WO2021065148A1 - 電動工具及びブラシレスモータ - Google Patents

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WO2021065148A1
WO2021065148A1 PCT/JP2020/027231 JP2020027231W WO2021065148A1 WO 2021065148 A1 WO2021065148 A1 WO 2021065148A1 JP 2020027231 W JP2020027231 W JP 2020027231W WO 2021065148 A1 WO2021065148 A1 WO 2021065148A1
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WO
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permanent magnet
rotor
magnet
permanent
brushless motor
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/027231
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English (en)
French (fr)
Inventor
紘一郎 江阪
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION 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
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles

Definitions

  • the present disclosure generally relates to an electric tool and a brushless motor, and more particularly to an electric tool including a brushless motor and the above-mentioned brushless motor.
  • the power tool described in Patent Document 1 includes a brushless motor.
  • the brushless motor includes a stator having a cylindrical outer shape, a coil, and a rotor arranged in the inner peripheral portion of the stator.
  • the rotor consists of a rotating shaft and a main body that is coaxially press-fitted into the rotating shaft and rotates integrally with the rotating shaft.
  • Four permanent magnet members are embedded in the main body in the direction of the rotation axis.
  • An object of the present disclosure is to provide an electric tool capable of increasing torque and a brushless motor provided in the electric tool.
  • the power tool includes a brushless motor and a control unit.
  • the brushless motor has a stator and a rotor.
  • the rotor rotates with respect to the stator.
  • the control unit controls the operation of the brushless motor.
  • the rotor includes a plurality of permanent magnet units.
  • the plurality of permanent magnet units are arranged in the rotation direction of the rotor.
  • the stator includes a plurality of coils.
  • the plurality of coils are arranged in the rotation direction of the rotor.
  • the plurality of coils generate an electromagnetic force acting on the plurality of permanent magnet units.
  • Each of the plurality of permanent magnet units includes a plurality of permanent magnets.
  • the plurality of permanent magnets are arranged so that different poles face each other.
  • the brushless motor according to one aspect of the present disclosure is provided in the power tool.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a brushless motor according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the brushless motor of the same as above.
  • FIG. 3 is a schematic view of an electric tool provided with the brushless motor of the same.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the brushless motor according to the first modification.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the brushless motor according to the second modification.
  • each figure described in the following embodiment is a schematic view, and the ratio of the size and the thickness of each component in the figure does not necessarily reflect the actual dimensional ratio. .. Note that in FIG. 2, hatching indicating that the rotor core 6 is shown in cross section is omitted.
  • the electric tool 10 of the present embodiment includes a brushless motor 1 and a control unit 107 (see FIG. 3).
  • the brushless motor 1 has a stator 2 and a rotor 5.
  • the stator 2 includes a stator core 20.
  • the rotor 5 rotates with respect to the stator 2.
  • the control unit 107 controls the operation of the brushless motor 1.
  • the rotor 5 includes a plurality of (four in FIG. 1) permanent magnet units 7.
  • the plurality of permanent magnet units 7 are arranged in the rotation direction of the rotor 5.
  • the stator 2 includes a plurality of (nine in FIG. 1) coils 23.
  • the plurality of coils 23 are arranged in the rotation direction of the rotor 5.
  • the plurality of coils 23 generate an electromagnetic force acting on the plurality of permanent magnet units 7.
  • Each of the plurality of permanent magnet units 7 includes a plurality of (two in FIG. 1) permanent magnets 70.
  • the plurality of permanent magnets 70 are arranged so that different poles face each other.
  • the torque of the power tool 10 (torque of the output shaft 103 (see FIG. 3)) is increased as compared with the case where each permanent magnet unit 7 includes only one permanent magnet 70. Can be done.
  • the power tool 10 includes a brushless motor 1, a power supply 101, a drive transmission unit 102, an output shaft 103, a chuck 104, a tip tool 105, and a trigger volume 106. , A control unit 107, and a housing 108.
  • the electric tool 10 drives the tip tool 105 with the driving force of the brushless motor 1.
  • the housing 108 houses the brushless motor 1, the drive transmission unit 102, the output shaft 103, and the control unit 107.
  • the brushless motor 1 is a drive source for driving the tip tool 105.
  • the power supply 101 is a DC power supply that supplies a current for driving the brushless motor 1.
  • the power supply 101 is, for example, a battery pack.
  • the battery pack includes one or more secondary batteries.
  • the rotor 5 has an output shaft 51 (rotation shaft), and the driving force of the brushless motor 1 (rotation of the rotor 5) is transmitted to the drive transmission unit 102 via the output shaft 51.
  • the drive transmission unit 102 adjusts the driving force of the brushless motor 1 and outputs it to the output shaft 103.
  • the output shaft 103 is driven (for example, rotated) by the driving force output from the drive transmission unit 102.
  • the chuck 104 is fixed to the output shaft 103.
  • a tip tool 105 is detachably attached to the chuck 104.
  • the tip tool 105 (also referred to as a bit) is, for example, a driver, a socket, a drill, or the like.
  • the tip tool 105 according to the application is attached to the chuck 104 and used.
  • the control unit 107 is a circuit that controls the current supplied from the power supply 101 to the plurality of coils 23 of the brushless motor 1. As a result, the control unit 107 controls the rotation speed of the rotor 5 of the brushless motor 1.
  • the trigger volume 106 is an operation unit that accepts an operation for controlling the rotation of the rotor 5 of the brushless motor 1.
  • the brushless motor 1 can be switched on and off by pulling in the trigger volume 106.
  • the rotation speed of the rotor 5 can be adjusted by adjusting the operation amount of the operation of pulling in the trigger volume 106. That is, by adjusting the operation amount of the operation of pulling in the trigger volume 106, the rotation speed of the output shaft 103 that rotates in conjunction with the rotation of the rotor 5 can be adjusted.
  • the control unit 107 rotates or stops the rotor 5 according to the operation input to the trigger volume 106, and also controls the rotation speed of the rotor 5.
  • the tip tool 105 is attached to the chuck 104. Then, the rotation speed of the rotor 5 is controlled by operating the trigger volume 106, so that the rotation speed of the output shaft 103 and the tip tool 105 is controlled.
  • the power tool 10 of the present embodiment is provided with the chuck 104, so that the tip tool 105 can be replaced according to the application, but the tip tool 105 does not have to be replaceable.
  • the power tool 10 may be a power tool that can be used only with a specific tip tool 105.
  • the brushless motor 1 includes a stator 2 and a rotor 5.
  • the stator 2 includes a plurality of (nine in FIG. 1) coils 23, a stator core 20, and a coil winding frame 8.
  • the rotor 5 includes a rotor core 6, a plurality of (four in FIG. 1) permanent magnet units 7, and an output shaft 51.
  • the stator core 20 surrounds the rotor core 6.
  • the rotor 5 rotates with respect to the stator 2. That is, the magnetic flux generated from the plurality of coils 23 wound around the stator core 20 acts on the plurality of permanent magnets 70 arranged in the rotor core 6, so that the rotor 5 rotates.
  • the rotational force (driving force) of the rotor 5 is transmitted from the output shaft 51 to the drive transmission unit 102 (see FIG. 3).
  • Each of the stator core 20 and the rotor core 6 includes a plurality of steel plates.
  • Each of the stator core 20 and the rotor core 6 is formed by laminating a plurality of steel plates in the thickness direction. That is, each of the stator core 20 and the rotor core 6 is a so-called laminated core.
  • the stacking direction of the plurality of steel plates is along the direction of the output shaft 51 of the rotor 5 (the length direction of the output shaft 51).
  • Each steel plate is made of a magnetic material.
  • Each steel plate is, for example, a silicon steel plate.
  • the stator core 20 of the stator 2 has a central core 21 and an outer cylinder portion 22.
  • the central core 21 has a cylindrical inner cylinder portion 3 and a plurality of (nine in FIG. 1) teeth 4.
  • a rotor core 6 is arranged inside the inner cylinder portion 3.
  • Each of the plurality of teeth 4 includes a body 41 and two tip pieces 42.
  • the body portion 41 projects outward from the inner cylinder portion 3 in the radial direction of the inner cylinder portion 3.
  • the body portions 41 of the plurality of teeth 4 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the inner cylinder portion 3 (rotational direction of the rotor 5).
  • the two tip pieces 42 extend from a portion on the tip end side of the body portion 41 in a direction intersecting the projecting direction of the body portion 41 (rotational direction of the rotor 5).
  • the coil winding frame 8 is formed of, for example, a synthetic resin.
  • the coil winding frame 8 has electrical insulation.
  • the coil winding frame 8 covers a region of the plurality of teeth 4 including the body portion 41.
