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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024170314
(43)【公開日】2024-12-06
(54)【発明の名称】高速モータを含む動力工具
(51)【国際特許分類】
H02P 29/40 20160101AFI20241129BHJP
【ＦＩ】
H02P29/40
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024084497
(22)【出願日】2024-05-24
(31)【優先権主張番号】63/504,469
(32)【優先日】2023-05-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】598073073
【氏名又は名称】ミルウォーキー エレクトリック ツール コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100229448
【弁理士】
【氏名又は名称】中槇 利明
(72)【発明者】
【氏名】アレクサンダー ジェイ．ポールセン
(72)【発明者】
【氏名】ネイサン ディー．ハンキンス
(72)【発明者】
【氏名】カーター エイチ．イプマ
(72)【発明者】
【氏名】エリック ピー．ボテ
(72)【発明者】
【氏名】ジェイコブ ジー．ウッド
【テーマコード（参考）】
5H501
【Ｆターム（参考）】
5H501AA11
5H501BB08
5H501CC04
5H501DD04
5H501GG03
5H501HB07
5H501JJ03
5H501LL22
5H501LL23
5H501LL35
5H501LL38
5H501LL39
5H501MM02
5H501PP02
(57)【要約】
【課題】従来技術の問題を解決する。
【解決手段】ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、ハウジング内の電気モータと、コントローラと、ホール効果センサとを含む、動力工具。電気モータは、少なくとも３５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷運転速度を有する。電気モータは、ステータ歯を有するステータコアとステータ積層体とを含むステータと、ロータシャフトとロータ磁石とを含むロータとを含む。コントローラは、電気モータの動作速度を制御するように構成される。ホール効果センサは、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。
【選択図】図１
【解決手段】ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、ハウジング内の電気モータと、コントローラと、ホール効果センサとを含む、動力工具。電気モータは、少なくとも３５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷運転速度を有する。電気モータは、ステータ歯を有するステータコアとステータ積層体とを含むステータと、ロータシャフトとロータ磁石とを含むロータとを含む。コントローラは、電気モータの動作速度を制御するように構成される。ホール効果センサは、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジングと、
バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、
少なくとも３５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、前記ハウジング内の電気モータであって、
ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、
ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、含む、
電気モータと、
前記電気モータの動作速度を制御するように構成されるコントローラと、
前記コントローラに接続され、前記ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、
前記ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で前記低レベル出力信号と前記高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、
動力工具。
バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、
少なくとも３５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、前記ハウジング内の電気モータであって、
ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、
ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、含む、
電気モータと、
前記電気モータの動作速度を制御するように構成されるコントローラと、
前記コントローラに接続され、前記ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、
前記ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で前記低レベル出力信号と前記高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、
動力工具。
【請求項2】
前記ホール効果センサの最大遷移時間は、４０マイクロ秒以下である、請求項１に記載の動力工具。
【請求項3】
前記ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する、請求項２に記載の動力工具。
【請求項4】
前記電気モータは、ベアリングを含み、前記ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む、請求項３に記載の動力工具。
【請求項5】
前記ステータ積層体は、０．２ミリメートルの厚さを有する、請求項４に記載の動力工具。
【請求項6】
前記電気モータは、少なくとも３７，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する、請求項２に記載の動力工具。
【請求項7】
当該動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む、請求項２に記載の動力工具。
【請求項8】
ハウジングと、
バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、
少なくとも４０，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、前記ハウジング内の電気モータであって、
ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、
ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、を含む、
電気モータと、
前記電気モータに接続され、前記電気モータの動作速度を制御するように構成される、コントローラと、
前記コントローラに接続され、前記ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、
前記ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で前記低レベル出力信号と前記高レベル出力信号との間を遷移するように構成される、
動力工具。
バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、
少なくとも４０，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、前記ハウジング内の電気モータであって、
ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、
ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、を含む、
電気モータと、
前記電気モータに接続され、前記電気モータの動作速度を制御するように構成される、コントローラと、
前記コントローラに接続され、前記ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、
前記ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で前記低レベル出力信号と前記高レベル出力信号との間を遷移するように構成される、
動力工具。
【請求項9】
前記ホール効果センサの最大遷移時間は、４０マイクロ秒以下である、請求項８に記載の動力工具。
【請求項10】
前記ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する、請求項９に記載の動力工具。
【請求項11】
前記電気モータは、ベアリングを含み、前記ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む、請求項９に記載の動力工具。
【請求項12】
前記ステータ積層体は、０．２ミリメートルの厚さを有する、請求項１１に記載の動力工具。
【請求項13】
前記電気モータは、少なくとも４３，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する、請求項９に記載の動力工具。
【請求項14】
当該動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む、請求項９に記載の動力工具。
【請求項15】
ハウジングと、
バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、
少なくとも４５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、前記ハウジング内の電気モータであって、
ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、
ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、を含む、
電気モータと、
前記電気モータに接続され、前記電気モータの動作速度を制御するように構成される、コントローラと、
前記コントローラに接続され、前記ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、
