JP2008183689A

JP2008183689A - 電動工具

Info

Publication number: JP2008183689A
Application number: JP2007021422A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakagawa; 紘一中川
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】電池パックを安価で、かつ、サイズも小さくすることができる電動工具を提供する。
【解決手段】電動工具本体１２とは別体の電池パック１４内部に、充電池４０の過放電を検出する過放電検出回路４２と、過放電を検出したときに過放電信号を出力する電池容量演算部４６と過放電信号出力部４７とを有し、電動工具本体１２には、過放電信号が入力したときにブラシレスＤＣモータ２２の制御を行う制御回路３４の制御電源を遮断する遮断回路３８を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池パックで駆動するコードレス型の電動工具に関するものである。

最近のインパクトドライバー、グラインダー等の電動工具は、電動工具本体とは別体の電池パックを取り付けて駆動するコードレス型の電動工具が主流となってきている（例えば、特許文献１参照）。

そして最近は、電池パックに内蔵された充電池は、ニッケル水素電池に代わってリチウムイオン電池が採用されてきている。
特開２００６−３１５１１７公報

図４に示すように、従来の電動工具１００は、電動工具本体１０２と、これとは別体の電池パック１０４とから構成され、電動工具本体１０２にモータ１０６と駆動回路１０８が内蔵されている。一方、電池パック１０４内部にはリチウムイオン電池１１０と過放電保護回路１１２が内蔵されている。

このような構成の電動工具１００においては、リチウムイオン電池１１０の過放電保護のため、電池パック１０４内部で、遮断スイッチ１１４を用いて電源ラインをシャットオフしなければならない。この遮断スイッチ１１４には大電流型のＦＥＴが必要であり、放熱機構も含めて非常に高価な回路となり、電池パック１０４のサイズも大きくなるという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、電池パックを安価で、かつ、サイズも小さくすることができる電動工具を提供する。

本発明は、工具を駆動させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有する電動工具本体と、前記電動工具本体とは別体であって、前記インバータ回路及び前記制御回路へ電源を供給する充電池を有する電池パックと、からなる電動工具において、前記電池パックは、前記充電池の過放電を検出する過放電検出回路と、前記過放電検出部が過放電を検出したときに過放電信号を出力する信号出力回路とを有し、前記電動工具本体は、前記過放電信号が入力したときに、前記充電池から前記制御回路への電源を遮断する遮断回路を有する、
電動工具である。

また、本発明は、工具を駆動させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有する電動工具本体と、前記電動工具本体とは別体であって、前記インバータ回路及び前記制御回路へ電源を供給する充電池を有する電池パックと、からなる電動工具において、前記電池パックは、前記充電池の過熱を検出する検出回路と、前記過放電検出部が過熱を検出したときに過熱信号を出力する信号出力回路とを有し、前記電動工具本体は、前記過熱信号が入力したときに、前記充電池から前記制御回路への電源を遮断する遮断回路を有する、電動工具である。

また、本発明は、工具を駆動させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有する電動工具本体と、前記電動工具本体とは別体であって、前記インバータ回路及び前記制御回路へ電源を供給する充電池を有する電池パックと、からなる電動工具において、前記電池パックは、前記充電池の過放電及び過熱を検出する検出回路と、前記過放電検出部が過放電または過熱を検出したときに検出信号を出力する信号出力回路とを有し、前記電動工具本体は、前記検出信号が入力したときに、前記充電池から前記制御回路への電源を遮断する遮断回路を有する、電動工具である。

本発明によれば、過放電や過熱保護のための遮断回路が電動工具本体に設けられているため、電池パックを安価で、かつ、サイズを小さくすることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態のコードレス型の電動工具１０について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態は、インパクトドライバーを例として説明する。

（１）電動工具１０の構成
図１に基づいて電動工具１０について説明する。

電動工具１０は、電動工具本体１２と、これとは別体の電池パック１４とより構成されている。

電動工具本体１２のフレーム１６はピストル型であり、その胴部１８の先端部に工具２０が取り付けられる。また、胴部１８内部には、ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）２２と、工具２０とモータ２２の出力軸を連結して所定の回転速度で回転させるためのギヤボックス２４が設けられている。また、モータ２２の下方には配線基板２３が配されている。

