CN101885178B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动工具，该电动工具具有：电动机，其具有电动机轴；前端工具，其由电动机驱动；壳体，其收容电动机；开关元件，其用于驱动电动机；以及轴承，其可以保持所述电动机轴。另外，开关元件设置为，在壳体内部的电动机轴方向上，与轴承重叠。

Description

电动工具

本申请要求在2009年5月11日提交的日本专利申请No.2009-114609的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种以无刷电动机作为驱动源的电动工具。本发明除了冲击起子(impactdriver)、起子电钻(driverdrill)、振动钻、电锤钻等紧固、开孔用工具之外，还可以应用于圆锯、线锯等使用无刷电动机的其他电动工具。

背景技术

例如如下述专利文献1公开所示，公知一种电动工具，其采用无刷电动机(无刷直流电动机)作为驱动源。无刷电动机与换向器电动机相比具有高效率，在使用充电电池(电池组件)的内电源型的电动工具中采用无刷电动机的情况下，每充电1次的电动工具的作业时间，与使用换向器电动机的情况相比更长。另外，由于使用无刷电动机的电动工具，搭载包括微型计算机等电动机驱动控制电路，所以在该电动工具中，可以容易地通过电子控制，进行高性能的电动机的旋转控制。

无刷电动机如所公知所示，由下述部件构成：磁转子，其具有永磁体；定子，其具有3相绕组等多相定子线圈；磁性传感器，其由多个对转子的永磁体的磁力进行检测而检测转子位置的霍尔IC构成；以及逆变电路基板，其使用MOSFET(绝缘栅型场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅型双极性晶体管)等多个半导体开关元件(例如6个元件)，对直流电压进行开关而变换为3相交流电，向各相的定子线圈通电。多个磁性传感器与多相的定子线圈对应，无刷电动机构成为，基于由各个磁性传感器得到的转子位置检测结果，设定各相的定子线圈的通电定时。

在无刷电动机中，由于使大电流向安装于逆变电路基板上的半导体开关元件(功率晶体管)通电，所以功率损失较大，由此，半导体开关元件的发热量变大。如果半导体开关元件的发热量变大，则逆变电路基板及安装在逆变电路基板上的所述半导体开关元件、以及其他电路元件，产生高温而会受到热损伤，成为老化或损坏的原因。

因此，如专利文献1公开所示，考虑了下述对策，即，为了对收容在电动工具的机身壳体部内的逆变电路基板上所安装的半导体开关元件进行强制冷却，通过将逆变电路基板的半导体开关元件配置在安装于电动机旋转轴上的冷却风扇的外周部附近，从而对半导体开关元件的发热主动地进行散热。

专利文献1：日本国特开2006-297532号公报

发明内容

但是，对于上述的半导体开关元件，在将具有散热风扇且采用功率晶体管的无刷电动机用于电动工具的情况下，在收容电动机部的机身壳体部内，必须将安装有半导体开关元件的逆变电路基板接近电动机主体而设置。因此，产生机身壳体部的整体长度变长的问题，或者产生机身壳体部在电动机旋转轴的周向上的尺寸变大的问题。其结果，难以使电动工具的机身壳体部中的轴向上的整体长度或者径向的尺寸变短而向紧凑化改善，导致工具的操作性或作业性降低。

作为专利文献1所公开的逆变电路的半导体开关元件，特别地，在采用MOSFET等高输出功率晶体管的情况下，功率晶体管的引线利用插入型安装技术，将功率晶体管垂直地竖立安装在逆变电路基板上，由于需要在漏电极侧设置散热板(散热器)以改善散热效果，所以产生机身壳体部的轴向的整体长度变长的问题。因此，从工具的操作性或作业性的角度出发，需要使机身壳体部的轴向的整体长度缩短。

由此，本发明的目的在于，提供一种机身壳体部的整体长度较短、且采用无刷电动机的电动工具。

本发明的另一个目的在于，提供一种使配置于机身壳体部内的逆变电路基板的半导体功率晶体管的冷却效果较好的电动工具。

为了实现上述本发明的目的，本申请所公开的发明中，具有代表性的部分的特征如下所示。

(1)本发明的第1个方面所涉及的电动工具，其具有：电动机，其具有电动机轴；前端工具，其由所述电动机驱动；壳体，其收容所述电动机；开关元件，其用于驱动所述电动机；以及轴承，其可以保持所述电动机轴，其特征在于，将所述开关元件设置为，在所述壳体内部的所述电动机轴方向上，与所述轴承重叠。

(2)另外，所述壳体具有：电动机壳体部，其收容所述电动机；以及把手壳体部，其从所述电动机壳体部向下方延伸，所示轴承及开关元件设置在所述电动机壳体部中。

(3)另外，所述壳体为左右分割式的壳体，所述轴承由设置在所述电动机壳体部中的向左右方向延伸的加强肋保持。

(4)另外，所述电动机轴设置为，与安装所述开关元件的电路基板大致正交。

(5)另外，所述开关元件设置多个，所述开关元件的一部分以平置在所述电路基板上的状态设置，所述开关元件的另一部分以从所述电路基板竖立的状态设置，所述开关元件的另一部分与所述轴承重叠。

