JP2008173716A

JP2008173716A - ブラシレスモータを備えた電動工具

Info

Publication number: JP2008173716A
Application number: JP2007009101A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sakamaki; 一弥坂巻; Akira Teranishi; 明寺西; Koji Kato; 浩二加藤; Kenichi Arai; 健一荒井
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-31
Also published as: WO2008088017A1; EP2103396A8; US20100253162A1; CN101594969A; EP2103396A1

Abstract

【課題】回転制御用電子部品の発熱による過熱防止と電動工具の大型化の防止。
【解決手段】ブラシレスモータの上方に全高との高さの差分だけ形成されたスペースＳ１を第１のスペースとし、上記ブラシレスモータの後方に全長との長さの差分だけ形成されたスペースＳ２を第２のスペースとし、第１のスペースＳ１にはブラシレスモータの回転制御用電子部品を備えたパワー基板３を配置し、第２のスペースＳ２には上記パワー基板３を冷却するヒートシンクを配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータを備えた電動工具に関し、特にブラシレスモータを搭載した電動工具としての構造的特徴を効率的に利用した電動工具に関する。

電動工具のモータとしては直流電源で駆動する形式のものが多用されており、このようなモータの一つにブラシや整流子を用いないブラシレスモータがある。ブラシレスモータはブラシや整流子を用いない代わりにその回転制御のためのパワー基板と制御基板を備えており、パワー基板にはモータの回転制御用電子部品であるＦＥＴ等が装備されている。

ところが、回転制御用電子部品はモータの駆動により発熱しやすく、駆動の続行により該電子部品は過熱して破壊し、故障や出力効率の低下等機能障害を起して、結果として電動工具の作動に支障をきたすことになり該電動工具の信頼性を損なうことになる。

したがって、ブラシレスモータ使用の電動工具においては、モータの回転を制御するパワー基板が過熱することによって制御機能が低下する等の悪影響を防ぐための対策が必要である。このようなパワー基板の過熱防止対策として従来から良く知られたものは、例えば、モータ巻き線用冷却ファンの冷却風の通路であるモータ軸の後方もしくはモータの後部にパワー基板を配置して、冷却気流を利用して該基板の放熱性を高めることで該基板の温度上昇を抑制して上述の悪影響を回避するようにした方策が採られたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００３−１９９３１０号公報特願２００４−７８６９号

電動工具の使用態様は様々であり、例えば建築現場等においてよく使用されるが、建築現場における電動工具の使用は床下や天井裏等の狭く作業の行ないにくい場所にも及ぶものであり、このような狭い作業現場における電動工具使用の作業性の向上のためには工具の使い勝手の良さが求められ、そのためには工具の大型化は避けなければならない。

また、上述の特許文献１、２に記載のブラシレスモータ使用の電動工具においては、モータの回転を制御するパワー基板の放熱性を良くするために、該パワー基板をモータ巻き線用冷却ファンの通風路であるモータ軸後方もしくはモータ後部に配置する構造を採用している。したがって、モータ軸の後方もしくはモータ後部へのパワー基板の配置により電動工具の全長がその分長くなり、工具が大型化して、上述の狭い作業現場等における電動工具の使い勝手を結果的に悪くしてしまうという課題を残している。

さらに、ブラシレスモータを駆動するにはパワー基板と制御基板が必要であるが、パワー基板には主にバッテリ電源からの電源線とブラシレスモータへのリード線が配線される。これらの配線にはいずれも大電流が流れるので、太く、ギボシ端子等で直接に配線間を結線するため、結線スペースを大きく確保する必要がある。そのため、通常はバッテリ電源周辺など外観形状に影響を与えないところに配線スペースを設けるが、リード線が長くなってしまうため、組み付け性が悪くなったり、電圧が降下したりするという問題がある。

ところで、上記特許文献１、２に示された電動工具は、モータ軸とドリルビットなどの出力軸とが同軸上に配置されているが、モータ軸と出力軸とが上下２段にずれた状態で配置されているものは、モータ軸よりも出力軸の方が高く、またブラシレスモータを採用すれば全長も短くなる。そこで、本発明者等は、このような多段軸構成の電動工具の構造的特徴に着目した。

