JP2010081694A

JP2010081694A - 整流子モータおよびそれを用いた電動工具

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Publication number: JP2010081694A
Application number: JP2008245077A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tanimoto; 英之谷本
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: WO2010035639A3; JP5408466B2; WO2010035639A2

Abstract

【課題】本発明の課題は、固定子および回転子の冷却効果を向上させるための冷却風路を有する整流子モータおよびそれを用いた電動工具を提供する。
【解決手段】
固定子コイル４ｆは、熱硬化性樹脂によってモールドされた樹脂モールド体により構成され、前記樹脂モールド体４ｆは、回転子コア３ａの外周面部３ｈとヨークコア部４ｂの内周面４ｈ間に形成される冷却風路１０に面する樹脂モールド体４ｆの段差部１３を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定子コイルを樹脂モールド封止した整流子モータおよびそれを用いた電動工具に関し、特に、回転子コアの外周面と固定子コアの内周面との間に流通する冷却用空気による冷却性能の向上を図った整流子モータおよびそれを用いた電動工具に関する。

整流子モータにおいて、図８に示されるように、運転時の固定子コイル束４ｆ（以下、固定子コイルと称する）の界磁電流に基づいてモータコイルが発熱する。一方、モータの運転に伴い、回転子コイル３ｂにおいても熱が発生する。このため、整流子モータを使用する電動工具は、固定子コイル４ｆまたは回転子コイル３ｂが許容温度を超えないようにモータの回転出力を抑えるための設計が考慮されている。

そこで、電動工具用モータの小型化では、高出力で作業性の良いモータを得るために、固定子コイルの発熱量を低減するように、固定子コアのコイル巻回用スロットの寸法を限界まで拡張し、スロット内に設置されるコイルの導体断面積を出来る限り大きくして発熱を低減していた。

また、下記特許文献１に開示されているように、固定子コアに巻回された固定子コイルのコイルエンド部を径方向において複数個に分割することによって、固定子コイルの放熱面積を増加させ固定子を冷却する技術が公知である。

特開２００１−２９２５４４号公報

しかしながら、図８に示されるように、固定子コイル４ｆを大きくすると、固定子コア４ａの内周面４ｈと回転子３の外周面３ｈ間の冷却風路１０が狭くなり、回転子３の冷却が不充分となる。このため、回転子３の温度上昇が避けられないという問題があった。

また、上記特許文献１に開示されたような固定子コイルのコイルエンド部を径方向へ複数個に分割する技術では、複雑な作業工程を必要とするという問題点があった。さらに、上記特許文献１に開示されたコイルエンド部の分割技術では、固定子コイルのコイルエンド部が径方向に大きくなるので、モータハウジングまたは電動工具ハウジングが大型になるという問題もあった。さらに、モータハウジング等が金属材料の場合、固定子コイルのコイルエンド部とハウジング部間の距離が接近することから電気絶縁性が低下するという電気用品安全上の問題もあった。

したがって、本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、固定子および回転子の冷却効果を向上させるための冷却風路を有する整流子モータおよびそれを用い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、ハウジング内に収容され、回転軸方向に延びる回転子と、該回転子の外周面に近接して配置されて前記回転軸方向に延びる固定子とを具備する整流子モータにおいて、前記回転子は、回転径方向において円形状の外周面部を有する回転子コアを具備し、前記固定子は、円形状の内周面部を有するヨークコア部および該ヨークコア部の内周面部の対向する部分から前記回転子コアの前記外周面部へ突出する一対の磁極コア部を有する固定子コアと、前記磁極コア部および前記ヨークコア部によって形成されたスロット内において前記磁極コア部に巻回され、かつ前記固定子コアの回転軸方向の両端部より一束となって突出するコイルエンド部を有する固定子コイルと、を具備し、前記固定子コイルは、熱硬化性樹脂によってモールドされた樹脂モールド体により構成され、前記固定子コイルの前記樹脂モールド体は、前記回転子コアの前記外周面部と前記ヨークコア部の内周面との間の冷却風路に面する樹脂モールド体表面部において段差部を有するように構成される。

