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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Motor, welcher einen Lüfter hat, und ein elektrisch angetriebenes Werkzeug, welches den Motor verwendet.
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HINTERGRUND
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Ein bürstenloser Motor wird als eine Antriebsquelle in einem elektrisch angetriebenen Werkzeug, wie beispielsweise ein Schlagbohrer, verwendet. Um den Nachfragen nach bürstenlosen Motoren, welche klein sind und eine hohe Ausgabe haben, zu genügen, werden Neodym-Magnete in vielen Fällen als Magnete für Rotoren verwendet. Zusätzlich ist ein Kühllüfter an einer Welle von einem solchen bürstenlosen Motor angebracht. Siehe beispielsweise
JP-A-2009-72889 und
JP-A-2010-99823 .
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UMRISS
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In den jüngsten Jahren ist der Preis von Neodym-Magneten angestiegen, wodurch das Bestreben zur Herstellung von kostengünstigen elektrisch angetriebenen Werkzeugen gestört ist. Wenn andere kostengünstige Magnete anstelle von Neodym-Magneten verwendet werden, muss, obwohl die Produktionskosten reduziert sind, ein Flächenbereich von einem Magneten erhöht werden, um eine gleiche Magnetflussgröße wie jene zu erlangen, welche durch einen Neodym-Magneten bereitgestellt wird. Somit, in einem Fall, bei welchem Aufbauten aus dem Stand der Technik übernommen werden, wird eine Größe eines Produktes groß.
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Daher stellen darstellhafte Aspekte der Erfindung einen bürstenlosen Motor, bei welchem, verglichen mit dem bürstenlosen Motor aus dem Stand der Technik, der Flächenbereich eines Magneten erhöht werden kann, ohne dass die Größe eines Produktes zunimmt, und ein elektrisch angetriebenes Werkzeug, welches den bürstenlosen Motor verwendet, bereit.
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Gemäß einem darstellhaften Aspekt der Erfindung, ist ein bürstenloser Motor bereitgestellt, welcher umfasst: eine Welle; einen Rotor, welcher an einem Außenumfang von der Welle bereitgestellt ist; einen Stator, welcher einen Magnetfluss-Erzeugungsabschnitt hat, welcher einer Außenumfangsfläche des Rotors gegenüberliegt; und einen Lüfter, welcher dazu ausgelegt ist, sich an einem Ende zusammen mit der Welle in einer Axialrichtung des Stators zu umdrehen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axialposition von einem Flügel des Lüfters und eine Axialposition von einem Permanentmagneten des Rotors zueinander nahe sind oder sich teilweise überlappen.
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Gemäß einem weiteren darstellhaften Aspekt der Erfindung ist ein elektrisch angetriebenes Werkzeug bereitgestellt, welches den bürstenlosen Motor gemäß dem zuvor genannten darstellhaften Aspekt als eine Antriebsquelle umfasst.
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Im Übrigen sind beliebige Kombinationen der zuvor genannten Bauelemente und Änderungen in der Schilderung von der Erfindung mit Bezug auf ein Verfahren und System ebenso als beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung wirksam.
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Gemäß den darstellhaften Aspekten der Erfindung wird es möglich, den Flächenbereich des Magneten, verglichen mit dem bürstenlosen Motor aus dem Stand der Technik, zu erhöhen, ohne die Größe eines Produktes zu erhöhen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine Seitenschnittansicht von einem bürstenlosen Motor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist eine vergrößerte Vorderansicht von einer Welle des bürstenlosen Motors;
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3 ist eine Vorderansicht des bürstenlosen Motors mit einem ausgelassenen Lüfter (eine von der Vorderseite betrachtete Ansicht);
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4 ist eine Rückansicht des Lüfters von dem bürstenlosen Motor (eine von der Rückseite betrachtete Ansicht);
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5 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnitts von einem elektrisch angetriebenen Werkzeug, in welchem der bürstenlose Motor einbezogen ist; und
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6 ist eine Seitenschnittansicht, welche einen Gesamtaufbau von einem Schlagbohrer gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Im Übrigen werden Bezugszeichen den gleichen oder ähnlichen Bauelementen oder Elementen gegeben, um somit, wenn geeignet, die Wiederholung von ähnlichen Beschreibungen auszulassen. Zusätzlich ist die beispielhafte Ausführungsform ein Beispiel von der Erfindung und dient nicht dazu, die Erfindung zu beschränken, und somit sind alle Eigenschaften, welche in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben sind, oder Kombinationen davon, nicht immer hinsichtlich der Erfindung wesentlich.
