JP2012035339A - 電動工具 - Google Patents

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Akitaka Tadano
哲孝 唯野
Takahiko Shimada
隆彦 島田
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健 宮澤
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Abstract

【課題】
電動工具のステータコアの取り付け構造を改良することにより、ステータコアを保持するハウジングの小径化を図る。
【解決手段】
ステータコア52と、ステータコア52に固定されるコイルを有するステータと、ステータの内部で回転可能なロータを有するモータ5と、モータ5の前方に設けられる減速機構65と、減速機構65の前方に接続される先端工具保持部8と、モータ5を覆う把持部が形成されたハウジング2を有する電動工具において、把持部の内周面によってステータコア52を直接保持するように構成した。ステータコア52には凹凸部52aが設けられ、ハウジング2の内周面には凹凸部が設けられ、これらの凹凸部が互いに嵌合することによって、ステータコア52の前後方向及び回転方向への位置決めが行われる。
【選択図】 図1

Description

本発明は電動工具のモータの電源をオンオフするためのスイッチの構造に関する。
例えば、流れ作業の工場のラインにおいて電動工具を天井から伸縮性のゴム等で吊り下げ、利き手で電動工具のハウジングを掴みながら流れてくる被締付材に対してねじ締め等の作業を行うことが行われている。このような電動工具は、電気モータを駆動源とし、工具を握った際に同時にモータのスイッチが入るように、モータの起動スイッチがハウジングの把持する部分に配置される。このような電動工具の起動スイッチでは、把持部を握ることで同時に起動スイッチが押されてモータがオンとなり、起動スイッチを離すことによってスイッチがオフとなるが、スイッチの作動が確実に行われることが重要となる。
このような電動工具の例として特許文献1の技術が知られている。特許文献1の電動工具では、モータのオン又はオフの制御をするために機械式のスイッチを用い、スイッチを動作させるスイッチレバーをハウジングの把持部の外周部に突出するように配置している。また、モータのステータコアは、ハウジングの把持部の内部に収納されるが、ステータコアは外郭部をステンレス等の材質で造形されたケースで覆われているため、ハウジングの内径が大きくなり、把持部の外径や、軸方向と垂直な断面積が増大していた。
実開平1−170569号公報
特許文献1の電動工具では、さらなる把持部の細径化が難しいため、モータの出力を揚げようとしてモータを大型化してしまうと把持部の外径が太くなってしまい、把持する手に加わる負担が大きくなる。また、ステータコアの外郭部をステンレス等の材質で造形しているため、部品点数が多くなってしまい、製造コストを下げることの阻害要因となってしまう。
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ハウジングの径を小さくして、把持しやすい電動工具を提供することである。また、製造のコストダウンを図ることにある。
本発明の他の目的は、電動工具のステータコアの取り付け構造を改良することにより、ステータコアを安定して保持すると共にステータコアを保持するハウジングの小径化を図り、電動工具使用時に把持する手に加わる負担を軽減できるようにした電動工具を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ハウジングの外径をファンガイドを考慮したサイズ及び形状とすることにより、冷却ファンの適正な風路性能を満たすようにした電動工具を提供することにある。
本願におい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通りである。
本発明の一つの特徴によれば、ステータコアと、ステータコアに固定されるコイルを有するステータと、ステータの内部で回転可能なロータを有するモータと、モータの前方に設けられる減速機構部と、減速機構部の前方に接続される先端工具保持部と、モータを覆う把持部が形成され減速機構部を覆うハウジングを有し、把持部の内周面によってステータコアを保持するように構成した。ステータコアには凹凸部が設けられており、ハウジングの内周面には凹凸部が設けられており、これらの凹凸部が互いに嵌合することによって、ハウジングへのステータコアの前後方向及び回転方向への位置決めが行われる。
本発明の他の特徴によれば、凹凸部は、モータの回転軸方向と平行に延びるように配置される。凹凸部の長さは、ステータコアの軸方向長さと同じであり、凹凸部の、ステータコアとハウジングにそれぞれ複数設けられる。さらに、ステータコアの軸方向前後にコイルを保持するためのインシュレータを設け、インシュレータがハウジングの凹凸部に当接することによってステータコアの軸方向の移動が制限される。それぞれの凹凸部は、凸部だけ設ける、凹部だけ設ける、或いは両方を設ける、のいずれの構成でも良く、例えばハウジング側に凸部、ステータコア側に凹部を設けられると良い。
