(57)【要約】【課題】  直流電力を変換して安全で効率のよい交流電力を出力可能な電源装置および電動工具システムを提供する。【解決手段】  二次電池設置部２５０に設置された二次電池から出力される直流電力をインバータ制御部３００で交流に変換し、コンセント４００にプラグを接続することによって電動工具５００に交流電力を供給し、駆動させる。このとき、インバータ制御部３００では、電池情報検出回路３０９が二次電池の属性を判別し、フィードバック制御回路３０８に伝達する。フィードバック制御回路３０８は、電池の属性に応じた制限電流Ｉｍａｘを特定し、電流検出回路３０６の検出値と比較し、制限電流を超えた場合には出力を遮断するので、安全に効率よく交流電力を出力し、電動工具を駆動することができる。【選択図】図１
2009278832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電池を装着可能な電池装着部と、
前記電池の属性を識別する電池属性判別手段と、
前記電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
前記電池属性判別手段で判別された電池属性に基づいて前記電力変換手段が出力する前記交流電力を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電池属性は、前記電池の電池電圧、電流容量および電池種別の少なくとも1つであ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】
前記制御手段は、前記電池属性に応じて前記交流電力の最大出力電流を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電池装着部は、複数の電池を同時接続可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記電池属性と前記複数の電池の接続状態とに応じて前記最大電流を設定することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電池は二次電池であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項７】
前記二次電池を充電する充電器をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記電池は、燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項９】
少なくとも1つの電池を装着可能な電池装着部と、
前記電池の属性を識別する電池属性判別手段と、
前記電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
前記電池属性判別手段で判別された電池属性に基づいて前記電力変換手段が出力する前記交流電力を制御する制御手段と、
前記制御手段により制御された交流電力の供給を受けて動作する電動工具と、
を有することを特徴とする電動工具システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置およびその電源装置によって駆動される電動工具システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部電源からの電力を蓄える二次電池と、二次電池に蓄えられた電力を交流に変換する変換器とを有し、プラグを介して交流駆動式の電気工具に電力を供給する電動工具システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１５０３２号公報（第６―１０頁、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の電動工具システムにおける電源装置では、電力を交流に変換する変換器は、二次電池の電圧、電流容量、種別などに係らず一定の制御を行っている。このため例えば、電池電圧の小さい電池から大きな出力電流を取り出すため電池に負担が生じたり、電流容量の大きな電池であっても容量の小さな電池と同じ電流に設定すれば、電力供給能力が十分に発揮できなくなったりという問題が生ずることがあった。
【０００４】
そこで、本発明は、電池の種類、電池電圧、電流容量などに応じて出力電流を制御することによって、安定した効率のよい電源装置およびその電源装置により駆動される電動工具を含む電動工具システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも１つの電池を装着可能な電池装着部と、電池の属性を識別する電池属性判別手段と、電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、電池属性判別手段で判別された電池属性に基づいて電力変換手段が出力する交流電力を制御する制御手段とを有することを特徴とする電源装置である。
