CN102825584A

CN102825584A - 电动工具

Info

Publication number: CN102825584A
Application number: CN2012102025911A
Authority: CN
Inventors: 大森和博
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Machine holding company
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: US9126316B2; CN102825584B; JP2013000831A; JP5743085B2; US20120319508A1

Abstract

本发明提供一种电动工具，其可以降低定子线圈从电路基板的断线风险。绝缘体（15）的筒状部（15a）在侧面上具有切口部（14）。定子线圈（3c）的引出部（38）通过切口部（14）从筒状部（15a）的内侧向外侧伸出，经由逆变器电路基板（4）的外侧从逆变器电路基板（4）的相对面（与线圈主体部（37）相对的表面）的一侧向非相对面的一侧延伸，在前述非相对面的一侧弯曲（折回）而插入逆变器电路基板（4）的贯穿孔中，利用例如钎焊电气地连接。引出部（38）并不是以最短距离与逆变器电路基板（4）连接，而是具有松弛性结构。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具，其将具有定子线圈的电动机作为驱动源。

背景技术

近年来，在利用电动机使电钻或起子等前端工具旋转驱动而进行所需的作业的电动工具中，逐渐使用无刷DC电动机。所谓无刷DC电动机，是指没有电刷（整流用刷子）的DC（直流）电动机。无刷DC电动机，在定子侧使用线圈，在转子侧使用磁体，通过将由逆变器驱动的电力依次向规定的线圈通电而使转子旋转。在无刷DC电动机中，将开关元件配置在电动机附近的电路基板上，该开关元件用于使向卷绕在定子上的线圈的通电接通/断开。配置开关元件的部位，例如在下述专利文献1中，为安装在电动机的后侧（与前端工具相反的一侧）的大致圆形的电路基板。

使用无刷DC电动机的电动工具，通常具有星形连接的3相线圈，在各相的正极侧及负极侧各使用一个、共计使用6个开关元件。由于在无刷DC电动机中流过较大的电流，因此开关元件的发热量变大。为了将该开关元件有效地冷却，在壳体的逆变器电路基板附近设置空气口。相对于电动机的旋转轴垂直地配置电路基板，在电路基板上配置开关元件。在无刷DC电动机的旋转轴上安装风扇，利用风扇从空气取入口吸引外界空气，使开关元件和无刷DC电动机冷却。

在现有的电动工具中，搭载开关元件的逆变器电路基板配置在电动机的后方。搭载逆变器电路或霍尔IC等的电路基板由绝缘体的凸起保持。使用图5及图6对该现有的构造进行说明。

图5是现有的电动工具中的逆变器电路基板和电动机的定子的侧视图。图6是其后视图。在这些图中，省略构成电动机的部件中的转子及旋转轴部分的记载。在无刷式的电动机中，使定子线圈3c的端部通过绝缘体15的内侧而贯穿在逆变器电路基板4上开设的孔，利用焊锡9从相反侧固定。共6根定子线圈3c被钎焊在逆变器电路基板4上。另外，在逆变器电路基板4上搭载6个开关元件5。

专利文献1：日本特开2010－99823号公报

发明内容

如果电动工具的种类是例如冲击起子机，则在每次进行冲击动作时，冲击的反作用力经由电锤盒传递至壳体，向由壳体固定定子铁芯3b的电动机传递振动。此时，由于定子铁芯3b因冲击的反作用力而振动，因此经由绝缘体15固定在定子铁芯3b上的逆变器电路基板4也相同地振动。逆变器电路基板4例如由多个螺钉18固定在绝缘体15上，但在使用双面基板的情况下，与绝缘体15的接触部分仅是螺钉的周围。由此，逆变器电路基板4以螺钉的固定部分作为支点进行振动而弯曲。该电路基板4弯曲的现象，不仅限于冲击起子机，在从前端工具承受反作用力的电动工具中会相同地产生。另外，即使是单面基板，也存在振动传递后弯曲的风险。

在现有电动工具中，在电动机3的输出较小的情况下，或由冲击机构产生的冲击扭矩较小时，逆变器电路基板4的弯曲也较小，可以忽略。但是，如果实现冲击扭矩的增大化，则由于在定子线圈3c和开设在逆变器电路基板4上的孔的接触（钎焊部分）区域附近，对定子线圈3c弯曲的力变大，因此担心使定子线圈3c损坏（断线等）。