  • a coil 23 is wound around each body 41 from above the coil winding frame 8. That is, the plurality (9) coils 23 correspond one-to-one with the plurality (9) teeth 4, and each coil 23 is wound around the corresponding teeth 4 from above the coil winding frame 8.
  • the two tip pieces 42 are provided as retaining stoppers to prevent the coil 23 from falling off from the body portion 41. That is, when the coil 23 is about to move to the tip end side of the body portion 41, the coil 23 is caught by the two tip pieces 42, so that the coil 23 can be suppressed from falling off.
  • the shape of the outer cylinder portion 22 is cylindrical.
  • the outer cylinder portion 22 is attached to the central core 21 so as to surround the central core 21.
  • the outer cylinder portion 22 has a plurality of (nine) fitting portions 221. That is, the outer cylinder portion 22 has the same number of fitting portions 221 as the teeth 4.
  • Each of the plurality of fitting portions 221 is a recess provided on the inner peripheral surface of the outer cylinder portion 22.
  • the plurality of fitting portions 221 have a one-to-one correspondence with the plurality of teeth 4.
  • Each of the plurality of fitting portions 221 and the teeth 4 corresponding to the fitting portions 221 of the plurality of teeth 4 are fitted to each other. As a result, the outer cylinder portion 22 is attached to the plurality of teeth 4.
  • the rotor core 6 of the rotor 5 is formed in a cylindrical shape concentric with the inner cylinder portion 3 of the stator core 20.
  • the thickness of the rotor core 6 is equal to the thickness of the stator core 20.
  • “equal” is not limited to the case where they are exactly the same, but also includes the cases where they differ within the permissible margin of error.
  • the output shaft 51 is held inside the rotor core 6.
  • the rotor core 6 and the output shaft 51 rotate integrally.
  • the rotor core 6 includes a plurality of magnet accommodating portions 61 (eight in FIG. 1).
  • Each magnet accommodating portion 61 is a through hole that penetrates the rotor core 6 in the axial direction.
  • Each magnet accommodating portion 61 accommodates one permanent magnet 70 (two magnet pieces 71 described later). That is, the brushless motor 1 has a so-called embedded magnet type (IPM: Interior permanent Magnet) structure in which a plurality of permanent magnets 70 are embedded inside the rotor core 6.
  • IPM Interior permanent Magnet
  • Each of the eight permanent magnets 70 is held in the magnet accommodating portion 61 by being inserted into the magnet accommodating portion 61 with the adhesive attached.
  • Each of the eight permanent magnets 70 may be held in the magnet accommodating portion 61 by a magnetic attraction force between the eight permanent magnets 70 and the rotor core 6 without using an adhesive.
  • each permanent magnet 70 is a rectangular parallelepiped.
  • the shape of each permanent magnet 70 is rectangular when viewed from the axial direction of the rotor core 6.
  • each permanent magnet 70 for example, a neodymium magnet, a ferrite magnet, or a plastic magnet can be adopted.
  • Each of the four permanent magnet units 7 contains two permanent magnets 70. That is, the brushless motor 1 includes eight permanent magnets 70.
  • the four permanent magnet units 7 are arranged around the rotation shaft (output shaft 51) of the rotor 5.
  • the four permanent magnet units 7 are arranged near the outer edge of the rotor 5.
  • the four permanent magnet units 7 are arranged in the rotation direction of the rotor 5.
  • the four permanent magnet units 7 are arranged at equal intervals in the rotation direction of the rotor 5.
  • the number of permanent magnet units 7 corresponds to the number of poles of the brushless motor 1. That is, the number of poles of the brushless motor 1 of this embodiment is four.
  • Each of the plurality (4) permanent magnet units 7 has a symmetrical shape with the line segment L1 (see FIG. 2) along the radial direction of the rotor 5 as the axis of symmetry. As a result, the rotation characteristics of the rotor 5 in both directions (clockwise and counterclockwise in FIG. 2) can be made uniform. There is a corresponding line segment L1 (axis of symmetry) for each permanent magnet unit 7. The line segment L1 passes through the rotation shaft (output shaft 51) of the rotor 5 and the center of the corresponding permanent magnet unit 7.
  • each of the plurality of (4) permanent magnet units 7, the plurality of (2) permanent magnets 70 are arranged in the radial direction of the rotor 5. More specifically, in each of the four permanent magnet units 7, the two permanent magnets 70 are spaced apart in the radial direction of the rotor 5.
  • the radial direction of the rotor 5 is the direction of the axis that passes through the output shaft 51 and is orthogonal to the axis (length) direction of the output shaft 51.
  • the radial direction of the rotor 5 coincides with the radial direction of the rotor core 6.
  • each of the four permanent magnet units 7 the shapes of the two permanent magnets 70 are equal to each other. These two permanent magnets 70 are arranged in parallel. The centers of each of these two permanent magnets 70 face each other in the radial direction of the rotor 5.
  • At least one of the plurality (8) permanent magnets 70 has a plurality of (two) magnet pieces 71.
  • each of the plurality (8) permanent magnets 70 has a plurality (2) magnet pieces 71.
  • the plurality of (two) magnet pieces 71 are arranged in a direction (here, orthogonal directions) that intersects the direction of the magnetic moment of the plurality (two) magnet pieces 71 (the direction from the S pole to the N pole). There is.
  • the direction of the magnetic moment of each permanent magnet 70 coincides with the direction of the magnetic moment of the plurality (two) magnet pieces 71 of the permanent magnet 70.
  • the direction of the magnetic moments of the plurality (two) magnet pieces 71 is along the radial direction of the rotor 5.
  • At least one permanent magnet 70 among the plurality (8) permanent magnets 70 at least two magnet pieces 71 among the plurality (two) magnet pieces 71 are directed in the direction of the rotation axis (output shaft) of the rotor 5. They are lined up in a direction (here, a direction orthogonal to each other) that intersects (direction 51).
  • the plurality of (two) magnet pieces 71 are arranged in a direction intersecting the direction of the rotation axis of the rotor 5. More specifically, the direction in which these plurality of (two) magnet pieces 71 are arranged is along the rotation direction of the rotor 5.
  • each of the eight permanent magnets 70 is divided into two magnet pieces 71. More specifically, each of the eight permanent magnets 70 is divided into two in a direction intersecting the direction of its magnetic moment (here, a direction orthogonal to each other). The shapes of the two magnet pieces 71 are equal to each other.
  • each magnet piece 71 is shown as “N”, and the south pole of each magnet piece 71 is shown as “S”.
  • N and S in FIG. 2 are letters attached for explanation, and are not actually attached letters.
  • the two permanent magnets 70 are arranged so that different poles face each other. Focusing on any one permanent magnet unit 7, the permanent magnet unit 7 and the two permanent magnet units 7 adjacent to the permanent magnet unit 7 in the rotation direction of the rotor 5 are at the center of the rotor 5. The magnetic poles facing (output shaft 51) are different.
  • the direction of the magnetic moment of one of the two magnet pieces 71 coincides with the direction of the magnetic moment of the other magnet piece 71.
  • the term "match" is not limited to the case where they are exactly the same, but also includes the case where they differ within an allowable error range.
  • the two magnet pieces 71 are in contact with each other in a direction intersecting (here, orthogonal directions) with the direction of the magnetic moment of the two magnet pieces 71.
  • the two magnet pieces 71 may be arranged at intervals from each other.
  • the two magnet pieces 71 may be inserted into the magnet accommodating portion 61 in a state of being adhered to each other, or may be inserted into the magnet accommodating portion 61 in a state of not being adhered to each other.
  • the torque “T” of the brushless motor 1 of the electric tool 10 can be increased, thereby increasing the torque of the electric tool 10.
  • the torque “T” of the brushless motor 1 is represented by the following [Equation 1].
  • [Number 1] T P n ⁇ a i q + P n (L d ⁇ L q ) i d i q
  • the first term i.e. P n ⁇ a i q is the magnet torque
  • the second term i.e. P n (L d -L q) i d i q is the reluctance torque.
  • P n is the number of pole pairs, phi a is flux linkage, i d is the d-axis component of the armature current flowing through the coil 23, i q is the q-axis component of the armature current flowing through the coil 23, L d is d-axis inductance, L q is the q-axis inductance.
  • P n, ⁇ a, i q, L d, the L q takes a positive value, (L d -L q), i d is a negative value.
  • the number of a plurality of permanent magnets 70 arranged so that different poles face each other in each permanent magnet unit 7 is also referred to as "the number of layers of the permanent magnet unit 7."
  • the number of layers of each permanent magnet unit 7 is two and when the number of permanent magnets 70 of each permanent magnet unit 7 is one (that is, when the number of layers of each permanent magnet unit 7 is one layer).
