(57)【要約】【課題】コイル片の銅損を低減しつつコイル片での渦電流損を小さくする。【解決手段】ディスクモータの回転子を構成するコイル基板４０Ａには、コイルを構成する複数のコイル片４４が放射状に形成される。コイル片４４は、回転軸に対して略垂直な直線状の直線部と、直線部の内周側および外周側に位置するインボリュート曲線状の曲線部と、を有する。コイル片４４には、曲線部および直線部に沿ってコイル片４４を分割するスリットを形成し、それぞれ二股に分割させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸に動力を出力するディスクモータであって、
前記出力軸に沿った磁束を発生する磁束発生部と、
前記磁束発生部に対向する第１のコイル部と前記第１のコイル部の内周側および外周側に位置する第２のコイル部とを有し前記第２のコイル部および前記第１のコイル部に沿って前記第２のコイル部の少なくとも一部および前記第１のコイル部を分割するスリット部が形成されるコイル片が周方向に複数形成されたコイル基板を備え、前記出力軸と一体に回転する回転子と、
前記コイル基板に電力を供給する電力供給部と、
を備えることを特徴とするディスクモータ。
【請求項２】
前記コイル片は、複数が電気的に接続されることによりコイルを形成し、前記コイルの端部となるコイル片を除いて前記スリット部により２つ以上に分割される、
ことを特徴とする請求項１に記載のディスクモータ。
【請求項３】
前記回転子は、前記電力供給部から前記コイル基板への電力の供給に介在する整流子を更に備え、
複数の前記コイル片は、前記スリット部によりそれぞれ２つ以上に分割され、該スリット部によって分割されたそれぞれが前記整流子によって電気的に並列に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載のディスクモータ。
【請求項４】
前記第１のコイル部は、前記出力軸に略垂直な直線状に形成され、
前記第２のコイル部は、前記出力軸の周方向に延びる曲線状に形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のディスクモータ。
【請求項５】
前記回転子は、複数の前記コイル基板が前記出力軸に沿って積層されて形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のディスクモータ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のディスクモータを備えることを特徴とする電動作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力軸に動力を出力するディスクモータ及びディスクモータを備える電動作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のディスクモータとして、コイルパターンが印刷された略円板状のコイル基板が複数積層された回転子と、回転子の回転面に垂直に磁束を発生させる磁石と、回転子に電流を供給する摺動子と、を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたディスクモータでは、回転子に印刷されたコイルパターンのうち、回転子の回転軸と垂直となるコイル片の直線状の部分を、幅を広くすると共に中心にスリットを入れて２つに分岐させることにより、コイル片における渦電流損を押さえつつコイル片の電気抵抗を低くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９９４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうしたディスクモータでは、ディスクモータの高出力化や低電力化を図るために、コイルパターンのコイル片の銅損を小さくすることが望まれる。コイル片の銅損を小さくするには、コイル片の厚みを大きくしたりコイル片の幅を広くすることが考えられる。しかし、コイル片の厚みを大きくすると、ディスクモータの厚みが大きくなると共に銅箔などの材料をエッチングしてコイルパターンを印刷するコストが大きくなってしまい、コイル片の幅を広くすると、ディスクモータを駆動するときにコイル片での渦電流損が大きくなって、かえってディスクモータの出力が低下してしまう。