(57)【要約】  本発明の手持ち式電動工具は、中性導線(N)に対する相導線(L)を介して供給された交流電圧(U)の実効値を求めるための計測装置を有する。直流電圧電源(25)は、中性導線(N)を基準とする電源電圧(VCC)を有し、電源電圧(VCC)に対する接地(23)の電位を調整する。電圧計測器(26)には直流電圧電源(25)により電力が供給される。電源電圧(VCC)と接地(23)との間に分圧器(5)が接続され、電源電圧(VCC)と中間端子との間に第１抵抗値(R1)を、また中間端子と接地(23)との間に第２抵抗値(R2)を、それぞれ有する。電圧計測器(26)は計測範囲(Mb)を有し、その計測入力が中間端子(27)に接続される。計測用導線が、中間端子(27)を相導線(L)に接続している。交流電圧(U)の１周期において、中間端子(27)の平均電圧が計測範囲(Mb)の中央値に等しくなるように、第１抵抗値(R1)は第２抵抗値(R2)より小さく選定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性導線（Ｎ）に対する相導線（Ｌ）を介して供給された交流電圧（Ｕ）の実効値を求めるための計測装置を有した手持ち式電動工具であって、
前記中性導線（Ｎ）を電源電圧（ＶCC）の基準とし、接地（２３）の電位を調整する直流電圧電源（２５）と、
前記直流電圧電源（２５）によって電力が供給される電圧計測器（２６）と、
前記電源電圧（ＶCC）と中間端子との間に設けられた第１抵抗器（２１）、及び前記中間端子と前記接地（２３）との間に設けられた第２抵抗器（２２）を有して、前記電源電圧（ＶCC）と前記接地（２３）との間に接続された分圧器（５）とを備え、
前記電圧計測器（２６）は、計測範囲（Ｍｂ）を有して、その計測入力が前記中間端子（２７）に接続され、前記中間端子（２７）の電圧（Ｕout）から実効電圧を求め、
前記中間端子（２７）を前記相導線（Ｌ）に接続する計測用導線が設けられ、
前記交流電圧（Ｕ）の少なくとも１周期において、前記中間端子（２７）の平均電圧が前記計測範囲（Ｍｂ）の中央値に等しくなるように、前記第１抵抗器（２１）の第１抵抗値（Ｒ1）が、前記第２抵抗器（２２）の第２抵抗値（Ｒ2）より小さく選定される
ことを特徴とする手持ち式電動工具。
【請求項２】
Ｒ1を前記第１抵抗値、Ｒ2を前記第２抵抗値、ＶCCを前記電源電圧、Ｍａｘを前記計測範囲（Ｍｂ）の上限電圧とするとき、
式、Ｒ1／Ｒ2＝（１−ＶCC／Ｍａｘ）が成立する
ことを特徴とする請求項１に記載の手持ち式電動工具。
【請求項３】
前記計測装置は、直列抵抗（ＲV）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の手持ち式電動工具。
【請求項４】
前記交流電圧（Ｕ）が供給される電動モータ（２）を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の手持ち式電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に手持ち式電動工具における、３相または多相の交流電圧の実効値を計測するための計測装置、及びこれに対応した手持ち電動工具に関する。
【０００２】
手持ち式電動工具への電力供給は交流によって行われ、その交流電圧は、電源系統の規格や局所的な負荷に応じて大きく変動する。保護設備、特に過負荷防止装置は、そのときの交流電圧によって影響を受ける可能性がある。本発明に係る計測装置は、このような交流電圧の計測値を供給するものである。
【背景技術】
【０００３】
３相交流の供給ラインには、３つの相導線と、多くの場合に中性導線とが含まれる。一般的に正弦波であるような相導線の電圧は、手持ち式電動工具に電力を供給するために、それぞれ中性導線との間に異なる位相を有している。中性導線の基準電位は、公知の方法で、手持ち式電動工具内の相導線のスター結線により生成することが可能である。正弦波交流電圧Ｕの実効値は、電圧計測器によって得ることができ、この電圧計測器は、中性導線に対する相導線の交流電圧を測定して二乗する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
