JP5426978B2

JP5426978B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5426978B2
Application number: JP2009217831A
Authority: JP
Inventors: 敦竹山; 秀規清水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: EP2298503A2; JP2011062803A; EP2298503B1; CN102019611B; US8405260B2; EP2298503A3; CN102019611A; US20110068642A1

Description

本発明は、ブラシレスモータを用いた電動工具に関する。

ブラシレスモータを用いた電動工具においては、運転時に高温となるモータやスイッチング素子を効率的に冷却するための構造が必要となる。これに対して、特許文献１には、ブラシレスモータにおいてスイッチング素子が発する熱を放出させるため、スイッチング素子と接触するように放熱部材を備えることが提案されている。

しかし、上記従来のブラシレスモータでは、回路基板上のスイッチング素子等の電子部品や接続部分が露出している。このブラシレスモータを電動工具に用いた場合には、上記露出部分に空気中の鉄粉や水滴が付着すると短絡を生じてしまう。そのため、ハウジングのモータ近傍に給排気孔を設けて空気を導入しようとする場合に、空冷による十分な冷却性能を発揮することと、導入した空気を原因とする短絡を防止することとが、両立困難である。

特開２００９−７２８８０号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、ハウジングのモータ近傍に設けた給排気孔を通じて導入した空気によってモータやスイッチング素子を効率的に冷却することができ、且つ、給排気孔から導入した空気中の鉄粉や水滴が原因となって短絡を生じることのない電動工具を、低コストで提供することを課題とする。

上記課題を解決することのできる本発明は、モータ１と、モータ１の動力を伝達する減速機構部２と、減速機構部２に伝達された動力で駆動される出力部３と、モータ１の回転制御を行う制御回路部４と、これらを収納し且つモータ１近傍にて開口する給排気孔９を設けたハウジング５と、を具備する電動工具である。

本発明の電動工具では、上記モータ１を、コイル１０を巻線したステータ鉄芯１１と、磁石１２を配置したロータ鉄芯１３と、コイル１０及び制御回路部４に接続される電子回路部２０とを一体に備えたブラシレスモータとする。また、上記電子回路部２０を、コイル１０への通電をオンオフするスイッチング素子２１を含む電子部品２２と、コイル１０を接続させるコイル接続部２３と、制御回路部４を接続させる制御回路接続部２４とを回路基板３０に配置したものとする。そして、上記電子回路部２０のスイッチング素子２１の発熱を放出させるための放熱部材４０を備え、更に、上記電子回路部２０が有する電子部品２２、コイル接続部２３、制御回路接続部２４、回路基板３０、及び上記放熱部材４０を一体に覆うように、絶縁カバー部材３１をモールド成形する。更に、上記電子回路部２０が有する回路基板３０と、上記放熱部材４０と、これと一体に成形される上記絶縁カバー部材３１とには、上記ロータ鉄芯１３と一体回転するロータ軸１４が挿通される開口部３５を、一直線上に貫設する。

上記構成から成る本発明の電動工具によれば、高熱となるスイッチング素子２１の発熱を放出させるための放熱部材４０を備えたうえで、電子回路部２０の導電部分を覆う絶縁カバー部材３１によって、放熱部材４０と電子回路部２０を一体化させることができる。これにより、ハウジング５の給排気孔９を通じて導入された空気中の鉄粉や水滴が原因となって電子回路部２０で短絡を生じることが防止される。したがって、モータ１近傍に大きな給排気孔９を設けて大量の冷却風をモータ１側に供給することができ、この冷却風を利用して、放熱部材４０やモータ１から効率的に熱を奪うことが可能となる。しかも、絶縁カバー部材３１をモールド成形により放熱部材４０や電子回路部２０と一体化させるので、製造時の手間やコストが抑制されるばかりでなく、絶縁カバー部材３１の蓄熱が放熱部材４０を通じて効率的に放出されることにもなる。更に、モータ１近傍の給排気孔９から導入した冷却風を、上記開口部３５を通じて内側にも送り込み、更に効率的に熱を奪うことができる。

