JP2015226941A

JP2015226941A - 電池冷却アダプタ及び電動工具

Info

Publication number: JP2015226941A
Application number: JP2014112833A
Authority: JP
Inventors: 恭嗣中野; Yasushi Nakano
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-17

Abstract

【課題】
電池の温度上昇を抑制し、電池寿命を改善可能な電池冷却用のアダプタを提供する。
【解決手段】
コードレス式の電動工具において、電池組３０にかかる負荷が比較的重い場合に電動工具本体と電池パック２０の間に冷却ファン４６を有するアダプタ４０を介在させる。アダプタは、電池パックの風窓２６と連結する吸入口４４ａと、冷却ファン４６と、吸入された空気を外部に排出する排出口４５を有する。冷却ファンの回転は、回路基板５７に搭載される制御手段によって必要なときにだけ駆動され、電池パックの内部を矢印３１ａ〜３１ｉのように冷却風が流れることにより電池組３０が効果的に冷却される。アダプタは、電池の冷却機能を持たない充電装置で電池組を充電する場合においても使用できる。
【選択図】図３

Description

本発明は電池パックを冷却するのに好適な電池冷却アダプタに関し、特に、電動工具本体又は充電装置と電池パックの間に介在させることにより、電動工具の運転中又は充電中に電池パックを冷却可能とした電池冷却アダプタに関する。

コードレス式の電動工具用の電源として、ニッカド電池やリチウムイオン電池を複数組内蔵した電池パックが広く用いられている。この種の二次電池を充電するのに用いられる充電装置は、電池パックの接続時に電池温度が規定の温度より高い場合には、電池温度が十分低下するまで充電を開始しないようにする充電待機手段を有することが多い。通常、充電待機時間が長いほど充電完了までの時間が伸びることになるため、特許文献１には、電池を素早く冷却するために充電装置側に冷却ファンを設けて、冷却ファンによって電池パックの通風穴から風を吸引して電池を冷却するように構成し、充電待機時間を短縮するようにした充電装置が開示されている。

特許４７３０６７１号公報

電池パックを使用できる電動工具の組み合わせは多岐に亘り、使用する電動工具の種類と、使い方によって電池にかかる負荷は様々である。また、電動工具の作業時において、電池から見て放電時においては、電池を強制冷却する手法はとられていないため、放電電流が大きくなると電池が発熱する傾向にある。一般的には、電池の寿命を考えた場合、重負荷がかかるほど不利である。また、電池の消耗の程度は、電池の使用温度と関連性があり、高温領域で使い続けるほど不利である。

一方、従来の充電装置は千差万別であり、電池を冷却するための冷却ファンを持たない安価な充電装置がある。このような充電装置では充電電流を小さく抑えていることが多く、比較的長い充電時間を要する。また、電池パックと充電装置とを接続したときに電池が高温状態であった場合には、充電完了までの時間が更に長くなってしまうという問題があった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、電池パックと接続機器の間に介在させるだけで、放電中又は充電中の電池パックの温度上昇を抑制することができ、電池寿命を改善できる電池冷却アダプタ及びそれを用いた電動工具を提供することにある。
本発明の他の目的は、電池にかかる負荷が比較的大きい電動工具を使用する場合において、負荷電流や電池の温度上昇に応じて積極的に電池を冷却することができる電池冷却アダプタ及びそれを用いた電動工具を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、冷却ファンを持たない充電装置で電池パックを充電する際に、充電待機時間を短縮し、充電完了までに要する時間を短縮させることができる電池冷却アダプタ及びそれを用いた電動工具を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の一つの特徴によれば、電動工具本体の接続部又は充電装置の接続部に接続するための第１の接続部と、電池パックを接続するための第２の接続部と、電池パックを冷却するための冷却装置と、冷却装置の動作を制御する制御手段を有する電池冷却アダプタであって、電池冷却アダプタを装着した状態で電動工具本体又は充電装置を稼働可能とした。ここで、第１の接続部の形状は電池パックに形成された接続部と同形状とし、第２の接続部の形状は電動工具本体の接続部と同形状とすると好ましい。この構成により電動工具の使用中に電池パックを積極的に冷却することが可能となった。電池パックは外気と連通する第１及び第２の風窓を有し、電池冷却アダプタは、電池パックの風窓のいずれかに接続される吸入口と、外部に空気を排出する排出口を有し、冷却装置として冷却ファンを用いて吸入口から空気を吸引して排出口から排出するように構成した。

本発明の他の特徴によれば、冷却ファンは、電池パック又は充電装置からの電力を利用したモータによって駆動されるようにした。このため、電池冷却アダプタ用に専用の電源を用いなくても良いので、取り扱いが容易である。ここで、電動工具本体の接続部への第１の接続部の装着方向と、第２の接続部の電池パックへの装着方向は、互いに平行とした。このため、電池冷却アダプタの装着方向と、電池パックの装着方向が同方向となるので、これらの装着方法が容易となる。冷却ファンの回転軸の軸方向は、装着方向と平行になるか又は直交するように配置される。電池冷却アダプタの第１の接続部には平行なレール手段が形成され、第２の接続部にはレール手段と対応する形状の溝手段を設け、第１の接続部の装着方向端部と、第２の接続部の装着方向端部は、レールの長手方向に端部がずれて配置されるようにオフセット配置され、冷却ファンは、溝手段の装着方向端部の先方側において、冷却ファンの回転軸が装着方向と略平行又は略直交する向きに配置される。このように配置することによって、冷却ファンを効率よく配置することができた。

本発明のさらに他の特徴によれば、第１の接続部に接続された機器が電動工具本体か充電装置かを検知する接続検知手段と、電池パックに含まれる電池の過放電状態を検知する過放電検知手段と、電池パックに含まれる電池の電池温度を検知する電池温度検知手段と、電池パックから負荷への電流値を検出する負荷電流検出手段を有し、制御手段は、接続検知手段、過放電検知手段、電池温度検知手段又は負荷電流検出手段によって得られる情報に基づいて冷却装置のオンにするかオフにするかを決定する。さらに、制御手段は、電池温度検知手段によって電池パックの温度を検知し、電池パックの温度が予め設定されたしきい値（温度条件）を超えた場合に、冷却装置を動作させるようにした。