本发明就是认识到该状况而提出的，其目的在于提供一种电动工具，其可以降低定子线圈从电路基板的断线风险。

本发明的一个方式是电动工具。该电动工具的特征在于，具有电动机和电路基板，该电动机具有定子线圈，前述定子线圈具有：线圈主体部；以及引出部，其从前述线圈主体部引出，与前述电路基板电气地连接，使前述引出部具有松弛性结构。

前述电路基板的一个表面，是与前述线圈主体部相对的相对面，前述引出部也可以从前述电路基板的前述相对面的一侧向另一个表面的一侧延伸，在前述另一个表面的一侧弯曲而与前述电路基板连接。

前述引出部，其前述电路基板的前述另一个表面的一侧的至少一部分，可以以远离前述另一个表面而产生松弛。

在前述电动工具中具有绝缘体，其具有从定子铁芯向前述电路基板以筒状延伸的筒状部，在前述筒状部的端部固定前述电路基板，前述筒状部在侧面上具有切口或开口，前述引出部也可以穿过前述切口或前述开口，从前述筒状部的内侧向前述电路基板的外侧伸出，从前述电路基板的前述相对面的一侧向前述另一个表面的一侧延伸。

前述筒状部的轴向也可以与前述电动机的轴向大致平行。

也可以具有旋转冲击机构，其以前述电动机作为驱动源，可以利用旋转冲击力对前端工具施加扭矩。

前述电动机也可以是无刷DC电动机。

也可以具有壳体，其收容前述电动机及前述电路基板，前述定子线圈及前述电路基板固定在前述壳体内。

此外，上述构成要素的任意组合，除了在方法或系统等之间改变本发明的表达之外，也有效地作为本发明的方式。

发明的效果

根据本发明，由于使定子线圈的引出部具有松弛性结构，因此可以降低定子线圈从电路基板的断线风险。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的电动工具的内部结构的侧剖面图。

图2是表示图1的定子线圈和逆变器电路基板的连接构造的侧视图。

图3是从后方观察该连接构造的后视图。

图4是表示图1所示的电动机的驱动控制系统的电路结构的模块图。

图5是现有技术中的逆变器电路基板和电动机的定子的侧视图。

图6是其后视图。

具体实施方式

下面，一边参照附图一边对本发明的最佳实施方式进行详述。此外，对于各附图中示出的相同或同等构成要素、部件、处理等标注相同的标号，适当地省略重复的说明。另外，实施方式并不是限定本发明，而仅是例示，在实施方式中记载的所有特征及其组合不一定是本发明的本质。

图1是表示本发明的实施方式涉及的电动工具1的内部结构的侧剖面图。电动工具1例如是冲击起子机。在冲击起子机中对前端工具进行旋转驱动的结构，可以是公知的结构，下面对一个例子进行说明。

电动工具1以可充电的蓄电池39作为电源，将电动机3作为驱动源而驱动旋转冲击机构21，对作为输出轴的砧座30施加旋转力和冲击力，向保持在由套筒31覆盖的安装孔30a中的起子头等未图示的前端工具间歇地传递旋转冲击力，进行螺钉紧固或螺栓紧固等作业。

无刷DC式（例如4极6线圈、2极3线圈等）的电动机3，收容在壳体2的筒状主体部2a内，该壳体2侧视形成大致T字形状。电动机3的旋转轴3e可旋转地由设置在壳体2的主体部2a的中央部附近的轴承19a（轴承部件）、和后端侧的轴承19b（轴承部件）保持。在电动机3的前方设置旋转风扇13，其与旋转轴3e同轴地安装，与电动机3同步旋转，在电动机3的后方设置逆变器电路基板4，其用于驱动电动机3。由旋转风扇13引起的空气流，从在壳体2的主体部2a的后侧形成的空气取入口17，及在逆变器电路基板4周围的壳体部分上形成的未图示的空气取入口进入主体部2a的内部，主要以通过转子3a和定子铁芯3b之间的方式进行流动，进而从旋转风扇13的后方吸引而向旋转风扇13的半径方向流动，从在旋转风扇13周围的壳体部分上形成的未图示的空气排出口向壳体2的外部排出。

逆变器电路基板4是与电动机3的外形大致相同直径的圆环状多层基板，在逆变器电路基板4上搭载FET（Field Effect Transistor）等多个开关元件5、霍尔IC等位置检测元件、以及其他电子元件。在转子3a和轴承19b之间设置塑料制的衬垫35。衬垫35的形状为大致圆筒形，为了将轴承19b和转子3a之间的间隔保持为固定而配置。

