JP2020089110A - 電池ユニット及び電動工具システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電動工具本体における不具合の発生可能性を低減させる。【解決手段】電池パック3は、電池30を収容する。電池パック3は、電動工具本体8に取り付けられる。電池パック3は、出力制御部32を有する。出力制御部32は、条件に応じて電動工具本体8への電池30の出力を制御する。【選択図】図1

Description

本開示は電池ユニット及び電動工具システムに関し、より詳細には、電動工具本体に取り付けられる電池ユニット及びこの電池ユニットを備える電動工具システムに関する。
従来、電動工具アダプタと共に用いられる電動工具システムが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1記載の電動工具システムは、電動工具アダプタを用いて電池パックを電動工具(電動工具本体)に装着可能である。電動工具アダプタは、DC−DC変換器を備えている。DC−DC変換器は、電動工具と電池パックとの間でそれらの各々に着脱自在に装着されるように構成され、当該電池パックの電圧を昇圧又は降圧して電動工具の駆動電圧に変換し、該駆動電圧を該電動工具に供給するように構成される。これにより、特許文献1記載の電動工具システムでは、電動工具の定格電圧とは異なる電圧の電池パックを使用した場合であっても、良好にその電動工具を駆動させることができる。
国際公開第2012/017833号
特許文献1記載の電動工具システムでは、電動工具の定格電圧とは異なる電圧の電池パックを使用する場合は、電動工具アダプタが必須であった。しかしながら、電動工具の定格電圧によって、使用可能な電動工具アダプタが異なっており、使用可能でない電動工具アダプタを使用した場合は、電動工具の動作に不具合が発生することがあった。
本開示は、電動工具本体における不具合の発生可能性を低減させることができる電池ユニット及び電動工具システムを提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る電池ユニットは、電池パックを備える。前記電池パックは、電池を収容する。前記電池パックは、電動工具本体に取り付けられる。前記電池パックは、出力制御部を有する。前記出力制御部は、条件に応じて前記電動工具本体への前記電池の出力を制御する。
本開示の一態様に係る電動工具システムは、前記電池ユニットと、前記電動工具本体と、を備える。
本開示の一態様に係る電池ユニット及び電動工具システムは、電動工具本体における不具合の発生可能性を低減させることができる。
図1は、実施形態1に係る電動工具システムのブロック図である。 図2は、同上の電動工具システムの分解正面図である。 図3は、実施形態2に係る電動工具システムのブロック図である。 図4は、同上の電動工具システムの分解正面図である。
以下、実施形態に係る電池ユニット及び電動工具システムについて、図面を用いて説明する。ただし、下記の各実施形態は、本開示の様々な実施形態の一部に過ぎない。下記の各実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、下記の各実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
(実施形態1)
本実施形態の電動工具システム1は、図1、2に示すように、電池ユニット2と、電動工具本体8と、を備えている。電池ユニット2は、電池パック3を備えている。電池ユニット2は、充電器5を更に備えている。
電池パック3は、複数(4つ、ただし図1では1つのみ図示)の電池30を有している。電池パック3は、複数の電池30を収容している。より詳細には、電池パック3は、箱状の電池パック本体37を有しており、電池パック本体37の内部に複数の電池30を収容している。複数の電池30は、二次電池である。複数の電池30は、例えば、リチウムイオン電池である。電池パック3は、電動工具本体8に取り付けられる。より詳細には、電池パック3は、電動工具本体8に着脱可能である。複数の電池30は、直列に接続される。
