JP2007222991A

JP2007222991A - 電動工具

Info

Publication number: JP2007222991A
Application number: JP2006047489A
Authority: JP
Inventors: Sunao Arimura; 直有村; Naotake Tanaka; 尚武田中; Fumiaki Sekino; 文昭関野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: EP1825964B1; CN101026298A; CN101026298B; US20070193762A1; EP1825964A1; JP5122750B2

Abstract

【課題】電池部の温度を監視してモータを制御することで、環境温度や大電流による自己発熱の影響により電池寿命が低下することを防止した電動工具を提供する。
【解決手段】モータ１と、モータ１駆動用の電力を供給する電池部５と、モータ１の駆動力を伝達する動力伝達機構２と、モータ１の回転数ω及びオンオフを入力する操作入力部３と、操作入力部３の入力情報に基づいてモータ１を制御するモータ制御部４とを具備する電動工具において、電池部５の温度を検出する温度センサ８を備えるとともに、上記モータ制御部４は、通常動作モード中に上記温度センサ８で検出した温度情報値Ｔが所定の異常判定用温度情報値以上となる場合に異常と判定し、該判定後はモータ１を停止及び又は回転抑制させる制限動作モードに切り換えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池部からの電力供給によりモータを回転駆動させて用いる電動工具に関するものである。

従来から、モータと、モータ駆動用の電力を供給する電池部と、モータの駆動力を伝達する動力伝達機構と、モータのオンオフ及び回転数を入力する操作入力部と、操作入力部の入力情報に基づいてモータを制御するモータ制御部とを具備する電動工具が知られている。

上記電池部としてはＮｉ−ｃｄ蓄電池やＮｉ−ＭＨ蓄電池を用いることが一般的であったが、近年は軽量且つ大容量のＬｉ−ｉｏｎ蓄電池が採用されるようになっている。このＬｉ−ｉｏｎ蓄電池は、従来のＮｉ−ｃｄ蓄電池やＮｉ−ＭＨ蓄電池と比べて高温になれば寿命を著しく低下させる特性を有しており、特に電動工具にあっては野外使用時の環境温度や大電流による自己発熱の影響が考えられるので、電池部の温度を監視することが望まれる。しかし従来は電池部の状態を監視してモータを制御するものとして、電池部の電圧低下を検出した場合にモータへの給電を停止するシステムのもの（特許文献１参照）が提案されているのみである。
実開平５−２６２７８号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、電池部の温度を監視してモータを制御することで、環境温度や大電流による自己発熱の影響で電池寿命が低下することを防止した電動工具を提供することを、課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、モータ１と、モータ１駆動用の電力を供給する電池部５と、モータ１の駆動力を伝達する動力伝達機構２と、モータ１の回転数ω及びオンオフを入力する操作入力部３と、操作入力部３の入力情報に基づいてモータ１を制御するモータ制御部４とを具備する電動工具において、電池部５の温度を検出する温度センサ８を備えるとともに、上記モータ制御部４は、通常動作モード中に上記温度センサ８で検出した温度情報値Ｔが所定の異常判定用温度情報値Ｔ１以上となる場合に異常と判定し、該判定後はモータ１を停止及び又は回転抑制させる制限動作モードに切り換えるものとする。

上記構成の電動工具とすることで、野外等の環境温度や大電流による自己発熱の影響で電池部５の温度が上昇した場合には自動的にモータ１を停止や回転抑制させ、電池部５の温度が更に上昇して電池寿命の低下を招くといった事態を防止することができる。

加えて上記モータ制御部４は、通常動作モード中に検出した温度情報値Ｔが上記異常判定用温度情報値Ｔ１よりも低い所定の第２異常判定用温度情報値Ｔ２以上となり、且つ温度情報値Ｔの上昇率が所定の異常判定用上昇率以上となる場合に異常と判定し、該判定後はモータ１を停止及び又は回転抑制させる制限動作モードに切り換えるものであることが好適である。このようにすることで、急激な温度上昇により温度センサ８の追従性に問題が生じるような場合であっても、電池部５が高温となって電池寿命の低下を招く前の段階で確実に制限動作モードに切り換えることができる。しかも、高精度なセンサを用いる等の高コストな方法を用いずとも安価で済むものである。

