JP2012030318A

JP2012030318A - 電動工具

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Publication number: JP2012030318A
Application number: JP2010171707A
Authority: JP
Inventors: Sachikazu Kono; 祥和河野; Nobuhiro Takano; 信宏高野; Kazuhiko Funabashi; 一彦船橋; Takero Ishimaru; 健朗石丸; Yasuo Egashira; 泰雄江頭; Miyoji Onose; 美代次小野瀬
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: JP5686235B2

Abstract

【課題】インバータ回路を備えた電動工具、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。
【解決手段】芝刈り機１は、モータ３２と、電池パック４からの直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、モータ３２へ交流電力の供給を指示するトリガスイッチ３１と、トリガスイッチ３１により指示がされた後に、変換動作を行うようにインバータ２を制御するマイコン２９を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動工具に関する。

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）。

特開２００９−２１９４２８号公報

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ができないため作業効率が悪い。

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。

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。

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するインバータと、前記モータへ前記交流電力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を制御する制御部と、を備えたことを特徴としている。

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行わないようにインバータを制御するので、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。

また、本発明の電動工具は、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、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と、前記トリガスイッチにより前記指示がされた場合に、前記電池パックからの直流電力を前記モータに直接伝達する伝達部と、を更に備え、前記制御部は、前記伝達部を介して前記モータに前記電池パックからの直流電力が伝達された場合に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされたと判断し、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た後に、前記第１のスイッチング素子による変換動作及び前記インバータによる変換動作を行うように前記第１のスイッチング素子及び前記インバータを制御することが好ましい。

このような構成によれば、トリガスイッチにより指示がなされるまでは、インバータに加えて第１のスイッチング素子も変換動作を行わないように制御するので、電池パックの電力の浪費をより軽減させることが可能となる。

また、本発明の電動工具は、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、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と、を更に備え、前記インバータは、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ており、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、一の第２のスイッチング素子のみをオンさせておき、前記一の第２のスイッチング素子から前記モータに前記整流平滑回路からの直流電力が出力された場合に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされたと判断し、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た後に、前記インバータによる変換動作を行うように前記インバータを制御することを特徴としている。

このような構成によれば、部品点数及びコストを増加することなく、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、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。

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。

また、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するインバータと、前記モータへ前記交流電力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の動作を検出するトリガ検出部と、前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記インバータの電力変換動作を制御する制御部と、を備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、トリガスイッチが動作してからインバータの電力変換動作を行うため、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。

また、前記電池パックからの直流電力を交流電力に変換して昇圧する昇圧回路部と、前記昇圧回路部によって昇圧された交流電力を整流・平滑する整流平滑回路部と、前記整流平滑回路部からの直流出力を交流に変換するインバータ回路部と、を備え、前記制御部は、前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記昇圧回路部の昇圧動作を開始することが好ましい。

また、前記昇圧回路部は、前記電池パックと直列に接続された第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、前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記第１のスイッチング素子の制御を開始することが好ましい。

このような構成によれば、トリガスイッチが動作してから昇圧回路部、特に第１のスイッチング素子を制御するため、トリガスイッチが動作していないときの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、前記インバータ回路は、複数の第２のスイッチング素子を備え、前記制御部は、前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記第２のスイッチング素子の制御を開始することが好ましい。

このような構成によれば、トリガスイッチが動作してからインバータ回路部の第２のスイッチング素子を制御するため、トリガスイッチが動作していないときの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、前記電池パックと前記モータを接続し、前記トリガスイッチがオンされた場合に、前記電池パックからの直流電力を前記モータに伝達するバイパス回路部（伝達部）を備え、前記トリガ検出部は、前記電池パックの電圧が前記バイパス回路部及び前記モータを介して印加されることで前記トリガスイッチのオン動作を検出することが好ましい。

このような構成によれば、トリガスイッチのオン動作をバイパス回路部を介して電池電圧がトリガ検出部に印加されることで検出するため、電池パックからの直流を交流に変換する変換動作を行うことなく、トリガスイッチのオン動作を検出することができ、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、前記インバータは、前記電池パックに接続され前記制御部を起動させるための主スイッチを備え、前記バイパス回路部は、前記主スイッチの電池パックと反対側に接続されることが好ましい。

