JP2007330065A - Dc brushless motor for power tool - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばインパクトドライバ等の電動工具の駆動源として好適なDCブラシレスモータに関する。 The present invention relates to a DC brushless motor suitable as a drive source of an electric tool such as an impact driver.
図9には、DCブラシレスモータ51を駆動源として内蔵したインパクトドライバ50が示されている。このDCブラシレスモータ51は、積層鋼板構造の回転子鉄心にマグネット(永久磁石)を取り付けた回転子52と、積層鋼板構造の固定子鉄心の各歯部に巻き線してなる駆動コイルを回転子52の周囲に位置させる固定子53と、回転子52の磁極の位置を検出する磁気センサ(ホール素子)54b〜54bを有するセンサ基板54と、このセンサ基板54により検出される回転子52の磁極の位置を検出し、これに基づいて固定子53の各駆動コイルに順次電流を流して回転子52を回転させる電気回路基板(図9では現れていない)を備えたもので、ブラシと整流子を必要としないことから機器のコンパクト化及びメンテナンスフリー化を図ることができる。
上記回転子52は、電動工具の本体ハウジング55に対して軸受け56,57を介してその軸回りに回転自在に支持されている。一方、固定子52は、本体ハウジング55内に設けたモータハウジング部58に保持されている。固定子53の前端面(図9において右端面)に円形のセンサ基板54が取り付けられている。このセンサ基板54の周方向一部には位置決め用の突起部54aが放射方向へ張り出すように設けられている。
従来、図10に示すように例えばこの位置決め用の突起部54aがモータハウジング部58に設けた位置決め溝部55aに挿入されて、当該センサ基板54のモータハウジング部58ひいては本体ハウジング55に対する機長方向(回転子52の軸線方向)の位置決めがなされていた。
こうして本体ハウジング55に対して回転子52が支持され、センサ基板54が機長方向に位置決めされることにより、磁気センサ54b〜54bの回転子52に対する機長方向の相対位置(両者間のクリアランス)が高精度で保持されるようになっていた。
The
Conventionally, as shown in FIG. 10, for example, this
Thus, the
しかしながら、上記従来のDCブラシレスモータ51の主としてセンサ基板54の位置決め構造では、次のような問題があった。
すなわち、従来は、センサ基板54の周縁一部から放射方向に張り出す位置決め用の突起部54aを本体ハウジング55の位置決め溝部55aに挿入することにより、当該センサ基板54を本体ハウジング55に対して機長方向に位置決めし、ひいては当該センサ基板54を回転子52に対して機長方向に位置決めする構成となっていた。このため、固定子53の振動等によりセンサ基板54の位置決め用突起部54aに曲げ応力等が集中して付加され、その結果センサ基板54の主として位置決め用突起部54aが損傷等して当該センサ基板54の耐久性が損なわれるおそれがあった。
本発明は、センサ基板の本体ハウジングひいては回転子に対する機長方向の位置決め精度を損なうことなく、その耐久性を高めることを目的とする。
However, the positioning structure of the
That is, conventionally, by inserting a
An object of the present invention is to improve the durability of a sensor substrate without impairing the positioning accuracy in the machine length direction with respect to the main body housing and thus the rotor.
このため、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した構成のDCブラシレスモータとした。
請求項1記載のDCブラシレスモータによれば、固定子のインシュレータがモータハウジング部に対して凹凸係合して機長方向に位置決めされ、その結果インシュレータに取り付けたセンサ基板がモータハウジング部ひいては本体ハウジングに対して機長方向に位置決めされる。このようにインシュレータがモータハウジング部に対して凹凸係合して機長方向に位置決めされることによりセンサ基板が本体ハウジングに対して間接的に位置決めされる構成であるため、従来のように固定子が振動等してもセンサ基板に曲げ等の外力が付加されることがないため当該センサ基板の耐久性を高めることができ、ひいては当該センサ基板の耐久性を維持しつつその薄板化を図ることができる。
請求項2記載のDCブラシレスモータによれば、インシュレータの両端部のうちセンサ基板側の端部において当該インシュレータがモータハウジング部に凹凸係合して位置決めされるため、固定子鉄心の積層鋼板構造による機長方向の累積誤差の影響を受けることなくセンサ基板をより高い精度で本体ハウジングに対して位置決めすることができる。
For this reason, this invention was set as the DC brushless motor of the structure described in each claim of a claim.