前記ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で前記低レベル出力信号と前記高レベル出力信号との間を遷移するように構成される、
動力工具。
バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、
少なくとも４５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、前記ハウジング内の電気モータであって、
ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、
ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、を含む、
電気モータと、
前記電気モータに接続され、前記電気モータの動作速度を制御するように構成される、コントローラと、
前記コントローラに接続され、前記ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、
前記ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で前記低レベル出力信号と前記高レベル出力信号との間を遷移するように構成される、
動力工具。
【請求項16】
前記ホール効果センサの最大遷移時間は、４０マイクロ秒以下である、請求項１５に記載の動力工具。
【請求項17】
前記ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する、請求項１６に記載の動力工具。
【請求項18】
前記電気モータは、ベアリングを含み、前記ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む、請求項１６に記載の動力工具。
【請求項19】
前記電気モータは、少なくとも５０，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する、請求項１６に記載の動力工具。
【請求項20】
当該動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む、請求項１６に記載の動力工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の参照）
本出願は、２０２３年５月２６日に出願された米国仮特許出願第６３／５０４，４６９号の利益を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２３年５月２６日に出願された米国仮特許出願第６３／５０４，４６９号の利益を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
（技術分野）
本明細書に記載される実施形態は、動力工具(パワーツール)用のモータに関する。
本明細書に記載される実施形態は、動力工具(パワーツール)用のモータに関する。
【発明の概要】
【0003】
本明細書に記載される実施形態は、高速モータを含む動力工具(パワーツール)を提供する。
【0004】
本明細書に記載される動力工具は、ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、ハウジング内の電気モータと、コントローラと、ホール効果センサとを含む。電気モータは、少なくとも３５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷運転速度を有する。電気モータは、ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータとを含む。コントローラは、電気モータの動作速度を制御するように構成される。ホール効果センサは、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。
【0005】
幾つかの態様によれば、ホール効果センサの最大遷移時間は、４０マイクロ秒以下である。
【0006】
幾つかの態様では、ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する。
【0007】
幾つかの態様によれば、電気モータは、ベアリングを含み、ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む。
【0008】
幾つかの態様によれば、ステータ積層体は、０．２ミリメートルの厚さを有する。
【0009】
幾つかの態様によれば、電気モータは、少なくとも３７，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する。
【0010】
幾つかの態様によれば、動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む。
【0011】
本明細書に記載される動力工具は、ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、ハウジング内の電気モータと、コントローラと、ホール効果センサと、を含む。電気モータは、少なくとも４０，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する。電気モータは、ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータとを含む。コントローラは、電気モータの動作速度を制御するように構成される。ホール効果センサは、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間を遷移するように構成される。
【0012】
幾つかの態様において、ホール効果センサの遷移時間は、４０マイクロ秒以下である。
【0013】
幾つかの態様では、ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する。
【0014】
幾つかの態様において、電気モータは、ベアリングを含み、ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む。
【0015】
幾つかの態様において、ステータ積層体は、０．２ミリメートルの厚さを有する。
【0016】
幾つかの態様において、電気モータは、少なくとも４３，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する。
【0017】
幾つかの態様において、動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む。
【0018】
本明細書に記載される動力工具は、ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、ハウジング内の電気モータと、コントローラと、ホール効果センサとを含む。電気モータは、少なくとも４５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する。電気モータは、ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータとを含む。コントローラは、電気モータの動作速度を制御するように構成される。ホール効果センサは、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される。ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間を遷移するように構成される。
【0019】
幾つかの態様において、ホール効果センサの遷移時間は、４０マイクロ秒以下である。
【0020】
幾つかの態様では、ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する。
【0021】
幾つかの態様において、電気モータは、ベアリングを含み、ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む。
【0022】
幾つかの態様において、電気モータは、少なくとも５０，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する。
【0023】
幾つかの態様において、動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む。
【0024】
いずれかの実施形態が詳細に説明される前に、本実施形態は、適用において以下の説明に記載されるあるいは添付の図面に図示されるコンポーネントの構成および配置の詳細に限定されないことが理解されるべきである。実施形態は、実施されることができるかあるいは様々な方法で実行されることができる。また、本明細書で使用される表現法および用語は、説明の目的のためのものであり、限定的であるとみなされるべきでないことが理解されるべきである。「含む(including)」、「含む(comprising)」、または「有する(having)」、およびそれらの変形の使用は、その後に列挙される品目およびそれらの均等物ならびに追加の品目を含むことが意図されている。特に断りのない限りあるいは他の方法で限定されない限り、「取り付けられた(mounted)」、「接続された(connected)」、「支持された(supported)」および「結合された(coupled)」という用語、ならびにそれらの変形は、広義に使用されており、直接的および間接的な取付け、接続、支持、および結合の両方を包含する。
【0025】
それらの用法の文脈が明確に異なることを示さない限り、冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、「１つ」または「１つのみ」を意味するものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの冠詞は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味するものと解釈されるべきである。同様に、前記（「ｔｈｅ」または「ｓａｉｄ」）という用語は、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」によって以前に導入された名詞を指すために用いられるとき、「ｔｈｅ」および「ｓａｉｄ」は、用法が明確に異なることを示さない限り、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。
【0026】
