JP2012066333A - Electric tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動工具、殊に二次電池を内蔵する着脱自在な電池パックを備えている電動工具に関するものである。 The present invention relates to an electric power tool, and more particularly to an electric power tool including a detachable battery pack containing a secondary battery.
電動工具における電池パックは、出力電圧に応じて直列に接続する電池セル数を変えた電池パックが各々用意されており、軽作業と重作業とを共に行う場合、各作業に合わせて出力電圧が異なる複数の電池パックと各電池パックに対応する工具本体とを組み合わせて作業を行うか、重作業に適した電池パック及び対応する工具本体で全ての作業を行うことが多い。 Battery packs for power tools are prepared with different numbers of battery cells connected in series according to the output voltage. When performing light work and heavy work together, the output voltage will be adjusted according to each work. In many cases, work is performed by combining a plurality of different battery packs and a tool body corresponding to each battery pack, or all work is performed with a battery pack suitable for heavy work and a corresponding tool body.
しかし、複数の電池パックや複数種の工具本体を用意しておくのはコストが嵩む。また、重作業用のもので軽作業も行う場合は、非常に微妙な操作が求められ、作業が難しいものとなる。 However, it is expensive to prepare a plurality of battery packs and a plurality of types of tool bodies. Also, when a light work is performed for heavy work, very delicate operation is required, and the work becomes difficult.
このために特開平10−29172号公報には、電池パック内に納められている複数の電池セルのうちの1つ(あるいは2つ以上)を電池セルと同形状で+端子と−端子を短絡してあるダミー電池に変更することで電池パックから出力する電圧を変更するものが提案されている。 For this purpose, Japanese Patent Laid-Open No. 10-29172 discloses that one (or two or more) of the plurality of battery cells contained in the battery pack has the same shape as the battery cell, and the + terminal and the − terminal are short-circuited. A battery that changes the voltage output from the battery pack by changing to a dummy battery has been proposed.
しかし、作業中に電圧の変更を行うには、電池セルとダミー電池の入れ換えが必要であり、電圧変更を簡便に行うことはできない。 However, in order to change the voltage during the work, it is necessary to replace the battery cell and the dummy battery, and the voltage cannot be easily changed.
電池パック内の電池セル間の接続を切り替える電圧切替部を電池パックに設けて、電池パックの出力電圧を変更できるようにするものも考えられるが、電動工具では一つの工具本体に対して複数の電池パックを購入することが一般的であるために、電池パック側に電圧切替部を設けたのでは全体的なコストが高くなるとともに電池パックが大型化してしまうことになる。 Although it is possible to change the output voltage of the battery pack by providing a voltage switching unit for switching the connection between the battery cells in the battery pack so that the output voltage of the battery pack can be changed. Since it is common to purchase a battery pack, providing the voltage switching unit on the battery pack side increases the overall cost and the size of the battery pack.
また、工具本体は内蔵するモータの仕様によって適合する電圧範囲が決まることになるが、電池パック側に電圧切替部を設けると、適合しない電圧の電池パックが工具本体に接続される虞が生ずることになる。 In addition, the voltage range for the tool body is determined according to the specifications of the built-in motor. However, if a voltage switching unit is provided on the battery pack side, a battery pack with an unsuitable voltage may be connected to the tool body. become.
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、単一の電池パックで複数の電圧を簡単に選択でき、一つの工具本体と電池パックとで幅広い作業領域をカバーできる電動工具を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of these points, and provides a power tool capable of easily selecting a plurality of voltages with a single battery pack and covering a wide work area with a single tool body and battery pack. It is an object to do.
本発明は、複数の2次電池が接続された組電池を内蔵する電池パックと、該電池パックを電源として動作する駆動部を有する工具本体とからなる電動工具において、上記電池パックは異なる電圧を出力することができる複数の端子を備えており、上記工具本体は上記電池パックの端子を通じて駆動部に供給される電圧を選択する電圧切替部を備えていることに特徴を有している。 The present invention relates to an electric tool comprising a battery pack containing an assembled battery to which a plurality of secondary batteries are connected, and a tool body having a drive unit that operates using the battery pack as a power source. The tool main body includes a voltage switching unit that selects a voltage to be supplied to the driving unit through the terminal of the battery pack.