According to the DC brushless motor of the first aspect, the stator insulator is unevenly engaged with the motor housing portion and positioned in the machine length direction. As a result, the sensor substrate attached to the insulator is attached to the motor housing portion and thus the main body housing. On the other hand, it is positioned in the machine direction. As described above, the structure is such that the sensor substrate is indirectly positioned with respect to the main body housing by engaging the insulator with the concave and convex portions with respect to the motor housing portion and positioning in the machine length direction. Since the sensor substrate is not subjected to bending or other external force even if it vibrates, the durability of the sensor substrate can be increased. As a result, the sensor substrate can be thinned while maintaining the durability of the sensor substrate. it can.
According to the DC brushless motor of
次に、本発明の実施形態を図1〜図9に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係るDCブラシレスモータ10を駆動源とする電動工具1を示している。本例では、この電動工具1の一例として、いわゆるインパクト式のねじ締め機(インパクトドライバ)が示されている。以下の説明において、電動工具1の前後方向については、図1において右側が前側であり、左側が後側として説明する。
本実施形態は、駆動源としてのDCブラシレスモータ10について特徴を有している。電動工具1の全体構成については従来公知のものと同様であるが、以下簡単に説明する。
この電動工具1は、工具本体2と、工具本体2の側部から突き出す状態に設けられたグリップ部3を備えている。
工具本体2は、概ね円筒形の本体ハウジング4を備えている。この本体ハウジング4は機長方向の分割面で左右2分される二つ割り構造を有している。図1は、本体ハウジング4を開いた状態を示している。本体ハウジング4の後部は後部ハウジング5で閉塞されている。
グリップ部3は、使用者が当該電動工具1を使用する際に把持する部分であり、その基部(図1において上部)には使用者が指先で引き操作するトリガ形式のスイッチレバー3aが設けられている。このスイッチレバー3aを引き操作するとグリップ部3内に収容したメインスイッチ3bがオンして駆動源としてのDCブラシレスモータ10が起動する。図1では示されていないが、グリップ部3の下部には、当該電動工具1の電源としてのバッテリパックを装着するためのバッテリ取り付け部が設けられている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an electric tool 1 using a DC
The present embodiment is characterized by the DC
The electric tool 1 includes a
The
The grip portion 3 is a portion that is gripped when the user uses the electric tool 1, and a trigger
本体ハウジング4内には、その後側から順番にDCブラシレスモータ10、減速ギヤ列6、駆動軸7、回転打撃機構8、及びアンビル9が同軸に収納されている。DCブラシレスモータ10の回転出力が減速ギヤ列6を経て駆動軸7に伝達され、その後回転打撃機構8を経てアンビル9に伝達される。減速ギヤ列6には、遊星歯車機構が用いられている。この減速ギヤ列6のキャリア側に駆動軸7が設けられている。
