JP5319028B2 - Dcブラシレスモータを備えた電動工具 - Google Patents
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Description
このDCブラシレスモータは、マグネット(永久磁石)を有する回転子と、駆動コイルを有する固定子と、回転子の磁極の位置を検出する磁気センサを有するセンサ基板と、このセンサ基板により検出される回転子の磁極の位置を検出し、これに基づいて固定子の各駆動コイルに順次電流を流して回転子を回転させる電気回路基板を備えたもので、ブラシと整流子を必要としないことから機器のコンパクト化及びメンテナンスフリー化を図ることができる。
本発明は、DCブラシレスモータ若しくはこれを駆動源とする電動工具の好適化をさらに図ることを目的とする。
第1の発明は、固定子鉄心と電気絶縁部材と駆動コイルとを有する固定子と、固定子の内側に配置され回転子鉄心とマグネットとを有する回転子と、電気絶縁部材に固定され磁気センサを有するセンサ基板と、を有するDCブラシレスモータと、DCブラシレスモータを収容する本体ケースと、本体ケースに接続されるグリップ部と、回転子の回転出力が伝達される先端工具装着部と、を有する電動工具であって、固定子鉄心は、電気絶縁部材に被覆されない外周面を本体ケースの内面に当接させて本体ケースの内面に沿って保持されており、電気絶縁部材の外周に固定子鉄心の端面よりも小径の段差部を設けて固定子鉄心の端面の外周側に電気絶縁部材に被覆されない露出部を設けた構成としたことを特徴とする電動工具である。
第2の発明は、固定子鉄心と電気絶縁部材と駆動コイルとを有する固定子と、固定子の内側に配置され回転子鉄心とマグネットとを有する回転子と電気絶縁部材に固定され磁気センサを有するセンサ基板と、を有するDCブラシレスモータと、DCブラシレスモータを収容し、前後方向に延びる本体ケースと、本体ケースに接続されるグリップ部と、回転子の回転出力が伝達される先端工具装着部と、を有する電動工具であって、固定子鉄心は、本体ケースに保持されており、固定子鉄心は、一端面と他端面を有しており、電気絶縁部材は、一端面の一部を覆い、一端面の他の一部を露出させることを特徴とする電動工具である。
第3の発明は、固定子鉄心と電気絶縁部材と駆動コイルとを有する固定子と、固定子の内側に配置され回転子鉄心とマグネットとを有する回転子と、電気絶縁部材に固定され磁気センサを有するセンサ基板と、を有するDCブラシレスモータと、DCブラシレスモータを収容する本体ケースと、本体ケースに接続されるグリップ部と、回転子の回転出力が伝達される先端工具装着部と、を有する電動工具であって、固定子鉄心は、本体ケースに保持されており、電気絶縁部材と固定子鉄心とを接続する、回転子の回転軸線に交わる方向に延びる接続仮想面を有し、電気絶縁部材は、接続仮想面において、第1の外径を有しており、固定子鉄心は、接続仮想面において、第1の外径よりも大きい第2の外径を有することを特徴とする電動工具である。
この電動工具1は、工具本体10と、工具本体10の側部から突き出す状態に設けられたグリップ部15を備えている。工具本体10は、概ね円筒形の本体ケース11を備えている。本体ケース11の後部は、後部ケース12により閉塞されている。
グリップ部15は、使用者が当該電動工具1を使用する際に把持する部分であり、その基部(図1において上部)には使用者が指先で引き操作するトリガ形式のスイッチレバー16が設けられている。このスイッチレバー16を引き操作するとグリップ部15内に収容したメインスイッチ18がオンして駆動源としてのDCブラシレスモータMが起動する。
グリップ部15の下部には、当該電動工具1の電源としてのバッテリパックPを装着するためのバッテリ取り付け部17が設けられている。このバッテリ取り付け部17は、主として前方(図1において右側)へ張り出す状態に設けられている。このバッテリ取り付け部17の下面側にバッテリパックPが装着される。
