JP5727064B2 - Electric tool - Google Patents
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Description
本発明は、駆動源であるDCブラシレスモータを収納するハウジング本体部と、前記ハウジング本体部の側部から突出するように形成されたグリップ部と、そのグリップ部を把持した状態で指が掛かる位置に設けられたスイッチ部と、前記DCブラシレスモータに電力を供給するバッテリと、前記DCブラシレスモータを制御するための三相ブリッジ回路と、前記三相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子と、前記三相ブリッジ回路に並列接続されるコンデンサとを備える電動工具に関する。 The present invention relates to a housing main body that houses a DC brushless motor that is a drive source, a grip that is formed so as to protrude from a side of the housing main body, and a position where a finger is applied while holding the grip. A switch unit provided in the battery, a battery for supplying power to the DC brushless motor, a three-phase bridge circuit for controlling the DC brushless motor, a switching element constituting the three-phase bridge circuit, and the three-phase The present invention relates to a power tool including a capacitor connected in parallel to a bridge circuit.
ネジ締めや穴あけ等を行うドライバやドリル等の多くの電動工具では、トリガ操作部を有するスイッチの引き代に応じてモータの回転数を制御するために、モータの印加電圧を可変させている。
一般的にモータへの印加電圧を可変にするため、スイッチング素子をパルス幅変調(PWM)方式にて制御している。このパルス幅変調方式にてスイッチング素子を駆動する際に、サージ電圧が発生する。さらに、パルス幅変調方式にてモータの印加電圧を制御する際に、スイッチング素子に流れる電流の値が大きいほど発生するサージ電圧が大きくなる。特に、電動工具に搭載されるような高出力モータの回転数を制御するため、大きな電流をスイッチング素子でオン・オフ制御する場合に、発生するサージ電圧が大きくなる。このサージ電圧を吸収するため、前記スイッチング素子から構成される三相ブリッジ回路と並列にコンデンサが接続されている。
ここで、前記スイッチング素子は、サージ電圧に対する耐圧が高いものは比較的大型で、前記耐圧の低いものは比較的小型である。耐圧の低い小型のスイッチング素子を使用する場合、それらのスイッチング素子をコンパクトに収納できる利点はあるが、サージ電圧を抑えるために最大電流が制限されるとともに、容量の大きなコンデンサが必要となる。即ち、スイッチング素子をコンパクトにすると、一般的にコンデンサが大型化する。
特許文献1に記載された電動工具では、大容量のコンデンサを使用するため、図4に示すように、コンデンサ108をグリップ部103の下部に配置している。そして、スイッチング素子から構成された三相ブリッジ回路が装着された電気回路基板106をDCブラシレスモータ105の近傍で、ハウジング本体部101とグリップ部103との境界部分に配置している。
In many electric tools such as a screwdriver or a drill that performs screw tightening or drilling, the applied voltage of the motor is varied in order to control the rotation speed of the motor in accordance with the pulling margin of the switch having the trigger operation section.
Generally, in order to make the voltage applied to the motor variable, the switching element is controlled by a pulse width modulation (PWM) method. When the switching element is driven by this pulse width modulation method, a surge voltage is generated. Furthermore, when the voltage applied to the motor is controlled by the pulse width modulation method, the surge voltage generated increases as the value of the current flowing through the switching element increases. In particular, in order to control the rotation speed of a high-output motor mounted on an electric tool, when a large current is controlled to be turned on / off by a switching element, a generated surge voltage is increased. In order to absorb this surge voltage, a capacitor is connected in parallel with the three-phase bridge circuit composed of the switching elements.
Here, the switching element having a high breakdown voltage against a surge voltage is relatively large, and the switching element having a low breakdown voltage is relatively small. When small switching elements having a low withstand voltage are used, there is an advantage that these switching elements can be accommodated in a compact manner, but in order to suppress the surge voltage, a maximum current is limited and a capacitor having a large capacity is required. That is, if the switching element is made compact, the capacitor generally increases in size.
In the electric power tool described in Patent Document 1, since a large-capacity capacitor is used, the
上記した電動工具では、三相ブリッジ回路が装着された電気回路基板106からコンデンサ108までの距離が長いため、両者106,108を接続するリード線の長さ寸法が大きくなる。リード線は、抵抗成分(R)とインダクタンス成分(L)とにより等価的に表され、前記リード線が長くなると、それに比例して抵抗成分(R)とインダクタンス成分(L)とが大きくなる。特に、インダクタンス成分(L)が大きくなると、前記スイッチング素子が動作する際に発生するサージ電圧(e=Ldi/dt)が大きくなる。
このため、前記リード線が長く、パルス幅変調制御時にスイッチング素子に流れる電流が大きいと、スイッチング素子の耐圧、及び三相ブリッジ回路に並列接続されているコンデンサの容量を決定する際に不利となる。
また、比較的小型で耐圧の低いスイッチング素子を使用する場合、スイッチング素子に流れる電流を制御しなければならず、電動工具に搭載されるような高出力モータの性能を十分に引き出すことができなくなる。さらに、バッテリ電圧の高電圧化に対しても不利となる。
In the electric power tool described above, since the distance from the
For this reason, if the lead wire is long and the current flowing through the switching element during pulse width modulation control is large, this is disadvantageous in determining the breakdown voltage of the switching element and the capacitance of the capacitor connected in parallel to the three-phase bridge circuit. .