上記工具本体は、上記電池パックにおける複数の端子に夫々接続される複数の電源接続端子を備えており、上記電圧切替部は、上記複数の電源接続端子と駆動部との間の接続をオンオフするスイッチであるものを好適に用いることができるほか、上記工具本体は、上記電池パックにおける複数の端子に選択的に接続される電源接続端子を備えており、上記電圧切替部は上記電源接続端子の上記選択のための位置の変更機構であってもよい。後者の場合、端子の数を減らすことができる上にスイッチが不要となるためにコストを抑えることができる。 The tool body includes a plurality of power connection terminals that are respectively connected to a plurality of terminals in the battery pack, and the voltage switching unit turns on and off the connection between the plurality of power connection terminals and the drive unit. What is a switch can be suitably used, and the tool body includes a power connection terminal that is selectively connected to a plurality of terminals in the battery pack, and the voltage switching unit is connected to the power connection terminal. It may be a position changing mechanism for the selection. In the latter case, the number of terminals can be reduced and a switch is not necessary, so that the cost can be reduced.
また、工具本体は電圧操作部を備えており、上記電圧切替部は電圧操作部の操作に従って電圧を切り替えるもののほか、工具本体は上記駆動部の状態を検出する検出部を備えているとともに、該検出部で検出された状態に合わせて電圧切替部に電圧を切り換えさせる制御部を備えているものであってもよい。 The tool body includes a voltage operation unit, and the voltage switching unit switches the voltage according to the operation of the voltage operation unit, and the tool body includes a detection unit that detects the state of the drive unit, You may provide the control part which makes a voltage switch part switch a voltage according to the state detected by the detection part.
本発明においては、使い方にあわせて自由に電圧を切り替えることができるために、さまざまな作業に対応できるものであり、しかも工具本体側に電圧切替部があるために、電動工具の種類に応じて切り替えができる電圧範囲を制限することができ、使用者に対応電圧を意識させなくてもすむために、使い勝手が良いものであり、また対応していない電圧に切り替えることができないようにできるために、工具本体の破損等を防ぐこともできる。 In the present invention, since the voltage can be switched freely according to the usage, it can be used for various work, and since there is a voltage switching part on the tool body side, it depends on the type of the electric tool. Since the voltage range that can be switched can be limited, and it is not necessary for the user to be aware of the corresponding voltage, it is easy to use, and it can not be switched to a voltage that is not compatible, It is also possible to prevent damage to the tool body.
本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図2に示す電動工具はドリルドライバーと称されるタイプのもので、チャックハンドル15を先端に有するとともに駆動用のモータや減速器等が内部に配されている工具本体1と、工具本体1の中ほどから延出されたグリップ部11の先端に着脱自在とされている電池パック2とからなる。図中12はトリガースイッチハンドル、13は正逆回転切り替えスイッチ、14は吊り下げ用のクリップである。
The power tool shown in FIG. 2 is of a type called a drill driver. The power tool shown in FIG. 2 has a
上記電池パック2は、図1に示すように、二次電池である電池セルC1,C2,C3を複数内蔵するとともに、これら電池セルC1,C2,C3が直列に接続されたもので、外部接続用として、図3にも示すように、電池セルC1の陰極に接続された端子B−と、電池セルC3の陽極に接続された端子B3のほかに、電池セルC1,C2間に接続された端子B1と、電池セルC2,C3間に接続された端子B2を備えており、3種類の異なる電圧を出力することができるものとなっている。
As shown in FIG. 1, the
そして工具本体1側における電池パック接続部であるグリップ部11の下端には、図4にも示すように、4つの電源接続端子I0,I1,I2,I3が設けられており、電池パック2を装着した時には、これら電源接続端子I0,I1,I2,I3が電池パック2の端子4つの端子B−,B1,B2,B3に夫々接続される。
As shown in FIG. 4, four power connection terminals I0, I1, I2, and I3 are provided at the lower end of the
なお、電池パック2における各端子B−,B1,B2,B3の位置は、出力電圧に応じて規定した位置に設けており、工具本体1の電源接続端子I0,I1,I2,I3も同様に規定した位置に設けている。
In addition, the positions of the terminals B-, B1, B2, and B3 in the
