(57)【要約】【課題】製造性に優れ且つ効率のよい電動作業機を提供する。【解決手段】電動作業機のブラシレスモータは、ステータと、ロータと、第１の駆動回路と、第２の駆動回路と、を備える。ステータは、第１のティースと、第１のティースの隣に配置された第２のティースと、第１のティースに巻かれた第１のコイルと、第２のティースに巻かれた第２のコイルと、を有する。ロータは、永久磁石を有する。第１の駆動回路は、電源の電力を第１のコイルに供給する。第２の駆動回路は、電源の電力を第２のコイルに供給する。第１の駆動回路により第１のコイルに印加される電圧の位相と、第２の駆動回路により第２のコイルに印加される電圧の位相との電圧位相差が、第１のティースと第２のティースとに生じる誘起電圧の位相差と略一致する。【選択図】図５
2020068570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源としてブラシレスモータを備える電動作業機であって、
前記ブラシレスモータは、
第１のティースと、前記第１のティースの隣に配置された第２のティースと、前記第１のティースに巻かれた第１のコイルと、前記第２のティースに巻かれた第２のコイルと、を有するステータと、
永久磁石を有するロータと、
前記ブラシレスモータに適用される電源の電力を前記第１のコイルに供給するための第１の駆動回路と、
前記電源の電力を前記第２のコイルに供給するための第２の駆動回路と、を備え、
前記第１の駆動回路により前記第１のコイルに印加される電圧の位相と、前記第２の駆動回路により前記第２のコイルに印加される電圧の位相との電圧位相差が、前記第１のコイルと前記第２のコイルに生じる誘起電圧の位相差と略一致する、
電動作業機。
【請求項２】
前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路は、前記電源に対して並列に接続されている、
請求項１に記載の電動作業機。
【請求項３】
前記第１のコイルに対して位置決めされ、前記第１のコイルに対する前記ロータの相対的な位置に基づいた第１の回転位置信号を出力するように構成された位置センサと、
前記位置センサにより出力された前記第１の回転位置信号に基づいて、前記第１の駆動回路に対する第１の制御指令を生成し、且つ、前記第１の回転位置信号を前記電圧位相差の分ずらした第２の回転位置信号に基づいて、前記第２の駆動回路に対する第２の制御指令を生成するように構成された制御回路と、を備える、
請求項１又は２に記載の電動作業機。
【請求項４】
前記第１のコイルに対して位置決めされ、前記第１のコイルに対する前記ロータの相対的な位置に基づいた第１の回転位置信号を出力するように構成された第１の位置センサと、
前記第２のコイルに対して位置決めされ、前記第２のコイルに対する前記ロータの相対的な位置に基づいた第２の回転位置信号を出力するように構成された第２の位置センサと、
前記第１の位置センサにより出力された前記第１の回転位置信号に基づいて、前記第１の駆動回路に対する第１の制御指令を生成し、且つ、前記第２の位置センサにより出力された前記第２の回転位置信号に基づいて、前記第２の駆動回路に対する第２の制御指令を生成するように構成された制御回路と、を備える、
請求項１又は２に記載の電動作業機。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記第１の回転位置信号を用いて、前記第１のコイルに発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点に基づいた第１の期間において前記第１のコイルに前記電力を供給するように、前記第１の制御指令を生成し、
前記第２の回転位置信号を用いて、前記第２のコイルに発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点に基づいた第２の期間において前記第２のコイルに前記電力を供給するように、前記第２の制御指令を生成する、
請求項３又は４に記載の電動作業機。
【請求項６】
前記ブラシレスモータによって発生した動力によって駆動されるように構成された最終出力部を備える、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動作業機。
【請求項７】
前記ブラシレスモータの回転軸と前記最終出力部との間に設けられており、前記回転軸の回転を減速して前記最終出力部に伝達するように構成された減速機を備える、
請求項６に記載の電動作業機。
【請求項８】
駆動源としてブラシレスモータを備える電動作業機であって、
前記ブラシレスモータは、
１２個のスロットと、１２個のコイルと、を有するステータと、
１０個の永久磁石を有するロータと、
前記ブラシレスモータに適用される電源の電力を前記１２個のコイルに供給するための２個の駆動回路と、を備える、
電動作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ブラシレスモータを駆動源とするハンマドリル等の電動作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、３相ブラシレスモータを駆動源とする電気機器が記載されている。ブラシレスモータでは、磁気吸引力に起因するコギングトルクが生じる。発生したコギングトルクは、電気機器の駆動制御に外乱として作用する。そのため、電気機器の駆動源として、コギングトルクを低減したブラシレスモータを用いることが望ましい。
【０００３】
コギングトルクを低減したブラシレスモータとして、２極３スロットや４極３スロットの倍数以外のブラシレスモータであって、隣り合うティースに巻いたコイルによって同相のコイルを形成するブラシレスモータが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９８１２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
