JP5268886B2 - 遮断遅延装置を備えたハンドヘルド型電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの電気駆動機構と機能に電気エネルギを必要とする少なくとも１つの電気装置と当該の電気駆動機構および／または当該の電気装置に対する遮断遅延装置と当該の電気駆動機構および当該の電気装置への給電のための少なくとも１つの再充電可能バッテリとが設けられているハンドヘルド型電動工具に関する。

従来技術
このようなハンドヘルド型電動工具は公知である。ここでは、例えば相応のキースイッチ（Tasterdruecker）の押圧解除によりハンドヘルド型電動工具が遮断されると、再充電可能バッテリはハンドヘルド型電動工具の全ての電気負荷から完全に切り離される。これはハンドヘルド型電動工具の電気駆動機構においてたいてい時間遅延なしに行われる。なぜなら電気駆動機構によって駆動される工具の事後動作ないし延長動作は望ましくないからである。しかし他の電気装置では遮断遅延は有意である。ここでの電気装置とは例えば付加的な測定装置、検査装置または制御電子回路そのもののことである。高い電流消費量を有する電気部品が通常は遅延なしに遮断されるのに対して、ほとんど電流を消費しない制御電子回路などの電気装置は遅延の後に遮断されるほうが有利である。制御電子回路は完全に動作準備が完了するまでに少々時間がかかるため、当該の制御電子回路が遮断された状態からハンドヘルド型電動工具を再スイッチオンするとユーザによる切換の要求から応働までにいくらかの無駄時間が生じる。これはユーザフレンドリでないうえ、特に手動操作される工具では誤作動を起こすおそれがある。なぜなら電気駆動機構の起動にユーザの予測よりも長い時間がかかるからである。このような遅延時間内での再使用時に制御電子回路の遮断遅延を行うことにより、無駄時間の発生を回避できる。ただし、動作にほとんど電気エネルギを必要としない電気装置であっても、バッテリ駆動されるハンドヘルド型電動工具ではバッテリの放電は生じる。バッテリが消耗放電領域に達すると当該のバッテリは損傷してしまう。

本発明の基礎とする課題
本発明の基礎とする課題は、少なくとも１つの電気装置の遮断を遅延させたときにも再充電可能バッテリの消耗放電が起こらないようにすることである。

課題を解決するための手段
この課題は、検出された再充電可能バッテリの充電レベルに基づいて遮断遅延装置の遅延時間を設定する消耗放電保護装置が設けられていることにより解決される。

こうした消耗放電保護装置によれば、再充電可能バッテリによる電気エネルギの取り出し時間が再充電可能バッテリの充電レベルそのものによって制限される。したがって再充電可能バッテリから電気装置へのさらなる放電は当該の再充電可能バッテリの充電レベルに基づいて所定の範囲においてのみ行われる。

有利な実施形態
本発明の１つの実施形態によれば、遮断遅延装置が消耗放電保護装置を有する。このようにすれば必要な要素の数を低減することができる。

特に、消耗放電保護装置は、充電レベルが小さいとき、遮断遅延装置の遅延時間を短く設定する。充電レベルが小さくなるにつれてバッテリから取り出し可能なエネルギを小さく定め、バッテリにとって障害的な消耗放電領域に達するおそれを小さくしているのである。

また、遮断遅延装置は、充電レベルが所定の充電限界値を下回るとき、遮断遅延を行わない。つまり、充電レベルが所定の充電限界値を下回って低下すると、電気装置は時間遅延なしに遮断される。この手段により、バッテリのさらなる放電が阻止されるのである。

さらに、本発明は、少なくとも１つの電気駆動機構と、機能に電気エネルギを必要とする少なくとも１つの電気装置と、当該の電気駆動機構および／または当該の電気装置に対する遮断遅延装置と、当該の電気駆動機構および当該の電気装置への給電のための少なくとも１つの再充電可能バッテリとが設けられているハンドヘルド型電動工具の駆動方法に関する。本発明によれば、消耗放電保護装置により、再充電可能バッテリの充電レベルが検出され、検出された充電レベルに基づいて遮断遅延装置の遅延時間が設定され、電気装置が遮断遅延装置により当該の遅延時間だけ遅延されて遮断される。こうした駆動方法により、再充電可能バッテリによる電気エネルギの取り出し時間が再充電可能バッテリの充電レベルそのものによって制限される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、消耗放電保護装置は、充電レベルが小さいとき、遮断遅延装置の遅延時間を短く設定する。短い遅延時間によって電気装置がバッテリから電気エネルギを取り出す時間が短くなり、バッテリの放電量が低減される。

