ホーム > 特許ランキング > 工機ホールディングス株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-25
(45)【発行日】2024-12-03
(54)【発明の名称】電気機器
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20241126BHJP
H02J 7/14 20060101ALI20241126BHJP
H01M 10/44 20060101ALI20241126BHJP
H01M 10/46 20060101ALI20241126BHJP
H01M 10/6235 20140101ALI20241126BHJP
B25F 5/00 20060101ALI20241126BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 302A
H02J7/00 302C
H02J7/14 T
H01M10/44 P
H01M10/46
H01M10/6235
B25F5/00 H
B25F5/00 C
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2023510241
(86)(22)【出願日】2021-12-17
(86)【国際出願番号】 JP2021046846
(87)【国際公開番号】W WO2022209050
(87)【国際公開日】2022-10-06
【審査請求日】2023-06-29
(31)【優先権主張番号】P 2021061186
(32)【優先日】2021-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000005094
【氏名又は名称】工機ホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001689
【氏名又は名称】青稜弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】谷本 英之
(72)【発明者】
【氏名】高野 信宏
(72)【発明者】
【氏名】武久 真之
【審査官】三橋 竜太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１９１８３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７３６６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０１７９５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０３１２７２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２
Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６
Ｈ０２Ｊ ７／１４－７／３２
Ｈ０１Ｍ １０／４２－１０／４８
Ｈ０１Ｍ １０／５２－１０／６６７
Ｂ２５Ｆ １／００－５／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１電池パックと、前記第１電池パックと種類が異なる第２電池パックと、を択一的に接続可能な電気機器であって、電池パックから前記電気機器に供給される電圧を切り替える電圧切替部を有し、
前記電圧切替部は、前記電気機器に前記第１電池パック又は前記第２電池パックのいずれかが接続されたかに応じて前記電気機器に供給される電圧を切り替えるよう構成される、
ことを特徴とする電気機器。
【請求項2】
請求項１に記載の電気機器であって、前記第１電池パックは高電圧又は低電圧を選択的に出力可能であり、
前記電圧切替部は、前記第１電池パックが前記電気機器に接続された場合に、前記第１電池パックから前記電気機器に供給される電圧を前記高電圧に切り替えるよう構成されたことを特徴とする電気機器。
【請求項3】
請求項２に記載の電気機器であって、前記第２電池パックは前記低電圧のみを出力可能であり、
前記電圧切替部は、前記第２電池パックが前記電気機器に接続された場合に、前記第２電池パックから前記電気機器に供給される電圧を前記低電圧に維持するよう構成されたことを特徴とする電気機器。
【請求項4】
請求項３に記載の電気機器であって、前記電圧切替部は、前記第１電池パックに含まれる複数のセルが前記電圧切替部を介して互いに接続されるとともに、前記第２電池パックに含まれる複数のセルが前記電圧切替部を介して互いに接続されないよう構成されたことを特徴とする電気機器。
【請求項5】
請求項４に記載の電気機器であって、前記電圧切替部は、前記第１電池パックに含まれる複数のセルを互いに接続できるよう構成された第１スイッチ部を有し、
前記第１スイッチ部は、前記第１電池パックが前記電気機器に接続された場合にオンにされ、前記第２電池パックが前記電気機器に接続された場合にオフにされることを特徴とする電気機器。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか一項に記載の電気機器であって、前記電気機器は、複数のコイルを備えたモータを有し、
前記電気機器は、前記第１電池パックが前記電気機器に接続された場合は、前記複数のコイルを互いに第１の接続形態で接続し、前記第２電池パックが前記電気機器に接続された場合は、前記複数のコイルを互いに前記第１の接続形態とは異なる第２の接続形態で接続することを特徴とする電気機器。
【請求項7】
請求項６に記載の電気機器であって、前記第１の接続形態は高電圧駆動に適すると共に、前記第２の接続形態は低電圧駆動に適するよう構成されることを特徴とする電気機器。
【請求項8】
請求項６又は７に記載の電気機器であって、前記モータに同じ電圧をかけた場合、前記第１の接続形態と前記第２の接続形態を比較すると、前記第２の接続形態の方が大電流が流れやすいよう構成されることを特徴とする電気機器。
【請求項9】
請求項１から８のいずれか一項に記載の電気機器であって、前記第１電池パックは、第１及び第２セルユニットと、前記第１セルユニットの正極に接続される第１正極端子と、前記第１セルユニットの負極に接続される第１負極端子と、前記第２セルユニットの正極に接続される第２正極端子と、前記第２セルユニットの負極に接続される第２負極端子と、を有し、
前記第２電池パックは、少なくとも一つのセルユニットに含まれる第３セルユニットと、前記第３セルユニットの正極に接続される第３正極端子と、前記第３セルユニットの負極に接続される第３負極端子と、を有し、
前記電気機器は、前記第１及び第３正極端子に接続可能な正極入力端子と、前記第２及び第３負極端子に接続可能な負極入力端子と、前記第１負極端子に接続可能な第１接続端子と、前記第２正極端子に接続可能な第２接続端子と、前記第１及び第２接続端子を互いに接続する接続部と、前記正極入力端子及び負極入力端子に接続される負荷部と、を有し、
前記第１電池パックが前記電気機器に接続された場合は、前記第１正極端子が前記正極入力端子に接続され、前記第２負極端子が前記負極入力端子に接続され、前記第１負極端子が前記第１接続端子に接続され、前記第２正極端子が前記第２接続端子に接続され、前記接続部を介して前記第１及び第２セルユニットが互いに直列に接続された状態で前記負荷部に前記第１電池パックから電力が供給され、
前記第２電池パックが前記電気機器に接続された場合は、前記第３正極端子が前記正極入力端子に接続され、前記第３負極端子が前記負極入力端子に接続され、前記負荷部に前記第２電池パックから電力が供給されることを特徴とする電気機器。
【請求項10】
請求項９に記載の電気機器であって、
前記電圧切替部は、前記第１電池パックに含まれる複数のセルを互いに接続できるよう構成された第１スイッチ部を有し、
前記第１スイッチ部に接続される制御部を備え、
前記制御部は、接続された電池パックに応じて前記第１スイッチ部のオン及びオフを切り替えるよう構成されることを特徴とする電気機器。
【請求項11】
請求項１０に記載の電気機器であって、前記第１負極端子とグランドラインとの間に設けられた第２スイッチ部と、
前記第２正極端子とプラス電力ラインとの間に設けられた第３スイッチ部と、を備え、
前記制御部は、前記第１電池パックが接続された場合は前記第２及び第３スイッチ部を遮断し、前記第２電池パックが接続された場合は前記第２及び第３スイッチ部を接続することを特徴とする電気機器。
【請求項12】
第１電池パックと、前記第１電池パックと種類が異なる第２電池パックと、を択一的に接続可能な電気機器であって、複数のコイルを備えたモータを有し、
前記第１電池パックが前記電気機器に接続された場合は、前記複数のコイルを互いに第１の接続形態で接続し、前記第２電池パックが前記電気機器に接続された場合は、前記複数のコイルを互いに前記第１の接続形態とは異なる第２の接続形態で接続するよう構成したことを特徴とする電気機器。
【請求項13】
請求項１２に記載の電気機器であって、
前記第１電池パックは高電圧又は低電圧を選択的に出力可能であり、
前記第２電池パックは前記低電圧のみを出力可能である、
ことを特徴とする電気機器。
【請求項14】
請求項１２又は１３に記載の電気機器であって、
前記第１の接続形態は高電圧駆動に適すると共に、前記第２の接続形態は低電圧駆動に適するよう構成されることを特徴とする電気機器。
【請求項15】
