JP2017169330A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ性能を低下させることなくモータの組立作業性の改善を図ることが可能な電動工具を提供する。【解決手段】作業工具を回転駆動するモータ６をハウジング内に有しており、モータ６は、ハウジングに固定される固定子６１と、ハウジング側で回転自在に支持される回転子７１とを備える。固定子６１は、回転子７１に対向し回転子に向かって突出し周方向に延びる一対の縁部を有する極部６３と、これと一体的に構成され極部同士を連結するヨーク部６６とを有する固定子コア６２と、極部６３とヨーク部６６とによって保持される固定子コイル６７とを有し、固定子コイル６７を保持する極部６３の前記一対の縁部の少なくとも一方をヨーク部６６とは別部材で構成している。【選択図】図４

Description

本発明は、砥石、ドリル、回転刃等の作業工具を回転駆動するモータをハウジング内に有する電動工具に関する。

一般に、電動工具の駆動源となるモータは、回転子（アマチュア）及びこれを囲む固定子（ステータ）を有し、固定子は固定子コアの極部を周回するように形成されたスロット内に固定子コイルを配置した構成を有しているが、スロットへの固定子コイルの取付作業に手間がかかっていた。例えば、高出力ブラシ付モータの場合は、固定子コイルを手作業で固定子コアのスロット内に押し込んで設置するが、極部の両縁部にある極弧部が邪魔になり、組立作業時間が長く、コスト高になるという問題があった。

固定子の組立作業性を改善するものとして、本出願人から下記特許文献１が提案されている。この特許文献１は、固定子コアを分割構造とするとともに、各分割コアにおける極部の基部近傍において折曲自在にしたものである。各分割コアを折り曲げてスロットの開口を拡げた状態にて固定子コイルを挿入し、その後各分割コアを正規の円弧形状に戻すことで、作業性良く固定子コイルのスロット内への設置が可能である。

特開２０１５−２７１７１号公報

特許文献１の場合、固定子の組立作業性の改善は図れるが、固定子コアの磁束が流れる部分を分割し、また折曲げ自在とするために切り込みを入れたりしているため、磁束が流れ難くなり、モータトルクが低下する問題が生じる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、モータ性能を実質的に低下させることなくモータの組立作業性の改善を図ることが可能な電動工具を提供することにある。

本発明の第１の態様は、電動工具である。この電動工具は、作業工具を回転駆動するモータをハウジング内に有する構成であって、
前記モータは、前記ハウジングに固定される固定子と、前記ハウジング側で回転自在に支持される回転子とを備え、
前記固定子は、前記回転子に対向し前記回転子に向かって突出し周方向に延びる一対の縁部を有する極部と前記極部と一体的に構成され前記極部同士を連結するヨーク部とを有する固定子コアと、前記極部と前記ヨーク部とによって保持される固定子コイルとを有し、
前記固定子コイルを保持する前記極部の前記一対の縁部の少なくとも一方を前記ヨーク部とは別部材で構成したことを特徴とする。

前記第１の態様において、前記ヨーク部は、前記回転子を囲む環状方向に連続しているとよい。

前記第１の態様において、前記別部材は、前記極部に嵌合する嵌合部を有し、かつ前記嵌合部は前記極部の厚み方向以外には抜けない抜け止め構造を有するとよい。

前記嵌合部が円弧形状断面を有し、前記極部も前記嵌合部を囲む円弧形状断面を有するとよい。

前記別部材を、前記極部に対して正規姿勢で保持するための凹凸係合部を有しているとよい。

前記第１の態様において、前記別部材は、前記固定子コアの厚み方向に連続する一体品であるとよい。

本発明の第２の態様は、電動工具の製造方法である。この電動工具の製造方法は、作業工具を回転駆動するモータをハウジング内に有する場合において、
固定子コアの回転子に対向し前記回転子側に突出して周方向に延びヨーク部と一体の極部の一対の縁部のうち少なくとも一つを前記ヨーク部とは別部材として、
前記ヨーク部の内周に固定子コイルを配置した後、
前記別部材を、前記ヨーク部に対して正規姿勢で固着して固定子を構成することを特徴とする。

