JP7194903B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転角度を検出する回転検出部を備えた電動工具に関する。

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多い（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たリブ部材に直接組み付けることで構成される。

特開２００７－１３６６０７号公報 特開２００６－９７２号公報 特開２０１２－７１３６０号公報

インパクト回転工具などの電動工具では、モータの回転角度から締付トルクを推定する制御が実施される。締付トルクの推定精度を高めるためには、モータの回転角度を高精度に検出する回転検出部を電動工具に設けることが必要であるが、電動工具はユーザが手に持って使用するものであるため、回転検出部の小型化に対する要請は大きい。

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、モータの回転角度を検出する回転検出部の小型化に寄与する技術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、モータと、モータの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構と、モータの回転角度を検出する磁気式の回転検出部と、を備えた電動工具であって、回転検出部は、モータのモータシャフトに取り付けられた磁石を有する回転体と、回転体の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部とを有する。回転体および位置検出部の少なくとも一方は、バックヨーク構造を有する。

本発明によれば、モータの回転角度を検出する回転検出部の小型化に寄与する技術を提供できる。

実施形態に係る電動工具の一部断面概要図である。 回転体およびモータシャフトの断面を示す図である。

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、モータユニット４がハウジング２に内装される。モータユニット４は、ステータ、およびモータシャフト９と一体化したロータをハウジング２に組み付けることで機能するビルトイン式モータとして構成され、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。以下、モータユニット４の前方側のモータシャフト９を「モータシャフト９ａ」、後方側のモータシャフト９を「モータシャフト９ｂ」と呼ぶ。モータシャフト９ａには、遠心ファンである冷却ファン３が固定される。

駆動ブロック５は、モータの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構を備える。具体的に駆動ブロック５は、モータシャフト９ａの回転出力を出力軸６に伝達する動力伝達機構を備え、動力伝達機構は、モータシャフト９ａ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。電動工具１がインパクト回転工具である場合、動力伝達機構は、出力軸６に間欠的な回転衝撃力を発生させるインパクト機構を含む。出力軸６にはチャック機構７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８が設けられ、作業者が操作スイッチ８を引くとモータユニット４におけるロータが回転して、出力軸６が先端工具を駆動する。

モータユニット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がステータの内側で回転する。モータユニット４の構成要素であるロータおよびステータは、それぞれ別個独立にハウジング２に固定される。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。モータユニット４のハウジング２への組付は、一方のハウジング部材に、ステータおよびモータシャフト９の第１軸受１０ａ、第２軸受１０ｂ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。

モータユニット４の後方には、モータの回転角度を検出する磁気式の回転検出部１２が設けられる。回転検出部１２は、モータシャフト９ｂに取り付けられた回転体２０と、回転体２０の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部３０とを有する。回転体２０は磁石２６を有する。

回転検出部１２は、磁気式エンコーダとして構成され、回転体２０は、磁石２６を固定する固定用ブッシュ２７を備える。位置検出部３０はセンサ基板上に設けられ、磁力の変化を検出する磁気センサを含んで構成される。固定用ブッシュ２７は、磁石２６を位置検出部３０に対向するように保持する。モータ回転角度の検出精度を高めるために、回転体２０および位置検出部３０の間隔は狭く設定され、たとえば両者の間隔は約２ｍｍである。位置検出部３０は、モータ回転を制御する制御部（図示せず）に、回転体２０の回転位置に応じた回転位置信号を出力する。

位置検出部３０は支持部材１４により、モータユニット４のステータ側に固定される。回転体２０をモータシャフト９ｂに固定し、且つ位置検出部３０をモータユニット４に固定することで、回転体２０および位置検出部３０の組付精度を高めることができ、回転体２０および位置検出部３０の間隔を所定値に高精度に設定できる。また位置検出部３０をハウジング２に固定する場合と比べると、位置検出部３０をモータユニット４に固定することで、ハウジング２の変形に対して回転体２０および位置検出部３０の相対位置が影響を受けにくく、信頼性の高い回転検出部１２を実現できる。

実施形態の電動工具１において、回転体２０および位置検出部３０の少なくとも一方は、バックヨーク構造を有する。回転検出部１２がバックヨーク構造を有することで、回転体２０および位置検出部３０の間の磁力を大きくでき、磁石２６の小型化を実現できる。

位置検出部３０にバックヨーク構造をもたせるために、回転体２０と対向する位置検出部３０の面の裏側に、バックヨークである磁性体３１が配置される。位置検出部３０の裏面に磁性体３１を配置することで、回転体２０および位置検出部３０の間の磁力を大きくでき、磁石２６の小型化を実現できる。