本発明の他の特徴によれば、前記スロット内に巻回された前記固定子コイルの導体部分は絶縁シート部材で覆われ、前記冷却風路に面する前記固定子コイルの他の導体部分は前記絶縁シート部材から露出されるように構成される。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記絶縁シート部材から露出された前記固定子コイルの前記他の導体部分における径方向最大幅（Ｄ１９）は、前記スロット内に巻回された前記絶縁シート部材によって冷却風から遮蔽された前記固定子コイルの前記導体部分の径方向最大幅（Ｄ１８）より小さく構成される。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記回転子コアの径方向の中心線から前記樹脂モールド体表面部の前記段差部の頂点を結ぶ垂直方向の距離（Ｄ１３）は、前記回転子コアの径方向の中心線から前記固定子コアの前記磁極コア部の端部を結ぶ垂直方向の距離（Ｄ１５）より大きく設定される。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記樹脂モールド体表面部の前記段差部と前記回転子コアの外周面部との径方向の離間距離は、２ｍｍ以上である。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記固定子コアは複数の分割コアから構成される。

本発明のさらに他の特徴によれば、前記ハウジングは金属材料から構成される。

本発明のさらに他の特徴によれば、ハウジングと、前記ハウジング内に収納された電動モータと、前記ハウジングの一端部に装着された被加工部材を加工するための先端工具と、前記ハウジング内に収納されて前記電動モータの動力によって前記先端工具を駆動するための動力伝達機構部と、を具備する電動工具において、前記電動モータは上記特徴を有する整流子モータによって構成される。

本発明の上記特徴によれば、固定子コイルは、熱硬化性樹脂によってモールドされた樹脂モールド体により構成され、固定子コイルの樹脂モールド体は、回転子コアの外周面部と固定子コアの内周面との間の冷却風路に面する樹脂モールド体表面部において段差部（凹部）を有するように構成されるので、固定子コイルおよび回転子コイルの冷却風路が拡張され、冷却効果が優れた整流子モータおよび電動工具を提供することができる。

本発明の他の特徴によれば、スロット内に巻回された固定子コイルの導体部分は絶縁シート部材で覆われ、前記冷却風路に面する固定子コイルの他の導体部分は、段差部によって電気的絶縁が保持されるので、絶縁シート部材から露出されるように構成できる。これにより、高出力で電気絶縁性の優れた整流子モータおよび電動工具を提供することができる。

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にされる。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図７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。

［電動工具の構成について］
図１は、本発明の実施形態に係る整流子モータ３０をディスクグラインダ１に適用した電動工具全体の構成図（断面図）を示す。ディスクグラインダ１は、本発明に従う整流子モータ３０を収納するモータハウジング部２と、モータハウジング部２のモータの回転軸３ｄに構成されたギヤカバ部７と、整流子モータ３０のスイッチおよびスイッチ回路（図示なし）を収納するテールカバ６と、電源ケーブル６ａとを具備する。

モータハウジング部２に収納された整流子モータ３０は、回転軸３ｄに固定された回転子（電機子）３およびモータハウジング部に固定された固定子４を含み、回転軸３ｄの出力側には冷却用ファン５が固定され、冷却用ファン５が回転することにより、テールカバ部６に形成された空気吸入口２ａより冷却用外気（冷却風）を取り込み、その冷却風は、モータハウジング部２、回転子３および固定子４の隙間の冷却風路を通り、ギヤカバ部７に設けられたファン風排出口２ｂよりギヤカバ部７の外部へ排出される。

ギヤカバ部７内には、整流子モータ３０の回転軸３ｄに接続された第１の傘歯車（ピニオンギヤ）３ｅと、この第１の傘歯車３ｅに噛み合う第２の傘歯車３ｆとから構成される動力伝達機構部が収納され、整流子モータ３０の回転数および回転力は、整流子モータ３０の回転軸３ｄの軸方向と直角方向に変換されてスピンドル３ｇに伝達される。スピンドル３ｇには先端工具として砥石（グラインダ）８が取り付けられて、研削または切断作業が可能となる。円形状の砥石８の半円形部には保護用カバ８ａが覆われている。

［整流子モータの構成について］
図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う整流子モータ３０の断面図である。固定子４は、例えば、軸方向の長さが４５〜６０ｍｍ、外径寸法が５０ｍｍの固定子コア４ａを有する。固定子コア４ａは、対向する一対の磁極コア部（Ｎ極およびＳ極）４ｃと、該一対の磁極部４ｃに連繋する湾曲形状の一対のヨークコア部４ｂと、を有し、全体の断面外形は、略円形状を成している。

