JP2010530313A - コールドスタート機能を有する電動工具 - Google Patents

Abstract

電動工具（１０）がバッテリ（２４）で駆動させられる効率は、該電動工具（１０）内に生じている温度に左右されている。低温下での前記電動工具（１０）の駆動を改善するために、該電動工具（１０）内に作動可能なコールドスタート装置（２６）が設けられる。

Description

本発明は、スイッチおよびバッテリが設けられた電動工具に関する。さらに本発明は、スイッチおよびバッテリが設けられた電動工具をコールドスタートさせる方法にも関する。

バッテリで駆動可能である電動工具は、様々な用途において、例えばボーリングマシン、バッテリ式電動ドライバ、ガーデニング用カッティング装置等として公知である。例えばドイツ特許出願公開公報明細書ＤＥ４０３８７８６Ａ１に記載されているように、この種の電動工具には、使用者が工具の回転数を制御および調整するためのスイッチが設けられている。ケーブル接続に依存しないために、多くの場所で例えば屋外でもこれらの電動工具を使用することができる。ただし、このような電動工具を駆動させることができる効率は、生じている周辺温度に左右され、または厳密に言えば電動工具内に生じている温度に左右されている。殊に、低温下ではバッテリパックの内部抵抗が著しく上昇する。とりわけこれによって、電動工具は低温下できわめて緩慢にしか駆動できない、または全く始動しないことになる。電流、電圧または温度の許容限界値を上回らないまたは下回らないよう取り計らうエレクトロニクスが通常電動工具に設けられているにもかかわらず、このような作用が生じる。さらに上述の作用を、しばしばバッテリで実行される直流抵抗ＲＤＣの補償によっても回避できないか、または不十分にしか回避できない。

電動工具を駆動する際の既述の障害は、以下のようにすればたいてい取り除くことができる。すなわち、電動工具をいくらかの期間例えば２分間″暖機運転″すれば、つまり、電動工具が明らかに支障のある駆動状況でも使用者が前述の期間駆動すれば、たいていは取り除くことができる。それに伴い、バッテリパックおよび電動工具が十分に温まり、その完全な使用能力が得られる。ただし、このことが使用者によってしばしば実施に至らないのは、使用者が著しく緩慢な電動工具の駆動または始動しないことを機能不全または完全な故障または損傷として解釈し、それから再度スイッチを入れないためである。その結果として、暖機することができない。

発明の開示
さて、ここで本発明によれば電動工具内には、電動工具の暖機が実現される作動可能なコールドスタート装置が設けられる。例えば、温度センサを用いて電動工具内の適切な箇所で求められた温度が予め規定された閾値を下回ると、このコールドスタート装置は起動される。この目的のために、温度センサを例えばバッテリパックの温度を検出するために設けることができる。

コールドスタート装置の起動を、視覚的な表示装置例えばＬＥＤを介して使用者のために可視に行うことができる。

本発明の有利な実施形態では、作動可能なコールドスタート装置は、抵抗例えば加熱抵抗が設けられた短絡電流路として構成されている。このことが殊に有利であるのは、この加熱抵抗がバッテリを簡単に加熱することができるように位置決めされる場合、すなわち、この加熱抵抗が例えばバッテリのすぐ近くに位置決めされる場合である。それ故に、迅速に予熱されそれに伴って加熱時間が短縮される。

本発明のさらに別の実施形態では、電動工具を暖機するためにモーターの巻線を介して電流が案内される、すなわち、コールドスタート装置がモーターを介する暖機電流路として構成されることによって、このコールドスタート装置が作動される。それに伴い、付加的な加熱抵抗を電動工具内に設ける必要はない。

モーターの巻線が暖機電流路に使用されると、有利には意図しないモーターのスタートが阻止される。この目的のために、コールドスタート装置の起動期間中、伝動装置からモーターを機械的に分離する装置、例えば付加的な結合装置を設けることができる。さらに、コールドスタート装置が起動されている間、モーターがブロックされることによっても、意図しないモーターのスタートを阻止することができる。このブロックを、機械的には例えばボルトによって、または電子的には例えば一定または可変の有利には高い頻度の左右の回転動作（Rechts-/Links-Lauf）としてのモーターの転極によって実現することができる。

本発明によるスイッチおよびバッテリが設けられた電動工具のコールドスタート方法にしたがって、その電動工具内で温度が検出される。検出された温度が予め設定された閾値温度を下回っていることが識別されると直ちに、電動工具においてコールドスタート機能が起動される。