複数の電池30は、電動工具本体8に電力を供給する。電動工具本体8は、モータ81と、工具制御部82と、インバータ83と、検出部84と、ボディ85と、チャック86と、を有している。ボディ85には、チャック86が取り付けられている。チャック86には、ドリルビット87又はドライバビット等のビットが取り付けられる。また、ボディ85には、電池パック本体37が着脱可能に取り付けられる。工具制御部82は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコントローラにより構成されている。メモリに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における工具制御部82としての機能が実現される。工具制御部82は、モータ81の動作を制御する。モータ81は、複数の電池30から出力される電力により動作し、ビットを回転させる。モータ81は、例えば、ブラシレスモータである。
充電器5には、電池パック3が接続される。充電器5は、複数の電池30(二次電池)を充電する。充電器5は、プラグとコードとを有し、プラグは、商用電源からの電力供給を受けるコンセントと接続可能である。充電器5は、商用電源からプラグとコードとを介して供給される電力により、複数の電池30を充電する。
電池パック3は、記憶部36を有している。記憶部36は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)又はEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等である。記憶部36は、品番が互いに異なる各種の電動工具本体8の品番の情報と、品番が互いに異なる各種の電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲と、それらを対応付ける情報と、を記憶している。つまり、記憶部36は、各種の電動工具本体8の品番の情報と、その品番を有する電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲とを、対応付けて記憶している。なお、記憶部36は、少なくとも1種類の電動工具本体8の品番と、その品番を有する電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲とを記憶していればよいのであって、品番が互いに異なる複数の電動工具本体8の品番を記憶していることは必須ではない。
電池パック3は、電池パック3が取り付けられた電動工具本体8が有する品番の情報を電動工具本体8から取得して、その品番を記憶部36に記憶された複数の品番と照合する。取得した品番と同じ品番が記憶部36に記憶されていれば、電池パック3は、記憶部36に記憶された情報に基づいて、その品番を有する電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲を特定し、電圧がこの範囲内となるように複数の電池30の出力を制御する。これにより、電池パック3及び複数の電池30は、品番が互いに異なって入力可能な電圧の範囲が互いに異なる複数の電動工具本体8の各々に用いることができる。
電動工具本体8の品番の情報と、この電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲を示す情報とを記憶部36へ入力することで、電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲を、任意の範囲に設定できる。電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲は、例えば、モータ81及びインバータ83の仕様に応じて設定される。記憶部36へ入力される情報は、例えば、物理サーバ又はクラウドサーバから電気通信回線を通じて提供される。あるいは、記憶部36へ入力される情報は、メモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供される。
電池パック3は、変換回路31を有している。変換回路31は、DC−DCコンバータである。変換回路31は、複数の電池30からの出力電圧としての直流電圧を、電動工具本体8に入力可能な範囲内の電圧にDC−DC変換して、電動工具本体8に出力する。電動工具本体8のインバータ83は、変換回路31から出力された直流電圧を交流電力に変換し、モータ81へ出力する。