請求項１２から１４のいずれか一項に記載の電気機器であって、
前記モータに同じ電圧をかけた場合、前記第１の接続形態と前記第２の接続形態を比較すると、前記第２の接続形態の方が大電流が流れやすいよう構成されることを特徴とする電気機器。
【請求項16】
請求項１２から１５のいずれか一項に記載の電気機器であって、前記第１の接続形態は前記複数のコイルのスター結線であり、前記第２の接続形態は前記複数のコイルのデルタ結線であることを特徴とする電気機器。
【請求項17】
請求項１から１６のいずれか一項に記載の電気機器であって、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの少なくとも一方を備えることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は複数種類の電池パックに接続可能な電気機器に関する。
【背景技術】
【0002】
出力電圧を変更可能な電池パックと、当該電池パックを接続可能な電気機器本体と、を有する電気機器が知られている（特許文献１）。特許文献１の電池パックには、２つのセルユニットと、当該２つのセルユニットそれぞれに接続された２組の正極端子及び負極端子が設けられている。電気機器本体には、一方の正極端子と接続される正極入力端子と、他方の負極端子と接続される負極入力端子と、他方の正極端子と一方の負極端子を接続する接続要素（ショートバー）が設けられている。電池パックを電気機器本体に接続すると、接続要素を介して２つのセルユニットが直列接続されるように構成される。
【0003】
特許文献２には、所定の定格電圧を有する電気機器本体に、当該定格電圧と異なり出力電圧が変更できない電池パックを接続可能な電気機器が開示されている。特許文献２では、電池パックに設けられた１組の正極端子及び負極端子を、電気機器本体に設けられた１組の正極入力端子及び負極入力端子に接続可能に構成されている。特許文献３では、電動工具に加わる負荷の大きさに応じて、電池パックから電動工具に供給される電圧を切り替える電圧切替部を備えた電動工具が開示されている。さらに、特許文献４では、高電圧と低電圧に出力電圧を変更可能な電池パックと、高電圧のみを出力可能な電池パックと、を択一的に接続可能な電動工具が開示されている。さらに、特許文献５では、電気機器本体において、電源として接続されたＡＣアダプタ、ＤＣアダプタに応じてモータコイルの結線方式を変更することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０１８／２３０３３７号
【文献】国際公開第２０２０／０６６９０５号
【文献】特開２０１２－６６３３３号公報
【文献】国際公開第２０１９／０３１２７２号
【文献】特開２０１９－０４７６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に開示した低／高電圧の電池パックは、従来の１８Ｖの電気機器本体と、３６Ｖの電気機器本体の双方に装着できるため、電池パックの使い勝手が大変良い。しかしながら、従来の１８Ｖの電池パックは、ほぼ互換形状のターミナル部を有していながら、３６Ｖの電気機器本体には物理的に装着できない。しかしながら、出力電圧が変更できない既存の１８Ｖの電池パックを、３６Ｖの電気機器本体でも使用できるように構成できれば、新たな３６Ｖの電気機器の利便性を向上させることができる。また、電気機器本体に様々な公称電圧を有する電池パックが択一的に接続できるのであれば、接続された電池パックに応じて電気機器本体を高出力で効率よく駆動でき、作業性を向上することができる。
【0006】
本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、電池パックと電気機器本体との互換性を拡張し、利便性を向上させた電気機器を提供するである。本発明の他の目的は、作業性を向上させた電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。本発明の一つの特徴によれば、第１電池パックと、第１電池パックと種類が異なる第２電池パックと、を択一的に接続可能な電気機器であって、電池パックから電気機器に供給される電圧を切り替える電圧切替部を有し、電圧切替部は、電気機器に第１電池パック又は第２電池パックのいずれかが接続されたかに応じて電気機器に供給される電圧を切り替えるように構成される。第１電池パックは高電圧又は低電圧を選択的に出力可能であり、第２電池パックは低電圧のみを出力可能である。また、電気機器は、電池パックから電気機器に供給される電圧を切り替える電圧切替部を有し、第１電池パックが電気機器に接続された場合に、電圧切替部は第１電池パックから電気機器に供給される電圧を高電圧に切り替える。また、第２電池パックが電気機器に接続された場合に、電圧切替部は第２電池パックから電気機器に供給される電圧を低電圧に維持するよう構成した。
【0008】
本発明の他の特徴によれば、電気機器の電圧切替部は、第１電池パックに含まれる複数のセルが電圧切替部を介して互いに接続されるとともに、第２電池パックに含まれる複数のセルが電圧切替部を介して互いに接続されないよう構成される。また、電圧切替部は、第１電池パックに含まれる複数のセルを互いに接続できるよう構成された第１スイッチ部を有し、第１スイッチ部は、第１電池パックが電気機器に接続された場合にオンにされ、第２電池パックが電気機器に接続された場合にオフにされる。さらに、電気機器は、複数のコイルを備えたモータを有し、電気機器は、第１電池パックが電気機器に接続された場合は、複数のコイルを互いに第１の接続形態で接続し、第２電池パックが電気機器に接続された場合は、複数のコイルを互いに第１の接続形態とは異なる第２の接続形態で接続する。このように、第１の接続形態は高電圧駆動に適すると共に、第２の接続形態は低電圧駆動に適するよう構成され、モータに同じ電圧をかけた場合、第１の接続形態と第２の接続形態を比較すると、第２の接続形態の方が大電流が流れやすいよう構成される。
【0009】
本発明のさらに他の特徴によれば、第１電池パックは、第１及び第２セルユニットと、第１セルユニットの正極に接続される第１正極端子と、第１セルユニットの負極に接続される第１負極端子と、第２セルユニットの正極に接続される第２正極端子と、第２セルユニットの負極に接続される第２負極端子と、を有し、第２電池パックは、少なくとも一つのセルユニットに含まれる第３セルユニットと、第３セルユニットの正極に接続される第３正極端子と、第３セルユニットの負極に接続される第３負極端子と、を有する。電気機器は、第１及び第３正極端子に接続可能な正極入力端子と、第２及び第３負極端子に接続可能な負極入力端子と、第１負極端子に接続可能な第１接続端子と、第２正極端子に接続可能な第２接続端子と、第１及び第２接続端子を互いに接続する接続部と、正極入力端子及び負極入力端子に接続される負荷部と、を有し、第１電池パックが電気機器に接続された場合は、第１正極端子が正極入力端子に接続され、第２負極端子が負極入力端子に接続され、第１負極端子が第１接続端子に接続され、第２正極端子が第２接続端子に接続され、接続部を介して第１及び第２セルユニットが互いに直列に接続された状態で負荷部に第１電池パックから電力が供給される。また、第２電池パックが電気機器に接続された場合は、第３正極端子が正極入力端子に接続され、第３負極端子が負極入力端子に接続され、負荷部に第２電池パックから電力が供給される。この電気機器は、第１スイッチ部に接続される制御部を備え、制御部は、接続された電池パックに応じて第１スイッチ部のオン及びオフを切り替えるよう構成される。
【0010】
本発明のさらに他の特徴によれば、電気機器は、第１負極端子とグランドラインとの間に設けられた第２スイッチ部と、第２正極端子とプラス電力ラインとの間に設けられた第３スイッチ部と、を備え、制御部は、第１電池パックが接続された場合は第２及び第３スイッチ部を遮断し、第２電池パックが接続された場合は第２及び第３スイッチ部を接続する。このように、高電圧又は低電圧を選択的に出力可能な第１電池パックと、低電圧のみを出力可能な第２電池パックと、を択一的に接続可能な電気機器であって、複数のコイルを備えたモータを有し、第１電池パックが電気機器に接続された場合は、複数のコイルを互いに第１の接続形態で接続し、第２電池パックが電気機器に接続された場合は、複数のコイルを互いに第１の接続形態とは異なる第２の接続形態で接続するよう構成した。第１の接続形態は複数のコイルのスター結線であり、第２の接続形態は複数のコイルのデルタ結線である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、利便性を向上させた電気機器を提供することができる。また、作業性を向上させた電気機器を提供することができる。また、高電圧電気機器を、低電圧用の電池パックで適切に運転できるようになるので、作業者にとって利便性を向上し、作業性を向上させた電気機器を提供することができる。また、高電圧電気機器に含まれる作業負荷（モータ）の特性を、装着される電池パックの種類に応じて運転前にスター結線、又は、デルタ結線に自動で切り替わるので、電池パック種類に応じて高出力で効率よく作業できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施例に係る電気機器システムの全体図である。
【図4】電気機器１の接続端子と、電池パック２００、２５０の接続端子の形状を示す図である。
