JPWO2018221108A1 - グラインダ - Google Patents

Abstract

大型の平滑コンデンサ及びリアクトルを好適に配置可能なグラインダを提供する。グラインダ（１Ａ）は、ブラシレスモータ（６）と、ブラシレスモータ（６）を収容するモータハウジング（２）と、モータハウジング（２）の後方に接続されるハンドルハウジング（３）と、ブラシレスモータ（６）に駆動電流を供給するインバータ回路（４７）と、交流を直流に変換してインバータ回路（４７）に供給するダイオードブリッジ（１５）と、ダイオードブリッジ（１５）の出力電流を平滑する電界コンデンサ（Ｃ２）と、ブラシレスモータ（６）の電流経路に設けられたリアクトル（Ｌ２）と、を備え、電界コンデンサ（Ｃ２）及びリアクトル（Ｌ２）が、ブラシレスモータ（６）よりも後方に配置されている。

Description

本発明は、ブラシレスモータを駆動源とする交流駆動のグラインダに関する。

ブラシレスモータを駆動源とする交流駆動の電動工具は、ダイオードブリッジ等の整流回路、モータに駆動電流を供給するインバータ回路、及び整流回路の出力電流を平滑する平滑コンデンサ、を備える。

特開２０１３−１９３１３３号公報

大型のグラインダ等の高出力工具においては、大きなリプル電流を許容するために、平滑コンデンサも大型化（高容量化）する。高容量の平滑コンデンサを設ける場合、高調波対策のためにリアクトルが必要となる。高調波対策のリアクトルは、大きなモータ電流を許容するためにサイズが大きいため、小型化が求められる電動工具においては配置場所が課題となる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、大型の平滑コンデンサ及びリアクトルを好適に配置可能なグラインダを提供することにある。

本発明のある態様は、グラインダである。このグラインダは、
ブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータを収容するモータハウジングと、
前記モータハウジングの後方に接続されるハンドルハウジングと、
前記ブラシレスモータに駆動電流を供給するインバータ回路と、
交流を直流に変換して前記インバータ回路に供給する整流回路と、
前記整流回路の出力電流を平滑する平滑コンデンサと、
前記ブラシレスモータの電流経路に設けられたリアクトルと、を備え、
前記平滑コンデンサ及び前記リアクトルが、前記ブラシレスモータよりも後方に配置されている。

前記インバータ回路を構成するスイッチング素子が、前記ブラシレスモータよりも後方に配置されていてもよい。

前記ハンドルハウジングに収容され、前記ブラシレスモータの電流経路に設けられたスイッチと、
前記ハンドルハウジングに支持され、前記スイッチのオンオフを切り替えるためのトリガと、を備え、
前記リアクトルが、前記スイッチよりも前方に配置されてもよい。

前記ブラシレスモータによって回転するファンを備え、
前記ファンの発生する気流が、前記モータハウジング及び前記ハンドルハウジングの内側において後方から前方に流れてもよい。

前記ハンドルハウジングに風窓が設けられ、
前記リアクトルが、前記風窓よりも前方に配置されてもよい。

前記ブラシレスモータよりも後方において前記ブラシレスモータの出力軸と略垂直に支持された基板を備え、
前記インバータ回路を構成するスイッチング素子及び前記平滑コンデンサが、前記基板に設けられ、
前記リアクトルが、前記スイッチング素子及び前記平滑コンデンサよりも後方に設けられてもよい。

前記ブラシレスモータよりも後方において前記ブラシレスモータの出力軸と略垂直に支持された基板を備え、
前記平滑コンデンサ及び前記リアクトルが、前記基板に設けられてもよい。

前記ブラシレスモータよりも後方において前記ブラシレスモータの出力軸と略垂直に支持された基板を備え、
前記平滑コンデンサ及び制御回路が前記基板に設けられ、
前記リアクトルが、前記平滑コンデンサ及び制御回路よりも後方に設けられてもよい。

