JP2011142801A

JP2011142801A - 充電工具

Info

Publication number: JP2011142801A
Application number: JP2010271574A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sakamaki; 一弥坂巻
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN102092032B; CN102092032A; JP5545343B2; JP2013031922A; JP5170222B2

Abstract

【課題】全長を最小限に抑え、スイッチング素子も効果的に冷却し、落下時等の衝撃から保護する。
【解決手段】回転軸６と、マグネット１４を有するロータコア１５と、ロータコア１５の周囲に複数の巻き線１６を有するステータステータコア１７と、ステータステータコア１７の出力側の端面に配置された基板１８とを備え、複数のスイッチング素子２７により直流電流を回転中のステータステータコア１７の巻き線１６に振り分けて順次磁場を形成することによりロータコア１５を回転させるＤＣブラシレスモータ５を設けたモータ部１ａと、このモータ部１ａの回転力を駆動源とした動力伝達部１ｂとを、それぞれ後部と前部に直列に配置した充電工具であって、スイッチング素子２７を上記モータ部１ａと動力伝達部１ｂとの間に配置し、回転軸６のステータステータコア１７の基板１８と反対側に設けた冷却ファン３０を最後部に配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は、インパクトドライバ等の充電工具に供されるＤＣブラシレスモータで、特にスイッチング素子やコイルを冷却する冷却機構を改善したＤＣブラシレスモータ及びこのＤＣブラシレスモータを搭載した充電工具に関する。

最近、インパクトドライバ等の充電工具には、従来のブラシモータに代ってＤＣブラシレスモータが用いられている。ＤＣブラシレスモータは、複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）により各スイッチング素子に対応する巻き線に順次振り分けて通電させ、これによって連続的に磁場を作ってロータコアを回転させるようにしたものである。

ところで、ＤＣブラシレスモータの弱点は、スイッチング素子や巻き線コイルが発熱することである。そのため、ＤＣブラシレスモータを搭載した多くの充電工具には、スイッチング素子や巻き線コイルを冷却する冷却ファンが設けられている。

例えば、モータハウジングの前側（出力側）に冷却ファンを設け、後側（反対側）にスイッチング素子が設けられたものが知られている（特許文献１）。これは、冷却ファンを回転させることにより、モータハウジングの後方から取り込んだ冷却空気をスイッチング素子とコアの後部に突出した巻き線の一部に接触させた後、コアとモータハウジングとの間を通ってコアの前部に突出した巻き線に接触させて冷却し、さらにモータハウジングの外側に排出する構造である。

特開２００８−２７９５６４号公報

しかしながら、上記構造には次のような問題点がある。

まず、冷却ファンがモータハウジングの前側に配置されているため、モータの軸方向の寸法が嵩み、工具の全長が長くなってしまう。次に、スイッチング素子が工具の後部にあるので、工具を後部を下にして落としてしまったときなど、スイッチング素子が落下時の衝撃で破損したり、ダメージを受けたりするおそれがある。この点を考慮してスイッチング素子を工具のグリップなどの他の部位に設けたものもあるが、スイッチング素子の温度上昇を抑えるのが不十分で、精密なスイッチング制御ができなくなるなど、モータの回転数制御の性能が損なわれるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解消し、全長が長くなるのを最小限に抑えることができ、さらには、スイッチング素子も効果的に冷却し、しかも落下時等の衝撃から保護することができる充電工具を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、モータハウジングに軸受を介して回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に固定されたマグネットを有するロータコアと、このロータコアの周囲に複数の巻き線を有するステータコアと、このステータコアの出力側の端面に配置された基板とを備え、複数のスイッチング素子により直流電流を回転中のステータコアの巻き線に振り分けて順次磁場を形成することにより上記ロータコアを回転させるＤＣブラシレスモータを設けたモータ部と、このモータ部の回転力を駆動源とした動力伝達部と、それぞれ後部から前部に直列に配置した充電工具であって、上記スイッチング素子を上記モータ部と動力伝達部との間に配置し、上記回転軸のステータコアの基板と反対側に設けた冷却ファンを最後部に配置したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、上記スイッチング素子を上記基板上に取り付けるとともに、上記スイッチング素子と上記ロータコアの回転軸に設けた軸受とを、上記回転軸と直交する方向において重なり合うように配置したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、上記冷却ファンによって上記モータハウジングの外側から取り込まれた冷却風が、上記基板の表裏両面に沿って流れ、さらに上記基板の開口部からステータコアの内側を通って上記モータハウジングの外側に吹き出すように、冷却風の通路を形成したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３において、上記スイッチング素子は上記基板の開口部の周囲に間隔をおいて配置されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、上記基板及び上記スイッチング素子をコーティング材により防塵防水コーティングしたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５において、上記コーティング材は熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上であることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、スイッチング素子を上記モータ部と動力伝達部との間に配置し、上記冷却ファンを最後部に配置したから、工具の後部を下にして落としてしまったときでも、スイッチング素子は直接的な衝撃を受けないので、落下時のショックで破損したり、ダメージを受けたりする可能性は小さく、このようなときでも、モータの回転数制御の性能は確保され、精密なスイッチング制御を維持することができる。

