WO2012128004A1 - 電動工具 - Google Patents

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WO2012128004A1
WO2012128004A1 PCT/JP2012/055052 JP2012055052W WO2012128004A1 WO 2012128004 A1 WO2012128004 A1 WO 2012128004A1 JP 2012055052 W JP2012055052 W JP 2012055052W WO 2012128004 A1 WO2012128004 A1 WO 2012128004A1
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WO
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cooling air
circuit board
heat radiating
radiating member
air passage
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PCT/JP2012/055052
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English (en)
French (fr)
Inventor
宏司 松本
Original Assignee
パナソニックEsパワーツール株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25FCOMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/008Cooling means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33Drive circuits, e.g. power electronics

Definitions

  • the present invention relates to an electric tool provided with a brushless motor.
  • a small and long-life brushless motor is preferably used.
  • a circuit board provided with a switching element is required, and since this switching element generates heat, cooling measures are required.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2004-357371 includes a heat radiating member that conducts heat generated by the switching element, and cools the switching element by applying cooling air to the heat radiating member. Are disclosed.
  • This invention is invented in view of the said problem, and makes it a subject to provide the electric tool which can raise the cooling efficiency of a switching element, suppressing the enlargement of the whole apparatus.
  • the electric tool of the present invention has the following configuration.
  • the power tool of the present invention includes a brushless motor in which a rotor is surrounded by a cylindrical stator in a body housing, a circuit board having a switching element for controlling the rotation of the rotor, and heat radiation transferred from the switching element.
  • the circuit board is formed so as to flow through a surface facing the brushless motor side.
  • the cooling air passage is preferably formed such that the cooling air flows through a gap between the stator and the rotor after passing through a surface of the circuit board facing the brushless motor.
  • the body housing further includes a rotating shaft to which the rotor is fixed, a bearing that rotatably supports the rotating shaft, and a bearing holding portion that holds the bearing, and the cooling air passage includes: It is preferable that the cooling air is formed so as to flow along the bearing holding portion.
  • the heat radiating member has a ridge along the flow direction in the cooling air passage.
  • the circuit board has a first surface and a second surface that is opposite to the first surface, and the heat dissipation member is formed in a plate shape, and the first surface and the first surface are
  • the circuit board has a second surface that is an opposite surface, and the circuit board has a second surface facing the brushless motor side, and a first gap is formed between the outer peripheral edge and the inner surface of the body housing.
  • the switching element is mounted on the first surface of the circuit board, and the heat dissipation member has a second surface facing the first surface of the circuit board and an outer peripheral edge thereof. It is preferable that a second gap is formed between the inner surface of the trunk housing.
  • the cooling air passage passes through the second and first gaps after the cooling air flows from the center side to the outer peripheral side of the heat dissipation member on the first surface side of the circuit board. It is formed so as to flow along the circuit board on the second surface side of the circuit board.
  • the cooling air passage is preferably formed so that the cooling air flows from the direction intersecting the first surface of the heat radiating member toward the center of the heat radiating member.
  • a rib configured to protrude toward the stator and restrict the flow of the cooling air is formed on the inner surface of the body housing.
  • the cooling air passage is formed so that the cooling air flows in a direction toward the bearing holding portion.
  • the switching element is thermally coupled to the heat radiating member.
  • the body housing further includes a rotating shaft to which the rotor is fixed, and the cooling fan is fixed to the rotating shaft.
  • the present invention has an effect of improving the cooling efficiency of the switching element while suppressing the increase in size of the entire apparatus.
  • An electric power tool according to an embodiment of the present invention is a portable electric drill driver 50 shown in FIGS. 1 to 3.
  • the electric drill driver 50 includes a body housing 30 that forms an outline of the body portion, and a motor housing space S ⁇ b> 1 and a mechanism housing space S ⁇ b> 2 are arranged in series in the cylindrical body housing 30. Forming. On the inner peripheral surface of the motor housing space S ⁇ b> 1 of the trunk housing 30, ribs 21 project from the entire circumference.
  • a brushless motor 1 (hereinafter simply referred to as “motor 1”) serving as a drive source is disposed.
  • a rotating shaft 8 a circuit board 10 having a switching element 11, a heat radiating member 12, a cooling fan 9 for generating cooling air, and a rotating shaft 8 are provided.
  • a bearing 13 that holds the shaft rotatably.
  • a cooling air passage (wind tunnel) R through which cooling air passes is formed in the motor housing space S1.
  • a power transmission mechanism 2 is disposed in the mechanism housing space S2, and the power transmission mechanism 2 is connected to the motor 1 on the same axis.
  • a chuck portion 3 that holds a tip tool (not shown) is provided at the tip portion (right end portion in FIG. 3) of the barrel housing 30.
  • the power transmission mechanism 2 is formed using a planetary reduction device, and transmits the power of the motor 1 to the tip tool held by the chuck portion 3.
  • a torque limiter adjustment handle 4 is provided on the outer periphery of the body housing 30.
  • a gripping part housing 31 is extended from the trunk part housing 30.
  • a trigger switch 25 and a forward / reverse switching lever 26 are provided at the base of the gripping part housing 31.
  • a control circuit 5 that controls power supply to the motor 1 is accommodated in the distal end portion (lower end portion in FIG. 3) of the grip portion housing 31.
  • a battery pack 32 having a built-in secondary battery is detachably mounted on the front end surface (the lower surface in FIG. 3) of the grip portion housing 31. The secondary battery in the battery pack 32 supplies power to the control circuit 5 and the motor 1 via the trigger switch 25.
