(57)【要約】【課題】  インバータ装置及び電動工具を提供する。【解決手段】  インバータ装置１は、設定された導通角により直流電力を交流電力に変換してＡＣモータ３１に出力するインバータ回路１６と、ＡＣモータ３１にかかる負荷を検出する電流検出抵抗１７と、電流検出抵抗１７により検出された負荷に応じて導通角を変化させる制御部１９と、を備えている。これにより、ＡＣモータ３１にかかる一時的な過負荷に対応可能となる。【選択図】図２
2012191805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された導通角により直流電力を交流電力に変換してモータに出力するインバータ回路と、
前記モータにかかる負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷に応じて前記導通角を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記負荷が所定値以上となった場合に前記導通角を増加させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記負荷が第１の所定時間に亘って前記所定値以上であった場合に前記導通角を増加させることを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記導通角を増加させてから第２の所定時間経過後に前記導通角を減少させることを特徴とする請求項２又は３に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記導通角を増加させてから前記第２の所定時間経過する前に前記負荷検出手段により検出された負荷が前記所定値未満であった場合に前記導通角を減少させることを特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記モータと、
請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ装置と、
を備えた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、インバータ装置及び電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インバータ回路を備えた電子機器が知られている。このような電子機器は、商用電源からの交流電力をトランスで変圧し、整流・平滑回路で直流電力に整流・平滑した後、インバータ回路で所定の交流電力に変換してＡＣモータ等に出力している（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】
しかしながら、例えば、上記電子機器が芝刈り機である場合、芝刈部に草がつまることによりＡＣモータに過負荷がかかることがあり、このような場合には、ＡＣモータがロックした状態となり、作業が中断することとなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、モータにかかる一時的な過負荷に対応可能なインバータ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】
本発明は、設定された導通角により直流電力を交流電力に変換してモータに出力するインバータ回路と、前記モータにかかる負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段により検出された負荷に応じて前記導通角を変化させる制御手段と、を備えたことを特徴とするインバータ装置を提供している。
【０００７】
このような構成によれば、モータに過負荷がかかったような場合には、一時的に増加された電力がモータに供給されることとなるので、モータがロックして作業が中断することが防止される。
【０００８】
また、前記制御手段は、前記負荷が所定値以上となった場合に前記導通角を増加させることが好ましい。
【０００９】
また、前記制御手段は、前記負荷が第１の所定時間に亘って前記所定値以上であった場合に前記導通角を増加させることが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、モータがロック状態又はロック状態に近い状態にあることを正確に把握することができるので、ロック状態又はロック状態に近い状態以外で導通角を増加させて電力を浪費することが防止される。
【００１１】