なお、本発明の電動工具において上記絶縁カバー部材３１は、上記放熱部材４０の一部表面を露出させるようにモールド成形したものであることが好ましい。このようにすることで、モータ１近傍の給排気孔９から導入した冷却風を放熱部材４０の露出部分に当て、効率的に熱を奪うことができる。

このとき、上記放熱部材４０には、モールド成形時の絶縁材料の回り込みを防止するリブ５０が周設してあり、該リブ５０に囲まれる部分を露出面としていることが好ましい。このようなリブ５０を設けることで、放熱部材４０全体の表面積を増加させることに加え、露出部分を確実に形成しやすくなり、結果的に放熱部材４０の放熱効率を一層向上させることになる。

また、上記絶縁カバー部材３１は、その端面とステータ鉄芯１１との間に通気窓４５を形成するものであることが好ましい。このようにすることで、モータ１近傍の給排気孔９から導入した冷却風を、上記通気窓４５を通じて送り込み、更に効率的に熱を奪うことができる。

本発明においては、ハウジングのモータ近傍の給排気孔から導入された空気中の鉄粉や水滴が原因となって電子回路部に短絡を生じることなく、該給排気孔を通じて導入した空気によってモータやスイッチング素子を効率的に冷却することのできる電動工具を、低コストで提供できるという効果を奏する。更に、回路基板と放熱部材と絶縁カバー部材とに、ロータ軸が挿通される開口部を一直線上に貫設してあることで、上記開口部を通じて更に効率的に熱を奪い、放熱効率を向上させることができるという効果を奏する。

また、絶縁カバー部材を、放熱部材の一部表面を露出させるようにモールド成形することで、さらに効率的に放熱部材から熱を奪うことができるという効果を奏する。

このとき、放熱部材に、モールド成形時の絶縁材料の回り込みを防止するリブを周設することで、放熱部材の放熱効率を更に向上させることができるという効果を奏する。

また、絶縁カバー部材の端面とステータ鉄芯との間に通気窓を形成することで、通気窓を通じて更に効率的に熱を奪い、放熱効率を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における一例の電動工具の概略全体図である。同上の電動工具に収納するモータの斜視図である。同上のモータの断面図である。本発明の実施形態における他例の電動工具に収納するモータの斜視図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１には、本発明の実施形態における一例の電動工具の全体を、概略的に示している。

一例の電動工具は可搬式の電動回転工具であって、ハウジング５内にて、駆動源となるモータ１と、該モータ１の動力を伝達する減速機構部２と、減速機構部２に伝達された動力で駆動される出力部３とが、一直線上に連結されている。ハウジング５には、モータ１近傍にて開口するように給排気孔９を設けている。本文中においては、動力が伝達される側（つまりモータ１に対して減速機構部２が位置する側）を「前側」、その逆側（つまり減速機構部２に対してモータ１が位置する側）を「後側」とする。

ハウジング５内には、さらにスイッチブロック６と、モータ１の回転制御を行う制御回路部４とを収納している。スイッチブロック６は、ハウジング５に引き込み自在に設けたトリガスイッチ７に接続させたものであり、該トリガスイッチ７の引き込み量に応じた回転量となるよう、制御回路部４によってモータ１を回転駆動させる。なお、モータ１への電力供給はハウジング５に装着した電池パック８により行う。

図２、図３には、モータ１をより詳細に示している。このモータ１はブラシレスモータであり、コイル１０を内側に巻線して設けたステータ鉄芯１１と、磁石１２を配置して構成したロータ鉄芯１３とを、ステータ鉄芯１１でロータ鉄芯１３を覆うように備えている。ロータ鉄芯１３には、その中心部に嵌合するようにロータ軸１４を固着させている。ロータ軸１４は、その前後方向（つまり、軸方向の両側）においてステータ鉄芯１１から大きく突出しており、前側に突出した部分１４ａには、冷却ファン１５を一体に装着させている。

