JP2016127654A - モータおよびそれを備えた電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子とセンサとを同じ回路基板に有する構成で、固定子に対するセンサの位置決めが可能でありながら、スイッチング素子の放熱性に優れたモータを提供する。
【解決手段】 固定子１１と回転子１２とが同軸に配され、軸心方向の一端に回転子１２の回転角を検出するセンサおよび通電を制御するスイッチング素子を有する回路基板１４と放熱板１３とが配されている。固定子１１は、歯部１２４を有する鉄心１１１と、鉄心１１１の軸心方向一端面を被覆するインシュレータ１１２と、歯部１２４に巻回されたコイル１１４とを有する。インシュレータ１１２は、鉄心１１１の材料よりも熱伝導率が低い絶縁体材料からなる。放熱板１３は、鉄心１１１に接することなくインシュレータ１１２に接する状態でインシュレータ１１２に取り付けられており、回路基板１４は、鉄心１１１に接することなく放熱板１３に接する状態で取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、界磁電流の通電方向をスイッチング素子によって切り換えるモータに関する。

電動ドリルやディスクグラインダー等の電動工具では、電動工具を小型化する手段として、ブラシおよび整流子による電気的な接続が不要なブラシレスＤＣモータが使用されることがある。
従来のブラシレスＤＣモータは、図５に示すように、固定子４０１と、固定子４０１と同軸に配された回転子４０２と、固定子４０１の軸心方向の一端に配された放熱板４０３と、固定子４０１および放熱板４０３の間に配された回路基板４０４を備えている。固定子４０１はコイルを有し、回転子４０２は永久磁石を有している。放熱板４０３は、板状の本体部４０３ａと脚部４０３ｂを有している。回路基板４０４には、ホール素子等のセンサと、トランジスタ等のスイッチング素子とが混載されている。

このようなブラシレスＤＣモータを回転駆動させる場合、固定子４０１に対する回転子４０２の回転角をセンサで測定し、測定結果に応じてコイルの界磁電流の通電方向をスイッチング素子で切り換える。しかし回転速度が速くなると、スイッチング素子における切り換え動作も高速になり発熱量が大きくなるため、部品を混載した回路基板４０４では、スイッチング素子の放熱性が重要になる。そこで、回路基板４０４は放熱板４０３の本体部４０３ａに接触するように取り付けられ、放熱性が確保されている。

また、固定子４０１に対する回転子４０２の回転角をセンサで測定するためには、センサを固定子４０１に対して相対移動しないように固定する必要がある。そこで、放熱板４０３は、鉄心４０５の四隅に設けられたネジ穴４０７に挿通させた固定ネジ４０６によって、脚部４０３ｂが鉄心４０５に接触して移動しないように固定されている。放熱板４０３の脚部４０３ｂが鉄心４０５に固定されることで、放熱板４０３および回路基板４０４を介して、センサは固定子４０１に対して相対移動しないように固定される。

特開２０１３−１１０８４１号公報

しかしながら、図５に示す特許文献１の構成では、放熱板４０３の脚部４０３ｂが鉄心に接触しているので、コイルおよび鉄心４０５で生じた熱が放熱板４０３に伝導されるという問題がある。
一般に、ブラシレスＤＣモータでは、スイッチング素子での発熱よりも、コイルおよび鉄心４０５での発熱の方が大きい。そのため駆動状態によっては、コイルおよび鉄心４０５で生じた熱が放熱板４０３から回路基板４０４へ向けて伝導し（以下、「もらい熱」と表記する）、スイッチング素子の放熱性が十分に得られなくなる恐れがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、固定子に対してセンサを相対移動しないように固定可能でありながら、スイッチング素子の放熱性に優れたモータ、およびそのモータを備えた電動工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータは、固定子と回転子とが同軸に配され、前記固定子の軸心方向の一端に、前記回転子の回転角を検出するセンサおよび前記センサの検出結果に基づいて通電を制御するスイッチング素子を有する回路基板と放熱板とが配されたモータであって、前記固定子は、筒部および当該筒部の径方向内側に突出した複数の歯部からなる鉄心と、前記筒部の前記軸心方向の一端面と前記歯部とを被覆するインシュレータと、前記インシュレータに被覆された前記歯部に巻回されたコイルと、を有し、前記インシュレータは、前記鉄心の材料よりも熱伝導率が低い絶縁体材料からなり、前記放熱板が、前記鉄心に接することなく前記インシュレータに接する状態で、前記インシュレータに取り付けられており、前記回路基板が、前記鉄心に接することなく前記放熱板に接する状態で取り付けられていることを特徴とする。