コールドスタート機能の起動を、視覚的な表示装置例えばＬＥＤを用いて表示することができる。この目的のために、例えば温度警告ＬＥＤ（Temperatur-Warn-LED）をスイッチオフし、またはコールドスタート表示ＬＥＤ（Kaltstart-Anzeige-LED）をスイッチオンすることができる。このことによって、使用者には目下の電動工具の駆動状況およびその目前に迫る使用準備に関する重要な情報が与えられる。

有利には、コールドスタート機能は、短絡電流路が加熱抵抗と接続されることによって起動される。同時に、モーターへの電流路が遮断される。ただし短絡電流路を遮断しても、電動工具のモーターの巻線を介して電流を通じることができる。それに伴い、予熱が実現される。この場合、モーターはその期間ブロックされ、および／または伝動装置から分離される。

温度は有利にはバッテリのところで検出される。それを以て、その都度バッテリで目下測定される温度に応じてコールドスタート機能を調整することも可能となる。殊に、転極によりモーターをブロックする頻度を、バッテリの温度に応じておよび／またはバッテリから目下供給可能な0電流に応じて変更させることができる。

本発明のさらに別の利点および有利な実施形態は、次の図面並びにその説明部分のテーマである。

スイッチおよびバッテリが設けられた電動工具の概略図 コールドスタート機能を有する回路図 コールドスタート機能を有する回路図 電動工具をコールドスタートさせる方法の概略的なフローチャート

図１には、スイッチ１２およびバッテリ２４が設けられた電動工具１０が単に部分的に概略的に示されており、この電動工具１０とは例えばバッテリ式電動ドライバ、バッテリ式ボーリングマシン等である。スイッチ１２に設けられている取っ手１４は、取っ手軸１６に載置されており、電動工具ハウジング１８と接続されている。この取っ手１４を介して、使用者は電動工具１０を手動で作動させ、例えば回転数を変更させることができる。さらに、回転方向を切り換えるスイッチレバー２２を設けることができる。着脱可能に取り付けられたバッテリ２４を用いて、スイッチ１２に電圧を給電することができる。電動工具ハウジング１８の内部に、出力回路２０もその一部である電気的および電子的なコンポーネントが収容されている。この出力回路２０は、破線で示されており、負荷へ流れる電流の制御および調整に用いられる。出力回路２０には通常、パワートランジスタまたはＭＯＳ型電界効果トランジスタＭＯＳ−ＦＥＴが設けられている。バッテリパックには１つまたは複数の電池を設けることができ、このバッテリパックは電動工具１０と固定してまたは電動工具１０と着脱可能に配置されている。

さらに、電動工具１０内には、その電動工具１０をコールドスタートさせるコールドスタート装置２６が設けられている。このコールドスタート装置２６は電動工具１０を暖機させることが可能であり、このことは生じている温度に基づき必要に応じて行われる。この温度を測定するために、電動工具１０内部の適切な箇所に温度センサ２５を配置することができる。殊に、この温度センサ２５をバッテリ２４に接して、またはバッテリ２４の近くに、その都度目下のバッテリ温度が検出可能であるように位置決めすることができる。

使用者に電動工具１０の暖機状態を表示するために、暖機している間視覚的な発光信号を出力するＬＥＤ表示装置１１を設けることができる。この場合、種々のやり方でＬＥＤ信号を実現することができる。例えばＬＥＤを発光開始できるのは、コールドスタート装置２６が起動されて直ぐである。そして、コールドスタート装置２６が再び停止されると直ちに、ＬＥＤを発光停止することができる。さらに、コールドスタート装置２６の作動後そしてバッテリパックの加熱後に駆動に十分な高い温度が得られてはじめて温度警告ＬＥＤが消えるように、ＬＥＤ表示装置１１を構成することが可能である。例えば−１０℃である温度閾値の場合に、コールドスタート装置２６を作動させることができる。バッテリパックのところに設けられた、例えばサーミスタＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）である温度センサ２５によって−２０℃の温度が測定されると、コールドスタート装置２６が起動され、コールドスタートＬＥＤが発光開始させられる。この場合、バッテリパックのところで−１０℃の温度が測定されると、暖機プロセスが停止される。この場合、コールドスタートＬＥＤは消え、電動工具１０はスタンバイ状態にある。同時に駆動準備ＬＥＤを発光開始できる。これによって、使用者は目下の電動工具１０の駆動状況について常に通知されるのである。視覚的な表示装置を成しているＬＥＤ表示装置１１の代わりに、聴覚的な表示装置または他種の表示装置を設けてもよい。

図２には、コールドスタート装置２６を実現可能な装置の回路図が概略的に示されている。この場合、図２ａにはコールドスタート装置２６が短絡電流路３４として実現されている。

