JP5370916B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータを用いた電動工具に関し、特にブラシレスモータのインバータ回路基板に搭載されるスイッチング素子の冷却構造を改良した電動工具に関する。

近年、ドリルやドライバ等の先端工具をモータによって回転駆動して所要の作業を行う電動工具において、ブラシレスモータが使われるようになってきた。ブラシレスモータは、例えばブラシ（整流用刷子）の無いＤＣ（直流）モータであり、コイルをステータ側に、マグネットをロータ側に用い、インバータで駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することによりロータを回転させる。ブラシレスモータでは、ステータに巻かれたコイルへの通電をオン・オフさせるためのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を回路基板上に配置する。スイッチング素子を配置する場所は、例えば特許文献１では、モータの後ろ側（先端工具と反対側）に取り付けられる略円形の回路基板上に配置している。

特開２００６−２９７５３２号公報

ブラシレスモータを用いた電動工具では、通常、スター結線された３相巻線を有し、各相のプラス側及びマイナス側に１つずつの計６個のスイッチング素子が用いられる。スイッチング素子は、モータのロータ軸（回転軸）に対して略垂直に配置される回路基板上に、スイッチング素子の高さ方向がモータのロータ軸と平行になるように配置される。スイッチング素子は、ブラシレスモータのロータ軸に取り付けられたファンによる風を利用して冷却される。しかしながら、発熱体であるスイッチング素子と、モータのステータコイルは熱を伝えやすいインバータ回路基板のパターンを介して接続されるため、ステータコイルの温度がスイッチング素子より高い場合、ステータコイルの熱がパターンを介して伝わることによりスイッチング素子の温度を上げてしまう。発明者らは、電動工具での作業が終了してモータの通電をＯＦＦした瞬間において、ステータコイルの熱がステータコアに伝わるよりも早くスイッチング素子に伝わり、スイッチング素子の温度を上げてしまうことを見いだした。特に、停止間隔の短い作業を繰り返すような断続動作において、ステータコイルの発熱がスイッチング素子の発熱に大きな影響を与えるということが判明した。

また、スイッチング素子の温度上昇を検出するために、インバータ回路基板上には温度センサが配置される場合があり、スイッチング素子等の発熱体の異常な温度上昇を検出している。しかしながら、温度センサの搭載位置によっては、冷却風に直接曝される等の理由から、発熱体とは異なった温度を検出する場合があり、正しい温度監視に支障が出ることがあった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的はインバータ回路基板の放熱特性を向上させ、安定して動作させることができる電動工具を提供することにある。

本発明の別の目的は、通電により発熱したステータコイルの熱によって回路基板及び回路基板に配置されたスイッチング素子の温度が上昇しないように構成した電動工具を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、インバータ回路上に設けられる温度センサによる温度検出精度を向上させた電動工具を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次の通りである。

本発明の一つ特徴によれば、ブラシレスモータと、ブラシレスモータを駆動するスイッチング素子と、スイッチング素子が設けられる回路基板と、ブラシレスモータにより駆動される先端工具とを有する電動工具において、回路基板をブラシレスモータに固定し、回路基板に熱伝達率の良い絶縁材料を介して放熱部材を設けた。スイッチング素子は、その高さ方向が回路基板と略垂直になるように回路基板上に搭載され、放熱部材にはスイッチング素子を貫通させるための穴が形成される。

本発明の他の特徴によれば、回路基板上において放熱部材との間に位置するように温度センサを設けた。回路基板は、ブラシレスモータの後側にブラシレスモータのロータ軸に対して略垂直に配置される。回路基板に設けられる放熱部材の外周の一部から延在する延在部が設けられ、延在部はブラシレスモータのステータ部分に接続される。延在部は、熱伝達率の良い絶縁材料を介してステータ部分に接続すると好ましい。

本発明のさらに他の特徴によれば、放熱部材の外周の一部から延在する延在部が設けられ、延在部はモータのステータ部分に接続される。放熱部材は回路基板のスイッチング素子が搭載される領域全体を覆う大きさの板状の金属であって、回路基板に絶縁材料によって貼り付けられる。また、回路基板と放熱部材はねじを貫通させるためのねじ穴を有し、回路基板と放熱部材は共通のねじでモータのインシュレータに固定される。

