JP2011078255A - 電動モータ及び作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】プリント配線板から構成される回転子を備え、製造及び組み立てが容易な電動モータ、及びこれを備える作業機械を提供する。
【解決手段】モータは、ハウジングに回転可能に支持された出力軸５２と、出力軸５２に固定され、プリント配線板から構成された回転子５３と、ハウジングに固定され、回転子５３に対向するマグネットから構成された固定子と、を備える。プリント配線板は、コイル・コミュテータディスク６２と、コイルディスク６３と、から構成されている。コイル・コミュテータディスク６２のコミュテータ領域８０には、コイルの導体パターンが形成されている。また、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３とのコイル領域９０には、同様のコイルの導線パターンが形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は電動モータ及びこれを駆動源とする作業機械に関する。

電動モータを駆動源とする作業機械には、例えば草などを刈払う電動刈払い機がある。電動刈払い機は、ガソリンを利用するエンジン刈払い機と比較してランニングコストが低く、またモータ性能も向上していることから、普及台数を伸ばしている。

電動モータには、プリント配線板から構成された回転子を備えるものがある。例えば、特許文献１には、コミュテータの導体パターンが形成されたコミュテータディスクと、コイルの導体パターンが形成されたコイルディスクと、の積層体から構成された、円板状の回転子（ロータ）が開示されている。このような電動モータは、形状が扁平かつ小型であることに加え、振動や騒音が小さいことを特徴とするものが多く、種々の作業機械の駆動源として注目されている。

特開２００３−２９９２８８号公報

特許文献１に記載された回転子（ロータ）は、コミュテータとコイルとがそれぞれ別個のコミュテータディスクとコイルディスクとに形成されているため、製造及び組み立てが煩雑である。

上記課題に鑑み、本発明は、プリント配線板から構成される回転子を備え、製造及び組み立てが容易な電動モータ、及びこれを備える作業機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による電動モータは、
ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
前記ハウジングに収容され、前記出力軸に固定され、プリント配線板から構成された回転子と、
前記ハウジングに固定され、前記回転子に対向するマグネットから構成された固定子と、を備える電動モータであって、
前記プリント配線板は、
コイルの導体パターンとコミュテータの導体パターンとが形成されたコイル・コミュテータディスクと、
コイルの導体パターンが形成された少なくとも１つのコイルディスクと、から構成されている、
ことを特徴とする。

前記回転子は、
前記出力軸に固定され、該出力軸と略垂直な平坦面を有するフランジを備え、
前記プリント配線板は、前記平坦面に支持され、前記フランジに固定されている、
ことが望ましい。

前記回転子は、前記プリント配線板に固着されたヨークを備える、
ことが望ましい。

前記コイル・コミュテータディスクの導体パターンは、前記コイルディスクの導体パターンよりも厚く形成されている、
ことが望ましい。

前記回転子には、ファンが設けられている、
ことが望ましい。

前記フランジには、前記回転子から突出するブレードが形成されていても良い。

前記ヨークには、前記回転子から突出するブレードが形成されていても良い。

前記プリント配線板には、前記回転子から突出するブレードが形成されていても良い。

前記フランジには、前記回転子の不釣合いを修正するためのバランス部が設けられていても良い。

前記ヨークには、前記回転子の不釣合いを修正するためのバランス部が設けられていても良い。

前記出力軸と前記フランジとの間には、絶縁体が設けられている、
ことが望ましい。

前記フランジと前記プリント配線板との間には、絶縁体が設けられている、
ことが望ましい。

また、本発明による作業機械は、
上述の電動モータと、
前記電動モータの前記出力軸に接続された作業具と、を備える、
ことを特徴とする。

上述の作業機械は、
前記電動モータから離間して配置された操作部と、
前記操作部と前記電動モータとを連結する連結部と、を更に備え、
前記ハウジングには、排気口が形成され、
前記連結部には、前記作業具から離間して、前記ハウジング内に連通する吸気口が形成されていても良い。

本発明によれば、プリント配線板から構成される回転子を備え、製造及び組み立てが容易な電動モータ、及びこれを備える作業機械を提供することができる。

本発明の実施形態に係る電動刈払い機を示す斜視図。 図１に示された電動刈払い機のモータを示す断面図。 図２に示されたモータの出力軸と回転子とを分解して示す断面図。 図３に示された回転子のファンを示す下面図。 図２に示されたモータの変形例を示す断面図。 図５に示されたモータの出力軸と回転子とを分解して示す断面図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係る作業機械は、図１に示す電動刈払い機１である。電動刈払い機１は、電源部１０と、操作部２０と、連結部３０と、駆動部４０と、から構成されている。