本発明のさらに他の特徴によれば、ステータコアと、ステータコアに固定されるコイルとを有するステータと、ステータの内部で回転可能なロータを有するモータと、モータの前方に設けられる減速機構部と、減速機構部の前方に接続される先端工具保持部と、モータを覆う把持部が形成され減速機構部を覆うハウジングを有し、ハウジングは、モータを収容する部分が第1の径を有し、第1の径よりも前方側に設けられ減速機構部を収容する第2の径を有し、第2の径は第1の径よりも大きくなるように構成した。ハウジングの第1の径及び第2の径の部分は一体部材で製造され、第1の径と第2の径の移行部分にモータを冷却するための冷却ファンが配置される。冷却ファンはモータの回転軸に取り付けられる。
請求項1の発明によれば、電動工具において、モータを覆う把持部の内周面によってステータコアを保持するようにしたので、ステータコアの外郭部にあたるケースの使用を省くことができ、ステータコアを収容するハウジングの外径を細く構成することができ、使用者の手に加わる負担を低下させることができる。
請求項2の発明によれば、ステータコアには凹凸部が設けられており、ハウジングの内周面には凹凸部が設けられており、これらの凹凸部が互いに嵌合することによって、ハウジングへのステータコアの前後方向及び回転方向への位置決めを行うので、簡単な構造で精度良くステータコアをハウジングに取り付けることができる。
請求項3の発明によれば、凹凸部は、モータの回転軸方向と平行に延びるように配置されるので、ステータコアが回転方向に動かないように安定してハウジングに保持することができる。また、軸方向に重ねる積層鋼板を用いたステータコアにおいてはモータの回転軸方向と平行に延びる溝を構成する加工は容易であり、製造原価上昇を抑えることができる。
請求項4の発明によれば、凹凸部の長さは、ステータコアの軸方向長さと同じであるので、ステータコアの前端から後端にかけて回り止めのための保持ができるので、がたつきが生じることなく安定してステータコアを保持することができる。
請求項5の発明によれば、凹凸部の、ステータコアとハウジングにそれぞれ複数設けられるので、がたつきが生じることなく安定してステータコアをハウジングに固定させることができる。
請求項6の発明によれば、ステータコアの軸方向前後にコイルを保持するためのインシュレータを設け、インシュレータがハウジングの凹凸部に当接させるので、インシュレータに凹凸部を突き当てることによってステータコアの軸方向の移動を効果的に阻止することができる。
請求項7の発明によれば、電動工具において、ハウジングはモータを収容する部分が第1の径を有し、第1の径よりも前方側に設けられ減速機構部を収容する第2の径を有し、第2の径は第1の径よりも大きくなるように構成したので、握りやすい把持部の形状(グリップ形状)を達成することができる。
請求項8の発明によれば、ハウジングの第1の径及び第2の径の部分は一体部材で製造されるので、製造が容易であって剛性の高いハウジング構造を有する電動工具を実現できる。
請求項9の発明によれば、第1の径と第2の径の移行部分に、モータの回転軸に取り付けられモータを冷却するための冷却ファンが配置されるので、ハウジングの外径形状を冷却ファンによる風路性能を満たす形状とすることができ、部品点数の削減と製品本体の省スペース化を図ることができる。
請求項10の発明によれば、ハウジングに形成された第1の凹凸部と、ステータに形成された第2の凹凸部によってハウジングにステータが保持されるので、ステータをハウジングに固定するための別部材を介在させる必要が無く、ハウジングのモータ部分の外径が太くなることを防止できる。このため、ハウジングを握りやすい電動工具とすることができる。
請求項11の発明によれば、ハウジングに形成された第1の風窓と第2の風窓の間で空気を流通できるので、モータを効果的に冷却することができ、耐久性の高い電動工具を実現できる。
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。
本発明の実施例に係る電動式ドライバの縦断面図である。 本発明の実施例に係る電動式ドライバの側面図である。 本発明の実施例に係る電動式ドライバの部分底面図である。 図1のハウジング2(左側)単体の側面図(内側から見た図)である。 図1のモータ5と冷却ファン6の組立体を示す側面図である。 図5のC−C部の断面図である。 図6のD−D部の断面位置における、モータ5と冷却ファン6の組立体の断面図である。 本発明の実施例に係る電動式ドライバのモータ5の駆動制御系を示す機能ブロック図である。 発明の実施例に係る電動式ドライバの冷却風の流れを説明する図である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本実施例においては、電動工具の例として、作業者が片手でハウジングの中央付近を把持して作業をする電動式ドライバの例を用いて説明する。以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、上下、前後の方向は図1に示す方向であるとして説明する。