前記ハンドルハウジングがハンドルガードを有し、
前記ハンドルガード内に前記平滑コンデンサが設けられてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、大型の平滑コンデンサ及びリアクトルを好適に配置可能なグラインダを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るグラインダ１Ａの側断面図。 グラインダ１Ａの後部拡大側断面図。 グラインダ１Ａの回路図。 本発明の実施の形態２に係るグラインダ１Ｂの後部拡大側断面図。 本発明の実施の形態３に係るグラインダ１Ｃの後部拡大側断面図。 本発明の実施の形態４に係るグラインダ１Ｄの後部拡大側断面図。 本発明の実施の形態５に係るグラインダ１Ｅの後部拡大側断面図。 本発明の実施の形態６に係るグラインダ１Ｆの後部拡大側断面図。 本発明の実施の形態７に係るグラインダ１Ｇの後部拡大側断面図。

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。

（実施の形態１） 図１は、本発明の実施の形態１に係るグラインダ１Ａの側断面図である。図１により、上下及び前後方向を定義する。図２は、グラインダ１Ａの後部拡大側断面図である。グラインダ１Ａは、モータハウジング２、ハンドルハウジング（テールカバー）３、及びギヤケース４により、外殻が形成される。モータハウジング２の後端部にハンドルハウジング３が取り付けられ、モータハウジング２の前端部にギヤケース４が取り付けられる。モータハウジング２及びハンドルハウジング３は、例えば樹脂成形体である。ギヤケース４は、例えばアルミ等の金属製である。

ハンドルハウジング３の後端部からは、外部の交流電源５０（図３）に接続するための電源コード９が延びる。ハンドルハウジング３内の後部には、フィルタ基板１０が設けられる。ハンドルハウジング３は、電動工具１のハンドルを構成する。ハンドルハウジング３の下部には、トリガ７が揺動（回動）可能に支持される。トリガ７は、モータ６の電流経路に設けられたメインスイッチ１１のオンオフを使用者が切り替えるための操作部である。メインスイッチ１１は、好ましくは機械式の接点スイッチであり、ハンドルハウジング３内に収容され、トリガ７の上方に位置する。ハンドルハウジング３内には、メインスイッチ１１の前方となる位置に、リアクトルＬ２及び電界コンデンサＣ２が設けられる。リアクトルＬ２及び電界コンデンサＣ２の前後方向位置は互いに略等しい。電界コンデンサＣ２は、平滑用であり、大きなリプル電流を許容可能な高容量タイプである。リアクトルＬ２は、高調波対策用であり、大きなモータ電流を許容可能な大型タイプである。

モータハウジング２は、モータ６を収容すると共に、モータ６の後部に第１基板（駆動基板）３０を収容する。モータ６は、インナーロータ型のブラシレスモータである。第１基板３０は、モータ６の出力軸６ａと略垂直に支持され、整流用のダイオードブリッジ１５及びモータ６に駆動電流を供給するインバータ回路４７（図３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６）を搭載する。モータ６の前方には、出力軸６ａと一体に回転するファン１３が設けられる。ファン１３の発生する気流（冷却風）は、ハンドルハウジング３の左右に設けられた風窓（図２においてリアクトルＬ２の紙面手前及び奥側にそれぞれ位置する）からハンドルハウジング３内に入り、リアクトルＬ２及び電解コンデンサＣ２、ダイオードブリッジ１５及びインバータ回路４７、並びにモータ６を冷却し、ギヤケース４の風窓から前方に排気される。ギヤケース４内には、回転伝達機構としての減速機構５が収容される。減速機構５は、一対のベベルギアを組み合わせたものであり、モータ６の回転を減速すると共に９０度変換してスピンドル８に伝達する。スピンドル８の下端部には回転具（先端工具）としての砥石８ａが一体回転可能に設けられる。モータ６の回転から砥石８ａの回転に至るまでの機械的な構成及び動作は周知なので、これ以上の詳細な説明は省略する。