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1 ist eine Seitenschnittansicht von einem bürstenlosen Motor 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine vergrößerte Vorderansicht von einer Welle 101 des bürstenlosen Motors 100. 3 ist eine Vorderansicht des bürstenlosen Motors 100, wobei ein Lüfter 110 ausgelassen ist (eine von der Vorderseite betrachtete Ansicht). In 3 ist die Darstellung von Statorspulen 109 ausgelassen. 4 ist eine Rückansicht des Lüfters 110 von dem bürstenlosen Motor 100 (eine von der Rückseite betrachtete Ansicht). 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einem Abschnitt von einem elektrisch angetriebenen Werkzeug, in welchem der bürstenlose Motor 100 einbezogen ist.
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In einem bürstenlosen Motor 100 ist eine Welle 101 durch Lager 102, 103, welche an einem Hauptkörpergehäuse 6 (5) angebracht sind, drehbar gelagert. Ein Rotorkern 105, welcher eine im Wesentlichen zylindrische Form hat und aus einem magnetischen Material erstellt ist, ist an der Welle 101 angebracht. Zusätzlich, wie in 2 gezeigt, sind Nieten (engl.: stakings) 118 (Konkav-Konvex-Abschnitte eines Vorsprungs und einer Aussparung, welche sich in einer axialen Richtung erstrecken) an vier Stellen an einer Außenumfangsfläche von der Welle 101 ausgebildet, und ist die Welle 101 in einem Mittendurchgangsloch in dem Rotorkern 105 eingepresst, wodurch der Rotorkern 105 an der Welle 101 fixiert ist. Im Übrigen kann ein Klebemittel zusätzlich dazu verwendet werden, um den Rotorkern 105 an der Welle 101 zu fixieren.
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Wie in 3 gezeigt, sind vier Durchgangslöcher 119 in dem Rotorkern 105 um eine Mittenachse dessen ausgebildet. Ein Permanentmagnet 106 ist in jedes der Durchgangslöcher 119 eingesetzt, um darin an Ort und Stelle fixiert zu werden. Der Rotorkern 105 und die Permanentmagnete 106 bilden einen Rotor 104. Ferner sind vier Luftlöcher 116 und vier Crimplöcher (crimping holes) 117 in dem Rotorkern 105 ausgebildet. Ein Statorkern 107 ist derart an dem Gehäuse 6 (5) angebracht, dass er einer Außenumfangsfläche des Rotorkerns 105 gegenüberliegt. Wie in 1 gezeigt, sind Statorspulen 109 über Isolatoren 108 (Isolierelemente) derart an dem Statorkern 107 bereitgestellt (herumgewickelt), dass Magnetfluss-Erzeugungsabschnitte aufgebaut werden. Ein Kühllüfter 110 (welcher beispielsweise aus Kunstharz erstellt ist), ist vor einem Stator bereitgestellt, welcher durch den Statorkern 107 und die Statorspulen 109 aufgebaut ist.
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Wie in 4 gezeigt, sind, in dem Lüfter 110, vorragende Abschnitte 114 an vier Stellen um ein Mittenloch 115 (ein Wellen-Einsetzloch) an einem Innenbasisabschnitt 111 ausgebildet. Die vorragenden Abschnitte 114 passen einzeln in die entsprechenden Durchgangslöcher 119 in dem Rotorkern 105, um eine Arretierung auszubilden. Flügel 112 des Lüfters 110 steigen von dem Innenbasisabschnitt 111 zur Rückseite auf (mit anderen Worten, haben die Flügel 112 eine Dicke von dem Innenbasisabschnitt 111 in Richtung zur Rückseite) und erstrecken sich von dem Innenbasisabschnitt 111 auswärts. Außenumfangs-Rückende-Abschnitte der Flügel 112 sind miteinander über einen Außenbasisabschnitt 113 verbunden.
