JP2016010839A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】装着する電池パックの定格電圧が変わっても適切な電池残量表示が可能な電動工具を提供する。【解決手段】演算部４１は、電池パック１１の出力電圧が１９.５Ｖ以上のときはＬＥＤ５１〜５４を点灯し、電池パック１１の出力電圧が１８.６Ｖ以上１９.５Ｖ未満のときはＬＥＤ５１〜５３を点灯し、電池パック１１の出力電圧が１５.６Ｖ以上１８.６Ｖ未満のときはＬＥＤ５１,５２を点灯し、電池パック１１の出力電圧が１４.９Ｖ以上１５.６Ｖ未満のときはＬＥＤ５１を点灯し、電池パック１１の出力電圧が１４.９Ｖ未満のときはＬＥＤ５１〜５４を消灯する。【選択図】図１

Description

本発明は、互いに定格電圧の異なる複数の電池パックを択一的に装着可能な電動工具に関する。

着脱可能に装着した電池パックの電力で動作するコードレスタイプの電動工具が従来から知られている。装着した電池パックの電池残量（残容量）は、例えば電池パックの出力電圧に基づいて検出され、ＬＥＤ等の表示手段により使用者に報知される。電池パックの定格電圧は様々であるが、互いに定格電圧の異なる複数の電池パックを電動工具に択一的に装着できると便利である。

特開２０１１−１４８０６４号公報

電池パックの出力電圧に基づいて電池残量を検出する場合、出力電圧が同じであっても定格電圧が異なれば電池残量の多寡は変わってくる。例えば、モータ非通電時（無負荷時）に、定格電圧１８.０Ｖの電池パックで出力電圧１８.６Ｖ以下は電池残量不足であるのに対し、定格電圧１４.４Ｖの電池パックで出力電圧１５.６Ｖ以上は満充電に近い状態である。しかし、従来の電動工具では、電池残量の表示は１種類の定格電圧にしか対応しておらず、異なる定格電圧の電池パックを装着した場合には適切な残量表示ができなかった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、装着する電池パックの定格電圧が変わっても適切な電池残量表示が可能な電動工具を提供することにある。

本発明のある態様は、電動工具である。この電動工具は、
互いに定格電圧の異なる複数の電池パックを択一的に装着可能な電動工具であって、
第１の定格電圧の電池パックに対応する第１の残量表示部と、
第２の定格電圧の電池パックに対応する第２の残量表示部と、
装着した電池パックの出力電圧に基づいて前記第１及び第２の残量表示部を制御する残量表示制御部と、を備える。

前記残量表示制御部は、前記電池パックの出力電圧と複数の閾値電圧との関係に基づいて前記残量表示部を制御し、
前記複数の閾値電圧は、前記第１の定格電圧に対応する第１の閾値電圧と、前記第２の定格電圧に対応する第２の閾値電圧と、を含んでもよい。

本発明のもう１つの態様は、電動工具である。この電動工具は、
互いに定格電圧の異なる複数の電池パックを択一的に装着可能な電動工具であって、
残量表示部と、
装着した電池パックの出力電圧と複数の閾値電圧との関係に基づいて前記残量表示部を制御する残量表示制御部と、を備え、
前記複数の閾値電圧は、第１の定格電圧に対応する第１の閾値電圧と、第２の定格電圧に対応する第２の閾値電圧と、を含む。