  • the d-axis inductance L d decreases and the q-axis inductance L q increases as compared with the case of one layer.
  • each permanent magnet unit 7 Even if the number of layers of each permanent magnet unit 7 is larger than that of two layers, the changes in the d-axis inductance L d and the q-axis inductance L q are small as compared with the case of two layers. Therefore, in order to increase the torque "T" of the brushless motor 1 while suppressing the number of permanent magnets 70, it is desirable that the number of layers of each permanent magnet unit 7 is two.
  • the torque "T" of the brushless motor 1 is increased by increasing the number of layers of each permanent magnet unit 7 to two or more, which increases the cost and the power tool 10. It is possible to suppress the increase in size.
  • each permanent magnet 70 is divided into a plurality of (two) magnet pieces 71. At the boundary between the two magnet pieces 71, the magnetic resistance is large as compared with the case where the permanent magnet 70 is not divided, so that the eddy current can be reduced.
  • the number of magnet pieces 71 included in the permanent magnet 70 is referred to as a number of divisions. In the present embodiment, the number of divisions of each permanent magnet 70 is 2, but the larger the number of divisions, the higher the effect of reducing the eddy current loss.
  • the permanent magnet 70 may have a property of demagnetizing at a high temperature.
  • High-temperature demagnetization means that the magnetic flux decreases when exposed to high temperatures.
  • the temperature at which the permanent magnet 70 is demagnetized at a high temperature is higher than that at room temperature.
  • neodymium magnets have the property of demagnetizing at high temperatures.
  • the possibility that the permanent magnet 70 is demagnetized at a high temperature can be reduced.
  • the eddy current loss may increase as compared with the case of one layer. Therefore, as in the present embodiment, the number of layers of the permanent magnet unit 7 is increased to two or more, and the permanent magnet 70 is divided into a plurality of magnet pieces 71 to increase the torque of the power tool 10 and eddy current. The increase in current loss can be suppressed.
  • the permanent magnet 70 may have the property of demagnetizing at low temperature depending on the type. That is, in one aspect, each of the plurality of permanent magnets 70 has a property of demagnetizing at a low temperature.
  • Low temperature demagnetization means that the magnetic flux decreases when exposed to a low temperature.
  • the temperature at which the permanent magnet 70 is demagnetized at a low temperature is lower than that at room temperature.
  • ferrite magnets have the property of demagnetizing at low temperatures. Ferrite magnets have almost no reduction in magnetic flux when exposed to high temperatures. Therefore, by adopting a magnet having a property of low-temperature demagnetization such as a ferrite magnet as the permanent magnet 70, it is possible to suppress a decrease in torque of the power tool 10 due to a temperature rise.
  • each permanent magnet 70A is different from that of the permanent magnet 70 of the embodiment. That is, the permanent magnet 70 of the embodiment is divided in the direction orthogonal to the direction of the rotation axis of the rotor 5, whereas the permanent magnet 70A of the present modification 1 is divided in the direction of the rotation axis of the rotor 5. There is. Hereinafter, a more detailed description will be given.
  • Each of the plurality of permanent magnets 70A of the plurality of permanent magnet units 7A has a plurality of (two) magnet pieces 71A.
  • the plurality of (two) magnet pieces 71A are arranged in a direction intersecting (here, orthogonal directions) with the direction of the magnetic moment of the plurality (two) magnet pieces 71A.
  • the direction of the magnetic moments of the plurality (two) magnet pieces 71A is along the radial direction of the rotor 5.
  • at least two magnet pieces 71A among the plurality (two) magnet pieces 71A are arranged in the direction of the rotation axis of the rotor 5. There is.
  • the two magnet pieces 71A are aligned in the direction of the rotation axis of the rotor 5.
  • the shapes of the two magnet pieces 71A are equal to each other.
  • the two magnet pieces 71A may be inserted into the magnet accommodating portion 61 in a state of being adhered to each other, or may be inserted into the magnet accommodating portion 61 in a state of not being adhered to each other.
  • each permanent magnet 70A is divided into two magnet pieces 71A, the eddy current can be reduced as in the embodiment.
  • the brushless motor 1B of the present modification 2 is different from the permanent magnet unit 7 of the embodiment in each configuration of the plurality of permanent magnet units 7B. That is, in each of the plurality of permanent magnet units 7B of the present modification 2, one of the two permanent magnets 70B and 70C, which is arranged on the output shaft 51 side of the rotor 5, is not divided. It has only one magnet piece 71B. Further, since the other permanent magnet 70C out of the two permanent magnets 70B and 70C is divided into two, it has two magnet pieces 71C.
  • each of the plurality (two) permanent magnets 70B and 70C is one or more. Has a magnet piece 71B (or 71C) of. Further, as in the embodiment, in each of the plurality of (four) permanent magnet units 7B, the plurality of (two) permanent magnets 70B and 70C are arranged in the radial direction of the rotor 5. Of the plurality of (two) permanent magnets 70B and 70C, the permanent magnets farther from the rotation axis (output shaft 51) of the rotor 5 have more magnet pieces.
  • the permanent magnet 70B arranged on the side closer to the rotation axis of the rotor 5 is divided into two or more predetermined number of magnet pieces 71B, and the permanent magnet 70C is used. May be divided into more magnet pieces 71C than the above-mentioned predetermined number. In other words, the number of divisions of the permanent magnet 70C may be larger than the number of divisions of the permanent magnet 70B.
  • the present modification 2 can be applied even when the number of layers of the permanent magnet unit 7B is 3 or more.
  • the number of layers of the permanent magnet unit 7B is 3 (that is, the number of permanent magnets included in the permanent magnet unit 7B is 3)
  • the number of divisions is 1, 2 in order from the permanent magnet on the side closer to the rotation axis of the rotor 5. 3 or 2, 3, 4 may be used.
  • the number of divisions of the permanent magnet farthest from the rotation axis of the rotor 5 may be larger than the number of divisions of the permanent magnet closest to the rotation axis. Further, when comparing the number of divisions of any two permanent magnets adjacent to each other in the radial direction of the rotor 5, the number of divisions of the permanent magnets arranged on the side of the two permanent magnets far from the rotation axis of the rotor 5 is determined. It may be equal to or greater than the number of divisions of the other permanent magnet.
  • the number of layers of the permanent magnet unit 7B is 3, and the number of divisions is 1, 1, 2 or 1, 2, 2 or 1, 2, 3 or in order from the permanent magnet on the side closer to the rotation axis of the rotor 5.
  • 2, 2, 3 or 2, 3, 3 or 2, 3, 4 may be used.
  • the brushless motor 1 is provided in the electric tool 10.
  • the brushless motor 1 can be distributed on the market by itself, independent of other configurations of the power tool 10. Therefore, the configuration of the brushless motor 1 of the present disclosure may be realized in a state where it is not incorporated in the power tool 10.
  • each permanent magnet 70 is divided into two magnet pieces 71.
  • each permanent magnet 70 may be divided into three or more magnet pieces 71.
  • the permanent magnet 70 is arranged so that three or more magnet pieces 71 are arranged in the same direction as the direction in which the two magnet pieces 71 of the permanent magnet 70 are arranged (the direction orthogonal to the direction of the rotation axis of the rotor 5). It may be divided into three or more magnet pieces 71.
  • the permanent magnet 70A is divided into three or more magnet pieces 71A so that three or more magnet pieces 71A are lined up in the same direction as the two magnet pieces 71A of the permanent magnet 70A are lined up. May be good.
  • the plurality of permanent magnets 70 (70A) are divided in the direction orthogonal to the direction of the rotation axis of the rotor 5 as in the embodiment, and are divided in the direction of the rotation axis of the rotor 5 as in the first modification. May be good.
  • the number of divisions in the direction orthogonal to the direction of the rotation axis of the rotor 5 and the number of divisions in the direction of the rotation axis of the rotor 5 may be the same or different.
  • the plurality of magnet pieces 71 may be connected.
  • a groove may be formed on the surface of the permanent magnet 70, which is one member.
  • the portions of both sides of the groove in the permanent magnet 70 are magnet pieces 71, respectively. That is, the permanent magnet 70 may be divided into a plurality of (here, two) magnet pieces 71 with the groove as a boundary.
  • a plurality of grooves may be formed. That is, the permanent magnet 70 may be divided into three or more magnet pieces 71 with a plurality of grooves as boundaries.
  • the groove can reduce the eddy current generated on the surface of the permanent magnet 70.
  • the magnet accommodating portion 61 is not limited to a through hole that penetrates the rotor core 6 in the axial direction, and may be a groove formed in the rotor core 6.
  • the plurality of permanent magnet units 7 may be arranged in a spoke shape (radial shape) around the rotation shaft (output shaft 51) of the rotor 5.
