JP5311109B2 - Permanent magnet commutator motor and electric tool using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress spark discharge or flashover in a commutator, without having to insert a large-capacity electrolytic capacitor in a full-wave rectifier circuit in a permanent-magnet commutator motor. <P>SOLUTION: An armature coil 6 is designed to be driven at a full-wave rectified voltage of a single-phase AC power supply 1, which has an effective value of more than 100 V. A plurality of commutator pieces 5f are formed in a number which is equal to a multiple (twice or more) of the number "n" of slots 5c formed in an armature core, that is, the number of commutator pieces is 2n, 3n, etc. In order to reduce spark discharges, the number (61, 62, and 63) of armature coils 6 wound in each slot 5c is set to an integral multiple of, for example, 2n, 3n, etc. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、単相交流電圧が１００Ｖを超える商用電源で駆動することが可能な永久磁石整流子モータおよびそれを用いた電動工具に関し、特に、高電圧駆動電源に起因する整流子片でのフラッシュオーバーの発生を防止した永久磁石整流子モータ、およびそれを用いた電動工具に関するものである。   The present invention relates to a permanent magnet commutator motor that can be driven by a commercial power source having a single-phase AC voltage exceeding 100 V, and a power tool using the permanent magnet commutator, and in particular, flashing in a commutator piece caused by a high voltage drive power source. The present invention relates to a permanent magnet commutator motor that prevents the occurrence of over and a power tool using the same.

従来、固定子として永久磁石を用い、商用単相交流電圧を全波整流したものを電機子コアに巻回したコイルに印加する永久磁石整流子モータは、固定子コアに巻回したコイルに交流電流を通電し界磁を作るユニバーサルモータに比較して小形化および軽量化が可能となるので、電動工具の駆動源として一般に用いられている。   Conventionally, a permanent magnet commutator motor that uses a permanent magnet as a stator and applies a full-wave rectified commercial single-phase AC voltage to a coil wound around an armature core has been applied to a coil wound around the stator core. Since it can be reduced in size and weight as compared with a universal motor that generates a field by energizing an electric current, it is generally used as a drive source of an electric tool.

しかし、図７に示されるように、固定子３の界磁磁石として永久磁石３ｂ、３ｃを用いる永久磁石整流子モータは、単相交流を全波整流器で整流しただけの直流電源で駆動すると、ユニバーサルモータに比べ格段に整流性が悪化するため、電解コンデンサ７を全波整流器２とモータのブラシ４間に並列に挿入し、単相交流電源１を全波整流した波形をさらに平滑化してモータを駆動することが行われている。平滑化に用いられる電解コンデンサ７は、商用交流電源が１００Ｖの場合は挿入しなくても実用化されているが、１００Ｖを超える電圧、特に、２００Ｖ以上の商用電源で駆動する場合には、挿入するのが一般的である。   However, as shown in FIG. 7, the permanent magnet commutator motor using the permanent magnets 3 b and 3 c as the field magnets of the stator 3 is driven by a DC power source that is a single-phase AC rectified by a full-wave rectifier. Since the rectification performance is significantly worse than that of a universal motor, an electrolytic capacitor 7 is inserted in parallel between the full-wave rectifier 2 and the brush 4 of the motor, and the waveform obtained by full-wave rectification of the single-phase AC power source 1 is further smoothed. Has been done to drive. The electrolytic capacitor 7 used for smoothing is put into practical use even if it is not inserted when the commercial AC power supply is 100V. However, it is inserted when driving with a voltage exceeding 100V, particularly 200V or more. It is common to do.

さらに、下記特許文献１に開示されているように、全波整流回路の出力側に電解コンデンサを並列接続した直流整流子モータにおいて、火花放電を軽減するために、直流電源の正極側に接続されるブラシを比抵抗の高い材質で構成し、直流電源の負極側に接続されるブラシを比抵抗の低い材質によって構成した技術が知られている。   Further, as disclosed in Patent Document 1 below, in a DC commutator motor in which an electrolytic capacitor is connected in parallel to the output side of the full-wave rectifier circuit, it is connected to the positive electrode side of a DC power source in order to reduce spark discharge. There is known a technique in which a brush having a high specific resistance is formed and a brush connected to a negative electrode side of a DC power source is formed of a material having a low specific resistance.

特開２００１−８４２４号公報JP 2001-8424 A

本発明者等は、従来の永久磁石整流子モータを単相交流電圧が１００Ｖを超える全波整流直流電源で駆動する場合、次のような問題点が生ずることを見出した。   The present inventors have found that the following problems arise when a conventional permanent magnet commutator motor is driven by a full-wave rectified DC power supply having a single-phase AC voltage exceeding 100V.

