JP2008125296A - ブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータのパワー基板の放熱板を該パワー基板に組み付けられる板部と放熱板部とから形成し、放熱板部に複数の該板部の切り起しによる通風孔を設けるとともに該通風孔に切り起し片による山形状の突出部を具備させ、これにより該放熱板部における放熱効果の増大を図る。
【解決手段】ブラシレスモータＭのパワー基板１には、該モータＭの回転制御用電子部品１１が装備されるとともに該電子部品１１にその母体板部２１が当接して該板部２１を介して放熱板２が組み付けられている。放熱板２の前記母体板部２１の一端にはほぼ直角に屈曲した放熱部である屈曲板部２２が設けられており、該屈曲部２２には複数の切り起しによる通風孔２３が設けられるとともに該通風孔２３には切り起し片２４による山形状の突出部２５が具備されている。
【選択図】図１

Description

本発明はブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造に関し、特にブラシレスモータの回転制御用電子部品を装備したパワー基板の該電子部品の過熱を防止するための放熱構造に関する。

電動工具のモータとして直流電源で駆動する形式のものが多用されており、このようなモータの１つとしてはブラシおよび整流子を用いないブラシレスモータが知られている。ブラシレスモータはブラシや整流子を用いない代わりにその回転制御のためのパワー基板と制御基板を備えている。パワー基板にはモータの回転制御用電子部品であるＦＥＴ等が装備されているが、モータが長時間作動すると発熱しやすい。これら電子部品の発熱による過熱は、故障や出力効率の低下等の機能障害を起して、結果として、電動工具の作動に支障を来たすことになる。

上述したような状況の中で、ブラシレスモータの回転制御用のパワー基板における放熱対策は従来から行われてきたところであり、放熱対策としてよく知られたものに、例えば、モータ巻き線用冷却ファンの冷却風通路であるモータ軸の後方もしくはモータの後部にパワー基板を配置して冷却ファンによる冷却気流を利用することで該基板の放熱性を高め、該基板の温度上昇を抑えることで過熱による悪影響を回避するようにしたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００３−１９９３１０号公報 特願２００４−７８６９号

ところで、上述のようなモータ軸後方もしくはモータ後部へのパワー基板の配置は、スペース的な制約から前記パワー基板における過熱防止を効果的に行う放熱のための形状や充分な表面積を有する放熱部の確保を困難にしており、パワー基板の温度上昇を効果的に抑えるための有効な対策が採れないという問題を残している。

上述したような状況の中で、本発明はブラシレスモータのパワー基板に装備された回転制御用電子部品における上述の問題点を解決するための提案をなすものであり、ブラシレスモータのパワー基板に装備された回転制御用電子部品の発熱による過熱防止を有効に行うための充分な放熱のための表面積を有する放熱部を該パワー基板に具備させた、モータの回転制御用電子部品を装備したパワー基板における放熱構造を提供することにある。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、駆動源としてのブラシレスモータを収容するとともに該モータの冷却のための冷却風取入れ口を備えたハウジングを有する前記ブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造において、前記パワー基板には前記ブラシレスモータの回転制御用電子部品が装備されるとともに、該基板に装備された前記回転制御用電子部品に当接して該パワー基板に対向するように取付けられる母体板部と該母体板部の一端からほぼ直角に屈曲して延びる屈曲板部とを備えた放熱板が取付けられており、前記放熱板の前記屈曲板部には該板部の切り起しにより形成された通風孔が設けられていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記放熱板の屈曲板部の切り起しにより形成された通風孔は、該通風孔の開孔両端からそれぞれ曲折して延びた切り起し片を該通風孔の開口の前方でその先端を互いに突き合すように接近させることで形成したほぼ山形状の突出部を備えていることを特徴とする。

