JP2014068489A

JP2014068489A - ブラシレスモータ及び電動工具

Info

Publication number: JP2014068489A
Application number: JP2012212959A
Authority: JP
Inventors: Isato Yamaguchi; 勇人山口; Hideyuki Tanimoto; 英之谷本
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-04-17
Also published as: US9397535B2; CN103683664A; DE102013109016A1; US20140084717A1

Abstract

【課題】製品寸法を大きくしなくても磁石表面積を従来と比較して増加させることの可能なブラシレスモータ及び電動工具を提供する。
【解決手段】シャフト１０１にロータコア１０５が固定される。ロータコア１０５には貫通孔が形成されて永久磁石１０６が挿入固定される。ロータコア１０５の外周面に対向してステータコア１０７が固定される。ステータコア１０７にはインシュレータ１０８を介してステータコイル１０９が設けられ、磁束発生部を成す。ステータコア１０７とステータコイル１０９からなるステータの前方に冷却用のファン１１０が設けられる。ファン１１０の羽根１１２と、ロータコア１０５及び永久磁石１０６とは、軸方向位置が相互に部分的に重複している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファンを有するブラシレスモータ及びそれを用いた電動工具に関する。

インパクトドライバ等の電動工具では、駆動源としてブラシレスモータが用いられる。小型化と高出力化の観点から、ロータの磁石にはネオジム磁石が多く用いられる。また、ブラシレスモータのシャフトには冷却用のファンが取り付けられる。

特開２００９−７２８８９号公報特開２０１０−９９８２３号公報

近年ネオジム磁石の価格が高騰しており、電動工具の低コスト化の妨げとなっている。ネオジム磁石に替えて他の低価格な磁石を用いると、コスト低減にはなるものの、ネオジム磁石と同等の磁束量を得るためには磁石表面積の増加が必要であり、従来と同構成では製品寸法が大きくなる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、製品寸法を大きくしなくても磁石表面積を従来と比較して増加させることの可能なブラシレスモータ及び電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は、ブラシレスモータであり、シャフトと、前記シャフトの外周に設けられたロータと、前記ロータの外周面に対向する磁束発生部を含むステータと、前記ステータの軸方向一方側において前記シャフトと一体に回転するファンとを備え、前記ファンの羽根と前記ロータの永久磁石とは軸方向位置が相互に近接し又は部分的に重複している。

前記ロータは、少なくとも一方の端面にそれぞれ開口した複数の孔を有する略円柱状の磁性体コアを有し、各々の孔内に永久磁石が保持され、前記ファンは、前記孔に嵌合する凸部を有してもよい。

本発明のもう一つの態様は、前記ブラシレスモータを駆動源とする電動工具である。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、製品寸法を大きくしなくても磁石表面積を従来と比較して増加させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るブラシレスモータ１００の側断面図。ブラシレスモータ１００のシャフト１０１の拡大正面図。ファン１１０を省略した、ブラシレスモータ１００の正面図（前方から見た図）。ブラシレスモータ１００のファン１１０の背面図（後方から見た図）。ブラシレスモータ１００を電動工具に組み込んだ状態の一部拡大側面図。比較例に係るインパクトドライバ１の全体構成を示す側断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係るブラシレスモータ１００の側断面図である。図２はブラシレスモータ１００のシャフト１０１の拡大正面図である。図３は、ファン１１０を省略した、ブラシレスモータ１００の正面図（前方から見た図）である。図３においてステータコイル１０９の図示は省略される。図４は、ブラシレスモータ１００のファン１１０の背面図（後方から見た図）である。図５は、ブラシレスモータ１００を電動工具に組み込んだ状態の一部拡大側面図である。

ブラシレスモータ１００において、シャフト１０１は、本体のハウジング６（図５）に固定されたベアリング１０２,１０３によって回転自在に支持される。シャフト１０１には磁性材からなる略円柱状のロータコア１０５が固定される。なお、図２に示すようにシャフト１０１の外周面にはステーキング１１８（軸方向に延びる凹凸部）が例えば４箇所形成されており、ロータコア１０５の中央貫通孔にシャフト１０１を圧入することでロータコア１０５はシャフト１０１に固定される。なお、固定に接着剤を併用してもよい。