また、前記制御手段は、前記導通角を増加させてから第２の所定時間経過後に前記導通角を減少させることが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、長時間大きな電力が供給されてモータが破損することが防止される。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記導通角を増加させてから前記第２の所定時間経過する前に前記負荷検出手段により検出された負荷が前記所定値未満であった場合に前記導通角を減少させることが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、モータに大きな電力が供給される期間を短くすることができ、ＡＣモータ３１が破損することがより適切に防止される。
【００１５】
また、本発明の別の観点によれば、モータと、上記インバータ装置と、を備えたことを特徴とする電動工具を提供している。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のインバータ装置及び電動工具によれば、モータにかかる一時的な過負荷に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態によるインバータ装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態による導通角制御について説明するタイムチャート
【図３】本発明の実施の形態による導通角制御について説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態によるインバータ装置１について説明する。
【００１９】
図１は、インバータ装置１の回路図である。インバータ装置１は、電池パック２から供給された直流電力を交流電力に変換して電動工具３のＡＣモータ３１に供給するために、電池パック２と電動工具３との間に接続されている。ＡＣモータ３１には、電動工具３のトリガスイッチ３２が操作されると、インバータ装置１から交流電力が供給される。インバータ装置１は、電池パック２と電動工具３との間で着脱可能であるが、以下では、接続されているものとして説明する。また、本実施の形態では、電動工具３として、芝刈り機を想定するが、例えば、電動ドリル等の他の電動工具であってもよい。
【００２０】
インバータ装置１は、電池電圧検出部１１と、電源部１２と、昇圧回路１３と、整流・平滑回路１４と、昇圧電圧検出部１５と、インバータ回路１６と、電流検出抵抗（本発明の負荷検出手段）１７と、ＰＷＭ信号出力部１８と、制御部（本発明の制御手段）１９と、を備えている。
【００２１】
電池電圧検出部１１は、電池電圧検出抵抗１１１及び１１２を備えている。電池電圧検出抵抗１１１及び１１２は、電池パック２のプラス側端子２１とマイナス側端子２２の間に直列に接続されており、電池パック２の電池電圧の、電池電圧検出抵抗１１１と電池電圧検出抵抗１１２とによる分圧電圧を制御部１９に出力する。なお、図１に示す電池パック２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１２は、電池パック２のプラス側端子２１と制御部１９との間に直列に接続された電源スイッチ１２１及び定電圧回路１２２を備えている。定電圧回路１２２は、三端子レギュレータ１２２ａと、発振防止用コンデンサ１２２ｂ及び１２２ｃと、を備えており、ユーザにより電源スイッチ１２１がオンされると、電池パック２からの電圧を所定の直流電圧（例えば５Ｖ）に変換し、制御部１９に駆動電力として供給する。なお、電源スイッチ１２１がオフされると、制御部１９に駆動電力が供給されなくなるので、インバータ装置１全体がオフされることとなる。
【００２３】
昇圧回路１３は、トランス１３１と、ＦＥＴ１３２と、を備えており、トランス１３１は、一次側巻線１３１ａと、二次側巻線１３１ｂと、を備えている。
【００２４】
一次側巻線１３１ａは、電池パック２のプラス側端子２１とマイナス側端子２２の間に接続されており、トランス１３１の一次側巻線１３１ａとマイナス側端子２２の間には、更に、ＦＥＴ１３２が配置されている。ＦＥＴ１３２のゲートには、ＦＥＴ１３２をオン・オフさせるための第１のＰＷＭ信号が制御部１９から入力され、ＦＥＴ１３２のオン・オフにより、電池パック２から供給された直流電力は交流電力に変換されてトランス１３１の一次側巻線１３１ａに出力される。一次側巻線１３１ａに入力された交流電力は、一次側巻線１３１ａと二次側巻線１３１ｂとの巻数比に応じて変圧されて二次側巻線１３１ｂから出力される。
【００２５】
整流・平滑回路１４は、整流ダイオード１４１及び１４２と、平滑コンデンサ１４３と、を備えており、これらにより、トランス１３１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１５は、互いに直列接続された抵抗１５１及び１５２から構成されており、整流・平滑回路１４から出力された直流の昇圧電圧（平滑コンデンサ電圧、例えば１４０Ｖ）を検出し、昇圧電圧の、抵抗１５１と抵抗１５２とによる分圧電圧を制御部１９に出力する。
【００２７】
