JP2016214041A - 電動工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動源として使用されるブラシレスモータは、内側へ突出する複数のティース63,63・・間にスロット78,78・・を有し、各ティース63にコイル64がそれぞれ巻回されて、各相のコイル64,64が直列巻きでデルタ結線されるステータ9と、永久磁石68を有してステータ9の内部で回転可能なロータ10と、ステータ9に固定され、ロータ10の回転を検出する磁気センサ66,66・・を有するセンサ回路基板と、を備え、磁気センサ66を、ロータ10の回転方向でスロット78の略中心に対応する位置に設けている。
【選択図】図9
Description
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、内側へ突出する複数のティース間にスロットを有し、ティースにコイルがそれぞれ巻回されて、各相のコイルが直列巻きでデルタ結線されるステータと、磁石を有してステータの内部で回転可能なロータと、ステータに固定され、ロータの回転を検出する磁気センサを有するセンサ回路基板と、を備え、磁気センサを、ロータの回転方向でスロットの略中心に対応する位置に設けると共に、センサ回路基板を、ステータの端面に設けた電気絶縁部材に取り付けたことを特徴とするものである。
なお、本発明において、「スロットの略中心」とは、厳密に中心に位置する場合を含むが、ステータ磁束の影響を受けない位置であれば当該中心からロータの回転方向へ多少ずれる場合も許容する趣旨である。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成において、磁気センサは、ロータの外形における最外周部が位置する円周上に配置されることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかの構成において、ロータの外形は非円形であることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4の構成において、磁気センサは、ロータの外形における最内周部が位置する円よりも外側に配置されることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の何れかの構成において、ティースの延長上で前記ステータの外周には、凹みが形成されることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6の何れかの構成において、センサ回路基板は、ティースの延長上の位置でステータにネジ固定されることを特徴とするものである。
図1は、電動工具の一例を示す震動ドライバドリルの側面図、図2は背面図、図3は縦断面図、図4は本体部分の拡大断面図である。震動ドライバドリル1は、前後方向に延びる本体2からハンドル3を下方へ突出させてなり、本体2の前端には、先端でビットを把持可能な先端工具保持部としてのドリルチャック4が設けられる一方、ハンドル3の下端には、電源となるバッテリーパック5が装着されている。ここでのハウジング6は、本体2の後半部分とハンドル3とが連設される左右の半割ハウジング6a,6bを、左右方向のネジ7,7・・によって組み付けて形成される。
ギヤアッセンブリ12の内部には、インターナルギヤ34A〜34C内で公転する複数の遊星ギヤ36A〜36Cを支持するキャリア35A〜35Cを、軸方向に三段配置してなる遊星歯車減速機構33が収容されて、回転軸11のピニオン32が一段目の遊星ギヤ36Aに噛合している。このうち二段目のインターナルギヤ34Bは、回転可能且つ軸方向へ前後移動可能となっており、前進位置では、大径部29内に保持された結合リング37と噛合可能となっている。
さらに、第1カム42の前方で軸受40との間には、リング状の受け板44によって複数のスチールボール45,45・・が保持されて、スチールボール45と第1カム42との間には、カム板46が設けられている。このカム板46から後方へ延びるアーム47が、ハウジング6の前方で大径部29へ回転可能に組み付けられるモード切替リング48に、連結板49を介して連結されて、モード切替リング48の回転操作に伴う連結板49の回転により、カム板46を介して第1カム42を後方へスライドさせて第2カム43と噛合させるようになっている。
このクラッチモードでトリガ15を押し込み操作してブラシレスモータ8を駆動させると、回転軸11が回転し、遊星歯車減速機構33を介してスピンドル13が回転し、ドリルチャック4に装着したドライバビットでネジ締め等を行うことができる。ネジ締めが進んでスピンドル13への負荷が、インターナルギヤ34Cを固定するコイルバネ56の押圧力を超えると、インターナルギヤ34Cのクラッチカムがスチールボール57及び押圧板54、後受け板55を前方へ押し出してインターナルギヤ34Cを空転させ、ネジ締めを終了させる(クラッチ作動)。
このドリルモードでスピンドル13を回転させると、スピンドル13への負荷にかかわらず、スチールボール57がインターナルギヤ34Cのクラッチカムを乗り越えることがないため、インターナルギヤ34Cの固定状態は変わらず、スピンドル13の回転は継続する。なお、このときも第1カム42は後方へスライドしないため、スピンドル13に震動は発生しない。
この震動モードでスピンドル13を回転させた場合、スピンドル13と一体回転する第1カム42が、小径部30内で固定される第2カム43と噛合するため、スピンドル13に震動が発生する。なお、規制リング58による押圧板54の固定状態は変わらないため、スピンドル13への負荷にかかわらずスピンドル13の回転は継続することになる。