(6)另外，也可以在所述开关元件的一部分的、所述电动机轴的轴后方，设置所述加强肋。

(7)另外，所述左右分割式的壳体可以通过向左右方向延伸的螺钉固定，在所述电动机壳体中设置用于固定螺钉的螺钉凸台，在所述螺钉凸台与所述轴承之间，配置所述开关元件的另一部分。

(8)本发明的第2个方面所涉及的电动工具，其具有：壳体，其具有从一端部向另一端部延伸的机身壳体部；无刷电动机部，其具有电动机旋转轴及定子绕组，其中，该电动机旋转轴从所述机身壳体部内的所述一端部向朝向所述另一端部的方向延伸，并由分别设置在所述一端部侧及所述另一端部侧的所述机身壳体部内的第1及第2轴承部支承，该定子绕组设置在该电动机旋转轴的中间部的外周边；逆变电路基板，其安装有用于向所述定子绕组供给电力的多个半导体开关元件，并且，收容在所述机身壳体部内的所述一端部侧；前端工具安装部，其基于所述电动机旋转轴的旋转输出而被驱动，并且，设置在所述机身壳体部的所述另一端侧；以及动力传递部，其设置在所述机身壳体部的所述另一端部侧，用于将所述电动机旋转轴的旋转输出向所述前端工具安装部传递，其特征在于，所述逆变电路基板配置为，在设置于所述机身壳体部的所述一端部侧的所述第1轴承部与所述定子绕组之间的所述机身壳体部内的空间部中，沿横穿所述电动机旋转轴的轴向的方向延伸，所述逆变电路基板的所述半导体开关元件的安装面，配置为与所述第1轴承部相对，并且，安装在所述逆变电路基板的所述安装面上的所述多个半导体开关元件中的第1组元件，具有超过从所述安装面至所述第1轴承部为止的间隔距离的高度，在所述安装面与所述一端部之间的所述机身壳体部内的空间部中，与所述第1轴承部相邻地安装。

(9)另外，安装在所述逆变电路基板的所述安装面上的所述多个半导体开关元件中的第2组元件，具有与从所述安装面至所述第1轴承部为止的所述间隔距离相比较小的高度，安装在所述安装面与所述第1轴承部之间的所述机身壳体部内的空间部中。

(10)另外，所述第1组及所述第2组半导体开关元件，分别由具有插入型引线的半导体功率晶体管构成，所述第1组元件，以所述插入型引线相对于所述逆变电路基板的所述安装面垂直的状态安装，所述第2组元件，以所述插入型引线相对于所述逆变电路基板的所述安装面弯折，该半导体功率晶体管的封装面与所述安装面平行的状态安装。

(11)另外，所述电动机旋转轴经由设置在所述逆变电路基板上的通孔，与该逆变电路基板正交。

(12)另外，所述壳体具有从所述机身壳体部的延伸方向分支而延伸的手柄壳体部。

(13)另外，所述壳体构成为，利用向左右方向延伸的螺钉，紧固由横穿所述电动机旋转轴的中心轴的垂直面左右分割为两部分的对开壳体部件，所述第1轴承部由形成于加强肋的中央部处的孔部保持，该加强肋形成于所述机身壳体部的所述一端部上，沿所述左右分割为两部分的方向延伸。

(14)另外，安装在所述逆变电路基板上的所述第2组半导体开关元件，安装在形成于所述一端部的所述加强肋与所述安装面之间的所述机身壳体部内的空间部中。

(15)另外，所述对开壳体部件在所述机身壳体部的所述一端部，具有与所述螺钉螺合的螺钉凸台，该螺钉紧固该对开壳体部件，所述第1组半导体开关元件，在该螺钉凸台与所述第1轴承部之间的所述机身壳体部内的空间部中，与所述第1轴承部相邻地安装。

(16)另外，所述逆变电路基板具有圆形的所述安装面，并且，在该圆形安装面的中央部具有横穿所述电动机旋转轴的通孔，所述第1组半导体开关元件具有多个，所述第2组半导体开关元件具有多个，所述第1组半导体开关元件由2对半导体功率晶体管构成，该2对半导体功率晶体管在所述圆形安装面的所述通孔的周边部，分别安装在隔着所述通孔相对的2对第1区域，所述第2组半导体开关元件由1对半导体功率晶体管构成，该1对半导体功率晶体管在所述圆形安装面的所述通孔的周边部，分别安装在隔着所述通孔相对的一对第2区域。

(17)另外，所述第2组半导体功率晶体管安装在所述安装面的所述第2区域后的高度，与所述第1组半导体功率晶体管安装在所述安装面的所述第1区域后的高度相比较低。

(18)另外，也可以在设置于所述机身壳体部的所述另一端部侧的所述第2轴承部与所述定子绕组之间的所述机身壳体部内的空间部中，设置以所述电动机旋转轴为旋转轴的冷却风扇，在所述机身壳体部的所述一端部设置有通风口。

