JP4349777B2 - コードレス電動工具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2は、従来技術のコードレス電動ドライバー1の側面図である。
【0003】
コードレス電動ドライバー1は、図4に示されるように、略円筒状の外形の本体2と、本体2の一端部に位置するチャック部3と、本体2の他端部に一体に形成された把持部4とを備えている。そして、このチャック部3にドライバーが固定される。
【0004】
本体2の内部には、ブラシレス直流モータ(以下、単にモータという)5と速度変換機構6とが内蔵されている。
【0005】
把持部4は作業者が手で把持できるように形成され、把持状態で指が位置する箇所に引き金状の電源スイッチ7が配置され、トリガースイッチ7の投入により、モータ5を所定の回転速度に回転制御する各種回路素子が実装された制御回路部8が内蔵されている。
【0006】
また、把持部4にはバッテリー9が内蔵されている。
【0007】
このようなコードレス電動ドライバー1では、作業者が把持部4を把持して、トリガースイッチ7を握って操作すると、モータ5及び制御回路部8がバッテリー9によって電力付勢され、モータ5が所定の回転速度となるように制御回路部8によってモータ5の回転状態が制御される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術において、モータ5の回転駆動によってネジ締結を行った後、作業者の手動による手締め作業を行う場合がある。このような場合、上記コードレス電動ドライバー1のチャック部3が自由に回転すると締結作業が不可能になる。
【0009】
このため、従来では、手締め作業が必要な場合、コードレス電動ドライバー1のチャック部3の回転を機械的にロックする回転ロック機構が採用されている。この回転ロック機構はモータ5が停止すると常時機能するように構成されている。
【0010】
このような従来技術であると、コードレス電動ドライバー1に回転ロック機構を設ける必要があり、このための部品点数が増大し、構成も複雑になるという問題点が発生している。
【0011】
そこで、本発明は、ブラシレス直流モータを停止させて、手動でコードレス電動工具を回転させる場合に、部品点数が格段に削減され、構成が簡略化されるコードレス電動工具を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、固定子のスロット数と回転子の極数との設定により、前記ブラシレス直流モータと接続される速度変速機構の出力軸におけるトルク値を20〜25N・m又は30〜40N・mの範囲内に設定するコギングトルク範囲に設定することを特徴とするコードレス電動工具である。
【0013】
請求項2の発明は、ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、固定子と回転子との間のエアギャップの寸法により、前記ブラシレス直流モータと接続される速度変速機構の出力軸におけるトルク値を20〜25N・m又は30〜40N・mの範囲内に設定するコギングトルク範囲に設定することを特徴とするコードレス電動工具である。
【0014】
請求項3の発明は、ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、
前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、回転子の永久磁石の材料の選択により、前記ブラシレス直流モータと接続される速度変速機構の出力軸におけるトルク値を20〜25N・m又は30〜40N・mの範囲内に設定するコギングトルク範囲に設定することを特徴とするコードレス電動工具である。
【0017】
【作 用】
本発明によれば、ブラシレス直流モータのコギングトルクが、予め想定される負荷トルクを超える程度の予め定めるコギングトルク範囲に設定されている。
【0018】
従って、ブラシレス直流モータを停止させて、手動でコードレス電動工具を回転させる場合、ブラシレス直流モータのコギングトルクが負荷トルクを超える範囲であるので、手動による回転によってコードレス電動工具が受ける負荷トルクに抗して回転子は回転せず、手動で操作する作業が可能になる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下の実施例に即して説明する。
【0020】
図1と図2は本発明の一実施例を示すものである。
【0021】
図1は本実施例のコードレス電動ドライバー11の側面図であり、図2はコードレス電動ドライバー11の電気的構成を示すブロック図である。
【0022】
1.コードレス電動ドライバー11の構成
以下、図1を参照して、コードレス電動ドライバー11の構成について説明する。
【0023】
