(57)【要約】【課題】  インバータ装置を提供する。【解決手段】  インバータ装置１は、昇圧回路１３と、整流・平滑回路１４と、インバータ回路１６と、制御部１９と、を備えている。昇圧回路１３は、直流電圧を交流電圧に変圧して出力する。整流・平滑回路１４は、昇圧回路１３から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧として出力する。インバータ回路１６は、整流・平滑回路１４から出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する。制御部１９は、昇圧回路１３の出力側の電圧が所定範囲から外れた場合にインバータ回路１６からの交流電圧の出力を停止させる。【選択図】図１
2012151918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変圧して出力する変圧回路と、
前記変圧回路から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧として出力する整流・平滑回路と、
前記整流・平滑回路から出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
前記変圧回路の出力側の電圧が所定範囲から外れた場合に前記インバータ回路からの交流電圧の出力を停止させる停止手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記停止手段は、前記変圧回路の二次側の電圧が所定時間の間、前記所定範囲から外れ続けた場合に、前記インバータ回路からの交流電圧の出力を停止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】
前記停止手段は、前記変圧回路の出力側の電圧が前記所定範囲から外れた場合に前記変圧回路の出力を停止させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記停止手段は、前記変圧回路の二次側の電圧が所定時間の間、前記所定範囲から外れ続けた場合に、前記変圧回路の出力を停止させることを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインバータ装置に接続されるモータ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それを備えた電動工具に関する。
【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。
【０００３】
また、電子機器のＡＣモータを作動させるために、電池パックからの直流電力を交流電力に変換して電子機器に供給するという構成も考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、電子機器のＡＣモータを作動させるために、電池パックからの直流電力を交流電力に変換して電子機器に供給するという構成の場合、直流電力を交流電力に変換するために、スイッチング回路と、トランスと、整流・平滑回路と、インバータ回路と、を備えたインバータ装置を電池パックと電子機器との間に接続することとなる。
【０００６】
しかしながら、電子機器は適正範囲内の電圧によって動作するものであるのに対し、電子機器に供給される電圧は、使用に伴う電池電圧の低下や、過負荷状態における電圧の低下によって低下する可能性がある。従って、上記構成のインバータ装置に接続された電子機器は、適正範囲外の電圧が供給されることにより故障を生じる虞がある。
【０００７】
本発明は、適正範囲外の電圧が電子機器に供給されることを防止することのできるインバータ装置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】
【０００８】
本発明のインバータ装置は、直流電圧を交流電圧に変圧して出力する変圧回路と、前記変圧回路から出力された交流電圧を整流・平滑して直流電圧として出力する整流・平滑回路と、前記整流・平滑回路から出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、前記変圧回路の出力側の電圧が所定範囲から外れた場合に前記インバータ回路からの交流電圧の出力を停止させる停止手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、変圧回路の出力側の電圧が所定範囲から外れた場合にインバータ回路からの交流電圧の出力を停止させるので、インバータ装置に接続される電子機器に適正範囲外の電圧が供給されて故障することを防止することができる。
【００１０】
また、前記停止手段は、前記変圧回路の二次側の電圧が所定時間の間、前記所定範囲から外れ続けた場合に、前記インバータ回路からの交流電圧の出力を停止させることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、変圧回路の二次側の電圧が所定時間の間所定範囲から外れ続けた場合にのみインバータ回路からの交流電圧の出力を停止させるので、ノイズ等による一時的な電圧の上昇や低下により出力が停止されることを防止することができる。
【００１２】
また、前記停止手段は、前記変圧回路の出力側の電圧が前記所定範囲から外れた場合に前記変圧回路の出力を停止させることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、変圧回路の出力側の電圧が所定範囲から外れた場合に変圧回路の出力を停止させるので、インバータ装置に接続される電子機器に適正範囲外の電圧が供給されて故障することを防止することができる。
【００１４】
また、前記停止手段は、前記変圧回路の二次側の電圧が所定時間の間、前記所定範囲から外れ続けた場合に、前記変圧回路の出力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、変圧回路の二次側の電圧が所定時間の間所定範囲から外れ続けた場合にのみ変圧回路の出力を停止させるので、ノイズ等による一時的な電圧の上昇や低下により出力が停止されることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のインバータ装置によれば、適正範囲外の電圧が電子機器に供給されることを防止することができる。
【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出力の停止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出力の停止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乃至図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子機器３のＡＣモータ３１に供給するために、電池パック２と電子機器３との間に接続されている。インバータ装置１は、電池パック２と電子機器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。なお、電子機器３は、芝刈機等の電動工具を含み、ＡＣ１００Ｖで駆動する機器である。
【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（変圧回路）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１７と、ＰＷＭ信号出力部１８と、制御部（停止手段）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。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からトランス１３１の一次側巻線１３１ａに供給された直流電力は、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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１４１Ｖ）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。
【００２６】
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。
【００２７】
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子機器３（ＡＣモータ３１）に出力される。
【００２８】
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、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、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。
【００２９】
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、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１００％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。
【００３０】
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の過放電を判別する。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。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。