回転打撃機構8は、駆動軸7の回転をアンビル9に対する回転打撃動作に変換する機能を有するもので、駆動軸7に対して同軸で回転可能かつ軸方向移動可能に支持されたハンマー8aと、このハンマー8aを先端側に付勢する圧縮ばね8bと、ハンマー8aの軸方向移動と回転動作を規制する鋼球8c,8cを備えている。
アンビル9は、当該電動工具1の出力軸の機能を有するもので、駆動軸7の先端に同軸で相対回転可能に支持されている。このアンビル9は、本体ハウジング4の先端部に装着した円筒形の軸受け4aを介してその軸回りに回転自在、かつ軸方向への変位不能に支持されている。このアンビル9の先端にドライバビット若しくはソケットビット等の先端工具が装着される。図1では先端工具の図示が省略されている。
ねじ締め開始後、ねじ締め抵抗が小さい段階では、アンビル9は回転打撃機構8を介して駆動軸7と一体でねじ締め方向へ回転する。ねじ締めが進行してねじ締め抵抗が駆動軸7に伝達される回転力に勝ると、ハンマー8aが圧縮バネ8bに抗して軸方向に後退し、これによりハンマー8aとアンビル9との回転動力(ねじ締め抵抗)の伝達が遮断されると、当該ハンマー8aが圧縮ばね8bにより前進しつつ回転してアンビル9をねじ締め方向に打撃する。アンビル9がねじ締め方向に打撃されることにより、ねじの増し締めがなされる。
In the
The
The
At the stage where the screw tightening resistance is small after the start of screw tightening, the
駆動源としてのDCブラシレスモータ10は、4極構造のモータであり、マグネット(永久磁石)を備える回転子(ロータ)11と、本体ハウジング4の内側に固定されてその内周側に回転子11を位置させる固定子(ステータ)20と、回転子11の磁極の位置を検出するためのホール素子31〜31を備えたセンサ基板30と、駆動回路を有する電気制御基板を備えている。電気制御基板は、前記グリップ部3の先端側に配置されており、その図示は省略されている。
回転子11は、円形の薄鋼板を多数枚積層した回転子鉄心12を備えている。この回転子鉄心12の周囲には、4極のリングマグネット13〜13が固定されている。回転子鉄心12の中心には回転軸14が固定されている。
回転軸14は回転子鉄心12の両側から突き出されている。図1に示すように回転軸14の前側(減速ギヤ列6側)は前側軸受け15を介して、後側は後部ハウジング5に保持した後側軸受け16を介してそれぞれ回転自在かつ軸方向(機長方向)へは移動しない状態に支持されている。前側軸受け15は、本体ハウジング4内を前後に区画する中間区画壁4bに保持されている。この中間区画壁4bによって当該本体ハウジング4内がDCブラシレスモータ10側(後側)と回転打撃機構8側(前側)に区画されている。
回転軸14の後側であって回転子鉄心12と後側軸受け16との間には、冷却ファン17が取り付けられている。この冷却ファン17は回転子11と一体で回転する。
A DC
The
The rotating
A cooling
固定子20は、概ね円筒形状を有するもので、多数枚の薄鋼板を積層した積層鋼板構造を有する固定子鉄心(ステタコア)21と、これを電気的に絶縁するいわゆるインシュレータと呼ばれる電気絶縁部材22を備えている。図4には固定鉄心21が単独で示され、図5には電気絶縁部材22が被覆された固定子20が示されている。固定子鉄心21の内周側には6本の歯部21a〜21aが設けられている。この固定子鉄心21の外周面と各歯部21aの先端面を除く範囲が電気絶縁部材22で覆われている。各歯部21aの、電気絶縁部材22で覆われた部分に駆動コイル23が巻き線されている。電気絶縁部材22で覆われない各歯部21aの先端面は、回転子11の周面との間に一定の隙間をおいた状態で位置している。
図1に示すようにこの固定子20は、本体ハウジング4の内側に一体に設けたモータハウジング部25の内周側に保持されている。このモータハウジング部25も、本体ハウジング4と同様左右に2分される二つ割り構造を有している。モータハウジング部25は、側壁部25aと後壁部25bと係合突部25cを備えている。
側壁部25aは固定子20の周囲全周に沿って設けられている。この側壁部25aにより固定子20がその径方向への変位を規制された状態に位置決めされている。
この側壁部25aの後方に、後壁部25bが内周側に張り出す状態に設けられている。この後壁部25bの内周側に回転子12の回転軸14および冷却ファン17が位置している。固定子20はその後面(電気絶縁部材22の後面)をこの後壁部25bに当接させた状態に保持され、これにより当該固定子20が後方への変位を規制された状態に位置決めされている。
係合突部25cは、側壁部25aの前方において内周側に張り出す状態に設けられている。この係合突部25cは、固定子20の全周に沿って設けられている。この係合突部25cの機能については後述する。
The
As shown in FIG. 1, the
The
A
The engaging
