WO2011118523A1

WO2011118523A1 - 電動工具

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Publication number: WO2011118523A1
Application number: PCT/JP2011/056555
Authority: WO
Inventors: 秀規清水; 正昭阪上; 田中　尚武; 昌樹池田; 昌彰岡田
Original assignee: パナソニック電工パワーツール株式会社
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2011-09-29
Also published as: EP4144484A1; CN102933353A; EP2554335B1; CN102933353B; US9041322B2; JP5491925B2; EP2554335A4; US20130002175A1; JP2011201003A; EP4144484B1; EP2554335A1

Abstract

　電動工具は、複数種の電動工具に含まれ、これらは、定格出力電圧が異なっている複数種の電池パックと、上記電池パックが着脱自在に装着される被装着部をハウジングに備えた複数種の工具本体とからなる。電圧による特性が異なるモータを備えている上記複数種の工具本体が有している上記被装着部は、定格出力電圧が異なっている上記複数種の電池パックのうちの任意の一つを装着可能なものとして形成されている。これにより、利用することができる電池パックの範囲を広げて利便性を高くすることができる。

Description

電動工具

　本発明は、着脱自在な電池パックを電源としている電動工具に関するものである。

　電動工具はその用途に応じた出力を持つモータを備えており、着脱自在な電池パックを電源とする場合、上記モータ出力に応じた電圧及び容量の電池パックを用いるものとして構成されている。このために、複数種の電動工具がある場合、各電動工具に応じた電圧及び容量の電池パックが存在することになる。

　ここにおいて、これら複数種の電池パックのうち、電圧に関する条件を満たすものであれば、本来の対応する電池パックでなくとも用いることができるようにした電動工具が日本国特許出願公開番号２００２－０２７６７５（以下「文献１」という）に示されている。

　上記文献１に示されたものは、ある電動工具に対応する本来の電池パックの定格出力電圧がＡである時、Ａ以下の定格出力電圧の電池パックであれば装着して使用することができるようにしたものである。

　しかし、本来の電池パックの電圧よりも高い電圧の上位の電池パックを用いることができないということは、安全性の点からは好ましいものの、本来の電池パックを使いきった時点で上位の電池パックしか周囲にない時に、上位の電池パックを用いて短時間だけでも作業を行いたいことがあっても、このような要望に応えることはできない。

　本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、利用することができる電池パックの範囲を広げて利便性を高くした電動工具を提供することを課題とするものである。

　本発明は、電池パックと、電池パックが着脱自在に装着される工具本体とからなる電動工具である。該工具本体には、定格出力電圧が異なっている上記複数種の電池パックのうちの任意の一つを、または工具本体に適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧を有している電池パックを装着可能である。該工具本体に装着された電池パックは工具本体側に給電するように構成される。

　一実施形態において、上記電動工具は、複数種の電動工具に含まれる。これら複数種の電動工具は、１本乃至複数本の電池セルを直列もしくは並列に接続しているとともに電池セルの直列接続本数が異なることで定格出力電圧が異なっている複数種の電池パックと、上記電池パックが着脱自在に装着される被装着部をハウジングに備えた複数種の工具本体とからなる。各工具本体は、動力源としてのモータと、このモータによって駆動される駆動部と、上記電池パックに電池端子を介して接続される操作入力部としてのスイッチと、該スイッチの操作に応じて上記モータの駆動制御を行う制御回路とを上記ハウジングに納めている。電圧による特性が異なるモータを備えている上記複数種の工具本体が有している上記被装着部は、定格出力電圧が異なっている上記複数種の電池パックのうちの任意の一つを装着可能なものとして形成されている。該被装着部に接続された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものである。

　一実施形態において、上記複数種の電池パックは、１本乃至複数本の電池セルを直列もしくは並列に接続しているとともに電池セルの直列接続本数が異なることで定格出力電圧が異なっている。上記工具本体は、上記電池パックが着脱自在に装着される被装着部をハウジングに備える。上記工具本体は、動力源としてのモータと、このモータによって駆動される駆動部と、上記電池パックに電池端子を介して接続される操作入力部としてのスイッチと、該スイッチの操作に応じて上記モータの駆動制御を行う制御回路とを上記ハウジングに納めている。工具本体が備える上記被装着部は、上記複数種の電池パックのうち、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧の電池パックが装着可能となっているとともに、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧を有している他の電池パックも装着可能であって、被装着部に装着された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものである。

