(57)【要約】【課題】  電池パックの電池電圧の低下を作業者に報知することのできる電源装置を提供する。【解決手段】  電源装置１は、電池パック４からの直流電力を交流電力に変換して出力するスイッチング回路２６と、電池パック４の電池電圧を検出する電圧検出部２１と、検出された電圧に基づきスイッチング回路２６の出力実効値を設定し、設定された出力実効値を有する電力がスイッチング回路２６から出力されるような制御を行うマイコン２９と、を備えたことを特徴としている。。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池パックからの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ部と、
前記電池パックの電池電圧を検出する電圧検出部と、
前記検出された電圧に基づき前記インバータ部の出力実効値を設定する設定部と、
前記設定された出力実効値を有する電力が前記インバータ部から出力されるような制御を行う制御部と、
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記設定部は、前記電池電圧の低下に応じて前記出力実効値を低下させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記電池パックからの直流電力を交流電力に変換するための第１のスイッチング素子と、
前記変換された電力を昇圧する昇圧回路部と、
前記昇圧された電力を整流・平滑して直流電力として前記インバータ部に出力する整流平滑回路部と、
を更に備え、
前記制御部は、前記第１のスイッチング素子のスイッチングのデューティを変化させることにより、前記設定された出力実効値を有する電力が前記インバータ部から出力されるような制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記インバータ部は前記平滑された電力を交流電力として出力するための複数の第２のスイッチング素子を備えており、
前記制御部は、前記第２のスイッチング素子のスイッチングのデューティを変化させることにより、前記設定された出力実効値を有する電力が前記インバータ部から出力されるような制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記電池パックの電圧が所定値より小さい場合に、前記電池パックから前記インバータ部への電力の供給を停止させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電池パックから過放電検出信号が入力された場合には、前記電池パックから前記インバータ部への電力の供給を停止させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電源装置。
【請求項７】
モータと、前記電池パックから前記モータへの電力供給を指示するトリガスイッチと、を備え、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電源装置に接続可能であることを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータを備えた電源装置及びその電源装置を備えた電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部電源からの電力を蓄える電池パックと、電池パックに蓄えられた直流電力を交流電力に変換するインバータとを有し、交流駆動式の電気工具に電力を供給する電源装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７８８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電源装置では、過放電と判別するまでは、一定の出力実効値を有する電力を電気工具に供給することができる。しかしながら、過放電となった場合には、突如として電力供給が停止されるため、作業に不都合が生じていた。
【０００５】
本発明は、電池パックの電池電圧の低下を作業者に報知することのできる電源装置及び電動工具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、電池パックからの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ部と、前記電池パックの電池電圧を検出する電圧検出部と、前記検出された電圧に基づき前記インバータ部の出力実効値を設定する設定部と、前記設定された出力実効値を有する電力が前記インバータ部から出力されるような制御を行う制御部と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
