JP5529229B2

JP5529229B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5529229B2
Application number: JP2012214515A
Authority: JP
Inventors: 隆松永; 岳志西宮
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP2013018116A

Description

本発明は、ＤＣブラシレスモータを駆動源とし、前記ＤＣブラシレスモータをスイッチング素子により制御する構成の電動工具に関する。

スイッチング素子を利用してＤＣブラシレスモータの制御を行う電動工具では、スイッチング素子をＤＣブラシレスモータの後方に配置することが一般的に行われている。しかし、スイッチング素子をＤＣブラシレスモータの後方に配置する構成では、電動工具の全長寸法が大きくなって、電動工具の使い勝手が悪くなるという問題がある。
この問題を解決するために、特許文献１に記載された電動工具では、スイッチング素子を電子部品と共に電気回路基板に組み付けてグリップ部の突出端に配置するようにしている。これにより、ＤＣブラシレスモータの後方にスイッチング素子用の空間を設ける必要がなくなり、電動工具の全長寸法を比較的小さくできる。

特開２００７−２８３４４７号公報

しかし、特許文献１に記載された電動工具では、スイッチング素子と、そのスイッチング素子を動作させるマイコン等の電子部品とが同じ電気回路基板に組み付けられているため、前記電子部品がスイッチング素子の熱による影響を受けないように、熱保護対策が必要になる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、電動工具の全長寸法を大きくすることなく、スイッチング素子をマイコン等の電子部品から離せるようにすることで、前記電子部品に対する熱保護対策を軽減させることである。

上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、ＤＣブラシレスモータを駆動源とし、前記ＤＣブラシレスモータを少なくとも３つのスイッチング素子により制御する構成の電動工具であって、前記ＤＣブラシレスモータが収納される筒状のハウジング本体部と、前記ハウジング本体部の下部から下方へと突出するグリップ部とを備えており、第１の基板を、前記ＤＣブラシレスモータに固定されるように、前記ハウジング本体部に配置し、第２の基板を、前記第１の基板から離間するように、前記グリップ部内に配置し、第３の基板を、前記第１の基板及び前記第２の基板から離間するように、前記グリップ部内に配置し、前記第１の基板を前記ＤＣブラシレスモータに固定し、前記第２の基板を前記グリップ部の握り部位の左右方向に延びるように配置し、該第２の基板の１面側に前記少なくとも３つのスイッチング素子を装着し、前記少なくとも３つのスイッチング素子の熱が、前記第２の基板の前記１面側に配置される１つの放熱材により放熱されるよう構成されていることを特徴とする。
本発明によると、スイッチング素子はグリップ部の内部に配置される第２の基板の１面側に装着されている。この第２の基板は、第１の基板及び第３の基板から離されて配置されている。このため、スイッチング素子の熱が、第１の基板及び第３の基板に伝わりにくくなり、第１の基板及び第３の基板の熱保護対策を軽減できる。
また、これらのスイッチング素子の熱は、第２の基板の１面側に配置された放熱材によって放熱されるよう構成されている。このため、これらのスイッチング素子の熱がグリップ部に伝わり難くなる。
また、スイッチング素子が装着された第２の基板は、グリップ部の内部に配置されているため、ＤＣブラシレスモータの後方にスイッチング素子用の空間を設ける必要がなくなり、電動工具の全長寸法が大きくならない。

本発明によると、スイッチング素子が装着された第２の基板を第１の基板及び第３の基板から離してグリップ部内に配置することで、電動工具の全長寸法を大きくすることなく、前記第１の基板及び前記第３の基板に対する熱保護対策を軽減させることができる。

本発明の実施形態１に係る電動工具の縦断面図である。ＤＣブラシレスモータの駆動回路の構成を表す図面である。ＤＣブラシレスモータのモータ用基板及び電力用回路基板の背面図である。

［実施形態１］
以下、図１から図３に基づいて、本発明の実施形態１に係る電動工具の説明を行なう。本実施形態に係る電動工具は、ＤＣブラシレスモータを駆動源とする回転打撃工具（インパクトドライバ）である。ここで、図１は実施形態１に係る電動工具の縦断面図、図２はＤＣブラシレスモータの駆動回路の構成を表す図面である。また、図３はＤＣブラシレスモータのモータ用基板及び電力用回路基板の背面図等である。

