CN115516756A - 作业机械 - Google Patents

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CN115516756A CN202180031358.9A CN202180031358A CN115516756A CN 115516756 A CN115516756 A CN 115516756A CN 202180031358 A CN202180031358 A CN 202180031358A CN 115516756 A CN115516756 A CN 115516756A
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Abstract

本发明提供一种能够提高作业性的作业机械。本发明包括:马达14;第一电源部180,与电池组5连接并向马达14升压供给电力;以及第二电源部130,与外部的交流电源连接并向马达14升压供给电力。第一电源部180可利用控制电路182对电压、电流进行可变控制,第二电源部130可利用控制电路136对电压、电流进行可变控制,控制电路136、控制电路182进行控制,以将从第一电源部180及第二电源部130分别输出的电力合成后供给到马达14。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及一种空气压缩机等作业机械。
背景技术
一直以来,已知有利用从商用电源等外部的交流电源供给的电力进行动作的作业机械。由于断路器(breaker)的容量的限制,来自交流电源的输入电流值存在上限。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2018-155100号公报
发明内容
发明所要解决的问题
若马达的驱动电流值上升而来自交流电源的输入电流值接近上限,则无法继续使驱动电流值上升,就作业性的观点而言有改善的余地。
鉴于以上问题,本发明的目的在于提供一种能够提升作业性的作业机械。
解决问题的技术手段
本发明的一个实施例是一种作业机械。所述作业机械具有:马达;第一电源部,与直流电源连接,将所述直流电源的输出电压升压后输出到所述马达;第二电源部,相对于所述马达而与所述第一电源部电性并联连接,并且与外部的交流电源连接,将所述交流电源的输出电压升压后输出到所述马达;以及控制部,对所述第一电源部及所述第二电源部的升压量进行控制,所述控制部对所述第一电源部及第二电源部的升压量进行控制,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给。
所述作业机械可为:包括第一输出电流检测部,所述第一输出电流检测部对所述第一电源部的输出电流值进行检测,所述控制部基于所述第一输出电流检测部的检测值,对所述第一电源部的升压量进行控制。
所述作业机械可为:所述控制部对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电流检测部的检测值低于既定的第一电流阈值。
所述作业机械可为包括:第一输出电压检测部,对所述第一电源部的输出电压值进行检测;以及第二输出电压检测部,对所述第二电源部的输出电压值进行检测,所述控制部构成为:对所述第二电源部的升压量进行控制,以使所述第二输出电压检测部的检测值与既定的第二电压目标值一致,并且对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电压检测部的检测值与比所述第二电压目标值大的既定的第一电压目标值一致。
所述作业机械可为:所述控制部在将所述第一电压目标值设为一定的状态下,对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电流检测部的检测值低于所述第一电流阈值。
所述作业机械可为包括:转速检测部,对所述马达的转速进行检测;以及马达驱动电路,连接于所述第一电源部及所述第二电源部与所述马达之间,且通过变更向所述马达供给的电量来对所述马达的驱动进行控制,所述控制部构成为:能够设定所述马达的目标转速,并对所述马达驱动电路进行控制,以使所述转速检测部的检测值与所述目标转速一致。
所述作业机械可为:所述控制部能够在辅助模式与单独模式之间进行切换,在所述辅助模式下,将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给,在所述单独模式下,向所述马达供给从所述第二电源部输出的电力而不从所述第一电源部供给电力。
所述作业机械可为:所述控制部将所述辅助模式下的所述目标转速设定得比所述单独模式下的所述目标转速高。
所述作业机械可为:所述第一电源部能够通过脉幅调制(pulse amplitudemodulation,PAM)控制来变更输出电压值。
所述作业机械可为:包括第一输出电压检测部,所述第一输出电压检测部对所述第一电源部的输出电压值进行检测,所述控制部构成为对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电压检测部的检测值与第一电压目标值一致,在所述交流电源的输出电流值小于第一电流值的情况下,将所述第一电压目标值设为小于既定的辅助阈值,在所述交流电源的电流值为第一电流值以上的情况下,将所述第一电压目标值设为所述辅助阈值以上。
所述作业机械可为:所述控制部能够在所述辅助阈值以上的范围内变更所述第一电压目标值,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给。
所述作业机械可构成为:将具有所述第二电源部的作业机械主体部与适配器彼此电性连接,所述适配器处于所述作业机械主体部的外部,能够装设所述电池组,且具有所述第一电源部。
所述作业机械可为:还具有电力检测电路,所述电力检测电路对所述第一电源部及所述第二电源部中流动的电力的状态进行检测,所述控制部设定所述第一电源部的输出电压的目标值即第一目标值、以及第二电源部的输出电压的目标值即第二目标值,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给,且所述控制部构成为根据所述电力检测电路的检测值来变更所述第一目标值及所述第二目标值。
所述作业机械可构成为:所述电力检测电路对所述直流电源的输出电压进行检测,当所述直流电源的输出电压小于第一阈值时,所述控制部使所述第一目标值及所述第二目标值比所述直流电源的输出电压为所述第一阈值以上时降低。
所述作业机械可为:当所述直流电源的输出电压小于比所述第一阈值低的第二阈值时,所述控制部停止所述第一电源部的输出。
此外,以上构成要素的任意组合、在方法或系统等之间对本发明的表达进行转换而成的形态作为本发明的形态也有效。
发明的效果
根据本发明的作业机械,除了能够利用交流电源之外还能够利用电池电源,由此,与单独使用交流电源的情况相比,能够改善作业机械的作业性。例如,为了进行高负载的作业,需要接入大电流,而通过并用交流电源与电池电源,可对作业机械提供比以往更大的电流。
附图说明
图1是表示作为本发明作业机械的实施方式1的空气压缩机的整体结构的立体图。
图2是所述空气压缩机的正视图。
图3是图2的A-A平面剖面图。
图4是实施方式1的电路图。
图5是实施方式1的动作说明图,(A)是表示马达转速与第一升压电路及第二升压电路的输出电流的关系的说明图,(B)是表示第一升压电路输入侧的继电器的接通、断开(ON、OFF)的时机的说明图,(C)是表示第一升压电路及第二升压电路的输出电流的关系的说明图。
图6是表示电池组内部温度及电池组输出电压与第一电源部的增压(Boost)量的关系的说明图。
图7是对实施方式1的动作进行说明的流程图。
图8是与图4中的继电器动作相关的流程图。
图9是表示实施方式1中第一电源部180的辅助控制(PAM控制)的一例的流程图。
图10是表示作为本发明作业机械的实施方式2的空气压缩机的整体结构的立体图。
图11是所述空气压缩机的正视图。
图12是图11的B-B平面剖面图。
图13是表示设置于空气压缩机的主体罩的电池组用装设部的立体图。
图14A是实施方式2的整体电路框图。
图14B是将整体电路框图中空气压缩机本来具有的主体电路部放大表示的电路框图。
图14C是将整体电路框图中包括辅助电源部的部分放大表示的电路框图,所述包括辅助电源部的部分是利用电池组来进行电力辅助的辅助电路部。
图14D是将辅助电路部中包括充电部的部分放大表示的电路框图。
图15是用于说明实施方式2的空气压缩机的动作的时序图。
图16是针对作为主升压电源部32的输出电压的升压电压设定值(第二目标值)为PV1、PV2的情况来说明辅助电源部驱动电路输出与流入辅助电源部变压器的电流的关系的波形图。
图17是对实施方式2的动作进行说明的流程图。
图18是实施方式3的整体电路框图。
图19是表示辅助电源部50的输出电压(DC侧升压电压PVd)及主升压电源部32的输出电压(AC侧升压电压PVa)的有效电压、与DC侧消耗电流及AC侧电源消耗电流的有效电流的关系的说明图。
图20是用于说明实施方式3的空气压缩机的动作的时序图。
图21是用于说明主控制部40的动作的流程图。
图22是用于说明副控制部80的动作的流程图。
图23是用于说明主控制部40、及包括升压电压控制部325的主升压电源部32的动作的流程图。
图24是用于说明副控制部80、及包括辅助电源驱动电路54的辅助电源部50的动作的流程图。
具体实施方式
以下,对在各附图中示出的相同或同等的构成要素、构件等附注相同的符号,并适宜省略重复的说明。实施方式为例示而非对发明进行限定。实施方式中记述的所有特征或其组合未必是发明的本质性内容。
以下,使用附图对作为作业机械的一个实施方式的空气压缩机进行详细说明。
[实施方式1]在本发明的实施方式1中,图1是表示空气压缩机的整体结构的立体图,图2是所述空气压缩机的正视图,且图3是图2的A-A平面剖面图。如这些图所示,空气压缩机1包括空气压缩机主体部2以及增压(Boost)适配器(adapter)3,两者利用电连接用缆线4B彼此电性连接。虽未图示,但空气压缩机主体部2与增压适配器3的连接也可为经由插接件(connector)的装卸自如的结构。空气压缩机主体部2可为利用商用交流电源(交流(alternating current,AC)100V)进行动作的一般的空气压缩机,但此处为了与为包括增压适配器3的概念的空气压缩机1相区分,方便起见将其称为“空气压缩机主体部”。空气压缩机主体部2具有用于连接到商用交流电源的插座的电源线4A。
如图1至图3所示,空气压缩机主体部2包括:主体罩10;搬运用把手11,设置于所述主体罩10的两侧;一对平行配置的空气罐12a、12b,用于储留压缩空气;压缩部13(图3),将从外部吸入的空气压缩后供给到空气罐12a、空气罐12b;以及马达14(图3),与压缩部13连结并对压缩部13进行驱动。压缩部13与马达14以马达14的轴向与空气罐12a、空气罐12b的长度方向大致正交的方式配置于一对空气罐12a、12b的上方。在空气罐12a、空气罐12b设置有用于防止与地面直接接触而加以保护的脚部15。马达14例如是直流马达,且通过由控制电路136对向马达14供给电力的作为图4的马达驱动电路的逆变器33进行控制(例如脉宽调制(pulse width modulation,PWM)控制),来控制马达14的转速等。使用者能够利用操作面板部19来进行空气压缩机1的电源接通/断开、马达起动/停止、运转模式切换等操作。另外,在操作面板部19上显示空气罐内压力或过载等警告。
压缩部13包括第一级低压侧压缩部17与第二级高压侧压缩部18。第一级低压侧压缩部17与第二级高压侧压缩部18配置成隔着曲轴箱16彼此相向。第一级低压侧压缩部17对经由曲轴箱16内部而吸入的外部空气(大气压)进行压缩,并将压缩空气经由第一级喷出管送入第二级高压侧压缩部18。第二级高压侧压缩部18将从第一级低压侧压缩部17供给的压缩空气压缩到例如3.0MPa~4.5MPa的容许最高压力,并经由第二级喷出管供给到彼此连通的空气罐12a、空气罐12b。
