工业电动工具的操作配置与大多数其他电机驱动应用不同。这就是为什么这些工具的马达需要专门的设计。
电动工具得益于Portescap EC无槽电机与效率的铜匝，最大限度地减少焦耳损失;紧凑的设计;线圈完整性强。该电机还可以提供广泛的扭矩常数。
电动工具厂速度阶段:一开始(当工具驱动紧固件进入合适的位置，或者切削或夹持工具的钳口接近工件时)几乎没有阻力。
电动工具厂转矩阶段:然后，当工具执行更有力的收紧、切割或夹紧工作时，就会出现突然的扭矩需求。
这些交替速度和扭矩循环甚至在工业动力工具应用中不断重复，同时需要各种持续时间的不同速度和扭矩。这就是为什么这样的工具 - 尤其是那些电池操作的工具，从而耗尽低电压和有限的可用功率 - 从最小化损失的特殊电机设计中受益。
正如我们将探索的，在速度阶段以更快的自由运行速度运行的电机可以减少周期时间，以提高生产率……在扭矩阶段提供高峰值扭矩的电机可以在不过度加热的情况下执行更广泛的艰苦工作。
与典型的运动设计不同，在整个运动过程中需要电机输出扭矩，用于紧固、夹持和切割的工业动力工具(IPTs)的运动剖面通常分为两个阶段。这个循环不断重复。
电动工具用无刷电机的选择与优化
考虑手持工业电动工具的主要选项 - 拉丝直流电机和无刷直流电机。电池供电的工业电动工具在12至60 V的低电压下运行，所以在这里，拉丝直流电动机通常是经济的，但寿命有限。刷子由于电气影响（从与扭矩相关的电流）和机械影响（由于与速度相关的摩擦），刷子表现出磨损模式。
无刷直流电机在电动工具中更可靠，因为它们不太容易受到机械磨损(无刷摩擦)，并且在收紧阶段可以维持高峰值电流(无刷)，为手动工具提供更长的使用寿命。无刷直流电动机比有刷直流电动机更适合工业动力工具应用，因为它们需要高速和高峰值电流。
电动工具的无刷直流电机通常是两种配置之一:
传统的内流道电机配置包括转子上的永磁体，转子周围有三个定子绕组。
传统的内流电机包括转子上的永磁体;跑者(外转子)配置已反转。Inrunner电机在某些手持式工业动力工具中表现突出，因为它们减少了惯性，重量更轻，损耗更低，而且它们的长长度和小直径补充了手持式人机工程学设计。
外部（外部转子）配置已经反转 - 所以线圈在定子上是最内的，磁铁在O.D上。换句话说，定子线圈形成电动机中心，同时转子内表面上的永磁体旋转在围绕该芯的悬垂转子内。
Inrunner电机配置在手持工业动力工具中非常出色，因为它们减少了惯性，降低了重量，降低了损耗。他们更长的长度和更小的直径也补充手持式设计的人体工程学。加上一个更低的转子惯性带来更好的收紧和紧握控制。
对于开槽电机，叠层中的磁感应高，因为叠层(定子)和磁铁之间的气隙很小。然而，发动机本身是坚固的。无槽电机有独立形成的线圈。在给定的铜体积下，直径通常为磁感应优化。
无刷直流绕组可以构造在不同的物理配置:
带槽式定子的电机:在这里，线圈绕过定子周围的槽。由于叠层(定子)和磁铁之间的气隙很小，叠层中的磁感应强度高。所以，电机允许一个小的磁铁直径。铜的体积受到槽空间和槽内缠绕难度的限制。在定子槽内放置线圈是有利的，因为它减少了线圈-定子组合的热阻。
没有电流，转子在层压前面具有优选的磁体位置。这意味着电动机容易发生产生齿槽或制动扭矩。减少制动扭矩的一种方法是歪斜叠片。
但是，由于线圈在层压中，开槽电机再次稳健。
无槽定子电机:不道石电机具有卷绕在专用操作中的线圈。该线圈在电动机组件期间进入电动机气隙。线圈中的磁感应低于开槽电动机，因为气隙较大。因此，电动机直径通常针对具有给定铜体积的磁感应进行优化。
事实上，在无槽电机的感应通常小于一个有槽无刷电机。所以更大的磁铁通常用来补偿感应的损失。对这种解决方案的一个警告是，它会增加转子惯性。
但无槽电机功率密度是一个优势。R/K²-在负载下保持速度的能力，较低的值是更好的-在无槽电机是低的，因为感应给定的铜量是优化的…作为斜坡曲线证明。在没有循环电流的情况下，转子的磁导率是连续的。这意味着无槽电机不显示齿槽或制动扭矩。在高速无槽电机的铁损失也远小于那些类似的设计。
还有一个注意事项:与无槽电机相比，有槽电机可以承受更高的温度，甚至可以承受200°C的温度，这是一个典型的比较。这反过来可以产生更多的扭矩。即便如此，电动工具的限制因素通常是随时间变化的最高温度——平均最高温度为47℃左右——以适应典型的手动工具用户的舒适度。超过这个数值，操作人员手持工具时可能会感到不舒服。安全规定还要求将最高温度保持在较低的水平。
| 开槽直流无刷电机 | 无槽无刷直流电机 (超EC) |
|
| 优点 | 热阻小(线圈/套管) 最大速度超过100krpm 完全定制的汽车 Hipot能力(可达2,500 V) 转矩 |
运行平稳，无齿槽 高速下铁损耗小，操作温度低，易于控制 低噪音、低振动 绕组灵活性 |
| 缺点 | 接头 没有标准的产品 |
可高压灭菌选项不可用 高的热阻 |
当然，电动机的电性能由磁路限定。磁铁具有固定值，但是可以容易地修改第二组分（铜绕组）。通过改变线径和匝数，电机的扭矩常数kt电阻R可微调扭矩和速度。考虑工业电动工具操作方式:
在转速阶段，电机必须以小阻力高转速运行:
ω = (U - R·I) / kt
ω = rad的速度．证券交易委员会－1和U =电压;R =欧姆电阻，I =安培电流;和kt=转矩常数，单位为Nm/A。因为扭矩常数在计算的分母上，更小的kt值会导致更高的rpm。这允许在同一时间内进行更多的操作，从而提高生产率。
现在考虑一下电动工具的扭矩阶段——当电机必须在低速下提供峰值扭矩时。转矩是转矩常数与电流的乘积:
C = kt我
其中C =扭矩(Nm)， I =电流(Amps)。高kt这里的值在给定电流下为更高的输出扭矩进行。所以通过调整电机绕组的kt设计工程师可以优化速度或输出扭矩，以平衡扭矩优化，以减少整体工作循环时间。没有唯一的解决方案：必须选择kt作为一系列工作配置文件的最佳折衷。电机设计专家可以根据模拟和体验支持这种线圈设计过程中的一个。
检查电机运行时的热损失
考虑一个典型的工业电动工具操作周期的损失。铜损耗和转矩之间有一定的关系。所以设计工程师可能会选择一个低k的电机t值来增加速度…然后补偿低kt以更大的电流(I)得到目标输出转矩。但较高的电流会增加铜的损耗:
铜损失= r·i2
因此，随着更高的电流来更快的加热电机和电动工具-从而限制最大可能的扭矩。这就是为什么电动工具的电机应该设计成尽可能低的电流，以限制散热(并保持工具温度足够低，以便操作)，并节省电池寿命。
铜损耗和铁损耗影响整体扭矩和转速输出。
现在考虑一下铁的损失以及它们与速度的关系。即使无刷电机只是在空载条件下旋转，涡流损耗也会随着转速的平方而增加，使其发热。这就是为什么高速电机需要特殊的设计来限制涡流加热。
增加的电动工具速度迅速使铁损失超过铜损失。因此，电机绕组应根据每个占空比进行调整，以减少损耗。Ultra EC绕线技术大大降低了铁和铜的损耗，这反过来又给了设计工程师更多的灵活性。
更具体地说，一些新的电子换向(EC)无刷电机在市场上建立在无槽电机设计与专业线圈技术。这些减少铜损失，因为不像无槽电机与歪斜绕组，他们有绕组平行于电机轴，以最大限度地磁力和功率。此外，它们还能在高速下减少铁的损失。在其他优点中，这些电机可以优化速度和扭矩，适用于最具挑战性的应用，包括采用紧固件、夹具和切削工具形式的电动工具。
电动工具中的高速电机必须经过特殊设计，以限制涡流加热。为此，Portescap Ultra EC无刷无槽电机具有专利u形线圈技术，以减少铜损失。与歪斜绕组的无槽电机不同，Portescap Ultra EC电机的绕组与电机轴平行，以最大限度地提高磁力和功率。加上Ultra EC电机减少铁损失在高速。与歪斜绕组相比，直绕组也使电机的转子长度更短，从而降低了转子惯性，减少了铁损耗。
EC电机在电动工具中的两个应用实例
假设一个设计中，我们有一个平均占空比，包括两秒钟的中等自由速度——就像在剪剪机、胡桃机、夹持器或订书机中一样。转速为20000转/分，2秒扭矩需求为0.84 Nm。
假设其他设计我们有一个重型周期，包括三秒钟非常快速的自由速度 - 如在针对生产率的高度优化的汽车营养器中。这里，速度为40,000 rpm，在3秒钟内，扭矩需求达到0.69 nm。
第一次设计:
| 无刷电机类型 | 超64. | 倾斜的绕组 | 开槽马达 | 超90 |
| Ø·L (mm) | 30·64 | 30·64 | 28.5 * 88.5 | 30·90 |
| 波兰人 | 4 | 4 | 4 | 4 |
这里直圈EC Ultra电机更有效(显示更少的损失)比斜绕组或开槽电机。
对于第二个设计:
| 无刷电机类型 | 超64 HS | 开槽90. | 开槽100 | 超90 HS | 超64. | 超速度60 | 超速80. |
| Ø·L (mm) | 30·64 | 28.5 * 88.5 | 34·99 | 30·90 | 30·64 | 35·60 | 35·80 |
| 波兰人 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 2 | 2 |
由于速度是标准设计的两倍，铁的损耗要比标准设计的高。即使如此，直圈EC Ultra电机仍然比斜绕组或开槽电机更有效。
Portescap |www.portescap.com
无槽结构的电机在大多数工业动力工具中表现出色，因为它们在层压中比其他电机有更少的感应——这相当于没有铁损失。对无槽电机结构的进一步Portescap改进包括直线转弯，内、外封头，防止电线松动的特殊输出，以及轴向和径向成型。
25年来，领先的制造商一直依靠Portescap的产品、专业知识和支持来开发有线和电池驱动的工具，同时提高质量控制和灵活性。Portescap的创新有助于从气动工具向电动工具的过渡，同时提高了工业电动工具的性能标准。2013年，Portescap凭借其Ultra EC线圈获得了第一款无槽电机设计的专利。
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