このような構成によれば、バイパス回路部の一端が主スイッチの反電池パック側に接続されているため、主スイッチがオンにならない限り電池電圧がバイパス回路部に印加されることがなく、無駄な電力消費を押させることができる。

また、前記トリガ検出部は、前記モータと直列に接続された複数の抵抗を有することが好ましい。

このような構成によれば、簡単な構成でトリガ検出部を構成することができる。

また、前記電池パックからの直流電力を交流電力に変換して昇圧する昇圧回路部と、前記昇圧回路部によって昇圧された交流電力を整流・平滑する整流平滑回路部と、複数のスイッチング素子を有し前記電池パックからの直流を交流に変換するインバータ回路部を備え、前記制御部は、前記トリガスイッチがオンされる前に前記複数のスイッチング素子の１つをオン状態に維持することが好ましい。

このような構成にすることにより、スイッチング素子の１つをオン状態にすることにより、簡単な構成でトリガスイッチのオン動作を検出するための閉回路を構成することができる。

また、前記オン状態に維持されたスイッチング素子、前記モータ及び前記トリガ検出部により閉回路を形成し、前記制御部は、前記トリガ検出部によって前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に、前記昇圧回路部からの出力を増加させることが好ましい。

このような構成によれば、簡単な構成でトリガスイッチのオン動作を検出することができると共に、トリガスイッチがオンする前の電池パックの電力の消費を抑制することができる。

また、前記複数のスイッチングを素子は、２つのスイッチング素子を直列に接続した少なくとも２つのスイッチ群を有し、前記２つのスイッチ群はそれぞれ、前記電池パックのプラス側に電気的に接続された第１のスイッチング素子と、前記電池パックのマイナス側に電気的に接続された第２のスイッチング素子からなり、前記オン状態を維持するスイッチング素子は、２つのスイッチ群の一方の前記第１のスイッチング素子であり、前記トリガ動作検出部は、２つのスイッチ群の他方の前記第２スイッチング素子に並列に接続されていることが好ましい。

このような構成によれば、トリガスイッチがオンされた際に電池電圧が印加される閉回路を簡単な構成で形成することができる。

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、前記インバータの電力変換動作を停止することが好ましい。

本発明の電動工具によれば、電池パックの電力の浪費を軽減させることができる。

本発明の電動工具の第１の実施の形態による芝刈り機の側面図。第１の実施の形態によるインバータと電動工具の回路図第１の実施の形態によるＡＣモータへの供給電圧の制御についてのフローチャート第２の実施の形態によるインバータと電動工具の回路図

図１乃至図３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。

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を把持し後述のトリガスイッチ３１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。

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、上記したように、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３１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ＡＣ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。

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（インバータ回路部）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、電源スイッチ検出ダイオード１０と、トリガ検出部１１と、を備えている。

電池電圧検出部２１は、互いに直列に接続された抵抗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、分圧電圧としてマイコン２９に出力する。なお、本実施の形態では、電池パック４は３．６Ｖ／セルのリチウム電池セルが４本接続され、定格電圧１４．４Ｖを出力する。

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（主スイッチ）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１４．４Ｖ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。

昇圧回路（昇圧回路部）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昇圧される。

トランス２３１の２次側には、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（インバータ回路部）２６と、電流検出抵抗２７と、が接続されている。

整流・平滑回路（整流平滑回路部）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（例えば１４１Ｖ）として出力する。

昇圧電圧検出部２５は、互いに直列に接続された抵抗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（例えば１４１Ｖ）を検出し、分圧電圧としてマイコン２９に出力する。

スイッチング回路（インバータ回路部）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（第１のスイッチ群）と、直列に接続されたＦＥＴ２６３及び２６４（第２のスイッチ群）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。

更に、ＦＥＴ２６１のソース及びＦＥＴ２６２のドレインは、トリガスイッチ３１を介して芝刈り機本体３のＡＣモータ３２の第１端子３２ａに接続されており、ＦＥＴ２６３のソース及びＦＥＴ２６４のドレインは、ＡＣモータ３２の第２端子３２ｂ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のＡＣモータ３２に供給される。

