相关分案申请
本申请案是发明名称为“电动工具”、申请号为201680023039.2的发明专利申请案的分案申请，原申请案的申请日是2016年03日25日。
本发明涉及一种通过马达(motor)来驱动的电动工具，尤其涉及电源电路与逆变器(inverter)电路的安装上的精心设计。
背景技术：
已知有一种电动工具，其使用无刷(brushless)直流(directcurrent，dc)马达，通过微型计算机(microcomputer)等控制器(controller)来高精度地进行马达的旋转控制。无刷dc马达是使用磁传感器(sensor)来检测转子(rotor)的旋转位置，并通过控制器来控制对马达的绕组供给的驱动电流。作为使用此种无刷dc马达的电动工具的一例(研磨机(grinder))，已知有专利文献1的技术。专利文献1中，与筒状的机壳(housing)在同轴上收容无刷马达。马达在外周侧配置有具有线圈(coil)的定子(stator)，在内周侧设置有转子芯(core)，所述转子芯是通过旋转轴来旋转且保持永磁铁。旋转轴在马达的前方侧与后方侧由轴承予以支承，在后方侧轴承的后方，设置有用于对转子的旋转位置进行检测的圆筒形的传感磁铁。在机壳的后方侧的内部，收容进行马达的控制的控制器和电源电路。而且，搭载有用于对马达的线圈供给旋转磁场(三相交流)的逆变器电路。在搭载有无刷马达的电动工具中，为了驱动马达，需要场效应晶体管(fieldeffecttransistor，fet)等开关(switching)元件。由于开关元件会发热，因此必须使用冷却风扇(fan)等来进行冷却。专利文献1的技术中，将电源电路与逆变器电路搭载于独立的电路基板上。而且，在逆变器电路中搭载有开关元件，它们是搭载在暴露于由风扇所生成的冷却风的风路中的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-269409号公报
技术实现要素：
发明所要解决的问题
为了进行借助冷却风扇的冷却，构成为，从机壳的外部导入外界空气来作为冷却风，将开关元件暴露于冷却风中。但是，根据电动工具的使用环境，有时在外界空气中含有尘埃或水分、水滴，它们有可能与空气一同被导入机壳内部。尤其，在电动工具为研磨机的情况下，有时会利用磨石来研磨铁材，铁粉等导电性尘埃也有可能被导入机壳内部而堆积在开关元件周围。因此，进行在开关元件表面涂布硅等绝缘材料的工序，但在此情况下，开关元件的冷却效率将下降。
本发明是有鉴于所述背景而完成，其目的在于提供一种电动工具，其具有提高开关元件的冷却效果，且防尘性、可靠性优异的开关元件的搭载结构。本发明的另一目的在于提供一种电动工具，其在搭载有多个的开关元件之间设置分隔板，以降低开关元件的导电构件间的短路之虞。
解决问题的技术手段
对本申请所揭示的发明中代表性发明的特征进行说明如下。根据本发明的一个特征，包括：马达；逆变器电路，具有多个开关元件，进行开关动作，以控制马达的驱动；控制部，控制所述开关元件的导通或断开(on/off)动作；以及电路基板，搭载开关元件，在多个开关元件之间，设置有包含绝缘材料的分隔板。分隔板从电路基板计起的高度比开关元件从电路基板计起的高度要低。
根据本发明的另一特征，构成为，设置容器状的壳体，所述容器状的壳体具有开口部并收容电路基板，通过向壳体内填充树脂，从而电路基板被固定在壳体中，分隔板通过树脂而固定于壳体。开关元件以由树脂局部覆盖的方式，而通过树脂来覆盖至少开关元件的端子部分。而且，电动工具具有搭载马达和电路基板的机壳，在机壳中，具有吸入外界空气的吸入口和排出外界空气的排气口，以及风扇，所述风扇用于从吸入口吸入空气而使冷却风在机壳内流动，且以开关元件的面方向沿着冷却风的流动方向的方式而配置。所述壳体是在机壳的内部，以开口部朝向下侧的方式而搭载。如此，只要将壳体倒立收容，开关元件周围的尘埃便难以堆积。
根据本发明的又一特征，开关元件包含具有3个端子且封入在封装中的晶体管，在封装的背面设置有散热板，分隔板配置成与散热板为非接触状态。逆变器电路的开关元件使用6个，在3个开关元件的散热板上分别设置有独立的金属板，而在剩余的3个开关元件的散热板上设置共用的金属板。分隔板是以将独立的金属板之间予以分隔的方式而设。进而，以将独立的金属板与共用的金属板之间予以分隔的方式而设。所述分隔板是由合成树脂一体成形，且在将树脂填充到壳体内之前，暂时固定于壳体或电路基板。
发明的效果
根据本发明，将开关元件的散热板、及安装于所述散热板的金属板，通过包含绝缘材料的分隔板予以划分，因此当铁粉等导电性的尘埃被导入机壳内部而堆积在开关元件周围时，能够降低短路之虞。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的电动工具1的整体结构的纵剖面图，黑箭头表示将触发开关设为导通的状态下的冷却风的流动。
图2是从图1的箭头a方向观察的图，是表示壳体40与电路基板60的图。
图3是图2的b-b部的剖面图。
图4是表示图1的马达5的驱动控制系统的电路结构的框图。
图5是图1的电路基板60单体的表面图。
图6是图1的电路基板60单体的背面图。
图7是表示图1的壳体40与分隔构件50的形状的立体图。
图8是图1的壳体40的从另一角度观察的立体图。
图9是用于对开关元件q1～q6和分隔构件50与树脂48的高度关系进行说明的图。
[符号的说明]
1：电动工具
2：马达机壳
3：后罩
3b：开口部
5：马达
6：旋转轴
7：转子芯
8：永磁铁
9：定子芯
11、12：绝缘体
13：线圈
14a、14b：轴承
15：冷却风扇
16：风扇罩
17：变速拨盘
18：传感磁铁
20：轴承支架部
20a～20f：支柱
21：齿轮箱
21b：贯穿孔(排气口)
21c：孔(排气口)
22：伞齿轮
23：伞齿轮
24：主轴
25：金属件