【０００６】
このような構成によれば、電池属性判別手段が電池装着部に装着された電池の属性を識別し、電力変換手段は、電池の直流電力を電池の属性に基づいて制御手段に制御されることにより交流電力に変換して出力する。
【０００７】
請求項２に記載の電源装置は、請求項１に記載の発明において、電池属性は、電池の電池電圧、電流容量および電池種別の少なくとも1つであることを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、電池属性判別手段は、電池電圧、電池容量および電池種別のいずれか少なくとも１つを検出して制御手段に出力し、制御手段は、電池電圧、電池容量、および電池種別のいずれか少なくとも１つに応じて交流電力を制御する。
【０００９】
請求項３に記載の電源装置は、上記発明において、制御手段は、電池属性に応じて交流電力の最大出力電流を設定することを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、制御手段は設定された最大出力電流を超える場合には出力を遮断する。よって電力変換手段は、電池属性に応じた最大出力電流を超えない交流電力を出力する。
【００１１】
請求項４に記載の電源装置は、上記発明において、電池装着部は、複数の電池を同時接続可能であることを特徴としている。
【００１２】
このような構成によれば、電池電圧、電流容量などの利用可能範囲が拡大する。これにより、交流出力の電流、電圧値も許容範囲が拡大する。
【００１３】
請求項５に記載の電源装置は、請求項４に記載の発明において、制御手段は、電池属性と複数の電池の接続状態とに応じて最大電流を設定することを特徴としている。
【００１４】
このような構成によれば、より多様な電池種または電池の接続状態に対して好適な最大電流が設定される。
【００１５】
請求項６に記載の電源装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、電池は二次電池であることを特徴としている。
【００１６】
このような構成によれば、電池の残量が少なくなった際には充電を行うことによって使用する。
【００１７】
請求項７に記載の電源装置は、請求項６に記載の発明において、二次電池を充電する充電器をさらに備えたことを特徴としている。
【００１８】
このような構成によれば、二次電池は、電源装置に設置した状態で商用電源などにより外部から交流電力を供給することによって適宜充電される。
【００１９】
請求項８に記載の電源装置は、請求項１から請求項５に記載の発明において、電池は、燃料電池であることを特徴としている。
【００２０】
このような構成によれば、商用電源などを用いた充電の必要が無くなる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の電源装置に、その電源装置によって駆動される電動工具を備えたことを特徴とする電動工具システムである。
【００２２】
このような電動工具システムによれば、商用電源の有無に関係なく交流駆動の電動工具が駆動される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の請求項１に記載の電源装置によれば、電池を損傷することなく電池の属性に応じた交流電力を出力することができる。
【００２４】
請求項２に記載の電源装置によれば、上記効果に加え、電池電圧、電流容量、電池種別のいずれかを判別することによって、電池に損傷を起こさず、能力を無駄なく発揮できる交流電力の出力が可能になる。
【００２５】
請求項３に記載の電源装置によれば、上記効果に加え、電池の能力を超えた大電流が流れたり、電流容量と比較して不適切に低い定電流出力に抑制されたりすることが無くなり、効率よく交流電力を出力できる。
【００２６】
請求項４に記載の電源装置によれば、上記効果に加え、電池電圧や電流容量を大きく採ることが可能になるので、より大きな交流電力を出力可能になると共に、電源装置の利用範囲の拡大につながる。
【００２７】
請求項５に記載の電源装置によれば、請求項４の発明による効果に加え、複数の電池を設置した状態においても安全に効率よく交流電力を出力可能になる。
【００２８】
請求項６に記載の電源装置によれば、請求項１から請求項４による効果に加え、電池交換の必要が無く簡便であると共に、二次電池を何度も再利用することができるので安価である。
【００２９】
請求項７に記載の電源装置によれば、請求項４の発明による効果に加え、二次電池を適宜充電することが可能になり、使い勝手のよい電源装置となる。
【００３０】
請求項８に記載の電源装置によれば、燃料電池を利用することにより、商用電源の無いところでも電力を出力させ続けることができるので、より使い勝手のよい電源装置となる。
【００３１】
