JP2008054391A

JP2008054391A - Ｄｃブラシレスモータの冷却構造

Info

Publication number: JP2008054391A
Application number: JP2006226602A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Ogino; 一俊荻野
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP4871673B2

Abstract

【課題】ＤＣブラシレスモータの固定子の冷却をさらに効率的に行えるようにする。
【解決手段】各駆動コイル２３の巻き線部２３ａが接触しない範囲で、隣接する駆動コイル２３，２３間で固定子２０の内面に固定鉄心２１が露出される露出部２１ｂを設ける。これにより固定子鉄心２１に直接冷却風を吹き付けてその冷却をより効果的に行うことができる。
【選択図】図２

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おける主として固定子の冷却構造に関する。

このＤＣブラシレスモータは、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の周囲に位置させる固定子と、回転子の磁極の位置を検出する磁気センサ（ホール素子）を有するセンサ基板と、このセンサ基板により検出される回転子の磁極の位置を検出し、これに基づいて固定子の各駆動コイルに順次電流を流して回転子を回転させる電気回路基板を備えたもので、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。
係るＤＣブラシレスモータにおいて、上記センサ基板の誤作動防止等のため駆動コイルへの通電等により発生する熱を冷却する必要がある。従来、ＤＣブラシレスモータにおいて駆動コイルの冷却を目的とする技術が例えば特開２００４−２７４８００号公報に開示されている。この従来の冷却構造は、冷却ファンにより導入した外気を固定子の隣接する駆動コイル間に流動させる構成としたもので、係る従来構造によれば駆動コイル及びその周辺を効率よく冷却してセンサ基板等の誤作動を未然に防止することができる。
特開２００４−２７４８００号公報

しかしながら、上記従来の冷却構造によれば、巻き線した駆動コイルの表面側については冷却効果を高めることができるものの、駆動コイルの内部や固定子鉄心についてはなお冷却が不十分な場合があった。本発明は、これらについてもより一層効率よく冷却できるようにすることを目的とする。

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冷却構造とした。
請求項１記載の冷却構造によれば、隣接する駆動コイル間において円筒部の内周側に電気絶縁部材で被覆されていない露出部が設けられて固定子鉄心が露出されているので、この露出部を経て固定子鉄心がより効率よく冷却される。
請求項２記載の冷却構造によれば、電気絶縁部材で被覆されない通風溝を経て駆動コイルの基部から先端部に至って冷却風が流れることにより歯部及び巻き線が効率よく冷却される。

次に、本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係るＤＣブラシレスモータ１０を示している。このＤＣブラシレスモータ１０は、４極構造のモータであり、回転子（ロータ）１１と、内周側にこの回転子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３個の磁気センサ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。この回転軸１４は、当該ＤＣブラシレスモータ１０を内装した電動工具のハウジング（図示省略）に対してそれぞれ軸受け１５，１６を介してその軸線Ｊ回りに回転可能に支持されている。以下、この回転子１４の回転軸線Ｊ方向を電動工具の機長方向ともいう。回転軸１４の図示左側であって回転子鉄心１２と軸受け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。この冷却ファン１７が回転することにより、当該電動工具のハウジング内に外気が導入され、この外気（モータ冷却風）により回転子１１及び固定子２０等が冷却される。

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合成樹脂製の電気絶縁部材２２を備えている。固定子鉄心２１の内周側には、６本の歯部２１ａ〜２１ａが周方向六等分位置から放射方向中心に向かって突き出す状態に設けられている。
この固定子鉄心２１の外周面と各歯部２１ａ〜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で覆われた部分に巻き線されて駆動コイル２３が構成されている。図では巻き線部に符号２３ａが付されている。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。
電気絶縁部材２２の前面（図１において右端面）にセンサ基板３０が取り付けられている。このセンサ基板３０は、電気絶縁部材２２に一体に設けた係合爪２２ａ〜２２ａにより板厚方向にがたつきなく固定されている。また、このセンサ基板３０は図示省略した位置決め突起により軸線Ｊ回りの位置についても適切に位置決めされている。