  • the direction in which the power transmission mechanism 2 is located with respect to the motor 1 (right side in FIG. 3) is the front side, and the opposite side (left side in FIG. 3) is the rear side. Also, the side (lower side in FIG. 3) from which the gripping part housing 31 is extended from the body housing 30 is the lower side, and the opposite side (upper side in FIG. 3) is the upper side.
  • the direction (front-rear direction in FIG. 3) is the left-right direction.
  • the motor 1 includes a rotor 6 that holds a magnet and a stator 7 that holds a coil, and the rotor 6 is disposed so as to be surrounded by a cylindrical stator 7.
  • a rotating shaft 8 is fixed through the center of the rotor 6.
  • the rotary shaft 8 projects forward from the rotor 6 and the stator 7 and is connected to the power transmission mechanism 2 at the front end portion thereof.
  • a cooling fan 9 is fixed to a portion of the rotating shaft 8 protruding forward from the rotor 6 and the stator 7.
  • the cooling fan 9 is a centrifugal fan for generating cooling air, and draws air in the rear space forward (that is, from the left to the right in FIG. 1) as it rotates, and toward the outside in the radial direction. And release.
  • the rotary shaft 8 protrudes rearward from the rotor 6 and the stator 7 and is rotatably supported by a bearing 13 (first bearing) at the rear end thereof.
  • a through-hole through which the rotary shaft 8 is inserted is provided at the center of a circuit board 10 and a heat radiating member 12 described later.
  • the diameters of these through holes are preferably substantially the same (slightly larger) as the outer diameter of the rotating shaft 8.
  • the rotating shaft 8 is supported by the bearing 23 (second bearing) in front of the position where the cooling fan 9 is fixed.
  • the rear end surface (the left end surface in FIG. 1) of the bearing 23 is exposed to the cooling air passage R (an air passage R4 described later).
  • the bearing 23 may support the rotating shaft 8 at another position (for example, between the cooling fan 9 and the rotor 6 or inside the power transmission mechanism 2).
  • the circuit board 10 has a plurality of switching elements 11 mounted on the rear surface (first surface of the circuit board 10) 101 in a lying position.
  • the switching element 11 controls the rotation of the rotor 6 by controlling energization to the coil held by the stator 7.
  • a semiconductor switching element such as a MOSFET is used as the switching element 11.
  • the circuit board 10 is fixed to the motor 1 so that the front surface (second surface of the circuit board 10) 102 faces the rear end surface of the motor 1 while maintaining a certain space.
  • a plate-like heat dissipation member 12 is further fixed behind the circuit board 10 (on the first surface 101 side of the circuit board 10).
  • a flexible heat transfer body is formed between the front surface (second surface of the heat radiating member 12) 122 of the heat radiating member 12 and the plurality of switching elements 11 so that an air layer is not formed between the two members 12, 11.
  • a sheet made of a resin having thermal conductivity is sandwiched.
  • the heat dissipation member 12 and the switching element 11 may be brought into direct contact. That is, the heat radiating member 12 is in contact with the switching element 11 directly or through a heat conductive member. Thereby, the heat radiating member 12 and the switching element 11 are each thermally coupled.
  • the motor 1, the rotating shaft 8, the cooling fan 9, the circuit board 10, the heat radiating member 12, and the bearing 13 are integrally assembled as a motor block 40, and a motor housing space S ⁇ b> 1 in the body housing 30. Is housed.
  • the bearing 13 and the heat radiating member 12 are removed from the motor block 40 of FIG.
  • the motor block 40 is disposed so that the axial direction of the rotary shaft 8 is substantially the same as the axial direction of the body housing 30.
  • the circuit board 10 and the heat radiating member 12 are arranged such that the directions of these surface normal vectors are substantially the same as the axial direction of the rotary shaft 8.
  • the rotating shaft 8 is inserted through the through hole of the circuit board 10 and the through hole of the heat dissipation member 12.
  • These members are arranged in the order of the bearing 13, the heat radiating member 12, the circuit board 10, and the motor 1 from the rear (that is, upstream of the cooling air passage R) in the trunk housing 30.
  • the front end surface of the rib 21 is in contact with the outer peripheral surface of the stator 7 (that is, the outer peripheral surface of the motor 1) (see FIG. 1).
  • a cylindrical bearing holding portion 14 for holding the bearing 13 is integrally formed at the rear end portion of the body housing 30.
  • an air passage R1 is formed at a location surrounding the bearing holding portion 14 at the rear end portion of the trunk housing 30.
  • the air passage R1 is formed in an L-shaped cross section so as to be connected from the air inlet 15 to the rear end of the motor housing space S1 through the outer periphery of the bearing holding portion 14.
  • the air passage R1 is formed so that the cooling air flows toward the bearing holding portion 14.
  • the intake port 15 at the upstream end of the air passage R1 is open on the left and right side surfaces of the rear end portion of the trunk housing 30 (see FIG. 2).
  • the outlet 17 at the downstream end of the air passage R1 is open toward the front motor housing space S1 at a position surrounding the tip of the bearing holding portion 14.
  • a plurality of air passages R ⁇ b> 1 are formed in the trunk housing 30.
  • the exit 17 of several air path R1 is connected with motor accommodation space S1, respectively.
  • the central portion of the heat radiating member 12 (the vicinity of the through hole at the center) is positioned to face the outlet 17 of the air passage R1. That is, in this embodiment, the cooling air path R is formed so that the cooling air flows from the direction intersecting the rear surface of the heat radiating member 12 (the first surface of the heat radiating member 12) 121 toward the heat radiating member 12. Further, in the circuit board 10 and the heat radiating member 12 arranged in parallel with the switching element 11 interposed therebetween, a space for passage of cooling air is provided between the outer peripheral edges of both the members 10 and 12 and the inner surface of the body housing 30. Is secured.