本発明のさらに他の特徴によれば、制御手段は、冷却ファンを動作させるときのしきい値として、接続検知手段によって充電装置の接続を検知した場合と、接続検知手段によって電動工具本体への接続を検知した場合とで異なる値を設定するようにした。また、制御手段は、負荷電流検出手段によって電池パックに流れる負荷電流の大きさを検出し、負荷電流の大きさに応じて少なくとも２種類以上のしきい値を設定し、負荷電流が所定値より大きい場合には電池温度が低い段階から冷却装置を動作させるように制御する。

本発明のさらに他の特徴によれば、モータを有し、モータの回転力によって先端工具を駆動する電動工具本体と、電動工具本体に装着され、複数の風窓を有する電池パックと、を有する電動工具において、電池パックと電動工具本体の間に介在させる電池冷却アダプタを設け、電池冷却アダプタは風窓の一つと対向する位置に設けられる吸入口と、吸入された空気を外部に排出する排気口を有し、吸入口から排気口に至る風路に電動式の冷却ファンを設けた。電池冷却アダプタは電動工具本体に装着され、電池パックは電池冷却アダプタに装着されるので、電動工具本体や充電装置側になんら変更をすること無く、容易に電池冷却用の機器を取り付けることができ、しかも放電中又は充電中においても使用することができるので、電池の温度上昇が起こりうる状態の時に効率よく冷却することができる。

以上のように構成することにより、電池にかかる負荷が比較的重い電動工具に使用する場合において、電池の温度上昇を抑制し、電池寿命を改善可能な電池冷却アダプタを提供できた。また、電池強制冷却機能を持たない充電装置で電池パックを充電する場合においても、電池冷却アダプタを充電待機時間を短縮するために使用できるようになった。更に、冷却が不要な場合には冷却装置を稼働させないように制御し、必要に応じて冷却ファンを入り切りするので、冷却装置による無駄な電池消費を抑えることができる利便性の良い電池冷却アダプタ及びそれを用いた電動工具を実現できた。

本発明の実施例に係るアダプタ４０を装着した状態の電動工具の側面図である。図１の電動工具において、アダプタ４０及び電池パック２０を取り外した状態を示す側面図である。本発明の実施例に係るアダプタ４０及び電池パック２０の内部構造を示すための縦断面図である。本発明の実施例に係るアダプタ４０、電池パック２０及び電動工具本体１の回路構成を示すブロック図である。本発明の実施例に係るアダプタ４０、電池パック２０及び充電装置１００の回路構成を示すブロック図である。本発明の実施例に係るアダプタ４０の制御手順を示すフローチャートである（放電時）。本発明の実施例に係るアダプタ４０の制御手順を示すフローチャートである（充電時）。本発明の第二の実施例に係るアダプタ１４０を装着した状態の電動工具の側面図である。本発明の第二の実施例に係るアダプタ１４０によって生成される冷却風の流れを説明するための図である。本発明の第二の実施例に係る冷却ファン１４６の電池パック２０との位置関係を説明するための図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１は、本発明の実施例に係るアダプタ４０を装着した状態の電動工具の側面図である。電動工具は、電動工具本体１に電池パック２０が装着されたものであるが、ここでは、電動工具本体１と電池パック２０の間に、本実施例の特徴をなす電池冷却アダプタ（以下、単に「アダプタ」と称する）４０を介在させるようにした。電動工具本体１は、着脱可能な電池パック２０を電源としてモータ３を回転させることによって、図示しない動力伝達機構を介してチャック９等にて保持される先端工具（図示せず）を回転又は駆動させる機器である。図示しない動力伝達機構としては種々の構成、例えば、減速機構だけ、減速機構とクラッチ機構、減速機構とインパクト機構等、様々な組み合わせが考えられるが、図１では減速機構とクラッチ機構を有するドライバドリルの外観図を示している。アダプタ４０は、電池パック２０を電源として駆動される任意の電動工具において広く用いることができる汎用性が高いアダプタであり、電動工具本体１の電池パック２０用の接続部にアダプタ４０の接続部（第１の接続部）を装着することができる。また、アダプタ４０には電池パック２０を取り付けるための接続部（第２の接続部）が設けられる。これらアダプタ４０の第１及び第２の接続部の詳細構造については後述する。

ハウジング２は、モータ３やクラッチ機構等の動力伝達機構を収容すると略円筒形の胴体部２ａと、胴体部２ａの軸方向から略垂直に延びる部分であって作業者によって把持されるグリップ部２ｂと、グリップ部２ｂの先端（胴体部２ａから離れる側）に形成される電池取付部２ｃの３つの主要部分から構成される。ハウジング２はモータ３の回転軸を含む鉛直面にて左右方向に２分割できるように、プラスチック等の合成樹脂の一体成形にて製造される。グリップ部２ｂの上方であって胴体部２ａのすぐ下方にはトリガスイッチ７が設けられ、トリガスイッチ７を操作するためのトリガ７ａがグリップ部２ｂから前方側に露出する。電池取付部２ｃは、電動工具本体１を制御するための制御回路６を収容するとともに、電池パック２０を取り付けるための接続部を配置するための部分である。通常では電池パック２０を電池取付部２ｃに対して前方から後方にスライドさせることによって装着可能である。本実施例では電池パック２０と電池取付部２ｃとの間に介在させるアダプタ４０を設けた。アダプタ４０は、電池パック２０の放電時及び／又は充電時に電池パック２０を冷却させるための冷却装置を内蔵する機器である。電池パック２０の温度上昇を抑制させる冷却機器の種類はいろいろ考えられ、ペルチェ素子などの熱電素子を用いた冷却装置でも良いし、電池パック２０に形成される通風口を通して冷却風を発生させる冷却ファンであっても良い。アダプタ４０の左右両側にはリリースボタン４９が設けられ、リリースボタン４９を押しながら装着方向と反対方向（ここでは「前方」）にアダプタ４０を移動させることによりアダプタ４０を電動工具本体１から取り外すことができる。