なお上記モータ制御部４は、操作入力部３の操作が行われている場合にのみ異常の判定を行うものであることが好適である。このように作業者が操作入力部３を操作している最中に異常を判定することで、モータ１が停止や回転抑制されることにより作業者は安全且つ確実に動作モードの切り換わりを知ることができる。

また上記モータ制御部４は、上記制限動作モード中におけるモータ１の最大回転数ωｍａｘ′を通常動作モード中の最大回転数ωｍａｘよりも低く設定するものであることが好適である。これにより電池部５の温度上昇は容易に防止されるとともに、作業者も回転数ωが上昇しなくなることで動作モードの切り換わりを確実に知ることができる。

また上記モータ制御部４は、上記制限動作モード中に検出した温度情報値Ｔが所定の復帰用温度情報値Ｔ３以下となる場合には通常復帰と判定し、該判定後は通常動作モードに切り換えるものであることが好適である。このようにすることで、作業者による余計な設定等なしに通常作業が可能になる。

このとき上記モータ制御部４は、操作入力部３の操作が行われていない場合にのみ通常復帰の判定を行うものであることが好適である。モータ１が回転駆動されている最中に不意に回転数ωが上昇すると危険であるが、このようにすることで安全性を確保することができる。
このように通常復帰の判定を行う場合、上記モータ制御部４は、通常復帰と判定した後に最初に行われる操作入力部３の操作においては、操作入力部３の入力情報と対応する回転数ωに到達するまでの時間を通常動作モードよりも長く設定した復帰動作モードとし、その後に通常動作モードに切り換えるものであることが好適である。これにより、作業者は初回操作が復帰動作モードとなっている時点で制限動作モードの終了に気付くとともに、このときの回転数ωの増加が緩やかであることから安全性も確保されるものである。

更に、モータ１の負荷を検出する負荷検出手段１０を備えるとともに、上記モータ制御部４は、制限動作モード時に該負荷検出手段１０の検出する負荷値が所定負荷値を超える状態が所定時間継続する場合にはモータ１を停止させるものであることも好適である。制限動作モード時は出力軸等がロックする可能性が高まるが、このようにロック時にはモータ１を停止するように設けることで、電池部５やモータ１の温度上昇を防止して故障を防ぐことができる。
また更に、上記モータ制御部４への電力供給の保持及び遮断を切換自在であり且つ上記操作入力部３の操作が所定時間行われない場合には電力供給を遮断する電源保持部６を備えるとともに、該所定時間は、通常動作モード時と制限動作モード時とでは後者の方が長くなるように設けたものであることも好適である。このようにすることで、長時間作業を行わないときは電源保持部６により放電経路を遮断して電池寿命の低下を防ぐことができる。加えて、制限動作モードにあってはモータ制御部４への電力供給を遮断するまでの所定時間を長くとってあるので、モータ制御部４により異常報知用の表示手段を点灯させ続けておくことが可能である。

また更に、上記温度センサ８から上記モータ制御部４への情報伝達ライン９に接続異常が生じた場合には検出される温度情報値Ｔが所定の伝達異常判定用温度情報値Ｔ４以下となるように設けてあり、且つ上記モータ制御部４は、通常動作モード中に上記温度センサ８で検出した温度情報値Ｔが該伝達異常判定用温度情報値Ｔ４以下となる場合に異常と判定し、該判定後は操作入力部３の入力情報に関わらずモータ１を制限動作モードに切り換えるものであることも好適である。上記情報伝達ライン９の接続異常により実際の温度より低い温度情報値Ｔをモータ制御部４が誤検出してしまう場合に通常動作モードを続けていれば、電池部５が非常に高温になっても異常と判定されない恐れがあるのだが、このように温度情報値Ｔが不確かな場合には制限動作モードに切り換えるように設けることで、電池温度の上昇を抑制して電池部５を保護することができる。

