JP3948371B2 - 電動工具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コストで高効率を得ることができる永久磁石整流子モータ及びこのモータを使用した電動工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電動工具の小形・ハイパワー化が、急速に進んできている。蓄電池を用いたコードレス工具においても、その進化は目覚しいものがあるが、高いエネルギを持った永久磁石を用い、モータの小形・高出力化が図られてきている。
【0003】
以下、図7及び図8を用いて説明する。図7は電動工具の内部構造を示しており、先端に出力部となるピニオン9を有する回転子ロータ1は、両端を軸受10で保持されながら外郭部品5に収納されている。回転子ロータ1のコアの外側には固定子ヨーク2が配置される。固定子ヨーク2は、円筒状の鉄輪11に2極の永久磁石12,13を固定保持しながら径方向、軸方向とも材質がプラスチックの外郭部品5に収納されている。
【0004】
電動工具の使い勝手を良くするため、工具本体をできる限りコンパクトにするため、固定子ヨーク2の外径は制限される。そのため、図9に示すように永久磁石12,13の径方向の厚さを極力薄くし、その分鉄輪11の径方向を厚くして永久磁石12,13の持つエネルギを最大限に利用する磁気回路設計手法が用いられている。
【0005】
しかし、固定子ヨーク2の外径が制限されると、磁束の通路が制限されるため、高いエネルギを持った永久磁石12,13の磁束を通しきれず、固定子ヨーク2の外周及び永久磁石12,13の側端面から磁束が大量に漏れてしまう場合がある。そのため、鉄粉等を吸い寄せてしまい、外郭部品5への鉄紛等の吸着や外郭部品5の風窓から鉄粉を進入させてしまう場合がある。外郭部品5に鉄粉が吸着すると、工具を握った時に手に鉄粉がささり痛くなったり、風窓から鉄粉が進入して回転子ロータ1と固定子ヨーク2の間に鉄粉が入りこみ故障してしまう等の不具合が起きてしまう。
【0006】
また、高いエネルギを持った永久磁石12,13に見合うよう鉄輪11の体積を大きくするには、固定子ヨーク2の外径が制限されているため、図10に示すように鉄輪11を軸方向に伸ばす方法も考えられるが、電動工具本体の全長が長くなり小形化に影響を与えていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の永久磁石整流子モータを小形・ハイパワー化すると、固定子ヨーク2の外径及び永久磁石12、13の両側端面から磁束が大量に漏れてしまうという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、上記課題を解消し、固定子ヨークを大型化することなく、モータの小形化・ハイパワー化を図れる安価な永久磁石整流子モータ及びこのモータを使用した電動工具を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、固定子ヨーク及び永久磁石の軸方向の少なくとも一側端面に強磁体を配設し、永久磁石の磁束を強磁体に流すことで漏れ磁束を少なくすることにより達成される。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1〜図6を用いて本実施形態における永久磁石整流子モータを使用した電動工具を説明する。図1及び図2は電動工具におけるモータ部の内部構造を示しており、動力源は、回転子ロータ1、固定子ヨーク2とカーボンブラシ3及びカーボンブラシブロック4(以下CBブロックと称す)を収容する二つ割で材質がプラスチック製の外郭部品5から構成される。CBブロック4は、カーボンブラシ3を外側から交換可能とするために必要な部品で、CBチューブ6、CBキャップ7、リードワイヤ8を保持している。
【0011】
回転子ロータ1は、先端に出力部となるピニオン9を有し、両端を軸受10で保持されながら外郭部品5に収納されている。回転子ロータ1の外側には固定子ヨーク2が配置される。
【0012】
上記固定子ヨーク2は、円筒状の鉄輪11に弓形の2極の永久磁石12,13を固定保持している。固定子ヨーク2の反出力側には、回転子ロータ1のコイルエンド14と適当な距離を保った強磁体である金属部材、即ち鉄の部材15が設けてある。鉄の部材15は、0.5mm程の鉄板を絞り加工でカップ状に成形した筒部16を有し、この筒部16は、CBブロック4の穴に嵌め合っている。また、筒部16の反対側は、鉄輪11と永久磁石12,13の端面形状に合わせ、磁力によって吸い付けられ固定保持される。固定子ヨーク2の出力側には、強磁体である鉄の部材17が設けてある。鉄の部材17も鉄輪11と永久磁石12,13の端面形状に合わせ、磁力によって吸い付けられ固定保持される。鉄の部材15,17を固定子ヨーク2に吸い付けた状態で固定保持し、外郭部品5に組み込む。軸方向は外郭部品5のリブで規制され、径方向は外郭部品5のリブにて挟持される。鉄の部材15,17を鉄輪11及び永久磁石12,13の形状に合わせることで、風路抵抗にならず、また、鉄の部材15,17に冷却風を吹きつけることで、ヒートシンクの役目を果たし、放熱性を向上させることができる。なお、上述した鉄の部材15,17は、プレス加工で打ち抜いたワッシャであり且つ固定子ヨーク2と永久磁石12,13を覆う形状とすることで、冷却効果を落とすことなく、低コストで製造することができる。