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。

電源スイッチ検出ダイオード１０は、アノードが電源スイッチ２２１の低圧側に接続され、カソードが芝刈り機本体３のＡＣモータ３２の第１端子３２ａに接続されている。このような構成により、電源スイッチ２２１がオンされた場合には、ＡＣモータ３２に電池パック４からの電池電圧が印加されることとなる。なお、電源スイッチ検出ダイオード１０のカソードは、ＦＥＴ２６１のソースとも接続されているため、ＦＥＴ２６１がオンしている場合には、整流・平滑回路２４から出力された昇圧された電力がＡＣモータ３２に印加されることとなる。なお、電源スイッチ検出ダイオード１０を含み、電源スイッチ２２１がオンされた場合に電池電圧をＡＣモータ３２に印加する回路がバイパス回路を構成する。具体的には、電源スイッチ２２１の低圧側に接続され、ダイオード１０、トリガスイッチ３１を介してＡＣモータ３２に接続された回路をバイパス回路としている。この構成により、電源スイッチ２２１がオンされない限り電池電圧はＡＣモータ３２側に印加されないため、インバータ２が駆動していない状態での無駄な電力消費を抑えることができる。

トリガ検出部１１は、ＡＣモータ３２の第２端子３２ｂとＦＥＴ２６４のソース（すなわちＧＮＤ）との間に直列に接続された抵抗１１１及び１１２から構成されており、トリガスイッチ３１が操作された場合に、抵抗１１１と抵抗１１２による分圧電圧をトリガ検出信号としてマイコン２９に出力する。すなわち、電池パック４の電池電圧は、バイパス回路を介してトリガスイッチ３１の一端と接続されている。トリガスイッチ３１がオンになると、電池パック４の電池電圧は、バイパス回路、トリガスイッチ３１、ＡＣモータ３２を介してトリガ検出部１１に印加される。この印加された電圧を抵抗１１１及び１１２により分圧することでトリガ検出信号として検出し、マイコン２９に出力する。なお、トリガ検出部１１は、ＦＥＴ２６４と並列に接続されている。

また、本実施の形態では、バイパス回路をＦＥＴ２６１のソース側に接続し、トリガ検出部１１をＦＥＴ２６４に並列に接続したが、バイパス回路をＦＥＴ２６３のソース側、トリガ検出部１１をＦＥＴ２６２と並列に接続してもよい。

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。

ここで、本実施の形態のマイコン２９は、トリガスイッチ３１が操作されていない状態、すなわち、トリガ検出部１１からトリガ検出信号が入力されていない状態では、ＦＥＴ２３２及びＦＥＴ２６１−ＦＥＴ２６４をオフさせるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力しており、トリガ検出信号が入力された場合に初めて、ＦＥＴ２３２及び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。上記したような、電池パック４からの直流電力をインバータ回路２６によって交流電力に変換した上でＡＣ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３１が操作されていない状態では、ＦＥＴ２３２及びＦＥＴ２６１−ＦＥＴ２６４をオンさせないように制御するため、電池パック４の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。なお、電源スイッチ２２１がオンされない限り、電池パック４からマイコン２９への電力供給が行われないため、作業していない場合に電源スイッチ２２１をオフしておくことにより、電池パック４の電力の浪費をより一層軽減することができる。

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ＬＤ端子から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、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。

次に、図３のフローチャートを用いて、本実施の形態におけるマイコン２９によるＡＣモータ３２への供給電圧の制御について説明する。

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の電池電圧から定電圧回路２２２によってマイコン２９の駆動電圧を生成することでマイコン２９が駆動する。

まず、マイコン２９は、トリガ検出部１１からトリガ検出信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ２０１）。すなわち、電池パック４の電池電圧が電源スイッチ検出ダイオード１０を含むバイパス回路を介してトリガ検出部１１に印加されたか否かを判断する。トリガ検出信号が入力されていた場合には（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、トリガスイッチ３１がオンされたと判断し、第１のスイッチング素子となるＦＥＴ２３２をオン・オフさせるための第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ２３２のゲートに出力し、トランス２３１に昇圧動作を行わせる（Ｓ２０２）。