  • a gap (first gap) 103 is formed between the outer peripheral edge of the circuit board 10 and the inner surface of the trunk housing 30.
  • a gap (second gap) 123 is formed between the outer peripheral edge of the heat dissipation member 12 and the inner surface of the body housing 30.
  • An exhaust port 18 for discharging the cooling air to the outside of the body housing 30 is provided at a position on the radially outer side of the cooling fan 9 (see FIGS. 1 and 2).
  • the cooling air passage R is composed of a series of spaces that allow the intake port 15 and the exhaust port 18 in front of the intake port 15 to communicate with each other.
  • the cooling air passage R bypasses the air passage R1 formed through the rear end portion of the body housing 30 and the periphery of the heat radiating member 12 and the circuit board 10 from the central portion of the heat radiating member 12.
  • the air passage R2 provided so as to pass through the front surface 102 side of the circuit board 10, the air passage R3 including the gap (third gap) 19 between the rotor 6 and the stator 7, and the gap 19 and the exhaust port 18 are connected.
  • the provided air passage R4 is continuous from the rear to the front.
  • the cooling air passage R includes the air passage (first air passage) R1, the air passage (second air passage) R2, the air passage (third air passage) R3, and the air passage (first air passage). 4 wind paths) R4.
  • the air passage R1 is formed of a wind tunnel formed at the rear end portion of the trunk housing 30 so as to connect the intake port 15 and the motor housing space S1.
  • the air path R ⁇ b> 2 is a space between the rear surface 121 of the heat radiating member 12 and the body housing 30, the second gap 123, the first gap 103, and between the front surface 102 of the circuit board 10 and the rear surface of the motor 1. It consists of a space.
  • the air path R ⁇ b> 3 includes a gap 19 between the rotor 6 and the stator 7.
  • the air path R ⁇ b> 4 is a space formed so as to connect the gap 19 and the exhaust port 18 on the front side of the motor 1.
  • a cooling fan 9 is disposed in the cooling air passage R (air passage R4). As described above, the cooling fan 9 is configured to suck external air (as cooling air) from the intake port 15 into the cooling air passage R and discharge the sucked air to the outside from the exhaust port 18.
  • the cooling air flowing through the cooling air passage R is first introduced into the air passage R1 through the intake port 15, and passes through the outer surface of the cylindrical bearing holding portion 14 in the air passage R1. At this time, the bearing holding part 14 and the bearing 13 are cooled.
  • the cooling air discharged from the outlet 17 of the air passage R1 into the air passage R2 hits the central portion of the rear surface 121 of the heat radiating member 12 in the air passage R2, and from the central side along the rear surface 121 of the heat radiating member 12. It moves outward in the radial direction (towards a part or all of the outer peripheral edge of the heat dissipation member 12), and moves forward while bypassing the outer peripheral edge of the heat dissipation member 12 and the circuit board 10. Thereafter, the cooling air moves radially inward along the front surface 102 of the circuit board 10 and reaches the air path R3. Thereafter, the cooling air passes through the air passage R3 and reaches the front air passage R4. Then, the cooling air is discharged from the exhaust port 18 to the outside of the body housing 30 through the cooling fan 9.
  • the cooling air passes through the cooling air passage R (air passage R2)
  • the cooling air not only takes the heat from passing through the rear surface 121 of the heat radiating member 12 from the central side to the outer peripheral side, but also the switching element.
  • Heat is also removed by moving the front surface 102 of the circuit board 10 on which the circuit board 11 is mounted (that is, the back surface of the surface on which the switching element 11 is mounted) from the outer peripheral side to the center side. Therefore, the switching element 11 sandwiched between the heat dissipation member 12 and the circuit board 10 is effectively cooled from both sides. Further, since the cooling air passes through the gap 19 between the rotor 6 and the stator 7, the inside of the motor 1 is also effectively cooled.
  • the rib 21 is formed, it is difficult for the cooling air to flow between the body housing 30 and the stator 7. Therefore, the cooling air that has passed through the first gap 103 is easily directed to the air path R3. As a result, the cooling air easily flows from the outer peripheral side toward the central side on the front surface 102 side of the circuit board.
  • the rib 21 is not necessarily formed continuously over the entire circumference of the inner surface of the trunk housing 30. For example, when the intake port 15 is formed on the left and right sides of the trunk housing 30 as in the present embodiment (see FIG. 2), ribs are not necessarily formed on the upper and lower sides of the trunk housing 30. You don't have to.
  • the protrusion part 20 is formed in the rear surface 121 of the heat radiating member 12. As shown in FIG. This protrusion part 20 forms many protrusions which make the left-right direction a longitudinal direction, leaving a predetermined clearance in the up-down direction. That is, in the present embodiment, the ridge portion 20 is configured to include a plurality of ridges arranged in parallel to each other with a predetermined interval. Each protrusion extends from the center side of the rear surface 121 toward the outer peripheral side (that is, in the left-right direction in the present embodiment) so as to be along the flow direction at this portion of the cooling air passage R. Therefore, the protrusions 20 guide the cooling air on the heat radiating member 12 to smooth the flow, and further improve the cooling efficiency by increasing the heat radiating area.
  • the ridge portion 20 may have a radial structure as shown in FIG. That is, the ridge part 20 may be configured to include a plurality of ridges arranged radially. In this structure, a large number of protrusions are formed so as to extend radially from the central portion of the rear surface 121 of the heat dissipation member 12.
  • the electric drill driver 50 which is an electric tool according to an embodiment of the present invention includes the motor 1 in which the rotor 6 is surrounded by the cylindrical stator 7 in the body housing 30, and the rotor 6.