このような構成によれば、検出された電圧に基づきインバータ部の出力実効値を設定するので、作業者が作業中に電池パックの電池電圧を認識することが可能となる。
【０００８】
また、前記設定部は、前記電池電圧の低下に応じて前記出力実効値を低下させることが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、出力実効値を低下させることにより電源装置に接続された電動工具のパワーも低下するので、作業者が電池パックの電池電圧の低下を容易に認識することが可能となる。
【００１０】
また、前記電池パックからの直流電力を交流電力に変換するための第１のスイッチング素子と、前記変換された電力を昇圧する昇圧回路部と、前記昇圧された電力を整流・平滑して直流電力として前記インバータ部に出力する整流平滑回路部と、を更に備え、前記制御部は、前記第１のスイッチング素子のスイッチングのデューティを変化させることにより、前記設定された出力実効値を有する電力が前記インバータ部から出力されるような制御を行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記インバータ部は前記平滑された電力を交流電力として出力するための複数の第２のスイッチング素子を備えており、前記制御部は、前記第２のスイッチング素子のスイッチングのデューティを変化させることにより、前記設定された出力実効値を有する電力が前記インバータ部から出力されるような制御を行うことが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、電池電圧に応じてスイッチング素子を制御するだけで、電源装置に接続された電動工具のパワーも低下し、作業者が電池パックの電池電圧の低下を容易に認識することが可能となる。
【００１３】
また、前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された前記電池パックの電圧が所定値より小さい場合に、前記電池パックから前記インバータ部への電力の供給を停止させることが好ましい。
【００１４】
また、前記制御部は、前記電池パックから過放電検出信号が入力された場合には、前記電池パックから前記インバータ部への電力の供給を停止させることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、電池パックが過放電になることを抑制でき、電池パックの寿命低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電池パックの電池電圧の低下を作業者に報知することのできる電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による電源装置の回路図。
【図２】本発明による出力実効値の制御の説明図。
【図３】本発明による出力実効値の制御についてのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１乃至図３を用いて、本発明の電源装置（インバータ装置）１の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、電源装置１の回路図である。本実施の形態では、電源装置１は、インバータ２と、電動工具本体３と、を備えており、電動工具本体３のトリガスイッチ３１ａが操作されると、インバータ２は、電池パック４から供給された直流電力をインバータ２によって交流電力に変換し、電動工具本体３の整流三相変換回路３１を介してブラシレスモータ３２に供給するものとする。インバータ２、電動工具本体３、及び、電池パック４は、それぞれ着脱可能であるが、以下では、それぞれが接続されているものとして説明する。
【００２０】
インバータ２は、電池電圧検出部２１と、電源部２２と、昇圧回路（昇圧回路部）２３と、整流・平滑回路（整流平滑回路部）２４と、昇圧電圧検出部２５と、スイッチング回路（インバータ部）２６と、電流検出抵抗２７と、ＰＷＭ信号出力部２８と、制御部となるマイクロコンピュータ（マイコン）２９と、を備えている。
【００２１】
電池電圧検出部２１は、互いに直列接続された抵抗２１１及び２１２から構成されており、電池パック４からの電圧を検出し、抵抗２１１及び２１２との接続点から分圧電圧としてマイコン２９に出力する。なお、図１に示す電池パック４は、３．６Ｖ／セルのリチウム電池セルが４本直列接続され、定格電圧１４．４Ｖを出力する。
【００２２】
電源部２２は、電池パック４とマイコン２９との間に直列に接続された電源スイッチ２２１及び定電圧回路２２２を備えている。定電圧回路２２２は、三端子レギュレータ２２２ａと、発振防止用コンデンサ２２２ｂ及び２２２ｃと、を備えており、ユーザにより電源スイッチ２２１がオンされると、電池パック４からの電圧を所定の直流電圧（例えば５Ｖ）に変換し、マイコン２９に駆動電力として供給する。なお、電源スイッチ２２１がオフされると、マイコン２９に駆動電力が供給されなくなるので、インバータ２全体がオフされることとなる。