上記本発明の一態様によると、放熱板が鉄心と接することなく、鉄心よりも熱伝導性が低いインシュレータに接して取り付けられているので、コイルおよび鉄心で生じた熱が鉄心から放熱板へ伝導されることを抑制することができる。そのため、放熱板から回路基板へもらい熱が生じることを抑制し、スイッチング素子の放熱性を向上させることができる。

また、放熱板を介して回路基板をインシュレータに取り付けることで、固定子に対してセンサを相対移動しないように固定することができる。
従って、スイッチング素子とセンサとを同じ回路基板に混載した構成において、固定子に対してセンサを相対移動しないように固定可能でありながら、スイッチング素子の放熱性を向上させることができる。

実施の形態に係るモータの分解斜視図である。 （ａ）はインシュレータの斜視図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線を含む固定子の部分断面図である。 放熱板の斜視図である。 （ａ）モータの断面図であり、（ｂ）はモータの断面図における、固定子とハウジングの嵌合箇所を示す拡大図である。 従来のブラシレスＤＣモータを示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は回路基板と放熱板と軸受とを省略した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
１．モータの構成
図１は、実施の形態に係るモータ１の分解矢視図である。モータ１は、ブラシレスＤＣモータであって、ハウジング２、固定子１１、回転子１２、放熱板１３、回路基板１４、軸受１０３、１０４を有する。

２．回転子
回転子１２は、シャフト１０１と、シャフト１０１に圧入されシャフト１０１と一体に回転する回転子本体１０５と、シャフト１０１に回転子本体１０５から離間して固定された冷却ファン１０２とを有する。回転子本体１０５には、周方向を４等分する位置に４つの永久磁石１０６が埋込まれている。

回転子１２は、固定子１１の内側に固定子１１と同軸に配されている。
３．固定子
固定子１１は、鉄心１１１、インシュレータ１１２、１１３、およびコイル１１４からなる。
鉄心１１１は、円筒状の筒部１２１と、筒部１２１を周方向に６等分する位置で筒部１２１の内周側に設けられた６つの歯部１２４を有する。鉄心１１１は、例えば、軸心方向に積層された積層鋼板で構成される。なお、軸心方向とは、シャフト１０１の軸心に沿った向きのことである。筒部１２１の外周面１２３には、軸心方向に沿ってＶ字型の係合溝部１２５が４本設けられている。なお、係合溝部１２５はそれぞれ、固定子１１をハウジング２に収容する際に回転方向の位置決めをするためのものであり、歯部１２４の外周側となる位置に形成される。

鉄心１１１の軸心方向の両端面にはそれぞれ、インサート成形によって、例えばナイロン等の絶縁体からなるインシュレータ１１２、１１３が鉄心１１１と一体化して形成されている。インシュレータ１１２は、積層鋼板で構成された鉄心１１１よりも熱伝導性が低い。鉄心１１１と接する側でインシュレータ１１２の外周面の一部が周方向に沿って切り欠かれることで、固定子１１には、インシュレータ１１２と鉄心１１１との境界部分に、周方向に沿う溝状の位置決め凹部１２２が設けられている。位置決め凹部１２２は、固定子１１をハウジング２に収容する際に軸心方向の位置決めをするためのものである。

インシュレータ１１２は、鉄心１１１の軸心方向の一端面を被覆している。具体的には、インシュレータ１１２は、円環部１３１と、歯部被覆部１３３を有する。円環部１３１は、外径が鉄心１１１の筒部１２１の外径と同一であり、筒部１２１の軸心方向の一端面を被覆している。歯部被覆部１３３は、円環部１３１の内周側に６つ設けられ、それぞれが鉄心１１１の歯部１２４の軸心方向一端面近傍を被覆している。図示しないが、同様にインシュレータ１１３が鉄心１１１の他方の端面を被覆している。インシュレータ１１２およびインシュレータ１１３に被覆された歯部１２４に配線が巻回されることで、コイル１１４が構成されている。

