傳遞到銅質(zhì)換向器，隨后產(chǎn)生內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)獲得運(yùn)動(dòng)。將電磁鐵繞組與換向器一起放置于轉(zhuǎn)子，永磁體放置在定子上，可以得到不斷相互作用的兩個(gè)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)我們所需要的運(yùn)動(dòng)。

不幸的是，這以電刷和換向器間的大量摩擦為代價(jià)。摩擦力相當(dāng)劇烈，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，電機(jī)會(huì)自行損壞；摩擦所產(chǎn)生的能量最終以熱的形式被浪費(fèi)。這部分能量的源頭來(lái)自電源，卻并沒(méi)有產(chǎn)生任何有用功。據(jù)統(tǒng)計(jì)，圍繞這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)效率低于 80%（在最佳情況下）；這意味著電池內(nèi)部 20% 的能量被用來(lái)產(chǎn)生熱量。

當(dāng)您嘗試用電池供電的電鉆打孔時(shí)，耗費(fèi) 1/5 的電能來(lái)產(chǎn)生熱量，聽(tīng)起來(lái)并不很吸引人。

采用?BLDC?電機(jī)拓?fù)鋺?yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

鑒于以上所討論的各種挑戰(zhàn)，很明顯，更換或拆卸電刷和換向器至關(guān)重要。如下圖所示，這在三相BLDC 電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中更為突出。BLDC 電機(jī)無(wú)需使用電刷或機(jī)械換向器就能為我們提供完全相同的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；與之相對(duì)，我們以電子方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。通過(guò)電子電路，我們可以創(chuàng)建兩個(gè)相互作用的磁場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是消除了轉(zhuǎn)子和定子組件間的摩擦，從而增加了可靠性與能效。

三相無(wú)刷直流電機(jī)的效率可高達(dá) 96%。這意味著我們的電池只會(huì)以熱量的形式浪費(fèi) 1/20 的電量。

如同所有設(shè)計(jì)一樣，在采用 BLDC 電機(jī)時(shí)也存在一些挑戰(zhàn)。有刷直流電機(jī)解決了使兩個(gè)磁場(chǎng)對(duì)齊以獲得最有效運(yùn)動(dòng)曲線的固有問(wèn)題。當(dāng)換向器序列的設(shè)計(jì)和放置方式使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)始終與永磁體的磁場(chǎng)保持一致時(shí)，便能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。然而，由于 BLDC 電機(jī)不存在物理?yè)Q向器，這一動(dòng)作則通過(guò)換向邏輯順序來(lái)完成。為達(dá)到前文提到的效率，我們必須使用如下圖所示的控制電路，盡可能完美地對(duì)齊兩個(gè)磁場(chǎng)。

此類復(fù)雜的電路可提取轉(zhuǎn)子的位置，以電子方式對(duì)齊兩個(gè)磁場(chǎng)。對(duì)于三相 BLDC 電機(jī)，此模塊通常由微控制器和三相逆變器功率級(jí)組成，功率級(jí)采用霍爾傳感器等傳感器器件獲取轉(zhuǎn)子位置信息。添加此電路確實(shí)會(huì)占用一些空間并增加一定成本。但是，制造商注意到了擺脫束縛所帶來(lái)的益處，而消費(fèi)者也正對(duì)這類電機(jī)解決方案產(chǎn)生需求。因此，越來(lái)越多的電動(dòng)工具設(shè)計(jì)基于三相 BLDC 電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

復(fù)雜的電動(dòng)工具

現(xiàn)代電動(dòng)工具仍由電源、電機(jī)執(zhí)行器和控制能量流的裝置（如電位計(jì)）組成。然而，為了提供所有的能量保存功能，我們需要為其添加智能技術(shù)。

這一智能由微處理器提供。有了微處理器，我們現(xiàn)在可以監(jiān)控電源并提供所需的驅(qū)動(dòng)。我們還可以監(jiān)測(cè)電位計(jì)的值并控制電動(dòng)機(jī)的速度，而無(wú)需使電流流過(guò)其電阻元件。我們通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，且該過(guò)程中的能量消耗可以忽略不計(jì)。

無(wú)論怎樣，微處理器最重要的作用在于構(gòu)建一種有效機(jī)制，適當(dāng)?shù)貫槿?BLDC 電機(jī)供電，以改進(jìn)電池供電工具所需的效率?；谖⒖刂破鞯墓β始?jí)提供了所有工具，可以成功生成正確對(duì)齊的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并轉(zhuǎn)化為最佳的運(yùn)動(dòng)曲線。

以下是實(shí)現(xiàn)大多數(shù)現(xiàn)代電動(dòng)工具所需的項(xiàng)目列表：

一顆微處理器，為從電源到執(zhí)行器這一能量轉(zhuǎn)移過(guò)程提供智能；

一個(gè)驅(qū)動(dòng)功率級(jí)開(kāi)關(guān)（場(chǎng)效應(yīng)晶體管—— FET）電路，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；

一個(gè)提取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的電路，以便我們能夠正確地對(duì)齊旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；

一個(gè)?ADC，用于監(jiān)控電池電壓與電流、電機(jī)電流、電位器狀態(tài)，和系統(tǒng)溫度；

保護(hù)電路，以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行，而不會(huì)危及用戶或工具；

監(jiān)控不同信號(hào)的電路，如定義電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的開(kāi)關(guān)；

不同的電壓調(diào)節(jié)器為上述電路供電；

從開(kāi)關(guān)和電機(jī)到上面的清單，很明顯我們的電路規(guī)模已經(jīng)大大增加。然而，新技術(shù)讓我們可以將所有這些都裝入一個(gè)小尺寸外形的方案中，這也是電機(jī)制造商青睞 BLDC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的另一個(gè)關(guān)鍵因素。

電動(dòng)工具的下一波浪潮

BLDC 電機(jī)的制造和應(yīng)用正加速發(fā)展，跟隨技術(shù)的不斷演進(jìn)，這些電機(jī)將變得更加人性化、高效和可靠。由于電控 BLDC 電機(jī)的出現(xiàn)，工具變得更強(qiáng)大、更高效、重量更輕。隨著時(shí)間的推移，其利天下技術(shù)將推出類似 KY32系列器件的PCBA創(chuàng)新產(chǎn)品，推動(dòng)三相 BLDC 電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更進(jìn)一步。

其利天下技術(shù)開(kāi)發(fā)--- 方案架構(gòu)圖

其利天下技術(shù)開(kāi)發(fā)- 預(yù)驅(qū)+6 N MOS架構(gòu)PCBA