WO2018105186A1

WO2018105186A1 - ブラシレスモータおよび電動工具

Info

Publication number: WO2018105186A1
Application number: PCT/JP2017/032346
Authority: WO
Inventors: 孝太北村; 秀規清水; 橋本　浩一; 敦竹山; 剛志山根
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2018-06-14
Also published as: JP6827198B2; EP3553923B1; EP3553923A1; EP3553923A4; JP2018098819A

Abstract

ステータコア３１は、環状のヨーク部３２と、ヨーク部３２の内周面から突出する複数のティース部３３を有する。インシュレータ４１は、ヨーク部３２およびティース部３３を覆って、コイル部から絶縁する。ロータ７は、ステータコア３１の内側に、ティース部３３の先端部と所定の間隔をあけて配置される。保護部材２０は、ヨーク部３２とロータ７との間に配置されて、ロータ７を収容する。ティース部３３の先端部および保護部材２０は、ロータ７を収容する閉空間を形成する。

Description

ブラシレスモータおよび電動工具

　本発明は、インナーロータ型のブラシレスモータに関する。

　特許文献１は、ドリルドライバやインパクトドライバなどの電動工具の駆動源として用いられるインナーロータ型のブラシレスモータを開示する。特許文献１に開示されるブラシレスモータは、ステータコア、インシュレータ、コイル、ロータ、シャフトおよびファンを備えて構成され、ステータコアは、モータハウジングまたは工具本体に固定されている。

特開２０１６－８６５７９号公報

　インナーロータ型ブラシレスモータにおいて、ロータはステータコアの径方向内側に、所定の間隔（エアギャップ）をあけて回転自在に設けられる。ファンはシャフトと一体となって回転して空気を流動させ、コイルを冷却する役割をもつ。特許文献１に開示されるブラシレスモータによると、ファンは、ロータとステータコアの間のエアギャップにも空気を送風するため、ロータないしはステータコアに塵埃が堆積することがある。特に空気とともに金属粉が送風されると、ロータ側の磁石に吸着することで、モータ特性が劣化する原因にもなる。

　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、コイルの冷却を阻害することなく、ロータとステータコアの間のエアギャップに異物を進入させない構造を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様のブラシレスモータは、環状のヨーク部と、ヨーク部の内周面から突出する複数のティース部を有するステータコアと、ヨーク部およびティース部を覆うインシュレータと、ティース部を覆うインシュレータに巻かれたコイルと、ステータコアの内側に、ティース部の先端部と所定の間隔をあけて配置されたロータと、ヨーク部とロータとの間に配置されて、ロータを収容する保護部材と、を備える。

　本発明の別の態様は、ファンと、ブラシレスモータと、ブラシレスモータの回転力を先端工具に伝達する動力伝達部を含む駆動ブロックとをハウジング内に備えた電動工具に関する。ブラシレスモータは、環状のヨーク部と、ヨーク部の内周面から突出する複数のティース部を有するステータコアと、ヨーク部およびティース部を覆うインシュレータと、ティース部を覆うインシュレータに巻かれたコイルと、ステータコアの内側に、ティース部の先端部と所定の間隔をあけて配置されたロータと、ヨーク部とロータとの間に配置されて、ロータを収容する保護部材とを有する。

実施形態に係る電動工具の概要を示す図である。モータの軸方向断面斜視図である。保護部材の構造の一例を示す図である。モータの軸直角方向断面図である。保護部材の変形例を示す断面図である。

　図１は、本発明の実施形態に係る電動工具の一部断面概要図を示す。電動工具１はハウジング２内に、後端側に配置されるファン３と、ファン３の前方に配置されるモータ４と、モータ４の前方に配置される回路基板５と、回路基板５の前方に配置される駆動ブロック８とを備える。駆動ブロック８は出力軸９を有し、チャック機構１０が出力軸９に連結して、ドリルやドライバなどの先端工具を着脱可能とする。駆動ブロック８は、モータ４の回転力を先端工具に伝達する動力伝達部を含む。ハウジング２のグリップ部には、作業者により操作される操作スイッチ１１が設けられ、作業者が操作スイッチ１１を引くとモータ４が回転して、駆動ブロック８の出力軸９が先端工具を駆動する。