＜電動工具の概要について＞
本実施形態に係る電動工具１０のハウジング１１は、図１に示すように、筒状のハウジング本体部１２と、そのハウジング本体部１２の側部（図１では下部）から突出するように形成されたグリップ部１５とから構成されている。グリップ部１５は、使用者が電動工具１０を使用する際に握る握り部位１５ｈと、その握り部位１５ｈよりも突出端（下端）側に位置する露出部位１５ｐとから構成されている。握り部位１５ｈは、使用者が握り易いように比較的小径に形成されている。そして、握り部位１５ｈの基端部に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１５ｒが設けられている。
また、グリップ部１５の露出部位１５ｐは、握り部位１５ｈに対して前後方向に拡開するように構成されており、その露出部位１５ｐの下側に電池パック（図示省略）が連結される電池パック連結部１６が設けられている。

ハウジング本体部１２には、後側から順番にＤＣブラシレスモータ２０、遊星歯車機構２４、スピンドル２５、打撃力発生機構２６、及びアンビル２７が同軸に収納されている。そして、前記ＤＣブラシレスモータ２０の回転が遊星歯車機構２４を介してスピンドル２５に伝達され、そのスピンドル２５の回転力が打撃力発生機構２６によって回転打撃力に変換されて、アンビル２７に伝えられる。アンビル２７は、ハウジング本体部１２の先端に設けられた軸受１２ｊによって、軸回りに回転自在、かつ軸方向に変位不能に支持されている。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（図示省略）を装着するためのチャック部２７ｔが設けられている。

＜ＤＣブラシレスモータ２０について＞
ＤＣブラシレスモータ２０は、図１に示すように、永久磁石を備える回転子２２と、駆動コイル２３ｃを備える固定子２３とから構成されている。固定子２３は、筒体部（図示省略）と、その筒体部の内周面から半径方向内側に突出した６本の歯部２３ｐとを備えており、それらの歯部２３ｐが回転子２２の周囲に等間隔で配置されている。そして、各々の歯部２３ｐに絶縁部材を介した状態で前記駆動コイル２３ｃが巻装されている。
また、固定子２３の後端部には、回転子２２の磁極の位置を検出するための磁気センサ３２がモータ用基板３３（後記する）を介して取付けられている。これにより、磁気センサ３２で回転子２２の磁極の位置を検出しながら、後記する駆動回路４０により各々の駆動コイル２３ｃに順番に電流を流すことで、前記回転子２２を回転させることができる。

＜磁気センサ３２ついて＞
磁気センサ３２は、３個一組で使用され、３個の磁気センサ３２が周方向に互いに等間隔で配置されている。３個の磁気センサ３２は、図３に示すリング状のモータ用基板３３に取付けられており、そのモータ用基板３３がＤＣブラシレスモータ２０の固定子２３と同軸の状態でその固定子２３の後端部にネジ止めされている（図１参照）。
また、モータ用基板３３には、駆動コイル２３ｃの巻き線と動力線４１（後記する）とを接続する中継部Ｔ（図３参照）が設けられている。
即ち、モータ用基板３３が、本願発明の第１の基板に相当する。

＜駆動回路４０ついて＞
ＤＣブラシレスモータ２０の駆動回路４０は、図２に示すように、電源回路部４２と、６台のスイッチング素子４４から構成された三相ブリッジ回路部４５と、その三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４を制御する制御回路部４６とを備えている。電源回路部４２は、前記電池パック内のバッテリ４２ｖから電池パック連結部１６のターミナル４２ｔを介して電動工具１０に供給された電力を受ける部分である。電源回路部４２は、前記ターミナル４２ｔに接続される電源線４２ｃと、電源線４２ｃに対して並列に接続された電源平滑用コンデンサ４３ｃと、電源線４２ｃに対して直列に接続された電流検出用のシャント抵抗４３ｓとを備えている。
三相ブリッジ回路部４５は、電源平滑用コンデンサ４３ｃと並列の状態で電源線４２ｃに接続されており、その三相ブリッジ回路部４５の三本の出力線４１（以下、動力線４１という）が上記したようにモータ用基板３３の中継部Ｔを介して対応する駆動コイル２３ｃの巻き線に接続されている。ここで、三相ブリッジ回路部４５のスイッチング素子４４としては、例えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が使用される。