請求項９に記載の電動工具システムによれば、電池を用いて交流駆動型の電動工具を安全に効率よく駆動させることが可能になる。
【００３２】
以上のように本発明の電源装置によれば、電池の直流電力を、電池を損傷させることなく安全に効率よく交流電力に変換して出力可能である。また、本発明の電動工具システムによれば、商用電源等がない場合にも交流駆動型の電動工具を安全に効率よく駆動可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の一実施の形態による電動工具システムについて、図面を参照しながら説明する。まず、図１〜図３を参照しながら本実施の形態による電動工具システム１の構成について説明する。
【００３４】
図１に示すように、電動工具システム１は、電源システム１００、充電器２００、および交流駆動式の電動工具５００から構成されている。充電器２００および電源システム１００が本発明の電源装置を構成する。電源システム１００は、二次電池設置部２５０、インバータ制御部３００およびコンセント４００を有している。充電器２００は電源システム１００に着脱可能に接続されており、二次電池設置部２５０に設置された二次電池(図示せず)を充電する。電動工具５００は、コンセント４００に一般商用電源用のプラグを差込むことによって電源システム１００に着脱可能に接続され、例えば１００ボルトの交流電力を供給されることにより動作する。
【００３５】
図２のブロック図に示すように、充電器２００は、入力部２０１、スイッチング素子２０２、フィードバック制御回路２０３、電流検出回路２０４、電圧検出回路２０５、出力部２０６を有している。このような構成により、入力部２０１に入力された電力を所定の電流または電圧に制御しながら出力部２０６に充電電流を出力する。
【００３６】
入力部２０１には、例えば一般商用電源用のコンセントを介して１００ボルトの交流電力を入力される。スイッチング素子２０２は、所望のスイッチングタイミングでスイッチングを行うことによって入力部２０１に入力される交流電力の電圧および電流を変換して出力部２０６に出力する。
【００３７】
このとき、電流検出回路２０４は、出力部２０６への電流を検出し、電圧検出回路２０５は、出力部２０６の出力電圧を検出し、共にフィードバック制御回路２０３にフィードバックする。フィードバック制御回路２０３は、電流検出回路２０４および電圧検出回路２０５の検出値に応じた信号をスイッチング素子２０２に出力し、スイッチング素子２０２を制御して定電流または定電圧を出力させる。出力部２０６は、電源システム１００と接続され、二次電池設置部２５０に設置された二次電池を充電する電力を出力する。
【００３８】
二次電池設置部２５０は、図示はしていないが、同時に複数の電池を接続可能に構成され、それぞれの電池の接続箇所には電池の属性を判別するための信号を出力する端子が設けられる。この端子は、例えば各電池内部に設けられる電池種判別素子に接続されるとともに、インバータ制御部３００と接続される。また、電池種判別素子が１つの電池について複数個設けられ、電池電圧検出用、電池内での素電池の接続状態（例えば直列、並列、個数など）の検出用、電流容量の検出用などそれぞれの機能を持っているような場合には、その個数に合わせて出力端子を設けるようにする。
【００３９】
図３に、インバータ制御部３００のブロック図を示す。図３に示すように、インバータ制御部３００は、入力部３０１に二次電池から直流電力を入力され、昇圧回路３０２および電圧変換手段たるインバータ回路３０５を介して所定の交流電力を出力３１０から出力する。また、インバータ制御部３００は、昇圧回路３０２を制御するための電圧検出回路３０３およびフィードバック制御回路３０４、インバータ回路３０５を制御するための電池属性判別手段たる電池情報検出回路３０９、および電流検出回路３０６、電圧検出回路３０７、制御手段たるフィードバック制御回路３０８を有している。
【００４０】
昇圧回路３０２は、入力された直流電力を所望の電圧の直流電力に昇圧して出力する。電圧検出回路３０３は、昇圧回路３０２の出力電圧を検出し、検出した出力電圧に応じた信号をフィードバック制御回路３０４にフィードバックする。フィードバック制御回路３０４は、電圧検出回路３０３からの出力に応じた制御信号を昇圧回路３０２に出力し、昇圧回路３０２はその信号に基づいた直流出力をインバータ回路３０５に出力する。
【００４１】
インバータ回路３０５は、昇圧回路３０２の出力を交流に変換して出力する。このとき、電流検出回路３０６はインバータ回路３０５の出力電流を検出し、検出値に応じた信号をフィードバック制御回路３０８にフィードバックする。電圧検出回路３０７はインバータ回路３０５の出力電圧を検出し、検出値に応じた信号をフィードバック制御回路３０８にフィードバックする。電池情報検出回路３０９は、二次電池設置部２５０に設置された二次電池の電池電圧、電流容量、電池の種類など属性に応じた信号を検出し、フィードバック制御手段３０８にフィードバックする。