コードレス電動ドライバー11は、胴部である略円筒状の外形の本体12と、本体12の一端部に装着されたチャック部13と、本体12の他端部に一体に形成された把持部14とを備えている。本体12の内部には、ブラシレス直流モータ(以下、単にモータ15という)と速度変換機構16とが内蔵されている。把持部14は作業者が手で把持できるように形成され、把持状態で指が位置する箇所に引き金状のトリガースイッチ17及び回転方向指令スイッチ23が配置されている。
【0024】
トリガースイッチ17の投入により、モータ15を所定の回転速度に回転制御する各種回路素子が実装された制御回路18の配線基板が、モータ15の下方に内蔵されている。また、把持部14にはバッテリー19が内蔵されている。
【0025】
2.制御回路18の構成
以下、図2を参照して、コードレス電動ドライバー11の制御回路18の構成について説明する。
【0026】
ブラシレス直流モータであるモータ15は3相であって、U相、V相及びW相の駆動信号がインバータ回路21から供給される。インバータ回路21には、6個のスイッチングトランジスタから構成され、モータ15のY結線された3相のコイルに双方向の駆動電流を流して駆動するバイポーラ駆動を行う。バイポーラ駆動の方法としては、120°通電矩形波駆動法が挙げられる。インバータ回路21は、直流電源であるバッテリー19から電流平滑コンデンサー20を介して直流電流が供給される。
【0027】
モータ15には、回転検出素子である3つのホール素子H1、H2、H3(以下、総称する場合はHと記す)が設けられ、永久磁石を内蔵した回転子の各相毎の磁極変化に対応した回転信号S1、S2、S3(以下、総称する場合はSと記す)をそれぞれ出力する。
【0028】
3個のホール素子Hから出力された検出信号Sは、三相分配回路22に入力される。三相分配回路22には、PWM(パルス幅変調)信号を作成するPWM作成回路24と回転方向切換回路26とが接続されている。
【0029】
PWM作成回路24には、トリガースイッチ17の引き加減でモータ15の予め定める基準回転速度に対応する速度指令信号が出力される。
【0030】
回転方向切換回路26には、回転方向指令スイッチ23から回転方向を設定する回転方向信号が出力される。
【0031】
これらトリガースイッチ17及び回転方向指令スイッチ23は、トリガー式スイッチなどの操作スイッチ類などによって実現され、作業者の事前の設定によって所定の回転速度及び回転方向が設定されるものである。
【0032】
PWM作成回路24からは、モータ15の回転速度すなわち前記駆動信号のデューティに対応するPWM波形が出力され、回転方向切換回路26からは、モータ15の所定の回転方向に対応した三相の駆動信号の各相間の位相差に対応する信号が出力される。
【0033】
また、バッテリー19とインバータ回路21との間の電源ライン30には、例としてサーミスタなどの温度検出素子を含んで構成される過電流・熱保護回路29が接続され、過電流・熱保護回路29が検出した制御回路18付近の温度に対応する温度信号が三相分配回路22に入力される。
【0034】
三相分配回路22から出力される信号は、ロック保護回路27を介してゲートドライブ回路28に入力される。
【0035】
ゲートドライブ回路28はインバータ回路21を構成しているスイッチングトランジスタをオン・オフ制御する。
【0036】
ロック保護回路27は、駆動信号がモータ15に出力されているにも関わらず、モータ15の回転が3個のホール素子Hからの回転信号Sによっては検出されないことが三相分配回路22によって検出されると、三相分配回路22からの別途出力されるロック信号によって、三相分配回路22からのゲートドライブ回路28への信号を強制的に遮断する回路である。
【0037】
過電流・熱保護回路29から出力された温度信号が入力された三相分配回路22は、検出された温度が仕様設定温度を超えると、PWM波形のパルス幅を強制的に狭め、モータ15の出力を低下させて、モータ15のそれ以上の発熱を防止するようにする。
【0038】
3.コギングトルクの設定
モータ15のコギングトルクを予め所定の範囲となるように設定する。
【0039】
この所定の範囲とは、コードレス電動ドライバー11の場合、電動で締結されたネジを最終的に手動で締結する際に、ネジからの負荷トルクを超える範囲に選ばれる。
【0040】
発明者の実測によれば、コードレス電動ドライバー11が電源電圧12Vクラスの種類であれば、20〜25N・mの範囲に選ばれ、電源電圧14.4Vクラスの種類であれば、30〜40N・mの範囲に選ばれると、手動による回転作業が可能であることが確認された。なお、この値は速度変換機構16を介した出力軸での値である。
【0041】
コギングトルク設定手段は、下記(1)〜(4)のコギングトルクの調整手法を一例として含む広範なコギングトルク設定手法を指す。本実施例では、下記の各手法を単独で用いてもよく、これらの複数種類の組み合わせでもよい。
【0042】
(1)固定子のスロット数と極数との組み合わせによる設定。
【0043】
(2)速度変換機構16における減速ギアのギア比の組み合わせによる設定。