すなわち、従来の永久磁石整流子モータ（図７参照）では、商用電源１の単相交流１００Ｖで駆動する場合、全波整流回路２の出力側に平滑化用電解コンデンサ７を挿入しなくても、実用上支障がないレベルの整流悪化でおさまる。しかし、駆動電源としての単相交流電圧が１００Ｖを超えて、特に、２００Ｖ以上の電圧になると、全波整流回路の出力側に脈流電圧を平滑化する電解コンデンサ７が挿入していない場合、整流子５ａによる整流性が悪化する程度が激しくなり、起動時および運転中に、正極側ブラシ４と負極側ブラシ４間に火花が発生する。特に、脈流電圧がある限界を超えると、ブラシ間に流れる荷電粒子の量はなだれ的に増加し、ブラシ間には大電流が流れるように過大な火花放電（フラッシュオーバー）が発生し、モータの故障に至ることが分かった。また、このフラッシュオーバーを抑制するために、商用電源が１００Ｖを超える電圧（例えば、単相交流電圧が２００Ｖ）で駆動する場合、全波整流回路の出力側に数十μＦ以上の電界コンデンサ７を挿入して脈流電源の平滑化を図ることにより所期の目的が達成できることが分かった。   That is, in the conventional permanent magnet commutator motor (see FIG. 7), when driving with the single-phase AC 100V of the commercial power source 1, it is not necessary to insert the smoothing electrolytic capacitor 7 on the output side of the full-wave rectifier circuit 2. The rectification worsens at a level where there is no practical problem. However, when the single-phase AC voltage as the driving power source exceeds 100 V, particularly 200 V or more, when the electrolytic capacitor 7 for smoothing the pulsating voltage is not inserted on the output side of the full-wave rectifier circuit, The degree to which the commutation by the commutator 5a deteriorates becomes severe, and sparks are generated between the positive electrode side brush 4 and the negative electrode side brush 4 at the time of start-up and during operation. In particular, when the pulsating voltage exceeds a certain limit, the amount of charged particles flowing between the brushes increases abruptly, and an excessive spark discharge (flashover) occurs so that a large current flows between the brushes. It turns out that it leads to the failure. In order to suppress this flashover, when the commercial power source is driven at a voltage exceeding 100 V (for example, the single-phase AC voltage is 200 V), an electric field capacitor 7 of several tens μF or more is provided on the output side of the full-wave rectifier circuit. It was found that the intended purpose can be achieved by inserting and smoothing the pulsating flow power supply.

しかしながら、この大型容量の電解コンデンサ７は液漏れや膨張が発生しやいため、整流子モータの故障頻度が増える欠点があった。さらに、容積の大きな電解コンデンサを取付けるための大きな占有スペースを必要とするために、モータおよび電動工具が大形化するという問題があり、また、モータまたは電動工具の組立て工数が増加してコストアップになるという欠点もあった。   However, the large-capacity electrolytic capacitor 7 has a drawback that the frequency of failure of the commutator motor increases because liquid leakage and expansion are likely to occur. Furthermore, since a large occupied space is required for mounting a large volume electrolytic capacitor, there is a problem that the motor and the electric tool are increased in size, and the number of assembling steps for the motor or the electric tool increases, resulting in an increase in cost. There was also a drawback of becoming.

一方、上記特許文献１に開示されている正極側ブラシの材質を負極側ブラシの材質と異ならせる技術は、正極側ブラシと負極側ブラシの誤使用を防止するために、両者のブラシやブラシホルダの形状を変える必要があるので、組立時の部品点数および組立工数が増加してコストアップになるという欠点があった。   On the other hand, the technique of making the material of the positive side brush disclosed in Patent Document 1 different from the material of the negative side brush is to prevent misuse of the positive side brush and the negative side brush. Since it is necessary to change the shape, the number of parts and the number of assembling steps at the time of assembling are increased, resulting in a cost increase.

したがって、本発明の目的は、上記問題点を解消するために、電界コンデンサを挿入しなくても単相交流電源１００Ｖを超える電源電圧で火花放電を低減させた永久磁石整流子モータおよびそれを用いた電動工具を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and to use a permanent magnet commutator motor in which spark discharge is reduced with a power supply voltage exceeding a single-phase AC power supply 100V without inserting an electric field capacitor. It is to provide a power tool.

上記課題を解決するために本発明に従って開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。   Among the inventions disclosed in accordance with the present invention in order to solve the above problems, the characteristics of typical ones will be described as follows.

本発明の一つの特徴は、一対の対向する永久界磁磁石を備えた固定子と、回転軸方向に沿って延在するように形成された複数のスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアの各スロット内に巻回された電機子コイルと、互いに電気的絶縁された複数の整流子片を有し、該整流子片を介して前記電機子コイルに駆動電流を供給するための整流子と、単相交流電源を全波整流するための電源回路手段と、前記電源回路手段に電気的接続され、前記整流子上を摺動して前記電機子コイルへ前記駆動電流を供給する一対のブラシと、を具備する永久磁石整流子モータにおいて、前記電機子コイルに、実効値２００Ｖ以上の単相交流電源の全波整流電圧を平滑せずに印加し、前記スロットの数を１２、前記整流子片の数を３６とし、かつ前記各スロット内に巻回される前記電機子コイルの本数を３とすることにより、火花放電を防止するように構成したことにある。 One feature of the present invention is that a stator having a pair of opposing permanent field magnets, an armature core having a plurality of slots formed so as to extend along the rotation axis direction , and the armature an armature coil wound in each slot of the core, has a plurality of commutator segments which are electrically insulated from each other, for supplying the drive current before Symbol armature coils through the commutator pieces A commutator, power supply circuit means for full-wave rectification of a single-phase AC power supply, and electrically connected to the power supply circuit means, and slides on the commutator to supply the drive current to the armature coil In a permanent magnet commutator motor comprising a pair of brushes, a full-wave rectified voltage of a single-phase AC power source having an effective value of 200 V or more is applied to the armature coil without being smoothed, and the number of slots is 12, The number of commutator pieces is 36, and each slot With 3 the number of the armature coils wound around the bets, lies in that is configured to prevent a spark discharge.

本発明のさらに他の特徴によれば、前記永久磁石は希土類焼結体から構成する。   According to still another aspect of the present invention, the permanent magnet is composed of a rare earth sintered body.

本発明のさらに他の特徴によれば、前記永久界磁磁石の内半径（ｒｍ）を前記電機子コアの外周面までの外半径（ｒａ）より大きくし、前記永久界磁磁石の内半径（ｒｍ）の中心を前記電機子コアの外半径（ｒａ）の中心より所定値（δ）ずらすことにより、前記永久界磁磁石と前記電機子コアとの空隙を、前記永久界磁磁石の中央部から端部に向かって連続的に拡張するように構成する。   According to still another aspect of the present invention, an inner radius (rm) of the permanent field magnet is larger than an outer radius (ra) to the outer peripheral surface of the armature core, and an inner radius ( rm) is shifted from the center of the outer radius (ra) of the armature core by a predetermined value (δ), so that the gap between the permanent field magnet and the armature core is changed to the center of the permanent field magnet. It is configured to continuously expand from the end toward the end.

