JP5190774B2 - Electric tool - Google Patents
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Description
本発明は、ブラシレスDCモータを駆動源として利用しながら、全長をコンパクトに構成した電動工具に関する。 The present invention relates to an electric tool having a compact overall length while using a brushless DC motor as a drive source.
近年、ドリルやドライバ等の先端工具をモータによって回転駆動して所要の作業を行う電動工具において、ブラシレスDCモータが使われるようになってきた。ブラシレスDCモータは、ブラシ(整流用刷子)の無いDC(直流)モータであり、コイル(巻線)を固定子側に、永久磁石を回転子側に用い、インバータで駆動された電力を所定のコイルへ順次通電することにより回転子を回転させる。ブラシレスDCモータの一例として、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この特許文献1では、ステータに巻装されたコイルへの通電をオン・オフさせるためのスイッチング素子を、モータの後端側(出力軸と反対側)に取り付けられる円形の回路基板上に配置する。スイッチング素子は、回路基板の一方の面(後側の面)にすべて搭載され、その発熱を放熱するための回路基板とは別にステータ鉄心に固定される放熱部材に当接して配置される。
In recent years, brushless DC motors have come to be used in electric tools that perform a required work by rotationally driving a tip tool such as a drill or a driver with a motor. The brushless DC motor is a DC (direct current) motor without a brush (rectifying brush), and uses a coil (winding) on the stator side and a permanent magnet on the rotor side, and the electric power driven by the inverter is predetermined. The rotor is rotated by sequentially energizing the coils. As an example of a brushless DC motor, for example, one described in
スイッチング素子を回路基板の後側の面にすべて搭載する方法では、冷却の面と搭載スペースの関係から、スイッチング素子の高さ方向がモータの回転軸と平行になるように配置される。しかし、そのような配置をすると冷却の面では良好な性能を実現できるが、モータの軸方向後ろ側に回路基板とスイッチング素子の高さ分のスペースが必要となるため、そのモータを電動工具に適用するとハウジングの前後方向の長さが長くなってしまう。 In the method of mounting all the switching elements on the rear surface of the circuit board, the switching elements are arranged so that the height direction of the switching elements is parallel to the rotation axis of the motor because of the relationship between the cooling surface and the mounting space. However, with such an arrangement, good performance can be achieved in terms of cooling, but space for the height of the circuit board and the switching element is required on the rear side in the axial direction of the motor. When applied, the length in the front-rear direction of the housing becomes long.
一方、ハウジングの前後方向の長さが長くなるのを防ぐため、回路基板をモータの後ろ側でなく別の位置に設けるということも考えられる。しかしながら、スイッチング素子には大電流が流れるため冷却をする必要がある。通常は、モータによって回転される冷却ファンによってスイッチング素子を冷却しているが、別の位置にスイッチング素子の搭載基板を配置すると冷却をどのように行うかという問題が生ずる。 On the other hand, in order to prevent the length of the housing in the front-rear direction from being increased, it is conceivable that the circuit board is provided at a different position than the rear side of the motor. However, since a large current flows through the switching element, it needs to be cooled. Usually, the switching element is cooled by a cooling fan rotated by a motor. However, if the mounting board of the switching element is arranged at another position, there arises a problem of how cooling is performed.
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的はハウジングの前後方向を短くして全長をコンパクトに構成できる電動工具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above background, and an object of the present invention is to provide an electric tool that can be configured compactly by shortening the front-rear direction of the housing.
本発明の別の目的は、スイッチング素子をモータと離れた位置に搭載しつつ、良好な冷却構造を実現した電動工具を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an electric tool that realizes a good cooling structure while mounting a switching element at a position away from a motor.
本願発明のさらに別の目的は、モータの回転状況に関わりなく、スイッチング素子を良好に冷却できる電動工具を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide an electric tool that can satisfactorily cool a switching element regardless of the rotation state of the motor.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの特徴を説明すれば、次の通りである。 Of the inventions disclosed in the present application, typical features will be described as follows.