　モータ４はインナーロータ型のブラシレスモータであって、ハウジング２に固定されるステータ（固定子）６と、複数の永久磁石を有するロータ（回転子）７と、シャフト１２とを備える。シャフト１２はロータ７に取り付けられ、ハウジング２に直接または間接的に固定されるベアリング１３ａ、１３ｂにより回転可能に支持される。

　ステータ６は、ステータコアと、ステータコアを覆うインシュレータから構成される。ステータコアのティース部を覆うインシュレータにはコイルが巻回されて、ティース部を磁化させるためのコイル部１４が形成される。ロータ７はステータコアの内側に、ティース部の先端部と所定の間隔（エアギャップ）をあけて配置される。

　回路基板５は、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのスイッチング素子を搭載してインバータ回路を構成し、ステータ６のコイル部１４に駆動電流を供給する。回路基板５はシャフト１２を通すための開口を有し、開口とシャフト１２との間の隙間は、冷却用空気の流路を形成する。

　駆動ブロック８は略中空円筒形状のギヤケースを有し、ギヤケースは、ハウジング２の内部に突設する支持部材（図示せず）に固定される。ギヤケース内部には、モータ４の回転力を、チャック機構１０に取り付けられた先端工具に伝達する動力伝達部が設けられる。動力伝達部は、シャフト１２に取り付けられたピニオンギヤに噛み合う遊星歯車減速機構を有してよい。

　ハウジング２には、駆動ブロック８の側方または前方の位置に、複数の吸気口１５が形成される。吸気口１５は、たとえば矩形状のスリットであってよい。またハウジング２の後端側には、複数の排気口１６が形成される。

　ファン３は、モータ４の後方側でシャフト１２に連結され、シャフト１２と一体回転する。作業者が操作スイッチ１１を引くと、シャフト１２が回転し、したがってファン３も回転する。矢印Ａは、ファン３の回転により、吸気口１５からハウジング２内部に取り込まれる空気の流れを示す。吸気口１５から流入した空気は、駆動ブロック８の側面および回路基板５を冷却した後、回路基板５の中央部分の開口とシャフト１２の間の隙間を通過し、ステータ６のコイル部１４を冷却して、排気口１６から外部に排出される。なお回路基板５の冷却効率を高めるために、吸気口１５は、回路基板５の近傍に形成されてもよい。また吸気口１５から流入した空気は、回路基板５の中央部分の開口とシャフト１２の間の隙間以外の流路を通過して、コイル部１４を冷却してもよい。

　実施形態のモータ４は、ステータ６のヨーク部とロータ７との間に配置されて、ロータ７を収容する保護部材２０を備える。ファン３は保護部材２０の外側に配置され、保護部材２０は、ステータ６のティース部先端面とロータ７との間に介在することなく、ロータ７を収容する円筒閉空間を形成する。保護部材２０は円筒閉空間にロータ７を閉じ込めることで、ロータ７とティース部先端部との間のエアギャップへの空気の流入を制限して、異物を進入させないようにする。なお閉空間は実質的に閉じた空間であることを意味し、一部に放熱用の穴などが形成されていてもよい。つまり保護部材２０が形成する円筒閉空間は、ロータ７を収容し、且つ内部に異物を進入させないように空気の流入を実質的に制限するように構成されていればよい。

　なお保護部材２０は、ティース部に設けられるコイル部１４よりも径方向内側に円筒閉空間を形成する。これによりコイル部１４は保護部材２０の外側に位置し、空気流による冷却を阻害されない。

　図２は、実施形態のモータ４の軸方向断面斜視図である。モータ４は、ステータ６、ロータ７およびシャフト１２を備える。なお図面の見やすさのため、コイル部１４の図示は省略している。