電池パック２０は、通常は電池取付部２ｃに直接取り付けられるものであるが、ここではアダプタ４０に装着される。内部にはニッカド電池、リチウムイオン電池等の２次電池セルが複数本収納される（詳細は後述）。本実施例ではアダプタ４０は電池パック２０の上側面と後側面の全体にフィットするような形状とされ、電池パック２０の左右側面及び前面が、アダプタ４０の左右側面の及び前面と連続的につながるように形成される。この結果、電池取付部２ｃに従来の電池パックよりも下方向に長くて、前方にやや突出するような形状の取付け体（アダプタ４０と電池パック２０の集合体）を取り付けたような形状となる。電池パック２０の後方面におけるアダプタ４０との接合面（矢印４４ｃ付近）は、隙間が開かないように、できるだけ密接するような形状とすると良い。本実施例では、電動工具本体１に取り付けられる取付け体の左右方向の幅は、電池パック２０と変わらず、後方側位置も変わらずにアダプタ４０を付けない場合に比べて後方向には突出しないので、作業者が電動工具による作業を行うときに支障になることはほとんどない。

図２は図１の電動工具本体１へのアダプタ４０及び電池パック２０を取り外した状態を示す側面図である。本実施例においては、電池パック２０と電池取付部２ｃとの間にアダプタ４０を介在させるものであり、アダプタ４０は下側に接続部５と同じ構成、形状の接続部（第２の接続部）５８が形成され、上側には電池パック２０のレール２３等と同じ構成、形状の接続部（第１の接続部）４８が形成される。アダプタ４０の上側には位置決めするレール４３が設けられ、レール４３は装着時に電動工具本体１の電池取付部２ｃの底部に形成された図示しない溝部と嵌合する。アダプタ４０のレール４３が接続部５の溝部に沿うようにして、アダプタ４０が装着方向（前方から後方）にスライドされることにより、電動工具本体１にセットされる。ここでアダプタ４０の上側ハウジング４２に形成される隆起部４２ｃが、電池取付部２ｃの突き当て部２ｄに当接するまで挿入されると、電池取付部２ｃ側に配設されたバッテリークリップ（図示せず）とアダプタ４０に配設された端子５６（図３にて後述）が嵌合する。また、アダプタ４０の係止部４９ａがばねの作用によりレール４３と垂直方向に飛び出して、電池取付部２ｃに形成された図示しない凹部と係合することにより、アダプタ４０の脱落が防止される。アダプタ４０は、電池パック２０と電池取付部２ｃとの間に違和感なく介在できるようにその形状が工夫され、矢印４４ｃ付近の形状は電池パック２０の後面側の形状に対応させた相似形とされ、装着時に良好に接合できる形状とされる。この矢印４４ｃ付近と電池パック２０の後面の密接される部分には、電池パック２０の風窓２６（図３で後述）とアダプタ４０の吸入口４４ａ（図３で後述）が形成される。

電池パック２０の上側には、電動工具本体１側の接続部５と対応し、装着時に接続部５の複数の端子との電気的接続を達成する接続部３８が形成される。接続部３８は、レール２３と後述する端子５６（図３参照）を含んで構成され、レール２３は装着時に電動工具本体１の電池取付部２ｃの底部に形成された図示しない溝部と嵌合する。電池パック２０は、レール２３が接続部５に沿うようにして前方から後方に移動されることにより、電動工具本体１に直接セット可能であるが、ここでは電池パック２０をアダプタ４０の下側に形成される接続部（第２の接続部５８）に装着する状態を図示している。第２の接続部５８の形状や端子の数等は接続部５の構成と同一であって、高段面２２ａの左右縁部にレール２３が形成される。電池パック２０の上側ハウジング２２に形成される隆起部２２ｃが、アダプタ４０の突き当て部分に当接するまでアダプタ４０が挿入されると、アダプタ４０側に配設された端子３５（後述する図３参照）と電池パック２０に配設された端子２８（図３にて後述）が接触して導通状態となる。また、電池パック２０の係止部２９ａがばねの作用によりレール２３と垂直方向に飛び出して、アダプタ４０に形成された図示しない凹部と係合することにより、電池パック２０の脱落が防止される。ここでは、接続部４８の接続部５への装着方向と、接続部５８への電池パック２０の装着方向は互いに平行であって、接続部４８の装着方向端部（後端部）と、接続部５８の装着方向端部（後端部）は、前後方向にずれるようにオフセットされて配置される。このオフセットされた部分において、アダプタ４０は下方向に突出する筐体部分が形成され、その内部に後述する冷却ファンが収容される。

図３は、本発明の実施例に係るアダプタ４０と、電池パック２０とを接続したときの内部構成を示したものである。アダプタ４０は電池パック２０と電気的に接続される端子３５と、電動工具本体１若しくは充電装置１００と電気的に接続される端子５６と、電池組３０を空気にて冷却するために風を起こすための冷却ファン４６と、アダプタ４０のハウジング４１の内部空間に空気を吸入するための吸入口４４ａと、内部空間に吸入された空気を排出するための排出口４４ｂと、バイパス通路５１と、冷却ファン４６の回転の制御を行う回路基板５７を含んで構成される。

電池パック２０は、複数のセル３０ａを含む電池組３０と、電動工具本体１、アダプタ４０、又は充電装置（後述）のいずれかと接続するための接続部３８から構成される。電池パック２０のハウジング２１は、箱状の下側ハウジング２４に上側ハウジング２２をかぶせたものであり、それらによって区画される筐体の内部には、合計８本のセル３０ａが、その長手方向が左右方向になるように積層される。８本のセル３０ａの上側には回路基板２７が水平に配置される。回路基板２７は、各セル３０ａの端子間の電圧を測定することにより過放電を防止するための電池保護回路を搭載すると共に、複数の端子２８を固定するための基台となるものである。電池パック２０の接続部は、電動工具本体１側の接続部５との形状に対応する高段面２２ａが形成され、高段面２２ａの側面周縁付近はレール２３（図２参照）が形成される。また、高段面２２ａの前方側周縁付近には、複数の端子２８への嵌合を可能にするための図示しない複数のスリット部が形成される。電池パック２０には、充電時に電池組３０の温度上昇をさけるために、外部から冷却風を送るための２つの風窓が設けられる。本実施例では２つの風窓のうち一方の風窓２５を吸入口として用いて、他方の風窓２６を排出口として利用する。通常、電池パック２０を電動工具本体１に装着して使用する際には、電池パック２０の内部空間に冷却風を送ることは行っていない。また、電池パック２０を電動工具本体１に装着すると、風窓２５はハウジング２の電池取付部２ｃの壁面によって塞がれることになる。しかしながら、本実施例ではアダプタ４０を装着する際には外気を積極的に取り込むために、アダプタ４０に案内通路となるバイパス通路５１を設けて、外気と風窓２５が連通するように構成した。