空气罐12a、空气罐12b内的压缩空气利用减压阀24a、减压阀24b而减压,并经由连接器27a、连接器27b导出到外部。连接器27a、连接器27b附近的压力可利用压力计26a、压力计26b来监视。在连接器27a、连接器27b分别经由未图示的软管而连接有打钉机等气动工具。
减压阀24a、减压阀24b的输出侧的压力(向气动工具供给的压力)可利用压力调整用构件23a、压力调整用构件23b来调整。利用减压阀24a、减压阀24b,无论空气罐12a、空气罐12b上的压缩空气的入口侧的压力大小如何,均可将连接器27a、连接器27b侧的压力抑制为最高压力以下的一定值。即,无论空气罐12a、空气罐12b内的压力如何,在连接器27a、连接器27b处均可获得具有一定压力的压缩空气。此外,为了将积存于空气罐12a、空气罐12b内部的疏水(drain)及压缩空气向外部排出,设置有疏水排出装置。
在图4的电路结构中,空气压缩机主体部2包括为虚拟线X以下的部分的整流器31、第二电源部130、逆变器33、马达14、及位置检测器134。整流器31对来自商用交流电源39{AC100 V(例如插座的最大额定电流15A)}的交流电力进行整流并供给到第二电源部130。第二电源部130具有第二升压电路132、控制电路136、及电流检测器137。整流器31、第二电源部130、逆变器33等收纳于图3的主体罩10内的收纳壳体部20内。
第二升压电路132具有扼流线圈140、利用控制电路136受到接通、断开(ON、OFF)控制的开关元件141、二极管142、及电容器143。所述第二升压电路132在开关元件141接通时在扼流线圈140中蓄积能量,且在开关元件141断开时使所述能量与输入电源(整流器31的输出)重叠并通过二极管142后,在电容器143的两端作为升压后的直流输出电压而输出。此处,对第二升压电路132进行恒压控制,以使直流输出电压成为恒压。
电流检测器137对经由逆变器33而供给到马达14的电流、即马达驱动电流进行检测,并将所述电流检测值输出到控制电路136。位置检测器134对马达14的转子位置信息、换句话说对每单位时间的马达转速进行检测,并输出到控制电路136。
如图1及图3所示,增压适配器3在外装壳体150外表面包括多个电池组用装设部45。在电池组用装设部45,能够以分别装卸自如的方式装设电池组5。在图示情况下,在一个电池组用装设部45装设有电池组5。电池组5具有收容壳体、以及设置于收容壳体内的电池芯。电池芯可为一次电池或二次电池中的任一者。作为电池芯,可使用锂离子电池、镍氢电池、锂离子聚合物电池、镍镉电池等。电池组用装设部45具有与电池组5的端子连接的电极端子。
在增压适配器3的外装壳体150内,包括在图4的电路结构中为虚拟线X以上的部分的充电单元170、第一电源部180及二极管185。充电单元170具有:整流器171,从空气压缩机主体部2侧接收AC100 V的供给,并对交流电力进行整流;充电电路172,用于对电池组5进行充电;以及第一继电器173。继电器173进行充电单元170与电池组5及第一电源部180之间的连接的接通、断开。
第一电源部180具有第一升压电路181、控制电路182、电流检测器183、设置于第一升压电路181的输入侧的电容器184、及第二继电器186。第二继电器186进行第一电源部180与电池组5及充电单元170之间的连接的接通、断开。
第一升压电路181具有:推挽连接于升压变压器187的一次侧的开关元件198、开关元件199;在升压变压器187的二次侧桥接4个二极管而成的全波整流器188;及输出侧的平滑电容器189。在第一升压电路181中进行电压可变控制,所述电压可变控制是利用控制电路182使开关元件198、开关元件199交替开关时的占空比(Duty)变化,由此对输出侧的平滑电容器189两端的直流电压进行增减。换句话说,能够通过增减向逆变器33的供给电压的PAM控制而对马达14进行驱动。
接下来,使用图5至图8来说明在空气压缩机主体部2连接增压适配器3而成的空气压缩机1的动作。
当空气压缩机1的电源接通时,如图5(A)所示,马达转速上升到既定的设定值(例如2,300rpm)。通过马达14的恒速旋转,压缩部13受到驱动而在空气罐12a、空气罐12b内储留压缩空气。马达14的恒速旋转控制是通过如下方式进行:使用利用位置检测器134而得的每单位时间的马达转速检测值,并利用控制电路136对第二升压电路132内的开关元件141进行控制(第二升压电路132的输出电压成为恒压的控制)。随着压缩空气压增加,马达14的负载变重,因此,用于马达恒速旋转驱动的向第二升压电路132供给的电流、即由电流检测器137检测到的检测电流值大致呈直线地增加而达到14.7A的阈值。由于商用交流电源AC100V的一般插座的最大额定电流为15A,故作为小于15A的适当值而选定14.7A的阈值。此外,第二升压电路132为不使用变压器的电路结构,可认为向第二升压电路132供给的电流=第二升压电路132的输出电流=马达驱动电流。
在达到14.7A的阈值之后,第二升压电路132受到控制电路136的控制,以使得向第二升压电路132供给的电流不会超过所述阈值。因此,若未连接增压适配器3,则马达转速会像虚线D那样缓缓降低。
在实施方式1中连接有增压适配器3,从而像图5(B)那样,在电源接通后马达转速成为稳定状态的时刻接通第二继电器186,将第一升压电路181与电池组5连接(第一继电器173维持断开)。而且,在达到14.7A的阈值这一情况从控制电路136传递到控制电路182的时刻,开始利用增压适配器3进行辅助。即,将第一升压电路181的输出电流与第二升压电路132的输出电流相加后供给到逆变器33,以维持马达14的恒速旋转。马达14的恒速旋转控制是通过如下方式进行:将利用位置检测器134而得的每单位时间的马达转速检测值从控制电路136传递到控制电路182,并使用所述马达转速检测值对第一升压电路181内的开关元件198、开关元件199进行控制。在超过14.7A的阈值的区域中,随着马达14的负载变重,用于马达恒速旋转驱动的第一升压电路181的输出电流也大致呈直线地增加。由此,即使空气罐12a、空气罐12b内的压缩空气压变高而马达负载增大,也可防止马达14的旋转速度降低,能够比以往更迅速地使空气罐12a、空气罐12b内的压缩空气压达到所需压力。
图5(C)是第二升压电路132及第一升压电路181各自单独的输出特性。第二升压电路132以输出一定电压(例如350V)的方式受到恒压控制。第一升压电路181为了经由逆变器33对马达14进行PAM控制,随着马达负载变重(随着阈值以后的时间经过)而缓缓增加输出电压。其中,第一升压电路181经由二极管185而与第二升压电路132并联连接,因此对逆变器33供给电流,以弥补超过阈值的区域中的第二升压电路132的输出电流的不足。此外,第一电源部180可为在商用交流电源39的电流值小于14.7A的阈值的情况下使第一升压电路181的输出电压值小于第二电源部130的输出电压值而不进行辅助的结构,或者也可为在商用交流电源39的电流值小于14.7A的阈值的情况下停止第一升压电路181的动作的结构。
图6是表示电池组5的内部温度及电池组输出电压、与第一电源部180的增压(Boost)量的关系的说明图。I.在内部温度为80℃以上的情况下,停止增压。II.在内部温度小于80℃的情况下,(1)34V以上-最大为电池组电流25A(max100%)(2)30V~34V-最大为电池组电流20A(max75%)(3)28V~30V-最大为电池组电流16A(max50%)(4)28V以下-停止增压。其中,当降低增压量时会使电池组输出电压上升,但不会提高增压量。
图7是对实施方式1的动作进行说明的流程图,图8是表示与图4中的第一继电器173、第二继电器186的动作相关的流程图。此外,图8的流程图中的“电池”是电池组5的简化表达。
在图7中,当空气压缩机1的“电源接通”时,在步骤S1中判断是否为“马达运转中”。在电源接通后、马达起动前,步骤S1为“否(No)”,在步骤S2中设为“充电标志H”,在步骤S3中设为与第一升压电路181的输入侧的第二继电器186相关的“第一升压电路继电器标志L”。
与此并行地,在图8中,在空气压缩机1的“电源接通”后,在步骤#1中判断是否为“充电标志:L”,在步骤S2中成为“充电标志H”时,步骤#1的判断结果为“否”,进行电池组5的充电。即,在步骤#2中进行“充电电池的选择”,在步骤#3中设为“充电电池的继电器接通”,充电单元170的输出侧的第一继电器173接通,且在针对每个电池组能够利用继电器进行连接的接通、断开的情况下将所选择的电池组的继电器接通。然后,在步骤#4中进行适当的“充电控制”以使电池组5完全充电。
若进行空气压缩机1的马达起动操作,则图7的步骤S1的判断结果成为“是(Yes)”,在步骤S4中成为“充电标志:L”,在步骤S5中成为“第一升压电路继电器标志:H”。
若在步骤S4中成为“充电标志:L”,则图8的步骤#1的判断结果成为“是”,在步骤#5中设为“充电单元侧所有继电器断开”。即,第一继电器173断开,电池组5与充电单元170分离。然后,在步骤#6中,对“第一升压电路继电器标志:H”进行判断。在判断结果为“是”的情况下,在步骤#7中进行“使用电池的选择”,在步骤#8中设为“使用电池的继电器接通”。即,将所使用的电池组5作为直流电源连接到第一升压电路181。此外,在步骤#6的判断结果为“否”的情况下,在步骤#9中设为“第一升压电路侧所有继电器断开”,即返回能够充电的状态,并返回步骤#1。
在图7中,在步骤S5之后,在步骤S6中判断是否为马达14的“当前转速<目标转速-50rpm”。在马达刚起动后不久,判断结果为“是”,在步骤S7中判断是否为“第二升压电路电流14.7A以上”,但判断结果为“否”,在步骤S8中设为“辅助标志:L”,进而在步骤S9中设为“增加第二升压电路的目标转速”,并返回步骤S1。
若在步骤S8中设置为“辅助标志:L”,则图8的步骤#10中针对是否为“辅助标志:H”进行的判断成为“否”,并返回步骤#1。在此状态下不进行第一电源部180的增压动作(增压量:0)。
若马达14持续旋转而空气罐12a、空气罐12b内的压缩空气的压力变高,则马达14的负载变重,步骤S7“第二升压电路电流14.7A以上”的判断结果成为“是”,在步骤S10中设置为“辅助标志:H”,在步骤S11中“增加第一升压电路的目标电流值”,并返回步骤S1。因此,每通过一次步骤S6、步骤S7、步骤S10、步骤S11的步骤,第一电源部180的增压量增加。其中,增压量存在图6中所述的上限。
若第一电源部180的增压量增加,则马达转速增加,步骤S6的判定结果成为“否”,在步骤S12中判断是否为“当前转速>目标转速+50rpm”。在判断结果为“否”的情况下,当前转速处于目标转速±50rpm的范围内,返回步骤S1。在步骤S12的判断结果为“是”的情况下,在步骤S13中判断是否为“辅助标志:H”。在判断结果为“是”的情况下,在步骤S14中设为“减少第一升压电路的目标电流值”,并返回步骤S1。当步骤S13的判断结果为“否”时,设为“减少第二升压电路的目标电流值”。
在图8中,在步骤#8中设为“使用电池的继电器接通”后,在步骤#10中判断是否为“辅助标志:H”。在判断结果为“否”的情况下返回步骤#1,而在判断结果为“是”的情况下,在步骤#11中,第二电源部130受到“恒流控制”。
此外,在使用了空气罐12a、空气罐12b内的压缩空气而罐内压力降低的情况下,马达14的负载变轻,马达转速提高,步骤S6的判定结果成为“否”。然后,在通过步骤S12、步骤S13、步骤S14、步骤S15的处理而马达14的驱动电流值下降的过程(马达负载变轻的过程)中,进行使从第一电源部180向马达14的输出电流值比从第二电源部130向马达14的输出电流值优先下降的动作。