　一実施形態において、上記電動工具は、複数種の電動工具に含まれる。これら複数種の電動工具は、１本乃至複数本の電池セルを直列もしくは並列に接続しているとともに電池セルの直列接続本数が異なることで定格出力電圧が異なっている複数種の電池パックと、上記電池パックが着脱自在に装着される被装着部をハウジングに備えた複数種の工具本体とからなる。各工具本体は、動力源としてのモータと、このモータによって駆動される駆動部と、上記電池パックに電池端子を介して接続される操作入力部としてのスイッチと、該スイッチの操作に応じて上記モータの駆動制御を行う制御回路とを上記ハウジングに納めている。電圧による特性が異なるモータを備えている各工具本体の上記被装着部は、上記複数種の電池パックのうち、各工具本体が内蔵しているモータの特性に適合する定格出力電圧の電池パックが装着可能となっているとともに、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧を有している他の電池パックも装着可能である。被装着部に装着された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものである。

　一実施形態において、工具本体が備える上記被装着部は、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧よりも低い定格出力電圧を有している他の電池パックも装着可能である。被装着部に装着された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものである。

　一実施形態において、工具本体が備える上記被装着部は、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧から所定の電圧差を越える定格出力電圧を有する他の電池パックを装着できないものである。

　一実施形態において、電池パックは、工具本体の被装着部に設けられた複数の被係合部に夫々機械的結合される複数の係合部が設けられている装着部を備えている。該装着部の上記係合部は、電池パックの装着部と工具本体の被装着部とを互いに押し当てる方向でのみ被係合部を係合部に対して挿入可能としている挿入規制部を有している。一例において、複数の係合部のうちの少なくとも一つの寸法を電池パックの定格出力電圧に応じて異ならせるとともに、複数の被係合部のうちの少なくとも一つの寸法を工具本体内のモータの特性に応じて異ならせて、工具本体に装着可能な電池パックを限定している。

　一実施形態において、電池パック内の電池セルはリチウムイオン電池である。工具本体の被装着部に装着可能な電池パックは、その工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧を有する電池パックと、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧との電圧差が単一電池セルの電圧である電池パックとである。

　本発明においては、定格出力電圧が異なる複数種の電池パックと、電圧による特性が異なるモータを備えている複数種の工具本体とを相互に組み合わせて使用することができるものであり、このために使用上における利便性が大きく向上する。

　本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
本発明の実施の形態の一例の説明図である。同上の電池パックの基本形態を示す斜視図である。同上の電池パックの外ケースを外した状態の斜視図である。同上のブロック回路図である。図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは同上の電池パック装着可否に関する説明図である。モータのＮＴ特性及びＩＴ特性を示す説明図である。同上の出力制限の一例を行う時のＮＴ特性及びＩＴ特性を示す説明図である。同上の出力制限の他例を行う時のＮＴ特性及びＩＴ特性を示す説明図である。同上の出力制限の更に他例を行う時のＮＴ特性及びＩＴ特性を示す説明図である。同上の出力制限の別の例を行う時のＮＴ特性及びＩＴ特性を示す説明図である。出力制限の更に別の例を行う時のＮＴ特性及びＩＴ特性を示す説明図である。他例のブロック回路図である。更に他例のブロック回路図である。

　本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述する。本発明に係る一実施形態における電動工具は、インパクトドライバー等の工具本体１と、該工具本体１に着脱自在に装着される電池パック２とからなるものである。複数の直列接続された電池セル１３を内蔵している電池パック２は、電池セル１３を覆う内ケース１５に外ケース１４を被せた二重構造となっている。外ケース１４の上部が工具本体１への装着部２ａとなっている。なお、この装着部２ａは充電器（図示しない）への装着に際しても用いられる。

　まず上記装着部２ａについて図２及び図３に基づいて説明する。この装着部２ａの左右両サイドに工具本体１への機械的結合のためのＬ字型係合部４，４’，４”が夫々３つずつ一対設けられている。本例の係合部４，４’，４”は、１個のリブ型係合部４ｃと３個のＬ字型係合部４，４’，４”を装着部２ａの長手方向Ｍ（電動工具の前後方向）に沿って隔設することで形成したものである。一端側（後ろ側）に位置するリブ型係合部４ｃから長手方向Ｍの他端側（前側）に向かって３個のＬ字型係合部４，４’，４”が等間隔で突設されている。

　リブ型係合部４ｃは装着部２ａ（外ケース１４の上部）に対して垂直に立設されたものである。Ｌ字型係合部４，４’は、それぞれ装着部２ａから垂直に立設された挿入規制部４ａと、挿入規制部４ａと直交方向に開口した装着保持部４ｂとで構成されている。また、Ｌ字型係合部４”は、上記挿入規制部４ａと装着保持部４ｂと、挿入規制部４ａから装着保持部４ｂへと移動した被係合部５に係脱可能に係合するフック係合部１２ａとで構成されている。

　そして図１に示すように、Ｌ字型係合部４の内側には第１縦孔６とこれに連なる第１横孔７とが形成されている。Ｌ字型係合部４’の内側には第２縦孔８とこれに連なる第２横孔９とが形成されている。Ｌ字型係合部４”の内側には第３縦孔１０とこれに連なる第３横孔１１とが形成されている。