  • a circuit board 10 having a switching element 11 that controls rotation, a heat radiating member 12 that is transferred from the switching element 11, a cooling fan 9 that generates cooling air, and a cooling air passage R through which the cooling air passes are provided. . Then, after the cooling air flows from the center side of the heat radiating member 12 to the outer peripheral side, the cooling air path R flows through a surface (front surface 102 of the circuit board 10) facing the motor 1 side of the circuit board 10. So that it is formed.
  • the switching element 11 can be efficiently cooled by the cooling air from the circuit board 10 side in addition to the heat radiating member 12 side. And by improving cooling efficiency in this way, the heat dissipation of switching element 11 itself becomes unnecessary, and it becomes possible to arrange many switching elements 11 in a space-saving as a result.
  • the circuit board 10 has a first surface (rear surface) 101 and a second surface (front surface) 102 that is a surface opposite to the first surface 101.
  • the heat radiating member 12 is formed in a plate shape, and has a first surface (rear surface) 121 and a second surface (front surface) 122 that is the surface opposite to the first surface 121.
  • the circuit board 10 is disposed such that the second surface 102 faces the motor 1 side, and a first gap 103 is formed between the outer peripheral edge and the inner surface of the trunk housing 30.
  • the switching element 11 is mounted on the first surface 101 of the circuit board 10.
  • the heat dissipation member 12 has a second surface 122 facing the first surface 101 of the circuit board 10 and a second gap 123 formed between the outer peripheral edge and the inner surface of the body housing 30. It is arranged.
  • the cooling air passage R passes through the second gap 123 and the first gap 103 after the cooling air flows from the center side to the outer peripheral side of the heat dissipation member 12 on the first surface 101 side of the circuit board 10. And flows along the circuit board 10 on the second surface 102 side of the circuit board 10.
  • the switching element 11 can be effectively cooled from both the circuit board 10 side and the heat radiating member 12 side.
  • the cooling air flows through the gap 19 between the stator 7 and the rotor 6 after passing through the surface (the front surface 102 of the circuit board 10) facing the motor 1 side of the circuit board 10.
  • a cooling air passage R is formed.
  • a rotating shaft 8 to which the rotor 6 of the motor 1 is fixed, a bearing 13 that rotatably supports the rotating shaft 8, and a bearing holding portion 14 that holds the bearing 13 are further provided.
  • the cooling air path R is provided so that the cooling air flows along the bearing holding portion 14.
  • the heat radiating member 12 has a protrusion 20 along the flow direction in the cooling air passage R.
  • the cooling air passage R is formed so that the cooling air flows from the direction intersecting the first surface 121 of the heat radiating member 12 toward the center of the heat radiating member 12.