前記残量表示部は、第１の定格電圧の電池パックに対応する第１の残量表示部と、第２の定格電圧の電池パックに対応する第２の残量表示部と、を含んでもよい。

前記第１及び第２の閾値電圧がそれぞれ複数存在してもよい。

前記第１の閾値電圧に含まれる最小の閾値電圧が、前記第２の閾値電圧に含まれる最大の閾値電圧より大きくてもよい。

前記残量表示制御部は、前記電池パックの出力電圧の他に前記電池パックの定格電圧を示す情報を受け取らずに残量表示制御を行ってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、装着する電池パックの定格電圧が変わっても適切な電池残量表示が可能な電動工具を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る電動工具の内部構成図。 図１のブラシレスモータ２近傍の拡大図。 前記電動工具の制御ブロック図。 図１及び図３の残量表示部１２の外観図。 図４の残量表示部１２の表示モードと点灯するＬＥＤの関係を示す説明図。 図３の制御部４０による電池残量表示に係る制御フローチャート。 本発明の実施の形態２に係る電動工具の残量表示部１２の外観図。 図７の残量表示部１２の表示モードと点灯するＬＥＤの関係を示す説明図。 本発明の実施の形態３に係る電動工具の残量表示制御部の回路図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動工具の内部構成図である。ここでは、電動工具としてインパクトドライバを例に説明する。ハウジング１は、本体胴体部１ａと、ハンドル部１ｂと、電池パック装着部１ｃと、を有する。本体胴体部１ａの中間部からハンドル部１ｂが下方に延び、ハウジング１は全体として略Ｔ字状となっている。ハンドル部１ｂの下端に電池パック装着部１ｃが設けられる。ハンドル部１ｂには、使用者が電動工具の動作を制御するためのトリガスイッチ１０が設けられる。電池パック装着部１ｃには、互いに定格電圧の異なる複数の電池パック１１（例えば定格電圧１８.０Ｖ及び１４.４Ｖの電池パック１１）を択一的に装着可能である。電池パック装着部１ｃの表面には、電池パック１１の電池残量（残容量）を表示する後述の残量表示部１２が設けられる。電池パック装着部１ｃには、図３に示す制御部４０を搭載した制御回路基板１３が収納される。

本体胴体部１ａ内にはブラシレスモータ２及び回転打撃機構が設けられる。すなわち、本体胴体部１ａ内において、ブラシレスモータ２に減速機構３（例えば遊星歯車機構）を介してスピンドル４が連結され、スピンドル４にはスプリング５（圧縮ばね）及びスチールボール６を介してハンマ７が連結され、ハンマ７の先端側にアンビル８が設けられる。アンビル８の先端にはドライバビット等の先端工具を装着する先端工具取付穴９が設けられる。ネジ締め等の作業の際には、使用者がハンドル部１ｂを握ってトリガスイッチ１０を引くと、ハンドル部１ｂの下端（電池パック装着部１ｃ）に着脱可能に装着された電池パック１１からブラシレスモータ２に電力が供給され、ブラシレスモータ２の回転によりスピンドル４及びハンマ７が回転し、ハンマ７がアンビル８に回転打撃力を印加する。なお、こうした回転打撃機構の構成、動作は周知なのでこれ以上の詳細な説明は省略する。

図２は、図１のブラシレスモータ２近傍の拡大図である。ブラシレスモータ２は、ハウジング１の本体胴体部１ａの、ハンドル部１ｂの付け根部分より後方に存在し又は延在する。シャフト２１の周囲にロータコア２２が設けられる。ロータコア２２は、例えば電磁鋼板を積層して円筒形状にしたものである。ロータコア２２には、永久磁石２３が挿入保持される。ロータコア２２の外周には、ステータコア３１がハウジング１の本体胴体部１ａに保持される。ステータコア３１には、インシュレータ３４を介してコイル３５が巻回される。

図３は、図１の電動工具の制御ブロック図である。ブラシレスモータ２は、いわゆるインナーロータ型であって、ロータコア２２は、永久磁石２３（ロータマグネット）によって、複数組（本実施の形態では２組）のＮ極とＳ極を外周面に有している。ステータは、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成るコイル３５（ステータコイル）及びステータコア３１を含む。制御部４０は、演算部４１、回転子位置検出回路４３、モータ回転数検出回路４４、スイッチ操作検出回路４５、印加電圧設定回路４６、制御信号出力回路４７、及び電圧検出回路４８を含む。

３つの位置検出素子４２は、ブラシレスモータ２のロータの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置される。回転子位置検出回路４３は、位置検出素子４２からの信号に基づいて回転位置検出信号を生成する。モータ回転数検出回路４４は、回転位置検出信号に基づいてブラシレスモータ２の回転数を検出し、回転数検出信号を生成する。スイッチ操作検出回路４５は、使用者によるトリガスイッチ１０の操作を検出し、スイッチ操作検出信号を生成する。印加電圧設定回路４６は、使用者によるトリガスイッチ１０の操作量を検出し、印加電圧設定信号を生成する。演算部４１は、回転位置検出信号、回転数検出信号、スイッチ操作検出信号、及び印加電圧設定信号に基づいて、制御信号出力回路４７にスイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６を生成させ、固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの通電方向と時間を制御し、ブラシレスモータ２を回転駆動する。

インバータ回路４７は、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ等の６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御信号出力回路４７に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレイン又は各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路４７から入力されたスイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６によってスイッチング動作を行い、インバータ回路４７に印加される電池パック１１の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに供給する。