　外ケース１４と内ケース１５との間の中空スペースにはフック１２が収納されている。フック１２の基端部には、外ケース１４にて回動自在に保持される支点部１２ｃが設けられている。フック１２の中央側には外ケース１４の外部に露出する操作部１２ｂが設けられている。フック１２の先端側は二股状に分かれ、両先端にそれぞれフック係合部１２ａが設けられている。一方のフック係合部１２ａは前記装着部２ａの一方サイドのＬ字型係合部４”の内側に配置され、他方のフック係合部１２ａは前記他方サイドのＬ字型係合部４”の内側に配置される。

　フック１２の操作部１２ｂは、圧縮コイルバネからなる復帰ばね（図示せず）によって外ケース１４の内面に接近する方向（図３の上方向）に向かって付勢されている。これによりフック係合部１２ａの一部がＬ字型係合部４”の装着保持部４ｂの内面に弾接している。また、操作部１２ｂを手で押した時、あるいは後述の工具本体１の凸型被係合部５”がフック係合部１２ａを押し込んだ時、復帰ばねのばね力に抗してフック１２が外ケース１４の内面から離反する方向（図５の下方向）に回動して、フック係合部１２ａが挿入規制部４ａの底側に埋没する。こうすることで、凸型被係合部５”をＬ字型係合部４”に係合させることができる状態となる。

　なお、Ｌ字型係合部４，４’の内側にはそれぞれフック係合部１２ａは配置されておらず、Ｌ字型係合部４，４’と対応する工具本体１のＬ字型被係合部５，５’はフック１２に規制されることなく自由に係合・離脱自在となっている。

　また前記外ケース１４の装着部２ａには、図２に示すように、複数の凹部２６～２８が設けられており、これらの奥には、図３に示す内ケース１５に固定したプリント基板２５に装着される複数の雌端子３ａ，３ｂ，３ｃが配置されている。これら雌端子３ａ，３ｂ，３ｃは、正負の充放電用端子（電池端子）３ａ，３ｂと、検知用の端子３ｃである。各凹部２６～２８からそれぞれ挿入される複数の雄端子（正負の電源端子、検知用端子）が上記端子３ａ，３ｂ，３ｃに各々接続可能とされている。

　一方、電動工具本体１は、図示省略した動力源としてのモータと減速部と出力部とからなり、前記電池パック２が装着される被装着部１ａをハウジング、詳しくはハンドル部の下面に備える。出力部は、モータによって駆動される駆動部である。被装着部１ａ内には、信号コネクタ９１を装着した本体制御回路９０や、上記複数の雄端子などが配設されている。

　また、被装着部１ａの両サイドには、前記電池パック２の装着部２ａの両サイドに設けた左右２列の係合部４，４’，４”とそれぞれ対応する左右２列の被係合部５，５’，５”が設けられている。本例の被係合部５，５’，５”は、電池パック２側のＬ字型係合部４，４’とそれぞれ対応するＬ字型被係合部５，５’と、Ｌ字型係合部４”と対応する凸型被係合部５”とからなる。Ｌ字型被係合部５，５’は、それぞれ、電池パック２側のＬ字型係合部４，４’に対して引っ掛け方式で噛合可能な縦リブ３０と横リブ３１とで構成される。

　次に、装着手順を説明する。装着以前は、図１に示すように、フック係合部１２ａがＬ字型係合部４”の内面に弾接し且つこのフック係合部１２ａの一部が第３縦孔１０に露出した状態となっている。工具本体１の被装着部１ａと電池パック２の装着部２ａとを互いに押し当てる方向Ｄに装着すると、工具本体１側の被係合部５，５’，５”が、電池パック２側のＬ字型係合部４，４’，４”にそれぞれ挿入された状態となる。このとき、凸型被係合部５”がフック係合部１２ａを押し下げることで、フック１２が支点部１２ｃを中心として弧を描くように下向きに回動して、フック係合部１２ａが挿入規制部４ａの底側に埋没した状態となる。

　上記の状態で、前記押し当て方向Ｄと直交する方向Ｍに向かって工具本体１に対して電池パック２をずらすと、すべての被係合部５が装着保持部４ｂに入り込んだ状態となる。このとき、凸型被係合部５”によるフック係合部１２ａの押し込み力が解除されるために、フック係合部１２ａは内ケース１５と操作部１２ｂの裏側との間に配置されるフックバネ（図示しない）の働きによって元の位置に復帰する。この結果、フック係合部１２ａによって凸型被係合部５”の抜け止めがなされ、すべての被係合部５が各装着保持部４ｂに対して装着状態で保持されることとなり、電池パック２と工具本体１との結合が強固なものとなる。