なお、センサ回路基板65上には、温度検出素子を配置してその温度検出信号をコントローラ20に入力し、当該信号を監視するコントローラ20が所定温度でブラシレスモータ8の制御を停止させるようにしてもよい。これによって温度上昇が起きやすい10.8Vの震動ドライバドリル1のブラシレスモータ8の温度上昇を効果的に抑制可能となる。
回転軸11の後端は、ハウジング6の後部に保持された軸受69に軸支され、軸受69の前方部位には、遠心ファン70が取り付けられている。71,71・・は、遠心ファン70の位置でハウジング6の左右の側面に形成された排気口で、ステータ9の外側に当たるハウジング6の側面には吸気口72,72が設けられている(図1)。
ステータコア60の外周でティース63の延長上には、凹みとなる軸方向の溝75,75・・が、周方向に等間隔で6つ形成されて、各溝75の端部に、前インシュレータ61と後インシュレータ62とから軸方向へ一体形成された嵌合片76,76・・が嵌合(圧入)している。この嵌合片76の圧入により、前後インシュレータ61,62の歪みに抵抗してステータコア60と前後インシュレータ61,62とを強固に一体化することができる。
また、前インシュレータ61の側面には、ハウジング6の内面に設けた図示しない突起が係止する係止凹部77が設けられて、ステータ9の回り止め及び前後方向の位置決めが可能となっている。
後インシュレータ62では、各スロット78の外側に、周方向の案内リブ89,89・・をそれぞれ同心円上で立設している。
3つの磁気センサ66は、センサ回路基板65の下面で貫通孔90の周りに所定間隔をおいて配置されるが、ここでは図9に示すように、矢印で示す回転方向において、横断面の外形が非円形であるロータ10の最外周部が位置する円C1の円周上(ロータ10の外形における最内周部が位置する円C2よりも外側)で、周方向でスロット78の中央(ティース63の中心線から30°ずれた位相)に位置するように配置されている。
なお、ステータ内径S2は、φ20〜φ22の範囲(ステータ外径を1とした場合の比率0.53〜0.58)、ティース幅S3は4.0〜4.4の範囲(同比率0.11〜0.12)、バックヨーク幅S4は2.0〜2.2(同比率0.05〜0.06)、スロット開口幅S5は2.5〜4.5(同比率0.07〜0.12)、ロータ外径S6はφ19〜φ21(同比率0.50〜0.55)で変更することができる。このようにIPM方式のロータにおいてステータ外径を基準にして磁路を設計すれば、出力密度を高めることができ、バッテリ電圧が10.8Vやステータ外径が40mm以下であってもロータの回転数を24000rpm以上の高回転とすることができる。但し、バッテリ電圧が14.4V、18V、36Vであれば、30000rpm〜40000rpmの高回転も可能である。
また、ステータ9から引き出される電源線80の先には、ギボシ端子101が設けられて、コントローラ20から引き出される図示しない電源線に設けたギボシ端子との結合により、電源線同士が接続されるようになっている。
まず、結線側において、U相の電源線80Uを仮固定したヒュージング端子81Uにワイヤ79の始端79aを仮固定し、その左側に位置するティース63U1に右側から巻回してコイル64U1を形成した後、反結線側でティース63U1の左側に引き出し、案内リブ89の外側で実線矢印で示す渡り線102Uを右回りで略半周分引き回した後、対角のティース63U2に右側から巻回してコイル64U2を形成する。そして、結線側でワイヤ79をティース63U2の左側から引き出して、W相の電源線80Wを仮固定したヒュージング端子81Wに仮固定する。
最後に各ヒュージング端子81において電源線80とワイヤ79とをヒュージングすれば、図12に示すように、直列巻きされた各相のコイル64,64がデルタ結線されたステータ9が得られる。
さらに、センサ回路基板65はネジ93によって取り付けられているため、センサ回路基板65とステータ9との一方が故障等しても、センサ回路基板65を取り外すことで個別に修理対応可能となる。
ここで、磁気センサ66は、ステータ9のスロット78の中央に配置されているので、正逆何れの回転方向においても、コントローラ20から各相のコイル64へ励磁電流を供給する通電タイミングを進角30°で早める進み位相制御を実行することができる。この磁気センサ66の配置により、センサ磁束がステータ磁束の影響を受け難くなるため、ロータ10のセンシング精度が低下することはない。
一方、ロータ10では、前後に前ストッパ74と後ストッパ73とが設けられているため、各永久磁石68の前後方向の移動が規制され、ロータコア67からの脱落が効果的に防止される。
また、センサ回路基板65を、ステータ9の端面に設けた前インシュレータ61に取り付けたことで、前インシュレータ61を用いてセンサ回路基板65を適正な位置に容易に取り付け可能となる。
なお、この放熱部材は、リング状でなく、複数のコイルに跨がる円弧状のものを複数個設けたり、スロットを避けてコイル毎に個別に設けたり、表面にフィンを立設したり凹凸を設けたりして表面積をさらに増やしたりすることもできる。ステータの前側でなく後側に設けてもよい。
なお、内側部は全てのストッパ部に設ける必要はなく、センサ回路基板の固定が可能であれば、例えば一つおきのストッパ部に設けることもできるし、形状も適宜変更可能である。