本発明のさらに他の特徴によれば、ハウジングと、前記ハウジング内に収納された電動モータと、前記ハウジングの一端部に装着された被加工部材を加工するための先端工具と、前記ハウジング内に収納されて前記電動モータの動力によって前記先端工具を駆動するための動力伝達機構部と、を具備する電動工具において、前記電動モータは、上記特徴を持つ永久磁石整流子モータによって構成される。   According to still another aspect of the present invention, a housing, an electric motor housed in the housing, a tip tool for machining a workpiece to be mounted on one end of the housing, and in the housing And a power transmission mechanism unit that is housed and drives the tip tool by the power of the electric motor. The electric motor is a permanent magnet commutator motor having the above characteristics.

上記本発明の特徴によれば、前記複数の整流子片は、前記電機子コアに形成された前記複数のスロット数（ｎ）より２倍以上の整数倍の数（２ｎ、３ｎ、・・・・）に形成され、かつ前記各スロット内に巻回される前記電機子コイルの本数を前記整数倍の数（２ｎ、３ｎ、・・・・）に等しく設置することによって、火花放電を低減させ、一対のブラシ間を閃絡するフラッシュオーバーを抑制することができる。これにより、ブラシおよび整流子の摩耗を抑制することができる。特に、スロット数ｎに対して、整流子の整流子片を３倍以上に設定することにより、実効値２００Ｖ以上の単相交流電圧に対してフラッシュオーバーの発生を防止することができる。   According to the characteristics of the present invention, the plurality of commutator pieces are an integer multiple (2n, 3n,...) That is at least twice the number of slots (n) formed in the armature core. .) And the number of the armature coils wound in each slot is set equal to the integral multiple (2n, 3n,...) To reduce spark discharge. The flashover that flashes between the pair of brushes can be suppressed. Thereby, abrasion of a brush and a commutator can be suppressed. In particular, by setting the commutator piece of the commutator to three times or more with respect to the number of slots n, it is possible to prevent the occurrence of flashover for a single-phase AC voltage having an effective value of 200 V or more.

上記本発明の他の特徴によれば、固定子の界磁磁石は希土類焼結体から構成されるので、固定子磁石により磁束量を増加させることができ、電機子コイルの総巻数を低減することができる。これによって、整流子片間のコイル巻数を減らすことができ、更なる整流性の改善が図れ、かつ火花放電の抑制効果が増大する。逆に、コイル巻数を減らさない場合は永久磁石を小形にでき、引いてはモータの小形化が図れる。   According to the other feature of the present invention, since the field magnet of the stator is made of a rare earth sintered body, the amount of magnetic flux can be increased by the stator magnet, and the total number of turns of the armature coil is reduced. be able to. As a result, the number of coil turns between the commutator pieces can be reduced, further commutation can be improved, and the spark discharge suppressing effect can be increased. Conversely, if the number of coil turns is not reduced, the permanent magnet can be made smaller, and the motor can be made smaller by pulling it.

さらに、上記本発明の他の特徴によれば、永久磁石の内半径ｒｍを電機子コアの外半径ｒａより大きくし、永久磁石の内半径ｒｍの中心を電機子コアの外半径ｒａの中心より所定値δずらすことにより、永久磁石と電機子コアとの空隙を永久磁石の中央部から端部に向かって連続的に拡張することができる。これにより、永久磁石の端部における磁束の急激な変化をなくすことにより、電機子のコギングトルク（トルクムラ）を抑制できると共に、カーボンブラシと整流子間の機械的な摺動接触性を安定化させることができる。この場合、カーボンブラシの摺動性の不安定に起因する火花放電を抑制することができる。   Furthermore, according to the other feature of the present invention, the inner radius rm of the permanent magnet is made larger than the outer radius ra of the armature core, and the center of the inner radius rm of the permanent magnet is made larger than the center of the outer radius ra of the armature core. By shifting the predetermined value δ, the gap between the permanent magnet and the armature core can be continuously expanded from the central portion toward the end portion of the permanent magnet. Thereby, by eliminating a sudden change in magnetic flux at the end of the permanent magnet, the cogging torque (torque unevenness) of the armature can be suppressed, and the mechanical sliding contact between the carbon brush and the commutator is stabilized. be able to. In this case, spark discharge caused by unstable slidability of the carbon brush can be suppressed.

本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかにされる。   The above and other objects, and the above and other features of the present invention will become more apparent from the following description of the present specification and the accompanying drawings.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、上述した従来技術と同様な部材または構成要素についても、同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected also about the member or component similar to the prior art mentioned above.

［電動工具１００の全体構成について］
図1は、本発明の永久磁石整流子モータをロータリ型ハンマドリルに適用した場合の実施形態に係る電動工具全体の断面図（正面図）を示す。最初に、図１を参照して、電動工具全体の構成について説明する。 [Overall Configuration of Electric Tool 100]
FIG. 1 is a cross-sectional view (front view) of an entire electric power tool according to an embodiment when the permanent magnet commutator motor of the present invention is applied to a rotary hammer drill. First, the configuration of the entire power tool will be described with reference to FIG.

ロータリハンマドリル（電動工具）１００は、後述する永久磁石整流子モータ７０（以下、単に、「整流子モータ７０」と称する）を動力の駆動源として使用している。ハウジング１０１は、整流子モータ７０の回転軸と同一方向に沿って延びる胴体ハウジング部１０１ａと、胴体ハウジング部１０１ａの一端部から垂下するハンドルハウジング部１０１ｂとから構成されている。   The rotary hammer drill (electric tool) 100 uses a permanent magnet commutator motor 70 (hereinafter simply referred to as “commutator motor 70”) as a driving source of power. The housing 101 includes a body housing portion 101a that extends along the same direction as the rotation axis of the commutator motor 70, and a handle housing portion 101b that hangs from one end of the body housing portion 101a.

