JP3972890B2

JP3972890B2 - 電気機器

Info

Publication number: JP3972890B2
Application number: JP2003366754A
Authority: JP
Inventors: 達哉三輪
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: JP2005137035A

Description

本発明は、複数の電池パックに対応し、当該電池パックを着脱することができる電気機器に使用されるものであって、それら複数の電池パックのうち、当該電気機器本体に適合する電池パックのみを使用することができる電気機器に関するものである。

近年、電気機器に用いられる電池は、電圧やその種類の違いから、非常に多種多様なものが出回っている。同じ電気機器であっても、複数の種類の電池を利用できるようになっており、例えば、小型のビデオカメラや、ヘッドホンステレオなどでは、ニッケル・カドミウム電池の他、ニッケル・水素電池なども利用できるようになっている。このように、複数の電池が存在するようになると、ユーザが誤って適合しない電池を使用する恐れがある。これを防ぐためには、例えば、特許文献１のようにすれば良い。この技術は、電池パックに特定形状の穴を設ける一方、その電池パックを取り付ける電気機器本体に、当該穴と嵌合する突部を設けることによって、適合する電池パックを判別するようにしたものである。
特開平６−１０４０１７号公報

しかしながら、同文献に記載された技術では、電気機器本体に設けた突部が磨耗するなどした場合には、当該電気機器本体に電池パックを装着することが可能になる場合がある。このような状況となると、その電気機器本体に適合しない電圧が印加されるなどして、十分な電力が供給されず所望の性能が発揮されなかったり、逆に過剰な電力が供給されて発熱を起こしたりする問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、誤って適合しない電池パックが電気機器本体に装着されても、その電池パックが供給する電力によって当該電気機器本体が動作しないようにして安全性を確保した電気機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願発明は、複数の電池パックに対応し、当該電池パックを着脱自在に構成した電気機器本体を備えた電気機器において、前記電池パックは、それぞれ自己の種別に対応した押圧突起が設けられる一方、前記電気機器本体は、前記電池パックの電圧値を計測する電圧センサと、前記電池パックに設けられた押圧突起のうち、自己に適合する種別を示した押圧突起と対応する位置であって、かつその電池パックが当該電気機器本体に取り付けられた際に、前記押圧突起によって押圧可能な位置に設けられたスイッチと、そのスイッチのＯＮ状態の検出により当該電池パックの種別を判別し、予め記憶してあるテーブルを参照して、その種別に応じた電圧値を求めると共に、前記電圧センサから電池パックの電圧値の情報を受け取り、その電圧値が前記種別に応じた電圧値に所定の閾値を加えた電圧範囲内にあるかを判別して、その範囲内にあると判断した場合には制御指令を出力する制御部と、その制御指令によって負荷が接続された回路をＯＮ状態とする第２のスイッチと、を備えたことを特徴としたものである。

従って、誤って適合しない電池パックが電気機器本体に装着されても、電池パックから電気機器本体に含まれる負荷に電力が供給されてしまうことがないので、電気機器本体に適合しない電圧が印加されるなどして、十分な電力が供給されず所望の性能が発揮されなかったり、逆に過剰な電力が供給されて発熱を起こしたりする心配がないという効果を奏する。

［本発明の参考例となる実施の形態］
上述の解決手段を踏まえ、本発明の参考例となる実施の形態について説明する。尚、本参考例が適用されるのは、複数の電池パックを着脱することができる電気機器である。この電気機器とは、電池パックの供給電力により、所定の働きをするものであれば足り、特に限定されるものではないが、ここでは便宜のため、着脱自在の電池パックを備えた電動工具を例に説明することにする。
（電動工具の構成）
まず、その電動工具の構成について、図１を参照して説明する。図１に示されているのは、当該電動工具の概略図を示したものであり、（ａ）は電動工具本体のグリップ下方部分の断面図、（ｂ）は電池パックの側面図と上面図である。本実施形態の電動工具は、電気機器本体に相当する電動工具本体１に対して、その電動工具本体１に電力を供給する電池パック２が着脱自在に設けられており、この点は従来のものと同様である。