【図5】本実施例の電気機器１に、低／高電圧電池パック２００を装着した際の回路図である。
【図6】本実施例の電気機器１に、低電圧電池パック２５０を装着した際の回路図である。
【図7】本実施例の電気機器１の電圧切替え手順を示すフローチャートである。
【図8】本実施例の第２の実施例に係る電気機器１Ａに、低／高電圧電池パック２００を装着した際の回路図である。
【図9】本実施例の第２の実施例に係る電気機器１Ａに、低電圧電池パック２５０を装着した際の回路図である。
【図10】本実施例の第３の実施例に係る電気機器１Ｂに、低／高電圧電池パック２００Ａを装着した際の回路図である。
【図12】本実施例の第３の実施例に係る電気機器１Ｂに、低電圧電池パック２５０を装着した際の回路図である。
【図13】モータの制御特性の切り替え例を示す図であり、（Ａ）は電気進角を変更した場合のモータ回転数とモータトルクの関係を示す図であり、（Ｂ）は導通角を変更した場合のモータ回転数とモータトルクの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0013】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。
【0014】
図１は、本発明の実施例に係る電気機器システムの全体図である。電気機器システムは、複数の電気機器本体（１、１０１、１５１）と、複数の電池パック（２００、２５０）により構成される。電気機器本体（１、１０１、１５１）は、対応する電池パック（２００、２５０）のいずれかを装着して動作する機器であり、ＡＣ電源を必要としないコードレス機器である。電気機器本体（１、１０１、１５１）は、使用する電池パックの定格電圧に合わせて分類され、ここでは定格電圧３６Ｖという高電圧の供給を受けるよう構成された公知の電気機器１０１と、定格電圧１８Ｖという低電圧の供給を受けるよう構成された公知の電気機器１５１に加えて、定格電圧３６Ｖと定格電圧１８Ｖの双方で動作可能な本実施例に係る電気機器１を含んで構成される。尚、本明細書では、電池パック（２００、２５０）を装着した状態を「電気機器」と称し、電池パック（２００、２５０）を取り外した状態の本体側を、「電気機器本体」と称する。
【0015】
ブラシレスモータを有する電気機器１において１８Ｖと３６Ｖのいずれの電圧でも動作する電気機器１を実現するために、低電圧と高電圧（１８Ｖと３６Ｖ）の出力が可能な電池パック２００と、従来の１８Ｖ用電池パック２５０の双方を電池パック装着部１０に差し込み可能（装着可能）なように構成した。また、電池パック２００は、自身の電池パックの種類を示す識別信号を出力可能として電気機器１の制御部が、装着された電池パックが２電圧対応の電池パックか、それ以外の低電圧の電池パックであるかを識別できるように構成する。
【0016】
公知の電気機器１５１は、定格電圧１８Ｖで動作する機器であり、定格電圧１８Ｖ用の電池パック２５０を装着して動作する。公知の電気機器１０１は、定格電圧３６Ｖで動作する機器であり、定格電圧３６Ｖの出力が可能な電池パック（本出願人による販売製品では、１８Ｖと３６Ｖを切り替えが出力可能な電池パック２００）にて動作する。
【0017】
図１では電気機器１、１０１、１５１として、電池パック２００、２５０の何れかで動作する丸のこの例を示しているが、電気機器本体の種類は任意であり、丸のこだけに限られず、インパクトドライバ、インパクトレンチ、ドライバドリル、ディスクグラインダ、ハンマドリル、ブロワ、クリーナー、カッタ、バンドソー、マルチツール、ジグソー、セーバソー、チェンソー、かんな、ピン釘打機、タッカ、釘打機、テレビ、ラジオ、スピーカ、ファン、冷温庫、ライト、高圧洗浄機、刈払機等の多彩な機器が用いられる。
【0018】
低電圧（１８Ｖ出力）又は高電圧（３６Ｖ出力）の出力が可能な電池パック２００は、実線矢印とマル印で示すように従来の電気機器１０１、１５１に装着して動作可能であったが、本実施例に係る電気機器１に対しても装着して動作可能である。一方、低電圧（１８Ｖ）の電池パック２５０は、従来の電気機器１５１に装着して動作可能であったが、高電圧の電気機器１０１にはバツ印で示すように装着不能であった（つまり動作不能）。しかしながら、本実施例に係る電気機器１は、電池パック２５０が装着できるように電池パック装着部１０を形成すると共に、１８Ｖの低電圧でも動作可能なように構成した。
【0019】
電気機器１は、基本的には３６Ｖで動作するが、低電圧（１８Ｖ）の電池パック２５０を装着した際の１８Ｖ電源でも動作するように構成される。この２電圧動作を可能とするために、内蔵するモータの結線状態を変更するか、又は、モータの回転制御方法を変更するようにした（それらの変更については図５以降で後述する）。
【0020】
電池パック２００は、複数本（ここでは１０本）の電池セルを合成樹脂製のケース２０１内に収容したものである。電池パック２００の上面前方から後方にかけて、下段面２０２と、上段面２０４が形成され、下段面２０２と上段面２０４の間の段差部２０３が形成される。段差部２０３から上段面２０４の前方部分にかけて８つのスロット状の切り欠き部が形成されたスロット群２０５が形成される。スロット群２０５のスロットには、電気機器１、１０１、１５１のターミナル部の接続端子が挿入される。電池パック２００の、上部側面には、電気機器１、１０１、１５１の電池パック装着部１０、１１０、１６０に装着するためのレール溝２０８ａ、２０８ｂが形成され、レール溝２０８ａ、２０８ｂの後方には、電気機器１、１０１、１５１の本体部との装着状態を維持又は解除するためのラッチ機構を構成するラッチボタン２０９ａ、２０９ｂが配置される。スロット群２０５のうち、右から５番目、６番目のスロット部の部分は、上段面から下方向に窪んだ形状とされる。この窪んだ部分が電池誤装着防止用のストッパ部２０７となる。
【0021】
電池パック２５０は、複数本（ここでは１０本）の電池セルを合成樹脂製のケース２５１内に収容したものである。電池パック２００は、１８Ｖ用の電池パック２５０をベースに、上部形状に互換性を持たせて設計されたものであるため、電池パック２５０の上側半分の外形は、ストッパ部２０７が無いことを除いて電池パック２００と同じ（互換）である。電池パック２５０の上面前方から後方にかけて、下段面２５２と上段面２５４が形成され、それらの間に段差部２５３が形成される。また、段差部２５３から上段面２５４の前方部分にかけて８つのスロット状の切り欠き部が形成されたスロット群２５５が形成される。スロット群２５５を挟んだ左右両側には、レール溝２５８ａ、２５８ｂとラッチボタン２５９ａ、２５９ｂが形成される。
【0022】
図１の実線で示すように、電池パック２００は、電気機器１、１０１、１５１に対して装着可能であり、また、電気機器１、１０１、１５１に３６Ｖ又は１８Ｖの直流電力を供給可能である。一方、電池パック２５０は、対応する電気機器１５１だけでなく、本実施例に係る電気機器１に対しても装着可能であり、電気機器１、１５１に１８Ｖの直流電力を供給可能である。一方、電池パック２５０は、３６Ｖ用の電気機器１０１の電池パック装着部１１０には装着できない。
【0023】
３６Ｖの単一電圧で動作する電気機器１０１では、電池パック装着部１１０に、電池パック２００のストッパ部２０７に対応する凸部たるストッパ片（図示せず）が形成される。ストッパ片は、接続端子付近の上壁から下方向に延在する形状で、電池パック２００を装着した際にストッパ片がストッパ部２０７内に位置するようにして、電池パック２００とターミナル部が嵌合する。このように、電気機器１０１では、従来からターミナル部にストッパ片が形成されているため、ストッパ片に対応する窪み（ストッパ部２０７）を持たない電池パック２５０を、電気機器１０１に装着しようとすると、電気機器１０１のターミナル部に形成された凸状のストッパ片が、段差部２５３に干渉するため電気機器１０１に電池パック２５０は物理的に装着できないことになる。一方、本実施例に係る電気機器１では、３６Ｖ電気機器として従来では備わっていた凸状のストッパ片を省略したターミナル部（詳細は後述の図３参照）として、電池パック２５０が電気機器１の電池パック装着部１０に装着可能とした。
【0024】
電気機器１は、基本的には３６Ｖの電圧で動作する３６Ｖ用電気機器である。ここでは、１８Ｖ／３６Ｖの複数電圧対応の電池パック２００を装着することで、電池パック２００から３６Ｖの直流が供給される。一方、電気機器１の電池パック装着部１０に電池パック２５０が装着された場合は、供給電圧が１８Ｖであるため、低圧の１８Ｖで動作することになる。
【0025】
電気機器１０１は、３６Ｖの電圧で動作する。ここでは、１８Ｖ／３６Ｖの複数電圧対応の電池パック２００を装着することで、電池パック２００から３６Ｖの直流が供給される。電気機器１５１は、１８Ｖの電池パックで動作する。ここでは、１８Ｖ／３６Ｖの複数電圧対応の電池パック２００を装着することで、電池パック２００から１８Ｖの直流が供給される。また、１８Ｖの単一電圧対応の電池パック２５０を装着することで、電池パック２５０から１８Ｖの直流が供給される。
【0026】
図１では図示していないが、電池パック２００、２５０は、電気機器本体（１、１０１、１５１）から取り外した後に図示しない１８Ｖ用の外部充電器を用いて充電が可能である。以上、図１に示す電気機器システムでは、低電圧、高電圧の組み合わせを、１８Ｖ、３６Ｖにて構成した。尚、本明細書で示す低電圧、高電圧とは、２つある任意の定格電圧のうち、高圧側を「高電圧」と称し、低圧側を「低電圧」と称するため、低電圧／高電圧の組み合わせは、１８Ｖ／３６Ｖだけでなく、他の電圧の組であっても良い。