隣り合うティースに巻いたコイルのそれぞれで生じる誘起電圧は位相が異なる。そのため、隣り合うコイルを並列に接続すると還流電流が流れ、ブラシレスモータの効率が低下する。一方、隣り合うコイルを直列に接続する場合、並列に接続する場合よりも、大きな電流がコイルに流れる。したがって、隣り合うコイルを直列に接続する場合、並列に接続する場合よりもコイルの線径を太くする必要がある。コイルの線径を太くすると、コイルを巻きにくくなり、ブラシレスモータの製造難易度が高くなる。
【０００６】
さらに、隣り合うコイルを直列に接続する場合、隣り合うコイルに同時に通電される。よって、隣り合うコイルに、それぞれに適したタイミングで通電することができないため、ブラシレスモータの効率が低下する。
【０００７】
本開示は、製造性に優れ且つ効率のよいブラシレスモータを備えた電動作業機を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の１つの局面は、駆動源としてブラシレスモータを備える電動作業機であって、ブラシレスモータは、ステータと、第１の駆動回路と、第２の駆動回路と、を備える。ステータは、第１のティースと、第１のティースの隣に配置された第２のティースと、第１のティースに巻かれた第１のコイルと、第２のティースに巻かれた第２のコイルと、を有する。ロータは、永久磁石を有する。第１の駆動回路は、ブラシレスモータに適用される電源の電力を第１のコイルに供給する。第２の駆動回路は、電源の電力を第２のコイルに供給する。第１の駆動回路により第１のコイルに印加される電圧の位相と、第２の駆動回路により第２のコイルに印加される電圧の位相との電圧位相差が、第１のコイルと第２のコイルに生じる誘起電圧の位相差と略一致する。
【０００９】
本開示の１つの局面によれば、第１のコイルと第２のコイルは、隣り合う第１のティースと第２のティースのそれぞれに巻かれ、第１の駆動回路と第２の駆動回路のそれぞれから給電される。隣り合うティースに巻かれた第１のコイルと第２のコイルには、位相の異なる誘起電圧が生じる。しかしながら、第１のコイルと第２のコイルは、互いに異なる駆動回路から給電されるため、直列に接続しなくても、第１のコイルと第２のコイルとの間で還流電流が流れることがない。よって、第１のコイルと第２のコイルとを直列に接続する必要がないため、第１のコイルと第２のコイルの線径を、直列に接続する場合と比べて細くすることができる。また、第１のコイルに印加される電圧と第２のコイルに印加される電圧の電圧位相差が、第１のコイルと第２のコイルに生じる誘起電圧の位相差と略一致するように制御される。そのため、第１のコイルと第２のコイルに、それぞれの適切なタイミングで電力を供給することができる。さらに、第１の駆動回路のスイッチングタイミングと、第２の駆動回路のスイッチングタイミングとがずれるため、第１の駆動回路と第２の駆動回路の全体で生じるスイッチングの周期は、第１の駆動回路及び第２の駆動回路のそれぞれ生じるスイッチングの周期の２倍になる。その結果、モータを流れる電流リプル及びトルクリプルを低減することができる。したがって、製造性に優れ且つ効率のよい電動作業機を実現することができる。
【００１０】
また、第１の駆動回路及び第２の駆動回路は、電源に対して並列に接続されていてもよい。
このような構成により、第１のコイルに流れる電流の経路と第２のコイルに流れる電流の経路とが電源に対して並列になり、第１の駆動回路と第２の駆動回路とを直列に接続する場合と比べて、第１のコイル及び第２のコイルの線径を細くすることができる。
【００１１】
また、電動作業機は、位置センサと、制御回路と、を備えてもよい。位置センサは、第１のコイルに対して位置決めされ、第１のコイルに対するロータの相対的な位置に基づいた第１の回転位置信号を出力する。制御回路は、位置センサにより出力された第１の回転位置信号に基づいて、第１の駆動回路に対する第１の制御指令を生成し、且つ、第１の回転位置信号を電圧位相差の分ずらした第２の回転位置信号に基づいて、第２の駆動回路に対する第２の制御指令を生成する。
【００１２】
このような構成によれば、位置センサによって、第１のコイルに対するロータの相対的な位置に基づいた第１の回転位置信号が出力される。そして、制御回路により、第１の回転位置信号に基づいて、第１の駆動回路に対する第１の制御指令が生成される。さらに、制御回路により、第１の回転位置信号を電圧位相差の分ずらした第２の回転位置信号に基づいて、第２の駆動回路に対する第２の制御指令が生成される。第２の回転位置信号は、第２のコイルに対するロータの相対的な位置に基づいた回転位置信号に相当する。したがって、位置センサの数を抑制しつつ、第１のコイル及び第２のコイルに適切なタイミングで電力を供給することができる。
【００１３】
また、電動作業機は、第１の位置センサと、第２の位置センサと、制御回路と、を備えてもよい。第１の位置センサは、第１のコイルに対して位置決めされ、第１のコイルに対するロータの相対的な位置に基づいた第１の回転位置信号を出力する。第２の位置センサは、第２のコイルに対して位置決めされ、第２のコイルに対するロータの相対的な位置に基づいた第２の回転位置信号を出力する。制御回路は、第１の位置センサにより出力された第１の回転位置信号に基づいて、第１の駆動回路に対する第１の制御指令を生成し、且つ、第２の位置センサにより出力された第２の回転位置信号に基づいて、第２の駆動回路に対する第２の制御指令を生成する。
【００１４】
このような構成によれば、第１の位置センサ及び第２の位置センサのそれぞれによって、第１のコイル及び第２のコイルのそれぞれに対するロータの相対的な位置に基づいた第１の回転位置信号及び第２の回転位置信号が出力される。そして、制御回路により、第１の回転位置信号に基づいて第１の駆動回路に対する第１の制御指令が生成されるとともに、第２の回転位置信号に基づいて第２の駆動回路に対する第２の制御指令が生成される。よって、第１の位置センサ及び第２の位置センサを用いることにより、第１のコイル及び第２のコイルに適切なタイミングで電力を供給することができる。
【００１５】