(19)另外，本发明的第3个方面所涉及的电动工具，其具有：无刷电动机，其具有定子绕组；壳体，其收容所述无刷电动机；电路基板，其收容在所述壳体中；以及设置在所述电路基板中的多个开关元件，其向所述定子绕组通电，在所述多个开关元件中，第1开关元件与所述电路基板垂直地安装，第2开关元件与所述电路基板平行地安装。

发明的效果

根据上述本发明的结构而得到的主要效果如下述所示。

根据上述本发明的结构(1)，通过将所述开关元件设置为，在所述壳体的内部的所述电动机轴向上，与所述轴承重叠，从而可以缩短沿电动机轴向延伸的壳体的长度。

根据上述本发明的结构(8)，由于所述逆变电路基板配置为，在设置于所述机身壳体部的所述一端部侧的所述第1轴承部与所述定子绕组之间的所述机身壳体部内的空间部中，沿横穿所述电动机旋转轴的轴向的方向延伸，所述逆变电路基板的所述半导体开关元件的安装面，配置为与所述第1轴承部相对，并且，安装在所述逆变电路基板的所述安装面上的所述多个半导体开关元件中的第1组元件，具有超过从所述安装面至所述第1轴承部位置的间隔距离的高度，而在所述安装面与所述一端部之间的所述机身壳体部内的空间部中，与所述第1轴承部相邻地安装，所以，在所述机身壳体部的一端部侧与所述逆变电路基板之间的机身壳体部内，可以缩短所述逆变电路基板的电动机旋转轴方向的安装空间。

另外，根据上述本发明的结构(18)，由于在所述机身壳体部的一端部设置通风口，在电动机旋转轴的第2轴承部侧设置冷却风扇，所以可以确保安装在所述逆变电路基板上的多个半导体开关元件的冷却效果。

本发明的上述及其他目的、以及本发明的上述及其他新特征、效果，可以根据本说明书的下面的记述以及附图更加明确。

后面的详细说明结合下述附图可以更完整地理解本发明。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的电动工具的整体构造剖面图。

图2是沿图1所示的电动工具的A-A线的逆变电路基板的俯视图。

图3是图1所示的电动工具的要部放大剖面图。

图4是图3所示的电动工具的要部剖面图。

图5是沿图4的D-D线的逆变电路基板的俯视图。

图6是图1所示的电动工具的电路功能框图。

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明的实施方式。此外，在用于说明实施方式的所有附图中，对具有相同功能的部件或要素标注相同标号，省略重复的说明。

图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的内电源型的起子电钻的整体构造的剖面部，图2是针对图1所示的起子电钻从A-A线观察的逆变电路基板的俯视图，图3是图1所示的起子电钻的要部放大结构图，图4是图3所示的要部放大结构图的B-B线剖面图，图5是从图4的D-D线观察的逆变电路基板的俯视图，图6是图1所示的起子电钻的功能框图。

〈关于电动工具50整体的组合结构〉

首先，参照图1，对电动工具整体的组合结构进行说明。电动工具50的主体收容在由机身壳体部(也称为电动机壳体部)1a及手柄壳体部(也称为把手壳体部)1b构成的壳体1内。机身壳体部(电动机壳体部)1a沿无刷电动机部(无刷直流电动机部)2的电动机旋转轴(电动机轴)2e的轴向(水平轴向)，从一端部(附图的左端部)1c向另一端部(附图的右端部侧)1d延伸，在机身壳体部1a的一端部1c侧，收容无刷电动机部2以及安装有逆变电路的半导体开关元件3a的逆变电路基板3，并且，在无刷电动机部2的另一端部1d侧，收容构成动力传递部5的减速机构部5a及扭矩调整部(离合器部)5b。

手柄壳体部(把手壳体部)1b从机身壳体部1a的延伸方向分支而下垂，具有作业人员可以单手握持的外周形状。在手柄壳体部1b的下端部可拆卸地装配有作为无刷电动机2的驱动电源的电池组件8。另外，在电池组件8的上部设置有控制电路基板4，其沿着横穿纸面的方向延伸，用于对组装在无刷电动机2的逆变电路基板3上的逆变电路进行控制。

无刷电动机部2在本实施方式中由3相无刷直流电动机构成。无刷电动机部2如图3的要部放大图所示，由下述部件构成：定子2c，其具有圆筒状的外形；转子(磁转子)2a，其在定子2c的齿部的内周部内以同心轴状设置，埋入沿电动机旋转轴2e方向延伸的N极及S极的永磁体(磁铁)2b；以及定子绕组2d，其包含定子2c的3相绕组U、V、W(参照图6)。

定子绕组2d以围绕定子磁轭2c的齿部(未图示)的方式，经由由树脂材料构成的绝缘层2f卷绕在槽内。成为转子2a的旋转轴的电动机旋转轴2e，其一端部由设置在机身壳体部1a的一端部1c处的第1轴承部(例如球轴承)23支承，其另一端部由设置在机身壳体部1a内的另一端部1d侧的第2轴承部(例如球轴承)24支承。

