JP5974456B2

JP5974456B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP5974456B2
Application number: JP2011256019A
Authority: JP
Inventors: 加藤　浩二; 浩二加藤; 一弥坂巻
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: JP2013107183A

Description

この発明は、モータを有する電動工具に関するものである。

従来、ブラシレスＤＣモータなどのモータを備えた電動工具が知られている。こうした電動工具においてモータを精密に回転制御し、例えば、バッテリ出力が下がってきた場合でも回転数を一定に保ち続けるためには、ブラシレスＤＣモータを駆動するＦＥＴなどのスイッチング素子を頻繁にＯＮ／ＯＦＦさせる必要がある。

しかしながら、スイッチング素子を頻繁にＯＮ／ＯＦＦさせると、スイッチング損失により大きな発熱を伴うこととなる。このため、精密な回転制御を行うことでユーザの細かな使い勝手に応えようとすると、スイッチング素子を実装したモータ制御基板を効率的に冷却する必要がある。

モータ制御基板を効率的に冷却する方法としては、冷却ファンが生成する冷却風によって冷却する方法が知られている。冷却ファンは、モータや制御基板を冷却するための冷却風を生成するものであり、ハウジングに設けられた吸気孔から外部の冷たい空気を吸い込み、この冷たい空気でモータや制御基板を冷却したのち、冷却に使用した空気をハウジングに設けられた排気孔より排気するためのものである。

例えば特許文献１には、冷却ファン及びモータ制御基板をモータと同軸上に配置し、冷却ファンが生成する冷却風によってモータ制御基板及びモータを冷却するようにした電動工具が開示されている。

特開２０１１−１４２８０１号公報

しかし、上記した特許文献１記載の電動工具のように、モータ制御基板をモータと同軸上に配置すると、モータ制御基板を効率的に冷却することはできるが、モータの軸方向に工具が大きくなってしまい、工具全長短縮を妨げるという問題があった。

そこで、本発明は、冷却ファンが生成する冷却風によってモータ制御基板を効率的に冷却することができるとともに、工具の全長を短縮することができる電動工具を提供することを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、以下を特徴とする。

（請求項１）
請求項１に記載の発明は、以下の点を特徴とする。

すなわち、請求項１に記載の電動工具は、ハウジングと、前記ハウジングに収容されるモータと、前記モータと同軸上に配置された冷却ファンと、前記モータを作動させるためのトリガスイッチと、前記モータを駆動するスイッチング素子を実装した薄板状のモータ制御基板と、を備え、前記ハウジングは、前記モータ及び前記冷却ファンを収容する出力部と、前記出力部に直交するように接続されて前記トリガスイッチを収容するグリップ部と、を備え、前記モータ制御基板は、前記出力部と前記グリップ部との接続位置において、表面が前記モータに臨むように前記モータと前記トリガスイッチとの間の空間に配置され、前記ハウジングには、前記モータ制御基板の側部に開口するように吸気孔が設けられるとともに、前記冷却ファンの側部に開口するように排気孔が設けられ、前記冷却ファンによって前記吸気孔から吸い込まれた冷却風が、前記モータ制御基板付近から前記モータを経由し、前記排気孔を通って外部へと排気されることを特徴とする。

（請求項２）
請求項２に記載の発明は、上記した請求項１記載の発明の特徴点に加え、以下の点を特徴とする。

すなわち、前記モータは３相交流モータであり、前記モータ制御基板には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれについて、２つのスイッチング素子とモータ接続端子とが実装されており、前記スイッチング素子と前記モータ接続端子とは、各相ごとに集約して配置されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明は上記の通りであり、前記モータ制御基板は、前記出力部と前記グリップ部との接続位置において、表面が前記モータに臨むように前記モータと前記トリガスイッチとの間の空間に配置されているので、冷却ファンが生成する冷却風によってモータとモータ制御基板とを効率的に冷却することができる。このため、モータ制御基板が精密な回転制御を行うことにより発熱が大きくなった場合でも対応できるので、ユーザの細かな使い勝手に応えることができる。

また、モータ制御基板がモータと同軸上に配置されていないので、工具全長を短縮することができ、電動工具を小型化することができる。
また、前記ハウジングには、前記モータ制御基板の側部に開口するように吸気孔が設けられており、前記冷却ファンを作動させたときに前記吸気孔から吸気を行えるようにしている。このため、モータ制御基板に確実に冷却風が当たるので、モータ制御基板を効率的に冷却することができる。

