CN103190065A

CN103190065A - 电源设备

Info

Publication number: CN103190065A
Application number: CN2011800519427A
Authority: CN
Inventors: 中野恭嗣; 河野祥和; 高野信宏; 船桥一彦
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-07-03
Also published as: WO2012056672A3; WO2012056672A2; JP2012095457A; US20130200831A1

Abstract

一种电源设备，包括：逆变器，其将从电池包提供的DC电源转换成AC电源并且输出该AC电源；以及适配器，其形成从逆变器输出的AC电源的波形。

Description

电源设备

技术领域

本发明涉及有逆变器的电源设备、配备电源设备的电动工具、以及配备电源设备和电动工具的电源系统。

背景技术

在日本专利申请公开No.2009-278832中公开的传统电源设备具有逆变器，用以将从电池包提供的DC电源转换为方波AC电源并将该方波AC电源输出给AC供电的电动工具。

发明内容

解决问题的方案

上述电源设备不具有使方波AC电源形成正弦波AC电源以防止设备变得过大的电路。然而，所希望的是使用上述的电源设备驱动具有电动机转速控制功能的一些电动工具，用以通过相位控制并且利用正弦波AC电源驱动来控制电动机的转速。

鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种电源设备，具有逆变器作为其主要部件，并且通过相位控制电动工具中电动机的转速，甚至能够驱动具有电动机转速控制功能的电动工具，同时抑制逆变器大小的增加。

为了达到上述和其他目的，本发明提供了一种电源设备包括:逆变器，其将电池包提供的DC电源转换成AC电源并且输出该AC电源；以及适配器，其形成从逆变器输出的AC电源的波形。

优选的是该电源设备进一步包括控制器，其控制逆变器按照适配器至逆变器的连接状态来改变所输出的AC电源的波形，适配器形成从逆变器输出的AC电源的波形。

优选的是，当适配器没有连接到逆变器时，控制器控制逆变器输出具有商用频率的方波AC电源，并且当适配器连接到逆变器时，控制器控制逆变器输出PWM正弦波AC电源。

优选的是逆变器包括:第一开关元件，其导通/断开以将电池包提供的DC电源转换成AC电源；整流/平滑电路，其将由第一开关元件转换的AC电源转换为DC电源；以及逆变电路，其包括多个第二开关元件，其导通/断开以将由整流/平滑电路转换的DC电源转换为AC电源。基于连接状态，控制器控制多个第二开关元件的导通/断开。

优选的是适配器包括低通滤波器，其将PWM正弦波AC电源形成为正弦波AC电源。

优选的是适配器包括识别元件，当适配器连接到逆变器时，所述识别元件将识别信号输出到控制器。

优选的是，逆变器进一步包括第一电阻器，其具有连接到电源的第一端子和连接到控制器的第二端子，识别元件包括第一电阻，当适配器连接到逆变器时，该第一电阻连接在第二端子和接地点之间。

本发明的另一个方面提供了一种可连接到电源的电动工具，包括：AC电动机；和触发器开关，当适配器被连接在逆变器和AC电动机之间时，该触发器开关被放置在适配器和AC电动机之间，当适配器没有连接在逆变器和AC电动机之间时，该触发器开关被放置在逆变器和AC电动机之间。

本发明的另一个方面提供了一种电源系统，包括：电源设备；和电动工具。

本发明的另一个方面提供了一种适配器，包括:第一端子，其可连接至逆变器，以将从电池包提供的DC电源转换成AC电源并输出该AC电源；成形单元，其将从逆变器输出的AC电源形成波形；以及第二端子，其输出形成的波形。

本发明的有益效果

本发明能够提供一种电源设备，其具有逆变器作为其主要部件，并且通过相位控制电动工具中电动机的转速，甚至能够驱动具有电动机转速控制功能的电动工具，同时抑制逆变器大小的增加。

附图说明

图1是具有连接到逆变器的适配器的根据本发明的电源设备的电路图;

图2是仅具有逆变器的电源设备的电路图;

