JP2015123540A - 電動工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】 モータハウジングがコンパクトな電動工具を提供する。【解決手段】 電動工具は、複数の駆動コイルによる回転磁界により回転するロータを備えたブラシレスモータ本体と、ブラシレスモータ本体を実装するモータ用基板と、モータ用基板に実装されて駆動コイルに流す電流を切り替えるインバータ回路と、ブラシレスモータ本体及びモータ用基板を収容するハウジングとを備える。駆動コイルは、モータ用基板と、ブラシレスモータ本体を回転軸方向と平行に投影した輪郭の外側において電気的に接続されている。【選択図】図7
Description
本発明は、ブラシレスモータを駆動源とする電動工具に関し、特に携帯可能な電動丸鋸に関する。
一般的に、ブラシレスモータに設けられる基板は、モータを収容するハウジングをコンパクトにするため、ステータコアの外形とほぼ同一の形状を有している。このため、ステータコイルと基板との電気的接続は、ステータコアの基板に投影された輪郭線よりも内側のモータの回転軸中心側で行われていた。
しかしながら、ステータコイルがステータコアの基板に投影された輪郭線よりも回転軸中心側に接続されるため、基板上の有効実装面積が大きく制限されていた。電動工具に用いられるブラシレスモータは、大電流が流れるために、モータ電流を制御するインバータ回路を構成するFETは大型であり、基板上では、実装面積が限られているために、FET本体の面積が最大となる面を基板に対し垂直となるように基板に配置させる必要があった。このため、制御基板を含むブラシレスモータの全長が長くなり、ブラシレスモータを収容するハウジングの全長もそれに伴い長くなり、結果として電動工具そのものが大きくなってしまうという問題を生じていた。特に、ディスク状の切断刃を回転させて切断作業を行う携帯用の電動丸鋸などについては、作業中にモータに大電流が流れるため、FETを大型化させる必要があり、装置の大型化の問題が生じる。
これに対し、基板をステータコアから分離させてモータ軸上に位置しない別の場所に配置する構成もあるが、基板を収容する領域を別に確保する必要があり、必然的にハウジングのサイズを大型化させることになる。
本発明の目的は、斯かる実情に鑑み、小型化が可能なブラシレスモータを搭載した電動工具を提供することである。
本発明の電動工具は、複数の駆動コイルに選択的に電流を流して回転磁界を形成するステータと、永久磁石を有し前記回転磁界により回転軸を回転させるロータとを備えたブラシレスモータ本体と、前記ブラシレスモータ本体と対向して設けられるモータ用基板と、前記モータ用基板に実装されて、前記電流を設定する複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、前記ブラシレスモータ本体及び前記モータ用基板を収容するハウジングと、を備えた電動工具であって、前記複数の駆動コイルは、前記ステータを前記回転軸方向と平行に投影した輪郭の外側において、前記モータ用基板と電気的に接続されている。
上記構成により、モータ用基板とハウジングとによって確定される有効実装空間に対し、モータ用基板の反ブラシレスモータ側に有効実装面積を広く取ることができるため、反ブラシレスモータ側に実装される回路部品1つあたりの実装面積を広く確保でき、モータ用基板に実装される回路部品のモータ用基板の法線方向における高さを抑制できる。従って、ハウジングをモータ用基板に近づけることが可能となり、電動工具の回転軸方向の長さを短くして、電動工具をコンパクトにできる。
好ましくは、前記スイッチング素子は、略直方体形状のFET本体に3つの端子を備えた電界効果トランジスタ(FET)であり、前記FET本体を構成する面のうち面積が最大となる面が前記モータ用基板と略平行になるように、前記FETは前記モータ用基板に実装されている。
上記構成により、FETの最も大きな面をモータ用基板の主面に対し略垂直に実装する場合に比べて、モータ用基板に実装されるFETの高さを低くすることができる。
好ましくは、前記モータ用基板には、前記FETの最も面積の大きな面と対向する部分に貫通穴が形成されている。当該構成により、FET本体を包み込むように空気路を形成したり、FET本体をブラシレスモータ側から空気によって冷却することができ、FET本体を効率良く冷却することができる。
好ましくは、前記モータ用基板の周縁部には、前記複数の駆動コイルのうちの少なくとも一つの駆動コイルの端子を電気的に接続するための切欠き部が形成されている。当該構成により、端子をモータ用基板の貫通孔に挿通させてモータ用基板と電気的に接続させる構成に比較して、ブラシレスモータ本体を容易にモータ用基板に実装させてモータ用基板と電気的に接続させることができる。
