JP2012191838A - 電池パック、電動工具、電池パックと電動工具とを接続するアダプタ、及び、電動工具システム - Google Patents

電池パック、電動工具、電池パックと電動工具とを接続するアダプタ、及び、電動工具システム Download PDF

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Shigeru Takahashi
高橋　　滋
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Abstract

【課題】 作業内容に応じた電圧をモータに供給することのできる電動工具システムを提供する。
【解決手段】 電動工具システムは、電池パック１と、モータ２１に電力を供給するスーパーキャパシタ８と、電池パック１の電圧を昇圧させてスーパーキャパシタ８に充電する変圧回路５と、を備えたことを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池パック、電動工具、電池パックと電動工具とを接続するアダプタ、及び、電動工具システムに関する。
近年、電池パックから供給される電力により駆動されるモータを備えた電動工具が普及している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−１７８２７８号公報
上記モータは、原則として、固有の定格電圧によって駆動されるものであるが、定格電圧前後の所定範囲内の電圧によっても駆動されることができる。一方で、モータを駆動可能な電圧の範囲は、電動工具による作業内容によって異なる。例えば、高負荷作業を行う場合には、上記範囲は狭くなり、軽低負荷作業を行う場合には、上記範囲は広くなる。
しかしながら、高負荷作業を行う場合には、上記範囲が狭いため、電池パックの電圧は、上記範囲以下の電圧に短期間で低下してしまう。そのため、高負荷作業を行う場合には、電池パックの一充電当たりの作業量が少なくなり、電池パックを頻繁に交換するという労力が発生する。
また、軽負荷作業を行う場合には、上記範囲が広いため、必要以上の電圧が供給されている状況が多くなる。そのため、この場合も、電池パックの容量が軽負荷作業の割には短時間で低下してしまい、電池パックの一充電当たりの作業量が少なくなってしまう。
本発明は、作業内容に応じた電圧を電動工具のモータに供給することのできる、電池パックと電動工具とを接続するアダプタ、及び、電動工具システムを提供しようとするものである。
上記課題を解決するために、本発明は、モータに電力を供給するキャパシタと、前記二次電池の電圧を昇圧させて前記キャパシタに充電する変圧部と、を備えたことを特徴とする電動工具システムを提供している。
このような構成によれば、過負荷時には、大電圧及び大電流でモータを駆動させることが可能となるので、作業性を向上させることができる。
また、前記変圧部は、前記キャパシタの充電電圧を変更可能であることが好ましい。
このような構成によれば、負荷に応じて異なる電圧でモータを駆動させることが可能となる。
また、前記変圧部は、前記モータにかかる負荷に基づいて前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることが好ましい。
このような構成によれば、負荷に応じて異なる電圧でモータを駆動させることが可能となる。
また、前記変圧部は、任意に前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることが好ましい。
このような構成によれば、モータに加える電圧を任意に設定することが可能となる。
また、前記モータにかかる負荷が第１所定値以上の場合、前記変圧部は前記キャパシタへの充電電圧を前記二次電池の電圧より大きくし、前記モータにかかる負荷が前記第１所定値より小さい第２所定値以下の場合、前記変圧部は前記キャパシタへの充電電圧を前記二次電池の電圧より小さくすることが好ましい。
このような構成によれば、負荷に応じてキャパシタへの充電電圧を変更するため、不要な電力消費を抑制することが可能となる。
また、前記モータへの電力供給を、前記二次電池と前記キャパシタの一方に切り替える切替部を備えたことが好ましい。
このような構成によれば、用途に応じて二次電池からの供給も可能となるため、キャパシタの充電が不要となる。
また、本発明の別の観点によれば、電池パックと、モータを有する電動工具と、充電電圧により充電されるキャパシタと、前記電池パックの電池電圧を前記モータに出力するために前記電池パックと前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、を備えたことを特徴とする電動工具システムを提供している。
このような構成によれば、２種類の電圧を電動工具のモータに供給することが可能となる。
また、本発明の電動工具システムは、前記電池パックの電池電圧を前記電動工具の定格電圧とは異なる充電電圧に変圧するために前記電池パックと前記キャパシタとの間に配置された変圧部と、出力変更指示を受信する受信部と、を備え、前記受信部が前記出力変更指示を受信した場合には、前記制御部は、前記第２出力部のみに前記出力動作を許可することを特徴としている。