電池パック3は、出力制御部32を有している。出力制御部32は、例えば、プロセッサを有するマイクロコントローラにより構成されている。記憶部36に記憶されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における出力制御部32としての機能が実現される。変換回路31は、出力制御部32の制御に従って複数の電池30の出力の大きさを変更する。出力制御部32は、変換回路31を制御することにより、条件に応じて電動工具本体8への複数の電池30の出力(すなわち、変換回路31での電圧変換を経ての出力)を制御する。上記条件は、電動工具本体8に関する情報に基づく条件を含む。出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報として、電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲を記憶部36から取得して、電圧をこの範囲内にするという条件を満たすように、複数の電池30の出力を制御する。電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲は、例えば、電動工具本体8に入力可能な電圧の上限値により規定される。つまり、出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報としての品番の情報に応じて、複数の電池30の出力電圧の大きさの上限値を決定する。出力制御部32は、変換回路31に対するPWM(Pulse Width Modulation)制御により、複数の電池30の出力電圧の大きさを上限値以下に制御する。例えば、変換回路31はスイッチング素子とコンデンサとを有しており、出力制御部32からのPWM信号に応じてスイッチング素子を開閉することにより、スイッチング素子の出力電圧のパルス幅を制御する。変換回路31は、コンデンサにより、スイッチング素子の出力電圧を、パルス幅に応じた振幅を持つ電圧へと変換(平滑化)する。
また、出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報に応じて、複数の電池30の出力(具体的には、出力電圧)の大きさの上限値と、複数の電池30の出力(具体的には、出力電圧)の大きさが上限値を超えた場合に複数の電池30の出力(具体的には、出力電圧)の大きさを低下させる制御を開始するタイミング(以下、開始タイミングと称す)とを決定する。出力制御部32が複数の電池30の出力(出力電圧)の大きさの上限値を決定することについては、上述の通りである。開始タイミングは、記憶部36により品番と対応付けて記憶されている。言い換えると、記憶部36は、各種の電動工具本体8の品番の情報と、その品番を有する電動工具本体8における開始タイミングとを、対応付けて記憶している。開始タイミングとしては、例えば、各種の電動工具本体8の耐電圧性能又は耐過電流性能等に応じて決められたタイミングが記憶部36に記憶されている。耐過電流性能とは、例えば、モータ81に流れる何A(アンペア)以上の電流を何秒までに遮断する必要がある、という性能である。開始タイミングして、例えば、複数の電池30の出力電圧の大きさが上限値を超えてから何秒後、という情報が、記憶部36に記憶されている。出力制御部32は、電池パック3が取り付けられた電動工具本体8の品番と対応する開始タイミングを、記憶部36から取得することで、開始タイミングを決定する。
電池パック3は、情報取得部33と、電流値取得部34と、温度センサ35と、を更に有している。
情報取得部33は、電動工具本体8に関する情報を電動工具本体8から取得する。具体的には、情報取得部33は、電池パック3が電動工具本体8に取り付けられているとき、電動工具本体8の品番の情報を電動工具本体8から取得する。
電動工具本体8において、検出部84は、例えば、シャント抵抗器を含む。検出部84は、モータ81に流れる電流の大きさを検出する。電流値取得部34は、検出部84が検出した、モータ81に流れる電流の大きさの検出値を、検出部84から取得する。出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報に基づく条件に応じて電動工具本体8への複数の電池30の出力を制御し、電動工具本体8に関する情報は、電流値取得部34で取得された検出値を含む。
具体的には、出力制御部32は、モータ81に流れる電流の大きさの検出値が上限値を超えた場合、電動工具本体8への複数の電池30の出力電流の大きさが上限値以下になるように、変換回路31を制御する。出力制御部32は、複数の電池30の出力電圧を制御することで、複数の電池30の出力電流をも制御している。モータ81に流れる電流の大きさの上限値は、電動工具本体8に入力可能な電圧の上限値に基づいて出力制御部32で決定される。
温度センサ35は、例えば、サーミスタを含む。温度センサ35は、複数の電池30の温度を測定する。出力制御部32は、温度センサ35により測定された複数の電池30の温度の測定値を取得する。出力制御部32は、条件に応じて電動工具本体8への複数の電池30の出力を制御し、上記条件は、複数の電池30の温度に関する条件を含む。より詳細には、出力制御部32は、複数の電池30の温度の測定値に応じて電動工具本体8への複数の電池30の出力を制御する。