図1は本発明の実施例に係る電動式ドライバ1の断面図である。電動式ドライバ1はモータ5を有し、モータ5を内部に収納するハウジング2と、モータ5の回転を所定の減速比で減速する減速機構65と、減速機構65の前方に設けられる図示しないクラッチ機構と、クラッチ機構の前方に取り付けられ先端工具を取り付けるためのソケット8を含んで構成される。本実施例においては、モータ5、減速機構65、クラッチ機構及び先端工具は同軸上に配置される。減速機構65は、モータ5の回転を所定の比率で減速してクラッチ機構に伝達するもので、例えば2段式の遊星歯車を用いた構成である。減速機構65の前方には、先端工具に一定の負荷トルクが加わると減速機構65とソケット8の回転伝達を解除する図示しないクラッチ機構が設けられる。クラッチ機構が作動して減速機構65とソケット8の回転伝達が解除される際の負荷トルクの大きさは、ダイヤル22を回転させることによって調節可能である。ダイヤル22を回転させると、クラッチ機構のスプリングの付勢力が変更される。このため、ダイヤル22を回転させると、ソケット8に伝達されるトルクが変更される。
モータ5を収容するハウジング2は筒状に形成され、モータ5の回転軸の延長線を通る鉛直面で左右に分割可能に構成される。右側のハウジングには、複数のネジボス44b、44cが形成され、図示しないネジにて左側のハウジングと固定される。このようにハウジング2の部分を左右分割式に構成したので、一方のハウジング(右側ハウジング)に、モータ5、減速機構65、クラッチ機構や後述するスイッチレバー10、正逆切替スイッチ21、回路部品及び基板等を配置した後、他方のハウジング(左側ハウジング)をかぶせてねじ止めすることにより、容易に組み立てることができる。
ハウジング2のほぼ中央付近には、いわゆるインナーロータ型のブラシレスDC方式のモータ5が収容される。モータ5は、回転軸に永久磁石を有する回転子が取り付けられ、ハウジング2側にコイルを有する固定子が固定される。モータ5の前方側において、回転軸と同軸上には小型の冷却ファン6が設けられる。モータ5が回転することによって冷却ファン6も回転し、ハウジング2の後方に設けられる風窓25から外気を吸引して、吸引された外気はインバータ基板27に搭載されるスイッチング素子16やモータ5の周囲を流れることによりこれらを冷却し、ハウジング2の側部に設けられる風窓35から排出される。ここで、風窓25は、上下方向の高さは低いものの、横方向に延びる細長いスリット状の形状とすると好ましい。
冷却ファン6は、プラスチック等で製造された遠心ファンであり、中央付近から空気を吸引して、外周側に吐き出す作用をする。そのため、排出口たる風窓35は冷却ファン6の周囲に形成される。冷却ファン6の直径L2は、モータ5の直径L1より僅かに大きいが、冷却ファンの直径L2は減速機構65の直径L3よりも小さく構成される。このため、ハウジング2の減速機構65が収容される部分の外径は、モータ5が収容される部分(把持部)の外径よりも大きくなるので、握りやすい把持部の形状とすることができる。さらに、把持部から減速機構65の収容部に至るハウジングの外径形状を、冷却ファン6による風路性能を満たす形状とされる。つまり冷却ファン6の外周側において、風路の入口側の径が細く制限され、出口側にかけて徐々に広がるようにハウジングの径が形成されているので、これらのハウジングの内壁形状がファンガイドとしての役割を果たす。
モータ5の回転軸は2つのベアリング19a、19bにより回転可能に保持される。ベアリング19a、19bはハウジング2の側壁から突出して形成される固定用のリブ41、43によってそれぞれ保持される。
ハウジング2の後端部には、電源基板26、インバータ基板27及び制御基板28の3つの回路基板が搭載される。電源基板26には電源回路が搭載される。ハウジング2にはコネクタ29bを介して電源コード29aが接続され、電源回路には外部から例えば50Hz、100Vの交流が供給される。電源基板26には、供給された交流電力を、所定の直流電力に整流するための電源回路が設けられる。整流された直流電力は、FET(電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子16により構成されるインバータ回路により、モータ5のコイルの各相に所定の間隔で順次供給される。インバータ回路や、インバータ基板27上に搭載されるインバータ回路を制御するための制御回路の構成は、ブラシレスDCモータを制御する公知の回路を用いることができる。その制御回路についての詳細説明は後述する。
ハウジング2の上部にはモータ5の回転をオンオフするための起動スイッチが設けられる。起動スイッチは、ハウジング2に対して回動軸12を基準に揺動可能な、即ちシーソー式に形成されたスイッチレバー10と、スイッチレバー10を所定の揺動方向に付勢するスプリング11と、回動軸12に対してスイッチレバーの10の押圧面(トリッガ部)10aとは反対側の端部10bに取り付けられる永久磁石13と、永久磁石13と対向する位置に設けられるホール素子14により構成される。ホール素子14は、ホール効果を利用して磁界を検出する素子(磁気検出素子)であり、基板32に搭載される。ハウジング2から外部に突出するスイッチレバー10の押圧面10aを押下し、スプリング11が圧縮される方向にスイッチレバー10を移動させると、図1ではスイッチレバー10が回動軸12を中心に反時計方向に揺動(微小角度だけ回転)し、永久磁石13とホール素子14の距離が離れる。その結果、ホール素子14が永久磁石13から生ずる磁界の影響をうけなくなってホール素子14の出力がローとなり、ホール素子14から後述する制御部へ信号が伝達される。このように、スイッチレバー10を移動させることによりホール素子14が磁石の近接離間を検知するので、モータ5の回転をオン又はオフすることができる。尚、本実施例ではスイッチレバー10を握ると永久磁石13とホール素子14の距離が離れるように構成したが、逆に、永久磁石13とホール素子14の間隔が縮まるように構成しても良い。