また、請求項２に記載の発明は上記の通りであり、前記スイッチング素子と前記モータ接続端子とは、各相ごとに集約して配置されているので、モータ制御基板の面積を最小化できる。これにより、モータ制御基板を配置するための空間が小さい場合でも、モータ制御基板を小型化して収容することができる。

電動工具の外観図である。電動工具の内部構造を示す図である。モータ制御基板の回路の概略図である。モータ制御基板の外観図である。第１の変形例に係るモータ制御基板の外観図である。第２の変形例に係るモータ制御基板の外観図である。第３の変形例に係るモータ制御基板の外観図である。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。

本実施形態に係る電動工具１０は、モータ１５を搭載したインパクトドライバであり、図２に示すように、ハウジング１１の内部にモータ１５などを内蔵したものとなっている。

ハウジング１１は、図１に示すように、筒状の出力部１２と、この出力部１２の下部に出力部１２と略直交する方向に延びるグリップ部１３と、グリップ部１３の下部に設けられた電池パック取付部１４と、を備えている。

出力部１２には、図２に示すように、モータ１５が内蔵されており、このモータ１５の回転軸と同軸上に、冷却ファン１７、スピンドル、打撃機構、アンビルが直列に設けられている。また、モータ１５の下部には、モータ１５を制御するためのモータ制御基板３０が配置されている。詳しくは、モータ制御基板３０は、出力部１２とグリップ部１３との接続位置において、表面がモータ１５に臨むようにモータ１５とトリガスイッチ２１との間の空間に配置されている。このモータ制御基板３０は、電線等を介して後述するトリガスイッチ２１や操作基板、バッテリと接続されている。

アンビルの先端部には出力軸１６が形成されており、図示しないドライバビット（先端工具）が装着可能となっている。この出力軸１６にドライバビットを取り付けた状態でモータ１５を回転させると、モータ１５の駆動力によりドライバビットが回転し、ネジ締めができるように形成されている。

冷却ファン１７は、出力部１２の最後部に配置されており、モータ１５が回転したときに同時に回転する。これにより、ハウジング１１の側部に開口する吸気孔１９（図１参照）から外部の空気を吸い込み、吸い込んだ空気をハウジング１１の側部に開口する排気孔２０（図１参照）から外部へと排出する。

なお、吸気孔１９はモータ制御基板３０の側部に設けられており、排気孔２０は冷却ファン１７の側部に設けられている。これにより、冷却ファン１７を作動させたときに、冷却ファン１７によって吸気孔１９から吸い込まれた冷却風は、モータ制御基板３０付近からモータ１５の内部を経由し、排気孔２０を通って外部へと排気され、モータ制御基板３０とモータ１５のコイルとを効率的に冷却するように形成されている。

この出力部１２の下部に設けられたグリップ部１３は、電動工具１０を把持するための部位である。このグリップ部１３の出力部１２との境目付近には、図１に示すように、前方にトリガスイッチ２１が配置されている。

このトリガスイッチ２１は、モータ１５を作動させるためのものであり、図２に示すように、スイッチの接点を収容した箱状のスイッチ本体２２と、このスイッチ本体２２に対して押し込み操作可能なトリガ部２３と、を備えている。このトリガスイッチ２１は、グリップ部１３の内部に収容されているものの、トリガ部２３がハウジング１１の外部に突出しており、操作可能となっている。このトリガ部２３を引き操作することで、モータ１５が回転を始め、電動工具１０が作動を開始するようになっている。このトリガ部２３は、グリップ部１３を握ったときにちょうど人差し指がかかる位置に配設されている。

上記したグリップ部１３の更に下部に設けられた電池パック取付部１４は、図示しない電池パックを下面に着脱させる部位である。この電池パック取付部１４の上面側には、図１に示すように、操作パネル１８が設けられている。この操作パネル１８には、回転モードを変更するためのモード設定ボタンなどが設けられている。

この操作パネル１８の裏側に位置する電池パック取付部１４の内部には、操作パネル１８の各ボタンやランプが接続された操作基板が内蔵されている。

ところで、上記したモータ１５は、３相交流のブラシレスＤＣモータであり、ＦＥＴなどのスイッチング素子３１〜３６をＯＮ／ＯＦＦすることで駆動される。このスイッチング素子３１〜３６は、前記したモータ制御基板３０に実装されている。

