WO2017208710A1

WO2017208710A1 - 充電装置

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Publication number: WO2017208710A1
Application number: PCT/JP2017/016969
Authority: WO
Inventors: 裕司喜嶋; 晃洋小林
Original assignee: 日立工機株式会社
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2017-12-07
Also published as: JP7107399B2; JP2022140486A; CN109328422A; JPWO2017208710A1; JP6835084B2; JP2021078353A

Abstract

充電中の電池パック及び充電用回路部品を好適に冷却することの可能な充電装置を提供するため、充電装置１Ａは、上ケース２及び下ケース３によって形成される内部空間に、ファン１５、基板４、及び基板４上の充電用回路部品を備える。上ケース２の上面に電池パック装着部が設けられる。ファン１５の発生する気流は、風窓６から吸い込まれて充電用回路部品を通らずに電池パック５内に流れる第１気流ｋ１と、風窓８から吸い込まれて充電用回路部品を通り、第１気流ｋ１と合流して電池パック５内に流れる第２気流ｋ２と、を含む。

Description

充電装置

本発明は、例えばコードレス電動工具に着脱可能に装着される電池パックを充電する充電装置に関する。

コードレス電動工具は、駆動源であるモータに電力を供給するための電池パックを着脱可能に装着する。電池パックは、充電可能なリチウム電池等の二次電池セルを内蔵する。電池パックの充電には充電装置が用いられる。充電装置は、充電中の電池パックを冷却するためのファンを内蔵する。充電装置に装着された電池パックの風窓と、充電装置の吸気口とが連通し、前記ファンの発生した気流が電池パックの内部を通って充電装置内に吸い込まれ、充電装置の排気口から排気される。

特開２０１５－０１９５３５号公報

近年、電池パックの高容量化に伴い充電装置による充電時間の短縮化が進んでいる一方で、充電装置の小型化が進んでいる。そのため、充電中の電池パック及び充電用回路部品の発熱が懸案となっている。

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、充電中の電池パック及び充電用回路部品を好適に冷却することの可能な充電装置を提供することにある。

本発明のある態様は、充電装置である。この充電装置は、下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、前記ケース内に設けられたファンと、前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、前記ケースは、排気口並びに第１及び第２吸気口を有し、前記排気口は、前記電池パック装着部に臨み、前記ファンの発生する気流は、前記第１吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通らずに前記排気口に向かって流れる第１気流と、前記第２吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通り、前記第１気流と合流して前記排気口に向かって流れる第２気流と、を含むことを特徴とする。

前記ファンは、前記電池パック装着部の下方に設けられ、前記第１吸気口は、前記ケースの下面に設けられて前記排気口と対向してもよい。

前記充電用回路部品は、前記排気口と前記第１吸気口との間を避けた位置に設けられてもよい。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、前記ケース内に設けられたファンと、前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、前記ケースは、吸気口並びに第１及び第２排気口を有し、前記吸気口は、前記電池パック装着部に臨み、前記ファンの発生する気流は、前記吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通らずに前記第１排気口に向かって流れる第１気流と、前記吸気口から吸い込まれて前記第１気流から分岐し、前記充電用回路部品を通って前記第２排気口に向かって流れる第２気流と、を含むことを特徴とする。

前記ファンは、前記電池パック装着部の下方に設けられた単一ファンであり、前記第１排気口は、前記ケースの下面に設けられて前記吸気口と対向してもよい。

前記充電用回路部品は、前記吸気口と前記第１排気口との間を避けた位置に設けられてもよい。

前記ファンは、前記気流内において、前記吸気口と前記第１排気口との間に設けられた第１ファンと、前記吸気口と前記第２排気口との間に設けられた第２ファンと、を有してもよい。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、前記ケース内に設けられたファンと、前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、前記ケースは、第１及び第２吸気口並びに排気口を有し、前記第１吸気口は、前記電池パック装着部に臨み、前記ファンの発生する気流は、前記第１吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通って前記排気口に向かって流れる第１気流と、前記第２吸気口から吸い込まれて前記第１気流と合流し、前記充電用回路部品を通って前記排気口に向かって流れる第２気流と、を含むことを特徴とする。