さらに、請求項３に係る発明は、前記請求項１又は２に記載の発明において、前記放熱板の屈曲板部の切り起しにより形成された通風孔と前記ハウジングの冷却風取入れ口とは、互い違いの格子状に形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る発明は、駆動源としてのブラシレスモータを収容するとともに該モータの冷却のための冷却風取入れ口を備えたハウジングを有する前記ブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造において、前記パワー基板には前記ブラシレスモータの回転制御用電子部品が装備されるとともに、該基板に装備された前記回転制御用電子部品に当接して該パワー基板に対向するように取付けられる母体板部と該母体板部の一端からほぼ直角に屈曲して延びる屈曲板部とを備えた放熱板が取付けられており、前記放熱板の前記屈曲板部には該板部の切り起しにより形成された通風孔が設けられている構成である。したがって、放熱板の母体板部と通風孔が形成された屈曲板部が互いに距離的に離れた位置関係とされるので電動工具の狭いスペースにおける放熱板の配置の自由度が増し、例えば、パワー基板とともに放熱板の母体板部をモータ近接の最適な位置に配置して放熱板の通風孔を形成した放熱部である屈曲板部を適宜冷却風の通路内に配置することが容易となる。

そして、放熱板の通風孔が形成された屈曲板部が通風により冷却されることで、該屈曲板部に連接する母体板部の熱が熱伝導により前記屈曲板部を通して効果的に放熱されるので、母体板部に当接する回転制御用電子部品の発熱による温度上昇が効果的に抑制される。したがって、回転制御用電子部品の過熱による故障や出力効率の低下等の機能障害が防止される。また、切り起しによる通風孔の形成はきわめて容易である。

請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記放熱板の屈曲板部の切り起しにより形成された通風孔は、該通風孔の開孔両端からそれぞれ曲折して延びた切り起し片を該通風孔の開口の前方でその先端を互いに突き合すように接近させることで形成したほぼ山形状の突出部を備えているので、通風孔を通過する冷却風は、山形状の突出部に当たることで曲げられ拡散されるから、その分冷却風の滞留時間が長くなり、また切り起し片による山形状の突出部は冷却風の接触面積を大きくするので放熱板の放熱効果をその分増大させることができる。

請求項３に係る発明は、前記請求項１又は２に記載の発明において、前記放熱板の屈曲板部の切り起しにより形成された通風孔と前記ハウジングの冷却風取入れ口とは、互い違いの格子状に形成されているので、ハウジングの冷却風取入れ口から取り入れられた冷却風は互い違いの格子により邪魔をされて回り込むようにして通風孔内に流入するので比較的大きなゴミの流入が阻止されるとともに滞留時間が長くなることで滞留中に小さなゴミも落下するので防塵効果が大きくなる。また、冷却風の滞留時間の確保は通風孔近傍を良く冷却するので屈曲板部の放熱効果を増大させることができる。

以下、本発明のモータの回転制御用電子部品を装備したパワー基板における放熱構造を図１ないし図４に基づいて説明する。

パワー基板１は、ブラシレスモータＭの回転制御用電子部品が装着された基板部１０からなり、該パワー基板１の基板部１０は、図１ないし図３に図示されるように、ほぼ矩形状をなす所定の厚さの絶縁体からなる板であり、その図示裏面である一面側に前記回転制御用電子部品であるＦＥＴ１１が装着されている。

パワー基板１の基板部１０に装着されるＦＥＴ１１はブラシレスモータＭの図示されない三相の巻き線に対応するために６個設けられており、これらＦＥＴ１１はパワー基板１の基板部１０の長手方向に対して直交する方向で２列に配置され、つまり一列に３個ずつ配置されて装着されている。

ＦＥＴ１１のパワー基板１の基板部１０への装着は、ＦＥＴ１１の３つの電極の脚部１２が該基板部１０の裏面側から孔１３に挿し込まれて電極の脚部１２の先端１２ａを該基板部１０の表面側から僅かに突出させてハンダ付けされることでなされており、ＦＥＴ１１はさらに後述されるパワー基板１に取付けられる放熱板２の母体板部２１にねじ、その他の方法で図示下方から当接固定される。

パワー基板１の基板部１０の上表面から僅かに突出した各ＦＥＴ１１の３つの電極の先端１２ａはＤＣ電源、制御基板（ゲート制御回路）、モータの巻き線への接続電極をそれぞれ形成する。

パワー基板１の基板部１０の図示裏面に装着された６個のＦＥＴ１１の図示下部には既述のように放熱板２が当接されるが、放熱板２は、ＦＥＴ１１の図示下部を覆うようにして該ＦＥＴ１１に当接する板部、つまりほぼ矩形状でパワー基板１とほぼ同じ幅を有するがやや長さの短い母体である板部２１と、該母体板部２１の一端からほぼ直角に屈曲して延長する複数の通風孔２３を備える放熱部とされる屈曲板部２２とから形成されており、熱伝導の良い材質の板状部材からなる。