【0027】
図２は図１の電気機器１の斜視図である。電気機器１は、基本的に３６Ｖで動作するが、１８Ｖでも動作可能とした電動丸鋸の例を示している。電気機器１は、鋸刃８を回転可能に支持するハウジング２とベース３を備えて構成される。ハウジング２は、本体部２ａと、ハンドル部２ｂと、ソーカバー２ｃを含んで構成され、その内部には図では見えない負荷部としてのモータ５と、制御基板が収容される。ハウジング２は、例えば合成樹脂の一体成型により製造される。ハウジング２の後方であって、ハンドル部２ｂの下側には、電池パック装着部１０が形成され、そこに低／高電圧の出力が可能な２電圧の電池パック２００が装着される。図示しないモータの回転軸には鋸刃８が取り付けられる。鋸刃８は円板形状をなし、本体部２ａの右側において回転する。ベース３は、例えばアルミ等の金属製の板形状の部材であり、上下方向に貫通して前後方向に延びる切り抜き部３ａが形成され、切り抜き部３ａを通して鋸刃８の下側大部分がベース３よりも下側に突出する。ベース３の下側であって鋸刃８の外周側には、周方向に可動式の保護カバー９が設けられる。
【0028】
電気機器１の電池パック装着部１０に電池パック２００を取り付けることにより木板等の被加工材を切断する場合、作業者は片手でハンドル部２ｂを把持し、ベース３を被加工材の上面に押し当てて、トリガスイッチ６を引くことで図示しないモータを回転させる。作業者は鋸刃８が回転している状態で、ベース３の下面を被加工材の上面を摺動させながら前方に移動させる。ベース３の下面より下側の鋸刃８部分が被加工材に押し当たると、保護カバー９が回転方向と反対側に相対移動することによって鋸刃８により被加工材が切断される。
【0029】
図３は電気機器１の本体部を別の角度（下側）から見た斜視図であって、電池パック装着部１０の形状を示す図である。ここでは、見やすくするためにベース３の図示を省いている。本体部２ａの左側には鋸刃８の回転軸と同軸に配置されるモータ５を覆うモータカバー４が設けられる。モータカバー４の後方側には、電池パック装着部１０が形成される。電池パック装着部１０には、２つの平行するレール部１１、１２が形成され、レール部１１、１２の内側部分にはターミナル部１５が配置される。ターミナル部１５には、１８Ｖ用の電池パック２５０の装着を阻害する凸部（図示せず）形成されていないため、１８Ｖ用の電池パック２５０の装着も可能である。
【0030】
レール部１１、１２は、ターミナル部１５が収容される空間の左右両側の側壁部分から、内側（ターミナル部１５の左右中心線）に向けて凸状に突出させ、凸状部分を後方から前方まで連続させることでレール状に形成した部分である。レール部１１、１２は、ターミナル部１５の左右中心線を通る鉛直面に対して面対称に形成され、レール部１１、１２の長手方向は平行する方向となる。ターミナル部１５に電池パック２００を装着する際には、レール部１１が電池パック２００のレール溝２０８ａをガイドし、レール部１２が電池パック２００のレール溝２０８ｂをガイドすることにより、電池パック２００が電池パック装着部１０に装着される。この状態で、電池パック２００のラッチ爪（図示せず。レール溝２０８ａ、２０８ｂの溝底部から外側に突出するように移動可能な凸部）が、ラッチ機構の図示しない付勢力によってレール部１１、１２の前端側に形成されたラッチ溝（凹部１１ａ、１２ａ）と係合することにより、電池パック２００がターミナル部１５から取り外せないように固定される。
【0031】
ターミナル部１５には、４つの電力用の端子（３１～３４）と、４つの信号用端子２４～２６、２８）、１つの仕切り板３０が形成される。４つの電力用の端子（３１～３４）と、４つの信号用端子（２４～２６、２８）はターミナル部１５の合成樹脂製の基台部分に鋳込まれるようにして強固に固定される。正極入力端子３１と第２接続端子３２は、同一スロット内（図１のスロット２２２）に挿入されるように上下に並んで配置される。また、負極入力端子３３と第１接続端子３４は、同一スロット内（図１のスロット２２７）に挿入されるように上下に並んで配置される。次に図４を用いて４つの電力用の端子（３１～３４）の形状と、対応する電池パック２００、２５０側の接続端子の形状を説明する。
【0032】
図４（Ａ）は本実施例に係る電池パック２００の正極端子（２３１と２３２）、負極端子（２４１と２４２）と、電気機器１の接続端子（３１～３４）の形状を示す部分斜視図である。電池パック２００の正極端子（正極出力端子）として、腕部が上側に位置する第１正極端子２３１と、腕部が下側に位置する第２正極端子２３２が設けられる。第１正極端子２３１と第２正極端子２３２は、同一のスロット内（図１のスロット群２０５の右から２番目のスロット２２２）に位置し、それぞれの脚部が前後方向に並ぶようにして回路基板（図示せず）に固定される。同様にして、腕部が上側に位置する第２負極端子２４２と、腕部が下側に位置する第１負極端子２４１が設けられる。第１負極端子２４１と第２負極端子２４２は、同一のスロット内（図１のスロット群２０５の左から２番目のスロット２２７）に位置し、それぞれの脚部が前後方向に並ぶようにして回路基板（図示せず）に固定される。
【0033】
第１正極端子２３１と第２正極端子２３２は、それぞれが前方側に延在する腕部組（腕部２３１ａと２３１ｂ、腕部２３２ａと２３２ｂ）を有する。ここでは腕部２３１ａ、２３１ｂと腕部２３２ａ、２３２ｂが上下方向に離れた位置であって、その嵌合部の前後方向位置がほぼ同一となるような形状に第１正極端子２３１と第２正極端子２３２が形成される。これら正極端子２３１と２３２からなる正極端子対は、電池パック２００の一つのスロット２２２（図１参照）からアクセスできる空間に配置される。負極端子対も正極端子対の形状と同じであって、第２負極端子２４２と第１負極端子２４１により構成され、これら負極端子対（２４２、２４１）は、電池パック２００の一つのスロット２２６（図１参照）からアクセスできる空間に配置される。尚、図４では図示していないが、放電用の正極端子対（第１正極端子２３１と第２正極端子２３２）の右側には、充電用の正極端子対（図示せず）が配置される。充電用の正極端子対の形状は、第１正極端子２３１と第２正極端子２３２と同じである。第１正極端子２３１と第２負極端子２４２は、金属板のプレス加工によって形成された共通の金属部品が用いられる。また、第２正極端子２３２と第１負極端子２４１は、金属板のプレス加工によって形成された共通の金属部品が用いられる。
【0034】
電池パック２００の内部には、リチウムイオン電池セルが５本直列接続されたセルユニット（２１０、２２０）が収容される。リチウムイオン電池セルは、定格電圧３．６Ｖ／本であるので、第１セルユニット２１０の合計が１８Ｖ（公称値）となり、第２セルユニット２２０の合計が１８Ｖ（公称値）となる。第１セルユニット２１０の正極は第１正極端子２３１に接続され、負極は第１負極端子２４１に接続される。同様にして、第２セルユニット２２０の正極は第２正極端子２３２に接続され、負極は第２負極端子２４２に接続される。
【0035】
電池パック２００に接続される電気機器側の接続端子は、正極入力端子３１と負極入力端子３３と、第１接続端子３４と第２接続端子３２がそれぞれ準備される。これらの接続端子（３１～３４）は、ターミナル部１５の合成樹脂の基台部に鋳込まれることにより固定され、貫通孔の形成された接続部にて電力線３５、グランドライン３６、短絡線３７（いずれも後述の図５、図６参照）とハンダ付けにより接続される。第１接続端子３４と第２接続端子３２は、後述する第３スイッチ４３（図５参照）を用いて短絡することによって、第１セルユニット２１０と第２セルユニット２２０の直列接続状態を形成するために用いられる。
【0036】
図４（Ｂ）は本実施例に係る電池パック２５０の正極端子２８１と負極端子２９１、電気機器１の接続端子（３１～３４）の形状を示す部分斜視図である。電気機器１の接続端子（３１～３４）は、図４（Ａ）と同一形状である。電池パック２５０は１８Ｖ用であって、内部に２つのセルユニット（２６０、２７０）が収容される。電池パック２５０が１８Ｖの場合、１つのセルユニット、即ち、リチウムイオン電池セルが５本だけで構成可能であるが、ここでは、リチウムイオン電池セルが５本直列接続された第３セルユニット２６０と、第４セルユニット２７０を並列に接続し、これらの正極側出力を第３正極端子２８１に接続し、負極側出力を第３負極端子２９１に接続して大容量化を図っている。
【0037】
第３正極端子２８１の腕部２８１ａ、２８１ｂは上下方向に大きい幅を有し、電池パック２００の第１正極端子２３１の腕部２３１ａ、２３１ｂと、第２正極端子２３２の腕部２３２ａ、２３２ｂを、それぞれ上下方向につなげて間隔を無くしたような形状とされる。同様に第３負極端子２９１の腕部２９１ａ、２９１ｂも上下方向に大きい幅を有し、電池パック２００の第２負極端子２４２の腕部２４２ａ、２４２ｂと第１負極端子２４１の腕部２４１ａ、２４１ｂをそれぞれ上下方向につなげて間隔を無くしたような形状とされる。このような第３正極端子２８１と第３負極端子２９１の端子形状によって、図４（Ｂ）のような嵌合状態（電池パック２５０が電気機器１に装着されている状態）においては、電気機器１の正極入力端子３１と第２接続端子３２が第３正極端子２８１に同時に接続されることにより短絡する。同様に、電気機器１の負極入力端子３３と第１接続端子３４が第３負極端子２９１に同時に接続されることにより短絡する。