工具本体1内には、上述のモータである駆動部3と駆動部3の状態を検出する検出部4、駆動部3への通電を制御するためのスイッチング部5、上記トリガースイッチ12や正逆回転切り替えスイッチ13等を含む操作部6、上記スイッチング部5の動作を制御する制御部7、制御用電源部8のほかに、電圧切替部9が設けられている。
In the
電源接続端子I1,I2,I3が入力側に接続された電圧切替部9は、駆動部3に接続される電源接続端子I1,I2,I3を切り替えることで、駆動部3に印加される電圧を切り替えるもので、機械接点を持ったロータリースイッチで電圧切替部9を構成した場合の一例を図6及び図7に示す。図7中の41は駆動部(モータ)3の温度検出用のサーミスタ、42はモータ電流を検出する電流検出部であり、上記検出部4を構成するこれらサーミスタ41及び電流検出部42は制御部7に検出結果を入力する。
The
操作部6における前記トリガースイッチ12は、電動工具のオンオフ及び回転数の調整のためを行うためのもので、トリガスイッチの引き量に比例して変動する可変ボリュームを内蔵しており、上記引き量に応じた電圧を制御部7に出力する。制御部7はマイクロコンピュータで構成されており、操作部6のトリガースイッチ12の操作量をAD変換して読み取り、内部にセットされたテーブルに従ってスイッチング部5をPWM駆動するとともにデューティ比の変更でモータの回転を制御する。上記スイッチング部5にはNchFETを用いて、制御部7からスイッチング部5(FET)のゲートにPWM信号を送り、直流モータである駆動部3を制御している。
The
駆動部3である直流モータは、図5に示すように、印加電圧が一定であればトルクと回転数の関係は直線になり、印加電圧を上げると最高回転数と起動トルクとを大きくすることができるために、より負荷の高い作業をすることができる。
As shown in FIG. 5, the direct current motor as the
従ってこの電動工具では、例えば端子B1に接続された端子I1に切り替えることで、軽作業に適した電圧を駆動部3に印加することができ、端子B3に接続された端子I3に切り替えることで、重作業に適した電圧を駆動部3に印加することができる。
Therefore, in this electric power tool, for example, by switching to the terminal I1 connected to the terminal B1, a voltage suitable for light work can be applied to the
このような機能をもつ電動工具であれば、通常よりトルクが必要な作業をする場合、わざわざ高いトルクを出せる高電圧の電動工具を購入して用意する必要なく対応することができ、逆に必要以上の出力をだすと作業対象が破損してしまう場合は、電圧を低く設定することで間違っても破損しないようにすることができる。 If it is an electric tool with such a function, when working with torque that is higher than usual, it is possible to respond without the need to purchase and prepare a high-voltage electric tool that can produce high torque. If the work output is damaged when the above output is generated, the voltage can be set low to prevent damage even if it is wrong.
また、電動工具では、想定されている作業や駆動部(モータ)の性能に応じて使用できる電圧の範囲が異なっているが、電池パック2側にではなく、工具本体1側に電圧切替部9を設けていることから、電動工具の種類に応じて切り替えができる電圧範囲を工具本体1に設定しておくことができるものであり、使用者にしてみれば、工具本体1が対応している電圧を意識せずに常に適合する範囲内の電圧の電池パック2を使用することができるものであり、また対応していない電圧が入力されることがないために、工具本体1の破損等を防ぐこともできる。
In the electric tool, the range of voltage that can be used differs depending on the assumed work and the performance of the drive unit (motor), but the
駆動部3に高い電圧を入力した場合、最高回転数や起動トルクを上げられるが、モータ電流も増えるために長時間の使用で温度上昇が激しくなり、発熱・発煙の状態に至る虞がある。前記検出部4はモータ保護のためにモータの状態を検出する検知部を設け、異常を制御部7へフィードバックすることでモータを保護するためのもので、図7に示す電流検出部42は、モータ出力後に電流検出抵抗をつけその両端電圧をオペアンプで増幅し制御部7に入力するものとして形成し、サーミスタ41はモータ温度を検出する。
When a high voltage is input to the
今、使用者が電圧切替9により端子B3(電源電圧端子I3)に切り替えると、電圧があがり可能な作業範囲が広くなる反面、モータ電流も増えモータ温度が上昇していく。そして電流検出部42がスイッチング部5での最大電流以上を検出した場合や、サーミスタ41でモータ巻線の耐熱温度を越える温度を検出した場合、制御部7はPWMのオン時間を短くすることで電流値を落とし、更なる発熱を抑制する。また、さらに温度が上昇するようであれば、モータを停止する機能をもつ。
Now, when the user switches to the terminal B3 (power supply voltage terminal I3) by the voltage switching 9, the working range in which the voltage can be increased is widened, but the motor current is increased and the motor temperature is increased. When the
保護のために検出する情報としては、モータの駆動電流やモータの温度以外にも、ギアブロックの温度、モータの回転数やギア等で増減速された後の回転数などを用いることができる。 As information to be detected for protection, in addition to the motor drive current and the motor temperature, the temperature of the gear block, the number of rotations of the motor, the number of rotations after being increased or decreased by a gear, and the like can be used.
