JP2004135496A

JP2004135496A - バッテリ駆動型の手持式電動工具

Info

Publication number: JP2004135496A
Application number: JP2003334769A
Authority: JP
Inventors: Bernd Heigl; ベルント　ハイグル
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2004-04-30
Also published as: US20060038537A1; FR2846804B1; FR2846804A1; DE10246761A1

Abstract

【課題】バッテリ駆動型手持式電動工具において，電動モータを制御すると共に交換可能な充電式バッテリを保護するためのパワーエレクトロニクスの所要部品点数を減少させることにある。
【解決手段】電動工具１は，装置ハウジング３内に設けた電動モータ２と，交換可能な充電式バッテリ４と，電動モータ２を制御すると共に充電式バッテリ４を保護するためのパワーエレクトロニクス７を有する制御モジュール５とを具える。少なくとも制御モジュール５のパワーエレクトロニクス７を，交換可能な充電式バッテリ４内に配置すると共に，インタフェース接点８を経て電動モータ２に接続する。
【選択図】図１

Description

　本発明は，交換可能な充電式バッテリを具える複合ハンマ，手持式丸鋸等のバッテリ駆動型手持式電動工具に関するものである。

　特に高性能の手持式電動工具においては，配電網に依存しない電源により高出力を確保している。そのための電源は，コンパクトなバッテリをモジュールとするリチウムイオン電池等の再充電可能な複数個の蓄電池を具える充電式バッテリとして構成されている。このような高性能充電式バッテリの最大容量を長い耐用年数及び頻繁な充放電サイクルに亙って維持可能とするため，温度センサ及び電流センサを含むデータメモリ等の充電監視手段と，過電流リミッタ及び充電コントローラ等のパワーエレクトロニクスを含む充電保護手段とが必要とされ，これらは部分的に充電式バッテリ内に配置される。

　手持式電動工具の高性能駆動部は，パワーエレクトロニクスの一部を構成するインバータにより給電されるブラシレス電動モータを具える。

　パワーエレクトロニクスは，電子スイッチ及び／又は１．０Ａ超の電流コントローラを具え，これらは絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又はパワーＭＯＳ型ＦＥＴで構成されている。

米国特許第６２１８８０６号明細書オランダ特許第９２０１７４４号明細書特開平Ｐ１０−３４５６４号公報米国特許出願公開第２００１−００１５５７９号公報

　特許文献１に記載されたバッテリ駆動型の手持式電動工具は，充電データメモリと温度センサとを有する交換可能な充電式バッテリを具える。この充電式バッテリは，手持式電動工具の装置データメモリと，割り当てた充電器とにデータ接続するものである。この場合，手持式電動工具及び充電器にはパワーエレクトロニクスが必要となる。

　特許文献２に記載されたバッテリ駆動型手持式電動工具は，モータ制御のための内蔵制御モジュールと，交換可能な充電式バッテリの充電コントローラとを具える。制御モジュールは電動工具内に完全に配置される。充電式バッテリには，別途充電を行うに当たり，充電式バッテリの保護手段として，充電装置における追加的なパワーエレクトロニクスが必要となる。

　特許文献３に記載されたバッテリ駆動型の手持式電動工具は，充電監視手段と照明手段とを具える交換可能な充電式バッテリを有し，そのパワーエレクトロニクスは充電式バッテリ内に配置される。

　更に，特許文献４に記載されたバッテリ駆動型の手持式電動工具は，交換可能な充電式バッテリの代わりに接続可能とする変圧型パワーエレクトロニクスを具える外部給電型の充電式バッテリアダプタを有する。

　本発明の課題は，交換可能な充電式バッテリを具えるバッテリ駆動型手持式電動工具におけるパワーエレクトロニクスの所要部品点数を減少させることにある。

　この課題を解決するため，本発明は，請求項１に記載された事項を特徴とするものである。また，本発明の好適な実施形態は，従属請求項に記載したとおりである。

　本発明によるバッテリ駆動型の手持式電動工具は，装置ハウジング内に設けた電動モータと，交換可能な充電式バッテリと，電動モータを制御すると共に充電式バッテリを保護するためのパワーエレクトロニクスを有する制御モジュールとを具える。少なくとも制御モジュールのパワーエレクトロニクスを，交換可能な充電式バッテリ内に完全に配置すると共に，インタフェース接点を経て電動モータに接続する。

