JP5985578B2 - Ｄｃブラシレスモータを有する電動工具 - Google Patents

Description

この発明は、ＤＣブラシレスモータを有する電動工具に関する。

このＤＣブラシレスモータは、積層鋼板構造の回転子鉄心にマグネット（永久磁石）を取り付けた回転子と、積層鋼板構造の固定子鉄心の各歯部に巻き線してなる駆動コイルを回転子の周囲に位置させる固定子と、回転子の磁極の位置を検出する磁気センサ（ホール素子）を有するセンサ基板と、このセンサ基板により検出される回転子の磁極の位置を検出し、これに基づいて固定子の各駆動コイルに順次電流を流して回転子を回転させる電気回路基板を備えたもので、ブラシと整流子を必要としないことから機器のコンパクト化及びメンテナンスフリー化を図ることができる。
従来のブラシレスモータとして、例えば特許第３５４５２１５号公報に開示された技術が公知になっている。

特許第３５４５２１５号公報

本発明は、センサ基板を取り付けることができるＤＣブラシレスモータを有する電動工具を提供することを目的とする。

このため、本発明は、以下に記載の構造とした。
第１の発明は、固定子鉄心と、前記固定子鉄心の少なくとも一部を覆う電気絶縁部材と、前記電気絶縁部材に巻き線される駆動コイルと、前記固定子鉄心の内周側に配置される回転子鉄心と、前記回転子鉄心に固定されるマグネットと、前記回転子鉄心に固定される回転軸と、前記回転子鉄心の前方側に配置される冷却ファンと、前記冷却ファンの前方側に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する前側軸受けと、前記回転子鉄心の後方側に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する後側軸受けと、前記駆動コイルの後方側に配置され、前記固定子鉄心の少なくとも一部を覆う前記電気絶縁部材に固定されるセンサ基板と、前記センサ基板の前面に取り付けられる磁気センサと、電気制御基板と、を有するＤＣブラシレスモータを駆動源として内蔵し、ハウジングを有する電動工具である。

本発明の実施形態に係るＤＣブラシレスモータの縦断面図である。 図１の(2)矢視図であって、ＤＣブラシレスモータの前面図である。 図１の(3)部拡大図であって、センサ基板に対する係合爪の係合状態を示す縦断面図である。 爪部の拡大側面図である。 係合爪の爪部の拡大斜視図である。 図３の(6)-(6)線断面矢視図であって、回り止め突起の係合凹部に対する係合状態を示す横断面図である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るＤＣブラシレスモータ１０を示している。このＤＣブラシレスモータ１０は、４極構造のモータであり、回転子（ロータ）１１と、内周側にこの回転子１１を位置させる固定子（ステータ）２０と、回転子１１の磁極の位置を検出するための３個のホール素子３１〜３１を備えたセンサ基板３０と、駆動回路を有する電気制御基板を備えている。電気制御基板の図示は省略されている。
回転子１１は、円形の薄鋼板を多数枚積層した回転子鉄心１２を備えている。この回転子鉄心１２の周囲には、４極のリングマグネット１３〜１３が固定されている。回転子鉄心１２の中心には回転軸１４が固定されている。
回転軸１４は回転子鉄心１２の両側から突き出されている。この回転軸１４は、当該ＤＣブラシレスモータ１０を内装した電動工具のハウジング（図示省略）に対してそれぞれ軸受け１５，１６を介してその軸線Ｊ回りに回転可能に支持されている。以下、この回転軸１４の回転軸線Ｊ方向を電動工具の機長方向ともいう。回転軸１４の図示左側であって回転子鉄心１２と軸受け１６との間には、冷却ファン１７が取り付けられている。この冷却ファン１７は回転子１１と一体で回転する。この冷却ファン１７が回転することにより、当該電動工具のハウジング内に外気が導入され、この外気（モータ冷却風）により回転子１１及び固定子２０等が冷却される。
固定子２０は、概ね円筒形状を有するもので、多数枚の薄鋼板を積層した積層鋼板構造を有する固定子鉄心（ステタコア）２１と、これを電気的に絶縁するいわゆるインシュレータと呼ばれる合成樹脂製の電気絶縁部材２２を備えている。固定子鉄心２１の内周側には、複数（本例では６本）の歯部２１ａ〜２１ａが周方向六等分位置から放射方向中心に向かって突き出す状態に設けられている。
この固定子鉄心２１の外周面と各歯部２１ａ〜２１ａの先端面を除く範囲が電気絶縁部材２２で覆われている。各歯部２１ａの、電気絶縁部材２２で覆われた部分に駆動コイル２３が巻き線されている。電気絶縁部材２２で覆われない各歯部２１ａの先端面は、回転子１１の周面との間に一定の隙間をおいた状態で位置している。