前記第２吸気口は、前記ケースの下面に設けられて前記第１吸気口と対向してもよい。

前記充電用回路部品は、前記第１及び第２吸気口の間を避けた位置に設けられてもよい。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、前記ケース内に設けられた単一のファンと、前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、前記ケースは、第１及び第２吸気口並びに第１及び第２排気口を有し、前記第１吸気口又は前記第１排気口は、前記電池パック装着部に臨み、前記ファンの発生する気流は、前記第１及び第２吸気口からそれぞれ吸い込まれ、互いに合流し、一部は前記充電用回路部品を通らずに前記第１排気口に向かって流れ、残りは前記充電用回路部品を通って前記第２排気口に向かって流れることを特徴とする。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、前記ケース内に設けられた単一のファンと、前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、前記ケースは、第１及び第２吸気口並びに第１及び第２排気口を有し、前記第１吸気口又は前記第１排気口は、前記電池パック装着部に臨み、前記ファンの発生する気流は、前記第１吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通らずに前記第１排気口に向かって流れる第１気流と、前記第２吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通って前記第２排気口に向かって流れる第２気流と、を含み、前記第１及び第２気流が互いに独立して流れることを特徴とする。

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、充電中の電池パック及び充電用回路部品を好適に冷却することの可能な充電装置を提供する。

本発明の実施の形態１に係る充電装置１Ａの第１斜視図。充電装置１Ａの第２斜視図。充電装置１Ａの第３斜視図。充電装置１Ａで充電可能な電池パック５の斜視図。充電装置１Ａに電池パック５を装着した状態の斜視図。充電装置１Ａに電池パック５を装着した状態の正断面図。本発明の実施の形態２に係る充電装置１Ｂに電池パック５を装着した状態の正断面図。同状態の右側断面図。本発明の実施の形態３に係る充電装置１Ｃに電池パック５を装着した状態の正断面図。本発明の実施の形態４に係る充電装置１Ｄに電池パック５を装着した状態の正断面図。本発明の実施の形態５に係る充電装置１Ｅに電池パック５を装着した状態の正断面図。本発明の実施の形態６に係る充電装置１Ｆに電池パック５を装着した状態の正断面図。

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～図６を参照し、本発明の実施の形態１に係る充電装置１Ａについて説明する。充電装置１Ａは、上ケース２及び下ケース３を組み合わせたケースを備える。上ケース２及び下ケース３は、例えば樹脂成形体である。図２及び図３に示すように、下ケース３は、下面に設置部となる複数の脚部３ａを有する。上ケース２は、電池パック５を着脱可能に装着（スライド装着）する電池パック装着部２ａを上面に有する。充電装置１は、図示しない電源コードにより商用電源等の外部電源に接続され、当該外部電源からの供給電力により、電池パック装着部２ａに装着した電池パック５を充電する。なお、充電に関する構成は従来と同じでよいのでここでは説明を省略する。

図１に示すように、上ケース２は、電池パック装着部２ａに開口する所定数の風窓７を有する。図４に示すように、電池パック５は、上ケース２の電池パック装着部２ａに臨む所定数の風窓５ａを有する。風窓５ａ及び風窓７は、図５及び図６に示すように充電装置１Ａに電池パック５を装着した状態で、相互に連通する。図４及び図５に示すように、電池パック５は、前面に風窓５ｂを有する。図６に示すように、下ケース３は、下面に開口する風窓６を有する。風窓６は、電池パック装着部２ａの下方に位置する。下ケース３は、風窓８を有する。風窓８は、自身と後述のファン１５との間の風路に後述の充電用回路部品が存在する位置に開口する。本実施の形態では、電池パック５の風窓５ａは吸気口であり、風窓５ｂは排気口である。また、充電装置１Ａの風窓６は第１吸気口であり、風窓８は第２吸気口であり、風窓７は排気口である。

図６に示すように、上ケース２及び下ケース３によって形成される内部空間には、基板４、基板４上に設けられた充電用回路部品、及びファン１５が設けられる。充電用回路部品は、ＦＥＴ等のスイッチング素子２１、フォトカプラ２２、トランス２３、ダイオード２４、及び放熱フィン２５～２７等を含む。ファン１５は、軸流ファンであって、下方から空気を吸い込んで上方に送り出すように、上ケース２のリブ１３によって電池パック装着部２ａの直下に保持される。基板４及びそれに設けられた充電用回路部品は、風窓６と風窓７との間を避けた位置に設けられる。ファン１５の下方の空間と基板４の収容空間との間は、風窓７から浸入した水等の液体が基板４の収容空間に流出しないように、下ケース３のリブ１４によって仕切られる。