　電池パック２を取り外す際は、フック１２の操作部１２ｂを指で外部から押すと、フック１２が支点部１２ｃを中心として弧を描くように下向きに回動して、フック係合部１２ａが再び挿入規制部４ａの底側に埋没した状態となる。この状態で工具本体１又は電池パック２のどちらか一方をずらすことで、工具本体１と電池パック２とを離脱させることができる。

　また本例では、図１に示すように、バッテリーパック２側の第１縦孔６の前後寸法Ｃと、第２縦孔８の前後寸法Ｃとが同一寸法とされ、この前後寸法Ｃに合わせて、電動工具本体１側のＬ字型被係合部５及びＬ字型被係合部５’の前後寸法が設定されている。また、バッテリーパック２側の第３縦孔１０の前後寸法Ｃ１を前記前後寸法Ｃよりも狭くし、この狭い前後寸法Ｃ１に合わせて、電動工具本体１側の凸型被係合部５”の前後寸法が設定されている。このために、電動工具本体１側の凸型被係合部５”はバッテリーパック２側の第３縦孔１０のみに挿入可能であり、従って電動工具本体１側の各被係合部５とバッテリーパック２側の各係合部４との誤装着防止が図られている。

　さらに本例では、工具本体１側の左右で総計６個の被係合部５，５’，５”と、電池パック２側の左右で総計６個の係合部４，４’，４”とによって、工具本体１に装着することができる電池パック２の種類を限定することができるようにしている。

　すなわち、電池パック２として、直列接続された電池セル１３の本数が異なることで定格出力電圧が異なっている複数種のものがある。工具本体１にしても、電圧による特性が異なるモータを内蔵した複数種のものがある。この時、工具本体１には適合する定格出力電圧を有する電池パック２を装着して使用することになる。しかし、ここでは適合する定格出力電圧を有する電池パック２の電池容量が無くなった場合に備えて、あるいは一時的に高出力な作業が必要であり、適合する定格出力電圧の電池パック２を装着した状態ではその高出力作業を行うことができない場合に備えて、上記適合する定格出力電圧の電池パック２のほかに、適合する定格出力電圧よりも電池セル１３一つ分の電圧差だけ高い定格出力電圧の電池パック２も装着することができるようにしているとともに、他の定格出力電圧の電池パック２は装着することができないようにしている。

　具体的には電池パック２の総計６個の係合部４，４’，４”のうちの係合部４の第１縦孔６と、係合部４’の第２縦孔８の左右方向幅を、その電池パック２の定格出力電圧に応じたものとする。工具本体１の被係合部５，５’，５”については被係合部５，５’の左右方向幅を、内蔵するモータの特性に応じたものとしてある。

　図５に一例を示す。適合する電池パック２が１４．４Ｖのものである工具本体１の被係合部５，５’については、右列の被係合部５のみを左右幅の広いものとする。適合する電池パック２が１８Ｖのものである工具本体１の被係合部５，５’については、左列の被係合部５のみを左右幅の広いものとする。適合する電池パック２が２１．６Ｖのものである工具本体１の被係合部５，５’については、右列の被係合部５’のみを左右幅の広いものとしてある。

　そして４本のリチウムイオン電池セル１３を直列に接続した定格出力電圧１４．４Ｖの電池パックは、図５Ａに示すように、右列の係合部４の第１縦孔６のみを左右方向幅の広いものとしてある。５本のリチウムイオン電池セル１３を直列に接続した定格出力電圧１８Ｖの電池パックは、図５Ｂに示すように、右列の係合部４の第１縦孔６と左列の係合部４の第１縦孔６とが左右方向幅の広いものとしてある。６本のリチウムイオン電池セル１３を直列に接続した定格出力電圧２１．６Ｖの電池パックは、図５Ｃに示すように、左列の係合部４の第１縦孔６と右列の係合部４’の第２縦孔８とが左右方向幅の広いものとしてある。

　左右方向幅の広い被係合部５，５’は、左右方向幅の広い係合部４，４’のみに係合させることができ、左右方向幅の狭い係合部４，４’には係合させることができない。このために、図５に示す例では、適合する電池パック２が１４．４Ｖのものである工具本体１には、定格出力電圧が１４．４Ｖの電池パック２を装着することができる上に、定格出力電圧が１８Ｖの電池パック２も装着することができる。しかし、定格出力電圧が２１．６Ｖの電池パック２は装着することができない。

　適合する電池パック２が１８Ｖのものである工具本体１には、定格出力電圧が１８Ｖの電池パック２は装着することができる上に、定格出力電圧が２１．６Ｖの電池パック２も装着することができる。しかし、定格出力電圧が１４．４Ｖの電池パック２は装着することができない。

　適合する電池パック２が２１．６Ｖのものである工具本体１には、定格出力電圧が２１．６Ｖの電池パック２は装着することができるものの、定格出力電圧が１４．４Ｖ及び１８Ｖの電池パック２は装着することができない。