  • the fact that the plurality of permanent magnet units 7 are arranged in a spoke shape about the rotation axis of the rotor 5 means that the longitudinal direction of each permanent magnet 70 is along the radial direction of the rotor 5 when viewed from the direction of the output shaft 51.
  • a plurality of permanent magnet units 7 are arranged so as to be arranged in the rotation direction of the rotor 5. In this arrangement, a plurality of permanent magnet units 7 are arranged so that two permanent magnet units 7 adjacent to each other in the rotation direction of the rotor 5 face the same poles.
  • the number of poles of the brushless motor 1 is not limited to 4, and may be, for example, 6 or 8.
  • the power tool (10) includes a brushless motor (1) and a control unit (107).
  • the brushless motor (1) has a stator (2) and a rotor (5).
  • the rotor (5) rotates with respect to the stator (2).
  • the control unit (107) controls the operation of the brushless motor (1).
  • the rotor (5) includes a plurality of permanent magnet units (7, 7A, 7B).
  • the plurality of permanent magnet units (7, 7A, 7B) are arranged in the rotation direction of the rotor (5).
  • the stator (2) includes a plurality of coils (23).
  • the plurality of coils (23) are arranged in the rotation direction of the rotor (5).
  • the plurality of coils (23) generate an electromagnetic force acting on the plurality of permanent magnet units (7, 7A, 7B).
  • Each of the plurality of permanent magnet units (7, 7A, 7B) includes a plurality of permanent magnets (70, 70A, 70B, 70C).
  • the plurality of permanent magnets (70, 70A, 70B, 70C) are arranged so that different poles face each other.
  • each permanent magnet unit (7, 7A, 7B) contains only one permanent magnet (70, 70A, 70B, 70C). can do.
  • At least one permanent magnet (70, 70A, 70C) among the plurality of permanent magnets (70, 70A, 70B, 70C) is used. It has a plurality of magnet pieces (71, 71A, 71C). The plurality of magnet pieces (71, 71A, 71C) are arranged in a direction intersecting the direction of the magnetic moment of the plurality of magnet pieces (71, 71A, 71C).
  • the eddy current loss can be reduced as compared with the case where each permanent magnet (70, 70A, 70C) contains only one magnet piece (71, 71A, 71C).
  • the temperature rise of the brushless motors (1, 1A, 1B) can be suppressed.
  • a plurality of magnet pieces are used in at least one permanent magnet (70, 70C) among the plurality of permanent magnets (70, 70B, 70C). At least two magnet pieces of (71, 71C) are aligned in a direction intersecting the direction of the rotation axis (output axis (51)) of the rotor (5).
  • the eddy current loss can be reduced.
  • the power tool (10) in the second or third aspect, in at least one permanent magnet among the plurality of permanent magnets (70A), at least two of the plurality of magnet pieces (71A) are used. The two magnet pieces are aligned in the direction of the rotation axis (output axis (51)) of the rotor (5).
  • the eddy current loss can be reduced.
  • each of the plurality of permanent magnet units (7B) in each of the plurality of permanent magnet units (7B), the plurality of permanent magnets (70B, 70C) are used. , Rotors (5) are lined up in the radial direction. In at least one permanent magnet unit among the plurality of permanent magnet units (7B), each of the plurality of permanent magnets (70B, 70C) has one or more magnet pieces (71B, 71C) of the rotor (5). Permanent magnets farther from the rotating shaft (output shaft (51)) have more magnet pieces.
  • the effect of reducing the eddy current loss can be enhanced on the side far from the rotating shaft (output shaft (51)) of the rotor (5) as compared with the rotating shaft side.
  • Eddy current loss is likely to occur on the side far from the rotation axis of the rotor (5).
  • the eddy current loss of the entire brushless motor (1B) can be reduced.
  • each of the plurality of permanent magnet units (7, 7A, 7B) is a radial of the rotor (5). It has a symmetrical shape with a line segment (L1) along the direction as the axis of symmetry.
  • the characteristics of rotation of the rotor (5) in both directions can be made uniform.
  • each of the plurality of permanent magnets (70, 70A, 70B, 70C) has a property of low-temperature demagnetization. Has.
  • the plurality of permanent magnets (70, 70A, 70B, 70C) have the property of demagnetizing at high temperature, respectively, as compared with the case where the plurality of permanent magnets (70, 70A, 70B, 70C) have the property of demagnetizing at high temperature. It is possible to suppress a decrease in torque of the brushless motors (1, 1A, 1B) due to demagnetization due to a temperature rise.