ファン１５の発生する気流は、第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を含む。第１気流ｋ１は、風窓６から吸い込まれ、基板４上の充電用回路部品を通らずに風窓７に向かって流れ、風窓７から排気される。第２気流ｋ２は、風窓８から吸い込まれ、基板４上の充電用回路部品を通り（充電用回路部品を冷却し）、ファン１５の吸込み側において第１気流ｋ１と合流して風窓７に向かって流れ、風窓７から排気される。風窓７から排気された第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２は、電池パック５の風窓５ａから電池パック５内に入り、電池パック５内の電池セル等を冷却し、風窓５ｂから排気される。

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) 基板４上の充電用回路部品を第２気流ｋ２により冷却しつつ、充電用回路部品を冷却していない第１気流ｋ１を第２気流ｋ２と合流させて電池パック５の冷却に利用するため、充電用回路部品を冷却した後の気流のみで電池パック５を冷却する場合と比較して、電池パック５の冷却効率を高めることができる。

(2) 第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を単一のファン１５で発生させるため、部品点数が少なくコスト安であり、また小型化に有利である。

(3) 電池パック５を装着していない状態で風窓７から水等の液体が入り込んでも、風窓６から排水でき、防水面でも優れている。

実施の形態２　図７は、本発明の実施の形態２に係る充電装置１Ｂに電池パック５を装着した状態の正断面図である。図８は、同状態の右側断面図である。なお、図８において、風窓５ｂは、簡易的に１つのみを大きく示している。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。ファン１５は、上方から空気を吸い込んで下方に送り出すように、下ケース３によって電池パック装着部２ａの下方かつ風窓６の真上に保持される。ファン１６は、軸流ファンであって、図７中の右方（風窓７の下方の空間）から空気を吸い込んで左方（基板４及び充電用回路部品側）に送り出すように、下ケース３によって電池パック装着部２ａの下方に保持される。風窓８は、自身とファン１６との間の風路に基板４上の充電用回路部品が存在する位置に開口する。本実施の形態では、電池パック５の風窓５ａは排気口であり、風窓５ｂは吸気口である。また、充電装置１Ｂの風窓６は第１排気口であり、風窓７は吸気口であり、風窓８は第２排気口である。

ファン１５及びファン１６は、第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を発生する。第１気流ｋ１は、風窓７から吸い込まれ、基板４上の充電用回路部品を通らずに風窓６に向かって流れ、風窓６から排気される。第２気流ｋ２は、風窓７から吸い込まれ、第１気流ｋ１から分岐し、基板４上の充電用回路部品を通り（充電用回路部品を冷却し）、風窓８に向かって流れ、風窓８から排気される。第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２は、図８に示すように、風窓７から吸い込まれる前に、電池パック５の風窓５ｂから電池パック５内に吸い込まれ、電池パック５内の電池セル５ｃ等を冷却し、風窓５ａから排気され、風窓７から充電装置１Ｂ内に吸い込まれる。

本実施の形態によれば、２つのファン１５,１６によって発生した強力かつ新鮮な気流で電池パック５を冷却するため、電池パック５の冷却効率が高められる。また、電池パック５を冷却後の第２気流ｋ２によって基板４上の充電用回路部品も冷却するため、充電用回路部品の発熱にも好適に対処できる。また、防水面では実施の形態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に係る充電装置１Ｃに電池パック５を装着した状態の正断面図である。充電装置１Ｃは、図７に示した実施の形態２の充電装置１Ｂからファン１５を無くしたものに相当する。本実施の形態では、風窓６は第１吸気口であり、風窓７は第２吸気口であり、風窓８は排気口である。ファン１６は、第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を発生する。第１気流ｋ１は、風窓７から吸い込まれ、基板４上の充電用回路部品を通り（充電用回路部品を冷却し）、風窓８に向かって流れ、風窓８から排気される。第１気流ｋ１は、風窓７から吸い込まれる前に、実施の形態２（図８）と同様に、電池パック５を冷却する。第２気流ｋ２は、風窓６から吸い込まれ、ファン１６の吸込み側（風窓７の下方の空間）で第１気流ｋ１と合流し、基板４上の充電用回路部品を通り（充電用回路部品を冷却し）、風窓８に向かって流れ、風窓８から排気される。