本発明のさらに他の特徴によれば、ブラシレスモータと、ブラシレスモータを駆動するためのスイッチング素子と、スイッチング素子が設けられる回路基板と、ブラシレスモータの回転により駆動される先端工具とを有する電動工具において、回路基板に絶縁材料を介して放熱部材を設け、回路基板に第１のねじ穴を設け、放熱部材に第２のねじ穴を設けた。第１のねじ穴及び第２のねじ穴を貫通するねじにより、ブラシレスモータに回路基板及び放熱部材を固定するようにした。放熱部材は回路基板よりも前方に設けられる。また、ロータ軸は、回路基板とはほぼ直交するように配置される。回路基板を覆うように放熱部材が設けられ、放熱部材は回路基板の後方であってスイッチング素子が設けられる側の面を覆うように構成した。

請求項１の発明によれば、回路基板をモータに固定し、回路基板に熱伝達率の良い絶縁材料を介して放熱部材を設けたので、基板表面の放熱効果を高めることで、ステータコイルの熱が、回路基板のパターンを伝わって回路基板上のトランジスタ温度の上昇を少なくすることができる。また、放熱部材にはスイッチング素子を貫通させるための穴が形成されるので、回路基板に配置されるスイッチング素子を避けるようにして回路基板に絶縁材料を介して密着させることができる。従って、放熱部材がスイッチング素子より突出することがなく、電動工具が大型化することを防止することができる。

請求項２の発明によれば、回路基板上において放熱部材との間に位置するように温度センサを設けたので、温度センサは回路基板の均等化された温度を正しく検出することができる。

請求項３の発明によれば、回路基板は、モータの後側にモータのロータ軸に対して略垂直に配置されるので、電動工具の大きさをコンパクトに形成でき、スイッチング素子からモータのステータコイルまでの配線を短くすることができる。

請求項４の発明によれば、放熱部材の外周の一部から延在する延在部が設けられ、延在部はモータのステータ部分に接続されるので、回路基板の冷却のためだけでなく、放熱部材をモータのステータ部分の冷却に用いることができる。

請求項５の発明によれば、延在部は、熱伝達率の良い絶縁材料を介してステータ部分に接続されるので、放熱部材としてアルミや鉄等の熱伝導性の良い導電部材を用いることができる。

請求項６の発明によれば、放熱部材は回路基板のスイッチング素子が搭載される領域全体を覆う大きさの、板状の金属であって、回路基板に絶縁材料によって貼り付けられるので、組立が容易で安価に実現することができる。

請求項７の発明によれば、回路基板と放熱部材は共通のねじでモータのインシュレータに固定されるので、別々に固定する場合に比べて少ない作業量、部品点数で固定することができ、コストの上昇を防止できる。

請求項８の発明によれば、回路基板に絶縁材料を介して放熱部材を設け、第１のねじ穴が設けられた回路基板と、第２のねじ穴が設けられた放熱部材を、共通のねじによりブラシレスモータに固定されるので、放熱部材と回路基板が別々にブラシレスモータに固定する場合に比べて組立性を効率化でき、電動工具のコストを下げることが可能となる。

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明の実施例に係るドライバドリル１の全体構造を示す断面図である。 図１のモータ３とインバータ回路基板６部分の拡大断面図である。 図１のインバータ回路基板６の形状を示す正面図である。 図１の放熱部材８単体の正面図である。 図４のＢ−Ｂ部の断面図である。 図２のＡ−Ａ部の断面図である。 モータ３とインバータ回路基板６の冷却構造を説明するための図である。 図１のモータ３の駆動制御系の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例に係るドライバドリルのモータ３とインバータ回路基板６部分の断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。尚、以下の説明において、上下、前後の方向は、図１に示す方向として説明する。

