JP2015126562A - 電動工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロータから永久磁石が脱落するおそれをなくして信頼性の高いブラシレスモータを使用可能とする。
【解決手段】震動ドライバドリル1において、本体ハウジング10内に、ステータ24とロータ25とからなり、ロータ25のロータコア52に形成した複数の貫通孔に永久磁石53をそれぞれ挿入したブラシレスモータ8を収容し、ロータ25に、ロータコア52の貫通孔から永久磁石53を抜け止めする後ストッパ63及び前ストッパ64を設けた。
【選択図】図1

Description

本発明は、ブラシレスモータを駆動源として利用する電動工具に関する。
震動ドライバドリル等の電動工具においては、コンパクトで耐久性の高いブラシレスモータが駆動源として採用されている。このブラシレスモータは、特許文献1に開示されるように、ステータの内側にロータを配置してなり、ロータは、複数の鋼板を積層したロータコア(回転子鉄心)と、ロータコアの中心に挿通され一体化されたモータ軸と、ロータコアに固定された複数の永久磁石とから構成される。
特開2004−7869号公報
一方、永久磁石は、ロータコアにその軸方向に形成された貫通孔に挿入され、接着剤によってロータコアに一体化される場合がある。このようなロータでは、ロータコアに設けられる貫通孔は軸方向の前後両端が開口しているので、接着剤が剥がれる等して接着力が低下すると、永久磁石がロータコアから抜け出るおそれが生じる。
そこで、本発明は、ロータから永久磁石が脱落するおそれがなく、信頼性の高いブラシレスモータが使用可能な電動工具を提供することを目的としたものである。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、ハウジング内に、ステータとロータとからなるブラシレスモータを収容し、ロータのロータコアに、複数の貫通孔を軸方向に形成して各貫通孔に永久磁石をそれぞれ挿入した電動工具であって、ロータに、ロータコアの貫通孔から永久磁石を抜け止めするストッパ部材を設けたことを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1の構成において、ストッパ部材は、非磁性体であることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、ハウジング内に、ステータとロータとからなるブラシレスモータを収容し、ロータのロータコアに、複数の貫通孔を軸方向に形成して各貫通孔に永久磁石をそれぞれ挿入した電動工具であって、ロータの軸方向の前後に、バランス修正可能な非磁性部材を設けたことを特徴とするものである。
本発明によれば、信頼性の高いブラシレスモータが使用可能となる。その際には、ストッパ部材や非磁性部材の採用により、ロータから永久磁石が脱落するおそれをなくすことが可能となる。
震動ドライバドリルの全体図である。 ステータを前方から見た斜視図である。 ヒュージング端子の説明図で、(A)は斜視、(B)は背面、(C)は側面、(D)は正面、(E)は挿入状態の側面をそれぞれ示す。 (A)はロータの全体図、(B)はA−A線断面図、(C)はロータの斜視図である。 (A)はロータの横断面図、(B)はロータの変更例の横断面図である。 (A)は樹脂で一体成型したロータの横断面図、(B)はロータの縦断面図、(C)は後ストッパの背面図である。 (A)は射出成型マグネットで一体成型したロータの横断面図、(B)はロータの縦断面図である。 (A)は射出成型マグネットで一体成型したロータの他の例の横断面図、(B)はロータの縦断面図である。 (A)はSPMモータにおいて樹脂で一体成型したロータの横断面図、(B)はロータの縦断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、電動工具の一例である震動ドライバドリルの全体図で、震動ドライバドリル1は、前後方向に延びる本体2に、ハンドル3を下向きに形成したT字状を有し、ハンドル3の下端に形成した装着部4には、電源となるバッテリーパック5が装着されている。また、装着部4の側面には、ビット7の収容部6が形成されている。