本発明は上述の問題点に鑑み、電動工具の構造上設けられたデッドスペースを効率的に利用することにより、全体を大型化することなしに、パワー基板に装備した回転制御用電子部品の過熱を防止し、また配線の組み付け性の向上や電圧降下の防止を効果的に実現することができるブラシレスモータを備えた電動工具を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、出力軸を駆動する駆動部と、該駆動部の後方に上記駆動部と作動連結するように設けられて上記出力軸の下方にオフセット配置されたモータ軸を有する電動モータと、該電動モータの下部に配置されたグリップとを一体のハウジング内に配置し、上記グリップに設けたトリガレバーの操作によりバッテリ電源から電動モータに電力を供給させて駆動する電動工具において、上記電動モータをブラシレスモータとし、上記ブラシレスモータの上方に全高との高さの差分だけ形成されたスペースを第１のスペースとし、上記ブラシレスモータの後方に全長との長さの差分だけ形成されたスペースを第２のスペースとし、上記第１のスペースにはブラシレスモータの回転制御用電子部品を備えたパワー基板を配置し、上記第２のスペースには上記パワー基板を冷却するヒートシンクの放熱部を配置したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、上記第１のスペースには、パワー基板に代えて、上記パワー基板とバッテリ電源とを接続する電源線及び上記パワー基板と上記ブラシレスモータとを接続するリード線の各接続端子を配置したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、上記第１のスペースには、上記パワー基板とバッテリ電源とを接続する電源線と上記パワー基板と上記ブラシレスモータとを接続するリード線の各接続端子及び電源安定化用電解コンデンサを配置したことを特徴とする。

本発明の請求項１に係る発明は、出力軸の下方に電動モータのモータ軸がオフセット配置されているので、上記ブラシレスモータの上方に全高との高さの差分だけ第１のスペースが形成され、またブラシレスモータの後方に全長との長さの差分だけ第２のスペースが形成される。このように、出力軸とモータ軸とがオフセット配置された電動工具にブラシレスモータを搭載したことにより、ブラシモータを搭載したものに比べ、上記第１のスペースと第２のスペースは小さくしたり省いたりすることができる。しかし、上記第１のスペースと第２のスペースを無くしても、特に作業性や操作性が向上するわけではない。それよりも、上記の構造的特徴を利用して、第１のスペースにはブラシレスモータの回転制御用電子部品を備えたパワー基板を配置し、上記第２のスペースにはヒートシンクを配置したので、ブラシレスモータに必要なパワー基板と放熱用ヒートシンクが、ブラシモータを搭載した電動工具の大きさの範囲内に納めてパワー基板に装備した回転制御用電子部品の過熱を効果的に防止することができる。

また、ブラシモータを冷却する場合、一般的にはブラシモータ収納ハウジングの後部から冷却用の空気を取り込んで前部から排出するので、ブラシレスモータも同じ構造を採用することにより放熱用ヒートシンクを介してパワー基板を冷却することができる。

請求項２に係る発明によれば、第１のスペースには、パワー基板とバッテリ電源とを接続する電源線及びパワー基板とブラシレスモータとを接続するリード線の各接続端子を配置したので、配線がブラシレスモータとパワー基板に近接することになり、リード線を短くすることができるから、たるみが少なくなり、ハウジングによるリード線の噛みこみなどの配線ミスを減らすことができ、また、配線を押えるための組立て工程を少なくして組み付け性を向上させることができ、さらに配線による電圧降下や発熱を最小限に抑えることができる。

請求項３に係る発明によれば、さらに電解コンデンサも配置することができるので、請求項２に係る発明による効果がさらにアップする。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図６、７には本発明に係る電動工具であるブラシレスモータ２を内蔵したハンマドリルＡが図示されている。ハンマドリルＡのハウジング１は、モータハウジング部１１と、該ハウジング部１１と一体成型のグリップ１２と、モータハウジング部１１の前部に連接された回転駆動部の収容ハウジング部１３等からなり、また、ハウジング１の下部にはＤＣ電源を供給するＤＣバッテリ電源パック１４が設けられている。