図１は本発明の実施例に係る電動工具であるドライバドリル１の全体構造を示す断面図である。図１に示すように、ドライバドリル１には、ハウジング２の胴体部２ａ内にブラシレス直流方式のモータ３が収納され、モータ３の回転力を減速する減速機構部１０とトルク調節部１１等の動力伝達部を介してスピンドル（出力軸）１６に装着されたチャック１２に着脱自在に保持されるドライバまたはドリル等の図示しない先端工具に回転力を与える。ハウジング２の胴体部２ａ内あってモータ３の後端側には、モータ３を駆動するためのインバータ回路基板６が設けられる。胴体部２ａ先端側に配置されるトルク調節部１１は、減速機構部１０の出力軸に得られる回転トルクをスピンドル１６の負荷に応答してスピンドル１６に伝達するか否かを制御するクラッチ機構を含んで構成される。これにより、予めトルク調整ダイヤル２５によって所望の締付けトルク（負荷トルク）に設定しておくと、トルク調節部１１は、減速機構部１０の出力軸の回転力が設定した締付けトルクに達したとき、その出力軸が空転してスピンドル１６（チャック１２）への回転伝達を遮断する機能を持つ。

減速機構部１０は、モータ３のロータ軸３ｅのピニオンギアに噛合う、例えば、３段の遊星歯車減速機構（変速ギアケース）から構成される。減速機構部１０は、変速比を切換えるためのシフトノブ１５を有する。使用者の手動によってシフトノブ１５の切換え操作により低速と高速の２段階で変速が可能となる。本実施例によれば、ブラシレスＤＣモータの採用によって、低速域から高速域までの広範囲にわたって連続的に回転数制御を可能とするので、シフトノブ１５を省略することもできるが、シフトノブ１５の切換え操作により低速領域と高速領域の２段階で変速すれば、回転トルクのきめ細かい制御が可能となる。

トルク調節部１１はコイルバネ２８を有し、コイルバネ２８の圧縮量を調整することによって締付けトルク（負荷トルク）を調整できるように構成する。上記クラッチ機能の負荷トルク（締付けトルク）の調整は、トルク調整ダイヤル２５を回転操作して上記コイルバネ２８の圧縮量を調整することによって行われる。

ハウジング２のバッテリ取付部２ｃには、モータ３の駆動電源となるバッテリ４が着脱可能に装着される。バッテリ４の上部には、モータ３のインバータ回路基板６を制御するための制御回路基板９が、紙面と垂直方向に延びるように設けられる。ハンドル部２ｂの上端部にはトリガスイッチ１３が配設され、トリガスイッチ１３のトリガ操作部１３ａがバネ力によって押された状態でハンドル部２ｂから突出する。使用者はハンドル部２ｂを把持し、人差し指等によってトリガ操作部１３ａを引くことによって、トリガ押込量（操作量）を調整し、モータ３の回転数を制御することができる。モータ３の回転方向は、正逆切替レバー１４を操作することによって切り替えることができる。

バッテリ４は、トリガスイッチ１３および制御回路基板９へ動作電源を供給するとともに、インバータ回路基板６へモータ３の駆動電力を供給するように電気的に接続される。バッテリ４を構成する二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッカド電池等を用いることができる。

ハウジング２の胴体部２ａは、ハンドル部２ｂ及びバッテリ保持部２ｃと共に合成樹脂材料の一体成型により製造され、モータ３のロータ軸中心を通る鉛直面で２分されるように形成される。組立の際にはハウジング２の左側部材と右側部材を準備し、予め、図１の断面図で示すような一方のハウジング２（例えば左側）に、モータ３、減速機構部１０、トルク調節部１１等の組込みを行い、しかる後、他方のハウジング２を重ねて、ねじ締め等で締結させる方法が取られる。

図２は、図１のモータ３とインバータ回路基板６の部分の拡大断面図である。本実施例ではモータ３として、３相ブラシレスＤＣモータを用いる。モータ３は、円筒状の外形をもつステータ３ｃと、ステータ３ｃの内周部内に同心軸状に設けられるロータ（マグネットロータ）３ａを含んで構成される。ステータ３ｃには、３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗからなるステータコイル（電機子巻線）３ｄが巻回され、ロータ３ａには、回転軸３ｅ方向に延びるＮ極およびＳ極のマグネット（永久磁石）３ｂが４つ埋め込まれる。ロータ軸３ｅは、その前方をハウジング２に固定されたインナカバー２６に固定された前方ベアリング２４ａにより、また、後方をハウジングに直接固定される後方ベアリング２４ｂにより、回転可能に保持される。