前記第２の態様において、前記別部材を、前記ヨーク部に回動自在に嵌合しておき、前記固定子コイルを配置するまでは、前記別部材を前記正規姿勢の状態よりも前記ヨーク部から離間した状態にするとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、作業工具を回転駆動するモータをハウジング内に有する電動工具において、モータ性能を実質的に低下させることなくモータの組立作業性の改善を図ることができ、ひいてはコスト低減を図ることができる。

本発明に係る電動工具の実施の形態１であって、電動工具としてのグラインダを示す側断面図。 同じく一部を断面とした平面図。 前記グラインダのハウジング内に設置されたモータの側面図。 前記モータの横断面図。 前記モータにおける固定子の横断面図。 前記モータにおける回転子の横断面図。 前記モータのコイルを省略したモータコア（固定子コア及び回転子コア）の斜視図。 前記固定子コアの斜視図。 前記固定子コアであって、（Ａ）は極部本体に極弧部材の一つを回転自在に嵌合した状態を示す斜視図、（Ｂ）は極弧部材の斜視図。 磁束の流れを示す前記固定子の横断面図。 実施の形態１における固定子の組立手順のうち、固定子コイルの製造工程であって、（Ａ）は絶縁テープ（例えば、絶縁紙）巻き付け後の固定子コイルの平面図、（Ｂ）は前記固定子コイルのＡ−Ａ断面図。 前記固定子の組立手順のうち、固定子コイルの製造工程であって、（Ａ）は成形型の間に固定子コイルを配置した、固定子コイル成形前の状態の正断面図、（Ｂ）は固定子コイル成形後の状態の正断面図。 前記固定子の組立手順のうち、固定子コアに固定子コイルを設置する工程であって、（Ａ）は固定子コア側の極弧部材を回動してスロットの開口側を拡げた状態として固定子コイルを設置する場合を示す説明図、（Ｂ）は固定子コイルをスロット内に設置後、極弧部材を正規姿勢（モータとして動作可能な状態）に戻した状態を示す説明図、（Ｃ）は前記固定子の組立完了状態を示す説明図。 本発明の実施の形態２における要部構成を示す固定子の横断面図。 本発明の実施の形態３における要部構成を示す固定子の横断面図。 本発明の実施の形態４における要部構成を示す固定子の横断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１及び図２は、本発明に係る電動工具の実施の形態１であって、電動工具としてのグラインダを示す側断面図及び平面図である。これらの図に示すように、グラインダ１は、回転工具（作業工具）としての砥石ホイール２を備えており、コンクリートや石材などの表面を平坦にする研削作業などに用いられる。砥石ホイール２は、例えばダイヤモンド砥石ホイールである。なお、回転工具としては、円板状の研磨用砥石や切断用砥石の他に、円板状のブラシやカッター等も取付け可能である。グラインダ１は、ハウジング３（例えば樹脂製）と、ギヤケース４とを備える。

ハウジング３は、全体として略円筒形状を成しており、ハウジング３の内部には、原動機としての電動モータ６が収容されている。電動モータ６は、ハウジング３の後端から引き出された電源コード７を介して商用電源等の外部交流電源に接続される。電動モータ６の出力軸７５の前端部には、第１のベベルギヤ２１が設けられる。ハウジング３には、電動モータ６への通電有無を切り替える電源スイッチ５が設けられる。

電動モータ６の詳細は後述するが、電動モータ６は、図３、図４等に示すように固定子コア６２及び固定子コイル６７を有する固定子６１と、回転子コア７２及び回転子コイル７３を有する回転子７１とを備えるとともに、図１及び図３のように整流子８０及びこれに接触するブラシ８１を有する高出力ブラシ付モータである。固定子６１はハウジング３に固定され、回転子７１と一体に回転する出力軸７５は軸受７６でハウジング３で回転自在に支持されている。整流子８０は出力軸７５の一方の外周側に固定され、ブラシ８１はハウジング側にて保持され、弾性材８２で整流子８０に接触する向きに付勢されている。