回転打撃機構22は、スピンドル21の回転をアンビル27に対する回転打撃動作に変換する機能を有するもので、スピンドル21に対して同軸で回転可能かつ軸方向移動可能に支持されたハンマー23と、このハンマー23を先端側に付勢する圧縮ばね24と、ハンマー23の軸方向移動と回転動作を規制する鋼球25,25を備えている。
アンビル27は、スピンドル21の先端に同軸で相対回転可能に支持されている。このアンビル27は、本体ケース11の先端部に装着した円筒形の軸受け26を介してその軸回りに回転自在、かつ軸方向への変位不能に支持されている。
ねじ締め開始後、ねじ締め抵抗が小さい段階では、アンビル27は回転打撃機構22を介してスピンドル21と一体でねじ締め方向へ回転する。ねじ締めが進行してねじ締め抵抗がスピンドル21に伝達される回転力に勝ると、ハンマー23が圧縮バネ24に抗して軸方向に後退し、その後圧縮ばね24により前進しつつ回転してアンビル27をねじ締め方向に打撃する。
アンビル27の先端部には、ドライバビットやソケットビット等の先端工具(図示省略)を装着するためのチャック部28が設けられている。
回転子鉄心51の中心には貫通孔51bが形成されている。この貫通孔51bに回転軸53が固定されている。この回転軸53の周囲四等分位置には、バランス修正孔54〜54がそれぞれ回転軸53の回転軸線Jに沿って相互に平行に設けられている。この四カ所のバランス修正孔54〜54は、本実施形態の場合すべて同一の円周上に沿って配置されている。
この四カ所のバランス修正孔54〜54は、それぞれ磁束線Bの影響を受けない位置(モータ性能に悪影響を与えない位置)であって、各マグネット52の周方向ほぼ中央となる位置(磁極の中央)に配置されている。また、四カ所のバランス修正孔54〜54は、相互に同じ径で回転子鉄心51の両端面間に貫通して設けられている。
回転軸53は回転子鉄心51の両側から突き出されている。図1に示すように回転軸53の前側(減速ギヤ列20側)は前側軸受け56を介して、後側は後側軸受け57を介してそれぞれ回転自在に支持されている。前側軸受け56は、本体ケース11内を前後に区画する中間区画壁13の後面に設けた軸受け保持部13a内に保持されている。この中間区画壁13によって当該本体ケース11内がDCブラシレスモータM側(後側)と回転打撃機構22側(前側)に区画されている。
この前側軸受け56と回転子鉄心51との間において回転軸53には冷却ファン58が固定されている。この冷却ファン58のボス部58aを軸受け56と回転子鉄心51で両側から挟み込むことによりこれら相互の軸方向に位置が固定されている。
後側軸受け57は、後部ケース12の中央に設けた軸受け保持部12a内に保持されている。後側軸受け57と回転子鉄心51の後面との間において回転軸53にはスリーブ59が介装されている。前後の軸受け56,57間に、冷却ファン58のボス部58a、回転子50の回転子鉄心51及びスリーブ59を挟み込むことによりこれらが軸方向へ変位不能、かつ回転軸53と回転について一体化されている。
後部ケース12は、図8及び図9に示すように2本のねじ14,14により本体ケース11の後部に固定(ねじ止め)されている。2本のねじ14,14は、本体ケース11の後面に設けたねじ孔11a,11aに締め込まれている。この二つのねじ孔11a,11aは、それぞれ本体ケース11の後部に設けたボス部11bに設けられている。この二つのボス部11b,11bは、DCブラシレスモータMの回転軸線Jに対して周方向二等分位置であって、固定子60の周囲(外周側)に設けられている。両ボス部11b,11bは本体ケース11の内周側に張り出す状態に設けられている。
円筒部61aの外周面であってその周方向二等分位置には、円弧形に凹む形状のボス逃がし部61d,61dが形成されている。両ボス逃がし部61d,61dは、図示するように周方向の位置について歯部61bと同じ位置(歯部61bの基部)に設けられて、当該固定子鉄心61の強度が確保されている。両ボス逃がし部61d,61dは、当該固定子鉄心61の前後両端面間に貫通して設けられている。