図３に示すように、ロータコア１０５には、貫通孔１１９が中心軸周りに４箇所形成されている。各々の貫通孔１１９には永久磁石１０６が挿入固定されている。ロータコア１０５と永久磁石１０６がロータ１０４を成す。ロータコア１０５には更に、風穴１１６とかしめ穴１１７が４箇所ずつ形成されている。ロータコア１０５の外周面に対向してステータコア１０７がハウジング６（図５）に固定される。ステータコア１０７には図１に示すようにインシュレータ１０８（絶縁体）を介してステータコイル１０９が設けられ（巻回され）、磁束発生部を成している。ステータコア１０７とステータコイル１０９からなるステータの前方に冷却用のファン１１０（例えば樹脂製）が設けられる。

図４に示すように、ファン１１０において、内側基部１１１には凸部１１４が中心孔１１５（シャフト挿入孔）周りに４箇所形成される。各々の凸部１１４はロータコア１０５の貫通孔１１９に嵌合して回り止めを成す。ファン１１０の羽根１１２は、内側基部１１１から後方に立ち上がり、内側基部１１１から外側に延びる。羽根１１２の外周側の後端部同士は外側基部１１３によって相互に接続される。ファン１１０の回転により、図５に示すように、ハウジング６の後方側面の空気吸込口１２０から吸い込まれた空気がロータコア１０５とステータコア１０７との間を通り抜けてハウジング６の中間部側面の空気排出口１２１から排出される。

図１に示すように、ファン１１０の羽根１１２と、ロータコア１０５及び永久磁石１０６とは、軸方向位置が相互に部分的に重複している。また、羽根１１２の内縁は、ロータコア１０５の外周面と近接ないし接触している。この構成によれば、羽根１１２の軸方向位置がロータコア１０５及び永久磁石１０６の軸方向位置から離間している場合（例えば図６で後述の比較例参照）と比較して、ロータコア１０５及び永久磁石１０６をファン１１０に食い込むように延長することになるため、製品寸法を大きくしなくても磁石表面積を増加させることができる。したがって、高価なネオジム磁石に替えて安価な例えばサマリウムコバルト磁石を用いても同等の磁束量を得ることができる。なお、ファン１１０の羽根１１２とロータコア１０５及び永久磁石１０６との軸方向位置が相互に近接ないし接している場合も、重複している場合ほどではないが磁石表面積増加の効果が得られる。

図６は、比較例に係るインパクトドライバ１の全体構成を示す側断面図である。このインパクトドライバ１は、バッテリ２を電源とし、ブラシレスモータ３を駆動源として回転打撃機構を駆動し、アンビル４に回転と打撃を与えることによってドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してネジ締め等の作業を行うものである。ブラシレスモータ３は、ファンの羽根１１２とロータコア１０５との間にスリーブ３２が介在していて羽根１１２の軸方向位置がロータコア１０５及び永久磁石１０６の軸方向位置から離間していることを除き、実施の形態のブラシレスモータ１００と同構成である。

ブラシレスモータ３とこれを駆動制御するためのインバータ回路基板５は、ハウジング６の胴体部６Ａ内に収容されており、ハウジング６の胴体部６Ａから下方に一体に延びるハンドル部６Ｂの上部には、バッテリ２からブラシレスモータ３への給電をＯＮ／ＯＦＦしてブラシレスモータ３を起動／停止させるためのスイッチトリガ７とスイッチ基板８、並びにブラシレスモータ３の正転と逆転を切り換えるための正逆切替レバー９が設けられている。尚、インバータ回路基板５には複数の出力トランジスタ（ＦＥＴ）１０が設けられている。

ハウジング６のハンドル部６Ｂの下部（バッテリ装着部）内には制御基板１１が収容されており、この制御基板１１から延びるフラットケーブル１２を介して制御基板１１とインバータ回路基板５とが電気的に接続されている。