制御回路部４６は、スイッチング素子４４を動作させるマイコンやＩＣ等の電子部品により構成されている。制御回路部４６は、上記した３個の磁気センサ３２の信号を受信し、その信号に基づいて三相ブリッジ回路部４５を構成する各々のスイッチング素子４４をオン・オフ制御する（白矢印参照）。これにより、固定子２３の各々の駆動コイル２３ｃに対し、順番に電流を流すことができるようになる。
また、制御回路部４６には、締付け速度切替え用や工具用ライトオンオフ用の各種のスイッチ４６ａ、４６ｂの信号が入力される。さらに、制御回路部４６には、締付け速度やバッテリ容量等を表示するＬＥＤ４６ｘ、４６ｙが組み込まれている。
ＤＣブラシレスモータ２０の駆動回路４０は、電子回路基板５０と、電力用回路基板６０とによってグリップ部１５内に設置されている。

＜電子回路基板５０について＞
電子回路基板５０は、駆動回路４０の制御回路部４６、各種のスイッチ４６ａ、４６ｂ、及びＬＥＤ４６ｘ、４６ｙが装着される基板である。電子回路基板５０は、図１に示すように、グリップ部１５の露出部位１５ｐの内側で、かつ電池パック連結部１６の上面に沿って寝かされた状態で取付けられている。
ここで、グリップ部１５の露出部位１５ｐの前部表面には、各種のスイッチ４６ａ、４６ｂを操作する操作部（図示省略）と、各種のＬＥＤ４６ｘ、４６ｙの表示を確認できる表示確認部（例えば、透明部）とが設けられている。
即ち、電子回路基板５０が、本願発明の第３の基板に相当する。

＜電力用回路基板６０について＞
電力用回路基板６０は、三相ブリッジ回路部４５を構成する６台のスイッチング素子４４と、電源回路部４２の電源平滑用コンデンサ４３ｃ、シャント抵抗４３ｓ等が装着される基板である。電力用回路基板６０は、図１に示すように、その基板面が前記モータ用基板３３の基板面と同様に電動工具１０の前方を指向した状態で、グリップ部１５の握り部位１５ｈの内側に起立した状態（握り部位１５ｈの長手方向に沿った状態）で位置決めされている。そして、電力用回路基板６０の左右両端縁がグリップ部１５の握り部位１５ｈの内壁面に支持されている。

電力用回路基板６０の基板前面には、３台のスイッチング素子４４が所定間隔をおいて縦方向に並べられた状態で取付けられており、その基板前面の下部に電源平滑用コンデンサ４３ｃが配置されている。また、電力用回路基板６０の基板後面には、図３に示すように、同じく３台のスイッチング素子４４が所定間隔をおいて縦方向に並べられた状態で取付けられており、その基板後面の下部にシャント抵抗４３ｓが配置されている。さらに、電力用回路基板６０の基板前面、基板後面に取付けられたスイッチング素子４４の表面は、図１に示すように、例えば、アルミ合金製の放熱板６５によって覆われている。
即ち、電力用回路基板６０が、本願発明の第２の基板に相当する。
また、電力用回路基板６０と電子回路基板５０とはフレキシブルな制御ケーブル６２によって電気的に接続されている。
さらに、電力用回路基板６０には、図３に示すように、駆動回路４０の電源線４２ｃの一端が接続されており、それらの電源線４２ｃの他端が、図２に示すように、電池パック連結部１６のターミナル４２ｔに接続されている。また、前記電力用回路基板６０とモータ用基板３３の中継部Ｔとは、図３に示すように、ほぼ平行に配置された３本の動力線４１によって接続されている。ここで、電力用回路基板６０とモータ用基板３３とは各々の基板面が共に前方を指向しているため、３本の動力線４１が捻じれるようなことがなく、配線スペースをコンパクトにできる。
即ち、本願発明の第２の基板の一面側とは、電力用回路基板６０の基板前面もしくは基板後面のどちらか一方のことである。