　つまりは、本例における工具本体１は、適合する定格出力電圧の電池パック２を装着することができるのは当然ながら、そのほかに、同一種の電池セル１３（本例の場合はリチウムイオン電池セル１３）を備えた電池パック２で且つ電池セル１３一つ分の電圧差だけ定格出力電圧が高い電池パック２も装着することができるようになっている。

　工具本体１に適合する定格出力電圧より高い定格出力電圧の電池パック２を装着した場合、長時間使用するとモータＭの焼損などを招く虞があるが、電池セル１２一つ分の電圧差程度であれば、短時間での作業であれば問題となることはない。

　電動工具は高電圧になるほど出力が大きくなるものの、高電圧対応の電動工具は構造的な耐久性の確保の点からどうしても大きく重くなってしまう。一方、電動工具のユーザーは、使用頻度が高い作業に用いるものについては小型軽量を望むことから、低電圧の電動工具を用いることが多い。しかし、ごくまれに低電圧の電動工具では性能が不足してしまうような高負荷の作業が必要となることがある。この時、本例における電動工具ならば、定格出力電圧が一段高い電池パック２も利用することができるために、高い定格出力電圧の電池パック２に交換することで応ずることができるものである。

　なお、ここでは適合する電池パック２の定格電圧出力よりも低い定格出力電圧の電池パック２は装着できないようにした例を示したが、定格電圧出力が一段低い（電池セルの直列本数が一つ少ない）電池パック２も装着することができるようにしてもよいのはもちろんである。性能が落ちることになるが軽作業であれば十分対応することができる。

　なお、電圧差がかなり大きい電池パック２については、装着できないようにしておくことが好ましい。定格出力電圧がかなり高い電池パック２を装着した時には、モータが焼損するおそれや過大な発熱のおそれがあり、定格出力電圧がかなり低い電池パック２を装着した時には、モータの回転数が低くなりすぎて作業が途中で行えなくなったり作業に支障が生じることになる。

　装着することができる電池パック２を制限することを、ここでは複数ある被係合部５，５’、５”及び係合部４，４’、４”の左右幅を異ならせることで行っているが、前後長や高さなどを異ならせることで制限を行うものであってもよい。

　ところで、本来の対応する電池パック２の定格出力電圧と異なる定格出力電圧の電池パック２を装着することができるようにしたものにおいては、電池パック２の過放電防止対策もこの点に応じたものとしなくてはならない。

　このために、ここでは電池パック２を工具本体１に装着した時、電池パック２の種別を工具本体１側で識別して、過放電防止を電池パック２の種別に応じて切り換えることができるようにしている。

　すなわち、図４に示すように、駆動源としてのモータＭを内蔵するとともに電池パック２を電源として動作する工具本体１は、操作用のトリガースイッチＳＷ（操作入力部）や上記モータＭの動作を制御する制御回路ＣＰＵと駆動用のスイッチング素子Ｑ１のほかに、回転数センサーＮＳと温度センサーＴＳとをハウジング内に備えている。温度センサーＴＳはスイッチング素子Ｑ１やモータＭの近傍に設置されている。

　上記制御回路ＣＰＵは、回転数センサーＮＳから回転数情報を、温度センサーＴＳから温度情報を取得するほか、モータＭの負荷を電流検出抵抗Ｒｃの両端電圧から負荷電流値として検出するものであり、また装着される電池パック２の種別情報と、負荷時の電池電圧とを検出することができるものとなっている。

　内蔵する電池セル１３の直列本数が異なる複数種の電池パック２は、内蔵する電池セル１３の直列本数に応じた抵抗値を有する抵抗Ｒ２を備えている。工具本体１に電池パック２を装着した時、工具本体１の制御回路ＣＰＵは、抵抗Ｒ１と上記抵抗Ｒ２との分圧抵抗から、装着された電池パック２の電池セル１３の直列本数（定格出力電圧）の違いによる種別を識別することができるものとなっている。一例において、この電池パック２の種別識別は、電池パック２側に設けた不揮発性メモリに種別毎の識別コードを書き込んでおき、電池パック２を工具本体１に装着した時、電池電圧種類識別手段を兼ねている制御回路ＣＰＵが上記識別コードを読み出すことで行うものであってもよい。

　そして、この工具本体１の制御回路ＣＰＵは、放電時の電池パック２の出力電圧を検出してこの電圧が閾値まで低下すればモータＭを停止させることで過放電防止を工具本体１側でも行っているのである。また、上記制御回路ＣＰＵには、電池パック２の種別毎の閾値をテーブルとして持たせている。装着された電池パック２の種別情報を基に、制御回路ＣＰＵは上記テーブルから装着された電池パック２に適合した閾値を読み出し、この閾値を基に上記過放電防止制御を行う。装着された電池パック２の定格出力電圧に応じた閾値で放電停止制御を行うために、どの定格出力電圧の電池パック２を装着した時にも、各電池パック２の容量一杯を用いて作業を行うことができる。