加えて、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、および電子コンポーネントまたはモジュールを含むことがあり、それらは、説明の目的から、あたかもコンポーネントの大部分がハードウェアでのみ実装されたかのように図示および記載されることがあることが理解されるべきである。しかしながら、当業者は、この詳細な説明の読取りに基づいて、少なくとも１つの実施形態において、電子ベースの態様が、マイクロプロセッサおよび／または特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣｓ」）のような１つ以上の処理ユニットによって実行可能な（例えば、非一時的なコンピュータ読取可能媒体上に記憶される）ソフトウェアに実装されることがあることを認識するであろう。よって、複数のハードウェアおよびソフトウェアベースのデバイス、ならびに複数の異なる構造コンポーネントは、実施形態を実装するために利用されることがあることが留意されるべきである。例えば、本明細書に記載される「サーバ」、「コンピューティングデバイス」、「コントローラ」、「プロセッサ」などは、１つ以上の処理ユニット、１つ以上のコンピュータ可読媒体モジュール、１つ以上の入出力インターフェース、およびコンポーネントを接続する様々な接続（例えば、システムバス）を含むことができる。
【0027】
例えば、量または状態に関連して使用される「約(about)」、「約(approximately)」、「実質的(substantially)」などのような相対的な用語は、記述された値を含むものとして当業者によって理解され、文脈によって指示される意味を有する（例えば、用語は、少なくとも、特定の値などに関連する測定精度、公差［例えば、製造、組立、使用など］に関連する誤差の程度を含む）。そのような用語は、２つのエンドポイントの絶対値によって定義される範囲を開示するものとしても考慮されるべきである。例えば、「約２～約４」という表現は、「２～４」の範囲も開示する。相対的な用語は、指示される値の±百分率（例えば、１％、５％、１０％）を指すことがある。
【0028】
特定の図面は、特定のデバイス内に配置されたハードウェアおよびソフトウェアを図示するが、これらの図は、例示的な目的のためのものにすぎないことが理解されるべきである。１つのコンポーネントによって実行されるものとして本明細書に記載される機能性は、分散された方法で複数のコンポーネントによって実行されることがある。同様に、複数のコンポーネントによって実行される機能性は、単一のコンポーネントによって統合されて実行されることがある。幾つかの実施形態において、図示されるコンポーネントは、組み合わされることがあり、あるいは別々のソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアに分割されることがある。例えば、単一の電子プロセッサ内に配置されて単一の電子プロセッサによって実行されるのではなく、論理および処理が、複数の電子プロセッサ間で分散させることがある。それらがどのように組み合わされるかあるいは分割されるかにかかわらず、ハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントは、同じコンピューティングデバイス上に配置されることがあり、あるいは１以上のネットワークまたは他の適切な通信リンクによって接続された異なるコンピューティングデバイス間に分散されることがある。同様に、特定の機能性を実行するものとして記載されたコンポーネントは、本明細書に記載されていない追加の機能性を実行することもある。例えば、特定の方法で「構成された」デバイスまたは構造は、少なくともその方法で構成されるが、明示的に列挙されていない方法で構成されることもある。
【0029】
従って、請求項において、装置、方法、またはシステムが、例えば、コントローラ、制御ユニット、電子プロセッサ、コンピューティングデバイス、論理要素、モジュール、メモリモジュール、通信チャネルまたはネットワーク、または、例えば、複数の機能を実行するために特定の方法で構成された他の要素を含むとして特許請求されるならば、請求項または発明特定事項は、１つ以上の要素がセットとして複数の機能を集合的に実行するように、１つ以上の要素のいずれか１つが、例えば、列挙される複数の機能のいずれか１つ以上を実行するために、特許請求されるように構成されている場合には、そのような要素の１つ以上を意味するものとして解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】ブラシレスＤＣモータを組み込んだ動力工具を示す。
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【図5】モータの断面図を示す。
【0035】
【図6】モータの斜視図を示す。
【0036】
【0037】
【図8】モータのステータの斜視図である。
【0038】
【図9】強力なプルアップ抵抗器(pull-up resister)を有するホール効果センサ実装におけるホール効果センサ遷移(Hall effect sensor transitions)の立ち上がり時間(rising edge time)を示すグラフを示す。
【0039】
【図10】弱いプルアップ抵抗器を有するホール効果センサ実装におけるホール効果センサ遷移の立ち上がり時間を示すグラフを示す。
【0040】
【図11】動力工具のギアケースの斜視図を示す。
【0041】
【図12】動力工具のギアケースの斜視図を示す。
【0042】
【図13】動力工具のギアケース内の遊星ギアアセンブリの斜視図を示す。
【0043】
【図14】動力工具のギアケース内の遊星ギアアセンブリの斜視図を示す。
【0044】
【0045】
【0046】
【図17A】様々なステータ積層厚さを有する複数のモータ設計のための電流－トルク曲線を示す。
【図17B】様々なステータ積層厚さを有する複数のモータ設計のための出力電力－トルク曲線を示す。
【図17C】様々なステータ積層厚さを有する複数のモータ設計のための効率－トルク曲線を示す。
【0047】
【図18A】一定の負荷下の第１のモータ設計の２つの変形のためのステータ、ロータ、およびコイルについての熱曲線を示す。
【図18B】一定の負荷下の第１のモータ設計の２つの変形のためのステータ、ロータ、およびコイルについての熱曲線を示す。
【0048】
【図19A】一定の負荷下の第２のモータ設計の２つの変形のためのステータ、ロータ、およびコイルについての熱曲線を示す。
【図19B】一定の負荷下の第２のモータ設計の２つの変形のためのステータ、ロータ、およびコイルについての熱曲線を示す。
【0049】
【図20A】複数のモータ設計のためのピーク電力入力での電力出力および電力損失を示す。
【0050】
【図20B】複数のモータ設計についてのピーク電力損失を示す。
【0051】
【図21】様々なモータ設計の無負荷損失を示す。
【0052】
【図22A】１インチのオーガビットおよび２～９／１６インチの自動フィードドリルビットを有する動力工具で使用される複数のモータ設計についての適用速度およびＲＭＳ電流を示す。
【図22B】１インチのオーガビットおよび２～９／１６インチの自動フィードドリルビットを有する動力工具で使用される複数のモータ設計についての適用速度およびＲＭＳ電流を示す。
【図22C】１インチのオーガビットおよび２～９／１６インチの自動フィードドリルビットを有する動力工具で使用される複数のモータ設計についての適用速度およびＲＭＳ電流を示す。
【図22D】１インチのオーガビットおよび２～９／１６インチの自動フィードドリルビットを有する動力工具で使用される複数のモータ設計についての適用速度およびＲＭＳ電流を示す。
【0053】
【図23A】１インチオーガビットおよび様々なバッテリパックを有する動力工具で使用される複数のモータ設計のランタイムを示す。
【0054】
【図23B】２～９／１６インチの自動フィードドリルビットおよび様々なバッテリパックを有する動力工具で使用される複数のモータ設計のランタイムを示す。
【0055】
【図24A】変化する負荷下で２～９／１６インチの自動フィードドリルビットと共に使用され、バッテリパックによって動力供給される、複数のモータ設計の熱プロファイルを示す。
【図24B】変化する負荷下で２～９／１６インチの自動フィードドリルビットと共に使用され、バッテリパックによって動力供給される、複数のモータ設計の熱プロファイルを示す。
【図24C】変化する負荷下で２～９／１６インチの自動フィードドリルビットと共に使用され、バッテリパックによって動力供給される、複数のモータ設計の熱プロファイルを示す。
【0056】
【図25A】変化する負荷下で２～９／１６インチの自動フィードドリルビットと共に使用され、バッテリパックによって動力供給される、複数のモータ設計の熱プロファイルを示す。
【図25B】変化する負荷下で２～９／１６インチの自動フィードドリルビットと共に使用され、バッテリパックによって動力供給される、複数のモータ設計の熱プロファイルを示す。
【図25C】変化する負荷下で２～９／１６インチの自動フィードドリルビットと共に使用され、バッテリパックによって動力供給される、複数のモータ設計の熱プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【0057】
図１は、ブラシレス直流（ＤＣ）モータを組み込んだ動力工具１００(パワーツール)を示す。動力工具１００(power tool)のような、ブラシレスモータ電動工具(motor power tool)では、スイッチング素子は、ブラシレスモータを駆動するために電源（例えば、バッテリパック）からの電力を選択的に印加するようにコントローラからの制御信号によって選択的に有効にされ(enabled)かつ無効にされる(disabled)。動力工具１００は、ハンドル部分１０４とモータハウジング部分１０６とを備えるハウジング１０２を有するブラシレスハンマードリルである。動力工具１００は、出力ユニット１０７、トルク設定ダイヤル１０８、順逆セレクタ１１０(forward/reverse selector)、トリガ１１２、バッテリパックインターフェース１１４、およびライト１１６をさらに含む。図１は、ハンマードリルを示すが、幾つかの実施形態において、本明細書に記載されるモータは、ドリル／ドライバ、インパクトドライバ、インパクトレンチ、丸鋸、レシプロソー、ストリングトリマ、リーフブロワ、真空装置などを含む、他のタイプの動力工具に組み込まれる。
【0058】
図２は、動力工具１００のための制御システム２００を示す。制御システム２００は、コントローラ２０４を含む。コントローラ２０４は、動力工具１００の様々なモジュールまたはコンポーネント(構成要素)に電気的におよび／または通信的に接続される。例えば、図示のコントローラ２０４は、モータ２０８、バッテリパックインターフェース１１４、（ＯＮ－ＯＦＦスイッチまたはトリガ１１２に接続された）スイッチ２１６、１つ以上のセンサ２２４（例えば、電流センサ、電圧センサ、位置センサ［例えば、ホール効果センサ］、速度センサなど）、および温度センサ２２８、１つ以上のインジケータ２３２、１つ以上のユーザ入力モジュール２３６、電力入力モジュール２４０、および（インバータ２４８に接続された）ゲートコントローラ２４４に電気的に接続される。モータ２０８は、ロータ(回転子)、ステータ(固定子)、および長手軸を中心に回転するシャフトを含む。
