CN107591922B - 电动工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不增大线材的线径便能够实现无刷电机的高输出化的电动工具。在以无刷电机为驱动源的充电式链锯中，定子(20)的绕线方式为4个槽的各相中的线圈采用2个串联2个并联的方式，以使得在每相的槽数为N、每相的线圈的串联数为A且每相的线圈的并联数为B时，N＝A×B的关系成立，其中，N为3以上10以下的自然数，A为1以上的自然数，B为2以上的自然数。

Description

电动工具
技术领域
本发明涉及一种以无刷电机为驱动源的电动工具。
背景技术
在链锯等电动工具中，经常使用比换向器电机耐久性高且结构紧凑的无刷电机作为驱动源。例如，如专利文献1公开所示，该无刷电机中，将线材依次卷绕在设置于定子的齿上而形成三相的线圈，并进行三角形连接，并将各相间的线材的端部连接于由开关元件构成的开关电路，另一方面，由设置于传感器电路基板的旋转检测元件检测出转子的旋转位置，获得检测信号的处理部根据该旋转位置通过栅极驱动器使开关元件进行开关动作，以使转子旋转。这里的定子是将每相各4个线圈串联连接于12个齿的定子。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本发明专利公开公报特开2016-93132号
发明内容
【发明所要解决的问题】
在像这样的无刷电机中，在根据需要来实现高输出化的情况下，可以考虑通过增大卷绕在定子上的线材的线径来减少线圈的匝数。但是，采用线径较大的线材会导致生产效率降低，而且还会导致槽内的无用空间增多，即，占空系数(space factor)的降低导致电机性能的降低。另外，若使用槽数较多的定子，则会导致线圈间的搭接线的重叠部分增多，可能会产生因振动引起的绝缘涂层的损伤，并且，因向外的鼓起还会阻碍结构的紧凑化。
因此，本发明的目的在于提供一种不增大线材的线径便能够实现无刷电机的高输出化的电动工具。
【用于解决问题的技术手段】
为了达成上述目的，本发明的技术方案1为：一种电动工具，其以无刷电机为驱动源，其中，所述无刷电机包括：定子，其上卷绕有三相的线圈；和转子，所述定子的所述线圈的绕线方式为：在每相的槽数为N、每相的线圈的串联数为A且每相的线圈的并联数为B时，N＝A×B的关系成立，其中，N为3以上10以下的自然数，A为1以上的自然数，B为2以上的自然数。
在技术方案1的基础上，本发明的技术方案2为：无刷电机为在定子的外周配置圆筒状的转子的外转子电机，其中，所述定子上呈放射状突出设置有用于卷绕线圈的多个齿。
在技术方案1或2的基础上，本发明的技术方案3为：在槽数N为4、串联数A为2且并联数B为2的绕线方式中，各相的线圈的端子线以间隔60°被交替拉出。
在技术方案1～3中任一项的基础上，本发明的技术方案4为：在串联数A为2以上的情况下的线圈间的搭接线，在定子的轴向的前后两端面各相交替配置并且彼此不交叉。
【发明效果】
根据本发明，通过使各相的线圈以A串联B并联的方式形成，能够减小各相的电阻，从而实现高输出化。尤其是，由于减小了线材的线径，因此，能够维持各齿间的槽内的占空系数，而且，即使增加匝数，也能够抑制向外的鼓起，从而维持紧凑化。
附图说明
图1是充电式链锯的俯视图。
图2是沿图1的A-A线的放大剖视图。
图3是沿图1的B-B线的放大剖视图。
图4是表示定子的绕线方式的说明图，其中，(A)表示接线侧，(B)表示反接线侧。
图5是无刷电机的控制系统的电路图。
图6是表示绕线方式的变形例的说明图，其中，(A)表示接线侧，(B)表示反接线侧。
图7是表示绕线方式的变形例的说明图，其中，(A)表示接线侧，(B)表示反接线侧。
图8是表示槽数、串联数、并联数的组合的表。
【附图标记说明】
1：充电式链锯；2：壳体；4：无刷电机；5：电池组；14：控制器；15：控制电路基板；20：定子；21：转子；22：旋转轴；23：定子铁芯；24：绝缘体；25：线圈；28：齿；37～39：搭接线；40：位置检测电路；41：控制电路；42：驱动电路；43：转子铁芯；44：磁铁。
具体实施方式
下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示作为电动工具的一个例子的充电式链锯(以下仅称为“链锯”)的俯视图，图2是沿A-A线的放大剖视图，图3是沿B-B线的放大剖视图。该链锯1中，通过多个螺钉3、3…将左右的半壳2a、2b组装而形成壳体2，在壳体2的前部横向收装有无刷电机4，在壳体2的后部左右具有能够拆装的一对电池组5、5。在壳体2的前部右侧表面设置有向前方突出的导杆6，在导杆6与设置于无刷电机4的旋转轴22的链轮7之间拉伸设置有环状的锯链(图示省略)。导杆6的基端部和链轮7被链轮罩8罩住。9表示设置于壳体2的前部上表面的防护板，10表示设置于该防护板9的后方的前把手。