在转子2a的附近，设置有在旋转方向上每隔60°配置的3个旋转位置检测元件(霍尔IC)10、11、12(参照图6)，以用于检测转子2a的旋转位置。基于旋转位置检测元件10、11、12的位置检测信号，由逆变电路基板3向星形接线的定子2c的3相绕组2d(U、V、W)供给被控制在电角度120°的通电区间中的电流。

如图3所示，在无刷电动机2的电动机旋转轴2e的右端部侧设置冷却用风扇25，在冷却用风扇25附近的机身壳体部1a上，虽然未图示，但形成有通风口(排气口)。另一方面，在无刷电动机2的电动机旋转轴2e的左端部侧，收容有逆变电路基板3。此外，对于本实施方式所涉及的逆变电路基板3自身的安装构造及逆变电路基板3向机身壳体部1a内的安装配置，在后面叙述。

如图3所示，在机身壳体部1a的一端部1c形成进气用通风口21，在逆变电路基板3的附近形成进气用通风口22。利用从该进气用通风口21、22至形成于冷却用风扇25附近的上述排气用通风口为止的机身壳体部1a内的冷却用空气的流通路径，抑制逆变电路基板3的半导体开关元件3a的温度上升、以及电动机2的定子绕组2d的温度上升。特别地，由于需要在半导体开关元件3a(图6的开关元件Q1～Q6)中流过较大的漏极电流，所以为了防止大电流导致的半导体开关元件3a的温度上升，构成为利用冷却用风扇25对逆变电路基板3强制地进行空冷。

无刷电动机2的电动机旋转轴2e的旋转力传递至减速机构部5a，该减速机构部5a包含与形成于该电动机旋转轴2e上的小齿轮啮合的行星齿轮。减速机构部5a由公知的行星齿轮减速机构构成，该行星齿轮减速机构具有：小齿轮(太阳轮)；以及行星齿轮，其与该小齿轮及齿圈啮合。在本实施方式中，通过3级行星齿轮减速机构，将无刷电动机2的电动机输出轴2e的输出减速后的旋转力传递至扭矩调整部5b。

扭矩调整部5b构成为，例如利用扭矩调整弹簧5g的预紧力，调整对减速机构部5a的最末级的行星齿轮减速机构中的齿圈5h的按压力，以可以调整设定扭矩(负载扭矩)。如果向主轴5f(前端工具)的负载扭矩超过设定扭矩，则扭矩调整部5b使减速机构部5a的旋转输出轴5e空转，从而断开向主轴5f的旋转传递。所谓扭矩调整部5b作为离合器部起作用。

扭矩调整部5b具有模式切换及扭矩调整旋钮(离合器旋钮)5d，通过扭矩调整旋钮5d设定起子模式或电钻模式。另外，在扭矩调整旋钮5d选择了起子模式的情况下，通过使扭矩调整旋钮5d旋转多级规定的旋转角度，扭矩调整部5b可以调整扭矩调整弹簧5g对齿圈5h的预紧力(按压力)。即，根据扭矩调整旋钮5d的旋转角度，可以将从减速机构部5a的输出轴5e传递至主轴5f的旋转扭矩，调整为与负载对应的期望的紧固扭矩。

例如，在对主轴5f的负载扭矩小于扭矩调整旋钮5的设定值的情况下，由于齿圈5h通过扭矩调整弹簧5g的按压力而被固定，无法旋转，所以构成减速机构部5a的最末级的行星齿轮(未图示)的旋转经由齿圈5h传递至主轴5f。其结果，通过由夹具5c可自由拆卸地安装的前端工具(改锥头)(未图示)，可以将螺钉旋入被加工材料中。

相反地，在向主轴5f作用大于或等于扭矩调整旋钮5d的设定值的负载扭矩的情况下，由于齿圈5h通过扭矩调整弹簧5g的按压力而被固定，所以构成减速机构部5a的最末级的行星齿轮，仅进行以轴5i作为旋转轴的自转，无法进行公转。其结果，最末级的行星齿轮的旋转无法经由齿圈5h传递至主轴5f。由此，无法利用安装在夹具5c上的前端工具(螺丝刀)将螺钉旋入被加工材料(未图示)中。

安装在该扭矩调整部5b上的扭矩调整旋钮5d，例如可以进行10级的扭矩设定。如果向主轴5f施加大于或等于设定后的紧固扭矩(旋出扭矩)的负载扭矩，则通过扭矩调整部5b的离合器作用，减速机构部5a的旋转输出轴5e与主轴5f之间的结合被断开而空转，由此，可以防止电动机2被锁死(lock)。这样，在将扭矩调整旋钮5d设定为起子模式的情况下，由于空转，电动机部2及逆变电路基板3不会流过过大的锁死电流。所以，可以防止由于过大的锁死电流而可能产生的半导体开关元件3a(Q1～Q6)的烧损。

另一方面，在手柄壳体部1b的上端部配置具有开关部7a的开关扳机(扳机操作部)7，开关扳机7在由弹簧力预紧的状态下，从手柄壳体部1b凸出。开关部7a与开关电路基板7b电气连接，将响应于开关扳机7的压入操作量的电信号向开关电路基板7b供给。即，开关扳机7的扳机操作量与形成于开关部7a上的电位器的可动端子(滑动端子)(未图示)联动而变换为电压值，作为后述的施加电压设定电路15(参照图6)的设定电压，向运算部20输入。