図３は、グラインダ１Ａの回路図である。図３の回路は、後述の各実施の形態においても共通である。交流電源５０は、商用電源等の外部交流電源である。交流電源５０には、フィルタ基板１０に設けられたフィルタ回路が接続される。フィルタ回路は、フィルタ基板１０に搭載された、ヒューズＦin、バリスタＺ１、パターンヒューズＦ１、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、及びチョークコイルＬ１を含む。ヒューズＦinは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が短絡した場合の保護用である。バリスタＺ１は、サージ電圧吸収用である。パターンヒューズＦ１は、バリスタＺ１が働いた場合に線間がショートするのを防止する役割を持つ。コンデンサＣ１及びチョークコイルＬ１は、線間のノイズ除去用である。抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ１の放電抵抗である。

前述のフィルタ回路の出力側とダイオードブリッジ１５の入力側との間に、メインスイッチ１１が設けられる。メインスイッチ１１は、２極スイッチであり、フィルタ回路の一方の出力端子とダイオードブリッジ１５の一方の入力端子との間、及びフィルタ回路の他方の出力端子とダイオードブリッジ１５の他方の入力端子との間、の双方を開閉できるようになっている。整流回路としてのダイオードブリッジ１５は、メインスイッチ１１を介して入力される前述のフィルタ回路の出力電圧を、全波整流して直流に変換し、インバータ回路４７に供給する。電解コンデンサＣ２は、サージ吸収用かつ平滑用であり、ダイオードブリッジ１５の出力端子間に設けられる。リアクトルＬ２は、高調波対策用であり、モータ６の電流経路であって電解コンデンサＣ２のダイオードブリッジ１５側に接続される。抵抗Ｒｓは、モータ６に流れる電流を検出するための検出抵抗であり、モータ６の電流経路に設けられる。ダイオードブリッジ１５、インバータ回路４７、及び抵抗Ｒｓは、図１の第１基板３０に設けられる。

インバータ回路４７は、三相ブリッジ接続されたＩＧＢＴやＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含み、制御部としての演算部２１の制御に従ってスイッチング動作し、モータ６のステータコイル（Ｕ，Ｖ，Ｗの各巻線）に駆動電流を供給する。抵抗Ｒsの両端間の電圧により、演算部２１はモータ６の電流を検出する。また、演算部２１は、複数のホール素子（磁気センサ）４２の出力電圧により、モータ６の回転位置（ロータ回転位置）を検出する。演算部２１は、例えばメインスイッチ１１の内部に一体的に設けられてトリガ７の操作に連動する電子スイッチ１２のオンオフに応じて、モータ６の駆動及び制動を制御する。具体的には、演算部２１は、トリガ７の操作により電子スイッチ１２がオンされると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御（例えばＰＷＭ制御）し、モータ６の駆動を制御する。演算部２１は、トリガ７の操作により電子スイッチ１２がオフされると、モータ６に制動力を与える制御（ブレーキ制御）を行ってもよいし、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフしてもよい。ブレーキ制御は、例えば、インバータ回路４７の上アーム側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をオフに維持しながら下アーム側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の少なくともいずれかを連続的ないし断続的にオンすることで、電気制動力を発生させる制御である。

整流回路としてのもう１つのダイオードブリッジ１６は、メインスイッチ１１を介さずに入力される前述のフィルタ回路の出力電圧を、全波整流して直流に変換する。電解コンデンサＣ３は、サージ吸収用であり、ダイオードブリッジ１６の出力端子間に設けられる。ダイオードブリッジ１６の出力側には、ＩＰＤ回路２２が設けられる。ＩＰＤ回路２２は、インテリジェント・パワー・デバイス（Intelligent Power Device）であるＩＰＤ素子やコンデンサ等により構成された回路であり、ダイオードブリッジ１６及びサージ吸収用の電解コンデンサＣ３によって整流、平滑された電圧を例えば約１８Ｖに降圧するＤＣ−ＤＣスイッチング電源回路である。ＩＰＤ回路２２は、集積回路であり、消費電力が小さく省エネルギーであるというメリットがある。ＩＰＤ回路２２の出力電圧は、レギュレータ２６によって例えば約５Ｖに更に降圧され、演算部２１に動作電圧（電源電圧Ｖcc）として供給される。