  • the heat radiating member 12 can be effectively cooled.
  • a rib 21 is formed on the inner surface of the body housing 30 so as to protrude toward the motor 1 (stator 7) and restrict the flow of cooling air.
  • the cooling air passage R is formed so that the cooling air flows in a direction toward the bearing holding portion 14.
  • the switching element 11 is thermally coupled to the heat radiating member 12, the switching element 11 can be effectively cooled.
  • the cooling fan 9 is fixed to the rotating shaft 8, it is not necessary to prepare a separate device for operating the cooling fan 9. Therefore, the apparatus can be made compact.

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Abstract

 電動工具の大型化は抑えながら、スイッチング素子の冷却効率を高める。本発明の電動工具は、胴部ハウジング30内に、ロータ6を筒型のステータ7で囲んで成るモータ1と、ロータ6の回転を制御するスイッチング素子11を有する回路基板10と、スイッチング素子11から伝熱される放熱部材12と、冷却風を生じさせる冷却ファン9と、冷却風が通過するための冷却風路Rとを備える。冷却風路Rは、冷却風が、放熱部材12の中央側部分から外周部分へと流れた後に、回路基板10の前面を経由して流れるように設ける。

Description

電動工具
 本発明は、ブラシレスモータを備えた電動工具に関する。
 電動工具においては、小型で高寿命なブラシレスモータが好適に用いられる。ブラシレスモータを用いる場合、スイッチング素子を設けた回路基板が必要となり、このスイッチング素子が発熱を生じることから、冷却対策が要求される。
 日本国特許公開2004-357371号公報(以下、特許文献1と呼ぶ)には、スイッチング素子の発熱が伝導される放熱部材を備え、この放熱部材に冷却風を当てることで、スイッチング素子を冷却させるものが開示されている。
 しかし、特許文献1に記載の電動工具のように、放熱部材に冷却風を当てるだけでは、スイッチング素子の冷却効率として不十分な場合がある。この場合、スイッチング素子自身からの放熱性を高めることも考えられるが、その場合にはスイッチング素子の配置をコンパクト化することが困難となり、装置全体の大型化を招く。
 本発明は前記問題点に鑑みて発明したものであって、装置全体の大型化は抑えながら、スイッチング素子の冷却効率を高めることのできる電動工具を提供することを、課題とする。
 前記課題を解決するため、本発明の電動工具を、下記構成を具備したものとする。
 本発明の電動工具は、胴部ハウジング内に、筒型のステータでロータを囲んで成るブラシレスモータと、前記ロータの回転を制御するスイッチング素子を有する回路基板と、前記スイッチング素子から伝熱される放熱部材と、冷却風を生じさせる冷却ファンと、前記冷却風が通過するための冷却風路とを備え、前記冷却風路は、前記冷却風が、前記放熱部材の中央側から外周側へと流れた後に、前記回路基板の前記ブラシレスモータ側を向く面を経由して流れるように、形成されているものである。
 前記冷却風路は、前記冷却風が、前記回路基板の前記ブラシレスモータ側を向く面を経由した後に、前記ステータと前記ロータの隙間を経由して流れるように、形成されていることが好ましい。
 また、前記胴部ハウジング内に、前記ロータが固着される回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持するベアリングと、このベアリングを保持するベアリング保持部とを更に備え、前記冷却風路は、前記冷却風が前記ベアリング保持部に沿って流れるように形成されていることが好ましい。
 また、前記放熱部材は、前記冷却風路中の流れ方向に沿った突条部を有することが好ましい。
 また、前記回路基板は、第1面及び当該第1面とは反対側の面である第2面を有し、前記放熱部材は、板状に形成され第1面及び当該第1面とは反対側の面である第2面を有し、前記回路基板は、その第2面が前記ブラシレスモータ側を向き且つその外周縁と前記胴部ハウジングの内面との間に第1の隙間が形成されるように配設され、前記スイッチング素子は、前記回路基板の第1面上に実装され、前記放熱部材は、その第2面が前記回路基板の第1面と対向し且つその外周縁と前記胴部ハウジングの内面との間に第2の隙間が形成されるように配設されていることが好ましい。この場合、前記冷却風路は、前記冷却風が、前記回路基板の第1面側で前記放熱部材の中央側から外周側へ向かって流れた後に、前記第2及び第1の隙間を通って流れ、前記回路基板の第2面側で当該回路基板に沿って流れるように、形成されている。
 また、前記冷却風路は、前記冷却風が、前記放熱部材の第1面と交差する向きから当該放熱部材の中央へ向かって流れるように形成されていることが好ましい。
 また、前記胴部ハウジングの内面に、前記ステータに向かって突出して前記冷却風の流れを制限するよう構成されたリブが形成されていることが好ましい。
 また、前記冷却風路は、前記冷却風が、前記ベアリング保持部へ向かう向きに流れるように形成されていることが好ましい。
 また、前記スイッチング素子は、前記放熱部材に熱的に結合されていることが好ましい。
 また、前記胴部ハウジング内に、前記ロータが固着される回転軸をさらに備え、前記冷却ファンは、前記回転軸に固着されていることが好ましい。
 本発明は、装置全体の大型化は抑えながら、スイッチング素子の冷却効率を高めることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態の電動工具の胴部を示す水平断面図である。 同上の電動工具の斜視図である。 同上の電動工具の一部破断した側面図である。 同上の電動工具内に収容されるモータブロックの斜視図である。 図4のモータブロックからベアリングと放熱部材とを外した状態を示す斜視図である。 同上の放熱部材の背面図である。 同上の放熱部材の変形例の背面図である。
 本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。本発明の一実施形態の電動工具は、図1~図3に示す可搬式の電動ドリルドライバ50である。