In addition, when using a switching element that is relatively small and has a low withstand voltage, the current flowing through the switching element must be controlled, and the performance of a high-output motor that is mounted on an electric tool cannot be fully exploited. . Furthermore, it is disadvantageous for increasing the battery voltage.
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、スイッチング素子が動作することにより発生するサージ電圧を極力低く抑えることで、スイッチング素子の耐圧を低く、さらにコンデンサの容量を比較的小さくできるようにすることである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the problem to be solved by the present invention is to suppress the surge voltage generated by the operation of the switching element as low as possible. And to make the capacitance of the capacitor relatively small.
上記した課題は、以下の発明によって解決される。
第1の発明は、駆動源であるDCブラシレスモータを収納するハウジング本体部と、ハウジング本体部の側部から突出するように形成されたグリップ部と、そのグリップ部を把持した状態で指が掛かる位置に設けられたスイッチ部と、DCブラシレスモータに電力を供給するバッテリと、DCブラシレスモータを制御するための三相ブリッジ回路と、三相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子と、三相ブリッジ回路に並列接続されるコンデンサとを備える電動工具である。
第1の発明では、三相ブリッジ回路は、ハウジング本体部内でDCブラシレスモータの近傍に配置されている。
第1の発明では、コンデンサは、スイッチ部の位置、あるいはスイッチ部よりも三相ブリッジ回路に近い位置に配置されている。
第1の発明では、コンデンサと三相ブリッジ回路とを電気的に接続する導電体は、コンデンサと三相ブリッジ回路とを最短距離で接続するように構成されている。
The above-described problems are solved by the following invention.
In the first invention, a housing body portion that houses a DC brushless motor that is a driving source, a grip portion that is formed so as to protrude from a side portion of the housing body portion, and a finger is applied while gripping the grip portion. A switch unit provided at a position, a battery for supplying power to the DC brushless motor, a three-phase bridge circuit for controlling the DC brushless motor, a switching element constituting the three-phase bridge circuit, and a three-phase bridge circuit It is an electric tool provided with the capacitor | condenser connected in parallel.
In the first invention, the three-phase bridge circuit is disposed in the vicinity of the DC brushless motor in the housing body.
In the first invention, the capacitor is disposed at the position of the switch section or at a position closer to the three-phase bridge circuit than the switch section.
In the first invention, the conductor that electrically connects the capacitor and the three-phase bridge circuit is configured to connect the capacitor and the three-phase bridge circuit at the shortest distance.
第1の発明によると、コンデンサは、スイッチ部の位置、あるいはスイッチ部よりも三相ブリッジ回路に近い位置に配置されている。即ち、コンデンサは三相ブリッジ回路の近傍に配置されている。また、リード線等の導電体は、コンデンサと三相ブリッジ回路とを最短距離で接続するように構成されている。これにより、コンデンサと三相ブリッジ回路とを接続するリード線等の導電体の長さ寸法を極力小さくできる。この結果、前記導電体のインダクタンス成分(L)が小さくなり、前記三相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子が動作する際にインダクタンス成分(L)に起因して発生するサージ電圧(e=Ldi/dt)を小さくできる。したがって、前記スイッチング素子の耐圧を低く、さらにコンデンサの容量を比較的小さくできるようになる。 According to the first invention, the capacitor is disposed at the position of the switch section or at a position closer to the three-phase bridge circuit than the switch section. That is, the capacitor is disposed in the vicinity of the three-phase bridge circuit. The conductor such as a lead wire is configured to connect the capacitor and the three-phase bridge circuit with the shortest distance. Thereby, the length dimension of conductors, such as a lead wire which connects a capacitor | condenser and a three-phase bridge circuit, can be made as small as possible. As a result, the inductance component (L) of the conductor is reduced, and a surge voltage (e = Ldi / dt) generated due to the inductance component (L) when the switching element constituting the three-phase bridge circuit operates. ) Can be reduced. Therefore, the withstand voltage of the switching element can be lowered, and the capacitance of the capacitor can be made relatively small.