このような構成によれば、作業内容に応じた電圧を電動工具のモータに供給することが可能となる。例えば、高負荷作業を行うような場合に第２出力部から高電圧を出力させることで、電動工具を一時的に高出力で作動させることが可能となる。また、軽負荷作業を行うような場合に第２出力部から低電圧を出力させることで、電池パックの容量低下を抑制し、電池パックの一充電当たりの作業時間を延ばすことが可能となる。
また、本発明の電動工具システムは、前記第２出力部が前記電動工具に電力を供給した回数を記憶する記憶部を更に備え、前記受信部が前記出力変更指示を受信した場合には、前記変圧部は、前記電池パックの電池電圧を前記電動工具の定格電圧よりも大きな電圧に変圧し、前記回数が所定回数以上の場合には、前記第２出力部が前記出力動作を行うことを禁止することを特徴としている。
このような構成によれば、高頻度で強電圧が印加されることによる電動工具の焼損や電池パックの寿命低下を防止することが可能となる。
また、本発明の電動工具システムは、前記第２出力部が前記電動工具に前記充電電圧を継続して供給している時間を計測する計測部を更に備え、前記受信部が前記出力変更指示を受信した場合には、前記変圧部は、前記電池パックの電池電圧を前記電動工具の定格電圧よりも大きな電圧に変圧し、前記制御部は、前記時間が所定時間以上の場合には、前記第２出力部の前記出力動作を停止させることを特徴としている。
このような構成によれば、長時間強電圧が印加されることによる電動工具の焼損や電池パックの寿命低下を防止することが可能となる。
また、本発明の電動工具システムは、前記キャパシタの充電量を報知する充電量報知部を更に備えたことを特徴としている。
このような構成によれば、キャパシタの充電量を認識することができるため、作業性を向上することができると同時に、第２出力部が指定されてから電動工具に電力が出力されるまでの遅延によってユーザに生じる違和感が抑制されている。
また、前記制御部は、前記モータにかかる負荷に基づき前記出力動作を行う出力部を決定することを特徴としている。
このような構成によれば、作業内容に応じた電圧を電動工具に供給することが可能となる。また、高負荷時に、第２出力部からモータに電力を出力するようにすれば、キャパシタにより、モータに流れる大電流に対応することが可能となる。
また、本発明の電動工具システムは、前記電池パックと前記モータとの間に接続されるアダプタを更に備え、前記キャパシタと、前記出力部と、前記制御部とは、前記アダプタ内に収容されていることを特徴としている。
また、本発明の別の観点によれば、電池パックと接続可能な電動工具であって、モータと、充電電圧により充電されるキャパシタと、前記電池パックの電池電圧を前記モータに出力するために前記電池パックと前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、を備えたことを特徴とする電動工具を提供している。
このような構成によれば、２種類の電圧を電動工具のモータに供給することが可能となる。
また、本発明の別の観点によれば、電動工具のモータと接続可能な電池パックであって、電池と、充電電圧により充電されるキャパシタと、前記電池の電池電圧を前記モータに出力するために前記電池と前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、を備えたことを特徴とする電池パックを提供している。
このような構成によれば、２種類の電圧を電動工具のモータに供給することが可能となる。
また、本発明の別の観点によれば、電池パックと電動工具のモータとの間に接続可能なアダプタであって、充電電圧により充電されるキャパシタと、前記電池パックの電池電圧を前記モータに出力するために前記電池パックと前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、を備えたことを特徴とするアダプタを提供している。
このような構成によれば、２種類の電圧を電動工具のモータに供給することが可能となる。
また、本発明の別の観点によれば、電池パックと電動工具のモータとの間に接続可能なアダプタであって、前記モータに接続されるキャパシタと、前記電池パックの電圧を昇圧させて前記キャパシタに充電する変圧部と、を備えたことを特徴とするアダプタを提供している。
このような構成によれば、過負荷時には、大電圧及び大電流モータを駆動させることが可能となるので、作業性を向上させることができる。
また、前記変圧部は、前記キャパシタの充電電圧を変更可能であることが好ましい。
このような構成によれば、負荷に応じて異なる電圧でモータを駆動させることが可能となる。
また、前記変圧部は、前記モータにかかる負荷に基づいて前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることが好ましい。
このような構成によれば、負荷に応じて異なる電圧でモータを駆動させることが可能となる。
また、前記変圧部は、任意に前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることが好ましい。
このような構成によれば、モータに加える電圧を任意に設定することが可能となる。
また、前記モータへの電力供給を、前記二次電池と前記キャパシタの一方に切り替える切替部を備えたことが好ましい。
