JP2010269426A

JP2010269426A - Power tool

Info

Publication number: JP2010269426A
Application number: JP2009124632A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sumi; 敦角
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2010-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power tool utilizing energy of inertial rotation effectively. <P>SOLUTION: This power tool has a brushless motor having: a stator having a stator core and a stator coil fixed on the stator core; a rotor provided inside the stator; and a permanent magnet fixed on the rotor, for use as a power source. This power tool is constituted by providing a coil for generating electricity in the stator to generate electricity when the permanent magnet rotates, and turn on electric decorations of the power tool and illumination being attached to the tool by utilizing electricity generated by the coil for generating electricity. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電動工具に関する。 The present invention relates to a power tool.

従来のコードレス工具は、その工具付属のＬＥＤライト等の照明に使われる電力は、本来工具のモータを回転させるための２次電池より供給されている。
また、工具停止時の回生エネルギーは、主にスイッチのブレーキ回路によりモータを停止させることに消費されている。 In a conventional cordless tool, electric power used for illumination such as an LED light attached to the tool is originally supplied from a secondary battery for rotating a motor of the tool.
The regenerative energy when the tool is stopped is mainly consumed for stopping the motor by the brake circuit of the switch.

特開平０６―０９８５７６JP 06-098576

従来の電動工具は、目的の作業を終え、スイッチをＯＦＦしてからモータが完全に停止するまでのモータの惰性回転は、スイッチのブレーキ回路によりモータを停止させるエネルギーに消費されてしまう。また、一般的に使用されているＬＥＤライトは消費電力の少ないとはいえ、機能表示のためのＬＥＤライトの多用化など、２次電池には本来必要最低限としてのモータを回転させること以外の消費電力が増えてきている。しかし、コードレス工具の２次電池には当然のことながら容量が決まっている。ＬＥＤライト用のスイッチを搭載した工具もあるが、工具スイッチと連動したＬＥＤライトにおいては、工具を使用している際、照明の必要が無いにもかかわらずライトが点いてしまうなど、無駄に２次電池の電力を使う場面が多い。 In the conventional electric power tool, the inertial rotation of the motor after the target work is completed and the motor is completely stopped after the switch is turned off is consumed by the energy for stopping the motor by the brake circuit of the switch. Moreover, although the LED light generally used has low power consumption, other than rotating the motor, which is essentially necessary for the secondary battery, such as diversifying the LED light for function display. Power consumption is increasing. However, the capacity of the secondary battery of the cordless tool is naturally determined. Some tools are equipped with LED light switches, but LED lights linked with tool switches are useless, such as when the tool is used, the light will turn on even though there is no need for illumination. There are many scenes where the power of the next battery is used.