本発明の一つの特徴によれば、ブラシレス直流方式のモータと、モータの出力軸にとり付けられるファンと、モータへ駆動電力を供給する駆動回路を有し、先端工具を回転又は駆動する電動工具において、駆動回路は複数のスイッチング素子を含み、ハウジングのグリップ部又はその下方に設けられる基板上に配置され、スイッチング素子近傍に電動ファンを設け、ファンによって空気が流れる第1の風路と、電動ファンによって空気が流れる第2の風路を形成した。この構成により、出力軸にとり付けられるファンによりモータを冷却し、電動ファンによってスイッチング素子を冷却するようにした。ハウジングのグリップ部の下方に、電動ファンにより外気を吸引するための吸気口と、スイッチング素子に吹き付けられた空気を排出するための排気口を設けた。吸気口と排気口は、ハウジングの側面に設けられる。吸引口はハウジングの後ろ側側面に設けられ、排気口はハウジングの前側側面に設けられる。 According to one feature of the present invention, a motor of a brushless DC type, the power tool includes a fan that is attached taken the output shaft of the motor, a driving circuit for supplying driving power to the motor, to rotate or drive the tool bit The drive circuit includes a plurality of switching elements, is disposed on a grip part of the housing or on a substrate provided below the housing, and is provided with an electric fan in the vicinity of the switching element , and a first air passage through which air flows by the fan, A second air passage through which air flows was formed by a fan . With this configuration, the motor is cooled by a fan attached to the output shaft, and the switching element is cooled by an electric fan. Below the grip part of the housing, an intake port for sucking outside air by an electric fan and an exhaust port for discharging air blown to the switching element are provided. The intake port and the exhaust port are provided on the side surface of the housing. The suction port is provided on the rear side surface of the housing, and the exhaust port is provided on the front side surface of the housing.
本発明の他の特徴によれば、スイッチング素子の搭載部の温度を測定する温度センサを設ける。この温度センサを使った制御の仕方としては、温度が所定の値を超えた場合に電動ファンを駆動させて、所定の温度を下回った際に電動ファンを停止させることができる。また、別の制御方法として、モータの駆動が開始されたら同時に電動ファンを回転させ、モータの回転が停止してもそれに連動して電動ファンを停止せず、温度が所定の値を下回った際に電動ファンを停止させることができる。 According to another feature of the invention, a temperature sensor is provided for measuring the temperature of the mounting portion of the switching element. As a control method using the temperature sensor, the electric fan can be driven when the temperature exceeds a predetermined value, and the electric fan can be stopped when the temperature falls below the predetermined temperature. As another control method, when the motor starts driving, the electric fan is rotated at the same time. Even if the motor stops rotating, the electric fan is not stopped in conjunction with it, and the temperature falls below a predetermined value. The electric fan can be stopped.
本発明のさらに他の特徴によれば、ハウジングに、電動ファンが回転していることを示す表示手段を設け、作業者に電動ファンが回転中であることを示すようにした。さらに、電動工具は、電力を供給する着脱可能なバッテリを有し、スイッチング素子を搭載する基板は、バッテリとグリップ部の間に設けるようにした。そして、スイッチング素子は、その高さ方向が基板から鉛直方向に延びるように基板に配置した。 According to still another feature of the present invention, the housing is provided with display means for indicating that the electric fan is rotating, so that the operator is informed that the electric fan is rotating. Furthermore, the electric tool has a detachable battery for supplying electric power, and the substrate on which the switching element is mounted is provided between the battery and the grip portion. And the switching element was arrange | positioned on the board | substrate so that the height direction might extend in a perpendicular direction from a board | substrate.
請求項1の発明によれば、スイッチング素子を有する駆動回路を、ハウジングのグリップ部又はその下方に設けられる基板上に配置し、スイッチング素子を冷却するため電動ファンをスイッチング素子の近傍に設けたので、ハウジング胴体部のモータの後ろ側に余計なスペースを必要とされず、前後長がコンパクトな電動工具を実現できる。また、スイッチング素子の冷却用に電動ファンを設けたので、スイッチング素子の効果的な冷却を実現できる。
請求項2の発明によれば、モータとスイッチング素子用に独立した風路が形成され、冷却されるのでモータとスイッチング素子の両方を効率良く冷却できる。
According to the first aspect of the present invention, the drive circuit having the switching element is disposed on the grip portion of the housing or the substrate provided below the housing, and the electric fan is provided in the vicinity of the switching element to cool the switching element. In addition, an extra space is not required on the rear side of the motor in the housing body, and an electric tool with a compact longitudinal length can be realized. In addition, since the electric fan is provided for cooling the switching element, effective cooling of the switching element can be realized.