特許文献１で開示されたディスクモータでは、回転子の回転軸と垂直となるコイル片の直線状の部分にスリットを入れてコイル片における渦電流損を押さえているが、コイル片での渦電流損をさらに小さくすることが望まれる。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、コイル片の銅損を低減しつつコイル片での渦電流損を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るディスクモータは、
出力軸に動力を出力するディスクモータであって、
前記出力軸に沿った磁束を発生する磁束発生部と、
前記磁束発生部に対向する第１のコイル部と前記第１のコイル部の内周側および外周側に位置する第２のコイル部とを有し前記第２のコイル部および前記第１のコイル部に沿って前記第２のコイル部の少なくとも一部および前記第１のコイル部を分割するスリット部が形成されるコイル片が周方向に複数形成されたコイル基板を備え、前記出力軸と一体に回転する回転子と、
前記コイル基板に電力を供給する電力供給部と、
を備えることを特徴とする。
つまり、回転子のコイル基板にはコイル片が周方向に複数形成され、コイル片は、磁束発生部に対向する第１のコイル部と、第１のコイル部の内周側および外周側に位置する第２のコイル部とを有し、さらにコイル片には、第２のコイル部および第１のコイル部に沿って、第２のコイル部の少なくとも一部および第１のコイル部を分割するスリット部が形成されるのである。
【０００７】
また、前記コイル片は、複数が電気的に接続されることによりコイルを形成し、前記コイルの端部となるコイル片を除いて前記スリット部により２つ以上に分割されてもよい。
【０００８】
さらに、前記回転子は、前記電力供給部から前記コイル基板への電力の供給に介在する整流子を更に備え、
複数の前記コイル片は、前記スリット部によりそれぞれ２つ以上に分割され、該スリット部によって分割されたそれぞれが前記整流子によって電気的に並列に接続されてもよい。
【０００９】
加えて、前記第１のコイル部は、前記出力軸に略垂直な直線状に形成され、
前記第２のコイル部は、前記出力軸の周方向に延びる曲線状に形成されてもよい。
【００１０】
あるいは、前記回転子は、複数の前記コイル基板が前記出力軸に沿って積層されて形成されてもよい。
【００１１】
また、本発明の第２の観点に係る電動作業機は、
本発明の第１の観点に係るディスクモータを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コイル片の銅損を低減しつつコイル片での渦電流損を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電動作業機の外観の一例を示す外観斜視図である。
【図２】本発明のディスクモータの一例を示す構成概要図である。
【図３】ディスクモータの出力軸および回転子の一例を示す構成概要図である。
【図４】コイル基板の一方の面の一例を示す説明図である。
【図５】コイル基板の他方の面の一例を示す説明図である。
【図６】コイル基板のコイル片を拡大して示す拡大図である。
【図７】コイル基板に印刷された２つのコイルのうち一方を示す説明図である。
【図８】コイル基板の他方の面の第１の変形例を示す説明図である。
【図９】第１の変形例のコイル基板のコイル片を拡大して示す拡大図である。
【図１０】コイル基板の他方の面の第２の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る電動作業機を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る電動作業機１０の外観の一例を示す外観図である。電動作業機１０は、実施形態では刈刃１６を回転させることにより刈払作業を行うことができる電動刈払機として構成され、図示するように、主棹部１１と、電力を供給する電力源１５と、作業具（刈刃１６）を駆動する駆動部２０と、を備える。
【００１６】
