專利名稱：電動工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電動工具，尤其涉及包括可移除的電池組作為電源的電動工具。
背景技術(shù)：
通常，電動工具包括具有適合于期望用途的輸出的馬達(dá)。然后，在電動工具包括可移除的電池組作為電源的情況下，該電池組具有與上述馬達(dá)的輸出相對應(yīng)的電壓和容量。由于該原因，在存在多個不同類型的電動工具的情況下，這意味著還存在具有與各電動工具相對應(yīng)的電壓和容量的多個不同類型的電池組。關(guān)于這多個不同類型的電池組，日本特許公開2002-027675號公報公開了一種電動工具，其中該電動工具用于在滿足與電壓有關(guān)的某些條件下，即使電池組不是本來的對應(yīng)電池組也能夠使用該電池組。

在上述文獻(xiàn)中，在與電動工具相對應(yīng)的本來的電池組的額定輸出電壓為A、并且其它電池組的額定輸出電壓為A以下的情況下，也可以將這些其它電池組安裝至電動工具并進(jìn)行使用。但是，電動工具無法使用額定輸出電壓比本來的電池組高的上位電池組，并且從安全性的觀點而言期望如此。然而，在本來的電池組已耗盡并且周圍僅存在上位電池組且用戶期望使用該上位電池組僅進(jìn)行短時間的工作的情況下，該電動工具無法滿足用戶的要求。當(dāng)然，在電動工具被配置成能夠同樣使用上位電池組的情況下，該電動工具可以滿足用戶的要求。然而，在安裝該上位電池組且長時間使用的情況下，馬達(dá)可能由于溫度上升而容易發(fā)生故障，或者使用者可能由于該工具的溫度上升而感到不舒適或者可能被該工具灼傷手。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電動工具，其中該電動工具可以通過擴(kuò)大可利用的電池組的范圍來提高便利性，并且同時也可以確保安全性。本發(fā)明的電動工具，包括電池組，其作為電源并且能夠裝卸；馬達(dá)，其作為動力源；驅(qū)動單元，其被所述馬達(dá)驅(qū)動；開關(guān)，其作為操作輸入單元；以及控制電路，用于根據(jù)所述開關(guān)的操作，來進(jìn)行所述馬達(dá)的驅(qū)動控制，其中，所述電動工具還包括電源連接單元，其使得能夠選擇性地連接額定輸出電壓不同的多個類型的電池組；以及識別部件，用于識別所連接的電池組的類型，其中，所述控制電路基于所述識別部件所提供的所連接的電池組的類型信息，對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。在該結(jié)構(gòu)中，由于所述控制電路被配置為基于所述識別部件所提供的所連接的電池組的類型信息來對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制，因此電動工具也可以使用額定輸出電壓比本來的匹配電池組高的電池組。此外，該電動工具可以避免由于連接有額定輸出電壓較高的電池組而導(dǎo)致所述馬達(dá)的溫度上升超過容許值的可能性。然后，由于可以使用額定輸出電壓不同的多個類型的電池組，因此該電動工具可以提高便利性，并且同時也可以確保高的安全性和耐久性。優(yōu)選地，在所連接的電池組的類型信息表示低電壓型的情況下，所述控制電路不對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制，以及在所連接的電池組的類型信息表示高電壓型的情況下，所述控制電路對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。
此時，優(yōu)選地，所述電動工具還包括負(fù)荷檢測部件，所述負(fù)荷檢測部件用于檢測所述馬達(dá)的負(fù)荷，其中，在所連接的電池組的類型信息表示高電壓型、并且所述負(fù)荷檢測部件檢測到的負(fù)荷高的情況下，所述控制電路對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。此外，優(yōu)選地，所述控制電路將檢測到高負(fù)荷的情況下所提供的所述馬達(dá)的輸出抑制為與所連接的電池組的類型信息表示低電壓型的情況下所提供的所述馬達(dá)的輸出同等的輸出。優(yōu)選地，在所連接的電池組的類型信息表示高電壓型的情況下，所述控制電路將所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)限制為預(yù)定值以下。優(yōu)選地，所述馬達(dá)是無刷馬達(dá)，以及所述控制電路通過改變所述馬達(dá)驅(qū)動時的疊加通電角和超前角至少之一，來對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。