インシュレータ１１２の詳細を図２（ａ）に示す。インシュレータ１１２の円環部１３１は、内周面１３２、第１面１３４、外周面１３６、第２面１３７を有する。
第１面１３４には、周方向を３等分する位置に、第１面１３４から盛り上がるように台座部１４４が形成されている。台座部１４４が形成された位置は、隣り合う歯部被覆部１３３の間の位置である。そのため、歯部被覆部１３３にコイル１１４を巻回するときに台座部１４４が配線に干渉することが避けられる。台座部１４４の上面には凹部１４３が形成され、凹部１４３の中央にネジ穴１３５が設けられている。

第２面１３７は、鉄心１１１の鉄心端面と密着する。
内周面１３２からは、径方向内側に逆Ｕ字型の歯部被覆部１３３が形成されている。
外周面１３６には、溝１２７が設けられている。溝１２７は、外周面１３６において、軸心方向に第１面１３４から第２面１３７まで貫通している。溝１２７が設けられた位置は、内周側に歯部被覆部１３３が設けられている位置である。

外周面１３６にはさらに、第２面１３７側の縁に、周方向に沿って切欠き１４１が設けられている。図２（ｂ）に固定子１１のＡ−Ａ断面図を示す。切欠き１４１は、具体的にはインシュレータ１１２の外周面１３６から内周側に深さＤ２、第２面１３７から第１面１３４側に幅Ｗ２で切り欠かれている。この切欠き１４１により、外周面１３６には段差が生じており、外周面１３６より径が小さい第２の外周面１３８と、第２の外周面１３８と外周面１３６とを繋ぐ円環状の端面１４２が形成される。これにより、インシュレータ１１２と鉄心１１１とが一体化した状態では、鉄心１１１の筒部端面１２６とインシュレータ１１２の端面１４２とが対向して位置決め凹部１２２の両側面を構成する。同時に、第２の外周面１３８が位置決め凹部１２２の底面を構成する。

インシュレータ１１３は、上述したように、インシュレータ１１２が被覆する側と反対側で鉄心１１１の端面を被覆している。インシュレータ１１３は、台座部１４４を有さず、切欠き１４１によって切り欠かれていないことを除いてほぼインシュレータ１１２と同様の構造である。
４．放熱板
放熱板１３について図１に戻って説明する。放熱板１３は、固定子１１のインシュレータ１１２側に配されており、３本のネジ３０１によって、固定子１１に取り付けられる。放熱板本体１５１の最大幅Ｗｍａｘは、鉄心１１１の筒部１２１の外径よりも小さく、固定子１１に取り付けられた状態では、放熱板本体１５１は筒部１２１の外周面１２３より外方に突出することがない。

放熱板１３の詳細を図３に示す。放熱板１３は、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムで構成されており、放熱板本体１５１と脚部１５２とを有する。放熱板本体１５１は、中央にシャフト１０１を通すための逃がし穴１７０が形成されており、外縁が６か所で逃がし穴１７０から離れる向きに突出した形状をなす。脚部１５２は、放熱板本体１５１の突出した外縁部位のうちの３か所に設けられており、放熱板本体１５１の第１主面１５７側に延伸している。脚部１５２は略円柱形状をなすが、その先端部１５５は、円周上の対向する両側で円弧の一部を切り欠いた形状に形成されている。放熱板１３をインシュレータ１１２に取り付ける際には、この先端部１５５が、インシュレータ１１２のネジ穴１３５の周囲に形成された凹部１４３と凹凸嵌合する。

放熱板１３の第２主面１５６には、脚部１５２の形成位置が凹状にくぼんだネジ頭収納凹部１５３が形成されている。ネジ頭収納凹部１５３には、脚部１５２を貫通するようにネジ穴１５４が形成されている。
放熱板１３の取り付けについて説明する。図４（ａ）は、モータ１の断面図である。放熱板１３は、ネジ穴１５４に挿通される３本のネジ３０１によって、インシュレータ１１２の台座部１４４に固定される。このため放熱板１３は、脚部１５２においてインシュレータ１１２と直接的に接しているが、図４（ａ）に示すように、鉄心１１１とは直接的に接していない。そのため、放熱板１３は、鉄心１１１から熱が直接伝導されることがない。また、ネジ３０１は、脚部１５２を貫通して形成されたネジ穴１５４と、インシュレータ１１２の第１面１３４に形成されたネジ穴１３５とに挿通されているが、ネジ３０１の先端は、鉄心１１１に接していない。そのため、鉄心１１１からネジ３０１へ熱が直接伝導されることがなく、ネジ３０１を介した鉄心１１１から放熱板１３への熱伝導も抑えられている。

