JP2011045201A - 電動工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 永久磁石が設けられた回転子122,133と、筒状の固定子と、当該固定子の内周側に配されて回転子を回転駆動する3相の固定子巻線とを有するブラシレスモータが搭載された電動工具において、固定子の内面側には、複数のスロットが周方向に所定間隔で形成され、3相の固定子巻線のそれぞれは、固定子の複数のスロットに巻き回されたコイルが複数個接続されることで構成されており、同位相の各スロットに巻き回された複数のコイルの巻数の合計が、3相とも同一で、かつ同位相のスロット数の倍数でないことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
固定子巻線を構成するコイルのスロットに対する巻数は、モータの所望の出力特性、すなわち、所望のトルクや回転速度に応じて、各コイルについて同じ数が選択されるのが一般的である。固定子巻線を構成するコイルは、各コイルにつき相違する巻数を選択すると、各コイルに駆動電流が流れた際に周囲に発生する磁界の強さにばらつきが生じる。そして、これに起因してモータのトルクむらが発生し、振動問題が起こり得る。
しかしながら、モータは、例えば、全てのコイル巻数をn巻とすると所望のトルク出力特性を達成することができず、全てのコイル巻数を(n+1)巻とすると所望のトルク出力特性を超過する場合がある。
しかしながら、上記公報記載の技術は、主固定子巻線以外に補助固定子巻線を利用する構成のため、補助固定子巻線を巻くことで、主固定子巻線を巻くためのスペースが限られてしまうことになり、有効な策とはいい難い。
また、コイル巻数(モータ特性)の調整を行う更に他の方法として、巻線の渡り線(複数のコイル同士をつなぐ線)を結線側にするか反結線側にするかで巻数を調整することも可能であるが、3相モータの場合、渡り線が3本重なることになる。それを両側どちらでも渡せるようにするために、固定子の長軸方向端部に両側それぞれに3本ずつで計6本分のスペースを準備しなければならず、モータ長軸方向が長くなってしまう。
本発明は、上記のように、コイルの巻数を調整してモータの出力特性を調整する方式のため、補助固定子巻線を用いてモータの出力特性を調整する従来とは異なり、固定子に補助固定子巻線を配置するためのスペースを設定することが不要となり、固定子巻線の配置スペースを容易に確保することができる。
また、本発明によれば、各相の固定子巻線についてはコイル巻数が同じであり、このため、各固定子巻線に駆動電流が流れた際に、各固定子巻線の周囲に発生する磁界の強さにばらつきが生じ難い。
本発明によれば、上記のような構成としたことで、同位相の各スロットに巻かれたコイルの巻数差を最小とすることができる。このため、コイル巻数に偏りの少ないバランスの良い巻数調整となり、隣り合うスロットに巻き回されるコイル相互の接触回避が合理的になされるとともに、コイルエンド高さが略均等化され、発熱も略均等になる。
本発明によれば、上記のような構成としたことで、固定子の周方向に関する固定子巻線のコイル巻数の偏りを最小とすることができる。このため、バランスの良い巻数調整となり、隣り合うスロットに巻き回されるコイル相互の接触回避が合理的になされるとともに、コイルエンド高さが略均等化され、発熱も略均等になる。
本発明は、上記のように、コイルの巻数を調整してモータの出力特性を調整する方式のため、補助固定子巻線を用いてモータの出力特性を調整する従来とは異なり、固定子に補助固定子巻線を配置するためのスペースを設定することが不要となり、固定子巻線の配置スペースを容易に確保することができる。
また、本発明によれば、3相のうちの2相についてはコイル巻数がそれぞれ同じであり、かつ他の1相のコイル巻数差を最小とすることが可能なため、各固定子巻線に駆動電流が流れた際に、各固定子巻線の周囲に発生する磁界の強さにばらつきが生じ難い。