【0013】
また、鉄の部材15,17は、鉄輪11及び永久磁石12,13に吸着しているが、位置決めが必要である。位置決めがないと回転子ロータ1と接触し故障の原因となる。位置決めは、図4に示すように鉄の部材17に突起17aを設け固定子ヨーク2の内周11aに嵌め合わせることでできる。また、他の固定方法としては、鉄輪11の軸方向に凸部(図示せず)を設け、凸部を図5に示す鉄の部材19にあけられた穴19aに嵌め合わせるようにしても良い。
【0014】
次に図6を用いて動作を説明する。永久磁石12はN極に、永久磁石13はS極に着磁されている。磁力線18は、永久磁石12(N極)から回転子ロータ1を通って永久磁石13(S極)に向かっている。従来の方式では図6(a)に示すように、高いエネルギを持った永久磁石の磁束が、鉄輪11を通りきれない時、大量の漏れ磁束18aが発生し固定子ヨーク2の外側の空中を通ってしまっていた。しかし、本実施形態では、固定子ヨーク2の出力側、反出力側に設けた鉄の部材15,17が永久磁石12,13のすぐ側面にまで伸びているので、図6(b)に示すように永久磁石12から鉄の部材15,17へ大量の磁束18bを流し込むことで、漏れ磁束18aを大幅に低減することができる。また、更に高いエネルギを持った永久磁石を用いたとしても、漏れ磁束量に応じて鉄の部材15,17の厚みを変えることで、固定子ヨーク2の軸方向の長さを抑えつつ漏れ磁束を低減することができる。この結果、外殻部品5に鉄粉等が吸着する恐れが少なくなる。
【0015】
【発明の効果】
本発明によれば、固定子ヨーク及び永久磁石の軸方向の軸方向の少なくとも一側端面に強磁体を配設し、磁束を強磁体に通すことで、漏れ磁束を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる電動工具のモータ付近を示す一部省略縦断側面図である。
【図2】本発明になる電動工具のモータ付近を示す一部省略縦断側面図である。
【図3】本発明になる図1のA−A線断面図である。
【図4】本発明になる金属部品を示しており、(a)はその正面図、(b)はその側面図である。
【図5】本発明になる他の金属部品を示しており、(a)はその正面図、(b)はその側面図である。
【図6】永久磁石整流子モータの磁束の流れを示す磁力線図であり、(a)は従来品の磁力線図を示しており、(b)は本発明になる磁力線図を示している。
【図7】従来における電動工具のモータ付近を示す一部省略縦断側面図である。
【図8】従来における鉄輪と磁石の構造関係を示す概略断面図である。
【図9】従来における鉄輪と磁石の構造関係を示す概略断面図である。
【図10】従来における鉄輪と磁石の別構造関係を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1は回転子ロータ、2は固定子ヨーク、3はカーボンブラシ、4はCBブロック、5は外郭部品、6はCBチューブ、7はCBキャップ、8はリードワイヤ、9はピニオン、10は軸受、11は鉄輪、12は磁石、13は磁石、14はコイルエンド、15は鉄の部材、16は筒部、17は鉄の部材、17aは凸起、18は磁力線、18aはヨーク外周へ漏れる磁束、18bは鉄の部材に流れ込む磁束、19は鉄の部材、19aは穴である。
Claims (4)
- 少なくとも一対の永久磁石及び永久磁石の外周に設けられた円筒状の鉄輪から構成される固定子ヨークと、固定子ヨーク内に回転可能に支持されたシャフトにコイルを巻回したコア及び整流子を装着して構成される回転子ロータと、を有する永久磁石整流子モータと、
該永久磁石整流子モータを収容する二つ割の外枠部品と、
を備えた電動工具において、
強磁体からなる板状の部材が磁力によって該固定子ヨークの軸方向の両側端面に固定保持され、
該板状の部材は該永久磁石の側面に設けられ、
該固定子ヨーク及び該板状の部材は該外枠部品に設けられたリブによって軸方向及び径方向への移動を規制される
ことを特徴とする電動工具。 - 前記強磁体に固定子ヨークを嵌め合わせるための突起を設けたことを特徴とする請求項1記載の電動工具。
- 前記強磁体及び固定子ヨークのそれぞれに穴及び凸部を設け、穴及び凸部を介して強磁体を固定子ヨークに取り付けたことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか一に記載の電動工具。
- 該板状の部材の形状が該鉄輪と該永久磁石の形状に合うように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の電動工具。
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