現(xiàn)在將進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。通過以下的詳細(xì)說明以及附圖將更好地理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，其中圖I是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的電動工具的塊電路圖；圖2是示出馬達(dá)的NT特性和IT特性的說明圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路進(jìn)行輸出限制的一個示例時的NT特性和IT特性的說明圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路進(jìn)行輸出限制的另一示例時的NT特性和IT特性的說明圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路進(jìn)行輸出限制的又一示例時的NT特性和IT特性的說明圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路進(jìn)行輸出限制的又一示例時的NT特性和IT特性的說明圖；圖7A是示出3相無刷馬達(dá)的120°通電的電路圖；圖7B是示出3相無刷馬達(dá)的疊加通電(overlapping conduction)的電路圖；圖8是示出3相無刷馬達(dá)的120°通電和疊加通電的時序圖。圖9是示出與120°通電和疊加通電有關(guān)的NT特性的說明圖；以及圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路進(jìn)行輸出限制的再一示例時的NT特性和IT特性的說明圖。
具體實施例方式以下將基于本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。電動工具包括電動工具主體1，其內(nèi)置有作為驅(qū)動源的馬達(dá)M ;以及可移除的電池組2，其作為電源進(jìn)行工作(參見圖I)。該電動工具還包括控制電路CPU，用于控制馬達(dá)M的工作；驅(qū)動用的開關(guān)元件Ql ;轉(zhuǎn)數(shù)傳感器NS ;以及溫度傳感器TS。溫度傳感器TS配置在開關(guān)元件Ql和馬達(dá)M附近?？刂齐娐稢PU從轉(zhuǎn)數(shù)傳感器NS獲得轉(zhuǎn)數(shù)信息，從溫度傳感器TS獲得溫度信息，并根據(jù)電流感測電阻器Re兩端的電壓檢測馬達(dá)M的負(fù)荷作為負(fù)荷電流值。然后，控制電路(PU被配置為對所安裝的電池組2的類型信息以及帶載時的電池電壓進(jìn)行檢測。關(guān)于電池組2，存在如下的多個類型的電池組，其中各個電池組內(nèi)置有串聯(lián)連接的多個電池C并且可以連接至電動工具主體I的相同的連接端子，并向電動工具主體I供給電源。然后，各電池組2具有不同數(shù)量的電池C，并且包括阻抗值與電池C的數(shù)量(串聯(lián)連接數(shù)量)相對應(yīng)的電阻器R2。在電池組2安裝至電動工具主體I的情況下，電動工具主體I內(nèi)的控制電路CPU被配置為根據(jù)由電阻器Rl和上述電阻器R2所提供的分壓阻抗來識別所安裝的具有不同數(shù)量的電池C的電池組2的類型。關(guān)于根據(jù)電池組2的電壓值的差異所進(jìn)行的類型識別，可以將與電池組2的各類型相對應(yīng)的識別碼寫入電池組2側(cè)所配置的非易失性存儲器中。然后，在電池組2安裝至電動工具主體I的情況下，還用作用于識別電池電壓類型的識別部件的控制電路CPU可以通過讀出上述識別碼來進(jìn)行識別。 如上所述，關(guān)于電池組2，存在各自具有不同數(shù)量的電池C的多個類型的電池組。然后，在任一電池組2連接至電動工具主體I的情況下，控制電路CPU根據(jù)觸發(fā)開關(guān)SW的操作來通過驅(qū)動開關(guān)元件Ql而使馬達(dá)M轉(zhuǎn)動，由此使用者可以使用電動工具進(jìn)行工作。然后，在將具有根據(jù)馬達(dá)M的特性進(jìn)行設(shè)置的額定輸出電壓的電池組2或者具有比該電池組2低的額定輸出電壓的電池組2安裝至電動工具主體I的情況下，控制電路CPU利用正?？刂苼眚?qū)動馬達(dá)M。然而，在將額定輸出電壓比上述根據(jù)馬達(dá)M的特性進(jìn)行設(shè)置的額定輸出電壓高的電池組2安裝至電動工具主體I的情況下，控制電路CPU根據(jù)上述識別信息檢測到該情況，然后基于PWM控制進(jìn)行馬達(dá)M的輸出限制。圖2示出馬達(dá)M的轉(zhuǎn)數(shù)-轉(zhuǎn)矩(NT)特性和電流-轉(zhuǎn)矩(IT)特性。