JP2012091276A - Power tool and inverter device used for power tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動工具及び電動工具に使用するインバータ装置に関する。 The present invention relates to an electric tool and an inverter device used for the electric tool.
従来、AC電源からACモータに直接供給された交流電力により駆動される電動工具、例えば芝刈り機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electric tool driven by AC power directly supplied from an AC power source to an AC motor, such as a lawn mower, is known (see, for example, Patent Document 1).
AC電源により駆動される芝刈り機は、電源コードが届く範囲でしか作業できないため作業効率が悪い。 A lawnmower driven by an AC power source can work only within the reach of the power cord, so that the work efficiency is poor.
一方、電池パックからの直流電力により駆動される芝刈り機も知られている。このような芝刈り機の場合、電源コードによる作業範囲の制約を受けることはないが、電池パックの電力消費が多くなると作業時間が短くなってしまう。 On the other hand, a lawnmower driven by DC power from a battery pack is also known. In the case of such a lawn mower, the working range is not restricted by the power cord, but the working time is shortened when the power consumption of the battery pack is increased.
本発明は、インバータを備えた電動工具、特に芝刈り機であって、電池パックの電力の浪費を軽減させることのできるものを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide an electric tool including an inverter, particularly a lawnmower, which can reduce waste of electric power of a battery pack.
本発明の電動工具は、モータと、電池パックからの直流電力を交流電力に変換し昇圧する昇圧回路部と、前記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整流平滑回路部と、前記整流平滑回路部から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により変換された交流電力の前記モータへの供給を指示するトリガスイッチと、前記トリガスイッチにより前記指示がされた後に前記変換動作を行うように前記インバータ回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、更に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで間欠動作を行うように前記昇圧回路部を制御することを特徴としている。 The power tool of the present invention includes a motor, a booster circuit unit that converts DC power from the battery pack into AC power and boosts the voltage, and a rectifying and smoothing circuit unit that rectifies and smoothes the boosted AC power and outputs the DC power An inverter circuit that converts the DC power output from the rectifying and smoothing circuit unit into AC power, a trigger switch that instructs supply of the AC power converted by the inverter circuit to the motor, and the trigger switch A control unit that controls the inverter circuit to perform the conversion operation after an instruction is given, and the control unit further performs the step-up operation so as to perform an intermittent operation until the instruction is given by the trigger switch. The circuit part is controlled.
このような構成によれば、トリガスイッチにより指示がされるまでは変換動作をないため、インバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。さらに、トリガスイッチにより指示がされるまでは、昇圧回路部を間欠駆動するため、昇圧回路部の電圧をトリガスイッチの指示を検出できる程度とすることができ、インバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。また、ブラシレスモータのような高電圧を印加しないと起動しない機器においても、トリガスイッチによる指示を確実に検知することができる。 According to such a configuration, since the conversion operation is not performed until instructed by the trigger switch, it is possible to reduce the waste of battery pack power by the inverter. Further, since the booster circuit unit is intermittently driven until instructed by the trigger switch, the voltage of the booster circuit unit can be set to such an extent that the instruction of the trigger switch can be detected, and power consumption of the battery pack by the inverter is wasted. It becomes possible to reduce. In addition, even in a device that does not start unless a high voltage is applied, such as a brushless motor, the instruction by the trigger switch can be reliably detected.
また、前記制御部は、前記昇圧回路部の昇圧電圧の低下により前記トリガスイッチの指示を判別することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said control part discriminate | determines the instruction | indication of the said trigger switch by the fall of the boost voltage of the said booster circuit part.
このような構成によれば、トリガスイッチの操作判別を昇圧電圧に基づいて行うことができるため、構成を複雑にすることなく、簡単にトリガ判別を行うことができる。 According to such a configuration, the trigger switch operation can be determined based on the boosted voltage, so that the trigger determination can be easily performed without complicating the configuration.
また、前記昇圧回路部は、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、前記第1のスイッチング素子により変換された交流電力を昇圧する昇圧回路と、を備え、前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで前記第1のスイッチング素子を制御することが好ましい。 The booster circuit unit includes a first switching element for converting DC power from the battery pack into AC power, and a booster circuit for boosting the AC power converted by the first switching element. The controller preferably controls the first switching element until the instruction is given by the trigger switch.