【0059】
コントローラ２０４は、とりわけ、動力工具１００の動作を制御し、動力工具１００の動作を監視し、１つ以上のインジケータ２３２（例えば、ＬＥＤ、ライト１１６など）をアクティブ化(起動)させるように動作可能であるハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせを含む。ゲートコントローラ２４４は、モータ２０８の位相に電力供給するためにＤＣ電源を位相信号に変換するようにインバータ２４８を制御するように構成される。電流センサは、例えば、インバータ２４８とモータ２０８との間の電流を感知するように構成される。温度センサ２２８は、例えば、インバータ２４８および／またはモータ２０８の温度を感知するように構成される。
【0060】
コントローラ２０４は、コントローラ２０４および／または動力工具１００内のコンポーネントおよびモジュールに電力、動作制御、および保護を提供する、複数の電気コンポーネントおよび電子コンポーネントを含む。例えば、コントローラ２０４は、とりわけ、処理ユニット２５２（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、電子コントローラ、電子プロセッサ、または他の適切なプログラマブルデバイス）、メモリ２５６、入力ユニット２６０、および出力ユニット２６４を含む。処理ユニット２５２は、とりわけ、制御ユニット２６８、算術論理ユニット２７２（「ＡＬＵ」）、および（図２にレジスタのグループとして示される）複数のレジスタ２７６を含み、既知のコンピュータアーキテクチャ（例えば、修正ハーバードアーキテクチャ、フォン・ノイマンアーキテクチャなど）を使用して実装される。処理ユニット２５２、メモリ２５６、入力ユニット２６０、および出力ユニット２６４、ならびにコントローラ２０４に接続される様々なモジュールまたは回路は、１つ以上の制御バスおよび／またはデータバス（例えば、共通バス２８０）によって接続される。制御バスおよび／またはデータバスは、説明のために図２に一般的に示される。様々なモジュール、回路、およびコンポーネントの間の相互接続および通信のための１つ以上の制御バスおよび／またはデータバスの使用は、本明細書に記載される本発明に鑑みて当業者に知られている。
【0061】
メモリ２５６は、非一時的なコンピュータ読取可能媒体であり、例えば、プログラム記憶領域およびデータ記憶領域を含む。プログラム記憶領域およびデータ記憶領域は、ＲＯＭ、ＲＡＭ（例えば、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭなど）、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＤカード、または他の適切な磁気、光学、物理、または電子メモリデバイスのような、異なるタイプのメモリの組み合わせを含むことができる。処理ユニット２５２は、メモリ２５６に接続され、（例えば、実行中に）メモリ２５６のＲＡＭに、（例えば、概ね永久的なベースで）メモリ２５６のＲＯＭに、または別のメモリまたはディスクのような別の非一時的なコンピュータ読取可能媒体に記憶されることができるソフトウェア命令を実行する。動力工具１００の実装に含まれるソフトウェアは、コントローラ２０４のメモリ２５６に格納されることができる。ソフトウェアは、例えば、ファームウェア、１つ以上のアプリケーション、プログラムデータ、フィルタ、ルール、１つ以上のプログラムモジュール、および他の実行可能な命令を含む。コントローラ２０４は、メモリ２５６から検索し、とりわけ、本明細書に記載される制御プロセスおよび方法に関連する命令を実行するように構成される。他の構成において、コントローラ２０４は、追加のコンポーネント、より少ないコンポーネント、または異なるコンポーネントを含む。
【0062】
バッテリパックインターフェース１１４は、電動ツール１００をバッテリパックとインターフェースさせる（例えば、機械的、電気的、通信的に接続する）ように構成されかつ動作可能な機械的コンポーネント（例えば、レール、溝、ラッチなど）および電気的コンポーネント（例えば、１つ以上の端子）の組み合わせを含む。例えば、バッテリパックによって動力工具に提供される電力は、バッテリパックインターフェース１１４を通じて電力入力モジュール２４０に提供される。電力入力モジュール２４０は、電力がコントローラ２０４に供給される前に、バッテリパックから受け取った電力を調整または制御する能動コンポーネントおよび受動コンポーネントの組み合わせを含む。バッテリパックインターフェース１１４は、例えば、モータ２０８に電力を選択的に提供するためにＦＥＴをスイッチングすることによってスイッチングされるように、インバータ２４８にも電力を供給する。バッテリパックインターフェース１１４は、例えば、コントローラ２０４とバッテリパックとの間の通信ラインまたはリンクを提供する通信ライン２８４も含む。
【0063】
インジケータ２３２は、例えば、１つ以上の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を含む。インジケータ２３２は、動力工具１００の状態または動力工具１００に関連する情報を表示するように構成されることができる。例えば、インジケータ２３２は、動力工具１００の測定された電気的特性、デバイスの状態などを示すように構成される。１つ以上のユーザ入力モジュール２３６は、例えば、順方向動作モードまたは逆方向動作モード（例えば、トルク設定ダイヤル１０８）、（例えば、トルクおよび／または速度スイッチ、順方向／逆方向セレクタ１１０などを使用する）動力工具１００のためのトルクおよび／または速度設定などを選択するために、コントローラ２０４に動作可能に結合されてよい。幾つかの実施形態において、１つ以上のユーザ入力モジュール２３６は、１つ以上のノブ、１つ以上のダイヤル、１つ以上のスイッチ、１つ以上のボタンなどのような、ネイラーのための所望の動作レベルを達成するために必要とされるデジタルおよびアナログ入力デバイスまたは出力デバイスの組み合わせを含んでよい。幾つかの実施形態において、１つ以上のユーザ入力モジュール２３６は、動力工具１００の外部のデバイス（例えば、ユーザの携帯電話）から無線で信号を受信してよい。
【0064】
コントローラ２０４は、動力工具１００の故障状態が存在するかどうかを決定して、故障状態に関連する１つ以上の制御信号を生成するように構成されてよい。例えば、コントローラ２０４は、メモリ２５６内で動力工具１００の動作のための所定の動作閾値および限界値を計算してよく、あるいはメモリ２５６内にそれらを含んでよい。例えば、潜在的な熱故障（例えば、ＦＥＴ、モータ２０８などの熱故障）がコントローラ２０４によって検出または予測されるならば、熱故障の可能性が低下するまで、モータ２０８への電力を制限または中断することができる。幾つかの実施形態において、動力工具１００は、モータ２０８の失速状態を検出するように構成される。コントローラ２０４が動力工具１００の１つ以上のそのような故障状態を検出するか、あるいは動力工具１００の故障状態がもはや存在しないと決定するならば、コントローラ２０４は、情報および／または制御信号を動力工具１００の別のコンポーネント（例えば、バッテリパックインターフェース１１４、インジケータ２３２など）に提供するように構成されてよい。信号は、例えば、動力工具のヒューズをトリップ(tripまたは開放したり(open)、スイッチをリセットしたり(reset)などするように構成されることができる。
【0065】
温度センサ２２８は、動力工具（例えば、モータ、駆動シャフト、インバータなど）の様々な温度を測定する。センサ２２４は、例えば、動力工具１００の様々な他のパラメータを検出するための電圧センサ、電流センサ、速度センサ、位置センサ、運動センサ（例えば、加速度計、ジャイロスコープ、慣性測定ユニットなど）を含む。
【0066】
図３Ａ～図８は、モータ３００またはその様々な部分を示す。モータ３００は、動力工具１００内でモータ２０８として働くブラシレスモータである。上述のように、モータ３００は、ドリル／ドライバ、インパクトドライバ、および他のタイプの動力工具のような、他の動力工具と共に使用されてもよい。以下に詳細に説明するように、モータ３００は、短縮された軸方向長さ、封止された空隙、ギアケースへの改良された取付けの、および改良されたワイヤルーティングおよびサポートを含むことができる。
【0067】
図３Ａ～図６に示すように、モータ３００は、工具ハウジング内の他のコンポーネントのためのより小さな工具ハウジングおよび／または追加の空間を可能にする、軸方向長さの短縮を可能にすることができる構成(features)を含む。図３Ａ、図４Ａおよび図５は、モータ３００の切欠図を示し、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ｂおよび図６は、モータ３００の斜視図を示す。モータ３００は、ロータ３０２、前方ベアリング３０４、後方ベアリング３０６（ベアリング３０４、３０６と総称する）、モータ３００のステータ包絡線３１０(ステータエンベロープ)(stator envelope)内の位置センサボードアセンブリ３０８、およびロータシャフト３１６を含む。図５に示すように、ステータ包絡線３１０は、ロータ軸３１４の長さに沿ったステータコイル３１２の端間の空間である。ロータ３０２、ベアリング３０４、３０６、および位置センサボードアセンブリ３０８をステータ包絡線３１０内の凹所に置くことは、軸方向におけるよりコンパクトなモータ３００を可能にする。幾つかの実施態様において、ベアリング３０４、３０６は、セラミックハイブリッドベアリング（例えば、窒化ケイ素ボールおよびステンレス鋼レース）である。
【0068】
本明細書において、軸方向とは、モータ３００のロータシャフト３１６の長さに沿って（すなわち、中心軸に沿って）延びる方向を指す一方で、半径方向とは、ロータシャフト３１６の長さ（すなわち、中心軸）から半径方向に延びる方向を指す。ロータ３０２は、ステータ包絡線３１０内に完全に存在するように示されている。幾つかの実施形態では、ベアリング３０４、３０６および位置センサボードアセンブリ３０８も、ステータ包絡線３１０内に完全に存在する。幾つかの実施形態において、位置センサボードアセンブリ３０８は、ステータ包絡線３１０内に完全に存在するが、ベアリング３０４、３０６の一方または両方は、ステータ包絡線３１０の内側に部分的に存在し、ステータ包絡線３１０の外側に部分的に存在する。幾つかの実施形態において、ベアリング３０４、３０６は、ステータ包絡線３１０内に完全に存在するが、位置センサボードアセンブリ３０８は、ステータ包絡線３１０の内側および外側に部分的に存在する。幾つかの実施形態において、位置センサボードアセンブリ３０８および１つのベアリング（例えば、前方ベアリング３０４または後方ベアリング３０６のいずれか）は、ステータ包絡線３１０内に完全に存在する一方で、他のベアリング（例えば、前方ベアリング３０４または後方ベアリング３０６の他方）は、ステータ包絡線３１０の内側および外側に部分的に存在する。