電池パック２０の後方側の側面には、風窓２６が設けられるが、本実施例ではこれを電池パック２０のハウジング２１の内部の空気の排出口として利用する。アダプタ４０には、風窓２６と対面する位置に吸入口４４ａを設け、吸入口４４ａの近傍に冷却ファン４６を配置し、アダプタ４０に電池パック２０を装着した際に、風窓２６から吸入口４４ａに至る風路が形成され、この接続部分で空気の漏れが起きないように構成した。図示していないが、風窓２６と吸入口４４ａの外縁付近に、空気の漏れを遮断する弾性部材等を介在させるようにしても良い。冷却ファン４６は、直流電源によって回転する電動ファンであって、吸入口４４ａから空気を吸い込んで、アダプタ４０に形成された排出口４４ｂから外部に空気を排出する。ここでは冷却ファン４６は、直流式のモータ４７の外周側に形成されるロータに複数の羽根４７ａを設けた電動式の遠心ファンであり、ユニット形式で市販されているものを用いることができる。冷却ファン４６に電力が供給されるとモータ４７が起動して羽根４７ａが回転し、空気が吸入口４４ａから吸い込まれた後に、排出口４４ｂから排出される。吸入口４４ａは、電池パック２０の風窓２６と正対する位置にあり、アダプタ４０と電池パック２０を接続したとき、電池パック２０の内気を吸入口４４ａ及び風窓２６を介して吸い出せる位置にある。また、電池パック２０の上方には風窓２５が形成されているので、冷却ファン４６が動作すると、バイパス通路５１及び風窓２５を介して矢印３１ａ、３１ｂのように空気が流れて電池パック２０の内部に外気が取り込まれる。取り込まれた空気の一部は矢印３１ｃ〜３１ｅのように電池組３０の下側を流れ、一部は矢印３１ｆ〜３１ｈのように上側を流れて風窓２６に到達する。また、図３には図示されていないが、空気の一部は電池組３０の右側側面又は左側側面を流れて風窓２６に到達する。このようにして電池組３０を冷却した冷却風は風窓２６に到達し、吸入口４４ａを介して冷却ファン４６にて矢印３１ｅ、３１ｈのように吸引され、冷却ファン４６の径方向外側に、つまり矢印３１ｉのように流れて排出口４４ｂを介して外部に排出される。以上の冷却ファン４６にて行われる空気流の発生が、電池組３０の電力を用いて電動工具の稼働中に、又は充電器への接続中に行うことができる。このように構成すれば、例えば外気温が高い等の特定の過酷な使用条件下や、先端工具にかかる負荷が高くて過大な放電電流が予想されるような使用状況下において、作業者がアダプタ４０を取り付けることにより電池パック２０の温度上昇を抑制することができる。

アダプタ４０は、電池パック２０の上側に回路基板５７が水平に配置され、電池パック２０の後側の面に冷却ファン４６が縦方向に配置されるもので、側面視でＬ字状の形状のハウジング４１を有する。ハウジング４１は、上下方向に２分割可能であって、プラスチック等の合成樹脂の一体成形で製造された上側ハウジング４２と下側ハウジング４４によって構成される。上側ハウジング４２の上側の形状は、電池パック２０の上側の形状と同一に構成され、高段面４２ａと低段面４２ｂが形成される。高段面４２ａの側面周縁付近はレール４３（図２参照）が形成される。また、高段面４２ａの前方側周縁付近には、複数の端子５６への嵌合を可能にするための図示しない複数のスリット部が形成される。

回路基板５７は、冷却ファン４６を制御する制御回路を搭載すると共に、複数の端子５６を固定するための基板である。冷却ファン４６は、電池組３０から電動工具本体１に供給される電力の一部を用いて冷却ファン４６を駆動するものであって、回路基板５７から電源コード４５にて冷却ファン４６に電力が供給される。一方、アダプタ４０が充電装置に装着されている場合は、充電装置から電池パック２０に供給される電力の一部を用いて冷却ファン４６を駆動する。電力消費の観点から見て、充電を行っている際には冷却ファン４６を連続稼働させても問題ないが、電動工具にて作業を行っている際に冷却ファン４６を駆動すると電池パック２０の電力を消費してしまうため、電動工具による作業可能時間が短くなってしまう。このため、本実施例では回路基板５７に搭載されたマイコン（後述）を用いて、必要なときにだけ冷却ファン４６を稼働させるようにして、冷却ファン４６による電力消費を最小に抑えるようにした。

次に、図４を参照して本実施例に係るアダプタ４０、電池パック２０及び電動工具本体１の回路構成を説明する。アダプタ４０には、電池パック２０側の端子２８と接続される端子３５と、電動工具本体１側の端子８と接続される端子５６が設けられ、冷却ファン４６と冷却ファン４６のオンオフ制御を行う共に、電池の異常時に電動工具本体１の動作を停止させるように制御するマイコン６０を含んで主に構成される。冷却ファン４６は、電池パック２０内に空気流を発生させることにより電池組３０を冷却する冷却装置であって、マイコン６０によってその起動及び停止が制御される。アダプタ４０は電池パック２０と電動工具本体１との間に介在される機器であるので、アダプタ４０の電動工具本体１側に設けられる端子５６は、電池パック２０に設けられるものと同じ数の端子が設けられ、端子３５と端子５６間において、ＬＤ端子を除いて各端子間が接続される。この実施例ではアダプタ４０を電動工具本体１に接続する場合は、端子５６と端子８間において＋、−、ＬＤ端子だけが電気的に接続される。