電気絶縁部材22の前面にセンサ基板30が取り付けられている。電気絶縁部材22の前面側には、その全周にわたるほぼ円形の段差部22aが設けられている。この段差部22a内にセンサ基板30が収容された状態で取り付けられている。図6にはセンサ基板30が単独で示されている。センサ基板30は、概ね円板形状をなすもので、その中心には前記前側軸受け15を位置させるための逃がし孔30aが設けられている。
図6に示すようにセンサ基板30の下部には、配線接続用の端子接続板部30bが放射方向へ張り出す状態に設けられている。図7に示すように端子接続板部30bは、上記段差部22aの一部を切り欠いた切り欠き部22bを経て電気絶縁部材22の外周側(図2および図7において下方)に張り出されている。
センサ基板30に取り付けた三つの磁気センサ31〜31は、回転子11の磁極の位置が固定子20のいずれの歯部21aに対向する位置にあるのかを検出するためのセンサであり、本例ではホール素子が用いられている。図7に示すようにこのセンサ基板30が電気絶縁部材22の段差部22a内に3本のねじ32〜32でねじ止めされており、これにより三つの磁気センサ31〜31が、周方向に隣り合う3本の歯部21a〜21aに対して相互に位相を合わされた状態で配置されている。この三つの磁気センサ31〜31で回転子11の磁極の位置を検出しながら、電気制御基板から駆動コイル23〜23に対して順番に電流を流すことで回転子11が回転する。これらDCブラシレスモータ10の基本的構成については従来公知の技術であり、本実施形態において特に変更を要しない。
A
As shown in FIG. 6, a
The three
図5に示すように上記3本のねじ32〜32が締め込まれる三カ所のねじ孔22c〜22cは、電気絶縁部材22の段差部22aの周方向三等分位置であって、固定子鉄心21の隣接する歯部21a,21a間に配置されている。各ねじ孔22aが隣接する歯部21a,21a間に位置することにより、当該ねじ孔22aを有する円筒体形状のボス部が邪魔になることなく、歯部21aの全長にわたって十分な長さの巻き線を施すことができ、これによりコンパクトかつ効率のよい駆動コイル23を設けることができる。
電気絶縁部材22の前面側の周縁には、係合溝部22dが全周にわたって形成されている。この係合溝部22d内に前記係合突部25cが全周にわたって挿入(凹凸係合)されている。これにより、固定子20のモータハウジング部25に対する機長方向(前後方向、図1において左右方向)の位置が位置決めされている。係合突部25cの幅は係合溝部22dに対してがたつきなく挿入可能な幅に設定されている。このため、係合溝部22d内に係合突部25cが挿入されることにより、固定子20が機長方向にがたつきなく位置決めされている。
固定子20がモータハウジング部25に対して機長方向に高精度で位置決めされる結果、当該固定子20の前面に取り付けたセンサ基板30のモータハウジング部25に対する機長方向の位置が正確に位置決めされる。センサ基板30の機長方向の位置が高精度で位置決めされる結果、各磁気センサ31〜31の回転子11に対する機長方向の位置が高精度で位置決めされる。
As shown in FIG. 5, the three
An engaging
As a result of the
次に、本実施形態に係るDCブラシレスモータ10では、固定子20の前面(段差部22a)に対してセンサ基板30を回転方向(回転子11の回転方向)について正確に取り付けることができるようになっている。
図4に示すように固定子鉄心21の周面には、その軸線方向に沿って位置決め溝部21bがその全長にわたって形成されている。図示するようにこの位置決め溝部21bは、当該固定子鉄心21の周方向の位置に関して、一つの歯部21aの外側(外周側)であって磁界にほとんど影響を与えない位置に設けられている。
この位置決め溝部21bに対応して電気絶縁部材22の前面および後面には逃がし溝部22e,22eが形成されている。図5に示すように両逃がし溝部22e,22eの幅寸法および深さ寸法は、それぞれ位置決め溝部21bよりも大きく設定されている。
図6に示すようにセンサ基板30の上部には、位置決め溝部30cが設けられている。この位置決め溝部30cの幅寸法および深さ寸法は、上記固定子鉄心21の位置決め溝部21bと正確に一致している。
固定子鉄心21の前面(電気絶縁部材22の段差部22a)にセンサ基板30を組み付ける際には、組み付け治具35が用いられる。図7および図8に示すようにこの組み付け治具35は、固定子鉄心21の外周面に沿う円弧形状に湾曲した基板部35aと、この基板部35aの湾曲内側に一体に形成された位置決め突部35bを備えている。基板部35aは、固定子鉄心21の外周面に隙間なく密着される。また、図8に示すように基板部35aは、固定子20よりも長い機長方向の長さを有している。
Next, in the
As shown in FIG. 4, a
Corresponding to the