図１及び図２に示すように、ギヤケース４は、ケース本体１０（例えばアルミ合金等の金属製）と、ケース本体１０の開口部を塞ぐ蓋部材としてのパッキングランド１１とを有する。パッキングランド１１は、ケース本体１０に対して、例えばネジ止め等により固定される。パッキングランド１１は、ホイルガード３０を保持する保持部材となる。ケース本体１０は、ハウジング３の前端部に取り付けられる。ギヤケース４の内部には、２つの軸受（ニードルベアリング１２及びボールベアリング１３）が設けられており、これら軸受によってスピンドル２０が回転自在に保持されている。スピンドル２０は、電動モータ６の出力軸７５と直交しており、その一端はパッキングランド１１を貫通して外部に突出している。一方、ギヤケース４内に位置するスピンドル２０の他端には、電動モータ６の出力軸７５に固着された第１のベベルギヤ２１と噛み合う第２のベベルギヤ２２が設けられる（固着される）。電動モータ６の回転は、第１のベベルギヤ２１及び第２のベベルギヤ２２によって回転方向が９０度変換されるとともに、回転速度が減速されてスピンドル２０に伝達される。すなわち、スピンドル２０は電動モータ６によって回転駆動される。

砥石ホイール２は、ホイルワッシャ及びロックナットによってスピンドル２０に固定され、スピンドル２０と一体的に回転する。ハウジング３に設けられた電源スイッチ５が操作されると、電動モータ６に電力が供給され、電動モータ６の出力軸７５が回転する。すると、第１のベベルギヤ２１及び第２のベベルギヤ２２を介して出力軸７５に連結されているスピンドル２０が回転し、スピンドル２０に固定されている砥石ホイール２が回転する。

さて、モータ６が高出力ブラシ付モータの場合、固定子コイル６７に用いる線材の線径が太くなる。このため固定子６１を製造する場合、手作業で固定子コア６２と一体的に構成され回転子７１に対向して回転子７１に向かって突出する極部６３と固定子コア６２とによって形成されたスロット６４に固定子コイル６７を設置するのであるが、従来は手作業でスロット内に押し込む作業に手間がかかっていた。すなわち、極部６３の一対の縁部６５と固定子コア６２とによって固定子コイル６７を保持する作業に手間がかかっていた。そこで、本実施の形態１においては、固定子コイル６７を保持する極部の部分をヨーク部６６とは別部材で構成する。より具体的に言えば、回転子７１に対向して回転子７１に向かって突出する各極部６３において周方向に延びる一対の縁部（各極部６３の両縁部（両縁部分）に位置する極弧部）のうち少なくとも一つを極部本体６３ａとは別部材である極弧部材６５（縁部６５と称す場合もある）として構成している（但し、図示の場合は極部６３の一対の縁部（両縁部）の極弧部を別体の極弧部材６５としている。）。すなわち、極部６３は主要磁路となる極部本体６３ａとその両側の縁部（極弧部材）６５とを有する。以下、図４乃至図１３において、モータ６の詳細、及びこれに用いる固定子６１の製造手順について説明する。

図４乃至図１０に示すように、回転子コア７２及び回転子コイル７３を有する回転子７１を囲む固定子６１の固定子コア６２は、複数の極部本体６３ａ及びこれらを連絡（連結）するように（回転子７１を囲む環状方向に）一体に形成されるヨーク部６６と、これと一体の極部本体６３ａの両縁部にそれぞれ嵌合される極弧部材６５とを有する。この場合、図９（Ａ）等に示すように、極部本体６３ａの両縁部にはそれぞれ断面円弧状の嵌合部としての凹溝６３ｂが固定子コア６２の厚み方向に連続して形成されており、図９（Ｂ）のように極弧部材６５の基部には断面円弧状の凹溝６３ｂに回動自在に嵌合する円柱状（断面円弧状）嵌合部６５ａが形成されている。極弧部材６５は円柱状嵌合部６５ａから薄肉厚で延長する延長部６５ｂ（本来の極弧となる部分）が形成されている。極弧部材６５は固定子コア６２の厚み方向に連続し、固定子コア６２の厚みと同じであり、円柱状嵌合部６５ａを極部本体６３ａの両縁部の凹溝６３ｂに厚み方向に挿入し、極部本体６３ａに嵌合する。嵌合状態では、極部本体６３ａの両端面と極弧部材６５の両端面は面一となることが好ましい。