手持ち式電動工具における更なる回路の中に組み込むため、電圧計測器は、直流電圧で作動する電気部品として適切に構成される。しかしながら、基準電位、即ち電源電圧と接地とが交流電圧から切り離された状態にあると、その結果として生じるずれが、実効値の計測値に影響を及ぼすことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る手持ち式電動工具は、中性導線に対する相導線を介して供給された交流電圧の実効値を計測する計測装置を有する。直流電源は、中性導線を基準とした電源電圧を有する。直流電源は、電源電圧に対して接地の電位を調整する。分圧器が、電源電圧と接地との間に設けられる。電源電圧と中間端子との間には第１抵抗値の抵抗器が設けられ、中間端子と接地との間には第２抵抗値の抵抗器が設けられる。電圧計測器は計測範囲を有し、電圧計測器の計測用入力が中間端子に接続されている。電圧計測器は、中間端子における電圧を計測し、計測した電圧から実効値を求める。計測用導線により中間端子と相導線とが接続されている。交流電圧の１周期において、中間端子の平均電圧が電圧計測器の計測範囲の中央となるように、第１抵抗値が第２抵抗値より低く選定される。
【０００６】
計測装置、特に分圧器は、計測装置に供給される交流電圧に関わらず、構成して作動させることが可能である。このことは、国によって異なる電力供給に関し、特に興味深いものである。電圧計測器の計測範囲は、それぞれの場合に適切に適用される。中間導線から切り離された接地の電位に基づくずれが容易且つ的確に補償される。
【０００７】
分圧器は、中間端子における個々の電圧計測値に基づいて実効電圧を求める。これは、アナログ方式または演算による積分によって公知の方法で行われ、或いは、好ましくは正弦波交流電圧のピーク値を求め、このピーク値に基づき実効値を求めることによって行われる。
【０００８】
一態様では、Ｒ1／Ｒ2＝（１−ＶCC／Ｍａｘ）の式が成立し、当該式において、Ｒ1は第１抵抗値、Ｒ2は第２抵抗値、ＶCCは電源電圧、Ｍａｘは計測範囲の上限電圧である。
【０００９】
手持ち式電動工具は、具体的には、電動ドライバ、手持ち式ドリル、チゼルハンマ、コンビネーションハンマ、バッテリ駆動式電動ドライバ、丸鋸、または往復動式鋸といった電動工具である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】交流電圧の平均値と計測範囲の平均値とのずれを示す図である。
【図２】手持ち式電動工具における交流電圧の実効値を計測するための計測装置の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【図３】手持ち式電動工具における交流電圧の実効値を計測するための一実施形態による計測結果を示す図である。
【図４】手持ち式電動工具の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
典型的な実施形態及び図面に基づき、本発明について以下に説明する。
【００１２】
同じ構成要素、または同様の機能を有する構成要素は、特にことわりのない限り、同じ参照符号を用いて図中に示されている。
【００１３】
図２は、手持ち式電動工具における交流電圧Ｕの実効値Ｅを計測するための計測装置５の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【００１４】
図２には、３相式電力供給源の中性導線Ｎと相導線Ｌとが示されている。電源２４は、例えばモータなど、手持ち式電動工具の内部電気部品に電流を供給する。直流電圧レギュレータ２５は、所定範囲の直流電圧を供給する。直流電圧レギュレータ２５は、交流電圧を取り込み、交流電圧Ｕ１を、一定に調整された直流電圧ＶCCに変換する。直流電圧レギュレータ２５は、中性導線Ｎの電圧Ｕ1を直流電圧の基準とする。直流電圧レギュレータ２５は、接地２３の電位を、対応する電位に偏倚させる。接地２３は、相導線Ｌの電位Ｕmに対して分離されている。
【００１５】
電圧計測器２６は、直流電圧レギュレータ２５の直流電圧ＶCCによって電力が供給される。電圧計測器２６は、接地２３を基準電位に利用する。電圧計測器２６は、予め定められた計測範囲を有しており、この計測範囲は、供給される電力により、接地２３の電位と供給される直流電圧ＶCCとの間となる。計測範囲や分解能を更に限定するように電圧計測器２６を構成することも可能である。計測範囲Ｍｂは、最大電圧で規定される上限、及び最低電圧で規定される下限により定まる。計測範囲Ｍｂの平均値ＭｗMbは、最大電圧と最小電圧との算術平均値である。電圧計測器２６の計測入力は、相導線Ｌに間接的に接続されている。相導線ＬとＡ／Ｄ変換器２６との間の計測装置５により、Ａ／Ｄ変換器２６の計測範囲を最大限利用するように電圧レベルを確実に適合させる。
【００１６】
また、計測装置５は、直列抵抗ＲVと、抵抗値Ｒ1の第１抵抗器２１、及び抵抗値Ｒ1とは異なる抵抗値Ｒ2の第２抵抗器２２からなる分圧器とを備えている。この分圧器２１，２２は、計測対象の交流電圧Ｕの平均値ＭｗEが、計測範囲Ｍｂの平均値ＭｘMbと一致するように抵抗値が設定されている。
【００１７】