この起動スイッチの機構は、機械的な接点を持たずに、永久磁石13から発生される磁界を非接触状態においてホール素子14で検知するので、接点が劣化することが無く、長期間安定して作動させることができる。また、可動部分(スイッチレバー10)側には電気が流れる素子は搭載されずに永久磁石13を配置しただけなので、信頼性が高めるとともに長い寿命が期待できる。さらに、ホール素子14は、非可動部分である基板32に搭載されるので、信頼性が高く安定して動作をすることができるスイッチ機構を実現できる。
ハウジング2のモータ5の下部には、モータ5の回転方向を正転と逆転に切替えるための正逆切替スイッチ21が設けられる。正逆切替スイッチ21は、モータ5が収容されるハウジング2の中腹部の外周側であって、モータ5の回転軸の方向と、切替操作レバーの延びる方向がほぼ平行になるように設けられる。正逆切替スイッチ21の後方には、操作表示部23が設けられる。操作表示部23は本体の下方から視認できるように配置され、例えばモータ5の設定回転数を表示することができる。
ここで、ハウジング2においてモータ5が占める軸方向(前後方向)の長さ部分をMとすると、スイッチレバー10の外部に突出する部分(即ち押圧面10a)が占める軸方向の長さ部分はS1となる。このS1は、軸方向に見て完全にMの範囲内になるようにスイッチレバー10が配置される。このようにスイッチレバー10をモータ5と完全に又は部分的にオーバーラップするように配置することによって、スイッチレバー10を押した状態で重量的に重いモータ5付近を握ることが可能となる。
モータ5の回転軸の後端には、モータ5の回転位置検出用の永久磁石30が設けられ、この永久磁石30に対向する位置に3つのホール素子31が設けられる。ホール素子31は、回転子5aの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度60°毎に基板32上に配置される。このようにモータの回転位置検出用の永久磁石30をわざわざ設けるのではなく、回転子5aに含まれる永久磁石を用いてホール素子にて回転位置を検出するように構成することも広く行われている。しかしながら、モータ5のように回転子5aの径が小さい場合には、回転子5aの永久磁石に相対する位置に3つのホール素子を配置することが難しいので、本実施例では回転子5aの位置検出用の永久磁石30を別途設けるようにした。しかし、この構成に限られずに、回転子5aに含まれる永久磁石を用いるように構成しても良い。
次に、本実施例の電動式ドライバの動作について説明する。まず、作業者が、スイッチレバー10と共にハウジング2の把持部分(細く絞り込まれた部分)を握ってスイッチレバーを揺動させると、ホール素子14が永久磁石13との対向状態が解除されたことを検知し、ホール素子14の出力信号がローとなり、電源回路からインバータ回路に整流された直流が供給される(電源がオンになった状態)。すると、インバータ回路によって所定の駆動電流がモータ5の所定のコイルに順次供給され、回転子が回転する。モータ5が回転すると、回転軸から減速機構65に回転力が伝達され、所定の回転数に減速されて、図示しないクラッチ機構を介してソケット8に回転力が伝達され、図示しない先端工具を回転させる。
モータ5が回転することによって冷却ファン6も回転する。図9は、冷却ファン6によって発生される冷却風の流れを説明する図である。冷却ファン6はいわゆる遠心ファンであり、軸方向後方から空気を吸引して外周方向に排出する。この冷却ファン6によって、風窓25から外気が矢印70の方向に吸引される。吸引された空気は、矢印71、72、73のようにインバータ基板27や制御基板28の周囲を流れ、基板32の側方を流れ、矢印74のようにモータ5の内部に流入する。その後、点線矢印75〜77のようにモータ5のステータコア52の内部(ティースの間、ティースと回転子との間の空間)を流れて、矢印78、79のように流れて冷却ファン6に流入する。冷却ファン6によって冷却風は風窓35からハウジング2の外部に排出される。
モータ5が回転することにより、締付部材である図示しないねじ等が被締付材に締め込まれる。ねじが締め込まれて、締付けトルクが所定の値に達したときにクラッチ機構が作動し、減速機構65とシャフト7の接続が解除されることによって、締付部材の締め付けが終了する。
クラッチ機構が作動して動力伝達が遮断されると、図示しない停止スイッチがオフとなってモータ5を停止させる。停止スイッチは、クラッチ機構のクラッチスリーブの一部に取り付けられる永久磁石と、その永久磁石と対向する位置に設けられるホール素子によって構成可能である。クラッチ機構が作動していない状態では、ホール素子の出力はハイとなり、クラッチ機構が作動した場合は、永久磁石はホール素子に対して離れる方向(前方向)に移動する(離反する)ので、ホール素子の出力がローに切替わる。このホール素子の出力変化を後述する制御部で検出することによって、制御部はモータ5の回転を停止させる。
尚、ねじ等の締付材を締める場合はモータ5の回転を正回転方向とするが、反対にねじを緩める場合はモータ5の回転を逆転させてソケット8を逆回転させることができるが、この操作は正逆切替スイッチ21の切替操作レバーを操作することによって行うことができる。