本実施形態に係るＤＣブラシレスモータ１０は、主として固定子２０の冷却構造に特徴を有している。図２には、固定子２０が単独で示されている。前記したように固定子鉄心２１の内周面と６本の歯部２１ａ〜２１ａは電気絶縁部材２２で被覆されている。各歯部２１ａの電気絶縁部材で被覆された範囲に巻き線されて駆動コイル２３が構成されている。各駆動コイル２３の巻き線部２３ａが接触しない範囲（巻き線部２３ａで覆われていない範囲）で、固定子鉄心２１の内周面には、電気絶縁部材２２が被覆されていない結果、当該固定子鉄心２１が露出した露出部２１ｂ〜２１ｂが設けられている。各露出部２１ｂは、比較的小さな幅で固定子鉄心２１の軸線Ｊ方向前端から後端に至って設けられている。この露出部２１ｂは、比較的小さな幅で固定子鉄心２１の軸線Ｊ方向前端から後端に至って電気絶縁部材を欠落させた構成と同等の構成となっている。

以上のように構成した冷却構造によれば、駆動コイル２３の巻き線部２３ａが接触しない範囲（磁界に影響を与えない範囲）で、固定子鉄心２１の内周側の一部が露出されている。このため、回転子１１と一体で冷却ファン１７が回転することにより電動工具のハウジング内に外気が導入され、これが回転子１１及び固定子２０等に吹き付けられることにより、その一部が上記露出部２１ｂ〜２１ｂに直接吹き付けられる。このため、固定子２０の内周面が全て電気絶縁部材２２で被覆されている場合に比して、当該固定子鉄心２１ひいては当該固定子２０をより効率よく冷却することができる。
以上例示した実施形態には種々変更を加えて実施することができる。例えば、隣接する駆動コイル２３，２３間の合計６箇所に露出部２１ｂ〜２１ｂを設けた構成を例示したが、１〜５箇所に減らしてもよい。また、各露出部２１ｂは、固定子鉄心２１の前端から後端に至る軸線Ｊ方向の全範囲で連続して設けた構成を例示したが、断続的若しくは部分的に設けてもよい。

さらに、以上説明した実施形態では、固定子鉄心２１の内周面に露出部２１ｂ〜２１ｂを設けることにより当該固定子鉄心２１の冷却効果を高める構成としたが、これとは別に例えば図４〜図６に示すように駆動コイル４３に通風溝を設けることにより、主として歯部４１ａ〜４１ａ及び巻き線の冷却効果を高めることができる。前記例示した実施形態が特許請求の範囲の請求項１に記載した発明の実施形態（第１実施形態）であり、以下説明する実施形態が請求項２に記載した発明の実施形態（第２実施形態）に相当する。
第１実施形態と第２実施形態では、固定子鉄心２１の露出部が異なっている。変更を要しない構成及び部材等については同位の符号を用いてその説明を省略する。
第２実施形態の固定子４０は、概ね円筒形状を有する固定子鉄心４１とこれを被覆する電気絶縁部材４２を備えている。固定子鉄心４１の内周側には第１実施形態と同様、周方向六等分位置に放射方向中心側に延びる歯部４１ａ〜４１ａが設けられている。この各歯部４１ａの先端面と固定子鉄心の外周面を除く範囲が電気絶縁部材４２で被覆されている。各歯部４１ａ〜４１ａの電気絶縁部材２で被覆された範囲に巻き線されて駆動コイル４３が構成されている。図で巻き線部に符号４３ａが付されている。
各歯部４１ａは、その先端面を除いて電気絶縁部材４２で被覆されている。但し、その前端面及び後端面には、電気絶縁部材４２で被覆されていない通風溝４２ａ，４２ａが設けられている。各通風溝４２ａは、歯部４１ａの幅よりも十分に小さな幅寸法に設定されており、当該歯部４１ａの巻き線部４３ａが固定子鉄心４１（歯部４１ａ）に接触しないようになっている。
各通風溝４２ａの内周側端部は、回転子１１側に向けて開口されている。各通風溝４２ａの外周側端部は、巻き線部４３ａの外周側端部にまで至っている。

