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JP5638416B2 - 電動工具 - Google Patents

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JP5638416B2 JP2011032951A JP2011032951A JP5638416B2 JP 5638416 B2 JP5638416 B2 JP 5638416B2 JP 2011032951 A JP2011032951 A JP 2011032951A JP 2011032951 A JP2011032951 A JP 2011032951A JP 5638416 B2 JP5638416 B2 JP 5638416B2
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Description

本発明は、コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとを低減させるラインフィルタを備える電動工具に関する。
電動工具は駆動源としてモータを使用しているため、使用時にノイズが放射される。前記ノイズには、コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとがある。コモンモードノイズは、図3に示すように、ノイズ電流Icがノイズ源であるモータ20から電源線32の往路32fと帰路32bとを電源方向(同方向)に流れ、アースEとモータ20間の浮遊容量Cを介して電源線32に戻されるノイズである(矢印参照)。ディファレンシャルモードノイズは、図2に示すように、ノイズ電流Idが電源線32の往路32fから帰路32bに流れるノイズである(矢印参照)。
通常、放射されるノイズは、コモンモードノイズ(図3参照)が支配的なため、一般的な電動工具にはコモンモードノイズ低減用のラインフィルタ101のみが設けられている。コモンモードノイズ低減用のラインフィルタ101は、図17に示すように、円筒形の磁性体(フェライト)であり、そのラインフィルタ101の内側に電源線32の往路32fと帰路32bとが通されている。これにより、ノイズ電流Icに起因する磁界が電源線32を囲むように配置されたラインフィルタ101に集中する。そして、ラインフィルタ101の磁気損失によりノイズエネルギー(磁気エネルギー)が熱に変換されてコモンモードノイズが抑制される。
しかし、電動工具の種類によっては、コモンモードノイズのみならずディファレンシャルモードノイズを低減させなければ規格を満足することができない製品がある。
ディファレンシャルモードノイズの場合、前述のように、ノイズ電流Idは電源線32の往路32fと帰路32bとを逆向きに流れるため(図2参照)、ラインフィルタ101の内側に往路32fと帰路32bとをそのまま通した状態では、ノイズ電流Idに起因する磁界が打ち消し合って磁気損失が発生せずノイズを低減させることはできない。
このため、図17に示すように、電源線32の往路32fと帰路32bを個々に通すラインフィルタ102,103を追加する必要がある。したがって、コモンモードノイズ、ディファレンシャルモードノイズを低減させなければならない電動工具では、コモンモードノイズ低減用のラインフィルタ101と、ディファレンシャルモードノイズ低減用のラインフィルタ102,103とを個別に設ける必要がある。
しかし、コモンモードノイズ低減用のラインフィルタ101と、ディファレンシャルモードノイズ低減用のラインフィルタ102,103とを個別に設ける構成では、電動工具のハウジング内にラインフィルタ101,102,103用の広いスペースが必要とされるため、電動工具のハウジングが大きくなる。
さらに、電動工具に対するラインフィルタ101,102,103の組付けも面倒になる。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、電動工具のコモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとを低減させるラインフィルタをコンパクトにするとともに、電動工具に対する組付け性を向上させることである。