このような構成によれば、スイッチング素子を制御するだけの簡単な構成でインバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。さらに、第一のスイッチング素子による電力の浪費を軽減させることが可能となる。 According to such a configuration, it is possible to reduce the waste of power of the battery pack by the inverter with a simple configuration that only controls the switching element. Furthermore, it is possible to reduce the waste of power by the first switching element.
また、前記インバータ回路は、前記モータと接続される複数の第2のスイッチング素子を備え、前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記複数の第2スイッチング素子の一対のみをオンさせると共に、前記整流平滑回路部の電圧が所定値以下に低下した場合には前記複数の第2のスイッチング素子の全てを制御することが好ましい。 In addition, the inverter circuit includes a plurality of second switching elements connected to the motor, and the control unit has only one pair of the plurality of second switching elements until the instruction is given by the trigger switch. It is preferable that all of the plurality of second switching elements are controlled when the voltage of the rectifying / smoothing circuit section is reduced to a predetermined value or less.
このような構成によれば、整流平滑回路部の電圧を検出することによりトリガスイッチによる指示を検出できるため、コストを増加することなく簡単な構成でインバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。 According to such a configuration, since the instruction by the trigger switch can be detected by detecting the voltage of the rectifying and smoothing circuit unit, it is possible to reduce the waste of the battery pack power by the inverter with a simple configuration without increasing the cost. Is possible.
また、前記整流平滑回路部は、前記昇圧回路部からの出力を整流するダイオードと、前記整流部の出力を平滑するコンデンサを備え、前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記コンデンサを間欠充電するように前記第1のスイッチング素子を制御すると共に、前記コンデンサの電圧が所定値以下に低下した場合には、前記コンデンサを目標電圧に充電するように前記第1のスイッチング素子を制御することが好ましい。 The rectifying / smoothing circuit unit includes a diode for rectifying the output from the boosting circuit unit and a capacitor for smoothing the output of the rectifying unit, and the control unit until the instruction is made by the trigger switch. The first switching element is controlled to intermittently charge the capacitor, and the first switching device is charged to the target voltage when the voltage of the capacitor drops below a predetermined value. It is preferable to control the element.
このような構成によれば、コンデンサの電圧を検出するだけで簡単にトリガスイッチによる指示を検出することができる。 According to such a configuration, it is possible to easily detect an instruction by the trigger switch only by detecting the voltage of the capacitor.
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への電力の供給を停止させることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said control part stops supply of the electric power from the said battery pack to the said inverter, when the overdischarge detection signal is input from the said battery pack.
このような構成によれば、電池パックの寿命が短くなることを防止することが可能となる。 According to such a configuration, it is possible to prevent the life of the battery pack from being shortened.
また、前記インバータは、異なる電圧を有する複数の前記電池パックを接続可能であり、 前記制御手段は、前記整流平滑回路部の電圧が一定となるように前記複数の電池パックの電圧に応じて前記第1のスイッチング素子を制御することが好ましい。 Further, the inverter can connect a plurality of the battery packs having different voltages, and the control means can control the voltage according to the voltages of the plurality of battery packs so that the voltage of the rectifying and smoothing circuit unit is constant. It is preferable to control the first switching element.
このような構成によれば、種々の電池パックを利用することができ、作業性を向上することができる。また、接続された電池パックの電圧に応じて最適な制御を行うことができる。 According to such a configuration, various battery packs can be used, and workability can be improved. Moreover, optimal control can be performed according to the voltage of the connected battery pack.
また、本発明のインバータ装置は、モータと、電池パックからの直流電力を交流電力に変換し昇圧する昇圧回路部と、前記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整流平滑回路部と、前記整流平滑回路部から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路により変換された交流電力の前記モータへの供給を指示するトリガスイッチと、前記トリガスイッチにより前記指示がされた後に前記変換動作を行うように前記インバータ回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、更に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで間欠動作を行うように前記昇圧回路部を制御することを特徴としている。 The inverter device according to the present invention includes a motor, a booster circuit unit that converts DC power from the battery pack into AC power and boosts it, and rectifies and smoothes the boosted AC power as rectified and smoothed output as DC power. A circuit unit; an inverter circuit that converts DC power output from the rectifying and smoothing circuit unit into AC power; a trigger switch that instructs supply of AC power converted by the inverter circuit to the motor; and the trigger switch And a control unit that controls the inverter circuit to perform the conversion operation after the instruction is given by the control unit, and the control unit further performs an intermittent operation until the instruction is given by the trigger switch. The booster circuit unit is controlled.