本発明によれば、上記のような構成とすることで、異なる位相間でのコイルの合計巻数の巻数差を最小とすることができる。このため、コイル巻数に偏りの少ないバランスの良い巻数調整となり、隣り合うスロットに巻き回されるコイル相互の接触回避が合理的になされるとともに、コイルエンド高さが略均等化され、発熱も略均等になる。
本発明によれば、上記のような構成としたことで、固定子の周方向に関する固定子巻線のコイル巻数の偏りを最小とすることができる。このため、バランスの良い巻数調整となり、隣り合うスロットに巻き回されるコイル相互の接触回避が合理的になされるとともに、コイルエンド高さが略均等化され、発熱も略均等になる。
一方、締め付けトルクが大きくなり、所定の高負荷状態となった際には、ハンマー114は圧縮コイルスプリング116に抗してアンビル115から離れる方向へと後退したのち、圧縮コイルスプリング116の付勢力によって衝撃的な回転トルクを伴いつつアンビル115に係合し、当該アンビル115を経てドライバビット109に大きな締め付けトルクを発生させる。なお、インパクトドライバの作動原理自体は、周知の技術事項に属するため、その詳細な構成作用の説明は、便宜上省略する。
出力軸122は、一端(後端、すなわち図1に示す左端)がモータハウジング103に軸受123を介して回転自在に支持され、他端側(減速機構111側、すなわち図1に示す右側)がギアハウジング105に軸受124を介して回転自在に支持されている。
図20〜図27はコイルの巻数調整を説明する図であり、各相の固定子巻線が2つのコイルから構成される場合において、U相のコイルについてのみ例示している。固定子巻線のコイルの巻数を調整してモータ特性を調整する場合、従来は各相の各コイルの巻数をそれぞれ増やすことによって行うのが一般的である。すなわち、図20及び図21に示すモータが、U相のU1とU2の各スロットに巻かれたコイルの巻数がそれぞれ1巻きで合計巻数が2巻きのモータであるとした場合、従来は図22及び図23に示すように、U相のU1及びU2の各スロットのコイルの巻数をそれぞれ1巻きずつ増やすことによってコイル巻数が4巻きのモータを構成するのが一般的である。なお、図20と図22は巻き始め側と巻き終わり側が同じ場合、図21と図23は巻き始め側と巻き終わり側が異なる場合を示しているが、いずれの場合も各コイルの巻数については、同数(1巻き)と見なす。すなわち、コイル巻数(モータ特性)の調整に関する従来の考え方は、各スロットに巻かれるコイルの巻数をそれぞれ整数倍して増やす(減らす)態様での調整であった。
図8は同位相のスロット数nを2個とした場合のコイル巻数の調整を説明する模式図であり、各コイルU1,U2,V1,V2,W1,W2,の配置と巻数を示している。図中の数字は、各コイルの巻数を示す。この実施例では、同位相のスロットに巻き回されたコイルの巻数の合計をU相、V相,W相の3相とも7巻きずつとする。そして、U相の固定子巻線51を構成するコイルU1の巻数が4巻きでコイルU2の巻数を3巻きとしている。また、V相の固定子巻線61を構成するコイルV1の巻数が2巻きで、コイルV2の巻数を5巻きとしている。また、W相の固定子巻線71を構成するコイルW1の巻数が5巻きで、コイルW2の巻数を2巻きとしている。従って、この例では1スロットあたりのコイル巻数は、3.5巻きである。
すなわち、図8及び図9に示す第1実施例は、同位相の固定子巻線のコイルが巻き回される各スロット数をnとした場合の、同位相の各スロットに巻き回されたコイルの巻き数の合計が3相とも同じであり、かつ各スロット数nの倍数でない構成としたものであり、本発明の請求項1に対応する。
図10は同位相のスロット数nを2個とした場合の変形例1を説明する模式図である。この変形例1は、図示のように、同位相のスロットに巻き回されたコイルの巻数の合計をU相、V相,W相の3相とも7巻きずつとしている。また、U相の固定子巻線51のコイルU1の巻数と、V相の固定子巻線61のコイルV1の巻数と、W相の固定子巻線71のコイルW1の巻数とをそれぞれ4巻きとし、U相の固定子巻線51のコイルU2の巻数と、V相の固定子巻線61のコイルV2の巻数と、W相の固定子巻線71のコイルW2の巻数とをそれぞれ3巻きとしている。