この電気絶縁部材２２の前面（図１において右端面）にセンサ基板３０が取り付けられている。本実施形態は、このセンサ基板３０の電気絶縁部材２２ひいては固定子２０に対する取り付け構造に特徴を有している。電気絶縁部材２２の前面側には、その全周にわたるほぼ円形の段差部２２ａが設けられている。この段差部２２ａ内にセンサ基板３０が収容されて、その面方向に位置決めがなされている。
センサ基板３０は、概ね円板形状をなすもので、その中心には回転子１１の回転軸１４を位置させるための逃がし孔３０ｃが設けられている。またこのセンサ基板３０の下部には、配線接続用の端子接続板部３０ｂが放射方向へ張り出す状態に設けられている。この端子接続板部３０ｂは、上記段差部２２ａの一部を切り欠いた切り欠き部２２ｂを経て電気絶縁部材２２の外周側（図１および図２において下方）に張り出されている。
センサ基板３０に取り付けた３個の磁気センサ３１〜３１は、回転子１１の磁極の位置が固定子２０のいずれの歯部２１ａに対向する位置にあるのかを検出するためのセンサであり、本例ではホール素子が用いられている。図２に示すようにこのセンサ基板３０が電気絶縁部材２２の周囲三等分位置に設けられた３本の係合爪３２〜３２で位置決め固定されている。各係合爪３２は相互に同様の構成を備えている。この係合爪３２の詳細が図３〜５に示されている。

図３に示すように上記３本の係合爪３２〜３２は、電気絶縁部材２２の段差部２２ａの外周側から機長方向前側（図１，３において右方）に突き出す状態で一体に設けられており、図３中二点鎖線で示すようにそれぞれ全体として放射方向外方へ撓むように弾性変形可能に設けられている。図４にも示すように各係合爪３２は、電気絶縁部材２２の周縁部から機長方向前側に延びる係合アーム部３２ｅと、この係合アーム部３２ｅの先端部から放射方向内側に突き出す爪部３２ａを備えている。
各係合アーム部３２ｅは断面矩形の平板形状を有している。各爪部３２ａは、前面側となる案内面３２ｄと、後面側となる係合面３２ｂを有している。案内面３２ｄは、機長方向（回転軸１４の回転軸線Ｊ）に対してその先端側（図３において下側）を後側に変位させる方向に傾斜している。一方、係合面３２ｂは、機長方向（回転軸１４の回転軸線Ｊ）に対してその先端側（図３において下側）を前側（図３において右側）に変位させる方向に傾斜している。
さらに、各係合アーム部３２ｅの内側には、断面三角形状の回り止め突起３２ｃが一体に設けられている。各回り止め突起３２ｃは、機長方向に沿ってその基部から爪部３２ａの係合面３２ｂに至る範囲で形成されている。この回り止め突起３２ｃに対応してセンサ基板３０の周囲三等分位置には、係合凹部３０ａ〜３０ａが形成されている。各係合凹部３０ａに上記係合爪３２の回り止め突起３２ｃが嵌り込んだ状態となることにより当該センサ基板３０が回転軸１４の回転軸線Ｊ回りに位置決め（回り止め）された状態となる。

以上のように構成したセンサ基板３０の取り付け構造によれば、電気絶縁部材２２の前端面にセンサ基板３０を取り付ける際に、当該センサ基板３０の周縁部を３箇所の係合爪３２〜３２の各案内面３２ｄに当接させ、各係合爪３２をその弾性力に抗して放射方向外方へ撓ませながらそのまま当該センサ基板３０を押し込めば、当該センサ基板３０を段差部２２ａ内に取り付けることができる。この取り付け状態では、３箇所の係合爪３２〜３２の各係合面３２ｂが係合アーム部３２ｅの弾性力によってセンサ基板３０の端縁に押圧される。このため、センサ基板３０には、係合面３２ｂの傾斜作用により３箇所の係合アーム部３２ｅ〜３２ｅの弾性力がその板厚方向であって当該センサ基板３０を電気絶縁部材２２の前端面（段差部２２ａの底部）に押し付ける方向（図３において白抜きの矢印で示した方向）に作用する。このように、センサ基板３０は、その端縁に各係合爪３２の係合面３２ｂが常時押圧されて、段差部２２ａに押し付けられた状態に組み付けられることから、その板厚方向にがたつきのない状態に取り付けられる。