以上説明した第２実施形態の冷却構造によれば、回転子１１と一体で冷却ファン１７が回転することにより電動工具のハウジング内に外気が導入され、これが回転子１１及び固定子２０等に吹き付けられることにより、その一部が各駆動コイル４３に設けた通風溝４２ａ内を流れることにより、巻き線部４３ａの表面側を流れる冷却風と併せて当該巻き線部４３ａの各ワイヤをより確実に冷却することができる。また、巻き線部４３ａを内側から冷却することができ、かつ固定子鉄心４１の歯部４１ａを直接冷却することができることから、駆動コイル４３ひいては固定子４０をより効果的に冷却することができる。
以上例示した実施形態にはさらに変更を加えることができる。例えば、歯部４１ａの前面側及び後面側の双方に通風溝４２ａ，４２ａを設ける構成を例示したが、何れか一方のみに通風路を設ける構成としてもよい。
また、第１実施形態の冷却構造と第２実施形態の冷却構造を組み合わせることにより固定子の冷却をより一層効果的に行うことができる。
冷却ファン１７は回転子の後側に配置する構成の他、前側に配置する構成であっても同様の冷却構造を適用することができる。
さらに、電動工具の駆動源として内蔵するＤＣブラシレスモータを例示したが、その他の機器の駆動源として用いるものにも同様に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係るＤＣブラシレスモータの縦断面図である。第１実施形態の冷却構造を備えた固定子単体の前面図である。図２の(3)-(3)線断面矢視図であって、固定子の前部の縦断面図である。第２実施形態の冷却構造を備えた固定子単体の前面図である。図４の(5)-(5)線断面矢視図であって、固定子の前部の縦断面図である。図５の(6)-(6)線断面矢視図であって、駆動コイルの縦断面図である。

符号の説明

１０…ＤＣブラシレスモータ
１１…回転子
１２…回転子鉄心
Ｊ…回転軸線
１３…リングマグネット
１４…回転軸線
１５，１６…軸受け
１７…冷却ファン
２０…固定子（第１実施形態）
２１…固定子鉄心、２１ａ…歯部
２２…電気絶縁部材、２２ａ…係合爪
２３…駆動コイル
３０…センサ基板
３１…磁気センサ（ホール素子）
４０…固定子（第２実施形態）
４１…固定子鉄心、４１ａ…歯部
４２…電気絶縁部材、４２ａ…通風溝
４３…駆動コイル、４３ａ…巻き線部

Claims

ＤＣブラシレスモータの固定子の冷却構造であって、前記固定子は、円筒形状の円筒部と該円筒部の内周面から放射方向中心側に突き出す複数の歯部を有する固定子鉄心と、前記円筒部の内周面と前記歯部の先端面を除く範囲を被覆する電気絶縁部材を備え、前記各歯部の前記電気絶縁部材で被覆された範囲に巻き線されて駆動コイルが構成されており、
前記隣接する駆動コイル間において前記巻き線が接触しない範囲で、前記円筒部の内周面に前記電気絶縁部材で被覆されない露出部を設けた冷却構造。
ＤＣブラシレスモータの固定子の冷却構造であって、前記固定子は、円筒形状の円筒部と該円筒部の内周面から放射方向中心側に突き出す複数の歯部を有する固定子鉄心と、前記円筒部の内周面と前記歯部の先端面を除く範囲を被覆する電気絶縁部材を備え、前記各歯部の前記電気絶縁部材で被覆された範囲に巻き線されて駆動コイルが構成されており、
前記駆動コイルにおいて巻き線が接触しない範囲で前記歯部の基部側から先端側に至って前記電気絶縁部材で被覆されない通風溝を設けた冷却構造。