JP2011232219A

JP2011232219A - モータ装置及び電動工具

Info

Publication number: JP2011232219A
Application number: JP2010103676A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ikeda; 昌樹池田; Norihiro Iwamura; 則宏岩村
Original assignee: Panasonic Electric Works Power Tools Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: JP5528898B2; EP2565661A1; US8872451B2; EP2565661B1; EP2565661A4; WO2011136004A1; CN102893171A; US20130038253A1; CN102893171B

Abstract

【課題】使用環境温度が変化しても、作動可能範囲を安定して確保することができるモータ装置を提供する。
【解決手段】２次電池からの電力供給を受けて作動する電動モータと、２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段による２次電池の検出電圧と判定値との比較に基づいて異常判定を行う判定手段と、判定手段の判定結果に対応する制御を含む電動モータの作動制御を行う制御手段とを備えたモータ装置であって、制御回路にて実施される２次電池の異常判定は、検出した使用環境温度に応じた判定値Ｖ１，Ｖ２のいずれかに変更して実施される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータの駆動電源に２次電池が用いられる電動工具等のモータ装置に関するものである。

従来、２次電池から電力供給を受けて電動モータが駆動する電動工具等においては、２次電池の保護の観点等から、２次電池の電池セルの電圧を検出する手段と、その電圧値が判定値を下回ると異常（過放電）と判定し、モータへの電力供給、即ち電動工具の作動を停止する制御を行う手段とを備えるものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−２７６３０号公報

ところで、２次電池の電圧は、放電電流が大きくなるとその電圧降下量も大きくなる。電圧降下量は、一般に内部抵抗や配線抵抗と放電電流との積で決まるものであるが、その抵抗値は温度の影響を受けて変化するものである。従って、同じ放電電流を要する作動であっても、使用環境温度の変化に伴う内部抵抗等の抵抗値の変化にて２次電池に生じる電圧降下量も変化するため、常温状態で作動するものであっても現在の使用環境温度によっては、モータへの電力供給を停止、電動工具の作動を停止する制御が早期に働いてしまうことがあった。このことは、電動工具の作動可能範囲を狭めてしまうことになる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、使用環境温度が変化しても、作動可能範囲を安定して確保することができるモータ装置及び電動工具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、２次電池からの電力供給を受けて作動する電動モータと、前記２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段による２次電池の検出電圧と判定値との比較に基づいて異常判定を行う判定手段と、前記判定手段の判定結果に対応する制御を含む前記電動モータの作動制御を行う制御手段とを備えたモータ装置であって、使用環境温度を検出する温度検出手段を備えるものであり、前記判定手段は、前記温度検出手段による検出温度に応じた前記判定値に変更し、その判定値に基づいて前記異常判定を実施する。

また上記構成において、前記判定手段は、起動指令直後の前記電動モータの作動直前状態において前記異常判定の最初の判定を実施するものであり、その判定の際に用いる前記判定値に変更前の標準判定値を用いて判定を行うことが好ましい。

また上記構成において、前記判定手段は、前記温度検出手段による検出温度が低温側で前記判定値を低く設定したものを用いて判定を行うことが好ましい。
また上記構成において、前記判定手段は、前記判定値を２つ有し、その２つの判定値を切り替えて判定を行うことが好ましい。

また上記構成のモータ装置は、電動工具として構成されるのが好ましい。

本発明によれば、使用環境温度が変化しても、作動可能範囲を安定して確保することができるモータ装置及び電動工具を提供することができる。

本実施形態における電動工具の電気的構成図である。使用環境温度と２次電池の電圧降下量との関係を説明する説明図である。温度に対する判定値の切り替え態様を説明する説明図である。制御回路の処理を説明するためのフロー図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施形態におけるモータ装置としての電動工具１０を示す。電動工具１０は、例えばドリルドライバーやディスクグラインダー等であり、電動モータＭを駆動源とした電動工具本体１１と、該電動工具本体１１に対して着脱可能に装着される電池パック２１とを備えている。