電源部１０は、電源ハウジング１１と、電池１２と、電源回路１４と、から構成されている。

電源ハウジング１１は、電源回路１４を収容している。また、電源ハウジング１１の上面には、電源回路１４の主電源を投入及び切断するためのメインスイッチ１５が設けられている。

電池１２は、電源ハウジング１１に設けられた図略の電池ホルダに装着されており、電源回路１４に電力を供給する。

電源回路１４は、電池１２の出力電圧を所定の大きさに変換して、駆動部４０の後述するモータ５０に出力する。

操作部２０は、ハンドル２１と、トリガスイッチ２２と、から構成されている。

ハンドル２１は、電源部１０の電源ハウジング１１に固定されると共に、連結部３０の一端に固定されている。トリガスイッチ２２は、電源部１０の電源回路１４に接続されており、電源回路１４の出力電圧をＯＮ／ＯＦＦすると共に、引き量に応じて電源回路１４の出力電圧を調整する。従って、トリガスイッチ２２は、モータ５０を駆動／停止すると共に、引き量に応じてモータ５０の出力（回転数）を調整する。

連結部３０は、アルミニウム合金や強化プラスチック等から形成された中空管であり、操作部２０と駆動部４０とを連結している。連結部３０には、電源部１０の電源回路１４から駆動部４０のモータ５０へと延びる図略の電源線が挿通されている。また、連結部３０には補助ハンドル３６が設けられている。さらに、連結部３０には、駆動部４０の回転刃４２の一部を覆う保護カバー３７が設けられている。

駆動部４０は、モータ５０と、回転刃４２と、から構成されている。モータ５０は、電源部１０の電源回路１４から電力の供給を受けて、回転刃４２を回転させる。

次に、図２を参照して、モータ５０について詳細に説明する。

モータ５０は、モータハウジング５１と、出力軸５２と、回転子５３と、固定子５４と、摺動子５５と、から構成される、整流子モータである。

モータハウジング５１は、連結部３０の他端に固定されている。モータハウジング５１には排気口５６が形成されている。なお、連結部３０にはモータハウジング５１内に連通する吸気口３８が形成されている。

出力軸５２は、モータハウジング５１に設けられた軸受５７，５８により回転可能に支持されている。出力軸５２の一端は、モータハウジング５１から突出しており、回転刃４２が固定されている。

回転子５３は、モータハウジング５１に収容され、出力軸５２と一体に設けられている。回転子５３は、図３に示すように、フランジ６１と、コイル・コミュテータディスク６２と、４つのコイルディスク６３と、ロータヨーク６７と、ファン６８と、から構成されている。

フランジ６１は、アルミニウム合金から形成されており、円筒状の固定部材６１１と、固定部材６１１の外周面から略垂直に延出する円板状の支持部材６１２と、から構成されている。フランジ６１は、固定部材６１１が出力軸５２と嵌合すると共に回転止めされており、出力軸５２と一体に回転する。

コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３とは、中心に嵌合穴を有する円板状に形成されており、絶縁体基板に導体パターンが形成されたプリント配線板である。１つのコイル・コミュテータディスク６２と４つのコイルディスク６３とは、コイル・コミュテータディスク６２を最上層として、積層されている。

コイル・コミュテータディスク６２の上面には、円環状のコミュテータ領域８０が設けられている。コミュテータ領域８０には、導体パターンにより、図略のコミュテータが形成されている。コミュテータは、周方向に配列された図略の複数のコミュテータ片から構成されている。

また、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３との上面には、コミュテータ領域８０の外周側に位置する、円環状のコイル領域９０が設けられている。各コイル領域９０には、略同様の導体パターンにより、周方向に配列された図略の複数のコイルが形成されている。なお、各コイル領域９０に形成されたコイルは、上下方向の磁界を発生するように形成されている。そして、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３とは、例えば、各コイル領域９０に形成されたコイルが周方向に略等しい間隔を有して配列されるように、所定の配置で積層されている。