フレーム１６の把持部２６の上部にはトリガースイッチ２８が設けられている。把持部２６の下端部には、３本の端子３０ａ，３０ｂ，３０ｃが形成され、別体の電池パック１４が着脱自在に取り付けられる。

（２）電動工具１０の電気的構成
次に、図２のブロック図に基づいて電動工具１０の電気的構成について説明する。

電動工具本体１２にある配線基板２３には、モータ２２を駆動させるためのインバータ回路３２と、このインバータ回路３２をＰＷＭ制御するための制御回路３４と、制御回路３４に制御電源を供給する制御電源部３６と、遮断回路３８とが設けられている。

インバータ回路３２を駆動させる駆動電源は、２個の端子３０ａ，３０ｃから供給される電源によって駆動する。制御電源部３６は、電池パック１４から供給される電圧を降圧して、制御回路３４に最適な電圧（例えば、５Ｖ）に下げて供給する。制御電源部３６から供給される駆動電源は、トリガースイッチ２８を介して遮断回路３８に供給され、遮断回路３８を経て制御回路３４に供給される。この遮断回路３８については後から説明する。

電池パック１４には、リチウムイオン電池（以下、単に充電池という）４０、過放電検出回路４２、電流検出回路４４、マイコンよりなる電池容量演算部４６、過放電信号出力部４７、電圧レベル変換部４８が内蔵されている。

充電池４０から供給された電源が、端子３０ａ，３０ｃを通じて電動工具本体１２の制御電源部３６とインバータ回路３２に供給される。

（３）電池パック１４の動作状態
上記したように、充電池４０から電源が供給されるが、この時に電池容量及び過放電か否かを検出している。以下その方法について説明する。

電池パック１４のマイナス側の電源ライン５０には、抵抗素子５２が設けられ、この抵抗素子５２の両端部の電圧を電流検出回路４４で検出し、電流に変換して、現在流れている電流値を検出する。この検出した電流値を電池容量演算部４６に出力する。電池容量演算部４６では、この電流値を積算していき、充電池４０が現在までどれくらいの電流を流したかを演算して、残りの電池容量を演算する。

一方、過放電検出回路４２は、充電池４０のプラス端子とマイナス端子間の電圧値を測定し、電池容量演算部４６に出力する。電池容量演算部４６においては、演算している電池容量が０以上で基準容量以下の放電レベル範囲において、過放電検出回路４２から出力された電圧値が閾値以上であれば充電池４０が過放電状態であると判断する。また、同じく放電レベル範囲で電流検出回路４４から出力された電流値が閾値以上であれば必要以上の電流が流れていると判断し、過放電であると判断する。

電池容量演算部４６が過放電であると判断すると、過放電信号出力部４７は電圧レベル変換部４８に過放電信号を出力する。例えば、電圧値をレベルＬからＨに上げる。

電圧レベル変換部４８では、レベルＨの過放電信号が入力すると、所定の電圧（電圧Ｖａ）に変換し、電動工具本体１２へ過放電信号を出力する。

遮断回路３８にＨレベルの過放電信号Ｖａが入力すると、比較器５４において、その電圧Ｖａと基準電圧Ｖｄと比較され、過放電信号Ｖａは基準電圧Ｖｄ以上であるため比較器５４からトリガー信号が出力され、遮断スイッチ５６がオフ状態となる。これにより、過放電信号が出力された場合には、遮断スイッチ５６がオフ状態となり、制御電源部３６、トリガースイッチ２８を経て供給される制御電源がオフ状態となり制御回路３４が停止する。そのため、モータ２２の回転も停止する。なお、遮断スイッチ５６は、小型のＦＥＴなどのスイッチング素子を用いる。