放熱板２は、前記パワー基板１のＦＥＴ１１を丁度パワー基板１の基板部１０と該放熱板２の母体板部２１とで挟むように対向配置されて、前記パワー基板１に対してその４隅のボルト穴２１ａを介して一体的にボルトＢの締め付けにより固定されている。

放熱板２の放熱部とされる屈曲板部２２には既述の複数の通風孔２３が設けられるが、これら通風孔２３は屈曲板部２２の切り起しにより形成されており、切り起しによる通風孔２３の形成は通常プレス機械等の使用により行われる。複数の通風孔２３は互いに平行に延びる同じ長さと幅の同じ大きさの孔であり、これらの通風孔２３は屈曲板部２２の延長方向に沿って互いに等間隔に並設して形成されている。

各通風孔２３はその左右の開孔両端で切り起し曲折された切り起し片２４が通風孔２３の開口の前方でほぼ山形状の突出部２５を形成するように互いにその先端２４ａを突き合わせるように接近して対向させられており、これにより各通風孔２３に流入する冷却風は互いに並設するほぼ山形状の突出部２５間の隙間２６を流入口として該流入口を経て冷却風を取り入れ、取り入れられた冷却風はほぼ山形状の突出部２５の側部開口２７を通って通風孔２３内に流入するようになされている。

次に、上述のパワー基板１における放熱構造の電動工具への具体的な適用例について説明する。

図５、図６には上述の放熱構造が適用された電動工具であるハンマドリルＡが図示されている。ハンマドリルＡはその外装がハウジング３で覆われ、ハウジング３は、モータハウジング部３１と、該ハウジング部３１と一体成型のグリップ部３２と、モータハウジング部３１の前部に連接された回転駆動部の収容ハウジング部３３等からなり、また、ＤＣ電源を供給するＤＣ電源パック３４がハウジング３に接続されている。

モータハウジング部３１内にはブラシレスモータＭが内臓され、グリップ部３２には該グリップ部３２を手で握ることで操作可能なトリガスイッチレバー３４が備えられ、トリガスイッチレバー３４の押し込み操作で前記モータＭの起動スイッチ３５が作動される。

そして、収容ハウジング部３３内には図示されない回転駆動機構と打撃駆動機構が組み込まれており、回転駆動部の回転がドリルビット３７を保持するチャック部３６を介してドリルビット３７に伝達されるとともに、打撃駆動部の打撃が同時に伝達されるようになっている。

ブラシレスモータＭは、ステータ４１と、ローター４２と、ローター４２と一体のモータ駆動軸４３と、モータ駆動軸４３の前側に取付けられた冷却ファン４４等をその構造の主体としており、モータ駆動軸４３の前後端がベアリング４５により軸受け支持されることで該駆動軸４３はローター４２の回転とともにステータ４１に対して回転可能とされている。

そして、上述の回転制御用電子部品であるＦＥＴ１１が装備されかつ放熱板２が取付けられたパワー基板１は、ブラシレスモータＭのステータ４１外周側上部とモータハウジング部３１内側との間の空間Ｓ内に配置され、明確には図示されるところではないがモータハウジング部３１に設けられた固定リブにより放熱板２の母体板部２１を位置決めし、左右のモータハウジング３２により挟み込み、モータハウジング部３１の上部に固定されている。

空間Ｓ内に固定配置された放熱板２が取付けられたパワー基板１は、該固定配置状態において放熱板２の母体板部２１をＦＥＴ１１挟持のもとにその下部に重ねるように保持して、放熱板２の母体板部２１の一端から屈曲して延びる屈曲板部２２をモータ駆動軸４３の左方軸端ベアリング４５の軸受け支持部の左方側を覆うように図示下方に延長させてモータハウジング部３１の後部の壁部３１ａ内側に対向するように位置付けている。

放熱板２の屈曲板部２２の上述の位置付けは、各通風孔２３のほぼ山形状の突出部２５をモータハウジング部３１の後部左右両側の冷却風取入れ口３１ｂに対向させる（図４参照）。

屈曲板部２２の該板部延長方向に沿って並設される複数の通風孔２３の間隔と幅は、これに対向するモータハウジング部３１の前記冷却風取入れ口３１ｂの間隔と幅が互いに同一となるようになされており、互い違いの格子状に形成されている。