 電動ドリルドライバ50は、図3に示すように、胴体部分の外郭をなす胴部ハウジング30を有し、この筒型の胴部ハウジング30内に、モータ収容スペースS1と機構収容スペースS2を一連に形成している。胴部ハウジング30のモータ収容スペースS1の内周面には、全周に亘ってリブ21が突設されている。このモータ収容スペースS1内には、駆動源となるブラシレスモータ1(以下、単に「モータ1」という。)が配置される。また、モータ収容スペースS1内には、図1に示すように、回転軸8と、スイッチング素子11を有する回路基板10と、放熱部材12と、冷却風を生じさせる冷却ファン9と、回転軸8を回転自在に保持するベアリング13とが配置されている。また、モータ収容スペースS1内には、冷却風が通過するための冷却風路(風洞)Rが形成される。機構収容スペースS2内には、動力伝達機構2が配置され、動力伝達機構2はモータ1と同軸上で連結される。
 胴部ハウジング30の先端部(図3の右端部)には、先端工具(図示せず)を保持するチャック部3が備えられている。動力伝達機構2は遊星減速装置を用いて形成され、チャック部3が保持した先端工具に対して、モータ1の動力を伝達する。更に、胴部ハウジング30の外周部には、トルクリミッターの調整ハンドル4を設けている。
 胴部ハウジング30からは、把持部ハウジング31が延設されている。この把持部ハウジング31の付け根部分に、トリガスイッチ25と正逆切替レバー26を設けている。把持部ハウジング31の先端部分(図3の下端部分)には、モータ1への電力供給を制御する制御回路5が収容されている。把持部ハウジング31の先端面(図3の下側の面)には、二次電池を内蔵した電池パック32が着脱自在に装着される。電池パック32内の二次電池は、トリガスイッチ25を介して、制御回路5やモータ1に電力を供給する。
 なお、本明細書中においては、モータ1に対して動力伝達機構2が位置する方向(図3の右側)を前側、その逆側(図3の左側)を後側とする。また、胴部ハウジング30から把持部ハウジング31が延設される側(図3の下側)を下側、その逆側(図3の上側)を上側とし、この上下方向と前後方向に直交する方向(図3の前後方向)を、左右方向とする。
 モータ1は、マグネットを保持するロータ6と、コイルを保持するステータ7とを備え、ロータ6を円筒型のステータ7で囲んで配置される。ロータ6の中心には、回転軸8が貫通固定されている。ステータ7が保持するコイルへの通電を制御することで、電磁力によりロータ6と回転軸8が一体に回転駆動される。
 回転軸8は、ロータ6やステータ7より前方にまで突出しており、その前端部分において動力伝達機構2に連結される。また、回転軸8のロータ6及びステータ7より前方に突出した部分には、冷却ファン9を固定している。この冷却ファン9は、冷却風を発生させるための遠心ファンであり、回転に伴って後方スペースにある空気を前方に(つまり、図1の左から右に向かって)引き込み、径方向外側にむけて放出する。
 回転軸8は、ロータ6やステータ7より後方にも突出しており、その後端部において、ベアリング13(第1のベアリング)に回転自在に支持される。後述の回路基板10や放熱部材12の中心部には、回転軸8を挿通させる貫通孔を設けている。これらの貫通孔の径は、回転軸8の外径とほぼ同じ(僅かに大きい)であることが好ましい。なお本実施形態では、回転軸8は、冷却ファン9が固定された位置よりも前方でベアリング23(第2のベアリング)によって支持されている。このベアリング23の後端面(図1の左側の端面)は、冷却風路R(後述する風路R4)に露出している。なおベアリング23は、他の位置(例えば、冷却ファン9とロータ6との間や、動力伝達機構2の内部)で回転軸8を支持してもよい。
 図5に示すように、回路基板10は、複数のスイッチング素子11を、その後面(回路基板10の第1面)101上に寝かせた姿勢で実装させている。スイッチング素子11は、ステータ7が保持するコイルへの通電を制御することによって、ロータ6の回転を制御するものである。スイッチング素子11としては、例えば、MOSFETなどの半導体スイッチング素子が用いられる。図1に示すように、回路基板10は、モータ1の後端面に対してその前面(回路基板10の第2面)102が一定のスペースを保ちながら対向するように、モータ1に固定される。回路基板10の後方(回路基板10の第1面101側)には、板状の放熱部材12が更に固定される。この放熱部材12の前面(放熱部材12の第2面)122と複数のスイッチング素子11との間には、両者12,11の間に空気層が生じないように、柔軟性のある伝熱体(例えば、熱伝導性を有する樹脂からなるシートなど)を挟み込む。あるいは、放熱部材12とスイッチング素子11とを直接接触させてもよい。即ち放熱部材12は、直接又は熱伝導性部材を介して、スイッチング素子11と接触している。これにより、放熱部材12とスイッチング素子11とが、それぞれ熱的に結合されている。
 図4にも示すように、モータ1、回転軸8、冷却ファン9、回路基板10、放熱部材12及びベアリング13は、モータブロック40として一体に組立てられ、胴部ハウジング30内のモータ収容スペースS1に収容される。図5に示すものは、図4のモータブロック40からベアリング13と放熱部材12を外したものである。図1に示すように、モータブロック40は、回転軸8の軸方向が胴部ハウジング30の軸方向と略同じ向きになるように、配置される。そして、回路基板10及び放熱部材12は、これらの面法線ベクトルの向きが回転軸8の軸方向とそれぞれ略同じ向きになるように、配置される。回転軸8は、回路基板10の貫通孔及び放熱部材12の貫通孔に、挿通される。これらの部材は、胴部ハウジング30内において、後方(つまり、冷却風路Rの上流)からベアリング13、放熱部材12、回路基板10、モータ1の順番で配置されている。また本実施形態では、リブ21の先端面が、ステータ7の外周面(即ち、モータ1の外周面)と接触している(図1参照)。
 図1に示すように、胴部ハウジング30の後端部には、ベアリング13を保持するための円筒型のベアリング保持部14を、一体に形成している。また、胴部ハウジング30の後端部の、ベアリング保持部14を囲む箇所には、風路R1が形成されている。この風路R1は、吸気口15からベアリング保持部14の外周を経てモータ収容スペースS1の後端につながるように、断面L字状に形成されている。本実施形態では特に、風路R1は、冷却風がベアリング保持部14へ向かって流れるように形成されている。風路R1の上流端にある吸気口15は、胴部ハウジング30の後端部の左右両側面に開口している(図2参照)。また、風路R1の下流端にある出口17は、ベアリング保持部14の先端部を囲む位置にて、前方のモータ収容スペースS1にむけて開口している。なお本実施形態では、図2に示すように、複数の風路R1が胴部ハウジング30に形成されている。そして、複数の風路R1の出口17が、それぞれモータ収容スペースS1につながっている。