このモータ制御基板３０は、図４に示すように、方形の薄板状であり、その表面に、モータ１５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子３１〜３６が実装されている。

このうちの３つのスイッチング素子３１〜３３は、ドレインＤがバッテリのプラス極側に接続されており、ソースＳが他の３つのスイッチング素子３４〜３６のドレインＤに接続されている（図３参照）。具体的には、スイッチング素子３１のソースＳがスイッチング素子３４のドレインＤに、スイッチング素子３２のソースＳがスイッチング素子３５のドレインＤに、スイッチング素子３３のソースＳがスイッチング素子３６のドレインＤに接続されている。そして、スイッチング素子３４〜３６のソースＳは、バッテリのマイナス極側に接続されている。

なお、６個のスイッチング素子３１〜３６の各ゲートＧは、モータ制御基板３０に搭載される制御信号出力回路（図示せず）に接続され、通電が制御される。

また、モータ制御基板３０は、モータ１５のＵ相のコイルに接続されるモータ接続端子３７と、モータ１５のＶ相のコイルに接続されるモータ接続端子３８と、モータ１５のＷ相のコイルに接続されるモータ接続端子３９と、の３つのモータ接続端子３７〜３９を有している。

そして、スイッチング素子３１とスイッチング素子３４との接続点は、モータ接続端子３７に接続されている。これにより、スイッチング素子３１、スイッチング素子３４、モータ接続端子３７がＵ相に割り当てられている。

また、スイッチング素子３２とスイッチング素子３５との接続点は、モータ接続端子３８に接続されている。これにより、スイッチング素子３２、スイッチング素子３５、モータ接続端子３８がＶ相に割り当てられている。

また、スイッチング素子３３とスイッチング素子３６との接続点は、モータ接続端子３９に接続されている。これにより、スイッチング素子３３、スイッチング素子３６、モータ接続端子３９がＷ相に割り当てられている。

本実施形態においては、各相に割り当てられたスイッチング素子３１〜３６とモータ接続端子３７〜３９とを各相ごとに集約して配置することで、基板上の通電路の距離を短くし、モータ制御基板３０の表面積を小さくしている。

各相ごとに集約して配置する具体的な方法としては、以下のようにすればよい。

すなわち、ある相（例えばＵ相）に割り当てられたモータ接続端子３７とプラス極側に接続された３つのスイッチング素子３１〜３３との位置関係を見たときに、当該相（Ｕ相）に割り当てられたスイッチング素子３１が他のスイッチング素子３２，３３よりも当該モータ接続端子３７に近い位置に配置されていればよい。

同様に、ある相（例えばＵ相）のモータ接続端子３７とマイナス極側に接続された３つのスイッチング素子３４〜３６との位置関係は、当該相（Ｕ相）のスイッチング素子３４が他のスイッチング素子３５，３６よりも当該モータ接続端子３７に近い位置に配置されていればよい。

具体的には、図４に示すように、方形のモータ制御基板３０の一辺を形成する縁部に３つのモータ接続端子３７〜３９を並べて形成し、Ｕ相に割り当てられたモータ接続端子３７と連続するようにＵ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３１，３４を並べ、Ｖ相に割り当てられたモータ接続端子３８と連続するようにＶ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３２，３５を並べ、Ｗ相に割り当てられたモータ接続端子３９と連続するようにＷ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３３，３６を並べるように配置してもよい。このとき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に割り当てられた２個１組のスイッチング素子を段違いに配置することで、スイッチング素子同士を接続する通電路パターンを最短距離としてもよい。

また、図４に示す態様に限らず、例えば図５〜７に示すような配置を採用してもよい。

すなわち、図５に示すように、モータ接続端子３７〜３９をモータ制御基板３０の一辺に形成するのではなく、モータ制御基板３０の表面に形成してもよい。具体的には、Ｕ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３１，３４の間にＵ相に割り当てられたモータ接続端子３７を配置し、Ｖ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３２，３５の間にＶ相に割り当てられたモータ接続端子３８を配置し、Ｗ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３３，３６の間にＷ相に割り当てられたモータ接続端子３９を配置してもよい。このとき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に割り当てられた２個１組のスイッチング素子を段違いに配置することで、スイッチング素子同士を接続する通電路パターンを最短距離としてもよい。