このような構成によれば、トリガスイッチにより指示がされるまでは変換動作をないため、インバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。さらに、トリガスイッチにより指示がされるまでは、昇圧回路部を間欠駆動するため、昇圧回路部の電圧をトリガスイッチの指示を検出できる程度とすることができ、インバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。また、ブラシレスモータのような高電圧を印加しないと起動しない機器においても、トリガスイッチによる指示を確実に検知することができる。 According to such a configuration, since the conversion operation is not performed until instructed by the trigger switch, it is possible to reduce the waste of battery pack power by the inverter. Further, since the booster circuit unit is intermittently driven until instructed by the trigger switch, the voltage of the booster circuit unit can be set to such an extent that the instruction of the trigger switch can be detected, and power consumption of the battery pack by the inverter is wasted. It becomes possible to reduce. In addition, even in a device that does not start unless a high voltage is applied, such as a brushless motor, the instruction by the trigger switch can be reliably detected.
また、前記制御部は、前記昇圧回路部の昇圧電圧の低下により前記トリガスイッチの指示を判別することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said control part discriminate | determines the instruction | indication of the said trigger switch by the fall of the boost voltage of the said booster circuit part.
このような構成によれば、トリガスイッチの操作判別を昇圧電圧に基づいて行うことができるため、構成を複雑にすることなく、簡単にトリガ判別を行うことができる。 According to such a configuration, the trigger switch operation can be determined based on the boosted voltage, so that the trigger determination can be easily performed without complicating the configuration.
また、前記昇圧回路部は、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、前記第1のスイッチング素子により変換された交流電力を昇圧する昇圧回路と、を備え、前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで前記第1のスイッチング素子を制御することが好ましい。 The booster circuit unit includes a first switching element for converting DC power from the battery pack into AC power, and a booster circuit for boosting the AC power converted by the first switching element. The controller preferably controls the first switching element until the instruction is given by the trigger switch.
このような構成によれば、スイッチング素子を制御するだけの簡単な構成でインバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。さらに、第一のスイッチング素子による電力の浪費を軽減させることが可能となる。 According to such a configuration, it is possible to reduce the waste of power of the battery pack by the inverter with a simple configuration that only controls the switching element. Furthermore, it is possible to reduce the waste of power by the first switching element.
また、前記インバータ回路は、前記モータと接続される複数の第2のスイッチング素子を備え、前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記複数の第2スイッチング素子の一対のみをオンさせると共に、前記整流平滑回路部の電圧が所定値以下に低下した場合には前記複数の第2のスイッチング素子の全てを制御することが好ましい。 In addition, the inverter circuit includes a plurality of second switching elements connected to the motor, and the control unit has only one pair of the plurality of second switching elements until the instruction is given by the trigger switch. It is preferable that all of the plurality of second switching elements are controlled when the voltage of the rectifying / smoothing circuit section is reduced to a predetermined value or less.
このような構成によれば、整流平滑回路部の電圧を検出することによりトリガスイッチによる指示を検出できるため、コストを増加することなく簡単な構成でインバータによる電池パックの電力の浪費を軽減させることが可能となる。 According to such a configuration, since the instruction by the trigger switch can be detected by detecting the voltage of the rectifying and smoothing circuit unit, it is possible to reduce the waste of the battery pack power by the inverter with a simple configuration without increasing the cost. Is possible.
また、前記整流平滑回路部は、前記昇圧回路部からの出力を整流するダイオードと、前記整流部の出力を平滑するコンデンサを備え、前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記コンデンサを間欠充電するように前記第1のスイッチング素子を制御すると共に、前記コンデンサの電圧が所定値以下に低下した場合には、前記コンデンサを目標電圧に充電するように前記第1のスイッチング素子を制御することが好ましい。 The rectifying / smoothing circuit unit includes a diode for rectifying the output from the boosting circuit unit and a capacitor for smoothing the output of the rectifying unit, and the control unit until the instruction is made by the trigger switch. The first switching element is controlled to intermittently charge the capacitor, and the first switching device is charged to the target voltage when the voltage of the capacitor drops below a predetermined value. It is preferable to control the element.