【００２３】
昇圧回路２３は、トランス２３１と、第１のスイッチング素子となるＦＥＴ２３２と、を備えている。トランス２３１の一次側は、電池パック４とＧＮＤとの間に直列に接続されており、また、トランス２３１の一次側とＧＮＤとの間にはＦＥＴ２３２が配置されている。ＦＥＴ２３２のゲートはマイコン２９に接続されており、ＦＥＴ２３２は、後述するマイコン２９からの第１のＰＷＭ信号によりオン・オフされ、これにより、電池パック４からトランス２３１の一次側に供給された直流電力は交流電力に変換される。
【００２４】
トランス２３１の２次側には、整流・平滑回路２４と、昇圧電圧検出部２５と、スイッチング回路２６と、電流検出抵抗２７と、が接続されている。
【００２５】
整流・平滑回路２４は、ダイオード２４１及び２４２と、コンデンサ２４３と、を備えており、これらにより、トランス２３１により昇圧された交流電力を整流・平滑して直流電力として出力する。
【００２６】
昇圧電圧検出部２５は、互いに直列接続された抵抗２５１及び２５２から構成されており、整流・平滑回路２４から出力された直流の昇圧電圧（例えば１４０Ｖ）を検出し、互いの抵抗の接続点から分圧電圧としてマイコン２９に出力する。
【００２７】
スイッチング回路２６は、第２のスイッチング素子となる４つのＦＥＴ２６１−２６４から構成されており、直列に接続されたＦＥＴ２６１及び２６２と、直列に接続されたＦＥＴ２６３及び２６４とが、整流・平滑回路２４の出力端子に並列に接続されている。詳細には、ＦＥＴ２６１のドレインは、整流・平滑回路２４の出力端子（プラス側）に接続され、ＦＥＴ２６１のソースは、ＦＥＴ２６２のドレインに接続されている。また、ＦＥＴ２６３のドレインは、整流・平滑回路２４の出力端子（プラス側）に接続され、ＦＥＴ２６３のソースは、ＦＥＴ２６４のドレインに接続されている。
【００２８】
更に、ＦＥＴ２６１のソース及びＦＥＴ２６２のドレイン、ＦＥＴ２６３のソース及びＦＥＴ２６４のドレインはそれぞれ、出力端子２６５、２６６に接続されている。そして、出力端子２６５、２６６は整流三相変換回路３１を介して電動工具本体３のブラシレスモータ３２に接続されている。ＦＥＴ２６１−２６４のゲートは、ＰＷＭ信号出力部２８に接続されており、ＦＥＴ２６１−２６４は、後述するＰＷＭ信号出力部２８からの第２のＰＷＭ信号によりオン・オフされ、これにより、整流・平滑回路２４から出力された直流電力は、交流電力に変換されて電動工具本体３（モータ３２）に供給される。
【００２９】
なお、ブラシレスモータ３２ではなく整流子モータでも良く、この場合、トリガスイッチはモータと出力端子２６５又は２６６との間に直列に接続されている。
【００３０】
電流検出抵抗２７は、ＦＥＴ２６２のソース及びＦＥＴ２６４のソースと、ＧＮＤとの間に直列に接続されており、電流検出抵抗２７の高電圧側の端子はマイコン２９と接続されている。このような構成により、電流検出抵抗２７は、ＡＣモータ３２に流れる電流を検出し、電圧としてマイコン２９に出力する。
【００３１】
マイコン２９は、昇圧電圧検出部２５によって検出された昇圧電圧に基づき、フィードバック制御を行う。具体的には、目標の実効電圧を有する交流電力がトランス２３１の２次側から出力されるための第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ２３２のゲートに出力し、ＦＥＴ２３２をオン・オフさせる。また、マイコン２９は、設定された電力がＡＣモータ３２に供給されるための第２のＰＷＭ信号をＰＷＭ信号出力部２８に出力する。ＰＷＭ信号出力部２８は、マイコン２９から出力された第２のＰＷＭ信号をＦＥＴ２６１−２６４のゲートに出力し、ＦＥＴ２６１−２６４をオン・オフさせる。詳細には、マイコン２９は、ＦＥＴ２６１とＦＥＴ２６４のセット（以降、第１のセット）とＦＥＴ２６２とＦＥＴ２６３のセット（以降、第２のセット）をデューティ１００％で交互にオン・オフさせるための第２のＰＷＭ信号を出力する。
【００３２】
更に、本実施の形態のマイコン２９は、電池電圧検出部２１によって検出された電池パック４の電圧に基づき、上記目標の実効電圧値を変更する。実効電圧値の変更については後述する。
【００３３】
また、マイコン２９は、電池電圧検出部２１によって検出された電池電圧に基づき、電池パック４の過放電を判別する。具体的には、電池電圧検出部２１によって検出された電池電圧が所定値以下の場合には、電池パック４に過放電が生じていると判断し、ＦＥＴ２３２及び２６１−２６４をオフさせるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力する。また、電池パック４は、その内部に保護ＩＣやマイコンを備え、自ら過放電を検出して過放電信号をマイコン２９に出力する機能を有しており、マイコン２９は、信号端子ＬＤから過放電信号を受信した場合にもＦＥＴ２３２及び２６１−２６４をオフさせるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力する。このような構成により、電池パック４の寿命が短くなることを防止することが可能となる。