【0069】
位置センサボードアセンブリ３０８は、モータ３００の回転位置、速度、および加速度のうちの１つ以上を検出する位置センサ（例えば、ホール効果センサ）を含む。位置センサボードアセンブリ３０８は、コントローラ２０４を有する工具(ツール)（図示せず）内の制御ＰＣＢに電気的に結合される。図４Ｂ、図５、および図６に示すように、位置センサボードアセンブリ３０８は、ロータシャフト３１６およびモータベアリングの一方（例えば、前方ベアリング３０４）の両方を受け入れる貫通穴を含む。位置センサボードアセンブリ３０８をステータ包絡線３１０内の凹所に置くことによって、ロータ磁石３１８は、位置センサとより近く接近させられ、それは、ロータ磁石３１８および／またはロータコア３０３を軸方向に延ばすことなく、ロータ位置の検出を向上させる。
【0070】
ロータ３０２は、一緒に積み重ねられたロータ積層体を有するロータコア、前方ロータエンドキャップ、および後方ロータエンドキャップを含むことがあり、ロータエンドキャップ間で軸方向に延びる幾つかの脚３２６を持つ。前方ロータエンドキャップは、脚３２６と一体的に形成される。後方ロータエンドキャップは、外周に沿って各脚３２６について１つの突起３３２を含む。各突起３３２は、前方ロータエンドキャップの対応する脚３２６の端(end)を受け入れる貫通穴３３４を含む。次に、脚３２６は、それらの対応する突起３３２とコールドステーキングされ、超音波溶接され、あるいは他の方法で接合されることがある。各ロータエンドキャップは、ベアリング３０４、３０６の一方が受け入れられるベアリング開口をさらに含む。ロータシャフト３１６、従って、ロータ３０２は、ロータエンドキャップ内に収容されるベアリング３０４、３０６によって支持される。ロータ３０２は、ロータコア３０３の前方端にある第１の面部分３２３、およびロータコア３０３の後方端にある第２の面部分３２５を追加的に含むことがある。第１の面部分３２３および第２の面部分３２５（面部分３２３、３２５と総称する）は、ロータエンクロージャ(ロータ囲い)(rotor enclosure)内に完全に存在する。面部分３２３、３２５は、ロータコア３０３の磁石受入孔内にロータ磁石３１８（図７Ａを参照）を保持する。幾つかの実施態様において、面部分３２３、３２５は、完全にステータ包絡線３１０内に完全に存在する。面部分３２３、３２５を面板と称することもある。
【0071】
モータ３００は、永久磁石３１８を持つ内側ロータ３０２、およびロータ３０２を駆動するように選択的に通電されるコイル巻線を持つ外側ステータ３３８を含む。図８を参照すると、外側ステータ３３８は、ステータ３３８の前方側にある第１のステータエンドキャップ３４２、およびステータ３３８の後方側にある第２のステータエンドキャップ３４４を有する、ステータフレーム３３９を含む。第１のステータエンドキャップ３４２および第２のステータエンドキャップ３４４は、単一部品（すなわち、ステータフレーム３３９）として一体的に形成されてよく、あるいは、代替的に、ステータフレーム３３９を一緒に形成する２つの別個の部品であってよい。ステータフレーム３３９は、射出成形プロセスによって、例えば、ステータ積層スタックを含むモールド(型)内に樹脂材料を注入することによって形成されてよい。従って、ステータフレーム３３９は、硬化樹脂で形成されたモノリシック構造であることがある。ステータ３３８は、ステータ積層体を含む。ステータ積層体およびステータフレーム３３９は、コイルが周囲に巻かれる歯３４６を含む。図８に示すように、ステータ歯３４６の各歯の間には、ステータ３３８の半径方向内端に、間隙３４８(ギャップ)がある。図７Ａ～図７Ｃに示すように、ロータエンクロージャの各脚３２６は、ステータ歯３４６の各歯の間の間隙３４８内に適合し、位置決めされる。従って、ステータ歯３４６の間の間隙３４８は、封止(シール)される。封止された間隙３４８は、汚染物(contaminants)および破片(debris)がロータ領域内に進むのを防止し、それは汚染物および破片がモータ３００の損傷を潜在的に引き起こしあるいはモータ３００の寿命を減少させることを防止する。脚３２６、ロータエンドキャップ、およびステータ歯３４６は、組み合わせにおいて、ロータ３０２を汚染物および破片から保護する封止されたロータ空間を提供する。加えて、幾つかの実施形態において、封止されたロータ空間は、ロータ回転のための乱流空間をより少なくして、モータ振動を減少させる。
【0072】
ステータフレーム３３９および関連するステータアセンブリは、ステータフレーム３３９の半径方向最内側端によって形成される内径３５２も含む（図７Ｂを参照）。ステータフレーム３３９の内径３５２未満の直径を有するチャネルが、ステータフレーム３３９内に画定される。幾つかの実施態様において、ステータ３３８は、４０ミリメートル（「ｍｍ」）から１５０ｍｍの外径を有する。幾つかの実施態様において、ステータ３３８は、５０ｍｍの外径を有する。
【0073】
幾つかの実施形態において、位置センサは、ホール効果センサである。そのような実施形態において、ホール効果センサは、位置センサを通過するロータ磁石に起因する磁場の変化を検出することに応答して、出力信号を生成し、低レベル出力信号（例えば、ＯＦＦ）と高レベル出力信号（例えば、ＯＮ）との間で遷移するように構成されてよい。ホール効果センサは、ホール効果センサの出力信号遷移の立ち上がり時間を短縮するために、抵抗低減プルアップ抵抗器（強いプルアップ抵抗器）で実装されてよい。その結果、モータ３００は、より高い速度で作動させられることができ（例えば、コントローラ２０４によって、より高い速度で作動するように制御されることができ）、コントローラ２０４は、位置センサからの信号をより迅速に（例えば、１ミリ秒［「ｍｓ」］未満）処理することができる。図９は、第１の時間期間に亘るホール効果センサ遷移を検出する強いプルアップ抵抗器を示す。図１０は、第２の時間期間に亘るホール効果センサ遷移を検出する弱いプルアップ抵抗器を示す。弱いプルアップ抵抗器（抵抗増加抵抗器）は、ホール効果センサ遷移の立ち上がり時間を延ばす。図９に示すように、強いプルアップ抵抗器を使用することによってホール効果センサ遷移の立ち上がり時間を短縮することによって、コントローラ２０４は、位置センサからの信号をより迅速に処理することができる。
【0074】
図１１～図１４に示すように、モータ３００は、ギアケース４００に接続される。ギアケース４００は、１つ、２つ、３つ、またはそれよりも多くのステージを含む、遊星ギアアセンブリ４０５を含んでよい。図示の実施形態において、遊星ギアアセンブリ４０５は、モータ３００の前方に位置付けられる。図示の実施形態において、ギアケース４００は、複数の遊星ギア４１０と噛み合わされる中央太陽ギア４０７を含む。図示されていないが、遊星ギア４１０はそれぞれ、ロータ３０２によって画定される軸を中心として回転するように構成されたギアキャリアのピンに取り付けられてよい。ロータ３０２は、太陽ギア４０７に接続され、太陽ギアを駆動するように構成される。（モータ３００のロータ３０２によって直接駆動されて）太陽ギア４０７が回転すると、遊星ギア４１０は、それらのそれぞれのピンを中心として回転する。幾つかの実施態様において、遊星ギア４１０は、太陽ギア４０７が回転するにつれて、太陽ギア４０７を周回する。そのような実施形態では、ギアキャリアに接続され、遊星ギア４１０によって駆動される、出力シャフトは、ロータ３０２によって駆動される太陽ギア４０７の結果として回転する。次に、出力シャフトは、動力工具１００の出力ユニット１０７（例えば、チャック）を駆動することがある。他の実施形態において、ギアキャリアは、静止しており、遊星ギア４１０は、結果として静止しており、太陽ギア４０７を周回しない。そのような実施態様において、ロータ３０２は、太陽ギア４０７を回転させ、それは、静止している遊星ギア４１０を回転させる。次に、遊星ギア４１０に接続された外輪ギアが回転して、トルクを出力シャフトおよび出力ユニット１０７に伝える。
【0075】
遊星ギアアセンブリ４０５を使用することによって、出力シャフトの速度およびトルクは、ギアアセンブリ４０５において使用されるギアのサイズおよび各ギアの歯の数に基づいて調整されることができる。従って、（モータ３００のロータシャフト３１６によって直接駆動されて）太陽ギア４０７が回転すると、ギアキャリアは、比較的より低速で回転し、このようにして、ギアケース４００は、ロータ３０２から出力ユニット１０７へトルク増加および速度減少を提供する。幾つかの実施態様では、１７．２２：１、２０．００：１、または２３．６：１のギア比が、高速モードのために使用される。幾つかの実施形態では、１７．２２：１および２５：１のギア比が使用される。幾つかの実施形態では、１５：１～２５：１の範囲内の任意のギア比が使用される。幾つかの実施態様において、ギアアセンブリ４０５は、様々な公差定格（例えば、環状ベアリングエンジニアリング委員会［ＡＢＥＣ］１、３または７）を有するセラミックハイブリッドベアリング（例えば、窒化シリコンボールおよびステンレス鋼レース）を含む。
【0076】
モータ３００の幾つかの実施形態は、以下のパラグラフで説明される。これらのモータの共通動作特性は、以下の通りである。各モータは、３００ＲＰＭ／ｍｓの速度スルーレート(speed slew rate)、２％／ｍｓのモータ電力スルーレート(motor power slew rate)、２００Ａのハードウェア過電流、２０度の位相進行角、５，０００の磁場弱化最小ＲＰＭ、１４５度の最大伝導角、１ｋＲＰＭ当たり１度の伝導角勾配、最大トルクで１２０度の最小伝導角、４０マイクロ秒（「μｓ」）（例えば、１μｓ～４０μｓ）のホール効果センサ最大遷移時間、および（例えば、１０ｋオームから低減された）１ｋオーム以下の抵抗値を有するモータに接続されたホール効果センサ用のプルアップ抵抗器を備えて構成される。これらの値は、所望の効果のために修正されることがある。例えば、速度スルーレートは２００ＲＰＭ／ｍｓ～４００ＲＰＭ／ｍｓの間で調整されることがあり、モータ電力スルーレートは１％／ｍｓ～３％／ｍｓの間で調整されることがあり、ハードウェア過電流は１００Ａ～３００Ａの間で調整されることがあり、位相進行角は１０度～３０度の間で調整されることがあり、磁場弱化最小ＲＰＭは４，０００ＲＰＭ～６，０００ＲＰＭの間で調整されることがあり、最大伝導角は１３０度～１８０度の間で調整されることがあり、伝導角勾配は１ｋＲＰＭ当たり０°～１ｋＲＰＭ当たり２°の間で調整されることがあり、最大トルクでの最小伝導角は１００度～１４０度の間で調整されることがあり、ホールセンサ最大遷移時間は２０μｓ～６０μｓの間で調整されることがあり、ホール効果センサ用のプルアップ抵抗器の抵抗値は１００オーム～２ｋオームの間で調整されることがあることが、想定される。