このような構成によれば、コンデンサの電圧を検出するだけで簡単にトリガスイッチによる指示を検出することができる。 According to such a configuration, it is possible to easily detect an instruction by the trigger switch only by detecting the voltage of the capacitor.
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への電力の供給を停止させることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said control part stops supply of the electric power from the said battery pack to the said inverter, when the overdischarge detection signal is input from the said battery pack.
このような構成によれば、電池パックの寿命が短くなることを防止することが可能となる。 According to such a configuration, it is possible to prevent the life of the battery pack from being shortened.
また、前記インバータは、異なる電圧を有する複数の前記電池パックを接続可能であり、 前記制御手段は、前記整流平滑回路部の電圧が一定となるように前記複数の電池パックの電圧に応じて前記第1のスイッチング素子を制御することが好ましい。 Further, the inverter can connect a plurality of the battery packs having different voltages, and the control means can control the voltage according to the voltages of the plurality of battery packs so that the voltage of the rectifying and smoothing circuit unit is constant. It is preferable to control the first switching element.
このような構成によれば、種々の電池パックを利用することができ、作業性を向上することができる。また、接続された電池パックの電圧に応じて最適な制御を行うことができる。 According to such a configuration, various battery packs can be used, and workability can be improved. Moreover, optimal control can be performed according to the voltage of the connected battery pack.
本発明の電動工具及びインバータ装置によれば、電池パックの電力の浪費を軽減させることができる。 According to the electric tool and the inverter device of the present invention, it is possible to reduce the waste of power of the battery pack.
図1乃至図4を用いて、本発明の実施の形態による電動工具、例えば芝刈り機1について説明する。
A power tool, for example, a
図1は、芝刈り機1の側面図である。芝刈り機1は、芝刈り機本体3にラッチ部2Aによって着脱可能に設けられたインバータ2を備えている。作業者はハンドル5を把持しトリガスイッチ31aを操作することによって、電池パック4からの電力がインバータ2を介してモータ32に供給される。芝刈り機本体3には、進行方向前方側に設けられた前輪6と、後方側に設けられた後輪7が設けられ、移動可能に構成されている。また、本体3の進行方向後方側には、図示しない回転刃によって刈られた草等を集めるための集草バック8が着脱可能に設けられている。
FIG. 1 is a side view of the
図2は、芝刈り機1の回路図である。本実施の形態では、芝刈り機1は、インバータ2と、芝刈り機本体3と、を備えており、芝刈り機本体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、芝刈り機本体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、芝刈り機本体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。
FIG. 2 is a circuit diagram of the
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(インバータ回路)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。
The
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2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。
The battery
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。
The power supply unit 22 includes a
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。
The
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。
On the secondary side of the
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。
The rectifying / smoothing
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(コンデンサ電圧、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。
The boosted
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。
The switching
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を介して芝刈り機本体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芝刈り機本体3(モータ32)に供給される。
Furthermore, the source of the
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。
Note that a commutator motor may be used instead of the
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。
The current detection resistor 27 is connected in series between the source of the
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、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。
The microcomputer 29 outputs, to the gate of the