一方、本実施形態の特徴的なところは、電池パック２に、当該電池パック２の種別に対応した押圧突起２１〜２ｎ（以下、押圧突起２ｎという）が設けられる一方、電動工具本体１に、その押圧突起２ｎと対応する位置にスイッチ３１〜３ｎ（以下、スイッチ３ｎという）が設けられ、電池パック２が電動工具本体１に取り付けられた際に、当該押圧突起２ｎによって、スイッチ３ｎが押圧されることにより、電動工具本体１に何れの種別の電池パック２が取り付けられたのかを判別しようとする点にある。

より詳しく説明すると、押圧突起２１は種別１（例えば、９．６Ｖのニッケル・カドミウム電池）、押圧突起２２は種別２（例えば、１２Ｖのニッケル・カドミウム電池）、押圧突起２３は種別３（例えば、９．６Ｖのニッケル水素電池）を示すといったように、それぞれの押圧突起に、電池パックの種類とその電圧値を割り当てて、各電池パック２に、それぞれの種別に対応した押圧突起２ｎを設ける。

一方、電動工具本体１には、当該電池パック２の種別のうち、適合する種別を示す押圧突起２ｎと対応する位置にスイッチ３ｎを設けるようにし、電池パック２が取り付けられたときに、そのスイッチ３を押圧突起２ｎにて押圧させることによって、適合する電池パック２かどうかを判別している。無論、適合しない電池パック２が取り付けられたときには、その電池パック２の押圧突起２ｎは、スイッチ３を押圧することができないため、電動工具本体１は、自己の種別に合わない電池パックであると判別することができる。

尚、各種別の情報は、電池パックの種類とその電圧値からなると説明したが、何れか一方のみにしても良いし、押圧突起２１〜２４を、それぞれニッケル・カドミウム、ニッケル水素といったような電池パックの種類の列、押圧突起２５〜２７を、それぞれ７．５Ｖ、９．６Ｖといったような電圧値の列とし、それぞれの組み合わせから種別を判別するようにしても良い。

また、その他の構成について、図１（ａ）では、電動工具本体１が９．６Ｖに対応するものということで、電動工具本体１に、電池パック２の押圧突起２１と２３とに対応する位置に、スイッチ３１と３２とが設けられており、同（ｂ）では、９．６Ｖのニッケル・カドミウム電池ということで、押圧突起２１が設けられている。

また、これら押圧突起２ｎの突設箇所については、電池パック２の上面部に設けられる一方、スイッチ３の取り付け箇所については、電動工具本体１のグリップ１ａの下面部近傍に設けられており、電動工具本体１のグリップ部分１ａに、当該電池パック２を取り付けることで、押圧突起２ｎがスイッチ３ｎを押圧することができるように構成されている。しかしながら、これは一例であって、押圧可能な構成とすれば良く、押圧突起２ｎの突設箇所等は、これに限定されるものではない。すなわち、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲での改変は許容されるものである。
（判別のための回路構成）
次に、上述した判別を行うための回路構成について、図２を参照して説明する。まず、各部の接続関係を説明すると、図２に示すように、電池パック２はＤＣ−ＤＣコンバータ４と接続されており、そのＤＣ−ＤＣコンバータ４は、それぞれ抵抗Ｒ１〜Ｒｎとスイッチ３１〜３ｎ
とが対応づけられて直列的に接続された回路群と、制御部５と、ＦＥＴドライバ６と接続されている。各抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、スイッチ３１〜３ｎとの間からは、それぞれ信号線が導出されており、その信号線は制御部５へと接続されている。

また、制御部５からの信号線は、ＦＥＴドライバ６へと接続されており、さらに、そのＦＥＴドライバ６は、ＦＥＴ７と接続されている。そして、電池パック２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４と接続される他、ＦＥＴ７、モータ８、スイッチ９と直列的に接続されている。尚、本実施形態にあっては、上述したように、スイッチ３１と３２のみが存在するため、これらのスイッチと接続された回路群のみが存在している（同図に点線で示すように、抵抗Ｒ２とスイッチ３２の回路は存在しない）。

各部について説明すると、電池パック２は、上述したように、電動工具本体１に着脱自在に設けられる電池である。スイッチ３ｎは、タクトスイッチ等からなるが、上述した押圧突起２ｎの押圧によって開閉されるものであれば良く、特に限定されるものではない。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、電池パック２の電圧値を、制御部５の駆動電圧まで昇降圧するものである。例えば、電動工具用の電池パックの電圧値としては、７．２Ｖ、９．６Ｖ、１２Ｖ、１５．６Ｖ、１８Ｖ、２４Ｖ等が用いられているので、これらの電圧値を５Ｖ程度まで降圧する。制御部５は、いわゆるマイコンであり、スイッチ３ｎの押圧の状況によって、ＦＥＴドライバ６への出力を決定する。

