电动风炮与起动电机型电动工具
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电动风炮与起动电机型电动工具
电动风炮是利用起动型电动机驱动普通风炮的冲击装置而形成的一种新式的手持式装配用电动工具。
现在人们普遍使用的装配用手持式电动工具用电机还停留在小功率(1kw以下)电动机的应用上，如电动扳手，电动螺丝刀等，这些小功率电机一般都是单相串励型电机。即使偶尔也用某些大功 率(1kw以上)电动设备拆装大规格(M20以上)的紧固件，如汽车轮胎螺丝拆装机，三相工频扳手，中频扳手等。但这些设备在实际应用中都表现都很笨重，或者需要昂贵而又复杂的附加设备(变频机组)，且效率低下，甚至不能跟同规格的气动工具(风炮)相比，这就是导致了如今大功率(1kw以上)装配用手持式工具市场被风炮(特别是进口风炮)一统天下的格局。
究其原因，其实很简单，就是大功率电动工具用电机(三相笼形电机，三相中频电机，大型单相串励电机等)与气动工具(如风炮)中的气动马达相比，具有许多难以克服的缺点和劣势，例如它比气动马达笨重，起动转矩与输出功率小，同时还有可怕的电气安全隐患等。
本发明的目的旨在提供一种简单可靠，输出力矩大，使用方便安全，能耗小，且成本低的电动工具——电动风炮来取代现在广泛应用于大规格紧固件，特别是大中型汽车轮胎螺丝装配的气动工具——风炮。同时为电动工具提供一种新动力——起动型电机。由起动型电机驱动的电动工具叫起动电机型工具。
本发明的技术方案是：利用具有大转矩，高转速，软的转矩转速特性的低压(42V以下)串励型起动电机或永磁直流起动型电机作为电动工具(电动风炮)的动力源，来驱动风炮中的冲击装置或滚珠螺旋槽冲击机构，以获得强大的冲击扭矩来拆装大规格的紧固件(螺栓)。
电动风炮(简称电炮)及其它电动工具用电机的选用是本发明的技术核心。
根据气动工具特别是风炮工作特点和工作对象(螺栓)对风炮提出的要求以及手持式工具所必备的轻巧特性与安全特性，便决定了电炮用电机的选用必须满足以下条件：1、大扭矩，高转速和软的机械特性；2、体积小，重量轻，机械强度大，耐冲击；3、功率大，过载能力强；4、电气安全性能与电磁兼容性能好。
根据上述条件，我们从浩如烟海的电机海洋中选中了一种短时工作制电机，因其常用于内燃机的起动，所以俗称起动型电机或起动用电机。其中的串励型电机可交直流两用；无论是用直流还是交流电源，这种电机的电枢线圈都采用粗的扁形裸铜条绕成一匝，并通过换向片相互联接而成电枢绕组，所以该种电机又称单匝线圈电枢式电机，简称单匝式电机，以此区别其它多匝式电机。
由于采用这种结构形式，所以这种电机具有以下特点；大电流、小电阻、高转速、大转矩、过载能力特强，同时电枢绕组结构严谨，坚固耐用，而且体积和重量在手持操作式工具所允许的范围内输出的功率特大(可达5.5kw)。
以上特性正符合电炮用电机的所有条件，同时也符合大多数电动工具用电机的使用条件。
起动型电机可分为并励式，交直两用型串励式，复励式和永磁式几种。跟内燃机用起动机一样，其中的交直流两用型串励式和永磁减速式电机更适合于电炮和其它电动工具。特别是交直两用型串励式起动电机，当负载增加时，电枢与磁场同时增大，转速也随之下降，而转矩却随电流成平方地增加，这种软的速率行性和大的起动转矩，使电机能顺利地拖动冲击装置产生大的冲击扭力和旋转扭力。一般情况下，串励型起动电机驱动的电炮不需要配用减速机构，这对于简化电炮和其它电动工具的结构具有非常重要的意义。
永磁直流起动机由于磁场由永久磁铁产生，所以它适用的电压范围较宽，结构简单轻巧，电效率高，制造成本低。适合于大多数电动工具。但作为电炮用电机，它机械运动特性硬的特点，也是相对于串励起动电机的一大缺点。为弥补这一缺点，做电炮用的永磁直流起动电机一般都配有行星齿轮减速机构，以达到增大电机输出转矩和减小电机体积的目的。尽管这种减速机构的采用使电炮的结构较复杂，但对于手持式工具来说，还是具有一定意义的。