好ましくは、前記スイッチング素子は、前記モータ用基板の反ブラシレスモータ本体側に実装される。
好ましくは、前記回転軸は、ディスク状の切断刃を回転させる。本発明を電動丸鋸に適用すると、ハウジングの回転軸方向の長さを短くすることができる。この場合、作業スペースが狭くても、効率良く電動丸鋸を操作することができる。
本発明の電動工具によれば、ブラシレスモータを収容するハウジングの回転軸方向の長さを短くでき、小型化された電動工具を提供することが可能である。
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。
本実施の形態の電動丸鋸(コードレス丸鋸)は、ベース1と、本体2とを備える。ベース1は、例えばアルミ等の金属製の略長方形の板材である。ベース1の長手方向は切断方向と一致する。ベース1の底面は、被削材との摺動面である。本体2は、後述のようにベース1に前後2箇所で連結され、ベース1に対して回動可能かつ左右に傾動可能である。本体2は、モータハウジング3と、ハンドル部4と、ギヤカバー5と、ソーカバー6と、保護カバー7と、ディスク状の切断刃としての鋸刃8とを含む。モータハウジング3は、例えば樹脂製であり、ブラシレスモータ9(図5及び図6)を内蔵する。ブラシレスモータ9は、鋸刃8を回転駆動する。ハンドル部4は、モータハウジング3と同材質であり、モータハウジング3の上方において前後方向に延びる。ハンドル部4には、使用者がブラシレスモータ9の駆動を制御するためのメイントリガスイッチ18が設けられる。ハンドル部4は、図3及び図4に示すようにモータハウジング3と一体的に設けられた左側部品と、モータハウジング3とギヤカバー5との間に挟持される右側部品とによって構成され、この左側部品と右側部品との組合せで後述する電池パック取付部4aが構成されると共に、鋸刃8側に位置するハンドル部4の右側部品に後述する制御回路基板収納部4bが設けられている。なお、ハンドル部4の左側部品と右側部品との境界は、図1、図3、図4などでハンドル部4の中央に表れているラインである。
ハンドル部4の後端下部には、電池パック取付部4a(電池取付部)と、制御回路基板収納部4bが一体に設けられる。電池パック取付部4aには、電池パック20(蓄電池)を後方からスライドさせることで電池パック20が着脱自在に装着される。ハンドル部4の下側であって電池パック取付部4aの上面には正逆切替スイッチ16(例えばタクトスイッチ)及び正逆表示LEC29が設けられる。使用者は、正逆切替スイッチ16により、ブラシレスモータ9のロック検出時にブラシレスモータ9を所定の時間だけ逆転に切り替えることができる。ブラシレスモータ9が逆転に切り替えられると、正逆表示LEC29は例えば点灯して外部に報知する。電池パック20は、ブラシレスモータ9に駆動電力を供給する。図1に示すように、電池パック取付部4aに装着された電池パック20の左側面と、モータハウジング3の左側面は、略同一平面上に存在する。すなわち、鋸刃8からモータハウジング3の左側面の距離と、鋸刃8から電池パック20の左側面の距離が略同じであり、電池パック20の左側面とモータハウジング3の左側面を下にして電動丸鋸を載置することができ、鋸刃8の交換作業を容易に行うことができる。制御回路基板収納部4bは、電池パック20の右側に設けられる。制御回路基板収納部4bには、制御回路基板21が収納保持される。制御回路基板21は、ブラシレスモータ9の動作を制御する制御部を搭載している。制御回路基板21は、ブラシレスモータ9の回転軸(鋸刃8の回転軸)と略垂直である。制御回路基板21の左側、すなわち制御回路基板21と電池パック20との間は、例えば樹脂製のコントローラカバー22によって仕切られる。
ギヤカバー5は、ハンドル部4の右側に設けられる。ギヤカバー5は、例えば金属製であり、ブラシレスモータ9と鋸刃8との間の回転伝達機構を内蔵する。回転伝達機構は周知の減速機構等からなる。ソーカバー6は、ギヤカバー5に取り付けられ、ギヤカバー5と共に鋸刃8の上半分を覆う。ソーカバー6はギヤカバー5と同材質かつ一体に形成されても良い。ギヤカバー5及びソーカバー6の前端部は、回動支持部14によって回転自在に連結される。保護カバー7は、例えば樹脂製であり、ギヤカバー5の後方側に、ギヤカバー5及びソーカバー6の外縁に沿って回動可能に設けられる。ギヤカバー5と保護カバー7との間には図示しないバネが介在する。このバネは、ギヤカバー5に対して保護カバー7を、ギヤカバー5及びソーカバー6の円周方向であって鋸刃8の下半分を覆う方向(図2中、反時計回り)に付勢する。よって、切断作業を行っていない状態では、保護カバー7は、鋸刃8の下半分(ベース1の底面から下方に突出した部分)を、前方の一部を除いて覆う。