26：轴承
27：主轴罩
28：安装底座
30：磨石
31：垫圈螺母
32：护轮罩
35：商用交流电源
40：壳体
40a：开口部
41a：前表面
41b：后表面
41c、41d：侧面
41e：底面
42：筒部
42a、42b：螺丝孔
43：电源线保持部
44：开关基板保持部
45a、45b：阶差部
46a：螺丝柱
47：导轨部
48：树脂
50：分隔构件
51：长边方向分隔板
52a、52b：横向分隔板
53：压板
54a、54b：臂部
55a、55b：螺丝孔
56：压片
59a、59b：螺丝
60：电路基板
61：端子
62a、62b：导线
63a、63b：端子
64：触发开关
65：开关基板
66：可变电阻
67：螺丝孔
68：传感器基板
69：旋转位置检测元件
70：电源电路
71：整流电路
72：二极管电桥
72a～72g：散热板
73：扼流线圈
74：变阻器
75：平滑电路
76a：电解电容器
76b：薄膜电容器
77a、77b：焊接
78：电阻
79：电容器
80：逆变器电路
82：金属板
83a～83c：金属板
84a～84c：端子
87：导线
90：恒电压电源电路
91：ipd电路
92：调节器
93：电容器
94a、94b：电解电容器
96：二极管
97a、98：绝缘片
100：运算部
101：微型计算机
102：电流检测电阻
q1～q6：开关元件
具体实施方式
[实施例1]
以下，基于附图来说明本发明的实施例。另外，以下的图中，对于具有同一功能的部分标注同一符号，并省略重复说明。而且，本说明书中，是设前后左右、上下的方向为图中所示的方向来进行说明。
图1是本发明的实施例的电动工具1的俯视图。此处，作为电动工具1的一例，表示了盘式研磨机(diskgrinder)，所述盘式研磨机设置有朝与马达5的旋转轴6正交的方向旋转的主轴(spindle)24，连接于主轴24的作业设备为圆形的磨石30。电动工具1的机壳(外框或框体)主要包含收容动力传递机构的齿轮箱(gearcase)21、收容马达5的筒形状的马达机壳2、及安装在马达机壳2后方的收容电子设备类的后罩3这3个主要零件。机壳的形成方式为任意，既可如本实施例那样包含在前后方向上分割成3个的部分，也可由其他的分割形状所形成。马达机壳2是树脂或金属的一体结构，构成为在前方侧具有开口的大致圆筒形。马达机壳2的内径具有比马达5的定子芯9的外径稍大的直径，马达机壳2的外表面侧构成作业者单手握持的部分(握持部)。在马达机壳2的后方，安装有后罩3。后罩3是在通过长边方向中心轴(马达的旋转轴的延长线)的铅垂面上左右方向可分割地构成，在马达机壳2的夹着后方侧开口部的位置，左右的零件通过未图示的螺丝而固定。而且，后罩3的外径与马达机壳2的外径相比，成为大致等同或稍小的外径。
马达5以沿着马达机壳2的中心轴向(前后方向)的方式而配置有旋转轴6，运算部利用包含霍尔(hall)集成电路(integratedcircuit，ic)的旋转位置检测元件69来检测转子芯7的旋转位置，通过对包含多个开关元件q1～q6(参照后述的图2)的逆变器电路80进行控制，从而对马达5的规定线圈13依次供给驱动电力，由此，形成旋转磁场而使转子旋转。马达5为3相无刷dc马达，转子在具备大致圆筒状形状的定子芯9的内周侧空间内旋转，因此是所谓的内转子型(innerrotortype)。定子芯9是利用通过压制加工而制造的圆环状的薄铁板沿轴向层叠多层的层叠结构来制造。在定子芯9的内周侧，形成有6个牙(teeth)(未图示)，在各牙的轴向前后方向，安装有树脂制的绝缘体(insulator)11、12，以在绝缘体11、12间夹着牙的形态来卷绕铜线而形成线圈13。本实施例中，优选将线圈13设为具有u、v、w相这3相的星形(star)接线，用于对线圈13供给驱动电力的u、v、w相用的3根导线(未图示)连接于电路基板60。在定子芯9的内周侧，在旋转轴6上固定有转子芯7。转子芯7是将通过压制加工而制造的圆环状的薄铁板沿轴向层叠多片的转子芯平行于轴向而形成，在其剖面形状为长方形的槽(slot)部分，插入具有n极及s极的平板状的永磁铁8。
旋转轴6是由固定于马达机壳2的后方侧轴承(第一轴承)14a、及固定在齿轮箱21与马达机壳2的连接部附近的前方侧轴承(第二轴承)14b可旋转地予以保持。沿旋转轴6的轴向观察，在轴承14b与马达5之间设置有冷却风扇15。冷却风扇15例如是塑料(plastic)制的离心风扇，当马达5旋转时，与旋转轴6同步地旋转，由此，在机壳的内部，沿着多个黑箭头所示的方向，产生用于对马达5或控制电路等进行冷却的风的流动(冷却风)。冷却风在电路基板60的后端附近，从后罩3的左右两侧面所设的吸入口(图1中为剖面位置的关系而未图示)被抽吸，在收容电路基板60的壳体40的周围，从后方朝向前方侧流动，通过马达机壳2的轴承支架部20上所设的开口(参照后述的图3)，而流入马达5的收容空间内。流入马达5的收容空间内的冷却风通过定子芯9的外周侧且与马达机壳2之间的间隙(参照图中的黑箭头)或定子芯9的内侧空间，被冷却风扇15抽吸，通过风扇罩16的贯穿孔而从齿轮箱21的贯穿孔21b朝前方侧、或从风扇罩16下侧的孔21c朝前方排出。本实施例中，在马达5的旋转轴6的轴线上观察，从后方(风上侧)朝向前方侧，电路基板60、传感磁铁18、轴承14a、马达5、冷却风扇15、及轴承14b在轴向上串联(一直线上)配置。并且，作为吸入外界空气的吸入口的风窗(未图示)是在电路基板60的周围且较发热大的元件、尤其是二极管电桥(diodebridge)72或开关元件q1～q6(参照后述的图2)而配置在后方侧。如此，本实施例中，在马达5的旋转轴方向上观察，冷却风以从机壳的后方侧大致接触至前方侧的整个外周面的方式而流动。