電動工具本体１１は、電池パック２１側から電力供給を受ける電源用端子１１ａ，１１ｂと、同じくパック２１側から各種検出信号を受ける信号用端子１１ｃ，１１ｄを備えている。電動モータＭは、そのプラス側端子が操作スイッチ１２を介して電源用端子１１ａに接続され、マイナス側端子がモータ駆動回路１３を介して電源用端子１１ｂに接続されている。また、操作スイッチ１２に対して、トランジスタ等の電子スイッチ１４及び電源回路１５が並列に設けられており、制御回路１６のプラス側端子がその電源回路１５及び電子スイッチ１４を介して電源用端子１１ａに接続され、マイナス側端子が電源用端子１１ｂに接続されている。

操作スイッチ１２がオン操作されると、電源用端子１１ａ，１１ｂを通じて電池パック２１側から電動モータＭに電力が供給されてモータＭが回転する。またこのとき、操作スイッチ１２のオンに基づくスイッチ信号が制御回路１６及び電子スイッチ１４に入力され、そのスイッチ信号の入力に基づいて電子スイッチ１４がオンされる。電子スイッチ１４がオンされると、電源回路１５には電池パック２１側から電力が供給され、制御回路１６に対応した動作電源が生成される。制御回路１６は、電源回路１５からの動作電源の供給に基づいて自身が動作可能状態となり、モータ駆動回路１３を介してモータＭの回転制御を行う。尚、操作スイッチ１２の操作を止めても、制御回路１６の制御による電子スイッチ１４のタイマ動作により、該制御回路１６には動作電源の供給が所定時間継続されるようになっている。

電源用端子１１ａ，１１ｂ間には、その端子間電圧、即ち電池パック２１（２次電池２２）の電圧を本体１１側で検出する電圧検出回路１７が設けられている。電圧検出回路１７にて検出した電圧値（検出電圧）は、電圧検出信号として制御回路１６に入力される。また、制御回路１６には、信号用端子１１ｃ，１１ｄを介して、電池パック２１内の電圧検出回路２３からの電圧検出信号と、温度検出素子２４からの温度検出信号とが入力される。

電池パック２１は、電動工具本体１１に対して着脱可能に構成されており、電動工具本体１１の電源用端子１１ａ，１１ｂ及び信号用端子１１ｃ，１１ｄに対応して電源用端子２１ａ，２１ｂ及び信号用端子２１ｃ，２１ｄを備えている。電池パック２１は、電動工具本体１１への装着時に相互の各端子１１ａ〜１１ｄ，２１ａ〜２１ｄが電気的に接続されることで、電動工具本体１１側への電力供給と、各種検出信号の出力とが可能になる。電池パック２１は、図示しないが充電器に対しても着脱可能に構成され、充電器により充電が行われる。

電池パック２１の内部には、リチウムイオン電池等の複数の電池セルにて構成される２次電池２２が備えられている。２次電池２２のプラス側端子は電源用端子２１ａに接続され、マイナス側端子は電源用端子２１ｂに接続されている。電池パック２１に備えられる電圧検出回路２３は、２次電池２２からの電源供給を受けて動作し、２次電池２２を構成する各電池セル毎の電圧値を検出し、２次電池２２の総電圧（両端電圧）の検出を行っている。電圧検出回路２３にて検出した電圧値は、電圧検出信号として端子２１ｃ，１１ｃを介して電動工具本体１１内の制御回路１６に入力される。

また、電池パック２１の内部には、サーミスタ等の温度検出素子２４が備えられている。温度検出素子２４は、電池パック２１内において使用環境温度の検出を行っている。温度検出素子２４にて検出した温度は、温度検出信号として端子２１ｄ，１１ｄを介して電動工具本体１１内の制御回路１６に入力される。

制御回路１６は、電圧検出回路１７，２３からの電圧検出信号の入力に基づいて２次電池２２の電圧を認識している。そして、制御回路１６は、電動工具１０の使用時（モータＭの作動時）において、２次電池２２の電圧値の検出からその２次電池２２の過放電異常の検出を行っており、過放電異常と判定すると、２次電池２２からの電動モータＭへの電力供給の停止をモータ駆動回路１３を通じて行う。つまり、２次電池２２の過放電異常時には、電動工具１０の作動は自動的に停止される。また、制御回路１６は、温度検出素子２４からの温度検出信号の入力に基づいて使用環境温度を認識しており、使用環境温度に応じた制御態様に切り替えるようになっている。