なお、制御用電源部8は、電圧切替部9の操作による電圧切替や電池残量にかかわらず、一定電圧の制御用電圧を制御部7及び検出部4に供給する。ちなみに電池パック2内の電池セルをリチウム電池とした場合、図示例の3つの電池セルを有する電池パック2から供給できる電圧範囲は、1セル当たりの最高電圧を4.2V、最低電圧を2Vとすると、2V〜12.6Vとなる。従って制御部7が5V駆動の場合、制御用電源部8には昇降圧回路を用いることになる。
The control
上記の例では電圧切替部はGNDであるB−を固定し、B1〜B3を切り替えることで電圧を切り替えているが、B3を固定し、回路のGND側をB−〜B2を切り替えることでも同様の効果を得ることができる。 In the above example, the voltage switching unit fixes B-, which is GND, and switches the voltage by switching B1-B3. However, it is the same by fixing B3 and switching B--B2 on the GND side of the circuit. The effect of can be obtained.
電圧切替部9としては、機械接点を持ったスイッチのほかに、図8及び図9に示すように、工具本体1に設けた2つの電源接続端子I0,I1のうちの少なくとも一方をスライド操作で位置を変更することができるものとしたものであってもよい。図示例では、電源接続端子I1を電池パック2の端子B1か端子B2か端子B3のいずれかと接続される位置に変更することで、駆動部3に印加される電圧を切り替えることができるようにしている。この場合、電圧切替のための接点が不要となるためにコストを抑えることがでる。
As the
電圧切替用のスイッチを半導体素子やリレーで置きかえたものを用いてもよい。半導体素子(PchFET)T1,T2,T3で置きかえたものを図10に示す。電圧操作部16からの入力信号によって、制御部7が半導体素子T1,T2,T3のいずれかをオンとすることで電圧を選択するものである。半導体素子T1,T2,T3を用いた場合、接点の磨耗がないために寿命が大幅に伸ばすことができる。また、機械的スイッチ接点を使った場合、電圧操作部の物理的動きによって切り替えるために、電圧操作部16を接点近傍にまたはリンク機構で操作できる範囲に設置しなければならず、これに伴って電圧操作部16の設置場所が制限されてしまうことになるが、半導体素子の場合、電圧操作部16は電気的に接続されていればよいために、任意の位置におくことができ、デザインに制約がなくなる上に、物理的な操作量も必要ないために、電圧操作部16を小信号用タクトスイッチ等の電子スイッチで構成することができ、作業をしている最中でも電動工具を握っている指がくる部分、またはその近傍、例えば図2の正逆切替スイッチ13の近傍に設置することで、グリップを握りなおしたり、他方の手で操作しなくても切り替え操作が可能となり、非常に使い勝手がよいものとなる。
A switch in which a voltage switching switch is replaced with a semiconductor element or a relay may be used. FIG. 10 shows a semiconductor device (PchFET) T1, T2, T3 replaced. The
電動工具をどちらの手で握っていても操作ができる位置、たとえばグリップ部11正面(トリガスイッチ12付近)でグリップ部11を握る手指で隠れてしまわない部分に配置すると、さらに使い勝手がよいものとなる。
If the power tool can be operated with either hand, it can be operated, for example, in the front of the grip part 11 (near the trigger switch 12) and placed in a part that is not hidden by the fingers that grip the
また、半導体素子T1,T2,T3としては、上記PchFETのほかに、PNPトランジスタなどを用いることもできる。ただし、駆動電流が小さい工具では問題ないが、ドリルドライバのように定常でも駆動電流が20Aを超える場合は、トランジスタだと発熱が大きくて体格の大きな放熱板等が必要となる。 Further, as the semiconductor elements T1, T2, T3, a PNP transistor or the like can be used in addition to the PchFET. However, there is no problem with a tool with a small driving current, but when the driving current exceeds 20 A even in a steady state like a drill driver, a transistor requires a large heat sink due to large heat generation.