 モータ収容スペースS1内にモータブロック40が収容された状態において、放熱部材12の中央側部分(中心にある貫通孔の近傍部分)は、風路R1の出口17と対向して位置する。つまり本実施形態では、冷却風が、放熱部材12の後面(放熱部材12の第1面)121と交差する向きから放熱部材12へ向かって流れるように、冷却風路Rが形成されている。また、スイッチング素子11を挟んだ状態で並設される回路基板10と放熱部材12においては、両部材10,12の外周縁と胴部ハウジング30内面との間に、冷却風通過のためのスペースを確保している。つまり、回路基板10の外周縁と胴部ハウジング30の内面との間には、隙間(第1の隙間)103が形成されている。また、放熱部材12の外周縁と胴部ハウジング30の内面との間には、隙間(第2の隙間)123が形成されている。冷却風を胴部ハウジング30外に排出するための排気口18は、冷却ファン9の径方向外側の位置に設けている(図1,図2参照)。
 したがって、モータ1の前方に位置する冷却ファン9が回転すると、この回転によって冷却風が発生する。冷却風は、胴部ハウジング30内に形成された冷却風路Rを、後方から前方へと順次通過する(図1中の矢印参照)。冷却風路Rは、吸気口15とこれより前方の排気口18とを連通させる一連のスペースから成る。
 具体的には、冷却風路Rは、胴部ハウジング30の後端部に貫通形成した風路R1と、放熱部材12の中央側部分からこの放熱部材12及び回路基板10の周縁を迂回して回路基板10の前面102側を通るように設けた風路R2と、ロータ6とステータ7の隙間(第3の隙間)19から成る風路R3と、この隙間19と排気口18をつなぐように設けた風路R4とが、後方から前方へと連続したものである。
 つまり本実施形態では、冷却風路Rは、風路(第1の風路)R1、風路(第2の風路)R2、風路(第3の風路)R3、及び風路(第4の風路)R4を有する。風路R1は、吸気口15とモータ収容スペースS1とをつなぐように胴部ハウジング30の後端部に形成された、風洞からなる。風路R2は、放熱部材12の後面121と胴部ハウジング30との間の空間、第2の隙間123、第1の隙間103、及び、回路基板10の前面102とモータ1の後面との間の空間からなる。風路R3は、ロータ6とステータ7の隙間19からなる。風路R4は、モータ1の前面側で隙間19と排気口18をつなぐように形成された空間からなる。なお冷却風路R(風路R4)には、冷却ファン9が配置されている。上記のように、冷却ファン9は、吸気口15から外部の空気を(冷却風として)冷却風路Rに吸い込み、吸い込んだ空気を排気口18から外部へ排出するよう構成されている。
 冷却風路Rを流れる冷却風は、まず吸気口15を通じて風路R1内に導入され、風路R1中において、筒型のベアリング保持部14の外側面を通過する。このとき、ベアリング保持部14及びベアリング13の冷却が行われる。
 風路R1の出口17から風路R2内に吐出された冷却風は、風路R2内にて放熱部材12の後面121の中央側部分に当り、放熱部材12の後面121に沿って中央側から径方向外側へと(放熱部材12の、外周縁の一部又は全部へと向かって)移動し、放熱部材12と回路基板10の外周縁を迂回しながら前方へと移動する。その後、冷却風は、回路基板10の前面102に沿って径方向内側へと移動し、風路R3に至る。その後冷却風は、風路R3を通過して前方の風路R4に至る。そして冷却風は、冷却ファン9を経て、排気口18から胴部ハウジング30外に排出される。
 前記冷却風路R(風路R2)を冷却風が通過する際に、この冷却風は、放熱部材12の後面121を中央側から外周側へと通過して熱を奪うだけでなく、スイッチング素子11が実装される回路基板10の前面102(即ち、スイッチング素子11を実装する面の裏面)を外周側から中央側へと移動することによっても熱を奪う。したがって、放熱部材12と回路基板10に挟まれるスイッチング素子11は、両側から効果的に冷却される。さらに、この冷却風はロータ6とステータ7の隙間19を通過するので、モータ1内部についても効果的に冷却される。なお本実施形態では、リブ21を形成しているので、冷却風が胴部ハウジング30とステータ7との間を流れにくくなっている。従って、第1の隙間103を通過した冷却風は、風路R3へと向かいやすくなる。これにより、冷却風が、回路基板の前面102側で外周側から中央側へ向かって流れやすくなっている。なおリブ21は、必ずしも、胴部ハウジング30の内面の全周に亘って連続して形成する必要はない。例えば、本実施形態のように吸気口15が胴部ハウジング30の左側及び右側に形成されている場合(図2参照)には、胴部ハウジング30の上側及び下側には、必ずしもリブを形成しなくてもよい。
 更に本実施形態では、図6にも示すように、放熱部材12の後面121には突条部20を形成している。この突条部20は、左右方向を長手方向とする突条を、上下方向に所定の隙間をあけながら多数形成したものである。つまり本実施形態では、突条部20は、所定の間隔を空けて互いに平行に配置された複数の突条を含むよう構成されている。各突条は、冷却風路Rのこの箇所での流れ方向と沿うように、後面121の中央側から外周側にむけて(つまり、本実施形態では左右方向に)伸びている。したがって、この突条部20が放熱部材12上での冷却風をガイドして流れを円滑にし、更に、放熱面積の増大によって冷却効率を向上させる。
 この突条部20は、図7に示すような放射状の構造であってもよい。つまり、突条部20は、放射状に配置された複数の突条を含むよう構成されていてもよい。この構造では、放熱部材12の後面121の中央部から放射状に伸びるように、多数の突条を形成している。
 以上、説明したように、本発明の一実施形態の電動工具である電動ドリルドライバ50は、胴部ハウジング30内に、筒型のステータ7でロータ6を囲んで成るモータ1と、ロータ6の回転を制御するスイッチング素子11を有する回路基板10と、スイッチング素子11から伝熱される放熱部材12と、冷却風を生じさせる冷却ファン9と、冷却風が通過するための冷却風路Rとを備える。そして、冷却風路Rは、冷却風が、放熱部材12の中央側から外周側へと流れた後に、回路基板10のモータ1側を向く面(回路基板10の前面102)を経由して流れるように、形成されている。
 したがって、この電動ドリルドライバ50では、放熱部材12側に加えて回路基板10側からも、冷却風によってスイッチング素子11を効率的に冷却することができる。そして、このようにして冷却効率を向上させたことにより、スイッチング素子11自体の放熱性はそれほど必要でなくなり、結果的に、多数のスイッチング素子11を省スペースで配置することが可能となる。
 具体的には、この電動ドリルドライバ50では、回路基板10は、第1面(後面)101及び当該第1面101とは反対側の面である第2面(前面)102を有する。放熱部材12は板状に形成され、第1面(後面)121及び当該第1面121とは反対側の面である第2面(前面)122を有する。回路基板10は、その第2面102がモータ1側を向き、且つその外周縁と胴部ハウジング30の内面との間に第1の隙間103が形成されるように、配設されている。スイッチング素子11は、回路基板10の第1面101上に実装される。放熱部材12は、その第2面122が回路基板10の第1面101と対向し、且つその外周縁と胴部ハウジング30の内面との間に第2の隙間123が形成されるように、配設されている。そして冷却風路Rは、冷却風が、回路基板10の第1面101側で放熱部材12の中央側から外周側へ向かって流れた後に、第2の隙間123及び第1の隙間103を通って流れ、回路基板10の第2面102側で当該回路基板10に沿って流れるように、形成されている。