電池パック２０には、電池組３０、電池保護回路３２、感温素子３４、電流遮断素子３３が含まれる。電池組３０は、例えばリチウムイオン電池等の４本のセル３０ａが直列に接続されたもので、それら４本のセルの結合体が２組並列に接続される（図４では並列接続の状態は図示していない）。電池保護回路３２は各セル３０ａの個別電圧を監視して、過放電の監視を行う。アダプタ４０と電池パック２０は、端子２８、３５を介して電気的に接続される。ここで端子２８、３５は、Ｃ＋、＋、−、ＬＳ、Ｖ、Ｔ、ＬＤの７つの個別端子を有する。Ｃ＋と−端子は、電池組３０の充電に用いる端子であり、＋と−端子は、電池組３０からの電源供給、つまり放電用の端子である。ＬＳ端子は、電池組３０に接触して設けられた感温素子３４による電池の温度情報を出力する端子である。Ｖ端子は、充電装置からの制御信号が入力される端子であって、電動工具本体１に接続される場合は用いなくても良い。Ｔ端子は、電池パック２０の識別情報となる信号を電動工具本体１又は充電装置１００に出力するための端子である。ＬＤ端子は、電池保護回路３２による過放電保護信号を、接続される機器（アダプタ４０、電動工具本体１、又は後述する充電装置１００）に対して出力する端子である。

電動工具本体１は、モータ３、トリガスイッチ７、制御回路６を含んで構成される。ここでは端子５６、８のうち、＋端子、−端子とＬＤ端子だけが接続される。トリガスイッチ７はモータ３の回転のオンオフ、及び、モータ３の回転数を調整するためのスイッチである。モータ３は本実施例ではブラシ付直流モータを用いているが、モータ３の種類はこれに限定されるものでは無く、直流源にて動作するモータであれば任意の形式のモータであっても良く、例えばインバータ回路を利用するブラシレス直流モータを用いても良い。制御回路６は電池の過放電や、過電流、過熱などの異常状態を検出してモータ３の回転を停止させるための制御を行う。尚、図４の電動工具本体１には図示していないが、モータ３から電池パック２０への接続回路と直列に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体スイッチング手段を接続して、制御回路６に搭載されたマイコンによりＦＥＴのオンオフ制御する事によりモータ３の回転を止めるように構成すると良い。この場合、ＦＥＴは通常時がオン状態であり、電池組３０が過放電、過電流、高温状態等、何らかの異常が発生した場合は、制御回路６によってＦＥＴのドレイン−ソース間を遮断させることにより、電池パック２０とモータ３との電気的な接続状態が遮断する。

アダプタ４０には、マイコン６０を含んで構成される電池の保護機能が実装される。この結果、電動工具本体１側には電池パック２０の状態を監視する保護回路を搭載しなくても良いことになる（尚、電動工具本体１側に重複して保護回路を設けても良い）。電源供給回路６１は、Ｖ端子若しくはＬＤ端子から入力される電圧をきっかけとしてオンとなり、冷却ファン４６やマイコン６０などを駆動する電力を供給する。定電圧回路６２は、冷却ファン４６やマイコン６０などを駆動するための低い定電圧を生成するための電源回路であり、電池パック２０がアダプタ４０に接続されと、電池パック２０の出力電圧の変動にかかわらずにマイコン６０と冷却ファン４６に所定の値に維持された一定の電圧を供給する。マイコン６０は、電池温度検知手段６４と、充電装置検知手段６５と、電動工具検知手段６６と、過放電保護信号検知手段６７によって得られる情報に基づき、冷却ファン４６を動作させるか否かを判断する。冷却ファン４６を動作させる場合、冷却ファン駆動素子６３をオンにする制御信号を出力する。また、マイコン６０は、過放電保護信号検知手段（過放電検知手段）６７によって、電池が過放電状態であることを認識した場合、電動工具停止手段６８及び端子５６のＬＤ端子を介し、電動工具本体１の動作を強制停止させる信号を出力する。この信号を受信した制御回路６は、モータ３への電源供給を遮断させることにより電動工具本体１の動作を停止させる。

図５は、本発明の実施例に係るアダプタ４０を電池パック２０と充電装置１００の間に介在させたときの回路構成を示すブロック図である。充電装置１００は、電動工具本体１から取り外した電池パック２０と着脱可能な構成とする。アダプタ４０と充電装置１００を接続する場合、端子５６、１０８において＋端子及びＬＤ端子を除くすべての端子が接続される。充電が必要な場合は、電動工具本体１から電池パック２０を取り外して、充電装置１００に装着することにより充電を行う。電動工具本体１を使用する場合、及び充電が必要でない場合は充電装置１００から電池パック２０を取り外す。充電装置１００は、外部から供給される商用交流電源２００を入力してスイッチング電源１０１を駆動して、Ｃ＋端子と−端子間に所定の定電圧を出力する。充電制御回路１０２はスイッチング電源１０１を制御する回路であり、電池パック２０又はアダプタ４０側から送られる信号を用いてスイッチング電源１０１の出力電圧や出力電流を制御し、充電が完了したり異常状態になった際にスイッチング電源１０１の出力を停止させて充電動作を終了させる。アダプタ４０は、接続される機器の接続検知手段（電動工具検知手段６６と充電装置検知手段６５）によって充電装置１００が接続されていると判断されたら、充電装置１００に即した冷却ファン４６の駆動を行う。

電動工具を充電する際に用いられる充電装置には、電池パック２０を冷却するための図示しない冷却ファンが設けられたものもある。しかしながら、図５では冷却ファンが設けられない簡易的な充電装置１００の例を示している。そのような充電装置１００の場合には、アダプタ４０を電池パック２０と充電装置１００の間に介在させることにより、充電中の電池パック２０の内部にアダプタ４０の冷却ファン４６から冷却風を供給することが可能となるので、電池組３０の温度上昇を抑制することができる。尚、アダプタ４０の接続部において又は接続部の近傍において、リブ状の凸部などの何らかの識別子を設け、冷却ファンを有する特定の充電装置等には識別子が干渉して装着できないような工夫を施すことができ、これにより冷却ファンが含まれる充電装置にアダプタ４０を接続してしまうことを防止でき、２つの冷却ファンの動作による不具合の発生を回避できる。