　ステータ６は、ステータコア３１と、ステータコア３１をコイル部１４から電気的に絶縁するインシュレータ４１とから構成される。ステータコア３１は、環状のヨーク部３２と、ヨーク部３２の内周面から径方向内側に突出する複数のティース部３３を有する。インシュレータ４１は、ヨーク部３２をコイル部１４から絶縁するヨーク絶縁部４２と、ティース部３３をコイル部１４から絶縁するティース絶縁部４３を有する。

　インシュレータ４１は、ステータコア３１に上下から嵌め込まれる２つのインシュレータ部品４１ａ、４１ｂで構成される。図２において、インシュレータ部品４１ａ、４１ｂは離間した状態でステータコア３１に嵌め込まれているが、インシュレータ部品４１ａ、４１ｂは互いに当接するように嵌め込まれてもよい。なおインシュレータ部品４１ａ、４１ｂが離間してステータコア３１の一部が露出した状態にあっても、ヨーク絶縁部４２はヨーク部３２よりも径方向内側に配置されており、コイルは、ティース部３３よりも周方向に張り出したティース絶縁部４３にきつく巻回される。そのためコイル部１４とステータコア３１の絶縁性に支障はない。

　ロータ７は、ヨーク部３２の中心軸を回転軸として回転する部材であり、ステータコア３１の径方向内側に、ティース部３３の先端部と所定の間隔をあけて配置される。ロータ７は、円柱状のロータコア１８と、ロータコア１８の内部に配置された複数の永久磁石１９とを有する。シャフト１２はロータコア１８に固定され、ロータ７と一体となって回転する。

　実施形態において保護部材２０は、第１保護部材２０ａおよび第２保護部材２０ｂにより構成される。第１保護部材２０ａおよび第２保護部材２０ｂは、ロータ７をそれぞれ上下から挟み込んで互いに係止することで、円筒閉空間にロータ７を収容する。

　図３は、第１保護部材２０ａおよび第２保護部材２０ｂの構造の一例を示す。図３においてロータ７およびコイル部１４の図示は省略している。ステータ６の最内周は、ティース部３３の先端部と、ティース絶縁部４３の先端部により構成される。図示されるように、ティース絶縁部４３の先端部は、コイルの巻き崩れを防止するために軸方向に起立した起立部４４を有している。第１保護部材２０ａおよび第２保護部材２０ｂは、ティース絶縁部４３の起立部４４に嵌り合う形状を有して構成される。

　第１保護部材２０ａは、略円筒状の外周を有する蓋部５１と、蓋部５１の外周から軸方向に延びる複数の壁部５０とを有する。蓋部５１は、ロータ７を収容する円筒閉空間の端面を構成する。蓋部５１には、シャフト１２が挿通されるシャフト挿通孔５２が形成される。壁部５０は、ステータ６の隣り合うティース部３３およびティース絶縁部４３の先端部の間に差し込まれる。複数の壁部５０は、ティース部３３およびティース絶縁部４３の先端部の間に配置されることで、ティース部３３およびティース絶縁部４３の先端部とともに、円筒閉空間の側面を構成する。

　同様に第２保護部材２０ｂは、略円筒状の外周を有する蓋部６１と、蓋部６１の外周から軸方向に延びる複数の壁部６０とを有する。蓋部６１は、ロータ７を収容する円筒閉空間の端面を構成する。蓋部６１には、シャフト１２が挿通されるシャフト挿通孔が形成される。壁部６０は、ステータ６の隣り合うティース部３３およびティース絶縁部４３の先端部の間に差し込まれる。複数の壁部６０は、ティース部３３およびティース絶縁部４３の先端部の間に配置されることで、ティース部３３およびティース絶縁部４３の先端部とともに、円筒閉空間の側面を構成する。