电池组件8被电气连接为，可以向由开关电路基板7b及控制电路基板4构成的具有运算功能的控制电路30(参照图6)供给驱动电力，并且，向逆变电路基板3构成的逆变电路3(参照图6)供给驱动电力。电池组件8例如由锂离子二次电池构成。

如图1所示，机身壳体部1a与手柄壳体部1b一起，作为合成树脂材料的壳体部1而一体地形成。

在电动工具50的组装时，作为合成树脂材料的壳体1，准备一对壳体部件(1)，它们包括剖面形状为半圆形的机身壳体部1a和手柄壳体部1b，由沿着无刷电动机2的电动机旋转轴2e的中心轴的垂直面而被分割为2部分，预先在图1所示的一侧的机身壳体部1a中，组装逆变电路基板3及无刷电动机2的电动机旋转轴2e及定子2c等之后，向手柄壳体部1b组装开关电路基板7b及控制电路基板4等，然后，如图1所示，将一对壳体部件1(机身壳体部1a及手柄壳体部1b一体化而形成的部件)的另一侧从上方重叠，通过与图3所示的螺钉凸台1f螺合的螺钉进行紧固，从而组合一对壳体1。

由此，机身壳体部1a及手柄壳体部1b上，需要设置多个加强肋部(壳体1a、1b的厚壁部)，以用于形成无刷电动机2的定子2c、电动机旋转轴2e的轴承部23、24等的固定部或保持部(嵌入部)。例如如图4所示，在机身壳体部1a的一端部1c上设置有加强肋部(厚壁部)1r，以用于形成为了保持电动机旋转轴2e的第1轴承部23的轴承保持部(轴承嵌入部)1e。

因此，存在难以减少机身壳体部1a的电动机旋转轴2e方向的长度尺寸的情况。特别地，在使用无刷电动机2的电动工具50中，由于必须收容安装有作为半导体开关元件3a的多个功率晶体管的逆变电路基板3，所以需要在机身壳体部1a内确保比较大的逆变电路基板3所占有的空间。根据本实施方式，如后述所示，可以实现机身壳体部1a内的逆变电路基板3的收容空间的缩小化。

〈关于电动工具50的整体的电路结构〉

下面，参照图6所示的电路功能框图，说明电动工具50的电路结构。如图6所示，逆变电路部(3)由作为半导体开关元件(半导体功率器件)3a的6个功率MOSFET3a(Q1～Q6)构成，这些元件安装在上述逆变电路基板3上，以3相桥接方式连接。

桥接的6个MOSFETQ1～Q6与控制信号输出电路13连接，另外，6个MOSFETQ1～Q6的漏电极或源电极与星形接线的定子绕组U、V及W连接。由此，6个MOSFETQ1～Q6根据从控制信号输出电路13输入的开关驱动信号H1～H6进行开关动作，将施加在逆变电路部3上的电池组件8的直流电压，作为3相(U相、V相、W相)的驱动电压Vu、Vv、Vw，向定子绕组U、V、W供给电力。

控制电路部30是为了向控制信号输出电路13输出控制信号而设置的，包括图1所示的开关电路基板7b及控制电路基板4。从功能方面由下述部分构成：运算部20，其用于基于处理程序和数据而向控制信号输出电路13输出驱动信号；转子位置检测部16，其基于上述3个霍尔IC10、11、12的输出信号，检测转子2a与定子2c的定子绕组2d的3相绕组U、V、W之间的位置关系，向运算部输出通常的转子2a的位置信息；转速检测电路17，其基于转子位置检测电路16的检测信号检测转速；温度上升测定电路19，其利用热敏元件19a测定逆变电路部3的半导体开关元件3a的温度上升，将该测定信号向运算部20输出；电流检测电路18，其始终对电动机2的驱动电流进行检测，将该信息向运算部20输出；施加电压设定电路14，其用于响应上述开关扳机7的扳机操作量，设定与在开关部7a中产生的输出控制信号相对应的PWM信号的占空比；以及旋转方向设定电路15，其用于对通过电动机2的正反切换杆9进行的正向旋转或逆向旋转的操作进行检测，设定电动机2的旋转方向。

控制电路部30，将驱动6个MOSFETQ1～Q6的各个门极的开关驱动信号(3相信号)中的3个负电源侧MOSFETQ4、Q5、Q6作为脉宽调制信号(PWM信号)H4、H5、H6进行供给，基于响应开关扳机7的扳机操作的施加电压设定电路14的输出信号，通过使PWM信号的脉宽的占空比进行变化，从而调整向电动机2的电力，控制电动机2的启动及速度。

无刷电动机2的电动机旋转轴2e所输出的电动机转速(旋转速度)如上述所示，通过构成动力传递部5的减速机构部5a被减速，减速后的旋转力经由扭矩调整部5b传递至安装在夹具5c上的前端工具。