ここで、図２は、使用環境温度の変化に対する２次電池２２の電圧降下量の変化（内部抵抗等の抵抗値の変化）を示している。同図２に示すように、使用環境温度がＴ℃（例えば１０℃）よりも高いと、２次電池２２の内部抵抗等の抵抗値は小さく、電圧降下量も小さいが、Ｔ℃以下の低温領域での作動になると、温度が低くなるにつれて２次電池２２の内部抵抗等の抵抗値が大きく増大し、電圧降下量も大きく増大する。

つまり、使用環境温度がＴ℃以下の低温領域になると２次電池２２の電圧降下量が大きく増大することから、電動工具１０の使用時（モータＭの作動時）の２次電池２２の電圧低下が大となり易い。従って、制御回路１６での過放電異常の判定の際、その判定基準となる判定値を固定にしてしまうと、使用環境温度がＴ℃以下の低温領域では、過放電異常と判定され易くなり、電動工具１０の作動可能範囲を狭めてしまうことになる。

そこで、本実施形態の制御回路１６は、図３に示すように、使用環境温度がＴ℃（例えば１０℃）より高い場合では標準判定値Ｖ１（２次電池２２の定格電圧１４Ｖに対して例えば１１Ｖに設定）、使用環境温度がＴ℃以下の低温領域ではその判定値Ｖ１よりも低い判定値Ｖ２（例えば１０Ｖに設定）というように、過放電異常の判定を行う際の判定値を切り替えるようになっている。従って、使用環境温度がＴ℃以下の低温領域では、電動工具１０の使用時（モータＭの作動時）の２次電池２２の電圧低下がその温度の影響を受けて大となり易いが、それを見越して低い側の判定値Ｖ２に変更されるため、電動モータＭへの電力供給の停止、電動工具１０の作動の停止を行う制御が早期に働くことが防止される。結果、使用環境温度がＴ℃以下の低温領域であっても、電動工具１０の作動可能範囲を広く確保できるものとなる。

尚、本実施形態の制御回路１６は、操作スイッチ１２のオン操作直後における電動モータＭの作動直前状態、即ち２次電池２２に放電電流が生じる直前の状態において最初の過放電異常の判定を行っている。この場合、２次電池２２に放電電流が生じておらず、２次電池２２に電圧降下が生じる前であるため、常に高い側の判定値Ｖ１の方でその判定が行われる。つまり、温度依存のある電圧降下が生じていないため、温度加味分の小さい判定値Ｖ１がその判定に用いられることで、適切な判定が行われるようになっている。それ以降のモータＭの作動中においては、所定周期毎にその過放電異常の判定が行われている。

因みに、本実施形態の制御回路１６の処理は図４に示すフローに従って行われている。
ステップＳ１にて電池パック２１の装着状態を検出し、ステップＳ２にて操作スイッチ１２のオン操作を検出すると、ステップＳ３にて使用環境温度の温度検出を行い、ステップＳ４にて２次電池２２の電圧検出を行う。

ステップＳ５では、先に検出した温度がＴ℃（例えば１０℃）より高いか否かの判定を行う。検出した温度がＴ℃より高いと判定すると、ステップＳ６に進み、先に検出した２次電池２２の電圧を判定値Ｖ１（例えば１１Ｖ）と比較する過放電異常の判定を行う。２次電池２２の電圧が判定値Ｖ１より高い、即ち過放電異常が生じていないと判定すると、ステップＳ７に進み、電動モータＭの回転を継続し、電動工具１０の作動を継続させる。一方、ステップＳ６において２次電池２２の電圧が判定値Ｖ１以下、即ち過放電異常が生じていると判定すると、ステップＳ８に進み、電動モータＭへの電力供給を停止してその作動を停止し、電動工具１０の作動を停止させる。