したがって、冷却ファン４４の回転に伴いモータハウジング部３１の後部左右両側の冷却風（外気）取入れ口３１ｂの格子を通って取り込まれた冷却風は、放熱板２の屈曲板部２２の格子を形成する各通風孔２３併設のほぼ山形状の突出部２５間の隙間２６である冷却風流入口を経て各通風孔２３を通過して、モータＭ側に流れ、モータＭの冷却後にモータＭ前側の排出口３１ｃ（図６参照）から外部へと排出されるという冷却風の流れを形成する。

本発明の実施形態は上述の構成であるので、図４、５等の参照により理解できるように、モータＭの回転と同時に冷却ファン４４が回転し、冷却風（外気）がモータハウジング部３１の後部左右両側の格子状をなす冷却風取入れ口３１ｂからハンマドリルＡの内部に取り込まれ、該冷却風取入れ口３１ｂの格子と互い違いの格子として形成された放熱板２の屈曲板部２２の通風孔２３へと流入するが、この際モータハウジング部３１の冷却風取入れ口３１ｂと放熱板屈曲板部２２の通風孔２３の格子が互い違いとされるから、取入れられる冷却風の流れは邪魔をされるので冷却風は回り込むように流れ込むのでゴミの流入が効果的に阻止される。

そして、前記屈曲板部２２の通風孔２３への冷却風の流入は切り起し片２４によるほぼ山形状の突出部２５間の隙間２６である流入口を通ってほぼ山形状の突出部２５の側部開口２７から通風孔２３に流入するので、この冷却風の流れは、ほぼ山形状の突出部２５に当たり、曲げられ、拡散されて、その滞留時間がその分長くされ、またほぼ山形状の突出部２５の形成により冷却風の接触面積が大きく確保されて屈曲板部２２をより効果的に冷却する。

したがって、前記屈曲板部２２を放熱部として備える放熱板２の使用により、該放熱板２の母体板部２１に直接的に接触するパワー基板１の回転制御用電子部品であるＦＥＴ１１の発熱を熱伝導により前記放熱部である屈曲板部２２を通して効果的に放熱することができ、回転制御用電子部品であるＦＥＴ１１の過熱による故障や出力の低下が防止されるので、信頼性の高い電動工具であるハンマドリルを提供することができる。

なお、上述のパワー基板１における放熱構造は、ハンマドリルに限定されず、他の電動工具にも適用することができる。

本発明の放熱板が取付けられたパワー基板を示す斜視図である。 本発明の放熱板が取付けられたパワー基板の側面図である。 本発明の放熱板が取付けられたパワー基板の上面図である。 本発明の放熱板の通風孔と電動工具のハウジングの冷却風取入れ口との対向する配置関係を示す一部断面で示される図である。 本発明のパワー基板が装備されたハンマドリルを示す図である。 図５に図示されるハンマドリルの外観図である。

符号の説明

Ａ ハンマドリル
Ｍ ブラシレスモータ
１ パワー基板
１１ モータの回転制御用電子部品であるＦＥＴ
２ 放熱板
２１ 母体板部
２２ 屈曲板部

Claims (3)

1. 駆動源としてのブラシレスモータを収容するとともに該モータの冷却のための冷却風取入れ口を備えたハウジングを有する前記ブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造において、
   前記パワー基板には前記ブラシレスモータの回転制御用電子部品が装着されるとともに、該基板に装着された前記回転制御用電子部品に当接して該パワー基板に対向するように取付けられる母体板部と該母体板部の一端から略直角に屈曲して延びる屈曲板部とを備えた放熱板が取付けられ、前記放熱板の前記屈曲板部には該板部の切り起しにより形成された複数の通風孔が形成されている
   ことを特徴とするブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造。
2. 前記放熱板の屈曲板部の切り起しにより形成された通風孔は、該通風孔の開孔両端からそれぞれ曲折して延びた切り起し片を該通風孔の開口の前方でその先端を互いに突き合すように接近させることで形成したほぼ山形状の突出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造。
3. 前記放熱板の屈曲板部の切り起しにより形成された通風孔と前記ハウジングの冷却風取入れ口とは、互い違いの格子状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシレスモータ搭載の電動工具におけるパワー基板の放熱構造。

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