〈关于逆变电路基板3在机身壳体部1a内的配置〉

如图2所示，逆变电路基板3由形成配线图案的大致圆形形状的印刷基板构成，在该逆变电路基板3的中央部形成有用于使电动机旋转轴2e贯穿的通孔3d。另外，在逆变电路基板3的大致圆周部上安装有6个半导体开关元件3a(图6的半导体开关元件Q1～Q6)。在逆变电路基板3与定子绕组2d之间的电气配线、逆变电路基板3与控制电路基板4之间的电气配线、以及逆变电路基板3与开关电路基板7a之间的电气配线中，使用大电流用导线3b及小电流用导线3c。

6个半导体开关元件Q1～Q6例如由功率MOSFET(功率绝缘栅型场效应晶体管)3a构成。各个MOSEFT3a具有漏电极端子、源电极端子及门电极端子这3个端子w，另外，在漏电极端子w处，一体地形成用于促进过负载电流时的散热的散热板(散热器)r。

特别地，在逆变电路基板3的安装面的上段和下段的水平方向(横穿电动机旋转轴的延伸方向的水平方向)上，2对半导体开关元件Q1～Q4(构成第1组的半导体开关元件(第1开关元件)3a)，以漏电极散热板r(漏电极端子w)彼此相对的方式，各自的3个电极端子w利用插入型安装技术相对于逆变电路基板3垂直地竖立安装。换句话说，构成第1组的2对半导体开关元件Q1～Q4配置为，相对于电动机旋转轴2e的轴中心大致点对称。

另外，如图2所示，构成第2组的1对半导体开关元件(第2开关元件)Q5及Q6安装为，相对于中段的水平方向点对称地左右相对配置，该一对半导体开关元件各自的3个电极端子w如图4及图5所示，在中途弯折为直角，使得漏电极散热板r与逆变电路基板3的安装面平行，并且朝向上方。

这样，如图4及图5所示，通过使第1组半导体开关元件Q1～Q4的漏电极散热板r在通孔3d侧相对，并且第2组半导体开关元件Q5、Q6的漏电极散热板r配置为朝向上方，而从进气用通风口21或进气用通风口22进气的冷却空气向通孔3d流动，因而可以确保漏电极散热板r的散热效果。

如图3所示，安装在逆变电路基板3上的第1组半导体开关元件Q1～Q4(3a)，其安装高度Hb与从安装面至保持在轴承保持部1e上的轴承部(球轴承)23的高度(间隔距离)Ha相比更高，即，形成Hb＞Ha的关系，而收容在轴承部23与螺钉凸台1f之间的机身壳体部1a内的空间部中。即，半导体开关元件Q1～Q4(3a)配置为，在机身壳体部1a内的电动机轴2e的轴向上，与轴承部23重叠。换句话说，轴承部23配置在机身壳体部1a内的与电动机轴2e相对的周径方向上，并且配置为该轴承部23与半导体开关元件Q1～Q4(3a)的至少一部分重叠，即所谓的重叠配置。

另外，如图4所示，安装在逆变电路基板的安装面上的第2组半导体开关元件Q5、Q6，具有与从安装面至轴承部23的间隔距离Ha相比较低的高度Hc，而安装在安装面与轴承部23之间的机身壳体部1a内的空间部中。即，由于用于形成轴承保持部(轴承嵌入部)1e的加强肋部1r的内壁相对较厚地形成，该轴承保持部用于保持轴承部23，所以，第2组半导体开关元件Q5、Q6的安装高度Hc如图4及图5所示，被限制为不与加强肋部1r的内壁抵接(参照图4)。另外，第2组半导体开关元件Q5、Q6的安装宽度Ws被限制为，与加强肋部1r的内壁宽度相比较窄，即Ws＜Wr的关系(参照图5)。因此，如图4所示，第2组半导体开关元件Q5、Q6被这样安装：将插入型引线w弯折为直角，它们的漏电极散热板r与逆变电路基板3的安装面平行而面向上方。

通过进行如上所示的机身壳体部1a内的逆变电路基板3的收容配置，可以减少在具有保持轴承部23的轴承保持部1e的轴承部室(球轴承室)中的逆变电路基板3的安装空间。另外，多个半导体开关元件3a(Q1～Q6)向逆变电路基板3的安装布局，可以更高效地进行散热。

根据上述实施方式，不会阻碍半导体开关元件的散热效果，如图3、图4及图5所示，可以减少逆变电路基板3的安装空间。其结果，可以缩短机身壳体部1a的一端部1c侧的尺寸Le(参照图3)，可以使电动工具50的整体长度(机身壳体部1a延伸方向的整体长度)与现有的电动工具相比减少。

另外，在本实施方式中，半导体开关元件3a设置多个，半导体开关元件3a的一部分(Q5、Q6)以平置在逆变电路基板3上的状态设置，半导体开关元件3a的另一部分以从逆变电路基板3竖立的状态设置，半导体开关元件3a的另一部分(Q1～Q4)构成为与轴承部23重叠，因此，平置在逆变电路基板3上的半导体开关元件3a的-部分(Q5、Q6)的安装空间减少。