ハンマケース１４に内蔵された回転打撃機構においては、ブラシレスモータ３の出力軸３ａの回転は遊星歯車機構１５を経て減速されてスピンドル１６に伝達され、スピンドル１６が所定の速度で回転駆動される。スピンドル１６は、その軸方向一端（後端）がベアリング１７を介してギヤカバー１８に回転可能に支持され、他端（前端）はアンビル４の中心部に回転可能に保持されている。アンビル４は、軸受メタル１９を介してハンマケース１４の前端部に回転可能に支持されている。スピンドル１６の外周にはハンマ２０が回転可能に支持されており、スピンドル１６とハンマ２０とはカム機構によって連結されている。ここで、カム機構は、スピンドル１６の外周面に形成されたＶ字状のスピンドルカム溝１６ａ及びハンマ２０の内周面に形成されたＶ字状のハンマカム溝２０ａ及びこれらのカム溝１６，２０ａに係合するボール２１で構成されている。そして、ハンマ２０は、スプリング２２によって常に先端方向（図６の右方）に付勢されており、静止時にはボール２１とカム溝１６ａ，２０ａとの係合によってアンビル４の端面とは隙間を隔てた位置にある。尚、ハンマ２０とアンビル４の相対向する回転平面上の２箇所には凸部２０ｂ，４ａがそれぞれ対称的に形成されている。

スイッチトリガ７をＯＮすると、スイッチ基板８が動作してバッテリ２からブラシレスモータ３に給電されてブラシレスモータ３が起動されるとともに、制御基板１１からの制御信号によってインバータ回路基板５が動作してブラシレスモータ３が制御され、ブラシレスモータ３の回転は遊星歯車機構１５によって減速されてスピンドル１６に伝達され、スピンドル１６が回転駆動される。スピンドル１６が回転駆動されると、その回転は前記カム機構を介してハンマ２０に伝達され、ハンマ２０が半回転しないうちに、ハンマ２０の凸部２０ｂがアンビル４の凸部４ａに係合してアンビル４を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル１６とハンマ２０との間に相対回転が生ずると、ハンマ２０はカム機構のスピンドルカム溝１６ａに沿ってスプリング２２を圧縮しながらブラシレスモータ３側へと後退を始める。ハンマ２０の後退動によってハンマ２０の凸部２０ｂがアンビル４の凸部４ａを乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ２０は、スピンドル１６の回転力に加え、スプリング２２に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング２２の付勢力によって前方へ移動し、その凸部２０ｂがアンビル４の凸部４ａに再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル４に加えられるため、アンビル４に装着された不図示の先端工具を介して不図示のネジに回転打撃力が伝達される。以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からネジに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、ネジが木材等の被締結材にねじ込まれる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

ロータ１０４は、ロータコア１０５と永久磁石１０６の組合せに替えて、シャフト１０１に固定された円筒磁石であってもよい。この場合、円筒磁石の端部に切欠ないし凹部を設け、ファン１１０の凸部１１４と嵌合させて回り止めにしてもよい。

１００ブラシレスモータ、１０１シャフト、１０２ベアリング、１０３ベアリング、１０４ロータ、１０５ロータコア、１０６永久磁石、１０７ステータコア、１０８インシュレータ、１０９ステータコイル、１１０ファン、１１１内側基部、１１２羽根、１１３外側基部、１１４凸部、１１５中心孔、１１６風穴、１１７かしめ穴、１１８ステーキング、１１９貫通孔、１２０空気吸込口、１２１空気排出口

Claims

シャフトと、前記シャフトの外周に設けられたロータと、前記ロータの外周面に対向する磁束発生部を含むステータと、前記ステータの軸方向一方側において前記シャフトと一体に回転するファンとを備え、前記ファンの羽根と前記ロータの永久磁石とは軸方向位置が相互に近接し又は部分的に重複している、ブラシレスモータ。
前記ロータは、少なくとも一方の端面にそれぞれ開口した複数の孔を有する略円柱状の磁性体コアを有し、各々の孔内に永久磁石が保持され、前記ファンは、前記孔に嵌合する凸部を有する、請求項１に記載のブラシレスモータ。
請求項１又は２に記載のブラシレスモータを駆動源とする電動工具。