この両ボス逃がし部61d,61d内には、上記本体ケース11のボス部11b,11bが進入している。DCブラシレスモータMの固定子60側にボス逃がし部61d,61dを設けて、このボス逃がし部61d,61d内に、本体ケース11側のボス部11b,11bを進入させる(逃がす)ことにより、その分本体ケース11を径方向にコンパクトに構成することができる。
上記したように後部ケース12を本体ケース11に対してねじ止めするためのねじ孔11a,11aを固定子60の外周側に位置させることにより、本体ケースを後方へ長く形成して固定子60の後方にねじ孔を設ける構成に比して、当該本体ケース11を短く形成することができる。さらに、ねじ孔11aを設けるためのボス部11aを設けた場合であっても、固定子60の外周面にボス逃がし部61dを設けてボス部11aを進入させることにより、本体ケース11の外周側に当該ボス部11a,11aが大きくはみ出して大径化することを回避しつつ(本体ケース11の小径化)、さらにその機長方向のコンパクト化を図ることができる。
この固定子鉄心61は、円筒部61aの外周面と各歯部61bの先端面61cを除く範囲が電気絶縁部材62で覆われている。電気絶縁部材62で覆われない各歯部61bの先端面61cが、回転子50の周面との間に一定の隙間をおいた状態で位置している。
各歯部61bの、電気絶縁部材62で覆われた部分に駆動コイル63がそれぞれ巻装されている。
電気絶縁部材62の後面にセンサ基板70が取り付けられている。電気絶縁部材62の後面側には、その全周にわたるほぼ円形の段差部62bが設けられている。この段差部62b内にセンサ基板70が収容された状態で取り付けられている。
センサ基板70は、概ね円形なし、その中心には軸受け保持部12aを挿通可能な径の逃がし孔70aが設けられている。この逃がし孔70a内に、前記後側軸受け57が位置している。センサ基板70の逃がし孔70a内に後側軸受け57が位置することにより、当該後側軸受け57が電気絶縁部材62の内周側に位置して固定子60の後端面からはみ出さない状態に保持されている。すなわち、後側軸受け57が電気絶縁部材62の内周側に位置するように、後部カバー12の軸受け保持部12aの高さ寸法(本体ケース12側への張り出し寸法)が電気絶縁部材62の後端面の位置に対して適切に設定されている。
後側軸受け57が電気絶縁部材62の内周側に配置されることにより、当該DCブラシレスモータMの機長方向(図1及び図2において左右方向)の寸法がコンパクトになっている。駆動源としてのDCブラシレスモータMを機長方向に短くできる結果、電動工具1の工具本体10の機長をコンパクトにすることができ、これにより当該電動工具1の操作性を高めることができる。
センサ基板70に取り付けた三つの磁気センサ71〜71は、回転子50の磁極の位置が固定子60のいずれの歯部61bに対向する位置にあるのかを検出するためのセンサであり、本例ではホール素子が用いられている。このセンサ基板70が電気絶縁部材62の後面に3本のねじ72〜72でねじ止めされており、これにより三つの磁気センサ71〜71が、周方向に隣り合う3本の歯部61b〜61bに対して相互に位相を合わされた状態で配置されている。この三つの磁気センサ71〜71で回転子50の磁極の位置を検出しながら、電気制御基板80から駆動コイル63〜63に対して順番に電流を流すことで回転子50が回転する。これらセンサ基板70及び電気制御基板80の機能については一般的なDCブラシレスモータの基本的構成であり、本実施形態において特に変更を要しない。