　本発明は，少なくとも制御モジュールのパワーエレクトロニクスを交換可能な充電式バッテリ内に配置することにより，パワーエレクトロニクスが，保護すべき充電式バッテリのみならず，充電式バッテリにも接続してモータ制御を司る手持式電動工具に適用可能である。

　制御モジュールは，外部の装置ハウジング内に配置した制御手段に対してインタフェース接点を経て接続されるモータ制御手段を具える構成が有利である。この場合には，モータ制御手段を装置ハウジング内に配置する必要がなくなる。

　制御モジュールのパワーエレクトロニクスは，ブラシレス電動モータのためのインバータのパワーエレクトロニクスを具える構成が有利である。この場合には，インバータに含まれる大きなパワーエレクトロニクスを装置ハウジング内に配置する必要がなくなる。

　位置センサを有する制御モジュールは，ブラシレス電動モータにインタフェース接点を経て接続されるロータ制御手段を具え，ブラシレス電動モータのロータ位置に応じてインバータを制御する構成が有利である。この場合には，ロータ制御手段を装置ハウジング内に配置する必要がなくなる。

　制御モジュールは，ブラシレス電動モータの巻線に対してインタフェース接点を経て接続される電流センサを具え，その検出値に応じてブラシレス電動モータを制御する構成が有利である。この場合には，大きな電流センサを装置ハウジング内に配置する必要がなくなる。

　制御モジュールは，充電式バッテリの充電監視手段を有する構成が有利である。この場合には，充電監視手段を１個の共通構造部材に内蔵することが可能である。

　制御モジュールは，充電式バッテリの充電コントローラを有する構成が有利である。この充電コントローラは，割り当てた充電器の充電を制御するために使用され，充電器は充電制御のために独自のパワーエレクトロニクスを必要としない。

　交換可能な充電式バッテリ内に再充電可能な蓄電池をモジュールとして配置し，かつ，分離可能な接続手段を経て制御モジュールと電気接続する構成が有利である。この場合には，制御モジュールを有する充電式バッテリに関し，耐用年数の経過に際して蓄電池を更新することが可能である。

　本発明に係る充電式バッテリは，パワーエレクトロニクスを具え，該パワーエレクトロニクスが少なくとも3個のインタフェース接点と電気接続される構成が有利である。この場合には，２個のインタフェース接点を経てパワーエレクトロニクスに接続された外部電源回路が，第３の外部接点を経て制御可能となる。

　充電式バッテリは少なくとも８個のインタフェース接点を具える構成が有利である。そのうちの３個は電流センサを経てパワーエレクトロニクスと接続され，残りの５個は内蔵制御モジュールと直結する。

　以下，本発明を図示の実施形態について更に具体的に説明する。

　図１に示すバッテリ駆動型手持式電動工具１は，装置ハウジング３内に配置したブラシレス電動モータ２と，交換可能な充電式バッテリ４とを具える。内蔵型マイクロコントローラ６で構成する制御モジュール５は，電動モータ２を制御すると共に充電式バッテリ４を保護するためのパワーエレクトロニクス７を有する。このパワーエレクトロニクス７は，交換可能な充電式バッテリ４内に完全に配置され，インタフェース接点８を経て電動モータ２と接続する。マイクロコントローラ６は，電動モータ２を制御するために，外部の装置ハウジング３内に配置したモータ制御スイッチで構成する制御手段９と，２個のインタフェース接点８を経て接続したモータ制御手段６ａとを具える。更に，マイクロコントローラ６は，ブラシレス電動モータ２のロータ位置に応じてパワーエレクトロニクス７によりインバータを制御するため，ブラシレス電動モータ２に設けた位置センサ１０と，３個のインタフェース接点８を経て接続したロータ制御手段６ｂを具える。パワーエレクトロニクス７により構成されるインバータは，制御モジュール５における電流センサ１１と，インタフェース接点８とを経てスター接続した，ブラシレス電動モータ２における３本の巻線１２と接続する。マイクロコントローラ６は，充電監視手段６ｃと，パワーエレクトロニクス７のための充電式バッテリ４の充電コントローラ６ｄとを具える。交換可能な充電式バッテリ４内では，再充電可能な蓄電池セル１３がセルモジュール１４として配置され，分離可能な接続手段１５を介して制御モジュール５と電気接続される。