  • a plurality of permanent magnets (70) are used in each of the plurality of permanent magnet units (7, 7A, 7B). , 70A, 70B, 70C) is two.
  • each permanent magnet unit (7, 7A, 7B) has a permanent magnet (70, 70A, 70B, 70C) while suppressing the number of a plurality of permanent magnets (70, 70A, 70B, 70C).
  • the torque of the power tool (10) can be increased as compared with the case where only one is included.
  • Configurations other than the first aspect are not essential configurations for the power tool (10) and can be omitted as appropriate.
  • the brushless motors (1, 1A, 1B) according to the ninth aspect are provided in the electric tool (10) according to any one of the first to eighth aspects.
  • each permanent magnet unit (7, 7A, 7B) contains only one permanent magnet (70, 70A, 70B, 70C). can do.

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Abstract

本開示は、トルクを大きくすることができる電動工具及びこの電動工具に備えられるブラシレスモータを提供することを目的とする。電動工具は、ブラシレスモータ（１）と、制御部と、を備える。ブラシレスモータ（１）は、ステータ（２）と、ロータ（５）と、を有する。ロータ（５）は、複数の永久磁石ユニット（７）を含む。複数の永久磁石ユニット（７）は、ロータ（５）の回転方向に並んでいる。複数の永久磁石ユニット（７）の各々は、複数の永久磁石（７０）を含む。複数の永久磁石（７０）は、異極が対向するように配置されている。

Description

電動工具及びブラシレスモータ
　本開示は一般に電動工具及びブラシレスモータに関し、より詳細には、ブラシレスモータを備える電動工具及び上記ブラシレスモータに関する。
　特許文献１に記載の電動工具は、ブラシレスモータを備える。ブラシレスモータは、円筒状の外形をもつステータと、コイルと、ステータの内周部内に配置されたロータとから構成されている。ロータは、回転軸と、回転軸に同軸に圧入され回転軸と一体に回転する本体部とから成る。本体部には、回転軸方向に４つの永久磁石部材が埋込まれている。
　特許文献１に記載されたような電動工具において、トルク（先端工具が装着される出力軸のトルク）の向上が求められることがあった。
特開２００８－２７２８７０号公報
　本開示は、トルクを大きくすることができる電動工具及びこの電動工具に備えられるブラシレスモータを提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る電動工具は、ブラシレスモータと、制御部と、を備える。前記ブラシレスモータは、ステータと、ロータと、を有する。前記ロータは、前記ステータに対して回転する。前記制御部は、前記ブラシレスモータの動作を制御する。前記ロータは、複数の永久磁石ユニットを含む。前記複数の永久磁石ユニットは、前記ロータの回転方向に並んでいる。前記ステータは、複数のコイルを含む。前記複数のコイルは、前記ロータの前記回転方向に並んでいる。前記複数のコイルは、前記複数の永久磁石ユニットに作用する電磁気力を発生させる。前記複数の永久磁石ユニットの各々は、複数の永久磁石を含む。前記複数の永久磁石は、異極が対向するように配置されている。
　本開示の一態様に係るブラシレスモータは、前記電動工具に備えられる。
図１は、一実施形態に係るブラシレスモータの分解斜視図である。 図２は、同上のブラシレスモータの断面図である。 図３は、同上のブラシレスモータを備える電動工具の概略図である。 図４は、変形例１に係るブラシレスモータの分解斜視図である。 図５は、変形例２に係るブラシレスモータの断面図である。
　以下、実施形態に係る電動工具１０及びブラシレスモータ１について、図面を用いて説明する。ただし、下記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の１つに過ぎない。下記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。なお、図２では、ロータコア６を断面で図示していることを表すハッチングを省略している。
　（１）概要
　本実施形態の電動工具１０は、図１、図２に示すように、ブラシレスモータ１と、制御部１０７（図３参照）と、を備えている。ブラシレスモータ１は、ステータ２と、ロータ５と、を有している。ステータ２は、ステータコア２０を含む。ロータ５は、ステータ２に対して回転する。制御部１０７は、ブラシレスモータ１の動作を制御する。ロータ５は、複数（図１では４つ）の永久磁石ユニット７を含む。複数の永久磁石ユニット７は、ロータ５の回転方向に並んでいる。ステータ２は、複数（図１では９つ）のコイル２３を含む。複数のコイル２３は、ロータ５の回転方向に並んでいる。複数のコイル２３は、複数の永久磁石ユニット７に作用する電磁気力を発生させる。複数の永久磁石ユニット７の各々は、複数（図１では２つ）の永久磁石７０を含む。複数の永久磁石７０は、異極が対向するように配置されている。
　本実施形態の電動工具１０では、各永久磁石ユニット７が永久磁石７０を１つのみ含む場合と比較して、電動工具１０のトルク（出力軸１０３（図３参照）のトルク）を大きくすることができる。
　（２）電動工具
　図３に示すように、電動工具１０は、ブラシレスモータ１と、電源１０１と、駆動伝達部１０２と、出力軸１０３と、チャック１０４と、先端工具１０５と、トリガボリューム１０６と、制御部１０７と、ハウジング１０８と、を備えている。電動工具１０は、先端工具１０５をブラシレスモータ１の駆動力で駆動する。
　ハウジング１０８は、ブラシレスモータ１と、駆動伝達部１０２と、出力軸１０３と、制御部１０７と、を収容している。
　ブラシレスモータ１は、先端工具１０５を駆動する駆動源である。電源１０１は、ブラシレスモータ１を駆動する電流を供給する直流電源である。電源１０１は、例えば、電池パックである。電池パックは、１又は複数の２次電池を含む。ロータ５は、出力軸５１（回転軸）を有しており、ブラシレスモータ１の駆動力（ロータ５の回転）は、出力軸５１を介して駆動伝達部１０２に伝達される。駆動伝達部１０２は、ブラシレスモータ１の駆動力を調整して出力軸１０３に出力する。出力軸１０３は、駆動伝達部１０２から出力された駆動力で駆動（例えば回転）される。チャック１０４は、出力軸１０３に固定されている。チャック１０４には、先端工具１０５が着脱自在に取り付けられる。先端工具１０５（ビットとも言う）は、例えば、ドライバ、ソケット又はドリル等である。各種の先端工具１０５のうち用途に応じた先端工具１０５が、チャック１０４に取り付けられて用いられる。
　制御部１０７は、電源１０１からブラシレスモータ１の複数のコイル２３に供給される電流を制御する回路である。これにより、制御部１０７は、ブラシレスモータ１のロータ５の回転速度を制御する。
　トリガボリューム１０６は、ブラシレスモータ１のロータ５の回転を制御するための操作を受け付ける操作部である。トリガボリューム１０６を引き込む操作により、ブラシレスモータ１のオンオフが切替可能である。また、トリガボリューム１０６を引き込む操作の操作量を調整することで、ロータ５の回転速度が調整可能である。つまり、トリガボリューム１０６を引き込む操作の操作量を調整することで、ロータ５の回転に連動して回転する出力軸１０３の回転速度が調整可能である。制御部１０７は、トリガボリューム１０６に入力された操作に応じて、ロータ５を回転又は停止させ、また、ロータ５の回転速度を制御する。この電動工具１０では、先端工具１０５がチャック１０４に取り付けられる。そして、トリガボリューム１０６への操作によってロータ５の回転速度が制御されることで、出力軸１０３及び先端工具１０５の回転速度が制御される。
　なお、本実施形態の電動工具１０はチャック１０４を備えることで、先端工具１０５が、用途に応じて交換可能であるが、先端工具１０５が交換可能である必要は無い。例えば、電動工具１０は、特定の先端工具１０５のみ用いることができる電動工具であってもよい。
　（３）ブラシレスモータ
　（３－１）概要
　図１、図２に示すように、ブラシレスモータ１は、ステータ２と、ロータ５と、を有している。ステータ２は、複数（図１では９つ）のコイル２３と、ステータコア２０と、コイル巻枠８と、を含んでいる。ロータ５は、ロータコア６と、複数（図１では４つ）の永久磁石ユニット７と、出力軸５１と、を含んでいる。
　ステータコア２０は、ロータコア６を囲んでいる。ロータ５は、ステータ２に対して回転する。すなわち、ステータコア２０に巻かれた複数のコイル２３から発生する磁束が、ロータコア６に配置された複数の永久磁石７０に作用することにより、ロータ５が回転する。ロータ５の回転力（駆動力）は、出力軸５１から駆動伝達部１０２（図３参照）へ伝達される。
　ステータコア２０及びロータコア６の各々は、複数の鋼板を含む。ステータコア２０及びロータコア６の各々は、複数の鋼板を厚さ方向に積層して形成されている。つまり、ステータコア２０及びロータコア６の各々は、いわゆる積層コアである。複数の鋼板の積層方向は、ロータ５の出力軸５１の方向（出力軸５１の長さ方向）に沿っている。各鋼板は、磁性材料により形成されている。各鋼板は、例えば、ケイ素鋼板である。