主棹部１１は、駆動部２０と電力源１５とを連結する操作棹１２と、操作棹１２に取付けられたハンドル１３と、作業時に操作者側に異物が飛散するのを抑制する飛散防護カバー１４と、を備える。操作棹１２は、例えばアルミニウム合金や強化プラスチックなど、軽量で丈夫な素材によって中空の棒状に形成され、駆動部２０と電力源１５とを電気的に接続する電源線（図示せず）が挿通されている。操作棹１２の真ん中よりやや後方にはハンドル１３が取付けられられている。ハンドル１３は、ハンドル１３に対して回動可能にトリガーレバー１３ａが設けられ、トリガレバー１３ａが操作者によって操作されることで、電力源１５から駆動部２０に電力が供給され、電動作業機２０が起動される。なお、実施形態では、図示するように、ハンドル１３は、操作棹１２から軸対象に円弧状に延出するＵ字状としたが、Ｄ字状やＴ字状のものとするなど如何なる形状としてもよい。
【００１７】
電力源１５は、主棹部１１に後端に取付けられ、駆動部２０に電力を供給する。電力源１５は、電源ケーシングの後端に電池１５ａが取付けられて構成される。ここで、電池１５ａは、二次電池や燃料電池など如何なるものとしてもく、図示しない電源コードを介して充電可能なものとしたり、電源ケーシングから取り外して交換したり外部の充電装置で充電可能なものとしてもよい。
【００１８】
図２に、駆動部２０の構成の一例を示す。駆動部２０は、操作棹１２の前端に取付けられたモータケーシング２１と、電力源１５からの電力を受けて動力を出力するディスクモータ２４と、を備え、ディスクモータ２４の出力軸２５に刈刃１６（図２では省略）が取付けられる。モータケーシング２１は、操作棹１２と内部が連通するよう操作棹１２の前端に取付けられ、ディスクモータ２４を内部に収容する。
【００１９】
ディスクモータ２４は、電力を受けて出力軸２５に動力を出力する整流子モータとして構成され、出力軸２５と、この出力軸２５と一体に回転する回転子３０と、モータケーシング２１に固定された固定子２６および摺動子２８と、を備える。
【００２０】
出力軸２５は、軸受２２，２３によってモータケーシング２１に回転可能に軸支され、その一端が、モータケーシング２１から突出し、刈刃１６が取付けられる。固定子２６は、図２に示すように、一対の上ヨーク２６ａおよび下ヨーク２６ｂと、永久磁石であるマグネット２６ｃと、から構成される。上ヨーク２６ａおよび下ヨーク２６ｂは、鉄等の磁性体によって円環板状に形成されており、モータケーシング２１にそれぞれ固定されている。上ヨーク２６ａは、回転子３０の上面と対向するように配置され、下ヨーク２６ｂは、回転子３０の下面と対向するように配置されている。マグネット２６ｃは、周方向に配列された複数の磁極を有して円環状に形成されており、下ヨーク２６ｂの上面に固着されている。こうした構成により、固定子２６は、マグネット２６ｃが発生する磁束が回転子３０を出力軸２５の軸方向に通過するように、磁束を形成する。摺動子２８は、回転子３０の上面に摺接するように、（詳しくは、後述するコミュテータディスク３６に摺接するように）モータケーシング２１に固定されている。摺動子２８は、モータケーシング２１に設けられたブラシホルダ２８ｂ内にブラシ２８ａが配置され、バネ２８ｃによってブラシ２８ａが回転子３０の上面に付勢されるように構成されている。摺動子２８には、操作棹１２の内部に挿通された電源線（図示せず）を介して電力源１５からの電力が供給される。
【００２１】
図３に、ディスクモータ２４の出力軸２５と回転子３０を拡大した様子の一例を示す。なお、図３では、右半分に出力軸２５及び回転子３０の外観を示し、左半分に出力軸２５及び回転子３０の断面を示している。出力軸２５は、図示するように、回転子３０を支持可能なフランジ部２５ａを有し、フランジ部２５ａの一端側に回転子３０が取り付けられて出力軸２５と回転子３０とが一体に回転するように形成されている。
【００２２】
回転子３０は、出力軸２５と嵌合するフランジ３２と、整流子であるコミュテータディスク３６と、４枚のコイル基板４０Ａが積層されて形成されたコイルディスク４０と、複数の絶縁板３４と、から構成されている。フランジ３２は、例えばアルミニウム合金などにより形成され、中空円筒状の軸部３２ａと、軸部３２ａから延出する円板状のフランジ部３２ｂと、を有する。フランジ３２は、軸部３２ａの内周面が出力軸２５の外周面と嵌合して互いに回り止め固定され、軸部３２ａの外周面には、フランジ部３２ｂの一端側に絶縁板３４を介してコミュテータディスク３６が取り付けられ、フランジ部３２ｂの他端側に絶縁板３４を介してコイルディスク４０が取り付けられている。