齿轮箱21例如是通过铝等金属的一体成形而构成，收容1组伞齿轮机构(22、23)，并且可旋转地保持成为输出轴的主轴24。主轴24是沿与马达5的旋转轴的轴线方向(此处为前后方向)大致正交的方向(此处为上下方向)延伸的方式而配置，在旋转轴6的前端部分，设置有第1伞齿轮22，第1伞齿轮22啮合于安装在主轴24上侧端部的第2伞齿轮23。第2伞齿轮23的直径大，齿轮数比第1伞齿轮22多，因此这些动力传递部件作为减速机构发挥作用。主轴24的上端侧通过金属件(metal)25可旋转地支承于齿轮箱21，在中央附近，通过包含滚珠轴承(ballbearing)的轴承26而支承。轴承26经由主轴罩27而固定于齿轮箱21。
在主轴24的前端，设置有安装底座(base)28，通过垫圈螺母(washernut)31来安装磨石30等前端工具。磨石30例如为直径100mm的树脂柔性磨石(resinoidflexiblegrindstone)、柔性磨石(flexiblegrindstone)、树脂磨石(resinoidgrindstone)、砂轮(sandingdisk)等，根据所使用的研磨粒的种类选择，能够进行金属、合成树脂(syntheticresin)、大理石(marble)、混凝土(concrete)等的表面研磨、曲面研磨。磨石30的后方侧的径向外侧及上侧由护轮罩32覆盖。另外，作为安装于电动工具1的前端工具，并不仅限于磨石30，也可安装斜钢丝刷(bevelwirebrush)、无纺布刷(non-wovenclothbrush)、金刚石砂轮(diamondwheel)等其他工具。
在马达5的旋转轴6的后端，沿旋转方向安装有磁极不同的磁体即传感磁铁18。传感磁铁18是为了检测转子芯7的旋转位置而安装的薄的圆柱形永磁铁，沿周方向每隔90度而依次形成nsns(north-south-north-south)极(pole)。在传感磁铁18的后侧且壳体40的内侧部分，设置有沿与旋转轴6垂直的方向配置的大致半圆形的传感器基板68，在传感器基板68上，设置有对传感磁铁18的位置进行检测的旋转位置检测元件69。旋转位置检测元件69是通过检测旋转的传感磁铁18的磁场变化，从而检测转子芯7的旋转位置，在旋转方向上每隔规定角度，此处是每隔60°而设置有3个。
在形成大致圆筒形的后罩3的内部，收容有：运算部(后述)，进行马达5的旋转控制；逆变器电路80，用于使马达5驱动；以及电源电路70，将从外部通过未图示的电源线(cord)供给的交流转换成直流。本实施例中，这些电路是搭载于共用的电路基板60上，但也可将它们搭载于分割的电路基板上。电路基板60是以相对于电动工具1的长边方向中心轴(与马达5的旋转轴6为同轴)为平行的方式而配置。此处，是以基板的表面及背面沿着前后及左右方向延伸的方式而配置。电路基板60是配置在一面成为开口部40a的容器状的壳体40的内部，通过使液体状的树脂硬化的硬化性树脂而整体加固。此处，当电动工具1的磨石30朝下时(朝着如图1的方向时)，壳体40的开口部40a以朝向下侧的方式而配置，逆变器电路80中所含的多个开关元件q1～q6以从电路基板60朝下侧延伸的方式而配置。硬化后的树脂的液面处于箭头48所示的位置，开关元件q1～q6的大致一半左右位于树脂内部，一半左右未被树脂覆盖而露出。此处，本发明的实施例即研磨机是以使安装于主轴24的磨石30旋转而对加工材进行研磨、研削加工的作业为主的工具，在加工时会产生切粉或粉尘。因此，作业者通过尽可能使加工材位于自身更下方，以免粉尘等落到自身上。因而，通常，作业者是不将主轴24朝上，优选的是，将主轴24较左右方向朝下地进行作业。此时，在适用本发明的电动工具1(研磨机)中，壳体40的开口部40a的开口方向与主轴24的方向(从齿轮箱21突出的方向)为同方向，因此，作业时的开口部40a的开口方向将大致朝下，即使加工时产生的粉尘从风窗侵入后罩3的内部，也可抑制其滞留在壳体40内。而且，作业者在完成作业时，是将所持的电动工具1放置到地面等放置位置，若无特别状况，将会保持所持的方向来放置电动工具1。即，以主轴24朝下的状态来放置电动工具1。因此，例如即使因冷却风的影响导致粉尘等进入壳体40内，在放置时，也可通过重力等的影响来去除壳体40内的粉尘。
由于必须对线圈13通电以大驱动电流，因此逆变器电路80例如使用fet(场效应晶体管)或绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)之类的大容量的输出晶体管来作为开关元件q1～q6。这些开关元件q1～q6由于发热大，因此要考虑用于提高冷却效果的散热结构，本实施例中，在开关元件q1～q6的散热板上进而安装有冷却用的金属板。散热板与金属板是较成为吸入口的未图示的风窗而配置于风下侧(马达侧)，因此将直接暴露在黑箭头所示的冷却风中。在开关元件q1～q6的后方侧，设置有电源电路。本实施例的电源电路70是包含将从外部供给的商用电源(交流)转换成直流的整流电路而构成。考虑到配线的效率性，电源电路70是以接近电源线(未图示)的方式，在壳体40的后方侧且较开关元件q1～q6而搭载于后方侧(远离马达5的反马达侧)，所述电源线是以从后罩3的后端面延伸到外部的方式而配线。
在由壳体40所划分出的空间内(容器内)，除了电路基板60以外，进而设置有搭载旋转位置检测元件69的传感器基板68。而且，在壳体40的容器部分的外侧且后方侧，搭载有开关基板65，并设置有通过变速拨盘(dial)17来调整的可变电阻66。传感器基板68是以与马达5的旋转轴方向正交的方式而配置，开关基板65是以与旋转轴方向平行的方式而配置。