ステータコイル３ｄは、ステータ３ｃのティース部を取り囲むように、樹脂材料からなるインシュレータ３ｆを介して巻回される。ロータ３ａの近傍には、ロータ３ａの回転位置を検出するために、回転方向に６０°毎に配置された図示しない３つの回転位置検出素子（ホールＩＣ）がインバータ回路基板６上に配置される。スター結線されたステータコイル３ｄ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）には、回転位置検出素子の位置検出信号に基づいて電気角１２０°の通電区間に制御された電流が、インバータ回路基板６より供給される。この通電のために、発熱体であるスイッチング素子７とステータコイル３ｄは熱を伝えやすいインバータ回路基板６のパターンを介し接続される。なお、回転位置検出手段を用いてロータ３ａの位置を検出する以外に、ステータコイル３ｄの誘起電圧（逆起電力）をフィルタを通して論理信号として取り出すことによってロータ位置を検出する、いわゆるセンサレス方式の回転位置検出方式を採用することも可能である。

図３は、インバータ回路基板６の形状を示す正面図（図１を基準に言えば背面図）である。この図では、インバータ回路基板６にスイッチング素子７や温度センサ４０を取り付けているが、放熱部材８を取り付けていない状態を示している。インバータ回路基板６は、例えばガラスエポキシ (ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたもの）で構成された略円形状の基板であり、ステータ３ｃの後端側のほぼ全面的に覆うような形状である。インバータ回路基板６の表面及び裏面には配線パターンが形成されており、その配線パターンにスイッチング素子７、温度センサ４０、及び、その他の電子素子が半田付けにより接続される。インバータ回路基板６の中央部においては、ロータ軸３ｅ及びロータ軸３ｅの後端側に取り付けられるスペーサ１９を貫通させるための穴６ａが形成される。また、インバータ回路基板６の周囲には、４つのねじ穴６ｂが形成され、このねじ穴６ｂを貫通するねじによって、インバータ回路基板６がインシュレータ３ｆに固定される。

通常、モータ３を３相全波（バイポーラ）駆動する場合は、通常Ｑ１〜Ｑ６の６つのスイッチング素子７が用いられる。スイッチング素子７としては、ステータ３ｃの巻線３ｄに大駆動電流を通電する必要があることより、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）やＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のような大容量の出力トランジスタが使用される。ドライバドリル１などのように、モータ３のロック電流付近で使用される可能性がある電動工具に使用する場合、スイッチング素子７として高出力に耐えるものを選択する必要があるが、高出力に耐えるものは大きさが大きくて値段も高いことが多く、電動工具を小型及び安価に製作することが困難になる。そこで本実施例においては、ステータコイル毎に２個のスイッチング素子７を並列に配置し、同時に駆動するようにした。なお、スイッチング素子は２個以上としても良い。

本実施例においては、スイッチング素子７は穴６ａを囲むようにインバータ回路６上に配置される。図３において、スイッチング素子Ｑ２−１とＱ２−２、Ｑ５−１とＱ５−２は左右方向で同じ位置に配置される。しかしながら、スイッチング素子Ｑ１−１とＱ１−２、Ｑ４−１とＱ４−２は左右方向で同じ位置に配置されない。即ち、スイッチング素子Ｑ１−２はＱ１―１よりも若干右側、つまり上下方向に延びる中心線の近くに取り付けられる。スイッチング素子Ｑ４−２はＱ４―１よりも若干左側（中心線寄り）に取り付けられる。同様にして、スイッチング素子Ｑ３−１、Ｑ６−１も、スイッチング素子Ｑ３−２、Ｑ６−２に比べてそれぞれ左右中心線寄りに配置される。このように、並列配置されるスイッチング素子の一方を、中心線に対して近づける又は遠ざけるようにし、他方のスイッチング素子に対してずらして配置することにより、インバータ回路基板６上に多数のスイッチング素子７を効率よく配置することが可能となる。尚、本実施例では、冷却のための空気が流れる方向を考慮し、各スイッチング素子７の幅方向が左右方向になるように配置される。