图9是表示第一电源部180的辅助控制(PAM控制)的一例的流程图。在开始后,利用控制电路136、控制电路182,在步骤S20中判断是否开始辅助控制。在步骤S20的判断为“否”的情况下,在步骤S21中将第一升压电路181的目标电压值设定为小于辅助阈值Vth(第二升压电路输出电压:350V),并返回步骤S20。在步骤S20的判断为“是”的情况下,在步骤S22中将目标电压值设定为辅助阈值Vth以上,并在步骤S23中判断第一升压电路181的输出电压有效值是否小于目标电压值。为了经由逆变器33对马达14进行PAM控制,在第一升压电路181的输出电压有效值小于目标电压值的情况下,步骤S23的判断成为“是”,在步骤S24中使第一升压电路181的开关元件198、开关元件199的占空比(Duty)增加。然后,在步骤S26中判断是否停止辅助控制。在步骤S23的判断为“否”的情况下,在步骤S25中使第一升压电路181的开关元件198、开关元件199的占空比减少,并在步骤S26中判断是否停止辅助控制。在步骤S26的判断为“是”的情况下,停止辅助控制,并返回步骤S20。在步骤S26的判断为“否”的情况下,持续进行辅助控制,并返回步骤S23。
在图9的流程图的动作中,利用输出电压有效值对开关元件的占空比进行反馈控制。目标电压值可任意设定,可灵活地执行电力辅助动作。另外,在步骤S22中将目标电压值设定为辅助阈值Vth以上的范围内,目标电压值根据马达实际转速与负载电流、或辅助开始后的经过时间来决定。
通过本实施方式1,可起到下述效果。
(1)作为作业机械的空气压缩机1中,与利用交流电源进行动作并对马达14供给电力的第二电源部130分开设置有与电池组5连接并能够对马达14供给电力的第一电源部180,因此,能够在从第二电源部130向马达14的供给电力中加入来自第一电源部180的供给电力。另外,第一电源部180根据交流电源的电流值对电池组5的输出电压值进行调整后输出到马达14,由此可适当地控制从第一电源部180向马达14的供给电力。因此,可实现空气压缩机1的作业性的改善,具体而言是可实现空气压缩作业的效率化。
(2)由于第一电源部180具有第一升压电路181,且第二电源部130具有第二升压电路132,因此可以例如350V左右的高电压对马达14进行驱动,与低电压驱动相比,容易有效率地对马达14进行高速驱动。
(3)第一电源部180包括第一升压电路181,能够通过PAM控制来变更输出电压值,且能够仅在必要时从第一电源部180向马达14供给电力。例如,第一电源部180能够进行如下控制:在交流电源的电流值小于第一电流值(比AC100 V商用电源插座的最大额定电流15A稍小的值14.7A)的情况下,将输出电压值设为小于恒压控制的第二电源部130的输出电压值,在交流电源的电流值为第一电流值以上的情况下,将输出电压值设为第二电源部130的输出电压值以上。另外,第一电源部180能够进行随着马达14的负载增大而缓缓增加输出电压值的控制,也能够实现马达14的恒速运转。
(4)第一电源部180能够随着电池组5的输出电压的降低而连续地或阶段性地降低从电池组5向自身的输入电流的容许最大值,可实现对电池组5的适当保护。
(5)由于空气压缩机1具有使用交流电源对电池组5进行充电的充电电路72,因此在不从第一电源部180进行电力供给时,能够利用充电电路72对电池组5进行充电。
(6)在马达14的驱动电流值下降的过程中,使从第一电源部81向马达14的输出电流值比从第二电源部130向马达14的输出电流值优先下降,由此能够减少作为第一电源部81的电源的电池组5的消耗。
(7)在设为利用缆线4B将具有第二电源部130的作为作业机械主体部的空气压缩机主体部2与处于空气压缩机主体部2的外部且具有第一电源部180的增压适配器3彼此连接而成的结构的情况下,可将现存的空气压缩机用作空气压缩机主体部2,适用范围广。
此外,所述实施方式1的一部分或全部也可像以下的附记那样记载,但并不限于以下内容。
(附记1)一种作业机械,包括:马达;第一电源部,与电池组连接并对所述马达供给电力;以及第二电源部,与外部的交流电源连接并对所述马达供给电力,所述第一电源部根据所述交流电源的电流值对所述电池组的输出电压值进行调整后输出到所述马达。
(附记2)根据附记1所述的作业机械,其中,所述第一电源部包括升压电路,能够通过PAM控制来变更输出电压值。
(附记3)根据附记1或附记2所述的作业机械,其中,在所述交流电源的电流值小于第一电流值的情况下,所述第一电源部将输出电压值设为小于所述第二电源部的输出电压值,在所述交流电源的电流值为第一电流值以上的情况下,所述第一电源部将输出电压值设为所述第二电源部的输出电压值以上。
(附记4)根据附记3所述的作业机械,其中,所述第二电源部包括输出既定的恒压的升压电路。
(附记5)根据附记4所述的作业机械,其中,所述既定的恒压为350V。
(附记6)根据附记3至附记5中任一项所述的作业机械,其中,所述第一电流值为14.7A。
(附记7)根据附记1至附记6中任一项所述的作业机械,其中,所述第一电源部随着所述马达的负载增大而缓缓增加输出电流值。
(附记8)一种作业机械,包括:马达;第一电源部,与电池组连接并对所述马达供给电力;以及第二电源部,与外部的交流电源连接并对所述马达供给电力,在所述马达的驱动电流值上升的过程中,若来自所述交流电源的供给电流值上升而成为既定值,则之后,使从所述第一电源部向所述马达的输出电流值比从所述第二电源部向所述马达的输出电流值优先上升。
(附记9)一种作业机械,包括:马达;第一电源部,与电池组连接并对所述马达供给电力;以及第二电源部,与外部的交流电源连接并对所述马达供给电力,若来自所述交流电源的供给电流值上升而成为既定值,则所述第一电源部使向所述马达的输出电流值上升,以使所述供给电流值不会上升。
(附记10)根据附记8或附记9所述的作业机械,其中,在所述供给电流值上升的过程中,在所述供给电流值成为所述既定值之前的期间,所述第一电源部停止向所述马达供给电力。
(附记11)根据附记8至附记10中任一项所述的作业机械,其中,在所述马达的驱动电流值上升的过程中,在所述供给电流值上升而成为所述既定值之后,所述第一电源部使向所述马达的输出电流值上升,对所述马达以恒定转速进行驱动。
(附记12)根据附记8至附记11中任一项所述的作业机械,其中,所述第一电源部包括升压电路,且通过所述升压电路的控制而使向所述马达的输出电流值变化。
(附记13)根据附记8至附记12中任一项所述的作业机械,其中,所述第一电源部随着所述电池组的输出电压的降低而使从所述电池组向自身的输入电流的容许最大值连续地或阶段性地降低。
(附记14)根据附记8至附记13中任一项所述的作业机械,其中,在所述马达的驱动电流值下降的过程中,使从所述第一电源部向所述马达的输出电流值比从所述第二电源部向所述马达的输出电流值优先下降。
(附记15)根据附记1至附记14中任一项所述的作业机械,其中,将具有所述第二电源部的作业机械主体部、与处于所述作业机械主体部的外部、能够装设所述电池组且具有所述第一电源部的适配器彼此电性连接。
[实施方式2]在实施方式2中,图10是表示空气压缩机的整体结构的立体图,图11是所述空气压缩机的正视图,且图12是图11的B-B平面剖面图。如这些图所示,空气压缩机1利用商用交流电源(AC电源100V)进行动作,且具有用于与商用电源的插座连接的电源线4A及插头(省略图示)。另外,空气压缩机1能够使用电池电源进行辅助动作,且如图13所示,在主体罩(壳体)10的外表面包括多个电池组用装设部45。在电池组用装设部45,能够以分别装卸自如的方式装设作为直流电源的电池组5。在图示的情况下,在一个电池组用装设部45装设有电池组5。
空气压缩机1包括:主体罩10;搬运用把手11,设置于所述主体罩10的两侧;一对平行配置的空气罐12a、12b,用于储留压缩空气;压缩部13(图12),将从外部吸入的空气压缩后供给到空气罐12a、空气罐12b;以及马达14(图12),与压缩部13连结并对压缩部13进行驱动。马达14例如是直流马达,且通过由主控制部40(包括中央处理器(central processingunit,CPU)等的控制电路)对向马达14供给电力的作为图14A、图14B的马达驱动电路的逆变器部33进行控制(例如PWM控制),来控制马达14的转速等。使用者能够利用操作面板部(开关面板)19来进行空气压缩机1的电源接通/断开(ON/OFF)、马达起动/停止、运转模式切换等操作。另外,在操作面板部19上显示空气罐内压力或过载等警告。
压缩部13的结构与实施方式1相同,且将空气压缩到3.0MPa~4.5MPa的容许最高压力后供给到彼此连通的空气罐12a、空气罐12b。空气罐12a、空气罐12b内的压缩空气利用减压阀24a、减压阀24b而减压,并经由连接器27a、连接器27b导出到外部。
图14A是空气压缩机1的整体电路框图,图14B是表示整体电路框图中空气压缩机1本来具有的主体电路部200的电路框图,图14C是表示整体电路框图中包括辅助电源部50A、辅助电源部50B的部分的电路框图,所述包括辅助电源部50A、辅助电源部50B的部分是使用电池组进行电力辅助的辅助电路部300,图14D是表示辅助电路部中包括充电部70的部分的电路框图。如图14A的整体电路结构所示,空气压缩机1具有对压缩部13进行旋转驱动而将压缩空气送入空气罐12a、空气罐12b的马达14,且包括:主体电路部200,用于使用作为外部的交流电源的商用交流电源39对马达14进行驱动;以及辅助电路部300,用于使用电池组进行电力辅助。
如图14A及图14B所示,主体电路部200为了接收作为外部的交流电源的商用交流电源39(AC100 V:例如插座的最大额定电流15A)的供给而对马达14进行驱动,包括整流部31、主升压电源部32、逆变器部33、及用于对逆变器部33进行控制的主控制部40。在商用交流电源39与整流部31之间插入有噪声滤波器34,在整流部31的整流输出侧连接有平滑电容器35。来自交流电源39的交流电力由整流部31整流,且利用平滑电容器35而平滑后的直流电力被供给到主升压电源部32。在整流部31与主升压电源部32之间的连接线路中插入有电流检测用电阻36,AC负载电流检测部37根据电流检测用电阻36的两端的电压降来检测(监视)AC负载电流,并将AC负载电流检测信号输出到主控制部40。主升压电源部32包括直流-直流(direct current-direct current,DC-DC)转换器等升压电路,且在此处升压后的直流电力经由逆变器部33供给到马达14。整流部31及主升压电源部32、平滑电容器35为第二电源部的一例。
在图示的情况下,主升压电源部32是具有扼流线圈321、开关元件322、二极管323及电容器324的斩波型DC-DC转换器,且具有对开关元件322的开关动作进行控制的升压电压控制部325。在主升压电源部32的升压输出侧设置有升压电压检测部38。
在主控制部40中,从升压电压检测部38分别输入有升压电压监测信号、对马达14的旋转进行检测的旋转传感器41的旋转检测信号、及对空气罐12a、空气罐12b的压力进行检测的压力传感器42的压力检测信号。主控制部40将升压电压控制信号输出到主升压电源部32(升压电压控制部325),并且将逆变器控制信号输出到逆变器部33,将利用主升压电源部32升压后的直流电力经由逆变器部33供给到马达14,由此,例如通过PWM控制等来变更向马达14供给的电量以进行马达14的旋转控制。主控制部40能够设定马达14的目标转速,且对逆变器部33进行控制,以使旋转传感器41的转速检测值与所述目标转速一致。压缩部13由马达14旋转驱动,且从压缩部13喷出的空气被送往空气罐12a、空气罐12b。
操作面板部19具有显示面板191(显示空气罐内压力或过载等警告等)、进行电源接通/断开(ON/OFF)的运转按钮192、指示电池组充电的充电按钮193、指示运转模式切换的模式切换按钮194及指示使用电池组5进行的电力辅助的辅助按钮195,且为了对这些进行控制而设置有开关面板控制部190。开关面板控制部190经由通信电路197而连接于主控制部40。
此外,为了对主控制部40或操作面板部19、通信电路197等供给稳定化的直流电压而设置有电路电源部90。电路电源部90利用整流部31的直流输出,对主控制部40等供给电源电压Vcc(A),对开关面板控制部190或通信电路197等供给电源电压Vcc(C)。电路电源部90具有:降压变压器91,具有一个一次绕组以及两个二次绕组;开关元件92,对变压器一次侧进行开关;电路电源驱动电路93,对开关元件92输出驱动信号;及整流平滑电路94、整流平滑电路95,分别设置于两个二次绕组。将整流平滑电路94的直流输出电压作为Vcc(A)而供给到主控制部40等,将整流平滑电路95的直流输出电压作为Vcc(C)而供给到开关面板控制部190或通信电路197等。