隣接する磁極コア部４ｃとヨークコア部４ｂによって、磁極コア部４ｃに対して２組のスロットＳ１、Ｓ２が形成される。各スロットＳ１、Ｓ２には、固定子コイル束４ｆ（以下、「固定子コイル束」を、単に「固定子コイル」と称する）が設置されている。隣り合う固定子コイル４ｆの離間距離Ｄ１１は、最大６ｍｍ程度とし、比抵抗が低くなるように出来る限り太い導体を磁極部４ｃに巻回させて固定子コイル４ｆを構成する。太い導体の使用によって、固定子コイル４ｆからの発熱も低減している。固定子コイル４ｆと密着する固定子コア４ａには電気的絶縁材料によって形成された絶縁シート９が設置され、固定子コア４ａと固定子コイル４ｆ間に基礎絶縁処置が施されている。

固定子コイル４ｆには、後述するように、コイルの固定およびコイルの放熱効果を向上させるために熱硬化性樹脂がモールドされている。図２に示されるように、固定子コイル４ｆの樹脂モールド体（以下、固定子コイル４ｆを樹脂モールド体４ｆと称する場合がある）は、スロットＳ１、Ｓ２内において絶縁シート９によって被覆（遮断）され、固定子コイル４ｆの径方向の被覆部最大幅（厚さ）Ｄ１８を有する。また、絶縁シート９から露出した樹脂モールド体４ｆの径方向の露出部最大幅（厚さ）Ｄ１９は、上記被覆部最大幅Ｄ１８より短い寸法（Ｄ１９＜Ｄ１８）に規定され、樹脂モールド体４ｆに段差部（凹部）１３を形成する。この段差部１３によって回転子３と固定子４との間に形成され、回転軸方向に延びる冷却風路１０の断面積を拡張し、かつ固定子コイル４ｆの導体を、絶縁シート９を介することなく、冷却風へ直接露出させることによってコイルの冷却効果を向上させる。

図２に示されるように、固定子コイル４ｆに設けられた段差部１３の段差部頂点１３ａは、モータ断面の回転径方向における水平方向中心線１４から磁極コア部４ｃの先端部４ｄまでの垂直距離Ｄ１５より高い距離Ｄ１３（Ｄ１３＞Ｄ１５）に位置している。この段差部頂点１３ａは、図７の変形例に示されるように、垂直距離Ｄ１５とほぼ同等な高さＤ１３（（Ｄ１３＝Ｄ１５）であってもよい。

上記整流子モータ３０の構成によって、回転子３の冷却風路１０となり得ない垂直距離Ｄ１５を越えたスロットＳ１、Ｓ２内の領域において、出来る限り厚いコイル束４ｆを設置し、一方、回転子３の冷却風路１０となる垂直距離Ｄ１５より低い領域において段差部１３を設けることによって、出来る限り薄いコイル束４ｆを設置できる。従って、従来に比較して段差部１３によって固定子４の内周面４ｈと回転子３の外周面３ｈ間に形成される冷却風路１０を大型化することが可能となり、これによって、回転子３の冷却効果を向上できると共に、固定子コイル４ｆを大型化して固定子４の冷却効果も向上させることができる。

また、段差部１３におけるコイル径方向最大幅Ｄ１９を薄くしているため、回転子コア３ａと、コイル樹脂モールド体４ｆから露出した導体４ｆ１との空間距離Ｄ１６は２ｍｍ以上に規定することができ、さらに、固定子コア４ａとコイル４ｆから露出した導体４ｆ２との空間距離Ｄ１７も２ｍｍ以上に規定することができる。即ち、回転子コア３ａおよび固定子コア４ａは、導体４ｆ１および４ｆ２に対して、省令で定める電気用品安全法に係る基礎絶縁の要件を満たすことができる。このため、固定子コア４ａおよび回転子コア３ａを収納し、支持するモータハウジング部２（図１参照）を破壊強度の強い金属材料によって構成しても、電気回路との電気的絶縁を充分に確保することができるので、作業者に対して安全な電動工具を提供することができる。