起动型电机与其它电机在结构上的区别便决定了除电磁功率大转矩大等特点外，还有许多适合电动工具(特别是电炮)要求的特点：1、由于电枢电阻很小，当电机遇到强阻力时，迅速增大的电枢电流产生与电流成平方增加的转矩时，产生的热量却远小于多匝式电枢电机。在电动工具特别是冲击式电动工具的使用中，工件的阻力使电机减速甚至制动都是不可避免的。而且是常见的。因此，电枢在被减速与制动时迅速增大的电流使电枢温度的增加对电动工具的工作是很不利的，而单匝式电机的这一特点很大程度上抑制了这种不利因素；2、使用粗大铜条做成的电枢绕组机械强度大，耐冲击，这样就更适合于冲击式电机工具；3、电枢的低电阻便决定了起动型电机特低(42V以下)的工作电压。这样的特低电压起动电机电动工具在使用中的电气安全性能卓越，属III类电动工具4、起动型电机还有一个特点是最大限度地减少了转子绕组线圈的匝数，也最大限度地提高了绕组的安匝比，而且低压直流电源在该类电动工具中的广泛使用。这些对减小电枢换向火花，改善换向性能是相当有利的。同时也使起动电机型电动工具的电磁兼容性达到了极佳的程度。
综上所述，起动型电机是电炮用电机最理想的选择。
起动电机型电动工具与其它工具相比，具有很多优点，其中与其它电机型电动工具相比所表现出的优势就是前面所述的起动型电机与其它电机相比所表现出的优势以及由此产生的有益效果，这里不多述。
起动电机型电动工具与气动工具相比或电炮与风炮相比所具有的优点(有益效果)就是电动工具比气动工具的优点；1、能耗小，附加设备投资少：2、工作平稳，噪音较小；3、用起动电机取代复杂精密的气动马达，减小了制造程难度，隆低了制造成本，简化了维护维修程序，延长了使用寿命；4、使用方便，应用范围广。起动电机型电动工具根据工作对象使用环境等情况的不同可制造出不同的功率、不同种类和不同结构形状的多样化、系列化的起动电机型电动工具大家族，以满足各种不同条件的需要。
总之，起动电机型电动工具既具有电动工具的优点又具备气动工具的优点，它表现出的整体优势是这两类工具优点的最佳组合。
跟起动型电机的分类一样，可将起动电机型电动工具分为串励式，并励式，复励式和永磁式等几种，其中串励式具有输出功率高，扭矩大且可以交直流两用的特点，而永磁式起动电机结构相对简单，电效率更高，正反转变向容易。
必须指出的是，串励式起动型电机交、直流两用的特点很方更，但用于汽车起动用的直流串励型电机，在使用交流电时，会遇到很多不利的因素。如由于铁损大而高热，效率下降等。所以对交直两用串励式起动型电机用于电动工具时还必须相应地加以改进，如将定子磁极改为由相互绝缘的硅钢片叠压而成的结构，以减小涡流等。
起动型电机的正反转变向原理跟同类型的普通电机原理一样，比如串励式起动电机的变向是通过改变电枢或磁场绕组的电流方向来实现。永磁式则只需将电源的正负极互换就可实现。
电炮用电机的选用由以下因素决定；1、冲击装置惯性质量的大小，一般地说，电机的功率与旋转惯量的大小成正。
2、电炮工作的对象，工作对象的阻力越大，电机的选用必须是大功率，大转矩的，反之亦然。
3、电炮的工作环境，有市电的地方里可选用交直流两用起动电机，没市电的地方可选用蓄电池等直流电源供电的串励直流起动电机或永磁式直流起动电机等。
需要特别指出的是：直流起动电机型电动工具的使用更为灵活方便，比如，汽车抛锚，突然停电或无固定地点的野外作业等，都能很方便地使用蓄电池提供电源。在汽车拖拉机等移动式交通工具上还可使用其随车电源，其中直流电炮甚至可以成为汽车拖拉机的随车必备工具，像千斤顶一样。这些都是其它任何动力风炮及电动工具都不能具有的方便属性。
由于起动电机型电动工具用电机跟内燃机用起动机电机属同一类电机——起动型电机，所以属于短期工作制电机，虽然在电动工具的使用中，电机的平均负载相对于内燃机起动机的负载要小，但是起动电机型电动工具仍只能做成周期性断续工作制电动工具，而且其负载持续率必须保持在25％或以下。其次，对起动电机类电动工具使用电源(蓄电池、起动电源等)的容量或功率是有一定要求的，蓄电池的内阻或起动变压器的二级绕组电阻的大小都会对起动型电机的输出功率和力矩产生至关重要的影响。因此包括电炮在内的所有大功率(1kw以上)起动电机型电动工具都必须合理地选择电源。同时也必须选择连接导线的粗细及长短，应尽可能使导线粗短些来减小电阻。连接导线的电阻最好小于0.002Ω。
尽管如此，起动型电机所表现出的诸多优势使它仍能够满足大多数电动工具的要求，特别是周期性断续工作制的电动工具，和像电炮一样的大功率冲击式电动工具，起动型电机的应用更是恰到好处。
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