図11に示すように、駆動部3のグランドラインを切り替えることで電圧の切り替えを行う場合は、半導体素子T1〜T3として、NchFETまたはNPNトランジスタを使用すればよい。特に、NchFETの方がPchFETよりコストが安く、かつオン抵抗の小さいものが豊富にあるために放熱板を小さくでき、コストダウンを図ることができる。
As shown in FIG. 11, when the voltage is switched by switching the ground line of the
上記の各例は、使用者の電圧切り替え操作によって電圧切り替えがなされるものであるが、たとえば作業中のモータ回転数の変化を監視し、この結果に応じて制御部7が自動で電圧切り替えを行うようにしてもよい。この場合の一例を図12に示す。ここでは電圧切替部9を制御部7によってオンオフ制御される半導体素子T1〜T3で構成するとともに、検出部4としてサーミスタ41と電流検出部42のほかに、回転数検出用のエンコーダ43を設けており、エンコーダ43によって検出されるモータ回転数の変化を基に制御部7が電圧切り替えを行う。
In each of the above examples, the voltage is switched by the user's voltage switching operation. For example, the change of the motor rotation speed during the operation is monitored, and the
例えば、半導体素子T2をオンとすることで端子B2及び電源接続端子I2を通じて駆動部3に電流を供給することで通常作業を行っている時、負荷が増大して(例えば木の節に刃が噛み込んだ時)モータ回転数が低下すれば、エンコーダ43を通じて回転数の低下を検出した制御部7は、半導体素子T3をオン、半導体素子T2,T1をオフとして、供給される電圧を高くしてモータのトルクを引き上げることで、作業を続行することができるようにするのである。このように検出部4で検出される値から制御部7が自動で電圧を切り替えることで、使用者が操作する手間を省いて作業性を向上させることができる。
For example, when a normal operation is performed by supplying current to the
もちろん、スイッチング部5の破壊がないように電流検出部42での電流の監視と、モータの発熱による破損防止のためにサーミスタ41で温度監視を行い、端子B3(電源接続端子I3)に切り替えた後、異常を検出したならば、制御部7はモータの停止または回転数を落とす。
Of course, the
なお、駆動部3の状態に合わせた電圧自動切替は、電圧操作部16による電圧手動切替と併用するものであってもよい。また、駆動部3の状態に応じて好ましい電圧を使用者に対して表示し、使用者がこの表示に応じて電圧操作部16で電圧の切り替えを行うものとしてもよい。
The automatic voltage switching according to the state of the
複数の電圧を取り出すことができる電池パック2としては、電池セルの接続に関していろいろ考えられるが、図1及び図7に示す電池パック2、つまり直列に接続した複数の電池セルC1,C2,C3の中間タップから端子B1,B2を引き出したものでは、単一電圧のみを取り出すことができる従来の電池パック2に対して、新たに電池セルを追加する必要がないために、従来と同じ大きさでありながら、複数の電圧を取り出せる電池パック2を安価に得ることができる。
As the
電池パック2うちの電池セルの接続については、図13に示すように、電池セルC1〜C3を直列に接続した組電池と、電池セルC4,C5を直列に接続した組電池2と、電池セルC6のみで構成した3組の電池を設けて、これら3組の電池に端子B3,B2,B1を接続したものを用いることもできる。もちろん、図示例以外のものであってもよく、異なる複数の電圧を出力することができる電池パック2であれば、本発明に適用することができる。
As for the connection of the battery cells in the
1 工具本体
2 電池パック
3 駆動部
4 検出部
5 スイッチング部
6 操作部
7 制御部
8 制御用電源部
9 電圧切替部
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