図２は、回転体２０およびモータシャフト９ｂの断面を示す。回転体２０は開口２１を有し、実施形態のモータシャフト９ｂは回転体２０の開口２１に圧入固定される。なおモータシャフト９ｂと回転体２０とはねじ締めにより固定されてもよい。

固定用ブッシュ２７の磁石固定面には、磁石２６の一端面側を嵌合する凹部が形成され、磁石２６は、凹部に嵌合されて固定される。なお磁石２６は、固定用ブッシュ２７の凹部に相対回転不能に嵌合する形状を有して、凹部に相対回転不能に嵌合することが好ましい。磁石２６は凹部に接着剤で固定される。

回転体２０にバックヨーク構造をもたせるために、固定用ブッシュ２７を磁性材料で形成して、バックヨークとして機能させてよい。また磁性体であるモータシャフト９ｂと磁石２６とを接触させて、モータシャフト９ｂをバックヨークとして機能させてもよい。回転体２０において、固定用ブッシュ２７およびモータシャフト９ｂのいずれか一方をバックヨークとして機能させてもよく、また双方をバックヨークとして機能させてもよい。これにより磁石２６の小型化を実現できる。

回転検出部１２は、磁性材料で形成された磁気シールドにより囲まれてもよい。これにより回転検出部１２が、外部磁界の影響を受けにくくし、モータ回転角度の検出精度を高めることができる。図１に示すように、位置検出部３０は支持部材１４によりモータユニット４のステータ側に固定されているが、支持部材１４が、回転検出部１２を囲むように磁性材料で形成されることで、回転検出部１２を取り囲む支持部材１４を、磁気シールドとして機能させることができる。なお回転検出部１２を取り囲む磁気シールドは、ハウジング２から突設するリブ部材によって形成されてもよい。

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。

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、モータ（４）と、モータの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構（５）と、モータの回転角度を検出する回転検出部（１２）とを備える。回転検出部（１２）は、モータのモータシャフト（９ｂ）に取り付けられた磁石（２６）を有する回転体（２０）と、回転体の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部（３０）とを有する。回転体（２０）および位置検出部（３０）の少なくとも一方は、バックヨーク構造を有することが好ましい。

回転体（２０）は、磁石（２６）を固定する固定用ブッシュ（２７）を有し、固定用ブッシュは磁性材料で形成されることが好ましい。回転体（２０）と対向する位置検出部（３０）の面の裏側に、バックヨークである磁性体（３１）が配置されることが好ましい。回転体（２０）の磁石（２６）が、モータシャフト（９ｂ）と接触してもよい。回転検出部（３０）は、磁性材料で形成された磁気シールドにより囲まれることが好ましい。位置検出部（３０）はモータ（４）に対して固定されてもよい。

１・・・電動工具、２・・・ハウジング、４・・・モータユニット、５・・・駆動ブロック、６・・・出力軸、９ａ，９ｂ・・・モータシャフト、１０ａ・・・第１軸受、１０ｂ・・・第２軸受、１２・・・回転検出部、２０・・・回転体、２６・・・磁石、２７・・・固定用ブッシュ、３０・・・位置検出部、３１・・・磁性体。

Claims (5)

1. ステータ、およびモータシャフトと一体化したロータをハウジングに組み付けることで機能するビルトイン式モータとして構成されるモータユニットと、
   前記モータユニットの回転出力を先端工具に伝達する伝達機構と、
   前記モータユニットの回転角度を検出する磁気式の回転検出部と、を備えた電動工具であって、
   前記回転検出部は、前記モータユニットの後方側のモータシャフトに取り付けられた磁石を有する回転体と、前記回転体の回転位置に応じた回転位置信号を出力する位置検出部とを有し、
   前記回転体は、前記磁石を固定する固定用ブッシュを有し、前記固定用ブッシュは磁性材料で形成されて前記モータシャフトに取り付けられ、前記磁石の前方に配置される前記モータシャフトおよび前記固定用ブッシュをバックヨークとして機能させるバックヨーク構造を有し、
   前記位置検出部は、前記ハウジングを介さずに、前記モータユニットから延びる支持部材により前記モータユニットのステータ側に固定される、
   ことを特徴とする電動工具。
2. 前記位置検出部は、前記回転体の前記磁石に軸方向に対向する位置に設けられ、
   前記回転体の前記磁石が、前記モータシャフトの端部に当接する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
3. 前記回転体と対向する前記位置検出部の面の裏側に、バックヨークとして機能する磁性体が配置される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動工具。
4. 前記回転検出部は、磁性材料で形成された磁気シールドにより囲まれる、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動工具。
5. 前記磁石が、前記磁石の前方に配置される前記モータシャフトに接触する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電動工具。

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