另外，在本实施方式中，由于安装在逆变电路基板3的安装面上的多个半导体开关元件3a中的第2组元件(Q5、Q6)，具有与从安装面至第1轴承部23的间隔距离相比较小的高度，而安装在安装面与第1轴承部23之间的机身壳体部1a内的空间部中，因此，对于第2组半导体开关元件3a(Q5、Q6)，可以减少在逆变电路基板3上的安装空间。

另外，在本实施方式中，第1组半导体开关元件3a(Q1～Q4)，在螺钉凸台1f与第1轴承部23之间的机身壳体部1a内的空间部中，与第1轴承部23相邻地安装，因此，可以缩短机身壳体部1a相对于电动机旋转轴在周径方向上的尺寸。

如上所示，本实施方式所涉及的电动工具50整体长度较短，操作性及作业性优异。

此外，在上述实施方式中，作为安装在逆变电路基板上的半导体开关元件，使用MOSFET，但除了上述MOSFET之外，还可以使用IGBT(绝缘栅型·双极性·晶体管)、双极性晶体管等功率晶体管。另外，在上述实施方式中，针对使用3相逆变电路基板的电动工具进行了说明，但也可以应用于使用3相以外的逆变电路基板或电动机控制电路基板的电动工具。

另外，上述半导体开关元件，针对使用将电极端子相对于逆变电路基板以垂直状态进行安装的插入安装型(竖立安装型)的封装件的构造进行了记述，但也可以使用具有面安装型的封装件的晶体管。另外，对于漏电极等兼进行散热的电极，也可以使用一部分埋入封装件中的封装构造。

本发明并不限于上述起子电钻，可以应用于冲击起子、电钻、振动钻、电锤钻等紧固、开孔用工具，另外，也可以应用于圆锯、线锯等使用无刷电动机的电动工具。对于上述应用范围，也可以得到与上述实施方式相同的效果。

参照优选实施方式对本申请的原理进行了描述及举例，显而易见的是，可以在不偏离本文所公开的原理的范围内，对这些优选实施方式的配置和细节进行变更，并且，旨在本申请被理解为包括所有修改和变形，只要其包含在本文所公开的主旨的精神和范围内即可。

Claims (16)

1.一种电动工具(50)，其具有：

无刷电动机(2)，其具有电动机轴(2e)及定子绕组，该定子绕组设置在该电动机轴的中间部的外周边，其中，所述电动机轴的一端部由第1轴承部(23)支承，另一端部由第2轴承部(24)支承；

前端工具(5f)，其由经由所述电动机轴传递的所述无刷电动机的旋转输出驱动；

逆变电路基板(3)，其安装有驱动所述无刷电动机的逆变电路，其中，所述逆变电路基板以与所述电动机轴大致正交的方式配置，并且，所述逆变电路具有多个开关元件(3a；Q1至Q6)；

冷却风扇(25)，其设置在所述电动机轴上，并将所述电动机轴作为旋转轴；以及

壳体(1)，其具有电动机壳体部(1a)，该电动机壳体部沿所述电动机轴的轴向，从所述电动机轴的一端部向所述电动机轴的另一端部延伸，收容所述第1轴承部、所述逆变电路基板、所述无刷电动机和定子绕组、所述冷却风扇以及所述第2轴承部，

其中，在所述壳体上形成进气用通风口(22)；

其特征在于，

将所述多个开关元件中的至少一个开关元件设置为，在所述壳体内部的所述电动机轴方向上，与所述第1轴承部重叠，

所述进气用通风口横向位于所述壳体的一侧部，并靠近所述逆变电路基板。

2.根据权利要求1所述的电动工具(50)，其特征在于，

所述壳体(1)还具有：把手壳体部(1b)，其从所述电动机壳体部向下方延伸。

3.根据权利要求2所述的电动工具(50)，其特征在于，

所述壳体(1)为左右分割式的壳体，所述第1轴承部(23)由设置在所述电动机壳体部(1a)中的向左右方向延伸的加强肋(1r)保持。

4.根据权利要求3所述的电动工具(50)，其特征在于，

所述多个开关元件的一部分(Q5、Q6)以平置在所述电路基板(3)上的状态设置，所述多个开关元件的另一部分(Q1至Q4)以从所述电路基板竖立的状态设置，所述多个开关元件的另一部分(Q1至Q4)与所述第1轴承部(23)重叠，

在所述多个开关元件的一部分的、所述电动机轴的轴后方，设置所述加强肋(1r)。

5.根据权利要求4所述的电动工具(50)，其特征在于，

所述左右分割式的壳体(1)通过向左右方向延伸的螺钉固定，在所述电动机壳体部(1a)中设置用于固定螺钉的螺钉凸台(1f)，在所述螺钉凸台与所述第1轴承部(23)之间，配置所述多个开关元件的另一部分(Q1至Q4)。

