動力冰鉆[1-2]屬于戶外運動娛樂范圍內(nèi)的新產(chǎn)品。由于其專業(yè)性比較強，且對時令節(jié)氣有要求，只適宜在冬天使用，所以這類產(chǎn)品的市場主要集中在冬季比較寒冷的北美、北歐、俄羅斯等國家和地區(qū)，在我國的東北、內(nèi)蒙、河北、北京等地區(qū)也有一定的市場。

電動冰鉆是用電機代替發(fā)動機，以可反復(fù)充放電的蓄電池作為能源的手持式動力產(chǎn)品。所用電池，可分為鉛酸和鋰電兩種，由于在氣溫非常低時鉛酸電池敦電性能很差，所以現(xiàn)在電動冰鉆趨向于用鋰電[3]。電機分有刷的和無刷兩種，有刷電機的效率相對較低，且噪聲大，碳刷易磨損，可靠性差，所以電動冰鉆采用直流永磁無刷電機的較多[4]。本文主要介紹的是泰州潤元機電科技發(fā)展有限公司設(shè)計的一款鋰電電動冰鉆。

1 電動冰鉆設(shè)計

1．1 電動冰鉆的構(gòu)成

電動冰鉆主要包括電動動力頭和冰鉆頭兩部分，電動動力頭由安裝支架、電池組、電機、變速箱、控制器、充電器和調(diào)速手柄以及外飾塑料件等組成；冰鉆頭由鉆桿組焊件、刀片和定心刀片以及刀片保護罩等組或。冰鉆頭插在電動冰鉆頭的輸出軸上，并用一只內(nèi)六角螺栓緊固起來，如圖1所示。

1.2技術(shù)性能要求

根據(jù)冰釣活動的要求，對冰鉆有如下性能要求：

(1)最大鉆洞直徑：Φ200 mm。

(2)最大鉆洞深度：500 mm～600 mm。

(3)在環(huán)境溫度為-20 0C時，鉆Φ200 mm深600 mm的洞，充一次電可連續(xù)鉆40個洞。

(4)循環(huán)使用壽命（以2C放電，滿充滿放）：循環(huán)充放電≥300次。

1.3 電機的選擇

為提高電機使用壽命和減輕重量，提高電機效率，我們選用直流永磁無刷電機，根據(jù)經(jīng)驗已知在冰上鉆Φ200 mm的洞所需的扭矩≥25N.m，最佳輸出轉(zhuǎn)速為200 r／min～250 r／min。我們選定減速箱的速比i= 15.3，所以電機的額定轉(zhuǎn)速n=3 200 r／min，額定功率P=600 W，電機的額定電壓為36 V。

電機輸出扭矩為：

1.4 變速箱的選擇

電動冰鉆是單人手持操作，除要重量輕之外，還要求結(jié)構(gòu)對稱，輸出軸放置在對稱中心上，所以選擇行星減速器；因為速比大，且要求重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，所以采用二級行星減速，外齒圈的齒數(shù)Z0為39，一級太陽輪的齒數(shù)Z1為12，二級太陽輪的齒數(shù)Z2為15。則總的

減速比為：

代入相關(guān)參數(shù)，計算得i=15.3。

1.5 電池組的設(shè)計

選用標(biāo)準(zhǔn)的18650功率型鋰電池，電池的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

考慮到電機的電壓和電流最平衡點，選擇電機的額定電壓為36 V，所以電池組采用2并10串的方式，組成的電池組的電壓是36 V，容量是4 Ah。電池包組裝電路圖如圖2所示。

為保護鋰電池，電池盒內(nèi)還裝有一保護電路板，對每級電池進行保護，其主要具有如下幾個功能：

(1)過充保護功能：當(dāng)電池組中任意一節(jié)電池的電壓高于4. 20 V±0.05 V過充保護點時關(guān)斷充電，以確保所有電池都在過充保護點以內(nèi)工作。

(2)過放保護功能：當(dāng)電池組中任意一節(jié)電池的電壓低于2.5 V過放保護點時關(guān)斷放電，以確保所有電池都在過放保護點以上工作。

(3)過流保護功能：當(dāng)電池組在放電過程中，放電電流大于設(shè)置的過流保護點時關(guān)斷輸出，以確保電池組在安全的電流范圍內(nèi)工作。

(4)短路保護功能：在電池組的輸出端口出現(xiàn)短路狀況時關(guān)斷輸出，以確保電池組不會因為短路而損壞。

1.6控制器

控制器安裝在動力頭上，通過輸出線分別與電源、電機、調(diào)速手把以及熄火開關(guān)相連，工作電壓范圍為30 V～45 V，工作溫度范圍為-30℃～55℃�？刂破鹘泳€圖見圖3。

1.7調(diào)速手柄

電動冰鉆是冬季使用，操作者要戴棉手套，所以為操作方便，設(shè)計成扳手式手柄，打開熄火開關(guān)后，用拇指向下按壓扳手，電機的轉(zhuǎn)速從低到高變化，松開扳手后，扳手自動回位，電機停止轉(zhuǎn)動�？紤]到安全性和操作方便，將調(diào)速手柄和熄火開關(guān)做成一體，既美觀，又

緊湊，安全性好。調(diào)速手柄如圖4所示。