本体2のハウジングは、ブラシレスモータ8及び遊星歯車減速機構9を収容する筒状の本体ハウジング10の前方(図1の右側)に、クラッチ機構及び震動機構、スピンドルを収容する前ハウジング11を前方からネジ12,12・・によって組み付け、本体ハウジング10の後方に、キャップハウジング13を後方から上下二カ所でネジ14,14によって組み付けて形成される。本体ハウジング10とキャップハウジング13との結合面は、ネジ14がねじ込まれるネジボスを含んで本体ハウジング10の後面に形成されるリング状の凸部15を、キャップハウジング13の前面に形成される凹部16に嵌合させるいんろう結合となっている。
一方、前ハウジング11の前方には、モード切替リング17とクラッチ調整リング18とが設けられて、クラッチ調整リング18の前方に、スピンドルに装着されるチャック19が設けられている。なお、ハンドル3は、本体ハウジング10に連設されており、これらは左右の半割ハウジング10a,10bをネジ20,20・・によって組み付けることで形成される。21はハンドル3に収容されるスイッチに設けられたトリガ、22はモータの正逆切替ボタン、23は速度切替レバーで、トリガ21の上方には、チャック19の前方を照射する図示しないライトが設けられている。
本体ハウジング10の後部に収容されるブラシレスモータ8は、ステータ24とその内側のロータ25とからなるインナロータ型で、ステータ24は、図2に示すように、複数の積層鋼板から形成される筒状のステータコア26と、ステータコア26の軸方向前後の端面にそれぞれ設けられる前インシュレータ27及び後インシュレータ28と、前後インシュレータ27,28を介してステータコア26に巻回される6つのコイル29,29・・と、を有し、前インシュレータ27には、センサ回路基板30及び短絡部材31が取り付けられている。
前インシュレータ27は、ステータコア26と同径リング状の一体成形品で、前面には、後述するヒュージング端子37の保持部32,32・・が6組突設されている。この保持部32は、溝を有する一対の突起33,33を、溝同士が対向するように所定間隔をおいて配置したもので、各保持部32,32の間には、図示しないネジボスが突設されている。
また、前インシュレータ27の左右の側部には、一対の凹部34,34がそれぞれ形成されると共に、凹部34,34を挟んだ上下側には、一対の三角形状の第1切欠部35,35がそれぞれ形成されている。さらに、前インシュレータ27の上部中央には、四角形状の第2切欠部36が形成されている。
そして、前インシュレータ27の各保持部32には、ヒュージング端子37が保持されている。このヒュージング端子37は、図3に示すように、帯状の金具を二つ折りしてなり、一端部38の中間部位では、凸状に折曲される第1折り曲げ部39が形成され、先端側では、外向きに折り返した第2折り曲げ部40が形成されている。他端部41の両側縁には、断面L字状の羽根片42,42が折曲形成されている。よって、各ヒュージング端子37の折り曲げ側を保持部32に差し込み、羽根片42,42をそれぞれ突起33の溝部に嵌合させると、各ヒュージング端子37は、同心円上で一端部38を外側に向けて前インシュレータ27の軸方向と平行な姿勢で保持される。
コイル29は、一本の巻線でステータコア26の各ティースへ順番に巻回されて、コイル29,29間をつなぐ各巻線29aが、保持部32の外側を回り込んでヒュージング端子37に挟持された状態でヒュージングすることにより、各ヒュージング端子37と電気的に接続されている。ここでは一端部38に凸状の第1折り曲げ部39を形成しているので、図3(E)に示すように一端部38と他端部41との間に巻線29aが入るスペースを確保できる。また、第2折り曲げ部40の形成により、両端部同士が確実に接触できるようになり、安定したヒュージングが可能となっている。