また前記ステップＳ５において、検出した温度がＴ℃以下の低温領域であると判定すると、ステップＳ９に進み、先に検出した２次電池２２の電圧を判定値Ｖ２（例えば１０Ｖ）に切り替えて比較する過放電異常の判定を行う。２次電池２２の電圧が判定値Ｖ２より高い、即ち過放電異常が生じていないと判定すると、ステップＳ１０に進み、電動モータＭの回転を継続し、電動工具１０の作動を継続させる。一方、ステップＳ９において２次電池２２の電圧が判定値Ｖ２以下、即ち過放電異常が生じていると判定すると、ステップＳ１１に進み、電動モータＭへの電力供給を停止してその作動を停止し、電動工具１０の作動を停止させる処理を行っている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）制御回路１６にて実施される２次電池２２の異常判定は、検出した使用環境温度に応じた判定値Ｖ１，Ｖ２のいずれかに変更して実施されている。つまり、使用環境温度に応じた判定値Ｖ１，Ｖ２を用いることで、その温度変化による電動モータＭの無駄な停止が防止され、電動工具１０の作動可能範囲を安定して得ることができる。特に本実施形態のように、使用環境温度が変動し易い電動工具１０に適用する意義は大である。

（２）２次電池２２の異常判定は、操作スイッチ１２のオン操作直後（起動指令直後）の電動モータＭの作動直前状態においてその最初の判定が実施されている。その判定の際に用いる判定値には変更前の標準判定値Ｖ１が用いられ、該判定値Ｖ１による判定が行われる。つまり、２次電池２２に放電電流が生じておらず、温度依存のある電圧降下が生じる前であるため、温度加味分の小さい判定値Ｖ１を用いることで、適切な判定を行うことができる。

（３）２次電池２２の異常判定においては、検出した使用環境温度が低温側で低い値に設定した判定値Ｖ２が用いられ、該判定値Ｖ２による判定が行われる。つまり、使用環境温度が低いほど２次電池２２の内部抵抗等の抵抗値が増大し、電圧降下量が大となるため、使用環境温度が低温側で低い値の判定値Ｖ２を用いる本実施形態では、適切な判定を行うことができる。

（４）２次電池２２の異常判定においては、２つの判定値Ｖ１，Ｖ２を有し、その２つの判定値Ｖ１，Ｖ２を使用環境温度に応じて切り替えてその判定が行われる。これにより、判定値Ｖ１，Ｖ２の切り替えにかかる処理を簡素に構成でき、制御回路１６の処理負荷の軽減等に寄与できる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、２次電池２２の異常判定に２つの判定値Ｖ１，Ｖ２を用いたが、３以上の判定値を用いてもよく、また使用環境温度の変化に応じてリニアに変化する判定値を用いてもよい。

・上記実施形態では、電池パック２１内に備えられる温度検出素子２４にて使用環境温度の検出を行ったが、電動工具本体１１側でその温度検出を行う構成としてもよい。
・上記実施形態では、モータ装置として電動工具１０に適用したが、他のモータ装置に適用してもよい。

１０…電動工具、１６…制御回路（判定手段、制御手段、電圧検出手段、及び温度検出手段）、１７…電圧検出回路（電圧検出手段）、２２…２次電池、２３…電圧検出回路（電圧検出手段）、２４…温度検出素子（温度検出手段）、Ｍ…電動モータ、Ｖ１…判定値（標準判定値）、Ｖ２…判定値。

Claims

２次電池からの電力供給を受けて作動する電動モータと、前記２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段による２次電池の検出電圧と判定値との比較に基づいて異常判定を行う判定手段と、前記判定手段の判定結果に対応する制御を含む前記電動モータの作動制御を行う制御手段とを備えたモータ装置であって、
使用環境温度を検出する温度検出手段を備えるものであり、
前記判定手段は、前記温度検出手段による検出温度に応じた前記判定値に変更し、その判定値に基づいて前記異常判定を実施することを特徴とするモータ装置。
請求項１に記載のモータ装置において、
前記判定手段は、起動指令直後の前記電動モータの作動直前状態において前記異常判定の最初の判定を実施するものであり、その判定の際に用いる前記判定値に変更前の標準判定値を用いて判定を行うことを特徴とするモータ装置。
請求項１又は２に記載のモータ装置において、
前記判定手段は、前記温度検出手段による検出温度が低温側で前記判定値を低く設定したものを用いて判定を行うことを特徴とするモータ装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ装置において、
前記判定手段は、前記判定値を２つ有し、その２つの判定値を切り替えて判定を行うことを特徴とするモータ装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ装置にて構成されたことを特徴とする電動工具。