また、制御回路は、第１の回転位置信号を用いて、第１のコイルに発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点に基づいた第１の期間において第１のコイルに電力を供給するように、第１の制御指令を生成してもよい。また、制御回路は、第２の回転位置信号を用いて、第２のコイルに発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点に基づいた第２の期間において第２のコイルに電力を供給するように、第２の制御指令を生成してもよい。
【００１６】
このような構成によれば、第１のコイルと第２のコイルのそれぞれに、最も効率がよい期間において電力を供給することができる。したがって、モータの効率をより高くすることができる。
【００１７】
また、電動作業機は、ブラシレスモータによって発生した動力によって駆動されるように構成された最終出力部を備えてもよい。
また、電動作業機は、ブラシレスモータの回転軸と最終出力部との間に設けられており、回転軸の回転を減速して最終出力部に伝達するように構成された減速機を備えてもよい。
【００１８】
モータの動力を減速機を介して最終出力部に伝達する場合、トルクリプルが大きいと、減速機が揺れ動いてノイズが生じることがある。本開示の一つの局面による電動作業機によれば、トルクリプルが抑制されるため、モータの動力を減速機を介して最終出力部に伝達する場合に、好適にノイズを抑制することができる。
【００１９】
本開示の別の１つの局面は、駆動源としてブラシレスモータを備える電動作業機であって、ブラシレスモータは、ステータと、ロータと、２個の駆動回路と、を備える。ステータは、１２個のスロットと、１２個のコイルと、を有する。ロータは、１０個の永久磁石を有する。２個の駆動回路は、ブラシレスモータに適用される電源の電力を１２個のコイルに供給する。
【００２０】
本開示の別の１つの局面によれば、１２個のコイルは２個の駆動回路によって電力が供給される。よって、隣り合うコイルを互いに異なる駆動回路に接続することにより、隣り合うコイルを直列に接続しなくても、隣り合うコイルの間で還流電流が流れることがない。よって、隣り合うコイルを直列に接続する必要がないため、隣り合うコイルを直列に接続する場合と比べて、１２個のコイルの線径を細くすることができる。したがって、製造性に優れ且つ効率のよい電動作業機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ハンマドリルの構成を示す縦断面図である。
【図２】モータの構成を示す水平断面図である。
【図３】隣り合うコイルの位相差を示す図である。
【図４】モータの制御システムの構成を示す図である。
【図５】コイルの結線状態を示す図である。
【図６】電気角に対するコイルの誘起電圧とコイルの通電期間とを示す図である。
【図７】第１駆動回路及び第２駆動回路のスイッチングパターンを示す図である。
【図８】本実施形態のモータのトルクリプルと従来のモータのトルクリプルとを示す図である。
【図９】コイルの結線状態の別例を示す図である。
【図１０】スロットコンビネーションが１４極１２スロットの倍数の場合における、同相のコイルを形成するコイルを示す図である。
【図１１】スロットコンビネーションが８極９スロットの倍数の場合における、同相のコイルを形成するコイルを示す図である。
【図１２】従来のモータの結線状態を示す図である。
【図１３】従来のモータの駆動回路のスイッチングパターンを示す図である。
【図１４】従来のモータの別の結線状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
（第１実施形態）
＜１．ハンマドリルの構成＞
図１は、電動工具の一例であるハンマドリルの縦断面図である。このハンマドリル１は、ブラシレスモータ３（以下、モータ３）を収容する上下方向のモータハウジング２の上方に、出力部５を収容して前方へ延びる出力ハウジング４を備えている。モータハウジング２の下方には、コントローラ７を収容してその下方に２つのバッテリーパック８，８を装着可能なバッテリー装着部６が設けられている。９は、出力ハウジング４の後方からバッテリー装着部６に跨がって上下方向に設けられるハンドルである。
【００２３】
モータ３は、ステータ１０と、ステータ１０の内側にロータ１１を備えたインナロータ型で、ロータ１１の回転軸１２を上向きにした姿勢でモータハウジング２内に収容されている。ステータ１０は、ステータコア１３と、ステータコア１３の上下に設けられる上インシュレータ１４及び下インシュレータ１５と、上下インシュレータ１４，１５を介してステータコア１３の内側に巻回される複数のコイル１６Ｕ１〜１６Ｕ４，１６Ｖ１〜１６Ｖ４，１６Ｗ１〜１６Ｗ４（図２等）とを有している。以下では、コイル１６Ｕ１〜１６Ｕ４，１６Ｖ１〜１６Ｖ４，１６Ｗ１〜１６Ｗ４をまとめてコイル１６と称する。
【００２４】
ロータ１１は、軸心に位置する回転軸１２と、回転軸１２の周囲に配置される筒状のロータコア１７と、ロータコア１７の内部に配置される複数の永久磁石１８，１８・・とを有している。下インシュレータ１５の下端には、ロータコア１７の永久磁石１８の位置を検出して回転位置信号を出力するホールＩＣ９０（図４）を搭載したセンサ回路基板１９と、コイル１６の端末を結線するための端子ユニット２０とが固定されている。回転軸１２は、下端がモータハウジング２の底部に設けた軸受２１に支持され、上端が出力ハウジング４に設けた軸受２２に支持されて出力ハウジング４内に突出し、上端に形成したピニオン２３が、前後の中間軸２４及びクランク軸２５に設けたギヤ２６，２７とそれぞれ噛合している。また、軸受２２の下側で回転軸１２には、遠心ファン２８が設けられ、その下方でモータハウジング２内にはバッフルプレート２９が設けられている。
【００２５】
出力部５は、前後方向に延びて回転可能な筒状のツールホルダ３０を有し、ツールホルダ３０の後端に外装したベベルギヤ３１が、中間軸２４の上端に設けたベベルギヤ３２と噛合している。ツールホルダ３０内には、シリンダ３３が差し込み装着されて、シリンダ３３内に設けたピストン３４が、コネクティングロッド３５を介して、クランク軸２５の上端で偏心位置に設けたクランクピン３６と連結されている。