图2是从图1的箭头a的方向观察的图，是表示壳体40及电路基板60的图。收容在壳体40内部的电路基板60的形状是具备与壳体40的内形大致等同的外侧轮廓而形成。图中虽未示出，但电路基板60被浸渍在从液体状态硬化而凝固的树脂48中。搭载于电路基板60的主要是：电源电路70，主要包含整流电路71与平滑电路75；逆变器电路80，包含6个开关元件q1～q6；控制部，控制逆变器电路80且包含微型计算机101；以及恒电压电源电路(未图示)，生成控制部用的恒电压的直流。在电路基板60的输入侧，从电动工具1的外部连接有未图示的电源线，商用交流被输入至电源电路70。电容器79为防噪声用，并联连接于整流电路71之前。电源线通过电源线保持部43予以固定。电路基板60的输出侧为端子84a～84c，分别焊接有连接于马达5的线圈13的3根未图示的导线(v相、u相、w相)。
在电路基板60中，就靠近输入及输出点这一配线上的优点和沿着冷却风的流动的方面而言，将电源电路70配置在电路基板60的后方侧，将逆变器电路80配置在电路基板的前方侧。电路基板60是单层或多层的印刷基板，此处，使用多层的玻璃复合(glasscomposite)基板。电源电路70是包含整流电路71与平滑电路75而构成，整流电路71具有二极管电桥72、扼流线圈(chokecoil)73及变阻器(varistor)74，平滑电路75具有电解电容器76a、薄膜电容器76b及后述的电阻78。电解电容器76a及薄膜电容器76b并非将其端子直接焊接在电路基板60上，而是使用引线(leadwire)或导线等延长线来配线，并且固定在电路基板60上侧的打开的空间内。
逆变器电路80是以3个开关元件q1～q3、3个开关元件q4～q6分别沿轴向排列成一列的方式而配置。开关元件q1～q6是将半导体元件封入到陶瓷(ceramic)等大致长方体的封装中，并从封装的下侧延伸出3根金属端子的元件，在封装的背面侧嵌入金属制的散热板72b、72c、72d、72e、72f、72g。所述散热板72b～72g为面状，且以面的展开方向与电路基板60的长边方向(图2中为前后方向)水平且为正交方向的方式来配置开关元件q1～q6。而且，在封装背面的散热板72b、72c、72d上，进而设置有散热用的金属板82。通常，igbt的集电极(collector)端子、fet的漏极(drain)端子是与封装背面侧的散热板72b～72g导通，因此在电路结构上，当集电极端子或漏极端子共连时，在多个开关元件q1～q3上设置共用的金属板82。另一方面，逆变器电路80剩余的3个开关元件q4～q6是以排列成一列的方式而配置，且以与开关元件q1～q3成平行的方式而配置。在开关元件q4～q6的封装背面的散热板72e、72f、72g上，设置有散热用的金属板，但由于这些集电极端子或漏极端子并非共连，因此设置彼此独立的金属板83a～83c。所述金属板83a～83c的面是以与电路基板60的长边方向(前后方向、马达的旋转轴方向)水平且为正交方向的方式而配置。如此，开关元件q1～q6的散热板72b～72g的面方向以沿着冷却风的流动方向的方式而配置，因此金属板83a～83c的与开关元件为相反侧的面是与冷却风的流动方向(参照图1中的黑箭头)平行的朝向，因此能够提高散热效果。
在电路基板60上，进而，搭载有进行马达5的旋转控制的运算部(未图示)。运算部是包含未图示的微型计算机(以下称作“微型计算机”)而构成，通过驱动逆变器电路80来进行马达5的启动及停止与旋转速度的控制。在电路基板60上，进而搭载有后述的恒电压电源电路、与未图示的触发杆(triggerlever)联动地动作的触发开关(triggerswitch)64。这些部分可搭载于电路基板60上的任意空间内。本实施例中，微型计算机101是搭载于电解电容器76a与电路基板60之间附近。在电路基板60的前方侧，搭载3个旋转位置检测元件69(参照图1)的传感器基板68以与电路基板60正交的方式而配置。电路基板60与传感器基板68通过分隔构件50而固定。分隔构件50兼作用于使电路基板60保持于壳体40的固定构件、及用于在开关元件q1～q6之间设置抑制开关元件彼此短路的分隔板的划分构件，由合成树脂等绝缘材料所制造，在沿左右方向延伸的两端侧的螺丝柱(screwboss)部分，通过2个螺丝59a、59b而螺固于壳体40。电路基板60利用后方侧的螺丝孔67，相对于壳体40而螺固，在前方侧，由分隔构件50予以夹持，由此被保持于壳体40。
在壳体40的后方侧，设置有搭载可变电阻66的开关基板65。开关基板65是设在从壳体40的容器状部分朝后方侧突出的独立部分，在可变电阻66的旋转轴上，设置有从后罩3的开口部3b(参照图1)露出一部分的变速拨盘17。电路基板60与开关基板65是通过导线87而配线。
图3是图2的b-b部的剖面图。后罩3的图示省略。壳体40为具有开口部40a的容器状，且以即使有液体进入内部空间也不会洒出的方式而形成，如前所述，当配置于电动工具1中时，是在以开口部40a的法线方向朝向下侧(主轴24从齿轮箱21突出的方向)的方式而倒立的状态下配置。这是为了防止在有水滴或尘埃与冷却风一同流入内部时，极力防止滞留在壳体40内部。通过如此那样将容器状的壳体40以倒立的状态配置于电动工具的机壳内，从而开关元件q1～q6等未被树脂完全覆盖，即使仅覆盖一半左右，也能够提高耐久性。尤其，滞留在开关元件q1～q6之间的铁粉等在将电动工具1朝图1的方向放置时，容易借助其冲击而使灰尘或水滴落到后罩3内部的下表面。
在壳体40的前方侧的端部，形成有用于利用未图示的螺丝来固定于马达机壳2的螺丝孔42a、42b。马达机壳2的轴承支架部20是从保持轴承14a(参照图1)的外轮部分的圆筒部分，朝向外侧而形成有多个支柱20a～20f，在支柱以外的部位成为空洞，因此成为冷却风从收容壳体40的空间流向收容马达5侧的空间的结构。电路基板60为双面基板，在其表侧(图3中观察为下表面)，搭载有二极管电桥72及其散热板72a、扼流线圈73等。电解电容器76a为大致圆柱状，薄膜电容器76b为大致长方体状，但电解电容器76a及薄膜电容器76b的形状为任意，选择具有所需的容量、且适合于配置在有限空间内的尺寸、形状者。