ＦＥＴドライバ６は、ＦＥＴ７のＯＮ抵抗を少なくするために、制御部５からの信号を所定の電圧まで昇圧する素子（回路）であるが、電界効果型トランジスタは４Ｖ程度のゲート電圧でも駆動するので、省略しても構わないものである。ＦＥＴ７は、制御部５の指令に基づいて、電池パック２、モータ８、スイッチ９からなる直列回路のＯＮ／ＯＦＦをするスイッチ手段であって、換言すると、制御部５からの制御指令によって負荷（モータ８）が接続された回路をＯＮ状態とする第２のスイッチといえる。また、モータ８は、電動工具本体１を駆動させる原動機であり、スイッチ９はそのモータ８をＯＮ／ＯＦＦさせるための開閉手段である。尚、ＦＥＴ７を用いるとして説明したが、直接的であろうと間接的であろうと、制御部５で制御可能なスイッチであれば足り、例えば、トランジスタ、リレー等でも良いものである。
（本実施形態の動作）
次に、上述の各構成を踏まえ、本実施形態の動作について、図１と図２に、図３のフローチャートを加えて説明する。まず、ユーザによって、電動工具本体１のグリップ１ａに、電池パック２が取り付けられる（ステップＳ１）。そうすると、電池パック２に設けられた押圧突起２１によって、電動工具本体１に設けられたスイッチ３１が押圧される（ステップＳ２）。このスイッチ３１のＯＮ状態は、制御部５にて検出され（ステップＳ３）、当該制御部５は、ＦＥＴドライバ６を介して、ＦＥＴ７へ制御指令を出力して、ＦＥＴを導通させるようになっている（ステップＳ４１）。このように、電動工具本体１に適合可能な電池パック２であれば、ＦＥＴ７が導通することになるので、スイッチ９を開閉することにより、電動工具本体１を駆動させることができる（以上、ステップＳ５１）。

一方、電動工具本体１に適合しない電池パック２が取り付けられた場合には（ステップＳ１）、対応するスイッチ３１、３３が押圧されることがなく（ステップＳ２）、制御部５にてスイッチはＯＦＦ状態であると検出されるので（ステップＳ３）、当該制御部５は、ＦＥＴ７への制御指令を出力しない（ステップＳ４２）。このように、電動工具本体１に不適合な電池パック２であれば、ＦＥＴ７は導通されないので、スイッチ９をＯＮにしたとしても、電動工具本体１を駆動させることができないようになっている（以上、ステップＳ５２）。

よって、本実施形態にあっては、以上のとおりの動作をするので、電池パック２の押圧突起２ｎが、磨耗するなどした場合であっても、特許文献１のように、電池パックから電気機器本体に電力が供給されてしまうことがなく、電気機器本体に適合しない電圧が印加されるなどして、十分な電力が供給されず所望の性能が発揮されなかったり、逆に過剰な電力が供給されて発熱を起こしたりする心配がない。

［本発明の参考例となる別の実施の形態］
次に、本発明の参考例となる別の実施の形態について、図４を参照して説明する。尚、上述の実施形態と同様の部分については、同様の符号を付す等して説明を省略することとする。本実施形態が上述の実施形態と異なり、特徴を有するのは、電池パック２の押圧突起２ｎに、それぞれ２進数の指数を割り当て、さらに２進数の各数字（累乗）をＩＤとして、当該ＩＤに電池パックの種類とその電圧値を割り当てた点にある。

例えば、押圧突起２１は０の指数、押圧突起２２は１の指数、押圧突起２３は２の指数とし、ＩＤ１は種別１（例えば、９．６Ｖのニッケル・カドミウム電池）、ＩＤ２は種別２（例えば、１２Ｖのニッケル・カドミウム電池）、ＩＤ３は種別３（例えば、９．６Ｖのニッケル水素電池）というように割り当てる。そして、押圧突起２２のみを設けた場合にはＩＤ２であるから種別２、押圧突起２１と２２を設けた場合にはＩＤ３であるから種別３といったように、押圧突起２ｎの数で２進数を表し、それに応じたＩＤにより、電池パック２の種別を判断するようにしたものである。