コイル・コミュテータディスク６２のコイル領域９０に形成されたコイルの一端と他端とは、コミュテータ領域８０に形成された対応するコミュテータ片に、導体パターンにより直接に接続されている。また、コイルディスク６３のコイル領域９０に形成されたコイルの一端と他端とは、コミュテータ領域８０に形成された対応するコミュテータ片に、コミュテータ領域８０に形成された図略のスルーホール又はビアを介して接続されている。

なお、コイル・コミュテータディスク６２に設けられたコミュテータ領域８０及びコイル領域９０の導体パターンは、同一のプリント配線上に形成されている。また、コイル・コミュテータディスク６２の導体パターンは、コイルディスク６３の導体パターンよりも、厚く形成されている。

また、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３とは、互いに略等しい内径と外径とを有し、フランジ６１の固定部材６１１に嵌合すると共にフランジ６１の支持部材６１２の上面に支持され、フランジ６１に固定されている。

ロータヨーク６７は、鉄から円環板状に形成されており、図略の絶縁層を介して、コイル・コミュテータディスク６２の上面に固着されている。ロータヨーク６７は、コイル・コミュテータディスク６２及びコイルディスク６３と略等しい外径を有すると共に、コイル領域９０を覆い隠す内径を有する。

ファン６８は、合成樹脂から円環状に形成されており、ロータヨーク６７と、コイル・コミュテータディスク６２と、コイルディスク６３と、の外周面に嵌合すると共に、図略の接着層を介して、ロータヨーク６７の上面に固着されている。ファン６８は、外径方向に突出して形成された複数のブレード６８１を備える。複数のブレード６８１は、図４に示すように、周方向に略等間隔に配列されている。

なお、回転子５３の不釣合い（回転軸に対する重量のアンバランス）を修正するため、図２に示すように、ロータヨーク６７の上面には穴６７１が加工されている。すなわち、ロータヨーク６７は、本発明のバランス部を構成している。なお、回転子５３の不釣合いを修正するため、ロータヨーク６７の上面にはウェイトが付されていても良い。

固定子５４は、マグネット７１と、ステータヨーク７２と、から構成されている。マグネット７１は、周方向に配列された磁極を有して円環状に形成されており、最下層のコイルディスク６３と対向すると共に、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３とのコイル領域９０と対向して、ステータヨーク７２に固着されている。ステータヨーク７２は、マグネット７１と略等しい内径と外径とを有する円環状に形成されており、モータハウジング５１に固定されている。

２つの摺動子５５は、コイル・コミュテータディスク６２のコミュテータ領域８０に形成された２つのコミュテータ片に当接して、モータハウジング５１に固定された２つの摺動子ホルダ５９に保持されている。摺動子５５は、電気伝導性を有するカーボンから形成されており、連結部３０に層通された電源線３９を介して、上述の電源部１０の電源回路１４に接続されている。

電源部１０の電源回路１４から摺動子５５に印加された電圧は、回転子５３のコミュテータを介して、回転子５３のコイルに順次印加される。そして、励磁されたコイルと固定子５４のマグネット７１との間に発生する吸引力により、回転子５３及び回転子５３に固定された出力軸５２にトルクが発生し、回転刃４２が回転する。

以上説明したように、上記構成のモータ５０は、コミュテータの導体パターンとコイルの導体パターンとが形成されたコイル・コミュテータディスク６２を備える。コイル・コミュテータディスク６２において、コミュテータの導体パターンとコイルの導体パターンとは、それぞれ内周側のコミュテータ領域８０と外周側のコイル領域９０とに配置することにより、同時に形成することができる。また、コイル・コミュテータディスク６２において、コミュテータの導体パターンとコイルの導体パターンとは、直接に接続して形成することができる。従って、モータ５０の回転子５３は、例えば特許文献１に記載された回転子（ロータ）のようにコミュテータの導体パターンとコイルの導体パターンとがそれぞれ別個のプリント配線板に形成される場合と比較して、製造及び組み立てが容易である。

また、回転子５３は、コイルディスク６３を支持するフランジ６１を備える。そのため、回転子５３と固定子５４との間に発生する吸引力等による、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３との変形が防止される。また、回転子５３のイナーシャが増加することから、回転子５３の回転むらが抑制され、振動及び騒音が抑制される。