続いて、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、昇圧電圧が目標電圧より大きいか否かを判断する（Ｓ２０３）。目標電圧より大きい場合には（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、デューティを減少させた第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ２３２のゲートに出力し（Ｓ２０４）、目標電圧以下の場合には（Ｓ２０３：ＮＯ）、デューティを増加させた第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ２３２のゲートに出力する（Ｓ２０５）。

続いて、インバータ回路部２６を構成する第２のスイッチング素子となるＦＥＴ２６１−２６４をオン・オフさせるための第２のＰＷＭ信号を出力し、ＡＣモータ３２に交流電圧を供給する（Ｓ２０６）。なお、第２のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ信号出力部２８から各ＦＥＴ２６１−２６４のゲートに出力される。

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（Ｓ２０７）。所定の過放電電圧より小さい場合には（Ｓ２０７：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２３及びスイッチング回路２６の動作を停止させる（Ｓ２０８）。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。

また、電池電圧が所定の過放電電圧以上の場合には（Ｓ２０７：ＮＯ）、電池パック４から過放電信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ２０９）。過放電信号が入力されていた場合には（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、電池電圧が所定の過放電電圧より小さい場合（Ｓ２０７：ＹＥＳ）と同様に、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（Ｓ２０８）。一方、過放電信号が入力されていなかった場合には（Ｓ２０９：ＮＯ）、トリガ検出部１１からトリガ検出信号が入力されたか否かを再び判断する（Ｓ２１０）。トリガ検出信号が入力されていた場合には（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０２に戻り、トリガ検出信号が入力されていなかった場合には（Ｓ２１０：ＮＯ）、昇圧回路２３及びスイッチング回路２６の動作を停止させた上で（Ｓ２１１）、Ｓ２０１に戻る。

なお、電池パック４の過放電検出を、電池パック４及びインバータ２の両方で行っているが、過放電電圧の閾値は、電池パック４よりインバータ２の方が小さく設定されている。逆に、電池パック４に設定された過放電閾値の方が小さい場合には、Ｓ２０７とＳ２０９の順番が逆になる。すなわち、本実施の形態では、電池パック４の過放電検出を電池パック４とインバータ２の両方で行っているため、確実に過放電を防止することができる。また、過放電だけではなく過電流についても同様に、電池パック４とインバータ２の両方で検出し、過電流を防止することも可能である。

上記したように、電池パックからの直流電力をインバータ回路によって交流電力に変換した上でＡＣモータ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３１が操作されていない状態では、ＦＥＴ２３２及びＦＥＴ２６１−ＦＥＴ２６４をオンさせない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。また、本実施の形態では、トリガスイッチ３１が操作されていない状態で、昇圧回路２３、整流・平滑回路２４、スイッチング回路２６を動作しないように構成したが、いずれか１つのみ動作しないようにしても電力の浪費を低減することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態による芝刈り機１０について図４を用いて説明する。図４は、第２の実施の形態による芝刈り機１の回路図である。なお、図４において図２と同一の構成に関しては、図２と同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態における電源スイッチ検出ダイオード１０（パイパス回路）を備えていない代わりに、トリガ検出部１１からトリガ検出信号が入力されていない場合には、マイコン２９が、ＦＥＴ２３２をオン・オフさせるための第１のＰＷＭ信号を出力すると同時に、ＦＥＴ２６１−ＦＥＴ２６４のうち、ＦＥＴ２６１のみをオンさせておくための第２のＰＷＭ信号を出力する。このような構成では、電源スイッチ２２１がオンされた場合に、ＡＣモータ３２に整流・平滑回路２４から出力された直流電圧が印加されることとなる。そして、トリガスイッチ３１が操作され、トリガ検出部１１からトリガ検出信号が入力された場合に、ＦＥＴ２６１−ＦＥＴ２６４の全てをオン・オフさせるための第２のＰＷＭ信号を出力する。なお、本実施の形態では、図３のフローチャートにおけるＳ２０２の昇圧動作は、Ｓ２０１のトリガ検出信号が入力されたか否かの判断よりも先に行われることとなる。

インバータ２の電源スイッチ２２１をオンにすると、定電圧回路２２によりマイコン２９の電源が生成され、マイコン２９が起動する。マイコン２９は、第１のスイッチング素子となるＦＥＴ２３２にオン・オフ信号（ＰＷＭ信号）を出力する。昇圧回路２３は電池電圧を任意の電圧に昇圧すると共に、整流・平滑回路２４は昇圧電圧を整流・平滑してスイッチング回路２６に出力する。