本発明によるバッテリ駆動型手持式電動工具の好適な実施形態を示すブロック線図である。

符号の説明

１　手持式電動工具
２　電動モータ
３　装置ハウジング
４　充電式バッテリ
５　制御モジュール
６　マイクロコントローラ
６ａ　モータ制御手段
６ｂ　ロータ制御手段
６ｃ　充電監視手段
６ｄ　充電コントローラ
７　パワーエレクトロニクス
８　インタフェース接点
９　制御手段
１０　位置センサ
１１　電流センサ
１２　巻線
１３　蓄電池セル
１４　セルモジュール
１５　接続手段

Claims

　装置ハウジング（３）内に設けた電動モータ（２）と，交換可能な充電式バッテリ（４）と，電動モータ（２）を制御すると共に充電式バッテリ（４）を保護するためのパワーエレクトロニクス（７）を有する制御モジュール（５）とを具えるバッテリ駆動型の手持式電動工具において，
　少なくとも制御モジュール（５）のパワーエレクトロニクス（７）を，交換可能な充電式バッテリ（４）内に配置すると共に，インタフェース接点（８）を経て電動モータ（２）に接続することを特徴とする電動工具。
　請求項１記載の電動工具において，制御モジュール（５）が，外部の装置ハウジング（３）に配置した制御手段（９）に対してインタフェース接点（８）を経て接続されるモータ制御手段（６ａ）を具えることを特徴とする電動工具。
　請求項１又は２に記載の電動工具において，制御モジュール（５）のパワーエレクトロニクス（７）が，ブラシレス電動モータ（２）のためのインバータのパワーエレクトロニクス（７）を含むことを特徴とする電動工具。
　請求項３記載の電動工具において，位置センサ（１０）を有する制御モジュール（５）が，ブラシレス電動モータ（２）にインタフェース接点（８）を経て接続されるロータ制御手段（６ｂ）を具え，ブラシレス電動モータ（２）のロータ位置に応じてインバータを制御することを特徴とする電動工具。
　請求項３又は４に記載の電動工具において，制御モジュール（５）が，ブラシレス電動モータ（２）の巻線（１２）に対してインタフェース接点（８）を経て接続される電流センサ（１１）を具え，その検出値に応じてブラシレス電動モータ（２）を制御することを特徴とする電動工具。
　請求項１〜５の何れか一項に記載の電動工具において，制御モジュール（５）が，充電式バッテリ（４）の充電監視手段（６ｃ）を具えることを特徴とする電動工具。
　請求項１〜６の何れか一項に記載の電動工具において，制御モジュール（５）が，充電式バッテリ（４）の充電コントローラ（６ｄ）を具えることを特徴とする電動工具。
　請求項１〜７の何れか一項に記載の電動工具において，交換可能な充電式バッテリ（４）内に再充電可能とする蓄電池（１３）をモジュールとして配置し，かつ，分離可能な接続手段（１５）を経て制御モジュール（５）と電気接続することを特徴とする電動工具。
　電動モータ（２）を具える手持式電動工具（１）の装置ハウジング（３）に交換可能に接続するためのインタフェース接点（８）を有する充電式バッテリにおいて，パワーエレクトロニクス（７）を具え，該パワーエレクトロニクス（７）を少なくとも３個のインタフェース接点（８）と電気接続することを特徴とする充電式バッテリ。
　請求項１０記載の充電式バッテリにおいて，少なくとも８個のインタフェース接点（８）を有することを特徴とする充電式バッテリ。