センサ回路基板30は、ロータ25に設けた永久磁石53の位置を検出して回転検出信号を出力する3つの回転検出素子(図示略)を搭載し、保持部32の内側に収まる外径を有するドーナツ状で、外周には、前インシュレータ27のネジボスに対応する透孔を備えた4つの突起43,43・・が延設されて、各突起43の透孔にネジボスを貫通させることで、前インシュレータ27の前面で位置決めされるようになっている。回転検出素子の信号線は、センサ回路基板30の下部から引き出される。
短絡部材31は、センサ回路基板30と略同径となる樹脂製のリング状で、外周には、前インシュレータ27の各ネジボスが後方から嵌合可能な4つのボス44,44・・を一体的に突設している。また、短絡部材31は、対角線上に突出する一対の短絡片46,46をそれぞれ備えた円弧状の3つの板金部材45,45・・を、互いに非接触状態で同心円上に重ね合わせた状態でインサート成形している。短絡片46は、短絡部材45から放射状に突出して前インシュレータ27に保持される各ヒュージング端子37に対応するもので、先端には、ヒュージング端子37の他端部41が差し込み可能なスリット47がそれぞれ形成されている。各板金部材45には、U相、V相、W相の各電源線48,48・・が溶接される。
この短絡部材31を、前インシュレータ27のネジボスがボス44に挿入するようにセンサ回路基板30の前方から重ねてネジ49で固定すると、各ヒュージング端子37の他端部41が、それぞれ対応する短絡片46に差し込まれる。この状態でヒュージング端子37と短絡片46とをハンダ付けすれば、点対称に位置するヒュージング端子37がそれぞれ板金部材45によって短絡される。すなわち、ステータコア26へ順番に巻回されるコイル29,29間の巻線29aに電気的に接続されるヒュージング端子37が、対角同士で3つの板金部材45によって電気的に接続されることになり、いわゆるパラ巻きのデルタ結線となる。
ここではヒュージング端子37の高さ寸法内にセンサ回路基板30及び短絡部材31が納められるため、短絡部材31等を用いてもブラシレスモータ8の全長が最小限に抑えられる。さらに、信号線や電源線を除いて全ての部材がステータコア26の外径の中に収まっているため、製品の外径も大きくならずコンパクトとなる。
こうして組み付けられるステータ24は、本体ハウジング10の半割ハウジング10a,10bの内面へそれぞれ周方向に突設した支持リブ50によって外周が保持されると共に、半割ハウジング10a、10bの内面に突設された図示しない突起が、前インシュレータ27の側面に形成した凹部34にそれぞれ嵌合することで、軸方向及び周方向に位置決めされた状態で収容される。なお、第1切欠部35及び第2切欠部36は、マルノコ等に使用される筒型ハウジングに収容する場合に、筒型ハウジングに設けたリブを嵌合させることで位置決めに利用できる。
一方、ロータ25は、図4にも示すように、軸心に位置する回転軸51と、回転軸51の周囲に配置され、複数の鋼板を積層してなる略円筒状のロータコア52と、ロータコア52の内部に固定される4つの板状の永久磁石(焼結磁石)53,53・・とを有する。この永久磁石53は、図5(A)にも示すように、ロータコア52の横断面で回転軸51を中心とした正方形の四辺にそれぞれ位置するように形成された貫通孔54,54・・に挿入されて接着剤及び/又は圧入によって固定される。52aは、ロータコア52の鋼板同士を固定するかしめ部で、長方形をしており、永久磁石53で囲まれる正方形の四隅にそれぞれ位置している。これにより磁気的に有利となっている。
ここで、ロータコア52の外周面において、各永久磁石53の横断面で長手方向の両端外側に当たる部位には、永久磁石53の外面と平行な面取部55,55・・が、ロータコア52の軸方向の全長に亘ってそれぞれ形成されている。
回転軸51の後端は、キャップハウジング13に保持された軸受56に軸支されて、その前方部位には遠心ファン57が取り付けられている。ここでは遠心ファン57の中央部は前方へすり鉢状に膨出して、軸受56がその後方へ突出する格好となっている。これにより、キャップハウジング13と遠心ファン57との距離が近くなって全長の短縮化に繋がる。58は、キャップハウジング13の左右の側面に形成された排気口で、吸気口はその前方で本体ハウジング10の側面に設けられている(図示せず)。