ここで、本実施の形態のマイコン29は、トリガスイッチ31aが操作されていない状態では、FET232を間欠的にオン・オフさせるための第1のPWM信号をFET32のゲートに出力すると共に、FET261−264の内、一方のセットのみをオン、例えば第1のセット(FET261、264)をオンさせ、第2のセット(FET262、263)をオフさせるための第2のPWM信号を出力している。そして、後述するようにトリガスイッチ31aの操作をマイコン29が検出した場合に初めて、FET232及び4つのFET(FET261−264)をオン・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。
Here, the microcomputer 29 of the present embodiment outputs a first PWM signal for intermittently turning on / off the
上記したような、電池パックからの直流電力をインバータ2(特にスイッチング回路26)によって交流電力に変換した上でブラシレスモータ32に供給する構成においては、様々な制御が必要となり、その制御の過程で電力の浪費が生じることが考えられる。しかしながら、本実施の形態では、トリガスイッチ31aが操作されていない状態では、FET232は間欠的に発振して、FET261及びFET264(第1のセット)のみをオンさせるように制御するため、電力の浪費を軽減させると同時に、発熱によるFET232及びFET261−264の故障を防止することも可能となる。
In the configuration as described above, the DC power from the battery pack is converted into AC power by the inverter 2 (particularly the switching circuit 26) and then supplied to the
更に、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。
Furthermore, the microcomputer 29 determines overdischarge of the battery pack 4 based on the battery voltage detected by the battery
次に、図3のフローチャート及び図4のタイムチャートを用いて、本実施の形態におけるマイコン29による芝刈り機3への供給電圧の制御について説明する。
Next, the control of the supply voltage to the
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。
3 is a flowchart when the
まず、マイコン29は、S202−S204からなるFET232の間欠発振動作S201を行う。マイコン29が駆動されるとFET232のゲートに、発振(図4のFET232発振区間)・停止(図4のFET232休止区間)を行うための信号を出力する(S202a、S202b)。そして、FET261及びFET264をオンして、出力端子265及び266間に電圧を出力する(S203)。
First, the microcomputer 29 performs the intermittent oscillation operation S201 of the
その後、FET232の間欠発振停止から所定時間経過したか否かを判断し(S204)、経過した場合には、昇圧電圧検出部25で検出された整流平滑回路部24のコンデンサ243に充電された電圧(昇圧電圧)に基づき、FET232の間欠発振の休止時間帯の昇圧電圧低下率を計算する(S205)。
Thereafter, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the intermittent oscillation stop of the FET 232 (S204). If it has elapsed, the voltage charged in the
なお、S204の判断は必ずしも必要ではないが、正確な電圧低下を検知するためには、ある程度の時間を必要するため、この判断を設けた。また、後述するように、トリガスイッチ31aが操作されていない場合であっても、昇圧電圧検出部25等による電力消費が僅かながら生じ、それによるコンデンサ243の電圧低下は温度等の条件によってばらつくため、所定時間を設けることにより通常の電圧低下(漏れ電流等による)と、工具接続による電圧低下を正確に判断することができる。
The determination in S204 is not always necessary, but this determination is provided because a certain amount of time is required to detect an accurate voltage drop. Further, as will be described later, even when the
ここで、インバータ2に芝刈り機3が接続されてトリガスイッチ31aが操作されると(図4のトリガスイッチオン)、図示しない制御回路、例えばブラシレスモータのインバータ制御回路等の働きにより、コンデンサ243の電圧がFET261及び264を介してブラシレスモータ32に電圧が印加される。すると消費電力が大きくなるため、FET232の休止期間中の出力電圧(コンデンサ243の充電電圧)の電圧降下は大きくなる(図4の電圧低下大)。本実施の形態では、この電圧降下(昇圧電圧低下率)に基づき、トリガスイッチ31aが操作されたか否かを判別する(S206)。
Here, when the
芝刈り機3をインバータ2に接続していない場合、もしくは芝刈り機3が接続されていてもブラシレスモータ32が動作していない場合(図4の最初のFET232休止区間)には、整流平滑回路部24のコンデンサ243の電圧の低下は少なく(昇圧電圧検出部25等による漏れ電流により生じる消費)、FET232は前述のような間欠発振動作でも電圧を維持することができるため、昇圧電圧低下率は小さい。従って、昇圧電圧低下率が所定値以下の場合には(S206:NO)、トリガスイッチ31aが操作されていないものと判別し、S201に戻りFET232の間欠発振動作を繰り返す。
When the
一方、昇圧電圧低下率が所定値より大きい場合には(S206:YES)、トリガスイッチ31aが操作されたものと判別する。このとき、出力端子265、266に出力する電圧は、低ければ低いほど消費電力を少なくすることができるが、出力電圧が低すぎると芝刈り機3の整流三相変換回路31に印加される電圧が低すぎるために芝刈り機3に内蔵された図示せぬ制御回路が起動せず、芝刈り機3を起動することができない。そこで、間欠動作時にコンデンサ243に充電する電圧は直流電圧80から120V程度が望ましい。また、コンデンサ243に充電する電圧が上記範囲である場合には、上記所定値は、20Vから50V程度であることが望ましい。なお、芝刈り機3のモータが整流子モータであれば、間欠動作時のコンデンサ243の充電電圧を更に下げることができ、消費電力を抑制することができる。
On the other hand, if the boost voltage drop rate is greater than the predetermined value (S206: YES), it is determined that the