また、センサ基板３０の板厚に多少のばらつきがあっても、各係合アーム部３２ｅが放射方向外方へ弾性変形して当該センサ基板３０の端縁に係合面３２ｂ〜３２ｂが押圧される限り、当該センサ基板３０は係合アーム部３２ｅ〜３２ｅの弾性力により板厚方向に押圧された状態に保持されるため、その板厚方向にがたつきのない状態で取り付けることができる。
さらに、各係合爪３２の係合アーム部３２ｅには回り止め突起３２ｃが設けられ、この各回り止め突起３２ｃがセンサ基板３０の取り付け状態においてそれぞれ係合凹部３０ａに嵌り込んだ状態とされ、これにより当該センサ基板３０の回り止めがなされる。このように、周方向三等分位置に設けた係合爪３２〜３２は、取り付けたセンサ基板３０の板厚方向の位置決め機能と回転軸線Ｊ回りの位置決め（回り止め）機能との２機能を備えている。従って、それぞれ別々に設ける場合に比して電気絶縁部材の端面という限られたスペース内に効率よく各機構を配置することができる。
また、３箇所の係合爪３２〜３２を放射方向外方へ押し広げながらセンサ基板を段差部２２ａに押し付ければその取り付けが完了することから、ねじ止めや接着により取り付ける構成に比して当該センサ基板の組み付け行程の迅速化を図ることができる。

以上説明した実施形態に種々変更を加えて実施することができる。例えば、各係合爪３２の回り止め突起３２ｃは断面三角形状を有する構成を例示したが、その他断面円弧形状、断面矩形の回り止め突起としてもよい。また、各係合爪３２の回り止め突起３２ｃは省略してもよい。
また、周方向の三等分位置に係合爪を設ける構成を例示したが、４箇所以上であってもよい。
さらに、例示した取り付け構造にねじ止めや接着を併用して当該センサ基板を取り付ける構成としてもよい。
また、センサ基板を固定子の前面側に取り付ける場合を例示したが、後面側に取り付ける場合にも同様に適用することができる。
冷却ファン１７は回転子の後側に配置する構成の他、前側に配置する構成であっても同様の冷却構造を適用することができる。
さらに、電動工具の駆動源として内蔵するＤＣブラシレスモータを例示したが、その他の機器の駆動源として用いるものにも同様に適用することができる。

１０…ＤＣブラシレスモータ
１１…回転子
１２…回転子鉄心
Ｊ…回転軸線
１３…リングマグネット
１４…回転軸
１５，１６…軸受け
１７…冷却ファン
２０…固定子
２１…固定子鉄心、２１ａ…歯部
２２…電気絶縁部材、２２ａ…段差部、２２ｂ…切り欠き部
２３…駆動コイル
３０…センサ基板
３０ａ…係合凹部、３０ｂ…端子接続板部、３０ｃ…逃がし孔
３１…磁気センサ（ホール素子）
３２…係合爪
３２ａ…爪部、３２ｂ…係合面、３２ｃ…回り止め突起、３２ｄ…案内面
３２ｅ…係合アーム部

Claims (1)

1. 固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の少なくとも一部を覆う電気絶縁部材と、
   前記電気絶縁部材に巻き線される駆動コイルと、
   前記固定子鉄心の内周側に配置される回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心に固定されるマグネットと、
   前記回転子鉄心に固定され、一端及び他端を有する回転軸と、
   前記回転子鉄心の前記一端側に配置される冷却ファンと、
   前記冷却ファンの前記一端側に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する一端側軸受けと、
   前記回転子鉄心の前記他端側に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する他端側軸受けと、
   前記駆動コイルの前記他端側に配置され、前記電気絶縁部材に固定されるセンサ基板と、
   前記センサ基板の前記一端側の面に取り付けられる磁気センサと、
   を有するＤＣブラシレスモータを駆動源として内蔵し、
   ハウジングを有する電動工具であって、
   前記冷却ファンは、前記駆動コイルと対向するように前記駆動コイルの前記一端側に配置されるとともに、前記センサ基板は、前記駆動コイルと対向するように前記駆動コイルの前記他端側に配置されており、
   前記電気絶縁部材には、前記センサ基板を収容する段差部が設けられており、該段差部にその一部を切り欠いた切り欠き部が形成されており、前記センサ基板は、該切り欠き部を経て前記固定子鉄心よりも径方向外側へ張り出す張り出し部を有して、該張り出し部が配線接続用の端子接続板部とされており、
   かつ前記切り欠き部とは別に、前記段差部には、前記センサ基板の外周面の少なくとも一部に対して径方向に対向して前記センサ基板を回転方向に位置規制する部位が一体に設けられており、前記センサ基板が該部位によって回転方向に位置規制され、
   更に、前記センサ基板を前記電気絶縁部材に固定するねじを有し、
   前記固定子鉄心の前記一端側の端面の少なくとも一部は、前記電気絶縁部材から露出しており、前記冷却ファンが回転することにより、前記ハウジング内に外気が導入され、この外気により、前記回転子及び前記固定子が冷却される構成とした電動工具。

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