第2の発明は、第1の発明において、三相ブリッジ回路は、DCブラシレスモータの後方に配置されており、コンデンサは、スイッチ部の電気回路基板又は端子に取付けられていることを特徴とする。
このように、三相ブリッジ回路はDCブラシレスモータの後方に配置されているため、モータ冷却用ファンによって効率的にスイッチング素子を冷却することができる。
また、コンデンサは、スイッチ部の電気回路基板又は端子に取付けられて、ハウジング本体部の外にあるため、前記ハウジング本体部をコンパクトにできる。
According to a second aspect, in the first aspect, the three-phase bridge circuit is disposed behind the DC brushless motor, and the capacitor is attached to an electric circuit board or a terminal of the switch unit. .
Thus, since the three-phase bridge circuit is disposed behind the DC brushless motor, the switching element can be efficiently cooled by the motor cooling fan.
Further, since the capacitor is attached to the electric circuit board or the terminal of the switch unit and is outside the housing main body, the housing main body can be made compact.
第3の発明は、第1の発明において、三相ブリッジ回路は、DCブラシレスモータの後方に配置されており、コンデンサは、ハウジング本体部とグリップ部との境界位置に配置されていることを特徴とする。
このように、コンデンサがハウジング本体部とグリップ部との境界位置に配置されているため、コンデンサをスイッチ部の電気回路基板に取付ける場合と比較してリード線等を短くできる。
第4の発明は、第1の発明において、三相ブリッジ回路は、DCブラシレスモータの後方に配置されており、コンデンサは、三相ブリッジ回路が装着される電気回路基板に取付けられていることを特徴とする。
これにより、コンデンサと三相ブリッジ回路間の導電体長を最小にできる。
According to a third aspect, in the first aspect, the three-phase bridge circuit is disposed behind the DC brushless motor, and the capacitor is disposed at a boundary position between the housing main body portion and the grip portion. And
Thus, since the capacitor is disposed at the boundary position between the housing main body and the grip portion, the lead wire and the like can be shortened as compared with the case where the capacitor is attached to the electric circuit board of the switch portion.
According to a fourth aspect, in the first aspect, the three-phase bridge circuit is disposed behind the DC brushless motor, and the capacitor is attached to an electric circuit board on which the three-phase bridge circuit is mounted. Features.
This minimizes the conductor length between the capacitor and the three-phase bridge circuit.
本発明によると、スイッチング素子が動作することにより発生するサージ電圧を低く抑えることができるため、前記スイッチング素子の耐圧を低く、さらにコンデンサの容量を比較的小さくできる。 According to the present invention, since the surge voltage generated by the operation of the switching element can be kept low, the withstand voltage of the switching element can be lowered and the capacitance of the capacitor can be made relatively small.
[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は変更例に係る電動工具の模式図である。
[Embodiment 1]
Hereinafter, the power tool according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The electric tool according to the present embodiment is a rotary impact tool (impact driver) using a DC brushless motor as a drive source. Here, FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the electric power tool according to the first embodiment, and FIG. 2 is a drawing showing a configuration of a drive circuit of the DC brushless motor. FIG. 3 is a schematic view of an electric tool according to a modification.
<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)側に位置する下端部位15pとから構成されている。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部18が設けられている。
また、グリップ部15の下端部位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、その下端部位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。
<About the outline of electric tools>
As shown in FIG. 1, the
Further, the
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。
In the housing
<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。回転子22の回転軸22jには、固定子23の前側位置にモータ冷却用ファン22fが同軸に設けられている。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、各々の歯部23pに絶縁部材を介した状態で駆動コイル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三個の磁気センサ32と、モータ駆動回路40の三相ブリッジ回路部45等とが電気回路基板30によっ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、モータ駆動回路40により各々の駆動コイル23cに順番に電流を流し、前記回転子22を回転させることができる。
<About
As shown in FIG. 1, the
At the rear end of the
<モータ駆動回路40ついて>
DCブラシレスモータ20のモータ駆動回路40は、図2に示すように、電源部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コンデンサ43cとを備えている。
