JP2010017056A

JP2010017056A - 電動工具

Info

Publication number: JP2010017056A
Application number: JP2008176829A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tanimoto; 英之谷本
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】粉塵侵入に対応した高出力で電気絶縁の高いモータを備えた電動工具の提供。
【解決手段】ハウジング内に配置され砥石を駆動するモータ３は、固定子４と固定子４内空間に配置される回転子５とから構成され、固定子４は、回転子５に近接する複数の磁極４１を有し回転子５を収容する空間を画成する内面が規定され、磁極４１は、中央部４３と中央部４３から回転子５の表面に添って回転子５の周方向に延出されるエンド部４４とから構成され、中央部４３Ａ及びエンド部４４Ａには、内面の一部であり回転子５と近接対峙する中央部内周面４３Ａ及びエンド部内周面４４Ａが規定され、エンド部内周面４４Ａから回転子５までの距離は中央部内周面４３Ａから回転子５までの距離より大きく、内面には中央部内周面４３Ａを除き絶縁材料４Ｃが施工され中央部内周面４３Ａは固定子４の基材が露出する電動工具１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は電動工具に関し、特に電動工具を駆動するモータに関する。

従来から、電動工具に用いられている二極整流子モータは、固定子コアと回転子コア、及び固定子コアの固定子スロット内に巻回された固定子コイル束とを備えている。固定子コイル束には電動工具を使用する際に電流が流れて磁界を発生させ、この発生した磁界により回転子コアを回転させている。

固定子コイル束は、モータ運転中に発熱して温度が上昇する。このモータ温度上昇によって、モータ出力が低下する。この低下を抑制するため、回転子コアにファンを設け、冷却風により固定子コイル束を冷却するのが一般的である。

近年、電動工具用モータは高出力化がますます進み、作業時に電動工具の温度上昇が増加する傾向にある。温度上昇による機器絶縁はＪＩＳＣ４００３に定められており、モータが温度上昇しても電気絶縁が確保される構造が求められている。

従来は電気絶縁性確保のため、固定子コアとコイル束との間に電気絶縁部材を介在させていた。電気絶縁部材はコイル束を巻く妨げにならないよう、一般的には０．３ｍｍ以下の厚みで構成されており、具体的にはシート材の挿入、若しくは特許文献１に示されるように絶縁材の塗装処理やモールド等が施されていた。
特開２００１−２３１１９１号公報

しかし電気絶縁部材をシート材である紙にした場合、ＪＩＳＣ４００３で定めるＦ種絶縁といった高い階級のシート材は厚みが増すため、固定子コイル巻線の装着の妨げになる問題があった。また、特許文献１に示されるように高絶縁材料を厚み０．３ｍｍ以下で塗装若しくはモールドする方法があるが、固定子コアの両端面及び固定子コアの内面全体を絶縁塗装で覆うと、固定子コアの磁極と回転子コアとの間のエアギャップが大きくなりモータ出力が低下するという問題があった。また、塗装に用いる高電気絶縁材は一般的に熱硬化性樹脂であり硬く割れ易い。このため、モータが吸い込んだ粉塵が勢い良く衝突する固定子コア端面において、磁極端部の絶縁材が剥がれたり、破損するという問題があった。上記理由から、ディスクグラインダ等の粉塵を吸い込む環境で運転され易い電動工具において、モータの固定子コアに絶縁材の塗装やモールドを採用し難いという問題があった。よって本発明は、粉塵侵入に対応した高出力で電気絶縁の高いモータを備えた電動工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、ハウジングと、該ハウジング内に配置されて先端工具を駆動するモータと、を備え、該モータは、該ハウジングに保持される固定子と、該固定子内に回転可能に配置される回転子とを備えて構成され、該固定子は、該回転子にそれぞれ近接する複数の磁極と、該複数の磁極のそれぞれの間を接続する複数のヨーク部とを有し、該回転子を収容する収容空間を画成する内面が規定され、それぞれの該磁極は、該ヨーク部に接続される中央部と該中央部から該回転子の表面に添って該回転子の周方向に延出されるエンド部とから構成され、該中央部及び該エンド部には、該内面の一部であって該回転子と近接して対峙する内周面が規定され、該エンド部での該内周面から該回転子までの距離は該中央部での該内周面から該回転子までの距離より大きく構成され、該内面には該中央部の該内周面を除き絶縁材料が施工されると共に該中央部の該内周面は該固定子の基材が露出している電動工具を提供する。