【0044】
(3)固定子と回転子との間のエアギャップの寸法による設定。
【0045】
(4)回転子の永久磁石の材料の選択による設定。
【0046】
上記(1)は、回転子の極数が小さい場合には回転子の磁気力が比較的大きくないと、比較的大きな始動トルクが求められることによる。例えば、固定子が6スロットで、回転子が4極のモータが挙げられる。
【0047】
上記(2)は、ギア比が大きくなるほど、負荷トルクのモータ15への伝達が行われ難くなることによる。
【0048】
上記(3)は、エアギャップが小さいほど固定子36と回転子39との間の磁気結合力が大きくなり、モータ15の停止時からの始動トルクに大きなトルクが要求されることによる。
【0049】
上記(4)は、材料選択によりマグネット40の磁気力が調整されるので、当然コギングトルクに影響する。例えば、材料としては、フェライト系永久磁石、ネオジ永久磁石が挙げられる。特に、ネオジ永久磁石は、磁気力が強いのでモータ15の小型化などの目的で使用でき、また、コギングトルクが強いので、締結トルクが増加する。
【0050】
以上のように、コギングトルクを、負荷トルクを超える程度の範囲に設定することにより、以下のような作用効果を達成することができる。
【0051】
モータ15の回転駆動によってネジ締結を行った後に、作業者の手動による手締め作業を行う場合、チャック部が自由に回転すると締結作業が不可能になる。しかし、本実施例では、コギングトルクを前述のように設定しているので、作業者が手締め作業を行うとき、コギングトルクにより、モータ15の回転が強制的に停止される。これにより、コードレス電動ドライバー11を手作業で回転させることによる作業を行うことができる。
【0052】
このようにして本実施例では、コードレス電動ドライバー11を手作業で回転させる場合に、モータ15を負荷トルクに抗して停止状態に強制することができる。しかも、機構的なロック機構を用いることなくこれを実現することができる。
【0053】
これにより、本実施例では、従来技術と比較し、部品点数を格段に削減することができると共に、構成を簡略化することができる。
【0054】
なお、コードレス電動ドライバーに限らず、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具でも、本発明を適用できる。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、ブラシレス直流モータを停止させて、手動でコードレス電動工具を回転させる場合、ブラシレス直流モータのコギングトルクが負荷トルクを超える範囲であるので、手動による回転によってコードレス電動工具が受ける負荷トルクに抗して回転子は回転せず、手動で操作する作業が可能になる。また、これにより、部品点数の削減と構成の簡略化とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のコードレス電動ドライバーの側面図である。
【図2】コードレス電動ドライバーの電気的構成を示すブロック図である。
【図3】従来技術のコードレス電動ドライバーの側面図である。
【符号の説明】
11 コードレス電動ドライバー
13 チャック部
15 モータ
16 速度変換機構
18 制御回路
19 バッテリー
Claims (3)
- ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、
前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、固定子のスロット数と回転子の極数との設定により、前記ブラシレス直流モータと接続される速度変速機構の出力軸におけるトルク値を20〜25N・m又は30〜40N・mの範囲内に設定するコギングトルク範囲に設定する
ことを特徴とするコードレス電動工具。 - ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、
前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、固定子と回転子との間のエアギャップの寸法により、前記ブラシレス直流モータと接続される速度変速機構の出力軸におけるトルク値を20〜25N・m又は30〜40N・mの範囲内に設定するコギングトルク範囲に設定する
ことを特徴とするコードレス電動工具。 - ブラシレス直流モータで回転駆動されるコードレス電動ドライバー、コードレス電動ドライバードリルなどのコードレス電動工具において、
前記ブラシレス直流モータのコギングトルクを、回転子の永久磁石の材料の選択により、前記ブラシレス直流モータと接続される速度変速機構の出力軸におけるトルク値を20〜25N・m又は30〜40N・mの範囲内に設定するコギングトルク範囲に設定する
ことを特徴とするコードレス電動工具。
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