図４は、放熱部材８単体の正面図（図１の方向で言えば背面図）である。放熱部材８は金属製の板状部材であり、例えば厚さ１〜２ｍｍ程度の鉄、アルミ、銅板等をプレスにより打ち抜くことにより簡単に製造できる。放熱部材８にはスイッチング素子７を貫通させるための６つの貫通穴８ｃ（８ｃ−１〜８ｃ−６）が形成され、中央部にはロータ軸３ｅ及びロータ軸３ｅの後端側に取り付けられるスペーサ１９を貫通させるための穴８ａが形成され、外周部の４箇所にてねじ止めするための貫通穴８ｂが形成される。これにより、放熱部材８とインバータ回路６は図示しない同一のねじでインシュレータ３ｆに固定され、これらを別々のねじで固定する場合に比べて、組立作業の効率化を図ることができる。

貫通穴８ｃの形状は並列に接続される２つのスイッチング素子７の搭載位置に合わせた形状としており、放熱部材８とスイッチング素子７は接触しないように形成される。例えば貫通穴８ｃ−１においては、スイッチング素子Ｑ１−２を貫通させる長方形部分ａと、スイッチング素子Ｑ１−１を貫通させる長方形部分ｂが左右方向にずらした形で形成される。なお、長方形部分ａと長方形部分ｂの間の領域ｃに、放熱部材８を介在させることにより、より放熱効率を高めることも可能である。

図５は、図４のＢ−Ｂ部の断面図である。この図から理解できるように放熱部材８は板状であり、上部に折り曲げ部８ｄが形成される。折り曲げ部８ｄは、上から見た図が長方形であり、その幅（左右方向）が穴８ａの直径よりもやや小さく形成される。このように折り曲げ部８ｄを設け、この折り曲げ部８ｄをモータ３のステータ３ｃに熱伝達率の良い絶縁体を介して接続される。このように折り曲げ部８ｄをステータ３ｃに接続することにより、放熱部材８がステータ３ｃの熱を奪って放出する役目を果たすので、ステータコイル３ｄの熱が、インバータ回路基板６のパターンを伝わってスイッチング素子７の温度を上昇させることを防止できる。ここで、絶縁体とは、例えば日本工業規格において耐熱クラスＹ、Ａ、Ｅ、Ｂ、Ｆ、Ｈなどに属するような材料の中から任意に選ぶことができる。なお、耐熱クラス２００、２２０、２５０に属するものであっても良い。また、熱伝導率が良いとは、例えば、熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））が０．１から０．５程度の材料であるエポキシ樹脂、シリコーンなどから任意に選ぶことができる。なお、熱伝導率が０．００１以上のものであっても良い。ここで、Ｗはワットであり、ｍはメートル、Ｋはケルビン温度である。

図６は図２のＡ−Ａ部の断面図であり、インバータ回路基板６に放熱部材８を取り付けた状態を示す図である。図３においては左右対称の形状であるので、図面の煩雑さを避けるため、参照符号や矢印は左右のいずれかにだけ示している。インバータ回路基板６には、平板状の放熱部材８がインバータ回路基板６とほぼ平行に設けられ、放熱部材８に形成された６つの貫通穴８ｃを貫通するように６組１２個のスイッチング７が露出する。放熱部材８の外形は、下側の領域を除いてインバータ回路基板６の大きさ、形状とほぼ一致する。尚、放熱部材８の外形はこれに限定されるものではないが、少なくともスイッチング素子７が搭載される領域全体を覆う大きさ以上とすると良い。放熱部材８は、図２の断面図に示すように、熱伝達率の良い絶縁体１８を介してインバータ回路基板６に貼り付けられる。絶縁体１８は、例えば樹脂やウレタンゴムであるが、塗布する作業性やコスト、耐久性等を考慮して任意に決定すればよい。図２の断面図で理解できるように、縦置きされたインバータ回路基板６と放熱部材８が、スイッチング素子７の本体部分よりも前方に配置されることになる。仮に、スイッチング素子７に放熱部材を取り付ける方法とすると、放熱部材の分だけ電動工具の全長が軸方向に長いものとなってしまうが、本実施例においては、放熱部材８がスイッチング素子７の前方側にしか配置されないので、放熱部材の取り付けのために電動工具の軸方向の長さを長くする必要が無く、大きさのコンパクトな電動工具を実現できる。