そこで本発明では、限られた電池容量を最大限に使用するため、また作業終了時からモータ停止時の回生エネルギーを有効的に使用するため、モータの発電機としての機能を有効利用する。
ＤＣブラシ付モータで発電する場合、モータに接続されている駆動用の回路を、発電用時も共有化する必要があり、工具のスイッチＯＦＦ時に発電用の回路に切り替える必要が生じる。また、ブラシ付の場合、ブラシの接触抵抗があることから、発電エネルギーは、一部接触抵抗により熱エネルギーに変わり、安定した発電効率が得られない。切り替え方式は、ＳＷの動作と連動する機械式（ＳＷがＯＮのときは駆動系、ＳＷがＯＦＦのときは発電系)が考えられるが、切り替え部および切り替え接点部の耐久性が問題となる。それに比べて、一般的にブラシレスモータにおいては、ロータに永久磁石、ステータに励磁用のコイルを有する。駆動系の回路はスイッチングＭＯＳ―ＦＥＴによりステータのスロットに巻かれた複数コイルへ順次電流を流すことでモータを回転させるが、この駆動系の回路は電子制御されており、非常に複雑である。また取り出せる回生エネルギーも大きい（大電流）が、ＬＥＤライト用としては電流が大きすぎ、ＬＥＤ保護のための回路が別途必要となる。このことから、ステータ側に独立した発電用のコイルを設けることで、ＤＣブラシ付モータおよびブラシレスモータの駆動系と同じ回路を利用する方法に比べて、回路構築も簡単にでき、必要な電力に応じて巻き線数を変更するなど、適用することが容易となる。以上より、ブラシ付ＤＣモータに比べて、ブラシレスモータの方が発電機として利用することは非常にメリットが大きい。 Therefore, in the present invention, the function of the motor as a generator is used effectively in order to use the limited battery capacity as much as possible and to effectively use the regenerative energy when the motor is stopped from the end of the work.
When generating power with a DC brushed motor, it is necessary to share the driving circuit connected to the motor even during power generation, and it is necessary to switch to the power generation circuit when the tool is switched off. In addition, in the case of a brush, since there is a contact resistance of the brush, the power generation energy is partially changed to heat energy due to the contact resistance, and stable power generation efficiency cannot be obtained. As a switching method, a mechanical system (a drive system when SW is ON and a power generation system when SW is OFF) linked with the operation of SW can be considered, but the durability of the switching unit and the switching contact unit becomes a problem. In contrast, a brushless motor generally has a permanent magnet in the rotor and an exciting coil in the stator. In the drive system circuit, the motor is rotated by passing current sequentially through a plurality of coils wound around the stator slot by the switching MOS-FET. However, this drive system circuit is electronically controlled and is very complicated. Also, the regenerative energy that can be extracted is large (large current), but the current is too large for an LED light, and a circuit for protecting the LED is required separately. Therefore, by providing an independent coil for power generation on the stator side, the circuit construction can be simplified compared to the method using the same circuit as the drive system of the DC brush motor and the brushless motor. It becomes easy to apply such as changing the number of windings accordingly. From the above, it is very advantageous to use a brushless motor as a generator compared to a brushed DC motor.

次に工具使用時の作業時間およびその電流変化を、図５を参照しながら、以下に説明する。
純粋に発電に使用できる回生エネルギーは、工具スイッチをＯＦＦした時からモータの回転が停止するまでの間、下図のエリアＣに相当する。
○エリアＡは、モータ停止時から工具スイッチをＯＮし、無負荷時の状態になるまでに消費されたエネルギーを示す。
○エリアＢは、作業時の状態を示し、作業／作業量に応じて消費されるエネルギーが異なる。
○エリアＣは、作業が終了しスイッチをＯＦＦし、モータが停止するまでのエネルギーである。
一般的にエリアＡとエリアＣは同じ面積となる。
従来のブレーキ回路付きスイッチ搭載の工具では、スイッチＯＦＦ時にモータ短絡回路が形成し、エリアＡに相当するエリアＣのエネルギーで、モータの回転を停止させていた。つまりエリアＣのエネルギーはモータを止めることだけに使用されている。
特にブレーキ回路が無いスイッチを使用している工具（グラインダなど）では、惰性回転時間が長く、このエリアＣ部のエネルギーを回生エネルギーとして有効利用することに適していると考えられる。 Next, the working time and the current change when using the tool will be described below with reference to FIG.
The regenerative energy that can be used purely for power generation corresponds to the area C in the following figure from when the tool switch is turned OFF until the rotation of the motor stops.
○ Area A indicates the energy consumed from when the motor is stopped until the tool switch is turned on and no load is applied.
○ Area B shows the state at the time of work, and the energy consumed varies depending on the work / work volume.
○ Area C is energy until the work is completed, the switch is turned OFF, and the motor is stopped.
Generally, area A and area C have the same area.
In a conventional tool equipped with a switch with a brake circuit, a motor short circuit is formed when the switch is OFF, and the rotation of the motor is stopped by the energy of area C corresponding to area A. That is, the energy in area C is used only to stop the motor.
In particular, a tool (such as a grinder) using a switch without a brake circuit has a long inertial rotation time, and is considered suitable for effectively using the energy in the area C as regenerative energy.

本願の目的は、惰性回転のエネルギーを有効利用することができる電動工具を提供することにある。 An object of the present application is to provide an electric tool that can effectively use the energy of inertial rotation.