ハンドルハウジング部１０１ｂの下端部には、整流子モータ７０の駆動電源となる単相交流２００Ｖの商用電源を供給するための電源ケーブル１０４が導出されている。また、ハンドルハウジング部１０１ｂ内には、スイッチ機構部１０６が装着されており、該スイッチ機構部１０６には、作業者によるトリガ引き操作に従って整流子モータ７０への給電をオン・オフ制御できるように、トリガ１０５が機械的に結合されている。また、上記電源ケーブル１０４とスイッチ機構部１０６の間には、単相交流電源２００Ｖを全波整流するための全波整流器（回路基板）２が装着されている。   A power cable 104 for supplying a single-phase AC 200V commercial power source serving as a driving power source for the commutator motor 70 is led out at the lower end of the handle housing portion 101b. Further, a switch mechanism portion 106 is mounted in the handle housing portion 101b, and the switch mechanism portion 106 can be turned on / off to supply power to the commutator motor 70 in accordance with a trigger pulling operation by an operator. , Trigger 105 is mechanically coupled. A full-wave rectifier (circuit board) 2 for full-wave rectifying the single-phase AC power supply 200V is mounted between the power cable 104 and the switch mechanism unit 106.

胴体ハウジング部１０１ａ内に装着された整流子モータ７０の固定子３は、磁束密度の大きな希土類の焼結体から成る一対の永久磁石（Ｎ極およびＳ極の界磁磁石）３ｂ、３ｃと、一対の永久磁石の磁路を形成する円形状の固定子ヨーク３ａとから構成される。また、整流子モータ７０の電機子５は、電機子シャフト５ｅから樹脂絶縁層５ｇによって絶縁された電機子コア５ｂと、電機子コアに巻回された電機子コイル６と、電機子コイル６の一端に電気的接続された整流子５ａとを具備する。整流子５ａには、一対のブラシ４が接触するように設けられている。一対のブラシ４は、ブラシホルダ４ａによって保持されたカーボンブラシによって構成され、この一対のブラシ４は、上記全波整流回路基板２の直流出力（整流出力）の正極側および負極側にそれぞれ電気的接続されている。   The stator 3 of the commutator motor 70 mounted in the body housing portion 101a includes a pair of permanent magnets (N pole and S pole field magnets) 3b, 3c made of a rare earth sintered body having a high magnetic flux density, It is comprised from the circular shaped stator yoke 3a which forms the magnetic path of a pair of permanent magnet. The armature 5 of the commutator motor 70 includes an armature core 5b insulated from the armature shaft 5e by the resin insulating layer 5g, an armature coil 6 wound around the armature core, and an armature coil 6. And a commutator 5a electrically connected to one end. A pair of brushes 4 are provided in contact with the commutator 5a. The pair of brushes 4 are constituted by carbon brushes held by a brush holder 4a, and the pair of brushes 4 are electrically connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the DC output (rectified output) of the full-wave rectifier circuit board 2, respectively. It is connected.

整流子モータ７０の回転出力は、回転シャフト５ｅの出力軸に結合されたピニオンギヤ（図示なし）を介して動力伝達機構部１０７に伝達される。動力伝達機構部１０７は、図示されていないが、ピニオンギヤ等を含む減速機構部と、シリンダ、ピストン、クラッチ機構等を含む打撃機構部とから構成される。この動力伝達機構部１０７によって、整流子モータ７０の回転出力を、工具保持部１０２によって取付けられたドリルビット（先端工具）１０３に回転力および打撃力として同時に付与し、先端工具１０３を回転駆動させることができる。なお、整流子モータ７０の回転出力軸（動力伝達機構部１０７側）には、冷却ファン（図示なし）が取付けられ、風窓１０８より冷却風を吸入するように構成されている。   The rotational output of the commutator motor 70 is transmitted to the power transmission mechanism 107 via a pinion gear (not shown) coupled to the output shaft of the rotary shaft 5e. Although not shown, the power transmission mechanism 107 includes a speed reduction mechanism including a pinion gear and the like, and an impact mechanism including a cylinder, a piston, a clutch mechanism, and the like. By this power transmission mechanism 107, the rotational output of the commutator motor 70 is simultaneously applied as a rotational force and a striking force to the drill bit (tip tool) 103 attached by the tool holding unit 102, and the tip tool 103 is driven to rotate. be able to. A cooling fan (not shown) is attached to the rotation output shaft (power transmission mechanism 107 side) of the commutator motor 70 and is configured to suck cooling air from the wind window 108.

このような電動工具１００では、作業者がトリガ１０５の引き操作を行ってスイッチ機構部１０６を介して整流子モータ７０を駆動すると、整流子モータ７０の出力軸（５ｅ）における回転力は動力伝達機構部１０７によって減速され、かつ打撃力に変換され、その減速回転力および打撃力が先端工具１０３に伝達される。これにより、ドリル１０３は被加工部材に穴あけ作業を実施できる。   In such an electric tool 100, when an operator pulls the trigger 105 and drives the commutator motor 70 via the switch mechanism unit 106, the rotational force on the output shaft (5e) of the commutator motor 70 is transmitted as power. The mechanism 107 is decelerated and converted into a striking force, and the decelerating rotational force and striking force are transmitted to the tip tool 103. Thereby, the drill 103 can implement a drilling operation in the workpiece.