このように、本実施形態の場合には、上述の実施形態のように、押圧突起２ｎと種別とが一対一の対応関係にないので、関係のないスイッチ３ｎを省略することができず（図２参照）、電池パック２の種別の数だけスイッチ３ｎを設けることが必要となる（図４（ｂ）参照）。しかしながら、電動工具本体１が多くの電池パック２に対応している場合、上述の実施形態では、その数量分だけスイッチ３ｎが必要となる。

具体的に説明すると、７つの電池パックを判別する必要がある場合、上述の実施形態では、７個のスイッチ３ｎが必要となるが、本実施形態にあっては、３個のスイッチ３ｎで足りることになり、電動工具本体１に設けられるスイッチ３ｎの数を減少させることができ、引いては省スペースとコストを低廉にせしめることができる。

［本発明の実施の形態］
次に、本発明の実施の形態について、図５、６を参照して説明する。尚、上述の参考例の実施形態と同様の部分については、同様の符号を付す等して説明を省略することとする。上述したように、本願の発明者は、不適合の電池パックが電気機器本体に装着された場合であっても、当該電気機器本体が動作することがなく、安全な電気機器を提供することができた。しかしながら、図１等で説明した電池パック２に設けられた押圧突起２ｎが、不良等によって別の位置に設けられていたり、当該電池パック２の押圧突起２ｎの周辺や、スイッチ３ｎにゴミが付着していたり、スイッチ３が破損して短絡している場合には、不適合の電池パック２でも使用できてしまう恐れがあった。

そこで、本発明者は、不適合の電池パック２を判別するための手段を、もう一つ別に設けて、
複数の判別手段によって信頼性を向上させることに想到した。具体的に説明すると、図５に示すように、電池パック２の電圧を検出する電圧センサ１０を設け、そのセンサで得られた電圧情報が所定の範囲内に入っているかを制御部５にて判別するようにし、範囲内に入っていない場合には、ＦＥＴ７を導通させないようにしたものである。この所定の範囲内とは、電池パック２の種別に応じた電圧値に所定の閾値を加えた電圧範囲内にあるかを判別している。例えば、種別１である場合には、電池の供給電圧は９．６Ｖなので、４．８Ｖ〜１６Ｖを許容するといった具合である。ここで、電圧センサ１０は、電池パック２の電位が計測できればどのようなものでも良いが、例えばＰＴが用いられる。

次に、図６を参照して、本実施形態の動作を説明する。まず、ユーザによって電池パック２が取り付けられると（ステップＮ１）、電池パック２に設けられた押圧突起２ｎによって、電動工具本体１に設けられたスイッチ３ｎが押圧される（ステップＮ２）。このとき制御部５では当該電池パック２の種別を判別し、予め記憶してあるテーブルを参照して、その種別に応じた電圧値を求める。

次に、制御部５は、電圧センサ１０から電池パック２の電圧値の情報を受け取り（ステップＮ３）、スイッチ３ｎがＯＮ状態であることを認識すると（ステップＮ４）、その電圧値が、電池パック２の種別に応じた電圧値に所定の閾値を加えた電圧範囲内にあるかを判別して（ステップＮ５１）、その範囲内にあると判断した場合には、ＦＥＴ７へ制御指令を出力して、当該ＦＥＴ７を導通させるようになっている（ステップ６１）。このように、電動工具本体１に適合可能な電池パック２であれば、スイッチ９を開閉することにより、上述の実施形態と同様にして、電動工具本体１を駆動させることができる（以上、ステップＳ７１）。

一方、電動工具本体１に適合しない電池パック２が取り付けられた場合には（ステップＮ１
）、対応するスイッチ３ｎが押圧されることがなく（ステップＮ２）、制御部５では電池パック２の種別を求めることができない。従って、制御部５は、当該電池パック２の種別に応じた電圧値を求めても（ステップＮ３）、スイッチ３ｎがＯＦＦ状態であることを認識するので（ステップＮ４）、当該制御部５は、ＦＥＴ７への制御指令を出力しない（ステップＮ５２）。このように、電動工具本体１に不適合な電池パック２であれば、スイッチ９をＯＮにしたとしても、上述の実施形態と同様にして、電動工具本体１を駆動させることができないようになっている（以上、ステップＳ５２）。