 これによりスイッチング素子11を、回路基板10側及び放熱部材12側の両側から、効果的に冷却することができる。
 また、この電動ドリルドライバ50では、冷却風が、回路基板10のモータ1側を向く面(回路基板10の前面102)を経由した後に、ステータ7とロータ6の隙間19を経由して流れるように、冷却風路Rが形成されている。
 これにより、モータ1内部を効果的に冷却することも可能となっている。
 更に、胴部ハウジング30内には、モータ1のロータ6が固着される回転軸8と、回転軸8を回転自在に支持するベアリング13と、このベアリング13を保持するベアリング保持部14とが更に備えられ、冷却風路Rは、冷却風がベアリング保持部14に沿って流れるように形成されている。
 これにより、ベアリング保持部14やこれが保持するベアリング13を、効果的に冷却することも可能となっている。
 更に、放熱部材12は、冷却風路R中の流れ方向に沿った突条部20を有する。
 これにより、冷却風をガイドしながら効率的に放熱を行うことが可能となっている。
 またこの電動ドリルドライバ50では、冷却風路Rは、冷却風が放熱部材12の第1面121と交差する向きから放熱部材12の中央へ向かって流れるように、形成されている。
 これにより、冷却風が放熱部材12に向かって吹き付けられるので、放熱部材12を効果的に冷却することができる。
 また、胴部ハウジング30の内面には、モータ1(ステータ7)に向かって突出して冷却風の流れを制限するよう構成されたリブ21が、形成されている。
 これにより、冷却風がステータ7と胴部ハウジング30との間を流れにくくなるので、冷却風はステータ7とロータ6の隙間19(風路R3)に向かって流れやすくなる。よって、冷却風が、回路基板10の前面102側を外周側から中央側へ向かって流れやすくなるので、スイッチング素子11を効果的に冷却することができる。また、冷却風がステータ7とロータ6の隙間19を流れやすくなるので、モータ1の内部を効果的に冷却することができる。
 また、この電動ドリルドライバ50では、冷却風路Rは、冷却風がベアリング保持部14へ向かう向きに流れるように形成されている。
 これにより、冷却風がベアリング保持部14に向かって吹き付けられるので、ベアリング保持部14及びベアリング13を効果的に冷却することができる。
 また、スイッチング素子11が放熱部材12に熱的に結合されているので、スイッチング素子11を効果的に冷却することができる。
 また、冷却ファン9が回転軸8に固着されているので、冷却ファン9を動作させるための装置を別に用意する必要がない。従って、装置をコンパクトにすることができる。
 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、本発明は前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。

Claims (10)

  1.  胴部ハウジング内に、筒型のステータでロータを囲んで成るブラシレスモータと、前記ロータの回転を制御するスイッチング素子を有する回路基板と、前記スイッチング素子から伝熱される放熱部材と、冷却風を生じさせる冷却ファンと、前記冷却風が通過するための冷却風路とを備え、
     前記冷却風路は、前記冷却風が、前記放熱部材の中央側から外周側へと流れた後に、前記回路基板の前記ブラシレスモータ側を向く面を経由して流れるように、形成されていることを特徴とする電動工具。
  2.  前記冷却風路は、前記冷却風が、前記回路基板の前記ブラシレスモータ側を向く面を経由した後に、前記ステータと前記ロータの隙間を経由して流れるように、形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  3.  前記胴部ハウジング内に、前記ロータが固着される回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持するベアリングと、このベアリングを保持するベアリング保持部とを更に備え、
     前記冷却風路は、前記冷却風が前記ベアリング保持部に沿って流れるように形成されてい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.  前記放熱部材は、前記冷却風路中の流れ方向に沿った突条部を有す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。
  5.  前記回路基板は、第1面及び当該第1面とは反対側の面である第2面を有し、
     前記放熱部材は、板状に形成され、第1面及び当該第1面とは反対側の面である第2面を有し、
     前記回路基板は、その第2面が前記ブラシレスモータ側を向き、且つその外周縁と前記胴部ハウジングの内面との間に第1の隙間が形成されるように、配設され、
     前記スイッチング素子は、前記回路基板の第1面上に実装され、
     前記放熱部材は、その第2面が前記回路基板の第1面と対向し、且つその外周縁と前記胴部ハウジングの内面との間に第2の隙間が形成されるように、配設され、
     前記冷却風路は、前記冷却風が、前記回路基板の第1面側で前記放熱部材の中央側から外周側へ向かって流れた後に、前記第2及び第1の隙間を通って流れ、前記回路基板の第2面側で当該回路基板に沿って流れるように、形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  6.  前記冷却風路は、前記冷却風が、前記放熱部材の第1面と交差する向きから当該放熱部材の中央へ向かって流れるように、形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電動工具。
  7.  前記胴部ハウジングの内面に、前記ステータに向かって突出して前記冷却風の流れを制限するよう構成されたリブが、形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  8.  前記冷却風路は、前記冷却風が、前記ベアリング保持部へ向かう向きに流れるように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の電動工具。
  9.  前記スイッチング素子は、前記放熱部材に熱的に結合されていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
  10.  前記胴部ハウジング内に、前記ロータが固着される回転軸をさらに備え、
     前記冷却ファンは、前記回転軸に固着されていることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。
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