充電装置１００と電池パック２０の間にアダプタ４０を接続した状態においては、マイコン６０による制御により冷却ファン４６のオンオフ制御を行うことができる。さらに、アダプタ４０はマイコン６０によって充電中の電池組３０の温度状況、充電電圧、充電電流等を監視できるので、充電異常の発生を検知することができ、異常発生の場合には直ちに充電動作を停止させることができる。

次に、図６のフローチャートを用いて、電動工具の動作時におけるマイコン６０による冷却ファンの制御手順について説明する。図６のフローチャートにて示す一連のステップは、マイコン６０においてプログラムを実行することによって実現できる。まず、アダプタ４０が電池パック２０に装着されることにより、電源供給回路６１、定電圧回路６２に電源が供給され、マイコン６０が起動する（ステップ２０１）。次にマイコン６０は、電動工具検知手段６６と、充電装置検知手段６５によって、電動工具本体１と、充電装置１００の何れが接続されたかを判断する（ステップ２０２）。接続された機器が充電装置である場合は、後述する図７のステップ３０１に移動し、電動工具本体１である場合は冷却ファン４６の制御対象が「電動工具」であるとして、冷却ファン４６を動作、停止させる電池温度の条件を個別に設定する（ステップ２０３）。ここで、電動工具モードの場合は、冷却ファン４６の駆動電力として、モータ３の電力源となる電池組３０の電力を消費する。従って、冷却ファン４６による電池組３０の冷却が過剰とならないように制御して、モータ３の稼働時間の短縮を最小限に抑えることが重要である。

次にマイコン６０は、電動工具モードにて冷却ファンを制御するために、冷却ファン４６を動作、停止させる判断をするときの条件として、電池温度、電池が過放電か否か、電動工具若しくは充電装置の接続の有無、負荷電流の大きさを設定する（ステップ２０４）。冷却ファン４６を必ず停止する条件は、電池が過放電の場合、電池が低温の場合であり、これ以外の条件においては、状況に応じて冷却ファン４６の制御を行う。まず、マイコン６０は、過放電保護信号を検出したか否かを判断する（ステップ２０５）。過放電保護信号は、電池パック２０の電池保護回路３２からＬＤ端子を介して伝達される信号である。マイコン６０が過放電保護信号を受信した際には、電動工具停止手段６８に指示を出すことにより、端子５６のＬＤ端子を介して電動工具本体１側に停止信号を出力し（ステップ２１４）、冷却ファン４６の運転を停止させて処理を終了する（ステップ２１３）。この際、電動工具停止手段６８の出力は電源供給回路６１にも出力されるため、電源供給回路６１は定電圧回路６２への電源供給を停止するので、マイコン６０も停止するので処理が終了する。

ステップ２０５においてマイコン６０が過放電保護信号を検出しなかった場合は、負荷電流検出手段６９によって負荷電流の大きさを検出し、所定値以上の負荷電流を１回検出したかを判断する（ステップ２０６）。ステップ２０６にて、所定値未満の負荷電流の場合は、電池温度しきい値を、“しきい値１”に設定し、所定値以上の負荷電流の場合は、電池温度しきい値を、“しきい値２”に設定する（ステップ２０７、２０８）。ここで、電動工具本体１が接続された場合のしきい値（温度条件）を、負荷電流の大きさが所定値未満の軽負荷であった場合、温度条件１とし、負荷電流の大きさが所定値以上の重負荷であった場合、温度条件２とする。温度条件２において、冷却ファンを駆動するしきい値は、温度条件１よりも低い値とする。これにより、重負荷の場合は早めに冷却ファン４６を駆動し、電池の温度上昇を抑えることが可能となる。また、一旦、温度条件２のしきい値が設定されてから、軽負荷状態が所定の時間以上継続した場合、温度条件１に切り替える。これにより、冷却ファン４６による電池消費を低減する。

次にマイコン６０は、電池温度検知手段６４の出力から電池温度が設定されたしきい値を越えているかどうかを判断する（ステップ２０９）。ここで、しきい値を越えている場合は、冷却ファン駆動素子６３をオンにすることにより冷却ファン４６を起動又は回転状態を維持させる（ステップ２０９、２１０）。しきい値を越えていない場合は、冷却ファン駆動素子６３をオフにすることにより冷却ファン４６を停止又は停止状態を維持させる（ステップ２０９、２１１）。次にマイコン６０は、電動工具検知手段６６によって、アダプタ４０と電動工具本体１との接続状態が解除されたかを判断し（ステップ２１２）、解除されていないならばステップ２０５に戻り、解除されたならば電動工具停止手段６８の出力を送出することにより、冷却ファン４６の運転を停止させる（ステップ２１３）。同時に、電源供給回路６１は定電圧回路６２への電源供給を停止するので、マイコン６０も停止するので、処理を終了する。以上のように、電池にかかる負荷が比較的重い電動工具を使用する場合において、電池の温度上昇に応じて最適なタイミングにてアダプタ４０に含まれる冷却ファン４６を駆動させることができるので、電池組３０の過度な温度上昇を抑制し、電池寿命を大幅に改善することができる。また、電動工具本体１側に流れる放電電流の大きさに応じて、冷却ファン４６を動作又は停止させるかを判断するので、冷却ファン４６による無駄な電力消費を抑える事ができる。

次に、図７のフローチャートを用いて、充電時におけるマイコン６０による冷却ファンの制御手順について説明する。図６のステップ２０２において、接続された機器が充電装置である場合は、冷却ファン４６の制御対象が「充電装置」であるとして、冷却ファン４６を動作、停止させる電池温度の条件を個別に設定する（ステップ３０２）。ここで、充電装置モードの場合は、冷却ファン４６の駆動電力は充電装置１００から供給される電力で駆動されることになるので、冷却ファン４６を充電中に連続稼働させても良いが、ここでは、電池パック２０の状態に応じてきめ細かな冷却ファン４６のオンオフ制御を行う制御手順を説明する。まず、マイコン６０は、充電装置モードにて冷却ファン４６を制御するために、冷却ファン４６を動作、停止させる判断をするときの条件として、電池温度、電池が過放電状態か否か、充電電流の大きさを設定する（ステップ３０２）。次に、マイコン６０は、過放電保護信号を検出したか否かを判断する（ステップ３０３）。過放電保護信号は、電池パック２０の電池保護回路３２からＬＤ端子を介して伝達される信号である。マイコン６０が過放電保護信号を受信した際には、電動工具停止手段６８（放電停止手段として兼用）に指示を出す。この際、電動工具停止手段６８の出力は電源供給回路６１にも出力されるため、電源供給回路６１は定電圧回路６２への電源供給を停止するので、マイコン６０を停止して処理を終了する（ステップ３１２）。