すなわち、図10に示す変形例1は、巻き始め側から数えてX番目、例えば1番目に位置する各位相のコイルU1,V1,W1の巻数を同じとした上で、同位相の各スロットに巻き回されたコイルのうち、1番目のコイルU1,V1,W1の巻数を基準として、残りのコイル、つまり2番目のコイルU2,V2,W2の巻数との巻数差を1回としたものである。
すなわち、図11に示す変形例1は、巻き始め側から数えてX番目、例えば1番目に位置する各位相のコイルU1,V1,W1の巻数を同じとした上で、同位相の各スロットに巻き回されたコイルのうち、1番目のコイルU1,V1,W1の巻数を基準として、残りのコイルの巻数との巻数差のうち、2番目のコイルU2,V2,W2との巻数差を0回とし、3番目のコイルU3,V3,W3との巻数差を1回としたものである。
図12は同位相のスロット数nを2個とした場合の変形例2を説明する模式図である。この変形例2は、図示のように、同位相のスロットに巻き回されたコイルの巻数の合計をU相、V相,W相の3相とも7巻きずつとしている。また、U相の固定子巻線51のコイルU1の巻数と、V相の固定子巻線61のコイルV1の巻数と、W相の固定子巻線71のコイルW1の巻数とをそれぞれ4巻きとし、U相の固定子巻線51のコイルU2の巻数と、V相の固定子巻線61のコイルV2の巻数と、W相の固定子巻線71のコイルW2の巻数とをそれぞれ3巻きとしている。そして、この変形例2では、巻き始め側から数えてX番目、例えば1番目に位置する各相のコイルU1,V1,W1の隣には、互いに異なる位相のコイルであって、かつ1番目以外(二番目)のコイルU2,V2,W2を配置する構成としている。
図14は同位相のスロット数nを2個とした場合のコイル巻数の調整を説明する模式図であり、各コイルコイルU1,U2,V1,V2,W1,W2,の配置と巻数を示している。図中の数字は、コイルの巻数を示す。この実施例は、U相及びV相については、スロットに巻き回されたコイルU1とコイルV2の巻数をそれぞれ3巻き、コイルU2とコイルV1の巻数をそれぞれ4巻きとしてU相のコイル巻数の合計及びV相のコイル巻数の合計をそれぞれ7巻きとしている。一方、W相については、コイルW1の巻数を5巻き、コイルW2の巻数を3巻きとし、合わせて8巻きとしている。すなわち、全てのスロット(6個)に巻き回された全てのコイルの巻き数の合計が3の倍数ではない22巻きに設定されている。この例では、1スロットあたりのコイル巻数は、3.66巻きである。
図16は同位相のスロット数nを2個とした場合の変形例1を説明する模式図である。この変形例1は、U相及びV相については、スロットに巻き回されたコイルU1とコイルV1の巻数をそれぞれ3巻き、コイルU2,V2の巻数をそれぞれ4巻きとし、U相のコイル巻数の合計及びV相のコイル巻数の合計をそれぞれ7巻きとしている。一方、W相については、コイルW1及びコイルW2の巻数をそれぞれ4巻きとし、合わせて8巻きとしている。
すなわち、図16に示す変形例1は、U相の各スロットに巻き回されたコイルU1,U2の合計巻数の7巻きを基準とした場合、当該U相のコイルU1,U2の合計巻数に対するV相のコイルV1,V2の合計巻数差を0とし、W相のコイルW1,W2の合計巻数差を1としたものである。
すなわち、図17に示す変形例1は、U相の各スロットに巻き回されたコイルU1,U2,U3の合計巻数の10巻きを基準とした場合、当該U相のコイルU1,U2,U3の合計巻数に対するV相のコイルV1,V2,V3の合計巻数差を0とし、W相のコイルW1,W2,W3の合計巻数差を1としたものである。
図18は同位相のスロット数nを2個とした場合の変形例2を説明する模式図である。この変形例2は、図示のように、U相及びW相については、スロットに巻き回されたコイルU1とコイルW1の巻数をそれぞれ3巻き、コイルU2,W2の巻数をそれぞれ4巻きとし、U相のコイル巻数の合計及びW相のコイル巻数の合計をそれぞれ7巻きとしている。一方、V相については、コイルV1及びコイルV2の巻数をそれぞれ4巻きとし、合わせて8巻きとしている。そして、巻き始め側から数えて各相のX番目、例えば2番目に位置するコイルU2,V2,W2の巻数を同じとした上で、各相の2番目のコイルU2,V2,W2の隣には、互いに異なる位相のコイルであって、かつ2番目以外(1番目)のコイルU1,V1,W1を配置する構成としている。