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Wie in 5 gezeigt, wird Luft von einem Lufteinlassanschluss 120 in einer Rückseitenfläche des Gehäuses 6 eingesaugt, zwischen dem Rotorkern 105 und dem Statorkern 107 überführt, und dann aus Luftauslassanschlüssen 121 in einer Seitenfläche von einem Mittenabschnitt des Gehäuses 6 ausgestoßen.
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Wie in 1 gezeigt, sind Axialpositionen der Flügel 112 des Lüfters 110 in einer Axialrichtung von der Welle, und Axialpositionen des Rotorkerns 105 und der Permanentmagnete 106 in der Axialrichtung von der Welle teilweise miteinander überlappt. Zusätzlich stehen Innenkanten der Flügel 112 einer Außenumfangsfläche des Rotorkerns 105 nahe oder mit dieser in Kontakt. Gemäß diesem Aufbau, verglichen mit einem Aufbau (siehe beispielsweise ein in 6 gezeigtes Vergleichsbeispiel, welches später beschrieben wird), bei welchem Axialpositionen der Flügel 112 von Axialpositionen von einem Rotorkern 105 und Permanentmagneten 106 entfernt sind, erstrecken sich der Rotorkern 105 und die Permanentmagneten 106 derart, dass sie in den Lüfter 110 eingreifen, und können daher die Flächenbereiche der Magnete erhöht sein, ohne dass die Größe eines Produktes erhöht wird. Daher kann, sogar in dem Fall, bei welchem Samarium-Kobalt Magnete, welche, verglichen mit jenen aus Neodym, kostengünstig sind, anstelle von teuren Neodym-Magneten verwendet werden, eine Magnetflussgröße erlangt werden, welche gleich der Magnetflussgröße ist, welche durch die Neodym-Magnete erlangt werden kann. Ebenso kann, wenn die Axialpositionen der Flügel 112 des Lüfters 110 und die Axialpositionen des Rotorkerns 105 und der Permanentmagnete 106 zueinander nahe stehen oder miteinander in Kontakt stehen, die Wirkung der erhöhten Flächenbereiche der Magnete erlangt werden, obwohl nicht so umfangreich, als bei gegenseitiger Überlappung erlangt.
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6 ist eine Seitenschnittansicht, welche einen Gesamtaufbau von einem Schlagbohrer 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. Bei diesem Schlagbohrer 1 wird eine Batterie 2 als eine Leistungsversorgung verwendet, und wird ein bürstenloser Motor 3 als eine Antriebsquelle verwendet. Dann wird ein Dreh- und Hammer-Mechanismus durch den bürstenlosen Motor 3 zum Umdrehen und zum Hämmern von einem Amboss 4 angetrieben, um somit stoßweise eine Dreh-Hammer-Kraft an ein Spitzenwerkzeug (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein Antriebs-Bit, zu überführen, um somit beispielsweise eine Schrauben-Festzieh-Arbeit durchzuführen. Dieser bürstenlose Motor 3 hat den gleichen Aufbau wie jener des bürstenlosen Motors 100 von der beispielhaften Ausführungsform, mit der Ausnahme eines Aufbaus, bei welchem eine Hülse 32 zwischen den Flügeln 112 des Lüfters und dem Rotorkern 105 zwischengesetzt ist, wodurch die Axialpositionen der Flügel 112 von den Axialpositionen des Rotorkerns 105 und der Permanentmagnete 106 entfernt sind.