在从壳体2的主体部2a大致直角地一体地延伸的柄部2b内的上部设置扳机开关6，在扳机开关6的下方设置开关基板7。在柄部2b内的下部收容控制电路基板8，其具有利用扳机6a的按压动作控制前述电动机3的速度的功能，该控制电路基板8与蓄电池39和扳机开关6电气地连接。控制电路基板8经由信号线12与逆变器电路基板4连接。在柄部2b的下方的蓄电池安装部2c上，可拆装地安装蓄电池39，其由镍镉电池、锂离子电池等构成。

旋转冲击机构21具有行星齿轮减速机构22、心轴27和电锤24，后端由轴承20保持，前端由金属轴承29保持。如果按压扳机开关6而使电动机3起动，则电动机3开始向由正反切换杆10设定的方向旋转，其旋转力由行星齿轮减速机构22减速而向心轴27传递，心轴27以规定的速度进行旋转驱动。在这里，心轴27和电锤24由凸轮机构连结，该凸轮机构由V字状的心轴凸轮槽25、电锤凸轮槽28和滚珠26构成，该V字状的凸轮槽25在心轴27的外周面上形成，该电锤凸轮槽28在电锤24的内周面上形成，滚珠26与这些凸轮槽25、28卡合。

电锤24始终由弹簧23向前方预紧，在静止时由于滚珠26和凸轮槽25、28的卡合而位于与砧座30的端面隔着间隙的位置。并且，在电锤24和砧座30的相对的旋转平面上的两个部位上，分别对称地形成未图示的凸部。

如果心轴27进行旋转驱动，则其旋转经由凸轮机构向电锤24传递，在电锤24还未旋转一半时，电锤24的凸部与砧座30的凸部卡合而使砧座30旋转，但如果由于此时的卡合反作用力而在心轴27和电锤24之间产生相对旋转，则电锤24沿凸轮机构的心轴凸轮槽25，一边将弹簧23压缩一边向电动机3侧开始后退。

并且，如果由于电锤24的后退运动使电锤24的凸部越过砧座30的凸部而解除二者的卡合，则电锤24在心轴27的旋转力的基础上，利用存储在弹簧23内的弹性能和凸轮机构的作用向旋转方向及前方急速地加速，并且利用弹簧23的预紧力向前方移动，其凸部与砧座30的凸部再次卡合而一体地开始旋转。此时，由于在砧座30上施加强大的旋转冲击力，因此经由安装在砧座30的安装孔30a中的未图示的前端工具向螺钉传递旋转冲击力。以后，反复进行相同的动作而从前端工具向螺钉间歇地反复传递旋转冲击力，例如，将螺钉旋入木材等未图示的被结合材料中。此外，灯51对前端工具的前端侧和被结合材料进行照明。

图2是表示图1的定子线圈3c和逆变器电路基板4的连接构造的侧视图。图3是从后方观察该连接构造的后视图。本图所示的连接构造是与现有技术不同的本实施方式的特征之一。

定子线圈3c具有线圈主体部37和引出部38。线圈主体部37产生对图1所示的转子磁体3d施加的磁场。引出部38从线圈主体部37引出，与逆变器电路基板4电气地连接。

逆变器电路基板4与图1所示的电动机3的旋转轴3e垂直，其一个表面是与线圈主体部37相对的面，另一个表面是非相对面。逆变器电路基板4，例如是由环氧玻璃基板（使玻璃纤维在环氧树脂中固化）构成的多层基板，成为与定子铁芯3b的外径大致相同的直径的大致圆环状。

绝缘体15是将定子铁芯3b、定子线圈3c及逆变器电路基板4绝缘的部件，具有筒状部15a，其从定子铁芯3b朝向逆变器电路基板4以筒状（例如圆筒状）延伸。筒状部15a的轴向与电动机3的旋转轴3e的方向大致平行。在筒状部15a的端部固定逆变器电路基板4。具体地说，在逆变器电路基板4的周围形成4个安装孔，由贯穿该安装孔的螺钉18将逆变器电路基板4螺合固定在绝缘体15上。因此，逆变器电路基板4相对于定子成为固定状态。在逆变器电路基板4的中央形成孔4a，其用于使电动机3的旋转轴3e及衬垫35穿过，6个开关元件5以包围孔4a的方式，以直立的状态安装在逆变器电路基板4上。