在該圖中，HNT表示以高電壓進(jìn)行驅(qū)動時所獲得的NT特性，并且HIT表示以高電壓進(jìn)行驅(qū)動時所獲得的IT特性。然后，LNT表示以低電壓進(jìn)行驅(qū)動時所獲得的NT特性，并且LIT表示以低電壓進(jìn)行驅(qū)動時所獲得的IT特性。以高電壓進(jìn)行驅(qū)動時所獲得的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩大于以低電壓進(jìn)行驅(qū)動時所獲得的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩，但該結(jié)果不僅使輸出增大還使放熱增大。因此，在通常情況下，需要將馬達(dá)M和驅(qū)動部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計成能夠承受高電壓。然而，這可能造成電動工具主體I的大型化。因此，在本實施例的電動工具中，在安裝有高電壓型的電池組2的情況下，通過PWM控制對輸入電壓的平均值進(jìn)行控制，從而與安裝有本來的電壓型的電池組2時所設(shè)置的輸入電壓相同。具體地，控制電路CPU獲得電池組2的識別信息并測量馬達(dá)電流和電池電壓。然后，在低電壓型的電池組2 ( S卩，規(guī)定的電池組2和額定輸出電壓比規(guī)定的電池組2低的電池組2)安裝至電動工具主體I的情況下，控制電路CPU不特別進(jìn)行限制。然后，在高電壓型的電池組2 ( S卩，額定輸出電壓比規(guī)定的電池組2高的電池組2)安裝至電動工具主體I的情況下，控制電路CPU進(jìn)行PWM控制，以使得輸出接近安裝有低電壓型的電池組2時所獲得的最大輸出。由此，如圖3所示，NT特性和IT特性被分別限制為圖2所示的LNT和LIT。然后，將表示電壓和電流之間的關(guān)系的表預(yù)先存儲在控制電路CPU中。然后，基于該表，控制電路CPU判斷當(dāng)前狀況在NT特性和IT特性的哪個位置，然后控制電路CPU通過PWM控制對與電壓相對應(yīng)的電流進(jìn)行控制，由此可以施加如上所述的限制。可選地，可以將表示轉(zhuǎn)數(shù)和電流之間的關(guān)系的表預(yù)先存儲在控制電路CPU中。然后，基于該表，控制電路CPU可以判斷當(dāng)前狀況在NT特性和IT特性的哪個位置，然后控制電路CPU可以通過PWM控制對與轉(zhuǎn)數(shù)相對應(yīng)的電流進(jìn)行控制，由此可以施加如上所述的限制。可選地，控制電路CPU可以參考溫度信息，以使得僅在溫度超過預(yù)定值時才進(jìn)行上述限制。另外，控制電路CPU可被配置為基于所檢測到的馬達(dá)電流來進(jìn)行PWM控制，以使得當(dāng)前放熱等于安裝有低電壓型的電池組2時的放熱，或者控制電路CPU可被配置為基于所檢測到的馬達(dá)電流來進(jìn)行PWM控制，以使得當(dāng)前輸出轉(zhuǎn)矩等于安裝有低電壓型的電池組2時的輸出轉(zhuǎn)矩。在放熱的抑制較為重要的情況下，優(yōu)選為前者。在降低轉(zhuǎn)矩并抑制驅(qū)動部分的應(yīng)力較為重要的情況下，優(yōu)選為后者。圖4示出如下情況控制電路CPU為了抑制因高負(fù)荷所引起的放熱而對輸出進(jìn)行了限制(對負(fù)荷電流的上限值進(jìn)行了限制)。圖5示出如下情況控制電路CPU為了抑制
轉(zhuǎn)矩而對輸出進(jìn)行了限制(對轉(zhuǎn)矩的上限值進(jìn)行了限制)。此外，在高電壓型的電池組2安裝至電動工具主體I并向馬達(dá)M施加高電壓的情況下，控制電路CPU可被配置為對轉(zhuǎn)數(shù)的上限值進(jìn)行限制，從而降低因高轉(zhuǎn)動所引起的轉(zhuǎn)動軸的噪聲和高熱。關(guān)于轉(zhuǎn)數(shù)的限制，將表示電壓和電流之間的關(guān)系的表預(yù)先存儲在控制電路CPU中，然后基于該表，控制電路CPU判斷當(dāng)前狀況在NT特性和IT特性的哪個位置，并且控制電路CPU通過PWM控制對與電壓相對應(yīng)的電流進(jìn)行控制，由此進(jìn)行上述限制?？蛇x地，將表示轉(zhuǎn)數(shù)和電流之間的關(guān)系的表預(yù)先存儲在控制電路CPU中，然后基于該表，控制電路CPU判斷當(dāng)前狀況在NT特性和IT特性的哪個位置，并且控制電路CPU通過PWM控制對與轉(zhuǎn)數(shù)相對應(yīng)的電流進(jìn)行控制，由此進(jìn)行上述限制。另外，控制電路CPU可以僅測量轉(zhuǎn)數(shù)，然后可被配置為通過PWM控制對該轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行限制，以使得該轉(zhuǎn)數(shù)不會超過預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)。