上記電動工具において、該絶縁材料は、該エンド部の該内周面上の該絶縁材料から該回転子までの距離が該中央部の該内周面から該回転子までの距離とほぼ等しくなるように該エンド部の該内周面を覆っていることが好ましい。

これらのような構成によると、中央部の内周面が回転子に絶縁材料を介さず接しているため、より近接して好適に磁束が通過しやすくなり、モータの出力を増すことができる。また固定子の内面には絶縁材料が施されているが、内面の一部であるエンド部においては内周面からエンド部の最端部を超えて反内周面となる位置までに跨って絶縁材料が施されているため、エンド部の最端部において絶縁材料が剥離等することが抑制されている。特にエンド部の内周面において、絶縁材料から回転子までの距離を中央部の内周面から回転子までの距離と等しくすることにより、エンド部の最端部での内周面と回転子との間のギャップを小さくすることができ、内周面位置に粉塵等の微粒子が入り込むことが抑制される。

また上記課題を解決するために、ハウジングと、該ハウジング内に配置されて先端工具を駆動するモータと、を備え、該モータは、該ハウジングに保持される固定子と、該固定子内に回転可能に配置される回転子とを備えて構成され、該固定子は、該回転子にそれぞれ近接する複数の磁極と、該複数の磁極のそれぞれの間を接続する複数のヨーク部とを有し、該回転子を収容する収容空間を画成する内面が規定され、それぞれの該磁極は、該ヨーク部に接続される中央部と該中央部から該回転子の表面に添って該回転子の周方向に延出されるエンド部とから構成され、該中央部及び該エンド部には、該内面の一部であって該回転子と近接して対峙する内周面が規定され、該内周面は該エンド部での該内周面から該固定子までの距離と該中央部での該内周面から該固定子までの距離が等しくなるように構成され、該内面には該内周面を除き絶縁材料が施工されると共に該内周面は該固定子の基材が露出している電動工具を提供する。

この様な構成によると、少なくとも内周面が回転子に絶縁材料を介さずに近接しているため、より好適に磁束が通過しやすくなり、モータの出力を増すことができる。またエンド部の内周面から回転子までの距離が中央部の内周面から回転子までの距離と等しいため、エンド部の最端部での内周面と回転子との間のギャップを小さくすることができ、内周面位置に粉塵等の微粒子が入り込むことが抑制される。

また該磁極には導線が巻回されて形成されるコイル束が装着され、該エンド部と該ヨーク部との間には、該収容空間の一部であって該コイル束を収容するスロット部が画成され、該コイル束は該スロット部内で樹脂に覆われており、該樹脂は該スロット部を画成する該内面の該絶縁材料も覆っていることが好ましい。

この様な構成によると、スロット部を画成するエンド部に施された絶縁材料を樹脂により保護することができ、絶縁材料の剥離を抑制することができる。特にエンド部の最端部近傍まで樹脂で覆うことにより、エンド部最端部での絶縁材料の剥離を抑制することができる。

また該固定子は該ハウジングと対峙する外面を備え、該外面は該固定子の基材が露出していることが好ましい。

この様な構成によると、外面での熱拡散を促進することができ、固定子の温度上昇を低減し、透磁率の低下を抑制することができる。また絶縁材料はその材種によっては熱で劣化する物もあるため、絶縁材料の熱劣化を抑制することもできる。

本発明の電動工具によれば、粉塵侵入に対する耐久性があり、かつ高出力で電気絶縁性の高いモータを備えることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動工具について図１乃至図６に基づき説明する。図１に示される電動工具であるディスクグラインダ１は、ハウジング２と、モータ３と、ギヤ機構６と、先端工具である砥石７とから主に構成されている。

ハウジング２は、内部にモータ３を収容しており、後端にモータ３に電力を供給する図示せぬ電源スイッチを収納するテールカバー２１を有している。また先端にはギヤ機構６を内蔵するギヤカバー２２を有している。テールカバー２１にはハウジング２内に外気を取り入れる空気吸入孔２１ａが形成されており、ギヤカバー２２にはハウジング２内の空気を外気中に排出する空気排出孔２２ａが形成されている。モータ３は、主に固定子４と回転子５とから構成されており、回転子５の先端部分に出力軸３１が設けられている。出力軸３１の根本部分には、ファン３２が設けられており、出力軸３１が回転することによりファン３２が回転し、ハウジング２内に空気吸入孔２１ａから空気排出孔２２ａへ向かう気流を発生させてモータ３を冷却している。固定子４については後ほど詳しく説明する。