［整流子モータ７０の構成について］
上記電動工具１００において、特に、整流子モータ７０は、次のように構成されている。
整流子モータ７０の電機子コア５ｂは、図３の電機子コイル展開図（略式図）に示されるように、１２個のスロット５ｃ（１〜１２）によって互いに分離された１２個の電機子コアのティース部５ｄによって構成される。また、整流子５ａは、互いに絶縁層（図示なし）によって分離された３６枚の整流子片５ｆ（１〜３６）から構成される。すなわち、整流子片５ｆは、電機子コア５ｂに形成されたスロット５ｃの数ｎ（例えば、１２スロット）に対して、３倍の数３ｎ（例えば、３６枚）を有する。 [Configuration of Commutator Motor 70]
In the electric power tool 100, in particular, the commutator motor 70 is configured as follows.
The armature core 5b of the commutator motor 70 includes twelve armature cores separated from each other by twelve slots 5c (1 to 12), as shown in an armature coil development view (schematic diagram) in FIG. It is comprised by the teeth part 5d. The commutator 5a is composed of 36 commutator pieces 5f (1 to 36) separated from each other by an insulating layer (not shown). That is, the commutator piece 5f has a number 3n (for example, 36) that is three times the number n (for example, 12 slots) of the slots 5c formed in the armature core 5b.

そして、一端が整流子片５ｆに電気的接続された電機子コイル６は、電機子コア５ｂの互いに対向する各スロット５ｃ（図３におけるスロットＮｏ．１とスロットＮｏ．６）に対して、３本（整流子片数３ｎ／スロット数ｎ＝３本）のコイル６１、６２および６３が巻回される。すなわち、隣接する３組の整流子片５ｆ（例えば、Ｎｏ．３６、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の整流子片５ｆ）に接続される３本のコイル６１、６２および６３が、同一スロットＮｏ．１に巻回される。所謂、各スロットは、３本のコイルが巻回される３本持ちコイルとなる。全波整流回路基板２によって全波整流した直流電源は、前記一対のカーボンブラシ４および整流子５ａを経由して電機子コイル６に供給される。図２は、整流子モータ７０の回路図を示す。   The armature coil 6 having one end electrically connected to the commutator piece 5f has three slots 5c (slot No. 1 and slot No. 6 in FIG. 3) opposed to each other in the armature core 5b. The number of commutator pieces 3n / slot number n = 3 coils 61, 62 and 63 are wound. That is, three coils 61, 62 and 63 connected to three adjacent pairs of commutator pieces 5f (for example, No. 36, No. 1 and No. 2 commutator pieces 5f) are connected to the same slot No. 1 is wound. Each so-called slot becomes a three-held coil around which three coils are wound. The DC power source that has been full-wave rectified by the full-wave rectifier circuit board 2 is supplied to the armature coil 6 via the pair of carbon brushes 4 and the commutator 5a. FIG. 2 shows a circuit diagram of the commutator motor 70.

また、図３に示されるように、カーボンブラシ４の位置は、永久磁石のＮ極３ｂとＳ極３ｃの中間の位置、所謂、幾何学的中性点、から電機子５の回転方向と逆方向にある角度θへずらした場所になっている。直流電源２の正極側および負極側に電気的接続される一対のカーボンブラシ４は、共に同一の比抵抗を持つ同一の材質で、かつ同一の形状寸法を有する。なお、図３に示されるように、カーボンブラシ４の幅ｂは、カーボンブラシの加工精度を考慮して、整流子５ａを構成する整流子片５ｆの幅ａの２．５倍以下、つまり、ブラシカバリング２．５以下となるように構成する。   Further, as shown in FIG. 3, the position of the carbon brush 4 is opposite to the rotation direction of the armature 5 from the middle position between the N pole 3b and the S pole 3c of the permanent magnet, so-called geometric neutral point. The position is shifted to an angle θ in the direction. The pair of carbon brushes 4 electrically connected to the positive electrode side and the negative electrode side of the DC power source 2 are both made of the same material having the same specific resistance and the same shape and size. As shown in FIG. 3, the width b of the carbon brush 4 is 2.5 times or less of the width a of the commutator piece 5f constituting the commutator 5a in consideration of the processing accuracy of the carbon brush, that is, The brush covering is configured to be 2.5 or less.

かかる整流子モータ７０の構成によれば、図７に示されるような高耐圧、高容量の大型の電解コンデンサ（７）を接続することなく、１００Ｖ（実効値）を超える単相交流電圧に対してフラッシュオーバーを防止することができる。もちろん、図７に示されるように、もし必要ならば、電磁ノイズ（パルス状サージ電圧）を抑制するために、全波整流回路２の入力側の単相交流電源線間に１個のコンデンサ８ａと、アース間に２個のコンデンサ８ｂ、８ｃとから構成されたコンデンサ組を装着してもよい。この場合、単相交流電源線間に挿入される線間容量は、極性の無い最大０．６μＦ程度であるので、整流電圧に対する平滑効果が全く得られず、フラッシュオーバーを抑制する作用がない。   According to the configuration of the commutator motor 70, a single-phase AC voltage exceeding 100 V (effective value) can be obtained without connecting a large electrolytic capacitor (7) having a high breakdown voltage and a high capacity as shown in FIG. Flashover can be prevented. Of course, as shown in FIG. 7, if necessary, one capacitor 8a is provided between the single-phase AC power supply lines on the input side of the full-wave rectifier circuit 2 in order to suppress electromagnetic noise (pulsed surge voltage). A capacitor set composed of two capacitors 8b and 8c may be mounted between the ground. In this case, since the line capacitance inserted between the single-phase AC power supply lines is about 0.6 μF at maximum with no polarity, a smoothing effect on the rectified voltage cannot be obtained at all and there is no action of suppressing flashover.