【００３４】
次に、図２及び図３を用いて、本実施の形態におけるマイコン２９による出力実効値の制御について説明する。
【００３５】
図３のフローチャートは、電池パック４がインバータ２に装着されている状態で電源スイッチ２２１がオンされた時、又は、電源スイッチ２２１がオンされた状態で電池パック４がインバータ２に装着された時にスタートする。なお、電源スイッチ２２１をオンすることによって、電池パック４の電圧から定電圧回路２２２に電圧が供給されることでマイコン２９の駆動電圧が生成されマイコン２９が動作することになる。
【００３６】
まず、マイコン２８は、第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ２３２に出力し、昇圧回路２３を動作させ（Ｓ２００）、昇圧電圧検出部２５によって検出された昇圧電圧に基づき、整流平滑回路部２４のコンデンサ２４２の昇圧電圧（検出電圧）が目標出力実効値（例えば１４０Ｖ）より大きいか否かを判断する（Ｓ２０１）。検出電圧が目標出力実効値より大きい場合には（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、デューティ比を減少させた第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ２３２のゲートに出力し（Ｓ２０３）、検出電圧が目標出力実効値以下の場合には（Ｓ２０１：ＮＯ）、デューティ比を増加させた第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ２３２のゲートに出力する（Ｓ２０２）。
【００３７】
以上のようにして、まず、昇圧電圧（コンデンサ２４３の電圧）のフィードバック制御を行った後に、続いて、電池電圧検出部２１によって電池パック４の電圧を検出し（Ｓ２０４）、電池電圧に基づき、目標出力実効値を変更する（Ｓ２０５）。
【００３８】
続いて、電池電圧検出部２１によって検出された電池電圧が所定の過放電電圧より小さいか否かを判断する（Ｓ２０６）。所定の過放電電圧より小さい場合には（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、電池パック４が過放電状態にあると判断し、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を停止して昇圧回路２３及びスイッチング回路２６の動作を停止させる（Ｓ２０７）。これにより、電池パック４からの電力の供給が停止される。
【００３９】
一方、電池電圧が所定の過放電電圧以上の場合には（Ｓ２０６：ＮＯ）、電池パック４からＬＤ端子を介して過放電信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ２０８）。過放電信号が入力されていた場合には（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、電池電圧が所定の過放電電圧より小さい場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）と同様に、昇圧回路２３及びスイッチング回路２６の動作を停止させる（Ｓ２０７）。過放電信号が入力されていなかった場合には（Ｓ２０８：ＮＯ）、Ｓ２００に戻る。
【００４０】
従来の電源装置では、Ｓ２０５における目標出力実効値の変更を行っていないため、電池パック４の電圧の変化によらず常に一定の出力実効値を有する電力が電動工具本体３へ供給されていた。しかしながら、従来の電源装置では、Ｓ２０６、Ｓ２０８で過放電と判断された場合に、突如として電動工具本体３への供給が停止されていたため、作業に不都合が生じていた。
【００４１】
しかしながら、本実施の形態による電源装置１では、Ｓ２０１〜Ｓ２０３で昇圧回路２３（コンデンサ２４３）の昇圧電圧のフィードバック制御を行った後に、電池電圧に基づき目標出力実効値を変更する（Ｓ２０５）。即ち、Ｓ２０４で電池電圧検出部２１により電池パック４の電圧を検出し、その検出した電池電圧に応じてＦＥＴ２３２或いはＦＥＴ２６１−２６４をスイッチング制御する。
【００４２】
電池パック４は３．６Ｖ／セルのリチウム電池セルを４本接続した定格電圧１４．４Ｖだが、充電によって満充電とすると１６Ｖ程度まで電池電圧が上昇する。この満充電の状態で電動工具、例えば芝刈り機３を駆動した場合は、コンデンサ２４３の電圧が例えば目標値１４０Ｖになるように、第１のＰＷＭ信号によりＦＥＴ２３２をスイッチング制御すると共に、インバータ装置２（スイッチング回路２６）の出力が交流１００Ｖとなるように、第２のＰＷＭ信号によりＦＥＴ２６１−２６４をデューティ１００％でスイッチング制御する。