図2は、本発明の実施例に係る電動式ドライバ1の側面図である。本実施例の電動式ドライバ1は、後方に吊り下げ用のフック33が設けられ、工場の流れ作業等のラインで、フック33を用いて弾力性のあるゴム等で吊り下げておく。吊り下げ状態では、電動式ドライバ1の前方側(先端工具側)が下に、後方側(フック33側)が上に位置する。作業者は吊り下げ状態から、ハウジング2の中央付近の把持部分を片方の手(通常は利き手)で握って、ゴム等を引っ張った状態で作業する。この際、スイッチレバー10は、例えば人差し指で握ることによって電動式ドライバ1を握る動作とスイッチをオンにする動作を同時に行うことができる。尚、ゴム等で吊り下げるのではなく、フック33に変形可能なワイヤー(金属線部材)を固定した状態で、ワイヤーを円筒形の付勢されたリールに固定するようにしても良い。このような固定方法の場合、作業者が電動式ドライバ1を握りワイヤーを引っ張るとリールがワイヤーから引き出される。作業者が電動式ドライバ1を握らない状態では、リールにワイヤーが巻き取られる。
ハウジング2は作業者が片手で把持するためにハウジング2の径が一番細くなった把持部2cが形成される。把持部2cにおけるハウジングの外径(第1の径)がD1であり、把持部2cの内部にはモータ5が配置されるため、重いモータ5が把持位置にあるので重量バランスが良く、電動工具としての使い勝手が良い。把持部2cの上側においては、矢印Aで示す部分のように、筒状のハウジング2の径が細くなっており、作業者が指を掛けやすいように構成されていることが理解できるであろう。ハウジング2の減速機構65を覆う部分の外径(第2の径)はD2であり、D2はD1よりも大きく構成される。第1の径D1から第2の径D2に至る部分は、矢印Bに示すように径が滑らかに太くなるように形成され、この部分の内側に冷却ファン6が収容される。尚、この矢印Bの内周側に、段差部やリブを形成することにより所定の方向に風をながすように、風路を制限するように構成しても良い。
スイッチレバー10の押圧面10aは、横から見て三角形状に外部に(上部に)突出するように構成される。この結果、作業者がスイッチレバー10を握りやすい上に、握ったまま快適に作業をすることができる。ソケット8の前方側には、図示しない先端工具が装着される。先端工具としては、プラスドライバ、マイナスドライバ、ドリル、砥石等の任意の先端工具を装着することができる。
図3は、電動式ドライバ1の部分底面図である。把持部2cの後方側は、図1にて説明したように電源基板26、インバータ基板27及び制御基板28の3つの回路基板を搭載するために、ハウジング2のテール部分2dが左右方向に幅が広くなるように構成される。正逆切替スイッチ21の切替操作レバー20は、ハウジング2から外部にほとんど突出しないように構成される。そのため、ハウジング2には、下から見て略扇状の開口部2fが形成され、切替操作レバー20はその開口部2f内で左右方向に揺動できるように構成した。このように構成することによって、作業者が電動式ドライバ1を把持する際に、誤って切替操作レバー20を操作してしまう恐れがほとんどなくなり、使い勝手の良い電動工具を実現することができる。
ハウジング2のテール部分2dの下側には、操作表示部23が設けられる。操作表示部23は、ソフトタッチスイッチ23aと、その横に設けられる3つのLED23bで構成され、ソフトタッチスイッチ23aを押す毎にモータ5の回転数を、“低”、“中”、“高”のいずれかに設定することができる。このように操作表示部23がハウジング2のテール部分2dの下側にあることにより、電動式ドライバ1をフック33で上から吊した状態にて片手で把持して作業をする場合に、操作表示部23が作業者から容易に見える位置にあるので、設定中のモータ5の回転数を容易に認識することができる。
図4は、左右に分割可能なハウジング2の片側(左側)を示す図であり、内部側から見た図である。本図では左側のハウジング2を他方(右側)から取り外した状態を示しているので、上下方向が逆に図示されていることに注意されたい。ハウジング2はプラスチック等の高分子樹脂の一体成型により構成され、内側の壁面には、ベアリング19aを保持するためのリブ41、ベアリング19bを保持するためのリブ43、制御基板28を保持するためのリブ45a、45b等が構成される。これらのリブに対応する同様のリブがハウジング2の他方(右側)の内側壁面にも形成されており、左右のハウジング2によって挟持されるようにして、ベアリング19a、19b、制御基板28が保持される。ハウジング2にはネジを貫通させるためのネジボス44a、44b、44cが形成され、図示しないネジによって右側のハウジング2と固定される。
ハウジング2の把持部2cの内周側には凸部42が軸方向に延びるように形成される。この凸部42は、モータ5の固定部分が、ハウジング2に対して回転方向に相対回転しないように保持するために形成されたもので、軸方向に所定の長さを有する。軸方向の凸部42の長さは、モータ5のステータコアの長さと同じとすると好ましい。ハウジング2の正逆切替スイッチ21が収容される空間には、切替操作レバー20にアクセスするための開口部2fが形成される。開口部2fより後方側には、操作表示部23を挟持するための凹部47が形成され、ハウジング2の後方側には、コネクタ29bを挟持するための凹部46が形成される。また、ハウジング2のスイッチレバー10を取り付ける部分には、回動軸12を固定するための穴48が形成される。