【００２３】
コミュテータディスク３６と４枚のコイル基板４０Ａとは、絶縁体基板と導体パターンとから構成されたプリント配線板により形成される。コミュテータディスク３６は、コミュテータ（整流子）の導体パターンが放射状に形成され、コイル基板４０Ａの上面及び下面には、コイルの導体パターンがそれぞれ放射状に形成されている。なお、実施形態では、４枚のコイル基板４０Ａは、全て同一の構成のものとした。
【００２４】
図４に、コイル基板４０Ａを図２及び図３中上から見た様子の一例を示し、図５に、コイル基板４０Ａを図２及び図３中下から見た様子の一例を示す。なお、図４及び図５には、固定子２６のマグネット２６ｃの位置を２点鎖線で示している（符号は示さず）。コイル基板４０Ａには、内周側にコイル基板４０Ａを軸方向に貫通するスルーホール４１が設けられ、このスルーホール４１には銅メッキが施されており、ピン３５を挿入し半田付けすることにより他のコイル基板４０Ａやコミュテータディスク３６に形成された導体パターンと電気的に接続される。また、コイル基板４０Ａに印刷された導体パターンの内周側と外周側との端部に当たる位置には、スルーホール４２，４３が設けられ、このスルーホール４２，４３には銅メッキが施されておりコイル基板４０Ａの上面に形成された導体パターンと下面に形成された導体パターンとが電気的に接続される。
【００２５】
コイル基板４０Ａに形成されたコイルパターンのうちの１つを部分コイル４４Ａと定義し（例えば、図４及び図５中、斜線部）、隣接する２つの部分コイル４４Ａを合わせた部分をコイル片４４と定義する（例えば、図４及び図５中、網線部）。図６に、コイル片４４の拡大図を示す。ここで、コイル片４４は、コイル片４４に沿ったスリット４８によって、２つの部分コイル４４Ａに分割されているとも言える。実施形態では、コイル基板４０Ａの上面と下面には、それぞれ２０個のコイル片４４、つまり４０個の部分コイル４４Ａが設けられている。コイル片４４（部分コイル４４Ａ）は、図４から図６に示すように、固定子２６から発生される磁束が通過する位置に形成され出力軸２５（軸中心）に対して略垂直な直線状の直線部（第１のコイル部）４５を有すると共に、この直線部４５から内周側と外周側とでインボリュート曲線状に折れ曲がる曲線状の曲線部（第２のコイル部）４６，４７を有し、全体的にはクランク状に形成されている。内周側の曲線部４６は、一端が直線部４５に他端が内周側のスルーホール４１，４２に接続され、外周側の曲線部４７は、一端が直線部４５に他端が外周側のスルーホール４３に接続される。図４に示すように、コイル基板４０Ａの上面に印刷されたコイル片４４のうち２つのコイル片４４ａ（４つの部分コイル４４Ａ）は、内周側で接続されている。また、図５に示すように、下面に形成されたコイル片４４のうち４個のコイル片４４ｂは、内周側でスルーホール４１に接続され、このスルーホール４１を介してコミュテータディスク３６や他のコイルディスク４０Ａと電気的に接続される。スルーホール４１に接続されるコイル片４４ｂは、スルーホール４１付近で２つの部分コイル４４Ａが電気的に接続される。言い換えれば、コイル片４４ｂは、スルーホール４１の付近を除いて、コイル片４４の直線部４５および曲線部４６，４７に沿ったスリット４８によって、２つの部分コイル４４Ａに分割されている。こうしたコイル片４４（部分コイル４４Ａ）が、コイル基板４０Ａの内周側端および外周側端でスルーホール４２，４３によって上面と下面とで電気的に接続され、コイル基板４０Ａに２本のコイルが形成される。図７に、コイル基板４０Ａに形成される２本のコイルのうちの一方のみを示す。なお、図７では、コイル片４４を１つの部材として示し、スリット４８の図示を省略している。また、図７では、１本のコイルのうち、上面に印刷されたコイル片４４については実線で示し、下面に印刷されたコイル片４４については破線で示している。図示するように、上面に印刷されたコイル片４４と下面に印刷されたコイル片４４とは、スルーホール４２，４３の位置で重なり、この地点で電気的に接続される。