ベース1の前方には、ベベルプレート12が立設される。ベベルプレート12は、切断方向と略直交する短手方向に直立する。ベベルプレート12には長孔13が設けられる。長孔13は、切断方向に延びる第1傾動軸部15aを中心とし、かつ第1傾動軸部15aと直交する円弧状である。回動支持部14は、第1傾動軸部15aを中心としてベース1に対して左右に傾動可能に支持される。回動支持部14の傾動位置は、傾斜角度調整レバー11を緩めた状態で調整し、傾斜角度調整レバー11を締め付けることで固定する。回動支持部14は、ブラシレスモータ9の回転軸(鋸刃8の回転軸)と平行な軸でソーカバー6の前端部を回動可能に支持する。ソーカバー6の回動位置の調整及び固定については後述する。
ベース1の後方には、リンク10が、第1傾動軸部15aと同軸の傾動軸部15bを中心に回動可能に設けられ、ギヤカバー5の左側面に沿う。リンク10は、例えばアルミ等の金属製である。切込み深さ調整レバー19を緩めた状態では、リンク10とギヤカバー5とは相互にスライド可能であり、ベース1に対するソーカバー6の回動位置、すなわち切込み深さを調整することができる。そして、切込み深さ調整レバー19を締め付けることで、ギヤカバー5の回動位置を固定できる。
図6に示すように、ブラシレスモータ9は、回転軸9aの周囲にロータコア9bを有する。回転軸9aは、鋸刃8の回転軸と平行である。ロータコア9bは、ロータとして回転軸9aと一体に回転する。ロータコア9bには永久磁石からなるロータマグネット9cが挿入支持される。ステータコア9dは、ロータコア9bの外周面を囲むように設けられる。ステータコア9dには、インシュレータ9eを挟んでステータコイル9fが駆動コイルとして設けられ、ステータ9gを構成する。さらに、ステータ9gと、回転軸9aと、ロータコア9bとから、ブラシレスモータ本体が構成される。ステータコア9dの回転軸方向の一端部側には、モータ用基板としてのスイッチング基板23が設けられている。より詳細には、ブラシレスモータ9の出力軸9aがスイッチング基板23の一方の主面23Aに対し略垂直になるようにスイッチング基板23に取り付けられている。スイッチング基板23には、ロータコア9bと対向する領域に、インバータ回路の冷却用に通気口23dが形成されている。
また、図7に示すように、スイッチング基板23の他方の主面23Bには、インバータ回路を構成する6つの電界効果型トランジスタ(FET)50が、通気口23dの周囲にスイッチング素子として実装されている。FET50は、電池パック20からの供給電圧をスイッチングする。図5に示すように、電池パック20の端子部20aとスイッチング基板23は、配線24によって相互に電気的に接続されている。配線25は、電池パック20の端子部20aと制御回路基板21とを相互に電気的に接続する。配線26は、制御回路基板21とスイッチング基板23とを相互に電気的に接続する。制御回路基板21のコントローラからの制御信号が配線26によりスイッチング基板23上のFET50の制御端子(ゲート端子)に印加され、FET50のオンオフが制御される。ブラシレスモータ9の出力軸9aには冷却ファン33が取り付けられて出力軸9aと共に回転する。冷却ファン33が発生する気流が、モータハウジング3に設けられた開口3aからスイッチング基板23の中心にある通気口23dを介して流れるので、ブラシレスモータ9及びFET50が冷却される。
次に、ブラシレスモータ9のスイッチング基板23への実装の詳細について、図7を参照しながら詳細に説明する。
ステータ9gは、ステータコア9dに複数のステータコイル9fが巻回されて、外形が、回転軸9aが中心軸と略重なる略円筒形となっている。スイッチング基板23は、主面23Aの外縁部23Cが、実装されるべきブラシレスモータ9のステータ9gを回転軸方向と平行に投影して主面23A上に形成される輪郭線9hよりも回転軸9aの外側に位置する形状を有している。また、スイッチング基板23には、輪郭線9hと外縁部23Cとの間の領域に、ステータコイル9fの端子をスイッチング基板23と電気的に接続するための接続部23bが設けられている。
また、スイッチング基板23の他方の主面23Bには、FET50の各々をスイッチング基板23と電気的に接続するための接続部23cが設けられている。
FET50は、略直方体形状のFET本体51と、制御端子を含む3つの端子52とからなる。FET本体51を構成する6つの面は、面積が最大となる面51Aと、端子52が設けられた面51Bとを含む。