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項1の発明は、コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとを低減させるラインフィルタを備える電動工具であって、前記ラインフィルタは、磁性体により構成された単一の軸状体を備えており、前記軸状体には、その軸状体の軸方向における一端面から他端面に至るまで軸方向に延びる少なくとも二本の貫通孔が形成されており、前記軸状体の少なくとも二本の貫通孔には、少なくとも二本の電線が個々に通されていることを特徴とする。
本発明によると、コモンモードノイズのノイズ電流は二本の電線を同方向に流れるため、前記ノイズ電流により発生する合成磁界が前記二本の電線を囲むようにラインフィルタの外周面近傍に発生する。なお、各々の電線を囲むようにラインフィルタの各貫通孔近傍に発生する磁界は互いに打ち消される。そして、ラインフィルタの外周面近傍の磁界により、そのラインフィルタで磁気損失に起因する熱が発生してノイズエネルギーが消費され、コモンモードノイズが低減される。
また、ディファレンシャルモードノイズのノイズ電流は二本の電線を逆方向に流れるため、前記ノイズ電流により発生する磁界は各々の電線を囲むようにラインフィルタの各貫通孔近傍に発生する。なお、前記二本の電線を囲むようにラインフィルタの外周面近傍に発生する磁界は互いに打ち消される。そして、ラインフィルタの各貫通孔近傍の磁界により、そのラインフィルタで磁気損失に起因する熱が発生し、ディファレンシャルモードノイズが抑制される。
このように、ラインフィルタの外周面近傍でコモンモードノイズを低減させ、ラインフィルタの個々の貫通孔近傍でディファレンシャルモードノイズを低減させる構成のため、一個のラインフィルタで電動工具のコモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとを低減させることができる。したがって、従来のように、複数のラインフィルタを使用する構成と比較してラインフィルタがコンパクトになる。さらに、電動工具に対するラインフィルタの組付け性も向上する。
請求項2の発明によると、前記ラインフィルタの一方の貫通孔と他方の貫通孔には、供給電流の向きが逆向きになる電線がそれぞれ通されることを特徴とする。
請求項3の発明によると、駆動源として整流子とブラシとを備えるモータを使用していることを特徴とする。
即ち、整流子とブラシとの摺動時に大きなノイズを発生させるモータのノイズ対策に請求項1に係るラインフィルタが有効に作用する。
請求項4の発明によると、ラインフィルタの貫通孔には、モータと、そのモータを起動させるスイッチとをつなぐ電線が通されていることを特徴とする。
請求項5の発明によると、ラインフィルタの貫通孔には、モータと、そのモータを起動させるコントローラとをつなぐ電線が通されていることを特徴とする。
これにより、ノイズ源であるモータからのノイズを有効に低減できる。
請求項6の発明によると、ラインフィルタの貫通孔には、コントローラと操作部、及び/又は、表示部とをつなぐ電線が通されていることを特徴とする。
このため、ノイズ源であるコントローラやモータからのノイズを有効に低減できる。
請求項7の発明によると、電動工具のハウジングの内壁面には、前記ラインフィルタの貫通孔と貫通孔との間をそれらの貫通孔の軸心方向両側から押さえる位置決め用の爪が形成されていることを特徴とする。
このように、ラインフィルタの貫通孔と貫通孔との間をそれらの貫通孔の軸心方向両側から爪により押さえる構成のため、それらの貫通孔に電線を通す際に爪が邪魔にならない。
請求項8の発明によると、ハウジングの内壁面は、ラインフィルタを囲む部位が弾性体によって覆われていることを特徴とする。
このため、電動工具の振動や外部からの衝撃等でラインフィルタが損傷し難くなる。
本発明によると、一個のラインフィルタで電動工具のコモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとを低減させることができるため、ラインフィルタがコンパクトになり、さらに電動工具への組付けが容易になる。