電圧計測器２６は、中間端子２７の電圧Ｕoutを、交流電圧の少なくとも１周期にわたって記録する。実効電圧は、記録された電圧Ｕoutの積分（求積法）により演算するか、或いは、電圧Ｕoutのピーク電圧から演算した仮想正弦波電圧を用いて演算することが可能である。電圧計測器２６は、Ａ／Ｄ変換器を有していても良いし、必要に応じ、積分器を有していても良い。
【００１８】
図３は、図２に示す実施形態に係る手持ち式電動工具における、交流電圧Ｕの実効値Ｅの計測結果を示す図である。上述したような分圧器２１，２２の抵抗値の設定により、計測対象である交流電圧Ｕの実効値Ｅの平均値ＭｗEは、計測範囲Ｍｂの中間値ＭｗMbに一致し、これによって、計測対象である交流電圧Ｕの実効値Ｅの平均値ＭｗEと、計測範囲Ｍｂの平均値ＭｗMbとのずれが防止される。このようにして、計測範囲Ｍｂが効果的に用いられる。
【００１９】
分圧器２１，２２の抵抗値を設定するための演算式を以下に示す。Ｕmは相導線Ｌの交流電圧、ＲVは直列抵抗ＲVの抵抗値、Ｕoutは分圧器２１，２２の中間端子２７における電圧である。
【００２０】
キルヒホッフの第１法則から、以下の式が得られる。
【００２１】
【数１】
2016501370.tif 000003
計測装置は、計測範囲Ｍｂの上限値Ｍａｘとして示される最大ピーク電圧Ｕ’に対応して構成されており、以下が成立する。
【００２２】
Ｕout＝ＶCC；Ｕm＝Ｕ1＋Ｕ’
これを上記式（１）に組み入れると、下記式（２）が得られる。
【００２３】
【数２】
2016501370.tif 000004
負側の計測可能なピーク電圧Ｕ’の場合、当該ピーク電圧Ｕ’は、計測器２６が表示しうる最小値Ｍｉｎを表しており、以下が成立する。
【００２４】
Ｕout＝０Ｖ；Ｕm＝Ｕ1−Ｕ’
この関係を上記式（１）に組み入れると、下記式（３）が得られる。
【００２５】
【数３】
2016501370.tif 000005
ゼロクロス点においては、Ｕm＝Ｕ1が成立するので、Ｕout＝ＶCC／２となる。
【００２６】
上述した方法の変形例１及び２について、以下に説明する。
【００２７】
［変形例１］
所望の計測範囲：  ±２８８Ｖeff、Ｕ’＝±４０７Ｖpeak
電源の出力電圧：  Ｕ1＝７．３Ｖ
Ａ／Ｄ変換器  ：  ＶCC＝５．０Ｖ
直列抵抗      ：  ＲV＝２０４ｋΩ
Ｒ1＝２．５５ｋΩ
Ｒ2＝２．４９ｋΩ
［変形例２］
簡素化した本変形例では、電源２４がＡ／Ｄ変換器の供給電圧を直接出力する。即ち、Ｕ1＝ＶCCである。従って、上記式（２）及び（３）は、以下の通り簡略化される。
【００２８】
【数４】
2016501370.tif 000006
【００２９】
【数５】
2016501370.tif 000007
所望の計測範囲：  ±２６４Ｖeff、Ｕ’＝±３８０Ｖpeak
電源の出力電圧：  Ｕ1＝５．０Ｖ
Ａ／Ｄ変換器  ：  ＶCC＝５．０Ｖ
直列抵抗      ：  ＲV＝２０４ｋΩ
Ｒ1＝２．７２ｋΩ
Ｒ2＝２．６８ｋΩ
図４は、手持ち式電動工具１、例えば携帯式削岩機の一実施形態を示す概略ブロック図である。
【００３０】
手持ち式電動工具１は、例えばギヤを介して工具３を駆動する電動モータ２、打撃機構１０などを備えている。更に、手持ち式電動工具１は、電動モータ２を制御するコントロールユニット４を有している。コントロールユニット４は、例えば電動モータ２の供給電力を制御することにより、電動モータ２のトルク及び回転速度の少なくとも一方を制御する。
【００３１】
使用者は、ボタン９を操作することにより、手持ち式電動工具１を作動させる。ボタン９は、使用者が保持して移動させることが可能なハンドル６に配置されているのが好ましい。
【００３２】
手持ち式電動工具１の電源コード８により、ボタン９の操作に応じてコントロールユニット４及び電動モータ２に電力が供給される。電源コード８は、３線式（複数の相導線Ｌ）であるのが好ましい。電源コード８には、中性導線Ｎが含まれていてもよいし、手持ち式電動工具１内のスター結線によって、コントロールユニット４及び計測装置５に中性導線Ｎを導入するようにしてもよい。
【００３３】
計測装置５は、手持ち式電動工具１における交流電圧の実効値を計測するために用いられる。図４に示す手持ち式電動工具１の実施形態では、計測装置５がコントロールユニット４の一部となっている。但し、計測装置５は、例えばコントロールユニット４の外に設けられた別個の構成部品とするなど、別の状態で手持ち式電動工具１内に設けるようにしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2016501370.tif 000014
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