電動工具１０のスイッチを入れた後に、適切に配置された温度センサ２５を介して、目下のバッテリ２４の温度が所定の閾値よりも低いこと、例えば−１０℃よりも低いということが識別されると直ちに、短絡電流路３４が起動される。それに伴い、バッテリから流れる電流は、モーター３０ではなく短絡電流路３４およびそこに設けられた抵抗３２を介して案内される。

有利な実施形態では、抵抗３２を加熱抵抗として構成することができる。この抵抗３２はバッテリ２４を加熱するために使用され、それに応じて近くに、またはバッテリ２４に接して、例えばバッテリパックの下に位置決めされる。さて、ここで温度センサを介してバッテリ２４における温度が予め規定された閾値を超過して上昇しているということが検出されると直ちに、コールドスタート装置２６は短絡電流路３４が再び遮断されることによって停止される一方、これと同時にモーター３０への電流路が再び閉成される。電動工具１０は再びスタンバイ状態となっている。この予熱段階は典型的には数秒しか掛からない。予熱フェーズ後の電動工具１０のスタンバイ状態を、一方ではバッテリ２４の温度の検出を介して、他方では短絡電流路３４における短絡電流の測定を介しても識別することができる。ここで、いつ短絡電流が所定の閾値を超過して上昇するのか測定される。このことが当てはまる場合には、バッテリは十分な電流を送り、電動工具１０を通常動作で駆動させることができる。

さらに別の有利な実施形態では、目下測定された温度が上昇するとともに短絡電流を減少させ、ないしは許容値または所望値に制限することもできる。これによって、一方では加熱が節約して行われ、他方ではバッテリ２４にはあまり負荷がかからない。例えば、規定された温度に対して電流値を予め設定することができ、これらの電流値で短絡電流が規定される。

図示したコールドスタート装置を実現可能にするために、暖機するための別個の作動可能な短絡電流路３４が電動工具１０に付加される。さらに、通常このような電動工具内に設けられた回路装置を用いて、バッテリ２４の最小電圧を下回らないということを保証する必要がある。

図２ｂには、コールドスタート装置２６のさらに別の実施形態が概略的に示されている。この場合のコールドスタート装置２６は、予熱させるために直にモーター３０を介して電流を流すのである。ただしこの場合、モーター３０が始動しないということを保証しなければならない。すなわちこの場合のコールドスタート装置２６は、温度センサ２５により温度Ｔが予め設定された閾値Ｔ_schwよりも低いと識別された後に、モーター３０を介して流れる電流に加えて伝動装置からのモーター３０のブロックおよび／または分離も保証する回路装置である。このことを一方では例えば可動のブロック用ボルト（Blockierbolzen）によるモーター３０のブロックによって、または別個の結合装置の使用による伝動装置からの規定の分離によって機械的に行うことができる。

モーター３０の遮断を電子的に実現することもできる。この目的のために、モーター３０には高い頻度で左右の回転動作を切り換えるための高周波交流電圧３６が加えられる。このことによって、次のことを保証している。すなわち、持続的に十分に高い頻度で電動工具１０の動作方向を切り換えることによって、コールドスタート装置２６が起動されている間、静止状態を保証することができるのである。

図２ａおよび図２ｂに概略的に示した省略箇所２８は、通常この種の電動工具に使用されるさらに別の電気的および電子的なコンポーネントもこの回路において当然存在する可能性があるということを示している。

図３には、本発明による電動工具をコールドスタートさせる方法のフローチャートが概略的に示されている。これに関して、まず電動工具のスイッチを入れた後に、ステップ３８において目下のバッテリ温度Ｔが温度センサ２５によって測定される。

ステップ４０において、この温度Ｔが予め設定された温度閾値Ｔ_schwよりも低いか否かが求められる。リチウムＬｉイオンバッテリ２４が設けられた電動工具のために、この閾値を例えば−１０℃とすることができる。このことが当てはまらない場合には、電動工具１０を通常駆動ステップ４８で直ぐに始動させることができる。

目下測定された温度Ｔが規定された閾値Ｔ_schwよりも低いということがステップ４０において識別されると、ステップ４２において適切なコールドスタート装置が起動される。このコールドスタート装置により、既に説明したように例えば短絡電流路を作動させ、またはモーターをとおる加熱電流を、同時にモーターを分離またはロックさせながら作動させることができる。

これに続くステップ４４におけるループにおいて、目下の温度Ｔはこの温度Ｔが閾値温度Ｔ_schw以上になるまで閾値温度Ｔ_schwと比較される。それからステップ４６において、コールドスタート装置が再び停止され、これに続いて電動工具を通常モードで駆動することができるようになる。