また、上記形態や図13〜17の変更例では、前インシュレータ61にセンサ回路基板65,65Aを設けているが、後インシュレータ62にセンサ回路基板65,65Aを設けて渡り線102を前インシュレータ61側で配線することも可能である。
特に、補強手段として、ストッパ部106を両端が内側へ突出するコ字状に形成しているので、補強が容易に行える。
なお、補強手段は、ストッパ部106をコ字状に形成する他、ティース63に沿って延びる根元部105をステータ9の軸方向で肉厚にする構成としてもよい。この場合、半径方向に亘って同じ肉厚とする以外に、中心側へ行くに従って徐々に或いは段階的に肉厚としたりすることもできる。勿論コ字状との組み合わせも可能である。
さらに、コイル64は、ティース63に対して、ステータコア60の周方向の一方側から巻き始められ、他方側で巻き終わるようにしているので、コイル64と渡り線102とをスムーズに繋げることができる。
さらに、磁気センサのリード線は、ステータの径方向でティースの延長上に接続する場合に限らず、スロットの延長上に接続することもできる。
加えて、磁気センサは、ティースの先端と軸方向で重なる位置(図9の位置よりも外側)に配置することもできる。
そして、上記形態では、センサ回路基板に磁気センサのみを搭載しているが、インバータ回路を形成するスイッチング素子を設けてもよい。この場合、スイッチング素子は、軸方向で磁気センサと重なる位置と重ならない位置との何れにも配置できる。
(1)駆動源となるブラシレスモータの回転数が30000rpmから40000rpmである電動工具。
(2)電源となるバッテリ電圧が10.8Vであってモータの回転数が24000rpm以上である電動工具。
(3)駆動源となるブラシレスモータのステータの外径が40mm以下であって回転数が24000rpm以上の電動工具。
(4)ステータコアと、
前記ステータコアに固定される電気絶縁部材(上記形態では前インシュレータ61,61A)と、
前記電気絶縁部材を介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、
前記電気絶縁部材は、前記コイルよりも内側に配置される突出部(上記形態ではストッパ部106)を有し、
前記突出部にセンサ回路基板がネジ止めされる電動工具。
(5)ステータコアと、
前記ステータコアに固定される電気絶縁部材(前インシュレータ)と、
前記電気絶縁部材を介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、
前記電気絶縁部材は、前記コイルよりも内側に配置される突出部を有し、
前記突出部より内側にセンサ回路基板が配置される電動工具。
(6)ステータコアと、
前記ステータコアに固定される電気絶縁部材(前後インシュレータ)と、
前記電気絶縁部材を介して前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、
前記電気絶縁部材は、前記コイルよりも内側に配置される突出部を有し、
前記突出部より内側に電材部品が配置される電動工具。
この電材部品としては、センサ回路基板の他、渡り線、ヒュージング端子、リード線、スイッチング端子、短絡部材、コンデンサ、温度センサ等が考えられ、これらのうちの複数を突出部より内側に配置することもできる。
また、磁気センサをスロットの略中心に配置する発明以外の発明は、Y結線のステータであっても適用可能である。
Claims (7)
- 内側へ突出する複数のティース間にスロットを有し、各前記ティースにコイルがそれぞれ巻回されて、各相の前記コイルが直列巻きでデルタ結線されるステータと、
磁石を有して前記ステータの内部で回転可能なロータと、
前記ステータに固定され、前記ロータの回転を検出する磁気センサを有するセンサ回路基板と、を備え、
前記磁気センサを、前記ロータの回転方向で前記スロットの略中心に対応する位置に設けたことを特徴とする電動工具。 - 内側へ突出する複数のティース間にスロットを有し、前記ティースにコイルがそれぞれ巻回されて、各相の前記コイルが直列巻きでデルタ結線されるステータと、
磁石を有して前記ステータの内部で回転可能なロータと、
前記ステータに固定され、前記ロータの回転を検出する磁気センサを有するセンサ回路基板と、を備え、
前記磁気センサを、前記ロータの回転方向で前記スロットの略中心に対応する位置に設けると共に、前記センサ回路基板を、前記ステータの端面に設けた電気絶縁部材に取り付けたことを特徴とする電動工具。 - 前記磁気センサは、前記ロータの外形における最外周部が位置する円周上に配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動工具。
- 前記ロータの外形は非円形であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の電動工具。
- 前記磁気センサは、前記ロータの外形における最内周部が位置する円よりも外側に配置されることを特徴とする請求項4に記載の電動工具。
- 前記ティースの延長上で前記ステータの外周には、凹みが形成されることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の電動工具。
- 前記センサ回路基板は、前記ティースの延長上の位置で前記ステータにネジ固定されることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の電動工具。
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