また、遮断遅延装置は、充電レベルが所定の充電限界値を下回るとき、電気装置を時間遅延なしに遮断する。この場合、消耗放電保護装置が遅延時間を０ｓに設定してもよいし、また、遮断遅延装置が遅延なしで遮断を行ってもよい。

特に有利には、遅延時間は設定された値だけ採用される。遅延時間の値は例えば設定された時間の整数倍とすることができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、消耗放電保護装置により、充電レベルが充電限界値に達するまで遅延時間が連続的に変化するように設定される。遅延時間の設定値を連続的に変化させることにより、遮断遅延装置は遮断遅延を連続的に充電レベルへ適合させることができる。

これに代えて、消耗放電保護装置により、充電レベルとともに遅延時間が段階的に変化するように設定してもよい。

本発明の別の有利な実施形態によれば、消耗放電保護装置により、再充電可能バッテリのバッテリ電圧を求めることにより充電レベルが求められる。バッテリ電圧はバッテリの全放電または部分放電に際して充電レベルにつれて変化する。バッテリ電圧により当該の負荷領域においてバッテリの充電レベルが一義的に推論される。バッテリがリチウムイオンセルをベースとしている場合、バッテリ電圧は充電レベルの低下にともなって急峻に低下する。このタイプのバッテリが放電し続けると、電気装置による電流消費量が小さくても、バッテリ電圧の急激な低下を監視しなければならない。

本発明の別の有利な実施形態によれば、所定の電気負荷のもとで相応の電流とともにバッテリ電圧が測定される。バッテリ電圧が駆動中に連続的にまたは所定のインターバルで求められる場合、電気駆動機構などの電気負荷により当該のバッテリ電圧に負荷がかかる。バッテリの充電レベルの推論を行うために、バッテリ電圧を相応の電流とともに測定しなければならない。当該の測定からバッテリの特性曲線が既知となれば、バッテリの無負荷電圧ないし充電レベルを推論することができる。

これに代えてまたはこれに加えて、バッテリ電圧をほぼ無電流状態で測定することもできる。例えば電気駆動機構および高い電流消費量を有する全ての要素の遮断後にバッテリ電圧が測定される場合、バッテリの無負荷電圧について擬似的に無電流での測定が行われる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、消耗放電保護装置により、充電レベルが電気駆動機構スイッチオン閾値を上回った場合にのみ電気駆動機構のスイッチオンが許可される。このために電気駆動機構スイッチオン閾値は、バッテリの充電レベルがハンドヘルド型電動工具の駆動をその適用状態に相応する所定の時間にわたって保証できる大きさに選定される。

さらに、消耗放電保護装置により、充電レベルが電気装置スイッチオン閾値を上回った場合にのみ電気装置のスイッチオンが許可される。この手段により、電気装置の再スイッチオンによるバッテリのさらなる放電が阻止される。電気装置の電気負荷は電気駆動機構の電気負荷よりも小さいため、電気装置スイッチオン閾値は電気駆動機構スイッチオン閾値よりも格段に小さい。

図面の簡単な説明
以下に本発明を図示の実施例に則して詳細に説明する。

図１には遮断遅延装置を備えたハンドヘルド型電動工具の概略図が示されている。図２には遅延時間とバッテリ電圧との関係を表すグラフが示されている。

図１には、再充電可能バッテリによって駆動されるハンドヘルド型電動工具１の基本構造が示されている。図１には当該の電動工具１のオンオフにとって重要な部品のみが示されている。操作部２は遮断遅延装置３に接続されており、この遮断遅延装置３は切換装置４，５を介して電動工具１の電気駆動機構６および電気装置７に作用する。切換装置４は電気駆動機構６に配属されており、切換装置５は電気装置７に配属されている。さらに、電動工具１はこの実施例では遮断遅延装置３の一部である消耗放電保護装置８を有している。電動工具１の部品、特に電気駆動機構６および電気装置７は再充電可能バッテリ９から給電される。ただし相応の給電線路は図示されていない。電気装置７は例えば電動工具１の制御電子回路１０である。操作部２は例えばキースイッチ１１の押しボタンとして構成されている。切換装置４，５は遮断遅延装置３の一部とすることもできる。これに代えて、切換装置４，５のうち一方が直接に操作部２に接続されていてもよい。電気駆動機構６に配属されている切換装置４では、電気駆動機構ひいては電動工具ができるだけ遅延なく停止されることを保証すべきケースが多い。