図5は、ハウジング2に組み込まれるモータ5の組立体の側面図である。ステータコア52の両側には、コイルを巻くためのインシュレータ57、59が設けられる。インシュレータ57、59はコイルによって発生される磁界に影響を与えない非磁性体で構成され、例えばプラスチック等の合成樹脂で製造すると好ましい。インシュレータ57、59はステータコア52に固定されるため回転しない部材である。インシュレータ57、59の内周側であって、回転軸54の周囲にはスペーサ56、58が設けられる。スペーサ56、58は、回転子とベアリング19a、19bとの距離を一定に保つために設けられ、モータ5の回転軸54と共に回転する。スペーサ56、58は、例えばプラスチック等の合成樹脂で製造すると好ましい。回転軸54の前端部には冷却ファン6が設けられる。
本図から理解できるように、ステータコア52の外周面には、軸方向に連続する凹部52aが形成される。凹部52aの軸方向(前後方向)長さは、ステータコア52の長さと同じであり、凹部52aの窪みの両端部はインシュレータ57、59によってふさがれる形となる。インシュレータ57、59の間には、電機子巻線を構成するコイルが巻かれるので、インシュレータ57、59はしっかりとステータコア52によって保持されるので、インシュレータ57、59の間隔が開いてしまう恐れはない。従って凹部52aの窪みは、軸方向(前後方向)にも閉鎖された状態となる。この凹部52aは、ハウジング2の内壁に形成された凸部42(図4参照)に嵌合される。本実施例では凸部42(図4参照)に嵌合される凹部52aは、ステータコア52の左右に1つずつ設けられる凹部52aである。
尚、本実施例ではハウジングの内壁に凸部を形成し、ステータコア52側に凹部を形成するようにしたが、これらの凹凸の関係を逆にしても良く、ステータコアとハウジングの内壁に、それぞれ対応する形状の凹凸部が形成されればよい。通常、ステータコア52は軸方向に重ねるように積層鋼板を用いて製造されるが、回転軸方向と平行に延びる溝または突起を構成する加工は容易であるので、溝や突起等の凹凸部を構成するための製造原価上昇は低く抑えることができる。
図6は、図5のC−C部の断面図である。ステータコア52は軸方向に重ねた積層鋼板で構成され、内周側に6つのティース52bが形成される。各ティース52b部分には、銅線が巻かれておりコイル53を形成する。本実施例では、コイル53をU、V、W相の3相を有するスター結線とすることが好ましい。コイル53には、ホール素子31の位置検出信号に基づいて電気角120°の通電区間に制御された電流が、スイッチング素子16を介して供給される。図6では図示を省略しているが、各ティース52bの先端部52cの内側には、回転軸54、回転子51と円筒形の永久磁石55位置する。インシュレータ57は、ステータコア52の両端部に位置する円環状の部材から内側にかけて、各ティース52bの間に入り込むように構成される。図示していないがインシュレータ59も同様に構成される。従って、ステータコア52の両端部付近においては、コイル53はステータコア52に直接接触せずに、非絶縁体で構成されたインシュレータ57、59に接することになる。このようにインシュレータ57、59を介してコイルを巻くことにより、長年の使用によってコイル53の絶縁が悪くなることを防止でき、モータ5の寿命を大幅に延長させることができる。尚、本図では、ステータコア52の内周とコイル53の間に十分な隙間が形成されるので、この隙間に冷却風を流すことができ、ステータコア52やコイル53を良好に冷却することができる。
ステータコア52の外周部には所定の間隔で凹凸部が形成される。本実施例では凹凸部として、円周方向に60°間隔で凹部52aが形成される。凹部52aは軸方向に連続する溝であって、複数本の凹部52aの全部又は一部がハウジング2の内壁に形成された凸部42に嵌合される。凹部52aは図6のような断面形状では半円状であるが、この形状だけに限られずに四角形状であっても良いし、その他の任意の凸状の形状、又は任意の凹状の形状、或いはこれらの組み合わせで構成しても良い。このような構成にすることにより、ステータコア52のハウジング2への組み込み及び固定が容易にできる。図6においては左右2箇所の凹部52aだけがハウジング2の凸部42に嵌合するが、残りの凹部52aはハウジング2の内壁とは接触しない。尚、図中上側の凹部52aの部分には、後方に位置するインシュレータ59が見えているのであって、この部分は塞がれているわけではない。
図7は、図6のD−D部の断面位置における、モータ5と冷却ファン6の組立体の断面図である。モータの回転軸54には回転子51が設けられる。回転子51の外周側には円筒形の永久磁石55が配置される。回転軸54の前方側は、その径が細くなる細径部が形成され、その細径部には冷却ファン6が設けられる。回転子51の前後には、ベアリング19aと19bとの間隔を一定保つためにスペーサ56、58が設けられる。後方のベアリング19bの後ろには、回転位置を検出するための永久磁石30を保持するための保持部材60が設けられる。保持部材60は、永久磁石30の磁界に影響を与えないように非磁性体から構成され、例えばプラスチックの一体成型により構成される。保持部材60は位置決めピン61を用いて回転軸54に固定される。