［整流子モータ７０の整流性能について］
上記整流子モータ７０によれば、次のような整流性能を得ることができる。
（１）正極側および負極側における一対のカーボンブラシ４間の供給電圧、すなわち電機子間電圧をＶａ（実効値）、整流子片５ｆの数をＮｓｅｇとすると、隣接する整流子片５ｆ間の電圧Ｖｓｅｇは、Ｖｓｅｇ＝２Ｖａ／Ｎｓｅｇとなる。例えば、電機子コアのスロット５ｃの数が１２で整流子片５ｆの数が３６枚の整流子５ａなら、整流子片５ｆの数２４枚の整流子５ａを使用した場合に比べ、整流子片５ｆ間の電圧Ｖｓｅｇは、２／３に低下させることができる。 [Commutation performance of commutator motor 70]
According to the commutator motor 70, the following commutation performance can be obtained.
(1) When the supply voltage between the pair of carbon brushes 4 on the positive electrode side and the negative electrode side, that is, the voltage between armatures is Va (effective value) and the number of commutator pieces 5f is Nseg, The voltage Vseg is Vseg = 2Va / Nseg. For example, if the number of slots 5c of the armature core is 12 and the number of commutator pieces 5f is 36, the number of commutators 5a is 36. The voltage Vseg between 5f can be reduced to 2/3.

しかも、各スロット内に配設される電機子コイル６の本数は、整流子片５ｆの数２４枚の整流子５ａを使用した場合の電機子コイル６の本数２本（２本持ち）に比べ、３本（３本持ち）にすることができるため、隣接する整流子片５ｆ間に挿入されるコイル抵抗ＲｓｅｇおよびコイルインダクタンスＬｓｅｇを小さくできる。   In addition, the number of armature coils 6 disposed in each slot is two (2) as many as the number of armature coils 6 when 24 commutators 5a of commutator pieces 5f are used. Since three (three) can be provided, the coil resistance Rseg and the coil inductance Lseg inserted between the adjacent commutator pieces 5f can be reduced.

従って、整流子片５ｆ間の上記供給電圧Ｖａ、ならびにコイル抵抗ＲｓｅｇおよびコイルインダクタンスＬｓｅｇを小さく設定できるので、電機子コアのスロット５ｃの数が１２で整流子片５ｆの数が３６枚の整流子５ａなら、整流子片５ｆの数２４枚の整流子５ａを使用した場合に比べ、起動時や運転中に正負のカーボンブラシ４間で発生する過大な火花であるフラッシュオーバーの発生の抑制が可能になると実験的に考えられる。   Accordingly, since the supply voltage Va between the commutator pieces 5f, the coil resistance Rseg, and the coil inductance Lseg can be set small, the number of the armature core slots 5c is 12, and the number of commutator pieces 5f is 36 commutators. 5a can suppress the occurrence of flashover, which is an excessive spark generated between the positive and negative carbon brushes 4 at the time of start-up and operation, compared to the case where several 24 commutators 5a of commutator pieces 5f are used. It is considered experimentally.

図４は、電機子コアのスロット５ｃの数が１２で整流子片５ｆの数を３倍の３６枚の場合、および電機子コアのスロット５ｃの数が１２で整流子片５ｆの数を２倍の２４枚の場合について、起動時の火花放電（フラッシュオーバーの発生）を単相交流電源１の電圧値（実効値）を変えて測定した結果を示したものである。なお、この検討に用いた整流子モータ７０の電機子コア５ｂの外径は３５．７ｍｍ、電機子コア５ｂの積厚は２２ｍｍ、整流子モータ７０の入力電力は６５０Ｗ程度である。   FIG. 4 shows a case where the number of the armature core slots 5c is 12 and the number of the commutator pieces 5f is three times 36, and the number of the armature core slots 5c is 12 and the number of the commutator pieces 5f is 2 The result of measuring the spark discharge (occurrence of flashover) at the time of start-up by changing the voltage value (effective value) of the single-phase AC power supply 1 in the case of 24 times the number is shown. The outer diameter of the armature core 5b of the commutator motor 70 used in this study is 35.7 mm, the thickness of the armature core 5b is 22 mm, and the input power of the commutator motor 70 is about 650 W.

図４から明らかにされるように、整流子片２４枚については、電源電圧２００Ｖでフラッシュオーバーが発生するのに対して、整流子片３６枚では、電源電圧２６０Ｖでフラッシュオーバーが発生する。また、図４に図示されていないが、整流子片１２枚については、電源電圧１５０Ｖ以下でフラッシュオーバーの発生が観測された。結果的に図５に示すように、電源電圧１００Ｖを超えて２００Ｖ以下の場合は整流子片２４枚でコイル本数２本とし、電源電圧２００Ｖを超えて２６０Ｖ以下の場合は整流子片３６枚でコイル本数３本に設定すれば、フラッシュオーバーの発生を抑制することができる。本発明によれば、特に、２００Ｖの単相交流電源電圧に対してフラッシュオーバーを抑制するために、整流子片３６枚でスロット内のコイル本数を３本とすればよい。   As is clear from FIG. 4, the flashover occurs at the power supply voltage of 200V for the 24 commutator pieces, whereas the flashover occurs at the power supply voltage of 260V for the 36 commutator pieces. Although not shown in FIG. 4, occurrence of flashover was observed for 12 commutator pieces at a power supply voltage of 150 V or less. As a result, as shown in FIG. 5, when the power supply voltage exceeds 100 V and is 200 V or less, 24 commutator pieces are used and the number of coils is two. When the power supply voltage exceeds 200 V and is 260 V or less, 36 commutator pieces are used. If the number of coils is set to 3, the occurrence of flashover can be suppressed. According to the present invention, in particular, in order to suppress flashover for a single-phase AC power supply voltage of 200 V, the number of coils in the slot may be three with 36 commutator pieces.

（２）永久磁石モータ７０はカーボンブラシ４を幾何学的中性点から電機子５の回転方向と逆方向にある角度θずらすことにより、電機子コイル６の整流中のコイルが、磁束密度の小さい位置においてカーボンブラシ４で短絡されるようにでき、電気的な整流性能をさらに向上させることができる。   (2) The permanent magnet motor 70 shifts the carbon brush 4 from the geometric neutral point by an angle θ in the direction opposite to the rotation direction of the armature 5 so that the rectifying coil of the armature coil 6 has a magnetic flux density. It can be short-circuited by the carbon brush 4 at a small position, and the electrical rectification performance can be further improved.