According to the second aspect of the present invention, independent air passages are formed for the motor and the switching element and are cooled, so that both the motor and the switching element can be efficiently cooled.
請求項3の発明によれば、ハウジングのグリップ部の下方に、電動ファンにより外気を吸引するための吸気口と、スイッチング素子に吹き付けられた空気を排出するための排気口を設けたので、ハウジング内の狭い空間に発熱の多いスイッチング素子を搭載しても、効果的に冷却することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、吸気口と排気口は、グリップ部の下方のハウジングの側面に設けられるので、作業者の手によって吸気口及び排気口が塞がれる恐れがなく、冷却性能を良好に維持することができる。
According to the invention of
請求項5の発明によれば、吸引口はハウジングの後ろ側の側面に設けられ、排気口はハウジングの前側の側面に設けられるので、ハウジング内部から排出される排気が作業者に当たることが無く、作業者は快適に作業を行うことができる。また、吸気口が後ろ側、即ち、作業者側にあるので、切削作業等の塵埃を発生するような環境下においても、吸気口から塵埃が入りにくくなる。
According to the invention of
請求項6の発明によればスイッチング素子の搭載部の温度を測定する温度センサを設け、温度が所定の値を超えた場合にのみ電動ファンを駆動させるので、充電式のバッテリを使用している場合において、電動ファンによるバッテリの消費をおさえることができる。 According to the invention of claim 6 , the temperature sensor for measuring the temperature of the mounting portion of the switching element is provided, and the electric fan is driven only when the temperature exceeds a predetermined value, so a rechargeable battery is used. In some cases, battery consumption by the electric fan can be reduced.
請求項7の発明によれば、スイッチング素子の搭載部の温度を測定する温度センサを設け、モータの駆動が開始されたら電動ファンを回転させ、温度が所定の値を下回った際に電動ファンを停止させるので、ドライバドリルやディスクグラインダ等のモータの回転が停止することが多い製品であっても、その停止に影響されることなく確実にスイッチング素子を冷却することができる。 According to the seventh aspect of the invention, the temperature sensor for measuring the temperature of the mounting portion of the switching element is provided, and the electric fan is rotated when the driving of the motor is started. When the temperature falls below a predetermined value, the electric fan is turned on. Since the motor is stopped, the switching element can be reliably cooled without being affected by the stop even if the rotation of the motor such as a driver drill or a disk grinder is often stopped.
請求項8の発明によれば、ハウジングに、電動ファンが回転していることを示す表示手段を設けたので、モータの停止後であっても作業者が電動ファンの回転状況を確認することができ、電動ファンの回転中にバッテリを外してしまうことを防止できる。 According to the eighth aspect of the present invention, since the display means indicating that the electric fan is rotating is provided in the housing, the operator can check the rotation state of the electric fan even after the motor is stopped. It is possible to prevent the battery from being removed while the electric fan is rotating.
請求項9の発明によれば、駆動回路へ電力を供給する着脱可能なバッテリを有し、基板はバッテリとグリップ部の間に設けられるので、バッテリから基板への配線距離を短くすることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the battery has a detachable battery for supplying power to the drive circuit, and the board is provided between the battery and the grip portion, so that the wiring distance from the battery to the board can be shortened. .
請求項10の発明によれば、スイッチング素子は、その高さ方向が基板から鉛直方向に延びるように基板に配置されるので、太さが制限されるグリップ部の内部にもスイッチング素子を配置することができる。
According to the invention of
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the following description and drawings.