上記3本のねじ72〜72を締め付ける三カ所のねじ孔62a〜62aは、図4に示すように周方向三等分位置であって、固定子鉄心61の隣接する歯部61b,61b間に配置されている。各ねじ孔62aが隣接する歯部61b,61b間に位置することにより、当該ねじ孔62aを有する円筒体形状のボス部が邪魔になることなく、歯部61bの全長にわたって十分な長さの巻き線を施すことができ、これによりコンパクトかつ効率のよい駆動コイル63を設けることができる。
駆動回路を有する電気制御基板80は、バッテリパックPを装着するためのバッテリ取り付け部17の下面側に沿って取り付けられている。この電気制御基板80の上面側には、電源平滑用コンデンサ81、電源線82、動力線83〜83等が上方へ立ち上がる状態に結合されており、これらは図示するようにグリップ部15の内部の空間部を利用して配置されている。
このため、従来のようには固定子の端面から離れた位置に軸受けを配置した構成に比して当該DCブラシレスモータMを機長方向(回転軸線J方向)にコンパクト化することができる。機長方向にコンパクト化されたDCブラシレスモータMを駆動源とすることにより電動工具1を機長方向にコンパクト化することができる。
また、本実施形態の場合、本体カバー11の後部を閉塞する後部ケース12の内面ほぼ中央に軸受け保持部12aを設け、この軸受け保持部12aに後側軸受け57を保持して、当該軸受け57を電気絶縁部材62の内周側に位置させる構成であるので、後部ケース12を利用した簡単な構成により軸受け57を所定に位置に保持することができ、またこれによっても当該電動工具1の機長をコンパクトに構成することができる。
後部ケース31の内面中央には、軸受け保持部31aが設けられている。この軸受け保持部31a内に後側軸受け57が保持されている。これにより後側軸受け57は、電気絶縁部材62の内周側に位置されている。
後部ケース31の外面には、締め付けたねじ32,32の頭部を収容するための凹部31b,31bが設けられている。このため、両ねじ32,32を締め付けた状態において、それらの頭部は後部ケース31の外面から突き出さない状態となっており、これにより当該電動工具1の見栄えをよくできるとともに、当該ねじ32,32の頭部の他部位への引っかかり等が防止される点で当該電動工具1の操作性を高めることができる。
このように構成した後部ケース31の取り付け構造によれば、前記後部ケース12を本体ケース11に対してねじ止めする構成に比して、工具本体10を径方向へより一層コンパクトに構成することができる。
この実施形態の場合、軸受け保持部材35は有底の概ね円筒形状を有する軸受け保持部35aを備えている。この軸受け保持部35aの内側に後側軸受け57が保持されている。
軸受け保持部35aの周囲三等分位置には、取り付け縁部35b〜35bがそれぞれ放射方向外方へ張り出す状態に設けられている。一方、電気絶縁部材36の後面には、上記各取り付け縁部35bを当接可能な台座部36aがその内周側に張り出す状態に設けられている。
三カ所の取り付け縁部35b〜35bをそれぞれ電気絶縁部材36の台座部36aに当接させ、この当接状態でそれぞれの取り付け縁部35bをねじ37で台座部36aに対してねじ止めすることにより、当該軸受け保持部材35が電気絶縁部材36の後部に取り付けられている。
図12に示すようにこの構成の場合、軸受け57がセンサ基板70よりも回転子50寄りの位置であって固定子60の内周側に位置しているため、スリーブ38は前記スリーブ59よりも一層短くなっており、従って当該DCブラシレスモータMの機長がさらに短くなっている。
この構成によっても、後側軸受け57が電気絶縁部材62の内周側(固定子60の内周側)に位置させることができ、これによりDCブラシレスモータMの機長を短くして電動工具1をコンパクトに構成することができる。
上記軸受け保持部材40の3本の取り付け縁部40b〜40bは、上記ねじ72〜72により電気絶縁部材62に対してセンサ基板70と共締めされている。電気絶縁部材62に対して3本の取り付け縁部40b〜40bがセンサ基板70と共締めされることにより、当該軸受け保持部材40が電気絶縁部材62の後面に沿って取り付けられ、これにより後側軸受け57がセンサ基板70の逃がし孔70a内若しくはこの位置よりも回転子鉄心51寄りの位置(図14において右側)であって電気絶縁部材62の内周側ひいては固定子60の内周側に保持されている。