【0038】
図５は本実施例の電気機器１に、電池パック２００を装着した際の回路図である。本実施例の電気機器１には、マイコン５１を含んだ演算部（制御部）５０が含まれる。マイコン５１には、図示されていないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するためのＣＰＵと、後述するフローチャートに相当するプログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭと、データを一時記憶するためのＲＡＭと、タイマ等を内蔵して構成され、モータ５の回転制御や装着された電池パック２００又は２５０の電圧、電流監視を行う。図５の実施例では、充電可能であって低電圧又は高電圧を出力可能な電池パック２００が電源として用いられる。電池パック２００は、電気機器１の電池パック装着部１０（図３参照）に装着される。図３に示したように電池パック装着部１０の正極側には、正極入力端子３１と第２接続端子３２が設けられ、負極側には負極入力端子３３と第１接続端子３４が設けられる。正極入力端子３１の出力は電力線（プラス電力ライン）３５を介してインバータ回路６５に伝達され、負極入力端子３３は電力線（グランドライン）３６を介してインバータ回路６５に伝達される。電力線３６の経路中には、シャント抵抗４６が介在される。また、電力線３５と電力線３６の間には、コンデンサ４５が設けられる。コンデンサ４５は平滑用、ノイズ対策用に設けられる。
【0039】
電池パック２００には、図４で示したように２組のセルユニット（２１０、２２０）が収容され、第１セルユニット２１０の出力は第１正極端子２３１と第１負極端子２４１に配線され、第２セルユニット２２０の出力は第２正極端子２３２と第２負極端子２４２に配線される。電池パック２００を電気機器１の電池パック装着部１０に装着することで、第１正極端子２３１は正極入力端子３１に嵌合し、第２正極端子２３２は第２接続端子３２と嵌合する。第２接続端子３２と電力線３５の経路中には第１スイッチ４１が介在される。また、第１接続端子３４と電力線３６の経路中には第２スイッチ４２が介在される。さらに、第２接続端子３２と第１接続端子３４を接続する短絡線３７が設けられ、その経路を接続又は遮断するための第３のスイッチ４３が設けられる。
【0040】
４つの電力用の端子（３１～３４）と、第１～第３のスイッチ４１～４３が電池パック２００からの電圧を切替える電圧切替部を構成する。第１～第３のスイッチ４１～４３は、公知のメカニカルリレー、ＭＯＳ ＦＥＴリレー、又は、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いて構成され、演算部５０のマイコン５１からの制御信号（その配線は図示せず）によってそれぞれの開閉が独立して制御可能である。第１～第３のスイッチ４１～４３としてメカニカルリレーを用いる場合は、ａ接点を有する２極単投形のリレースイッチを用いると良い。電池パック２００の近傍には、装着された電池パックの種類を検出するための検出器４４が設けられる。検出器４４は、何らかの機械機構によって判別しても良いし、電気的な信号、光学的認識技術を用いて装着された電池パックが、低／高電圧切り替え型の電池パック２００か、単一電圧（低電圧）の電池パック２５０かを識別する。この識別を容易に行う方法の一つとして、電池パック２００及び２５０に設けられている信号端子の信号レベルを検出することで判別する方法がある。例えば、検出器４４を電池パック２００の電池識別信号出力用のＴ端子の信号を電池パック種類検出回路５８に伝達する。電池パック種類検出回路５８は、電池パック２００、２５０が装着された直後に、電池パック２００、２５０のＴ端子から信号を読み出すことで、マイコン５１は電池パック２００と２５０のうちの何れかが装着されたかを識別できる。
【0041】
電池パック２００の出力は、電力線３５、３６を介してインバータ回路６５に伝達される。インバータ回路６５は、複数（ここでは６つ）の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６により構成され、演算部５０の制御により制御信号回路５２から供給されるゲート信号Ｈ１～Ｈ６によってスイッチング動作が制御される。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いているが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いても良い。インバータ回路６５の出力は、モータ５のコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の一端側に接続される。
【0042】
制御電源回路６０は演算部５０が稼働するための安定した基準電圧Ｖｃｃ（例えば５Ｖ又は３．３Ｖ）の直流を供給する電源回路である。制御電源回路６０は第２接続端子３２と負極入力端子３３に接続され、さらにはトリガスイッチ６の状態信号も入力される。電池パック２００（又は２５０）が装着されると制御電源回路６０に電池電圧（１８Ｖの直流）が供給されるが、この電池電圧が加えられている状態で、トリガスイッチ６のレバーが引かれてオンになったときに、制御電源回路６０は演算部５０への電源供給を開始する構成とした。このように制御電源回路６０の起動にトリガスイッチ６の状態信号を用いることによって、電池パック２００（又は２５０）が装着しただけでは演算部５０のマイコン５１が起動しないので、電気機器を使用しない状態の電力消費を抑えることができる。また、トリガスイッチ６がオンになると制御電源回路６０から演算部５０への電源供給が開始されるので、マイコン５１を含む演算部５０が起動し、第１～第５のスイッチ（４１～４３、７０、７５）のオン又はオフの制御が可能な状態となる。尚、トリガスイッチ６がオフにされても、一定時間（例えば５分間）は演算部５０からの起動維持信号６２により演算部５０への電力供給が維持される。
【0043】
マイコン５１が制御信号回路５２を制御することによってインバータ回路６５の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６へのゲート信号Ｈ１～Ｈ６のオン又はオフを切り替える。モータ５は、いわゆるインナーロータ型の公知のブラシレスモータであって、一対のＮ極およびＳ極を含むマグネット（永久磁石）を埋め込んで構成されたロータ５ａと、ロータ５ａの外周側に配置されるステータ５ｂにより構成される。ステータ５ｂは外周側の円筒部から内側に向けて６つのティース（図示せず）を有し、６つのティースの回転軸線方向の両側には合成樹脂製のインシュレータ（図示せず）が設けられる。
【0044】
ステータコア（図示せず）は強い磁力線を導くため、例えば鋼板の積層構造により構成される。２つのインシュレータと、それらに挟まれるティースの外周側にはそれぞれエナメル線が複数回巻かれることにより６つのコイル要素が形成される。これら６つのコイル要素を、２つずつ直列接続続することによりＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルが形成される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルの一端側は、インバータ回路６５に接続され（図中ＶＶ、ＶＵ、ＶＷ）、他方が第５スイッチ７５に接続される。
【0045】
第５スイッチ７５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルの他端側を短絡又は開放するための切り替えスイッチ群であり、３つのスイッチ７６～７８を含む。第５スイッチ７５は、公知のメカニカルリレー、ＭＯＳ ＦＥＴ リレー、又は、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いて構成され、接続状態の切り替えは、マイコン５１からの制御信号（その配線は図示せず）によって行われる。メカニカルリレーを用いる場合は、ａ接点を有する２極単投形のリレースイッチを用いると良い。３つのスイッチ７６～７８は連動して一括でオン又はオフに切り替えられ、図５の接続状態（スイッチ７６～７８がオン状態、スイッチ７１～７３がオフ状態）では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の端部が接続されて中点が形成された“スター結線”となる。
【0046】
第４スイッチ７０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルによる“デルタ結線”を形成するための切り替えスイッチ群であり、３つのスイッチ７１～７３を含む。スイッチ７１は、Ｕ相のインバータ回路６５側端部と、Ｗ相の中点側端部を短絡する配線中に配置される。同様にしてスイッチ７２は、Ｖ相のインバータ回路６５側端部と、Ｕ相の中点側端部を短絡する配線中に配置され、スイッチ７３は、Ｗ相のインバータ回路６５側端部と、Ｖ相の中点側端部を短絡する配線中に配置される。第４スイッチ７０は、公知のメカニカルリレー、ＭＯＳ ＦＥＴ リレー、又は、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を用いて構成され、接続状態の切り替えは、マイコン５１からの制御信号（その配線は図示せず）によって行われる。メカニカルリレーを用いる場合は、ａ接点又はｂ接点を有する２極単投形のリレースイッチを用いると良い。３つのスイッチ７１～７３は連動して一括でオン又はオフに切り替えられ、後述の図６の接続状態（３つのスイッチ７１～７３がオン状態、かつ、スイッチ７６～７８がオフ状態）では、“デルタ結線”となる。