なお、通常、固定子コア６２の極部本体６３ａ及びヨーク部６６は磁性体薄板としての鋼薄板を所定厚みとなるように積層したものであるが、機械的構造上は一体品と考えて良い。極弧部材６５も同様の積層構造としてもよい。あるいは極弧部材６５を積層構造ではない磁性体の鋼材の一体品としてもよく、この場合には固定子コア６２の補強にも有効である。極弧部材６５は凹溝６３ｂへの挿入側となる円柱状嵌合部６５ａを僅かに小径として挿入を容易にしてもよい。

各縁部（極弧部材）６５は、その先端（延長部６５ｂの先端）が最もヨーク部６６の内面に近づくように回動させた状態（図４、図５、図７、図８及び図１０の状態）が、正規姿勢（モータ完成時と同じ状態）である。この正規姿勢のとき極部本体６３ａと極弧部材６５とが、従来の極弧部を両側に有する極部と同じ外形断面形状となり、極部本体６３ａの基部外周と、これに続くヨーク部６６内面と、極弧部材６５の内面（ヨークへの対向面）で固定子コイル６７を設置するためのスロット６４が形成される。

上記のような固定子コア６２を用いた場合の固定子６１の製造手順を図１１乃至図１３で説明する。まず、図１１（Ａ）,（Ｂ）のように所要線径の絶縁被覆線材６８を複数回、巻回してループコイルとし、その上に絶縁テープ（例えば、絶縁紙）６９を巻き付けて固定子コイル６７（成形前）を作製する。図５等に示すように絶縁テープ６９はスロット６４に対面する部分に絶縁のために設けられる。

次に、図１２（Ａ）のように、湾曲成形型（Ｒ型）９０，９１間に成形前の固定子コイル６７を挟み込み、同図（Ｂ）のように固定子コイル６７の断面形状を円弧状に湾曲成形する。

一方、図１３（Ａ）のように、固定子コア６２は極弧部材６５を回動自在に装着しておくとともに各極弧部材６５を回動してスロット６４の開口側を拡げた状態とし、そこに湾曲成形された固定子コイル６７を挿入する。このときスロット６４の開口側が拡がっているので、作業性良く短時間で固定子コイル６７の設置作業ができる。その後、図１３（Ｂ）のようにコイル装着済み部分の各極弧部材６５を正規位置として（極弧部材６５の先端とヨーク部６６内面との距離が最小となるように回動させて）、溶接等で極弧部材６５を極部本体６３ａに固定する。図１３（Ｃ）のように全ての固定子コイル６７を設置して同様の手順で極弧部材６５を固定することで固定子６１の組立完了となる。

図１０は組立完了時の固定子６１及び磁束の流れを示し、磁束が主に流れる極部本体６３ａ及びヨーク部６６を分割していないため、モータトルク低下は殆ど生じないことがわかる。また、固定子コア６２の外周部（ヨーク部６６）は分割しないので、固定子コア６２の外周面の円弧部Ｒｏを精度良い真円形状とすることができる。図１に示すハウジング３内に低コストで設置が可能である。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 回転工具（作業工具）を回転駆動するモータ６の固定子６１が、回転子７１に対向する極部６３と極部同士を連結するヨーク部６６とを有する固定子コア６２と、極部６３のスロット６４内に配置される固定子コイル６７とを有する場合において、固定子コイル６７を保持する極部６３の一対の縁部の少なくとも一方をヨーク部６６とは別部材で構成しているので、ヨーク部６６の内周に固定子コイル６７を配置した後、前記別部材を、ヨーク部６６に対して正規姿勢で固着して固定子を構成することができ、モータの組立作業性の改善を図ることができる。