また、図４（ａ）に示すように、ネジ３０１のネジ頭は、ネジ頭収納凹部１５３にはまり込み、その頂部が放熱板１３の第１主面よりも軸心方向に突出していない。そのため、軸心方向のモータ１の大きさが抑えられている。
５．回路基板
回路基板１４は、図１に示すように、放熱板１３に取り付けられた状態で、放熱板１３と固定子１１との間に配されている。具体的には、図４（ａ）に示すように、回路基板１４は、放熱板１３の第１主面１５７にネジ３０２によって固定されている。

回路基板１４は、図４（ａ）に示すように、基板本体１６１と、スイッチング素子１６７と、ゴム部材１６８と、センサ１６９とを有する。基板本体１６１の中央部には、シャフト１０１を通すための逃がし穴１７１が形成されている。ゴム部材１６８は、基板本体１６１の放熱板１３に対向する面に配されており、熱伝導性のゴム材料からなる。
回路基板１４は、固定子１１と直接的に接していない一方、放熱板１３と直接的に接している。具体的には、ネジ３０２の締め付けによりゴム部材１６８が放熱板１３に押し付けられて密着している。そのため、回路基板１４には固定子１１から熱が直接伝導されることがない。その一方で、回路基板１４で発生する熱を放熱板１３へ効率的に伝導し、放熱することができる。

センサ１６９は、基板本体１６１の固定子１１側の面に、逃がし穴１７１に沿って等間隔に３つ設けられている。図４（ａ）ではセンサ１６９を２個のみ図示している。センサ１６９のそれぞれは、例えば、ホール素子である。スイッチング素子１６７は、例えば、薄膜トランジスタである。センサ１６９により回転子１２の磁極の位置を検出し、検出結果に応じてスイッチング素子１６７がコイル１１４へ給電する界磁電流の通電方向を切り換えることで、回転子１２の回転駆動が可能となる。

６．ハウジング
次に、ハウジング２について図１に戻って説明する。ハウジング２は軸心に沿った分割面で左右二分される二つ割り構造を有し、第１半ケージング２１と第２半ケージング２２とからなる。第１半ケージング２１と第２半ケージング２２は、ボルトとナットのような締結具、係合爪とそれに適合した係合凹部のような係合構造、接着材などにより連結される。

以下、第２半ケージング２２の内部構造は第１半ケージング２１と同様であるため、図示および詳細な説明を省略する。
第１半ケージング２１には、本体収納部２０１と、軸受収納部２０２、２０３が設けられる。
本体収納部２０１には、固定子１１が収納される。収納状態で固定子１１には、内側に回転子１２が同軸に配され、軸心方向の一端に放熱板１３が取り付けられている。また、第１半ケージング２１には、挿通孔２０６が設けられている。本体収納部２０１に固定子１１を収納したとき、放熱板１３に取り付けられた回路基板１４の一部分が、挿通孔２０６からハウジング２の外部に突出する。

また、本体収納部２０１に収納された状態でインシュレータ１１２の外周面１３６と第１半ケージング２１の内周面との間には、インシュレータ１１２の外周面１３６に設けられた溝１２７によって隙間が生じる。この隙間には、コイル１１４へ給電するための接続端子３０３が挿入され、接続端子３０３がコイル１１４に接続されている。
軸受収納部２０２、２０３には、シャフト１０１の両端を回転可能に軸受した状態の軸受１０３、１０４が収納される。

本体収納部２０１において第１半ケージング２１の内周面には、円弧上に伸びる凸部である位置決め凸部２０４と、軸心方向に延びる凸部である回転抑止凸部２０５とが設けられている。位置決め凸部２０４の軸心方向の幅Ｗ１は、位置決め凹部１２２の軸心方向の幅Ｗ２と等しい。位置決め凸部２０４の高さＨ１は、位置決め凹部１２２の深さＤ２（図２（ｂ）参照）と等しい。また、回転抑止凸部２０５の各々の幅と高さは、係合溝部１２５の各々の幅と深さに等しい。