次に、モータ5の駆動制御系の構成と作用を図8に基づいて説明する。図8はモータ5の駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施例では、モータ5は3相のブラシレスDCモータで構成される。このブラシレスDCモータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組(本実施例では2組)のN極とS極を含む永久磁石(マグネット)を含んで構成される回転子(ロータ)5aと、スター結線された3相の固定子巻線U、V、Wから成る固定子(ステータ)5bを有する。スイッチ操作検出回路90が、起動スイッチ用のホール素子14からの信号がローとなったことを検出すると、演算部81はホール素子31からの位置検出信号に基づいて固定子巻線U、V、Wへの通電方向と時間を制御し、モータ5を所定の回転数で回転させる。
インバータ基板27上に搭載される電子素子は、3相ブリッジ形式に接続されたFETなどの6個のスイッチング素子16(Q1〜Q6)から構成されるインバータ回路82である。ブリッジ接続された6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートは、制御基板28に搭載される制御信号出力回路83に接続され、6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線U、V、Wに接続される。これによって、6個のスイッチング素子Q1〜Q6は、制御信号出力回路83から入力されたスイッチング素子駆動信号(H4、H5、H6等の駆動信号)によってスイッチング動作を行い、インバータ回路82に印加される電源回路の出力たる直流18を3相(U相、V相及びW相)電圧Vu、Vv、Vwとして固定子巻線U、V、Wに電力を供給する。
6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号(3相信号)のうち、3個の負電源側スイッチング素子Q4、Q5、Q6をパルス幅変調信号(PWM信号)H4、H5、H6として供給し、制御基板28上に搭載された演算部81によって、モータ5のスイッチ手段を構成するホール素子14の出力信号に基づいてモータ5への電力供給を開始させる。
ここで、PWM信号は、インバータ回路82の正電源側スイッチング素子Q1〜Q3または負電源側スイッチング素子Q4〜Q6の何れか一方に供給され、スイッチング素子Q1〜Q3またはスイッチング素子Q4〜Q6を高速スイッチングさせることによって直流18から各固定子巻線U、V、Wに供給する電力を制御する。尚、本実施例では、負電源側スイッチング素子Q4〜Q6にPWM信号が供給されるため、PWM信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線U、V、Wに供給する電力を調整してモータ5の回転数を制御することができる。
モータ5の回転方向を切り替えるための正逆切替スイッチ21の出力は回転方向設定回路92に入力され、回転方向設定回路92は正逆切替スイッチ21の変化を検出するごとに、モータの回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部81に送信する。演算部81は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置(CPU)、処理プログラムや制御データを記憶するためのROM、データを一時記憶するためのRAM、タイマ等を含んで構成される。
演算部81は、回転方向設定回路92と回転子位置検出回路84の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Q1〜Q6を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号を制御信号出力回路83に出力する。これによって固定子巻線U、V、Wの所定の巻線に交互に通電し、回転子5aを設定された回転方向に回転させる。モータ5に供給される電流値は、電流検出回路89によって測定され、その値が演算部81にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。尚、PWM信号は正電源側スイッチング素子Q1〜Q3に印加しても良い。
制御部80には、クラッチ機構が動作した際に出力信号がローになるホール素子31が接続され、ホール素子31の出力変化を検出してクラッチ動作検出回路91は、演算部81に対してモータ5の回転の停止を指示する信号を出力する。このクラッチ動作検出回路91によって、作業者がスイッチレバー10を押下するだけで締付け作業が開始され、所定のトルクまで締め付けが完了すると、自動的にクラッチ機構が作動しモータ5の回転が自動停止する。この後作業者はスイッチレバー10を離して作業を完了する。
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では電動工具の例として電動式ドライバで説明したが、これだけに限られずに、電動ノコギリや電動ハンマ等の他の携帯型電動工具のステータコアの保持構造においても同様に適用できる。また、本実施例では商用電源で駆動される電動の例で説明したが、バッテリパックを用いたコードレス式の電動工具においても同様に本発明を適用できる。
1 電動式ドライバ 2 ハウジング 2c 把持部