在壳体2的后部设置有向后方形成为环状的后把手11，在后把手11的内周上侧设置有开关12和通过按压操作使开关12接通的扳机13。在壳体2的中央部，于电池组5、5的下方设置有搭载了控制电路基板15的控制器14。在电池组5、5的前方，于壳体2的上表面设置有用于显示左右的电池组5、5的剩余量的显示部16。
无刷电机4为在固定于壳体2的定子20的外侧具有转子21的外转子电机，转子21能够在壳体2内与沿左右方向配置的旋转轴22一起旋转。
定子20具有定子铁芯23、绝缘体24、24和多个线圈25、25…。定子铁芯23由磁性材料形成，且由圆筒状的基部26和多个(这里为12个)齿28、28…构成，其中，圆筒状的基部26具有对边宽度相等的通孔27；多个齿28、28…从基部26呈放射状突出设置。29表示以与通孔27同样形状贯穿基部26的通孔27且以不能够旋转的方式支承定子铁芯23的支承筒，该支承筒29被保持于有底筒状的杯形部件30的中心，其中，杯形部件30从右侧与半壳2a组装在一起。旋转轴22以能够旋转的方式被设置于半壳2a的轴承31和设置于支承筒29的轴承32所支承。
绝缘体24由树脂材料形成，又如图4所示，具有环状的中心部33和T字状的放射部34、34…，且设置于定子铁芯23的两端面，其中，中心部33覆盖定子铁芯23的基部26的除通孔27以外的端面；放射部34、34…与中心部33相连设置且覆盖各齿28的端面。在各中心部33分别突出设置有：一对突起35、35，其从各放射部34的根部两侧突出；和环状的突筋36，其位于该一对突起35、35的内侧。
线圈25的U相(U1相、U2相)、V相(V1相、V2相)、W相(W1相、W2相)的各相通过将线材分别卷绕在定子铁芯23的4个齿28、28…上而分别形成。利用对各齿28标记编号T1～T12的图4的定子铁芯23和定子20来对这里的各相的线圈25的绕线方式示意性地进行说明。这里，图4中的(A)表示接线侧，图4中的(B)表示反接线侧，圆圈内+表示将线材向进入纸面方向卷绕的绕线方向，圆圈内黑圆点表示将线材向从纸面出来方向卷绕的绕线方向。
首先，在接线侧将线材卷绕在齿T1上(例如，20圈)之后，在反接线侧将由实线所示的搭接线37(下面，为了区分相之间的彼此的搭接线，如“37V1”那样来表示，其他相也相同)从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T4，并卷绕在齿T4上，从而串联形成由双点划线所示的V1相的2个线圈V1、V1。线圈的末端被从齿T4、T5间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T5上之后，在反接线侧将由虚线所示的搭接线38W1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T8，并卷绕在齿T8上，从而串联形成由双点划线所示的W1相的2个线圈W1、W1。线圈的末端被从齿T8、T9间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T9上之后，在反接线侧将由点划线所示的搭接线39U1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T12，并卷绕在齿T12上，从而串联形成由双点划线所示的U1相的2个线圈U1、U1。线圈的末端被从齿T12、T1间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在齿T7上之后，在反接线侧将由实线所示的搭接线37V2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T10，并卷绕在齿T10上，从而串联形成由双点划线所示的V2相的2个线圈V2、V2。线圈的末端被从齿T10、T11间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T11上之后，在反接线侧将由虚线所示的搭接线38W2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T2，并卷绕在齿T2上，从而串联形成由双点划线所示的W2相的2个线圈W2、W2。线圈的末端被从齿T2、T3间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T3上之后，在反接线侧将由点划线所示的搭接线39U2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T6，并卷绕在齿T6上，从而串联形成由双点划线所示的U2相的2个线圈U2、U2。线圈的末端被从齿T6、T7间的槽中拉出。