电解电容器76a及薄膜电容器76b经由绝缘片(sheet)98而固定于电路基板60的表面。所述固定是通过填充在壳体40内的氨基甲酸酯(urethane)等树脂48而固定。此时，在电路基板60上，搭载有多个尺寸相对较小的电阻等电子元件，电解电容器76a及薄膜电容器76b是以覆盖所述多个电子元件的方式而固定。换言之，以被电解电容器76a及薄膜电容器76b与电路基板60夹着的方式，而在电路基板60上配置多个电子元件。通过如此那样利用壳体40内的死空间(deadspace)来配置，从而能够在电路基板60中效率良好地安装构成电路的元件。而且，由于在电解电容器76a及薄膜电容器76b与电子元件之间设置有绝缘片98，因此能够抑制两者间的电连接。另外，本发明中构成为，多个电子元件被电解电容器76a及薄膜电容器76b与电路基板60夹着，但是明确的是，只要电子元件的至少一部分被夹着，便起到所述效果。
电解电容器76a及薄膜电容器76b是在以沿开口部40a的法线方向如箭头所示的图所观察时(如图2那样观察时)，收纳在壳体40的内侧区域的方式而配置，优选的是，配置在电路基板60的基板平面的尺寸内。由此，电解电容器76a及薄膜电容器76b不会突出到壳体40的外部，能够抑制收容壳体40的后罩3的大型化，从而能够将马达5及壳体40和其收容物全部收纳在马达机壳2的外径内，因此机壳变得紧凑，能够抑制电动工具1的大型化。而且，当如图3那样在以机壳的轴向剖面图观察时，电解电容器76a及薄膜电容器76b是以大部分位于机壳内部，且与机壳的内壁(后罩3的内壁)隔开规定距离的方式而配置。此时，可考虑通过电解电容器76a及薄膜电容器76b的配置，来避免扰乱冷却风的流动。
树脂48是以壳体40的开口部40a成为上侧的方式而载置，且在壳体40的内部填满液体状的树脂而硬化，在所述硬化完成之前，使电解电容器76a及薄膜电容器76b以从树脂48的液面局部浸入的方式而没入一半后，使树脂48硬化。因而，壳体40内，从底面41e部分到液面(虚线部)为止的所有部分被树脂填满，硬化后，树脂牢固地固定，因此可稳定地保持电解电容器76a及薄膜电容器76b。通常，电解电容器76a及薄膜电容器76b的封装为非绝缘体，树脂48自身也是非导电材，但此处，为了更完全地确保绝缘状态，进一步的设置绝缘构件，此处是设置绝缘片98(也可省略)。只要如此那样将电解电容器76a及薄膜电容器76b以相对于电路基板60而隔离并利用树脂48而固定的方式来搭载，便可在搭载于电路基板60上的高度低的电子元件、例如大规模集成电路(largescaleintegration，lsi)或微型计算机等元件的上侧部分搭载薄膜电容器。
在电路基板60的背面，搭载有在恒电压电源电路90中使用的电解电容器94a。电解电容器94a完全浸入树脂而固定。在电路基板60与电解电容器94a之间设置有绝缘片97a，以提高其绝缘性，但也可省略绝缘片97a。壳体40的底面41e的形状也可在电路基板60的正下方隔开少许距离而大致平行。本实施例中，在下侧确保了能够收容圆筒形电解电容器94a的空间。另外，电解电容器94a是仅配置在左侧，但也可还在右侧的空间中配置电容器。而且，也可构成为，将配置在电路基板60表面(下侧)的电解电容器76a、薄膜电容器76b，配置于电路基板60的背面。然而，本结构中，输出至运算部100的电流比流经逆变器电路80的电流小，因此电解电容器94a、94b与电解电容器76a及薄膜电容器76b相比不发热，冷却的必要性低。因此，使要优先冷却的电解电容器76a及薄膜电容器76b露出至外部。换言之，使发热量高的电容器露出至外部，而将发热量相对较低的电容器完全埋在树脂48中，由此，实现合理的电容器配置。如此，电路基板60与底面41e之间的空间是填充树脂48并硬化的部分，因而优选考虑发热程度或冷却效果来决定其搭载位置及其搭载方法。
接下来，使用图4来说明马达5的驱动控制系统的电路结构。在电源电路70中，含有包含二极管电桥72(参照图2)等的整流电路71。在电源电路70的输出侧且与逆变器电路80之间，连接有平滑电路75。逆变器电路80是包含6个开关元件q1～q6而构成，通过从运算部100供给的栅极(gate)信号h1～h6来控制开关动作。逆变器电路80的输出连接于马达5的线圈13的u相、v相、w相。在电源电路70的输出侧，连接有恒电压电源电路90。此处，电源电路70、平滑电路75、逆变器电路80、恒电压电源电路90、运算部100的电路是统一搭载于同一电路基板60上。
电源电路70含有主要包含二极管电桥72(参照图2)的整流电路71，整流电路71的输入侧连接于例如商用交流电源35，输出侧连接于平滑电路75。整流电路71对从商用交流电源35输入的交流进行全波整流，并输出至平滑电路75。平滑电路75是配置在整流电路71与逆变器电路80之间，将经整流电路71整流的电流中所含的脉动电流平滑化至接近直流的状态而输出至逆变器电路80。平滑电路75是包含电解电容器76a、薄膜电容器76b及放电用的电阻78而构成。在电动工具1为盘式研磨机的情况下，与其他电动工具(例如冲击起子(impactdriver)等相比，需要大的输出，因此从电源电路70输入至平滑电路75的电压值也变高。因而，平滑电路75中所设的电容器(电解电容器76a及薄膜电容器76b)要求静电电容大。本实施例中，通过精心设计往电路基板60上的固定方法，从而能够使用大型的电解电容器76a及薄膜电容器76b。
电解电容器76a是有极性的电容器，薄膜电容器76b是无极性的电容器，通过将它们并联连接，提高了电路的平滑性能。2个电容器是配置在整流电路71的输出侧与逆变器电路80的输入侧之间。逆变器电路80是包含连接成3相桥形式的6个开关元件q1～q6而构成。此处，开关元件q1～q6为金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，mosfet)，也可使用绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)。