　（３－２）ステータ
　ステータ２のステータコア２０は、中央コア２１と、外筒部２２と、を有している。
　中央コア２１は、円筒状の内筒部３と、複数（図１では９つ）のティース４と、を有している。内筒部３の内側には、ロータコア６が配置されている。複数のティース４の各々は、胴部４１と、２つの先端片４２と、を含む。胴部４１は、内筒部３から内筒部３の径方向において外向きに突出している。複数のティース４の胴部４１は、内筒部３の周方向（ロータ５の回転方向）において等間隔に設けられている。２つの先端片４２は、胴部４１の先端側の部位から、胴部４１の突出方向と交差する方向（ロータ５の回転方向）に延びている。
　コイル巻枠８は、例えば、合成樹脂を材料として形成されている。コイル巻枠８は、電気絶縁性を有している。コイル巻枠８は、複数のティース４のうち胴部４１を含む領域を覆っている。各胴部４１には、コイル巻枠８の上からコイル２３が巻かれる。すなわち、複数（９つ）のコイル２３は、複数（９つ）のティース４と一対一で対応し、各コイル２３は、コイル巻枠８の上から対応するティース４に巻きついている。複数のコイル２３の巻き方としては、例えば、集中巻が採用される。
　２つの先端片４２は、コイル２３が胴部４１から脱落することを抑制する抜止めとして設けられている。すなわち、胴部４１の先端側にコイル２３が移動しようとする場合に、コイル２３が２つの先端片４２に引っ掛かることで、コイル２３の脱落を抑制できる。
　外筒部２２の形状は、円筒状である。外筒部２２は、中央コア２１を囲むように中央コア２１に取り付けられる。外筒部２２は、複数（９つ）の嵌合部２２１を有している。つまり、外筒部２２は、ティース４と同数の嵌合部２２１を有している。複数の嵌合部２２１の各々は、外筒部２２の内周面に設けられた窪みである。複数の嵌合部２２１は、複数のティース４と一対一で対応している。複数の嵌合部２２１の各々と、複数のティース４のうちこの嵌合部２２１に対応するティース４とが嵌まり合う。これにより、外筒部２２が複数のティース４に取り付けられる。
　（３－３）ロータ
　ロータ５のロータコア６は、ステータコア２０の内筒部３と同心の円筒状に形成されている。ロータコア６の厚さとステータコア２０の厚さとは等しい。本開示において、「等しい」とは、厳密に同じである場合に限定されず、許容される誤差の範囲内で異なっている場合も含む。
　ロータコア６の内側には、出力軸５１が保持されている。ロータコア６と出力軸５１とは、一体に回転する。ロータコア６は、複数（図１では８つ）の磁石収容部６１を含んでいる。各磁石収容部６１は、ロータコア６を軸方向に貫通する貫通孔である。各磁石収容部６１には、１つの永久磁石７０（後述する２つの磁石片７１）が収容されている。すなわち、ブラシレスモータ１は、ロータコア６の内部に複数の永久磁石７０が埋め込まれた、いわゆる埋込磁石型（IPM：Interior permanent Magnet）の構造を有している。
　８つの永久磁石７０の各々は、接着剤を付着させた状態で磁石収容部６１に挿入されることで、磁石収容部６１に保持されている。なお、８つの永久磁石７０の各々は、接着剤を用いることなく、ロータコア６との間の磁気吸着力により磁石収容部６１に保持されていてもよい。
　各永久磁石７０の形状は直方体状である。ロータコア６の軸方向から見て、各永久磁石７０の形状は長方形状である。各永久磁石７０として、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石又はプラスチック磁石を採用できる。
　４つの永久磁石ユニット７の各々は、２つの永久磁石７０を含んでいる。つまり、ブラシレスモータ１は、８つの永久磁石７０を含んでいる。４つの永久磁石ユニット７は、ロータ５の回転軸（出力軸５１）の周りに配置されている。４つの永久磁石ユニット７は、ロータ５の外縁付近に配置されている。４つの永久磁石ユニット７は、ロータ５の回転方向に並んでいる。４つの永久磁石ユニット７は、ロータ５の回転方向において等間隔に並んでいる。永久磁石ユニット７の個数が、ブラシレスモータ１の極数に相当する。つまり、本実施形態のブラシレスモータ１の極数は４である。
　複数（４つ）の永久磁石ユニット７の各々は、ロータ５のラジアル方向に沿った線分Ｌ１（図２参照）を対称軸とする対称な形状である。これにより、ロータ５の両方向（図２における時計回り及び反時計回り）の回転の特性を揃えられる。１つの永久磁石ユニット７ごとに、対応する線分Ｌ１（対称軸）が存在する。線分Ｌ１は、ロータ５の回転軸（出力軸５１）と、対応する永久磁石ユニット７の中心とを通る。
　複数（４つ）の永久磁石ユニット７の各々において、複数（２つ）の永久磁石７０は、ロータ５のラジアル方向に並んでいる。より詳細には、４つの永久磁石ユニット７の各々において、２つの永久磁石７０は、ロータ５のラジアル方向に間隔をあけて並んでいる。ロータ５のラジアル方向とは、言い換えると、出力軸５１を通り出力軸５１の軸（長さ）方向と直交する軸の方向である。ロータ５のラジアル方向は、ロータコア６の径方向に一致する。
　４つの永久磁石ユニット７の各々において、２つの永久磁石７０の形状は互いに等しい。これらの２つの永久磁石７０は、平行に配置されている。これらの２つの永久磁石７０の各々の中心が、ロータ５のラジアル方向において対向している。
　複数（８つ）の永久磁石７０のうち少なくとも１つの永久磁石７０は、複数（２つ）の磁石片７１を有している。本実施形態では、複数（８つ）の永久磁石７０の各々が複数（２つ）の磁石片７１を有している。複数（２つ）の磁石片７１は、複数（２つ）の磁石片７１の磁気モーメントの方向（Ｓ極からＮ極に向かう方向）と交差する方向（ここでは、直交する方向）に並んでいる。各永久磁石７０の磁気モーメントの方向は、当該永久磁石７０の複数（２つ）の磁石片７１の磁気モーメントの方向と一致している。複数（２つ）の磁石片７１の磁気モーメントの方向は、ロータ５のラジアル方向に沿っている。また、複数（８つ）の永久磁石７０のうち少なくとも１つの永久磁石７０において、複数（２つ）の磁石片７１のうち少なくとも２つの磁石片７１は、ロータ５の回転軸の方向（出力軸５１の方向）と交差する方向（ここでは、直交する方向）に並んでいる。本実施形態では、８つの永久磁石７０の各々において、複数（２つ）の磁石片７１は、ロータ５の回転軸の方向と交差する方向に並んでいる。より詳細には、これら複数（２つ）の磁石片７１の並んでいる方向は、ロータ５の回転方向に沿っている。
　つまり、８つの永久磁石７０の各々は、２つの磁石片７１に分割されている。より詳細には、８つの永久磁石７０の各々は、その磁気モーメントの方向と交差する方向（ここでは、直交する方向）に２分割されている。２つの磁石片７１の形状は互いに等しい。
　図２では、各磁石片７１のＮ極を「Ｎ」と図示し、各磁石片７１のＳ極を「Ｓ」と図示している。ただし、図２における「Ｎ」及び「Ｓ」はそれぞれ、説明のために付した文字であって、実際に付されている文字ではない。４つの永久磁石ユニット７の各々において、２つの永久磁石７０は、異極が対向するように配置されている。また、任意の１つの永久磁石ユニット７に着目すると、この永久磁石ユニット７と、この永久磁石ユニット７に対してロータ５の回転方向に隣り合う２つの永久磁石ユニット７とでは、ロータ５の中心（出力軸５１）に対向させている磁極が異なる。
　８つの永久磁石７０の各々において、２つの磁石片７１のうち一方の磁石片７１の磁気モーメントの方向は、他方の磁石片７１の磁気モーメントの方向に一致している。本開示において、「一致」とは、厳密に同じである場合に限定されず、許容される誤差の範囲内で異なっている場合も含む。２つの磁石片７１は、２つの磁石片７１の磁気モーメントの方向と交差する方向（ここでは、直交する方向）において互いに接している。ただし、２つの磁石片７１が互いに間隔をあけて配置されていてもよい。２つの磁石片７１は、互いに接着された状態で磁石収容部６１に挿入されてもよいし、互いに接着されていない状態で磁石収容部６１に挿入されてもよい。
　（４）利点
　本実施形態によれば、電動工具１０のブラシレスモータ１のトルク「Ｔ」を大きくし、これにより、電動工具１０のトルクを大きくすることができる。ブラシレスモータ１のトルク「Ｔ」は、次の［数１］で表される。
［数１］
Ｔ＝Ｐｎφａｉｑ＋Ｐｎ（Ｌｄ－Ｌｑ）ｉｄｉｑ
　ここで、第１項すなわちＰｎφａｉｑはマグネットトルク、第２項すなわちＰｎ（Ｌｄ－Ｌｑ）ｉｄｉｑはリラクタンストルクである。Ｐｎは極対数、φａは鎖交磁束、ｉｄはコイル２３を流れる電機子電流のｄ軸成分、ｉｑはコイル２３を流れる電機子電流のｑ軸成分、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。ここでは、Ｐｎ、φａ、ｉｑ、Ｌｄ、Ｌｑは正の値を取り、（Ｌｄ－Ｌｑ）、ｉｄは負の値を取る。
　以下では、各永久磁石ユニット７において異極を対向させて並んでいる複数の永久磁石７０の個数を、「永久磁石ユニット７の層数」とも言う。ここで、各永久磁石ユニット７の層数が２層の場合と、各永久磁石ユニット７の永久磁石７０の個数が１個の場合（つまり、各永久磁石ユニット７の層数が１層の場合）とを対比する。各永久磁石ユニット７の層数が２層の場合は、１層の場合と比較して、ｄ軸インダクタンスＬｄが低下し、ｑ軸インダクタンスＬｑが増加する。その結果、各永久磁石ユニット７の層数が２層の場合は、１層の場合と比較して、突極比（＝Ｌｑ/Ｌｄ）が大きくなり、（数１）の第２項すなわちリラクタンストルクが大きくなる。よって、本実施形態のように、各永久磁石ユニット７の層数を２層にすることで、ブラシレスモータ１のトルク「Ｔ」が大きくなる。
　なお、各永久磁石ユニット７の層数を２層よりも多くしても、２層の場合と比較したときのｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑの変化は小さい。そのため、永久磁石７０の個数を抑えつつ、ブラシレスモータ１のトルク「Ｔ」を大きくするために、各永久磁石ユニット７の層数は２層が望ましい。