また、ブラシレスモータ8の前方には、遊星歯車減速機構9を収容するギヤケース59が設けられて、回転軸51の前端は、ギヤケース59の後端を閉塞するキャップ60を貫通してキャップ60に保持される軸受61に軸支されている。当該前端にはピニオン62が固着されて、遊星歯車減速機構9の一段目の遊星歯車と噛合している。
さらに、ロータ25において、ロータコア52と遠心ファン57との間には、ストッパ部材としての後ストッパ63が設けられている。この後ストッパ63は、真鍮製でロータコア52と同じ外径を有する円板で、ロータコア52と同軸で回転軸51に固着されている。一方、ロータコア52と前側の軸受61との間には、ストッパ部材としての前ストッパ64が設けられている。この前ストッパ64は、真鍮製でロータコア52よりも小さい外径を有する円板で、ロータコア52と同軸で且つロータコア52との間に隙間を空けた状態で回転軸51に固着されている。但し、前ストッパ64の外径は、4つの永久磁石53で囲まれる内側円よりも大径となって、各永久磁石53の前方に前ストッパ64が位置するようになっている。また、前ストッパ64は、中心側が外周側よりも肉厚となる段付き形状となっており、固定状態では中心側の肉厚部64aの前面が軸受61の内輪のみに当接することで、外輪との干渉を回避している。
そして、後ストッパ63と前ストッパ64の外周には、バランスを調整するための切欠き65がそれぞれ形成されている。なお、製造時に既にバランスが整っている場合には、切欠きを設ける必要はない。
以上の如く構成された震動ドライバドリル1においては、トリガ21を押し込み操作すると、スイッチがONしてバッテリーパック5の電源によってブラシレスモータ8が駆動する。すなわち、ハンドル3の下部に収容した図示しないコントローラのマイコンが、センサ回路基板30の回転検出素子から出力されるロータ25の永久磁石53の位置を示す回転検出信号を得てロータ25の回転状態を取得し、取得した回転状態に応じて各スイッチング素子のON/OFFを制御し、ステータ24の各コイル29に対し順番に電流を流すことでロータ25を回転させる。よって、回転軸51が回転して遊星歯車減速機構9に減速された回転がスピンドルへ伝わり、チャック19を回転させる。モード切替リング17の操作により、設定トルクで回転伝達が遮断されるクラッチ機構が機能するドライバモードと、クラッチ機構が機能しないドリルモードと、スピンドルが前後に震動する震動モードとが選択可能となり、クラッチ調整リング18の操作により、ドライバモードでクラッチ機構が作動するトルクの設定が可能となる。
そして、回転するロータ25には、前後に後ストッパ63と前ストッパ64とが設けられているため、各永久磁石53の前後方向の移動が規制され、ロータコア52の貫通孔54から抜け出ることが防止される。よって、永久磁石53が脱落するおそれがなく、信頼性の高いブラシレスモータ8が使用可能となる。特に後ストッパ63の採用により、接着剤の漏れが防止されるため、永久磁石53の接着面積が確保され、生産性の向上に繋がる。また、前後ストッパ63,64に切欠き65を形成することによってバランス修正が容易に行える。ここでは、貫通孔54における永久磁石53の両外側にできる空間(隙間)54aに接着剤が位置することにより、保持力がアップする(図5(A))。
一方、ロータコア52の外周面には、複数の面取部55が形成されているため、ロータ25の製造時にロータコア52に永久磁石53を挿入する際、面取部55によってロータコア52の位置決めが可能となるため、永久磁石53の挿入が容易に行え、製造工程簡易化によるコストダウンが期待できる。また、ロータコア52の内径に位置決め用ピン孔等を作成する必要がないため、ロータコア52を小型化したり大径の回転軸を採用したりすることが可能となる。さらに、ロータコア52の横断面が真円にならないので、トルクリプル(トルクの変動幅)が低減され、磁束の流れが滑らかとなる。