然后，在接线侧，在齿T1、T12间的槽内，将V1相的线材的始端和U1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成V1U1线。
同样，在齿T6、T7间的槽内，将V2相的线材的始端和U2相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成V2U2线。
同样，在齿T4、T5间的槽内，将W1相的线材的始端和V1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成W1V1线。
同样，在齿T10、T11间的槽内，将W2相的线材的始端和V2相的线材的末端组合而形成W2V2线。
同样，在齿T8、T9间的槽内，将U1相的线材的始端和W1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成U1W1线。
同样，在齿T2、T3间的槽内，将U2相的线材的始端和W2相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成U2W2线。
这样形成的6个端子线中，V1U1线被从齿T1、T12间，V2U2线被从齿T6、T7间，W1V1线被从齿T4、T5间，W2V2线被从T10、T11间，U1W1线被从齿T8、T9间，U2W2线被从齿T2、T3间分别以60°间隔自定子20拉出，同相的各端子线以180°间隔被拉出。
图5是由控制电路基板15构成的无刷电机4的控制系统的电路图，定子20的端子线连接于由用于切换各相的电压的6个开关元件构成的开关电路。具体而言，U1W1线和U2W2线连接于开关元件UH和UL之间，V1U1线和V2U2线连接于开关元件VH和VL之间，W1V1线和W2V2线连接于开关元件WH和WL之间。
因此，根据该绕线方式，每相各4个线圈25分别以2个串联2个并联进行三角形连接。在图5中，40表示位置检测电路，其根据各相的线圈25的感应电压检测出转子21的旋转位置。41表示由微型计算机等构成的控制电路，42表示各开关元件UH、UL…的驱动电路，获得来自位置检测电路40的旋转位置检测信号的控制电路41通过驱动电路42使各开关元件UH、UL…进行接通/断开动作。
并且，转子21为有底筒状，其以同轴的方式固定安装于旋转轴22，且从左侧覆盖定子20，在位于线圈25的外侧且由层压钢板构成的筒状的转子铁芯43的内周配置有圆筒状的磁铁44，其中，磁铁44被磁化成交替显示出N极和S极。
另外，在转子21的有底部一体形成有轴流风扇45，其将从形成于壳体2的左侧表面的吸气口46、46(图1)吸入的空气从形成于壳体2的前表面的排气口47、47(图1)排出，由此使空气通过定子20与转子21之间，从而能够冷却无刷电机4。
旋转轴22的右端部贯穿右侧的半壳2b而向链轮罩8内突出，链轮7以同轴的方式固定安装于旋转轴22的顶端。
在如上构成的链锯1中，若按压操作扳机13而使开关12进行接通动作，则电池组5、5的电源被提供给无刷电机4的定子20的线圈25、25…，从而使转子21旋转。即，控制器14的控制电路41根据由位置检测电路40获得的转子21的旋转位置，通过驱动电路42使开关元件UH、UL…进行开关动作，依次向三相的线圈25通电，由此使转子21旋转。
若转子21旋转，则旋转轴22也一体旋转，从而使链轮7旋转，因此，锯链沿导杆6的外周旋转，从而能够对被切割件进行切割。
这样，根据上述方式的链锯1，定子20的线圈25的绕线方式为：4个槽的各相中的线圈采用2个串联2个并联的方式，以使得以每相的槽数为N、每相的线圈25的串联数为A且每相的线圈25的并联数为B时，N＝A×B的关系(其中，N为3以上10以下的自然数，A为1以上的自然数，B为2以上的自然数)成立，因此，能够减小各相的电阻，以实现高输出化。尤其是，由于减小了线材的线径(例如，从现有技术中的φ1.3减小到φ0.8)，因此，能够维持各齿28、28间的槽内的占空系数，而且，即使增加匝数，也能够抑制向外的鼓起，以维持紧凑化。
另外，在上述方式中，由于将定子20的各相的线圈25、25间的搭接线37～39仅设置在反接线侧，因此，搭接线37～39交叉，但是也可以采用搭接线不交叉的绕线方式。下面，利用图6对该绕线方式进行说明。这里，图6中的(A)也表示接线侧，图6中的(B)也表示反接线侧。