また、固定子135の長軸方向に関おいて、コイルの巻き始めと巻き終わりの位置については同じ側、異なる側のいずれでも構わない。また、固定子巻線の渡り線の位置は、巻き始め側、又は巻き始め側とは反対側のいずれであっても構わない。
101 本体部
103 モータハウジング
105 ギアハウジング
107 ハンドグリップ
109 ドライバビット(先端工具)
111 減速機構
112 スピンドル
113 ボール
114 ハンマー
115 アンビル
116 圧縮コイルスプリング
121 駆動モータ(ブラシレスモータ)
122 出力軸
123,124 軸受
125 トリガ
127 バッテリ
133 回転子
133a リングマグネット
135 固定子
U1,U2,U3 U相のコイル
V1,V2,V3 V相のコイル
W1,W2,W3 W相のコイル
31〜39 ティース
51 U相の固定子巻線
51a 渡り線
53 U始点
55 U終点
61 V相の固定子巻線
61a 渡り線
63 U始点
65 U終点
71 W相の固定子巻線
71a 渡り線
73 U始点
75 U終点
S1〜S9 スロット
Claims (6)
- 永久磁石が設けられた回転子と、筒状の固定子と、当該固定子の内周側に配されて前記回転子を回転駆動する3相の固定子巻線とを有するブラシレスモータが設けられ、当該ブラシレスモータによって先端工具を回転駆動させて所定の加工作業を行う電動工具であって、
前記固定子の内面側には、複数のスロットが周方向に所定間隔で形成され、
前記3相の固定子巻線のそれぞれは、前記固定子の複数のスロットに巻き回されたコイルが複数個接続されることで構成されており、
同位相の各スロットに巻き回された前記複数のコイルの巻数の合計が、3相とも同一で、かつ同位相のスロット数の倍数でないことを特徴とする電動工具。 - 請求項1に記載の電動工具であって、
各位相の各X番目同士のコイルの巻数を同じとし、
同位相の各スロットに巻き回されたコイルのうち、1つのコイルの巻数を基準として、残りのコイルの巻数との各巻数差のうち、少なくとも1つが1回であり、残りが1又は0回であることを特徴とする電動工具。 - 請求項2に記載の電動工具であって、
前記各X番目のコイルの隣には、異なる位相の、かつX番目以外のコイルが配置されていることを特徴とする電動工具。 - 永久磁石が設けられた回転子と、筒状の固定子と、当該固定子の内周側に配されて前記回転子を回転駆動する3相の固定子巻線とを有するブラシレスモータが設けられ、当該ブラシレスモータによって先端工具を回転駆動させて所定の加工作業を行う電動工具であって、
前記固定子の内面側には、複数のスロットが周方向に所定間隔で形成され、
前記3相の固定子巻線のそれぞれは、前記固定子の複数のスロットに巻き回されたコイルが複数個接続されることで構成されており、
各相のコイルの合計巻数のうち、1つの位相のコイルの合計巻数が、他の2つの位相のうちの一方の位相のコイルの合計巻数と異なり、かつ各スロットに巻き回されたコイルの巻数の合計が3の倍数でないことを特徴とする電動工具。 - 請求項4に記載の電動工具であって、
同位相の各スロットに巻き回されたコイルの合計巻数のうち、1つの相のコイルの合計巻数を基準として、残りの相のコイルの合計巻数との各巻数差のうち、少なくとも1つが1回であり、もう一方が1又は0回であることを特徴とする電動工具。 - 請求項5に記載の電動工具であって、
前記各位相のコイルのX番目に位置するコイルの巻数を同じとし、前記X番目のコイルの隣には、異なる位相の、かつX番目以外のコイルが配置されていることを特徴とする電動工具。
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