　なお、ブラシレスモータ１のトルク「Ｔ」を大きくする手段として、各永久磁石ユニット７の層数を２層以上にすること以外にも、永久磁石ユニット７の磁力を強くすること、及び、コイル２３に流す電流を大きくすることが考えられる。しかしながら、永久磁石ユニット７の磁力を強くするためには、永久磁石７０の個数を増やしたり、より性能の高い永久磁石７０を採用したりすることを要するので、ブラシレスモータ１のコストの上昇を招く可能性がある。また、コイル２３に流す電流を大きくするためには、電流容量がより大きい素子を電動工具１０に用いることを要し、これにより素子の大型化を招く可能性がある。さらに、素子及びコイル２３に流す電流の増加に伴い、発熱量が増加するので、電動工具１０の放熱性の向上が必要となり、そのために電動工具１０の大型化を招く可能性がある。これに対して、本実施形態の電動工具１０では、各永久磁石ユニット７の層数を２層以上にすることでブラシレスモータ１のトルク「Ｔ」を大きくするので、コストの上昇及び電動工具１０の大型化を抑制できる。
　さらに、本実施形態の電動工具１０では、各永久磁石７０が複数（２つ）の磁石片７１に分割されている。２つの磁石片７１の境界部分では、永久磁石７０が分割されていない場合と比較して、磁気抵抗が大きいので、渦電流を低減させることができる。以下では、永久磁石７０が有する磁石片７１の個数を分割数と称す。本実施形態では各永久磁石７０の分割数は２であるが、分割数が多いほど、渦電流損を低減する効果が高くなる。
　渦電流が発生すると、渦電流損としてのジュール熱が発生するので、ブラシレスモータ１の温度上昇が起きる可能性がある。永久磁石７０は、種類によっては、高温減磁する性質を有していることがある。高温減磁とは、高温に晒されることで磁束が減少することである。永久磁石７０が高温減磁するときの温度は、常温と比較して高い。例えば、ネオジム磁石は、高温減磁する性質を有している。本実施形態では、ブラシレスモータ１の温度上昇を抑制できるので、永久磁石７０が高温減磁する可能性を低減できる。
　特に、永久磁石ユニット７の層数を２層以上にした場合、１層の場合と比較して、渦電流損が増加することがある。そこで、本実施形態のように、永久磁石ユニット７の層数を２層以上にし、かつ、永久磁石７０を複数の磁石片７１に分割することで、電動工具１０のトルクを大きくしつつ、渦電流損の増加を抑制することができる。
　なお、永久磁石７０は、種類によっては、低温減磁する性質を有していることがある。つまり、一態様において、複数の永久磁石７０の各々は、低温減磁する性質を有している。低温減磁とは、低温に晒されることで磁束が減少することである。永久磁石７０が低温減磁するときの温度は、常温と比較して低い。例えば、フェライト磁石は、低温減磁する性質を有している。フェライト磁石は、高温に晒された場合には磁束がほとんど減少しない。そのため、永久磁石７０としてフェライト磁石等の低温減磁する性質を有する磁石を採用することで、温度上昇に起因した電動工具１０のトルクの低下を抑制することができる。
　（変形例１）
　以下、変形例１に係るブラシレスモータ１Ａについて、図４を用いて説明する。実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　本変形例１のブラシレスモータ１Ａは、各永久磁石７０Ａの形状が実施形態の永久磁石７０とは異なる。すなわち、実施形態の永久磁石７０はロータ５の回転軸の方向と直交する方向に分割されているのに対して、本変形例１の永久磁石７０Ａはロータ５の回転軸の方向に分割されている。以下、より詳細に説明する。
　複数の永久磁石ユニット７Ａの複数の永久磁石７０Ａの各々は、複数（２つ）の磁石片７１Ａを有している。複数（２つ）の磁石片７１Ａは、複数（２つ）の磁石片７１Ａの磁気モーメントの方向と交差する方向（ここでは、直交する方向）に並んでいる。複数（２つ）の磁石片７１Ａの磁気モーメントの方向は、ロータ５のラジアル方向に沿っている。また、複数（８つ）の永久磁石７０Ａのうち少なくとも１つの永久磁石７０Ａにおいて、複数（２つ）の磁石片７１Ａのうち少なくとも２つの磁石片７１Ａは、ロータ５の回転軸の方向に並んでいる。本変形例１では、８つの永久磁石７０Ａの各々において、２つの磁石片７１Ａは、ロータ５の回転軸の方向に並んでいる。２つの磁石片７１Ａの形状は互いに等しい。２つの磁石片７１Ａは、互いに接着された状態で磁石収容部６１に挿入されてもよいし、互いに接着されていない状態で磁石収容部６１に挿入されてもよい。
　本変形例１では、各永久磁石７０Ａが２つの磁石片７１Ａに分割されているので、実施形態と同様に、渦電流を低減させることができる。
　（変形例２）
　以下、変形例２に係るブラシレスモータ１Ｂについて、図５を用いて説明する。実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。なお、図５では、ロータコア６を断面で図示していることを表すハッチングを省略している。
　本変形例２のブラシレスモータ１Ｂは、複数の永久磁石ユニット７Ｂの各々の構成が実施形態の永久磁石ユニット７と異なる。すなわち、本変形例２の複数の永久磁石ユニット７Ｂの各々において、２つの永久磁石７０Ｂ、７０Ｃのうちロータ５の出力軸５１側に配置された一方の永久磁石７０Ｂは、分割されていないため、磁石片７１Ｂを１つのみ有している。また、２つの永久磁石７０Ｂ、７０Ｃのうち他方の永久磁石７０Ｃは、２分割されているため、磁石片７１Ｃを２つ有している。
　つまり、複数（４つ）の永久磁石ユニット７Ｂのうち少なくとも１つ（本変形例２では、全て）の永久磁石ユニット７Ｂにおいて、複数（２つ）の永久磁石７０Ｂ、７０Ｃの各々は、１以上の磁石片７１Ｂ（又は７１Ｃ）を有している。また、実施形態と同様に、複数（４つ）の永久磁石ユニット７Ｂの各々において、複数（２つ）の永久磁石７０Ｂ、７０Ｃは、ロータ５のラジアル方向に並んでいる。そして、複数（２つ）の永久磁石７０Ｂ、７０Ｃのうちロータ５の回転軸（出力軸５１）から遠い永久磁石ほど多くの磁石片を有している。
　本変形例２のように、ロータ５の回転軸から遠い側の永久磁石７０Ｃのみが分割されていても、渦電流を低減させる効果がある。また、ロータ５の回転軸から遠い永久磁石ほど多くの磁石片を有するように構成することで、渦電流損を低減させる効果を、ロータ５の回転軸から遠い側において、回転軸側よりも高めることができる。渦電流損は、ロータ５の回転軸から遠い側（つまり、コイル２３側）において発生しやすい。ロータ５の回転軸から遠い側の渦電流損を特に低減させることで、ブラシレスモータ１Ｂ全体の渦電流損を低減させることができる。
　なお、本変形例２において、２つの永久磁石７０Ｂ、７０Ｃのうち、ロータ５の回転軸に近い側に配置された永久磁石７０Ｂを２以上の所定数の磁石片７１Ｂに分割し、永久磁石７０Ｃを上記所定数よりも多くの磁石片７１Ｃに分割してもよい。言い替えると、永久磁石７０Ｃの分割数を永久磁石７０Ｂの分割数よりも多くしてもよい。
　また、永久磁石ユニット７Ｂの層数が３以上の場合にも本変形例２を適用できる。例えば、永久磁石ユニット７Ｂの層数を３として（つまり、永久磁石ユニット７Ｂが備える永久磁石の個数が３つ）、ロータ５の回転軸に近い側の永久磁石から順に、分割数を１、２、３又は、２、３、４としてもよい。
　また、永久磁石ユニット７Ｂの層数が３以上の場合に、ロータ５の回転軸から最も遠い永久磁石の分割数を、回転軸に最も近い永久磁石の分割数よりも多くしてもよい。さらに、ロータ５のラジアル方向において隣り合う任意の２つの永久磁石の分割数を比較した場合に、２つの永久磁石のうちロータ５の回転軸から遠い側に配置された永久磁石の分割数を、他方の永久磁石の分割数以上としてもよい。例えば、永久磁石ユニット７Ｂの層数を３として、ロータ５の回転軸に近い側の永久磁石から順に、分割数を１、１、２又は、１、２、２又は、１、２、３又は、２、２、３又は、２、３、３又は、２、３、４としてもよい。
　（実施形態のその他の変形例）
　以下、実施形態のその他の変形例を列挙する。以下の変形例は、適宜組み合わせて実現されてもよい。また、以下の変形例は、上述の各変形例と適宜組み合わせて実現されてもよい。
　ブラシレスモータ１は、電動工具１０に備えられる。ブラシレスモータ１は、電動工具１０の他の構成とは独立して、ブラシレスモータ１単独で市場に流通し得る。そのため、本開示のブラシレスモータ１の構成は、電動工具１０に組み込まれていない状態で実現されてもよい。
　実施形態では、各永久磁石７０は、２つの磁石片７１に分割されている。これに対して、各永久磁石７０は、３つ以上の磁石片７１に分割されていてもよい。例えば、実施形態において永久磁石７０の２つの磁石片７１が並ぶ方向（ロータ５の回転軸の方向と直交する方向）と同じ方向に３つ以上の磁石片７１が並ぶように、永久磁石７０が３つ以上の磁石片７１に分割されていてもよい。あるいは、変形例１において永久磁石７０Ａの２つの磁石片７１Ａが並ぶ方向と同じ方向に３つ以上の磁石片７１Ａが並ぶように、永久磁石７０Ａが３つ以上の磁石片７１Ａに分割されていてもよい。
　複数の永久磁石７０（７０Ａ）は、実施形態のようにロータ５の回転軸の方向と直交する方向に分割され、かつ、変形例１のようにロータ５の回転軸の方向に分割されていてもよい。ロータ５の回転軸の方向と直交する方向における分割数と、ロータ５の回転軸の方向の分割数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　複数の磁石片７１は、つながっていてもよい。例えば、１つの部材である永久磁石７０の表面に溝を形成してもよい。このとき、永久磁石７０のうち溝の両側の部位がそれぞれ磁石片７１である。つまり、永久磁石７０が溝を境界として複数（ここでは、２つ）の磁石片７１に分割されていてもよい。溝は、複数形成されていてもよい。つまり、永久磁石７０が複数の溝を境界として３つ以上の磁石片７１に分割されていてもよい。溝により、永久磁石７０の表面に発生する渦電流を低減させることができる。
　磁石収容部６１は、ロータコア６を軸方向に貫通する貫通孔に限定されず、ロータコア６に形成された溝であってもよい。
　複数の永久磁石ユニット７は、ロータ５の回転軸（出力軸５１）を中心としてスポーク状（放射状）に配置されていてもよい。複数の永久磁石ユニット７がロータ５の回転軸を中心としてスポーク状に配置されるとは、出力軸５１の方向から見て、各永久磁石７０の長手方向がロータ５のラジアル方向に沿い、かつ、複数の永久磁石ユニット７がロータ５の回転方向に並ぶように配置されることである。この配置において、ロータ５の回転方向において隣り合う２つの永久磁石ユニット７が同極を対向させるように、複数の永久磁石ユニット７が配置される。
　ブラシレスモータ１の極数は４に限定されず、例えば、６又は８であってもよい。
　（まとめ）