なお、前ストッパと後ストッパとは上記形態に限らず、形状等は適宜変更可能で、例えばセンサ回路基板が後側にある場合は前後ストッパの形状を逆にしてもよい。また、後ストッパにおけるロータコアの端面と対向する前面を凹曲面としたり、外周を前方へ高くした縦断面コ字状としたりすれば、ロータコアの端面が後方へ膨出する形状であっても当該端面を確実に塞ぐことができる。この凹曲面やコ字状は前後両面に形成すれば方向性がなくなって組み付けのミスがなくなる。さらに、フィンを一体に形成してロータの放熱性の向上を図ってもよい。非磁性体であれば真鍮に限らず、ステンレス等で形成することもできる。
一方、ブラシレスモータ8のロータコア52に設ける面取部55の数や位置は上記形態に限らず、適宜変更できる。また、面取部に限らず、図5(B)に示すように、永久磁石53の間に形成される断面V字状の凹溝66とする等、位置決め部の形態も適宜変更可能である。勿論この凹溝66の数や位置も変更して差し支えない。さらに、ステータとの干渉がなければロータコアの周面から突出する位置決め部を設けることも可能である。
そして、位置決め部はロータコアに設ける場合に限らず、ファンに設けたり、別体の位置決め部材を回転軸に設けたりすることでも形成できる。
また、ロータにおける永久磁石の固定は、樹脂による一体成型を利用することもできる。例えば、図6に示すロータ25Aのように、貫通孔54における永久磁石53の両端に形成される空間54a,54aに樹脂67(同図網掛け部分)を充填することで永久磁石53の固定を図るものである。但し、ここでは永久磁石53の固定に限らず、ロータコア52の内径を回転軸51よりも大径にしてロータコア52と回転軸51との間の空間68と、ロータコア52と前ストッパ64との間で空間54aと連通する空間69と、後ストッパ63と遠心ファン57との間に形成される空間70(空間68と空間70とは、図6(C)に示すように後ストッパ63に同心円上に形成した逃がし孔71,71・・を介して連通している。)とに亘って樹脂67を充填して、永久磁石53及び前後ストッパ63,64ごと一体成型するものとなっている。
よって、図6の例によれば、ロータコア52と永久磁石53及び回転軸51、前後ストッパ63,64が樹脂67によって一体化し、接着剤を用いるよりもロータ25Aの強度が高くなり、高回転化が達成できる。特に、前後ストッパ63,64も一体成型することで、密度の高い真鍮等を採用してバランス修正が可能となり、振動の低減に繋がる。
さらに、樹脂に代えて、射出成型マグネットを用いて一体成型することもできる。図7はその一例を示すもので、このロータ25Bにおいては、ロータコア52の貫通孔54内に、貫通孔54よりも小さい永久磁石53aをセットし、永久磁石53aを除く貫通孔54内と、ロータコア52の前端面を含んで貫通孔54と連通するロータコア52と前ストッパ64との間の空間69と、後ストッパ63の逃がし孔71と連通して後ストッパ63と遠心ファン57との間に形成される空間70と、に射出成型マグネット(同図網掛け部分)72を充填して、永久磁石53a及び前後ストッパ63,64ごと一体成型するものとなっている。
よって、図7の例によれば、樹脂による一体成型と同様に、接着剤を用いるよりもロータ25Bの強度が高くなり、高回転化が達成でき、前後ストッパ63,64も一体成型することで振動低減に繋がる、という効果が得られる。また、価格が高い焼結磁石の使用量を少なくでき、コストダウンにも繋がる。
また、図8は射出成型マグネットを用いた他の例を示すもので、このロータ25Cではロータコア52の貫通孔を、板状の小さい永久磁石53aが挿入される第1貫通孔73と、その内側(回転軸51側)に位置する第2貫通孔74とから形成している。第1貫通孔73は、図5と同様に回転軸51を中心とした四角形の各辺上に位置するように形成されており、内側で長手方向の中央には、中心側へ突出する突出部73aが連設されている。第2貫通孔74は、両端が第1貫通孔73の両側に位置し、中央が第1貫通孔73の内側で中心側へ膨出する円弧状に形成されている。