ハウジング２の胴体部２ａは左右中央で分割可能に形成され、左側部分（２ａ―１）と右側部分（２ａ−２）を合わせて、図示しないねじで固定される。胴体部２ａ−１、２ａ―２の側方には、複数のスリットが形成された空気取入口２１が設けられ、モータ３のロータ軸３ｅに取り付けられるロータファン１７の吸引力によって外気が取り込まれ、図中の矢印のように、放熱部材８に沿って空気が流れ、穴８ａからモータ３側へ流れる。このように、放熱部材８の表面に沿って取り込まれた空気が流れることにより、スイッチング素子７を冷却すると共に、放熱部材８から熱を効果的に奪うことによりインバータ回路基板６を冷却することができる。

図７は、図１のモータ３とインバータ回路基板６の冷却構造を説明するための別の図である。ハウジング２には、胴体部２ａの左右側部に設けられる空気取入口２１に加えて後端部に２箇所の空気取入口２０が設けられる。この空気はロータ軸３ｅの方向に流れて空気取入口２１から導入される空気と合流し、穴８ａからモータ３側へ流れる。この際、スイッチング素子７の幅方向が空気の流れ方向と平行になるように配置されているので、空気の流れが妨げられず、スイッチング素子７と放熱部材８が効果的に冷却される。穴８ａ（図６）からモータ３側へ流入した空気は、ロータ３ａとステータ３ｃの間、及び、ステータコイル３ｄの円周方向の隙間を流れてロータファン１７に到達し、ロータファン１７の回転力により胴体部２ａの左右側部に形成された空気排出口２２から外部に排出される。

尚、本実施例において放熱部材８は、インバータ回路基板６と熱伝達率の良い絶縁体１８を介して、密着させるように取り付けられるので、ステータコイル３ｄの放熱のためだけでなく、スイッチング素子７の放熱のためにも有効である。つまり、スイッチング素子７の発熱が他の部分に比べて大きい場合、その熱がスイッチング素子７の端子を介してインバータ回路基板６に伝わるので、結果として放熱部材８を介して放熱されることになる。

さらに、スイッチング素子７が配置されるインバータ回路基板６面に絶縁体１８による皮膜が施され、その被覆された面がさらに放熱部材８で覆われているので、皮膜が空気取入口２０、２１から侵入した粉塵、石等によって傷付くことが少なくなり、皮膜により保護される温度センサ４０等の電子素子が劣化することを有効に防止できる。

次に図８を用いて、モータ３の駆動制御系の回路を説明する。モータ３は３相のブラシレスＤＣモータで構成された、いわゆるインナーロータ型であって、複数組（本実施例では２組）のＮ極とＳ極を含むマグネット３ｂを含んで構成されるロータ３ａと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成るステータコイル３ｄと、ロータ３ａの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの位置検出素子３３を有する。これら位置検出素子３３からの回転位置検出信号に基づいて固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの通電方向と時間が制御されロータ３ａが回転する。位置検出素子３３は、インバータ回路基板６上のマグネット３ｂに対向する位置に設けられる。

インバータ回路基板６上に搭載される電子素子には、３相ブリッジ形式に接続されたスイッチング素子として、６組のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む。本実施例においてブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、それぞれ２つずつの並列接続されたＦＥＴで構成され、本実施例においては合計１２個のＦＥＴが用いられる。並列接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御回路基板９に搭載される制御信号出力回路３２に接続され、６組のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。これによって、６組のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路３２から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６等の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、インバータ回路に印加されるバッテリ４の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する。

６組のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ変調信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、制御回路基板９上に搭載された演算部３１によって、トリガスイッチ１３のトリガ操作量（ストローク）の検出信号に基づいてＰＷＭ変調信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによってモータ３への電力供給量を調整し、モータ３の起動／停止と回転速度を制御する。