【0047】
モータ５のロータ５ａの近傍には、３つの位置検出素子４８が設けられる。位置検出素子４８は、インバータ回路６５上に、回転角６０°毎に配置される。回転位置検出回路５３は、３つの位置検出素子４８の出力信号に基づいてロータ５ａとステータ５ｂの電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係位置を検出するための回路である。回転数検出回路５４は、単位時間内にカウントされる回転位置検出回路５３からの検出信号の数に基づいてモータ５の回転数を検出する回路である。
【0048】
第４及び第５スイッチ７０、７５は、１８／３６Ｖ対応の電気機器１にだけ設けられ、図１で示した３６Ｖ用の電気機器１０１と、１８Ｖ用の電気機器１５１には設けられない。電気機器１０１及び電気機器１５１では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのコイルが直接ハンダ付けされるか、又はモータ５に設けられるインバータ回路基板（図示せず）に接続されることにより、“デルタ結線”又は“スター結線”が設定される。つまり、電気機器１０１及び電気機器１５１では、デルタ結線”と“スター結線”を切り替えることができない。
【0049】
以上のように、２電圧で動作する電気機器１には、第４スイッチ７０と第５スイッチ７５が設けられるため、低／高電圧電池パック２００が装着された際には、モータ５の運転前に、第４スイッチ７０のスイッチ７１～７３をすべてオフとし、第５スイッチ７５のスイッチ７６～７８をすべてオンにすることにより、スター結線状態とすることができる。同様にして、後述の図６で示すように、１８Ｖ電池パック２５０が装着された際には、モータ５の運転前に、第４スイッチ７０のスイッチ７１～７３をすべてオンとし、第５スイッチ７５のスイッチ７６～７８をすべてオフにすることにより、デルタ結線状態（後述の図６の状態）とすることができる。
【0050】
電流検出回路５７はシャント抵抗４６の両端電圧を測定することによりモータ５に流れる電流を測定して演算部５０に出力する。電圧検出回路５９は、第２接続端子３２と負極入力端子３３の間の電圧を検出し、演算部５０に出力する回路である。スイッチ操作検出回路６１は、トリガスイッチ６のレバーが引かれているかどうかを検出すると共に、レバーの引き量に応じた信号を演算部５０に出力する。演算部５０のマイコン５１は、トリガスイッチ６のレバーの移動ストローク量に応答してモータ５の印加電圧、すなわちＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。動作モードスイッチ５６は、モータ５の回転速度を段階的に設定するためのスイッチであり、動作モード検出回路５５はスイッチの設定状況を検出して、演算部５０に出力する。
【0051】
以上説明した電気機器１において、電池パック装着部１０に電池パック２００が装着されると、制御電源回路６０に第２セルユニット２２０からの１８Ｖ出力が供給されるため、最初にトリガスイッチ６がオンにされたタイミングで、制御電源回路６０が演算部５０に基準電圧Ｖｃｃを生成して供給する。制御電源回路６０に基準電圧Ｖｃｃが供給されるとマイコン５１が起動するため、装着されている電池パックが、１８／３６Ｖ電池パック２００であるか、１８Ｖ電池パック２５０であるかを判断し、それに合わせた第１～第３スイッチ４１～４３のオンオフを設定し、その後に、第４、第５スイッチ７０、７５のオンオフを設定する。図５の回路図では１８／３６Ｖ電池パック２００が装着されており、第１スイッチ４１と第２スイッチ４２がオフとされ、第３スイッチ４３がオンとされる。この結線状態では、電力線３５とグランドライン３６の間に定格直流３６Ｖが供給される。一方、モータ５はスター結線とするために、第４スイッチ７０の各スイッチ７１～７３がオフとされ、第５スイッチ７５の各スイッチ７６～７８が接続状態（オン）とされる。
【0052】
図６は本実施例の電気機器１の電池パック装着部１０に、低電圧電池パック２５０を装着した際の回路図である。電気機器１の回路は図５と全く同じであり、第１～第３スイッチ４１～４３の接続状態と、第４、第５スイッチ７０、７５の接続状態が異なるだけである。装着される電池パック２５０は、定格１８Ｖであって、図４（Ｂ）の第３正極端子２８１、第３負極端子２９１のような端子形状である。電気機器１の電池パック装着部１０に、低電圧電池パック２５０が装着されると、正極入力端子３１と負極入力端子３３には、電池パック２５０から定格１８Ｖの直流が出力される。この際、マイコン５１は、第１スイッチ４１と第２スイッチ４２をオン状態に維持すると共に、第３スイッチ４３はオフ状態とする。次に、マイコン５１は、第４スイッチ７０と第５スイッチ７５を切り替えることにより、モータ５の結線状態をデルタ結線にする。即ち、マイコン５１は第４スイッチ７０の各スイッチ７１～７３をオン状態に維持し、第５スイッチ７５の各スイッチ７６～７８をオフ状態に維持する。
【0053】
通常ではスター結線されて３６Ｖで駆動されるモータ５を、１８Ｖで駆動するような場合は、スター結線でなくデルタ結線に切り替えた方が有利である。デルタ結線の方が、低い電圧でも大電流を高くしやすく、同一発生トルク時のモータ５の回転数を上げられるためである。
【0054】
図７は本実施例の電気機器１の電圧切替え手順を示すフローチャートである。図７に示す一連の手順は、演算部５０にあらかじめ格納されたプログラムによって、マイコン５１によってソフトウェア的に実行可能である。最初の状態、つまり電池パック２００、２５０のいずれも装着されていない状態では、演算部５０に電源供給ができないので、マイコンもシャットダウンしたままにある。この状態では、第１～第３スイッチ４１～４３はいずれもオフ状態（導通していない状態）にあり、第４スイッチ７０と第５スイッチ７５もすべてオフ状態（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が結線されていない状態）にある（ステップ８１）。次に、電池パック２００、２５０のいずれかが装着されたかどうかが実質的に判断され、装着されなかった場合は装着されるまで待機する（ステップ８２）。ステップ８２で装着されると、制御電源回路６０（図５、図６参照）に電圧が供給されて演算部５０のマイコン５１が起動可能な状態になり、最初にトリガスイッチ６が引かれると制御電源回路６０が演算部５０に動作用の電圧Ｖｃｃの出力を開始するので（ステップ８３、８４）、以降のステップ８５以降の手順が実行可能な状態になる。
【0055】
次に、電池パック２００、２５０が、識別信号を検出器４４（図５、図６参照）に送出する。検出器４４は、受信した識別信号を検出し、演算部５０に送信する（ステップ８６）。次にマイコン５１は、識別信号を判別して装着された電池パックが、１８／３６Ｖの低／高電圧電池パック２００であるか、１８Ｖの単一電圧電池パック２５０であるかを判定する（ステップ８７）。
【0056】
ステップ８７において、装着されているのが１８／３６Ｖの電池パック２００であると判定されたら、マイコン５１は、第３スイッチ４３をオン（接続）にして、短絡線３７によって第２接続端子３２と第１接続端子３４を接続する。一方、第１スイッチ４１と第２スイッチ４２はオフ状態に維持する（ステップ８８）、この状態が図５の回路図で示した状態で有り、正極入力端子３１と負極入力端子３３の間には、３６Ｖの直流が出力される。次に、マイコン５１は、モータ５の結線を３６Ｖ動作用に設定する（ステップ８９）。ここで、３６Ｖ動作用設定の一例は、図５で示したようにモータ５のコイルの結線をスター結線にすることである。即ち、第４スイッチ７０のスイッチ７１～７３をすべてオフにして、第５スイッチ７５のスイッチ７６～７８をすべてオンにする。この結線が終了したらマイコン５１は、モータ５を起動して電気機器の作業を開始する（ステップ９０）。
【0057】
ステップ８７において、装着されているのが１８Ｖの電池パック２５０であると判定されたら、マイコン５１は、第３スイッチ４３をオフ（非接続）にして、短絡線３７の経路を遮断し、第１スイッチ４１と第２スイッチ４２をオン状態に維持する（ステップ９１）、この状態が図６の回路図で示した状態で有り、正極入力端子３１と負極入力端子３３の間には、１８Ｖの直流が出力される。次に、マイコン５１は、モータ５の結線を１８Ｖ動作用に設定する（ステップ９２）。ここで、１８Ｖ動作用設定の一例は、図６で示したようにモータ５のコイルの結線をデルタ結線にすることである。即ち、第４スイッチ７０のスイッチ７１～７３をすべてオンにして、第５スイッチ７５のスイッチ７６～７８をすべてオフにする。この結線が終了したらマイコン５１は、モータ５を起動して電気機器の作業を開始する（ステップ９０）。
【0058】
ステップ９０における作業が終了してトリガスイッチ６が戻されたら、モータ５が停止するが、マイコン５１がシャットダウンするまでは、ステップ８８又は９１で設定した第１～第３スイッチ４１～４３の状態を維持し、ステップ８９又は９２で設定した第４、第５スイッチ７０、７５の状態を維持する。