　また、適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧の電池パック２を装着した場合、高出力を得られるだけでなく、モータＭの発熱量の増加やモータＭによって駆動される駆動部の負担が大きくなり、この状態で長時間動作させたならば、工具本体１の寿命が短くなってしまう。この点からすれば、適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧の電池パック２が装着された時には、制御回路ＣＰＵは上記識別情報からこの点を検出してモータＭの出力を制限した駆動を行うものとするのが好ましい。この制限は、モータＭがブラシモータである場合、ＰＷＭ制御で行うことができる。

　図６はモータＭの回転数－トルク（ＮＴ）特性と電流－トルク（ＩＴ）特性とを示している。図中のＨＮＴは高電圧で駆動した時のＮＴ特性、ＨＩＴは高電圧で駆動した時のＩＴ特性、ＬＨＴは低電圧（適合する定格出力電圧）で駆動した時のＮＴ特性、ＬＩＴは低電圧で駆動した時のＩＴ特性である。高電圧で駆動した時の方が回転数もトルクも大きくなり、その分、出力だけでなく発熱も大きくなる。

　このために通常であれば、モータＭや駆動部分の設計を高電圧でも耐える構造にしなくてはならないが、この場合、工具本体１の大型化を招いてしまう。このために、高電圧の電池パック２が装着された時には、ＰＷＭ制御によって入力電圧の平均が適合する電圧の電池パック２を装着した時の入力電圧と同じになるようにする。

　具体的には、電池パックＰの識別情報を取得した制御回路ＣＰＵは、モータ電流及び電池電圧を測定する。適合する電圧の電池パック２（及びそれよりも定格出力電圧が低い電池パック２）が装着されている時は、制御回路ＣＰＵは特に制限を行わない。高電圧の電池パック２が装着されている時は、制御回路ＣＰＵは、適合する電池パック２が装着されている時に得られる最大出力付近の出力になるようにＰＷＭ制御を行う。こうすることで、図７に示すように、制御回路ＣＰＵは、ＮＴ特性及びＩＴ特性が図６におけるＬＨＴ及びＬＩＴと同じにするのである。

　上記のような制限を加えることは、予め電圧と電流のテーブルを設けておき、このテーブルを元にＮＴ特性やＩＴ特性のどの位置にあるかを判断し、電圧に対する電流をＰＷＭ制御で制限することで行うことができる。あるいは予め回転数と電流のテーブルを設けておき、このテーブルを元にＮＴ特性やＩＴ特性のどの位置にあるかを判断し、回転数に対する電流をＰＷＭ制御で制限することで行うことができる。また温度情報を参照して、温度が所定値を越えた時のみ、上記制限を行うものとしてもよい。

　このほか、検出されたモータ電流から発熱が低電圧の電池パック２の装着時と同等になるようにＰＷＭ制御したり、出力トルクが低電圧パック２の装着時と同等になるようにＰＷＭ制御するものであってもよい。発熱の抑止が重要であれば前者が好ましく、トルクを低減して駆動部分のストレスを低減することを重要視するのであれば後者が好ましい。図８は高負荷による発熱を抑えるために出力を制限（負荷電流の上限を制限）した場合を示している。図９はトルクを抑えるために出力を制限（トルクの上限を制限）した場合を示している。

　更には、高電圧の電池パック２を装着して高電圧をモータＭに印加する場合、高回転による回転軸の焼き付きや騒音の低減のために回転数の上限を制限するようにしてもよい。

　回転数の制限は、予め電圧と電流のテーブルを設けておき、このテーブルを基にＮＴ特性やＩＴ特性のどの位置にあるかを判断し、電圧に対する電流をＰＷＭ制御で制限することで行うことができる。或いは、予め回転数と電流のテーブルを設けておき、このテーブルを基にＮＴ特性やＩＴ特性のどの位置にあるかを判断し、回転数に対する電流をＰＷＭ制御で制限することで行うこともできる。

　また回転数のみを測定し、回転数が所定回転数を超えないようにＰＷＭ制御で制限していくようにしてもよい。図１０は最高回転数を低減させた場合を示している。

　モータＭがブラシモータではなく、ブラシレスモータである場合は、次のような制御で出力制限を行うようにしてもよい。

　すなわち、３相のブラシレスモータの駆動については、ＵＶＷ相のうちの１相は電流が流れない１２０°通電のほか、１２０°通電よりも通電期間を長くして転流の前後でオーバーラップ期間（この期間はＵＶＷ相全てに電流が流れる）を設けたオーバーラップ通電、さらには正弦波駆動などがある。後者ほどモータの誘起電圧波形に近づくためにモータの出力や効率が向上する。なお、１２０°通電とオーバーラップ通電とでは、停動トルク付近においては１２０°通電に切り換える方が出力が高くなる。