モータ１には、ステータ鉄芯１１の後側において、ブラシレスモータ用の電子回路部２０を一体に備えている。この電子回路部２０は、ステータ側のコイル１０と制御回路部４に対して共に接続される電子回路を構成する部分であって、ロータ軸１４と直交する姿勢で配置した回路基板３０上に、コイル１０への通電をオンオフするスイッチング素子２１を含む電子部品２２と、コイル１０に電気接続するコイル接続部２３と、制御回路部４に電気接続する制御回路接続部２４とを配置している。この制御回路接続部２４には、コネクタ２５を接続させている。

更に、このモータ１には、ステータ鉄芯１１の後側において、放熱台２６をネジ固定させている。この放熱台２６が、スイッチング素子２１の発熱を効率的に放出させるための放熱部材４０であり、図３中に示す熱伝導シート２７を挟んでスイッチング素子２１に当接させている。これら電子回路部２０が有するスイッチング素子２１等の電子部品２２、コイル接続部２３、制御回路接続部２４、回路基板３０及び上記放熱台２６は、樹脂等の絶縁材料でモールド成形した絶縁カバー部材３１により覆われ、一体化されている。なお、放熱台２６については、その外部表面が露出するように設けている。

具体的には、回路基板３０のコイル接続部２３に対して前側からコイル１０の端部を接続させ、該コイル接続部２３を、モールド成形した絶縁カバー部材３１により覆っている。また、回路基板３０前面の制御回路接続部２４にコネクタ２５の一端を接続し、該制御回路接続部２４を絶縁カバー部材３１により覆うとともに、コネクタ２５の他端を前方に露出させている。

また、回路基板３０に配置されるスイッチング素子２１等の電子部品２２も、モールド成形した絶縁カバー部材３１により覆われて露出しない構造となっている。ここではスイッチング素子２１を回路基板３０の後面に配置し、スイッチング素子２１の後方に熱伝導シート２７を介して放熱台２６を当てた状態で、絶縁カバー部材３１をモールド成形している。放熱台２６は前方に開口した形状であり、その後面及び側面を外部に露出させるように設けている。

電子回路部２０が有する回路基板３０と、これの後方に配置される放熱台２６と、これらと一体になった絶縁カバー部材３１とには、円形状の開口部３５を一直線上に貫設してある。この開口部３５は、ロータ軸１４の後側に突出した部分１４ｂが所定の空隙をもって挿通される部分であり、ロータ軸１４の後側の部分１４ｂは、開口部３５を通じてさらに後方にまで突出している。

上記絶縁カバー部材３１のモールド成形は、以下のように行う。つまり、まずステータ鉄芯１１に対して放熱台２６や電子回路部２０を固定させておき、天面の開口した箱型（図示せず）内に、該箱型の内底面に放熱台２６側が当たるようにして設置する。次いで、箱型内に絶縁性材料を流し込んで硬化させる。絶縁性材料としては、例えば２液性のウレタン硬化樹脂を用いるが、シリコン系の樹脂や熱硬化性の樹脂を用いてもよい。

上記モールド成形において上記開口部３５を成形するため、箱型の内底面中央部分には、上記開口部３５に対応する形状の突起部を設けておく。該突起部が絶縁性材料の浸入を防止し、開口部３５を成形する。絶縁性材料が硬化した後に箱型から取り出すことで、絶縁カバー部材３１を一体にモールド成形したモータ１となる。箱型には、この取り出しを容易にするための抜き勾配を設けておくことが好ましい。

上記絶縁カバー部材３１は、その前側の端面とステータ鉄芯１１との間に通気窓４５が形成されるように設けている（図２、図３参照）。通気窓４５は、ステータ鉄芯１１を側方に露出させる開口部分である。

上記構成から成る本例の電動工具においては、高熱となるスイッチング素子２１を放熱させるための放熱台２６を備えたうえで、ブラシレスモータ用の電子回路部２０の導電部分の全てを（つまり、該スイッチング素子２１を含む電子部品２２と、コイル接続部２３と、制御回路接続部２４と、回路基板３０とを）、絶縁材料から成る絶縁カバー部材３１で覆い隠し、該絶縁カバー部材３１によって放熱台２６と電子回路部２０を一体化させてある。そのため、ハウジング５の給排気孔９を通じて導入された空気中の鉄粉や水滴が原因となって電子回路部２０で短絡を生じることが防止される。これにより、モータ１近傍に大きな給排気孔９を設けて大量の冷却風を問題なくモータ１側に供給することができ、放熱台２６の露出部分やモータ１から効率的に熱を奪うことができる。