本実施の形態によれば、モータ６の後方かつメインスイッチ１１の前方にリアクトルＬ２及び電解コンデンサＣ２を設けており、大型化を抑制しながら配線も容易にできる。

（実施の形態２） 図４は、本発明の実施の形態２に係るグラインダ１Ｂの後部拡大側断面図である。グラインダ１Ｂでは、リアクトルＬ２は、インバータ回路４７と共に第１基板３０に設けられる。電解コンデンサＣ２は、ハンドルハウジング３内に設けられ、メインスイッチ１１の前方かつリアクトルＬ２の後方に位置する。本実施の形態も、大型化を抑制しながら配線も容易にできる。また、リアクトルＬ２をハンドルハウジング３からモータハウジング２内に移したので、ハンドルハウジング３内により大型のコンデンサを配置することが可能となる。

（実施の形態３） 図５は、本発明の実施の形態３に係るグラインダ１Ｃの後部拡大側断面図である。グラインダ１Ｃでは、リアクトルＬ２及び電解コンデンサＣ２が、第１基板３０に設けられる。また、モータ６のステータ後端部に設けられた第３基板４０に、インバータ回路４７が設けられる。ハンドルハウジング３内の前部には、第２基板２０が設けられる。第２基板２０には、ダイオードブリッジ１６、電解コンデンサＣ３、演算部２１、ＩＰＤ回路２２、及びレギュレータ２６等が設けられる。本実施の形態も、大型化を抑制しながら配線も容易にできる。また、インバータ回路４７をモータ６の後端部に移した分、第１基板３０の回路搭載面積を確保したことでリアクトルＬ２及び電解コンデンサＣ２を第１基板３０に搭載し、ハンドルハウジング３内の第２基板２０の周囲には発熱素子を配置しないようにできるので、演算部２１が受ける熱の影響を低減することができる。

（実施の形態４） 図６は、本発明の実施の形態４に係るグラインダ１Ｄの後部拡大側断面図である。グラインダ１Ｄは、図２に示す実施の形態１のグラインダ１Ａと比較して、ハンドルハウジング３がハンドルカード３ａを有し、ハンドルカード３ａ内に電解コンデンサＣ２が設けられる点で相違し、その他の点で一致する。ハンドルカード３ａは、トリガ７と対向するように前後方向に延び、ハンドルハウジング３を把持する作業者の手を保護する働きを有する。本実施形態においては、ハンドルカード３ａ内のスペースを利用することで、より高容量の電解コンデンサＣ２を設けることができる。本実施の形態も、大型化を抑制しながら配線も容易にできる。また、ハンドルガード３ａ内を配線空間として利用できるので、メインスイッチ１１の周辺に確保される配線のための空間を削除し、ハンドルハウジング３の把持部分をより小径にして把持しやすい構成とすることができる。

（実施の形態５） 図７は、本発明の実施の形態５に係るグラインダ１Ｅの後部拡大側断面図である。図４に示す実施の形態２のグラインダ１Ｂと比較して、図６の構成と同様にハンドルハウジング３がハンドルカード３ａを有し、ハンドルカード３ａ内に電解コンデンサＣ２が設けられる点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態も、大型化を抑制しながら配線も容易にできる。また、ハンドルハウジング３内の素子収容空間を無くした分ハンドルハウジング３を小型に形成できる。

（実施の形態６） 図８は、本発明の実施の形態６に係るグラインダ１Ｆの後部拡大側断面図である。グラインダ１Ｆでは、ダイオードブリッジ１５、電解コンデンサＣ２、及びインバータ回路４７が第１基板３０に設けられる。ハンドルハウジング３内の前部（電解コンデンサＣ２及びインバータ回路４７よりも後方かつメインスイッチ１１の前方）に、リアクトルＬ２及び第２基板２０が設けられる。本実施の形態も、大型化を抑制しながら配線も容易にできる。