如图14A、图14C及图14D所示,辅助电路部300具有:辅助电源部(第一电源部)50A、辅助电源部(第一电源部)50B,用于利用电池电源(直流电源)进行马达14的驱动辅助;充电部70,用于对作为电池电源的电池组5进行充电;副控制部80;电路电源部110;及通信电路100。副控制部80为包括CPU等的控制电路的结构,且与主控制部40协作来对辅助电源部50A、辅助电源部50B与充电部70的动作进行控制。电路电源部110对副控制部80及通信电路100等供给稳定化后的直流电压。通信电路100构成主控制部40与副控制部80间的经电绝缘的通信线路。辅助电路部300例如收纳于图12的主体罩10内的收纳壳体部20内。另外,主控制部40与副控制部80也可形成为一体的控制部。
其中一个电池组用装设部45的连接端子45A与电池组5-A连接,另一个电池组用装设部45的连接端子45B与电池组5-B连接。为了对分别与连接端子45A、连接端子45B连接的电池组5-A、电池组5-B的电池组电压进行检测,分别设置有电池电压检测部46。来自各电池电压检测部46的电池组电压检测信号被分别供给到副控制部80。另外,副控制部80从电池组5-A、电池组5-B接收电池信息获取信号,并分别获取这些的电池信息(电池温度等)。与各电池组5-A、5-B对应地分别设置有辅助电源部50A、辅助电源部50B,因此各电池组的容量也可不相同。
辅助电源部50A与辅助电源部50B包括作为升压电路的升压用DC-DC转换器的结构,且两者可为完全相同的电路结构。即,辅助电源部50A、辅助电源部50B具有:开关元件(例如金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field effecttransistor,MOSFET))52、开关元件53,与升压变压器51的一次侧推挽连接;辅助电源驱动电路54,使开关元件52、开关元件53交替开关;整流部55,连接于升压变压器51的二次侧;平滑电容器56;及辅助电流控制部57。在整流部55与逆变器部33之间的连接线路中插入有电流检测用电阻58。辅助电流控制部57根据电流检测用电阻58的两端的电压降来检测(监视)辅助电流,并且分别经由光电耦合器(photo-coupler)62、光电耦合器63接收来自副控制部80的辅助电源部50A、辅助电源部50B用的输出电流控制信号,经由作为反馈电路的光电耦合器59而将辅助电流控制信号反馈到辅助电源驱动电路54。此处,使用光电耦合器59是为了使电性连接于交流电源39的主体电路部200与电性连接于电池组5的辅助电路部300彼此电绝缘,在以后的说明中,使用光电耦合器也是基于同样的理由。升压变压器51是升压电路的一例。
在图14A~图14D的说明中,为方便起见,图示了电池组5-A的直流电力被供给到辅助电源部50A的升压变压器51的一次侧、电池组5-B的直流电力被供给到辅助电源部50B的升压变压器51的一次侧的情况。辅助电源部50A、辅助电源部50B的整流部55的输出侧彼此并联连接,为了对经并联连接的辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压进行检测而设置有辅助电压检测部60,另外,为了对输出电压进行控制而设置有辅助电压控制部61。经并联连接的辅助电源部50A、辅助电源部50B的直流输出电力经由串联二极管82而供给到逆变器部33(与主升压电源部32的直流输出电力合成)。
副控制部80经由光电耦合器62对辅助电源部50A的辅助电流控制部57输出输出电流控制信号,经由光电耦合器63对辅助电源部50B的辅助电流控制部57输出输出电流控制信号,经由光电耦合器64对辅助电压控制部61输出与辅助电源部50A、辅助电源部50B共同的输出电压控制信号。
相对于主升压电源部32的输出端子,经由二极管82而并联连接有辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出端子。即,相对于马达14而电性并联连接有主升压电源部32及辅助电源部50A、辅助电源部50B。副控制部80进行控制,以使得辅助电源部50A的输出电压值与辅助电源部50B的输出电压值相等。
若具体而言,则在辅助电源部50A、辅助电源部50B中,接收来自副控制部80的输出电流控制信号及输出电压控制信号而对辅助电源驱动电路54的驱动信号进行控制,且可进行电压可变控制,所述电压可变控制是使开关元件52、开关元件53交替开关时的占空比变化,由此对输出侧的平滑电容器56两端的直流电压进行增减。换句话说,各辅助电源部50A、50B能够通过增减向逆变器部33的供给电压的PAM控制来对马达14进行驱动。另外,对辅助电源部50A、辅助电源部50B的辅助电源驱动电路54从副控制部80供给辅助电源接通/断开信号。在辅助电源接通/断开信号指示“电源接通”时,使辅助电源驱动电路54工作而能够进行开关,在辅助电源接通/断开信号指示“电源断开”时,停止辅助电源驱动电路54的动作。
用于对电池组用装设部45上所装设的电池组5-A、电池组5-B进行充电的充电部70包括降压用DC-DC转换器的结构,且具有:经由噪声滤波器35接收交流电源39的供给的整流部71、平滑电容器72、降压变压器73、对变压器一次侧进行开关的开关元件74、对开关元件74进行接通/断开驱动的充电电源驱动电路75、作为对变压器73的二次侧输出进行整流、平滑的整流平滑电路的二极管76及平滑电容器77、充电电流控制部78、以及充电电压控制部79。在变压器73的二次侧的整流平滑电路与电池组5-A、电池组5-B之间的连接线路上插入有电流检测用电阻81,充电电流控制部78根据电流检测用电阻81的两端的电压降来检测(监视)充电电流。来自充电电流控制部78的充电电流检测信号及来自充电电压控制部79的充电电压控制信号经由作为反馈电路的光电耦合器86而反馈到充电电源驱动电路75。
电路电源部110利用充电部70的整流部71的直流输出,对副控制部80等供给电源电压Vcc(B),并且向用于传递充电电源接通/断开信号的光电耦合器85供给电源。电路电源部110具有:降压变压器111,具有一个一次绕组以及两个二次绕组;开关元件112,对变压器一次侧进行开关;电路电源驱动电路113,对开关元件112输出驱动信号;及整流平滑电路114、整流平滑电路115,分别设置于两个二次绕组。整流平滑电路114的直流输出电压作为Vcc(B)而被供给到副控制部80、光电耦合器86等,整流平滑电路115的直流输出电压被供给到光电耦合器85。光电耦合器85将副控制部80的充电电源接通/断开信号传递到充电电源驱动电路75。在充电电源接通/断开信号指示“充电电源接通”时,使充电电源驱动电路75动作而对开关元件74进行开关,在充电电源接通/断开信号指示“充电电源断开”时,停止充电电源驱动电路75的动作。
为了将其中一个电池组用装设部45的连接端子45A与充电部70之间的连接接通/断开而设置有继电器87A,并且为了将另一个电池组用装设部45的连接端子45B与充电部70之间的连接接通/断开而设置有继电器87B。另外,为了将连接端子45A与辅助电源部50A之间的连接接通/断开而设置有继电器87C,并且为了将连接端子45B与辅助电源部50B之间的连接接通/断开而设置有继电器87D。继电器87A~继电器87D分别根据来自副控制部80的继电器接通/断开信号而受到接通/断开控制。
通信电路100具有两个光电耦合器101、102,且构成主控制部40与副控制部80之间的经电绝缘的通信线路。光电耦合器101向副控制部80传递来自主控制部40的信息信号,光电耦合器102向主控制部40传递来自副控制部80的信息信号。
在电池组5-A、电池组5-B中分别设置有用于检测内部温度的热敏电阻Th1、热敏电阻Th2。另外,在辅助电源部50A、辅助电源部50B的开关元件52、开关元件53中也分别设置有用于检测温度的热敏电阻Th3、热敏电阻Th4。热敏电阻Th1~热敏电阻Th4的温度监测信号被输出到副控制部80,温度上升超过了容许范围的电池组或辅助电源部利用副控制部80而使动作停止。
在图14B的操作面板部19中,显示面板191是显示来自主控制部40的各种信息的显示部,运转按钮192是指示空气压缩机1的运转开始、运转停止的开关,充电按钮193是指示电池组5的充电许可、充电停止的开关,模式切换按钮194是进行空气压缩机1的运转模式(通常运转或静音运转等)的切换的切换开关,辅助按钮195是并用使用电池组进行的电力辅助的辅助模式与不使用电力辅助的单独模式之间的切换开关。
在图14A至图14D的电路结构中,空气压缩机1在连接于商用交流电源39(AC100 V)的状态下使用,主体电路部200从商用交流电源39接收电力供给,因此,基于AC负载电流检测部37的值,并利用主控制部40进行控制,以使来自商用交流电源39的输入电流成为15A以下。其原因在于:一般而言,AC插座的最大额定电流为15A。
在进行通常动作时,若AC负载电流值要超过15A,则主控制部40使马达14的目标转速下降。目标转速也根据逆变器部33的负载或空气罐12a、空气罐12b内的压力而改变。具体而言,在负载轻的情况下设定得高,在罐内压力变高的情况下或压缩空气的使用量多的情况下设定得低。
在进行电力辅助时,由于在达到目标转速后AC电流值会下降,因此主控制部40提高目标转速以维持AC负载电流值15A,由此可从电池组5单纯供给所欠缺的电力。此时,副控制部80通过利用来自电池组5的供给电流或供给电力来施加限制,可将马达14的转速约束为一定范围内。
此处,需注意以下方面。虽然主升压电源部32进行反馈控制以使升压电压成为目标值,但在不插入图14B中虚线表示的串联二极管323A的情况下,特别是在来自辅助电源部50A、辅助电源部50B的辅助电压过高的情况下,会进行控制以使升压电压下降。若升压电压降低,则来自商用交流电源39的电流供给降低,因此来自电池组5的电流供给变得过大,结果导致电力辅助时间减少。此情况下,只要进行控制以使辅助电压(辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压)增大串联二极管82的正向电压降程度(1V~2V),则可省略串联二极管323A。
另一方面,在插入串联二极管323A的情况下,需要在对升压电压与辅助电压进行连接之处设置虚线表示的电压合流部电解电容器324A。这是为了吸收使马达14停止时产生的浪涌能量,且必须使用大容量且高耐压的大型产品。但是,在如上所述省略了串联二极管323A的情况下,可由主升压电源部32的电解电容器324代替,因此也可省略电压合流部电解电容器。由此,不仅可削减基板上的面积或电子零件成本,还可改善二极管的损失或因电压降导致的效率降低。
接下来,使用图15的时序图,对空气压缩机1中的马达14、主体电路部200以及辅助电路部300的代表性的控制例进行说明。此处,“辅助”是指使用电池组5进行的电力辅助。喷出量是“通过马达旋转而可压缩到空气罐12a、空气罐12b内的每单位时间的空气量”。此处,为了简化说明,以在空气压缩机1装设有一个电池组5的情况、或者装设有相同特性的多个电池组5的情况进行说明。
当作业者将空气压缩机1连接到商用交流电源39并按下操作面板部(开关面板)19上的运转按钮192时,通过主体电路部200的主控制部40对马达的控制,马达14旋转,由此空气罐内压力上升。此时,初始的目标转速设定值设为R1。另外,此处,在假设电池组电压充分(为第一阈值即电压V2以上)、且按下了辅助按钮195的情况下,不进行辅助(但是,能够根据运转模式进行切换)。
状态A:当AC负载电流达到15A附近时,主控制部40进行控制,以在使马达转速缓缓降低的同时保持即将成为AC负载电流15A的电流。特别是当空气罐内压力升高时,实际的马达转速降低以使压力变得难以上升。