【0059】
本実施例によれば、電気機器１の演算部５０によって装着された電池パックの種類（低／高電圧電池パック２００か単電圧の電池パック２５０か）を判定し、装着された電池パックの種類に適した入力端子（３１、３３）と接続端子（３２、３４）の結線の設定を行うので、３６Ｖ用ターミナル部形状を有する電気機器において、１８Ｖ用の電池パックも装着できるようになった。また、装着された電池パック２００又は２５０の電圧に合わせて、モータ５のコイルの接続形態（スター結線かデルタ結線か）を切り替えるので、低電圧側の電池パック２５０を装着した場合でも、さほど違和感を覚えることなく電気機器１を使用できるようになった。さらに、ユーザにとっては、所持している電池パック２００、２５０を効果的に使い回しできるので、使い勝手が向上した。
【0060】
また、本実施例によれば、複数のコイルを備えたモータ５を有し、第１電池パック（２５０）が電気機器１に接続された場合は、複数のコイルを互いに第１の接続形態（例えばスター結線）で接続し、第２電池パック（２００）が電気機器に接続された場合は、複数のコイルを互いに第１の接続形態とは異なる第２の接続形態（例えばデルタ結線）で接続するよう構成したので、装着される電池パックによって効率の良い駆動方法を選択できる。また、接続形態を切り替えないと、３６Ｖの半分程度の速度しか出ないところを補うことが可能となる。また、１８Ｖでも３６Ｖと同等の回転数・トルクを確保できる。同一トルクでの回転数を高くできる。
【実施例2】
【0061】
次に図８及び図９を用いて本願発明の第２の実施例を説明する。図８は本実施例の第２の実施例に係る電気機器１Ａの電池パック装着部１０に、低／高電圧電池パック２００を装着した際の回路図である。図５、図６で示した第１の実施例との違いは、電気機器１Ａの電池パック装着部１０から第１スイッチ４１（図５参照）と第２スイッチ４２（図５参照）を省いた点である。つまり、第１実施例にて第１、第２スイッチ４１、４２（図５参照）の部分は結線されていないので、第２接続端子３２と電力線３５は直接接続されず、第１接続端子３４とグランドライン３６は直接接続されない。第１、第２スイッチ４１、４２（図５参照）が無い点以外の、その他の構成要素は第１の実施例と同一である。モータ５のスター結線とデルタ結線の切り替え方法も、第４スイッチ７０と第５スイッチ７５を用いて同じように制御する。電気機器１Ａの電池パック装着部１０に低／高電圧電池パック２００を装着した場合は、第３スイッチ４３をオンにして短絡線３７を接続状態とすることで、正極入力端子３１と負極入力端子３３の間には３６Ｖの直流が出力される。この際、第４スイッチ７０のスイッチ７１～７３をすべてオフにし、第５スイッチ７５のスイッチ７６～７８をすべてオンにして、モータ５をスター結線とする。
【0062】
図９は本実施例の第２の実施例に係る電気機器１Ａの電池パック装着部１０に、低電圧電池パック２５０を装着した際の回路図である。低電圧電池パック２５０を装着した際には、その第３正極端子２８１と第３負極端子２９１（共に図４（Ｂ）参照）の形状から、正極入力端子３１と第２接続端子３２が短絡され、負極入力端子３３と第１接続端子３４が短絡される。また、マイコン５１は、電池パック種類検出回路５８の出力により装着された電池パック２５０が１８Ｖと判断したら、第３スイッチ４３をオフ状態で維持する。更に、マイコン５１は、第４スイッチ７０のスイッチ７１～７３をすべてオンにし、第５スイッチ７５のスイッチ７６～７８をすべてオフにして、モータ５をデルタ結線とする。
【0063】
第２の実施例における電気機器１Ａの電圧切替え手順は、図７で示したフローチャートとほぼ同じである。唯一の違いはステップ８８と９１にて第１スイッチ４１と第２スイッチ４２の制御が不要な点である。第２の実施例では第１スイッチ４１と第２スイッチ４２を省略できるので、電気機器１Ａのハウジング２内に配置するスイッチの個数を削減してハウジング２の大型化を抑制することができる。
【実施例3】
【0064】
図１０は本実施例の第３の実施例に係る電気機器１Ｂの電池パック装着部１０に、低／高電圧電池パック２００Ａを装着した際の回路図である。１８Ｖ／３６Ｖの電池パック２００Ａは、図５で示した低／高電圧電池パック２００と同様に、電池パック２００Ａの正極側端子として、腕部が上側に位置する第１正極端子２３１と、腕部が下側に位置する第２正極端子２３２が設けられる。同様にして、腕部が上側に位置する第２負極端子２４２と、腕部が下側に位置する第１負極端子２４１が設けられる。これに対応する電気機器１Ｂには、正極入力端子３１と、負極入力端子３３、第２接続端子３２が設けられる。しかしながら、図５に示した第１接続端子３４に相当する端子は省略されている。
【0065】
第３の実施例では、１８Ｖ／３６Ｖの電池パック２００Ａの筐体内に短絡線２４７が設けられ、短絡線２４７の経路中に第３スイッチ２４３が設けられる。第３スイッチ２４３はケース２０１（図２参照）の外部から物理的にスイッチ可動片を移動させるようにして、オン又はオフの制御を行う。ここでは、矢印２３５に示す方向に向けて電気機器１Ｂの電池パック装着部１０側に設けられる押圧片２３（図１１にて後述）が第３スイッチ２４３の可動片２４３ａ（図１１にて後述）を付勢することで第３スイッチ２４３がオンになる。また、電池パック２００Ａが装着されると、検出器４４を介してマイコン５１により電池パック２００Ａが３６Ｖ出力可能な機種であると判定できるので、第４スイッチ７０をすべてオフにして、第５スイッチ７５をすべてオンにしてモータ５のコイルをスター結線とする。次に、図１１を用いて電気機器１Ｂの電池パック装着部１０に設けられる押圧片２３と、第３スイッチ２４３の形状を説明する。
【0066】
図１１（Ａ）は図１０で示す電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂの底面図である。電池パック装着部１０Ｂには、図４で示した正極入力端子３１と第２接続端子３２が上下に距離を隔てて配置され（図では重なって見える）、負極入力端子３３と第１接続端子３４が上下に距離を隔てて配置される（図では重なって見える）。第１接続端子３４と第２接続端子３２との間には、通信用のＴ端子２４、Ｖ端子２５、ＬＳ端子２６が設けられ、第１接続端子３４の隣にはＬＤ端子２８が設けられる。第２接続端子３２とＴ端子２４の間には、第３スイッチ２４３を押圧するための押圧片２３が設けられる。押圧片２３が設けられる位置、即ち、図１１（Ｂ）のスロット２２３には、従来の１８Ｖ電池パックや、従来の１８／３６Ｖ電池パックではそこに接続端子が設けられておらず、予備のスペースであった。そこで、第３の実施例では予備のスペースに合成樹脂等の不導体でできた押圧片２３を設け、電池パック２００を電池パック装着部１０Ｂに装着した際に、対応するスロット２２３内に配置される第３スイッチ２４３を押圧するように構成した。
【0067】
図１１（Ｂ）は低／高電圧電池パック２００Ａの上面の概略図である。電池パック２００Ａの形状は第３スイッチ２４３をスロット２２３の内部に配置した構造が低／高電圧電池パック２００と違う点である。電池パック２００Ａのスロット群２０５には、右側から８つのスロット２２１～２２８が配置される。スロット２２２は正極用であり、その内部空間には図４で示した第１正極端子２３１と第２正極端子２３２が配置される。スロット２２７は負極用であり、その内部空間には図４で示した第１負極端子２４１と第２負極端子２４２が配置される。図１１（Ａ）で示した電池パック装着部１０Ｂに電池パック２００Ａを装着するために移動させると、正極入力端子３１と第２接続端子３２がスロット２２２内に挿入され、第１正極端子２３１と第２正極端子２３２と嵌合する。また、負極入力端子３３と第１接続端子３４がスロット２２７内に挿入され、第２負極端子２４２と第１負極端子２４１と嵌合する。また、通信用の端子２４～２６、２８もそれぞれスロット２２４～２２６、２２８に挿入され、電池パック２００Ａ側の通信用端子と嵌合する。
【0068】
電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂに形成された押圧片２３はスロット２２３内に挿入され、第３スイッチ２４３の可動子２４３ａを押圧して移動させることにより、第３スイッチ２４３をオフ状態からオン状態に切り替える。つまり電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂの突起（押圧片２３）が電池パック２００Ａ側の空きスロット２２３内に設けられた第３スイッチ２４３を操作するため、第３スイッチ２４３が自動的に操作される。このようにして、１８Ｖ／３６Ｖ用の２電圧電池パック２００Ａが装着されると強制的に第３スイッチ２４３がオン状態、即ち図１０の回路図に示した接続状態になる。電池パック２００Ａを電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂから取り外すと、押圧していた押圧片２３が第３スイッチ２４３から離れるため、第３スイッチ２４３の可動片（可動子２４３ａ）が図示しないバネの作用により元の位置（初期位置）にもどることにより、第３スイッチ２４３はオフ状態となる。
【0069】