（実施の形態７） 図９は、本発明の実施の形態７に係るグラインダ１Ｇの後部拡大側断面図である。グラインダ１Ｇでは、電解コンデンサＣ２が第１基板３０に設けられ、第２基板２０が電解コンデンサＣ２と略等しい前後方向位置に設けられ、リアクトルＬ２がハンドルハウジング３内の前部（電解コンデンサＣ２及び第２基板２０よりも後方かつメインスイッチ１１の前方）に設けられる。また、モータ６のステータ後端部に設けられた第３基板４０に、インバータ回路４７が設けられる。本実施の形態も、大型化を抑制しながら配線も容易にできる。

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。

１Ａ〜１Ｅ…グラインダ、２…モータハウジング、３…ハンドルハウジング（テールカバー）、４…ギヤケース、５…減速機構（回転伝達機構）、６…モータ、６ａ…出力軸、７…トリガ、８…スピンドル、８ａ…砥石、９…電源コード、１０…フィルタ基板、１１…メインスイッチ（接点スイッチ）、１３…ファン、１５,１６…ダイオードブリッジ、２０…第２基板、２１…演算部（制御部）、２２…ＩＰＤ回路、２６…レギュレータ、３０…第１基板（駆動基板）、４２…ホール素子（磁気センサ）、５０…交流電源

Claims (9)

1. ブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータを収容するモータハウジングと、
   前記モータハウジングの後方に接続されるハンドルハウジングと、
   前記ブラシレスモータに駆動電流を供給するインバータ回路と、
   交流を直流に変換して前記インバータ回路に供給する整流回路と、
   前記整流回路の出力電流を平滑する平滑コンデンサと、
   前記ブラシレスモータの電流経路に設けられたリアクトルと、を備え、
   前記平滑コンデンサ及び前記リアクトルが、前記ブラシレスモータよりも後方に配置されている、グラインダ。
2. 前記インバータ回路を構成するスイッチング素子が、前記ブラシレスモータよりも後方に配置されている、請求項１に記載のグラインダ。
3. 前記ハンドルハウジングに収容され、前記ブラシレスモータの電流経路に設けられたスイッチと、
   前記ハンドルハウジングに支持され、前記スイッチのオンオフを切り替えるためのトリガと、を備え、
   前記リアクトルが、前記スイッチよりも前方に配置されている、請求項１又は２に記載のグラインダ。
4. 前記ブラシレスモータによって回転するファンを備え、
   前記ファンの発生する気流が、前記モータハウジング及び前記ハンドルハウジングの内側において後方から前方に流れる、請求項１から３のいずれか一項に記載のグラインダ。
5. 前記ハンドルハウジングに風窓が設けられ、
   前記リアクトルが、前記風窓よりも前方に配置されている、請求項４に記載のグラインダ。
6. 前記ブラシレスモータよりも後方において前記ブラシレスモータの出力軸と略垂直に支持された基板を備え、
   前記インバータ回路を構成するスイッチング素子及び前記平滑コンデンサが、前記基板に設けられ、
   前記リアクトルが、前記スイッチング素子及び前記平滑コンデンサよりも後方に設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載のグラインダ。
7. 前記ブラシレスモータよりも後方において前記ブラシレスモータの出力軸と略垂直に支持された基板を備え、
   前記平滑コンデンサ及び前記リアクトルが、前記基板に設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載のグラインダ。
8. 前記ブラシレスモータよりも後方において前記ブラシレスモータの出力軸と略垂直に支持された基板を備え、
   前記平滑コンデンサ及び制御回路が前記基板に設けられ、
   前記リアクトルが、前記平滑コンデンサ及び制御回路よりも後方に設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載のグラインダ。
9. 前記ハンドルハウジングがハンドルガードを有し、
   前記ハンドルガード内に前記平滑コンデンサが設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載のグラインダ。

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