なお、以上述べた各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜組合せ可能である。

本発明は、電池部の温度を監視してモータを制御することで、環境温度や大電流による自己発熱の影響により電池寿命が低下するといった事態を防止するという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１、図２には、本発明の実施形態における一例の電動工具の構成を概略的に示している。本例の電動工具の主体を成す本体部２０内には、モータ１や、該モータ１の回転駆動力を伝達する動力伝達機構２や、モータ１への通電を制御するモータ制御部４を収納している。この動力伝達機構２は、例えばトルクリミット機能付き減速機、或いはハンマーとアンビルとの係合を衝撃的に繰り返すことにより回転力を発生させるインパクト発生機能付き減速機から成るねじ締め機構であり、本体部２０先端の出力軸１５にまでモータ１の回転駆動力を伝達するようになっている。

本体部２０から前方へはトリガースイッチである操作入力部３が引き込み自在に突設されている。この操作入力部３の引き込み量の情報がモータ制御部４に入力されるとともに、該モータ制御部４にてこの引き込み量に応じてモータ１の回転数やオンオフが決定される。また本体部２０の下端部には、モータ１を駆動するための電力をモータ制御部４経由で供給するＬｉ−ｉｏｎ蓄電池パックから成る電池部５を、着脱自在に装着させてある。更に本体部２０側には、モータ制御部４への電源供給の保持及び遮断を可能とする電源保持部６や、電池部５の状態を表示する表示手段７を備えている。

そして本例の電動工具の電池部５には該電池部５内の温度を検出する温度センサ８を内蔵しており、電池部５を本体部２０に装着した状態において、温度センサ８で検出した温度情報値Ｔを情報伝達ライン９を通じて該モータ制御部４に入力するように設けている。モータ制御部４は、温度センサ８の検出結果に応じてモータ１の動作モードを変化させるものである。

通常時の動作モード（以下これを「通常動作モード」という）において上記モータ制御部４は、操作入力部３の操作量（即ち引き込み量）が一定量を超えた時点でモータ１への通電をオンにするとともに、その後は、通電オン後の操作量の増加に比例した回転数ωだけモータ１が回転駆動されるように該モータ１への通電制御を行う。なお図３に示すようにモータ１の回転数ωには最大回転数ωｍａｘを設定してあり、操作入力部３の操作量が最大操作量に至る前の段階で回転数ωは最大回転数ωｍａｘに至り、その後は操作量が増大しても回転数ωは最大回転数ωｍａｘで一定となるように設けている。操作入力部３を離して操作量が一定量を下回った時点でモータ１への通電はオフとなる。

図４、図５は、温度センサ８で検出した電池部５内の温度情報値Ｔに基づいてモータ１の動作モードを適宜切り換える制御を説明するものである。図示の如く本例のモータ制御部４は、電池温度の異常を判定するために予め設定してある所定の異常判定用温度情報値Ｔ１及び第２異常判定用温度情報値Ｔ２（＜Ｔ１）を用いて、通常動作モード中において電池部５が環境温度や自己発熱の影響で温度異常の状態にあるか否かを判定し、異常と判定した後はモータ１の回転数ωを制限した動作モード（以下これを「制限動作モード」という）に自動的に切り換えるとともに、この制限動作モード中にあっては同じく予め設定してある所定の復帰用温度情報値Ｔ３（＜Ｔ２）を用いて通常動作モードに復帰させるか否かを判定するようになっている。