上記実施形態では、特に、固定子コイル４ｆに設けられた段差部１３の段差部頂点１３ａは、モータ断面の回転径方向における水平方向中心線１４から磁極コア部４ｃの先端部４ｄまでの垂直距離Ｄ１５より高い距離Ｄ１３（Ｄ１３＞Ｄ１５）に位置しおり、段差部１３によってスロットＳ１またはＳ２内の奥に位置するコイル４ｆに対して冷却風が通り易くなる。また、絶縁シート９は、固定子コア４ａの分割部４ｅから磁極コア部４ａの磁極端部４ｄ付近までの限定された範囲を被覆している。このため、固定子コイル４ｆの樹脂モールド体表面部の約半分が冷却風路１０に面することになるので、図７に示した変形例に比較して、回転子３および固定子コイル４ｆの冷却効果を飛躍的に向上させることができる。

図７に示した変形例では、段差部頂点１３ａは、モータ断面の回転径方向における水平方向中心線１４から磁極コア部４ｃの先端部４ｄまでの垂直距離Ｄ１５とほぼ同等な高さＤ１３（（Ｄ１３＝Ｄ１５）に形成されるので、段差部１３の断面形状がほぼ直角形状となるので、固定子コイル４ｆの樹脂モールド体を製造し易くする。

［整流子モータの組立手順について］
次に、図３〜図６を参照して図２に示した実施形態に係る整流子モータ３０の組立手順について説明する。

（１）図３に示すように、分割された一方の固定子２２ａ（図６参照）を構成するために、固定子コア４ａに固定子コイル（コイル束）４ｆを設置する。

（２）次に、図４に示すように、所定の寸法で形成されたキャビティ２０ａを有する下金型２０および上金型２１によって、キャビティ２０ａ内に固定子コア４ａおよび固定子コイル４ｆを挟み込み、固定子コイル束４ｆを押圧することによって固定子コイル束４ｆの外形形状を所定の寸法に成形する。

（３）引続いて、下金型２０および上金型２１（図４参照）によって形成されるキャビティ２０ａ内に、ランナー（図示なし）を介して、熱硬化性樹脂を注入し、固定子コイル４ｆをモールドし、固定子コア４ａに固定子コイル４ｆが固着された固定子４の樹脂モールド体２２（図６参照）を形成する。このとき、図５に示されるように、固定子コア４ａの回転軸方向の両端部より一束となって突出するコイルエンド部４ｇも、下金型２０および上金型２１によって形成されるキャビティ２０ａ内に設置され、樹脂モールドされる。

金型２０、２１のキャビティ内に射出された熱硬化性樹脂が硬化した後に、金型２０および２１を互いに開放し、図６に示すように、一対の分割固定子２２ａおよび２２ｂを得る。金型２０および２１により樹脂モールドすることにより導体４ｆ間の隙間には樹脂モールド部１２が形成される。

（４）次に、一対の分割固定子２２ａおよび２２ｂを互いに接合して固定子４を組立てる。

以上の組立手順によれば、固定子コア４ａが分割コアであるため、より大きな固定子コイル束４ｆを設置できる。また、下金型２０および上金型２１により固定子コイル４ｆを上下から挟み込むことができるため、固定子コイル束４ｆを成形し易く、成形中の断線事故を防止することもできる。さらに、樹脂モールド封止後において、金型２０および２１の取り外しも容易となる。

以上の実施形態に従う整流子モータ３０を、図１に示すようなモータハウジング部２に組込んでディスクグラインダを組立てれば、冷却用ファン５によって空気吸入口２ａから吸入された空気は、整流子モータ３０の冷却風路１０（図２参照）を流通し、整流子モータ３０の回転子３および固定子４の発熱を効率よく放散させることができる。これにより、高出力で電気絶縁性の優れた電動工具を提供することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施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。

本発明の実施形態に係る整流子モータを使用するディスクグラインダの示す断面図。図１に示した整流子モータのＡ−Ａ線に沿う断面図。図２に示した整流子モータを構成する固定子の断面図。図３に示した固定子を樹脂モールド体に形成するための金型の断面図。図４に示した固定子のＢ−Ｂ線に沿う上面図。樹脂モールドされた一対の分割固定子の断面図。本発明の実施形態に係る整流子モータの変形例を示す断面図。従来技術に係る整流子モータの断面図。