遮断遅延装置３を備えた電動工具１では、次のような機能が行われる。すなわち、ユーザが電動工具１の遮断のために操作部２を操作すると、操作部２から遮断遅延装置３に対して電動工具１を遮断する遮断時点ｔ_０が設定される。図示されていない計算装置により、再充電可能バッテリ９の充電レベルが求められ、相応の信号が消耗放電保護装置８へ供給される。消耗放電保護装置８は、再充電可能バッテリ９の充電レベルに基づいて、電気装置７の遮断遅延のための遅延時間Δｔを設定する。この実施例では電気駆動機構６の遮断に対して遅延時間Δｔは設定されず、遮断遅延装置３は電気駆動機構６を時点ｔ_０で遮断する。ここでの遮断とは再充電可能バッテリ９から電気負荷（ここでは電気駆動機構６）を完全に切り離すことを意味する。電気装置７の遮断に際して、遮断遅延装置３は消耗放電保護装置８によって設定された遅延時間Δｔを考慮し、電気装置７を時点ｔ_０＋Δｔで遮断する。つまり、操作部２の操作後、電気駆動機構６は遅延なしに遮断され、電気装置７は遅延時間Δｔだけ遅延されて遮断される。再充電可能バッテリ９の充電レベルの検出は、この実施例ではバッテリ電圧Uを求めることにより行われ、当該のバッテリ電圧は同時に消耗放電保護装置８の入力値としても用いられる。

図２のグラフには、縦軸に遅延時間Δｔ、横軸に相対バッテリ電圧Ｕ／Ｕ_ｍａｘが示されている。Ｕ_ｍａｘの値１００％は完全に充電されたバッテリ９の最大バッテリ電圧に相応する。バッテリ電圧Ｕはバッテリ９の充電レベルの尺度である。消耗放電保護装置８により種々の適用分野に対してバッテリ電圧Ｕと遅延時間Δｔのあいだの複数の関係が定められ、これらが図２のグラフとして示されている。当該のグラフには、消耗放電保護装置８によって設定された遅延時間Δｔとバッテリ電圧Ｕとの複数の定性的な関係が特性曲線１２〜１６として示されている。それぞれの電圧閾値Ｕ_ｓは遅延時間Δｔがゼロへ低下したときの充電限界値に相応し、例えば最大値Ｕ_ｍａｘの約１５％〜約５０％の領域に示されている。電圧閾値Ｕ_ｓは図２のグラフではいずれも低めに選択されており、特性曲線の形状は電圧閾値Ｕ_ｓの上方に見て取れる。現時点で使用されている電圧閾値Ｕ_ｓは図２のグラフに示されているよりも高い値である。特性曲線１２〜１６と最大値Ｕ_ｍａｘの直線との交点Δｔ_ｍの大きさはそれぞれの特性曲線１２〜１６の最大遅延時間である。各電圧閾値Ｕ_ｓよりも小さいバッテリ電圧の値に対しては、特性曲線１２〜１６は一定の遅延時間Δｔ＝０を有する。バッテリ電圧Ｕが相応の電圧閾値Ｕ_ｓを下回るときには、全ての特性曲線において、電気装置７が遅延なしに遮断される。したがって、以下では、各特性曲線１２〜１６のうち各電圧閾値Ｕ_ｓを上回る領域についてのみ考察する。

階段状の特性曲線１２はバッテリ電圧Ｕの変化につれて遅延時間Δｔの跳躍的な変化を示しており、個々の電圧領域は固定に設定された遅延時間値に対応する。特性曲線１３は相対バッテリ電圧Ｕ／Ｕ_ｍａｘの全体にわたって遅延時間Δｔが連続的に変化する様子を示している。特性曲線１４は、最大値Ｕ_ｍａｘの１００％〜６５％の領域において最大遅延時間Δｔ_ｍに相応する一定の遅延時間Δｔを取り、最大値Ｕ_ｍａｘの６５％〜２０％の領域においてバッテリ電圧Ｕにともなって線形にΔｔ＝０まで低下し、この値が閾値Ｕ_ｓのポイントとなる。特性曲線１５は破線で示されており、１００％〜５０％の領域において一定の遅延時間Δｔを取り、５０％のところでΔｔ＝０まで急激に低下している。特性曲線１６は、１００％〜６５％の領域において最大遅延時間Δｔ_ｍに相応する一定の遅延時間Δｔを取っており、６５％〜４０％の領域においてバッテリ電圧Ｕにともなって線形に低下し、４０％のところでΔｔ＝０まで急激に低下している。