首先，在将线材卷绕在齿T1上(例如，20圈)之后，在反接线侧将由实线所示的搭接线37V1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T4，并卷绕在齿T4上，从而串联形成由双点划线所示的V1相的2个线圈V1、V1。线圈的末端被从齿T4、T5间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T5上之后，在反接线侧将由虚线所示的搭接线38W1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T8，并卷绕在齿T8上，从而串联形成由双点划线所示的W1相的2个线圈W1、W1。线圈的末端被从齿T8、T9间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T9上之后，在反接线侧将由点划线所示的搭接线39U1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T12，并卷绕在齿T12上，从而串联形成由双点划线所示的U1相的2个线圈U1、U1。线圈的末端被从齿T12、T1间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在齿T7上之后，在接线侧将由实线所示的搭接线37V2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T10，并卷绕在齿T10上，从而串联形成由双点划线所示的V2相的2个线圈V2、V2。线圈的末端被从齿T10、T11间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T11上之后，在接线侧将由虚线所示的搭接线38W2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧送至齿T2，并卷绕在齿T2上，从而串联形成由双点划线所示的W2相的2个线圈W2、W2。线圈的末端被从齿T2、T3间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在相邻的齿T3上之后，在接线侧将由点划线所示的搭接线39U2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T6，并卷绕在齿T6上，从而串联形成由双点划线所示的U2相的2个线圈U2、U2。线圈的末端被从齿T6、T7间的槽中拉出。
然后，在接线侧，在齿T1、T12间的槽内，将V1相的线材的始端和U1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成V1U1线。
同样，在齿T6、T7间的槽内，将V2相的线材的始端和U2相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成V2U2线。
同样，在齿T4、T5间的槽内，将W1相的线材的始端和V1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成W1V1线。
同样，在齿T10、T11间的槽内，将W2相的线材的始端和V2相的线材的末端组合而形成W2V2线。
同样，在齿T8、T9间的槽内，将U1相的线材的始端和W1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成U1W1线。
同样，在齿T2、T3间的槽内，将U2相的线材的始端和W2相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成U2W2线。
这样形成的6个端子线中，V1U1线被从齿T1、T12间，V2U2线被从齿T6、T7间，W1V1线被从齿T4、T5间，W2V2线被从T10、T11间，U1W1线被从齿T8、T9间，U2W2线被从齿T2、T3间分别以60°间隔自定子20拉出，同相的各端子线以180°间隔被拉出。
这样，通过将各相的2个线圈25、25间的搭接线37～39交替配置于接线侧和反接线侧，由此使所有的搭接线37～39不交叉便能够卷绕线圈25、25…。因此，使搭接线37～39上因振动而引起绝缘涂层损伤的可能性骤减。
接着，利用图7对搭接线不交叉的不同的绕线方式进行说明。
首先，在将线材卷绕在齿T1上(例如，20圈)之后，在反接线侧将由实线所示的搭接线37V1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T10，并卷绕在齿T10上，从而串联形成由双点划线所示的V1相的2个线圈V1、V1。线圈的末端被从齿T10、T11间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在齿T5上之后，在反接线侧将由虚线所示的搭接线38W1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T2，并卷绕在齿T2上，从而串联形成由双点划线所示的W1相的2个线圈W1、W1。线圈的末端被从齿T2、T3间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在齿T9上之后，在反接线侧将由点划线所示的搭接线39U1从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T6，并卷绕在齿T6上，从而串联形成由双点划线所示的U1相的2个线圈U1、U1。