　第１保護部材２０ａにおける壁部５０の係止部５３と、第２保護部材２０ｂにおける壁部６０の係止部６３とは、突き合わされたときに互いに係止する構造をもつ。これにより第１保護部材２０ａと第２保護部材２０ｂとが固定される。なお第１保護部材２０ａと第２保護部材２０ｂとは、別の手段により固定されてもよい。

　たとえば第２保護部材２０ｂの壁部６０を省略して蓋部６１のみの構成とし、第１保護部材２０ａの壁部５０を、第２保護部材２０ｂの蓋部６１まで届く長さにして、蓋部６１と壁部５０の先端とを非磁性材料のねじで固定してもよい。また第１保護部材２０ａの蓋部５１および壁部５０を別部材とし、同様に第２保護部材２０ｂの蓋部６１および壁部６０を別部材として、３つ以上の部材から保護部材２０を構成してもよい。このとき２つの蓋部５１、６１と、壁部５０および壁部６０を連結した複数の連結壁部とによって、保護部材２０が構成されてもよい。また電動工具１のハウジング２に対向する一対のリブを形成し、第１保護部材２０ａと第２保護部材２０ｂとを突き合わせた状態でリブ間に配置させることで、第１保護部材２０ａと第２保護部材２０ｂの軸方向の動きを規制してもよい。このとき第１保護部材２０ａまたは第２保護部材２０ｂの蓋部を省略して、少なくとも一方のリブを保護部材２０の蓋部として機能させてもよく、またリブから軸方向に延びる複数の延出部を形成して、延出部を保護部材２０の壁部として機能させてもよい。

　図４は、実施形態のモータ４の軸直角方向断面図である。図４は、モータ４をティース部３３の位置で切断した状態を示す。隣り合うティース部３３の先端部の間で、第１保護部材２０ａの壁部５０の係止部５３と、第２保護部材２０ｂの壁部６０の係止部６３とが係止している。

　保護部材２０は円筒閉空間を形成することで、空気がロータ７周辺に流れ込むことを抑制するだけでなく、コイル部１４で発生した熱がロータ７に伝達されることも抑制する。ロータ７が、永久磁石１９として耐熱性の低いネオジム磁石を備える場合、保護部材２０がコイル部１４からロータ７への熱伝達を低減させることで、安定したモータ特性を維持できる。

　図５は、保護部材２０の変形例を示す。この保護部材２０は、ベアリング１３を取り付けるための空間を有する。保護部材２０の内部にベアリング１３を取り付けることで、ベアリング１３の耐塵性を向上できる。

　以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　実施形態では、保護部材２０がロータ７を収容する円筒閉空間を形成することを説明したが、円筒閉空間には、閉空間内の熱を外部に逃がすための放熱穴が設けられてもよい。円筒閉空間内に外部からの空気が流入することを制限するために、放熱穴は、ファン３による空気流の進行方向に直交する方向に形成されることが好ましい。たとえば第１保護部材２０ａと第２保護部材２０ｂとの係止部分に隙間を設けることで、放熱穴を形成してもよい。

　実施形態の電動工具１では、ファン３、モータ４、回路基板５が後方から順番に配置されているが、この配置は任意であってよく、たとえば回路基板５、モータ４、ファン３が後方から順番に配置されてもよい。また回路基板５はシャフト１２から離れた位置に配置されてもよい。ハウジング２内でファン３を軸方向略中央に配置する場合には、吸排気の方向が逆向きとなってもよい。

　また図１において、シャフト１２は２つのベアリング１３ａ、１３ｂにより回転可能に支持されているが、たとえばベアリング１３ａはハウジング２に固定され、ベアリング１３ｂはモータ取付台に固定されてもよい。また実施形態のインシュレータ４１は、２つのインシュレータ部品４１ａ、４１ｂでステータコア３１を上下から挟み込むように形成されているが、ステータコア３１およびインシュレータ４１が一体として成形されてもよい。