　以上説明した実施形態等から、以下の態様が開示されている。
　第１の態様に係る電動工具（１０）は、ブラシレスモータ（１）と、制御部（１０７）と、を備える。ブラシレスモータ（１）は、ステータ（２）と、ロータ（５）と、を有する。ロータ（５）は、ステータ（２）に対して回転する。制御部（１０７）は、ブラシレスモータ（１）の動作を制御する。ロータ（５）は、複数の永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）を含む。複数の永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）は、ロータ（５）の回転方向に並んでいる。ステータ（２）は、複数のコイル（２３）を含む。複数のコイル（２３）は、ロータ（５）の回転方向に並んでいる。複数のコイル（２３）は、複数の永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）に作用する電磁気力を発生させる。複数の永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）の各々は、複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）を含む。複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）は、異極が対向するように配置されている。
　上記の構成によれば、各永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）が永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）を１つのみ含む場合と比較して、電動工具（１０）のトルクを大きくすることができる。
　また、第２の態様に係る電動工具（１０）では、第１の態様において、複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）のうち少なくとも１つの永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｃ）は、複数の磁石片（７１、７１Ａ、７１Ｃ）を有する。複数の磁石片（７１、７１Ａ、７１Ｃ）は、複数の磁石片（７１、７１Ａ、７１Ｃ）の磁気モーメントの方向と交差する方向に並んでいる。
　上記の構成によれば、各永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｃ）が磁石片（７１、７１Ａ、７１Ｃ）を１つのみ含む場合と比較して、渦電流損を低減させることができる。これにより、ブラシレスモータ（１、１Ａ、１Ｂ）の温度上昇を抑制できる。
　また、第３の態様に係る電動工具（１０）では、第２の態様において、複数の永久磁石（７０、７０Ｂ、７０Ｃ）のうち少なくとも１つの永久磁石（７０、７０Ｃ）において、複数の磁石片（７１、７１Ｃ）のうち少なくとも２つの磁石片は、ロータ（５）の回転軸（出力軸（５１））の方向と交差する方向に並んでいる。
　上記の構成によれば、渦電流損を低減させることができる。
　また、第４の態様に係る電動工具（１０）では、第２又は３の態様において、複数の永久磁石（７０Ａ）のうち少なくとも１つの永久磁石において、複数の磁石片（７１Ａ）のうち少なくとも２つの磁石片は、ロータ（５）の回転軸（出力軸（５１））の方向に並んでいる。
　上記の構成によれば、渦電流損を低減させることができる。
　また、第５の態様に係る電動工具（１０）では、第２～４の態様のいずれか１つにおいて、複数の永久磁石ユニット（７Ｂ）の各々において、複数の永久磁石（７０Ｂ、７０Ｃ）は、ロータ（５）のラジアル方向に並んでいる。複数の永久磁石ユニット（７Ｂ）のうち少なくとも１つの永久磁石ユニットにおいて、複数の永久磁石（７０Ｂ、７０Ｃ）の各々は、１以上の磁石片（７１Ｂ、７１Ｃ）を有し、ロータ（５）の回転軸（出力軸（５１））から遠い永久磁石ほど多くの磁石片を有する。
　上記の構成によれば、渦電流損を低減させる効果を、ロータ（５）の回転軸（出力軸（５１））から遠い側において、回転軸側よりも高めることができる。渦電流損は、ロータ（５）の回転軸から遠い側において発生しやすい。ロータ（５）の回転軸から遠い側の渦電流損を特に低減させることで、ブラシレスモータ（１Ｂ）全体の渦電流損を低減させることができる。
　また、第６の態様に係る電動工具（１０）では、第１～５の態様のいずれか１つにおいて、複数の永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）の各々は、ロータ（５）のラジアル方向に沿った線分（Ｌ１）を対称軸とする対称な形状である。
　上記の構成によれば、ロータ（５）の両方向の回転の特性を揃えられる。
　また、第７の態様に係る電動工具（１０）では、第１～６の態様のいずれか１つにおいて、複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）の各々は、低温減磁する性質を有する。
　上記の構成によれば、複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）の各々が高温減磁する性質を有する場合と比較して、複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）が温度上昇により減磁しブラシレスモータ（１、１Ａ、１Ｂ）のトルクが低下することを抑制できる。
　また、第８の態様に係る電動工具（１０）では、第１～７の態様のいずれか１つにおいて、複数の永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）の各々において、複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）の個数は、２つである。
　上記の構成によれば、複数の永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）の個数を抑えつつ、各永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）が永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）を１つのみ含む場合と比較して、電動工具（１０）のトルクを大きくすることができる。
　第１の態様以外の構成については、電動工具（１０）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
　また、第９の態様に係るブラシレスモータ（１、１Ａ、１Ｂ）は、第１～８の態様のいずれか１つに係る電動工具（１０）に備えられる。
　上記の構成によれば、各永久磁石ユニット（７、７Ａ、７Ｂ）が永久磁石（７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ）を１つのみ含む場合と比較して、電動工具（１０）のトルクを大きくすることができる。
１　ブラシレスモータ
２　ステータ
５　ロータ
７、７Ａ、７Ｂ　永久磁石ユニット
１０　電動工具
２３　コイル
５１　出力軸（回転軸）
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ　永久磁石
７１、７１Ａ、７１Ｃ　磁石片
１０７　制御部
Ｌ１　線分

Claims (9)

  1. 　ステータと、前記ステータに対して回転するロータと、を有するブラシレスモータと、
    　前記ブラシレスモータの動作を制御する制御部と、を備え、
    　前記ロータは、前記ロータの回転方向に並んだ複数の永久磁石ユニットを含み、
    　前記ステータは、前記ロータの前記回転方向に並んでおり前記複数の永久磁石ユニットに作用する電磁気力を発生させる複数のコイルを含み、
    　前記複数の永久磁石ユニットの各々は、異極が対向するように配置された複数の永久磁石を含む、
    　電動工具。
  2. 　前記複数の永久磁石のうち少なくとも１つの永久磁石は、複数の磁石片を有し、
    　前記複数の磁石片は、前記複数の磁石片の磁気モーメントの方向と交差する方向に並んでいる、
    　請求項１に記載の電動工具。
  3. 　前記複数の永久磁石のうち前記少なくとも１つの永久磁石において、前記複数の磁石片のうち少なくとも２つの磁石片は、前記ロータの回転軸の方向と交差する方向に並んでいる、
    　請求項２に記載の電動工具。
  4. 　前記複数の永久磁石のうち前記少なくとも１つの永久磁石において、前記複数の磁石片のうち少なくとも２つの磁石片は、前記ロータの回転軸の方向に並んでいる、
    　請求項２又は３に記載の電動工具。
  5. 　前記複数の永久磁石ユニットの各々において、前記複数の永久磁石は、前記ロータのラジアル方向に並んでおり、
    　前記複数の永久磁石ユニットのうち少なくとも１つの永久磁石ユニットにおいて、前記複数の永久磁石の各々は、１以上の磁石片を有し、前記ロータの回転軸から遠い永久磁石ほど多くの前記磁石片を有する、
    　請求項２～４のいずれか一項に記載の電動工具。
  6. 　前記複数の永久磁石ユニットの各々は、前記ロータのラジアル方向に沿った線分を対称軸とする対称な形状である、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の電動工具。
  7. 　前記複数の永久磁石の各々は、低温減磁する性質を有する、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の電動工具。
  8. 　前記複数の永久磁石ユニットの各々において、前記複数の永久磁石の個数は、２つである、
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の電動工具。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項に記載の電動工具に備えられる、
    　ブラシレスモータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010150362A1 (ja) * 2009-06-24 2010-12-29 トヨタ自動車株式会社 焼結磁石とその製造方法
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