【００３１】
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。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。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、電子機器３は、適正範囲内の電圧によって動作するものであるのに対し、電子機器３（ＡＣモータ３１）に供給される電圧は、使用に伴う電池電圧の低下や、過負荷状態における電圧の低下によって低下する可能性がある。従って、インバータ装置１に接続された電子機器３は、適正範囲外の電圧が供給されることにより故障を生じる虞がある。
【００３３】
そこで、本実施の形態による制御部１９では、図２のタイムチャートに示すように、更に、昇圧回路１３によって昇圧された電圧（平滑コンデンサ１４３の電圧であって、昇圧電圧検出部１５によって検出された電圧）が上限値（１５５Ｖ）と下限値（１２７Ｖ）とにより規定される所定範囲から外れた場合にも、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。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。
【００３４】
次に、図３のフローチャートを用いて、本実施の形態における制御部１９による出力の停止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。
【００３６】
まず、制御部１９は、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のゲートに出力し（Ｓ３０１）、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（Ｓ３０２）。
【００３７】
昇圧された電圧が目標実効値より大きい場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、ＦＥＴ１３２のデューティ比を減少させ（Ｓ３０３）、昇圧された電圧が目標実効値以下の場合には（Ｓ３０２：ＮＯ）、ＦＥＴ１３２のデューティ比を増加させる（Ｓ３０４）。
【００３８】
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（Ｓ３０５）。所定の過放電電圧より小さい場合には（Ｓ３０５：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（Ｓ３１１）。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。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。
【００３９】
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（Ｓ３０５：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（Ｓ３０６）。過放電信号が入力されていた場合には（Ｓ３０６：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（Ｓ３１１）。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。
【００４０】
一方、過放電信号が入力されていない場合には（Ｓ３０６：ＮＯ）、昇圧された電圧が所定の上限値（例えば、１５５Ｖ）より大きいか否かを判断する（Ｓ３０７）。大きい場合には（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、昇圧された電圧が所定の上限値より大きい状態が０．５秒以上継続したか否かを判断する（Ｓ３０８）。継続した場合には（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、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（Ｓ３１１）。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。
【００４１】
ここで、昇圧電圧が所定の上限値より大きい状態が継続した場合、電子機器として電動工具を使用すると、定格値以上の回転数でモータが回転しまうことがあるため、所定時間以上継続したらモータへの出力を停止することで電動工具の破損を防止している。また、インバータ装置１のインバータ回路１６のＦＥＴ等の部品の破損も同時に防止している。なお、通常時には昇圧電圧が所定の上限値より大きい状態になることは殆どないが、昇圧電圧を制御する制御部１９や昇圧電圧検出部１５が壊れた際に生じる場合があるため、このような制御は、インバータ装置１の保護に有効である。
【００４２】
また、電圧は、ノイズ等によって一時的に上昇や低下する場合がある。このような場合にまでＡＣモータ３１への出力を停止させてしまうと電子機器３の使用に不都合をもたらしてしまう。従って、本実施の形態では、昇圧された電圧が所定の上限値より大きい状態が０．５秒以上継続した場合に限り、ＡＣモータ３１への出力を停止させている。
【００４３】
一方、昇圧された電圧が所定の上限値以下の場合（Ｓ３０７：ＮＯ）、又は、昇圧された電圧が所定の上限値より大きい状態が０．５秒以上継続しなかった場合（Ｓ３０８：ＮＯ）には、昇圧された電圧が所定の下限値（１２７Ｖ）より小さいか否かを判断する（Ｓ３０９）。小さい場合には（Ｓ３０９：ＹＥＳ）、昇圧された電圧が所定の下限値より小さい状態が３．０秒以上継続したか否かを判断する（Ｓ３１０）。継続した場合には（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、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（Ｓ３１１）。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。
【００４４】
一方、昇圧された電圧が所定の下限値以上の場合（Ｓ３０９：ＮＯ）、又は、昇圧された電圧が所定の下限値より小さい状態が３．０秒以上継続しなかった場合（Ｓ３１０：ＮＯ）には、Ｓ３０１へ戻る。
【００４５】
以上のように、本実施の形態によるインバータ装置１では、昇圧回路１３によって昇圧された電圧（昇圧電圧検出部１５によって検出された電圧）が上限値（１５５Ｖ）と下限値（１２７Ｖ）とにより規定される所定範囲から外れた場合に、ＡＣモータ３１への出力を停止させる。従って、電子機器に適正範囲外の電圧が供給されて故障することを防止することが可能となる。
【００４６】
また、所定範囲から外れた場合でも、所定時間以上外れた状態が継続しなければＡＣモータ３１への出力を停止させないので、ノイズ等による一時的な電圧の上昇や低下によりＡＣモータ３１への出力が停止されることを防止することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
例えば、上記実施の形態では、ＡＣモータ３１への出力を停止させるために第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力したが、いずれか一方のみを出力する構成であってもＡＣモータ３１への出力を停止させることができる。すなわち、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号のいずれか一方の出力を停止すればＡＣモータ３１への出力を停止させることができる。なお、第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号の両出力を停止すれば、電池パック２の電力消費を抑制することができる。
【００４９】
また、上記実施の形態では、所定範囲の上限値及び下限値として、１５５Ｖ及び１２７Ｖを用いたが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
また、上記実施の形態では、インバータ装置１に接続される電池パック２を１４．４Ｖ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や、ニカド電池、或いは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。
【００５１】
また、図３のフローチャートにおける、Ｓ３０１−Ｓ３０４での昇圧電圧の制御、Ｓ３０５−Ｓ３０６での過放電の検出、及び、Ｓ３０７−Ｓ３１０での出力の停止の制御は、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。
【００５２】
また、インバータ装置１は、昇圧回路によって昇圧された電圧が所定範囲から外れたことによりＡＣモータ３１への出力を停止した回数を記憶しておき、停止回数の履歴を表示してもよい。また、所定回数以上停止された場合には、電池パック２が寿命であることを報知してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ インバータ装置
２ 電池パック
１３ 昇圧回路
１４ 整流・平滑回路
１５ 昇圧電圧検出部
１６ インバータ回路
１９ 制御部
【図１】
2012151918.tif 000003
【図２】
2012151918.tif 000004
【図３】
2012151918.tif 000005