线圈的末端被从齿T6、T7间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在齿T7上之后，在接线侧将由实线所示的搭接线37V2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T4，并卷绕在齿T4上，从而串联形成由双点划线所示的V2相的2个线圈V2、V2。线圈的末端被从齿T4、T5间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在齿T11上之后，在接线侧将由虚线所示的搭接线38W2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T8，并卷绕在齿T8上，从而串联形成由双点划线所示的W2相的2个线圈W2、W2。线圈的末端被从齿T8、T9间的槽中拉出。
接着，在将线材卷绕在齿T3上之后，在接线侧将由点划线所示的搭接线39U2从突起35、35之间穿过突筋36的外侧而送至齿T12，并卷绕在齿T12上，从而串联形成由双点划线所示的U2相的2个线圈U2、U2。线圈的末端被从齿T12、T1间的槽中拉出。
然后，在接线侧，在齿T1、T12间的槽内，将V1相的线材的始端和U2相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成V1U2线。
同样，在齿T6、T7间的槽内，将V2相的线材的始端和U1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成V2U1线。
同样，在齿T4、T5间的槽内，将W1相的线材的始端和V2相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成W1V2线。
同样，在齿T10、T11间的槽内，将W2相的线材的始端和V1相的线材的末端组合而形成W2V1线。
同样，在齿T8、T9间的槽内，将U1相的线材的始端和W2相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成U1W2线。
同样，在齿T2、T3间的槽内，将U2相的线材的始端和W1相的线材的末端组合并用聚烯烃管等集束而形成U2W1线。
这样形成的6个端子线中，V1U2线被从齿T1、T12间，V2U1线被从齿T6、T7间，W1V2线被从齿T4、T5间，W2V1线被从T10、T11间，U1W2线被从齿T8、T9间，U2W1线被从齿T2、T3间分别以60°间隔自定子20拉出，同相的各端子线以180°间隔被拉出。
在该变形例中，通过将各相的2个线圈25、25间的搭接线37～39交替配置于接线侧和反接线侧，来使所有的搭接线37～39不交叉便能够卷绕线圈25、25…。因此，使搭接线37～39上因振动而引起绝缘涂层损伤的可能性骤减。
另外，在上述实施方式和变形例中，各相的槽数为4，各相的线圈的串联数为2，并联数为2，但是，本发明并不局限于此，可以根据图8所示的表来选择上述的N(每相的槽数)＝A(每相的线圈的串联数)×B(每相的线圈的并联数)成立的关系。例如，在如上述方式所示，每相的槽数N为4的定子的情况下，除串联数为2，并联数为2以外，也可以考虑串联数为1，并联数为4。
此外，在上述实施方式中，定子的绕线方式为三角形连接，但是，也可以适用Y连接(星形连接)。另外，即使无刷电机为内转子电机，也没有问题。再者，关于转子的旋转位置的检测，可以不采用非传感器方式，而采用搭载了霍尔元件等旋转检测元件的传感器电路基板来进行。
并且，电动工具也并不局限于链锯，本发明也可以适用于割草机和填缝枪等其他种类的工具。

Claims (2)

1.一种电动工具，其以无刷电机为驱动源，其中，所述无刷电机包括：定子，其上卷绕有三相的线圈；和转子，其特征在于，
所述定子的所述线圈的绕线方式为：
在每相的槽数为N、每相的线圈的串联数为A且每相的线圈的并联数为B时，N＝A×B的关系成立，其中，N为3以上10以下的自然数，A为1以上的自然数，B为2以上的自然数，
在所述串联数A为2以上情况下的所述线圈间的搭接线在所述定子的轴向的前后两端面各相交替配置并且彼此不交叉，
所述无刷电机为在定子的外周配置圆筒状的转子的外转子电机，其中，所述定子上呈放射状突出设置有用于卷绕所述线圈的多个齿。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
在所述槽数N为4、所述串联数A为2且所述并联数B为2的绕线方式中，各相的所述线圈的端子线以60°间隔被交替拉出。
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