JP2007082366A - 電動機、およびそれを備えた電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、樹脂モールドした電機子を有する電動機、およびそれを備えた電動工具において、樹脂モールド電機子の発熱、特にコイルの発熱を効率良く冷却することを目的とする。
【解決手段】樹脂モールド電機子２ａの発熱、特にコイル２ｅの発熱を効率よく冷却するために、コア２ｆのスロット２ｇ内に充填され、コイル２ｅを埋設するモールド樹脂充填層９ａの外周面に、スロット２ｇ毎に開口溝２ｊを設ける。モールド樹脂充填層９ａの成形に使用されるモールド金型は、４つのスライド方向（コアの半径方向）に離型可能な４つの部材から構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電機子のコアのスロット内に巻回されたコイルをモールド樹脂によって被覆した樹脂モールド電機子を有する電動機、およびそれを備えた電動工具に関する。

研削作業に用いられるディスクグラインダ等の携帯用電動工具においては、比較的に小形かつ軽量で、起動トルクが大きい整流子電動機が回転駆動源として使用されている。この電動工具において、整流子電動機を収納するモータハウジング部の回転軸方向一端側に回転軸の出力をグラインダ等の先端工具に伝達するギヤおよびスピンドル等を収納する動力伝達ハウジング部を設け、さらにモータハウジング部の回転軸方向他端側に駆動スイッチ等の電気回路を収納するハンドルハウジング部を設けたものが一般的である。

電動工具では、鉄材の研削屑や石材の切断屑などがハンドルハウジング部や動力伝達ハウジング部等に設けられた冷却用風窓を介してモータハウジング内に侵入し、電機子のコイル、特にコアスロットから突出する巻回コイルのエンド部を傷つけ、磨耗または断線させてしまうという問題がある。

この磨耗または断線の問題を防止するために、下記の特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示されるように、電機子のコアスロット内のコイル部およびコアスロット外のコイルエンド部を金型成形によりモールド樹脂層で被覆する技術が周知である。この技術によって電機子のコアスロット内のコイル部およびコアスロット外のコイルエンド部は、モールド樹脂層が被覆されるので、研削屑や切断屑等の侵入によるコイルの磨耗または断線を防止できる。また、この技術においてモールド樹脂として熱伝導性の良い材料を用いれば、冷却性能を低下させずに磨耗または断線を防止することができる。

特開平７−１２３６１８号公報 特開平８−１４０３１８号公報 特開平７−１２３６４２号公報

しかしながら、上記の樹脂モールド電機子は、一般にモールド金型の構造を簡単にして生産性を上げるため、また、電機子のコア外周面での風損を低減するために、図７に示すように、コイル２ｅが巻回されたコア２ｆのスロット内に充填したモールド樹脂層９ａをコア外周面と同一周面まで充填させ、コア２ｆの全円周面を平坦にしている。このため、電機子、特にコイル２ｅの冷却効果が低下し、コイル温度が上昇するという問題を生ずる。特に、電動工具では作業の状況から過負荷で使用される場合が多いため、過大なコイル温度の上昇を防止する必要がある。

従って、本発明の目的は、電機子コイルの冷却性能を向上させた樹脂モールド電機子を有する電動機を提供することにある。

本発明の他の目的は、電機子のコアスロット毎に開口溝を設けることによって冷却性能を向上させた樹脂モールド電機子を有する電動機を提供することにある。

本発明の他の目的は、量産性を低下させることなく、電機子のコアスロット毎に比較的任意な開口溝を設けることが可能な、モールド金型の分割数およびスライド角度を設定することができるモールド電機子のモールド成形法、または樹脂モールド電機子を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、樹脂モールド電機子を有する電動機を備えた電動工具を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に従って開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次のとおりである。

本発明の一つの特徴によれば、回転軸に固定され、軸線方向に沿って延在する複数のスロットを有するコアと、前記複数のスロット内に軸線方向に沿って前記コアに巻回されたコイルと、前記コアの軸線方向の両端部側に設けられ、前記スロット内に巻回されたコイルが軸線方向で該スロットから突出して終端する一対のコイルエンド部と、前記回転軸に固定された冷却用ファンと、前記複数の各スロット内に巻回された前記コイルを覆い、かつ各スロット内を前記コアの外周面と同一円周面まで充填したモールド樹脂充填層とから成る電機子を具備する電動機において、前記複数の各スロット内に充填されたモールド樹脂充填層の前記円周面に、軸方向に沿って延在する開口溝を有する。