インバータ回路１６は、４つのＦＥＴ１６１−１６４から構成されており、直列に接続されたＦＥＴ１６１及び１６２と、直列に接続されたＦＥＴ１６３及び１６４とが、平滑コンデンサ１４３に並列に接続されている。詳細には、ＦＥＴ１６１のドレインは、整流ダイオード１４１及び１４２のカソードと接続され、ＦＥＴ１６１のソースは、ＦＥＴ１６２のドレインに接続されている。また、ＦＥＴ１６３のドレインは、整流ダイオード１４１及び１４２のカソードと接続され、ＦＥＴ１６３のソースは、ＦＥＴ１６４のドレインに接続されている。
【００２８】
更に、ＦＥＴ１６１のソース及びＦＥＴ１６２のドレイン、ＦＥＴ１６３のソース及びＦＥＴ１６４のドレインは、それぞれ、出力端子１６５、１６６と接続されており、出力端子１６５、１６６は、ＡＣモータ３１に接続されている。ＦＥＴ１６１−１６４のゲートには、ＦＥＴ１６１−１６４をオン・オフさせるための第２のＰＷＭ信号がＰＷＭ信号出力部１８から入力され、ＦＥＴ１６１−１６４のオン・オフにより、整流・平滑回路１４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３（ＡＣモータ３１）に出力される。
【００２９】
第１の電流検出抵抗１７は、ＦＥＴ１６２のソース及びＦＥＴ１６４のソースと、電池パック２のマイナス側端子２２との間に接続されており、第１の電流検出抵抗１７の高電圧側の端子は制御部１９と接続されている。このような構成により、第１の電流検出抵抗１７は、ＡＣモータ３１に流れる電流を検出し、電圧として制御部１９に出力する。
【００３０】
制御部１９は、昇圧電圧検出部１５によって検出された昇圧電圧に基づき、目標実効値（例えば、１４１Ｖ）を有する交流電力がトランス１３１の二次側から出力されるような第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ１３２のゲートに出力する。また、制御部１９は、目標実効値（例えば、１００Ｖ）を有する交流電力がＡＣモータ３１に出力されるような第２のＰＷＭ信号をＰＷＭ信号出力部１８を介してＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する。本実施の形態では、通常時には、制御部１９は、ＦＥＴ１６１とＦＥＴ１６４（以降、第１のセット）と、ＦＥＴ１６２とＦＥＴ１６３（以降、第２のセット）とを、それぞれ１セットとして、第１のセットと第２のセットをデューティ比５０％で交互にオン・オフさせるような第２のＰＷＭ信号を出力する。
【００３１】
また、制御部１９は、電池電圧検出部１１によって検出された電池電圧に基づき、電池パック２の過放電の判断を行う。具体的には、電池電圧検出部１１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場合には、電池パック２に過放電が生じていると判断し、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第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２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制御部１９に出力する機能を有しており、制御部１９は、信号端子ＬＤから過放電信号を受信した場合にも、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第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２の寿命が短くなることを防止することができる。
【００３２】
ところで、例えば、電動工具３が芝刈り機である場合、芝刈部に草がつまることによりＡＣモータ３１に過負荷がかかることがあり、このような場合には、ＡＣモータ３１がロックした状態となり、作業が中断することとなってしまう。
【００３３】
そこで、本実施の形態によるインバータ装置１では、制御部１９が、電流検出抵抗１７により検出された電流に応じて、第１のセット及び第２のセットのオン期間、すなわち、導通角を変化させる。
【００３４】
詳細には、電流検出抵抗１７により検出された電流が所定値（本実施の形態では、５．８Ａ）以上となった場合に導通角を増加させるための第２のＰＷＭ信号をＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する。
【００３５】
通常時には、第１のセット及び第２のセットのオン期間は、図２（ａ）に示すように、９０度の導通角で制御されている。図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）の（１）は、第１のセットのみがオンしている期間であり、図２（ａ）の（３）は、第２のセットのみがオンしている期間であり、図２（ａ）の（２）及び（４）は、両方がオフしている期間である。