また、ロータヨーク６７は、モータハウジング５１ではなく、コイル・コミュテータディスク６２に固着されている。そのため、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３との歪みが防止される。また、回転子５３のイナーシャが増加することから、回転子５３の回転むらが抑制され、振動及び騒音が抑制される。そして、コイル領域９０が覆われることから、コイルの導体パターンの損傷が防止される。さらに、ロータヨーク６７に穴を形成するか、又はウェイトを付加することにより、回転子５３の不釣合いを修正することができる。これにより、回転子５３の不釣合いに起因する振動及び騒音が抑制される。

また、コイル・コミュテータディスク６２の導体パターンは、コイルディスク６３の導体パターンよりも厚く形成されている。そのため、コイル・コミュテータディスク６２に形成されたコミュテータの導体パターンは、摺動子５５との摺動に対する耐久性が良い。また、コイル・コミュテータディスク６２の剛性が高くなることから、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３との変形が防止される。

また、回転子５３にはファン６８が設けられているため、モータ５０の過熱による焼損や出力の低下が防止される。

また、マグネット７１は、周方向に配列された磁極を有する円環状に形成されているため、複数のマグネットを使用する場合と比較して、部品点数が削減される。

また、モータ５０を駆動源として、電動刈払い機１を構成することができる。

電動刈払い機１は、出力軸５２に固定された回転刃４２と、モータ５０から離間した操作部２０と、操作部２０とモータ５０とを連結する連結部３０と、を備える。そして、モータハウジング５１には排気口５６が形成され、連結部３０には吸気口３８が形成されている。そのため、モータハウジング５１の吸気及び排気により、モータ５０の冷却効果が向上する。また、吸気口３８が回転刃４２から離間して配置されているため、モータハウジング５１内への異物の進入が防止される。

（実施形態２）
実施形態２に係る電動モータは、図５に示すモータ５０Ａである。

モータ５０Ａは、出力軸５２Ａと回転子５３Ａとの間に、絶縁体５２１Ａが設けられている点で、実施形態１のモータ５０と異なる。絶縁体５２１Ａは、合成樹脂から形成されており、図６に示すように、出力軸５２Ａに一体形成されている。従って、出力軸６２Ａとフランジ６１Ａとの間に絶縁処理が講じられている。

さらに、フランジ６１Ａには、固定部材６１１Ａの外周面と支持部材６１２Ａの上面とに、絶縁体６１３Ａが一体形成されている。従って、フランジ６１Ａと、コイル・コミュテータディスク６２、コイルディスク６３、及びロータヨーク６７との間に絶縁処理が講じられている。

上記構成のモータ５０Ａによれば、実施形態１のモータ５０と同様の効果を得ることができるほか、感電に対する安全性が向上する。また、二重絶縁が講じられることにより、ＪＩＳ−Ｃ９３３５−１に規定されたクラスII構造及びクラスII機器を構成することができる。従って、上述の電動刈払い機１にモータ５０Ａを採用すれば、感電に対する安全性を確保しながら、電源回路１４の出力電圧を４２Ｖ以上としてモータ５０Ａの出力を増大することが検討できる。

（変形例）
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形をしたものも、本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、実施形態では、コイルの導体パターンはコイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３との上面に形成されていたが、適当な絶縁処理を施すことにより、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３との上面と下面とにそれぞれ形成されていても良い。これにより、１０層のコイルを有する回転子が構成されることから、例えば特許文献１に記載された回転子（ロータ）のように８層のコイルを有するものと比較して、高出力なモータを提供することができる。また、積層されるコイルディスク６３の数は、実施形態では４つであったが、これに限定されず、それ以上でもそれ以下でも良い。

また、実施形態では、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３とは、それぞれがプリント配線板であったが、これに限定されず、例えば多層プリント配線板を構成する各層であっても良い。

また、実施形態では、コイル・コミュテータディスク６２とコイルディスク６３とは、各コイル領域９０に形成されたコイルが周方向に略等しい間隔を有して配列されるように積層されていたが、これに限定されず、例えば各コイル領域９０に形成されたコイルが重なり合うように積層されていても良い。コイル・コミュテータディスク６２及びコイルディスク６３に形成されるコイル及びコミュテータの導体パターンの形態についても、整流子モータを構成することができるならば、任意に変更可能である。