固定子１１が本体収納部２０１に格納される際、位置決め凸部２０４が固定子１１の位置決め凹部１２２と凹凸嵌合する。すなわち、第１半ケージング２１の位置決め凸部２０４と固定子１１の位置決め凹部１２２とが、隙間なく嵌め合わされる。これにより、固定子１１が第１半ケージング２１に対して軸心方向に位置決めされる。すなわち、固定子１１がハウジング２に対して軸心方向に位置決めされる。さらに、間接的に回路基板１４がハウジング２に対して軸心方向に位置決めされる。また、回転抑止凸部２０５がそれぞれ、係合溝部１２５と凹凸嵌合する。これにより、固定子１１がハウジング２に対して回転することが抑止される。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の断面図において一点鎖線で囲んだ、第１半ケージング２１の位置決め凸部２０４が固定子１１の位置決め凹部１２２と凹凸嵌合している箇所を拡大した図である。図４（ｂ）に示されるように、インシュレータ１１２と鉄心１１１が第１半ケージング２１の位置決め凸部２０４を挟み込む構造となっている。そのため、インシュレータ１１２の軸心方向の厚みは、端面１４２から第１面１３４までの領域の強度を確保すればよい。その結果、インシュレータ１１２の軸心方向の厚みを抑制することができ、結果としてモータ１自体の軸心方向の長さを抑制することができる。

＜変形例＞
（１）実施の形態では、放熱板１３の脚部１５２と、インシュレータ１１２の台座部１４４とが接触するように、放熱板１３をインシュレータ１１２に取り付けている場合について説明した。しかしながら、本発明は必ずしもこの場合に限られない。
例えば、放熱板１３に脚部１５２を設けず、放熱板本体１５１が直接、インシュレータ１１２の台座部１４４に接触する状態で、放熱板１３をインシュレータ１１２に取り付けてもよい。このような場合であっても、台座部１４４の高さが十分にあれば、放熱板１３と固定子１１との間に回路基板１４を配置するスペースを確保することができる。また、逆に、インシュレータ１１２に台座部１４４を形成せず、インシュレータ１１２の円環部１３１の第１面に直接、ネジ穴１３５を設けてもよい。このような場合であっても、放熱板１３の脚部５２が十分な長さがあれば、放熱板１３と固定子１１との間に回路基板１４を配置するスペースを確保することができる。

（２）実施の形態では、第１半ケージング２１の位置決め凸部２０４の幅Ｗ１と高さＨ１が、それぞれ固定子１１の位置決め凹部１２２の幅Ｗ２と深さと等しい場合について説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限られない。例えば、位置決め凹部１２２の深さは、位置決め凸部２０４の高さＨ１よりも小さいとしてもよい。このような場合であっても、第１半ケージング２１の位置決め凸部２０４と固定子１１の位置決め凹部１２２は軸心方向にがたつきなくかみ合うため、固定子と回路基板の軸心方向の位置決めを行うことができる。

また、位置決め凸部と位置決め凹部の形状は、軸心方向にがたつきなくかみ合う構造であれば、実施の形態および変形例１、２で説明した構造に限られない。例えば、位置決め凹部は円環状の溝であり、位置決め凸部は、軸心方向の幅が位置決め凹部の軸心方向の幅と同じである、櫛歯状の突起であってもよい。
なお、回転抑止凸部２０５と係合溝部１２５との関係も同様であり、周方向にがたつきなくかみ合う構造であれば、実施の形態で説明した構造に限られない。例えば、回転抑止凸部２０５それぞれの高さは、係合溝部１２５それぞれの深さより小さい、としてもよい。

（３）実施の形態では、鉄心１１１とインシュレータ１１２との外径が同一である場合について説明した。しかしながら、本発明は必ずしもこの場合に限られない。例えば、インシュレータ１１２の外径は、鉄心１１１の外径よりも小さいとしてもよい。このような場合であっても、インシュレータ１１２の第２の外周面１３８における外径は外周面１３６の外径より小さいため、位置決め凹部１２２を形成することが可能である。なお、インシュレータ１１２の外径が鉄心１１１の外径より大きいと、本体収納部２０１を大きくする必要が生じ、モータの大型化につながる。そのため、インシュレータ１１２の外径は鉄心１１１の外径以下であることが好ましい。