スイッチング基板23において、ステータコイル9fとの接続部23bが、輪郭線9hの外側に設けられているため、ステータコイル9fをスイッチング基板23に実装するためには、ステータコイル9fの端子の外側に向けた屈曲が必要になるが、その代わり、他方の主面23Bにおける輪郭線9h内の略全領域を、6つのFET50の実装に使用することができる。すなわち、輪郭線9h内の略全領域を、FET50の実装の対象となる有効実装面積とすることができるため、接続部23bを輪郭線9h内に設ける場合に比較して、1つのFET50に割り当て可能な実装面積を従来より広くすることができる。これにより、従来、FET本体51の面51Aがスイッチング基板23の主面23Bに対し略垂直となるようにしていたFET50の実装態様(図7(a)の点線)を、FET本体51の面51Aが他方の主面23Bと略平行に対向させ且つ端子52をそれぞれ主面23Bに向けて折曲させた状態での実装に変えることが可能となる。FET本体51の面51Aが他方の主面23Bと略平行に対向するFET50の実装を、6つのFET50の全てに対して輪郭線9h内の領域で可能とするように、接続部23cの位置は、輪郭線9h内において設定される。本実施の形態では、接続部23cは、スイッチング基板23をその厚み方向に貫通する貫通孔として形成される。なお、輪郭線9h内における6つのFET50の配置、より詳しくはスイッチング基板23の他方の主面23Bにおける接続部23cの配置は、FET本体51の面51Aと通気口23dとが基板23の厚み方向に重ならず、且つ輪郭線9h内に、面51Aが他方の主面23Bと略平行に対向した状態の6つのFET50が略収まるような配置であれば、適宜の配置とすることができる。
また、FET50の面51Aと対向するスイッチング基板23の領域に、面51Aと外形が略同じ矩形の通気口23eを設けることもできる。通気口23eは、コの字形状を有し、電動丸鋸の駆動時に冷却ファン33によって発生した気流が、FET本体51を包み込むようにして流れ、FET50を効率良く冷却する。また、通気口23eのコの字形状により、FET本体51の端子に気流による過剰な力が作用することを防止する。なお、通気口23eをFET本体51の領域内にのみ位置する大きさとしても、FET本体51のブラシレスモータ9側の面に冷却風が触れることができるようになるため、FET50を効率良く冷却することができる。
図8に、電動丸鋸の回路図を示す。制御部27は、図6に示す制御回路基板21に搭載される。制御部27は、インバータ部28の駆動制御及び正逆表示LED29の点灯制御等の各種制御を行う。インバータ部28は、図7に示す6つのスイッチング素子50をブリッジ接続したインバータ回路を有する。正逆表示LED29は、制御部27の回転モード(正転モード及び逆転モード)、すなわちメイントリガスイッチ18がオンされたときにブラシレスモータ9が回転する方向(正転又は逆転)を使用者に報知する報知手段であり、例えば点灯は逆転モード、消灯は正転モードを示す。また、正逆表示LED29は、正逆切替可能状態で点滅(正転及び逆転とは異なる態様で発光)してもよい。検出抵抗32は、ブラシレスモータ9の駆動電流の経路に設けられる。制御回路電圧供給回路41は、電池パック20の電圧を制御部27の動作に適した電圧に変換して制御部27に供給する。磁気センサ42は、例えばホール素子であり、ブラシレスモータ9の回転位置に応じた信号を出力する。
制御部27において、モータ電流検出回路37は、検出抵抗32の端子電圧によりブラシレスモータ9の駆動電流を検出する。スイッチ操作検出回路38は、使用者によるメイントリガスイッチ18の操作を検出する。印加電圧設定回路39は、メイントリガスイッチ18の操作量に応じて、インバータ部28の各スイッチング素子50に印加するPWM信号のデューティ(以下、デューティを称す)を設定する。回転子位置検出回路35は、磁気センサ42からの信号に基づいて、ブラシレスモータ9の回転位置を検出する。モータ回転数検出回路36は、回転子位置検出回路35からの信号に基づいて、ブラシレスモータ9の回転数を検出する。演算部34は、印加電圧設定回路39で設定されたデューティ、及び回転子位置検出回路35で検出したブラシレスモータ9の回転位置に応じて、制御信号出力回路40を駆動し、インバータ部28の各スイッチング素子50をスイッチング制御する。また、演算部34は、回転子位置検出回路35の検出結果に基づいてブラシレスモータ9の回転数を演算する。更に、設定されたブラシレスモータ9と鋸刃8との減速比に基づいて回転子位置検出回路35の検出結果から鋸刃8の回転数を検出することができる。
制御部27は、ブラシレスモータ9の正転と逆転を切替可能な正逆切替可能状態と、ブラシレスモータ9の逆転を許容しない逆転禁止状態とを有する。すなわち、正逆切替可能状態では、制御部27は、使用者による正逆切替スイッチ16の操作を有効に受け付け、例えば使用者が正逆切替スイッチ16を操作する度に正転モードと逆転モードとを切り替える。一方、逆転禁止状態では、制御部27は、使用者が正逆切替スイッチ16を操作しても、ブラシレスモータ9の回転方向を正転に維持する(逆転には切り替えない)。制御部27は、初期状態及び通常時は逆転禁止状態であり、ブラシレスモータ9のロックを検出すると正逆切替状態となる。