【００２６】
また、シリンダ３３内でピストン３４の前方には、空気室３７を介してストライカ３８が前後移動可能に収容されて、その前方でツールホルダ３０内には、インパクトボルト３９が前後移動可能に収容されている。ここではツールホルダ３０の先端からドリルビット等の先端工具を差し込んだ際には、先端工具の後端がインパクトボルト３９を、シリンダ３３前方の受けリング４０に当接する位置まで後退させて後端をシリンダ３３内に突出させる。４１は、ツールホルダ３０の前端に外装されて先端工具の着脱操作を行う操作スリーブである。
【００２７】
一方、バッテリー装着部６内には、バッテリーパック８，８を左右方向からスライド装着可能な２つの端子台４２，４２が、前後に配置されて、その上方にコントローラ７が収容されている。コントローラ７は、後述するマイコン１００やスイッチング素子を搭載した第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂの基板を備えて、バッテリー装着部６の内面に立設された倒コ字状のリブ４３，４３によって前後方向に支持されている。コントローラ７の前方には、ＬＥＤを用いてツールホルダ３０の前方を照射するライト４４が設けられ、バッテリー装着部６の前後には、装着されたバッテリーパック８，８の前後を覆うガード板４５，４５が下向きに突出形成されている。
【００２８】
ハンドル９内には、コントローラ７と電気的に接続されるスイッチ４６とコンデンサ４７とが設けられて、スイッチ４６から前方へ突出するプランジャには、スイッチレバー４８が設けられている。
【００２９】
よって、このハンマドリル１においては、ハンドル９を把持した手でスイッチレバー４８を押し込んでスイッチ４６をＯＮ動作させると、バッテリーパック８からモータ３への給電がなされて回転軸１２が回転する。すなわち、コントローラ７のマイコン１００が、センサ回路基板１９のホールＩＣ９０から出力されるロータ１１の永久磁石１８の位置を示す回転位置信号を得てロータ１１の回転状態を取得し、取得した回転状態に応じて第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂの各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御し、ステータ１０の各コイル１６に対し順番に電流を流すことでロータ１１を回転させる。
【００３０】
こうして回転軸１２が回転すると、ギヤ２６を介して中間軸２４が減速して回転し、ベベルギヤ３２，３１を介してツールホルダ３０を先端工具と共に回転させる。同時に、ギヤ２７を介してクランク軸２５が減速して回転し、コネクティングロッド３５を介してピストン３４がシリンダ３３内で往復動し、空気室３７を介してストライカ３８を前後動させる。よって、ストライカ３８がインパクトボルト３９を介して先端工具を打撃する。
【００３１】
また、コントローラ７の左右両側となるバッテリー装着部６の左右の側面には、図示しない吸気口が形成され、遠心ファン２８の左右両側となるモータハウジング２の左右の側面には、図示しない排気口が形成されて、吸気口とモータ３との間にコントローラ７が配置されている。よって、回転軸１２の回転に伴う遠心ファン２８の回転により、吸気口から吸い込まれた空気が、まずコントローラ７に接触してコントローラ７を冷却した後、モータハウジング２内を通ってモータ３を冷却する。そして、バッフルプレート２９を介して排気口から排出される。
【００３２】
なお、本実施形態では、ハンマドリル１は、電動作業機の一例である。また、本実施形態では、ギヤ２６，２７は、減速機の一例であり、ツールホルダ３０及びストライカ３８は最終出力部の一例である。
【００３３】
＜２．モータの構成＞
図２は、モータ３を上下方向に垂直な面で切断した水平断面図である。ステータコア１３は、６個のティース９１Ａと、６個のティース９１Ｂと、１２個のスロット、を備える。ロータコア１７は、１０個の永久磁石１８を備える。すなわち、モータ３は、１０極１２スロットの３相モータである。
【００３４】
１０個の永久磁石１８は、６個のＮ極の永久磁石１８と６個のＳ極の永久磁石１８とを含む。Ｎ極の永久磁石１８とＳ極の永久磁石１８は、交互に配置されている。
また、６個のティース９１Ａと６個のティース９１Ｂは交互に配置されている。すなわち、ティース９１Ａとティース９１Ｂは、互いに隣り合う位置に配置されている。
【００３５】
コイル１６は、Ｕ相のコイル１６Ｕ１，１６Ｕ２，１６Ｕ３，１６Ｕ４と、Ｖ相のコイル１６Ｖ１，１６Ｖ２，１６Ｖ３，１６Ｖ４と、Ｗ相のコイル１６Ｗ１，１６Ｗ２，１６Ｗ３，１６Ｗ４と、を含む。コイル１６Ｕ１，１６Ｕ３，１６Ｖ１，１６Ｖ３，１６Ｗ１，１６Ｗ３は、ティース９１Ａに巻かれている。コイル１６Ｕ２，１６Ｕ４，１６Ｖ２，１６Ｖ４，１６Ｗ２，１６Ｗ４は、ティース９１Ｂに巻かれている。以下では、コイル１６Ｕ１，１６Ｖ１，１６Ｗ１をまとめてコイル１６１と称し、コイル１６Ｕ２，１６Ｖ２，１６Ｗ２，をまとめてコイル１６２と称する。また、コイル１６Ｕ３，１６Ｖ３，１６Ｗ３をまとめてコイル１６３と称し、コイル１６Ｕ４，１６Ｖ４，１６Ｗ４をまとめてコイル１６４と称する。
【００３６】
コイル１６Ｕ１，１６Ｕ２は、隣り合うティース９１Ａ，９１Ｂの第１の一対に巻かれている。コイル１６Ｕ１は右巻に巻かれており、コイル１６Ｕ２は左巻に巻かれている。また、コイル１６Ｕ３，１６Ｕ４は、第１の一対のティース９１Ａ，９１Ｂに対して機械角１８０°離れた位置に配置された、隣り合うティース９１Ａ，９１Ｂの第２の一対に巻かれている。コイル１６Ｕ３は左巻に巻かれており、コイル１６Ｕ４は右巻に巻かれている。すなわち、コイル１６Ｕ１と対向する位置に配置されたコイル１６Ｕ３は、コイル１６Ｕ１と反対向きに巻かれており、コイル１６Ｕ２と対向する位置に配置されたコイル１６Ｕ４は、コイル１６Ｕ２と反対向きに巻かれている。