2d テール部分 2f 開口部 5 モータ
5a 回転子 5b 固定子 6 冷却ファン
7 シャフト 8 ソケット 10 スイッチレバー
10a 押圧面 10b 端部 11 スプリング
12 回動軸 13 永久磁石 14 ホール素子
16 スイッチング素子 19a、19b ベアリング
20 切替操作レバー 21 正逆切替スイッチ
22 ダイヤル 23 操作表示部
23a ソフトタッチスイッチ 25 風窓(第2の風窓)
26 電源基板 27 インバータ基板 28 制御基板
29a 電源コード 29b コネクタ 30 永久磁石
31 ホール素子 32 基板 33 フック
35 風窓(第1の風窓) 41、43 リブ 42 凸部
44a〜44c ネジボス 45a リブ 46、47 凹部
48 穴 51 回転子 52 ステータコア
52a 凹部 52b ティース 52c 先端部
53 コイル 54 回転軸 55 永久磁石
56 スペーサ 57 インシュレータ 58 スペーサ
59 インシュレータ 60 保持部材 61 ピン
65 減速機構 80 制御部 81 演算部
82 インバータ回路 83 制御信号出力回路
84 回転子位置検出回路 89 電流検出回路
90 スイッチ操作検出回路 91 クラッチ動作検出回路
92 回転方向設定回路

Claims (11)

  1. ステータコアと、該ステータコアに固定されるコイルを有するステータと、前記ステータの内部で回転可能なロータを有するモータと、
    前記モータの前方に設けられる減速機構部と、
    前記減速機構部の前方に接続される先端工具保持部と、
    前記モータを覆う把持部が形成され前記減速機構部を覆うハウジングと、を有し、
    前記把持部の内周面によって前記ステータコアを保持するようにしたことを特徴とする電動工具。
  2. 前記ステータコアには凹凸部が設けられており、
    前記ハウジングの内周面には凹凸部が設けられており、
    これらの凹凸部が互いに嵌合することによって、前記ハウジングへの前記ステータコアの前後方向及び回転方向への位置決めを行うことを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  3. 前記凹凸部は、前記モータの回転軸方向と平行に延びるように配置されることを特徴とする請求項2に記載の電動工具。
  4. 前記凹凸部の長さは、前記ステータコアの軸方向長さと同じであることを特徴とする請求項3に記載の電動工具。
  5. 前記凹凸部の、前記ステータコアと前記ハウジングにそれぞれ複数設けられることを特徴とする請求項4に記載の電動工具。
  6. 前記ステータコアの軸方向前後に前記コイルを保持するためのインシュレータを設け、
    前記インシュレータが前記ハウジングの凹凸部に当接することによって前記ステータコアの軸方向の移動を制限することを特徴とする請求項5に記載の電動工具。
  7. ステータコアと、該ステータコアに固定されるコイルとを有するステータと、前記ステータの内部で回転可能なロータを有するモータと、
    前記モータの前方に設けられる減速機構部と、
    前記減速機構部の前方に接続される先端工具保持部と、
    前記モータを覆う把持部が形成され前記減速機構部を覆うハウジングと、を有し、
    前記ハウジングは、前記モータを収容する部分が第1の径を有し、前記第1の径よりも前方側に設けられ前記減速機構部を収容する第2の径を有し、
    前記第2の径は前記第1の径よりも大きいことを特徴とする電動工具。
  8. 前記ハウジングの第1の径及び第2の径の部分は一体部材で製造されることを特徴とする請求項7に記載の電動工具。
  9. 前記第1の径と前記第2の径の移行部分に、前記モータの回転軸に取り付けられ前記モータを冷却するための冷却ファンが配置されることを特徴とする請求項8に記載の電動工具。
  10. ステータと、前後方向に延びるロータ軸を有し前記ステータの内部で回転可能なロータと、を有するモータと、
    前記ロータ軸に接続される減速機構部と、
    前記減速機構部に接続され前後方向に延びる出力軸と、
    前記モータの後方に配置される電源コードと、
    前記モータ及び前記減速機構部を収容し、前記出力軸が前方より突出し、前記電源コードが後方から突出し、前後方向に延びるハウジングと、を有する電動工具であって、
    第1の凹凸部を、前記ハウジングの内周に設け、
    前記第1の凹凸部と嵌合する第2の凹凸部を、前記ステータの外周に設けたことを特徴とする電動工具。
  11. ステータと、前後方向に延びるロータ軸を有し前記ステータの内部で回転可能なロータと、を有するモータと、
    前記ロータ軸に接続される減速機構部と、
    前記減速機構部に接続され前後方向に延びる出力軸と、
    前記モータの後方に配置される電源コードと、
    前記モータ及び前記減速機構部を収容し、前記出力軸が前方より突出し、前記電源コードが後方から突出し、前後方向に延びるハウジングと、を有する電動工具であって、
    前記ハウジングにおける減速機構部の後方の位置に、第1の風窓を設け、
    前記ハウジングの後部に、第2の風窓を設けたことを特徴とする電動工具。


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