本発明の実施形態1に係る電動工具の模式図である。 電動工具におけるディファレンシャルモードノイズのノイズ電流を表す模式図である。 電動工具におけるコモンモードノイズのノイズ電流を表す模式図である。 電動工具におけるラインフィルタの取付け位置を表す模式図である。 ラインフィルタの斜視図、及びディファレンシャルモードノイズのノイズ電流に起因する磁界を表す斜視図である。 ディファレンシャルモードノイズのノイズ電流に起因する磁界がラインフィルタに発生する様子を表す模式図である。 ラインフィルタの斜視図、及びコモンモードノイズのノイズ電流に起因する磁界を表す斜視図である。 コモンモードノイズのノイズ電流に起因する磁界がラインフィルタに発生する様子を表す模式図である。 変更例1に係る電動工具におけるラインフィルタの取付け位置を表す模式図である。 変更例2に係る電動工具におけるラインフィルタの取付け位置を表す模式図である。 変更例3に係るラインフィルタを表す斜視図である。 変更例4に係るラインフィルタを表す斜視図である。 変更例5に係るラインフィルタを表す斜視図である。 ラインフィルタの使用方法の変更例を表す模式斜視図である。 変更例6に係るラインフィルタ本体部を表す側面図(A図)、ラインフィルタの取付け例を表す分解斜視図(B図)、及び模式斜視図(C図)である。 ラインフィルタの取付け例を表す模式斜視図(A図、B図)である。 従来のラインフィルタを表す模式斜視図である。
[実施形態1]
以下、図1から図16に基づいて、本発明の実施形態1に係る電動工具、及びその電動工具に使用されるラインフィルタについて説明する。
<電動工具10の概要について>
電動工具10は、モータ20を駆動源とするハンディタイプの回転工具であり、図1に示すように、筒状のハウジング本体部12と、そのハウジング本体部12の後部下面から突出するように形成されたハンドル部15とからなるハウジングを備えている。
ハウジング本体部12にはモータ20が収納されており、そのモータ20の前方にモータ20の回転力を増幅する歯車機構27が収納されている。そして、歯車機構27の出力軸27pがハウジング本体部12の先端位置に装着された工具装着部29に連結されている。
また、ハンドル部15の基端部には、使用者が指先で引き操作するトリガ18tを備える変速スイッチ18が設けられている。また、ハンドル部15の先端部(下端部)には、電源コード17が設けられている。
モータ20は、固定子巻き線21と電機子巻き線22とが直列に接続された直巻電動機であり、整流子23とブラシ24とを備えている。そして、図2、図3の電気回路図に示すように、電源線32の往路32fに変速スイッチ18と、モータ20の固定子巻き線21、ブラシ24、整流子23、及び電機子巻き線22の一端側が直列に接続されている。また、電源線32の帰路32bにモータ20の固定子巻き線21、ブラシ24、整流子23、及び電機子巻き線22の他端側が直列に接続されている。
さらに、前記電気回路において変速スイッチ18とモータ20との間には、図1、図4等に示すように、電動工具10のブラシ24と整流子23間で発生するノイズを低減させるためのラインフィルタ40が設けられている。
なお、図2、図3では、ラインフィルタ40は省略されている。
<ラインフィルタ40について>
ラインフィルタ40は、図5等に示すように、フェライト等の磁性体により構成された断面略楕円形をした軸状体であり、軸方向に延びる二本の貫通孔43を備えている。そして、ラインフィルタ40の二本の貫通孔43に電源線32の往路32fと帰路32bとがそれぞれ通されている。二個の貫通孔43は、図6に示すように、略楕円状のラインフィルタ40の長軸J上であって、その長軸Jをほぼ3等分する位置に形成されている。
<ラインフィルタ40の働きについて>
電動工具10のモータ20が駆動されてブラシ24と整流子23間でノイズが発生すると、そのノイズ(ディファレンシャルモードノイズ+コモンモードノイズ)が電源線32等を経由して外部に放射される。
先ず、図2、図5、図6に基づいて、ディファレンシャルモードノイズに対するラインフィルタ40の働きを説明する。ディファレンシャルモードノイズの場合、ノイズ電流Idは、図2に示すように、電源線32の往路32fから帰路32bの方向に流れる。このため、図5、図6において、電源線32の往路32fと帰路32bとを流れるノイズ電流Idの向きは逆向きとなる。
なお、ノイズ電流Idは交流であるため、そのノイズ電流Idの向きは当然図とは逆向きになることもある。