本発明の他の特徴によれば、前記各スロット内のモールド樹脂充填層に形成された前記開口溝の軸方向と垂直な径方向の断面形状は、隣接する一対のスロット内に形成されるものに対し互いに異なる寸法を有する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記一対のコイルエンド部はモールド樹脂被覆層によってそれぞれ覆われる。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記各スロット内に充填された前記モールド樹脂充填層は、前記コアの半径方向において、少なくとも４方向に離型分割可能な金型を前記コア外周面に閉じてモールド成形した層からなり、前記開口溝は前記金型のキャビティ内に設けられた溝成形用突起部によって成形される。

本発明のさらに他の特徴によれば、回転軸に固定され、軸線方向に沿って延在する複数のスロットを有するコアと、前記複数のスロット内に軸線方向に沿って前記コアに巻回されたコイルと、前記コアの軸線方向の両端部側に設けられ、前記スロット内に巻回されたコイルが軸線方向で該スロットから突出して終端する一対のコイルエンド部と、前記回転軸に固定された冷却用ファンと、前記複数の各スロット内に巻回された前記コイルを覆い、かつ各スロット内を前記コアの外周面と同一円周面まで充填したモールド樹脂充填層とから成る電機子を具備する電動機を備えた電動工具において、前記電機子は、前記複数の各スロット内に充填されたモールド樹脂充填層の前記円周面に、軸方向に沿って延在する開口溝を有する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記電動工具において、前記電機子の前記各スロット内のモールド樹脂充填層に形成された前記開口溝の軸方向と垂直な径方向の断面形状は、隣接する一対のスロット内に形成されるものに対し互いに異なる寸法を有する。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記電動工具において、前記電機子の前記一対のコイルエンド部はモールド樹脂被覆層によってそれぞれ覆われる。

本発明によれば、電機子のコアのスロット内に巻回されたコイルを被覆するモールド樹脂充填層に軸方向に沿って延在する開口溝を具備するので、樹脂モールドした電機子の発熱を効率よく冷却でき、コイルの温度上昇を抑制することができる。

本発明の上記および他の目的、ならびに上記および他の特徴および利点は、以下の本明細書の記述および添付図面からさらに明らかとなるであろう。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は本発明の一実施形態に係る整流子電動機をディスクグラインダに適用した電動工具の側面断面図を示す。まず、図１を参照して電動工具全体の構成について説明する。ディスクグラインダ１００は、後述する本発明に従う樹脂モールド電機子（アーマチュア）２ａを用いた整流子電動機（ユニバーサルモータ）２を収納する、例えば樹脂材料から成るモータハウジング部３と、モータハウジング部３の一端側に接続された、例えば金属材料から成るギヤカバ部４と、整流子電動機２のスイッチ７およびスイッチ回路（図示なし）を収納するスイッチハンドル部８と、電源コード８ｂとを具備する。モータハウジング部３に収納された整流子電動機２は、回転軸２ｄに固定された樹脂モールド電機子２ａおよびモータハウジング部３に固定される固定子（ステータ）２ｂを含み、回転軸２ｄの出力側には冷却用ファン２ｃが固定され、冷却用ファン２ｃが回転することにより、スイッチハンドル部８に形成された吸気用風窓８ａより冷却用外気（冷却風）を取り込み、モータハウジング部３、樹脂モールド電機子２ａおよび固定子２ｂの隙間を通し、ギヤカバ部４に設けられた排気用風窓（図示なし）より大気中に排出する。また、ギヤカバ部４内には、整流子電動機２の回転軸２ｄに取付けられた第１の傘歯車（ピニオンギヤ）５ａと、この第１の傘歯車５ａに噛み合う第２の傘歯車５ｂとが収納されており、整流子電動機２の回転軸２ｄの回転力は、整流子電動機２の回転軸方向と直角方向に変換されてスピンドル６に伝達される。スピンドル６には先端工具として円盤状のグラインダ（砥石）１が取付けられて、研削または切断作業が可能となる。円盤状のグラインダ１の半円部は、保護カバー１ａによって覆われている。

