今天，无绳工具被用于许多不同类型的装配线上各种各样的螺丝作业。虽然它们比以往任何时候都更强大、更轻、更受欢迎，但无线工具仍然受到电池功率、重量和耐用性的限制。
无绳设备是电动工具市场中增长最快的部分。在过去的几年里，对电池驱动的冲击驱动器、扭矩扳手和其他生产工具的需求超过了传统的气动和电动设备的需求。
几个因素促成了这一现象。无线电池驱动的工具为组装者提供了独特的优势。例如，它们可以安装在狭窄的空间中，而脐带(如空气软管或电线)可能会限制其容易进入和可操作性。
无绳工具有助于消除工厂地板上与电线、电缆和软管有关的头痛。在工作区域伸展的空气软管和电线有绊倒的危险。事实上，国家赔偿保险委员会(Boca Raton, FL)最近的一份报告指出，无线工具的使用增加是近年来工人索赔显著下降的主要原因之一。
消除讨厌的电线和软管也可以通过提高效率和消除浪费的来源来帮助组装者进行精益生产。当电线或软管被工作站、零件箱、夹具、工具车和其他物品卡住时，操作人员通常会浪费宝贵的生产时间来缠绕它们。
此外，无线工具比气动设备要安静得多。此外，它们还能让组装人员更容易地在平台、车内和其他空间稀缺、绷紧的电线和软管可能划伤或损坏表面的尴尬场所工作。操作人员可以在装配线上自由行走，而不用担心身后拖着脐带缆。
最新一代的无线工具的性能可以与市场上许多空气工具和直流电动工具一样好，甚至更好。最近在电机、离合器和控制方面的改进创造了传统紧固工具的节能替代品。例如，一些无线工具更可重复，因为它们不依赖于恒定的气压或流量。
改进的电池技术也刺激了对无线生产工具的需求。今天的可充电电池比以往任何时候都更耐用，提供更多的电力和更长的运行时间。但是，电池仍然是无线螺丝刀被广泛接受的一个障碍。电池通常占无线工具重量的三分之一，成本的50%。
工具制造商一直在与他们的电池供应商合作，以提高产能，这导致更长的运行时间，重量和尺寸可以忽略不计。通用的目标是开发一种无线工具，可以实现与空气工具相同的速度和扭矩，与空气工具的软管相同的重量。
传统上，只有少数几家公司生产用于组装的电池。市场被松下电器工业株式会社(日本大阪)、三洋电器株式会社(日本大阪)和索尼株式会社(东京)等制造商所主导。但是，情况开始发生变化。
“这是电池发展的一个激动人心的时代，”克里斯·特纳说，他是Nexergy公司(俄亥俄州哥伦布市)电池技术总监，该公司是一家电池组系统集成商，与几家不同的电池电池制造商和工具制造商合作。“在过去的几年里，我们看到了锂离子开发的多样化，由相对较小的公司主导，比如A123 Systems Inc. (Watertown, MA)和Boston-Power Inc. (Westborough, MA)，它们已经开发出了满足特定市场需求的技术;特别是那些大制造商不关注的领域。”
例如，A123是一家初创公司，它是第一家完全专注于高速率应用的公司，如电动工具市场。该公司的研发工作设在美国，但它在中国组装电池。
可充电电池制造商一直在开发新的技术，使单个电池获得更多的能量成为可能，从而允许更长的运行时间。“电池技术的主要趋势仍然是延长运行时间，提供足够的电力，同时保持甚至减少电池的物理尺寸和重量，”Makita USA Inc. (La Mirada, CA)航空航天和组装业务发展副总裁史蒂夫·泰勒(Steve taylor)说。
传统上，无线工具使用的是镍镉或镍氢电池。但是，该行业正在迅速转向消费电子行业开发的各种锂离子化学产品，用于笔记本电脑和手机。
无线工具制造商已经爱上了锂离子电池，它提供了诱人的功率重量比。
锂的欲望