昇圧電圧低下率が所定値より大きい場合には(S206:YES、図4の電圧低下検知)、昇圧回路部23を連続的に駆動するようにFET232を連続的に発振させるための信号を出力し(S207)、昇圧回路部23の出力電圧すなわち整流平滑回路部24のコンデンサ243の電圧を目標値になるように制御する(S207−S210、図4のFET232連続発振区間)。このときコンデンサ243の電圧目標値は140Vが望ましい。すなわち、コンデンサ243の電圧(検出電圧)を目標値と比較し(S208)、検出電圧が目標値より低い場合にはFET232のデューティ比を増加させ(S209)、逆に検出電圧が目標値より高い場合にはFET232のデューティ比を減少させ(S210)、コンデンサ243の電圧が目標値140Vになるように第1のPWM信号を出力してFET232を制御する。
When the boost voltage drop rate is larger than the predetermined value (S206: YES, voltage drop detection in FIG. 4), a signal for continuously oscillating the
続いて、マイコン29は、PWM信号出力部28を介してスイッチング回路26(FET261−264)をオン・オフさせるための第2のPWM信号を出力し、出力端子265、266に交流電圧(100V)を供給する(S211)。すなわち、スイッチング回路26の第1のセット(FET261、264)と第2のセット(FET262、263)を交互にオン・オフさせる。
Subsequently, the microcomputer 29 outputs a second PWM signal for turning on and off the switching circuit 26 (FET 261-264) via the PWM
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(S212)。所定の過放電電圧より小さい場合には(S212:YES)、電池パック4が過放電状態にあると判断し、FET232及びFET261−264をオフさせるための第1のPWM信号及び第2のPWM信号を出力して昇圧回路部23及びスイッチング回路26の動作を停止させる(S214)。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。
Subsequently, it is determined whether or not the battery voltage detected by the
また、電池電圧が所定の過放電電圧以上の場合には(S212: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(S213)。過放電信号が入力されていた場合には(S213:YES)、電池パック4或いは少なくとも1つの電池セルが過放電状態にあると判断し、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(S214)。
If the battery voltage is equal to or higher than the predetermined overdischarge voltage (S212: NO), it is determined whether or not an overdischarge signal is input from the battery pack 4 via the LD terminal (S213). If an overdischarge signal has been input (S213: YES), it is determined that the battery pack 4 or at least one battery cell is in an overdischarge state, and the operations of the
一方、過放電信号が入力されていない場合には(S213:NO)、電流検出抵抗27からの信号によりモータに電流が流れているかどうかを判別する(S215)。モータ電流がない場合(S215:NO)、所定時間経過したかどうかを判別する(S216)。所定時間経過した場合には(S216:YES),芝刈り機3が動作していないと判断して昇圧回路部23、スイッチング回路26の動作を停止して(S217)、S201の間欠発振動作へ戻る。なお、間欠発振動作は、電源スイッチ221がオフするまで継続する。
On the other hand, if no overdischarge signal is input (S213: NO), it is determined whether or not current is flowing through the motor based on the signal from the current detection resistor 27 (S215). When there is no motor current (S215: NO), it is determined whether or not a predetermined time has elapsed (S216). If the predetermined time has elapsed (S216: YES), it is determined that the
このような動作によって、待機時の電池パック4の電力消費を抑えることができる。また、自動的に間欠発振動作へ切り替わるため、操作性を向上することができる。なお、手動で操作可能なスイッチ等を設け、芝刈り機3を使用後に手動で間欠発振動作に切り替えるようにしても良い。
With such an operation, the power consumption of the battery pack 4 during standby can be suppressed. In addition, since the operation is automatically switched to the intermittent oscillation operation, the operability can be improved. Note that a manually operable switch or the like may be provided, and the
モータ電流がある場合(S215:YES)、所定時間経過していない場合(S216:NO)には,芝刈り機3が動作していると判断してS207の昇圧回路部23、スイッチング回路26の連続動作へ戻る。
If there is a motor current (S215: YES), and if the predetermined time has not passed (S216: NO), it is determined that the
上記したように、電池パック4からの直流電力をインバータ2(スイッチング回路26)によって交流電力に変換した上でブラシレスモータ32に供給する構成においては、様々な制御が必要となり、その制御の過程で電力の浪費が生じることが考えられるが、本実施の形態では、トリガスイッチ31aが操作されていない状態では、FET232は間欠的に発振させると共に、スイッチング回路26のFET261−FET264のうち、FET261及びFET264をオンさせるように制御するため、電力の浪費を軽減させると同時に、FET232及びFET261−264の発熱を抑制し故障を防止することも可能となる。
As described above, in the configuration in which the DC power from the battery pack 4 is converted to AC power by the inverter 2 (switching circuit 26) and then supplied to the
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。 The power tool of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims.