【0077】
第１の実施形態（３７ｋモータ設計）において、モータ３００は、少なくとも３５，０００毎分回転数（ＲＭＰ）（例えば、３７，０００ＲＰＭ）の無負荷速度を有し、ギアアセンブリは、１７．２２：１のギア比を使用する。この実施形態において、モータ３００は、各ステータ歯３４６上に１７．５ＡＷＧワイヤの１２巻きを含む巻線を含む。第２の実施形態（４３ｋモータ設計）において、モータ３００は、少なくとも４０，０００ＲＰＭ（例えば、４３，０００ＲＰＭ）の無負荷速度を有し、ギアアセンブリは、２０．００：１のギア比を使用する。この実施形態において、モータ３００は、ステータ歯３４６の各歯上に１７ＡＷＧワイヤの１０巻きを含む巻線を含む。第３の実施形態（５０ｋモータ設計）において、モータ３００は、少なくとも４５，０００ＲＰＭ（例えば、５０，０００ＲＰＭ）の無負荷速度を有し、ギアアセンブリは、２３．６０：１のギア比を使用する。この実施形態において、モータ３００は、各ステータ歯３４６上に１６．５ＡＷＧワイヤの８巻きを含む巻線を含む。第１、第２、および第３の実施形態は、ネオジム磁石（例えば、Ｎ４２Ｍ磁石）をロータ磁石３１８として使用することがあり、各実施形態におけるステータ３３８の巻線は、磁場の均一な分布を作り出し、トルクリップルを低減するために、漸進的分布で巻き付けられることがある。
【0078】
モータ３００のこれらの実施形態（「修正モータ設計」）の各々は、１３．６０：１のギア比を使用するストックギアアセンブリ、ストックベアリング、漸進分布パターンにおけるステータ歯当たり０．９ｍｍ配線の１８巻きを含むストックモータ、およびＮ４２Ｍネオジムロータ磁石を含む、制御モータに対して試験された。モータ３００の３つの実施形態の性能結果は、以下に記載される。
【0079】
図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃは、３７ｋモータ設計、４３ｋモータ設計、５０ｋモータ設計、および修正されていない制御モータ設計の性能曲線を示しており、全ての設計は、磁場弱化が有効にされている。図示の各曲線は、モータ３００に電力供給するために１８Ｖの公称電圧を有するバッテリパックを使用して作成された。以下にさらに詳細に記載されるように、３７ｋ、４３ｋ、および５０ｋモータ設計は、修正されていない制御モータ設計である限り、一定の負荷で作動することができなかった。従って、３７ｋ、４３ｋ、および５０ｋ設計の性能曲線１５０４、１５０６、および１５０８は、修正されていない制御モータ設計の性能曲線よりも短く進む。
【0080】
図１５Ａは、３７ｋ、４３ｋ、および５０ｋモータ設計のための電流－トルク曲線を示す。各曲線は、モータ３００に電力供給するために１８Ｖの公称電圧を有するバッテリパックを使用して作成された。モータ設計のトルク出力は、一般に、速度の増加と共に減少する。モータ設計は、例えば、１インチオーガビットを有する動力工具１００において高速および低トルクで有利に使用されることがあり、２－９／１６インチ自動供給ドリルビットを使用するときには高トルクおよび低速で使用されることがある。
【0081】
３７ｋモータ設計の性能曲線１５０４は、類似のトルクで（性能曲線１５０２として示される）修正されていない制御モータ設計よりも高い速度を一貫して達成する。しかしながら、４３ｋモータ設計の性能曲線１５０６および５０ｋモータ設計の馬力曲線１５０８は、比較的低いトルクおよび比較的高いトルクで修正されていない制御モータ設計よりも高い速度対トルク比を達成し、これらの設計は、２５～４０インチポンドのトルク範囲内で修正されていない制御モータ設計よりも低い速度を有した。３７ｋ、４３ｋ、および５０ｋモータ設計の電流－トルク曲線１５０４Ａ、１５０６Ａ、１５０８Ａは、修正されたモータ設計が、修正されていない制御モータ設計の電流－トルク曲線１５０２Ａと比較されるときに、全てのトルクでより高い電流を引くことをそれぞれ示す。
【0082】
図１５Ｂは、それぞれ、３７ｋ、４３ｋ、および５０ｋモータ設計の出力電力－トルク曲線１５０４Ｂ、１５０６Ｂ、１５０８Ｂを示す。３７ｋモータ設計の出力電力－トルク曲線１５０４Ｂは、類似のトルクで、（出力電力－トルク曲線１５０２Ｂとして示される）修正されていない制御モータ設計よりも高い出力電力を一貫して達成し、ピーク出力電力の６．４％増加を達成した。しかしながら、４３ｋモータ設計の出力電力－トルク曲線１５０６Ｂ、および５０ｋモータ設計の出力電力－トルク曲線１５０８Ｂは、比較的より高いトルクで、修正されていない制御モータ設計よりも高い出力電力－トルク比を達成する。具体的には、４３ｋおよび５０ｋモータ設計は、２０～４０インチポンドのトルク範囲内で、修正されていない制御モータ設計よりも低い出力を有した。
【0083】
図１５Ｃは、３７ｋ、４３ｋ、および５０ｋモータ設計の効率－トルク曲線１５０４Ｃ、１５０６Ｃ、１５０８Ｃをそれぞれ示す。修正されたモータ設計の効率－トルク曲線１５０４Ｃ、１５０６Ｃ、１５０８Ｃは、修正されたモータ設計が、全てのトルクに亘って、（出力電力－トルク曲線１５０２Ｃとして示される）修正されていないモータ制御設計よりも低い効率を一貫して有することを示す。しかしながら、修正されていない制御モータ設計と修正されたモータ設計との間の効率におけるギャップは、より高いトルクで狭い。３７ｋモータ設計は、修正されていないモータ制御設計と比較して、ピーク効率における約１１％の低下を見た。
【0084】
図１６Ａ、図１６Ｂ、および図１６Ｃは、３７ｋモータ設計、４３ｋモータ設計、５０ｋモータ設計、および修正されていない制御モータ設計についての性能曲線を示し、全ての設計は、無効にされた磁場弱化を有する。各曲線は、モータ３００に電力供給するために１８Ｖの公称電圧を有するバッテリパックを使用して作成された。
【0085】
図１６Ａは、３７ｋおよび４３ｋモータ設計のための電流－トルク曲線を示す。モータ３００のトルク出力は、一般に、速度が、修正されていない制御モータ設計、３７ｋモータ設計、および４３ｋモータ設計にそれぞれ対応する性能曲線１６０２、１６０４、および１６０６の各々について低下するにつれて、直線的に増加する。３７ｋおよび４３ｋモータ設計の性能曲線１６０４および１６０６は、類似のトルクで、修正されていない制御モータ設計よりも高い速度を一貫して達成する。３７ｋおよび４３ｋモータ設計の電流－トルク曲線１６０４Ａおよび１６０６Ａは、それぞれ、修正されたモータ設計が、修正されていない制御モータ設計の電流－トルク曲線１６０２Ａと比較されるときに、全てのトルクでより高い電流を引くことを示す。
【0086】
図１６Ｂは、修正されていない制御モータ設計、３７ｋモータ設計、および４３ｋモータ設計の電流－トルク曲線１６０２Ｂ、１６０４Ｂ、および１６０６Ｂをそれぞれ示す。３７ｋおよび４３ｋモータ設計の出力電力－トルク曲線１６０４Ｂおよび１６０６Ｂは、類似のトルクで、修正されていない制御モータ設計よりも高い出力電力を一貫して達成する。３７ｋモータ設計は、修正されていない制御モータ設計と比較して、ピーク電力の約１０％増加を達成する。
【0087】
図１６Ｃは、修正されていない制御モータ設計、３７ｋモータ設計、および４３ｋモータ設計の効率－トルク曲線１６０２Ｃ、１６０４Ｃ、および１６０６Ｃをそれぞれ示す。修正されたモータ設計の効率－トルク曲線１６０４Ｃおよび１６０６Ｃは、修正されたモータ設計が、全てのトルクに亘って修正されていないモータ制御設計よりも低い効率を有することを示す。しかしながら、修正されていない制御モータ設計と修正されたモータ設計との間の効率におけるギャップは、より高いトルクで狭い。具体的には、効率－トルク曲線１６０４Ｃ（３７ｋモータ設計）および１６０２Ｃ（修正されていない制御モータ設計）は、約９０インチポンドのトルクで等しい。３７ｋモータ設計は、修正されていない制御モータ設計と比較してピーク効率における約７．９％減少を見るにすぎない。
【0088】
図１７Ａ、図１７Ｂ、および図１７Ｃは、他の点では修正されていない制御モータ設計および３７ｋモータ設計についての性能曲線を示し、両者とも０．３５ｍｍまたは０．２ｍｍのステータ積層厚を使用する。各曲線は、モータ３００に電力供給するために１８Ｖの公称電圧を有するバッテリパックを使用して作成された。性能曲線１７０２および１７０３は、０．３５ｍｍおよび０．２ｍｍの積層厚をそれぞれ使用する他の点では修正されていない制御モータ設計の性能を示し、性能曲線１７０４および１７０６は、０．３５ｍｍおよび０．２ｍｍの積層厚をそれぞれ使用する３７ｋモータ設計の性能を示す。
【0089】
図１７Ａは、０．３５ｍｍおよび０．２ｍｍの積層厚を使用する３７ｋモータ設計の電流－トルク曲線を示す。モータ３００のトルク出力は、一般に、修正されていない制御モータ設計にそれぞれ対応する性能曲線１７０２および１７０３の各々についてならびに３７ｋモータ設計に対応する馬力曲線１７０４および１７０６の各々について、速度が低下するにつれて増加する。３７ｋモータ設計の電流－トルク曲線１７０４Ａおよび１７０６Ａは、それぞれ、修正されたモータ設計が、修正されていない制御モータ設計の電流－トルク曲線１７０２Ａおよび１７０３Ａと比較されるときに、積層厚に関係なく、全てのトルクでより高い電流を引くことを示す。
【0090】
図１７Ｂは、他の点では修正されていない制御モータ設計の電流－トルク曲線１７０２Ｂおよび１７０３Ｂならびに３７ｋ設計の電流－トルク曲線１７０４Ｂおよび１７０６Ｂをそれぞれ示す。３７ｋモータ設計の出力電力－トルク曲線１７０４Ｂおよび１７０６Ｂは、類似のトルクで（出力電力－トルク曲線１７０２Ｂおよび１７０３Ｂとして示される）修正されていない制御モータ設計よりも高い出力電力を一貫して達成する。
【0091】
図１７Ｃは、修正されていない制御モータ設計の効率－トルク曲線１７０２Ｃおよび１７０３Ｃならびに３７ｋモータ設計の効率－トルク曲線１７０４Ｃおよび１７０６Ｃをそれぞれ示す。３７ｋモータ設計の効率－トルク曲線１７０４Ｃおよび１７０６Ｃは、３７ｋモータ設計が、積層厚に関係なく、全てのトルクに亘って修正されていないモータ制御設計よりも低い効率を一貫して有することを示す。しかしながら、修正されていない制御モータ設計と修正されたモータ設計との間の効率におけるギャップは、より高いトルクでは狭い。具体的には、効率－トルク曲線１７０４Ｃ（３７ｋモータ設計）および１７０３Ｃ（修正されていない制御モータ設計）は、約１００インチポンドのトルクで交差する。