【００３７】
図２に示すように、モータ３は極数が１０極であるため、コイル１６Ｕ１側にＳ極の永久磁石１８が位置している場合、対向するコイル１６Ｕ３側にＮ極の永久磁石１８が位置する。そのため、コイル１６Ｕ１とコイル１６Ｕ３の巻き方を反対向きにすることで、コイル１６Ｕ１に生じる誘起電圧の位相と、コイル１６Ｕ３に生じる誘起電圧の位相とが等しくなる。また、コイル１６Ｕ２とコイル１６Ｕ４の巻き方を反対向きにすることで、コイル１６Ｕ２に生じる誘起電圧の位相と、コイル１６Ｕ４に生じる誘起電圧の位相とが等しくなる。
【００３８】
同様に、コイル１６Ｖ１，１６Ｖ２、及びコイル１６Ｗ１，１６Ｗ２は、それぞれ、隣り合うティース９１Ａ，９１Ｂの第１の一対に巻かれている。また、コイル１６Ｖ３，１６Ｖ４、及びコイル１６Ｗ３，１６Ｗ４は、それぞれ、第１の一対のティース９１Ａ，９１Ｂに対して機械角１８０°離れた位置に配置された、隣り合うティース９１Ａ，９１Ｂの第２の一対に巻かれている。コイル１６Ｖ１，１６Ｖ２，１６Ｖ３，１６Ｖ４は、それぞれ、左巻、右巻、右巻、左巻に巻かれている。コイル１６Ｗ１，１６Ｗ２，１６Ｗ３，１６Ｗ４は、それぞれ、右巻、左巻、左巻、右巻に巻かれている。そして、コイル１６Ｕ１，１６Ｕ２，１６Ｖ１，１６Ｖ２，１６Ｗ１，１６Ｗ２，１６Ｕ３，１６Ｕ４，１６Ｖ３，１６Ｖ４，１６Ｗ３，１６Ｗ４の順に配置されている。すなわち、１２個のコイル１６は、右巻、右巻、左巻、左巻、右巻、右巻、左巻、左巻…のように、２個の右巻と２個の左巻とが交互に配置されている。
【００３９】
そして、２スロット分布のコイル１６１，１６２の組と、コイル１６３，１６４の組の２組から、１相分のコイルが形成されている。言い換えると、隣り合うティース９１Ａ，９１Ｂに巻かれたコイル１６１（１６３），１６２（１６４）から同相のコイルが形成されている。
【００４０】
図３に、隣り合うコイル１６Ｕ１，１６Ｕ２の設置部分を拡大した図を示す。図３を参照して、隣り合うコイル１６１とコイル１６２との位相差θ１について説明する。コイル１６１とコイル１６２との位相差θ１は、コイル１６１とコイル１６２に生じる誘起電圧の位相差とする。コイル１６１とコイル１６３に生じる誘起電圧の位相は等しく、コイル１６２とコイル１６４に生じる誘起電圧の位相は等しいので、隣り合うコイル１６３とコイル１６４との位相差もθ１になる。
【００４１】
図３において、位相差θ３は、隣り合う永久磁石１８の位相差であるので、電気角１８０°である。位相差θ２は、隣り合うティース９１Ａとティース９１Ｂとの位相差であるので、電気角３６０°／スロット数×対極数によって算出され、電気角１５０°である。ここで、コイル１６１とコイル１６２の巻き方が同じ方向であれば、コイル１６１とコイル１６２の位相差θ１は、電気角１５０°になる。しかしながら、本実施形態では、コイル１６１とコイル１６２の巻き方が逆方向になっている。よって、コイル１６１とコイル１６２の位相差θ１は、電気角１８０°−電気角１５０°＝電気角３０°になる。
【００４２】
詳しくは、本実施形態では、コイル１６１とコイル１６２の巻き方が逆方向になっているので、Ｓ極の永久磁石１８に対するコイル１６１の相対的な位置と、Ｎ極の永久磁石１８に対するコイル１６２の相対的な位置とのずれが、コイル１６１とコイル１６２との位相差θ１になる。一方、コイル１６１とコイル１６２の巻き方が同方向の場合は、同じ永久磁石１８に対するコイル１６１とコイル１６２の位置のずれが、コイル１６１とコイル１６２との位相差θ１になる。
【００４３】
なお、本実施形態では、モータ３は、インナロータ型のモータであるが、ステータ１０の外側にロータ１１が配置されたアウタロータ型のモータであってもよい。
＜３．モータの制御システム＞
図４は、モータ３の制御システムを示す図である。制御システムは、バッテリーパック８と、マイコン１００と、第１駆動回路８０Ａと、第２駆動回路８０Ｂと、ホールＩＣ９０と、モータ３と、を備える。
【００４４】
第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂは、それぞれ、６個のスイッチング素子を備えた３相のブリッジ回路である。第１駆動回路８０Ａは、バッテリーパック８の電力をコイル１６１，１６３に供給するように構成されており、第２駆動回路８０Ｂは、バッテリーパック８の電力をコイル１６２，１６４に供給するように構成されている。第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂは、バッテリーパック８に対して並列に接続されている。本実施形態では、マイコン１００は、制御回路の一例であり、バッテリーパック８が、ブラシレスモータに適用される電源の一例である。
【００４５】
マイコン１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されている各種プログラムを読出し実行することにより、各種機能を実現する。マイコン１００は、第１駆動回路８０Ａと、第２駆動回路８０Ｂと、ホールＩＣ９０に接続されている。本実施形態では、ホールＩＣ９０が位置センサの一例である。
【００４６】
図５は、第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂと各コイル１６との結線状態を示す。第１駆動回路８０Ａには、ティース９１Ａに巻かれたコイル１６１，１６３が接続されており、第２駆動回路８０Ｂには、ティース９１Ｂに巻かれたコイル１６２，１６４が接続されている。
【００４７】
詳しくは、第１駆動回路８０Ａには、各相の並列接続されたコイル１６１，１６３の並列体がΔ結線されて、第１モータ回路１５０Ａを構成している。各相において、コイル１６１とコイル１６３に生じる誘起電圧の位相が等しいため、コイル１６１とコイル１６３との間で還流電流は流れない。
【００４８】
一方、第２駆動回路８０Ｂには、各相の並列接続されたコイル１６２，１６４の並列体がΔ結線されて、第２モータ回路１５０Ｂを構成している。各相において、コイル１６２とコイル１６４に生じる誘起電圧の位相が等しいため、コイル１６２とコイル１６４との間で還流電流は流れない。