＜本実施形態に係る電動工具１０の長所について＞
本実施形態に係る電動工具１０によると、スイッチング素子４４は、図１に示すように、グリップ部１５の内部に配置されて、スイッチング素子４４を動作させる電子部品用の電子回路基板５０から離されている。このため、スイッチング素子４４の熱が制御回路部４６のマイコン等（電子部品）に伝わり難くなり、電子部品に対する熱保護対策を軽減できる。
また、スイッチング素子４４はグリップ部１５の内部に配置されているため、ＤＣブラシレスモータ２０の後方にスイッチング素子４４用の空間を設ける必要がなくなり、電動工具１０の全長寸法が大きくなることがない。

さらに、電力用回路基板６０はその幅方向における両端縁がグリップ部１５の内壁面に支持されているため、電力用回路基板６０とグリップ部１５との接触面積が小さくなり、スイッチング素子４４の熱がグリップ部１５に伝わり難くなる。
また、電力用回路基板６０の基板面がＤＣブラシレスモータ２０の端面に装着されたモータ用基板３３の基板面とほぼ同方向を指向しているため、電力用回路基板６０（スイッチング素子４４）とモータ用基板３３（ＤＣブラシレスモータ２０）をつなぐ三本の動力線４１に捻じれが生じ難く、配線スペースをコンパクトにできる。
また、スイッチング素子４４は、アルミ合金製の放熱板６５（放熱材）に覆われているため、スイッチング素子４４が高温になり難く、それらのスイッチング素子４４の熱がグリップ部１５に伝わり難くなる。

＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、スイッチング素子４４をアルミ合金製の放熱板６５で覆う例を示したが、前記放熱板６５を設ける代わりにグリップ部１５の内壁面を断熱材で覆う構成でも可能である。また、スイッチング素子４４をアルミ合金製の放熱板６５で覆った状態で、さらにグリップ部１５の内壁面を断熱材で覆う構成でも可能である。また、スイッチング素子４４を放熱板６５で覆う代わりに断熱材で覆う構成でも可能である。
また、本実施形態では、スイッチング素子４４を電力用回路基板６０の基板前面と基板後面とに３台づつ取付ける例を示したが、電力用回路基板を二枚作成して各々の電力用回路基板にスイッチング素子４４を３台づつ取付ける構成も可能である。これにより、スイッチング素子４４の冷却効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、電動工具１０としてインパクトドライバを例示したが、前記インパクトドライバ以外の電動工具に本発明を適用することも可能である。

１０・・・・電動工具
１２・・・・ハウジング本体部
１５・・・・グリップ部
１５ｈ・・・握り部位
１６・・・・電池パック連結部
２０・・・・ＤＣブラシレスモータ
３３・・・・モータ用基板（第１の基板）
４０・・・・駆動回路
４４・・・・スイッチング素子
４６・・・・制御回路部
５０・・・・電子回路基板（第３の基板）
６０・・・・電力用回路基板（第２の基板）
６５・・・・放熱板

Claims

ＤＣブラシレスモータを駆動源とし、前記ＤＣブラシレスモータを少なくとも３つのスイッチング素子により制御する構成の電動工具であって、
前記ＤＣブラシレスモータが収納される筒状のハウジング本体部と、前記ハウジング本体部の下部から下方へと突出するグリップ部とを備えており、
第１の基板を、前記ＤＣブラシレスモータに固定されるように、前記ハウジング本体部に配置し、
第２の基板を、前記第１の基板から離間するように、前記グリップ部内に配置し、
第３の基板を、前記第１の基板及び前記第２の基板から離間するように、前記グリップ部内に配置し、
前記第１の基板を前記ＤＣブラシレスモータに固定し、前記第２の基板を前記グリップ部の握り部位の左右方向に延びるように配置し、該第２の基板の１面側に前記少なくとも３つのスイッチング素子を装着し、
前記少なくとも３つのスイッチング素子の熱が、前記第２の基板の前記１面側に配置される１つの放熱材により放熱されるよう構成されていることを特徴とする電動工具。