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Der bürstenlose Motor 3 und eine Inverter-Schaltplatine 5, welche den bürstenlosen Motor 3 antreibt und steuert, sind innerhalb eines Körperabschnitts 6A von einem Gehäuse 6 untergebracht. Ein Auslöseschalter 7, eine Schalter-Schaltplatine und ein Vorwärts- und Rückwärts-Dreh-Umschalthebel 9 sind in einem oberen Abschnitt von einem Griffstückabschnitt 6B bereitgestellt, welcher sich vom Körperabschnitt 6A des Gehäuses 6 einstückig nach unten erstreckt. Der Auslöseschalter 7 und die Schalter-Schaltplatine 8 sind dazu ausgelegt, die Speisung des bürstenlosen Motors 3 von der Batterie 2 ein- und auszuschalten, um den bürstenlosen Motor 3 zu starten und zu stoppen. Der Vorwärts- und Rückwärts-Dreh-Umschalthebel 9 ist dazu ausgelegt, Umdrehungen des bürstenlosen Motors 3 zwischen Vorwärts- und Rückwärts-Richtungen umzuschalten. Zusätzlich sind Ausgabe-Transistoren (FETs) 10 auf der Inverter-Schaltplatine 5 bereitgestellt.
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Eine Steuer-Schaltplatine 11 ist in einem unteren Abschnitt (ein Batterie-Anbringabschnitt) des Griffstückabschnitts 6B von dem Gehäuse 6 aufgenommen. Die Steuer-Schaltplatine 11 und die Inverter-Schaltplatine 5 sind über ein Flachkabel 12, welches sich von der Steuer-Schaltplatine 11 erstreckt, elektrisch verbunden.
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Bei dem Dreh- und Hammer-Mechanismus, welcher in einem Hammergehäuse 14 einbezogen ist, wird die Umdrehung von einer Ausgabewelle 3a des bürstenlosen Motors 3 mittels eines Planetengetriebe-Mechanismus 15 an eine Spindel 16 überführt, während die Drehgeschwindigkeit von der Ausgabewelle 3a reduziert wird, wodurch die Spindel 16 dazu angetrieben wird, sich bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu umdrehen. Ein Axialende (ein hinteres Ende) von der Spindel 16 ist über ein Lager 17 drehbar an einer Getriebeabdeckung 18 gelagert, und das weitere Ende (ein vorderes Ende) davon ist in einem Mittenabschnitt von dem Amboss 4 drehbar gehalten. Der Amboss 4 ist an einem vorderen Endabschnitt von dem Hammergehäuse 14 über ein Lagermetall 19 drehbar gelagert. Ein Hammer 20 ist drehbar an einem Außenumfang von der Spindel 16 gelagert, und die Spindel 16 und der Hammer 20 sind über einen Kurven-Mechanismus miteinander verbunden. Der Kurven-Mechanismus ist hier durch eine V-förmige Spindel-Kurvennut 16a, welche an einer Außenumfangsfläche von der Spindel 16 ausgebildet ist, eine V-förmige Hammer-Kurvennut 20a, welche an einer Innenumfangsfläche von dem Hammer 20 ausgebildet ist, und Kugeln 21, welche mit diesen Kurvennuten 16a, 20a in Eingriff stehen, aufgebaut. Zusätzlich ist der Hammer 20 durch eine Feder 22 stets in die Richtung eines distalen Endes (in 6 nach rechts) vorgespannt, und, wenn er in einem stationären Zustand ist, ist der Hammer 20 von einer Endfläche von dem Amboss 4 durch eine Ineingriffnahme der Kugeln 21 mit den Kurvennuten 16a, 20a entfernt positioniert. Es sind vorragende Abschnitte 20b, 4a jeweils symmetrisch an zwei Stellen an gegenüberliegenden Drehebenen von dem Hammer 20 und dem Amboss 4 ausgebildet.