また、本体収納部２０１を大きくすることによるモータの大型化を防ぐという観点から、放熱板１３の最大幅Ｗｍａｘについても、円環部１３１の外径以下であることが好ましい。
（４）実施の形態では、固定子１１とハウジング２は、位置決め凸部と位置決め凹部の凹凸嵌合のみで軸心方向の相対移動を規制する場合について説明した。しかしながら、本発明は必ずしもこの場合に限られない。例えば、第１半ケージング２１の本体収納部２０１と対向する内周面において、インシュレータ１１３と冷却ファン１０２との間となる位置に隔壁を設けてもよい。このとき、本体収納部２０１が、冷却ファン１０２が収納されるファン収納部と、冷却ファン１０２以外の回転子１２と固定子１１とが収納される固定子収納部とに、隔壁によって分離される。そのため、冷却ファン１０２方向への固定子１１の移動を隔壁によって規制することができる。但し、位置決め凹部１２２と位置決め凸部２０４との凹凸嵌合による位置決めを阻害しないようにするため、隔壁は固定子１１を強固に固定したり、固定子１１に軸心方向の圧縮応力を加えたりするものでないことが好ましい。鉄心１１１の軸心方向の長さの誤差や熱膨張等により、位置決め凹部１２２と位置決め凸部２０４との凹凸嵌合箇所に応力がかかり、位置決め精度の低下の原因となり得るためである。なお、固定子１１の移動を規制する構成は隔壁に限られず、例えば、インシュレータ１１３を保持する部材であってもよい。

（５）実施の形態では、回路基板１４は固定子１１から見て冷却ファン１０２と逆側に取り付けられ、シャフト１０１は冷却ファン１０２側でハウジング２の外に出ている場合について説明した。しかしながら、本発明は必ずしもこの場合に限られない。例えば、冷却ファン１０２は固定子１１から見て回路基板１４と同じ側に取り付けられていてもよいし、シャフト１０１は、回路基板１４側でハウジング２の外に出ているとしてもよい。また、冷却ファン１０２は固定子１１の両側に取り付けられていてもよいし、モータ１はファンを備えない構成であってもよい。

（６）実施の形態では、モータ１が固有のハウジング２を有している場合について説明した。しかしながら、本発明は必ずしもこの場合に限られない。例えば、インパクトドライバのような電動工具の動力源として実施の形態のモータ１が用いられる場合、実施の形態のモータ１を電動工具の一部として組み込んでもよい。または、電動工具のハウジングを、その一部分が、モータ１のハウジング２を兼ねるように形成してもよい。この場合、電動工具のハウジングの一部をモータ収納部とし、モータ収納部にハウジング２以外のモータ１の各構成要素を組み込んでもよい。電動工具のハウジングの一部をモータ収納部とする場合において、位置決め凸部は、電動工具のハウジングにおける、モータ収容部の内周面に設けられれば良い。

（７）実施の形態では、固定子１１が６のコイル１１４を備え、回転子１２が４極の永久磁石１０６を備える場合について説明した。しかしながら、本発明は必ずしもこの場合に限られない。例えば、固定子１１はコイル１１４を８個備えてもよいし、１０個備えてもよい。この場合、鉄心１１１はコイル１１４の数だけ歯部１２４を有し、インシュレータ１１２はコイル１１４の数だけ歯部被覆部１３３を備える。また、回転子１２は、２極や６極の永久磁石１０６を備えてもよい。

また、モータ１はブラシレスＤＣモータに限られず、ステッピングモータやサーボモータ等、固定子が電磁石で構成され、回転子の角度検出を行うセンサを備える任意のインナーロータ型の同期電動機であってよい。
＜まとめ＞
以上説明したように、実施の形態に係るモータ１は、固定子１１と回転子１２とが同軸に配されている。固定子１１の軸心方向の一端に、回転子１２の回転角を検出するセンサ１６９およびセンサ１６９の検出結果に基づいて通電を制御するスイッチング素子１６７を有する回路基板１４と放熱板１３とが配されている。固定子１１は、筒部１２１および筒部１２１の径方向内側に突出した複数の歯部１２４からなる鉄心１１１と、筒部１２１の軸心方向の一端面と歯部１２４とを被覆するインシュレータ１１２と、インシュレータ１１２に被覆された歯部１２４に巻回されたコイル１１４とを有する。インシュレータ１１２は、鉄心１１１の材料よりも熱伝導率が低い電気絶縁体材料からなる。放熱板１３は、鉄心１１１に接することなくインシュレータ１１２に接する状態で、インシュレータ１１２に取り付けられており、回路基板１４は、鉄心１１１に接することなく放熱板１３に接する状態で取り付けられている。