このような構成によれば、用途に応じて二次電池からの電力供給も可能となるため、キャパシタの充電が不要となる。
本発明のアダプタ、及び、電動工具システムによれば、作業内容に応じた電圧を電動工具のモータに供給することが可能となる。
本発明の第１の実施の形態による電池パック、電動工具、及び、アダプタの全体図 本発明の第１の実施の形態による電池パック、電動工具、及び、アダプタの回路図 本発明の第１の実施の形態によるアダプタの側断面図 本発明の第１の実施の形態によるアダプタの底面図 本発明の第１の実施の形態によるアダプタの上面図 本発明の第１の実施の形態によるアダプタの側面図 本発明の第１の実施の形態による変圧・切替制御のフローチャート 穿孔作業時の電流の変化を示す説明図 ネジ締め作業時の電流の変化を示す説明図 本発明の第２の実施の形態によるアダプタの側面図 本発明の第２の実施の形態による電圧制御についてのフローチャート 本発明の第１の変形例による電池パックの全体図 本発明の第１の変形例による電池パックの回路図 本発明の第２の変形例による電動工具の全体図 本発明の第２の変形例による電動工具の回路図
以下、本発明の第１の実施の形態による電池パック１、電動工具２、及び、アダプタ３について、図１から図６を参照して説明する。
本実施の形態では、電池パック１の接続部と電動工具２の接続部とは、互いに接続可能な形状となっており、電池パック１を直接電動工具２に接続することも可能であるが、図１に示すように、電池パック１と電動工具２とは、アダプタ３によって接続されているものとする。
図２に示すように、電池パック１は、４本のリチウム素電池１１ａ−１１ｄが直列に接続された組電池１１を備えている。本実施の形態では、各リチウム素電池は、３．６Ｖの定格電圧を有しているため、電池パック１は、１４．４Ｖの公称電圧を有するものとする。また、電池パック１は、組電池１１の正極に接続されたプラス端子１２と、組電池１１の負極に接続されたマイナス端子１３と、組電池１１の温度に応じた信号を出力する温度検出素子１４と、素電池の数（本実施の形態では、４本）に応じた信号を出力する識別素子１５と、温度検出素子１４に接続された温度端子１６と、識別素子１５に接続された識別端子１７と、を備えている。
図１及び図２に示すように、電動工具２は、モータ２１と、モータ２１に直列に接続されたトリガスイッチ２２と、を備えており、トリガスイッチ２２がオンされるとアダプタ３を介して電池パック１からモータ２１に電力が供給されるように構成されている。電動工具２は、一般的な定格電圧１４．４Ｖ用のコードレス電動工具、例えばドライバドリルであり、公称電圧１４．４Ｖの電池パック１が接続されることで正常に動作する。
また、図２に示すように、電動工具２は、モータ２１の一端に接続されたプラス端子２３と、モータ２１の他端に接続されたマイナス端子２４と、モータ２１の温度に応じた信号を出力する温度検出素子２５と、電動工具２（モータ２１）の定格電圧（本実施の形態では、１４．４Ｖ）に応じた信号を出力する識別素子２６と、温度検出素子２５に接続された温度端子２７と、識別素子２６に接続された識別端子２８と、を備えている。
図３に示すように、アダプタ３は、下側ケース４１と上側ケース４２とから構成されるケース４を備えており、また、ケース４には、通常端子４ａ（第１出力部）及び変圧端子４ｂ（第２出力部）と、変圧回路５（変換部）と、コントローラ６（変換部、記憶部、禁止部、計測部、停止部）と、電流検出抵抗７と、スーパーキャパシタ８と、切替スイッチ９と、保護ＩＣ１０と、が収納されている（図２参照）。
図４に示すように、下側ケース４１には、電池パック１のプラス端子１２と接続される下側プラス端子４１ａと、電池パック１のマイナス端子１３と接続される下側マイナス端子４１ｂと、電池パック１の温度端子１６と接続される温度端子４１ｃと、電池パック１の識別端子１７と接続される識別端子４１ｄと、を備えている。
図５に示すように、上側ケース４２には、電動工具２のプラス端子２３と接続される上側プラス端子４２ａと、電動工具２のマイナス端子２４と接続される上側マイナス端子４２ｂと、電動工具２の温度端子２７と接続される温度端子４２ｃと、電動工具２の識別端子２８と接続される識別端子４２ｄと、を備えている。
また、図６に示すように、下側ケース４１と上側ケース４２の接合部付近には、電動工具２へ出力する電圧を増加させるための“強”ボタン４３（入力部）と、電動工具２へ出力する電圧を減少させるための“弱”ボタン４４（入力部）と、スーパーキャパシタ８の満充電を報知する満充電報知部４５と、を備えた表示部４０が設けられている。
次に、図２を参照して、電池パック１、電動工具２、及び、アダプタ３の電気的構成について説明する。
変圧回路５は、ＤＣ/ＤＣコンバータ又はスイッチング回路から構成され、電池パック１から下側プラス端子４１ａを介して供給された電圧を変圧して変圧端子４ｂに出力する。一方、電池パック１から下側プラス端子４１ａに出力された電圧は、通常端子４ａにも出力されている。
コントローラ６は、電池パック１の温度検出素子１４から入力された温度信号に基づき電池パック１（組電池１１）の温度を識別し、電池パック１の温度が所定値以上であった場合に、電池パック１の保護のために、保護ＩＣ１０により回路を遮断させて電動工具２への電力の供給を停止させる。