コイル基板４０Ａに形成されたコイルは、コミュテータディスク３６や他のコイル基板４０Ａとの接続点であるスルーホール４１を端部として、上面と下面とを交互に行き来し、上面の部分コイル４４ａ同士の接続点で折り返して、コイル基板４０Ａを円周方向に２周する。実施形態では、コイルは、図４および図５に示すように、コミュテータディスク３６や他のコイル基板４０Ａとの接続点であるスルーホール４１から、スリット４８によって二股（２つの部分回路４４Ａ）に分割され、再びスルーホール４１付近で統合される。これにより、コイルでは、スルーホール４１に接続される一端から他端まで、並列する２つの部分コイル４４Ａによって電気的に並列回路が形成される。このようにコイル片４４にスリット４８を設けることにより、ディスクモータ２４が駆動されるときに、スリット４８がないものに比してコイル片４４に渦電流が生じるのを抑制することができる。また、コイル片４４の直線部４５にだけ直線部４５に沿ったスリットを設け、直線部４５だけが二股に分割されるものに比しても、コイル片４４に渦電流が生じるのを効果的に抑制することができる。したがって、コイル片４４の幅を大きくすることができ、コイル片４４での銅損を小さくすることができる。
【００２６】
そして、このように構成されるコイル基板４０Ａが軸方向（積層方向）に４枚積層されてコイルディスク４０が構成される。コイルディスク４０は、例えば、４枚のコイル基板４０Ａが、軸方向視においてそれぞれに形成されたコイルパターンが一致するように、または、それぞれ予め定められた角度ずつズレるように積層されて構成される。
【００２７】
こうして構成された実施形態の電動作業機１０では、操作者がハンドル１３を持ってトリガーレバー１３ａを操作することで、電力源１５からディスクモータ２４の摺動子２８に所定の電圧が印加され、この所定の電圧が、コミュテータディスク３６を介して回転子３０のコイルディスク４０に印加される。回転子３０には、固定子２６が発生する磁束が軸方向に通過しており、コイルディスク４０に流れる電流は、この磁束と垂直方向かつ出力軸２５の中心軸と直交するように流れるため、出力軸２５を中心とする回転力が発生し、回転子３０や出力軸２５，出力軸２５に取付けられた刈刃１６が一体に回転する。こうして刈刃１６が回転することで、操作者は刈払作業を行うことができる。
【００２８】
以上説明した本実施形態の電動作業機１０では、コイル基板４０Ａのコイルを形成するコイル片４４に、曲線部４６，４７および直線部４５に沿って曲線部４６，４７および直線部４５を分割するスリット４８を設けて、コイルの一端から他端までの間に並列回路を形成するから、こうしたスリット４８を設けないものや直線部４５だけにスリットを設けるものに比して、コイルで渦電流が生じるのを抑制することができ、コイルの幅を大きくして銅損を小さくすることができる。したがって、小型で出力の大きなディスクモータ２４を製造することができる。また、コイルを構成するコイル片４４の厚みを変更することなく銅損を小さくすることができるから、例えば銅箔をエッチングするなどのコイル基板４０Ａへのコイルパターンの印刷を容易に行うことができ、製造コストを低減することができる。
【００２９】
上述したコイル基板４４では、コミュテータディスク３６や他のコイル基板４４に接続されるスルーホール４１への接続部を除いて、コイル片４４がスリット４８によって２つの部分コイル４４Ａに分割されるものとしたが、コイル片４４における曲線部４６，４７の少なくとも一部および直線部４５に、曲線部４６，４７および直線部４５に沿ったスリット４８を設けて、曲線部４６，４７の少なくとも一部および直線部４５が分割されれば他の構成としてもよい。図８に、変形例のコイル基板１４０Ａの下面の様子を示し、図９に、変形例のコイル基板１４０Ａに形成されるコイル片１４４の様子を示す、例えば、図８および図９に示すように、コイル基板１４０Ａの上面と下面とを接続するスルーホール４２，４３の付近で部分コイル１４４Ａが電気的に接続されてもよい。なお、コイル基板１４０Ａの上面についても同様にスルーホール４２，４３の付近で部分コイル１４４Ａが電気的に接続されてもよい。また、スルーホール４２，４３の一方だけの付近で部分コイル１４４Ａが電気的に接続されるものとしてもよいし、上面や下面に形成された複数のコイル片４４のうちの一部だけ、スルーホール４２，４３の近傍で部分コイル１４４Ａが電気的に接続されるものとしてもよい。