(2) 固定子コア６２のヨーク部６６は分割構造とはなっておらず、回転子７１を囲む環状方向に連続しているため、磁束の流れを妨げることがなく、ヨーク部分割に起因するモータトルクの低下は生じない。

(3) 固定子コイル６７を保持する極部６３の一対の縁部である極弧部材６５は、極部本体６３ａの凹溝６３ａに嵌合する嵌合部６５ａを有し、かつ嵌合部６５ａは極部本体６３ａの厚み方向以外には抜けない抜け止め構造となっている。このため、極弧部材６５が極部本体６３ａとは別部品であっても強固な機械的強度を保つことが可能である。

(4) 極部本体６３ａ側の嵌合部（凹溝６３ｂ）及びこれに嵌合している極弧部材６５側の嵌合部６５ａの断面が円弧形状を有しているため、固定子コイル６７の設置の際に極弧部材６５を極部本体６３ａに対し回動可能であり、予め嵌合させた状態にてスロット６４の開口を拡げて（ヨーク部６６から極部本体６３ａの先端を離間させて）固定子コイル６７の設置が可能で、コイル設置後に極弧部材６５をヨーク部に対して正規姿勢で固着すればよい。このため、固定子コイル６７の設置、及び設置後の処理の作業性がいっそう良好で、短時間処理が可能である。また、製造工程の自動化にも適する。

(5) 極弧部材６５が、固定子コア６２の厚み方向に連続する磁性体（例えば鋼材）の一体品であると、極部本体６３ａと極部同士を連結するヨーク部６６とが鋼薄板の積層体である場合に、その機械的強度を補強することができる（楔としての効果がある）。

実施の形態２
図１４は、本発明の実施の形態２に係る電動工具としてのグラインダの要部構成であって、モータ６における固定子構造を示す。この場合、固定子６１の固定子コア６２の各極部６３は、主要磁路となる極部本体６３ａとその両側の極弧部材６５とを有するが、さらに極部本体６３ａと極弧部材６５間には、極弧部材６５を極部本体６３ａに対して正規姿勢で保持するための凹凸係合部１００が設けられている。つまり、極部本体６３ａに形成された凹凸部１０１に極弧部材６５に形成された凹凸部１０２が係合（嵌合）して、極弧部材６５を正規姿勢に保持（係止）できるようにしている。凹凸係合部１００で極弧部材６５を正規姿勢に保持することにより、図１３（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）の手順で固定子コイル６７を固定子コア６２に設置する場合に、各極弧部材６５を正規姿勢に保持した状態で溶接等で極弧部材６５を極部本体６３ａに固定する作業が可能であり、作業性が改善される。その他の構成作用効果は、前述の実施の形態１と同様である。

実施の形態３
図１５は、本発明の実施の形態３に係る電動工具としてのグラインダの要部構成であって、モータ６における固定子構造を示す。この場合、固定子６１の固定子コア６２の各極部６３は、主要磁路となる極部本体６３ａとその両側の極弧部材６５とを有するが、固定子コイルの設置作業性を改善する目的でヨーク部６６の部分で固定子コア６２をコア分割体６２Ａとコア分割体６２Ｂとに２分割している。その他の構成は前述の実施の形態１と同様である。