また、コントローラ６は、電動工具２の温度検出素子２５から入力された温度信号に基づき電動工具２（モータ２１）の温度を識別し、電動工具２（モータ２１）の温度が所定値以上であった場合に、モータ２１の保護のために、保護ＩＣ１０により回路を遮断させて電動工具２への電力の供給を停止させる。
更に、コントローラ６は、電流検出抵抗７によって検出されたモータ２１に流れる電流が所定以上であった場合にも、過電流を防止するために、保護ＩＣ１０により回路を遮断させて電動工具２への電力の供給を停止させる。
スーパーキャパシタ８は、変圧端子４ｂ（変圧回路５の出力端子）と上側マイナス端子４２ｂとの間に接続されている。スーパーキャパシタ８は、１個当たり２〜３Ｖの容量を有する電気二重層キャパシタを４個直列に接続したものであるため、変圧回路５から出力された電圧を充電可能である。
切替スイッチ９は、上側プラス端子４２ａに接続されており、切替スイッチ９を切り替えることにより、上側プラス端子４２ａは、通常端子４ａ又は変圧端子４ｂに接続される。
ここで、本実施の形態のコントローラ６は、変圧回路５による変圧量及び変圧された電圧の出力を制御するための変圧・切替制御を行う。
変圧・切替制御では、コントローラ６は、“強”ボタン４３がオンされている場合には、電動工具２の定格電圧よりも大きな電圧（例えば、１５．８Ｖ）（以下、強電圧）が電動工具２に出力されるように制御し、“弱”ボタン４４がオンされている場合には、電動工具２の定格電圧よりも小さな電圧（例えば、１３．０Ｖ）（以下、弱電圧）が電動工具２に出力されるように制御する。
図７のフローチャートを用いて、変圧・切替制御について詳細に説明する。図７のフローチャートは、アダプタ３に電池パック１と電動工具２の両方が接続された時に開始する。
まず、コントローラ６は、“強”ボタン４３又は“弱”ボタン４４がオンされているか否かを判断する（Ｓ１０１）。
“強”ボタン４３又は“弱”ボタン４４のいずれもオンされていない場合には（Ｓ１０１：ＮＯ）、上側プラス端子４２ａが通常端子４ａと接続されるように切替スイッチ９を切り替える（Ｓ１０２）。これにより、“強”ボタン４３及び“弱”ボタン４４のいずれもオンされていない場合には、電動工具２には、電池パック１の電圧がそのまま供給されることとなる。
一方、“強”ボタン４３がオンされている場合には（Ｓ１０１：“強”ボタン）、電池パック１から供給された電圧を強電圧に変圧するように変圧回路５を制御し（Ｓ１０３）、スーパーキャパシタ８が強電圧により満充電となった時に（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、上側プラス端子４２ａが変圧端子４ｂと接続されるように切替スイッチ９を切り替える（Ｓ１０５）。これにより、“強”ボタン４３がオンされている場合には、電動工具２には、スーパーキャパシタ８に充電された強電圧が出力されることとなる。
また、“弱”ボタン４４がオンされている場合には（Ｓ１０１：“弱”ボタン）、電池パック１から供給された電圧を弱電圧に変圧するように変圧回路５を制御し（Ｓ１０６）、スーパーキャパシタ８が弱電圧により満充電となった時に（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、上側プラス端子４２ａが変圧端子４ｂと接続されるように切替スイッチ９を切り替える（Ｓ１０５）。これにより、“弱”ボタン４４がオンされている場合には、電動工具２には、スーパーキャパシタ８に充電された弱電圧が出力されることとなる。
このような構成により、ユーザは、高負荷作業を行うような場合に“強”ボタン４３をオンさせることで、電動工具２を一時的に高出力で作動させることが可能となる。また、電池パック１の容量が低下した場合にも、“強”ボタン４３をオンさせることで、一時的に電動工具２を作動させることが可能となるので、電池パック１を交換する頻度を減少させることができる。
ここで、上記実施の形態において、スーパーキャパシタ８を備えない構成も考えられるが、そのような構成とした場合には、高負荷時のモータ２１のロックにより生じる大電流に対応するためには、変圧回路５の規模を大きくする必要がある。
しかしながら、本実施の形態では、変圧回路５によって変圧された電圧をスーパーキャパシタ８を介して電動工具２に出力するので、変圧回路５の規模を大きくすることなく、高負荷時の大電流に対応することが可能となる。
また、本実施の形態のコントローラ６は、“強”ボタン４３のオン継続時間、及び、オン回数を記憶し、オン継続時間が所定時間を超えた場合、及び、オン回数が所定回数を超えた場合には、上側プラス端子４２ａが通常端子４ａと接続されるように切替スイッチ９を切り替える制御も行う。これにより、長時間又は高頻度で強電圧が印加されることによるモータ２１の焼損や電池パック１の寿命低下を防止することが可能となる。
また、本実施の形態では、コントローラ６は、強電圧によりスーパーキャパシタ８が満充電となった時に、上側プラス端子４２ａが変圧端子４ｂと接続されるように切替スイッチ９を切り替えるので、“強”ボタン４３をオンしてから電動工具２に強電圧が出力されるまでには多少の遅延が生じ、ユーザに違和感を生じさせる虞がある。そこで、本実施の形態では、満充電報知部４５においてスーパーキャパシタ８の満充電を報知することにより、このような違和感が生じることを抑制している。