绝缘体15的筒状部15a在侧面具有切口部14（或开口部）。切口部14设置在下述位置，即，与设置在壳体2的主体部2a上的空气取入用的未图示的开口（空气取入口）相对。定子线圈3c的引出部38穿过切口部14而从筒状部15a的内侧向外侧伸出，经由逆变器电路基板4的外侧，从逆变器电路基板4的前述相对面（与线圈主体部37相对的一面）的一侧向前述非相对面的一侧延伸，在前述非相对面的一侧弯曲（折回）而插入逆变器电路基板4的贯穿孔中，利用例如由焊锡形成的钎焊与逆变器电路基板4电气地连接。这样，引出部38并不是以最短距离将线圈主体部37与逆变器电路基板4连接，而是具有松弛性结构。使其具有松弛性结构的方法有多种，在图2及图3的例子中，引出部38在逆变器电路基板4的前述非相对面的一侧，远离前述非相对面而产生松弛。

电动机3的驱动控制系统的结构和作用可以如公知所示，使用图4对一个例子进行说明。图4是表示电动机的驱动控制系统的结构的模块图。在本实施方式中，电动机3由3相无刷DC电动机构成。该无刷DC电动机是所谓的内转子型，具有：转子3a，其包含转子磁体3d而构成，该转子磁体3d包含多组（在本实施方式中为2组）N极和S极；定子，其包含由星形连接的3相定子线圈U、V、W构成的定子线圈3c及定子铁芯3b；以及3个位置检测元件42，其为了检测转子3a的旋转位置而在圆周方向上每隔规定的间隔，例如每隔60°角度配置。基于来自这些位置检测元件42的旋转位置检测信号，控制向定子线圈U、V、W的通电方向和时间，使电动机3旋转。位置检测元件42设置在逆变器电路基板4上的与转子3a相对的位置上。

在搭载在逆变器电路基板4上的电子元件中，包含以3相桥接形式连接的FET等6个开关元件Q1~Q6。桥接的6个开关元件Q1~Q6的各栅极与搭载在控制电路基板8上的控制信号输出电路46连接，6个开关元件Q1~Q6的各漏极或各源极与星形连接的定子线圈U、V、W连接。由此，6个开关元件Q1~Q6根据从控制信号输出电路46输入的开关元件驱动信号（H4、H5、H6等驱动信号）进行开关动作，将施加在逆变器电路47上的蓄电池39的直流电压，作为3相（U相、V相及W相）电压Vu、Vv、Vw向定子线圈U、V、W供给电力。

通过将驱动6个开关元件Q1~Q6的各栅极的开关元件驱动信号（3相信号）中的驱动3个负电源侧开关元件Q4~Q6的信号作为脉冲宽度调制信号（PWM信号）H4、H5、H6而供给，利用搭载在控制电路基板8上的运算部41，基于扳机开关6的扳机操作量（行程）的检测信号，使PWM信号的脉冲宽度（占空比）变化，从而调整向电动机3的电力供给量，控制电动机3的起动/停止和旋转速度。

在这里，通过向逆变器电路47的正电源侧开关元件Q1~Q3或负电源侧开关元件Q4~Q6中的某一组供给PWM信号，使开关元件Q1~Q3或开关元件Q4~Q6快速开关，而对从蓄电池39的直流电压向各定子线圈U、V、W供给的电力进行控制。此外，在本实施方式中，由于向负电源侧开关元件Q4~Q6供给PWM信号，因此可以通过控制PWM信号的脉冲宽度，调整向各定子线圈U、V、W供给的电力，从而控制电动机3的旋转速度。

在电动工具1中设置正反切换杆10，其用于切换电动机3的旋转方向，旋转方向设定电路50每当检测出正反切换杆10的变化时，切换电动机的旋转方向，将其控制信号发送至运算部41。运算部41未图示，但包含中央处理装置（CPU）、ROM、RAM、定时器等而构成，该中央处理装置用于基于处理程序和数据输出驱动信号，该ROM用于存储处理程序或控制数据，该RAM用于暂时存储数据。