作業者がディスクグライダ１００を使用する場合は、スイッチハンドル部８に設けられたスイッチ７によって整流子電動機２の駆動電源をオンさせ、スイッチハンドル部８およびギヤカバ部４に設けられたサイドハンドル部（図示なし）を把持して、被削材（被加工物）にグラインダ１を押し当てて鉄材の研削作業や、石材の切断作業を行う。

例えば石材の切断作業の場合、作業に伴い石材の切断屑が発生するが、これをスイッチハンドル部８に設けられた吸気用風窓８ａから吸い込んでしまい、この切断屑が整流子電機子２ａのコイル２ｅに吹き付けられることにより、コイル２ｅを傷つけ、磨耗または断線を起こす原因となる。しかし、本発明の樹脂モールド電機子２ａによれば、図２および図３（図２のＡ−Ａ破断線に沿う断面図）に示すように、コア２ｆのスロット２ｇ内のコイル２ｅは、モールド樹脂充填層９ａによって被覆され、また、コア２ｆの回転軸方向の両端部に突出するコイル２ｅのコイルエンド部２ｅ１および２ｅ２は、モールド樹脂被覆層９ｂおよび９ｃによってそれぞれ被覆されるので、切断屑または切削屑等の外部からの侵入物によるコイル２ｅの損傷は防止される。しかも、図３に示すように、コアスロット２ｇ内のコイル２ｅを覆うモールド樹脂充填層９ａにはコア２ｆの回転軸方向に沿って、放熱用（冷却用）の開口溝２ｊが形成されているので、冷却ファン２ｃによって吸い込まれた冷却風は樹脂モールド電機子２ａ、特にコイル２ｅの発熱を効率よく冷却することができる。すなわち、開口溝２ｊにより、樹脂モールド電機子２ａの冷却効果を損なうことなく、コイル２ｅの摩耗または断線を防止できる。

樹脂モールド電機子２ａの構造および製法について、図２および図３を参照して説明する。樹脂モールド電機子２ａは、図２に略式的に示された金型１０、金型１１および金型１２を使用して樹脂モールドされる。すなわち、本実施形態では、一対のコイルエンド部２ｅ１および２ｅ２を被覆するモールド樹脂被覆層９ｂおよび９ｃを成形するコイルエンド部金型１１および１２は、それらのキャビティ内周面が円錐形または椀形の形状なので、それぞれ単一体から成り、回転軸方向に離型分離（スライド）可能な金型が閉じられ、モールド成形される。

一方、コア２ｆのスロット２ｇ内のコイル２ｅを樹脂モールドするコア部金型１０は、図３に示されるように、スロット２ｇ内のモールド樹脂充填層９ａの外周面に開口溝２ｊを形成するために、コア２ｆの半径方向において少なくとも４方向に離型分割可能な４つの部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄから成る。モールド樹脂充填層９ａは、これら４つの部材から成る金型１０を、図２に示すように、コア２ｆの外周面に閉じてモールド成形される。開口溝２ｊは、各金型部材１０ａ〜１０ｄに設けられた溝成形用突起部１０ｘによって形成される。なお、図２に示されるように、樹脂モールド電機子２ａは、回転軸２ｄの外周面に形成された螺旋状溝２ｍ内に埋め込まれ、かつ回転軸２ｄの外周面を被覆する樹脂絶縁層２ｋによって、回転軸２ｄに対し電気的絶縁されている。本実施例では、モータハウジング部３も絶縁材料（樹脂材料）で構成されるので、樹脂絶縁層２ｋは、モータハウジング部３と共に、二重絶縁構造を構成する。

図３に示したコア部金型１０の実施形態についてさらに詳細に説明するならば、本実施形態の整流子電動機２では、樹脂モールド電機子２ａのスロット２ｇの数は１６箇で、コア部金型１０は、上述したように、４つの金型部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄに分割可能な４分割スライド方式である。コア部金型１０は1つの金型（１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄの各金型部材）がそれぞれ４個のスロット２ｇを覆っており、樹脂モールド電機子２ａを回転軸方向から見た場合、それぞれの金型は回転軸２ｄの中心から９０°毎の間隔で半径方向にスライドする。図４は、図３に示した開口溝２ｊを設けたコア断面の４分の１を拡大した拡大図である。