モータハウジング部１１内にはブラシレスモータ２が内蔵され、グリップ１２には該グリップ部１２を手で握ることで操作可能なトリガレバー１６が備えられ、トリガレバー１６の押し込み操作で上記ブラシレスモータ２の起動スイッチ１５が作動される。

ブラシレスモータ２は、ステータ２１と、ローター２２と、ローター２２と一体のモータ軸２３と、モータ軸２３の前側に取付けられた冷却ファン２４等をその構造の主体としており、モータ軸２３の前後端がベアリング２５により軸受け支持されることで該モータ軸２３はローター２２の回転とともにステータ２１に対して回転可能とされている。

なお、図７に示されるように、モータハウジング部１１の後部両側と前部両側には、それぞれ吸気孔１８と排出孔１９とが形成され、内部には後部吸気孔１８からステータ２１とローター２２の間を通って前部排出孔１９に至る冷却風路が形成されている。

上記構成のハンマドリルＡにおいて、トリガレバー１６を引き操作すると起動スイッチ１５がオンしてブラシレスモータ２が作動し、ブラシレスモータ２の回転は図示されない減速部で減速されて回転駆動伝達部であるビットチャック（図示せず）に伝達され、出力軸（ドリルビット）１７が回転して所定の穴あけ作業が行われるようになっている。

ところで、上述のように、回転駆動部の出力軸１７の高さよりものモータ軸２３の方が低くとれる多段軸構造で、しかもブラシモータよりも小型のブラシレスモータ２を搭載する構造では、ブラシレスモータ２の上方には、ブラシレスモータ２のステータ２１とモータハウジング部１１との間に、全高との高さの差分だけスペースが形成される。

同様に、電動工具の全長は回転駆動部の先端からグリップ１２の後端までの長さであるが、ブラシレスモータ２は従来のモータのようなブラシを持たない構造なので、その後方にはブラシの部分だけ余分のスペースが形成される。

図１に示されるように、上述のブラシレスモータ２の上方のスペースＳ１を第１のスペース、後方のスペースＳ２を第２スペースとすれば、第１のスペースＳ１と第２のスペースＳ２は省くことができるスペースであるから、これらを除くことによって全体を小型化することは可能である。しかし、これらを無くしたからといって、多少軽量化するだけであり、狭い場所における作業性がよくなるわけではないし、特に操作性がよくなるわけでもない。換言すれば、作業性や操作性は全高と全長とによって決まってしまうので、全高と全長を短縮しない省スペースはあまりメリットがない。そこで、発明者等は、むしろ大型化しない範囲内で上記スペースＳ１、Ｓ２を積極的に利用しようと考えるに至った。次に、上記ハンマドリルの構成を前提とした実施形態について説明する。

［実施形態１］
図１において、第１のスペースＳ１にはブラシレスモータ２の回転を制御するためのパワー基板３とパワー基板３を冷却するヒートシンク４のヒートシンク母体４１が、また第２スペースＳ２には放熱部４２が配置されている。

すなわち、図２に示されるように、パワー基板３の絶縁材料からなる基板部３０には、ステータ（２１）に配置された三相の巻き線（図示せず）に対応するための６個のＦＥＴ３１が一体的に取付けられている。これらＦＥＴ３１は回転制御用の電子部品で、パワー基板３の基板部３０の長手方向に対して直交する方向で２列に、一列に３個ずつ配置されている。

ＦＥＴ３１は、それぞれ３つの電極を備えておりこれらの電極の脚部３２がほぼ矩形状をなすパワー基板３の基板部３０の孔３４に挿し込まれてその先端を基板部３０の上表面から僅かに突出してハンダ付けされるとともに、ＦＥＴ３１の図示下部に後述されるヒートシンク母体４１にねじｄで固定され、基板部３０とヒートシンク母体４１により挟まれ４本のスペーサｃにより位置決めされたボルトｂにより固定されている。パワー基板３は、適宜モータハウジング部１１の上部内側の第１のスペースＳ１に固定されている。パワー基板３の基板部３０の上表面から僅かに突出した各ＦＥＴ３１の３つの電極のそれぞれの先端はＤＣ電源、制御基板（ゲート制御回路）５（図６参照）、ブラシレスモータ２の巻き線への接続電極を形成する。