ここで、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（第１のスイッチ群）と、直列に接続されたＦＥＴ２６３及び２６４（第２のスイッチ群）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。

第１のスイッチ群（ＦＥＴ２６１及び２６２）について、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、ＦＥＴ２６２のソースは、整流・平滑回路２４の出力端子（マイナス側）に接続されている。同様に、第２のスイッチ群（ＦＥＴ２６３及び２６４）について、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、ＦＥＴ２６１のソースは、ＦＥＴ２６２のドレインに接続されている。また、ＦＥＴ２６２のソースは、整流・平滑回路２４の出力端子（マイナス側）に接続されている。更に、第１のスイッチ群と第２のスイッチ群は並列に接続されている。ここで、図３中、上側に位置するＦＥＴ２６１及び２６３を第１スイッチング素子、下側に位置するＦＥＴ２６２及び２６４を第２スイッチング素子とする。

マイコン２９は、電源スイッチ２２１がオンされると、ＦＥＴ２３２をオン・オフ制御すると共に、第１のスイッチ群及び第２のスイッチ群の内、一方の第１スイッチング素子、本実施の形態ではＦＥＴ２６１を常にオンするように、ＰＷＭ信号出力部２８に指令を出力する。その結果、昇圧回路２３で昇圧された電圧は整流・平滑回路２４で直流に変換され、ＦＥＴ２６１を介してトリガスイッチ３１の一端側に印加される。

一方、第１のスイッチ群及び第２のスイッチ群の内、他方の第２スイッチング素子、本実施の形態ではＦＥＴ２６４と並列にトリガ検出部１１が設けられている。

トリガスイッチ３１をオンにすると、ＦＥＴ２６１、トリガスイッチ３１、ＡＣモータ３２及びトリガ検出部１１により閉回路が形成され、整流・平滑回路２４の出力（直流電圧）がトリガ検出部１１に印加されるため、マイコン２９は、トリガ検出部１１によって分圧された電圧を入力することにより、トリガスイッチ３１のオン操作を検出することができる。

マイコン２９がトリガスイッチ３１のオンを検出すると、マイコン２９は、ＦＥＴ２３２をオン・オフ制御すると共に、４つのＦＥＴ２６１−２６４をオン・オフ制御し、整流・平滑回路２４の直流出力をスイッチング回路（インバータ回路）２６で交流に変換し、ＡＣモータ３２に交流出力を提供する。

なお、トリガスイッチ３１のオン操作を検出するため、ＦＥＴ２６１をオン状態にし、ＦＥＴ２６４と並列にトリガ検出部１１を設けた構成としたが、ＦＥＴ２６３をオン状態にし、ＦＥＴ２６２と並列にトリガ検出部１１を設ける構成でもよい。すなわち、ＦＥＴ、トリガスイッチ、トリガ検出部によって閉回路が形成されるようにＦＥＴを制御すると共にトリガ検出部を設ければよい。

このように、本実施の形態では、マイコン２９は、トリガスイッチ３１が操作されていない状態では、ＦＥＴ２３２をオン・オフさせると同時に、ＦＥＴ２６１−ＦＥＴ２６４のうち、ＦＥＴ２６１のみをオンさせておく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。また、電源スイッチ検出ダイオード１０を備えていないため、部品点数及びコストを削減することが可能となる。

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り、芝刈り機に限定されず、ヘッジトリマ、丸鋸、ジグソー、グラインダー、ドライバ等でも適用でき、トリガスイッチを有し交流電力で駆動する電動工具であればよい。

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。すなわち、マイコン２９の電源を遮断するように構成してもよい。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。特にマイコン２９にも電源が供給されなくなるため、電池パック４の寿命を更にのばすことができる。更に、過放電を検出した場合に作業者に過放電を知らせる報知部（表示やブザー等）を設けても良く、過放電状態であることを所定時間、報知部で知らせた後に、マイコン２９により自動的にＦＥＴを遮断するように構成しても良い。このような構成により、作業者は電池パック４が過放電状態となったことを知ることができる。