ギヤ機構６は、第一ベベルギヤ６１と、第二ベベルギヤ６２と回転軸６３とから主に構成され、ギヤカバー２２内に収容されている。第一ベベルギヤ６１は出力軸３１に設けられており、第二ベベルギヤ６２は、回転軸が出力軸３１と直行するように配置されて第一ベベルギヤ６１と噛合している。回転軸６３は、第二ベベルギヤ６２に同軸回転可能に固定されており、ギヤカバー２２に軸受を介して支持され、第二ベベルギヤ６２の回転軸として作用している。

砥石７は回転軸６３の先端に固定され、回転軸６３と一体に同軸回転可能に構成されている。砥石７の周辺には、ギヤカバー２２に固定されて砥石７を保護するカバー７１が設けられている。砥石７は回転軸６３に同軸回転可能に固定されているため、モータ３の出力軸３１の回転により、砥石７が回転して、被加工物を切削・研磨等することができる。

次にモータ３について説明する。モータ３は磁極を二つ備える二極整流子モータであり、固定子４と回転子５とを有し、図２に示されるように、固定子４の内部空間内に回転子５が収容される形態を採っている。固定子４は金属材料を基材とし、半割された対称形状の一対の固定子コア４Ａ、４Ａから主に構成されており、外周部分でハウジング２に保持されている。また各の固定子コア４Ａには導線が巻回されて構成されている固定子コイル束４Ｂが装着されている。一対の固定子コア４Ａ、４Ａが一体化された状態で回転子５が収容される空間が画成され、図３及び図４に示されるようにこの空間を画成する固定子コア４Ａ、４Ａ内面の、後述の中央部内周面４３Ａを除いた略全面及び固定子コア４Ａの軸方向端面に絶縁塗装４Ｃが施されている。絶縁塗装４Ｃは、ＪＩＳ４００３で定めるＢ〜Ｆ種電気絶縁性を保障する材料であり、絶縁シートによるＥ種絶縁より高い電気絶縁性能を備えている。

尚、図２に示されるように、固定子コア４Ａの外周部分である外面には絶縁塗装４Ｃが施されていない。これにより固定子コア４Ａ外面の基材がハウジング２（図１）内に露出することになる。ハウジング２内にはファン３２により空気が流れるため、固定子コイル束４Ｂに通電して発熱したとしても、この発熱を固定子コア４Ａの外面部分でハウジング２内の空気中に発散し、好適に固定子４Ａ及び固定子コイル束４Ｂを冷却することができ、固定子４Ａの透磁率の低下を抑制し、かつ絶縁塗装４Ｃの熱劣化を抑制することができる。る。

固定子コア４Ａは、回転子５に近接する磁極４１と、磁極４１の両側に配置される一対のヨーク部４２、４２から構成されている。一方の固定子コア４Ａのヨーク部４２、４２と他方の固定子コア４Ａのヨーク部４２、４２とが当接することにより、図２に示される断面略円形の固定子４が構成される。

磁極４１は、ヨーク部４２に接続される中央部４３と、回転子５の表面に添って回転子５の周方向に中央部４３の側部から延出される一対のエンド部４４、４４とから構成されている。中央部４３及びエンド部４４、４４の回転子５と対峙する箇所は、それぞれ中央部内周面４３Ａ及びエンド部内周面４４Ａ、４４Ａであり、中央部内周面４３Ａ及びエンド部内周面４４Ａ、４４Ａから磁極４１の内周面４１Ａが構成されている。

エンド部４４、４４はいずれも対称な形状を成しており、その延出端に向けて先細る形状を成しており、延出端においてエンド部内周面４４Ａと回転子５との間にギャップを提供するためのチャンハー部４４ａが形成されている。またエンド部４４、４４は、中央部内周面４３Ａから回転子５までのギャップＬ１（０．３〜０．５ｍｍ）に比べて、エンド部４４の端部へ行けば行くほどチャンハー部４４ａにおけるキャップＬ２（最端部で０．８〜１．２ｍｍ）が大きくなるように、構成されている。エンド部４４とヨーク部４２の間には固定子コイル束４Ｂを収容するスロット４２ａが画成されている。

中央部４３においては中央部内周面４３Ａに絶縁塗装４Ｃが施されていないため、回転子５に絶縁塗装４Ｃを介さずに磁極４１の基材が直に極近距離で近接する。よって中央部４３においては好適に磁束が通過することができる。これにより磁極４１の性能を増すことができ、モータ３の出力を増すことができる。