ステップ３０３においてマイコン６０が過放電保護信号を検出しなかった場合は、負荷電流検出手段６９によって充電電流の大きさを検出することによって、充電が行われているかどうかを判断し（ステップ３０４）、充電電流がない場合は電池温度しきい値を、“しきい値３”に設定する（ステップ３０５）。ステップ３０４において、充電電流がありの場合は、充電電流が所定値以上であるか否かを判定し（ステップ３０６）、所定値以上である場合は電池温度しきい値を“しきい値４”（ここで、しきい値４＜しきい値３とする）に設定する（ステップ３０７）。ステップ３０６において、所定値未満である場合は、マイコン６０は電動工具停止手段６８を介して電源供給回路６１に指示を出し、電源供給回路６１は定電圧回路６２への電源供給を停止するので、マイコン６０を停止して処理を終了する（ステップ３１２）。これは充電電流が小さい場合には電池パック２０が発熱し難いためである。

次にマイコン６０は、電池温度検知手段６４の出力から電池温度が設定されたしきい値を越えているかどうかを判断する（ステップ３０８）。ここで、しきい値を越えている場合は、冷却ファン駆動素子６３をオンにすることにより冷却ファン４６を起動又は回転状態を維持させる（ステップ３０９）。しきい値を越えていない場合は、冷却ファン駆動素子６３をオフにすることにより冷却ファン４６を停止又は停止状態を維持させる（ステップ３１０）。次にマイコン６０は、充電装置検知手段６５によって、アダプタ４０と充電装置１００との接続状態がされたかを判断し（ステップ３１１）、解除されていないならばステップ３０３に戻り、解除されたならば電動工具停止手段６８を介して電源供給回路６１に信号を出力し、電源供給回路６１は定電圧回路６２への電源供給を停止するので、マイコン６０も停止するので、処理を終了する。

以上説明したように、電池パック２０の充電時においてもアダプタ４０を用いることができるので、冷却ファンを持たない充電装置において電池パックを充電する場合に、電池を十分冷却することができ、電池が高温の際の充電待機時間を大幅に短縮できる。更に、電池の温度状況に応じて、冷却ファンの動作を柔軟に制御できるので、効率の良い充電動作を行うことができる。

次に、本発明の第二の実施例について図８〜図１０を用いて説明する。第二の実施例においては、アダプタ１４０の形状と冷却ファン１４６の搭載位置が異なるが、その他の部分の構造、特に第一の接続部、第二の接続部、制御回路等は第一の実施例におけるアダプタ４０と同等である。第２の実施例では電池パック１２０の形状が若干異なり、２つある風窓の両方が電池パック１２０の上面側に形成されている。第一の実施例の電池パック２０と比較すると、図３の風窓２５に相当する部分は同一であるが、風窓２６に相当する部分が異なる。その風窓の配置の違いに合わせてアダプタ１４０の形状が異なり、アダプタ１４０の前後長及び左右長は電池パック１２０と同等であるように構成したので、アダプタ１４０の装着の有無によって電池パック１２０の後端位置が変わることが無い。また、冷却ファン１４６の配置も、冷却ファン１４６のモータの回転軸が鉛直方向になるように、つまり電池パック１２０の装着方向（前から後ろ方向）に対して直交するように配置される。この結果、図８から理解できるようにアダプタ１４０を介して電池パック１２０を装着しても、電池パック１２０が下方向に延びただけの形状となって、左右の幅だけでなく前端位置及び後端位置も変わらないので、作業時における電動工具の大型化を抑制することができる。

図９は本発明の第二の実施例に係るアダプタ１４０によって生成される冷却風の流れを説明するための図である。アダプタ１４０の入口側（吸気側）の構成と、第一の接続部を構成する高段面１４２ａの形状、レール１４３の配置、係止部１４９ａを設ける等は第一の実施例のアダプタ４０の構造と同じである。アダプタ１４０に形成された図示しないバイパス通路を介して吸引される外気は、矢印１３１ａから風窓１２５を通って電池パック１２０の内部に侵入し、アダプタ１４０内に配置された冷却ファン１４６によって吸引されることにより電池パック１２０の内部で例えば、矢印１３１ｂ〜１３１ｆのように流れて、冷却ファン１４６の径方向外側に向かって矢印１３１ｇのように排気される。アダプタ１４０の冷却ファン１４６の近傍の後面には排気口（図示せず）が設けられる。

図１０は本発明の第二の実施例に係る冷却ファン１４６の電池パック１２０との位置関係を説明するための図である。図１０では電池パック１２０の風窓１２６に対する冷却ファン１４６の位置を示した。冷却ファン１４６は遠心ファンであり、軸方向から空気を吸引して遠心方向、つまり径方向外側に向かって空気を排出する。このため、回転する冷却ファン１４６の軸方向が、風窓１２６に向くように配置させると好ましい。第二の実施例では電池パック１２０の高段面１２２ａと低段面１２２ｂとの段差部分を利用して小型の冷却ファン１４６を配置するようにしたので、レール１４３（図９参照）とレール１２３を前後方向にオフセット配置する必要が無いので、アダプタ１４０を小型に形成することができる。

第二の実施例によれば、電動工具の作動中において電池の温度上昇に応じて最適なタイミングにてアダプタ１４０に含まれる冷却ファン１４６を駆動させることができるので、電池パック１２０の過度な温度上昇を抑制し、電池寿命を大幅に改善することができる。また、電池パック１２０に容易に接続できる小型のアダプタ１４０を実現できたので、充電時においても違和感のない使用が可能となる。

以上、本発明について実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では、電池冷却用のアダプタ４０をコードレス方式の電動工具に装着する例で説明したが、これに限られるものではなく、着脱式の電池パックによって動作するものであれば、任意の電気機器、電動工具、電動作業装置に用いることができる。