图3是说明由电源设备中的逆变器和适配器输出的信号的波形的示意图；以及

图4是说明在控制向电源设备中AC电动机供电的过程中的步骤的流程图。参考标记列表

1 电源设备

2 逆变器

3 适配器

4 电动工具

5 电池包

28 微型计算机

具体实施方式

接下来，将参照图1至图4的同时描述根据本发明优选实施例的电源设备。

图1是根据本发明优选实施例的电源设备1的电路图，其显示了逆变器2、适配器3、电动工具4和电池包5的连接状态。图2是图1中的电源设备1在去除适配器3后并且将电动工具4直接连接到逆变器2的电路图。

如图1所示，电源设备1包括逆变器2和适配器3。电池包5被连接到逆变器2。当操作员操作逆变器2的电源开关221(稍后描述)(即，电源开关221上的开关)时，逆变器2将从电池包5提供的DC电源转换成具有方波的AC电源(以下称为“方波AC电源”)。电池包5是配置有四个3.6V锂电池芯串联成14.4V额定电压的锂电池包。

例如，当电动工具4是圆盘磨光机或者其他设备时，电动工具4中提供的AC电动机42需要相位控制，即需要具有正弦波的AC电源(以下称为“正弦波AC电源”)。在这样的情况下，通过在逆变器2和电动工具4之间连接适配器3，将从逆变器2输出的方波AC电源形成正弦波AC电源，并将该正弦波AC电源输出到AC电动机42。

另一方面，例如，当电动工具4是割草机或其他设备时，电动工具4中提供的AC电动机42不需要相位控制。在这样的情况下，通过在逆变器2和电动工具4之间不连接适配器3，将从逆变器2输出的方波AC电源直接输出到AC电动机42。稍后将对方波AC电源形成正弦波AC电源进行描述。

逆变器2、适配器3、电动工具4和电池包5都是可拆卸地互相连接。然而，除非对这些元件的连接状态做出相反的说明，否则下列的描述假设元件都处于连接的状态。

逆变器2包括电池电压检测单元21、电源单元22、升压电路单元23、整流/平滑电路24、升压电压检测单元25、逆变电路26、电流检测电阻27、微型计算机28和PWM信号输出单元29。

适配器3包括低通滤波器（low-pass filter）31，其配置有扼流圈311和312以及电容器313。低通滤波器31将从逆变器2输出的方波AC电源形成正弦波AC电源。

电动工具4包括开关41、AC电动机42和转速控制器43。当导通开关41时，在转速控制器43的控制下，使用从逆变器2或适配器3输出的AC电源驱动AC电动机42。

此外，逆变器2和适配器3共同具有适配器识别单元6。适配器识别单元6使微型计算机28能够识别适配单元3是否被连接到逆变器2。

适配器识别单元6配置有逆变器2中提供的第一电阻61和在适配器3中提供的第二电阻62。如图1所示，当适配器3被连接到逆变器2时，适配器识别单元6通过第一电阻61和第二电阻62将电源电压Vcc的分压(例如5V)输出到微型计算机28。另一方面，如图2所示，当适配器3没有被连接到逆变器2时，适配器识别单元6通过第一电阻61将电源电压Vcc直接输出到微型计算机28。利用这种配置，微型计算机28能够识别适配器3是否被连接到逆变器2。

接下来，将参考图1对逆变器2的电路结构进行更详细地描述。

电池电压检测单元21包括串联的电阻211和212。电池电压检测单元21检测从电池包5接收到的电池电压，并且通过电阻211和212将电池电压的分压输出到微型计算机28。

电源单元22包括电源开关221和串联在电池包5和微型计算机28之间的恒压电路222。恒压电路222包括三端稳压器222a和防振荡电容器222b和222c。当操作员导通电源开关221时，电源单元22将电池电压转换成预定的DC(驱动)电压Vcc(例如5V)并将该驱动电压Vcc提供给微型计算机28和适配器识别单元6。当操作员断开电源开关221时，因为驱动电压Vcc不再被施加到微型计算机28，所以整个逆变器2被断开。