（３）永久磁石モータ７０はブラシカバリングを２．５以下として、４枚の整流子片５ｆを１つのカーボンブラシ４で短絡しない構成とすることにより、同時に整流を行うコイル数を減らすことができる。これにより、整流改善の効果がさらに向上する。   (3) The permanent magnet motor 70 has a brush covering of 2.5 or less, and the four commutator pieces 5f are not short-circuited by one carbon brush 4, thereby reducing the number of coils that are simultaneously rectified. . Thereby, the effect of the rectification improvement is further improved.

［整流子モータ７０の変形例について］
図６に示すように、固定子ヨーク３ａに固着された一対の永久磁石３ｂ、３ｃの内半径ｒｍを、電機子コア５ｂの外半径ｒａより大きくし、かつ永久磁石３ｂ、３ｃの内半径ｒｍの中心を電機子コア５ｂの外半径ｒａの中心よりδずらすことにより、永久磁石３ｂ、３ｃと電機子コア５ｂとの空隙（離間距離）を永久磁石３ｂ、３ｃの中央部から端部に向けて連続的に拡張してもよい。これにより、永久磁石３ｂ、３ｃの端部における磁束の急激な変化をなくすことにより、電機子５のコギングトルク（トルクムラ）を抑制できる。また、カーボンブラシ４と整流子５ａ間の機械的な摺動接触性を安定させることができるので、さらに整流性能を安定させ、火花放電を抑制できる。 [Modification of Commutator Motor 70]
As shown in FIG. 6, the inner radius rm of the pair of permanent magnets 3b, 3c fixed to the stator yoke 3a is larger than the outer radius ra of the armature core 5b, and the inner radius rm of the permanent magnets 3b, 3c. Is shifted from the center of the outer radius ra of the armature core 5b by δ, so that the gap (separation distance) between the permanent magnets 3b and 3c and the armature core 5b is directed from the center of the permanent magnets 3b and 3c toward the end. May be continuously expanded. Thereby, the cogging torque (torque nonuniformity) of the armature 5 can be suppressed by eliminating a sudden change in the magnetic flux at the ends of the permanent magnets 3b and 3c. Further, since the mechanical sliding contact between the carbon brush 4 and the commutator 5a can be stabilized, the rectification performance can be further stabilized and spark discharge can be suppressed.

なお、上記実施形態において、強磁性体の固定子ヨーク３ａの内周面に固着される一対の永久磁石３ａ、３ｂの材質は、磁束密度の大きな希土類の焼結体磁石で構成することが望ましい。これにより、モータの小形軽量化を図ることができる。しかも、固定子の界磁磁石を形成する電磁石コイルがないモータに係わらず、フラッシュオーバーの発生を防止することができる。   In the above embodiment, the material of the pair of permanent magnets 3a and 3b fixed to the inner peripheral surface of the ferromagnetic stator yoke 3a is preferably composed of a rare earth sintered magnet having a high magnetic flux density. . As a result, the motor can be reduced in size and weight. Moreover, the occurrence of flashover can be prevented regardless of the motor without the electromagnet coil that forms the field magnet of the stator.

以上の実施形態の説明から明らかにされるように、本発明によれば、単相交流電源電圧が１００Ｖを超える電圧に対して火花放電またはフラッシュオーバーを抑制することができる。特に、２００V以上の高電圧電源で駆動する場合に適用して、大型の平滑用電解コンデンサを使用することなく、火花放電またはフラッシュオーバーを抑制することができる。これにより、従来の平滑用電解コンデンサ（７）の接続を省略することが可能となるので、安価で信頼性の高い整流子モータおよび電動工具を提供することができる。   As will be apparent from the above description of the embodiment, according to the present invention, spark discharge or flashover can be suppressed with respect to a voltage with a single-phase AC power supply voltage exceeding 100V. In particular, it can be applied to driving with a high voltage power supply of 200 V or higher, and spark discharge or flashover can be suppressed without using a large smoothing electrolytic capacitor. Thereby, since it becomes possible to omit the connection of the conventional smoothing electrolytic capacitor (7), an inexpensive and highly reliable commutator motor and electric tool can be provided.

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。   As mentioned above, although the invention made | formed by this inventor was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible within the range which does not deviate from the summary.

本発明の一実施形態に係る永久磁石整流子モータおよび電動工具の断面図。Sectional drawing of the permanent magnet commutator motor and electric tool which concern on one Embodiment of this invention. 図１に示す永久磁石整流子モータの回路図。The circuit diagram of the permanent magnet commutator motor shown in FIG. 図１に示す永久磁石整流子モータの展開図。FIG. 2 is a development view of the permanent magnet commutator motor shown in FIG. 1. 図３に示す永久磁石整流子モータについて単相交流電源電圧と火花放電の関係を実験的に求めたグラフ。The graph which calculated | required experimentally the relationship between a single phase alternating current power supply voltage and spark discharge about the permanent magnet commutator motor shown in FIG. 図４に示すグラフから単相交流電源電圧と火花放電の関係を求めた特性表。The characteristic table which calculated | required the relationship between a single phase alternating current power supply voltage and a spark discharge from the graph shown in FIG. 本発明に係る永久磁石整流子モータの変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the permanent magnet commutator motor which concerns on this invention. 従来の永久磁石整流子モータを示す回路図。The circuit diagram which shows the conventional permanent magnet commutator motor.