上述のように絶縁塗装４Ｃは固定子コア４Ａの中央部内周面４３Ａを除いた内面全面に施されているため、スロット４２ａを画成するエンド部４４表面及びヨーク部４２表面にも絶縁塗装４Ｃが施される。またチャンハー部４４ａにおける絶縁塗装４Ｃから回転子５までのギャップＬ３と、ギャップＬ１とがほぼ同じになるように、チャンハー部４４ａでのエンド部内周面４４Ａの絶縁塗装４Ｃの被膜厚を調整している。エンド部４４の端部は磁極４１の端部であるため、空気吸入孔２１ａから粉塵等が流入した状態で回転子５を回転させた際に、エンド部内周面４４Ａは回転子５の回転に引き込まれた粉塵が衝突する箇所になる。しかし衝突する箇所の絶縁塗装４ＣをＬ１＝Ｌ３となるように厚くしているため、粉塵が衝突したとしてもエンド部内周面４４Ａの絶縁塗装４Ｃは剥がれ難くなり、絶縁性の低下が抑制される。尚、絶縁塗装４Ｃの被膜が厚いため、図２及び図４に示されるように、エンド部内周面４４Ａの全面に亘って絶縁塗装４Ｃを施さずにエンド部４４端部のみに絶縁塗装４Ｃを施し、絶縁塗装４Ｃのエンド部内周面４４Ａへの塗布面積を小さくしたとしても絶縁塗装４Ｃが容易に剥がれることは抑制される。

また図２に示されるようにエンド部内周面４４Ａの絶縁塗装４ＣのギャップＬ３は中央部４３のギャップＬ１と同程度に小さく形成されているため、エンド部内周面４４Ａ位置まで粉塵が入り難く、より好適に絶縁塗装４Ｃを剥がれ難くしている。

固定子コイル束４Ｂは図５及び図６に示されるように、スロット４２ａ内を貫通し固定子コア４Ａの軸方向両端面から固定子コア４Ａ外に延出し、固定子コイル束４Ｂを構成する導線の両端がテールカバー２１（図１）内の図示せぬ電源スイッチに接続されるように磁極４１に巻回されているが、スロット４２ａ内及び固定子コア４Ａの軸方向両端面はいずれも絶縁塗装４Ｃが施されているため、固定子コイル束４Ｂと固定子コア４Ａとが導通することはない。固定子コア４Ａは、基材が露出している外面でハウジング２に保持されているが、固定子コイル束４Ｂから固定子コア４Ａへの導通が絶縁塗装４Ｃで防がれているため、ハウジング２を保持する使用者が感電することを抑制することができる。

本発明の電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば図５及び図６に示される固定子コイル束４Ｂが巻回された固定子コア４Ａにおいて、図７及び図８に示されるように樹脂モールド４Ｄで固定子コイル束４Ｂを覆うような構成を採っても良い。樹脂モールド４Ｄを構成する樹脂は、高熱伝導性の熱硬化性樹脂であり、この樹脂を固定子コイル束４Ｂの隙間に浸透させると共に、スロット４２ａ内及び固定子コア４Ａの端面にも充填する。この様な構成を採ることにより、固定子コイル束４Ｂでの発熱をより好適に固定子コア４Ａに伝熱することができ、固定子コア４Ａ及び固定子コイル束４Ｂの発熱を低減することができる。またスロット４２ａ内に樹脂モールド４Ｄの樹脂が充填されるため、樹脂モールド４Ｄがエンド部４４のスロット４２ａを画成する部分に施された絶縁塗装４Ｃを端部近傍位置まで覆うことになる。これにより、エンド部４４の端部に施された絶縁塗装４Ｃが保護され、絶縁塗装４Ｃが剥離することをより確実に抑制することができる。

また図９に示されるように、磁極１４１において、その内周面１４１ＡにおけるギャップＬがエンド部１４４と中央部１４３とで同じギャップ量（０．３〜０．５ｍｍ）を備えるようにしても良い。この様な構成によると、内周面１４１Ａには絶縁塗装４Ｃが施されず、内周面１４１Ａにおいて磁極１４１の基材が回転子５に絶縁塗装４Ｃを介さずに近接しているため、より好適に磁束が通過しやすくなり、モータの出力を増すことができる。またエンド部１４４の内周面から回転子５までの距離が中央部１４３の内周面から回転子５までの距離と等しいため、エンド部１４４の最端部での内周面と回転子５との間のギャップを極力小さくすることができ、内周面１４１位置に粉塵等の微粒子が入り込むことが抑制される。また図９に示される構成に、図７及び図８に示される樹脂モールド４Ｄの構成を組み合わせても良い。