升压电路单元23配置有变压器231和场效应晶体管(FET)232。将在后面描述的微型计算机28被连接到FET232的栅极并且利用第一PMW信号导通和断开FET232。根据FET232的导通和断开，从电池包5提供给变压器231的初级绕组的DC电源被转换成AC电源。AC电源的AC电压在变压器231的次级绕组中被加强(升压AC电压)。

整流/平滑电路24被配置有二极管241和电容器242，并且将从变压器231输出的升压AC电压转换成DC电压。

升压电压检测单元25包括串联的电阻251和252。升压电压检测单元25检测从整流/平滑电路24输出的DC电压(在电容器242上的电压)并且通过电阻251和252将该DC电压的分压输出给微型计算机28。

逆变电路26配置有四个FET261-264。FET261-264的栅极都被连接到后面将描述的PWM信号输出单元29。PWM信号输出单元29利用第二PWM信号导通和断开FET261-264，从而将从整流/平滑电路24输出的DC电源转换成AC电源。

电流检测电阻27被连接在FET262（FET264）的源级和接地点之间。在电流检测电阻27上游侧的端子还被连接到微型计算机28。利用这种配置，基于从电流检测电阻27输出的电压，微型计算机28可以检测流至AC电动机42的电流。

微型计算机28通过反馈来控制FET232。具体地说，基于由升压电压检测单元25所检测的电容器242上的升压电压，微型计算机28生成第一PWM信号用以将从整流/平滑电路24输出的DC电压维持在所希望的水平(例如，140V)，并且将第一PWM信号输出到FET232的栅极。

微型计算机28还生成第二PWM信号，用以从逆变电路26输出具有指定功率波形的AC电源，并且将该第二PWM信号输出到PWM信号输出单元29。PWM信号输出单元29将该第二PWM信号发送到逆变电路26中的FET261-264的栅极以导通和断开FET261-264。

进一步，基于从适配器识别单元6输出的信号，微型计算机28更改第二PWM信号。

具体来说，如图2所示，当适配器3没有被连接到逆变器2时，即当电动工具4被直接连接到逆变器2时，微型计算机28输出第二PWM信号，用以从逆变电路26输出方波AC电源，如图3（a）所说明的。具体来说，微型计算机28输出第二PWM信号，用于以100%的工作周期交替地导通和断开逆变电路26中的FET261和264的组(以下称为“第一组”)和FET262和263的组(以下称为“第二组”)。

在这种情况下，如图3(a)所示的方波AC电源被直接供给AC电动机42。

然而，如图1所示，当适配器3被连接到逆变器2时，即当电动工具4通过适配器3被连接到逆变器2时，微型计算机28输出第二PWM信号用以从逆变电路26输出PWM正弦波AC电源，如图3(b)所示。具体来说，微型计算机28以具有可变工作周期的几十千赫量级的载频输出第二PWM信号，用以将逆变电路26中的第一和第二组切换为导通和断开。

在这种情况下，当经过适配器3的低通滤波器31时，图3(b)所示的PWM正弦波AC电源形成如图3(c)所示的正弦波AC电源。因此，正弦波AC电源被提供给AC电动机42。即使在需要相位控制的电动工具中，正弦波AC电源也可以确保可靠的运行。

基于由电池电压检测单元21所检测的电池电压，微型计算机28还确定是否在电池包5中发生了过放电。更具体地说，当由电池电压检测单元21所检测的电池电压小于或等于预定值时，微型计算机28确定在电池包5中发生了过放电，并终止第一和第二PWM信号以停止FET232和FET261-264的运行。电池包5进一步被提供有内置保护电路或微型计算机，用以自我检测过放电，并且具有当检测到过放电时将过放电信号输出到微型计算机28的功能。一旦经由LD端子从电池包5接收到该过放电信号，微型计算机28终止第一和第二PWM信号。这种配置可以防止这种过放电缩短电池包5的寿命。

接下来，将参考图4中的流程图描述在优选实施例中由微型计算机28执行的用以控制提供给AC电动机42的电源的控制过程。当电源开关221被导通的同时将电池包5安装在逆变器2上时，或者当将电池包5安装在逆变器2上的同时电源开关221处于导通时，微型计算机28开始如图4的流程图所示的过程。当恒压电路222开始提供电源电压Vcc时，微型计算机28被启动。