また、デザイン的にみても、後部に比較的外径の小さい冷却ファンを設けた構造であるから、モータハウジングの後部を絞ることができ、工具全体をコンパクトにすることができ、視覚的にも小さく見える構成とすることができる。

請求項２に係る発明によれば、スイッチング素子を基板上に取り付けるとともに、上記スイッチング素子とロータコアの回転軸に設けた軸受とを、上記回転軸と直交する方向において重なり合うように配置したから、ＤＣブラシレスモータの軸方向の寸法は、スイッチング素子と前部軸受とを直列的に配置するよりも短くなるので、全長が長くなるのを最小限に抑えることができる。

請求項３に係る発明によれば、冷却ファンによって上記モータハウジングの外側から取り込まれた冷却風が、上記基板の表裏両面に沿って流れ、さらに上記開口部からコアの内側を通って上記モータハウジングの外側に吹き出すように冷却風の通路を形成したから、スイッチング素子には外部から取り込まれたばかりの新鮮な空気が接触することになり、その冷却効果は高い。このときコアの巻き線のうち基板側に露出した部分も同様に冷却される。さらに、基板と反対側に露出した巻き線部分も、コアの内側を通り抜けて再び流速が増した冷却風に接触するので、巻き線は効果的に冷却される。

請求項４に係る発明によれば、スイッチング素子は基板の開口部の周囲に間隔をおいて配置されているから、冷却風が基板の表面に沿って流れるときに各スイッチング素子の表面全体に接触するので、冷却効果が高い。

請求項５に係る発明によれば、上記基板及び上記スイッチング素子をコーティング材により防塵防水コーティングしたため、導電部を粉塵や水の浸入による腐食や短絡から保護することができる。

請求項６に係る発明によれば、０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率が良いコーティング材を使用することにより、発熱源のスイッチング素子と冷却風が効率よく熱交換ができ、冷却効果が高くすることができる。

本発明の実施形態であるインパクトドライバの一部を断面で示した斜視図モータ部の一部を拡大して示した横断面図モータ部の斜視図ＤＣブラシレスモータのみの縦断面図

図１は本発明に係るＤＣブラシレスモータを搭載したインパクトドライバの一部の断面図で、同図において符号１はドライバ本体を示す。ドライバ本体１の下部にはグリップ２が形成され、グリップ２にはトリガスイッチ３が配置されている。グリップ２の下部には電池パック４が着脱自在に設けられている。

ドライバ本体１は筒状に形成され、後部のモータ部１ａと前部の動力伝達部１ｂとから構成されている。

モータ部１ａには、動力伝達部１ｂの動力源として回転力を供給するＤＣブラシレスモータ５が設けられている。このＤＣブラシレスモータ５については後に詳述する。

動力伝達部１ｂの内部には、ＤＣブラシレスモータ５の回転軸６と同軸上に、後ろ側から順に遊星歯車機構７、スピンドル８、打撃機構９及びアンビル１０が直列に設けられている。アンビル１０の先端部にはドライバビット（図示せず）が装着可能になっている。これにより、ＤＣブラシレスモータ５の回転が遊星歯車機構７によって減速回転されてスピンドル８に伝達され、さらにスピンドル８の回転がハンマー１１や圧縮バネ１２等から構成されて打撃力を発生させる打撃機構９によって回転打撃力に変換され、この回転打撃力が、ハウジングに回転自在に支持されたアンビル１０に伝えられる。動力伝達部１ｂの構造は公知である。