ステータコアと前記ステータコアに固定されるステータコイルとを有するステータと、前記ステータの内部に設けられるロータと、前記ロータに固定される永久磁石と、を有するブラシレスモータを動力源に有する電動工具であって、前記ステータに発電用コイルを設け、前記永久磁石が回転すると発電し、前記発電用コイルにより発電された電気を利用して電動工具の電飾や工具付属の照明を点灯可能としたことを特徴とした電動工具により解決することができる。 An electric tool having, as a power source, a brushless motor having a stator having a stator core and a stator coil fixed to the stator core, a rotor provided in the stator, and a permanent magnet fixed to the rotor. The stator is provided with a power generation coil, and when the permanent magnet rotates, the power is generated, and the electric power generated by the power generation coil can be used to turn on the illumination of the electric tool and the tool accessory. This can be solved by the electric tool.

請求項１記載の電動工具により、惰性回転によるエネルギーを回生エネルギーとして有効利用することができるようになる。 The electric tool according to claim 1 makes it possible to effectively use the energy generated by inertial rotation as regenerative energy.

本願のグラインダの一実施形態を示す一部断面図Partial sectional view showing an embodiment of a grinder of the present application 図１のＡ−Ａ線断面図AA line sectional view of FIG. 本願の一実施形態を示す模式図Schematic diagram showing an embodiment of the present application 本願の他の実施形態を示す模式図Schematic diagram showing another embodiment of the present application 従来の問題点を示す概念図Conceptual diagram showing conventional problems

発明の具体的な例について、図１〜４を用いて説明する。 A specific example of the invention will be described with reference to FIGS.

図１に本発明の一実施形態を示す電動工具の一例である、電気グラインダを示す。 FIG. 1 shows an electric grinder as an example of an electric power tool showing an embodiment of the present invention.

グラインダの内部には、ブラシレスモータが収容されている。ブラシレスモータは、ステータ１と、ロータ２とを有する。 A brushless motor is accommodated inside the grinder. The brushless motor has a stator 1 and a rotor 2.

ステータ１のスロット１ａに発電用コイルを有する例を図２に示す。 An example in which a power generation coil is provided in the slot 1a of the stator 1 is shown in FIG.

ステータ１の１対または複数対に発電用としてのコイル１ｃを設置する。スロット１ａへの巻き数は必要な電力に応じて増減させる。発電用のコイル１ｃからＬＥＤライトへの配線は、ロータの回転数により電圧が上下する。そこで回路上に定電流ダイオード（ＣＲＤ）を設置することで電圧を一定に保つことができ、利用が可能となる。逆に発電用コイルに直接ＬＥＤライトを配し、回転数表示のとして、回転数が小さいときは暗く、大きい場合は明るく光らせることも可能である。 Coils 1c for power generation are installed on one or more pairs of stators 1. The number of turns in the slot 1a is increased or decreased according to the required power. In the wiring from the power generating coil 1c to the LED light, the voltage increases or decreases depending on the rotational speed of the rotor. Therefore, by installing a constant current diode (CRD) on the circuit, the voltage can be kept constant and can be used. On the contrary, an LED light can be directly arranged on the power generation coil, and the rotation speed can be displayed dark when the rotation speed is small and bright when it is large.