状态B:当空气罐内压力变得最大时,主控制部40使马达的旋转停止。此时,通过从主控制部40将可进行充电的通知送到副控制部80,可利用空闲的AC电流开始电池组5的充电。
状态C:为等待空气压缩机1开始动作(因空气罐内压力降低而引起马达重启动)的状态。另外,因电池组5的充电完成或电池组温度上升而停止充电(在图示的例子中是因充电完成而停止)。
状态D:当空气罐内压力下降一定量时,主控制部40再次使马达14旋转。此时,设为欲通过马达14的旋转而使空气罐内压力上升,但在作业者对压缩空气的使用量比基于马达旋转的喷出量多的情况下,压力会进一步降低。
状态E:在关于空气罐内压力而存在一定量的压力降低、或一定程度以上的斜率下的压力降低的情况下,当按下了辅助按钮195时,通过来自主控制部40的辅助开始的通知,辅助电路部300的副控制部80使辅助电源部50A、辅助电源部50B接通(使继电器87C、继电器87D接通),由此开始辅助。此时,在电池组电压为V2以上的情况下,将作为主升压电源部32的输出电压的升压电压设定值(第二目标值)设定为PV2(例如350V)。辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压的设定值(第一目标值)也设为与PV2对应的设定值(例如352V)。在电池组电压为V1(第二阈值)以上且小于V2(第一阈值)的情况下,成为将主升压电源部32的升压电压PV的设定值设定为PV1的辅助(在图示的例子中为PV2下的辅助)。由于在基于升压电压设定值PV2的辅助下可获得高的喷出量,因此即使在作业者对压缩空气的使用量多的情况下,也可使空气罐内压力上升。另外,主控制部40在辅助开始的同时设定为目标转速设定值R3,且作为主升压电源部32的输出电压的升压电压设定值(第二目标值)设定为PV2,但副控制部80考虑到起因于串联二极管82的电压降量,可将作为辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压的第一目标值设定为比作为主升压电源部32的输出电压的第二目标值PV2高1V~2V。作为主升压电源部32的输出电压的第二目标值被设定为PV1时也同样。此外,副控制部80也可通过恒压控制来决定辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压,所述恒压控制是对辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压的实际电压值进行测定,并对辅助电源部50A、辅助电源部50B的升压量进行反馈控制以使实际电压值与目标电压值一致。另外,副控制部80还可通过恒流控制来决定辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压,所述恒流控制是对从辅助电源部50A、辅助电源部50B输出的实际电流值进行测定来代替对电压值进行测定,并对辅助电源部50A、辅助电源部50B的升压量进行反馈控制以使实际电流值与目标值一致。在进行了恒流控制的情况下,辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压会因反馈控制而稍微上下浮动,但输出电压的有效值成为与主升压电源部32的输出电压相同的值(或者辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压为比主升压电源部32的输出电压高1V~2V的值),因此,与副控制部80对辅助电源部50A、辅助电源部50B进行控制以使输出电压成为第一目标值的情况实质上为相同含义。
状态F:当电池组电压下降时,电池组5的消耗电流增加,因此使电压降低加速,且由于电池组各部的温度上升而提前停止辅助。进而,在高负载状态下难以保持升压电压设定值PV2。因此,在电池组电压低于V2的情况下,副控制部80通过通信而将减低升压电压PV传递到主控制部40。由此,主控制部40将主升压电源部32的升压电压设定值设定为PV1,并将目标转速设定值设定为R2。由此,与升压电压设定值PV2相比,喷出量稍有降低,但可实现辅助时间的延长。此时,可使所设定的升压电压设定值PV1与目标转速设定值R2以台阶状(阶梯状)降低,也可缓缓减低。
状态G:在电池组电压降低到小于V1的情况下,若副控制部80将因电池组电压降低而无法进行辅助的通知送往主控制部40,则主控制部40将马达14的目标转速设定值设定为R1,将辅助停止的通知送往副控制部80。副控制部80通过将辅助电源断开(将继电器87C、继电器87D断开)而停止辅助。此处,即使电池组电压恢复而成为V1以上,也不会重新开始辅助。这是为了抑制电池组5的温度上升而优先通过再充电进行电池组电压的恢复。
状态H:由于不再进行辅助,因此由作业者对压缩空气的使用而空气罐内压力缓缓降低。但是,由于可保持比始终以升压电压设定值PV1进行辅助的情况高的空气罐内压力,结果可将到动作停止压力为止的时间确保得长。
接下来,对图16的波形图进行说明。电动工具用电池组的可使用电压范围广,因此欲在低电压下用于辅助(将辅助电源部50A、辅助电源部50B的变压器设计成在低的电池组电压下使PWM控制的占空比(Duty)变得最大),此情况下,无论如何电池组完全充电时的效率均变差。在将升压电压设定值设为比PV1高的PV2的情况下,即使在完全充电时,辅助电源部50A、辅助电源部50B的变压器51中流动的电流也不会变得陡峭,即使在电池组电压降低到V2的情况下,也能够保持升压电压值PV2。但是,若电池组电压小于V2,则当负载增加时,PWM控制的占空比立即变得最大,因此无法保持升压电压设定值PV2。另一方面,在作为比较动作而假设将升压电压设定值设为一定的PV1、且在电池组完全充电时升压电压设定值也设为PV1的情况下,PWM控制的占空比像粗虚线那样变小,变压器51中流动的电流变得陡峭。因此,有因电流重叠特性而导致电流值增大或因开关损失增加而导致效率降低的担忧。据此,通过从完全充电到电池组电压V2为止为升压电压设定值PV2、在电池组电压小于V2之后将升压电压设定值设为PV1,可以高的PWM控制下的占空比持续进行辅助,结果能够在广的电池组电压范围内长时间、高效率地进行辅助。此外,若在高负载状态下电池组电压降低到低于V2,则PWM控制的占空比保持最大状态,辅助电压降低到小于PV2,因此,也可配合电池组电压而使升压电压设定值从PV2呈直线地缓缓下降到PV1,而非将升压电压设定值从PV2在一阶中阶梯状地减低到PV1。
图17表示与图14A的电路框图相关的动作流程图(图中,有时将电池组简称为“电池”)。在开始时,将空气压缩机1接通电源,从电路电源部90、电路电源部110分别对主控制部40、副控制部80、操作面板部19等供给电源电压Vcc(A)、电源电压Vcc(B)、电源电压Vcc(C),成为待机状态。
在步骤S31中,利用主控制部40及副控制部80判断电池组5的充电条件是否成立。作为充电条件的例子,可列举:(1)在空气压缩机1的马达14未驱动(未使用AC电流)时,且电池组温度不为高温(未超过温度阈值),电池组电压未完全充电的情况;(2)运转模式为静音模式等,在通过AC负载电流15A以下的控制而使空气罐内压力升压这样的驱动条件下,能够利用后备电流对电池组进行充电,且电池组电压未完全充电的情况。
若步骤S31为“是”,则在步骤S32中进行充电控制。即,利用副控制部80将图14A、图14D的继电器87A、继电器87B接通,利用充电部70进行电池组5的充电。利用充电电流控制部78及充电电压控制部79对电池组5的电流、电压进行检测,在电池组5达到完全充电后停止充电,并返回步骤S31。
若步骤S31为“否”,则在步骤S33中利用主控制部40及副控制部80进行通常控制。即,设为马达14的目标转速设定值R1及主升压电源部32的升压电压设定值PV2而主控制部40及副控制部80进行控制。主控制部40一边对马达14进行恒定旋转速度控制以使其成为目标转速设定值R1,一边使空气罐内压力朝向既定的最大压力上升。另外,辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压设定值被设置成与PV2对应的设定值,但在此时刻,辅助电源部50A、辅助电源部50B已停止。
接着,在步骤S34中判断是否有辅助要求。此处,所谓辅助要求是指,在AC负载电流达到15A附近且空气罐内压力尚未达到规定值的情况下,当按下了辅助按钮195时,从主控制部40向副控制部80发送辅助要求信号。在步骤S34为“否”、即没有辅助要求的情况下,返回步骤S31。
在“有辅助要求”而步骤S34为“是”的情况下,在步骤S35中判断电池组5的温度是否正常。所述判断是通过利用副控制部80监视分别设置于电池组5-1、电池组5-2的热敏电阻Th1、热敏电阻Th2的温度监测信号来进行。若电池组温度超过阈值而显示出异常,则步骤S35的判断成为“否”,在步骤S41中设为停止辅助控制(利用副控制部80将继电器87C、继电器87D断开),并返回步骤S31。
在电池组温度正常而步骤S35为“是”的情况下,在步骤S36中利用副控制部80对电池组电压进行监视。然后,在步骤S37中判断电池组电压是否为电压V2以上。在电池组电压为电压V2以上而步骤S37为“是”的情况下,在步骤S38中成为开始辅助控制A。即,副控制部80将控制条件(辅助控制A)作为可进行辅助控制的信号而发送到主控制部40,设为马达14的目标转速设定值R3、升压电压设定值PV2而开始空气压缩机1的辅助控制。此情况下,虽然也取决于运转模式设定,但在接入电源后空气罐内压力暂时上升到规定的压力后,且在作业者开始使用压缩空气后才开始进行辅助控制。作为对压缩空气的使用进行判断的方法,是在检测到空气罐内压力降低了一定量、或者空气罐内压力以一定程度以上的斜率降低的情况下判断为使用了压缩空气。
在电池组电压小于电压V2而步骤S37为“否”的情况下,在步骤S39中判断电池组电压是否为电压V1(其中V1<V2)以上。在电池组电压为电压V1以上而步骤S39为“是”的情况下,在步骤S40中成为开始辅助控制B。即,副控制部80将控制条件(辅助控制B)作为可进行辅助控制的信号而发送到主控制部40,设为马达14的目标转速设定值R2(其中R2<R3)、升压电压设定值PV1(其中PV1<PV2)而开始辅助控制。
在电池组电压小于电压V1而步骤S39为“否”的情况下,在步骤S41中设为停止辅助控制,并返回步骤S31。
此外,在步骤S38或步骤S40中,也可从副控制部80仅将电池组电压发送到主控制部40,并从主控制部40进行依照控制条件A或控制条件B的控制。在任一情况下,在辅助控制A中,副控制部80均将辅助电压控制为比升压电压设定值PV2稍高的电压,并通过辅助电流控制部57、或辅助电源驱动电路54中包含的电流检测电路进行反馈控制,以成为适当的辅助量。
此时,若进行辅助以使输入侧电流值(从电池组5供给的电流)成为一定,则即使当电池组电压减少时,也可抑制因消耗的电流急剧上升而导致的辅助时间的缩短、电池组的温度上升。另一方面,若设为输出侧电功率一定(即辅助电压与辅助电流的积一定)而进行辅助,则能够进行将空气罐内压力保持为不会下降那样的辅助。当然,也可改变由升压电压设定值PV2与升压电压设定值PV1限制的电流或电功率。
若所述辅助要求消失、或者电池组电压低于V1,则在步骤S41中停止辅助,并转移到通常控制。此时,马达14的目标转速设定值恢复为原来的R1,主升压电源部32的升压电压设定值恢复为PV2。由于辅助时的转速比通常时高,因此在不使目标转速设定值下降的情况下,在辅助停止的同时有可能出现AC电流过冲(overshoot)。另一方面,即使在因停止辅助而电池组电压恢复到V1以上的情况下,若曾经低于V1的电池不会再次恢复到V2以上,则也不实施辅助。
另外,作为前提,由于通常(也包括因电池组电压不足而无法进行辅助的情况)仅在AC电流下运行,因此马达14的特性(电力效率等)设为在电压PV2下经最优化。此时,需要进行如下设计(辅助电源部50A、辅助电源部50B的变压器51、或整流部55中包含的扼流线圈的设计、电压V1及电压PV1的选定):当电池组电压降低时,即使下降到电压PV1,也具有辅助效果。