以下、上記各判定について具体的に述べる。上記モータ制御部４は、図３に示したよういに操作入力部３の入力情報通りにモータ１を通電制御する通常動作モード中において、上記温度センサ８で検出した温度情報値Ｔが異常判定用温度情報値Ｔ１以上となる場合（条件１）、若しくは、上記異常判定用温度情報値Ｔ１よりも低い第２異常判定用温度情報値Ｔ２以上となり且つ温度情報値Ｔの上昇率ΔＴ／Δｔが所定の異常判定用上昇率以上となる場合（条件２）には、異常と判定する。

異常判定後に切り換えられる制限動作モードにあっては、操作入力部３の入力情報に関わらずモータ１を強制的に一旦停止させるとともにＬＥＤ等から成る異常報知用の表示手段７を点灯させ、その後はモータ１の回転数ωを抑制する所定の制限条件下でモータ１の通電制御を行う。ここでの制限条件は図６に示すように、操作入力部３の操作量の増加に対する回転数ωの増加の割合を抑制するとともに、制限動作モード中におけるモータ１の最大回転数ωｍａｘ′が通常動作モード中の最大回転数ωｍａｘよりも低くなるよう設けたものである。なお上記制限動作モードは、上記したような操作モータ１の強制停止、又は制限条件下での通電制御の一方のみを行うものであってもよい。

ここで、不適切な高負荷作業が連続して行われていた場合には電池部５内の温度は急激に上昇するので、温度センサ８の追従性の問題から、該温度センサ８が検出する温度情報値Ｔと実際の電池部５内の温度との間に差が生じることがある。しかし、異常判定用の条件として上記の条件１に加えて条件２を用いることで、急激な温度上昇により温度が高くなり過ぎる前にモータ１を一旦停止等させることが可能になっている。なお、異常判定用の条件として条件１のみを用いてもよいことは勿論である。

またこの異常判定は、操作入力部３の操作が行われている場合にのみ行うようにしている。これは、作業者が操作入力部３を操作している最中に異常を判定すれば、駆動中のモータ１が強制的に停止や回転抑制されることで、作業者は動作モードの切り換わりを安全且つ確実に知ることができるからである。逆に、操作入力部３を操作していない状態で動作モードが自動的に切り換わってしまうと、作業者は通常動作モードにあると思い込んだまま制限動作モードで作業をする場合があって都合が悪い。

上記制限動作モードにおいてはモータ１への電力供給が停止及び抑制されることで、図４に示すように温度センサ８で検出される温度情報値Ｔは徐々に低下してくる。ここで、制限動作モード中に検出した温度情報値Ｔが予め設定してある所定の復帰用温度情報値Ｔ３以下となる場合に、モータ制御部４において通常復帰と判定し、その後はモータ１の動作モードを通常動作モードに戻すのである。ここでの通常復帰判定は、操作入力部３の操作が行われていない場合にのみ行うようになっている。これは、モータ１が回転駆動されている最中に不意に回転数ωが上昇することには安全上の問題があるからである。

加えて本例にあっては電源保持部６（図１参照）を、通常は電池部５からモータ制御部４への電力供給を保持するとともに、操作入力部３の操作が所定時間行われない場合にはモータ制御部４への電力供給を保持から遮断に切り換えるように設けている。これにより電池部５からの放電経路が遮断され、電池寿命の低下は防止される。該遮断後に操作入力部３の操作を行えば、上記電源保持部６はモータ制御部４への電力供給の遮断を保持に切り換える。

ここで、電力供給を遮断するまでの上記所定時間は、通常動作モード時と制限動作モード時とでは後者の方が長くなるように設定してある。これは、電池部５がいまだ異常状態にあることをモータ制御部４がＬＥＤ等の表示手段７を点灯させて作業者に報知していても、電池部５の温度が充分低下する前にモータ制御部４への電力供給が遮断されてしまえば、この表示手段７は消灯されてしまい、作業者は通常動作モードに戻ったと勘違いして制限動作モードで作業をする恐れがあるからである。したがって制限動作モード時の上記所定時間は、電池部５の温度が充分低下するために必要な時間を設定してある。