図１２は本実施例の第３の実施例に係る電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂに、１８Ｖの電池パック２５０を装着した際の回路図である。１８Ｖの電池パック２５０のターミナル部やレール部の外観形状は、図１１（Ｂ）で示した電池パック２００Ａの外観と同じ（互換）である。図４（Ｂ）で示した第３正極端子２８１が図１１（Ｂ）のスロット２２２に相当する位置に配置され、図４（Ｂ）で示した第３負極端子２９１が図１１（Ｂ）のスロット２２７に相当する位置に配置される。一方、１８Ｖの電池パック２５０の内部には第３のスイッチ２４３（図１０参照）に相当するスイッチは設けられず、図１１（Ｂ）のスロット２２３に相当する位置の内部空間は空洞になっている。従って、電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂに電池パック２５０を装着しても、矢印２３５のように不導体たる押圧片２３が空きスロット２２３の内部に挿入されるだけで、電池パック２５０側の回路構成には何ら変更がない。
【0070】
電池パック２５０は、第３正極端子２８１と第３負極端子２９１を有する。第３正極端子２８１は、正極入力端子３１と第２接続端子３２に嵌合し、第３負極端子２９１は負極入力端子３３に嵌合する。この結果、図１２に示すように、電力線３５とグランドライン３６の間には１８Ｖの直流が出力される。また、電池パック２５０が装着されると、検出器４４を介してマイコン５１により電池パック２５０が１８Ｖ出力可能な機種であると判定できるので、第４スイッチ７０をすべてオンにして、第５スイッチ７５をすべてオフにしてモータ５のコイルをデルタ結線とする。
【0071】
第３の実施例では、２つのセルユニット２１０、２２０を直列に接続するための短絡線２４７を電池パック２００Ａの内部に配置した。電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂには、電池パック２００Ａの内部に配置した第３スイッチ２４３を操作するための操作部材（押圧片２３）を設けるようにしたので、電池パック２００Ａを押圧片２３付きの電気機器１Ｂの電池パック装着部１０Ｂに装着するだけで自動的に電池パック２００Ａの出力を高出力側に切り替えることができる。
【0072】
以上、第１～第３の実施例では、電池パック装着部１０、１０Ｂに高電圧（３６Ｖ）の電池パックが装着された際にはモータ５をスター結線とし、低電圧（１８Ｖ）の電池パックが装着された際にはモータ５をデルタ結線とした。しかしながら、モータ５の制御を高電圧駆動に最適な回転制御と、低電圧駆動に最適な回転制御を切り替える方法は他にも考えられる。
【0073】
図１３はモータの制御特性の切り替え例を示す図であり、（Ａ）は電気進角を変更した場合のモータ回転数とモータトルクの関係を示す図である。ここで、電気進角について説明する。位置検出素子（ホールＩＣ）４８が回転位置検出回路５３を介して演算部５０（マイコン５１）へ出力する信号がオンからオフ、或いは、オフからオンに切り替わった瞬間にインバータ回路６５の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン、オフを切り替える場合を電気進角０度という。このタイミングよりもロータ５ａが回転角１５度前のタイミングでインバータ回路６５の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン、オフを切り替えることを電気進角３０度（１５度×２（４極ロータの場合））という。図中、縦軸はモータ５の回転数（単位：ｍｉｎ－１）であり、横軸はモータ５の発生トルク（単位：Ｎ・ｍ）である。特性９３は、１８／３６Ｖ対応の電気機器１において、モータ５を３６Ｖで駆動し、電気進角を３０度で駆動した場合のモータ回転数とモータトルクの特性である。モータトルクが大きくなると、モータ回転数がリニアに下がるという特性を有する。このような特性のモータ５において、１８Ｖの電力で同じモータ５を駆動すると、点線で示す特性９４のようになるので、モータ回転数もモータトルクも小さくなってしまう。そこで、電気進角０度のタイミングに対してロータ５ａが回転角３０度前（電気進角３０×２（４極ロータの場合）＝６０度）にインバータ回路６５の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン、オフを切り替え、１８Ｖの電力でも電気進角を３０度から６０度に変更することで、特性９５のように低トルク領域でのモータ回転数を大きく上昇させることができる。このように１８Ｖ電池パック２５０を電気機器１に装着した時に、電気進角を大きくすることで、３６Ｖ動作時の回転特性に近づけることが可能となる。
【0074】
図１３（Ｂ）は導通角を変更した場合のモータ回転数とモータトルクの関係を示す図である。ここで、通電角について説明する。ロータ５ａの位置（位置検出素子４８の出力）に応じてインバータ回路６５の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン、オフが切り替わるため、各ステータコイル（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流にも通電のオン、オフや、電流の流れる向き（正方向、逆方向）に変化が生じる。１２０度通電とは、ロータ５ａが６０度回転（電気角で６０度×２（４極ロータの場合）＝１２０度）するまで、各ステータコイルの通電のオン、オフ、及び電流の流れる向きが変化しないようにインバータ回路６５の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオン、オフさせることをいう。特性９６は、１８／３６Ｖ対応の電気機器１において、モータ５を３６Ｖで駆動し、導通角を１２０度で駆動した場合のモータ回転数とモータトルクの特性である。モータトルクが大きくなると、モータ回転数がリニアに下がるという特性を有する。このような特性のモータ５において、１８Ｖの電力で同じモータ５を駆動すると、点線で示す特性９７のようになるので、モータ回転数もモータトルクも小さくなってしまう。そこで、ロータ５ａが９０度回転（電気角で９０度×２（４極ロータの場合）。１８０度）するまで、各ステータコイルの通電のオン、オフ及び電流の流れる向きが変化しないようにインバータ回路６５の半導体スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６をオン、オフさせ、１８Ｖの電力でも導通角を１２０度から１８０度に変更することで、特性９８のように低トルク領域でのモータ回転数を大きく上昇させることができる。このように１８Ｖ電池パック２５０を電気機器１に装着した時に、導通角を大きくすることで、３６Ｖ動作時の回転特性に近づけることが可能となる。
【0075】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0076】
１，１Ａ，１Ｂ…電気機器、２…ハウジング、２ａ…本体部、２ｂ…ハンドル部、２ｃ…ソーカバー、３…ベース、３ａ…切り抜き部、４…モータカバー、５…モータ、５ａ…ロータ、５ｂ…ステータ、６…トリガスイッチ、８…鋸刃、９…保護カバー、１０，１０Ｂ…電池パック装着部、１１，１２…レール部、１１ａ，１１ｂ…凹部、１５…ターミナル部、２３…押圧片、２４…Ｔ端子、２５…Ｖ端子、２６…ＬＳ端子、２８…ＬＤ端子、３０…仕切り板、３１…正極入力端子、３２…第２接続端子、３３…負極入力端子、３４…第１接続端子、３５…電力線（プラス電力ライン）、３６…電力線（グランドライン）、３７…短絡線、４１…第１スイッチ、４２…第２スイッチ、４３…第３スイッチ、４４…検出器、４５…コンデンサ、４６…シャント抵抗、４８…位置検出素子、５０…演算部、５１…マイコン、５２…制御信号回路、５３…回転位置検出回路、５４…回転数検出回路、５５…動作モード検出回路、５６…動作モードスイッチ、５７…電流検出回路、５８…電池パック種類検出回路、５９…電圧検出回路、６０…制御電源回路、６１…スイッチ操作検出回路、６２…起動維持信号、６５…インバータ回路、７０…第４スイッチ、７１～７３…スイッチ、７５…第５スイッチ、７６～７８…スイッチ、１０１…電気機器、１１０…電池パック装着部、１５１…電気機器、１６０…電池パック装着部、２００，２００Ａ…電池パック（低／高電圧電池パック，第１電池パック）、２０１…ケース、２０２…下段面、２０３…段差部、２０４…上段面、２０５…スロット群、２０７…ストッパ部、２０８ａ，２０８ｂ…レール溝、２０９ａ，２０９ｂ…ラッチボタン、２１０…第１セルユニット、２２０…第２セルユニット、２２１～２２８…スロット、２３１…第１正極端子、２３１ａ，２３１ｂ…腕部、２３２…第２正極端子、２３２ａ，２３２ｂ…腕部、２４１…第１負極端子、２４１ａ，２４１ｂ…腕部、２４２…第２負極端子、２４２ａ，２４２ｂ…腕部、２４３…第３スイッチ、２４３ａ…可動子、２４７…短絡線、２５０…電池パック（低電圧電池パック，第２電池パック）、２５１…ケース、２５２…下段面、２５３…段差部、２５４…上段面、２５５…スロット群、２５８ａ…レール溝、２５９ａ…ラッチボタン、２６０…第３セルユニット、２７０…第４セルユニット、２８１…第３正極端子、２８１ａ，２８１ｂ…腕部、２９１…第３負極端子、２９１ａ，２９１ｂ…腕部、Ｑ１～Ｑ６…スイッチング素子、Ｖｃｃ…基準電圧
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】