特に、この構成の場合にも、軸受け保持部40aを軸線J方向に長く形成しておくことにより、後側軸受け57をより回転子50寄りの位置に接近させることができる。このため、スリーブ49は、前記スリーブ59よりも短くなっている。
この軸受け保持構造を備えたDCブラシレスモータMによっても、その機長方向の寸法をより一層短くして電動工具1のコンパクト化を図ることができる。また、電気絶縁部材62に対してセンサ基板70と軸受け保持部材40がねじ72〜72で共締めされる構成であるので、当該DCブラシレスモータMの組み立て工程の簡略化を図ることができる。
この構成の場合は図示するように、モータ冷却用の冷却ファン48が回転軸53の後部側に支持され、またセンサ基板45が電気絶縁部材62の前側に取り付けられている。
この軸受け保持構造の場合、電気絶縁部材62の前面側(図16において右面側)にセンサ基板45を収容する段差部62dが設けられている。センサ基板45そのものは、前記センサ基板70と同様で、その中央に逃がし孔45aが設けられている。
また、本体ケース11内を前後に区画する中間区画壁13の後面側には、有底円筒形状の軸受け保持部13bが設けられている。この軸受け保持部13bは、前記軸受け保持部13aよりも後側へ大きな寸法で突き出されている。この軸受け保持部13aの先端側(後端側)に前側軸受け56が保持されている。図示するようにこの前側軸受け56は、センサ基板45の逃がし孔45a内若しくはこれよりも回転子鉄心51寄りの位置であって電気絶縁部材62の内周側(固定子60の内周側)に位置している。
一方、後側軸受け57は、後部ケース12の軸受け保持部12a内に保持されている。この後側軸受け57と回転子50との間において回転軸53上に冷却ファン48が支持されている。
このように構成したDCブラシレスモータMによっても、回転子50の回転軸53を支持する前側軸受け56が回転軸線J方向の位置について、電気絶縁部材62の内周側(固定子60の内周側)に位置される。このため、DCブラシレスモータMを機長方向にコンパクトに構成することができ、これにより電動工具1の機長をコンパクトにしてその操作性を高めることができる。
以上説明した実施形態では、電動工具1の駆動源として用いるDCブラシレスモータMを例示したが、本発明は、DCブラシレスモータ自体の発明として把握することができる。DCブラシレスモータにおいて、回転子の回転軸を支持する前後の軸受けの一方または双方を固定子の電気絶縁部材の内周側に配置することにより、当該DCブラシレスモータ自体を従来よりも機長方向にコンパクト化することができる。
1…電動工具(インパクトねじ締め機)
10…工具本体
11…本体ケース、11a…ねじ孔、11b…ボス部
12…後部ケース、12a…軸受け保持部
13…中間区画壁、13a,13b…軸受け保持部
15…グリップ部
21…スピンドル
22…回転打撃機構
27…アンビル
30…本体ケース
31…後部ケース、31a…軸受け保持部、31b…凹部
32…ねじ
33…電気絶縁部材(インシュレータ)、33a…ねじ止め台座部
35…軸受け保持部材、35a…軸受け保持部、35b…取り付け縁部
36…電気絶縁部材(インシュレータ)、36a…台座部
40…軸受け保持部材、40a…軸受け保持部、40b…取り付け縁部
45…センサ基板、45a…逃がし孔
48…モータ冷却ファン
50…回転子(ロータ)
51…回転子鉄心
53…回転軸
J…回転軸線
56…前側軸受け
57…後側軸受け
58…冷却ファン
60…固定子(ステータ)
61…固定子鉄心
61a…円筒部、61b…歯部、61d…ボス逃がし部
62…電気絶縁部材(インシュレータ)
62a…ねじ孔、62b…段差部(後側)、62d…段差部(前側)