在马达5的定子芯9的内侧，具有永磁铁8的转子旋转。在转子的旋转轴6上，连接有位置检测用的传感磁铁18，通过利用霍尔ic等旋转位置检测元件69来检测传感磁铁18的位置，从而运算部100检测马达5的旋转位置。
运算部100是用于进行马达的启动/关闭(on/off)及旋转控制的控制部件，主要使用微型计算机101来构成。运算部100是搭载于电路基板60上，基于伴随触发开关64的操作而输入的启动信号、与由变速拨盘17所设定的可变电阻66的信号，来控制马达5的旋转速度，并控制对线圈u、v、w的通电时间和驱动电压。运算部100连接于逆变器电路80的6个开关元件q1～q6的各栅极，供给用于使各开关元件q1～q6导通/断开的驱动信号h1～h6。
逆变器电路80的6个开关元件q1～q6的各漏极或各源极连接于星形连接的线圈13的u相、v相、w相。开关元件q1～q3的漏极端子共连于电源电路70的正极侧，因此对它们设置有共用的散热用的金属板82。另一方面，开关元件q4～q6的漏极端子分别连接于马达的v相、u相、w相的端子，因此个别地设置开关元件q4～q6用的散热用金属板83a～83c。
开关元件q1～q6基于从运算部100输入的驱动信号h1～h6来进行开关动作，将从商用交流电源35经由电源电路70及平滑电路75而供给的直流电压，作为3相(u相、v相、w相)电压vu、vv、vw而供给至马达5。供给至马达5的电流的大小，是通过对连接于平滑电路75与逆变器电路80之间的电流检测电阻102的两端的电压值进行检测，而由运算部100来检测。在运算部100中，预先设定有与马达5的设定旋转相应的规定的电流阈值，当检测出的电流值超过阈值时，使逆变器电路80的开关动作停止，以停止马达5的驱动。由此，防止因过电流流经马达5造成的烧毁等的发生。
恒电压电源电路90是直接连接于电源电路70的输出侧，且用于对包含微型计算机等的运算部100供给经稳定化的基准电压(低电压)的直流的电源电路。恒电压电源电路90是包含二极管96、平滑用的电解电容器94a、94b、ipd电路(intelligentpowerdevicecircuit)91、电容器93及调节器92而构成。恒电压电源电路90的各部在图2中虽未图示，但搭载于电路基板60上。电解电容器94a、94b是搭载于电路基板60的背面侧。另外，对于电解电容器94a、94b，如果在容量上可能，则也可设为1个电解电容器。
图5是图1的电路基板60单体的表面图，是用于对2个电解电容器76a及薄膜电容器76b的配线方法进行说明的图。此处，从电路基板60上的端子61伸出2根导线62a、62b，在导线62a、62b的前端，电解电容器76a及薄膜电容器76b的端子统一进行焊接77a、77b。导线62a、62b是使用对单线或绞线实施乙烯(vinyl)的包覆而绝缘的乙烯线(乙烯包覆电线)。将电解电容器76a及薄膜电容器76b并联连接于导线62a、62b后，将电解电容器76a及薄膜电容器76b固定在电路基板60的表侧面(配置开关元件q1～q6的面)的空开的空间附近，此处，是将电解电容器76a及薄膜电容器76b固定于搭载微型计算机101的附近。
如上所述，本实施例的电动工具1中，在平滑电路75中设置大的电解电容器76a及薄膜电容器76b，因此能够有效地抑制峰值(peak)电流。而且，具备来自电路基板60的导线而延长配线，因此电解电容器76a及薄膜电容器76b的固定位置的自由度变高，能够提高电路基板60的安装效率。
图6是图1的电路基板60单体的背面图，是用于对2个电解电容器94a、94b的配线方法进行说明的图。电解电容器94a、94b的端子被直接焊接于电路基板60里侧的端子63a、63b。此时，将电解电容器94a、94b的端子保留得较长，以电解电容器94a、94b的筒状的中心轴与电路基板60的长边方向(前后方向)一致的方式来将端子弯曲，并暂时固定电解电容器94a、94b的位置。所述状态是电解电容器94a、94b沿着壳体40的曲面状底面的位置。通过如此那样灵活地利用电路基板60背面侧的空间，从而能够配置恒电压电源电路90用的电解电容器94a、94b。另外，在电路基板60的背面与壳体40的底面41e之间还有空间，因此也可将电解电容器76a及薄膜电容器76b全部或一部分收容于其中。但是，由于电解电容器76a及薄膜电容器76b因大电流而带有不少的热，因此若重视散热性，则有利的是以下述方式来搭载，即，在电路基板60的表面侧，且从树脂48局部地露出于冷却风中。
接下来，使用图7、图8来说明壳体40的形状与分隔构件50的形状。壳体40及分隔构件50是由非导电材料来制造，例如通过塑料等合成树脂的一体成形而制造。图7、图8是以开口部40a成为上方向的方式而表示的立体图。壳体40起到用于将电路基板60固定至电动工具1的机壳的安装基台的作用，形成为容器状的壳体40具有前表面41a、后表面41b、侧面41c、41d及底面41e，剩余的一面成为开口部40a。底面41e是设为适合于搭载在电路基板60背面(面向底面41e的一侧)的电子元件(此处为电解电容器94a、94b)的形状，形成呈曲面状凹陷的部分。而且，侧面41c、41d与底面41e的接合部并非形成为直角，而是设为沿着后罩3的圆筒形的内壁形状的形状，此处是以倾斜地形成的更进一步的面而连接。在前表面41a的外侧部分，形成圆筒形的筒部42。筒部42是用于在内部收容传感磁铁18收容的凹陷部分，从传感磁铁18观察，在隔着前表面41a的壳体40的内部侧配置传感器基板68。在圆筒形的筒部42中，形成有朝径向突出的突出部分，在其中分别形成有螺丝孔42a、42b。在壳体40的内部且侧面41c上，形成有支撑电路基板60并且用于对位的阶差部45a、45b。另外，在图7中看不到的侧面41d的内壁部分，也同样地形成有用于电路基板60的对位的阶差部。在壳体40的后表面41b的外侧，形成有电源线保持部43与开关基板保持部44。