例えば、上記実施の形態において、電源スイッチ221と直列に更なるFETを配置し、電池パック4が過放電を検出した場合には、当該FETのゲートに過放電信号をするような構成を採用してもよい。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。
For example, in the above embodiment, when a further FET is arranged in series with the
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。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FET232の間欠駆動タイミングを変更するように制御すれば、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。
Moreover, in the said embodiment, although the battery pack 4 connected to the
また、図3のフローチャートでは、S207−S210で昇圧電圧の制御を行ったが、これらは、S201でトリガを検出された後であれば、フローチャート内のどの位置で行われてもよい。また、S212−S214で過放電の検出を行ったが、これらは、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。 In the flowchart of FIG. 3, the boosted voltage is controlled in S207 to S210. However, these may be performed at any position in the flowchart as long as the trigger is detected in S201. Moreover, although overdischarge was detected by S212-S214, these may be performed in any position in a flowchart, and may be performed in parallel.
1:芝刈り機、2:インバータ、3:芝刈り機本体、4:電池パック、23:昇圧回路部、24:整流平滑回路部、26:スイッチング回路、27:電流検出抵抗、29:マイコン、31:整流三相変換回路、32 ブラシレスモータ 1: lawn mower, 2: inverter, 3: lawn mower main body, 4: battery pack, 23: booster circuit unit, 24: rectifying and smoothing circuit unit, 26: switching circuit, 27: current detection resistor, 29: microcomputer, 31: Rectification three-phase conversion circuit, 32 brushless motor
Claims (14)
電池パックからの直流電力を交流電力に変換し昇圧する昇圧回路部と、
前記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整流平滑回路部と、
前記整流平滑回路部から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路により変換された交流電力の前記モータへの供給を指示するトリガスイッチと、
前記トリガスイッチにより前記指示がされた後に前記変換動作を行うように前記インバータ回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、更に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで間欠動作を行うように前記昇圧回路部を制御することを特徴とする電動工具。 A motor,
A booster circuit unit that converts DC power from the battery pack into AC power and boosts the power;
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the boosted AC power and outputting the DC power as DC power;
An inverter circuit that converts the DC power output from the rectifying and smoothing circuit unit into AC power;
A trigger switch for instructing supply of the AC power converted by the inverter circuit to the motor;
A control unit that controls the inverter circuit to perform the conversion operation after the instruction is given by the trigger switch;
With
The control unit further controls the booster circuit unit to perform an intermittent operation until the instruction is given by the trigger switch.
前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで間欠動作を行うように前記第1のスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の電動工具。 The booster circuit unit includes a first switching element for converting DC power from the battery pack into AC power, and a booster circuit that boosts AC power converted by the first switching element,
The power tool according to claim 1, wherein the control unit controls the first switching element to perform an intermittent operation until the instruction is given by the trigger switch.
前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記複数の第2スイッチング素子の一対のみをオンさせると共に、前記整流平滑回路部の電圧が所定値以下に低下した場合には前記複数の第2のスイッチング素子の全てを制御することを特徴とする請求項3に記載の電動工具。 The inverter circuit includes a plurality of second switching elements connected to the motor,
The control unit turns on only a pair of the plurality of second switching elements until the instruction is made by the trigger switch, and when the voltage of the rectifying / smoothing circuit unit drops below a predetermined value, The power tool according to claim 3, wherein all of the plurality of second switching elements are controlled.