【００４３】
その後、モータ３や、刈り取る芝等の負荷によって電池パック４の電力が消費され、図２に示すように、電池電圧は満充電時の１６Ｖから徐々に低下していく。本実施の形態では、電池電圧が１０Ｖまでは、インバータ２の出力が交流１００ＶになるようにＦＥＴ２３２及びＦＥＴ２６１−２６４をスイッチング制御する。
【００４４】
更に芝刈作業が進み、電池電圧が１０Ｖより低下すると、マイコン２９は、ＦＥＴ２３２或いはＦＥＴ２６１−２６４のスイッチング制御を、電池電圧に応じて変更する。
【００４５】
具体的には、ＦＥＴ２３２は満充電時と同様にコンデンサ２４３の電圧が１４０Ｖになるようにスイッチング制御される。一方、スイッチング回路２６の４つのＦＥＴは、図２に示すように、電池電圧の低下に対応してインバータ２の出力を１００Ｖから６０Ｖまで低下するように、スイッチング制御される。
【００４６】
なお、本実施の形態では、Ｓ２０５で電池電圧に応じてインバータ回路２６の出力を設定（ＦＥＴ２６１−２６４を制御）するようにしたが、スイッチング回路２６のＦＥＴ２６１−２６４だけでなく、ＦＥＴ２３２のデューティ、即ち、コンデンサ電圧の目標値を電池電圧に応じて下げても良いし、ＦＥＴ２３２のみを変更しても良い。
【００４７】
従って、電動工具本体３を継続して使用すると、図２に示すように、電池電圧の低下（１６Ｖから８Ｖ）に対応してインバータ２からの出力も低下（１００Ｖから６０Ｖ）していくため、電動工具本体３のパワーが低下していくこととなる。そして、作業者は、電動工具本体３のパワーの低下により、電池パック４の電池電圧の低下を認識することができ、作業の継続等の判断を早目に行うことが可能となる。
【００４８】
図２に示すように、電池パック４の電池電圧が８Ｖ（セル当たり２Ｖ）になったことを電池電圧検出部２１で検出したら、上記したように、昇圧回路２３及びインバータ回路２６を停止させることで、電池パック４の過放電を防止し、電池寿命の低下を抑制することができる。
【００４９】
尚、本発明の電源装置は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
【００５０】
例えば、上記実施の形態では、電池電圧検出部２１によって検出された電池電圧に基づいてインバータ２の目標出力実効値を変更したが、昇圧電圧検出部２５によって検出された昇圧電圧に基づいて変更してもよい。この場合、ＦＥＴ２３２のデューティを一定としておくことで、電池電圧に応じて昇圧電圧（コンデンサ２４３の電圧）が低下することを昇圧電圧検出部２５で検出し、その結果に応じて、インバータ回路２６のＦＥＴを制御すれば良い。
【００５１】
また、上記実施の形態では、第１のＰＷＭ信号を変化させることにより、インバータ２から目標出力実効値を有する電力が出力されるようにフィードバック制御を行ったが、第２のＰＷＭ信号を変化させることにより行ってもよい。
【００５２】
また、インバータ２の出力を１００Ｖから６０Ｖとして説明したが、これに限るものではなく、出力範囲を広く或いは狭くしても良く、作業者が電池パックの充電状態を把握できれば良い。
【００５３】
また、上記実施の形態では、インバータ２に接続される電池パック４を１４．４Ｖのリチウム電池パックとして説明したが、種類が異なる電池パック、例えばリチウム電池の他にニカド電池やニッケル水素電池からなる電池パックの何れかを接続可能にしても良いし、電池電圧が異なる複数の電池パックを接続可能にしても良い。この場合、電池パックには電池電圧や種類を識別するために識別手段（例えば抵抗）を設け、マイコン２９がこの抵抗からの情報により接続された電池パックを判別し、その電池パックに応じて昇圧回路部２３の昇圧動作を制御するようにすれば、種々の電池パックを使用することができ作業性を向上することができる。また、接続した電池パックに応じてインバータ２の出力範囲を変えても良い。
【００５４】
また、図３のフローチャートでは、Ｓ２０６、Ｓ２０８で過放電状態を判別するようにしたが、いずれの時点で判別するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１：電源装置、２：インバータ、３：電動工具、４：電池パック、２１：電池電圧検出部、２２：マイコン電源部、２３：昇圧回路、２４：整流・平滑回路、２５：昇圧電圧検出部、２６：スイッチング回路、２７：電流検出抵抗、２８：ＰＷＭ信号出力部、２９：マイコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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