具体的には、出力制御部32は、複数の電池30の温度の測定値が第1の温度閾値を超えた場合、電動工具本体8への複数の電池30の出力電流の大きさを低下させるように、変換回路31を制御する。また、出力制御部32は、複数の電池30の温度の測定値が第1の温度閾値よりも大きい第2の温度閾値を超えた場合、電動工具本体8への複数の電池30の出力を停止させるように、変換回路31を制御する。また、出力制御部32は、複数の電池30の温度の測定値が第1の温度閾値よりも小さい第3の温度閾値よりも小さい場合、電動工具本体8への複数の電池30の出力電圧の大きさを上昇させるように、変換回路31を制御する。
ここで、出力制御部32は、複数の電池30の温度の測定値が第3の温度閾値よりも小さい場合、電動工具本体8への複数の電池30の出力電圧の大きさを低下させるように、変換回路31を制御してもよい。
電動工具本体8は、定格入力電圧を複数の値の中から選択可能に構成されている。例えば、電動工具本体8は、定格入力電圧を14.4Vと18Vとから選択可能に構成されている。電動工具本体8は、例えば、電動工具本体8に備えられた釦に対する操作により、定格入力電圧を選択可能である。
本実施形態の電池ユニット2によれば、電池パック3の出力制御部32は、条件に応じて電動工具本体8への複数の電池30の出力を制御する。これにより、電動工具本体8における不具合の発生可能性を低減させることができる。
出力制御部32は、具体的には、電動工具本体8への複数の電池30の出力が、電動工具本体8に入力可能な電圧の上限値以下になるように、複数の電池30の出力を制御する。出力制御部32は、複数の電池30の出力電圧を制御することで、複数の電池30の出力電流をも制御している。したがって、電池パック3を別の品番であって出力電圧及び出力電流が異なる電池パックへと交換した場合に、電動工具本体8を別の品番の電動工具本体へと交換しなくてもよく、引き続き同じ電動工具本体8を使用することができる。例えば、セル電圧が同じであっても内部抵抗の大きさが互いに異なる複数の電池間では、出力電圧及び出力電流が互いに異なるが、電池ユニット2では、これらの複数の電池のいずれを有している電池パックも使用できる。
(実施形態1の変形例)
以下、実施形態1の変形例を列挙する。以下の変形例は、適宜組み合わせて実現されてもよい。
実施形態1では、電動工具本体8において、モータ81は、ブラシレスモータであるとして説明したが、モータ81はブラシモータでもよい。
情報取得部33は、電動工具本体8のモータ81の種類の情報及びモータ81の制御方式の情報を取得してもよい。モータ81の種類の情報とは、例えば、モータ81がブラシモータであるか、ブラシレスモータであるかの情報を含む。モータ81の制御方式とは、例えば、モータ81のロータの位置の検出結果を用いているか否か、インバータ83の制御を行っているか否か、モータ81のトルクの大きさを制御しているか否か等である。出力制御部32は、情報取得部33で取得されたこれらの情報に基づく条件に応じて、電動工具本体8への複数の電池30の出力を制御してもよい。
また、出力制御部32は、情報取得部33で取得された情報を条件式に当てはめる等により、電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲を算出してもよい。上記のように、情報取得部33が電動工具本体8のモータ81の種類の情報及びモータ81の制御方式の情報等を取得すれば、出力制御部32は、電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲を算出可能となる。
情報取得部33が取得する、電動工具本体8に関する情報は、電池ユニット2に備えられた入力装置に対するユーザの手入力により入力されてもよい。具体的には、電動工具本体8の品番の情報等が、入力装置に手入力により入力されてもよい。
また、情報取得部33は、本体情報を充電器5から取得してもよい。具体的には、充電器5に備えられた記憶装置には、電動工具本体8の品番と電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲との対応表が記録されていて、情報取得部33はこの対応表を記憶装置から取得してもよい。