　また、進角制御によっても出力や効率が変化するものであり、進角なしまたは進角量が少ない時よりも進角が多い方が出力が向上する。さらに１２０°通電とオーバーラップ通電と正弦波駆動では後者の駆動法ほど進角制御による効果も大きくなる。なお、進角制御そのものについては、たとえば日本国特許出願番号２００３－２００３６３等において公知であるために、ここでは説明を省略する。

　このために、装着される電池パック２の種別に応じて上記駆動法や通電角や進角量を切り換えることで、高電圧の電池パック２が装着された時の出力制限を行うことができる。たとえば、低電圧の電池パック２が装着された時には、オーバーラップ量（通電角）が多いオーバーラップ通電とするとともに進角量を多くして出力を大きくとれるようにしておく。高電圧の電池パック２が装着された時には、１２０°通電あるいはオーバーラップ量の少ないオーバーラップ量とするとともに進角なしとするか進角量を少なくすることで、出力が小さくなるようにしておくのである。このような制御により、高電圧の電池パック２が装着された時の出力を低電圧の電池パック２が装着された時の出力に近づけることができる。

　モータＭへの負荷が低い時は制限の必要がないためにオーバーラップ通電角制御や進角制御による制限は行わず、モータＭの負荷が大きくなった時のみオーバーラップ通電角制御や進角制御による制限を加えるようにしてもよい。

　たとえば電圧と電流のテーブルを予め設けておき、このテーブルを基にＮＴ特性やＩＴ特性のどの位置にあるかを判断し、電圧に対する電流を制限するためにオーバーラップ通電角制御や進角制御で制限を加える。或いは、予め回転数と電流のテーブルを設けておき、このテーブルを基にＮＴ特性やＩＴ特性のどの位置にあるかを判断し、回転数に対する電流を制限するためにオーバーラップ通電角制御や進角制御による制限を加えるのである。

　温度センサーＴＳで検出される温度が所定値を越える時のみ上記制限を行うようにしてもよい。図１１は高電圧の電池パック２が装着された時に高負荷による発熱を抑えるためにオーバーラップ通電角制御や進角制御による出力制限を行い、さらに負荷が大きくなった時は停止させる場合を示している。

　高電圧の電池パック２を装着した際の高負荷時のオーバーラップ通電角制御や進角制御による出力制限は、低電圧の電池パック２を使用している際と同等レベルのトルクまたは電流に抑えるものとするのが好ましい。

　図８や図９あるいは図１０に示したような負荷電流の制限やトルク上限の制限、最高回転数の制限等も、オーバーラップ通電角制御や進角制御による制限で行うことができる。温度が高くなった時のみ上記制限を行うものであってもよいのはもちろんである。

　適合する定格出力電圧の電池パック２が装着された時の長時間駆動による発熱等の防止という点では、装着された電池パック２が適合する定格出出力電圧よりも高い定格出力電圧のものであることを判別できた時点で、連続するモータＭの駆動時間に制限を加えるようにしてもよい。

　また、電池パック２の識別情報に電池パック２の定格出力電圧に加えて定格容量の情報も含ませておき、装着された電池パック２の定格出力電圧と定格容量との乗算値が所定値以下である場合には、その電池パック２による電源供給でのモータ駆動を許可し、上記乗算値が所定値を越える時には、トリガースイッチＳＷを操作してもモータＭを駆動しないものとしてもよい。なお、使用できない電池パック２が装着された時には報知手段を用いてその旨の報知を行うことが好ましい。

　図１２は電池パック２の識別に関する他例を示している。ここでは抵抗Ｒ２の抵抗値による識別を電池パック２の出力電圧にかかわらず正確に行うことができるように、工具本体１側に定電圧（５Ｖ）電源２０を設けて、該定電圧電源２０から抵抗Ｒ２に電圧が印加されるようにしている。

　図１３は電池パック２側に設けた不揮発性メモリＮに書き込んだ識別コードを制御回路ＣＰＵが読み出すことで電池パック２の識別を行う場合の例を示している。

　上記の各例では、同一種の電池セル１３で直列接続本数が異なる電池パック２の場合を示したが、異種の電池セル１３を備えた電池パック２についても装着使用することができるようにしてもよい。例えばリチウムイオン電池セルを有する定格電圧出力１４．４Ｖの電池パック２が適応する電源である電動工具本体１に対して、ニッケル水素電池セルを有して定格電圧出力が１５．６Ｖもしくは１６．８Ｖである電池パック２を装着使用することができるようにしてもよい。また、ニッケル水素電池セルを有する定格電圧出力１２Ｖの電池パック２が適応する電源である工具本体１に対し、リチウムイオン電池セル１４を有する定格電圧出力１４．４Ｖの電池パック２を用いることができるようにしてもよいものである。適応する定格出力電圧よりも低い定格出力電圧の異種電池パック２を用いることができるようにしてもよいのはもちろんである。