以下、本発明の実施形態を図1〜3に基づいて説明する。尚、以下の説明において、上下、前後の方向は、図1に示した方向として説明する。図1は本発明に係る電動工具の一実施形態としてのインパクトドライバ1の内部構造を示す図である。インパクトドライバ1は、充電可能なバッテリ2を電源とし、モータ3を駆動源として回転打撃機構4を駆動し、出力軸であるアンビル5に回転と打撃を与えることによってドライバビット等の図示しない先端工具に回転打撃力を間欠的に伝達してネジ締めやボルト締め等の作業を行う。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the vertical and forward / backward directions will be described as the directions shown in FIG. FIG. 1 is a view showing an internal structure of an
モータ3は、ブラシレスDCモータであって、側面視で略T字状の形状を成すハウジング6の筒状の胴体部6a内に収容される。モータ3の回転軸19は、胴体部6aの後端側の軸受17aと中央部付近に設けられる軸受17bによって回転可能に保持され、モータ3の前方には回転軸19に取り付けられてモータ3と同期して回転するファン18が設けられる。ファン18により、胴体部6aの後方の空気取入口53から空気が吸引され、ファン18の周囲に配置される複数のスリット(図示せず)により、空気が外部に排出される。モータ3の後方には、モータ3の駆動コイルへの接続を行うため、及び回転子3bの回転位置を検出するための位置検出素子42を搭載する基板7が配設される。
The
ハウジング6の胴体部6aから略直角に一体に延びるグリップ部6b内の上部にはトリガスイッチ8が配設され、トリガスイッチ8には図示しないバネによって付勢されてグリップ部6bから突出するトリガ操作部8cが設けられる。グリップ部6b内の下方には、トリガ操作部8cの引き動作によってモータ3の速度を制御する機能等を備えた制御回路基板9が収容される。この制御回路基板9には、さらに6つのスイッチング素子21が搭載され、これらスイッチング素子21によってインバータ制御を行うことによりモータ3を回転させる。スイッチング素子21の上方には、小型の電動ファン22が取り付けられる。尚、駆動回路基板7、スイッチング素子21、電動ファン22の詳細については後述する。グリップ部6bの下方、バッテリ保持部6cには、ニッケル水素やリチウムイオン等のバッテリ2が着脱可能に装着される。
A
回転打撃機構4は、遊星歯車減速機構10とスピンドル11とハンマ12を備え、トリガスイッチ8のトリガ操作部8cが引かれてモータ3が起動されると、モータ3の回転は遊星歯車減速機構10によって減速されてスピンドル11に伝達され、スピンドル11が所定の速度で回転駆動される。ここで、スピンドル11とハンマ12とはカム機構によって連結され、このカム機構は、スピンドル11の外周面に形成されたV字状のスピンドルカム溝11aと、ハンマ12の内周面に形成されたハンマカム溝12aと、これらのカム溝11a、12aに係合するボール13によって構成される。
The
ハンマ12は、スプリング14によって常に前方に付勢されており、静止時にはボール13とカム溝11a、12aとの係合によってアンビル5の端面とは隙間を隔てた位置にある。そして、ハンマ12とアンビル5の相対向する回転平面上の2箇所には図示しない凸部がそれぞれ対称的に形成されている。
The
スピンドル11が回転駆動されると、その回転はカム機構を介してハンマ12に伝達され、ハンマ12が半回転しないうちにハンマ12の凸部がアンビル5の凸部に係合してアンビル5を回転させるが、そのときの係合反力によってスピンドル11とハンマ12との間に相対回転が生ずると、ハンマ12はカム機構のスピンドルカム溝11aに沿ってスプリング14を圧縮しながらモータ3側へと後退を始める。
When the
そして、ハンマ12の後退動によってハンマ12の凸部がアンビル5の凸部を乗り越えて両者の係合が解除されると、ハンマ12は、スピンドル11の回転力に加え、スプリング14に蓄積されていた弾性エネルギーとカム機構の作用によって回転方向及び前方に急速に加速されつつ、スプリング14の付勢力によって前方へ移動し、その凸部がアンビル5の凸部に再び係合して一体に回転し始める。このとき、強力な回転打撃力がアンビル5に加えられるため、アンビル5に装着された図示しない先端工具を介してネジに回転打撃力が伝達される。
When the protrusion of the
以後、同様の動作が繰り返されて先端工具からネジに回転打撃力が間欠的に繰り返し伝達され、例えば、ネジが木材等の図示しない被締結材にねじ込まれる。 Thereafter, the same operation is repeated, and the rotational impact force is intermittently repeatedly transmitted from the tip tool to the screw. For example, the screw is screwed into a material to be fastened such as wood.