【００３０】
上述したコイル基板４４では、コミュテータディスク３６や他のコイル基板４４に接続されるスルーホール４１の近傍で２つの部分コイル４４Ａが電気的に接続されるものとしたが、図１０の変形例のコイル基板２４０Ａに示すように、コイル基板２４０Ａ上の全ての部分において、コイル片２４４が２つの部分コイル２４４Ａに分割されてもよい。この場合、コイル片２４４を構成する２つの部分コイル２４４Ａがコミュテータディスク３６によって電気的に並列となるように接続されればよい。この場合においても、コイル片２４４（部分コイル２４４Ａ）で渦電流が生じるのを抑制することができ、実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
上述したコイル基板４４では、スリット４８によってコイル片４４が２つの部分コイル４４Ａに分割されるものとしたが、曲線部４６，４７および直線部４５に沿って曲線部４６，４７の少なくとも一部および直線部４５を分割するスリット４８を、コイル片４４毎に２つ以上設けて、コイル片４４の曲線部４６，４７の少なくとも一部および直線部４５を３つ以上（三股以上）に分割してもよい。
【００３２】
上述したコイル基板４４では、コイル片４４（部分コイル４４Ａ）は、出力軸２５に略垂直な直線状の直線部４５と、この直線部４５から内周側と外周側とでインボリュート曲線状に折れ曲がる曲線状の曲線部４６，４７を有するものとしたが、固定子２６に対向して出力軸２５に略垂直な直線状の直線部と、直線部の内周側および外周側に位置する接続部とを有するものであればよく、接続部は、インボリュート曲線状以外の曲線状としたり、直線状などとしてもよい。
【００３３】
上述したコイルディスク４０では、４枚のコイル基板４０Ａが積層されるものしたが、１枚〜３枚のコイル基板によって形成されたり、５枚以上のコイル基板が積層されてもよい。また、上述したコイルディスク４０では、単一のコイルパターンのコイル基板４０Ａが複数積層されるものとしたが、異なるコイルパターンのコイル基板が積層されてもよい。
【００３４】
上述した実施形態の固定子１６は、上ヨーク２６ａと下ヨーク２６ｂとマグネット２６ｃとを備えるものとしたが、コイルディスクをモータの出力軸の軸線方向に通過する磁束を発生することができるものであればよく、例えば、コイルを備えるものであっても良い。また、磁極の配置は、整流子モータを構成することができるならば、任意に変更可能である。
【００３５】
上述した実施形態では、ディスクモータ２４に刈刃１６が取付けられた電動刈払機に適用して本発明を説明したが、如何なる電動作業機に適用しても構わない。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電動作業機
１１  主棹部
１２  操作棹
１３  ハンドル
１３ａ  トリガレバー
１４  飛散防護カバー
１５  電力源
１５ａ  電池
１６  刈刃
２０  駆動部
２１  モータケーシング
２２，２３  軸受
２４  ディスクモータ
２５  出力軸
２６  固定子
２６ａ  上ヨーク
２６ｂ  下ヨーク
２６ｃ  マグネット
２８  摺動子
２８ａ  ブラシ
２８ｂ  ブラシホルダ
２８ｃ  バネ
３０  回転子
３２  フランジ
３４  絶縁板
３５  ピン
３６  コミュテータディスク
４０  コイルディスク
４０Ａ，１４０Ａ，２４０Ａ  コイル基板
４１〜４３  スルーホール
４４，１４４，２４４  コイル片
４４Ａ，１４４Ａ，２４４Ａ  部分コイル
４５  直線部
４６，４７  曲線部
４８  スリット
【図１】
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【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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