JP6857871B2

JP6857871B2 - 電動工具

Info

Publication number: JP6857871B2
Application number: JP2017071892A
Authority: JP
Inventors: 孝太北村; 剛志山根; 敦竹山
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: EP3603894A1; JP2018171685A; CN110475646A; EP3603894B1; EP3603894A4; WO2018179587A1

Description

本発明は、ハウジング内にモータを備えた電動工具であって、特にハウジングに内装されるモータがモータケースを有しないビルトイン式モータである電動工具に関する。

穴あけ作業やねじ類の締付作業に用いられる手持ち式の電動工具は、小型化および軽量化のために、ビルトイン式モータを使用することが一般的である（たとえば特許文献１〜３）。ビルトイン式モータは、モータの構成要素をハウジングの内周面に突設されるリブ部材に直接組み付けることで構成される。ビルトイン式モータは、モータケースを有しないため、電動工具の小型化および軽量化に貢献する。

特開２００７−１３６６０７号公報特開２００６−９７２号公報特開２０１２−７１３６０号公報

モータにおいて、ステータに発生する熱が出力特性に悪影響を与えることが知られている。そのため電動工具は、ロータに固定されるシャフトに冷却ファンを取り付け、ロータの回転により冷却ファンが外部から空気を導入してステータを冷却する冷却機構を採用している。

しかしながらビルトイン式モータを備えた電動工具においては、ハウジング内の空間が広いため、設計した流路で空気を送風することが容易でなく、効率的にモータを冷却できているとは言い難い。モータではステータコイルが大きな発熱源となるため、ステータコアとロータの間のエアギャップに空気を送風してステータコイルを冷却することが好ましいが、エアギャップは狭いために、空気流が入りにくいという問題がある。

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、ビルトイン式モータを備えた電動工具において、ステータコイルを効率的に冷却する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電動工具は、ハウジングに内装されるモータが、モータケースを有しないビルトイン式モータである電動工具であって、ハウジングの内周面に設けられ、モータの一端側の外周を保持する第１保持部と、モータの一端側から延びる第１モータ軸を支持する第１軸受の外周を保持する第２保持部と、ハウジングの内周面に設けられ、モータの他端側の外周を保持する第３保持部と、モータの他端側から延びる第２モータ軸を支持する第２軸受の外周を保持する第４保持部と、を備える。第１保持部、第２保持部およびハウジングによって囲まれる第１室は、ハウジング外部と連通する第１通気口を有する。第３保持部、第４保持部およびハウジングによって囲まれる第２室は、ハウジング外部と連通する第２通気口を有する。第１モータ軸に連結された冷却ファンが、第１室に収容される。

本発明によれば、ビルトイン式モータを備えた電動工具において、ステータコイルを効率的に冷却する構造を提供できる。

実施形態に係る電動工具の一部断面概要図である。図１に示す電動工具のＡ−Ａ断面図である。空気の流路を示す図である。

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を備え、ハウジング２内に、ステータ（固定子）６、ロータ（回転子）７およびシャフト１２から構成されるモータ４を有する。ハウジング２に内装されるモータ４は、モータケースを有しないビルトイン式モータである。モータ４はモータケースを有しないことで、電動工具１の小型化および軽量化に貢献する。

モータ４のシャフト１２はロータ７と一体回転し、シャフト１２のモータ前方側に遠心ファンである冷却ファン３が固定される。モータ４の後方側には、センサ基板５が配置される。センサ基板５はステータ６に対して固定され、ロータ７の回転位置を検出する複数のホールＩＣを搭載する。以下、モータ４の前方側のシャフト１２を「第１モータ軸１２ａ」、後方側のシャフト１２を「第２モータ軸１２ｂ」と区別して呼ぶ。

駆動ブロック８は、第１モータ軸１２ａの回転を出力軸９に伝達する動力伝達機構を備える。動力伝達機構は、第１モータ軸１２ａ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。出力軸９にはチャック機構１０が連結し、ドリルやドライバなどの先端工具を着脱可能とする。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、複数の永久磁石を有するロータ７がステータ６の内側で回転する。ステータ６は、ステータコアと、ステータコアをステータコイルから絶縁するインシュレータを有する。ステータコアは、環状のヨーク部と、ヨーク部の内周面から径方向内側に突出する複数のティース部を有し、コイルがインシュレータを介してティース部に巻回されて、複数のステータコイルが形成される。