スイッチング素子駆動信号Ｈ１〜Ｈ６のうちローサイド側のスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のゲートに印加される信号（Ｈ４〜Ｈ６）あるいはハイサイド側のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のゲートに印加される信号（Ｈ１〜Ｈ３）の少なくともいずれかは、パルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）であり、このＰＷＭ信号のデューティを変化させることでブラシレスモータ２への電力供給量を調節し、ブラシレスモータ２の起動、停止、及び回転速度を制御することができる。演算部４１は、例えばマイコンであり、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置（ＣＰＵ）、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含む。制御信号出力回路４７は、演算部４１の制御に従い、回転子位置検出回路４３の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするための駆動信号を発生する。これにより固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの所定の巻線に交互に通電され、ブラシレスモータ２のロータが回転される。

電圧検出回路４８は、電池パック１１の出力電圧を抵抗Ｒ₁,Ｒ₂で分圧した分圧電圧によって電池パック１１の出力電圧を検出し、演算部４１にフィードバックする。演算部４１は、検出された電池パック１１の出力電圧に応じて残量表示部１２を制御する。すなわち演算部４１は、残量表示制御部として機能する。残量表示部１２は、電池パック１１の電池残量（残容量）を表示するものであり、ここでは４つのＬＥＤ５１〜５４（発光部）によって構成される。本実施の形態の電動工具は、互いに定格電圧の異なる複数の電池パック１１を択一的に装着可能であり、装着した電池パック１１の定格電圧が変わっても適切な残量表示を可能とするものである。

図４は、図１及び図３の残量表示部１２の外観図である。残量表示部１２は、定格電圧１８.０Ｖの電池パック１１に対応した第１の残量表示部１２ａ、及び定格電圧１４.４Ｖの電池パック１１に対応した第２の残量表示部１２ｂを含む。第１の残量表示部１２ａ及び第２の残量表示部１２ｂは、定格電圧の表示等により使用者に分かるように相互に分離ないし区画されている。第１の残量表示部１２ａはＬＥＤ５３,５４を含み、第２の残量表示部１２ｂはＬＥＤ５１,５２を含む。

図５は、図４の残量表示部１２の表示モードと点灯するＬＥＤの関係を示す説明図である。表示モードＡは、電池パック１１の出力電圧が１９.５Ｖ以上の場合（定格電圧１８.０Ｖの電池パック１１の電池残量「大」に対応）であり、ＬＥＤ５１〜５４が点灯する（全てのＬＥＤが点灯する）。表示モードＢは、電池パック１１の出力電圧が１８.６Ｖ以上１９.５Ｖ未満の場合（定格電圧１８.０Ｖの電池パック１１の電池残量「中」に対応）であり、ＬＥＤ５１〜５３が点灯し、ＬＥＤ５４は消灯する。表示モードＣは、電池パック１１の出力電圧が１５.６Ｖ以上１８.６Ｖ未満の場合（定格電圧１８.０Ｖの電池パック１１の電池残量「小」又は定格電圧１４.４Ｖの電池パック１１の電池残量「大」に対応）であり、ＬＥＤ５１,５２が点灯し、ＬＥＤ５３,５４は消灯する。表示モードＤは、電池パック１１の出力電圧が１４.９Ｖ以上１５.６Ｖ未満の場合（定格電圧１４.４Ｖの電池パック１１の電池残量「中」に対応）であり、ＬＥＤ５１が点灯し、ＬＥＤ５２〜５４は消灯する。表示モードＥは、電池パック１１の出力電圧が１４.９Ｖ未満の場合（定格電圧１４.４Ｖの電池パック１１の電池残量「小」に対応）であり、ＬＥＤ５１〜５４は消灯する（全てのＬＥＤが消灯する）。なお、本実施の形態において、１８.０Ｖは第１の定格電圧に対応し、１９.５Ｖ及び１８.６Ｖは第１の閾値電圧に対応する。また、１４.４Ｖは第２の定格電圧に対応し、１５.６Ｖ及び１４.９Ｖは第２の閾値電圧に対応する。これらの閾値電圧は、定格電圧の＋約８％,＋約３％に相当する。