放熱板１３が鉄心１１１と接することなく、鉄心１１１よりも熱伝導性が低いインシュレータ１１２に接して取り付けられているので、コイル１１４で生じた熱が鉄心１１１から放熱板１３へ伝導されることを抑制することができる。そのため、放熱板１３から回路基板１４へもらい熱が生じることを抑制し、スイッチング素子１６７の放熱性を向上させることができる。また、放熱板１３を介して回路基板１４をインシュレータ１１２に取り付けることで、固定子１１に対してセンサ１６９を相対移動しないように固定することができる。従って、スイッチング素子１６７とセンサ１６９とを同じ回路基板に混載した構成において、固定子１１に対してセンサ１６９を相対移動しないように固定可能でありながら、スイッチング素子１６７の放熱性を向上させることができる。

また、放熱板１３を軸心方向に見たときの大きさが、筒部１２１を軸心方向に見たときの大きさより小さく、放熱板１３のインシュレータ１１２への取り付け位置が、筒部１２１の外周面より径方向内側にある。このようにすることで、ハウジング２が径方向に大きくなることを抑止でき、モータ１の小型化に奏功する。
また、インシュレータ１１２は、筒部１２１の軸心方向の一端面を被覆する円環部１３１と、円環部１３１に周方向に間隔をあけて設けられた、各々の歯部１２４を被覆する複数の歯部被覆部１３３とを有する。放熱板１３のインシュレータ１１２への取り付け位置は、円環部１３１における隣り合う歯部被覆部１３３の間の位置である。そのため、歯部被覆部１３３に被覆された歯部１２４にコイル１１４を巻回した状態で、円環部１３１におけるインシュレータ１１２の取り付け位置とコイル１１４とが干渉することを避けることができる。

また、放熱板１３における円環部１３１が接する部位と、円環部１３１における放熱板１３が接する部位とは、互いに凹凸係合する構造を有し、放熱板１３は、凹凸係合によって固定子１１の周方向に対する位置決めがなされる。このような構造により、インシュレータ１１２に対する放熱板１３の位置決めが容易になり、モータ１の組み立て容易性が向上する。

また、円環部１３１には、筒部１２１の軸心方向の一端面に対向する側の逆側の面に、放熱板１３を取り付けるためのネジ３０１に適合したネジ穴１３５が設けられている。放熱板１３は、固定子１１に対向する第１主面１５７と、第１主面１５７と逆側の第２主面１５６とを有する。第２主面１５６には凹部１５３が形成されており、凹部１５３の底面には、放熱板１３を貫通して形成されたネジ穴１５４が設けられている。凹部１５３と円環部１３１とに設けられた両方のネジ穴１３５、１５４に挿通されたネジ３０１によって、放熱板１３とインシュレータ１１２とが互いに固定される。ネジ３０１は、締め付けられた状態で、ネジ頭が第２主面１５６よりも軸心方向に突出しない。このようにすることで、モータ１が軸心方向に大きくなることを抑止でき、モータ１の小型化に奏功する。

また、固定子１１を収納するハウジング２をさらに有し、ハウジング２の内周面には凸部２０４が形成され、固定子１１の外周面１２３には凹部１２２が形成され、この凹部１２２と凸部２０４の嵌合により、固定子１１はハウジング２に対して位置決めされる。インシュレータ１１２は、筒部１２１の軸心方向の一端の筒部端面１２６に密着する円環部１３１を有する。固定子１１の凹部１２２は、円環部１３１の外周面１３６の一部であって筒部端面１２６との密着部分を含む部位に切欠き１４１が形成されることで構成されている。そのため、インシュレータ１１２と鉄心１１１がハウジング２の凸部２０４を挟み込む構造となる。このような構造では、インシュレータ１１２の軸心方向の強度を保つためには、切欠き１４１から第１面１３４までの厚みのみを考慮すればよい。結果としてモータ１の軸心方向の長さを抑制することができる。

また、円環部１３１の外周面１３６には、軸心方向に沿う溝１２７が設けられている。固定子１１がハウジング２に収納された状態で、円環部１３１の外周面１３６とハウジング２との間には、溝１２７により隙間が生じ、当該隙間にコイル１１４に給電する接続端子３０３が挿入される。このようにすることで、円環部１３１の外径より外側に接続端子３０３を配する必要がなく、モータ１が径方向に大きくなることを抑止でき、モータ１の小型化に奏功する。

また、上述のモータ１を備えることを特徴とする電動工具は、モータ１がスイッチング素子１６７の放熱性に優れることから、発熱に対する動作安定性を向上することができる。
本発明に係るモータは、電動工具の動力源に用いるモータとして有用である。