固定子コア６２の分割状態において各固定子コイル６７のスロット６４への設置を行い、その後コア分割体６２Ａとコア分割体６２Ｂとを突き合わせて溶接等で一体化する。

この実施の形態３によれば、固定子コイル６７のスロット６４への設置をいっそう作業性よく行うことができる。

実施の形態４
図１６は、本発明の実施の形態４に係る電動工具としてのグラインダの要部構成であって、モータ６における固定子構造を示す。この場合、固定子６１の固定子コア６２の各極部６３は、主要磁路となる極部本体１０３とその両側に嵌合する極弧部材１０５とを有し、極弧部材１０５は極部本体１０３に対してその厚み方向以外には抜けない抜け止め構造を有する。すなわち、極部本体１０３には底部よりも開口部が狭くなった凹溝１０４が形成され、極弧部材１０５の基部には凹溝１０４に嵌合する角柱状嵌合部１０６が形成されている。極弧部材１０５には嵌合部１０６から薄肉厚で延長する延長部１０７（本来の極弧となる部分）が形成されている。その他の構成は前述の実施の形態１と同様である。

この場合、極弧部材１０５は回動しないため、極弧部材１０５を極部本体１０３から外した状態にて固定子コイル６７をスロット６４に設置し、その後極弧部材１０５を凹溝１０４に対して固定子厚み方向に挿入し、最後に溶接等で一体化する。

この実施の形態４においても、固定子コイル６７の設置作業を容易にするとともに、磁束の流れを低下させず、モータトルクを維持できる効果がある。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

上記実施の形態では、電動工具の一例としてグラインダを説明したが、固定子コイルを有する電動モータを備えた草刈り機等の電動作業機を含む各種電動工具に本発明が適用可能であることが明らかである。

１ グラインダ、２ 砥石ホイール、３ ハウジング、４ ギヤケース、５ 電源スイッチ、６ 電動モータ、７ 電源コード、２０ スピンドル、２１ 第１のベベルギヤ、２２ 第２のベベルギヤ、３０ ホイルガード、６１ 固定子、６２ 固定子コア、６３ 極部、６３ａ，１０３ 極部本体、６３ｂ 凹溝、６４ スロット、６５，１０５ 極弧部材、６５ａ，１０６ 嵌合部、６５ｂ，１０７ 延長部、６６ ヨーク部、６７ 固定子コイル、７１ 回転子、７２ 回転子コア、７３ 回転子コイル、８０ 整流子、８１ ブラシ、１００ 凹凸係合部。

Claims (8)

1. 作業工具を回転駆動するモータをハウジング内に有する電動工具であって、
   前記モータは、前記ハウジングに固定される固定子と、前記ハウジング側で回転自在に支持される回転子とを備え、
   前記固定子は、前記回転子に対向し前記回転子に向かって突出し周方向に延びる一対の縁部を有する極部と前記極部と一体的に構成され前記極部同士を連結するヨーク部とを有する固定子コアと、前記極部と前記ヨーク部とによって保持される固定子コイルとを有し、
   前記固定子コイルを保持する前記極部の前記一対の縁部の少なくとも一方を前記ヨーク部とは別部材で構成したことを特徴とする電動工具。
2. 前記ヨーク部は、前記回転子を囲む環状方向に連続していることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記別部材は、前記極部に嵌合する嵌合部を有し、かつ前記嵌合部は前記極部の厚み方向以外には抜けない抜け止め構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具。
4. 前記嵌合部が円弧形状断面を有し、前記極部も前記嵌合部を囲む円弧形状断面を有することを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
5. 前記別部材を、前記極部に対して正規姿勢で保持するための凹凸係合部を有していることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. 前記別部材は、前記固定子コアの厚み方向に連続する一体品である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電動工具。
7. 作業工具を回転駆動するモータをハウジング内に有する電動工具の製造方法であって、
   固定子コアの回転子に対向し前記回転子側に突出して周方向に延びヨーク部と一体の極部の一対の縁部のうち少なくとも一つを前記ヨーク部とは別部材として、
   前記ヨーク部の内周に固定子コイルを配置した後、
   前記別部材を、前記ヨーク部に対して正規姿勢で固着して固定子を構成することを特徴とする電動工具の製造方法。
8. 前記別部材を、前記ヨーク部に回動自在に嵌合しておき、前記固定子コイルを配置するまでは、前記別部材を前記正規姿勢の状態よりも前記ヨーク部から離間した状態にすることを特徴とする請求項７に記載の電動工具の製造方法。

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