モータ４の構成要素であるロータ７およびステータ６は、それぞれ別個独立してハウジング２に固定される。ハウジング２は、モータ４をハウジング２に組み付けるための構成として、第１保持部２０、第２保持部２１、第３保持部２２および第４保持部２３を備える。なおハウジング２は、電動工具１の回転軸線中心を横切る垂直面で２分される一対の（左右の）半割れハウジング部材から構成される。そのため第１保持部２０、第２保持部２１、第３保持部２２および第４保持部２３は、一対の半割れハウジング部材を結合することにより形成される。モータ４のハウジング２への組付は、一方のハウジング部材に、ステータ６およびシャフト１２の第１軸受１３ａ、第２軸受１３ｂを組み込み、他方のハウジング部材をかさねて、一対のハウジング部材をねじ締め等で結合することで行われる。

第１保持部２０は、ハウジング２の内周面に突設され、モータ４の一端側、ここではモータ４の前端側の外周を保持する平板部材である。第１保持部２０は、一対の半割れハウジング部材のそれぞれに形成されたリブ部材によって構成され、一対のリブ部材でステータ６の前端側の外周を挟持して固定する。

第２保持部２１は、ハウジング２の内周面に突設され、モータ４の一端側、ここでは前端側から延びる第１モータ軸１２ａを支持する第１軸受１３ａの外周を保持する平板部材である。第２保持部２１は、一対の半割れハウジング部材のそれぞれに形成されたリブ部材によって構成され、一対のリブ部材で第１軸受１３ａの外周を挟持して固定する。

第３保持部２２は、ハウジング２の内周面に突設され、モータ４の他端側、ここではモータ４の後端側の外周を保持する平板部材である。第３保持部２２は、一対の半割れハウジング部材のそれぞれに形成されたリブ部材によって構成され、一対のリブ部材でステータ６の後端側の外周を挟持して固定する。

図２は、図１に示す電動工具１のＡ−Ａ断面図を示す。図２は、第３保持部２２およびモータ４の断面を示している。ハウジング２は、半割れの一対の第１ハウジング部材２ａおよび第２ハウジング部材２ｂで構成される。第１ハウジング部材２ａおよび第２ハウジング部材２ｂは、それぞれ内周面から突設する第１リブ部材２２ａおよび第２リブ部材２２ｂを有し、第１リブ部材２２ａおよび第２リブ部材２２ｂがステータ６の外周を挟持して固定する。第１リブ部材２２ａおよび第２リブ部材２２ｂは、ハウジング２内の前後方向の空気流を遮蔽する。なお第１保持部２０および第２保持部２１も同様に形成されて、ハウジング２内の前後方向の空気流を遮蔽する。

第４保持部２３は、ハウジング２の後端部により構成され、モータ４の他端側、ここでは後端側から延びる第２モータ軸１２ｂを支持する第２軸受１３ｂの外周を保持する。なお第４保持部２３は、第２保持部２１と同様に、ハウジング２の内周面に突設されて、第２軸受１３ｂの外周を挟持する一対のリブ部材で構成されてもよい。

モータ４において、ステータ６とロータ７の間には、エアギャップ１８が形成されている。実施形態では、エアギャップ１８に空気を送風する冷却構造を提供する。

第１保持部２０、第２保持部２１、第３保持部２２および第４保持部２３は、工具前後方向の空気流を遮蔽する。そのため第１保持部２０、第２保持部２１およびハウジング２によって囲まれる第１室３０が、前後方向に密閉された空間を形成し、第３保持部２２、第４保持部２３およびハウジング２によって囲まれる第２室３１が、前後方向に密閉された空間を形成する。第１室３０はハウジング２に、ハウジング外部と連通する第１通気口１４を形成され、また第２室３１はハウジング２に、ハウジング外部と連通する第２通気口１５を形成される。第１通気口１４および第２通気口１５は、たとえば矩形状のスリットであってよい。なお第２室３１において、第２通気口１５は、ハウジング後端部に形成されてもよい。第１モータ軸１２ａに連結された冷却ファン３は、第１室３０に収容される。

第１室３０における空気の給排口は、エアギャップ１８および第１通気口１４であり、第２室３１における空気の吸排口は、第２通気口１５およびエアギャップ１８である。実施形態の電動工具１では、ハウジング２内部をモータ４の前後で第１室３０と第２室３１とに分離し、冷却ファン３により取り込まれる空気の流路を制限している。

図３は、電動工具１における空気の流路を示す。作業者が操作スイッチ１１を引くと、シャフト１２が回転し、第１室３０に配置された冷却ファン３も回転する。遠心ファンである冷却ファン３が回転すると、第１室３０内の空気が第１通気口１４から排気され、エアギャップ１８を介して第２室３１内の空気が第１室３０に吸い込まれる。第２室３１では、エアギャップ１８から空気が排気されることで、外部の空気が第２通気口１５から吸い込まれる。このように第１室３０および第２室３１を形成したことで、外部から吸い込まれた空気が確実にエアギャップ１８に流入して、エアギャップ１８を効率的に冷却できるようになる。