次に、ヒートシンク４は熱伝導のよいアルミニウムや銅からなり、ＦＥＴ３１の下部を覆うようにして該ＦＥＴ３１に当接するほぼ矩形状のヒートシンク母体４１と、該ヒートシンク母体４１の一端からほぼ直角に屈曲して延びる複数の通風孔４３を備える放熱部４２とから構成されている。そして、ヒートシンク母体４１は、第１のスペースＳ１に配置され、また放熱部４２は第２のスペースＳ２に配置されている。

ヒートシンク４の放熱部４２には、切り起しにより形成された切起し片４４の間に冷却風が流入する通風孔４３が形成されている。各通風孔４３は、モータハウジング部１１の後部左右両側の冷却風吸気孔１８に向き合うように配置されている。したがって、吸気孔１８からモータハウジング部１１の内部に取り込まれた冷却風は、通風孔４３を通過し、冷却風路を通り、ブラシレスモータ２を冷却した後に排出孔１９から外部へと排出されていく。

上記構成によれば、ブラシレスモータ２の回転と同時に冷却ファン２４が回転するので、冷却風（外気）が吸気孔１８からモータハウジング部１１の内部に取り込まれ、放熱板の通風孔４３を通ってブラシレスモータ２を冷却した後、モータハウジング部１１の前部両側の排出孔１９から排出される。このとき、ヒートシンク４の放熱部４２も同時に冷却されるので、その熱伝導によりヒートシンク母体４１が冷却されるとともに、パワー基板３も冷却される。したがって、連続作業によりブラシレスモータ２とともにパワー基板３とＦＥＴ３１も発熱するが、ＦＥＴ３１はヒートシンク母体４１に当接するように取付けられているので、パワー基板３とＦＥＴ３１の発熱による温度上昇が抑えられる。

上述のように、出力軸１７の下方にブラシレスモータ２のモータ軸２３が上下にオフセット配置されているので、上記ブラシレスモータ２の上方に全高との高さの差分だけ第１のスペースＳ１が形成され、またブラシレスモータ２の後方に全長との長さの差分だけ第２のスペースＳ２が形成される。この構造的特徴を利用して、第１のスペースＳ１にはブラシレスモータの回転制御用電子部品を備えたパワー基板３を配置し、上記第２のスペースＳ２にはヒートシンク４の放熱部４２を配置したので、ブラシレスモータ２に必要なパワー基板３と放熱用ヒートシンク４が全長と全高をブラシモータを搭載した電動工具の大きさの範囲内に納めることができる。

また、第２のスペースＳ２のヒートシンク４により、ブラシレスモータ２を冷却する冷却風を効率的に利用してパワー基板３を効果的に冷却することができるので、大型化しない範囲内で上記スペースＳ１、Ｓ２を利用することにより、ＦＥＴ３１を含むパワー基板３の過熱を効果的に防止ことができる。

なお、パワー基板とバッテリ電源とを接続する電源線と上記パワー基板と上記ブラシレスモータとを接続するリード線は制御基板５の近傍に配置すればよい。

［実施形態２］
図３においては、第１のスペースＳ１に、上記パワー基板３とＤＣバッテリ電源パック１４内のバッテリ電源とを接続する電源線および上記パワー基板３と上記ブラシレスモータ２とを接続するリード線の各接続端子（ギボシ端子）６が配置されている。ギボシ端子６の図示下段はバッテリ電源に接続する電源線、図示上段はパワー基板３とブラシレスモータ２に接続するリード線の端子である。

ブラシレスモータ２を駆動するために必要なパワー基板３には、主にバッテリ電源からの電源線とブラシレスモータ２へのリード線が配線される。これらの配線にはいずれも大電流が流れるので、太く、ギボシ端子６等で直接に配線間を結線するため、スペースを大きく確保する必要があるが、第１のスペースＳ１は上記結線のためのスペースとして十分な大きさである。