また、実施形態では、回転子５３，５３Ａに外径方向に突出するブレード６８１を有するファン６８が設けられていたが、本発明のファンは、これに限定されず、例えば回転子５３，５３Ａの上面、外周面、又は下面から突出するように、コイル・コミュテータディスク６２、コイルディスク６３、フランジ６１，６１Ａ、及び／又はロータヨーク６７に形成されたブレードから構成されていても良い。

また、実施形態では、ロータヨーク６７を回転子５３，５３Ａの不釣合いを修正するためのバランス部として使用していたが、本発明のバランス部はこれに限定されず、例えばフランジ６１，６１Ａをバランス部として使用しても良い。

また、本発明は、実施形態に例示された電動刈払い機に限定されず、電動モータを駆動源とする作業機械に広く応用することが可能であり、特に、サンダ、ポリッシャ、ルータ、集じん機等、電動モータの回転が減速機を介さず作業具（回転刃、ファン等）に直接伝達されるものに適する。

その他、各構成の材質、形状、数量、配置等についても、本発明の目的を達成することが可能な範囲において、適宜変更することができる。

１ 電動刈払い機
１０ 電源部
１１ 電源ハウジング
１２ 電池
１４ 電源回路
１５ メインスイッチ
２０ 操作部
２１ ハンドル
２２ トリガスイッチ
３０ 連結部
３６ 補助ハンドル
３７ 保護カバー
３８ 吸気口
３９ 電源線
４０ 駆動部
４２ 回転刃
５０，５０Ａ モータ
５１ モータハウジング
５２，５２Ａ 出力軸
５３，５３Ａ 回転子
５４ 固定子
５５ 摺動子
５６ 排気口
５７，５８ 軸受
５９ 摺動子ホルダ
６１，６１Ａ フランジ
６２ コイル・コミュテータディスク
６３ コイルディスク
６７ ロータヨーク
６８ ファン
７１ マグネット
７２ ステータヨーク
８０ コミュテータ領域
９０ コイル領域
５２１Ａ 絶縁体
６１１，６１１Ａ 固定部材
６１２，６１２Ａ 支持部材
６１３Ａ 絶縁体
６７１ 穴
６８１ ブレード

Claims (14)

1. ハウジングに回転可能に支持された出力軸と、
   前記ハウジングに収容され、前記出力軸に固定され、プリント配線板から構成された回転子と、
   前記ハウジングに固定され、前記回転子に対向するマグネットから構成された固定子と、を備える電動モータであって、
   前記プリント配線板は、
   コイルの導体パターンとコミュテータの導体パターンとが形成されたコイル・コミュテータディスクと、
   コイルの導体パターンが形成された少なくとも１つのコイルディスクと、から構成されている、
   ことを特徴とする電動モータ。
2. 前記回転子は、
   前記出力軸に固定され、該出力軸と略垂直な平坦面を有するフランジを備え、
   前記プリント配線板は、前記平坦面に支持され、前記フランジに固定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記回転子は、前記プリント配線板に固着されたヨークを備える、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動モータ。
4. 前記コイル・コミュテータディスクの導体パターンは、前記コイルディスクの導体パターンよりも厚く形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動モータ。
5. 前記回転子には、ファンが設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動モータ。
6. 前記フランジには、前記回転子から突出するブレードが形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
7. 前記ヨークには、前記回転子から突出するブレードが形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電動モータ。
8. 前記プリント配線板には、前記回転子から突出するブレードが形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電動モータ。
9. 前記フランジには、前記回転子の不釣合いを修正するためのバランス部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
10. 前記ヨークには、前記回転子の不釣合いを修正するためのバランス部が設けられている、
    ことを特徴とする請求項３に記載の電動モータ。
11. 前記出力軸と前記フランジとの間には、絶縁体が設けられている、
    ことを特徴とする請求項２又は９に記載の電動モータ。
12. 前記フランジと前記プリント配線板との間には、絶縁体が設けられている、
    ことを特徴とする請求項２、９及び１１の何れか１項に記載の電動モータ。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電動モータと、
    前記電動モータの前記出力軸に接続された作業具と、を備える、
    ことを特徴とする作業機械。
14. 前記電動モータから離間して配置された操作部と、
    前記操作部と前記電動モータとを連結する連結部と、を更に備え、
    前記ハウジングには、排気口が形成され、
    前記連結部には、前記作業具から離間して、前記ハウジング内に連通する吸気口が形成されている、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の作業機械。

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