在步骤S38中开始辅助控制A后,在电池组电压降低、或者马达负载电流非常大的情况下,若对开关元件(例如MOSFET)52、开关元件53进行驱动的辅助电源驱动电路54的PWM控制的占空比变得最大,则无法保持辅助电压(例如PV2+2V)而降低。此时,由于主升压电源部32保持了升压电压设定值(例如PV2),因此来自辅助电源部50A、辅助电源部50B的电流供给瞬间减少,从而辅助电压再次上升。通过重复以上操作,即使不附加电流限制,也可进行稳定的辅助动作。即,在此条件下,随着从电池组电压V2的降低,将升压电压设定值从PV2缓缓减低,由此,能够在PWM控制的占空比保持最大状态的同时以高效率进行辅助。因此,在将升压电压设定值从PV2向PV1变更的情况下,也可像这样线性(呈直线)地变化。
在空气压缩机1上安装有两个电池组5的情况下,即,在辅助电路部300上连接有电池组5-A、电池组5-B的情况下,只要电池组电压均为V2以上,则可同时用于辅助。在此情况下,当任一者的电压低于V1、或达到阈值温度时,停止两者的辅助。其中,在两个电池组之间的电位差大、或使用了容量不同的电池组的情况下等,关于电池组电压未低于V1的一个电池组,只要在辅助停止后电压、温度无问题,则也可再次用于辅助。另外,也可设为如下控制:当在有辅助要求的时刻其中一个电池组电压未达到V2时,仅利用另一个为电压V2以上的电池组开始辅助。
通过本实施方式2,可起到下述效果。
(1)空气压缩机1具有:作为第一电源部的辅助电源部50A、辅助电源部50B,将作为直流电源的电池组5的输出电压升压后输出到马达14;第二电源部(包括整流部31及主升压电源部32的电路结构),相对于马达14而与辅助电源部50A、辅助电源部50B电性并联连接,并且将外部的交流电源39升压后输出到马达14;控制部(主控制部40、副控制部80),对辅助电源部50A、辅助电源部50B及主升压电源部32的输出电压进行控制;检测电路(包括AC负载电流检测部37、升压电压检测部38、电池电压检测部46、辅助电流控制部57、辅助电压检测部60),对在辅助电源部50A、辅助电源部50B及第二电源部中流动的电力的状态进行检测,控制部40、控制部80对作为辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压的目标值的第一目标值、以及作为主升压电源部32的输出电压的目标值的第二目标值进行设定,以将从辅助电源部50A、辅助电源部50B及主升压电源部32分别输出的电力合成后向马达14供给。而且,控制部40、控制部80通过根据所述检测电路的检测值来变更所述第一目标值及所述第二目标值,能够在抑制施加于电池组5的负载的同时提升空气压缩机1的功率(提高压缩空气压)。
(2)电池电压检测部46对电池组5的输出电压进行检测,且在电池组5的输出电压小于第一阈值(例如V2)时,控制部40、控制部80使所述第一目标值及所述第二目标值比电池组5的输出电压为所述第一阈值以上时降低。由此,能够延长利用电池组5进行电力辅助的时间段。另外,控制部40、控制部80也可对应于辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电压的降低,而使所述第二目标值呈直线地或阶梯状地降低。
(3)在电池组5的输出电压小于比所述第一阈值低的第二阈值(例如V1)时,控制部40、控制部80停止辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出。由此,能够抑制电池组5的温度上升而优先通过再充电进行电池组电压的恢复。
(4)控制部40、控制部80将所述第一目标值设定得比所述第二目标值高,并将所述第一目标值与所述第二目标值的差控制为既定值(1V~2V)以内。由此,能够消除或减轻用于将辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出侧与主升压电源部32的输出侧电性并联连接的串联二极管82的正向电压降的影响。
(5)控制部40、控制部80能够对马达14的目标转速进行设定,所述检测电路(AC负载电流检测部37、辅助电流控制部57)对商用交流电源39及辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出电流进行检测,控制部40、控制部80在将所述目标转速设定得比商用交流电源39的输出电流成为既定值(例如稍微低于15A的值)时的马达14的转速高时,对所述第一目标值进行设定,以使其与所述第二目标值的差成为既定值以内,由此可利用辅助电源部50A、辅助电源部50B进行电力辅助,可将商用交流电源39的输出电流抑制为既定值以下。另外,在将所述目标转速设定得比商用交流电源39的输出电流成为所述既定值时的马达14的转速低时,停止辅助电源部50A、辅助电源部50B的输出,由此可防止电池组5的消耗。
此外,所述实施方式2的一部分或全部也可像以下的附记那样记载,但并不限于以下内容。
(附记1)一种作业机械,具有:马达;第一电源部,与直流电源连接,将所述直流电源的输出电压升压后输出到所述马达;第二电源部,相对于所述马达而与所述第一电源部电性并联连接,并且与外部的交流电源连接,将所述交流电源的输出电压升压后输出到所述马达;控制部,对所述第一电源部及所述第二电源部的输出电压进行控制;以及检测电路,对在所述第一电源部及所述第二电源部中流动的电力的状态进行检测,所述控制部对作为所述第一电源部的输出电压的目标值的第一目标值、以及作为第二电源部的输出电压的目标值的第二目标值进行设定,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给,且所述控制部根据所述检测电路的检测值来变更所述第一目标值及所述第二目标值。
(附记2)根据附记1所述的作业机械,其中,所述检测电路对所述直流电源的输出电压进行检测,在所述直流电源的输出电压小于第一阈值时,所述控制部使所述第一目标值及所述第二目标值比所述直流电源的输出电压为所述第一阈值以上时降低。
(附记3)根据附记2所述的作业机械,其中,所述控制部在所述直流电源的输出电压小于比所述第一阈值低的第二阈值时,停止所述第一电源部的输出。
(附记4)根据附记2或附记3所述的作业机械,其中,所述控制部对应于所述直流电源的输出电压的降低,使所述第一目标值及所述第二目标值阶梯状地降低。
(附记5)根据附记1至附记4中任一项所述的作业机械,其中,所述控制部对所述第二目标值进行设定,以使其与所述第一目标值的差成为既定值以内。
(附记6)根据附记5所述的作业机械,其中,所述控制部对所述第一目标值进行设定,以使其高于所述第二目标值。
(附记7)根据附记5或附记6所述的作业机械,其中,所述控制部能够对所述马达的目标转速进行设定,所述检测电路对所述交流电源及所述直流电源的输出电流进行检测,所述控制部在将所述目标转速设定得比所述交流电源的输出电流成为既定值时的所述马达的转速高时,对所述第一目标值进行设定,以使其与所述第二目标值的差成为既定值以内,在将所述目标转速设定得比所述交流电源的输出电流成为所述既定值时的所述马达的转速低时,停止所述第一电源部的输出。
(附记8)根据附记1至附记7中任一项所述的作业机械,其中,所述第一电源部包括升压变压器、以及设置于所述升压变压器的一次侧的开关元件,所述控制部通过所述开关元件的开关控制来对所述第一电源部的输出电压进行控制。
(附记9)根据附记1至附记8中任一项所述的作业机械,其中,所述检测电路对所述交流电源的输出电压进行检测,当所述交流电源的输出电压小于第三阈值时,所述控制部使所述第一目标值及所述第二目标值比所述交流电源的输出电压为所述第三阈值以上时降低。
[实施方式3]图18是实施方式3的整体电路框图。与实施方式2的图14A的不同点为如下方面:将电池组5-A、电池组5-B的输出电压分别经由串联二极管47A、串联二极管47B供给到一个辅助电源部50(第一电源部);在辅助电源部50的整流部55的输出侧设置有平滑用扼流线圈CH;在第二电源部侧的主升压电源部32的输出侧设置有串联二极管323A及电压合流部电解电容器324A,其他的结构与图14A相同。在设为将电池组5-A、电池组5-B的输出电压分别经由串联二极管47A、串联二极管47B供给到一个辅助电源部50的结构的情况下,可防止因电池组彼此的电位差而引起的电流从一者向另一者的流入,因此不需要对每个电池组设置辅助电源部。在辅助电源部50的整流部55的输出侧设置平滑用扼流线圈CH,并利用扼流线圈CH与电容器56构成扼流输入型平滑电路,由此,即使在开关元件52、开关元件53的占空比(Duty)小的情况下,也可减少辅助电源部50的输出电压的脉动,在设定为比实施方式2高的输出电压的情况下,由于经由扼流线圈CH而对电容器56施加电压,因此就电容器56的耐压的方面而言有利(与不存在扼流线圈时相比可降低耐压)。通过在主升压电源部32的输出侧设置串联二极管323A及电压合流部电解电容器324A,升压电压检测部38的检测电压值不会受到辅助电源部50的输出电压的影响。
图19是表示作为DC侧电源升压电路的辅助电源部50的输出电压(DC侧升压电压PVd)及作为AC侧电源升压电路的主升压电源部32的输出电压(AC侧升压电压PVa)的目标电压、与DC侧消耗电流及AC侧电源消耗电流的有效电流的关系的说明图。在此图中,DC侧消耗电流是经由串联二极管82而供给到逆变器部33的辅助电源部50的输出电流(并非电池组的输出电流)。AC侧电源消耗电流是经由串联二极管323A供给到逆变器部33的主升压电源部32的输出电流。
在图18中,由马达14消耗的电流等于主升压电源部32及辅助电源部50各自的消耗电流之和,但特别是在图19(1)的AC侧升压电压(直流电压PVa:主升压电源部32的输出电压)与DC侧升压电压(直流电压PVd:辅助电源部50的输出电压)相等时,各个电路的消耗电流相等。严格而言,由于马达14中流动的峰值电流、或重叠的AC纹波电流、电路阻抗之差等,电流平衡在每个瞬间均不同,因此,此处设为在有效电流的意义上大致相等。
而且,在调整升压电压以使得PVd>PVa的情况下,可根据PVd-PVa的电位差来改变主升压电源部32与辅助电源部50的消耗电流在马达电流中所占的份额(电流平衡)。虽然也取决于升压电压电平、或串联二极管82、串联二极管323A的正向电压降VF、以及马达消耗电流,但能够调整电流平衡的电位差大致为5V以内{图19(2)}。在此电位差以上的电位差的情况下,假设当不具有辅助电源输出电流控制时,例如在进行电压生成以使得图19(3)的升压电压成为PVd-PVa>5V的情况下,马达14消耗的电流大部分由PVd、即辅助电源部50供给。具体而言,在将马达消耗电流设为6A的情况下,在PVd=PVa时,各电源升压电路各供给3A的电流,但随着PVd-PVa的电位差变大,电流不平衡逐渐加速而成为6A与0A。
此时,可设定电压反馈值以使得PVd-PVa<5V,或者为了调整消耗电流份额而能够任意改变PVd。但是,如上所述,由于电流平衡在每个瞬间均会改变,作为有效电流难以保持任意的电流份额,因此宜将电压反馈的值设为前者(PVd-PVa<5V)而通过电流反馈进行电流限制。据此,在作为DC侧电源升压电路的辅助电源部50中也设置电流反馈电路(辅助电流控制部57),并利用副控制部80的辅助电源用的输出电流控制信号进行输出电流控制。假设在马达消耗电流为6A的情况下,若将辅助电源部50的电流限制值设为3A,则即使在PVd-PVa>5V的情况下,也可保持辅助电源部50的消耗电流3A、主升压电源部32的消耗电流3A这样的电流平衡。因此,通过在辅助电源部50中组入用于电压控制的电压反馈电路与用于电流控制的电流反馈电路,成为能够间接地从电池组5导出任意的电力的结构。具体而言,在欲从电池组5导出750W的输出电力的情况下,如图19(4)所示将PVd设定为375V、将消耗电流设定为2A即可。设定方法可使用预先决定的电阻分压或分路调节器,但可如图18所示,为了任意调整变压器51的二次侧的电路参数而使用利用了光电耦合器的辅助电压控制部61、或辅助电流控制部57。