符号の説明Explanation of symbols

１：単相交流電源（商用電源） ２：全波整流回路（基板）
３：固定子 ３ａ：固定子ヨーク ３ｂ、３ｃ：固定子永久磁石
４：ブラシ ４ａ：ブラシホルダ ５：電機子 ５ａ：整流子
５ｂ：電機子コア ５ｃ：電機子コアスロット ５ｄ：電機子コアティース部
５ｅ：電機子シャフト ５ｆ：整流子片 ６：電機子コイル
６１：第１の電機子コイル ６２：第２の電機子コイル
６３：第３の電機子コイル ７：電解コンデンサ
８ａ、８ｂ、８ｃ：ノイズ抑制用コンデンサ ７０：永久磁石整流子モータ
１００：ハンマドリル（電動工具） １０１：ハウジング
１０１ａ：胴体ハウジング部 １０１ｂ：ハンドルハウジング部
１０２：工具保持部 １０３：先端工具 １０４：電源ケーブル
１０５：トリガ １０６：スイッチ機構部 １０７：動力伝達機構部
１０８：風窓 ａ：整流子片幅 ｂ：カーボンブラシの回転方向の幅
ｒａ：電機子コアの外半径 ｒｍ：永久磁石の内半径
δ：ｒｍとｒａの中心のずれ 1: Single-phase AC power supply (commercial power supply) 2: Full-wave rectifier circuit (substrate)
3: Stator 3a: Stator yoke 3b, 3c: Stator permanent magnet 4: Brush 4a: Brush holder 5: Armature 5a: Commutator 5b: Armature core 5c: Armature core slot 5d: Armature core teeth 5e: Armature shaft 5f: Commutator piece 6: Armature coil 61: First armature coil 62: Second armature coil 63: Third armature coil 7: Electrolytic capacitors 8a, 8b, 8c: Noise Capacitor for suppression 70: Permanent magnet commutator motor 100: Hammer drill (electric tool) 101: Housing 101a: Body housing part 101b: Handle housing part 102: Tool holding part 103: Tip tool 104: Power cable 105: Trigger 106: Switch mechanism Part 107: Power transmission mechanism part 108: Wind window a: Commutator piece width b: Width in rotation direction of carbon brush a: outside the armature core radius rm: inner radius of the permanent magnet [delta]: rm and deviation of the center of ra

Claims (4)

一対の対向する永久界磁磁石を備えた固定子と、
回転軸方向に沿って延在するように形成された複数のスロットを有する電機子コアと、
前記電機子コアの各スロット内に巻回された電機子コイルと、
互いに電気的絶縁された複数の整流子片を有し、該整流子片を介して前記電機子コイルに駆動電流を供給するための整流子と、
単相交流電源を全波整流するための電源回路手段と、
前記電源回路手段に電気的接続され、前記整流子上を摺動して前記電機子コイルへ前記駆動電流を供給する一対のブラシと、を具備する永久磁石整流子モータにおいて、
前記電機子コイルに、実効値２００Ｖ以上の単相交流電源の全波整流電圧を平滑せずに印加し、
前記スロットの数を１２、前記整流子片の数を３６とし、かつ前記各スロット内に巻回される前記電機子コイルの本数を３とすることにより、火花放電を防止するように構成したことを特徴とする永久磁石整流子モータ。 A stator with a pair of opposing permanent field magnets;
An armature core having a plurality of slots formed to extend along the rotation axis direction ;
An armature coil wound in each slot of the armature core;
A plurality of commutator segments which are electrically insulated from each other, and commutator for supplying a drive current before Symbol armature coils through the commutator pieces,
Power supply circuit means for full-wave rectification of a single-phase AC power supply;
In a permanent magnet commutator motor comprising a pair of brushes electrically connected to the power supply circuit means and sliding on the commutator to supply the drive current to the armature coil,
A full-wave rectified voltage of a single-phase AC power source having an effective value of 200 V or more is applied to the armature coil without being smoothed,
The number of slots is 12, the number of commutator pieces is 36, and the number of armature coils wound in each slot is 3, so that spark discharge is prevented. Permanent magnet commutator motor characterized by 前記永久磁石は希土類焼結体から構成されたことを特徴とする請求項１に記載された永久磁石整流子モータ。 The permanent magnet commutator motor according to claim 1 , wherein the permanent magnet is made of a rare earth sintered body. 前記永久界磁磁石の内半径（ｒｍ）を電機子コアの外周面までの外半径（ｒａ）より大きくし、前記永久界磁磁石の内半径（ｒｍ）の中心を前記電機子コアの外半径（ｒａ）の中心より所定値（δ）ずらすことにより、前記永久界磁磁石と前記電機子コアとの空隙を、前記永久界磁磁石の中央部から端部に向かって連続的に拡張したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の久磁石整流子モータ。 The inner radius (rm) of the permanent field magnet is made larger than the outer radius (ra) to the outer peripheral surface of the armature core, and the center of the inner radius (rm) of the permanent field magnet is set to the outer radius of the armature core. The gap between the permanent field magnet and the armature core is continuously expanded from the center to the end of the permanent field magnet by shifting by a predetermined value (δ) from the center of (ra). The permanent magnet commutator motor according to claim 1, wherein the permanent magnet commutator motor is provided. ハウジングと、前記ハウジング内に収納された電動モータと、前記ハウジングの一端部に装着された被加工部材を加工するための先端工具と、前記ハウジング内に収納されて前記電動モータの動力によって前記先端工具を駆動するための動力伝達機構部と、を具備する電動工具において、
前記電動モータは、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載された永久磁石整流子モータによって構成されたことを特徴とする電動工具。 A housing; an electric motor housed in the housing; a tip tool for machining a workpiece mounted on one end of the housing; and the tip of the tip housed in the housing by the power of the electric motor A power transmission mechanism for driving the tool,
The said electric motor was comprised by the permanent magnet commutator motor described in any one of Claim 1 thru | or 3. The electric tool characterized by the above-mentioned.
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