また、上記したように、ユーザは、軽負荷作業を行うような場合に“弱”ボタン４４をオンさせることで、電動工具２に必要以上の電圧が供給されて電池パック１の容量が短時間で低下してしまい、軽負荷作業の割には、電池パック１の一充電当たりの作業量が少なくなることを防止することが可能となる。また、キャパシタ８の容量がなくなった場合には切替スイッチ９を電池パック１側に切り替えて電池パック１から放電し、その間にキャパシタ８を充電するようにすればよい。
次に、図８から図１１を参照して以下、本発明の第２の実施の形態による電池パック１、電動工具２、及び、アダプタ３について、説明する。なお、第１の実施の形態と同一の部材には、同一の番号を付し、その説明を省略する。
モータは、原則として、固有の定格電圧によって駆動されるものであるが、定格電圧前後の所定範囲内の電圧によっても駆動されることができる。その一方で、従来の電動工具では、負荷の大小に関わらず、モータに供給される電圧は一定であった。
そのため、例えば、電動工具に接続されたドライバによって小ネジを締結するような軽負荷作業時には、必要以上の電力がモータに供給されることにより、電力を浪費していた。
また、例えば、電動工具に接続されたドリルによる穿孔作業の終盤には、負荷が低下することによりモータに流れる電流も減少するが（図８参照）、このような場合であっても、従来の電動工具では、モータに供給される電圧が一定であったため、電力を浪費していた。なお、図８において、時間１秒時の急激な電流の増加は、トリガスイッチ２２をオンさせた状態であり、トリガスイッチ２２のオン時に起動電流が流れ、その後負荷に応じて電流が変化する。
更に、例えば、電動工具に接続されたドリルが被加工部材に一時的にひっかかったような場合（ロックした場合）には、負荷が増大することによりモータに流れる電流も増加するが、このような場合であっても、従来の電動工具では、モータに供給される電圧が一定であったため、一時的なひっかかりを解消するのに時間を要したり、場合によっては、過電流と判断されてモータへの電力の供給が停止されていた。
そこで、本実施の形態のコントローラ６は、モータ２１にかかる負荷に基づき電動工具２に出力する電圧を制御する電圧制御を行う。
詳細には、モータ２１に流れる電流が上限値（本実施の形態では、３５Ａ）より大きかった場合に、電動工具２の定格電圧よりも大きな電圧（本実施の形態では、１５．８Ｖ）（以下、強電圧）が電動工具２に出力されるように変圧回路５及び切替スイッチ９を制御する（図９における高圧モード）。
また、モータ２１に流れる電流が下限値（本実施の形態では、１０Ａ）より小さかった場合には、電動工具２の定格電圧よりも小さな電圧（本実施の形態では、１３．０Ｖ）（以下、弱電圧）が電動工具２に出力されるように変圧回路５及び切替スイッチ９を制御する（図９における低圧モード）。
なお、図９は、電動工具２（ドライバドリル）を使用したネジ締め作業時の電流変化を示している。時間１秒時の急激な電流の増加は、トリガスイッチ２２をオンさせた状態であり、トリガスイッチ２２のオン時にモータの起動電流（６０Ａ程度）が流れ、その後負荷に応じて電流が変化する。電流が３５Ａを超えたら高圧モード、１０Ａより下がったら低圧モード、１０Ａから３５Ａの間であれば通常モードとして動作する。また、モータ起動時の起動電流がモード切替に影響しないように、モータ起動から所定時間、例えば０．４秒は後述する電流判別は行わないようにしている。
また、本実施の形態では、図１０に示すように、下側ケース４１と上側ケース４２の接合部付近には、第１の実施の形態における表示部４０の替わりに、スーパーキャパシタ８の充電量を表示する充電量表示部１４０（表示部）が設けられている。
続いて、図１１のフローチャートを用いて、コントローラ６により行われる電圧制御について説明する。図１１のフローチャートは、アダプタ３に電池パック１と電動工具２の両方が接続された時に開始する。
まず、例えば、電池パック１の定格電圧が１４．４Ｖ、電動工具２の定格電圧が１８．０Ｖの場合、入力される電圧が小さく十分なトルクが得られない可能性がある。
そこで、本実施の形態では、まず、電動工具２に定格電圧が供給されるように、電池パック１から供給される電圧を自動的に変圧する制御を行う。
詳細には、コントローラ６は、電池パック１の識別素子１５から電池パック１の公称電圧を、電動工具２の識別素子２６から電動工具２の定格電圧を取得した上で（Ｓ２０１）、両者が一致しているか否かを判断する（Ｓ２０２）。
両者が一致していない場合には（Ｓ２０２：ＮＯ）、電池パック１から供給された電圧を定格電圧に変圧するように変圧回路５を制御した上で（Ｓ２０３）、上側プラス端子４２ａが変圧端子４ｂに接続されるように切替スイッチ９を切り替える（Ｓ２０４）。これにより、公称電圧と定格電圧とが一致していない場合であっても、電動工具２に定格電圧を供給することが可能となる。
例えば、電池パック１の定格電圧が１４．４Ｖ、電動工具２の定格電圧が１８．０Ｖの場合、変圧せずに使用することができるが、出力が得にくいため、変圧回路５で電池電圧１４．４Ｖを１８．０Ｖに昇圧させる。逆に、電池電圧が１８．０Ｖ、工具定格が１４．４Ｖの場合には、工具定格電圧より大きい電圧が長時間印加されると電動工具２（モータ２１）を壊してしまう可能性があるため、変圧回路５で電池電圧１８．０Ｖを１４．４Ｖに降圧して出力する。