As shown in FIG. 6, a
When the
位置決め突部35bは、基板部35aの前端から後端に至る全長にわたって設けられている。位置決め突部35bの幅は、上記固定子20の位置決め溝部21bとセンサ基板30の位置決め溝部30cに対してがたつきなく挿入可能な幅に設定されている。この位置決め突部35bは、基板部35aを固定子鉄心21の外周面に密着させた状態で、当該固定子20の中心軸線(回転子軸14の軸線)に正確に平行となる状態に設けられている。
この位置決め治具35を用いて、センサ基板30を固定子20の前面(電気絶縁部材22の段差部22a内)に組み付けるには、図7および図8に示すようにセンサ基板30を段差部22a内にセットし、次に固定子鉄心21の位置決め溝部21bとセンサ基板30の位置決め溝部30cとに跨って位置決め突部35bを挿入し、かつ基板部35aを固定子鉄心21の外周面に密着させた状態に当該位置決め治具35を装着する。
このように位置決め治具35をセットした状態とし、この状態を保持しつつ3本のねじ32〜32をそれぞれねじ孔22cに締め付けて、当該センサ基板30を固定子20の段差部22a内に強固に固定する。これにより、センサ基板30は、固定子20に対してその周方向(回転子11の回転方向)の相対位置について正確に位置決めされた状態で固定され、ひいては各磁気センサ31を固定子鉄心21の各駆動コイル23に対して回転方向に高精度で位置決めすることができる。
The
In order to assemble the
In this way, the
以上のように構成したDCブラシレスモータ10によれば、固定子20のモータハウジング部25に対する機長方向の位置決めに関して、モータハウジング部25に設けた係合突部25cを固定子20の係合溝部22d内に挿入して当該固定子20がモータハウジング部25に位置決めされる構成となっている。一方、固定子20の前面に取り付けたセンサ基板30の周縁の一部であって端子接続部30bは、従来のようにモータハウジング部25に対して係合されておらず自由状態で張り出している。
このことから、固定子20が振動等した場合においてこれにより発生する外力はモータハウジング部25側の係合突部25cにより受けられ、従来のようにセンサ基板30の端子接続部30bに曲げ力としては付加されることがないので、当該センサ基板30の損傷を回避してその耐久性を高めることができる。
According to the
From this, when the
また、本実施形態の場合、固定子22側の係合溝部22dが電気絶縁部材22の前部であってセンサ基板30にきわめて近い側に設けられている。このため、固定子鉄心21を構成する積層鋼板の板厚等による累積誤差の影響を受けることなく、センサ基板30をモータハウジング部25ひいては回転子11に対して機長方向に正確に位置決めすることができる。
この点、電気絶縁部材のうち、例えば固定子鉄心の後側を被覆する部分に同様の係合溝部を設け、この係合溝部に対応してモータハウジング部25の後壁部25bの近傍に係合突部を設けて相互に凹凸係合させる構成とした場合には、センサ基板に対する外力の付加を排除してその耐久性を高めることができるものの、固定子の係合溝部とセンサ基板との間に固定子鉄心が位置するためこれを構成する各鋼板の板厚の誤差が累積されて、センサ基板の機長方向の位置のばらつきを生ずるおそれがある。
しかしながら、例示した構成によれば、モータハウジング部25に対して凹凸係合する係合溝部22dがセンサ基板30に接近して(電気絶縁部材22の前側に)設けられているので、固定子鉄心21の累積誤差に関係なく当該センサ基板30の回転子11に対する機長方向の位置を正確に位置決めすることができ、これにより各磁気センサ31の検出精度を高めて回転子11の制御特性を向上させることができる。
In the case of this embodiment, the engaging
In this regard, for example, a similar engagement groove portion is provided in a portion of the electrical insulating member that covers the rear side of the stator core, and the
However, according to the illustrated configuration, the