ここでは第1貫通孔73内に永久磁石53aをセットし、第1貫通孔73の突出部73a内と、第2貫通孔74内と、ロータコア52の前端面を含んで両貫通孔73,74と連通するロータコア52と前ストッパ64との間の空間69と、後ストッパ63の逃がし孔71と連通して後ストッパ63と遠心ファン57との間に形成される空間70と、に射出成型マグネット72を充填して、永久磁石53a及び前後ストッパ63,64ごと一体成型するものとなっている。
よって、図8の例においても、接着剤を用いるよりもロータ25Cの強度が高くなり、高回転化が達成でき、前後ストッパ63,64も一体成型することで振動低減に繋がる、という効果が得られる。また、価格が高い焼結磁石の使用量を少なくでき、コストダウンにも繋がる。
一方、上記形態では、ロータに永久磁石を埋め込んだIPM(Interior Permanent Magnet)型のモータで説明しているが、ロータの表面に磁石を設けたSPM(Surface Permanent Magnet)モータであっても、樹脂による一体成型は可能である。図9はその一例を示すもので、このロータ25Dにおいては、外周に設けた筒状の永久磁石75と回転軸51との間に形成される空間76と、永久磁石75と前ストッパ64との間の空間77と、後ストッパ63の逃がし孔71を介して空間76と連通し後ストッパ63と遠心ファン57との間に形成される空間78と、に樹脂67を充填して一体成型するものである。特にここでは、永久磁石75の内周に、複数の軸方向の突条79を等間隔で形成して、横断面で凹凸形状となるようにしている。
よって、図9の例においても、永久磁石75及び回転軸51、前後ストッパ63,64が樹脂67によって一体化し、接着剤を用いるよりもロータ25Dの強度が高くなり、高回転化が達成できる。特に、前後ストッパ63,64も一体成型することで、密度の高い真鍮等を採用してバランス修正が可能となり、振動の低減に繋がる。また、永久磁石75の凹凸形状によって回り止めが容易に可能となり、加工コストの低減に繋がる。
その他、本発明は震動ドライバドリルに限らず、ブラシレスモータを駆動源として用いた電動工具であれば、電動ドリルやインパクトドライバ、レシプロソー、丸鋸やグラインダ等の他のタイプであっても適用可能である。その際には、駆動源はバッテリでなくとも、例えばAC(交流)でもよい。
1・・震動ドライバドリル、2・・本体、3・・ハンドル、8・・ブラシレスモータ、10・・本体ハウジング、24・・ステータ、25,24A〜25D・・ロータ、26・・ステータコア、29・・コイル、30・・センサ回路基板、31・・短絡部材、37・・ヒュージング端子、45・・板金部材、51・・回転軸、52・・ロータコア、53,53a,75・・永久磁石、54・・貫通孔、55・・面取部、63・・後ストッパ、64・・前ストッパ、65・・切欠き、66・・凹溝、67・・樹脂、71・・逃がし孔、72・・射出成型マグネット、73・・第1貫通孔、74・・第2貫通孔。

Claims (3)

  1. ハウジング内に、ステータとロータとからなるブラシレスモータを収容し、前記ロータのロータコアに、複数の貫通孔を軸方向に形成して各前記貫通孔に永久磁石をそれぞれ挿入した電動工具であって、
    前記ロータに、前記ロータコアの前記貫通孔から前記永久磁石を抜け止めするストッパ部材を設けたことを特徴とする電動工具。
  2. 前記ストッパ部材は、非磁性体であることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  3. ハウジング内に、ステータとロータとからなるブラシレスモータを収容し、前記ロータのロータコアに、複数の貫通孔を軸方向に形成して各前記貫通孔に永久磁石をそれぞれ挿入した電動工具であって、
    前記ロータの軸方向の前後に、バランス修正可能な非磁性部材を設けたことを特徴とする電動工具。
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