三相ブリッジ回路部45は、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。
<About the
As shown in FIG. 2, the
The three-phase
制御回路部46は、トリガ形式のスイッチ部18の動作信号に基づいて、前記スイッチング素子44を動作させるマイコンやIC等の電子部品から構成されている。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、DCブラシレスモータ20の各駆動コイル23cには、所定の切替え速度で順番に電流が流されるようになる。
また、制御回路部46には、締付け速度切替え用等の各種のスイッチ46a、46bの信号が入力される。
The
The
トリガ形式のスイッチ部18は、図1に示すように、トリガレバー18rと、そのトリガレバー18rの動きを電気信号に変換して制御回路部46に伝送する電気回路基板18cとから構成されている。そして、前記電気回路基板18cに電源部42のコンデンサ43cが電気的に絶縁された状態で取付けられている。
コンデンサ43cは、固定子23の後端部に設けられた電気回路基板30の三相ブリッジ回路部45と電源線42c(リード線R(図2のR部参照))によって並列に接続されている。そして、コンデンサ43cと三相ブリッジ回路部45とを接続するリード線Rがハウジング11内を最短距離で配線されている。
即ち、電源線42c(リード線R)が本発明の導電体に相当する。
As shown in FIG. 1, the trigger-
The
That is, the
<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、コンデンサ43cは、スイッチ部18の位置に配置されている。即ち、コンデンサ43cは三相ブリッジ回路部45の比較的近傍に配置されている。また、リード線R等の導電体は、コンデンサ43cと三相ブリッジ回路部45とを最短距離で接続するように構成されている。これにより、コンデンサ43cと三相ブリッジ回路部45とを接続するリード線R(導電体)の長さ寸法を極力小さくできる。この結果、リード線R(導電体)のインダクタンス成分(L)が小さくなり、スイッチング素子44が動作する際にインダクタンス成分(L)に起因して発生するサージ電圧(e=Ldi/dt)を小さくできる。したがって、スイッチング素子44の耐圧を低く、さらにコンデンサ43cの容量を比較的小さくできるようになる。
<Advantages of the
According to the
また、三相ブリッジ回路部45はDCブラシレスモータ20の後方に配置されているため、モータ冷却用ファン22fによって効率的にスイッチング素子44を冷却することができる。さらに、コンデンサ43cは、スイッチ部18の電気回路基板18cに取付けられて、ハウジング本体部12の外にあるため、そのハウジング本体部12をコンパクトにできる。
Further, since the three-phase
<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、コンデンサ43cをスイッチ部18の電気回路基板18cに取付ける例を示したが、図3(A)に示すように、ハウジング本体部12とグリップ部15との境界位置にコンデンサ43cを配置することも可能である。これにより、コンデンサ43cをスイッチ部18の電気回路基板18cに取付ける場合と比較してリード線Rを短くできる。
また、図3(B)に示すように、コンデンサ43cを三相ブリッジ回路部45が装着されている電気回路基板30に取付けることも可能である。これにより、コンデンサ43cと三相ブリッジ回路部45間の導電体長を最小にできる。
また、本実施形態では、電動工具の一例としてDCブラシレスモータ20を駆動源とする回転打撃工具(インパクトドライバ)を例示したが、DCブラシレスモータ20を使用したスクリュードライバやドリル等に本発明を適用することも可能である。
<Example of change>
Here, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the present embodiment, the example in which the
Further, as shown in FIG. 3B, the
In the present embodiment, a rotary impact tool (impact driver) using the
10・・・・電動工具
12・・・・ハウジング本体部
15・・・・グリップ部
18・・・・スイッチ部
18c・・・電気回路基板
20・・・・DCブラシレスモータ
30・・・・電気回路基板
42v・・・バッテリ
42c・・・電源線(リード線R)(導電体)
43c・・・コンデンサ
44・・・・スイッチング素子
45・・・・三相ブリッジ回路部(三相ブリッジ回路)
DESCRIPTION OF
43c ...
Claims (7)
前記本体部に収納され、固定子と、回転軸を有する回転子と、を有するDCブラシレスモータと、
前記グリップ部に固定されるバッテリと、
前記グリップ部に設けられ、前記DCブラシレスモータの起動停止操作を行うためのスイッチ部と、
前記DCブラシレスモータの端部に配置され、スイッチング素子で構成される三相ブリッジ回路を有する電気回路基板と、有し、
前記電気回路基板にリード線を経て接続されるコンデンサを、前記スイッチ部の位置、若しくは該スイッチ部よりも前記DCブラシレスモータに接近させた位置に配置した電動工具。 A housing having a body portion and a grip portion;
A DC brushless motor housed in the main body and having a stator and a rotor having a rotation shaft;
A battery fixed to the grip portion;
A switch part provided in the grip part for performing start-stop operation of the DC brushless motor;
An electric circuit board having a three-phase bridge circuit arranged at an end of the DC brushless motor and composed of switching elements ;
The electric tool which has arrange | positioned the capacitor | condenser connected to the said electric circuit board via a lead wire in the position of the said switch part, or the position close | similar to the said DC brushless motor rather than this switch part .
前記電気回路基板にリード線を経て接続されるコンデンサを、前記DCブラシレスモータの起動停止操作用のスイッチ部の位置、若しくは該スイッチ部よりも前記DCブラシレスモータに接近させた位置に配置した電動工具。 A DC brushless motor that is housed in the housing and has a stator and a rotor having a rotating shaft, a battery that is fixed to the housing, and an end of the DC brushless motor. three-phase bridge circuit configured with an switching element includes an electric circuit board the magnetic sensor is al provided on the other surface, and
A power tool in which a capacitor connected to the electric circuit board via a lead wire is disposed at a position of a switch part for starting and stopping the DC brushless motor or at a position closer to the DC brushless motor than the switch part. .
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