控制信号输出电路46基于旋转方向设定电路50和转子位置检测电路43的输出信号形成驱动信号，该驱动信号用于使规定的开关元件Q1~Q6交替地开关，由控制信号输出电路46将该驱动信号输出。由此，对定子线圈U、V、W中的规定线圈交替地进行通电，使转子向设定的旋转方向旋转。在该情况下，施加在负电源侧开关元件Q4~Q6上的驱动信号，基于施加电压设定电路49的输出控制信号，作为PWM调制信号而输出。通过由电流检测电路48测定向电动机3供给的电流值，将该值反馈至运算部41而进行调整，以成为设定的驱动电力。此外，PWM信号也可以施加在正电源侧开关元件Q1~Q3上。

根据本实施方式，可以实现下述效果。

（1）由于成为使定子线圈3c的引出部38从逆变器电路基板4的外侧绕入而成型，以具有松弛性结构的状态钎焊在逆变器电路基板4上的结构，因此即使施加旋转冲击时的反作用力等外力，在钎焊部（连接部）上也不容易产生应力。也就是说，成为可以与引出部38的松弛相应地避免受力的构造，可以降低或消除定子线圈3c从逆变器电路基板4的断线风险。由此，可以实现使电动机乃至产品的寿命延长，且使可靠性提高的电动工具。

（2）由于成为冷却风从设置在壳体2的主体部2a上的空气取入用的未图示的开口，通过绝缘体15的侧面的切口部14而到达定子线圈3c的结构，因此冷却性能优良。也就是说，可以将定子线圈3c设置在作为风窗而起作用的切口部14的入口附近，通过靠近流速较高的冷却风可以有效地抑制定子线圈3c的温度上升。

以上以实施方式为例对本发明进行了说明，但对于实施方式的各构要素及各处理过程，本领域的技术人员可以根据理解在权利要求书所述的范围内进行各种变形。下面，对变形例进行简述。

定子线圈3c的引出部38也可以通过设置在逆变器电路基板4上的穿过用贯穿孔（是与利用钎焊等连接引出部38的贯穿孔不同的贯穿孔，可以是图3的孔4a，也可以是分开地设置的贯穿孔），从逆变器电路基板4的前述相对面（与线圈主体部37相对的表面）的一侧向前述非相对面的一侧延伸而折回。或者，定子线圈3c的引出部38也可以经由定子铁芯3b、绝缘体15及逆变器电路基板4的外侧，从逆变器电路基板4的前述相对面的一侧向前述非相对面的一侧延伸而折回。并且，定子线圈3c的引出部38只要具有松弛性结构即可，也可以从逆变器电路基板4的前述相对面的一侧直接插入连接用贯穿孔中而进行钎焊等。

电动机只要具有定子线圈即可，也可以是具有换向器的有刷电动机。

电动工具只要是将具有定子线圈的电动机作为驱动源的装置即可，并不限于电动起子等紧固器，也可以广泛地用于例如便携式圆盘锯、便携式滑翔机、便携式电锤·电锤钻等其他电动工具。

Claims

1.一种电动工具，其特征在于，

具有电动机和电路基板，该电动机具有定子线圈，

前述定子线圈具有：线圈主体部；以及引出部，其从前述线圈主体部引出，与前述电路基板电气地连接，

使前述引出部具有松弛性结构。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

前述电路基板的一个表面，是与前述线圈主体部相对的相对面，

前述引出部从前述电路基板的前述相对面一侧向另一个表面一侧延伸，在前述另一个表面一侧弯曲而与前述电路基板连接。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

前述引出部，其前述电路基板的前述另一个表面一侧的至少一部分，远离前述另一个表面而产生松弛。

4.根据权利要求2或3所述的电动工具，其特征在于，

具有绝缘体，其具有从定子铁芯向前述电路基板以筒状延伸的筒状部，

在前述筒状部的端部固定前述电路基板，

前述筒状部在侧面上具有切口或开口，

前述引出部通过前述切口或前述开口，从前述筒状部的内侧向前述电路基板的外侧伸出，从前述电路基板的前述相对面一侧向前述另一个表面一侧延伸。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，

前述筒状部的轴向与前述电动机的轴向大致平行。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电动工具，其特征在于，

具有旋转冲击机构，其以前述电动机作为驱动源，可以利用旋转冲击力对前端工具施加扭矩。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电动工具，其特征在于，

前述电动机是无刷DC电动机。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电动工具，其特征在于，

具有壳体，其收容前述电动机及前述电路基板，前述定子线圈及前述电路基板固定在前述壳体内。