6.一种电动工具，其具有：壳体，其具有从一端部向另一端部延伸的机身壳体部；无刷电动机部，其具有电动机旋转轴及定子绕组，其中，该电动机旋转轴从所述机身壳体部内的所述一端部向朝向所述另一端部的方向延伸，并由分别设置在所述一端部侧及所述另一端部侧的所述机身壳体部内的第1及第2轴承部支承，该定子绕组设置在该电动机旋转轴的中间部的外周边；逆变电路基板，其安装有用于向所述定子绕组供给电力的多个半导体开关元件，并且，收容在所述机身壳体部内的所述一端部侧；前端工具安装部，其基于所述电动机旋转轴的旋转输出而被驱动，并且，设置在所述机身壳体部的所述另一端侧；以及动力传递部，其设置在所述机身壳体部的所述另一端部侧，用于将所述电动机旋转轴的旋转输出向所述前端工具安装部传递，

其特征在于，

所述逆变电路基板配置为，在设置于所述机身壳体部的所述一端部侧的所述第1轴承部与所述定子绕组之间的所述机身壳体部内的空间部中，沿横穿所述电动机旋转轴的轴向的方向延伸，

所述逆变电路基板的所述半导体开关元件的安装面，配置为与所述第1轴承部相对，并且，安装在所述逆变电路基板的所述安装面上的所述多个半导体开关元件中的第1组元件，具有超过从所述安装面至所述第1轴承部为止的间隔距离的高度，在所述安装面与所述一端部之间的所述机身壳体部内的空间部中，与所述第1轴承部相邻地安装，

安装在所述逆变电路基板的所述安装面上的所述多个半导体开关元件中的第2组元件，具有与从所述安装面至所述第1轴承部为止的所述间隔距离相比较小的高度，安装在所述安装面与所述第1轴承部之间的所述机身壳体部内的空间部中，

所述多个半导体开关元件中的第1组元件具有与从所述安装面至所述第1轴承部的所述逆变电路基板的相反侧的端面为止的距离相比较小的高度。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

所述第1组及所述第2组半导体开关元件，分别由具有插入型引线的半导体功率晶体管构成，所述第1组元件，以所述插入型引线相对于所述逆变电路基板的所述安装面垂直的状态安装，所述第2组元件，以所述插入型引线相对于所述逆变电路基板的所述安装面弯折，该半导体功率晶体管的封装面与所述安装面平行的状态安装。

8.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

所述电动机旋转轴经由设置在所述逆变电路基板上的通孔，与该逆变电路基板正交。

9.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

所述壳体具有从所述机身壳体部的延伸方向分支而延伸的手柄壳体部。

10.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

所述壳体构成为，利用向左右方向延伸的螺钉，紧固由横穿所述电动机旋转轴的中心轴的垂直面左右分割为两部分的对开壳体部件，所述第1轴承部由形成于加强肋的中央部处的孔部保持，该加强肋形成于所述机身壳体部的所述一端部上，沿所述左右分割为两部分的方向延伸。

11.根据权利要求10所述的电动工具，其特征在于，

安装在所述逆变电路基板上的所述第2组半导体开关元件，安装在形成于所述一端部的所述加强肋与所述安装面之间的所述机身壳体部内的空间部中。

12.根据权利要求11所述的电动工具，其特征在于，

所述对开壳体部件在所述机身壳体部的所述一端部，具有与所述螺钉螺合的螺钉凸台，该螺钉紧固该对开壳体部件，所述第1组半导体开关元件，在该螺钉凸台与所述第1轴承部之间的所述机身壳体部内的空间部中，与所述第1轴承部相邻地安装。

13.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

所述逆变电路基板具有圆形的所述安装面，并且，在该圆形安装面的中央部具有横穿所述电动机旋转轴的通孔，

所述第1组半导体开关元件具有多个，

所述第2组半导体开关元件具有多个，

所述第1组半导体开关元件由2对半导体功率晶体管构成，该2对半导体功率晶体管在所述圆形安装面的所述通孔的周边部，分别安装在隔着所述通孔相对的2对第1区域，

所述第2组半导体开关元件由1对半导体功率晶体管构成，该1对半导体功率晶体管在所述圆形安装面的所述通孔的周边部，分别安装在隔着所述通孔相对的一对第2区域。

14.根据权利要求13所述的电动工具，其特征在于，

所述第2组半导体功率晶体管安装在所述安装面的所述第2区域后的高度，与所述第1组半导体功率晶体管安装在所述安装面的所述第1区域后的高度相比较低。

15.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

在设置于所述机身壳体部的所述另一端部侧的所述第2轴承部与所述定子绕组之间的所述机身壳体部内的空间部中，设置以所述电动机旋转轴为旋转轴的冷却风扇，在所述机身壳体部的所述一端部设置有通风口。

16.一种电动工具，其具有：无刷电动机，其具有定子绕组以及电动机轴；

壳体，其收容所述无刷电动机；

电路基板，其收容在所述壳体中；

设置在所述电路基板中的多个半导体开关元件，其向所述定子绕组通电；以及

轴承，其可以保持所述电动机轴，

该电动工具的特征在于，

在所述多个开关元件中，第1开关元件与所述电路基板垂直地安装，第2开关元件与所述电路基板平行地安装，

将所述第1开关元件设置为，在所述壳体内部的所述电动机轴方向上，与所述轴承重叠，

所述第1开关元件具有与从所述电路基板至所述轴承的所述电路基板的相反侧的端面为止的距离相比较小的高度。