ここで、ＰＷＭ変調信号は、インバータ回路４６の正電源側スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３または負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の何れか一方に供給され、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３またはスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を高速スイッチングさせることによって結果的にバッテリ４の直流電圧から各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を制御する。尚、本実施例では、負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６にＰＷＭ変調信号が供給されるため、ＰＷＭ変調信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する電力を調整してモータ３の回転速度を制御することができる。

ドライバドリル１には、モータ３の回転方向を切り替えるための正逆切替レバー１４が設けられ、回転方向設定回路３９は正逆切替レバー１４の変化を検出するごとに、モータ３の回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部３１に送信する。演算部３１は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置（ＣＰＵ）、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含んで構成される。

制御信号出力回路３２は、回転方向設定回路３９と回転子位置検出回路３５の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号を制御信号出力回路３２に出力する。これによって固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの所定の巻線に交互に通電し、ロータ３ａを設定された回転方向に回転させる。この場合、インバータ回路４６の負電源側スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６に印加する駆動信号は、印加電圧設定回路３８の出力制御信号に基づいてＰＷＭ変調信号として出力される。制御信号出力回路３２によるＰＷＭ変調信号の作成は、ＲＯＭメモリに必要な制御データを予め記憶させておき、クロック信号に従って読み出してＰＷＭ作成データとして利用する。印加電圧設定回路３８の出力制御信号に応答してＰＷＭ変調信号のパルス幅（デューティ比）が可変される。

モータ３に供給される電流は、電流検出回路３７によって測定され、その値が演算部３１にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。さらに、本実施例の特徴的な構成として、インバータ回路基板６上にはインバータ回路４６の温度を測定するための温度センサ４０を設け、温度上昇測定回路３４によってスイッチング素子７又はその周囲の温度を常にモニターする。温度センサ４０は例えばサーミスタであり、図３で示す位置に取り付けられ、その上に絶縁体１８が塗布され放熱部材８により覆われる。温度上昇測定回路３４によって測定された温度は、スイッチング素子７の温度とほぼ等しく、その値が演算部３１に出力される。演算部３１は、あらかじめ設定された基準値以上に温度が上昇した場合に、警告を出してモータ３の回転を制限したり、または、停止させる。

次に図９を用いて本願発明の第２の実施例を説明する。図９において第１の実施例と同じ部分には同じ参照符号を付しているので繰り返しの説明は省略する。第１の実施例と異なるものは、放熱部材５８の形状である。図９においては、図５で示した折り曲げ部８ｄが存在しない。従って、放熱部材５８は、モータ３のステータ３ｃには接続されない。この構成は、放熱部材を使ったステータ３ｃの冷却が不要な場合には有効であり、より小さい放熱部材５８で済む。放熱部材５８の基本的な形状は図４で示す形状とほぼ同じである。また、その厚さも同様であり、インバータ回路基板６の表面（後端面）から放熱板５８の表面（後端面）までの距離ｈ１は、インバータ回路基板６の表面（後端面）からスイッチング素子７の高さ（後端面）までの距離ｈ２よりも十分小さく、好ましくは半分以下、特に好ましくは１／４以下である。このように構成することにより、放熱部材５８を設けてもドライバドリルの容積を増大させる必要は無い。

以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、ブラシレス直流モータとしてスター結線した３相ブラシレス直流モータを使用し場合について説明したが、別の結線方式や３相以外のブラシレス直流モータを使用することも可能である。また、放熱部材８をインバータ回路基板６に付けるようにしたが、さらに別の放熱部材をスイッチング素子７に付けるようにしても良い。

また、本実施例では放熱部材５８として板状の金属部材としたが、板状でなくてもアルミニウム等によって構成されたダイキャスト品であって、多数のフィンが有る形状としても良い。

また、本実施例では電動工具の例としてドライバドリルを用いて説明したが、本発明の電動工具はこれに限られず、モータとしてブラシレスモータを駆動源にするものであれば、他の電動工具にも同様に適用できる。例えば、電動のインパクトドライバ、電動の丸鋸、電動のハンマドリル、電動のジグソー、電動のスクリュードライバ、電動のグラインダ、電動の釘打機などに適用することができる。さらに、スイッチング素子の配置を、モータの後面側にロータ軸に対して鉛直方向に設けられたインバータ回路基板の背面に面実装したが、後面側だけでなく前面側（ロータ３ａ側）に配置するようにしても良い。また、インバータ回路基板をモータの後面側でなく、モータの下部や側部などの、ハウジングの胴体部内の任意の位置に配置しても良い。