　本発明の態様の概要は、次の通りである。
　本発明のある態様のモータ（４）は、環状のヨーク部（３２）と、ヨーク部の内周面から突出する複数のティース部（３３）を有するステータコア（３１）と、ヨーク部およびティース部を覆うインシュレータ（４１）と、ティース部を覆うインシュレータ（４１）に巻かれたコイル（１４）と、ステータコアの内側に、ティース部の先端部と所定の間隔をあけて配置されたロータ（７）と、ヨーク部とロータとの間に配置されて、ロータを収容する保護部材（２０）と、を備えてよい。

　保護部材（２０）は、蓋部（５１，６１）と、蓋部から軸方向に延びる複数の壁部（５０，６０）とを有して構成されてよい。壁部（５０，６０）は、隣り合うティース部の先端部の間に配置されてよい。ティース部の先端部および保護部材は、ロータを収容する実質的な閉空間を形成してよい。

　本発明の別の態様の電動工具（１）は、ファン（３）と、ブラシレスモータ（４）と、ブラシレスモータの回転力を先端工具に伝達する動力伝達部を含む駆動ブロック（８）とをハウジング（２）内に備える。このブラシレスモータは、環状のヨーク部（３２）と、ヨーク部の内周面から突出する複数のティース部（３３）を有するステータコア（３１）と、ヨーク部およびティース部を覆うインシュレータ（４１）と、ティース部を覆うインシュレータ（４１）に巻かれたコイル（１４）と、ステータコアの内側に、ティース部の先端部と所定の間隔をあけて配置されたロータ（７）と、ヨーク部とロータとの間に配置されて、ロータを収容する保護部材（２０）と、を備えてよい。またファン（３）は、保護部材（２０）の外側に配置されることが好ましい。

１・・・電動工具、３・・・ファン、４・・・モータ、６・・・ステータ、７・・・ロータ、１２・・・シャフト、１３・・・ベアリング、１４・・・コイル部、２０・・・保護部材、２０ａ・・・第１保護部材、２０ｂ・・・第２保護部材、３１・・・ステータコア、３２・・・ヨーク部、３３・・・ティース部、４１・・・インシュレータ、４１ａ，４１ｂ・・・インシュレータ部品、４２・・・ヨーク絶縁部、４３・・・ティース絶縁部、４４・・・起立部、５０・・・壁部、５１・・・蓋部、５２・・・シャフト挿通孔、５３・・・係止部、６０・・・壁部、６１・・・蓋部、６３・・・係止部。

　本発明は、ブラシレスモータに利用できる。

Claims

　環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から突出する複数のティース部を有するステータコアと、
　前記ヨーク部および前記ティース部を覆うインシュレータと、
　前記ティース部を覆う前記インシュレータに巻かれたコイルと、
　前記ステータコアの内側に、前記ティース部の先端部と所定の間隔をあけて配置されたロータと、
　前記ヨーク部と前記ロータとの間に配置されて、前記ロータを収容する保護部材と、
　を備えることを特徴とするブラシレスモータ。
　前記保護部材は、蓋部と、前記蓋部から軸方向に延びる複数の壁部とを有する、
　ことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
　前記壁部は、隣り合う前記ティース部の先端部の間に配置される、
　ことを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータ。
　前記ティース部の先端部および前記保護部材は、前記ロータを収容する実質的な閉空間を形成する、
　ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
　ファンと、ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータの回転力を先端工具に伝達する動力伝達部を含む駆動ブロックと、をハウジング内に備えた電動工具であって、
　前記ブラシレスモータは、
　環状のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面から突出する複数のティース部を有するステータコアと、
　前記ヨーク部および前記ティース部を覆うインシュレータと、
　前記ティース部を覆う前記インシュレータに巻かれたコイルと、
　前記ステータコアの内側に、前記ティース部の先端部と所定の間隔をあけて配置されたロータと、
　前記ヨーク部と前記ロータとの間に配置されて、前記ロータを収容する保護部材と、を有する、
　ことを特徴とする電動工具。
　前記ファンは、前記保護部材の外側に配置される、
　ことを特徴とする請求項５に記載の電動工具。