【００４２】
フィードバック制御回路３０８は、電流検出回路３０６、電圧検出回路３０７および電池情報検出回路３０９からフィードバックされた信号に応じた制御信号を出力することよってインバータ回路３０５を制御し、インバータ回路３０５は所定電圧の交流電力を出力部３１０に出力する。電池情報検出回路３０９からの信号とそれに関係するフィードバック制御回路３０８の機能に関しては後述する。
【００４３】
出力部３１０は、所定の交流電力をコンセント４００に出力し、電動工具５００は、プラグをコンセントに差し込むことによって、電源システム１から交流電力を供給されて動作する。
【００４４】
続いて、上記のような構成の電動工具システム１の動作について、図１から図７を用いて説明する。まず、充電器２００を電源システム１に接続し、二次電池設置部２５０に接続された二次電池を定電流または定電圧により充電する。その後、充電器２００は、電源システム１と接続を継続してもよいし、解除してもよい。
【００４５】
二次電池設置部２５０は、インバータ制御部３００の入力部３０１に所定の直流電力を出力する。昇圧回路３０２は、フィードバック制御回路３０４の出力に基づき、インバータ回路３０５に所定電圧の直流電力を出力する。フィードバック制御回路３０８は、電流検出回路３０６、電圧検出回路３０７および電池情報検出回路３０９からのフィードバック信号によってインバータ回路３０５を制御する。
【００４６】
このとき、電池情報検出回路３０９は上述のように、電池の属性に関する情報を検出し、インバータ回路３０５の制御のためにフィードバックする。以下、この電池情報検出回路３０９からの信号とそれに関係するフィードバック制御回路３０８の機能に関して説明する。
【００４７】
例えば、入力である二次電池の電池電圧が小さい場合には出力が大きいほど電池に流れる電流は大きくなる。あまり大きな電流を電池に流すと電池寿命に極端な影響を及ぼしたり、電池の故障の原因になったりする。一方、二次電池の電池電圧が大きい場合には電池に流れる電流が小さくなるので、小さい場合に比べて出力を大きくすることができる。よって、電池情報検出回路３０９による情報検出およびその情報による制御が必要になる。
【００４８】
このとき入力部３０１は、二次電池設置部２５０に設けられた電池属性に関する情報の出力端子と少なくとも同数の入力端子を備えるようにし(図示せず)、それぞれの信号を電池情報検出回路３０９に伝達する。電池情報検出回路３０９は、伝達された信号から得られる電池電圧、電流容量、電池の種類、電池の接続状態などの情報をフィードバック制御回路３０８に出力する。これを受けてフィードバック制御回路３０８は、インバータ回路３０５が出力する最大電流を設定する。このときフィードバック制御回路３０８は例えばマイコンを使用することができる。
【００４９】
図４は、電池電圧Ｖｉと出力電流Ｉｏとの関係を示した図である。図４に示すように、電池電圧Ｖｉ＝ＶＢのとき、電動工具６００にかかる負荷によってインバータ回路３０５から出力される電流Ｉｏが増し、制限電流Ｉｍａｘに達した場合に電流を遮断するような制御を行なうことになる。この制限値は電池の属性に応じて定める必要がある。
【００５０】
フィードバック制御回路３０８は、電池情報検出回路３０９が検出した電池の属性、すなわち電池電圧、電流容量、電池数および並列、直列など電池の接続状態、各電池内の素電池の数および並列、直列など電池の接続状態等に応じた信号によって最大電流制限値を設定する。この最大電流制限値の一例を以下に示す。
【００５１】
例えば電池電圧に応じた制御の一例を説明する。図5に示すように電池電圧７．２ボルト（以下、Ｖ）、９．６Ｖ、１２Ｖ、１４．４Ｖ、１８Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖという７種類の電池に対応している電源装置であるとすると、その制限電流Ｉｍａｘは電池電圧Ｖｉが大きいほど大きくすることができ、それぞれａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ(ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ＞ｇ)という異なる値で電流制限を行なう必要がある。
【００５２】
電池の個数による電流制限は、電池電圧による制限として検出することができる。また、各電池を構成する素電池が直列に接続された場合と並列に接続された場合では後者は前者に比べて容量が２倍になると同時に流せる許容電流も倍になる。よってこの場合にも異なる電流制限値を設ける必要がある。
【００５３】
例えば図6に示したように、１並、２並、３並（ｎ並（ｎは自然数）とは、ｎ個の電池、または直列に接続されたｎ個の電池組みを互いに並列に接続した状態）と３種類の電池に対応した電源システムであるとすると、その制限電流は並列数が大きいほど大きくすることができ、それぞれｈ、ｉ、ｊ(ｈ＞ｉ＞ｊ)という異なる値で電流制限を行なう必要がある。