このため、電源線32の往路32fを流れるノイズ電流Idに起因する磁界B11+B12(実線参照)は、図6の左図においてラインフィルタ40の上の貫通孔43を中心にして右回りに発生する。また、電源線32の帰路32bを流れるノイズ電流Idに起因する磁界B21+B22(点線参照)は、図6の左図においてラインフィルタ40の下の貫通孔43を中心にして左回りに発生する。電源線32の往路32fと帰路32bとを流れるノイズ電流Idは、向きが逆で大きさは等しいため、磁界B11+B12と磁界B21+B22も向きが逆で大きさは等しい。したがって、電源線32の往路32fと帰路32bとを囲むようにラインフィルタ40の外周面近傍を通る磁界B12と磁界B22とは互いに打ち消される。そして、図6の右図に示すように、電源線32の往路32fを囲むラインフィルタ40の上の貫通孔43近傍に発生する磁界B11と、帰路32bを囲むようにラインフィルタ40の下の貫通孔43近傍に発生する磁界B21とが打ち消されずに残るようになる。
即ち、ノイズ電流Idによりラインフィルタ40の各貫通孔43近傍に磁界B11と磁界B21とが発生するため、ラインフィルタ40で磁気損失に起因する熱が発生してノイズエネルギーが消費され、ディファレンシャルモードノイズが低減される。
次に、図3、図7、図8に基づいて、コモンモードノイズに対するラインフィルタ40の働きを説明する。コモンモードノイズの場合、ノイズ電流Icは、図3に示すように、ノイズ源であるモータ20から電源線32の往路32fと帰路32bとを電源方向に流れる。このため、図7、図8において、電源線32の往路32fと帰路32bとを流れるノイズ電流Icの向きは同方向になる。
なお、ノイズ電流Icは交流であるため、そのノイズ電流Icの向きは当然図とは逆向きになることもある。
このため、電源線32の往路32fを流れるノイズ電流Icに起因する磁界B31+B32は、図8の左図においてラインフィルタ40の上の貫通孔43を中心にして右回りに発生する。また、電源線32の帰路32bを流れるノイズ電流Icに起因する磁界B41+B42も、図8の左図においてラインフィルタ40の下の貫通孔43を中心にして右回りに発生する。電源線32の往路32fと帰路32bとを流れるノイズ電流Icは、同じ向きで大きさは等しいため、磁界B31+B32と磁界B41+B42も向きが同じで大きさは等しい。したがって、電源線32の往路32fと帰路32bとを囲むようにラインフィルタ40の外周面近傍を通る磁界B32と磁界B42とは互いに加算される(合成される(図8右図参照))。逆に、図8の左図に示すように、電源線32の往路32fを囲むようにラインフィルタ40の上の貫通孔43近傍に発生する磁界B31と、帰路32bを囲むようにラインフィルタ40の下の貫通孔43近傍に発生する磁界B41とが打ち消されるようになる。
即ち、ノイズ電流Icによりラインフィルタ40の外周面近傍で磁界B32と磁界B42とが発生するため、ラインフィルタ40で磁気損失に起因する熱が発生してノイズエネルギーが消費され、コモンモードノイズが低減される。
このように、ラインフィルタ40の外周面近傍でコモンモードノイズが低減され、ラインフィルタ40の各貫通孔43の近傍でディファレンシャルモードノイズが低減されるようになる。
即ち、電源線32の往路32fと帰路32bとが本発明の供給電流の向きが逆向きになる二本の電線に相当する。
<本実施形態に係る電動工具10の長所について>
本実施形態に係る電動工具10によると、ラインフィルタ40の外周面近傍でコモンモードノイズを低減させ、ラインフィルタ40の個々の貫通孔43近傍でディファレンシャルモードノイズを低減させる構成のため、一個のラインフィルタ40で電動工具10のコモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとを低減させることができる。したがって、従来のように、複数のラインフィルタ101,102,103を使用する構成と比較してラインフィルタ40がコンパクトになる。さらに、電動工具10に対するラインフィルタ40の組付け性も向上する。
また、ラインフィルタ40の貫通孔43には、モータ20と変速スイッチ18とをつなぐ電源線32が通されているため、ノイズ源であるモータ20からのノイズを有効に低減できる。