図３および図４に示した実施形態では、コア２ｆの外周面のスロット２ｇ毎に設けた開口溝２ｊは、各スロット間で同一の形状寸法とした場合である。コア部金型１０のスライド方向とスロット２ｇの位置関係を考慮し、かつモールド成形後にコア部金型１０と樹脂モールド電機子２ａの離型性を良くするためにスライド方向に対して５°の抜き勾配を設定する必要があることを考慮すると、図４に示すように、開口溝２ｊの断面形状は略三角形形状とすることが好ましい。言い換えれば、図３に示されたコア部金型１０の溝成形用突起部１０ｘの断面形状を略三角形形状に突起させることが好ましい。図４に示すように、コア２ｆのスロット２ｇ内には巻回されたコイル２ｅが収納されており、コイル２ｅ間には、例えば不飽和ポリエステルのような熱硬化性樹脂から成るモールド樹脂層９ａが充填されている。また、コア２ｆの外周面にはスロット２ｇ毎に開口溝２ｊが設けられている。これにより、樹脂モールド電機子２ａの運転回転時には、冷却ファン２ｃによって発生する冷却風が開口溝２ｊを通るようになると同時に、開口溝２ｊによって形成される樹脂モールド電機子２ａ表面の冷却表面積も増加するため、コイル２ｅの発熱を効率よく冷却することができる。図４に示した本実施形態では、コア２ｆの外径を５３．２ｍｍとし、開口溝２ｊの幅を４ｍｍ、深さを２ｍｍに設定すると、その開口溝２ｊの開口溝表面積は、３４８ｍｍ^２が得られ、入力２５００Ｗクラスの整流子電動機２を用いて試験した結果、コア外周面が平坦な従来型の樹脂モールド電機子に比べ、コイル２ｅの温度上昇を、図６に示した特性図のポイントａに示すように、約９２Ｋ（ケルビン）以下に押さえることができた。

本発明に従って形成される開口溝２ｊの形状は、コア２ｆのスロット２ｇ毎に異形にしても良い。図５は本発明の第２の実施形態に係る開口溝２ｊの断面形状を示す。開口溝２ｊの断面形状は略台形形状である。離型性を考慮すると、スライド方向（図５の場合、４５°の半径方向）に近い半径方向に位置するスロット２ｇに対しては、表面積の大きい開口溝２ｊ、すなわち溝の底幅が大きい開口溝２ｊを設けることができる。このようにして、開口溝２ｊの断面形状をスロット毎に異形にすることにより開口溝２ｊの表面積を増加させることができる。この第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、コア２ｆの外径を５３.２ｍｍで、開口溝２ｊの幅を４ｍｍ、深さを２ｍｍに設定すると、開口溝２ｊの平均の開口溝表面積は４２５ｍｍ^２が得られる。その結果、図６に示した特性図のポイントｂに示すように、第１の実施形態における開口溝表面積３４８ｍｍ^２より面積が増加した分、さらに樹脂モールド電機子２ａの冷却性能を向上させることができ、コイル２ｅの温度上昇を８５Ｋ以下に低下させることができた。

開口溝２ｊの断面形状は、上記実施形態に示した形状以外に、金型の離型性が許容される範囲で、種々の変形が可能である。図６に示した特性図のポイントｃは、上記した４分割離型金型を使用して開口溝２ｊの表面積を、上記第１および第２の実施形態より小さく形成した場合（開口溝面積を３００ｍｍ^２とした場合）のコイル２ｅの温度上昇を示す。この場合、開口溝表面積は小さくなるので、コイル２ｅの温度上昇が高くなる。図６に示した特性図から明らかように、開口溝２ｊの開口溝部表面積を増加させれば、樹脂モールド電機子２ａの温度上昇、特にコイル２ｅの温度上昇を低下させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