次に、第２のスペースＳ２のブラシレスモータ２とベアリング２５との間に配置されるのは、図４に示されるように、パワー基板３とＦＥＴ３１とヒートシンク４である。ヒートシンク４の上下には放熱部として放熱板４５が張出し、冷却風の通風路上に配置されている。ＦＥＴ３１は上下の放熱板４５の間に抱持され、またパワー基板３は上記通風路上に配置されているとともに、上記ヒートシンク４の端面に接触している。７は上記ギボシ端子６の図示右端に接続するリード線と電源線である。

上記構成によれば、第１のスペースＳ１には、パワー基板３とバッテリ電源とを接続する電源線とパワー基板３とブラシレスモータ２とを接続するリード線の各接続端子６を配置したので、配線がブラシレスモータ２とパワー基板３に近接することになり、リード線を短くすることができるから、たるみが少なくなり、ハウジング１によるリード線の噛みこみなどの配線ミスを減らすことができる。また、配線を押えるための組立て工程を少なくして組み付け性を向上させることができ、さらに配線による電圧降下や発熱を最小限に抑えることができる。

また、第２のスペースＳ２内の放熱板４５は直接に冷却風に接触するからその放熱効果は高く、パワー基板３とＦＥＴ３１の発熱による温度上昇を抑えることができる。

なお、第１のスペースＳ１には、図５のようにパワー基板３とバッテリ電源とを接続する電源線と上記パワー基板３と上記ブラシレスモータ２とを接続するリード線の各接続端子６及び電源を安定化するための電解コンデンサ８を配置するように構成してもよい。

なお、上述の実施形態はハンマドリルに関するものであるが、インパクトドライバ等の他の類似の電動工具であってもよいことは言うまでもない。

本発明の電動工具であるハンマドリルの、主要構造部を示すために一部のハウジング部を外した斜視図パワー基板とヒートシンクの分解斜視図別の実施形態の主要部を露出させて示した斜視図上記実施形態のハンマドリルに搭載したパワー基板・ヒートシンクのユニットの斜視図更に他の実施形態の主要部を露出させて示した側面図従来のハンマドリルにブラシレスモータを搭載した状態の主要部を露出して示した側面図上記ハンマドリルの斜視図

符号の説明

Ａハンマドリル
１ハウジング
２パワー基板
３１ＦＥＴ
４ヒートシンク
４２放熱部

Claims

出力軸を駆動する駆動部と、該駆動部の後方に上記駆動部と作動連結するように設けられて上記出力軸の下方にオフセット配置されたモータ軸を有する電動モータと、該電動モータの下部に配置されたグリップとを一体のハウジング内に配置し、上記グリップに設けたトリガレバーの操作によりバッテリ電源から電動モータに電力を供給させて駆動する電動工具において、
上記電動モータをブラシレスモータとし、上記ブラシレスモータの上方に全高との高さの差分だけ形成されたスペースを第１のスペースとし、上記ブラシレスモータの後方に全長との長さの差分だけ形成されたスペースを第２のスペースとし、
上記第１のスペースにはブラシレスモータの回転制御用電子部品を備えたパワー基板を配置し、上記第２のスペースには上記パワー基板を冷却するヒートシンクの放熱部を配置した
ことを特徴とするブラシレスモータを備えた電動工具。
上記第１のスペースには、パワー基板に代えて、上記パワー基板とバッテリ電源とを接続する電源線及び上記パワー基板と上記ブラシレスモータとを接続するリード線の各接続端子を配置した
ことを特徴とする、請求項１に記載のブラシレスモータを備えた電動工具。
上記第１のスペースには、上記パワー基板とバッテリ電源とを接続する電源線と上記パワー基板と上記ブラシレスモータとを接続するリード線の各接続端子及び電源安定化用電解コンデンサを配置したことを特徴とする、請求項１に記載のブラシレスモータを備えた電動工具。