１ モータ
２ ハウジング
１１ 固定子
１２ 回転子
１３ 放熱板
１４ 回路基板
１１１ 鉄心
１１２ インシュレータ
１１４ コイル
１２１ 筒部
１２２ 位置決め凹部（固定子の外周面に形成された凹部）
１２３ 筒部の外周面
１２４ 歯部
１２６ 筒部端面
１２７ 溝
１３１ 円環部
１３３ 歯部被覆部
１３５ ネジ穴
１３６ 円環部の外周面
１４１ 切欠き
１５３ ネジ頭収納凹部（放熱板の第２主面に形成された凹部）
１５４ ネジ穴
１５７ 第１主面
１５６ 第２主面
１６７ スイッチング素子
１６９ センサ
２０４ 位置決め凸部（ハウジングの内周面に形成された凸部）
３０１ ネジ
３０３ 接続端子

Claims (8)

1. 固定子と回転子とが同軸に配され、前記固定子の軸心方向の一端に、前記回転子の回転角を検出するセンサおよび前記センサの検出結果に基づいて通電を制御するスイッチング素子を有する回路基板と放熱板とが配されたモータであって、
   前記固定子は、筒部および当該筒部の径方向内側に突出した複数の歯部からなる鉄心と、前記筒部の前記軸心方向の一端面と前記歯部とを被覆するインシュレータと、前記インシュレータに被覆された前記歯部に巻回されたコイルと、を有し、
   前記インシュレータは、前記鉄心の材料よりも熱伝導率が低い電気絶縁体材料からなり、
   前記放熱板が、前記鉄心に接することなく前記インシュレータに接する状態で、前記インシュレータに取り付けられており、
   前記回路基板が、前記鉄心に接することなく前記放熱板に接する状態で取り付けられている
   モータ。
2. 前記放熱板を前記軸心方向に見たときの大きさが、前記筒部を前記軸心方向に見たときの大きさより小さく、
   前記放熱板の前記インシュレータへの取り付け位置が、前記筒部の外周面より径方向内側にある
   請求項１のモータ。
3. 前記インシュレータは、前記筒部の前記軸心方向の一端面を被覆する円環部と、前記円環部に周方向に間隔をあけて設けられた、各々の歯部を被覆する複数の歯部被覆部と、を有し、
   前記放熱板の前記インシュレータへの取り付け位置は、前記円環部における隣り合う歯部被覆部の間の位置である
   請求項２のモータ。
4. 前記放熱板における前記円環部が接する部位と、前記円環部における前記放熱板が接する部位とは、互いに凹凸係合する構造を有し、
   前記放熱板は、前記凹凸係合によって前記固定子の周方向に対する位置決めがなされる
   請求項３のモータ。
5. 前記円環部には、前記筒部の前記軸心方向の一端面に対向する側の逆側の面に、前記放熱板を取り付けるためのネジに適合したネジ穴が設けられており、
   前記放熱板は、前記固定子に対向する第１主面と、前記第１主面と逆側の第２主面とを有し、
   前記第２主面には凹部が形成されており、
   前記凹部の底面には、前記放熱板を貫通して形成されたネジ穴が設けられており、
   前記凹部と前記円環部とに設けられた両方のネジ穴に挿通されたネジによって、前記放熱板と前記インシュレータとが互いに固定され、
   前記ネジは、締め付けられた状態で、ネジ頭が前記第２主面よりも軸心方向に突出しない
   請求項３のモータ。
6. 前記固定子を収納するハウジングをさらに有し、
   前記ハウジングの内周面には凸部が形成され、前記固定子の外周面には凹部が形成され、この凹部と凸部の嵌合により、前記固定子は前記ハウジングに対して位置決めされ、
   前記インシュレータは、前記筒部の軸心方向の一端の筒部端面に密着する円環部を有し、
   前記固定子の凹部は、前記円環部の外周面の一部であって前記筒部端面との密着部分を含む部位に切欠きが形成されることで構成されている
   請求項１のモータ。
7. 前記円環部の外周面には、前記軸心方向に沿う溝が設けられており、
   前記固定子が前記ハウジングに収納された状態で、前記円環部の外周面と前記ハウジングとの間には、前記溝により隙間が生じ、当該隙間に前記コイルに給電する接続端子が挿入される
   請求項６のモータ。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載のモータを備えることを特徴とする
   電動工具。

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