<変更例>
ここで、本発明は上記実施形態に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における変更が可能である。例えば、本実施形態に係る電動工具10では、図4に示すように、電気回路において変速スイッチ18とモータ20との間にラインフィルタ40を設ける例を示した。しかし、図9に示すように、モータ20をコントローラ19により制御する電動工具10の場合、モータ20とコントローラ19間にラインフィルタ40を設けることも可能である。また、図10に示すように、電動工具10のコントローラ19と表示部・操作部19wとの間にラインフィルタ40を設けることも可能である。
また、本実施形態では、図5等に示すように、軸方向に二本の貫通孔43を備える断面略楕円形のラインフィルタ40を例示したが、図11、図12に示すように、ラインフィルタ40に補助部を付加することも可能である。
即ち、図11に示すラインフィルタ50は、前記ラインフィルタ40(ラインフィルタ本体部40)と、そのラインフィルタ本体部40と等しい径寸法の楕円筒状のフィルタ補助部54とから構成されている。そして、ラインフィルタ本体部40とフィルタ補助部54とが、図11の下図に示すように、接着剤等により同軸となるように接続されて、フィルタ補助部54の楕円貫通穴54hとラインフィルタ本体部40の貫通孔43とが連通している。そして、フィルタ補助部54の楕円貫通穴54hに電源線32の往路32fと帰路32bとがまとめて通され、ラインフィルタ本体部40の各貫通孔43に電源線32の往路32fと帰路32bとがそれぞれ通されるようになっている。このように、フィルタ補助部54を追加した分だけ電動工具10のコモンモードノイズをさらに低減させることができる。
図12に示すラインフィルタ50は、前記ラインフィルタ本体部40と、ラインフィルタ本体部40の貫通孔43と同径の貫通孔55hを備える円筒形フィルタ補助部55とから構成されている。そして、図12の下図に示すように、ラインフィルタ本体部40と円筒形フィルタ補助部55とが互いの貫通孔43,55hの位置で接着剤等により接続されている。そして、円筒形フィルタ補助部55の貫通孔55hとラインフィルタ本体部40の貫通孔43とからなる上下二本の貫通孔43,55hに電源線32の往路32fと帰路32bとがそれぞれ通されるようになっている。このように、円筒形フィルタ補助部55を追加した分だけ電動工具10のディファレンシャルモードノイズをさらに低減させることができる。
また、本実施形態では、ラインフィルタ40を一体に成形する例を示したが、図13に示すように、ラインフィルタ40の上側分割片40aと下側分割片40bとをそれぞれ作成し、それらの分割片40a,40bを接着剤等により接続してラインフィルタ40を構成することも可能である。
また、本実施形態では、ラインフィルタ40の二本の貫通孔43に電源線32の往路32fと帰路32bとをそれぞれ通す例を示したが、図14に示すように、例えば、電源線32の往路32fのみを一方の貫通孔43から他方の貫通孔43に通すことも可能である。これにより、二本の貫通孔43を備えるラインフィルタ40をディファレンシャルモードノイズの低減用のラインフィルタとして使用できるようになる。
上記したように、ラインフィルタ40の貫通孔43は電源線32を通すだけの構成であるため、貫通孔43の径寸法は軸方向において一定である。このため、ラインフィルタ40が振動等により電源線32に沿って移動することがある。この点を改善するため、図15(A)に示すように、ラインフィルタ40の貫通孔43の内壁面に突起43tを形成し、突起43t間に電源線32を挟み込むことで電源線32に対するラインフィルタ40の移動を防止することができる。ラインフィルタ40の貫通孔43に突起43tを形成するためは、ラインフィルタ40を、図15(B)に示すように、貫通孔43となる溝を備える断面E字形のラインフィルタ本体部41mと、前記溝の開口を塞ぐ板状の蓋部41hとから構成するのが好ましい。ラインフィルタ本体部41mと蓋部41hとは、電動工具10の半割りタイプのハウジングを構成するハンドル部15の一方と他方とにそれぞれ取付けられている。そして、ハンドル部15の一方と他方とが合わせられるときに、図15(C)に示すように、ラインフィルタ本体部41mと蓋部41hとが接続されてラインフィルタ40が構成される。