在S200中控制过程开始，通过将第一PWM信号输出到FET232，微型计算机28激活升压电路单元23。在S201中，基于由升压电压检测单元25所检测到的升压电压，微型计算机28确定在电容器242上的升压AC电压(检测电压)是否大于目标电压(例如，140V)。如果检测电压大于目标电压(S201:是)，那么在S203中，微型计算机28将具有减少的工作周期的第一PWM信号输出到FET232的栅极。如果检测电压小于或等于目标电压(S201:否)，那么在S202中，微型计算机28将具有增加的工作周期的第一PWM信号输出到FET232的栅极。

在S204中，基于从适配器识别单元6输出的信号，即基于从适配器识别单元6输入到微型计算机28的电压，微型计算机28确定适配器3是否被连接到逆变器2。当适配器3被连接到逆变器2时，通过第一电阻61和第二电阻62将电源电压Vcc的分压输入到微型计算机28。另一方面，如果适配器3没有被连接到逆变器2，那么通过第一电阻61将电源电压Vcc直接输入到微型计算机28。因此，当适配器3被连接时，从适配器识别单元6输入到微型计算机28的电压小于当适配器3没有被连接时。因此，基于输入的电压是否大于预定的电压，例如3V，微型计算机28可以确定适配器3是否被连接到逆变器2。

如果适配器3被连接(S204:是)，那么在S205中，为了从逆变电路26输出PWM正弦波AC电源，微型计算机28将第二PWM信号输出到逆变电路26的FET261-264。当适配器3未被连接(S204:否)，那么在S206中，为了从逆变电路26输出方波AC电源，微型计算机28将第二PWM信号输出到逆变电路26的FET261-264。

在S207中，微型计算机28确定由电池电压检测单元21所检测的电池电压是否小于预定的过放电电压。如果检测到的电池电压小于预定的过放电电压(S207:是)，那么微型计算机28确定电池包5是处于过放电状态。因此，在S208中，微型计算机28终止第一和第二PWM信号以停止升压电路单元23和逆变电路26的运行，从而终止来自电池包5的供电。

然而，如果电池电压大于或等于过放电电压(S207:否)，那么在S209中，微型计算机28确定经由LD端子从电池包5输入了过放电信号。当已经输入过放电信号(S209:是)，那么在S208中，根据所描述的当电池电压小于预定的过放电电压时(S207:是)相同的过程，微型计算机28终止升压电路单元23和逆变电路26的运行。然而，如果没有输入过放电信号(S209:否)，则微型计算机28返回到S200。

利用根据本优选实施例的结构，电源设备1可以通过可拆卸地安装在逆变器2上的适配器3输出正弦波AC电源。因此，即使当电动工具配备有用以控制电动机转速的相位控制功能时，电源设备1也可以稳定地驱动电动工具。进一步，由于具有无相位控制功能的电动工具不需要适配器3，因为操作员只需要携带逆变器2，因此电源设备1的可携带性并没有被降低。

虽然已经参考本发明特定的实施例详细描述了本发明，但是对本领域技术人员将会清楚的是，可以在其中做出许多修改和变化，而不脱离本发明的精神，本发明的范围通过所附的权利要求被定义。

例如，在优选实施例中，适配器识别单元6被配置有第一电阻61和第二电阻62，但是可以替代使用机械开关。当适配器3被连接时，该开关闭合（close），使得适配器识别单元6将电源电压Vcc输入到微型计算机28，当适配器3没有被连接时，该开关打开（open），使得适配器识别单元6不将电源电压Vcc输入到微型计算机28。通过这种方式，微型计算机28可以检测适配器3是否被连接。替选地，电源设备1的操作者可能需要手动切换适配器识别单元6中的开关。因此，适配器识别单元6可以具有任何使微型计算机28能够检测适配器3的连接状态的配置。