更に図４、図５等には示していないが、温度センサ８からモータ制御部４への情報伝達ライン９に断線や接続不良等による接続異常が生じた場合には、モータ制御部４にて誤って検出される温度情報値Ｔが予め設定してある所定の伝達異常判定用温度情報値Ｔ４（＜Ｔ３）以下となるように該伝達異常判定用温度情報値Ｔ４を設定しておき、通常動作モード中に上記温度センサ８で検出した温度情報値Ｔが伝達異常判定用温度情報値Ｔ４以下となる場合には異常と判定して制限動作モードに切り換えるようにモータ制御部４を設けることが好適である。これは、上記接続異常により実際の温度より低い温度情報値Ｔをモータ制御部４が誤って検出してしまう場合に、通常動作モードを続けていれば電池部５が非常に高温となっても異常と判定されない恐れがあるからである。即ち本例にあっては上記のように伝達異常判定用温度情報値Ｔ４を設定し、温度情報値Ｔが不確かである場合にはこれを用いて異常と判定して制限動作モードに切り換えることで、電池温度の上昇を抑制して電池部５を保護するのである。このとき、温度センサ８の検出異常であることを表示手段７の点灯等により作業者に報知させてもよい。

次に、本発明の実施形態における他例の電動工具について図７、図８に基づいて説明する。なお本例の電動工具は、復帰動作モードを設けてある以外の構成は一例と一致するので、一致する構成については説明を省略して一例と相違する構成についてのみ以下に詳述する。

本例のモータ制御部４にあっては、通常復帰と判定した後に最初に行われる操作入力部３の引き込み操作に対してのみ、更に別の動作モード（以下これを「復帰動作モード」という）でモータ１を通電制御し、以後の操作は通常動作モードとするように設けている。この復帰動作モードは図７に示すようなもので、操作入力部３の入力情報つまり操作量ｙａと対応する回転数ωａに到達するまでの時間を、通常動作モードよりも長く設定した動作モードである。

上記復帰動作モードを設けていない場合には、通常動作モードに戻っていることに気付かないままで作業を始めれば回転数ωが作業者の想像以上に急激に増加して危険な場合が考えられるが、本例にあっては初回操作の時点では回転数ωの増加が緩やかになっていることから安全性が確保される。

なお、初回操作において操作入力部３を素早くオンオフした場合には、作業者が復帰動作モードに切り換っていることに気付かない可能性もあるので、操作入力部３が一定時間以上連続して操作されるまでは復帰動作モードでの初回操作を繰り返すように設けてもよい。

次に、本発明の実施形態における更に他例の電動工具について図９、図１０に基づいて説明する。なお本例の電動工具は、モータ１の負荷を検出する負荷検出手段１０を設けてあって該負荷検出手段１０の出力に応じてモータ１を制御する以外の構成は他例と一致するので、一致する構成については説明を省略して他例と相違する構成についてのみ以下に詳述する。

本例のモータ制御部４にあっては、制限動作モード時に負荷検出手段１０が検出する負荷値が所定負荷値を超える状態が所定時間継続する場合には、これを異常と判定してモータ１を停止させるように設けている。制限動作モードにあってはモータ１の回転数ωが抑制されているので作業中に出力軸１５がロックされてしまう可能性が高くなるので、この場合は上記異常判定によりモータ１を停止させることで、電池部５やモータ１の温度上昇を防止することができる。

上記負荷検出手段１０としては例えばモータ電流検出部を備え、ここで検出されるモータ電流に基づいてモータ制御部４にて負荷を検出する構成が考えられるが、これに限らず、出力軸１５等の回転を検出する回転センサ等を用いた他の構成であっても構わない。