しかも、絶縁カバー部材３１はモールド成形により放熱台２６や電子回路部２０と一体化させるので、製造時の手間やコストも抑制される。また、絶縁カバー部材３１の蓄熱を、放熱台２６を通じて効率的に放出することもできる。

さらに、電子回路部２０の回路基板３０と、該回路基板３０の後方に配置される放熱台２６と、これらに一体化される絶縁カバー部材３１とには、開口部３５を一連に設けてあるので、この開口部３５を通じて冷却風を内側にも供給し、モータ１全体から効率的に熱を奪うことができる。

次に、本発明の実施形態における他例の電動工具について説明する。なお、他例においては、一例と同様の構成についての詳細な説明を省略し、一例と相違する構成についてのみ詳述する。

図４には、一例の電動工具に内蔵するモータ１を示している。このモータ１では、放熱台２６（つまり、スイッチング素子２１の放熱を行う放熱部材４０）の露出面のうち、その後端に形成される平坦な露出面２６ａの周囲を囲むように、リブ５０が突設してある。

上記リブ５０を設けてあることで、放熱台２６全体の表面積を増加させて放熱効率を向上させるという効果に加え、箱型内で絶縁カバー部材３１を一体にモールド成形する際に、上記リブ５０を箱型の内底面に当接させて配置することで、絶縁材料が後端の露出面２６ａに回り込むことを確実に防止するといった効果を奏する。

なお、ここでは上記リブ５０を設けて絶縁材料の回り込みを防止しているが、治具を用いる等の他の手段を用いて回り込みを防止してもよい。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更を行うことが可能である。

１モータ
２減速機構部
３出力部
４制御回路部
５ハウジング
９給排気孔
１０コイル
１１ステータ鉄芯
１２磁石
１３ロータ鉄芯
１４ロータ軸
２０電子回路部
２１スイッチング素子
２２電子部品
２３コイル接続部
２４制御回路接続部
３０回路基板
３１絶縁カバー部材
３５開口部
４０放熱部材
４５通気窓
５０リブ

Claims

モータと、モータの動力を伝達する減速機構部と、減速機構部に伝達された動力で駆動される出力部と、モータの回転制御を行う制御回路部と、これらを収納し且つモータ近傍にて開口する給排気孔を設けたハウジングと、を具備する電動工具において、上記モータを、コイルを巻線したステータ鉄芯と、磁石を配置したロータ鉄芯と、コイル及び制御回路部に接続される電子回路部とを一体に備えたブラシレスモータとし、上記電子回路部を、コイルへの通電をオンオフするスイッチング素子を含む電子部品と、コイルを接続させるコイル接続部と、制御回路部を接続させる制御回路接続部とを回路基板に配置したものとし、上記電子回路部のスイッチング素子の発熱を放出させるための放熱部材を備え、更に、上記電子回路部が有する電子部品、コイル接続部、制御回路接続部、回路基板、及び上記放熱部材を一体に覆うように、絶縁カバー部材をモールド成形し、上記電子回路部が有する回路基板と、上記放熱部材と、これと一体に成形される上記絶縁カバー部材とには、上記ロータ鉄芯と一体回転するロータ軸が挿通される開口部を、一直線上に貫設してあることを特徴とする電動工具。
上記絶縁カバー部材は、上記放熱部材の一部表面を露出させるようにモールド成形したものであることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
上記放熱部材には、モールド成形時の絶縁材料の回り込みを防止するリブが周設してあり、該リブに囲まれる部分を露出面としていることを特徴とする請求項２に記載の電動工具。
上記絶縁カバー部材は、その端面とステータ鉄芯との間に通気窓を形成するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動工具。