　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims

　電池パックと、電池パックが着脱自在に装着される工具本体とからなる電動工具であって、
　該工具本体には、定格出力電圧が異なっている複数種の電池パックのうちの任意の一つを、または工具本体に適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧を有している電池パックを装着可能であり、
　該工具本体に装着された電池パックは工具本体側に給電するように構成される
　電動工具。
　上記電動工具は、複数種の電動工具に含まれ、
　これら複数種の電動工具は、
　１本乃至複数本の電池セルを直列もしくは並列に接続しているとともに電池セルの直列接続本数が異なることで定格出力電圧が異なっている複数種の電池パックと、
　上記電池パックが着脱自在に装着される被装着部をハウジングに備えた複数種の工具本体と
　からなり、
　各工具本体は、
　動力源としてのモータと、
　このモータによって駆動される駆動部と、
　上記電池パックに電池端子を介して接続される操作入力部としてのスイッチと、
　該スイッチの操作に応じて上記モータの駆動制御を行う制御回路と
　を上記ハウジングに納め、
　電圧による特性が異なるモータを備えている上記複数種の工具本体が有している上記被装着部は、定格出力電圧が異なっている上記複数種の電池パックのうちの任意の一つを装着可能なものとして形成されて、該被装着部に接続された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものである
　ことを特徴とする請求項１記載の電動工具。
　上記複数種の電池パックは、１本乃至複数本の電池セルを直列もしくは並列に接続しているとともに電池セルの直列接続本数が異なることで定格出力電圧が異なっていて、
　上記工具本体は、上記電池パックが着脱自在に装着される被装着部をハウジングに備え、
　上記工具本体は、
　動力源としてのモータと、
　このモータによって駆動される駆動部と、
　上記電池パックに電池端子を介して接続される操作入力部としてのスイッチと、
　該スイッチの操作に応じて上記モータの駆動制御を行う制御回路と
　を上記ハウジングに納め、
　工具本体が備える上記被装着部は、上記複数種の電池パックのうち、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧の電池パックが装着可能となっているとともに、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧を有している他の電池パックも装着可能であって、被装着部に装着された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものである
　ことを特徴とする請求項１記載の電動工具。
　上記電動工具は、複数種の電動工具に含まれ、
　これら複数種の電動工具は、
　１本乃至複数本の電池セルを直列もしくは並列に接続しているとともに電池セルの直列接続本数が異なることで定格出力電圧が異なっている複数種の電池パックと、
　上記電池パックが着脱自在に装着される被装着部をハウジングに備えた複数種の工具本体と
　からなり、
　各工具本体は、
　動力源としてのモータと、
　このモータによって駆動される駆動部と、
　上記電池パックに電池端子を介して接続される操作入力部としてのスイッチと、
　該スイッチの操作に応じて上記モータの駆動制御を行う制御回路と
　を上記ハウジングに納め、
　電圧による特性が異なるモータを備えている各工具本体の上記被装着部は、上記複数種の電池パックのうち、各工具本体が内蔵しているモータの特性に適合する定格出力電圧の電池パックが装着可能となっているとともに、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧よりも高い定格出力電圧を有している他の電池パックも装着可能であって、被装着部に装着された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものである
　ことを特徴とする請求項１記載の電動工具。
　工具本体が備える上記被装着部は、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧よりも低い定格出力電圧を有している他の電池パックも装着可能であって、被装着部に装着された電池パックは上記電池端子を介して工具本体側に給電するものであることを特徴とする請求項３または４記載の電動工具。
　工具本体が備える上記被装着部は、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧から所定の電圧差を越える定格出力電圧を有する他の電池パックを装着できないものであることを特徴とする請求項３または４記載の電動工具。
　電池パックは、工具本体の被装着部に設けられた複数の被係合部に夫々機械的結合される複数の係合部が設けられている装着部を備えており、該装着部の上記係合部は、電池パックの装着部と工具本体の被装着部とを互いに押し当てる方向でのみ被係合部を係合部に対して挿入可能としている挿入規制部を有しているものであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の電動工具。
　複数の係合部のうちの少なくとも一つの寸法を電池パックの定格出力電圧に応じて異ならせるとともに、複数の被係合部のうちの少なくとも一つの寸法を工具本体内のモータの特性に応じて異ならせて、工具本体に装着可能な電池パックを限定していることを特徴とする請求項７記載の電動工具。
　電池パック内の電池セルはリチウムイオン電池であり、工具本体の被装着部に装着可能な電池パックは、その工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧を有する電池パックと、工具本体内のモータの特性に適合する定格出力電圧との電圧差が単一電池セルの電圧である電池パックとであることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の電動工具。