圖6示出最大轉(zhuǎn)數(shù)已降低的情況。在馬達(dá)M不是有刷馬達(dá)而是無刷馬達(dá)的情況下，控制電路CPU可被配置為通過以下控制來進(jìn)行輸出限制。S卩，關(guān)于3相無刷馬達(dá)的驅(qū)動，存在120°通電、疊加通電或正弦波驅(qū)動等。如圖7A和8所示，120°通電表示如下情況上段FET和下段FET各自的其中一個處于接通(ON)，并且在UVW相的其中I相內(nèi)沒有電流流動。然后，如圖7B和8所示，疊加通電表示疊加時間段(在該時間段內(nèi)電流在所有的UVW相內(nèi)流動)設(shè)置于換向的前后的情況，并且疊加通電的通電時間段比120°通電的通電時間段長。與120°通電相比，疊加通電更接近馬達(dá)的感應(yīng)電壓波形并且該馬達(dá)的輸出和效率提高得更多。然后，與疊加通電相比，正弦波驅(qū)動更接近馬達(dá)的感應(yīng)電壓波形并且該馬達(dá)的輸出和效率提高得更多。然后，圖9示出120°通電(圖中的虛線LI)和疊加通電(圖中的實線L2)之間的NT特性的差異，并且在停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩附近，與疊加通電相比，切換至120°通電得到更高的輸出。此外，通過超前角控制來改變馬達(dá)M的輸出和效率。然后，與不存在超前角或超前角較小的情況相比，在超前角較大的情況下，馬達(dá)M的輸出提高得更多。此外，通過該超前角控制，疊加通電具有與120°通電更大的效果。然后，通過該超前角控制，正弦波驅(qū)動具有與疊加通電更大的效果。然后，例如，根據(jù)日本特許公開2003-200363號公報已知該超前角控制本身，因此這里將不進(jìn)行說明。由于該原因，在安裝有高電壓型的電池組2的情況下，本實施例的控制電路CPU可以通過基于電池組2的類型切換上述驅(qū)動方法、通電角或超前角量，來對馬達(dá)M的輸出進(jìn)行限制。例如，在安裝有低電壓型的電池組2的情況下，控制電路CPU被配置為切換至疊加量(通電角)較大的疊加通電，并使超前角量增加得更多，從而獲得馬達(dá)M的較大輸出。另一方面，在安裝有高電壓型的電池組2的情況下，控制電路CPU被配置為切換至120°通電或疊加量較小的疊加通電，并改變?yōu)椴淮嬖诔敖腔虺敖禽^小的狀態(tài)，從而獲得馬達(dá)M的較小輸出。通過這種控制，控制電路CPU可以使安裝有高電壓型的電池組2時所獲得的輸出接近安裝有低電壓型的電池組2時所獲得的輸出。在向馬達(dá)M供給低負(fù)荷的情況下，無需進(jìn)行限制。因此，此時，控制電路CPU可被配置成不通過疊加通電角控制或超前角控制進(jìn)行限制。另一方面，控制電路CPU可被配置成僅在向馬達(dá)M施加高負(fù)荷的情況下，才通過疊加通電角控制或超前角控制來進(jìn)行限制。 然后，例如，將表示電壓和電流之間的關(guān)系的表預(yù)先存儲在控制電路CPU中?；谠摫恚刂齐娐稢PU判斷當(dāng)前狀況在NT特性和IT特性的哪個位置，然后通過疊加通電角控制或超前角控制來施加限制，從而對與電壓相對應(yīng)的電流進(jìn)行限制?？蛇x地，將表示轉(zhuǎn)數(shù)和電流之間的關(guān)系的表預(yù)先存儲在控制電路CPU中，然后基于該表，控制電路CPU判斷當(dāng)前狀況在NT特性和IT特性的哪個位置，并且通過疊加通電角控制或超前角控制來施加限制，從而對與轉(zhuǎn)數(shù)相對應(yīng)的電流進(jìn)行限制?？刂齐娐稢PU可被配置成僅在溫度傳感器TS所檢測到的溫度超過預(yù)定值的情況下進(jìn)行限制。圖10示出如下情況在安裝有高電壓型的電池組2的情況下，控制電路CPU通過疊加通電角控制或超前角控制對輸出進(jìn)行限制，從而抑制因高負(fù)荷所引起的放熱，然后在負(fù)荷增加得更大的情況下，控制電路CPU使該輸出停止。優(yōu)選地，在安裝有高電壓型的電池組2并且供給有高負(fù)荷的情況下，進(jìn)行通過疊加通電角控制或超前角控制的輸出限制，從而使輸出等于使用低電壓型的電池組2時所獲得的轉(zhuǎn)矩或電流的水平。還可以通過疊加通電角控制或超前角控制來進(jìn)行圖4、5和6所示的針對負(fù)荷電流的限制、針對轉(zhuǎn)矩的上限值的限制和針對最大轉(zhuǎn)數(shù)的限制。當(dāng)然，可以僅在溫度升高的情況下才進(jìn)行這些限制。無論如何，即使使用高電壓型的電池組2，本實施例的電動工具也可以避免安全性和耐久性的下降，并且還可以避免電動工具主體I的大型化和重量增加。順便提及，在內(nèi)置于電池組2中的電池C例如是對過放電敏感的鎳氫電池或鋰離子電池等的情況下，電動工具主體I通常被配置為檢測放電時的電池組2的輸出電壓，并在該輸出電壓下降為閾值的情況下使馬達(dá)M停止，從而防止過放電。