また、出力制御部32は、複数の電池30の出力電圧が低下した場合に、変換回路31からの出力電圧を低下させてもよい。これにより、複数の電池30の出力電圧が低下した場合に、電動工具本体8のモータ81のトルクは低下するものの、電動工具本体8をより長時間使える。また、電動工具本体8に代えて携帯型の照明器具が電池パック3に取り付けられる場合は、出力制御部32は、複数の電池30の出力電圧が低下した場合に、携帯型の照明器具へ供給する電力を低下させてもよい。
記憶部36は、電動工具本体8に入力可能な電圧の範囲に代えて、変換回路31の制御内容を記憶していてもよい。例えば、記憶部36は、出力制御部32が変換回路31の出力電圧をPWM制御する際に出力制御部32から変換回路31へ出力されるPWM信号のデューティ比を、変換回路31の制御内容として記憶していてもよい。
実施形態1の出力制御部32は、複数の電池30の出力電圧を制御する。これに限定されず、出力制御部32は、複数の電池30の出力電流又は出力電力を制御してもよい。
実施形態1の出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報に応じて、複数の電池30の出力電圧の大きさの上限値と、複数の電池30の出力電圧の大きさが上限値を超えた場合に複数の電池30の出力電圧の大きさを低下させる制御を開始するタイミングとを決定する。このように、実施形態1の出力制御部32は、複数の電池30の出力電圧に応じて、複数の電池30の出力電圧を制御する。これに限定されず、出力制御部32は、複数の電池30の出力電流に応じて、複数の電池30の出力電流を制御してもよい。あるいは、出力制御部32は、複数の電池30の出力電力に応じて、複数の電池30の出力電力を制御してもよい。
複数の電池30は、電池パック3の構成に含まれていなくてもよい。
複数の電池30は、直列に接続されることに限定されず、並列又は直並列に接続されてもよい。また、複数の電池30は、一次電池であってもよい。
(実施形態1及び実施形態1の変形例のまとめ)
以上説明した実施形態1及び実施形態1の変形例から、以下の態様が開示されている。
電池ユニット2は、電池パック3を備える。電池パック3は、電池30を収容する。電池パック3は、電動工具本体8に取り付けられる。電池パック3は、出力制御部32を有する。出力制御部32は、条件に応じて電動工具本体8への電池30の出力を制御する。
上記の構成によれば、出力制御部32が条件に応じて電動工具本体8への電池30の出力を制御することで、電動工具本体8における不具合の発生可能性を低減させることができる。
また、電池ユニット2では、条件は、電動工具本体8に関する情報に基づく条件を含む。
上記の構成によれば、出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報に応じて、電動工具本体8への電池30の出力を制御することができる。
また、電池ユニット2では、電池パック3は、情報取得部33を更に有する。情報取得部33は、電動工具本体8に関する情報を電動工具本体8から取得する。
上記の構成によれば、情報取得部33は、電動工具本体8に関する情報を電動工具本体8から取得するので、電動工具本体8に関する情報を情報取得部33に提供するための構成を別途設けなくてよい。
また、電池ユニット2では、出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報に応じて、電池30の出力の大きさの上限値と、電池30の出力の大きさが上限値を超えた場合に電池30の出力の大きさを低下させる制御を開始するタイミングと、の少なくとも一方を決定する。
上記の構成によれば、電池30から電動工具本体8へ過大な出力がなされることを抑制できる。
また、電池ユニット2では、出力制御部32は、電動工具本体8に関する情報に応じて、電池30の出力としての出力電圧の大きさの上限値を決定する。
上記の構成によれば、電池30から電動工具本体8へ過大な電圧が印加されることを抑制できる。
また、電池ユニット2では、出力制御部32は、PWM制御により、電池30の出力電圧の大きさを上限値以下に制御する。
上記の構成によれば、出力制御部32は、電池30の出力電圧の大きさを連続的に変更できる。
また、電池ユニット2では、電池パック3は、電流値取得部34を更に有する。電流値取得部34は、電動工具本体8が備えるモータ81に流れる電流の検出値を取得する。電動工具本体8に関する情報は、モータ81に流れる電流の検出値を含む。
上記の構成によれば、出力制御部32は、モータ81に流れる電流値に応じて、電動工具本体8への電池30の出力を制御できる。
また、電池ユニット2では、条件は、電池30の温度に関する条件を含む。
上記の構成によれば、電池30の温度に応じて、電動工具本体8への電池30の出力を制御できる。