在优选实施例中，连接到逆变器2的电池包5被描述为14.4v锂电池包，但是逆变器2可以被配置为可连接到除了那些封装锂电池以外的不同类型的电池包，例如配置有镍镉电池或镍金属氢电池的电池包，或可以被配置为可连接到多个具有不同电池电压的电池包。在这种情况下，逆变器2必须具有识别装置(例如，电阻)用以识别所连接的电池包中电池的类型和电压。然后，基于从电阻收到的信息，微型计算机28识别所连接的电池包，并根据电池包的类型对升压电路单元23控制升压的操作。由于电源设备1可以使用不同的电池包，因此这种配置提高了电源设备1的可操作性。

在图4的流程图中，在S207-S209中，微型计算机28确定电池包5是否处在过放电状态，但是微型计算机28可以被配置为在任何时间点做出该确定。

在图4的流程图中，可以进一步执行过电流检测。具体来说，当由电流检测电阻27所检测到的电流已超过预定的电流时，微型计算机28终止升压电路单元23和逆变电路26的运行。利用这种结构，可以防止因过电流产生的热量损坏电池包5、AC电动机42和FET231和261-264。

以上所描述的优选实施例假设为：适配器3没有被连接到用于电动工具的逆变器2，该电动工具由方波电源驱动，如割草机，但是也有可能是由方波电源驱动的电动工具也可以由经由适配器3输入的具有如图3(c)所示的正弦波的电源驱动。因此，如果电源设备1的可携带性不是问题，那么具有连接到逆变器2的适配器3的电源设备1可以被用于多种不同的电动工具。

Claims

1.一种电源设备，包括:

逆变器，其将电池包提供的DC电源转换成AC电源并输出所述AC电源;和

适配器，其形成从所述逆变器输出的所述AC电源的波形。

2.根据权利要求1所述的电源设备，进一步包括控制器，其根据适配器与逆变器的连接状态来控制所述逆变器，以改变将输出的AC电源的波形。

3.根据权利要求2所述的电源设备，其中，当所述适配器没有被连接到所述逆变器时，所述控制器控制所述逆变器输出具有商用频率的方波AC电源，并且

其中，当所述适配器被连接到所述逆变器时，所述控制器控制所述逆变器输出PWM正弦波AC电源。

4.根据权利要求3所述的电源设备，其中，所述逆变器包括：

第一开关元件，其导通/断开以将从所述电池包提供的DC电源转换成AC电源；

整流/平滑电路，其将由所述第一开关元件转换的AC电源转换成DC电源；以及

逆变电路，其包括多个第二开关元件，所述多个第二开关元件导通/断开以将由所述整流/平滑电路转换的DC电源转换成AC电源，

其中，基于所述连接状态，所述控制器控制所述多个第二开关元件的导通/断开。

5.根据权利要求3所述的电源设备，其中，所述适配器包括将所述PWM正弦波AC电源形成为正弦波AC电源的低通滤波器。

6.根据权利要求2所述的电源设备，其中，所述适配器包括识别元件，在所述适配器被连接到所述逆变器时，所述识别元件将识别信号输出到所述控制器。

7.根据权利要求6所述的电源设备，其中，所述逆变器进一步包括第一电阻，所述第一电阻具有连接到电源的第一端子和连接到所述控制器的第二端子，并且

其中，所述识别元件包括第一电阻，当所述适配器连接到所述逆变器时，所述第一电阻连接在所述第二端子和接地点之间。

8.一种可连接到根据权利要求1所述的电源的电动工具，包括:

AC电动机；和

触发器开关，当适配器被连接在逆变器和所述AC电动机之间时，所述触发器开关被放置在所述适配器和所述AC电动机之间，当所述适配器没有被连接在所述逆变器和所述AC电动机之间时，所述触发器开关被放置在所述逆变器和所述AC电动机之间。

9.一种电源系统，包括：

根据权利要求1所述的电源设备；和

根据权利要求7所述的电动工具。

10.一种适配器，包括：

第一端子，其可连接到逆变器，所述逆变器将从电池包提供的DC电源转换成AC电源并输出所述AC电源；

成形单元，其形成从所述逆变器输出的AC电源的波形；和

第二端子，其输出所形成的波形。