また、図６に示すように、方形のモータ制御基板３０の一辺を形成する縁部に３つのモータ接続端子３７〜３９を並べて形成し、Ｕ相に割り当てられたモータ接続端子３７と連続するようにＵ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３１，３４を並べ、Ｖ相に割り当てられたモータ接続端子３８と連続するようにＶ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３２，３５を並べ、Ｗ相に割り当てられたモータ接続端子３９と連続するようにＷ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３３，３６を並べるように配置するとともに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に割り当てられた２個１組のスイッチング素子を段違いに配置せず、平行に配置してもよい。

また、図７に示すように、Ｕ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３１，３４の間にＵ相に割り当てられたモータ接続端子３７を配置し、Ｖ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３２，３５の間にＶ相に割り当てられたモータ接続端子３８を配置し、Ｗ相に割り当てられた２つのスイッチング素子３３，３６の間にＷ相に割り当てられたモータ接続端子３９を配置するとともに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に割り当てられた２個１組のスイッチング素子を段違いに配置せず、平行に配置してもよい。

本実施形態は上記の通りであり、モータ制御基板３０は、出力部１２とグリップ部１３との接続位置において、表面がモータ１５に臨むようにモータ１５とトリガスイッチ２１との間の空間にのみ配置されているので、冷却ファン１７が生成する冷却風によってモータ１５とモータ制御基板３０とを効率的に冷却することができる。このため、モータ制御基板３０が精密な回転制御を行うことにより発熱が大きくなった場合でも対応できるので、ユーザの細かな使い勝手に応えることができる。

また、モータ制御基板３０がモータ１５と同軸上に配置されていない（モータ制御基板３０がモータ１５とトリガスイッチ２１との間の空間にのみ配置されており、モータ１５の軸方向に投影したときにモータ制御基板３０とモータ１５とが重ならないように配置されている）ので、工具全長を短縮することができ、電動工具１０を小型化することができる。

また、スイッチング素子３１〜３６とモータ接続端子３７〜３９とは、各相ごとに集約して配置されているので、モータ制御基板３０の面積を最小化できる。これにより、モータ制御基板３０を配置するための空間が小さい場合でも、モータ制御基板３０を小型化して収容することができる。

また、ハウジング１１には、モータ制御基板３０の側部に開口するように吸気孔１９が設けられており、冷却ファン１７を作動させたときに吸気孔１９から吸気を行えるようにしている。このため、モータ制御基板３０に実装されたスイッチング素子３１〜３６に確実に冷却風が当たって流通するので、モータ制御基板３０を効率的に冷却することができる。

１０電動工具
１１ハウジング
１２出力部
１３グリップ部
１４電池パック取付部
１５モータ
１６出力軸
１７冷却ファン
１８操作パネル
１９吸気孔
２０排気孔
２１トリガスイッチ
２２スイッチ本体
２３トリガ部
３０モータ制御基板
３１〜３６スイッチング素子
３７〜３９モータ接続端子
Ｓソース
Ｄドレイン
Ｇゲート

Claims

ハウジングと、
前記ハウジングに収容されるモータと、
前記モータと同軸上に配置された冷却ファンと、
前記モータを作動させるためのトリガスイッチと、
前記モータを駆動するスイッチング素子を実装した薄板状のモータ制御基板と、
を備え、
前記ハウジングは、前記モータ及び前記冷却ファンを収容する出力部と、前記出力部に直交するように接続されて前記トリガスイッチを収容するグリップ部と、を備え、
前記モータ制御基板は、前記出力部と前記グリップ部との接続位置において、表面が前記モータに臨むように前記モータと前記トリガスイッチとの間の空間に配置され、
前記ハウジングには、前記モータ制御基板の側部に開口するように吸気孔が設けられるとともに、前記冷却ファンの側部に開口するように排気孔が設けられ、前記冷却ファンによって前記吸気孔から吸い込まれた冷却風が、前記モータ制御基板付近から前記モータを経由し、前記排気孔を通って外部へと排気されることを特徴とする、電動工具。
前記モータは３相交流モータであり、
前記モータ制御基板には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれについて、２つのスイッチング素子とモータ接続端子とが実装されており、
前記スイッチング素子と前記モータ接続端子とは、各相ごとに集約して配置されていることを特徴とする、請求項１記載の電動工具。