図2は、図1の制御回路基板9の取り付け部付近の拡大断面図である。制御回路基板9に搭載されたスイッチング素子21の上方には、小型の電動ファン22が設けられ、この電動ファン22が回転することにより、ハウジング6のバッテリ保持部6cに形成された吸気口25から矢印30aの方向に外気が導入され、その後矢印30bの経路を流れて電動ファン22により、強い空気流がスイッチング素子21に吹き付けられる。一般に、電力用FETなどのスイッチング素子21には、その背面に放熱板を有することが多い。本実施形態においては、その放熱板に積極的に空気流を当てるようにするものである。さらに、スイッチング素子21の放熱板に、アルミ製の別の放熱器を取り付けて、その放熱器にも空気を当てるようにしても良い。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the attachment portion of the
スイッチング素子21の熱により暖められた空気は、矢印30cの方向からハウジング6のバッテリ保持部6cの前方側に形成された排気口26を通って、矢印30dの方向に排出される。
The air warmed by the heat of the switching
ここで、吸気口25はインパクトドライバ1の後方側に配置され、排気口26は前方側に配置される。これは、インパクトドライバ1の前方側は切削屑の発生など、後方側に比べて相対的に埃が多いのがほとんどなので、それらの埃が内部に入ることを防止するためである。また、排気口26が後方側にあると、その排気が作業者にあたることになるため、本実施形態では前方側に排気口26がくるように配置した。なお、吸気口25及び排気口26は、単なる穴でもよいが、埃やゴミの侵入を防ぐために、網やフィルタを付けても良い。
Here, the
本発明において特徴的なことは、電動ファン22の回転が、トリガ8cを引くのと連動させるだけでなく、トリガ8cが離された後も、スイッチング素子21の温度に応じて電動ファン22を回転させたままにする制御をすることである。従来の電動工具においては、モータ3と同軸に構成されたファン18によって起こされる空気流を用いてスイッチング素子21を冷却していたので、スイッチング素子21の温度如何に関わらず、トリガ8cを離してモータ3の回転が停止するとファン18も停止した。そのため、スイッチング素子21の温度が想定以上に高温になり、スイッチング素子21の寿命を縮める恐れがあった。特に、電動工具としてドライバドリルやディスクグラインダなど、回転子3bの回転がロックすることがある製品においては、ロックした際には回転軸19に取り付けられたファン18が回転しなくなるため、スイッチング素子21を十分冷却させることができない恐れがあった。
What is characteristic in the present invention is that not only the rotation of the
図3は、図1に示す制御回路基板9を横から見た側面図であり、図4は制御回路基板9を上から見た上面図である。制御回路基板9には、6つのスイッチング素子21が制御回路基板9に対して鉛直方向に、即ち、スイッチング素子21の高さ方向が上下に配置されるように搭載される。このように、スイッチング素子21を配置することにより基板上の実装効率が向上するので、スイッチング素子21が、直径の太さが制限されているグリップ部6b内に配置するような場合には好適である。6つのスイッチング素子21の中央部には温度センサ52が設けられ、スイッチング素子21の周囲の温度が検出され、後述する温度上昇測定回路45によりモニターされる。
3 is a side view of the
制御回路基板9は、バッテリ2の上面形状にそった形状をしており、その上面前方側には、バッテリ保持部6cの上面に露出する制御パネル27が取り付けられる。制御パネル27には、各種の操作ボタンや表示ランプが搭載される。ライトボタン34はライトタッチスイッチであり、このボタンを押すことにより、インパクトドライバ1に取り付けられる白色LEDライトをON/OFFすることができる。電池残量ボタン35はライトタッチスイッチであり、これ押すと電池のマークを示す電池残量表示ランプ36において電池残量が「満充電(LEDが2つ点灯)」「約半分(LEDが1つ点灯)」「残量少(2つのLEDがいずれも点灯しない)」の3段階のいずれであるかを確認できる。表示ランプ37は、電動ファン22が稼働中に点灯するLEDであり、これによって作業者は電動ファン22が稼動して冷却中であることを知ることができる。強弱表示ランプ38は、強弱切替スイッチ33aにより設定された締め付けトルクの強さを示すランプであり、モータ3の回転数が4段階(例えば、2600、2000、1200、500回/分)のどれに設定されているかをLEDの点灯数により表示する。単発/連発表示ランプ39は、単発/連発切替スイッチ33bを押すごとに切り替わる単発モードと連発モードのいずれかであるかを表示する。単発モードは、トリガ操作部8cを引いて打撃開始後、数回の打撃(1〜4回)で自動停止するモードであり、連発モードはトリガ操作部8cを引いて打撃を開始すると、連続打撃(自動停止せず)するモードである。
The
制御回路基板9の後方側には、図4に示すようにコネクタ23、24が設けられ、コネクタ24を介して、後述する制御信号出力回路からのスイッチング素子駆動信号が入力される。また、コネクタ23を介して制御回路基板9はトリガスイッチ8と接続される。
As shown in FIG. 4,