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Wenn der Auslöseschalter 7 eingeschaltet ist, wird die Schalter-Schaltplatine 8 aktiviert, und wird der bürstenlose Motor 3 von der Batterie 2 gespeist, wodurch der bürstenlose Motor 3 aktiviert wird, während die Inverter-Schaltplatine 5 durch ein Steuersignal von der Steuer-Schaltplatine 11 aktiviert wird, wodurch der bürstenlose Motor 3 gesteuert wird. Dann wird die Umdrehung des bürstenlosen Motors 3 an die Spindel 16 überführt, während die Geschwindigkeit der Umdrehung durch den Planetengetriebe-Mechanismus 15 reduziert wird, wodurch die Spindel 16 zur Umdrehung angetrieben wird. Wenn die Spindel 16 zur Umdrehung angetrieben ist, wird deren Umdrehung über den Kurven-Mechanismus an den Hammer 20 überführt. Dann werden die vorragenden Abschnitte 20b von dem Hammer 20 mit den entsprechenden vorragenden Abschnitten 4a von dem Amboss 4 miteinander in Eingriff gebracht, um somit den Amboss 4 zu umdrehen, bevor sich der Hammer 20 um die Hälfte einer vollen Umdrehung umdreht. Wenn eine relative Umdrehung zwischen der Spindel 16 und dem Hammer 20 durch eine Ineingriffnahme-Reaktionskraft erzeugt ist, welche zum Zeitpunkt einer Ineingriffnahme der vorragenden Abschnitte 20b von dem Hammer 20 mit den vorragenden Abschnitten 4a von dem Amboss 4 erzeugt ist, beginnt der Hammer 20 damit, sich entlang der Spindel-Kurvennut 16a von dem Kurven-Mechanismus in Richtung zu dem bürstenlosen Motor 3 zurückzuziehen, während die Feder 22 komprimiert wird. Dann, wenn die vorragenden Abschnitte 20b von dem Hammer 20 über die entsprechenden vorragenden Abschnitte 4a von dem Amboss 4 herübergleiten, um somit die Ineingriffnahme zwischen ihnen freizugeben, resultierend aus der Rückzugbewegung des Hammers 20, wird der Hammer 20 mittels der Vorspannkraft von der Feder 22 nach vorne bewegt, während er in die Drehrichtung und nach vorne schnell beschleunigt wird, durch die elastische Energie, welche in der Feder 22 gespeichert ist, und die Wirkung von dem Kurven-Mechanismus, zusätzlich zu der Drehkraft von der Spindel 16. Dann werden die vorragenden Abschnitte 20b von dem Hammer 20 abermals mit den vorragenden Abschnitten 4a von dem Amboss 4 in Eingriff gebracht, um hierdurch eine Umdrehung zusammen mit dem Amboss 4 zu beginnen. Wenn dies auftritt, wird eine starke Dreh-Hammerkraft an den Amboss 4 angelegt, so dass die Dreh-Hammerkraft über das Spitzenwerkzeug (nicht gezeigt), welches an dem Amboss 4 angebracht ist, an eine Schraube (nicht gezeigt) überführt wird. Danach wird das gleiche Vorgehen wiederholt, wodurch die Dreh-Hammerkraft stoßweise und wiederholt von dem Spitzenwerkzeug an die Schraube überführt wird, so dass die Schraube in ein zu befestigendes Material, wie beispielsweise Holz, geschraubt wird.
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Somit, obwohl die Erfindung basierend auf der beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, kann der Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen auf die Bauelemente und die Verfahrensabläufe, welche in der beispielhaften Ausführungsform beschrieben sind, vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang, wie in den Ansprüchen beschrieben, abzuweichen. Im Folgenden wird ein modifiziertes Beispiel beschrieben.
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Ein Rotor 104 kann ein zylindrischer Magnet sein, welcher an einer Welle 101 angebracht ist, anstelle der Kombination von dem Rotorkern 105 und den Permanentmagneten 106. In diesem Fall sind Kerben oder ausgesparte Abschnitte in einem Endabschnitt von dem zylindrischen Magneten bereitgestellt, so dass sie an den vorragenden Abschnitten 114 des Lüfters 110 eingepasst sind, um hierdurch eine Verriegelung aufzubauen, um eine relative Umdrehung zwischen ihnen zu verhindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-72889 A [0002]
- JP 2010-99823 A [0002]