以上のように、本実施形態にあっては、ゴミの付着などによって、スイッチ３ｎの誤押圧等
が生じて、本来の種別とは違う種別と判断された場合であっても、電圧センサによってバックアップを行うので、より安全な電気機器を提供することができる。

［本発明の参考例となる更に別の実施の形態］
上述の各実施形態により、本願の発明者は、不適合の電池パックが電気機器本体に装着された場合や、ゴミなどが付着した場合であっても、当該電気機器本体が動作することがなく、安全な電気機器を提供することができた。しかしながら、取り付けた電池パック２が不適合と判断された場合であっても、ユーザにとっては何故動作しないのかが分からず、電池パック２の容量をチェックするなどの事態も生じえる。

そこで、本発明者は、電動工具本体１での判別状況をユーザが把握するために、表示手段を設けることに想到した。具体的に説明すると、図７に示すように、表示手段たる発光ダイオードＤ１〜Ｄｎ（以下、発光ダイオードＤｎという）を設けるようにし、電池パックの種類とその電圧値を表示するようにしたものである。尚、この表示にあたっては、何れか一方のみを表示するようにしても良い。

この発光ダイオードＤｎは、同図に示すように、その一端がＤＣ−ＤＣコンバータ４と接続されると一方、他端は制御部５とそれぞれ接続されている。そして、電池パック２が取り付けられると、その電池パック２の押圧突起２ｎによって、制御部５は当該電池パック２の種別を判別することができるので、その判別した結果を表示指令として、発光ダイオードＤｎへ出力し、当該発光ダイオードＤｎが発光することにより、ユーザはどの種別の電池パック２であるか、使用できるものなのか等を知ることができるようになっている。

尚、ここでは、発光ダイオードを例に説明したが、これに限定されるものではなく、制御部５の判別結果を報知するものであれば良い。また、上述の各実施形態と同様の部分については、同様であるので、同様の符号を付して説明を省略する。

本発明の参考例となる実施の形態に係る電動工具の概略図を示したものであり、（ａ）は電動工具本体のグリップ下方部分の断面図、（ｂ）は電池パックの側面図と上面図である。本発明の参考例となる実施の形態で用いられる回路の構成図であって、電池パック２が適合するかどうかの判別を行うための回路構成図である。本発明の参考例となる実施の形態のフローチャートである。本発明の参考例となる別の実施の形態に係る電動工具を示す図であって、（ａ）は電池パック２の構成図、（ｂ）は当該電池パック２の判別を行うための回路構成図である。本発明の実施の形態で用いられる回路の構成図であって、電池パック２が適合するかどうかの判別を行うための回路構成図である。本発明の実施の形態のフローチャートである。本発明の参考例となる更に別の実施の形態の回路の構成図であって、電池パック２の適合、不適合の判別を表示手段によって表示するための回路構成図である。

符号の説明

１電動工具本体（電気機器本体）
２電池パック
２１〜２ｎ押圧突起
３１〜３ｎスイッチ
５制御部
７ＦＥＴ（制御部からの制御指令によって
負荷が接続された回路をＯＮ状態とする第２のスイッチ）
８モータ（負荷）

Claims

複数の電池パックに対応し、当該電池パックを着脱自在に構成した電気機器本体を備えた電気機器において、前記電池パックは、それぞれ自己の種別に対応した押圧突起が設けられる一方、前記電気機器本体は、前記電池パックの電圧値を計測する電圧センサと、前記電池パックに設けられた押圧突起のうち、自己に適合する種別を示した押圧突起と対応する位置であって、かつその電池パックが当該電気機器本体に取り付けられた際に、前記押圧突起によって押圧可能な位置に設けられたスイッチと、そのスイッチのＯＮ状態の検出により当該電池パックの種別を判別し、予め記憶してあるテーブルを参照して、その種別に応じた電圧値を求めると共に、前記電圧センサから電池パックの電圧値の情報を受け取り、その電圧値が前記種別に応じた電圧値に所定の閾値を加えた電圧範囲内にあるかを判別して、その範囲内にあると判断した場合には制御指令を出力する制御部と、その制御指令によって負荷が接続された回路をＯＮ状態とする第２のスイッチと、を備えたことを特徴とする電気機器。