【００４９】
このような構成により、各相において、第１モータ回路１５０Ａに接続されているコイル１６１，１６３と、第２モータ回路１５０Ｂに接続されているコイル１６２，１６４との間には、位相差θ１が存在する。
【００５０】
また、ホールＩＣ９０は、３個のホール素子９０Ａを含む。３個のホール素子９０Ａは、第１モータ回路１５０Ａにおいて、コイル１６Ｕ１，１６Ｕ３と、コイル１６Ｖ１，１６Ｖ３と、コイル１６Ｗ１，１６Ｗ３のそれぞれに対して位置決めされて配置されている。そのため、３個のホール素子９０Ａは、コイル１６Ｕ１，１６Ｕ３、コイル１６Ｖ１，１６Ｖ３、及びコイル１６Ｗ１，１６Ｗ３のそれぞれと、ロータ１１との相対的な位置に基づいた第１回転位置信号を出力する。
【００５１】
一方、図１２に、従来の１０極１２スロットの３相のブラシレスモータ３００（以下、モータ３００）の結線状態を示す。１２個のコイル１６は、１つの駆動回路８００に接続されている。具体的には、駆動回路８００には、Δ結線された各相のコイル１６が接続されている。Ｕ相は、コイル１６Ｕ１とコイル１６Ｕ２との直列接続体と、コイル１６Ｕ３とコイル１６Ｕ４との直列接続体とが並列に接続されて、構成されている。Ｖ相は、コイル１６Ｖ１とコイル１６Ｖ２との直列接続体と、コイル１６Ｖ３とコイル１６Ｖ４との直列接続体とが並列に接続されて、構成されている。Ｗ相は、コイル１６Ｗ１とコイル１６Ｗ２との直列接続体と、コイル１６Ｗ３とコイル１６Ｗ４との直列接続体とが並列に接続されて、構成されている。すなわち、モータ３００は、位相差θ１が存在するコイル１６１とコイル１６２、コイル１６３とコイル１６４とが直列に接続されている。
【００５２】
＜４．モータの動作＞
マイコン１００は、ホールＩＣ９０により検出された第１回転位置信号に基づいて、第１駆動回路８０Ａに含まれる各スイッチング素子のオンオフを制御するための第１制御指令を生成し、生成した第１制御指令を第１駆動回路８０Ａに送信する。
【００５３】
図７に、第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂのスイッチングパターンを示す。図７においてハッチング部分が電圧を印加する通電期間を示す。マイコン１００は、各相のコイル１６１，１６３に電気角１２０°の方形波が入力されるように、第１制御指令を生成する。すなわち、各相のコイル１６１，１６３の通電期間ＴＡは、電気角１２０°になる。マイコン１００は、１相ずつ電気角１２０°の矩形波を入力するように、１相ずつスイッチング素子を切り替える。そのため、第１駆動回路８０Ａによるスイッチングは、電気角６０°ごとに発生する。
【００５４】
また、図６に示すように、マイコン１００は、各相のコイル１６１，１６３に発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点を中心とした前後電気角６０°の期間が通電期間ＴＡとなるように、第１制御指令を生成する。ゼロクロスの中央は、誘起電圧が０Ｖとクロスする２点における電気角の平均値である。ゼロクロスの中央となる時点は、各相のコイル１６１，１６３とロータ１１との位置関係により決まる。よって、マイコン１００は、３個のホール素子９０Ａにより検出された第１回転位置信号に基づいて、各相のコイル１６１，１６３において発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点を求めることができる。
【００５５】
ここで、コイル１６に電圧を印加してもコイル１６のインダクタンス成分によって電流は直ぐには流れず、電流に位相遅れが生じる。そこで、マイコン１００は、電流の位相と誘起電圧の位相を一致させるため、印加電圧の位相を進めてコイルに流れる電流の位相遅れを補う進角制御を実行してもよい。この場合、マイコン１００は、電圧を印加する通電期間ＴＡを、ゼロクロスの中央となる時点を中心とした電気角１２０°の期間よりも位相を進めた期間に設定する。すなわち、マイコン１００は、通電期間ＴＡを、ゼロクロスの中央となる時点よりも位相を進めた時点を中心とした電気角１２０°の期間に設定する。
【００５６】
さらに、マイコン１００は、３個のホール素子９０Ａにより検出された第１回転位置信号をそれぞれ位相差θ１の分ずらして、第２回転位置信号を算出する。そして、マイコン１００は、算出した第２回転位置信号に基づいて、第２駆動回路８０Ｂに含まれる各スイッチング素子のオンオフを制御するための第２制御指令を生成し、生成した第２制御指令を第２駆動回路８０Ｂに送信する。
【００５７】
具体的には、図７に示すように、マイコン１００は、第１制御指令と同様に、各相のコイル１６２，１６４に電気角１２０°の方形波が入力されるように、第２制御指令を生成する。よって、各相のコイル１６２，１６４の通電期間ＴＢは、電気角１２０°になる。マイコン１００は、第１駆動回路８０Ａと同様に、１相ずつスイッチング素子を切り替えるため、第１駆動回路８０Ａによるスイッチングは、電気角６０°ごとに発生する。
【００５８】
また、図６に示すように、マイコン１００は、各相のコイル１６２，１６４に発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点を中心とした前後電気角６０°の期間が通電期間ＴＢとなるように、第２制御指令を生成する。マイコン１００は、第２回転位置信号に基づいて、各相のコイル１６２，１６４において発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点を求めることができる。ここで、マイコン１００は、第１駆動回路８０Ａと同様に、進角制御を実行してもよい。すなわち、マイコン１００は、電圧を印加する通電期間ＴＢを、ゼロクロスの中央となる時点よりも位相を進めた時点を中心とした電気角１２０°の期間に設定してもよい。
【００５９】