本発明に係る整流子電動機を使用した電動工具を示す部分断面図 本発明の第１の実施形態に係る樹脂モールド電機子全体を示す部分断面図。 図２に示した樹脂モールド電機子のＡ−Ａ線に沿うコア部断面図およびコア部の金型部断面図。 図３に示した樹脂モールド電機子のコア部断面図の拡大図。 本発明の第２の実施形態に係る樹脂モールド電機子のコア部断面拡大図。 本発明に係る樹脂モールド電機子の温度上昇特性図。 従来の整流子電動機における樹脂モールド電機子の断面図。

符号の説明

１：グラインダ（砥石） １ａ：保護カバー ２：整流子電動機
２ａ：樹脂モールド電機子 ２ｂ：固定子 ２ｃ：冷却ファン
２ｄ：回転軸 ２ｅ：コイル ２ｅ１：コイルエンド部（冷却ファン側）
２ｅ２：コイルエンド部（整流子側） ２ｆ：コア ２ｇ：スロット
２ｈ：整流子 ２ｊ：開口溝 ２ｋ：樹脂絶縁層 ２ｍ：螺旋状溝
３：モータハウジング部 ４：ギヤカバ部 ５ａ：第１の傘歯車（ピニオンギヤ）
５ｂ：第２の傘歯車 ６：スピンドル ７：スイッチ
８：スイッチハンドル部 ８ａ：吸気用風窓 ８ｂ：電源コード
９ａ：モールド樹脂充填層 ９ｂ、９ｃ：モールド樹脂被覆層
１０：モールド金型（コア部金型） １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ：金型部材
１０ｘ：溝成形用突起部 １００：電動工具（ディスクグラインダ）

Claims (7)

1. 回転軸に固定され、軸線方向に沿って延在する複数のスロットを有するコアと、
   前記複数のスロット内に軸線方向に沿って前記コアに巻回されたコイルと、
   前記コアの軸線方向の両端部側に設けられ、前記スロット内に巻回されたコイルが軸線方向で該スロットから突出して終端する一対のコイルエンド部と、
   前記回転軸に固定された冷却用ファンと、
   前記複数の各スロット内に巻回された前記コイルを覆い、かつ各スロット内を前記コアの外周面と同一円周面まで充填したモールド樹脂充填層とから成る電機子を具備する電動機において、
   前記複数の各スロット内に充填されたモールド樹脂充填層の前記円周面に、軸方向に沿って延在する開口溝を有することを特徴とする電動機。
2. 前記各スロット内のモールド樹脂充填層に形成された前記開口溝の軸方向と垂直な径方向の断面形状は、隣接する一対のスロット内に形成されるものに対し互いに異なる寸法を有することを特徴とする請求項１に記載された電動機。
3. 前記一対のコイルエンド部はモールド樹脂被覆層によってそれぞれ覆われたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電動機。
4. 前記各スロット内に充填された前記モールド樹脂充填層は、前記コアの半径方向において少なくとも４方向に離型分割可能な金型を前記コア外周面に閉じてモールド成形した層からなり、前記開口溝は前記金型のキャビティ内に設けられた溝成形用突起部によって成形されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載された電動機。
5. 回転軸に固定され、軸線方向に沿って延在する複数のスロットを有するコアと、
   前記複数のスロット内に軸線方向に沿って前記コアに巻回されたコイルと、
   前記コアの軸線方向の両端部側に設けられ、前記スロット内に巻回されたコイルが軸線方向で該スロットから突出して終端する一対のコイルエンド部と、
   前記回転軸に固定された冷却用ファンと、
   前記複数の各スロット内に巻回された前記コイルを覆い、かつ各スロット内を前記コアの外周面と同一円周面まで充填したモールド樹脂充填層とから成る電機子を具備する電動機を備えた電動工具において、
   前記電機子は、前記複数の各スロット内に充填されたモールド樹脂充填層の前記円周面に、軸方向に沿って延在する開口溝を有することを特徴とする電動工具。
6. 前記電機子の前記各スロット内のモールド樹脂充填層に形成された前記開口溝の軸方向と垂直な径方向の断面形状は、隣接する一対のスロット内に形成されるものに対し互いに異なる寸法を有することを特徴とする請求項５に記載された電動工具。
7. 前記電機子の前記一対のコイルエンド部はモールド樹脂被覆層によってそれぞれ覆われたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載された電動工具。
   

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