本実施の形態によれば、第１気流ｋ１によって電池パック５を冷却しつつ、電池パック５を冷却していない第２気流ｋ２を第１気流ｋ１と合流させて基板４上の充電用回路部品の冷却に利用するため、電池パック５を冷却した後の気流のみで充電用回路部品を冷却する場合と比較して、充電用回路部品の冷却効率を高めることができる。また、第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を単一のファン１６で発生させるため、実施の形態１と同様に、部品点数が少なくコスト安であり、小型化に有利である。また、防水面においても実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態４　図１０は、本発明の実施の形態４に係る充電装置１Ｄに電池パック５を装着した状態の正断面図である。充電装置１Ｄは、図９に示した実施の形態３のものと比較して、ファン１７が追加され、下ケース３の風窓８が上ケース２に風窓９に替わった点で相違し、その他の点で一致する。ファン１７は、基板４上の充電用回路部品を挟んでファン１６の反対側に設けられ、図１０の右方（充電用回路部品側）から空気を吸い込んで左方風窓９側に送り出すように、下ケース３によって保持される。本実施の形態によれば、ファンが２つになったことにより、実施の形態３と比較して部品点数は増加するが、冷却風の風量を増大させることができる。また、排気口となる風窓９が充電装置１Ｄの上部に設けられるため、充電用回路部品の上部を重点的に冷却できる。

実施の形態５　図１１は、本発明の実施の形態５に係る充電装置１Ｅに電池パック５を装着した状態の正断面図である。充電装置１Ｅは、図６に示した実施の形態１のものと比較して、ファン１６が追加され、下ケース３に吸気口となる風窓１０が追加された点で相違し、その他の点で一致する。ファン１６は、図９に示した実施の形態３と同様の配置である。ファン１５及びファン１６は、第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を発生する。第１気流ｋ１は、風窓６から吸い込まれ、ファン１５及びファン１６の吸込み側において第２気流ｋ２と合流し、一部は基板４上の充電用回路部品を通り（充電用回路部品を冷却し）、風窓８に向かって流れ、風窓８から排気され、残りは基板４上の充電用回路部品を通らずに風窓７に向かって流れ、風窓７から排気される。第２気流ｋ２は、風窓１０から吸い込まれ、ファン１５及びファン１６の吸込み側において第１気流ｋ１と合流し、一部は基板４上の充電用回路部品を通らずに風窓７に向かって流れ、風窓７から排気され、残りは基板４上の充電用回路部品を通り（充電用回路部品を冷却し）、風窓８に向かって流れ、風窓８から排気される。本実施の形態によれば、２つのファン１５,１６によって発生した強力かつ新鮮な気流で電池パック５及び基板４上の充電用回路部品を冷却するため、電池パック５及び充電用回路部品の冷却効率が高められる。また、防水面では実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

実施の形態６　図１２は、本発明の実施の形態６に係る充電装置１Ｆに電池パック５を装着した状態の正断面図である。充電装置１Ｆは、図１１に示した実施の形態５のものと比較して、第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２がリブ１２によってガイドされて互いに分離している（独立している）点で相違し、その他の点で一致する。ファン１５及びファン１６は、第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を発生する。第１気流ｋ１は、風窓６から吸い込まれ、基板４上の充電用回路部品を通り（充電用回路部品を冷却し）、風窓８に向かって流れ、風窓８から排気される。第２気流ｋ２は、風窓１０から吸い込まれ、基板４上の充電用回路部品を通らずに風窓７に向かって流れ、風窓７から排気される。本実施の形態によれば、２つのファン１５,１６によって発生した強力かつ新鮮な気流で電池パック５及び基板４上の充電用回路部品を冷却するため、電池パック５及び充電用回路部品の冷却効率が高められる。また、防水面では実施の形態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。

図７、図１１及び図１２の構成において、ファン１５及びファン１６に替えて例えば斜め配置の単一の遠心ファンを用いることで、単一ファンによって第１気流ｋ１及び第２気流ｋ２を発生させてもよい。この場合、冷却風の風量は落ちるが部品点数を削減できる。図１１及び図１２において、ファン１５及びファン１６の向きを反転させ、風窓７,８が吸気口、風窓６,１０が排気口になるように構成してもよい。