次に、モータ部１ａに設けられたＤＣブラシレスモータ５は、図２及び図３に示されるように、ドライバ本体１の一部をなすモータハウジング１３に軸受２０、２１を介して回転自在に設けられた回転軸６と、この回転軸６に固定されたマグネット１４を有するロータコア１５と、このロータコア１５の周囲に複数の巻き線１６を有するステータコア１７と、このステータコア１７の出力側の端面に配置された基板１８とを備えている。

軸受２０、２１は回転軸６の前後に各１個が配置され、それぞれ回転軸６に圧入されて固定されている。ハウジング２２の内部には、動力伝達部１ｂの遊星歯車機構７の軸受２３に嵌合固定するための第１の筒状固定部２４が形成された部品が配置され、第１の筒状固定部２４の後方には第２の筒状固定部２５が延長形成されている。前部軸受２０は第２の筒状固定部２５に嵌合固定されている。そして、後部軸受２１はモータハウジング１３の後壁１３ａの中央部の凹部２６に嵌合固定されている。

ロータコア１５は回転軸６に固定され、その外周は断面円形に形成され、内周には断面長方形の空間が形成され、この空間内に立方体形状のマグネット１４が配置されている。

ステータコア１７は断面が方形のリング状に形成され、モータハウジング１３の内側に固定されている。ステータコア１７の内側には複数の鉄芯がステータコア１７の中心に向けて放射状に設けられ、各鉄芯の周囲には絶縁材を介して巻き線１６が巻装されている。

次に、基板１８はモータ部１ａの前側（動力伝達部１ｂ側）に配置されている。図３に示されるように、基板１８には、回転軸６のまわりに前部軸受２０よりも大きい円形の開口部２８が貫通形成されている。また、基板１８の後ろ側（マグネット１４側）には、磁気センサ（図示せず）が取り付けられていてもよい。磁気センサは、ロータコア１５の磁極の位置を検出し、モータ駆動回路（図示せず）で各巻き線１６に順次に電流を流して磁場を形成することによりロータコア１５を回転させるもので、上記基板１８はＤＣブラシレスモータ５の電気回路基板を構成している。

ところで、上記各巻き線１６に順次に電流を振り分けるのは６個のスイッチング素子（ＦＥＴ：ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２７によって行われている。スイッチング素子２７は、基板１８の前部で、開口部２８の周囲に、つまり回転軸６から遠い位置に、互いに間隔をおいて配置されている。

また、スイッチング素子２７は、回転軸６と直交する方向において回転軸６の前部軸受２０と重なり合うように配置されている。つまり、前部軸受２０を外周側に延長したときに、スイッチング素子２７が、幅Ｗ分だけ干渉するように配置されている。ただし、スイッチング素子２７と前部軸受２０とは完全に重なり合うのではなく、少しずれて重なり合うように配置されている。このため、基板１８の開口部２８と、前部軸受２０を固定した第２の筒状固定部２５との間に冷却風が通るのに十分な空間が形成される。もちろん、開口部２８を大きくし、スイッチング素子２７と前部軸受２０とが完全に重なり合うように構成してもよい。

次に、ステータコア１７の上記基板１８とは反対側の後部には冷却ファン３０が設けられている。冷却ファン３０は回転軸６のロータコア１５と後部軸受２１との間に固定されている。後部軸受２１はモータハウジング１３の後壁１３ａに固定されているから、冷却ファン３０は最後部に配置されている。

また、モータハウジング１３には、基板１８と冷却ファン３０とに対応する位置にそれぞれ空気孔３１、３２が形成されている。これにより、図２に矢印で示されるように、モータハウジング１３の空気孔３１から、基板１８の表裏両面に沿って流れ、さらに開口部２８からステータコア１７の内側を通ってモータハウジング１３の空気孔３２から外側に吹き出す冷却風の通路が形成される。

したがって、回転軸６とともに冷却ファン３０が回転すると、モータハウジング１３の空気孔３１から冷却風が内部に取り込まれる。そして、冷却風は基板１８の端面に当って表裏に分けられ、それぞれ表裏両面に沿って流れてスイッチング素子２７と巻き線１６を冷却する。その後、両方の流れは基板１８の開口部２８で一緒になり、さらにステータコア１７とロータコア１５の間を通ってモータハウジング１３の空気孔３２に向かうがその途中で巻き線１６を冷却し、最後に空気孔３２から外側に排出される。このように、スイッチング素子２７には外部から取り込まれたばかりの新鮮な空気が接触することになり、その冷却効果は高い。このときステータコア１７の巻き線１６のうち基板１８側に露出した部分も同様に冷却される。さらに、基板１８と反対側に露出した巻き線１６部分も、ステータコア１７の内側を通り抜けて再び流速が増した冷却風に接触するので、巻き線１６は効果的に冷却される。