Ｓ２０４の後、又は、Ｓ２０２で、公称電圧と定格電圧とが一致していた場合には（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、モータ２１に流れる電流が上限値より大きいか否かを判断する（Ｓ２０５）。詳細には、コントローラ６は、０．１秒毎に電流値の平均値を算出しており、その平均値が３５Ａより大きいか否かを判断する。
電流が上限値より大きかった場合には（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、高負荷状態であると考えられる。従って、この場合には、電池パック１から供給された電圧を強電圧（１５．８Ｖ）に変圧するように変圧回路５を制御した上で（Ｓ２０６）、上側プラス端子４２ａが変圧端子４ｂに接続されるように切替スイッチ９を切り替える（Ｓ２０７）（図９における高圧モード）。
これにより、モータ２１に大きな電流が流れている場合には、電動工具２には、スーパーキャパシタ８に充電された強電圧（１５．８Ｖ）が出力されることとなるので、電動工具２に接続されたドリルが被加工部材に一時的にひっかかったような場合（ロックした場合）に、電動工具２を一時的に高出力で作動させることが可能となる。
なお、本実施の形態では、コントローラ６は、強電圧の継続時間、及び、切替回数を記憶し、継続時間が所定時間を超えた場合、及び、切替回数が所定回数を超えた場合には、上側プラス端子４２ａが通常端子４ａと接続されるように切替スイッチ９を切り替える。これにより、長時間又は高頻度で強電圧が印加されることによるモータ２１の焼損や電池パック１の寿命低下を防止することが可能となる。
一方、電流が上限値以下であった場合には（Ｓ２０５：ＮＯ）、電流が下限値より小さいか否かを判断する（Ｓ２０８）。
電流が下限値より小さかった場合には（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、低負荷状態であると考えられる。従って、この場合には、電池パック１から供給された電圧を弱電圧（１３．０Ｖ）に変圧するように変圧回路５を制御した上で（Ｓ２０９）、上側プラス端子４２ａが変圧端子４ｂに接続されるように切替スイッチ９を切り替える（Ｓ２０７）（図９における低圧モード）。
これにより、モータ２１に小さな電流が流れている場合には、電動工具２には、スーパーキャパシタ８に充電された弱電圧が出力されることとなるので、穿孔作業の終盤や小ネジの締結作業のような軽負荷作業時に、電動工具２に必要以上の電圧が供給されることを防止することが可能となる。
なお、本実施の形態では、電流値の平均値を３秒毎に取得し、取得した平均値が１０Ａより小さくなった回数が１０回以上であった場合に、低負荷状態であると判断するが、必ずしもこのような基準である必要はなく、例えば、１回でも電流値の平均値が１０Ａより小さくなった時に低負荷状態と判断すれば、より高精度に作業内容に応じた制御を行うことが可能となる。
一方、電流が下限値以上であった場合には（Ｓ２０８：ＮＯ）、上側プラス端子４２ａが通常端子４ａに接続されるように切替スイッチ９を切り替える（Ｓ２１０）。なお、Ｓ２０４で変圧端子４ｂに切り替えられた場合には、Ｓ２０８でＮＯとなっても変圧端子４ｂから出力することとなる。
上記したように、本実施の形態によるアダプタ３では、モータ２１にかかる負荷に基づき電動工具２に出力する電圧を制御する電圧制御を行うので、作業内容に応じた電圧をモータ２１に供給することが可能となる。
特に、モータ２１に大きな電流が流れている場合には、電動工具２には、スーパーキャパシタ８に充電された強電圧が出力されることとなるので、電動工具２に接続されたドリルが被加工部材に一時的にひっかかったような場合に、電動工具２を一時的に高出力で作動させることが可能となる。
一方、モータ２１に小さな電流が流れている場合には、電動工具２には、スーパーキャパシタ８に充電された弱電圧が出力されることとなるので、穿孔作業の終盤や小ネジの締結作業のような軽負荷作業時に、電動工具２に必要以上の電圧が供給されることを防止することが可能となる。
また、本実施の形態によるアダプタ３では、強電圧の継続時間、及び、切替回数を記憶し、継続時間が所定時間を超えた場合、及び、切替回数が所定回数を超えた場合には、上側プラス端子４２ａが通常端子４ａと接続されるように切替スイッチ９を切り替えるので、長時間又は高頻度で強電圧が印加されることによるモータ２１の焼損や電池パック１の寿命低下を防止することが可能となる。
また、本実施の形態によるアダプタ３では、スーパーキャパシタ８に充電された電力量を表示するので、キャパシタの充電量を認識することができるため、作業性を向上させることができる。
尚、本発明の電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
例えば、上記実施の形態において、通常端子４ａ及び変圧端子４ｂ、変圧回路５、コントローラ６、電流検出抵抗７、スーパーキャパシタ８、切替スイッチ９、保護ＩＣ１０、及び、表示部４０は、アダプタ３に設けられていたが、必ずしも全てがアダプタ３に設けられている必要はなく、電池パック１、電動工具２、及び、アダプタ３からなる電動工具システム内に設けられていればよい。