本発明によれば、電動工具内に使用されるハードウェアには、閾値よりも低い温度を識別すると起動可能となるコールドスタート装置が付加される。さらに、電動工具１０内に使用されるソフトウェアが、コールドスタート装置を予め設定された温度条件でその電動工具１０を起動させ加熱後に再び停止させるように制御するために拡張させられる。それに伴い実現することができるのは、殊に今日使用されるリチウムＬｉイオンバッテリが低温下、例えば−２０℃またはそれより低い温度でも迅速に使用準備可能となり、ひいては使用者が装置の欠陥とは想定しなくなるということである。それに伴い同様のバッテリセルのテクノロジによって、バッテリで駆動される電動工具、例えばバッテリ式電動ドライバ、バッテリ式ボーリングマシン、またはガーデニング用装置の使用領域を拡張することができる。その際、適用分野は、バッテリで駆動されるほかの対象物にも拡張可能である。

Claims (19)

1. スイッチ（１２）およびバッテリ（２４）が設けられた電動工具（１０）において、
   作動可能なコールドスタート装置（２６）が、前記電動工具（１０）内に設けられていることを特徴とする電動工具（１０）。
2. 前記バッテリ（２４）の温度を検出する温度センサ（２５）が設けられている、請求項１記載の電動工具（１０）。
3. 前記コールドスタート装置（２６）の起動を表示する視覚的な表示装置、例えばＬＥＤ表示装置（１１）が設けられている、請求項１または２記載の電動工具（１０）。
4. 作動可能な前記コールドスタート装置（２６）は、抵抗（３２）が設けられた短絡電流路（３４）として構成されている、請求項１から３のいずれか１項記載の電動工具（１０）。
5. 前記短絡電流路（３４）は、前記抵抗（３２）が前記バッテリ（２４）の加熱に使用されるように該バッテリ（２４）の近くに設けられている、請求項４記載の電動工具（１０）。
6. 前記コールドスタート装置（２６）は、モーター（３０）を介する暖機電流路として構成されている、請求項１から３のいずれか１項記載の電動工具（１０）。
7. 前記コールドスタート装置（２６）の起動期間中、伝動装置から前記モーター（３０）を機械的に分離する装置が設けられている、請求項６記載の電動工具（１０）。
8. 伝動装置から前記モーター（３０）を機械的に分離する前記装置は、結合装置として構成されている、請求項７記載の電動工具（１０）。
9. 前記コールドスタート装置（２６）の起動期間中、前記モーター（３０）をブロックする装置が設けられている、請求項６記載の電動工具（１０）。
10. 前記モーター（３０）をブロックする前記装置は、機械的な固定または電子的な高い頻度での該モーター（３０）の転極として実施されている、請求項９記載の電動工具（１０）。
11. 機械的にブロックするために、前記モーター（３０）をブロックするボルトが設けられている、請求項９または１０記載の電動工具（１０）。
12. スイッチ（１２）およびバッテリ（２４）が設けられた電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法において、
    前記電動工具（１０）内で温度（Ｔ）が検出され、
    前記温度（Ｔ）は閾値温度（Ｔ_schw）と比較され、
    検出された前記温度（Ｔ）が前記閾値温度（Ｔ_schw）よりも低い場合には、コールドスタート機能が起動される、
    ことを特徴とする電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。
13. 前記コールドスタート機能の起動が、聴覚的または視覚的な表示装置、例えばＬＥＤ表示装置（１１）を用いて表示される、請求項１２記載の電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。
14. 前記コールドスタート機能として、
    加熱抵抗（３２）が設けられた短絡電流路（３４）が起動される、
    請求項１２または１３記載の電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。
15. 前記コールドスタート機能として、
    電流が前記電動工具（１０）のモーター（３０）を介して案内され、
    該モーター（３０）がブロックされ、および／または伝動装置から分離される、
    請求項１２または１３記載の電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。
16. 前記モーター（３０）は、該モーター（３０）が一定または可変の頻度で左右の回転動作（Rechts-/Links-Lauf）として転極されることによってブロックされる、請求項１５記載の電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。
17. 前記転極は、前記モーター（３０）が始動しない高い頻度で行われる、請求項１６記載の電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。
18. 前記温度（Ｔ）は前記バッテリ（２４）のところで検出され、目下測定された該温度（Ｔ）および／または該バッテリ（２４）から目下供給可能な電流に応じて前記頻度が変更させられる、請求項１６または１７記載の電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。
19. 短絡電流の出力が、目下測定された前記温度（Ｔ）に応じて変更される、請求項１２から１７のいずれか１項記載の電動工具（１０）をコールドスタートさせる方法。

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