図６は、図３の制御部４０による電池残量表示に係る制御フローチャートである。電圧検出回路４８は、電池パック１１の出力電圧を検出して演算部４１にフィードバックする（Ｓ１）。演算部４１は、電池パック１１の出力電圧が１９.５Ｖ以上であれば（Ｓ２,ＹＥＳ）、表示モードＡにより残量表示部１２を制御する（Ｓ３）。演算部４１は、電池パック１１の出力電圧が１８.６Ｖ以上１９.５Ｖ未満であれば（Ｓ４,ＹＥＳ）、表示モードＢにより残量表示部１２を制御する（Ｓ５）。演算部４１は、電池パック１１の出力電圧が１５.６Ｖ以上１８.６Ｖ未満であれば（Ｓ６,ＹＥＳ）、表示モードＣにより残量表示部１２を制御する（Ｓ７）。演算部４１は、電池パック１１の出力電圧が１４.９Ｖ以上１５.６Ｖ未満であれば（Ｓ８,ＹＥＳ）、表示モードＤにより残量表示部１２を制御する（Ｓ９）。演算部４１は、電池パック１１の出力電圧が１４.９Ｖ未満であれば（Ｓ８,ＮＯ）、表示モードＥにより残量表示部１２を制御する（Ｓ１０）。使用者は、トリガスイッチ１０を操作していないときに残量表示部１２を確認することで、モータ非通電時の電池パック１１の出力電圧に基づいた電池残量を知ることができる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 定格電圧１８.０Ｖ及び１４.４Ｖの電池パック１１にそれぞれ対応する第１の残量表示部１２ａ及び第２の残量表示部１２ｂを設けているため、演算部４１は、電池パック１１の定格電圧を識別しなくても、電池パック１１の出力電圧に基づいて前記定格電圧に応じた残量表示制御を行うことができる。すなわち、装着する電池パック１１の定格電圧が変わっても電池パック１１の出力電圧に基づいて適切な残量表示が可能となる。

(2) 演算部４１は、電池パック１１の出力電圧と、定格電圧１８.０Ｖ並びに１４.４Ｖにそれぞれ対応する第１の閾値電圧（１９.５Ｖ及び１８.６Ｖ）並びに第２の閾値電圧（１５.６Ｖ及び１４.９Ｖ）との関係に基づいて残量表示制御を行うため、電池パック１１の定格電圧を識別しなくても、電池パック１１の出力電圧に基づいて前記定格電圧に応じた残量表示制御を行うことができる。すなわち、装着する電池パック１１の定格電圧が変わっても電池パック１１の出力電圧に基づいて適切な残量表示が可能となる。

(3) 演算部４１は、電池パック１１の定格電圧を識別することなく（電池パック１１の出力電圧の他に電池パック１１の定格電圧を示す情報を受け取らずに）残量表示制御を行うため、残量表示制御のステップが簡単かつ短時間で済み、また定格電圧の誤判別のリスクもない。

実施の形態２
図７は、本発明の実施の形態２に係る電動工具の残量表示部１２の外観図である。本実施の形態の残量表示部１２は、定格電圧１８.０Ｖの電池パック１１に対応した第１の残量表示部１２ａ、及び定格電圧１４.４Ｖの電池パック１１に対応した第２の残量表示部１２ｂが、一部において重複している。具体的には、ＬＥＤ５３が第１の残量表示部１２ａ及び第２の残量表示部１２ｂの双方に属する。すなわち、第１の残量表示部１２ａはＬＥＤ５３〜５５を含み、第２の残量表示部１２ｂはＬＥＤ５１〜５３を含む。第１の残量表示部１２ａは実線で囲まれ（区画され）、第２の残量表示部１２ｂは点線で囲まれ（区画され）、使用者は第１の残量表示部１２ａ及び第２の残量表示部１２ｂを区別することができる。

図８は、図７の残量表示部１２の表示モードと点灯するＬＥＤの関係を示す説明図である。図８に示す各表示モードとそれに対応する電池パック１１の出力電圧範囲は、図５に示した実施の形態１の場合と同様であるが、各表示モードと点灯するＬＥＤの関係は相違する。演算部４１は、表示モードＡではＬＥＤ５１〜５５を点灯し（全てのＬＥＤを点灯し）、表示モードＢではＬＥＤ５１〜５４を点灯し（ＬＥＤ５５を消灯し）、表示モードＣではＬＥＤ５１〜５３を点灯し（ＬＥＤ５４,５５を消灯し）、表示モードＤではＬＥＤ５１,５２を点灯し（ＬＥＤ５３〜５５を消灯し）、表示モードＥではＬＥＤ５１を点灯する（ＬＥＤ５２〜５５を消灯する）。