【0092】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、一定の７０インチポンド負荷の下での、他の点で修正されていない制御モータ設計の２つの変形について、ステータ３３８、ロータ３０２、およびコイル３１２についての熱曲線を示す。図１８Ａの熱曲線は、０．３５ｍｍの厚さを有するステータ積層体を使用する、他の点では修正されていない制御モータ設計の熱的性能を表す一方で、図１８Ｂの熱曲線は、０．２ｍｍの厚さを有するステータ積層体を使用する、他の点では修正されていない制御モータ設計の熱的性能を表す。両方のセットの熱曲線は、モータ３００の両方の変動が約２分停止することを示す。具体的には、約１２０秒前後で、ステータ３３８のコイル１、コイル２、およびコイル３についてのコイル温度曲線１８０２Ａ、１８０４Ａ、および１８０６Ａは、徐々に衰え、モータ３００が停止したことを示す。同様に、ステータ３３８のコイル１、コイル２、およびコイル３についての１８０２Ｂ、１８０４Ｂ、および１８０６Ｂは、約１３５秒前後で徐々に衰える。図１８Ａおよび１８Ｂの両方において、ステータ温度曲線１８０８Ａおよび１８０８Ｂならびにロータ温度曲線１８１０Ａおよび１８１０Ｂは、ステータ３３８のコイル３１２が冷えるにつれて加熱し続ける。しかしながら、モータ３００の０．２ｍｍ積層体変動のステータ温度曲線１８０８Ｂおよびロータ温度曲線１８１０Ｂは、モータ３００の０．３５ｍｍ積層体変動のステータ温度曲線１８０８Ａおよびロータ温度曲線１８１０Ａよりも７℃高く上昇する。
【0093】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、一定の７０インチポンドの負荷下での３７ｋモータ設計の２つの変形のためのステータ３３８、ロータ３０２、およびコイル３１２についての熱曲線を示す。図１９Ａの熱曲線は、０．３５ｍｍの厚さを有するステータ積層体を使用する３７ｋモータ設計の熱的性能を表す一方で、図１８Ｂの熱的曲線は、０．２ｍｍの厚さを有するステータ積層体を使用する３７ｋモータ設計の熱的性能を表す。両方のセットの熱曲線は、モータ３００の両方の変動が２分前後停止することを示す。具体的には、約１２０秒前後で、ステータ３３８のコイル１、コイル２、およびコイル３についてのコイル温度曲線１９０２Ａ、１９０４Ａ、および１９０６Ａは、徐々に衰えて、モータ３００が停止したことを示す。同様に、ステータ３３８のコイル１、コイル２、およびコイル３についての１９０２Ｂ、１９０４Ｂ、および１９０６Ｂも、１２０秒前後で徐々に衰える。図１９Ａおよび図１９Ｂの両方において、ステータ温度曲線１９０８Ａおよび１９０８Ｂならびにロータ温度曲線１９１０Ａおよび１９１０Ｂは、コイル３１２が冷えるにつれて加熱し続ける。しかしながら、モータ３００の０．２ｍｍ積層体変動のステータ温度曲線１９０８Ｂおよびロータ温度曲線１９１０Ｂは、モータ３００の０．３５ｍｍ積層体変動のステータ温度曲線１９０８Ａおよびロータ温度曲線１９１０Ａよりも１９℃低いままであった。３７ｋモータ設計も、図１８Ａおよび図１８Ｂの修正されていない制御モータ設計よりもかなり低い温度を示した。
【0094】
図２０Ａは、修正されていない制御モータ設計、ならびに３７ｋ、４３Ｋ、および５０ｋモータ設計のためのピーク電力入力での電力出力および電力損失を棒グラフとして示す。図２０Ａを参照すると、各モータ設計のための電力入力は、電力損失部分２００１Ａ、２００１Ｂ、２００１Ｃ、および２００１Ｄをそれらの対応する電力出力部分２００３Ａ、２００３Ｂ、２００３Ｃ、および２００３Ｄに加えることによって決定されることができる。修正されていない制御モータ設計の入力電力は、ほぼ１５００Ｗであり、３７ｋモータ設計の入力電力は、ほぼ１５７０Ｗであり、４３ｋモータ設計の入力電力は、ほぼ１６００Ｗであり、５０ｋモータ設計の入力電力は、ほぼ１６３０Ｗである。棒グラフは、一般に、モータ設計の無負荷ＲＰＭが高ければ高いほど、そのモータ設計に必要な電力入力がより高いことを示す。しかしながら、モータ設計の無負荷速度が高ければ高いほど、電力損失はより低く、電力要求は、より一定である。
【0095】
図２０Ｂは、修正されていない制御モータ設計ならびに３７ｋ、４３Ｋ、および５０ｋモータ設計についてのピーク電力損失を棒グラフとして示す。修正されていない制御モータ設計、３７ｋモータ設計、４３ｋモータ設計、および５０ｋモータ設計のベアリング損失（例えば、ベアリング３０４、３０６における摩擦および熱に起因する）２００２Ａ、２００２Ｂ、２００２Ｃ、および２００２Ｄ、鉄損失（例えば、ステータ３３８の積層体におけるヒステリシス、渦電流などに起因する）２００４Ａ、２００４Ｂ、２００４Ｃ、および２００４Ｄは、それぞれ、モータ設計の無負荷速度が増加するにつれて増加する。同様に、３７ｋモータ設計、４３ｋモータ設計、および５０ｋモータ設計のファン損失（例えば、ファン上の空気ドラグに起因する）２００８Ｂ、２００８Ｃ、および２００８Ｄは、それぞれ、モータ設計の速度が増加するにつれて増加する。ファン損失は、修正されていない制御モータ設計では無視できた。しかしながら、モータ設計の抵抗損失（例えば、電気抵抗に起因する）２００６Ａ、２００６Ｂ、２００６Ｃおよび２００６Ｄは、それぞれのモータ設計の速度が増加するにつれて減少する。
【0096】
図２１は、修正されていない制御装置、３７ｋ、４３Ｋ、および５０ｋモータ設計についての無負荷損失を棒グラフとして示す。修正されていない制御モータ設計、３７ｋモータ設計、４３Ｋモータ設計、および５０ｋモータ設計のベアリング損失２１０２Ａ、２１０２Ｂ、２１０２Ｃ、および２１０２Ｄ、鉄損失２１０４Ａ、２１０４Ｂ、２１０４Ｃ、および２１０４Ｄ、抵抗損失２１０６Ａ、２１０６Ｂ、２１０６Ｃ、および２１０６Ｄ、ならびにファン損失２１０８Ａ、２１０８Ｂ、２１０８Ｃ、および２１０８Ｄは、それぞれ、モータ設計の無負荷速度が増加するにつれて増加する。
【0097】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、１インチのオーガビットで２×４スプルース－マツ－モミ(spruce-pine-fir)（ＳＰＦ）ワークピースを貫通して穿孔するために１８Ｖバッテリパックによって電力供給されるときの、修正されていない制御装置、３７ｋおよび４３Ｋモータ設計のための適用速度およびＲＭＳ電流を示す。図２２Ｃおよび２２Ｄは、２～９／１６インチの自己供給ドリルビットで２×４ＳＰＦワークピースを貫通して穿孔するために１８Ｖバッテリパックによって電力供給されるときの、修正されていない制御装置、３７ｋ、４３Ｋおよび５０ｋモータ設計のための適用速度およびＲＭＳ電流を示す。
【0098】
図２２Ａを参照すると、３７ｋおよび４３ｋモータ設計の適用速度は、両方とも、修正されていない制御モータ設計の適用時間よりも約１３％速い。具体的には、修正されていない制御モータ設計は、１．２４秒の適用時間を有した一方で、３７ｋおよび４３ｋモータ設計の適用時間は、それぞれ、１．０８秒および１．０９秒であった。図２２Ｂを参照すると、（１インチのオーガビットで２×４ＳＰＦワークピースを貫通して穿孔するために１８Ｖバッテリパックによって電力供給される動力工具１００で使用されるときの）３７ｋモータ設計のＲＭＳ電流は、同じタスクを実行する間に、修正されていない制御モータ設計のＲＭＳ電流よりも４７％高く、４３ｋモータ設計のＲＭＳ電流は、同じタスクを実行する間に、修正されていない制御モータ設計よりも６７％高かった。具体的には、修正されていない制御モータ設計のＲＭＳ電流は、３６Ａであった一方で、３７ｋおよび４３ｋモータ設計のＲＭＳ電流は、それぞれ、５３Ａおよび６０Ａであった。
【0099】
図２２（Ｃ）を参照すると、３７ｋモータ設計の適用速度は、修正されていない制御モータ設計の適用時間よりも約１４％速かった。具体的には、修正されていない制御モータ設計は、２．１５秒の適用時間を有した一方で、３７ｋモータ設計の適用時間は、１．８４秒であった。しかしながら、４３ｋおよび５０ｋモータ設計の適用速度は、修正されていない制御モータ設計の適用速度よりも僅かに遅かった。具体的には、４３ｋモータの設計は、２．２８秒の適用速度で６％より遅く、５０ｋモータ設計は、２．６４秒の適用速度で２３％より遅かった。図２２Ｄを参照すると、（２～９／１６インチの自己供給ドリルビットで２×４ＳＰＦワークピースを貫通して穿孔するために１８Ｖバッテリパックによって電力供給される動力工具１００で使用されるときの）３７ｋモータ設計のＲＭＳ電流は、同じタスクを実行する間に、修正されていない制御モータ設計のＲＭＳ電流よりも２５％高かった。同じタスクのための４３ｋモータ設計のＲＭＳ電流は、修正されていない制御モータ設計より３５％高く、５０ｋモータ設計のＲＭＳ電流は、４４％より高かった。具体的には、修正されていない制御モータ設計のＲＭＳ電流は、７７Ａであった一方で、３７ｋ、４３ｋ、および５０ｋモータ設計のＲＭＳ電流は、それぞれ、９６Ａ、１０４Ａ、および１１１Ａであった。
【0100】
図２３Ａは、２×４インチのＳＰＦワークピース上で２．０Ａｈおよび５．０Ａｈ定格のバッテリパックをおよび１インチのオーガビット有する１８Ｖを有する動力工具１００で使用される、修正されていない制御装置、３７ｋおよび４３ｋモータ設計のランタイム(実行時間)(run time)を示す。各モータ設計は、バッテリパック限界の故に停止するまで実行された。ほとんどの場合において、試験は、より速いモータ速度が、一般に、バッテリの熱耐久性の低下をもたらすが、モータの熱耐久性の改良をもたらすことを見出した。具体的には、修正されていない制御モータ設計の２．０Ａｈランタイム２３０２Ａおよび５．０Ａｈランタイム２３０３Ａは、３７ｋモータ設計の２．０Ａｈランタイム２３０４Ａおよび５．０Ａｈランタイム２３０５Ａよりも長く、それは比較的短い時間でそのバッテリ限界（例えば、最大閾値を超える電流または温度）に到達した。同様に、４３ｋモータ設計の２．０Ａｈランタイム２３０６Ａおよび５．０Ａｈランタイム２３０７Ａは、同様の理由により、修正されていない制御モータ設計のランタイムよりも短い。
【0101】
図２３Ｂは、２×４インチのＳＰＦワークピース上で２．０Ａｈ、５．０Ａｈ、および６．０Ａｈ定格を有する１８Ｖバッテリパックを有し、２～９／１６インチの自己供給ドリルビットを有する、動力工具１００で使用される、修正されていない制御装置、３７ｋモータ設計、および４３ｋのモータ設計のランタイムを示す。バー２３０１Ｂ、２３０２Ｂ、および２３０３Ｂは、それぞれ、修正されていない制御モータ設計に関連し、バー２３０４Ｂおよび２３０５Ｂは、３７ｋモータ設計に関連し、バー２３０６Ｂおよび２３０７Ｂは、４３ｋモータ設計に関連する。バー２３０１Ｂ、２３０２Ｂ、２３０３Ｂ、２３０４Ｂ、２３０５Ｂ、２３０６Ｂ、および２３０７Ｂの各々は、他の理由で停止する６．０Ａｈバッテリによって電力供給される修正されていない制御モータ設計および３７ｋモータ設計を表すバー２３０３Ｂおよび２３０５Ｂの場合を除き、バッテリ限界の故に停止するまで運転されるモータ設計を表す。バー２３０３Ｂおよび２３０５Ｂを考慮から除くと、モータ設計の各々は、それらの最高速度が増加するにつれて比較的より短い時間期間で走行した。この観察の例外は、バー２３０６Ｂと比較されるときのバー２３０４Ｂの場合である。