図７に示すように、コイル１６１，１６３とコイル１６２，１６４とでは位相差θ１が存在するため、第１駆動回路８０Ａにおいてスイッチングが発生するタイミングと、第２駆動回路８０Ｂにおいてスイッチングが発生するタイミングとには、電位角θ１の差が生じる。本実施形態では、位相差θ１は電気角３０°であるため、モータの制御システム全体において発生するスイッチングは電気角３０°間隔になる。すなわち、モータの制御システム全体において発生するスイッチングの周期は、第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂのそれぞれにおいて発生するスイッチングの周期の２倍になる。なお、本実施形態では、通電期間ＴＡは第１の期間の一例であり、通電期間ＴＢは第２の期間の一例である。
【００６０】
一方、図１３に示すように、従来のモータ３００を制御するマイコンにより、各相のコイルの通電期間Ｔ０が電気角１２０°になるように、駆動回路８００のスイッチングのオンオフを制御する制御指令が生成される。よって、モータの制御システム全体において発生するスイッチングは電気角６０°間隔になる。
【００６１】
また、従来のモータ３００では、各相のコイルは、位相差θ１が存在するコイル１６１とコイル１６２、コイル１６３とコイル１６４とが直列に接続されて構成されている。そのため、図６に示すように、従来のモータ３００を制御するマイコンは、通電期間Ｔ０を、コイル１６１，１６３に発生する誘起電圧とコイル１６２，１６４に発生する誘起電圧の平均電圧のゼロクロスの中央となる時点に基づいた電気角１２０°の期間とする。
【００６２】
そのため、従来のモータ３００では、コイル１６１，１６３と、コイル１６２，１６４は、それぞれの最適な期間に通電されない。図６に示すように、コイル１６１，１６３には、コイル１６１，１６３の誘起電圧が比較的低い期間にも通電される。同様に、コイル１６２，１６４には、コイル１６２，１６４の誘起電圧が比較的低い期間にも通電される。そのため、従来のモータ３００は、コイル１６１，１６３とコイル１６２，１６４のそれぞれの最適な期間に通電する本実施形態と比べて、トルクが小さくなり、モータの効率が低下する。
【００６３】
また、図８に示すように、本実施形態に係るモータの制御システム全体で発生するスイッチング周期は、従来のモータの制御システム全体で発生するスイッチング周期の２倍になるため、本実施形態のモータ３のトルクリプルの周期は、従来のモータ３００のトルクリプルの周期の２倍になる。
【００６４】
ここで、トルクは、コイル１６に流れる電流に依存する。コイル１６に流れる電流は、コイル１６のインダクタンス成分によって急峻に変化できない。そのため、スイッチングの直後は、電流が大きく変動しやすく、トルクリプルが大きくなりやすい。
【００６５】
本実施形態のモータ３では、１回のスイッチングで通電するコイルがコイル１６１，１６３及びコイル１６２，１６４の一方だけであるのに対して、従来のモータ３００では、１回のスイッチングで通電するコイルがコイル１６１，１６３及びコイル１６２，１６４の両方である。そのため、本実施形態のモータ３は、従来のモータ３００に比べて、１回のスイッチングが全体のトルクに与える影響が小さい。
【００６６】
また、本実施形態のモータ３において１回のスイッチングで通電するコイルの数が、従来のモータ３００において１回のスイッチングで通電するコイルの数よりも少ないため、本実施形態のモータ３は、従来のモータ３００に比べて、通電するコイルのインダクタが小さい。その結果、本実施形態のモータ３は、従来のモータ３００に比べて、スイッチンに伴う電流の変化が急峻になる。
【００６７】
これらの理由により、図８に示すように、本実施形態のトルクリプルの大きさは、従来のトルクリプルの大きさに比べて十分に小さくなっている。すなわち、本実施形態では、従来に比べてトルクリプルが低減されている。
【００６８】
＜５．効果＞
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）コイル１６１，１６３とコイル１６２，１６４は、隣り合うティース９１Ａとティース９１Ｂのそれぞれに巻かれ、第１駆動回路８０Ａと第２駆動回路８０Ｂのそれぞれに接続されている。そして、第１駆動回路８０Ａと第２駆動回路８０Ｂは、バッテリーパック８に並列に接続されている。したがって、コイル１６１，１６３とコイル１６２，１６４との間で還流電流が流れることがない。また、コイル１６１，１６３とコイル１６２，１６４の線径を、直列に接続する場合と比べて細くすることができる。さらに、マイコン１００により、コイル１６１，１６３に印加される電圧とコイル１６２，１６４に印加される電圧の電圧位相差が、位相差θ１と略一致するように制御される。したがって、コイル１６１，１６３とコイル１６２，１６４に、それぞれの適切なタイミングで電力を供給することができる。また、第１駆動回路８０Ａのスイッチングタイミングと、第２駆動回路８０Ｂのスイッチングタイミングとがずれるため、モータ３の制御系全体で生じるスイッチング周期は、第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂのそれぞれ生じるスイッチング周期の２倍になる。その結果、モータ３を流れる電流リプル及びトルクリプルを低減することができる。
【００６９】
（２）３個のホール素子９０Ａによって、各相のコイル１６１，１６３に対するロータ１１の相対的な位置に基づいた第１回転位置信号が出力される。そして、マイコン１００により、第１回転位置信号に基づいて、第１駆動回路８０Ａに対する第１制御指令が生成される。さらに、マイコン１００により、第１回転位置信号を位相差θ１の分ずらした第２回転位置信号が算出され、第２回転位置信号に基づいて、第２駆動回路８０Ｂに対する第２制御指令が生成される。したがって、ホール素子の数を抑制しつつ、各相のコイル１６１，１６３及びコイル１６２，１６４に適切なタイミングで電力を供給することができる。
【００７０】