本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３
図９は、本発明の実施の形態３に係る電動工具の残量表示制御部の回路図である。実施の形態１では演算部４１が残量表示制御部として機能したが、本実施の形態ではコンパレータ６１〜６４が残量表示制御部を構成する。コンパレータ６１〜６４の反転入力端子には、閾値電圧である１４.９Ｖ,１５.６Ｖ,１８.６Ｖ,１９.５Ｖがそれぞれ入力される。コンパレータ６１〜６４の非反転入力端子は、電池パック１１のプラス端子に接続される。コンパレータ６１〜６４の出力端子は、ＬＥＤ５１〜５４のアノードに接続される。ＬＥＤ５１〜５４のカソードは、電池パック１１のマイナス端子に接続される。電池パック１１の出力電圧範囲と点灯するＬＥＤの関係は、図５に示した実施の形態１の場合と同様である。本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

電動工具は、実施の形態で例示したインパクトドライバに限定されず、互いに定格電圧の異なる複数の電池パックを択一的に装着可能な他の電動工具であってもよい。電池パック１１の定格電圧は、実施の形態で例示した１８.０Ｖ及び１４.４Ｖに限定されず、１０.８Ｖ等の他の定格電圧であってもよい。他の定格電圧とした場合は、閾値電圧も当該定格電圧と所定の比率になるように変更する。残量表示部１２は、各種情報を表示する表示部（ディスプレイ）の一部であってもよい。

１ ハウジング、１ａ 本体胴体部、１ｂ ハンドル部、１ｃ 電池パック装着部、２ ブラシレスモータ、３ 減速機構、４ スピンドル、５ スプリング、６ スチールボール、７ ハンマ、８ アンビル、９ 先端工具取付穴、１０ トリガスイッチ、１１ 電池パック、１２ 残量表示部、１３ 制御回路基板、２１ シャフト、２２ ロータコア、２３ 永久磁石（ロータマグネット）、３１ ステータコア、３４ インシュレータ、３５ コイル（ステータコイル）、４０ 制御部、４１ 演算部、４２ 位置検出素子、４３ 回転子位置検出回路、４４ モータ回転数検出回路、４５ スイッチ操作検出回路、４６ 印加電圧設定回路、４７ 制御信号出力回路、４８ 電圧検出回路、５１〜５５ ＬＥＤ（発光部）、６１〜６４ コンパレータ

Claims (7)

1. 互いに定格電圧の異なる複数の電池パックを択一的に装着可能な電動工具であって、
   第１の定格電圧の電池パックに対応する第１の残量表示部と、
   第２の定格電圧の電池パックに対応する第２の残量表示部と、
   装着した電池パックの出力電圧に基づいて前記第１及び第２の残量表示部を制御する残量表示制御部と、を備える、電動工具。
2. 前記残量表示制御部は、前記電池パックの出力電圧と複数の閾値電圧との関係に基づいて前記残量表示部を制御し、
   前記複数の閾値電圧は、前記第１の定格電圧に対応する第１の閾値電圧と、前記第２の定格電圧に対応する第２の閾値電圧と、を含む、請求項１に記載の電動工具。
3. 互いに定格電圧の異なる複数の電池パックを択一的に装着可能な電動工具であって、
   残量表示部と、
   装着した電池パックの出力電圧と複数の閾値電圧との関係に基づいて前記残量表示部を制御する残量表示制御部と、を備え、
   前記複数の閾値電圧は、第１の定格電圧に対応する第１の閾値電圧と、第２の定格電圧に対応する第２の閾値電圧と、を含む、電動工具。
4. 前記残量表示部は、第１の定格電圧の電池パックに対応する第１の残量表示部と、第２の定格電圧の電池パックに対応する第２の残量表示部と、を含む、請求項３に記載の電動工具。
5. 前記第１及び第２の閾値電圧がそれぞれ複数存在する、請求項２から４のいずれか一項に記載の電動工具。
6. 前記第１の閾値電圧に含まれる最小の閾値電圧が、前記第２の閾値電圧に含まれる最大の閾値電圧より大きい、請求項２から５のいずれか一項に記載の電動工具。
7. 前記残量表示制御部は、前記電池パックの出力電圧の他に前記電池パックの定格電圧を示す情報を受け取らずに残量表示制御を行う、請求項１から６のいずれか一項に記載の電動工具。