また、電池ユニット2は、充電器5を更に備える。充電器5には、電池パック3が接続される。充電器5は、電池30としての二次電池を充電する。
上記の構成によれば、電池30を充電して繰り返し使用できる。
また、電動工具システム1は、電池ユニット2と、電動工具本体8と、を備える。
上記の構成によれば、出力制御部32が条件に応じて電動工具本体8への電池30の出力を制御することで、電動工具本体8における不具合の発生可能性を低減させることができる。
(実施形態2)
以下、実施形態2に係る電池ユニット2A及び電動工具システム1Aについて、図3、4を用いて説明する。実施形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
電池ユニット2Aは、アダプタ4を更に備えている。変換回路31は、電池パック3Aではなく、アダプタ4が有している。アダプタ4は、電池パック3Aから分離可能である。そのため、変換回路31は、電池パック3Aから分離可能である。
アダプタ4は、電動工具本体8と電池パック3Aとに接続可能である。アダプタ4は、複数の電池30の出力電圧が電動工具本体8に入力可能な範囲外の電圧である場合に用いられる。
電池パック3Aは、複数の電池30からの出力電圧としての直流電圧をアダプタ4に出力する。アダプタ4の変換回路31は、この直流電圧を、電動工具本体8に入力可能な範囲内の電圧にDC−DC変換して、電動工具本体8に出力する。
(実施形態2のまとめ)
以上説明した実施形態2から、以下の態様が開示されている。
本実施形態に係る電池ユニット2Aは、変換回路31を備える。変換回路31は、出力制御部32の制御に従って電池30の出力の大きさを変更する。変換回路31は、電池パック3から分離可能である。
上記の構成によれば、変換回路31を電池パック3と併用することも、変換回路31を使用せずに電池パック3を使用することもできる。
上述した各実施形態は、変形例も含めて、適宜組み合わせて実現されてもよい。
1、1A 電動工具システム
2、2A 電池ユニット
3、3A 電池パック
30 電池
32 出力制御部
33 情報取得部
34 電流値取得部
5 充電器
8 電動工具本体
81 モータ

Claims (11)

  1. 電池を収容し電動工具本体に取り付けられる電池パックを備え、
    前記電池パックは、条件に応じて前記電動工具本体への前記電池の出力を制御する出力制御部を有する、
    電池ユニット。
  2. 前記条件は、前記電動工具本体に関する情報に基づく条件を含む、
    請求項1に記載の電池ユニット。
  3. 前記電池パックは、前記電動工具本体に関する前記情報を前記電動工具本体から取得する情報取得部を更に有する、
    請求項2に記載の電池ユニット。
  4. 前記出力制御部は、前記電動工具本体に関する前記情報に応じて、前記電池の前記出力の大きさの上限値と、前記電池の前記出力の大きさが前記上限値を超えた場合に前記電池の前記出力の大きさを低下させる制御を開始するタイミングと、の少なくとも一方を決定する、
    請求項2又は3に記載の電池ユニット。
  5. 前記出力制御部は、前記電動工具本体に関する前記情報に応じて、前記電池の前記出力としての出力電圧の大きさの前記上限値を決定する、
    請求項4に記載の電池ユニット。
  6. 前記出力制御部は、PWM制御により、前記電池の前記出力電圧の大きさを前記上限値以下に制御する、
    請求項5に記載の電池ユニット。
  7. 前記電池パックは、前記電動工具本体が備えるモータに流れる電流の検出値を取得する電流値取得部を更に有し、
    前記電動工具本体に関する前記情報は前記検出値を含む、
    請求項2〜6のいずれか一項に記載の電池ユニット。
  8. 前記条件は、前記電池の温度に関する条件を含む、
    請求項1〜7のいずれか一項に記載の電池ユニット。
  9. 前記出力制御部の制御に従って前記電池の前記出力の大きさを変更する変換回路を更に備え、
    前記変換回路は、前記電池パックから分離可能である、
    請求項1〜8のいずれか一項に記載の電池ユニット。
  10. 前記電池パックが接続され、前記電池としての二次電池を充電する充電器を更に備える、
    請求項1〜9のいずれか一項に記載の電池ユニット。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の電池ユニットと、
    前記電動工具本体と、を備える、
    電動工具システム。
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