对此种形状的壳体40中的电路基板60的安装方法进行说明。首先，如图5、图6所示，在电路基板60上搭载所需的电子元件并进行焊接。对于电解电容器76a及薄膜电容器76b，设为利用导线62a、62b而连接的状态。接下来，将搭载有电子元件的电路基板60收容至壳体40中，使用螺丝孔67(参照图2)和螺丝而螺固至电路基板60。尽管是在图7中看不到的位置，但在相当于底面41e的螺丝孔67的位置形成有螺丝孔。此时，通过未图示的导线而配线的传感器基板68也嵌入至形成在壳体40的前表面41a内侧的导轨部47。同样，在壳体40后方侧的开关基板保持部44安装开关基板65。接下来，以按压固定电路基板60前侧的边部的方式来安装分隔构件50。
分隔构件50具有长边方向分隔板51、及从长边方向分隔板51横向地延伸的2片横向分隔板52a、52b，在长边方向分隔板51的前方侧，形成有压板53，所述压板53为平面状，且沿与长边方向分隔板51及电路基板60正交的方向延伸。在压板53的与电路基板60接触的部分，形成有沿左右方向延伸的臂(arm)部54a、54b，在臂部54a、54b的两端部，形成有螺丝孔55a、55b。以从压板53的远离电路基板60的边朝前方侧延伸的方式，设置有保持传感器基板68以使其不会从导轨部47脱落的压片56。将所述分隔构件50安装至电路基板60及传感器基板68的壳体40内后予以螺固，由此，电路基板60及传感器基板68将被固定于壳体40。螺固后，长边方向分隔板51、横向分隔板52a、52b分别以与开关元件q1～q6的散热板72b～72g、及金属板82、83a～83c为非接触的状态而固定。
接下来，在将电解电容器76a及薄膜电容器76b暂时置于壳体40外侧的状态下，以壳体40的开口部40a朝向上侧的方式，即，保持图7那样的状态，使树脂48流入壳体40的内部。流入的树脂48是使用从液体状态硬化的硬化性树脂、例如氨基甲酸酯树脂，流入使所固定的电路基板60的表面及背面完全浸渍的量的树脂48。此处，也可将树脂48填满至与开口部40a的开口面相同为止，但通过限制为需要最小限度，可实现轻量化及低成本化。本实施例中设为下述程度，即：树脂48的液面达到搭载于电路基板60表面的开关元件q1～q6的封装的上下方向位置的中途附近。在所述液面位置处，沿分隔构件50的高度方向(h1、h2)观察，成为一半左右浸入液面的程度。接下来，在树脂48为液体状态时，使电解电容器76a及薄膜电容器76b对位到规定位置，并使一半没入液体状的树脂中，在此状态下使树脂48固化。此处，所谓规定位置，是指从容器状的壳体40的开口部40a的开口面的法线方向(图1的箭头a)观察时，位于壳体40的区域内(内部空间内)，优选的是，以完全收纳在电路基板60的区域内的方式而配置。
图8是从壳体40的其他角度观察的立体图。在分隔构件50的螺丝孔55a所对应的部分，形成有螺丝柱46a。尽管在图8中看不到，但在抵接于分隔构件50的螺丝孔55b的部分，也形成有同样的螺丝柱。固定于壳体40的分隔构件50(参照图7)的长边方向分隔板51的高度h1部分的下端位置，较压板53的高度h2部分的下表面位置而位于上方。这是因为，长边方向分隔板51、横向分隔板52a、52b是在电路基板60上隔开规定距离而配置，与此相对，压板53、臂部54a、54b是在电路基板60的前端部直接载置于壳体40上。因而，电路基板60将由压板53与壳体40予以夹持。另外，也可将电路基板60与分隔构件50一同通过共用的螺丝来共同紧固固定于壳体40，而非以通过分隔构件50与壳体40来包夹电路基板60的方式而固定。
接下来，使用图9，对开关元件q1～q6和分隔构件50的高度与树脂48的填充量的关系进行说明。在开关元件q4的背面，螺固有从电路基板60的表面计起的高度h相同的金属板83a。首先，使用未图示的螺丝来将金属板83a固定于开关元件q4，随后，将开关元件q4的3根脚81a穿过电路基板60的通孔后予以焊接。同样地，在开关元件q5、q6上也螺固有金属板83b、83c，3根脚81b、81c穿过电路基板60的通孔后予以焊接。此处，金属板83a～83c的沿高度方向观察的下端从电路基板隔开规定的距离s2。关于分隔构件50，是构成为，长边方向分隔板51及横向分隔板52a、52b的高度h1小于开关元件q4～q6往电路基板60上安装后的高度h。另外，长边方向分隔板51及横向分隔板52a、52b的高度方向的下表面较之电路基板60的表面而隔开规定的距离s1。这是因为：必须将开关元件q4与金属板83a的组、开关元件q5与金属板83b的组、开关元件q6与金属板83c的组之间予以分隔的，是较树脂48的填满高度d为高度方向的上侧部分。而且，长边方向分隔板51及横向分隔板52a、52b的高度方向上端位置低于开关元件q4～q6的高度，是因为：通过容易对着冷却风而提高散热性，而且水分或尘埃等容易堆积的部分集中于树脂48的液面部分。当然，也可使长边方向分隔板51及横向分隔板52a、52b的高度方向上端位置与开关元件q4～q6的高度一致，但若提高分隔的程度，则金属板83a～83c暴露在冷却风中的效果将降低，因此冷却性下降，因而可考虑它们的平衡性(balance)来考虑分隔板的高度h1、及构成为高度h1占据高度h中的多少附近。