【００３６】
一方、本実施の形態では、電流検出抵抗１７により検出された電流が所定値以上となった場合には、導通角を１５０に増加させる。詳細には、図２（ｂ）に示すように、周期は一定のままで、第１のセットのみがオンしている期間（１）及び第２のセットのみがオンしている期間（３）を増加させ、両方がオフしている期間を減少させる。
【００３７】
図２（ｄ）に示すように、周波数が５０Ｈｚ（周期２０ｍｓ）の交流電力を出力する場合を考えると、導通角が９０度に設定されている場合には、第１のセット及び第２のセットのオン時間は５ｍｓであるが、導通角１５０度の場合には、８．３ｍｓに増加することとなる。
【００３８】
これにより、例えば、電動工具３の芝刈部に草がつまることによりＡＣモータ３１に過負荷がかかったような場合には、一時的に増加された電力がＡＣモータ３１に供給されることとなるので、つまった草を芝刈部から取り払うことが可能となり、ＡＣモータ３１がロックして作業が中断することが防止される。
【００３９】
また、電流検出抵抗１７によって検出される電流は、ノイズ等により一時的に増加する場合があるが、このような場合にまで導通角を増加させていては電力を浪費することとなる。
【００４０】
そこで、本実施の形態では、電流検出抵抗１７により検出された電流が第１の所定時間（本実施の形態では、２ｓ）に亘って上記所定値以上であった場合に導通角を増加させる。これにより、ＡＣモータ３１がロック状態又はロック状態に近い状態にあることを正確に把握することができるので、ロック状態又はロック状態に近い状態以外で導通角を増加させて電力を浪費することが防止される。
【００４１】
また、導通角を増加させてもつまった草を芝刈部から取り払うことができない場合も考えられ、このような場合にＡＣモータ３１にいつまでも大きな電力を供給していると、ＡＣモータ３１が破損する虞がある。
【００４２】
そこで、本実施の形態では、導通角を増加させてから第２の所定時間（本実施の形態では、３ｓ）経過後に、導通角を減少させる。これにより、長時間大きな電力が供給されてＡＣモータ３１が破損することが防止される。
【００４３】
更に、本実施の形態では、第２の所定時間経過する前に電流検出抵抗１７により検出された負荷が上記所定値未満となった場合には、その時点で導通角を減少させる。これにより、ＡＣモータ３１に大きな電力が供給される期間を短くすることができ、ＡＣモータ３１が破損することがより適切に防止される。
【００４４】
続いて、図３のフローチャートを用いて、制御部１９の動作について説明する。
【００４５】
図３のフローチャートは、電池パック２がインバータ装置１に装着されている状態で電源スイッチ１２１がオンされた時、又は、電源スイッチ１２１がオンされた状態で電池パック２がインバータ装置１に装着された時にスタートする。なお、電源スイッチ１２１をオンすることによって、電池パック２の電圧から定電圧回路１２２に電圧が供給されることで制御部１９の駆動電圧が生成され制御部１９が動作することになる。また、本フローチャートでは、制御部１９は、電流検出抵抗１７に検出された電流を所定サンプリング周期毎に取得するものとする（以下、検出電流）。
【００４６】
まず、制御部１９は、初期値として、導通角を９０度に設定した上で（Ｓ３０１）、検出電流が所定値（本実施の形態では、５．８Ａ）以上であるか否かを判断する（Ｓ３０２）。
【００４７】
検出電流が所定値以上であった場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、続いて、Ｓ３０２で最初に“ＹＥＳ”と判断されてから第１の所定時間（本実施の形態では、２ｓ）に亘って検出電流が所定値以上であったか否かを判断する（Ｓ３０３）。ここでは、例えば、Ｓ３０２で最初に“ＹＥＳ”と判断された時間を記憶しておき、その時間から第１の所定時間経過するまでに検出された複数の検出電流が全て上記所定値以上であったか否かを判断すればよい。
【００４８】
第１の所定時間に亘って検出電流が所定値以上であった場合には（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、導通角を１５０度に増加させる（Ｓ３０４）。
【００４９】
続いて、Ｓ３０４で導通角を増加させたことにより芝刈部につまった草等が取り払われたか否かを判断するために、検出電流が上記所定値以下まで低下したか否かを判断する（Ｓ３０５）。
【００５０】
検出電流が所定値以下に低下していた場合には（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、導通角を増加させたことにより芝刈部につまった草等が取り払われたものと考えられるため、導通角を初期値の９０度に再設定する（Ｓ３０７）。
