JP3948371B2

JP3948371B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP3948371B2
Application number: JP2002241133A
Authority: JP
Inventors: 和博大森; 義広小室; 伴義横田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP2004080969A

Description

【０００１】
【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

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。