在过去的两年里，无线工具制造商已经爱上了锂，这是最轻的金属。AIMCO(波特兰，OR)的产品开发经理Ken Maio说:“这是由尺寸、重量和回收需求驱动的。”“锂提供了更好的功率重量比，可以让工具在比过去更小的物理包上运行。”可靠的高放电速率锂离子技术的发展使这种新型电池化学的相对快速过渡成为可能。特纳指出:“区分高速锂离子和传统的用于笔记本电脑和其他消费电子产品的高能量密度锂离子是很重要的。”“高速率锂为高速率性能权衡了显著的能量密度，这是工业工具市场的典型应用。
特纳补充说:“从化学的角度来看，镍镉和镍金属氢化物电池在历史上被用于(无线工具)是非常坚固的，可以处理各种各样的缺陷。”“一般来说，锂离子需要通过电子和机械管理，以确保安全、可靠、长期运行。”
锂离子电池组比其他类型的电池更复杂，需要额外的组装步骤，因此价格更高。“通常情况下，锂离子电池的价格是镍镉电池的两倍，”Ingersoll Rand生产力解决方案公司(Annandale, NJ)无线工具全球营销经理克里斯蒂安·科里根(Christian Corrigan)说。
但是，锂离子电池比镍电池更轻，因此可以减少30%以上的电池重量和体积。“新的化合物和新的外壳材料减小了电池的尺寸和重量，”库柏电力工具公司(Lexington, SC)电动组装生产线经理Dwayne Dupuis解释说。“在过去的五年里，体重和尺寸减少了25%到30%。”
虽然重量仍然是无线工具用户关注的问题，但新的电池技术使它不像过去那样是个问题。博世北美生产工具公司(Mount Prospect, IL)市场营销和产品开发经理威廉•斯泰格(William Staiger)指出:“我们的目标仍然是制造出性能优于现有电池的更轻电池。”“减轻重量通常意味着失去电流和运行时容量，所以这仍然是权衡。不同的制造商使用不同的理论来处理这个问题。
斯泰格说:“重量已经不再是问题，尤其是当这些工具变得更高效，完成同样的工作所需的电力更少的时候。”凭借现有的许多无线组装工具，博世已经非常接近这一目标，未来还将进一步接近这一目标。”
泰勒补充说:“由于人体工程学和安全问题是降低设备成本的一个日益增长的重点领域，确保(组装工人)操作一个舒适的工具变得越来越重要。”“将总重量保持在最小是有利的，因为随着时间的推移，操作人员在工具操作中承受的压力会更小。”
taylor声称，Makita正在从镍镉转向金属氢化物，再转向锂离子，这为用户提供了300%的生产率提高，同时在使用相同电压的工具时，实际上减轻了工具的重量。
他指出:“例如，我们的14.4伏、3安培小时的锂电池比12伏、2安培的镍氢电池轻18%，但运行时间却增加了约50%。”“与过去的镍镉恐龙相比，锂离子的重量甚至进一步减少。技术的每一次转型都带来了更高的生产率产出水平。”
尽管有这些优势，但并不是所有的无线工具制造商都加入了锂离子的潮流。例如，博世生产工具(Bosch Production Tools)遵循的战略与其许多竞争对手不同。Staiger说:“其他人已经选择了转向新技术，但事实是这些技术并没有比博世目前使用的更好。”“我们最终会拥有锂离子电池，但不是现在。
“(我们)还没有选择向这个方向发展，因为锂离子电池根本不具备目前组装环境下的容量和深度循环容量，”Staiger补充说。“尽管我们的一些(无线建筑和消费)工具现在使用的是锂离子技术，(生产工具方面)仍然使用0级镍镉电池。它们的性能仍然优于目前市场上的任何其他电池技术。”
博世将研发重点放在了离合器技术和无线控制等其他领域。斯泰格声称，锂离子电池现在只适用于那些不是连续运行的工具，比如那些通过家庭中心、五金店和其他零售渠道销售的工具。
根据史泰格的说法，锂离子电池和零级镍镉电池之间存在着巨大的差异。他指出:“0级镍镉电池的耐受性比1级和2级镍镉电池更强，后者分别用于专业工具和diy工具。”Class O可以实现3000次充电循环，其运行时间通常比其他无线组装工具长得多。”