また、上記構成によれば、冷却ファン３０が配置されているため、ＤＣブラシレスモータ５の軸方向の寸法が嵩み、インパクトドライバの全長が長くならざるを得ない。しかし、スイッチング素子２７は、回転軸６と直交する方向において回転軸６の前部軸受２０と重なり合うように配置されている。したがって、ＤＣブラシレスモータ５の軸方向の寸法は、スイッチング素子２７と前部軸受２０とを直列的に配置するよりも短くなるので、インパクトドライバの全長が長くなるのを最小限に抑えることができる。

さらに、スイッチング素子２７はインパクトドライバの前部、つまりモータ部１ａと動力伝達部１ｂとの間に配置されているので、インパクトドライバを後部を下にして落としてしまったときでも、スイッチング素子２７は直接的な衝撃を受けないので、落下時のショックで破損したり、ダメージを受けたりする可能性は小さく、このようなときでも、モータの回転数制御の性能は確保され、精密なスイッチング制御を維持することができる。

さらにまた、デザイン的にみても、図１に示されるように、後部に比較的外径の小さい冷却ファン３０を設けた構造であるから、モータハウジング１３の後部を絞ることができ、全体をコンパクトにすることができ、視覚的にも小さく見える構成とすることができる。

なお、本実施形態においては、上記した基板１８及びスイッチング素子２７が、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上のコーティング材（例えば、高熱伝導率シリル基含有特殊ポリマー系の接着剤）により防塵防水コーティングされている。このため、導電部を粉塵や水の浸入による腐食や短絡から保護することができる。
しかも、熱伝導率が良いコーティング材を使用することにより、発熱源のスイッチング素子と冷却風が効率よく熱交換ができ、冷却効果が高くなっている。すなわち、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・ｋ未満の熱伝導率が悪いコーティング材を使用すると、冷却風との熱交換が効率良く行えず、スイッチング素子に熱がこもって、場合によっては破損してしまうおそれがあるが、熱伝導率が良いコーティング材を使用することにより、このような問題を起きないようにすることができる。

１ａモータ部
１ｂ動力伝達部
１３モータハウジング
１４マグネット
１５ロータコア
１６巻き線
１７ステータコア
１８基板
２０前部軸受
２７スイッチング素子
２８開口部
３０冷却ファン
３１、３２空気孔

Claims

モータハウジングに軸受を介して回転自在に設けられた回転軸と、この回転軸に固定されたマグネットを有するロータコアと、このロータコアの周囲に複数の巻き線を有するステータコアと、このステータコアの出力側の端面に配置された基板とを備え、複数のスイッチング素子により直流電流を回転中のステータコアの巻き線に振り分けて順次磁場を形成することにより上記ロータコアを回転させるＤＣブラシレスモータを設けたモータ部と、このモータ部の回転力を駆動源とした動力伝達部と、それぞれ後部から前部に直列に配置した充電工具であって、上記スイッチング素子を上記モータ部と動力伝達部との間に配置し、上記回転軸のステータコアの基板と反対側に設けた冷却ファンを最後部に配置したことを特徴とする充電工具。
上記スイッチング素子を上記基板上に取り付けるとともに、上記スイッチング素子と上記ロータコアの回転軸に設けた軸受とを、上記回転軸と直交する方向において重なり合うように配置したことを特徴とする、請求項１に記載の充電工具。
上記冷却ファンによって上記モータハウジングの外側から取り込まれた冷却風が、上記基板の表裏両面に沿って流れ、さらに上記基板の開口部からステータコアの内側を通って上記モータハウジングの外側に吹き出すように、冷却風の通路を形成したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の充電工具。
上記スイッチング素子は上記基板の開口部の周囲に間隔をおいて配置されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の充電工具。
上記基板及び上記スイッチング素子をコーティング材により防塵防水コーティングしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の充電工具。
上記コーティング材は熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・ｋ以上であることを特徴とする請求項５記載の充電工具。