また、ラインフィルタ40を半割りタイプのハンドル部15の一方に取付ける際に、図16(A)に示すように、ハンドル部15の内壁面に一対の爪15kを形成し、その一対の爪15kでラインフィルタ40の貫通孔43と貫通孔43の間をラインフィルタ40の軸方向両側から押さえて位置決めするのが好ましい。これにより、両貫通孔43に電源線32の往路32fと帰路32bとを通す際に爪15kが邪魔になることがない。
ここで、ラインフィルタ40を衝撃等から保護するため、ラインフィルタ40を囲むようにハンドル部15の内壁面を発泡ゴム等からなるエラストマ15eで覆うようにするのが好ましい。
また、本実施形態では、ラインフィルタ40の断面形状を略楕円形、あるいは角形に形成する例を示したが、ラインフィルタ40の断面形状を円形にする等、適宜変更することが可能である。
また、本実施形態では、ハンディタイプの電動工具10のラインフィルタ40,50について説明したが、前記ラインフィルタ40,50をハンディタイプ以外の定置式や可搬式の電動工具に使用することも可能である。また、バッテリを電源としたコードレス電動工具に、前記ラインフィルタ40,50を使用することも可能である。さらに、交流電源から直流電源を作り、その直流電源を利用する電動工具に前記ラインフィルタ40,50を使用することも可能である。また、刈り込み機等の園芸電動工具に前記ラインフィルタ40,50を使用することも可能である。
10・・・・電動工具
15k・・・爪
15e・・・エラストマ(弾性体)
18・・・・変速スイッチ
19・・・・コントローラ
19w・・・表示部・操作部
20・・・・モータ
23・・・・整流子
24・・・・ブラシ
32b・・・帰路(電線)
32f・・・往路(電線)
32・・・・電源線(電線)
40・・・・ラインフィルタ
43・・・・貫通孔

Claims (8)

  1. コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズとを低減させるラインフィルタを備える電動工具であって、
    前記ラインフィルタは、磁性体により構成された単一の軸状体を備えており、
    前記軸状体には、その軸状体の軸方向における一端面から他端面に至るまで軸方向に延びる少なくとも二本の貫通孔が形成されており、
    前記軸状体の少なくとも二本の貫通孔には、少なくとも二本の電線が個々に通されていることを特徴とする電動工具。
  2. 請求項1に記載された電動工具であって、
    前記ラインフィルタの一方の貫通孔と他方の貫通孔には、供給電流の向きが逆向きになる電線がそれぞれ通されることを特徴とする電動工具。
  3. 請求項1又は請求項2のいずれかに記載された電動工具であって、
    駆動源として整流子とブラシとを備えるモータを使用していることを特徴とする電動工具。
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載された電動工具であって、
    前記ラインフィルタの貫通孔には、前記モータと、そのモータを起動させるスイッチとをつなぐ電線が通されていることを特徴とする電動工具。
  5. 請求項1から請求項3のいずれかに記載された電動工具であって、
    前記ラインフィルタの貫通孔には、前記モータと、そのモータを起動させるコントローラとをつなぐ電線が通されていることを特徴とする電動工具。
  6. 請求項1から請求項3のいずれかに記載された電動工具であって、
    前記ラインフィルタの貫通孔には、前記コントローラと操作部、及び/又は、表示部とをつなぐ電線が通されていることを特徴とする電動工具。
  7. 請求項1から請求項6のいずれかに記載された電動工具であって、
    電動工具のハウジングの内壁面には、前記ラインフィルタの貫通孔と貫通孔との間をそれらの貫通孔の軸心方向両側から押さえる位置決め用の爪が形成されていることを特徴とする電動工具。
  8. 請求項1から請求項7のいずれかに記載された電動工具であって、
    前記ハウジングの内壁面は、前記ラインフィルタを囲む部位が弾性体によって覆われていることを特徴とする電動工具。
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