次に、モータ3の駆動制御系の構成と作用を図5に基づいて説明する。図5はモータの駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施の形態では、モータ3は3相のブラシレスDCモータで構成される。このブラシレスDCモータは、いわゆるインナーロータ型であって、複数組(本実施例では2組)のN極とS極を含む永久磁石(マグネット)を含んで構成される回転子(ロータ)3bと、スター結線された3相の固定子巻線U、V、Wから成る固定子3aと、回転子3bの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度60°毎に配置された3つの回転位置検出素子(ホール素子)42を有する。これら回転位置検出素子42からの位置検出信号に基づいて固定子巻線U、V、Wへの通電方向と時間が制御され、モータ3が回転する。回転位置検出素子42は、基板7上の回転子3bのマグネットに対向する位置に設けられる。
Next, the configuration and operation of the drive control system of the
制御回路基板9上に搭載される電子素子には、3相ブリッジ形式に接続されたFET(Field effect transistor)などの6個のスイッチング素子Q1〜Q6を含む。ブリッジ接続された6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートは、制御回路基板9に搭載される制御信号出力回路46に接続され、6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線U、V、Wに接続される。これによって、6個のスイッチング素子Q1〜Q6は、制御信号出力回路46から入力されたスイッチング素子駆動信号(H4、H5、H6等の駆動信号)によってスイッチング動作を行い、インバータ回路47に印加されるバッテリ2の直流電圧を3相(U相、V相及びW相)電圧Vu、Vv、Vwとして固定子巻線U、V、Wに電力を供給する。
The electronic elements mounted on the
6個のスイッチング素子Q1〜Q6の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号(3相信号)のうち、3個の負電源側スイッチング素子Q4、Q5、Q6をパルス幅変調信号(PWM信号)H4、H5、H6として供給し、制御回路基板9上に搭載された演算部41によって、トリガスイッチ8のトリガ操作部8aの操作量(ストローク)の検出信号に基づいてPWM信号のパルス幅(デューティ比)を変化させることによってモータ3への電力供給量を調整し、モータ3の起動/停止と回転速度を制御する。
Of the switching element drive signals (three-phase signals) for driving the gates of the six switching elements Q1 to Q6, the three negative power supply side switching elements Q4, Q5, Q6 are converted into pulse width modulation signals (PWM signals) H4, The pulse width (duty ratio) of the PWM signal is supplied as H5 and H6 and based on the detection signal of the operation amount (stroke) of the trigger operation unit 8a of the
ここで、PWM信号は、インバータ回路47の正電源側スイッチング素子Q1〜Q3または負電源側スイッチング素子Q4〜Q6の何れか一方に供給され、スイッチング素子Q1〜Q3またはスイッチング素子Q4〜Q6を高速スイッチングさせることによって結果的にバッテリ2の直流電圧から各固定子巻線U、V、Wに供給する電力を制御する。尚、本実施の形態では、負電源側スイッチング素子Q4〜Q6にPWM信号が供給されるため、PWM信号のパルス幅を制御することによって各固定子巻線U、V、Wに供給する電力を調整してモータ3の回転速度を制御することができる。
Here, the PWM signal is supplied to any one of the positive power supply side switching elements Q1 to Q3 or the negative power supply side switching elements Q4 to Q6 of the
インパクトドライバ1には、モータ3の回転方向を切り替えるための正逆切替レバー51が設けられ、回転方向設定回路50は正逆切替レバー51の変化を検出するごとに、モータの回転方向を切り替えて、その制御信号を演算部41に送信する。演算部41は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置(CPU)、処理プログラムや制御データを記憶するためのROM、データを一時記憶するためのRAM、タイマ等を含んで構成される。
The
制御信号出力回路46は、回転方向設定回路50と回転子位置検出回路43の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Q1〜Q6を交互にスイッチングするための駆動信号を形成し、その駆動信号を制御信号出力回路46に出力する。これによって固定子巻線U、V、Wの所定の巻線に交互に通電し、回転子3bを設定された回転方向に回転させる。この場合、基板7の負電源側スイッチング素子Q4〜Q6に印加する駆動信号は、印加電圧設定回路49の出力制御信号に基づいてPWM変調信号として出力される。モータ3に供給される電流値は、電流検出回路48によって測定され、その値が演算部41にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。尚、PWM信号は正電源側スイッチング素子Q1〜Q3に印加しても良い。