這里，在本電動工具中，將針對所有電池組2的閾值作為表進(jìn)行存儲，以使得可以使用額定輸出電壓不同的多個類型的電池組。然后，控制電路CPU被配置為基于所安裝的電池組2的類型信息來從該表讀出與該電池組2相對應(yīng)的閾值，并基于該閾值進(jìn)行上述的過放電防止控制。例如，在電池組2配置有三個鋰離子電池且額定輸出電壓為10. 8V的情況下，將用于使放電停止的閾值設(shè)置為7. 5V=2. 5V*3。在電池組2配置有兩個鋰離子電池且額定輸出電壓為7. 2V的情況下，將用于使放電停止的閾值設(shè)置為5. 0V=2. 5V*2。
這樣，電動工具通過使用與電池組2的類型相對應(yīng)的閾值來進(jìn)行放電停止控制。因此，即使在安裝有具有任意額定輸出電壓的電池組2的情況下，使用者也可以使用電池組2的全部容量來進(jìn)行工作。盡管已經(jīng)參考特定優(yōu)選實施例說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在沒有背離本發(fā)明的真實精神和范圍、即權(quán)利要求書的情況下進(jìn)行多種修改和變形。·
權(quán)利要求
1.一種電動工具，包括 電池組，其作為電源并且能夠裝卸； 馬達(dá)，其作為動力源； 驅(qū)動單元，其被所述馬達(dá)驅(qū)動； 開關(guān)，其作為操作輸入單元；以及 控制電路，用于根據(jù)所述開關(guān)的操作，來進(jìn)行所述馬達(dá)的驅(qū)動控制， 其中，所述電動工具還包括 電源連接單元，其使得能夠選擇性地連接額定輸出電壓不同的多個類型的電池組；以 及 識別部件，用于識別所連接的電池組的類型， 其中，所述控制電路基于所述識別部件所提供的所連接的電池組的類型信息，對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動工具，其中， 在所連接的電池組的類型信息表示低電壓型的情況下，所述控制電路不對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制，以及 在所連接的電池組的類型信息表示高電壓型的情況下，所述控制電路對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電動工具，其中，還包括負(fù)荷檢測部件，所述負(fù)荷檢測部件用于檢測所述馬達(dá)的負(fù)荷， 其中，在所連接的電池組的類型信息表示高電壓型、并且所述負(fù)荷檢測部件檢測到的負(fù)荷高的情況下，所述控制電路對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動工具，其中， 所述控制電路將檢測到高負(fù)荷的情況下所提供的所述馬達(dá)的輸出抑制為與所連接的電池組的類型信息表示低電壓型的情況下所提供的所述馬達(dá)的輸出同等的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動工具，其中， 在所連接的電池組的類型信息表示高電壓型的情況下，所述控制電路將所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)限制為預(yù)定值以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的電動工具，其中， 所述馬達(dá)是無刷馬達(dá)，以及 所述控制電路通過改變所述馬達(dá)驅(qū)動時的疊加通電角和超前角至少之一，來對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。
全文摘要
一種電動工具配置有作為電源的能夠移除的電池組(2)；作為動力源的馬達(dá)(M)；驅(qū)動單元，其被所述馬達(dá)驅(qū)動；作為操作輸入單元的開關(guān)(SW)；以及控制電路CPU，用于根據(jù)所述開關(guān)的操作，來進(jìn)行所述馬達(dá)的驅(qū)動控制。所述電動工具還具有電源連接單元，用于選擇性地連接額定輸出電壓不同的多個類型的電池組；以及識別部件，用于識別所連接的電池組的類型。所述控制電路被配置成基于所述識別部件所提供的所連接的電池組的類型信息，對所述馬達(dá)的輸出進(jìn)行限制。
文檔編號B25F5/00GK102802878SQ20118001329
公開日2012年11月28日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者宮崎博, 清水秀規(guī), 河合啟, 岡田昌彰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社