另一方面,对于作为AC侧电源升压电路的主升压电源部32,通过从主控制部40对升压电压控制部325施加升压电压控制信号,进行使PVa固定的电压控制。另外,通过利用主控制部40经由逆变器部33使马达14的目标转速变动,以使得根据AC负载电流检测部37的负载电流检测信号而不超过15A,从而控制为AC插座的上限1500W以下。
通过马达14的旋转而空气受到压缩,空气罐12a、空气罐12b的内压逐渐上升,由此马达14的消耗电流上升,但转速下降,因此罐内压的上升速度下降。对此时通过辅助电源部50从电池组5导出电力并加以合流时的控制进行说明。
与DC侧升压电压PVd和AC侧升压电压PVa分别对应的消耗电流的份额由PVd-PVa电位差决定,但在微小的电位差的范围内,电流平衡会急剧变动,因此当不具有电流控制时,在图19(2)中使PVd相对于PVa在5V以内的范围内变动来任意地调整消耗电流份额的情况非常困难。另外,也与变压器51或电池组5的内部电阻等有关系,虽然电位差为5V以上,但未必如图19(3)所示的那样DC升压侧为支配性的,因此,此5V仅为一个标准。例如,在由作为DC侧电源的辅助电源部50限制的电流值(即,基于电流反馈的电流设定值)小的情况下,PVd-PVa电位差为1V左右时也无问题(只要为串联二极管82的VF量以上即可)。即,若如图19(4)所示的那样确保充分的电位差,则可流动最大为欲由辅助电源部50限制的电流值,但在电位差小的情况下,有时会以比限制电流小的电流为最大限度。
在图19中,严格而言,马达14的消耗电流并不像右侧的有效电流那样呈直线地表示,而是经常剧烈地变动,在图19(4)中,也通过将PVd电压设定得高而辅助电源部50侧的消耗电流的份额增加,但由于利用电流反馈电路来限制辅助电源部50的PWM控制的占空比,因此,PVd电压也会瞬间下降。由此,若在下一时间点电流份额改变而消耗电流减少,则此次使电压上升直到利用电压反馈电路进行限制。在像这样反复进行PVd电压变高→消耗电流增加→PVd电压下降→消耗电流减少→PVd电压变高的循环的过程中,导出了经有效设定的电力。此外,PVd电压理想的是设为375V以上,但这仅为与对PVd电压进行电压反馈时的目标值相关的一个标准,当即使在PVd电压小于375V的状态下电流值也成为2A以上时,通过电流的反馈而PWM控制的占空比降低,且PVd电压有时也会设定为小于375V。
对用于说明图20的实施方式3的空气压缩机的动作的时序图进行说明。当按下图18的操作面板19上的运转按钮195时,通过主控制部40的马达驱动控制,马达14旋转,由此空气罐内压力上升。此处,辅助的设定是根据来自主控制部40的辅助请求标志及来自副控制部80的可进行辅助标志来进行,在副控制部80发出了可进行辅助标志(可进行辅助标志:H),且从主控制部40发出了辅助请求标志(辅助请求标志:H)的情况下,设为执行电力辅助(通过辅助电源部50的动作而从电池组5导出电力)的模式、即辅助模式。此时,由于马达电流始终大幅变动,因此利用有效电流进行电流限制,此情况下要留意由于电路滤波器或控制部40、控制部80的处理而存在时间差。AC电源升压电压(主升压电源部32的输出电压)设为PVa,辅助时的DC电源升压电压(辅助电源部50的输出电压)设为PVd,且为PVd>PVa的关系。当AC负载电流达到15A附近时,主控制部40进行控制,以一边使马达转速的目标值缓缓降低一边保持即将成为15A的电流。
在状态A之前的时刻,当空气罐内压无限接近0时,若将最大目标转速预先设定为R2(3000rpm),则会发生转速的急剧上升,给用户带来不适感,因此初始的最大目标转速设定为比R2低的R1(2300rpm)来进行马达驱动。但是,为了优先使空气罐内压上升,可从马达14的启动时刻开始将最大目标转速设定为R2。在此时刻无辅助请求标志(辅助请求标志:L),辅助有效电流也为零。
状态A:当空气罐内压力成为最大压力Pmax时,主控制部40使马达的旋转停止。此处虽已省略,但可通过从主控制部40将可进行充电的通知送往副控制部80,而利用空闲的AC电流开始电池组5的充电。副控制部80开始进行充电控制。
状态B:当罐内压力下降一定量而成重启动压力P2时,主控制部40停止充电,再次使马达14旋转以使压力上升。
状态C:在尽管马达14已重启动但空气使用量仍大的情况下,罐内压进一步下降而降低至辅助开始压力P1。于是,根据来自主控制部40的辅助请求标志,有可进行辅助标志的副控制部80开始进行电力辅助。此时,若主控制部40使目标转速急速上升到R2,则基于电力辅助的马达的实际转速上升无法追及所述目标转速,因此会发生AC电流的过冲。为了避免所述AC电流的过冲,优选为实际上进行后述状态E的控制。
状态D:在基于电力辅助的罐内压上升超过空气使用量的情况下,当达到辅助停止压力P3时,主控制部40撤下辅助请求标志,由此副控制部80停止辅助。此时,若使目标转速缓缓下降,则基于辅助停止的实际转速降低更快,若如此,则同样会发生AC电流的过冲。为了避免所述AC电流的过冲,优选为实际上进行后述状态F的控制。
状态E:与状态C相对,若在辅助开始时使目标转速与实际转速上升相配合而缓缓上升,则不会发生AC电流的过冲。即,在辅助开始时将最大目标转速设为R1→R2,但进行通常那样的控制以使AC电流不超过15A即可。即使在基于辅助的实际转速上升相对于目标转速的更新而言快的情况下,也只是一时地发生AC电流的下冲(undershoot)而不会发生实际损害,因此更安全。
状态F:与状态D相对,若在辅助停止时使最大目标转速从R2急速下降到R1,则不会发生过冲。假设在R2与R1之差非常大的情况下,由于实际转速的降低相当慢,此状态下也会一时地发生下冲,但不会有问题。
状态G:是在电力辅助中停止辅助的情况下的例子。由于电池电压降低或电池的温度上升等因素,副控制部80有时会撤下可进行辅助标志,但此处设想电池组5被拔出的情况。若电池组5被拔出,则辅助电力瞬间消失,因此为了防止AC电流的过冲,需要立即使最大目标转速从R2下降到R1。副控制部80在根据电池电压检测部46的电池电压监测信号而判断为异常的情况下,立即撤下可进行辅助标志并通过通信传达到主控制部40,但担心这样会产生时间差。因此,副控制部80的电池电压监测信号除了具有通常的电池电压监视器以外,还可具有通过边缘检测而予以中断的功能。另外,根据通信时间点的不同,利用主控制部40进行的最大目标转速的设定中也会产生时间差,因此来自副控制部80的可进行辅助标志也同样宜设为边缘中断。通过以上所述,即使在电池组5被拔出的情况下,也可在防止AC电流的过冲的同时停止辅助。
状态H:是作业者手动停止马达14的状态。
图21是用于说明主控制部40的动作的流程图。在开始后,主控制部40在步骤S51中判断是否满足马达驱动条件。在不满足马达驱动条件即“否”的情况下,重复进行步骤S51。在满足马达驱动条件即“是”的情况下,在步骤S52中确认是否重启动此次的马达驱动。在重启动的情况下,在步骤S53中设置充电禁止标志(充电禁止标志:H),在步骤S54中以最大目标转速R1进行马达控制。
继而,在步骤S55中判断是否为AC电流规定以上(例如14.7V以上)。若为“AC电流规定以上”而为“是”,则在步骤S56中判断空气罐内压力是否为规定以下。若空气罐内压力为规定以下而为“是”,则在步骤S57中判断副控制部80是否有可进行辅助标志。在有可进行辅助标志(可进行辅助标志:H)而为“是”的情况下,在步骤S58中设置辅助请求标志(辅助请求标志:H),在步骤S59中以最大目标转速R2进行马达控制。然后,在步骤S60中判断是否满足马达停止条件。在满足马达停止条件的情况下,步骤S60的判断成为“是”,在步骤S61中删除辅助请求标志(辅助请求标志:L),在步骤S62中停止马达14,并在步骤S63中删除充电禁止标志(充电禁止标志:L),返回步骤S51以判断是否满足马达驱动条件。在步骤S60的判断为“否”的情况下,返回步骤S55。在步骤S55、步骤S56、步骤S57的判断为“否”的情况下,进入步骤S64,删除辅助请求标志,并进入步骤65以判断是否满足马达停止条件。在满足马达停止条件的情况下,步骤65的判断成为“是”,进入到步骤S62。在不满足马达停止条件的情况下,步骤65的判断成为“否”,返回到步骤S54。在步骤52的判断为“否”的情况下,马达为初次驱动,不进行辅助控制。此情况下,在步骤S66中设置充电禁止标志之后,在步骤S67中以最大目标转速R1进行马达控制。接着,在步骤68中重复进行是否满足马达停止条件,直到满足马达停止条件,即直到步骤68成为“是”。在步骤68为“是”的情况下,在步骤69中停止马达,在步骤70中删除充电禁止标志,并返回步骤S51。
图22是用于说明副控制部80的动作的流程图。在开始后,副控制部80在步骤S71中判断是否连接有电池。在步骤S71的判断为“否”的情况下,由于不具有电池组,因此在步骤S72中停止辅助控制,在步骤S73中删除可进行辅助标志(可进行辅助标志:L),并返回步骤S71。
在步骤S71的判断为“是”而连接有电池组的情况下,在步骤S74中判断是否有充电禁止标志。在步骤S74的判断为“否”(充电禁止标志:L)的情况下为允许充电的状态,在步骤S75中开始充电控制,并返回步骤S71。
在步骤S74的判断为“是”(充电禁止标志:H)的情况下,禁止充电,因此在步骤S76中停止充电控制。然后,在步骤S77中判断电池组的电压、电池组的温度、包括开关元件等的基板的状态(温度等)是否满足能够进行辅助的条件。若步骤S77的判断为“是”而判断为能够进行辅助,则在步骤S78中设置可进行辅助标志(可进行辅助标志:H)。然后,在步骤S79中判断是否有辅助请求标志。在步骤S79的判断为“是”、即有辅助请求标志(辅助请求标志:H)时,在步骤S80中开始辅助控制,然后返回步骤S71。在步骤S77为“否”即无法进行辅助时、以及步骤S79的判断为“否”即无辅助请求标志(辅助请求标志:L)时,不进行辅助控制而转移到步骤S71。
图23是用于说明图21的流程图中步骤S53及步骤S58的马达控制的具体动作中的、主控制部40及包括升压电压控制部325的主升压电源部32的动作的流程图。在开始后,主控制部40在步骤S91中将由升压电压检测部38检测的主升压电源部32的输出电压有效值(PVa)与作为输出电压的目标值(第二电压目标值)的370V进行比较。即,判断是否为“输出电压有效值(PVa)<370V”。若为“输出电压有效值(PVa)<370V”,则判断成为“是”,在步骤S92中,使主升压电源部32内开关元件的占空比(Duty)增加,以使输出电压有效值(PVa)增加而接近370V。另外,若不为“输出电压有效值(PVa)<370V”,则判断成为“否”,在步骤S93中使主升压电源部32内开关元件的占空比减少,以使输出电压有效值(PVa)减少而接近370V。在步骤92及步骤93之后,主控制部40在步骤S94中将由AC负载电流检测部37检测到的输出电流有效值与15A进行比较,以使得AC负载电流不超过插座的最大额定电流15A。即,判断是否为“输出电流有效值<15A”。在不满足“输出电流有效值<15A”的条件、即输出电流有效值超过插座的额定电压15A的情况下,步骤S94的判断成为“否”,为了减少马达14的负载以使输出电流有效值减少到15A以下,在步骤S96中使马达14的目标转速减少,并返回步骤S91。在满足“输出电流有效值<15A”的条件而步骤S94的判断为“是”的情况下,输出电流有效值为相对于插座的额定电压15A而有裕量的状态,因此在步骤S95中使马达14的目标转速增加,并返回步骤S91。在图21的流程图中将最大目标转速设定为R1的情况下,在步骤S95中使马达14的目标转速增加时的上限值为R1。同样地,在图21的流程图中将最大目标转速设定为R2的情况下,在步骤S95中使马达14的目标转速增加时的上限值为R2。
在图23的流程图中,根据主升压电源部32的输出电压对主升压电源部32内开关元件的占空比、即主升压电源部32的输出电压有效值(PVa)进行反馈控制。另外,根据输出电流值对目标转速进行反馈控制以防止超过15A。