63…駆動コイル
70…センサ基板、70a…逃がし孔
71…磁気センサ(ホール素子)
80…電気制御基板
Claims (13)
- 固定子鉄心と電気絶縁部材と駆動コイルとを有する固定子と、前記固定子の内側に配置され回転子鉄心とマグネットとを有する回転子と、前記電気絶縁部材に固定され磁気センサを有するセンサ基板と、を有するDCブラシレスモータと、
前記DCブラシレスモータを収容する本体ケースと、
前記本体ケースに接続されるグリップ部と、
前記回転子の回転出力が伝達される先端工具装着部と、を有する電動工具であって、
前記固定子鉄心は、前記電気絶縁部材に被覆されない外周面を前記本体ケースの内面に当接させて前記本体ケースの内面に沿って保持されており、前記電気絶縁部材の外周に固定子鉄心の端面よりも小径の段差部を設けて固定子鉄心の端面の外周側に前記電気絶縁部材に被覆されない露出部を設けた構成としたことを特徴とする電動工具。 - 請求項1に記載の電動工具であって、
前記固定子鉄心よりも下方へ延びるように、前記センサ基板と一体的に配線接続部を備えた電動工具。 - 請求項1又は2に記載の電動工具であって、
前記グリップ部の下部に、該グリップ部よりも前方に張り出す張り出し部を設け、該張り出し部に電気制御基板を取り付けた電動工具。 - 請求項2又は3に記載の電動工具であって、
前記グリップ部にスイッチレバーを備えており、該スイッチレバーにより操作されるメインスイッチが前記グリップ部に設けられており、該メインスイッチを前記配線接続部の下方に配置した電動工具。 - 請求項1〜請求項4の何れかに記載の電動工具であって、
前記電気絶縁部材は、後方へと延びる突出部を有し、前記突出部の径方向内側に、前記センサ基板を配置させ、前記電気絶縁部材にねじ孔を設けるとともに、前記センサ基板をねじで前記ねじ孔に固定した電動工具。 - 請求項5に記載の電動工具であって、
前記電気絶縁部材の後面に円形の凹部を有しており、該凹部内に前記センサ基板を収容した状態で取り付けた電動工具。 - 請求項6に記載の電動工具であって、前記回転子の回転軸を支持する、前側軸受けと後ろ側軸受けを有し、前記電気絶縁部材の前方に、前記本体ケースを内径側に延ばすことにより第1の壁部を一体的に設け、該第1の壁部の前方に前記回転軸に固定される冷却ファンを設け、該冷却ファンの前方に、前記本体ケースから内径側に延ばすことにより第2の壁部を一体的に設け、該第2の壁部の内径側に、前記前側軸受けが配置された電動工具。
- 請求項5〜請求項7の何れかに記載の電動工具であって、
前記本体ケースの後部の内面と対向するように、前記センサ基板の反回転子側の面が配置された電動工具。 - 請求項1〜請求項8の何れかに記載の電動工具であって、
前記グリップ部の下部に設けられるバッテリ取り付け部と、該バッテリ取り付け部の下面側に取り付けられたバッテリパックと、を有する電動工具。 - 請求項1〜請求項9の何れかに記載の電動工具であって、前記グリップ部の下部に電気制御基板が収納されており、該電気制御基板の上面より電源線が立ち上がっている電動工具。
- 請求項1〜請求項10の何れかに記載の電動工具であって、前記グリップ部の下部に電気制御基板が収納されており、該電気制御基板に電源平滑用コンデンサが結合されている電動工具。
- 請求項1〜請求項11の何れかに記載の電動工具であって、前記グリップ部の下部に電気制御基板が収納されており、該電気制御基板の上面より動力線が立ち上がっている電動工具。
- 請求項1〜請求項12の何れかに記載の電動工具であって、前記電動工具は電動インパクトドライバであり、前記本体ケース内に、後ろ側から順番に、DCブラシレスモータ、遊星歯車機構の減速ギヤ列、スピンドル、回転打撃機構及びアンビルが同軸に収納されており、センサ基板には磁気センサが取り付けられている電動工具。
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