１ ドライバドリル ２ ハウジング
２ａ （ハウジングの）胴体部 ２ｂ （ハウジングの）ハンドル部
２ｃ （ハウジングの）バッテリ取付部
３ モータ ３ａ ロータ ３ｂ マグネット ３ｃ ステータ
３ｄ ステータコイル ３ｅ ロータ軸 ３ｆ インシュレータ
４ バッテリ ６ インバータ回路基板 ６ａ 穴
６ｂ ねじ穴 ７ スイッチング素子
８ 放熱部材 ８ａ （放熱部材の）穴 ８ｂ、８ｃ （放熱部材の）貫通穴
８ｄ （放熱部材の）折り曲げ部 ９ 制御回路基板 １０ 減速機構部
１１ トルク調節部 １２ チャック １３ トリガスイッチ
１３ａ トリガ操作部 １４ 正逆切替レバー
１５ シフトノブ １６ スピンドル １７ ロータファン １８ 絶縁体
１９ スペーサ ２０、２１ 空気取入口 ２２ 空気排出口
２４ａ 前方ベアリング ２４ｂ 後方ベアリング
２５ トルク調整ダイヤル ２６ インナカバー ２８ コイルバネ
３１ 演算部 ３２ 制御信号出力回路 ３３ 回転位置検出素子
３４ 温度上昇測定回路 ３５ 回転子位置検出回路
３６ 回転数検出回路 ３７ 電流検出回路 ３８ 印加電圧設定回路
３９ 回転方向設定回路 ４０ 温度センサ ４６ インバータ回路
５８ 放熱部材

Claims (8)

1. ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを駆動するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が設けられる回路基板と、前記ブラシレスモータにより駆動される先端工具とを有する電動工具であって、
   前記回路基板を前記ブラシレスモータに固定し、前記回路基板に電気的な絶縁材料を介して放熱部材を設け、
   前記スイッチング素子は、その高さ方向が前記回路基板と略垂直になるように前記回路基板上に搭載され、
   前記放熱部材には前記スイッチング素子を貫通させるための穴が形成されることを特徴とする電動工具。
2. ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータを駆動するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が設けられる回路基板と、前記ブラシレスモータにより駆動される先端工具とを有する電動工具であって、
   前記回路基板を前記ブラシレスモータに固定し、前記回路基板に電気的な絶縁材料を介して放熱部材を設け、
   前記回路基板上において前記放熱部材との間に位置するように温度センサを設けたことを特徴とする電動工具。
3. 前記回路基板は、ブラシレスモータの後側において前記ブラシレスモータのロータ軸に対して略垂直に配置され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. 前記放熱部材の外周の一部から延在する延在部が設けられ、該延在部は前記ブラシレスモータのステータ部分に接続されることを特徴とする請求項３に記載の電動工具。
5. 前記延在部は、熱伝達率の良い絶縁材料を介して前記ステータ部分に接続されることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. 前記放熱部材は前記回路基板の前記スイッチング素子が搭載される領域全体を覆う大きさの、板状の金属であって、前記回路基板に前記絶縁材料によって貼り付けられることを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
7. 前記回路基板と前記放熱部材はねじを貫通させるためのねじ穴を有し、
   前記回路基板と前記放熱部材は共通のねじで前記ブラシレスモータのインシュレータに固定されることを特徴とする請求項６に記載の電動工具。
8. ブラシレスモータと、該ブラシレスモータを駆動するためのスイッチング素子と、該スイッチング素子が設けられる回路基板と、前記ブラシレスモータの回転により駆動される先端工具と、を有する電動工具であって、
   前記回路基板に電気的な絶縁材料を介して放熱部材を設け、
   前記回路基板には、第１のねじ穴が設けられており、前記放熱部材には、第２のねじ穴が設けられており、
   前記第１のねじ穴及び前記第２のねじ穴を貫通するねじにより、前記ブラシレスモータに前記回路基板及び前記放熱部材は固定されることを特徴とする電動工具。

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