图24是用于说明图21的流程图中的步骤S53及步骤S58的马达控制的具体动作中的、副控制部80及包括辅助电源驱动电路54的辅助电源部50的动作的流程图。在开始后,副控制部80在步骤S101中判断是否开始辅助控制。若步骤S101的判断为“否”,则重复进行步骤S101。若步骤S101的判断为“是”,则开始辅助控制,开始从辅助电源部50供给电力,因此,利用辅助电压检测部60检测到电压,并且从辅助电流控制部57检测到电流。接着,副控制部80进行电流限制,以使辅助电流控制部57检测到的辅助电源部50的输出电流有效值不超过2A,因此在步骤S102中判断是否为“输出电流有效值<2A”。在步骤S102的判断为“是”而满足“输出电流有效值<2A”的条件的情况下,将辅助电压检测部60检测到的输出电压有效值(PVd)与输出电压的目标值(第一电压目标值)进行比较。即,在步骤S103中判断是否为“输出电压有效值(PVd)<375V”。在步骤S103的判断为“是”而满足“输出电压有效值(PVd)<375V”的条件的情况下,在步骤S104中使辅助电源部50内的开关元件的占空比(Duty)增加,以使输出电压有效值(PVd)增加而接近375V。在步骤S102的判断为“否”而不满足“输出电流有效值<2A”的条件的情况下,在与主升压电源部32的输出电流有效值的比较中,辅助电源部50的输出电流有效值的比率变高,推断来自电池组5的电力辅助偏离了适当的范围,因此,为了通过减少辅助电源部50的输出电压有效值而降低辅助电源部50的输出电流有效值的比率,在步骤S105中,使辅助电源部50内的开关元件的占空比减少。另外,在步骤S103的判断为“否”且不满足“输出电压有效值(PVd)<375V”的条件的情况下,也在步骤S105中使占空比减少,以使输出电压有效值(PVd)减少而接近375V。在执行步骤S104或步骤S105后,在步骤S106中判断是否停止辅助控制。在步骤S106的判断结果为“是”的情况下,停止辅助控制,并返回步骤S101。在步骤S106的判断结果为“否”的情况下,能够继续进行辅助控制,并返回步骤S102。
在图24的流程图中,使用电流值与电压值两者对辅助电源部50内的开关元件的占空比进行反馈控制。由此,可对电池组5侧的输出电流进行限制,因此可确实地避免AC电流低、且电池组5侧的输出电流变多的状况。另外,由于基于电流值直接控制占空比,因此响应性好。
通过本实施方式3,可起到下述效果。此外,为了便于说明而作为实施方式3的效果进行记载,但有时在实施方式1、实施方式2的结构中也可获得相同的效果。
(1)空气压缩机1包括:作为第一电源部的辅助电源部50,将作为直流电源的电池组5的输出电压升压后输出到马达14;第二电源部(包括整流部31及主升压电源部32的电路结构),相对于马达14与辅助电源部50电性并联连接,并且将外部的交流电源39升压后输出到马达14;以及控制部40、控制部80,对辅助电源部50及主升压电源部32的输出电压进行控制,控制部40、控制部80对所述第一电源部及第二电源部的升压量进行控制,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向马达14供给。由此,能够通过利用电池组5进行电力辅助而使空气压缩机1的功率提升(提高压缩空气压)。
(2)通过设置有对第一电源部的输出电流值进行检测的第一输出电流检测部(包括辅助电流控制部57及电流检测用电阻58的电路),且控制部40、控制部80基于所述第一输出电流检测部的检测值对所述第一电源部的升压量进行控制,由此能够进行电力辅助,以使从电池组5导出的输出电流成为适当的范围、即低于既定的第一电流阈值(例如2A)。
(3)所述第一电源部具有对其输出电压值PVd进行检测的第一输出电压检测部(辅助电压检测部60),所述第二电源部具有对其输出电压值PVa进行检测的第二输出电压检测部(升压电压检测部38),控制部40、控制部80对所述第二电源部的升压量进行控制,以使所述第二输出电压检测部的检测值与既定的第二电压目标值(例如370V)一致,并且控制部40、控制部80对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电压检测部的检测值与比所述第二电压目标值大的既定的第一电压目标值(例如375V)一致。由此,能够适当地设定所述第一电源部及所述第二电源部间的电力份额。
(4)控制部40、控制部80能够在将所述第一电压目标值设为一定的状态下,对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电流检测部的检测值低于所述第一电流阈值。由此,能够将来自电池组5的电力辅助约束为恰当的范围。
以上,以实施方式为例对本发明进行说明,但本领域技术人员能够理解,实施方式的各构成要素或各处理工艺能够在权利要求记载的范围内进行各种变形。以下提及变形例。
在所述实施方式1中,在图1及图3中是在具有利用商用交流电源进行工作的第二电源部的空气压缩机主体部2上,外接利用电池电源进行工作的增压适配器3的结构,但也可在空气压缩机的壳体(或罩)内部收纳相当于增压适配器的电路结构、进而根据需要收纳电池。另外,经由缆线对空气压缩机主体部2与增压适配器3进行了连接,但也可为在空气压缩机主体部2侧的插接件部嵌合增压适配器3侧的插接件部来进行电性连接及机械连接的结构。
在实施方式1中,在图6的说明中,根据电池组5的内部温度或输出电压而使最大的电流导出量阶段性地变化,但也可连续地变化。
在所述实施方式1、实施方式2、实施方式3中,示出了能够对空气压缩机连接两个电池组的结构,但所连接的电池组也可为一个,还可为多个。
在所述实施方式1、实施方式2、实施方式3中,直接检测电池组的输出电压,但在电池组内置有剩余容量检测电路的情况下,将剩余容量检测电路的检测信号发送到空气压缩机的检测电路。在此情况下,在剩余容量降低时电池组的输出电压降低,因此检测电路能够通过收取来自电池组的剩余容量检测信号而间接地检测到电池组的输出电压的降低。
在所述实施方式2中,未对交流电源的输出电压进行检测,但也可设为如下结构:在所述检测电路中也能够检测所述交流电源的输出电压(例如附加对图14A的整流部31的输入侧或输出侧的电压进行侦测的电压检测电路),且在所述交流电源的输出电压小于第三阈值时,所述控制部使所述第一目标值(辅助电源部的输出电压设定值)及所述第二目标值(主升压电源部的升压电压设定值)比所述交流电源的输出电压为所述第三阈值以上时降低。
在本实施方式中,作为作业机械而例示了空气压缩机,但本发明能够应用于需要利用电池电源的供给电力来弥补交流电源的供给电力的不足部分等的作业机械。
符号的说明
1:空气压缩机
2:空气压缩机主体部
3:增压适配器
5、5-A、5-B:电池组
10:主体罩
12a、12b:空气罐
13:压缩部
14:马达
19:操作面板部
20:收纳壳体部
31:整流部
32:主升压电源部
33:逆变器部
37:AC负载电流检测部
38:升压电压检测部
40:主控制部
45:电池组用装设部
46:电池电压检测部
50、50A、50B:辅助电源部
57:辅助电流控制部
60:辅助电压检测部
70:充电部
80:副控制部
90、110:电路电源部
100:通信电路
170:充电单元
180:第一电源部
181:第一升压电路
200:主体电路部
300:辅助电路部

Claims (15)

1.一种作业机械,具有:
马达;
第一电源部,与直流电源连接,将所述直流电源的输出电压升压后输出到所述马达;
第二电源部,相对于所述马达而与所述第一电源部电性并联连接,并且与外部的交流电源连接,将所述交流电源的输出电压升压后输出到所述马达;以及
控制部,对所述第一电源部及所述第二电源部的升压量进行控制,
所述控制部对所述第一电源部及第二电源部的升压量进行控制,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给,且使所述第一电源部的输出电压值大于所述第二电源部的输出电压值。
2.根据权利要求1所述的作业机械,包括第一输出电流检测部,所述第一输出电流检测部对所述第一电源部的输出电流值进行检测,
所述控制部基于所述第一输出电流检测部的检测值,对所述第一电源部的升压量进行控制。
3.根据权利要求2所述的作业机械,其中,所述控制部对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电流检测部的检测值低于既定的第一电流阈值。
4.根据权利要求3所述的作业机械,包括:第一输出电压检测部,对所述第一电源部的输出电压值进行检测;以及
第二输出电压检测部,对所述第二电源部的输出电压值进行检测,
所述控制部是:
对所述第二电源部的升压量进行控制,以使所述第二输出电压检测部的检测值与既定的第二电压目标值一致,并且
对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电压检测部的检测值与比所述第二电压目标值大的既定的第一电压目标值一致。
5.根据权利要求4所述的作业机械,其中,所述控制部在将所述第一电压目标值设为一定的状态下,对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电流检测部的检测值低于所述第一电流阈值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的作业机械,包括:转速检测部,对所述马达的转速进行检测;以及
马达驱动电路,连接于所述第一电源部及所述第二电源部与所述马达之间,且通过变更向所述马达供给的电量来对所述马达的驱动进行控制,
所述控制部能够设定所述马达的目标转速,并对所述马达驱动电路进行控制,以使所述转速检测部的检测值与所述目标转速一致。
7.根据权利要求6所述的作业机械,其中,所述控制部能够在辅助模式与单独模式之间进行切换,
在所述辅助模式下,将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给,
在所述单独模式下,向所述马达供给从所述第二电源部输出的电力而不从所述第一电源部供给电力。
8.根据权利要求7所述的作业机械,其中,所述控制部将所述辅助模式下的所述目标转速设定得比所述单独模式下的所述目标转速高。
9.根据权利要求1所述的作业机械,其中,所述第一电源部能够通过脉幅调制控制来变更输出电压值。
10.根据权利要求9所述的作业机械,包括第一输出电压检测部,所述第一输出电压检测部对所述第一电源部的输出电压值进行检测,
所述控制部对所述第一电源部的升压量进行控制,以使所述第一输出电压检测部的检测值与第一电压目标值一致,
在所述交流电源的输出电流值小于第一电流值的情况下,将所述第一电压目标值设为小于既定的辅助阈值,在所述交流电源的电流值为第一电流值以上的情况下,将所述第一电压目标值设为所述辅助阈值以上。
11.根据权利要求10所述的作业机械,其中,所述控制部能够在所述辅助阈值以上的范围内变更所述第一电压目标值,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的作业机械,其中,将具有所述第二电源部的作业机械主体部与适配器彼此电性连接,
所述适配器处于所述作业机械主体部的外部,能够装设电池组,且具有所述第一电源部。
13.根据权利要求1所述的作业机械,还具有电力检测电路,所述电力检测电路对所述第一电源部及所述第二电源部中流动的电力的状态进行检测,
所述控制部设定所述第一电源部的输出电压的目标值即第一目标值、以及第二电源部的输出电压的目标值即第二目标值,以将从所述第一电源部及所述第二电源部分别输出的电力合成后向所述马达供给,且所述控制部根据所述电力检测电路的检测值来变更所述第一目标值及所述第二目标值。
14.根据权利要求13所述的作业机械,其中,所述电力检测电路对所述直流电源的输出电压进行检测,
当所述直流电源的输出电压小于第一阈值时,所述控制部使所述第一目标值及所述第二目标值比所述直流电源的输出电压为所述第一阈值以上时降低。
15.根据权利要求14所述的作业机械,其中,当所述直流电源的输出电压小于比所述第一阈值低的第二阈值时,所述控制部停止所述第一电源部的输出。
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