以上説明した実施形態に種々変更を加えて実施することができる。例えば、固定子20のモータハウジング部25に対する機長方向の位置決めについて、モータハウジング部25に係合突部25cを設け、この係合突部25cを固定子20の電気絶縁部材22に設けた係合溝部22d内に挿入して凹凸係合させる構成を例示したが、図3に示すようにこれとは逆に、モータハウジング部25の前端に係合溝部25dをその全周にわたって設け、固定子20の電気絶縁部材22側に係合突部22fを全周にわたって設ける構成としてもよい。固定子20側の係合突部22fをモータハウジング部25側の係合溝部25d内に挿入することにより、当該固定子20をモータハウジング部25に対して機長方向に位置決めすることができる。この構成によっても、固定子20の振動等により発生する外力が電気絶縁部材22の係合突部22fを経てモータハウジング部25により受けられ、センサ基板30には付加されないので、当該センサ基板30の耐久性を高めることができる。
また、固定子20をその全周にわたってモータハウジング部25に凹凸係合させる構成を例示したが、係合突部25c(22f)または係合溝部22d(25d)またはその双方を周方向の一部について設けて、機長方向の位置決めを行うための凹凸係合部を周方向の一部に設定する構成としてもよい。
さらに、電動工具の一例としてインパクト式のねじ締め機を例示したが、本願発明は駆動源としてDCブラシレスモータを内蔵するその他の電動工具に広く適用することができる。
The embodiment described above can be implemented with various modifications. For example, with respect to positioning of the
Further, the configuration in which the
Furthermore, although an impact-type screw tightening machine has been illustrated as an example of the electric tool, the present invention can be widely applied to other electric tools incorporating a DC brushless motor as a drive source.
1…電動工具(インパクトねじ締め機)
2…工具本体
4…本体ハウジング
8…回転打撃機構
10…DCブラシレスモータ
11…回転子(ローター)
12…回転子鉄心
13…マグネット
14…回転軸
17…冷却ファン
20…固定子
21…固定子鉄心(ステタコア)
22…電気絶縁部材(インシュレータ)
22d…係合溝部、22f…位置決め突部
23…駆動コイル
25…モータハウジング部
25a…側壁部、25c…係合突部、25d…係合溝部
30…センサ基板
30a…逃がし孔、30b…端子接続部
31…磁気センサ(ホール素子)
35…位置決め治具
54a…センサ基板54の位置決め用突起部
55a…位置決め溝部
1 ... Electric tool (impact screw tightening machine)
2 ...
12 ...
22 ... Electric insulation member (insulator)
22d ... engagement groove, 22f ... positioning
35 ... Positioning
Claims (2)
前記本体ハウジングに設けたモータハウジング部に対して固定子のインシュレータを凹凸係合させて、該固定子に取り付けたセンサ基板を回転子に対して機長方向に位置決めする構成としたDCブラシレスモータ。 A DC brushless motor built in the body housing of the electric tool,
A DC brushless motor having a structure in which an insulator of a stator is unevenly engaged with a motor housing portion provided in the main body housing, and a sensor substrate attached to the stator is positioned in the longitudinal direction with respect to the rotor.
2. The DC brushless motor according to claim 1, wherein both front and rear end faces in the machine length direction of the stator core are covered with an insulator, and the concave and convex engaging portion is attached to the sensor substrate among both end portions of the insulator. DC brushless motor set on the side.
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