１電動工具本体２ハウジング
２ａ胴体部２ｂグリップ部
２ｃ電池取付部２ｄ突き当て部
３モータ５接続部
６制御回路７トリガスイッチ
７ａトリガ８端子
９チャック２０電池パック
２１ハウジング２２上側ハウジング
２２ａ高段面２２ｂ低段面
２２ｃ隆起部２３レール
２４下側ハウジング２５風窓（第１の風窓）
２６風窓（第２の風窓）２７回路基板
２８端子２９リリースボタン
２９ａ係止部３０電池組
３０ａセル３２電池保護回路
３３電流遮断素子３４感温素子
３５端子３８接続部
４０アダプタ４１ハウジング
４２上側ハウジング４２ａ高段面
４２ｂ低段面４２ｃ隆起部
４３レール４４下側ハウジング
４４ａ吸入口４４ｂ排出口
４５電源コード４６冷却ファン
４７モータ４７ａ羽根
４８接続部（第１の接続部）４９リリースボタン
４９ａ係止部５１バイパス通路
５６端子５７回路基板
５８接続部（第２の接続部）６０マイコン
６１電源供給回路６２定電圧回路
６３冷却ファン駆動素子６４電池温度検知手段
６５充電装置検知手段６６電動工具検知手段
６７過放電保護信号検知手段６８電動工具停止手段
６９負荷電流検出手段１００充電装置
１０１スイッチング電源１０２充電制御回路
１２０電池パック１２１ハウジング
１２２上側ハウジング１２２ａ高段面
１２２ｂ低段面１２３レール
１２４下側ハウジング１２５風窓
１２６風窓１２９リリースボタン
１２９ａ係止部１４０アダプタ
１４２ａ高段面１４２ｂ低段面
１４３レール１４６冷却ファン
１４９ａ係止部２００商用交流電源

Claims

電動工具本体の接続部又は充電装置の接続部に接続するための第１の接続部と、
電池パックを接続するための第２の接続部と、
前記電池パックを冷却するための冷却装置と、
前記冷却装置の動作を制御する制御手段を有する電池冷却アダプタであって、
前記電池冷却アダプタを装着した状態で前記電動工具本体又は前記充電装置を稼働可能としたことを特徴とする電池冷却アダプタ。
前記電池パックは外気と連通する第１及び第２の風窓を有し、
前記電池冷却アダプタは、前記電池パックの風窓のいずれかに接続される吸入口と、外部に空気を排出する排出口を有し、
前記冷却装置は冷却ファンであって、前記吸入口から空気を吸引して前記排出口から排出することを特徴とする請求項１に記載の電池冷却アダプタ。
前記冷却ファンは、前記電池パック又は前記充電装置からの電力を利用したモータによって駆動されることを特徴とする請求項２に記載の電池冷却アダプタ。
前記電動工具本体の接続部への前記第１の接続部の装着方向と、
前記第２の接続部の前記電池パックへの装着方向は、互いに平行であって、
前記冷却ファンの回転軸の軸方向は、前記装着方向と平行になるか又は直交するように配置されることを特徴とする請求項３に記載の電池冷却アダプタ。
前記電池冷却アダプタの前記第１の接続部には平行なレール手段が形成され、前記第２の接続部には前記レール手段と対応する形状の溝手段を設け、
前記第１の接続部の装着方向端部と、前記第２の接続部の装着方向端部は、オフセットされて配置され、
前記冷却ファンは、前記溝手段の装着方向端部の先方側において、前記冷却ファンの回転軸が装着方向と略平行又は略直交する向きに配置されることを特徴とする請求項４に記載の電池冷却アダプタ。
前記第１の接続部に接続された機器が電動工具本体か充電装置かを検知する接続検知手段と、
前記電池パックに含まれる電池の過放電状態を検知する過放電検知手段と、
前記電池パックに含まれる電池の電池温度を検知する電池温度検知手段と、
前記電池パックから負荷への電流値を検出する負荷電流検出手段を有し、
前記制御手段は、前記接続検知手段、前記過放電検知手段、前記電池温度検知手段又は前記負荷電流検出手段によって得られる情報に基づいて前記冷却装置のオンオフを決定することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の電池冷却アダプタ。
前記制御手段は、前記電池温度検知手段によって前記電池パックの温度を検知し、電池パックの温度が予め設定されたしきい値を超えた場合に、前記冷却装置を動作させることを特徴とする請求項６に記載の電池冷却アダプタ。
前記制御手段は、前記冷却ファンを動作させるときのしきい値として、前記接続検知手段によって充電装置の接続を検知した場合と、前記接続検知手段によって電動工具本体への接続を検知した場合とで、異なる値を設定することを特徴とする請求項６又は７に記載の電池冷却アダプタ。
前記制御手段は、前記負荷電流検出手段によって前記電池パックに流れる負荷電流の大きさを検出し、負荷電流の大きさに応じて少なくとも２種類以上の前記しきい値を設定し、負荷電流が所定値より大きい場合には電池温度が低い段階から前記冷却装置を動作させるように制御することを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の電池冷却アダプタ。
請求項１から９のいずれか一項に記載の電池冷却アダプタと、
前記電池冷却アダプタが接続される前記電動工具本体と、
前記電池冷却アダプタに接続される前記電池パックを有し、
前記電池冷却アダプタは前記電動工具本体に装着され、前記電池パックは前記電池冷却アダプタに装着されることを特徴とする電動工具。
モータを有し、該モータの回転力によって先端工具を駆動する電動工具本体と、
前記電動工具本体に装着され、複数の風窓を有する電池パックと、を有する電動工具において、
前記電池パックと前記電動工具本体の間に介在させる電池冷却アダプタを設け、
前記電池冷却アダプタは前記風窓の一つと対向する位置に設けられる吸入口と、吸入された空気を外部に排出する排気口を有し、
前記吸入口から前記排気口に至る風路に電動式の冷却ファンを設けたことを特徴とする電動工具。
前記電池冷却アダプタには前記冷却ファンを制御する制御手段を有し、
前記制御手段は前記電池パックの温度又は流れる電流値に応じて前記冷却ファンの回転の制御をすることを特徴とする請求項１１に記載の電動工具。