１Ａ～１Ｆ…充電装置（充電器）、２…上ケース（上外枠）、２ａ…電池パック装着部、３…下ケース（下外枠）、３ａ…脚部、４…基板（メイン基板）、５…電池パック、５ａ,５ｂ…風窓、６～１０…風窓、１２～１４…リブ、１５～１７…ファン、２１…スイッチング素子、２２…フォトカプラ、２３…トランス、２４…ダイオード、２５～２７…放熱フィン、ｋ１…第１気流、ｋ２…第２気流

Claims

下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、
前記ケース内に設けられたファンと、
前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、
前記ケースは、排気口並びに第１及び第２吸気口を有し、
前記排気口は、前記電池パック装着部に臨み、
前記ファンの発生する気流は、
前記第１吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通らずに前記排気口に向かって流れる第１気流と、
前記第２吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通り、前記第１気流と合流して前記排気口に向かって流れる第２気流と、を含むことを特徴とする、充電装置。
前記ファンは、前記電池パック装着部の下方に設けられ、
前記第１吸気口は、前記ケースの下面に設けられて前記排気口と対向することを特徴とする、請求項１に記載の充電装置。
前記充電用回路部品は、前記排気口と前記第１吸気口との間を避けた位置に設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の充電装置。
下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、
前記ケース内に設けられたファンと、
前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、
前記ケースは、吸気口並びに第１及び第２排気口を有し、
前記吸気口は、前記電池パック装着部に臨み、
前記ファンの発生する気流は、
前記吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通らずに前記第１排気口に向かって流れる第１気流と、
前記吸気口から吸い込まれて前記第１気流から分岐し、前記充電用回路部品を通って前記第２排気口に向かって流れる第２気流と、を含むことを特徴とする、充電装置。
前記ファンは、前記電池パック装着部の下方に設けられた単一ファンであり、
前記第１排気口は、前記ケースの下面に設けられて前記吸気口と対向することを特徴とする、請求項４に記載の充電装置。
前記充電用回路部品は、前記吸気口と前記第１排気口との間を避けた位置に設けられることを特徴とする、請求項４又は５に記載の充電装置。
前記ファンは、前記気流内において、前記吸気口と前記第１排気口との間に設けられた第１ファンと、前記吸気口と前記第２排気口との間に設けられた第２ファンと、を有することを特徴とする、請求項４乃至６の何れか一項に記載の充電装置。
下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、
前記ケース内に設けられたファンと、
前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、
前記ケースは、第１及び第２吸気口並びに排気口を有し、
前記第１吸気口は、
前記電池パック装着部に臨み、
前記ファンの発生する気流は、前記第１吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通って前記排気口に向かって流れる第１気流と、
前記第２吸気口から吸い込まれて前記第１気流と合流し、前記充電用回路部品を通って前記排気口に向かって流れる第２気流と、を含むことを特徴とする、充電装置。
前記第２吸気口は、前記ケースの下面に設けられて前記第１吸気口と対向することを特徴とする、請求項８に記載の充電装置。
前記充電用回路部品は、前記第１及び第２吸気口の間を避けた位置に設けられることを特徴とする、請求項８又は９に記載の充電装置。
下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、
前記ケース内に設けられた単一のファンと、
前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、
前記ケースは、第１及び第２吸気口並びに第１及び第２排気口を有し、
前記第１吸気口又は前記第１排気口は、前記電池パック装着部に臨み、
前記ファンの発生する気流は、前記第１及び第２吸気口からそれぞれ吸い込まれ、互いに合流し、一部は前記充電用回路部品を通らずに前記第１排気口に向かって流れ、残りは前記充電用回路部品を通って前記第２排気口に向かって流れることを特徴とする、充電装置。
下面に設置部を有し、上面に電池パック装着部を有するケースと、
前記ケース内に設けられた単一のファンと、
前記ケース内に設けられた充電用回路部品と、を備え、
前記ケースは、第１及び第２吸気口並びに第１及び第２排気口を有し、
前記第１吸気口又は前記第１排気口は、前記電池パック装着部に臨み、
前記ファンの発生する気流は、
前記第１吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通らずに前記第１排気口に向かって流れる第１気流と、
前記第２吸気口から吸い込まれて前記充電用回路部品を通って前記第２排気口に向かって流れる第２気流と、を含み、前記第１及び第２気流が互いに独立して流れることを特徴とする、充電装置。