また、電池パック１の接続部と電動工具２の接続部とが互いに接続可能な形状を有している場合や、電池パック１の公称電圧と電動工具２の定格電圧が同一である場合には、アダプタ３は必要ではなく、その場合には、通常端子４ａ及び変圧端子４ｂ、変圧回路５、コントローラ６、電流検出抵抗７、スーパーキャパシタ８、切替スイッチ９、保護ＩＣ１０、及び、表示部４０は、電池パック１、及び、電動工具２からなる電動工具システム内に設けられていればよい。
例えば、電池パック１の接続部と電動工具２の接続部とが互いに接続可能な形状を有している場合、アダプタ３を備えずに、図１２及び図１３に示すように、電池パック１内にアダプタ３の構成が含まれていてもよい。電池パック１には、組電池１１、温度検出素子１４の他に、変換回路５、コントローラ６、スーパーキャパシタ８、切替スイッチ9、表示部４０等、アダプタ３の構成が含まれている。この場合、アダプタに電池パック１の情報を知らせる必要はないため識別素子１５は不要となる。
また、図１４及び図１５に示すように、電動工具２内にアダプタ３の構成が含まれていてもよい。電動工具２には、モータ２１、トリガスイッチ２２、温度検出素子２５、識別素子２６の他に、変換回路５、コントローラ６、スーパーキャパシタ８、切替スイッチ9、表示部４０等、アダプタ３の構成が含まれている。モータ２１がブラシレスモータの場合にはコントローラ６によってモータ２１を制御するようにしてもよい。具体的にはコントローラ６によってモータを制御する複数のスイッチング素子（例えば６個のＦＥＴ）を制御するようにしてもよい。
なお、保護ＩＣ１０は、電池パック１や電動工具２を保護できればよいため、アダプタ３に設ける必要はなく電池パック１や電動工具２に設けてもよい。保護ＩＣ１０が組電池１１の各素電池１１ａ−１１ｄの電圧を監視する場合には電池パック１に設けることが好ましい。保護ＩＣ１０は過放電や過充電を検出した際に電流経路を遮断するように構成されており電池パック１や電動工具２を保護している。また、電池パック１内にアダプタ機能を持たせた場合、コントローラ６によって組電池１１の各素電池の電圧を監視し、過放電保護や過充電保護、過電流保護を行うようにしてもよい。コントローラ６で異常状態を検出したら電流経路に設けた遮断手段（スイッチング素子となるＦＥＴ）を遮断するようにすればよい。
また、第１の実施の形態においては、強ボタン４３あるいは弱ボタン４４が押された回数により、変圧電圧を変更するようにしても良く、この場合には、電動工具２の作業状態により適した出力を得ることができる。さらに、切替スイッチ９を自動ではなく手動で切り替えるようにし、作業に応じて任意に切り替えるようにしても良い。
さらに、第２の実施の形態と同様に第１の実施の形態においても、コントローラ６が電池パック１の識別素子１５及び電動工具２の識別素子２６の信号に応じて自動的に電池パック１及び電動工具２の公称電圧を識別して変圧回路５を制御することもできる。
さらに、コントローラ６が電池パック１の温度検出素子１４及び電動工具２の温度検出素子２５の信号に応じて自動的に変圧回路５の変圧動作を制御するようにしても良い。
例えば、電池パック１又は電動工具２の温度が高い場合には、たとえ強ボタン４３が押されていてもスーパーキャパシタ８への充電を停止し、表示部４０の満充電報知部４５を点滅させて、高温待機状態を報知するようにしても良い。このようにすれば、高温による電池パック１または電動工具２の寿命低下を抑制することができる。
また、第２の実施の形態では、モータ２１に流れる電流に基づき負荷を判断したが、温度検出素子１４及び２５からの信号や、モータ２１の回転数等、他の要素に基づき負荷を判断してもよい。
また、スーパーキャパシタ８は、太陽電池等の電池パック１以外の他の電源からの電力により充電されてもよい。
１ 電池パック
２ 電動工具
３ アダプタ
４ａ 通常端子
４ｂ 変圧端子
５ 変圧回路
６ コントローラ
８ スーパーキャパシタ
２１ モータ
４３ 強ボタン
４４ 弱ボタン

Claims (21)

  1. 二次電池と、
    モータに電力を供給するキャパシタと、
    前記二次電池の電圧を昇圧させて前記キャパシタに充電する変圧部と、
    を備えたことを特徴とする電動工具システム。
  2. 前記変圧部は、前記キャパシタの充電電圧を変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の電動工具システム。
  3. 前記変圧部は、前記モータにかかる負荷に基づいて前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具システム。
  4. 前記変圧部は、任意に前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動工具システム。
  5. 前記モータにかかる負荷が第１所定値以上の場合、前記変圧部は前記キャパシタへの充電電圧を前記二次電池の電圧より大きくし、
    前記モータにかかる負荷が前記第１所定値より小さい第２所定値以下の場合、前記変圧部は前記キャパシタへの充電電圧を前記二次電池の電圧より小さくすることを特徴とする請求項３に記載の電動工具システム。
  6. 前記モータへの電力供給を、前記二次電池と前記キャパシタの一方に切り替える切替部を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動工具システム。