符号の説明

１：ディスクグラインダ（電動工具）２：モータハウジング部
２ａ：空気吸入口２ｂ：ファン風排出口３：回転子３ａ：回転子コア
３ｂ：回転子コイル３ｃ：整流子３ｄ：回転軸３ｅ：第１の傘歯車
３ｆ：第２の傘歯車３ｇ：スピンドル３ｈ：回転子の外周面
４：固定子４ａ：固定子コア４ｂ：固定子ヨーク４ｃ：磁極コア部
４ｄ：磁極コア端部４ｅ：分割部４ｆ：固定子コイル（コイル束）
４ｆ１、４ｆ２：導体４ｇ：コイルエンド部４ｈ：固定子コアの内周面
５：冷却用ファン６：テールカバ部６ａ：電源ケーブル
７：ギヤカバ部８：砥石８ａ：保護用カバ９：絶縁シート
１０：冷却風路１１：隙間１２：樹脂モールド部
１３：樹脂モールド体の段差部１３ａ：段差部頂点１４：中心線
２０：下金型２１：上金型２２ａ、２２ｂ：分割固定子
３０、４０：整流子モータＤ１５：磁極コア端部の高さ（距離）
Ｄ１６：固定子コイルと回転子コア間の距離
Ｄ１７：固定子コイルと磁極コア間の距離Ｄ１８：固定子コイルのスロット内の幅
Ｄ１９：固定子コイルの段差部の幅Ｓ１、Ｓ２：固定子スロット

Claims

ハウジング内に収容され、回転軸方向に延びる回転子と、該回転子の外周面に近接して配置されて前記回転軸方向に延びる固定子とを具備する整流子モータにおいて、
前記回転子は、回転径方向において円形状の外周面部を有する回転子コアを具備し、
前記固定子は、円形状の内周面部を有するヨークコア部および該ヨークコア部の内周面部の対向する部分から前記回転子コアの前記外周面部へ突出する一対の磁極コア部を有する固定子コアと、前記磁極コア部および前記ヨークコア部によって形成されたスロット内において前記磁極コア部に巻回され、かつ前記固定子コアの回転軸方向の両端部より一束となって突出するコイルエンド部を有する固定子コイルと、を具備し、
前記固定子コイルは、熱硬化性樹脂によってモールドされた樹脂モールド体により構成され、
前記固定子コイルの前記樹脂モールド体は、前記回転子コアの前記外周面部と前記ヨークコア部の内周面との間の冷却風路に面する樹脂モールド体表面部において段差部を有することを特徴とする整流子モータ。
前記スロット内に巻回された前記固定子コイルの導体部分は絶縁シート部材で覆われ、前記冷却風路に面する前記固定子コイルの他の導体部分は前記絶縁シート部材から露出されていることを特徴とする請求項１に記載された整流子モータ。
前記絶縁シート部材から露出された前記固定子コイルの前記他の導体部分における径方向最大幅（Ｄ１９）は、前記スロット内に巻回された前記絶縁シート部材によって冷却風から遮蔽された前記固定子コイルの前記導体部分の径方向最大幅（１８）より小さいことを特徴とする請求項２に記載された整流子モータ。
前記回転子コアの径方向の中心線から前記樹脂モールド体表面部の前記段差部の頂点を結ぶ垂直方向の距離（Ｄ１３）は、前記回転子コアの径方向の中心線から前記固定子コアの前記磁極コア部の端部を結ぶ垂直方向の距離（Ｄ１５）より大きく設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載された整流子モータ。
前記樹脂モールド体表面部の前記段差部と前記回転子コアの外周面部との径方向の離間距離は、２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載された整流子モータ。
前記固定子コアは、複数の分割コアから構成されていることを特徴とするであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載された整流子モータ。
前記ハウジングは金属材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載された整流子モータ。
ハウジングと、前記ハウジング内に収納された電動モータと、前記ハウジングの一端部に装着された被加工部材を加工するための先端工具と、前記ハウジング内に収納されて前記電動モータの動力によって前記先端工具を駆動するための動力伝達機構部と、を具備する電動工具において、
前記電動モータは、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載された整流子モータによって構成されたことを特徴とする電動工具。