本発明の実施形態における一例の電動工具の概略ブロック図である。同上の電動工具の構造を示す概略説明図である。同上の電動工具の通常運転モードにおける操作入力部の操作量と回転数の関係を示す説明図である。同上の電動工具の温度情報値に応じた運転モードの切り換えを示す説明図である。同上の運転モードの切り換えを示すフローチャートである。同上の電動工具の制限運転モードにおける操作入力部の操作量と回転数の関係を示す説明図である。本発明の実施形態における他例の電動工具の復帰動作モードの説明図である。同上の電動工具における運転モードの切り換えを示すフローチャートである。本発明の実施形態における更に他例の電動工具の概略ブロック図である。同上の電動工具における運転モードの切り換えを示すフローチャートである。

符号の説明

１モータ
２動力伝達機構
３操作入力部
４モータ制御部
５電池部
６電源保持部
８温度センサ
９情報伝達ライン
１０負荷検出手段
Ｔ温度情報値
Ｔ１異常判定用温度情報値
Ｔ２第２異常判定用温度情報値
Ｔ３復帰用温度情報値
ω 回転数
ωｍａｘ通常運転モード中の最大回転数
ωｍａｘ′ 制限動作モード中の最大回転数

Claims

モータと、モータ駆動用の電力を供給する電池部と、モータの駆動力を伝達する動力伝達機構と、モータの回転数及びオンオフを入力する操作入力部と、操作入力部の入力情報に基づいてモータを制御するモータ制御部とを具備する電動工具において、電池部の温度を検出する温度センサを備えるとともに、上記モータ制御部は、通常動作モード中に上記温度センサで検出した温度情報値が所定の異常判定用温度情報値以上となる場合に異常と判定し、該判定後はモータを停止及び又は回転抑制させる制限動作モードに切り換えるものであることを特徴とする電動工具。
上記モータ制御部は、通常動作モード中に検出した温度情報値が上記異常判定用温度情報値よりも低い所定の第２異常判定用温度情報値以上となり、且つ温度情報値の上昇率が所定の異常判定用上昇率以上となる場合に異常と判定し、該判定後はモータを停止及び又は回転抑制させる制限動作モードに切り換えるものであることを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
上記モータ制御部は、操作入力部の操作が行われている場合にのみ異常の判定を行うもの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。
上記モータ制御部は、上記制限動作モード中におけるモータの最大回転数を通常動作モード中の最大回転数よりも低く設定するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動工具。
上記モータ制御部は、上記制限動作モード中に検出した温度情報値が所定の復帰用温度情報値以下となる場合には通常復帰と判定し、該判定後は通常動作モードに切り換えるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動工具。
記モータ制御部は、操作入力部の操作が行われていない場合にのみ通常復帰の判定を行うものであることを特徴とする請求項５に記載の電動工具。
上記モータ制御部は、通常復帰と判定した後に最初に行われる操作入力部の操作においては、操作入力部の入力情報と対応する回転数に到達するまでの時間を通常動作モードよりも長く設定した復帰動作モードとし、その後に通常動作モードに切り換えるものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の電動工具。
モータの負荷を検出する負荷検出手段を備えるとともに、上記モータ制御部は、制限動作モード時に該負荷検出手段の検出する負荷値が所定負荷値を超える状態が所定時間継続する場合にはモータを停止させるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動工具。
上記モータ制御部への電力供給の保持及び遮断を切換自在であり且つ上記操作入力部の操作が所定時間行われない場合には電力供給を遮断する電源保持部を備えるとともに、該所定時間は、通常動作モード時と制限動作モード時とでは後者の方が長くなるように設けたものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動工具。
上記温度センサから上記モータ制御部への情報伝達ラインに接続異常が生じた場合には検出される温度情報値が所定の伝達異常判定用温度情報値以下となるように設けてあり、且つ上記モータ制御部は、通常動作モード中に上記温度センサで検出した温度情報値が該伝達異常判定用温度情報値以下となる場合に異常と判定し、該判定後は操作入力部の入力情報に関わらずモータを制限動作モードに切り換えるものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電動工具。