The control
尚、本実施形態の特徴的な構成として、インバータ回路47においてスイッチング素子21の温度を測定する温度センサ52を設け、温度上昇測定回路45によってスイッチング素子21又はその周囲の温度を常にモニターすることである。温度上昇測定回路45によってスイッチング素子21の温度が測定され、その値が演算部41に出力される。演算部41は、温度があらかじめ設定された基準値以上に上昇したと判断されたらファン回転制御部44に信号を送り電動ファン22を回転させる。同様に演算部41は、モータ3の回転の有無にかかわらず、測定されたスイッチング素子21の温度に応じて電動ファン22の回転のON/OFFの制御をしても良い。尚、電動ファン22を回転させる速度は、1段階だけでなく、低速/高速の2段階、あるいは連続的に可変に制御するようにしても良い。電動ファン22には、図示していないがバッテリ2から供給される電力を用いることができる。
As a characteristic configuration of the present embodiment, a
図6は、本発明の実施形態に係るインパクトドライバ1の使用時の状態を示す図である。図6においては、作業者が右手によりハウジング6のグリップ部6bを把持している状態を示す。本図では、右手の中指でトリガ8cを操作している図を示しているが、人差し指でトリガ8cを操作しても良い。この際、この図から理解できるように、バッテリ保持部6cの部分、即ち太線の間の範囲Wの側面部は、作業者の手によって握られない、又は手が掛からない範囲であり、このバッテリ保持部6cの上面側でなく側面側のいずれかの箇所に吸気口や排気口を設けると良い。本実施形態においては、前方側の側面62と後方側において吸気口25と排気口26が設けられる。その場合であっても作業者の手によって吸気口及び排気口がふさがれる恐れが少ないので、電動ファン22による冷却効果を効果的に保つことができる。また、吸気口25と排気口26は同じ側面でなく、対向する側面に設ける方が風路が短くてすみ、電動ファン22による空気流の流れがスムーズになるので好ましいが、スペースの関係上同じ側面に設けても本発明の効果は得られる。
FIG. 6 is a diagram showing a state in use of the
また、バッテリ保持部6cの上面側の領域61であっても、グリップ部6bから離れた箇所、例えば前方側付近であれば、作業者の手によって塞がれる可能性が少ないので、そこに吸気口又は排気口を設けることを排除するものではない。
Further, even in the
図7は第2の実施形態を示す制御回路基板9の上面図である。第2の実施形態は、図4に示した構造に比べて、各スイッチング素子21の背面に当接する大きさの放熱器53が設けられる。放熱器53は、例えば多数のフィンが形成されたアルミ製のヒートシンクである。スイッチング素子21は、例えば、その放熱板に開けられた穴にネジを通すことによって放熱器53にネジ止めされる。また、スイッチング素子21の放熱板と放熱器53を単に接触させておくだけでも良い。電動ファン22により送られる空気流が放熱器53に直接あたるように各部を配置することにより、スイッチング素子21を効率的に冷却することができる。また、放熱器53に温度センサ52を取り付けることにより、スイッチング素子21の温度上昇状況をより精密に検出することができる。
FIG. 7 is a top view of the
以上、説明したように本発明によれば、ブラシレスDCモータを使い、スイッチング素子21をモータの後端側に配置せずに別の場所に配置したので、ハウジング6の胴体部の前後長を短くして、全体をコンパクトに構成できる電動工具を実現できる。
As described above, according to the present invention, the brushless DC motor is used, and the switching
尚、以上は本発明の電動工具の例としてインパクトドライバに対して適用した形態について説明したが、本発明は、駆動源であるモータとしてブラシレスDCモータを使用することができる他の任意の電動工具に対しても同様に適用可能であることは勿論である。また、本実施形態では、スイッチング素子としてFETを用いた例を説明したが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など、他の出力トランジスタ素子を用いた場合でも同様に適用できる。 In the above, the embodiment applied to the impact driver as an example of the electric tool of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to any other electric tool that can use a brushless DC motor as a motor as a drive source. Of course, the same applies to the above. In the present embodiment, an example in which an FET is used as a switching element has been described. However, the present invention can be similarly applied to a case in which another output transistor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used.