（３）通電期間ＴＡがコイル１６１，１６３に発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点に基づいた期間に設定され、通電期間ＴＢがコイル１６２，１６４に発生する誘起電圧のゼロクロスの中央となる時点に基づいた期間に設定される。これにより、コイル１６１，１６３とコイル１６２，１６４に、それぞれの最適なタイミングで電力を供給し、モータ３の効率を向上させることができる。
【００７１】
（４）モータ３のトルクリプルが比較的大きい場合、ギヤ２６，２７が揺れ動いてノイズが生じることがある。本実施形態では、モータ３のトルクリプルが比較的小さく抑制されるため、ギヤ２６，２７の揺れを抑制し、ノイズの発生を抑制することができる。
【００７２】
（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００７３】
（ａ）上記実施形態では、ホールＩＣ９０は、３個のホール素子９０Ａを含んでいたが、３個のホール素子９０Ａに加えて、３個のホール素子９０Ｂを含んでいてもよい。図５に破線で示すように、３個のホール素子９０Ｂは、第２モータ回路１５０Ｂにおいて、コイル１６Ｕ２，１６Ｕ４と、コイル１６Ｖ２，１６Ｖ４と、コイル１６Ｗ２，１６Ｗ４のそれぞれに対して位置決めされて配置される。そして、３個のホール素子９０Ｂは、それぞれ、コイル１６Ｕ２，１６Ｕ４、コイル１６Ｖ２，１６Ｖ４、コイル１６Ｗ２，１６Ｗ４のそれぞれとロータ１１との相対的な位置に基づいた第２回転位置信号を出力する。この場合、マイコン１００は、第１回転位置信号から算出した第２回転位置信号を用いる代わりに、ホール素子９０Ｂから出力された第２回転位置信号を用いて第２制御指令を生成する。ホール素子９０Ａは第１の位置センサの一例であり、ホール素子９０Ｂは第２の位置センサの一例である。
【００７４】
（ｂ）上記実施形態では、位置センサとしてホール素子を用いているが、位置センサとして、レゾルバやエンコーダを用いてもよい。
（ｃ）図９に示すように、各相のコイル１６の結線は、Δ結線に限らずＹ結線でもよい。具体的には、並列接続された２つのコイル１６Ｕ１，１６Ｕ３と、並列接続された２つのコイル１６Ｖ１，１６Ｖ３と、並列接続された２つのコイル１６Ｗ１，１６Ｗ３とがＹ結線されて、第１駆動回路８０Ａに接続される。また、並列接続された２つのコイル１６Ｕ２，１６Ｕ４と、並列接続された２つのコイル１６Ｖ２，１６Ｖ４と、並列接続された２つのコイル１６Ｗ２，１６Ｗ４とがＹ結線されて、第２駆動回路８０Ｂに接続される。図１４は、従来のモータ３００において、各相のコイル１６をＹ結線した状態を示す。
【００７５】
（ｄ）モータ３は、隣り合うティースに巻かれたコイルから、同相のコイルが形成されるモータであれば、１０極１２スロットのモータに限らない。例えば、モータ３は、１４極１２スロットの倍数のモータでもよい。この場合、図１０に示すように、本実施形態と同様に、隣り合う２つのコイルで同相のコイルが形成される。また、モータ３は、８極９スロットの倍数のモータでもよい。この場合、図１１に示すように、隣り合う３つのコイルの組で同相のコイルが形成される。この隣り合う３つのコイルは互いに異なる駆動回路に接続される。よって、モータ３が８極９スロットの倍数のモータの場合、モータ３の制御システムは、第１駆動回路８０Ａ及び第２駆動回路８０Ｂに加えて第３駆動回路を備える。すなわち、モータ３がＮ（Ｎは自然数）個の隣り合うコイルで同相のコイルを形成する場合、モータ３の制御システムは、Ｎ個の駆動回路を備え、隣り合うＮ個のコイルは互いに異なる駆動回路に接続される。
【００７６】
（ｅ）上記実施形態では、本開示のモータ３をハンマドリルに適用しているが、本開示のモータ３を適用する電動作業機はハンマドリルに限定されるものではない。本開示のモータ３は、比較的大きなモータを搭載し、高トルクを必要とする電動作業機に適している。本開示のモータ３をこのような電動作業機に適用することで、電動作業機の小型軽量化及びより高トルクを実現ことができる。例えば、本開示のモータ３は、草刈機に適用してもよい。草刈機は対象物を刈り取るときに、トルクリプルが大きいと使用者にトルク変動が伝わり違和感を与えるが、本開示のモータ３を草刈機に適用することで、使用者に伝わるトルク変動を抑制することができる。また、本開示のモータ３は、特に、減速機を介してモータの動力を伝達する作業機に適している。減速機を介してモータの動力を伝達する作業機は、トルクリプルが大きいと、減速機が揺れ動いてノイズが生じるが、本開示のモータ３をこのような作業機に適用することで、減速機の揺れ動きを抑制し、ノイズの発生を抑制することができる。
【００７７】
（ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…ハンマドリル、２…モータハウジング、３…ブラシレスモータ、４…出力ハウジング、５…出力部、６…バッテリー装着部、７…コントローラ、８…バッテリーパック、９…ハンドル、１０…ステータ、１１…ロータ、１２…回転軸、１３…ステータコア、１４…上インシュレータ、１５…下インシュレータ、１６Ｕ１，１６Ｕ２，１６Ｕ３，１６Ｕ４，１６Ｖ１，１６Ｖ２，１６Ｖ３，１６Ｖ４，１６Ｗ１，１６Ｗ２，１６Ｗ３，１６Ｗ４…コイル、１７…ロータコア、１８…永久磁石、１９…センサ回路基板、２０…端子ユニット、２１，２２…軸受、２３…ピニオン、２４…中間軸、２５…クランク軸、２６，２７…ギヤ、２８…遠心ファン、２９…バッフルプレート、３０…ツールホルダ、３１，３２…ベベルギヤ、３３…シリンダ、３４…ピストン、３５…コネクティングロッド、３６…クランクピン、３７…空気室、３８…ストライカ、３９…インパクトボルト、４０…受けリング、４２…端子台、４３…リブ、４４…ライト、４５…ガード板、４６…スイッチ、４７…コンデンサ、４８…スイッチレバー、８０Ａ…第１駆動回路、８０Ｂ…第２駆動回路、９０…ホールＩＣ、９１Ａ，９１Ｂ…ティース、１００…マイコン。
【図１】
2020068570.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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