  7. 電池パックと、
    モータを有する電動工具と、
    充電電圧により充電されるキャパシタと、
    前記電池パックの電池電圧を前記モータに出力するために前記電池パックと前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、
    前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動工具システム。
  8. 前記電池パックの電池電圧を前記電動工具の定格電圧とは異なる充電電圧に変圧するために前記電池パックと前記キャパシタとの間に配置された変圧部と、
    出力変更指示を受信する受信部と、
    を備え、
    前記受信部が前記出力変更指示を受信した場合には、前記制御部は、前記第２出力部のみに前記出力動作を許可することを特徴とする請求項７に記載の電動工具システム。
  9. 前記第２出力部が前記電動工具に電力を供給した回数を記憶する記憶部を更に備え、
    前記受信部が前記出力変更指示を受信した場合には、前記変圧部は、前記電池パックの電池電圧を前記電動工具の定格電圧よりも大きな電圧に変圧し、
    前記回数が所定回数以上の場合には、前記第２出力部が前記出力動作を行うことを禁止することを特徴とする請求項８に記載の電動工具システム。
  10. 前記第２出力部が前記電動工具に前記充電電圧を継続して供給している時間を計測する計測部を更に備え、
    前記受信部が前記出力変更指示を受信した場合には、前記変圧部は、前記電池パックの電池電圧を前記電動工具の定格電圧よりも大きな電圧に変圧し、
    前記制御部は、前記時間が所定時間以上の場合には、前記第２出力部の前記出力動作を停止させることを特徴とする請求項８又は９に記載の電動工具システム。
  11. 前記キャパシタの充電量を報知する充電量報知部を更に備えたことを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の電動工具システム。
  12. 前記制御部は、前記モータにかかる負荷に基づき前記出力動作を行う出力部を決定することを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の電動工具システム。
  13. 前記電池パックと前記モータとの間に接続されるアダプタを更に備え、
    前記キャパシタと、前記出力部と、前記制御部とは、前記アダプタ内に収容されていることを特徴とする請求項７から１２のいずれか一項に記載の電動工具システム。
  14. 電池パックと接続可能な電動工具であって、
    モータと、
    充電電圧により充電されるキャパシタと、
    前記電池パックの電池電圧を前記モータに出力するために前記電池パックと前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、
    前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動工具。
  15. 電動工具のモータと接続可能な電池パックであって、
    電池と、
    充電電圧により充電されるキャパシタと、
    前記電池の電池電圧を前記モータに出力するために前記電池と前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、
    前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電池パック。
  16. 電池パックと電動工具のモータとの間に接続可能なアダプタであって、
    充電電圧により充電されるキャパシタと、
    前記電池パックの電池電圧を前記モータに出力するために前記電池パックと前記モータとの間に配置された第１出力部と、前記キャパシタに充電された前記充電電圧を出力するために前記キャパシタと前記モータとの間に配置された第２出力部と、を有する出力部と、
    前記出力部の一方にのみ出力動作を許可する制御部と、
    を備えたことを特徴とするアダプタ。
  17. 電池パックと電動工具のモータとの間に接続可能なアダプタであって、
    前記モータに接続されるキャパシタと、
    前記電池パックの電圧を昇圧させて前記キャパシタに充電する変圧部と、
    を備えたことを特徴とするアダプタ。
  18. 前記変圧部は、前記キャパシタの充電電圧を変更可能であることを特徴とする請求項１７に記載のアダプタ。
  19. 前記変圧部は、前記モータにかかる負荷に基づいて前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のアダプタ。
  20. 前記変圧部は、任意に前記キャパシタへの充電電圧を変更可能であることを特徴とする請求項１７又は１９に記載の電動工具システム。
  21. 前記モータへの電力供給を、前記二次電池と前記キャパシタの一方に切り替える切替部を備えたことを特徴とする請求項１７から２０のいずれか一項に記載のアダプタ。
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