上記構成により、ブラシレスモータ9のインバータ部28を構成するFET50は、FET本体51の面積が最大となる面51Aがスイッチング基板23の一方の主面23Aと対向するように実装されるので、スイッチング基板23を、基板23をモータハウジング3の内面に従来より近づけて収容させることができる。従って、ハウジングの回転軸方向の長さを短くでき、電動丸鋸をコンパクトに構成することができる。装置そのものをコンパクトにできるため、狭い作業スペースにおける電動工具の操作性を向上させることが可能となる。
上記実施の形態では、ステータコイル9fとの接続部23bは、スイッチング基板23を貫通する貫通孔であったが、代わりに、図9に示すように、スイッチング基板23の外縁部23Cを切り欠いた切欠部23fとすることもできる。接続部23bが切欠部23fからなる場合、ステータコイル9fの端子を、スイッチング基板23の切欠部23fに係止させることでスイッチング基板23に電気的に接続させることができる。
接続部23bを上記実施の形態のような貫通孔とした場合には、ステータコイル9fの端子を貫通孔に挿入する作業が煩雑で、更に端子を変形させて端子を折損させる恐れがあったが、図9に示すように、接続部23bを切欠部23fとすることにより、ステータコイル9fの端子を一度外縁部23Cよりも外側に位置させてから切欠部23f内に挿入させるだけの作業でコイルの端子とスイッチング基板23との電気的接続を完了させることができ、組立て作業性を向上させることができる。
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。
尚、インバータ部28を構成するFET50と、ブラシレスモータ本体とは、スイッチング基板23を間に挟むようにして設けられているが、インバータ部28を構成するFET50と、ブラシレスモータ本体とは、いずれもスイッチング基板23の同一の主面側に設ける構成とすることができる。
また、本願発明は、電動丸鋸に限らず、ブラシレスモータを駆動源とする適宜の電動工具に適用することができる。
3 モータハウジング、8 鋸刃、9 ブラシレスモータ、9a 回転軸、9c ロータマグネット、9d ステータコア、9f ステータコイル、9h 輪郭線、23 スイッチング基板、23b 接続部、50 スイッチング素子、51 FET本体、51A 面、51B 面
Claims (6)
- 複数の駆動コイルに選択的に電流を流して回転磁界を形成するステータと、永久磁石を有し前記回転磁界により回転軸を回転させるロータとを備えたブラシレスモータ本体と、
前記ブラシレスモータ本体と対向して設けられるモータ用基板と、
前記モータ用基板に実装されて、前記電流を設定する複数のスイッチング素子を有するインバータ回路と、
前記ブラシレスモータ本体及び前記モータ用基板を収容するハウジングと、
を備えた電動工具であって、
前記複数の駆動コイルは、前記ステータを前記回転軸方向と平行に投影した輪郭の外側において、前記モータ用基板と電気的に接続されていることを特徴とする電動工具。 - 前記スイッチング素子は、略直方体形状のFET本体に3つの端子を備えた電界効果トランジスタ(FET)であり、前記FET本体を構成する面のうち面積が最大となる面が前記モータ用基板と略平行になるように、前記FETは前記モータ用基板に実装されていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
- 前記モータ用基板には、前記FETの最も面積の大きな面と対向する部分に貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電動工具。
- 前記モータ用基板の周縁部には、前記複数の駆動コイルのうちの少なくとも一つの駆動コイルの端子を電気的に接続するための切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
- 前記スイッチング素子は、前記モータ用基板の反ブラシレスモータ本体側に実装されることを特徴とする請求項2に記載の電動工具。
- 前記回転軸は、ディスク状の切断刃を回転させることを特徴とする請求項1から5のいずれか一に記載の電動工具。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160729 |
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A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170412 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170420 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20171030 |