遮断遅延装置に対する遅延時間Δｔの設定に加えて、消耗放電保護装置８は、電動工具１の個々の部品、例えば電気駆動機構６および電気装置７の再スイッチオンに対するスイッチオン閾値を設定することができる。ここで、前述した充電閾値すなわち充電限界値、スイッチオン閾値またはこれらに相応する電圧閾値は必ずしも固定でなくてよく、少なくとも１つの限界条件、例えばバッテリの直接周囲で測定された温度に基づいて、調整可能である。

ハンドヘルド型電動工具の概略図である。 遅延時間とバッテリ電圧との関係を表すグラフである。

Claims (11)

1. 少なくとも１つの電気駆動機構（６）と、
   動作するために電気エネルギを必要とする少なくとも１つの電気装置（７）と、
   前記電気駆動機構（６）および／または前記電気装置（７）に対する遮断遅延装置（３）と、
   前記電気駆動機構（６）および前記電気装置（７）への給電のための少なくとも１つの再充電可能バッテリ（９）と、
   検出された再充電可能バッテリ（９）の充電レベルに基づいて遮断遅延装置（３）の遅延時間（Δｔ）を設定する消耗放電保護装置（８）と、
   を有し、
   前記遮断遅延装置（３）は、前記再充電可能バッテリ（９）の充電レベルが所定の充電限界値を下回るとき、遮断遅延を行わない、
   ことを特徴とするハンドヘルド型電動工具。
2. 前記遮断遅延装置（３）が前記消耗放電保護装置（８）を有する、請求項１記載のハンドヘルド型電動工具。
3. 前記消耗放電保護装置（８）は、前記再充電可能バッテリ（９）の充電レベルが小さいとき、前記遮断遅延装置（３）の遅延時間（Δｔ）を短く設定する、請求項１または２記載のハンドヘルド型電動工具。
4. 少なくとも１つの電気駆動機構（６）と、
   動作するために電気エネルギを必要とする少なくとも１つの電気装置（７）と、
   前記電気駆動機構（６）および／または前記電気装置（７）に対する遮断遅延装置（３）と、
   前記電気駆動機構（６）および前記電気装置（７）への給電のための少なくとも１つの再充電可能バッテリ（９）と、
   が設けられているハンドヘルド型電動工具の駆動方法において、
   消耗放電保護装置（８）により、ハンドヘルド型電動工具（１）の再充電可能バッテリ（９）の充電レベルを検出し、検出された充電レベルに基づいて遅延時間（Δｔ）を設定し、
   前記遮断遅延装置（３）により電気装置を前記遅延時間だけ遅延して遮断し、
   前記遮断遅延装置（３）により、前記再充電可能バッテリ（９）の充電レベルが所定の充電限界値を下回るとき、遮断遅延を行わずに前記電気装置（７）を遮断する、
   ことを特徴とするハンドヘルド型電動工具の駆動方法。
5. 前記消耗放電保護装置（８）により、前記再充電可能バッテリ（９）の充電レベルが小さいとき、前記遮断遅延装置（３）の遅延時間（Δｔ）を短く設定する、請求項４記載の方法。
6. 前記遅延時間（Δｔ）は設定された値だけを使用する、請求項４または５記載の方法。
7. 前記消耗放電保護装置（８）により、前記再充電可能バッテリ（９）の充電レベルとともに前記遅延時間（Δｔ）が前記充電限界値に達するまで連続的に変化するように設定する、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記消耗放電保護装置（８）により、前記再充電可能バッテリ（９）の充電レベルとともに前記遅延時間（Δｔ）が段階的に変化するように設定する、請求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記消耗放電保護装置（８）により、前記再充電可能バッテリのバッテリ電圧を求めることにより前記再充電可能バッテリ（９）の充電レベルを求める、請求項４から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 所定の電気負荷のもとで相応の電流とともに前記バッテリ電圧を測定する、請求項９記載の方法。
11. 前記バッテリ電圧をほぼ無電流の状態で測定する、請求項９記載の方法。

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