【００５４】
また、一般に容量の大きな電池は小さな電池に比べより大きな電流を流すことができることから、例えば、図7に示すように１．５Ａｈ、３．０Ａｈという2種類の電池に対応した電源システムであるとすると、その制限電流は容量が大きいほど大きくすることができ、それぞれｋ、ｌ(ｋ＞ｌ)という異なる値で電流制限を行なう必要がある。
【００５５】
このときフィードバック制御回路３０８は、電池情報検出回路３０９からフィードバックされる二次電池の属性に応じた情報によって上記例のように定められた制限電流Ｉｍａｘを特定し、電流検出回路３０６で検出される出力電流Ｉｏと比較して、Ｉｏ≧Ｉｍａｘとなるとインバータ回路３０５の出力を遮断する。
【００５６】
ここで、電池情報検出回路３０９は、例えば、二次電池に内蔵される電池種判別素子と接続可能な端子を有し、電池情報検出回路３０９内部に設けられた抵抗と接続することによって所定電圧を分圧させ、分圧された電圧を検出することによって二次電池の属性を判別するという方法、電池の属性に関する情報を咽んで送受信する方法など、種々の検出方法が考えられる。
【００５７】
以上詳細に説明したように、本実施の形態による電動工具システム１によれば、二次電池設置部２５０に設置された二次電池から出力される直流電力をインバータ制御部３００で交流に変換し、コンセント４００にプラグを接続することによって電動工具５００に交流電力を供給し、駆動させることが可能である。
【００５８】
このとき、インバータ制御部３００では、電池情報検出回路３０９が二次電池の属性を判別し、フィードバック制御回路３０８に伝達する。フィードバック制御回路３０８は、電池の属性に応じた制限電流Ｉｍａｘを特定し、電流検出回路３０６の検出値と比較し、制限電流を超えた場合にはインバータ回路３０５からの出力を遮断させる。
【００５９】
本発明による電源装置および電動工具システムは、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。例えば、各回路の具体的な構成は上述した例に限定されず、同様の作用効果を得られるものであればよい。
【００６０】
また、電池の属性によって制限電流を定める例として以上に挙げた例は一例であり、その他様々な性質を有する電池について、その特性に応じて適宜電流制御を設けてもよい。さらに、上記実施の形態においては電池としては二次電池を使用しているが、燃料電池、太陽電池など他の電池でもよい。
【００６１】
フィードバック制御回路３０８は、例えばマイコンを利用してインバータ回路３０５を制御する例を説明したが、インバータ回路３０５内に制御手段を設けてフィードバック制御回路３０８からの信号に基づいて出力を制御するようにしてもよい。
【００６２】
以上により、本発明による電源装置および電動工具システムによれば、二次電池からの出力を交流に変換して電動工具を駆動させる際に、二次電池の種類および状態などの属性に応じて最大許容電流を定めるので、二次電池に電流を流しすぎて損傷させることや、許容電流の大きい二次電池の性能を十分利用できないことなどがなく、安全に効率よく電動工具を使用することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の電源装置および電動工具システムは、研削加工、研磨加工、穴あけ加工、切断加工等を行う各種工具の電源およびシステムとして利用が可能である。本発明の電源装置としては、交流駆動の各種装置への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施の形態による電動工具システム１の基本構成の一例を示したブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態による二次電池を充電するための充電制御部の一例を示すブロック図。
【図３】本発明の一実施の形態によるインバータ制御部の一例を示すブロック図。
【図４】本発明の一実施の形態による出力部の電流と電池電圧の特性を示した一例を示す図。
【図５】本発明の一実施の形態による電池電圧に応じて異なる電流制限値を設ける場合の一例を示す表。
【図６】本発明の一実施の形態による電池容量に応じて異なる電流制限値を設ける場合の一例を示す表。
【図７】本発明の一実施の形態による電池の接続形態に応じて異なる電流制限値を設ける場合の一例を示す表。
【符号の説明】
【００６５】
１：電動工具システム  １００：電源システム  ２００：充電器  ２５０：二次電池設置部  ３００：インバータ制御部  ４００：コンセント  ５００：電動工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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