前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記コンデンサを間欠充電するように前記第1のスイッチング素子を制御すると共に、前記コンデンサの電圧が所定値以下に低下した場合には、前記コンデンサを目標電圧に充電するように前記第1のスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項3又は4に記載の電動工具。 The rectifying and smoothing circuit unit includes a diode that rectifies the output from the boosting circuit unit, and a capacitor that smoothes the output of the rectifying unit,
The control unit controls the first switching element to intermittently charge the capacitor until the instruction is given by the trigger switch, and when the voltage of the capacitor is reduced to a predetermined value or less. The power tool according to claim 3 or 4, wherein the first switching element is controlled to charge the capacitor to a target voltage.
前記制御手段は、前記整流平滑回路部の電圧が一定となるように前記複数の電池パックの電圧に応じて前記第1のスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の電動工具。 The inverter circuit can connect a plurality of the battery packs having different voltages,
The control means controls the first switching element according to the voltages of the plurality of battery packs so that the voltage of the rectifying / smoothing circuit unit is constant. The electric tool according to one item.
前記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整流平滑回路部と、
前記整流平滑回路部から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路により変換された交流電力のモータへの供給を指示するトリガスイッチと、
前記トリガスイッチにより前記指示がされた後に前記変換動作を行うように前記インバータ回路を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、更に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで間欠動作を行うように前記昇圧回路部を制御することを特徴とするインバータ装置。 A booster circuit unit that converts DC power from the battery pack into AC power and boosts the power;
A rectifying / smoothing circuit for rectifying and smoothing the boosted AC power and outputting the DC power as DC power;
An inverter circuit that converts the DC power output from the rectifying and smoothing circuit unit into AC power;
A trigger switch for instructing the supply of AC power converted by the inverter circuit to the motor;
A control unit that controls the inverter circuit to perform the conversion operation after the instruction is given by the trigger switch;
With
The inverter unit further controls the booster circuit unit to perform an intermittent operation until the instruction is given by the trigger switch.
前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまで、間欠動作を行うように前記第1のスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項8又は9に記載のインバータ装置。 The booster circuit unit includes a first switching element for converting DC power from the battery pack into AC power, and a booster circuit that boosts AC power converted by the first switching element,
The inverter device according to claim 8 or 9, wherein the control unit controls the first switching element to perform an intermittent operation until the instruction is given by the trigger switch.
前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記複数の第2スイッチング素子の一対のみをオンさせると共に、前記整流平滑回路部の電圧が所定値以下に低下した場合には前記複数の第2のスイッチング素子の全てを制御することを特徴とする請求項10に記載のインバータ装置。 The inverter circuit includes a plurality of second switching elements connected to the motor,
The control unit turns on only a pair of the plurality of second switching elements until the instruction is made by the trigger switch, and when the voltage of the rectifying / smoothing circuit unit drops below a predetermined value, The inverter device according to claim 10, wherein all of the plurality of second switching elements are controlled.
前記制御部は、前記トリガスイッチにより前記指示がなされるまでは、前記コンデンサを間欠充電するように前記第1のスイッチング素子を制御すると共に、前記コンデンサの電圧が所定値以下に低下した場合には、前記コンデンサを目標電圧に充電するように前記第1のスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項10又は11に記載のインバータ装置。 The rectifying and smoothing circuit unit includes a diode that rectifies the output from the boosting circuit unit, and a capacitor that smoothes the output of the rectifying unit,
The control unit controls the first switching element to intermittently charge the capacitor until the instruction is given by the trigger switch, and when the voltage of the capacitor is reduced to a predetermined value or less. The inverter device according to claim 10, wherein the first switching element is controlled to charge the capacitor to a target voltage.
前記制御手段は、前記整流平滑回路部の電圧が一定となるように前記複数の電池パックの電圧に応じて前記第1のスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項8乃至13の何れか一項に記載のインバータ装置。 The inverter circuit can connect a plurality of the battery packs having different voltages,
The said control means controls the said 1st switching element according to the voltage of these battery packs so that the voltage of the said rectification smoothing circuit part may become fixed, The any one of Claim 8 thru | or 13 characterized by the above-mentioned. The inverter device according to one item.
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