たとえば第２保持部２１が前後方向の空気流を遮蔽していない場合、冷却ファン３は、エアギャップ１８から空気を吸い込むが、駆動ブロック８の配置空間からも空気を吸い込むことで、エアギャップ１８を効率的に冷却できない。また第１室３０と第２室３１とが、エアギャップ１８以外の流路でも連通している場合、エアギャップ１８は狭く、空気流に対して大きな抵抗となるため、エアギャップ１８以外の流路で流れる空気が多くなり、エアギャップ１８を効率的に冷却できない。そこで第１保持部２０、第２保持部２１、第３保持部２２を前後方向の空気流を遮蔽するように形成することで、エアギャップ１８の効率的な冷却を実現できる。

また図３の矢印に示すような空気流路を確実に形成するために、第１室３０および第２室３１は、できるだけ狭い空間となるように構成することが好ましい。そのため第１保持部２０はモータ４の前端近傍の外周を保持し、第３保持部２２はモータ４の後端近傍の外周を保持することが好ましい。

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、冷却ファン３が第１室３０に配置されているが、第２室３１に配置されてもよい。また実施形態ではセンサ基板５が第２室３１に配置されているが、第１室３０に配置されてもよい。また第２室３１には、センサ基板５以外に、たとえばロータ７を駆動するためのスイッチング素子を搭載した回路基板が配置されてもよい。

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電動工具（１）は、ハウジング（２）内に、モータケースを有しないビルトイン式のモータ（４）を内装する。電動工具（１）は、ハウジング（２）の内周面に設けられ、モータ（４）の一端側の外周を保持する第１保持部（２０）と、モータ（４）の一端側から延びる第１モータ軸（１２ａ）を支持する第１軸受（１３ａ）の外周を保持する第２保持部（２１）と、ハウジング（２）の内周面に設けられ、モータ（４）の他端側の外周を保持する第３保持部（２２）と、モータ（４）の他端側から延びる第２モータ軸（１２ｂ）を支持する第２軸受（１３ｂ）の外周を保持する第４保持部（２３）と、を備える。
第１保持部（２０）、第２保持部（２１）およびハウジング（２）によって囲まれる第１室（３０）は、ハウジング外部と連通する第１通気口（１４）を有し、第３保持部（２２）、第４保持部（２３）およびハウジング（２）によって囲まれる第２室（３１）は、ハウジング外部と連通する第２通気口（１５）を有し、第１モータ軸（１２ａ）に連結された冷却ファン（３）が、第１室（３０）に収容されてよい。

第２保持部（２１）および第４保持部（２３）の少なくとも一方は、ハウジング（２）の内周面に設けられてよい。第２保持部（２１）および第４保持部（２３）の一方が、ハウジングの内周面に設けられ、第２保持部（２１）および第４保持部（２３）の他方が、ハウジング（２）の後端部に形成されてもよい。

１・・・電動工具、２・・・ハウジング、２ａ・・・第１ハウジング部材、２ｂ・・・第２ハウジング部材、３・・・冷却ファン、４・・・モータ、６・・・ステータ、７・・・ロータ、１２・・・シャフト、１２ａ・・・第１モータ軸、１２ｂ・・・第２モータ軸、１３ａ・・・第１軸受、１３ｂ・・・第２軸受、１４・・・第１通気口、１５・・・第２通気口、１８・・・エアギャップ、２０・・・第１保持部、２１・・・第２保持部、２２・・・第３保持部、２２ａ・・・第１リブ部材、２２ｂ・・・第２リブ部材、２３・・・第４保持部、３０・・・第１室、３１・・・第２室。

Claims

ハウジングに内装されるモータが、モータケースを有しないビルトイン式モータである電動工具であって、
前記ハウジングの内周面に設けられ、前記モータの一端側の外周を保持する第１保持部と、
前記ハウジングの内周面に設けられ、前記モータの一端側から延びる第１モータ軸を支持する第１軸受の外周を保持する第２保持部と、
前記第１モータ軸の回転を出力軸に伝達する動力伝達機構を有する駆動ブロックと、
前記ハウジングの内周面に設けられ、前記モータの他端側の外周を保持する第３保持部と、
前記ハウジングの後端部に形成され、前記モータの他端側から延びる第２モータ軸を支持する第２軸受の外周を保持する第４保持部と、を備え、
前記第１保持部、前記第２保持部および前記ハウジングによって囲まれる第１室は、前後方向に密閉された空間を形成して、ハウジング外部と連通する第１通気口を有し、
前記第３保持部、前記第４保持部および前記ハウジングによって囲まれる第２室は、ハウジング外部と連通する第２通気口を有し、
前記第１モータ軸に連結された冷却ファンが、前記第１室に収容される、
ことを特徴とする電動工具。
前記第２室は、前後方向に密閉された空間を形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
前記第１室および前記第２室は、前記モータにおけるステータとロータの間のエアギャップにより連通している、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具。