【００５１】
一方、検出電流が所定値以下に低下していなかった場合には（Ｓ３０５：ＮＯ）、導通角を増加させても芝刈部につまった草等は取り払われていないものと考えられるため、続いて、Ｓ３０５で最初に“ＮＯ”と判断されてから第２の所定時間（本実施の形態では、３ｓ）に亘って検出電流が上記所定値より大きかったか否かを判断する（Ｓ３０６）。ここでも、例えば、Ｓ３０５で最初に“ＮＯ”と判断された時間を記憶しておき、その時間から第２の所定時間経過するまでに検出された複数の検出電流が全て上記所定値より大きかったか否かを判断すればよい。
【００５２】
第２の所定時間に亘って検出電流が上記所定値より大きかった場合には（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、芝刈部につまった草等は取り払われていないが、これ以上導通角を増加させているとＡＣモータ３１が破損する虞がある。従って、この場合には、導通角を初期値の９０度に再設定する（Ｓ３０７）。
【００５３】
続いて、制御部１９は、目標実効値（例えば、１４１）を有する交流電力がトランス１３１の二次側から出力されるような第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ１３２のゲートに出力し（Ｓ３０８）、昇圧電圧検出部１５によって検出された電圧に基づき、トランス１３１で昇圧された電圧の実効値が目標実効値より大きいか否かを判断する（Ｓ３０９）。
【００５４】
昇圧された電圧が目標実効値より大きい場合には（Ｓ３０９：ＹＥＳ）、ＦＥＴ１３２のデューティ比を減少させ（Ｓ３１１）、昇圧された電圧が目標実効値以下の場合には（Ｓ３０９：ＮＯ）、ＦＥＴ１３２のデューティ比を増加させる（Ｓ３１０）。
【００５５】
続いて、電池電圧検出部１１によって検出された電圧に基づき、電池パック２の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（Ｓ３１２）。所定の過放電電圧より小さい場合には（Ｓ３１２：ＹＥＳ）、電池パック２が過放電状態にあると判断し、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力する（Ｓ３１４）。これにより、昇圧回路１３及びインバータ回路１６の動作が停止され、インバータ装置１からＡＣモータ３１への出力が停止される。
【００５６】
また、電池パック２の電池電圧が所定の過放電電圧以上の場合には（Ｓ３１２：ＮＯ）、電池パック２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（Ｓ３１３）。過放電信号が入力されていた場合には（Ｓ３１３：ＹＥＳ）、電池パック２が過放電状態にあると判断し、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力する（Ｓ３１４）。
【００５７】
以上のように、本実施形態によるインバータ装置１では、電流検出抵抗１７により検出された電流に応じて、第１のセット及び第２のセットのオン期間、すなわち、導通角を変化させるので、ＡＣモータ３１に一時的に過負荷がかかったような場合にＡＣモータ３１がロックして作業が中断することを防止することが可能となる。
【００５８】
尚、本発明の電動工具は、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。
【００５９】
例えば、上記実施の形態では、導通角として、９０度及び１５０度を用いたが、これらに限定されるものではない。
【００６０】
また、図３のフローチャートにおける、Ｓ３０８−Ｓ３１１での昇圧電圧の制御、及び、Ｓ３１２−Ｓ３１３での過放電の検出も、図３のフローチャート内のどの位置で行われてもよく、また、並行して行われてもよい。
【００６１】
また、制御部１９は、電流検出抵抗１７によって検出された電流（電圧）が上記所定値よりも大きな第２の所定値以上であった場合には、過電流を判断し、上記導通角の変更を行うことなく、ＡＣモータ３１への電力の供給を停止させてもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態では、ＡＣモータ３１にかかる負荷をＡＣモータ３１にかかる電流に基づいて判断したが、例えば、ＡＣモータ３１に印加された電圧等の他の要素に基づいて判断してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１    インバータ装置
３    電動工具
１６  インバータ回路
１７  電流検出抵抗
１９  制御部
３１  ＡＣモータ
【図１】
2012191805.tif 000003
【図２】
2012191805.tif 000004
【図３】
2012191805.tif 000005