また、ドライバドリルのようにロータの回転が正転、逆転する場合においては、回路上にダイオードブリッジを設けることにより、電流の向きを一定にすることができる。
ステータに発電用コイルを巻いて発電する際、厳密に言えば励磁用コイルの出力が低下するが、一般的な砲弾型ＬＥＤライト用の電源であれば、駆動電圧が３Ｖ・消費電流２０ｍＡであり、消費電力は３×０．０２＝０．０６Ｗ程度と励磁に必要な電力（１８Ｖ工具の場合、作業時の必要電力は１５Ｖ×３０Ａ＝４５０Ｗ）より非常に小さいことから、大きく工具の出力が低下することも無い。
また図３では、発電コイルで発電した電力をコンデンサや２次電池へ一旦ためておき、必要に応じて工具付属の照明に使用する例を示す。コンデンサは一般的な電解コンデンサが使用でき、ＬＥＤ用ＳＷの手前に配置することで発電した電気をコンデンサにためることができる。コンデンサの容量はＬＥＤの点灯時間により選択できる。コンデンサ以外としては２次蓄電池が適用できるが、特にリチウムイオン電池を使用した場合、充電時の電池保護回路を構築する必要があり実用的ではないが、コンデンサの代わりに２次電池の適用は可能である。いずれの場合においても、ためた電力を使用するためのスイッチが必要であるが、従来のＬＥＤライト用スイッチを利用することが可能である。
図３では、ステータの外側に発電用コイルを配置し、ステータの外側に漏れたロータの漏れ磁束を利用する例を示す。図１の例よりはロータからの距離があるため起電力は小さくなるが、ステータの外側に漏れてきたロータの磁束を利用するため、ステータの励磁を邪魔することなく発電が可能である。この方式においても図２に示した充電ができる。
コイルの固定方法としては、ステータの外側側面部に発電用コイルのスロットをステータと一体で形成することにより、工具使用時等の振動や衝撃が加わった場合でもコイルの脱落を防ぐことができる。別部材でスロットを形成することも可能であるが、ステータは積層式が一般的であり、プレス型でスロットを形成する際に同時にスロットを形成することにより、別部材でスロットを形成するよりも、部品点数が削減できる。
図４は、一般的なブラシレスモータを有するコードレス電動工具（グラインダ）の構造を示す。
ＬＥＤライト等照明用の電力は、２次電池よりライト用スイッチを介して供給されている。
In addition, when the rotation of the rotor rotates forward and backward like a driver drill, the direction of the current can be made constant by providing a diode bridge on the circuit.
Strictly speaking, when the power generation coil is wound around the stator, the output of the excitation coil decreases. However, in the case of a power source for a general bullet-type LED light, the driving voltage is 3 V and the current consumption is 20 mA. The power consumption is about 3 × 0.02 = 0.06W, which is much less than the power required for excitation (18V tool requires 15V × 30A = 450W). There is no decline.
FIG. 3 shows an example in which the electric power generated by the power generation coil is temporarily stored in a capacitor or a secondary battery and used for illumination attached to the tool as necessary. A general electrolytic capacitor can be used as the capacitor, and the generated electricity can be stored in the capacitor by being arranged in front of the LED SW. The capacity of the capacitor can be selected according to the lighting time of the LED. Secondary batteries can be used as other than capacitors, but when using lithium-ion batteries, it is not practical to build a battery protection circuit during charging, but secondary batteries can be used instead of capacitors. It is. In either case, a switch for using the stored power is required, but a conventional LED light switch can be used.
FIG. 3 shows an example in which a power generating coil is arranged outside the stator and the leakage magnetic flux of the rotor leaking outside the stator is used. The electromotive force is smaller than the example of FIG. 1 because the distance from the rotor is smaller, but since the magnetic flux of the rotor that has leaked to the outside of the stator is used, power generation is possible without disturbing the excitation of the stator. In this method, the charging shown in FIG. 2 can be performed.
As a method for fixing the coil, by forming a slot for a coil for power generation integrally with the stator on the outer side surface portion of the stator, it is possible to prevent the coil from falling off even when a vibration or impact is applied such as when a tool is used. Although it is possible to form a slot with another member, the stator is generally a laminated type, and when forming a slot with a press die, the slot is formed at the same time, so that the slot is formed with another member. The number of parts can be reduced.
FIG. 4 shows the structure of a cordless electric tool (grinder) having a general brushless motor.
Electric power for illumination such as an LED light is supplied from a secondary battery via a light switch.

１ステータ
１ａスロット
１ｂ励磁用コイル
１ｃ発電用コイル
２ロータ
２ａ永久磁石
３ライト 1 Stator 1a Slot 1b Excitation coil 1c Power generation coil 2 Rotor 2a Permanent magnet 3 Light

Claims

An electric tool having, as a power source, a brushless motor having a stator having a stator core and a stator coil fixed to the stator core, a rotor provided in the stator, and a permanent magnet fixed to the rotor. ,
The stator is provided with a power generation coil that generates power when the permanent magnet rotates,
A power tool characterized in that the electric power generated by the power generating coil can be used to turn on the electric decoration of the power tool and the illumination attached to the tool.

The power tool according to claim 1, wherein the coil is provided on an outer periphery of the stator.

The power tool according to claim 1, wherein the power generating coil is provided adjacent to the stator coil.

The electric power tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the electric power generated by the power generating coil can be stored in a secondary battery or a capacitor.