本实施例中，开关元件q1～q6的端子部分由树脂48予以覆盖，另一方面，沿高度方向观察金属板83a～83c，约一半露出于树脂48的外部，其上端位置高于分隔板的上端位置，因此可获得良好的冷却效果。而且，电解电容器76a及薄膜电容器76b也同时露出至树脂的外部，因此，对于电解电容器76a及薄膜电容器76b也可获得良好的冷却效果。进而，在电动工具1的机壳内收容电路基板60时，是以开关元件q1～q6倒立的方式而配置，因此水分或铁粉等尘埃堆积在由长边方向分隔板51及横向分隔板52a、52b所分隔的区域内的可能性降低，因此可实现可靠性高而寿命长的电动工具。
以上，根据本实施例，由于将电路基板60收容在容器状的壳体40内，在其中填充树脂48以使电路基板60完全或大致完全地浸渍，因此能够显著提高电路基板60的防水性、防尘性。而且，通过将电容器配置于基板上，并通过硬化性的树脂48来予以固定，从而即使是大型而有重量的电容器，也能够稳定地固定在壳体40内。此时，电容器的一部分从树脂48露出，因此能够暴露于冷却风中而对电容器进行冷却。而且，由于是将电容器经由导线而配置于基板上，因此电容器的配置自由度增大，电路基板60上的元件配置的自由度增加。而且，由于在电路基板60与电容器之间配置有微型计算机等其他电路元件，因此能够实现有效活用空间而无浪费的元件配置。而且，由于使液体状的树脂流入而使其硬化，因此与涂布凝胶(gel)状的树脂的作业相比，并无产生涂布不均之虞。进而，由于使发热大的开关元件q1～q6从树脂48局部地露出至外部，因此能够良好地暴露在冷却风的风路内，从而能够维持冷却效果。此时，使会因金属粉等短路而不佳的构件之间设置有绝缘体的分隔构件，因此能够实现耐久性及可靠性高的电动工具。
以上，基于实施例说明了本发明，但本发明并不限定于所述实施例，可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，所述实施例中，为了延长电容器的端子，经由导线而连接于基板，但也可通过将电容器本体的端子延长得较长来应对。而且，分隔板只要设置在至少2个开关元件间即可，也可设为仅使q1～q3与q4～q6间分隔的一片板。借此，冷却风可效率更佳地流向开关元件。而且，所述实施例中是构成为，冷却风从未图示的风窗以大致接触至机壳的整个内周面的方式而流动，但也可构成为，在壳体收容部分，冷却风仅在开口部侧流动。借此，能够使冷却风集中于开关元件。而且，所述实施例中，将壳体的开口方向设为与主轴的突出方向相同的方向，但也可构成为，当电动工具为放置状态时，壳体的开口方向朝向下方向。而且，所述实施例中，作为电动工具1的示例，以用于研磨机的电路基板的搭载例进行了说明，但对于同样的电路基板，并不仅限于研磨机，在其他电动工具中也可同样适用，例如在刀锯(sabersaw)或多功能切割机(multicutter)、具有筒状机壳的手旋凿(handdriver)或冲击起子等中也同样适用。
1.一种电动工具，其特征在于包括：
马达；
机壳，收容所述马达；
主轴，从所述机壳突出，且前端工具可拆卸地安装于所述主轴；
逆变器电路，具有多个开关元件，进行开关动作，以控制所述马达的驱动；
控制部，控制所述开关元件的通断动作；
电路基板，搭载所述开关元件；以及
壳体，收容所述电路基板，且所述壳体的内部填满树脂，
当所述主轴向下突出时，所述开关元件位于所述电路基板的下方，所述壳体的开口方向向下。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
所述开关元件的一部分被所述树脂覆盖，另一部分位于所述树脂的外部。
3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，
所述开关元件中，至少所述开关元件的端子部分由所述树脂予以覆盖。
4.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，
在所述机壳中，具有吸入外界空气的吸入口和排出外界空气的排气口，以及风扇，所述风扇用于从所述吸入口吸入空气而使冷却风在所述机壳内流动，
散热用的金属板连接于所述开关元件，且将所述金属板直接暴露在所述冷却风中。
5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
在所述电路基板上设置有具有电容器的平滑电路，
所述电容器是使用延长线与所述电路基板连接，并且固定在所述机壳的内部。
6.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于，
所述电容器是使用填满在所述壳体的内部的所述树脂固定在所述壳体。
7.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
多个所述开关元件分别具有背面以及与所述背面相反的表面，所述背面连接至散热元件，
所述开关元件使用6个，所述开关元件被配置为以分别将3个开关元件和其他3个开关元件沿着所述电动工具的旋转轴方向成直线布置，且所述3个开关元件的表面与所述其他3个开关元件的表面成面对面。
8.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
所述电路基板上设置有将用于启动所述马达的启动信号传送到所述控制部的触发开关。
9.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
所述主轴在与所述开口方向平行的突出方向上突出。
10.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
多个所述开关元件的面朝向下方且搭载于所述电路基板的表面上。
11.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，
所述机壳具有吸入外界空气的吸入口以及用于从所述吸入口吸入空气而使冷却风在所述机壳内流动的风扇，所述机壳具有壳体容纳部分，且所述冷却风仅在所述壳体容纳部分的下方侧流动。
技术总结