1 インパクトドライバ 2 バッテリ 3 モータ
3a モータの固定子 3b モータの回転子 4 回転打撃機構
5 アンビル 6 ハウジング 6a (ハウジングの)胴体部
6b (ハウジングの)グリップ部 6c (ハウジングの)バッテリ保持部
7 基板 8 トリガスイッチ 8c トリガ操作部
9 制御回路基板 10 遊星歯車減速機構 11 スピンドル
11a スピンドルカム溝 12 ハンマ 12a ハンマカム溝
13 ボール 14 スプリング 15 スリーブ
16aボールベアリング 16b メタルベアリング
17a、17b ベアリング
18 ファン 19 (モータの)回転軸
21 スイッチング素子 22 電動ファン 23、24 コネクタ
25 吸気口 26 排気口 27 制御パネル
28 駆動電力線 29 ハンドストラップ
33a 強弱切替スイッチ 33b 単発/連発切替スイッチ
34 ライトボタン 35 電池残量ボタン
36 電池残量表示ランプ 37 表示ランプ
38 強弱表示ランプ 39 単発/連発表示ランプ
41 演算部 42 回転位置検出素子 43 回転子位置検出回路
44 ファン回転制御部 45 温度上昇測定回路
46 制御信号出力回路 47 インバータ回路 48 電流検出回路
49 印加電圧設定回路 50 回転方向設定回路 51 正逆切替レバー
52 温度センサ 53 放熱器
61 (バッテリ保持部6cの)領域 62 (バッテリ保持部6cの)側面
63 (作業者の)右手
DESCRIPTION OF
17a,
38
Claims (10)
前記駆動回路は複数のスイッチング素子を含み、ハウジングのグリップ部又はその下方に設けられる基板上に配置され、
前記スイッチング素子の近傍に電動ファンを設け、
前記ファンによって空気が流れる第1の風路と、前記電動ファンによって空気が流れる第2の風路を形成したことを特徴とする電動工具。 In an electric tool that has a brushless DC system motor, a fan attached to the output shaft of the motor, and a drive circuit that supplies driving power to the motor, and rotates or drives a tip tool.
The drive circuit includes a plurality of switching elements, and is disposed on a grip part of the housing or a substrate provided below the grip part ,
The electric fan provided in the vicinity of the front Symbol switching element,
An electric tool characterized in that a first air passage through which air flows by the fan and a second air passage through which air flows by the electric fan are formed .
前記温度が所定の値を超えた場合に前記電動ファンを駆動させることを特徴とする請求項3に記載の電動工具。 Providing a temperature sensor for measuring the temperature of the mounting portion of the switching element;
The electric tool according to claim 3 , wherein the electric fan is driven when the temperature exceeds a predetermined value.
前記モータの駆動が開始されたら前記電動ファンを回転させ、前記温度が所定の値を下回った際に前記電動ファンを停止させることを特徴とする請求項3に記載の電動工具。 Providing a temperature sensor for measuring the temperature of the mounting portion of the switching element;
The electric tool according to claim 3 , wherein the electric fan is rotated when driving of the motor is started, and the electric fan is stopped when the temperature falls below a predetermined value.
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