斯泰格表示，在选择无线工具时，制造工程师应该区分专业工具和生产工具，前者在一个班次中时断时续地使用，后者则一直在使用。他建议:“寻找运行时间最长、深度循环性能最好、废弃前充电次数最多的电池。”“只有一个选择:0级Ni-Cad。”
可充电电池制造商一直在寻找将更多能量装入更小电池的新方法。
汽车是很重要的
除了电池，电机、传动系统和充电器也是重要的考虑因素。“这真的不仅仅是电池的问题，”Makita的泰勒说。“随着电池技术的每一次进步，充电系统策略和电机技术的变化都是工具设计中非常重要的考虑因素，以实现生产率的最大化。泰勒补充说:“无线趋势的焦点通常围绕着电池技术，而这通常是新产品推出时的避雷针话题。”“(经常被忽视的一个事实是)电机被设计得更小、更高效，而电池充电器被设计得更智能、工作更快。”
马达决定从电池中获得多少能量。它们决定了整体能源消耗和效率。“你的马达效率越高，你对电池的需求就越少，”泰勒解释说。“我们自己生产的马达越来越小，产量越来越高。”
通过使用更节能的电机，工具制造商现在能够使用9伏电池实现12牛顿米的扭矩。在过去，这需要12伏的电池产生更多的热量。
许多无线工具制造商开始提供无刷电机，这需要较少的维护。它们消除了摩擦，创造了更有效的能量转移。Staiger说:“随着电机性能和效率的提高，运行工具所需的电压和电流更少了。”他的公司将在今年晚些时候推出一系列配备无刷电机的无线工具。
在评估无线工具时，制造工程师应该关注的不仅仅是电池问题。AIMCO公司的Maio指出:“电池性能是衡量工具性能的唯一因素，这是一个很大的误区。马达或工具引擎的效率极大地影响了一次充电工具的运行时间。低效率的电刷式电机消耗更多的能量，因为他们磨损和电刷灰尘积累。
Maio警告说:“最强大的电池在与能耗高的马达连接时，会更快地耗尽电量。”“很多时候，用户会责怪电池，其实是电机需要维护或更换。”
改进的电池技术刺激了对无线生产工具的需求。
未来科技
无论使用哪种类型的无线工具，对续航时间更长、重量更轻的电池的需求总是存在的。“这是所有向生产环境提供专业级产品的大公司面临的持续挑战，”泰勒说。
目前，汽车和消费电子行业的巨大需求推动了电池行业的许多研发工作。但是，这些发展最终将惠及无线工具的应用。
泰勒说:“更高的功率水平、更长的每次充电运行时间和更长的寿命周期预期将继续成为目标。”“由于锂离子技术在制造业中仍然是相对较新的技术，我们预计在未来几年内不会出现新的平台。”
然而，研究人员正忙于研究下一代替代品。“纳米技术和薄膜电池技术可能会在当今可充电锂离子电池的发展中发挥作用，”Frost & Sullivan公司(圣安东尼奥)能源和电力系统部门的产业主管萨拉·布拉德福德说。“每一种工艺都有一些好处，比如足迹更小、重量更轻、从化学物质中产生更多的电能转换，从而产生更高的能量密度。”
布拉德福德相信，在未来，电池制造商将开发出比现在的产品更耐用、更高效的化学产品。例如，新技术将探索无线工具可以更快地从电池中提取更多能量的方法。而且，电池容量将继续增加，扩大安培小时，同时减少尺寸。
布拉德福德说，锂硫电池是一种可以提供非常高的能量密度的技术，这将使电池更小、更轻、续航时间更长。美国阿斯利康图森市(Tucson, AZ)的Sion Power公司已经开发出一种电池，该电池包含一个液体阴极，并使用薄膜沉积技术，其电池组件的75%使用薄膜沉积技术。“硫的使用和创新的制造技术有助于降低成本，”Bradford指出。
锂聚合物是一项很有前景的技术，它可以让制造商将电池模压成不同于传统的正方形和长方形的形状。“下一个趋势将是把电池塞进电动工具的手柄里，”英格索兰公司的科里根预测。然而，锂聚合物目前只能用于低压应用，比如小型电子设备。
银锌电池最终可能会在能量密度之战中挑战锂离子。事实上，它们能提供高达40%的电力。这种电池是基于本质上安全的水基化学物质，不含锂或易燃溶剂。与锂离子电池和锂聚合物电池不同，银锌电池消除了过热、起火和可能发生爆炸的问题。ZPower公司(Camarillo, CA)目前正在加紧批量生产用于笔记本电脑和手机等应用的电池。