【0102】
図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４Ｃは、１８Ｖ ５．０Ａｈバッテリパックによって電力供給されかつ自己供給ドリルビットを使用する動力工具１００における修正されていない制御装置、３７ｋモータ設計、および４３Ｋモータ設計の熱プロファイルを示す。図示のプロファイルの各々において、モータ設計は、バッテリが最大温度閾値を超えるその温度の故に故障するまで試験された。各プロファイルは、同じファンおよび通気構成(venting)を使用した。
【0103】
曲線２４０２Ａ、２４０２Ｂ、および２４０２Ｃは、２×４インチのＳＰＦワークピースに適用されたときに、修正されていない制御装置、３７ｋモータ設計．および４３ｋモータ設計によってそれぞれ引き出された電流に起因する電流増加を示す。曲線２４０６Ａ、２４０８Ａ、２４１０Ａ、２４０６Ｂ、２４０８Ｂ、２４１０Ｂ、２４０６Ｃ、２４０８Ｃ、および２４１０Ｃは、ステータ３３８のコイル３１２の温度を示す一方で、曲線２４０４Ａ、２４０４Ｂ、および２４０４Ｃは、ステータ３３８自体の温度を示す。
【0104】
３７ｋおよび４３ｋモータ設計のコイル３１２は、修正されていない制御モータ設計のコイル３１２よりも長く、より低温で動作した。具体的には、（３７ｋおよび４３ｋモータ設計に対応する）曲線２４０６Ｂ、２４０８Ｂ、２４１０Ｂ、２４０６Ｃ、２４０８Ｃ、および２４１０Ｃは、全て、平均して、２０穴マーク付近（各プロファイルにおいて１００秒マーク付近）の修正されていない制御モータ設計の曲線２４０６Ａ、２４０８Ａ、および２４１０Ａよりも５０～６０℃前後冷たい。これは、モータ設計の速度を増加させることが、単にバッテリ熱の増加という犠牲を払うだけで、モータ３００の熱容量を拡張することを示す。
【0105】
図２５Ａ、図２５Ｂ、および図２５Ｃは、１８Ｖ ６．０Ａｈバッテリパックによって電力供給されかつ自己供給ドリルビットを使用する動力工具１００における修正されていない制御装置、３７ｋモータ設計、および４３Ｋモータ設計のための熱プロファイルを示す。修正されていない制御装置は、モータ３００がその温度限界に達するまで実行され、３７ｋモータ設計は、バッテリパックが最大温度閾値を超えるその温度の故に故障するまで実行される一方で、４３ｋモータ設計は、停止がさらなるデータ収集を妨げるまで実行された。各プロファイルは、同じファンおよび通気構成を使用した。
【0106】
曲線２５０２Ａ、２５０２Ｂ、および２５０２Ｃは、２×４インチのＳＰＦワークピースに適用されるときに、修正されていない制御装置、３７ｋモータ設計、および４３ｋモータ設計によってそれぞれ引き出された電流の増加に起因する電流の増加を示す。曲線２５０６Ａ、２５０８Ａ、２５１０Ａ、２５０６Ｂ、２５０８Ｂ、２５１０Ｂ、２５０６Ｃ、および２５１０Ｃは、ステータ３３８のコイル３１２の温度を示す一方で、曲線２５０４Ａ、２５０４Ｂ、および２５０４Ｃは、ステータ３３８自体の温度を示す。
【0107】
３７ｋおよび４３ｋモータ設計のコイル３１２は、修正されていない制御モータ設計のコイル３１２よりも長く、より低温で動作した。具体的には、（３７ｋおよび４３ｋモータ設計に対応する）曲線２５０６Ｂ、２５０８Ｂ、２５１０Ｂ、２５０６Ｃ、および２５１０Ｃは、全て、平均して、各プロファイルにおいて１５０秒マーク付近の修正されていない制御モータ設計の曲線２５０６Ａ、２５０８Ａ、および２５１０Ａよりも４０～５０℃前記低温である。これは、モータ設計においてトレードオフがあることを示す。具体的には、これは、モータ設計の速度を増加させることが、バッテリ熱に伴う問題の増加という犠牲を払って、モータ３００の熱容量を拡張することを示す。
【0108】
（代表的な構成）
代表的な構成は、以下の条項に示されており、それらは、単独で存在するか、あるいは、本明細書の本文および／または図面に開示されている１つ以上の構成と任意の組み合わせにおいて組み合わされてよい。
代表的な構成は、以下の条項に示されており、それらは、単独で存在するか、あるいは、本明細書の本文および／または図面に開示されている１つ以上の構成と任意の組み合わせにおいて組み合わされてよい。
【0109】
条項１。ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、少なくとも３５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、ハウジング内の電気モータであって、ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、含む、電気モータと、電気モータの動作速度を制御するように構成されるコントローラと、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、動力工具。
【0110】
条項２。ホール効果センサの遷移時間は、４０マイクロ秒以下である、条項１に記載の動力工具。
【0111】
条項３。ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する、条項１または２に記載の動力工具。
【0112】
条項４。電気モータは、ベアリングを含み、ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む、条項１～３のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0113】
条項５。ステータ積層体は、０．２ミリメートルの厚さを有する、条項４に記載の動力工具。
【0114】
条項６。電気モータは、少なくとも３７，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する、条項１～５のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0115】
条項７。当該動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む、条項１～６のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0116】
条項８。ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、少なくとも４０，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、ハウジング内の電気モータであって、ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、を含む、電気モータと、電気モータに接続され、モータの動作速度を制御するように構成される、コントローラと、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間を遷移するように構成される、動力工具。
【0117】
条項９。ホール効果センサの遷移時間は、４０マイクロ秒以下である、条項８に記載の動力工具。
【0118】
条項１０。ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する、条項８または９に記載の動力工具。
【0119】
条項１１。電気モータは、ベアリングを含み、ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む、条項８～１０のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0120】
条項１２。ステータ積層体は、０．２ミリメートルの厚さを有する、条項１１に記載の動力工具。
【0121】
条項１３。電気モータは、少なくとも４３，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する、条項８～１２のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0122】
条項１４。当該動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む、条項８～１３のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0123】
条項１５。ハウジングと、バッテリパックを受けるように構成されるバッテリパックインターフェースと、少なくとも４５，０００毎分回転数（ＲＰＭ）の無負荷動作速度を有する、ハウジング内の電気モータであって、ステータ歯を有するステータコアと、ステータ積層体とを含む、ステータと、ロータシャフトと、ロータ磁石とを含む、ロータと、を含む、電気モータと、電気モータに接続され、モータの動作速度を制御するように構成される、コントローラと、コントローラに接続され、ロータ磁石を感知することに応答して低レベル出力信号と高レベル出力信号との間で遷移するように構成される、ホール効果センサと、を含み、ホール効果センサは、１ミリ秒未満の最大遷移時間で低レベル出力信号と高レベル出力信号との間を遷移するように構成される、動力工具。
【0124】
条項１６。ホール効果センサの遷移時間は、４０マイクロ秒以下である、条項１５に記載の動力工具。
【0125】
条項１７。ホール効果センサのためのプルアップ抵抗器が、１ｋΩ以下の抵抗を有する、条項１５または１６に記載の動力工具。
【0126】
条項１８。電気モータは、ベアリングを含み、ベアリングは、窒化ケイ素ボールと、ステンレス鋼レースとを含む、条項１５～１７のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0127】
条項１９。電気モータは、少なくとも５０，０００ＲＰＭの無負荷動作速度を有する、条項１５～１８のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0128】
条項２０。当該動力工具は、１５：１～２５：１の範囲内のギア比を有する遊星ギアアセンブリを含む、条項１５～１９のうちのいずれか１項に記載の動力工具。
【0129】
よって、本明細書に記載される実施形態は、とりわけ、高速モータを含む動力工具を提供する。様々な構成および利点は、以下の特許請求の範囲に記載される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図22C】
【図22D】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【外国語明細書】