また本実施の形態では電動工具としてディスクグラインダを例示して説明したがこれに限らず、粉塵等が発生する他の電動工具、例えば携帯用丸鋸や穿孔機等のモータを動力として必要とする工具であるならば広く適用することができる。

本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの側面断面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダのモータの断面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの回転子コアの正面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの回転子コアの裏面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの回転子コアに固定子コイル束が装着された状態の正面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの回転子コアに固定子コイル束が装着された状態の裏面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの第一の変形例で回転子コアに固定子コイル束が装着され樹脂モールドされた状態の正面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの第一の変形例で回転子コアに固定子コイル束が装着され樹脂モールドされた状態の裏面図。本発明の実施の形態にかかるディスクグラインダの第二の変形例に係るモータの断面図。

符号の説明

１・・ディスクグラインダ２・・ハウジング３・・モータ４・・固定子
４Ａ・・固定子コア４Ｂ・・固定子コイル束４Ｃ・・絶縁塗装
４Ｄ・・樹脂モールド５・・回転子６・・ギヤ機構７・・砥石
２１・・テールカバー２１ａ・・空気吸入孔２２・・ギヤカバー
２２ａ・・空気排出孔３１・・出力軸３２・・ファン４１・・磁極
４１Ａ・・内周面４２・・ヨーク部４２ａ・・スロット４３・・中央部
４３Ａ・・中央部内周面４４・・エンド部４４Ａ・・エンド部内周面
４４Ａ・・エンド部内周面４４ａ・・チャンハー部６１・・第一ベベルギヤ
６２・・第二ベベルギヤ６３・・回転軸７１・・カバー１４１・・磁極
１４１・・内周面１４１Ａ・・内周面１４３・・中央部１４４・・エンド部

Claims

ハウジングと、
該ハウジング内に配置されて先端工具を駆動するモータと、を備え、
該モータは、該ハウジングに保持される固定子と、該固定子内に回転可能に配置される回転子とを備えて構成され、
該固定子は、該回転子にそれぞれ近接する複数の磁極と、該複数の磁極のそれぞれの間を接続する複数のヨーク部とを有し、該回転子を収容する収容空間を画成する内面が規定され、
それぞれの該磁極は、該ヨーク部に接続される中央部と該中央部から該回転子の表面に添って該回転子の周方向に延出されるエンド部とから構成され、
該中央部及び該エンド部には、該内面の一部であって該回転子と近接して対峙する内周面が規定され、
該エンド部での該内周面から該回転子までの距離は該中央部での該内周面から該回転子までの距離より大きく構成され、
該内面には該中央部の該内周面を除き絶縁材料が施工されると共に該中央部の該内周面は該固定子の基材が露出していることを特徴とする電動工具。
該絶縁材料は、該エンド部の該内周面上の該絶縁材料から該回転子までの距離が該中央部の該内周面から該回転子までの距離とほぼ等しくなるように該エンド部の該内周面を覆っていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
ハウジングと、
該ハウジング内に配置されて先端工具を駆動するモータと、を備え、
該モータは、該ハウジングに保持される固定子と、該固定子内に回転可能に配置される回転子とを備えて構成され、
該固定子は、該回転子にそれぞれ近接する複数の磁極と、該複数の磁極のそれぞれの間を接続する複数のヨーク部とを有し、該回転子を収容する収容空間を画成する内面が規定され、
それぞれの該磁極は、該ヨーク部に接続される中央部と該中央部から該回転子の表面に添って該回転子の周方向に延出されるエンド部とから構成され、
該中央部及び該エンド部には、該内面の一部であって該回転子と近接して対峙する内周面が規定され、
該内周面は該エンド部での該内周面から該固定子までの距離と該中央部での該内周面から該固定子までの距離が等しくなるように構成され、
該内面には該内周面を除き絶縁材料が施工されると共に該内周面は該固定子の基材が露出していることを特徴とする電動工具。
該磁極には導線が巻回されて形成されるコイル束が装着され、
該エンド部と該ヨーク部との間には、該収容空間の一部であって該コイル束を収容するスロット部が画成され、
該コイル束は該スロット部内で樹脂に覆われており、該樹脂は該スロット部を画成する該内面の該絶縁材料も覆っていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の電動工具。
該固定子は該ハウジングと対峙する外面を備え、該外面は該固定子の基材が露出していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の電動工具。