与传统电池相比，燃料电池有潜力在单位体积重量上提供更多的能量。虽然微型燃料电池仍在研发中，布拉德福德预计在5年内它们将可用于消费电子产品和军事应用。但是，她不希望它们被用于工业应用，如无线电动工具，直到2015年左右。布拉德福德指出:“直接甲醇燃料电池可能是一个强大的竞争者，尽管氢基或改造甲醇格式可能产生更多的电力输出。”
根据特纳的说法，在未来几年，能源收集也将成为一个众所周知的概念。他预测:“它将取代燃料电池，成为取代电池的‘下一个大事件’。”能量收集的概念是指利用自然资源，如光、热或运动来产生能量。
该技术的早期应用已用于持续供电和充电的小型、低功率电子设备，如手表。能量是由日常运动或热流源产生的，比如用户的手腕。
去“Web Extra”了解更多关于电池的趋势。
目前，汽车和消费电子行业的巨大需求推动了电池行业的许多研发工作。但是，这些发展最终将惠及无线工具的应用。
泰勒说:“更高的功率水平、更长的每次充电运行时间和更长的寿命周期预期将继续成为目标。”“由于锂离子技术在制造业中仍然是相对较新的技术，我们预计在未来几年内不会出现新的平台。”
然而，研究人员正忙于研究下一代替代品。“纳米技术和薄膜电池技术可能会在当今可充电锂离子电池的发展中发挥作用，”Frost & Sullivan公司(圣安东尼奥)能源和电力系统部门的产业主管萨拉·布拉德福德说。“每一种工艺都有一些好处，比如足迹更小、重量更轻、从化学物质中产生更多的电能转换，从而产生更高的能量密度。”
布拉德福德相信，在未来，电池制造商将开发出比现在的产品更耐用、更高效的化学产品。例如，新技术将探索无线工具可以更快地从电池中提取更多能量的方法。而且，电池容量将继续增加，扩大安培小时，同时减少尺寸。
布拉德福德说，锂硫电池是一种可以提供非常高的能量密度的技术，这将使电池更小、更轻、续航时间更长。美国阿斯利康图森市(Tucson, AZ)的Sion Power公司已经开发出一种电池，该电池包含一个液体阴极，并使用薄膜沉积技术，其电池组件的75%使用薄膜沉积技术。“硫的使用和创新的制造技术有助于降低成本，”Bradford指出。
锂聚合物是一项很有前景的技术，它可以让制造商将电池模压成不同于传统的正方形和长方形的形状。“下一个趋势将是把电池塞进电动工具的手柄里，”英格索兰公司的科里根预测。然而，锂聚合物目前只能用于低压应用，比如小型电子设备。
银锌电池最终可能会在能量密度之战中挑战锂离子。事实上，它们能提供高达40%的电力。这种电池是基于本质上安全的水基化学物质，不含锂或易燃溶剂。与锂离子电池和锂聚合物电池不同，银锌电池消除了过热、起火和可能发生爆炸的问题。ZPower公司(Camarillo, CA)目前正在加紧批量生产用于笔记本电脑和手机等应用的电池。
与传统电池相比，燃料电池有潜力在单位体积重量上提供更多的能量。虽然微型燃料电池仍在研发中，布拉德福德预计在5年内它们将可用于消费电子产品和军事应用。但是，她不希望它们被用于工业应用，如无线电动工具，直到2015年左右。布拉德福德指出:“直接甲醇燃料电池可能是一个强大的竞争者，尽管氢基或改造甲醇格式可能产生更多的电力输出。”
根据特纳的说法，在未来几年，能源收集也将成为一个众所周知的概念。他预测:“它将取代燃料电池，成为取代电池的‘下一个大事件’。”能量收集的概念是指利用自然资源，如光、热或运动来产生能量。
该技术的早期应用已用于持续供电和充电的小型、低功率电子设备，如手表。能量是由日常运动或热流源产生的，比如用户的手腕。
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