（４）電動工具１０の動作内容
次に、図３のフローチャートに基づいて電動工具１０の操作状態について説明する。

ステップ１において、作業者が作業を行うときは、電動工具１０のトリガースイッチ２８をオン状態にする。

ステップ２において、電池パック１４から電源が供給され、インバータ回路３２には駆動電源、制御回路３４には制御電源が供給される。

ステップ３において、上記したように電池パック１４内部において充電池４０が過放電か否かを判定する。

過放電でない場合には、ステップ４において放電が許可され、ステップ５において遮断スイッチ５６がオン状態となり、ステップ６においてモータ２２が駆動する。

一方、過放電状態であると判断された場合には、ステップ７において放電が停止され、ステップ８において遮断スイッチ５６がオフ状態となり、ステップ９においてモータ２２が停止する。

（５）効果
上記のような電動工具１０であると、電池パック１４に過放電を阻止するための大電流型のＦＥＴが必要なく、制御回路３４に供給される制御電源をオフするための小容量の遮断スイッチ５６をオフするだけであるためコストダウンとなる。

また、電池パック１４側には遮断回路が必要でなくなるため、小型化を図ることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電池パック１４に過放電検出回路４０を設けたが、これに代えて過熱検出回路を設けて、電池パック１４の温度が基準温度以上に上昇すると、過熱検出信号を電動工具本体１２の遮断回路３８に出力して、モータ２２の回転を停止させてもよい。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、電池パック１４に過放電検出回路４０を設けたが、これに加えて過熱検出回路も設けて、電池パック１４が過放電した場合、または、電池パック１４の温度が基準温度以上に上昇した場合に、検出信号を電動工具本体１２の遮断回路３８に出力して、モータ２２の回転を停止させてもよい。

（変更例）
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

上記実施形態では、インパクトドライバーで説明したが、これ以外のグラインダー等の電動工具であっても適用することができる。

また、ブラシレスＤＣモータ以外のインバータ回路３２で回転するモータでも適用することができる。

本発明の一実施形態の電動工具の側面図である。電動工具のブロック図である。モータを駆動または停止させる場合のフローチャートである。従来の電動工具のブロック図である。

符号の説明

１０電動工具
１２電動工具本体
１４電池パック
２２モータ
２８トリガースイッチ
３２インバータ回路
３４制御回路
３６制御電源部
３８遮断回路
４０充電池
４２過放電検出回路
４４電流検出回路
４６電池容量演算部
４６過放電信号出力部
４８電圧レベル変換部
５６遮断スイッチ

Claims

工具を駆動させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有する電動工具本体と、
前記電動工具本体とは別体であって、前記インバータ回路及び前記制御回路へ電源を供給する充電池を有する電池パックと、
からなる電動工具において、
前記電池パックは、
前記充電池の過放電を検出する検出回路と、
前記過放電検出部が過放電を検出したときに過放電信号を出力する信号出力回路とを有し、
前記電動工具本体は、前記過放電信号が入力したときに、前記充電池から前記制御回路への電源を遮断する遮断回路を有する、
電動工具。
工具を駆動させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有する電動工具本体と、
前記電動工具本体とは別体であって、前記インバータ回路及び前記制御回路へ電源を供給する充電池を有する電池パックと、
からなる電動工具において、
前記電池パックは、
前記充電池の過熱を検出する検出回路と、
前記過放電検出部が過熱を検出したときに過熱信号を出力する信号出力回路とを有し、
前記電動工具本体は、前記過熱信号が入力したときに、前記充電池から前記制御回路への電源を遮断する遮断回路を有する、
電動工具。
工具を駆動させるモータと、前記モータに駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御回路とを有する電動工具本体と、
前記電動工具本体とは別体であって、前記インバータ回路及び前記制御回路へ電源を供給する充電池を有する電池パックと、
からなる電動工具において、
前記電池パックは、
前記充電池の過放電及び過熱を検出する検出回路と、
前記過放電検出部が過放電または過熱を検出したときに検出信号を出力する信号出力回路とを有し、
前記電動工具本体は、前記検出信号が入力したときに、前記充電池から前記制御回路への電源を遮断する遮断回路を有する、
電動工具。
前記モータがブラシレスＤＣモータである、
請求項１から３の少なくとも一項に記載の電動工具。