また、第２の実施の形態では、トリガスイッチ３１が操作されている状態と操作されていない状態で、ＦＥＴ２３２には同じデューティの第１のＰＷＭ信号を出力したが、トリガ３１が操作されていない状態のデューティを、操作されている状態のデューティよりも小さくしてもよい。この場合、マイコン２９は、トリガスイッチ３１が操作されていない場合に昇圧電圧の目標値を第１の目標値にセットし、トリガスイッチ３１が操作された場合には第１の目標値より大きい第２の目標値にセットするようにする。これにより、トリガスイッチ３１が操作されていない状態での電力の浪費等をより軽減させることが可能となる。すなわち、トリガスイッチ３１が操作されていない状態では、トリガスイッチ３１が操作されたか否かを検出できる程度の電圧がトリガ検出部１１に印加されればよく、必要以上の電力を消費することがない。

また、上記実施の形態では、インバータ２に接続された１つの電池パック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て芝刈り機本体３のＡＣモータ３２に供給したが、電池パックを複数接続可能にし、１つの電池パックが使い終わったら次の電池パックを電源とすることで、芝刈り機１の使用時間を長くすることができる。

また、図３のフローチャートでは、Ｓ２０２−Ｓ２０５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、Ｓ２０７−Ｓ２０９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。

また、上記実施の形態では、モータとしてＡＣモータが用いられていたが、ＤＣモータを用いてもよく、その場合であっても、ＤＣモータに供給される前の段階で電圧を変更すればよい。

２インバータ
３芝刈り機本体
４電池パック
１０電源スイッチ検出ダイオード
１１トリガ検出部
２６スイッチング回路
２７電流検出抵抗
２９マイコン
３１トリガスイッチ
３２モータ

Claims

モータと、
電池パックからの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記モータへ前記交流電力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を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。
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、
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と、
前記トリガスイッチにより前記指示がされた場合に、前記電池パックからの直流電力を前記モータに直接伝達する伝達部と、
を更に備え、
前記制御部は、前記伝達部を介して前記モータに前記電池パックからの直流電力が伝達された場合に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされたと判断し、
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た後に、前記第１のスイッチング素子による変換動作及び前記インバータによる変換動作を行うように前記第１のスイッチング素子及び前記インバータを制御することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
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、
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と、
を更に備え、
前記インバータは、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ており、
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のスイッチング素子の１つをオンさせておき、前記１つの第２のスイッチング素子から前記モータに前記整流平滑回路からの直流電力が出力された場合に、前記トリガスイッチにより前記指示がなされたと判断し、
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た後に、前記インバータによる変換動作を行うように前記インバータを制御することを特徴とする請求項１に記載の電動工具。
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を特徴とする請求項１に記載の電動工具。
モータと、
電池パックからの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記モータへ前記交流電力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の動作を検出するトリガ検出部と、
前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記インバータの電力変換動作を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動工具。
前記電池パックからの直流電力を交流電力に変換して昇圧する昇圧回路部と、
前記昇圧回路部によって昇圧された交流電力を整流・平滑する整流平滑回路部と、
前記整流平滑回路部からの直流出力を交流に変換するインバータ回路部と、
を備え、
前記制御部は、前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記昇圧回路部の昇圧動作を開始することを特徴とする請求項５記載の電動工具。
前記昇圧回路部は、前記電池パックと直列に接続された第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、前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記第１のスイッチング素子の制御を開始することを特徴とする請求項６記載の電動工具。
前記インバータ回路は、複数の第２のスイッチング素子を備え、
前記制御部は、前記トリガ検出部により前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に前記第２のスイッチング素子の制御を開始することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の電動工具。
前記電池パックと前記モータを接続し、前記トリガスイッチがオンされた場合に、前記電池パックからの直流電力を前記モータに伝達するバイパス回路部を備え、
前記トリガ検出部は、前記電池パックの電圧が前記バイパス回路部及び前記モータを介して印加されることで前記トリガスイッチのオン動作を検出することを特徴とする請求項５乃至請求項８の何れかに記載の電動工具。
前記インバータは、前記電池パックに接続され前記制御部を起動させるための主スイッチを備え、
前記バイパス回路部は、前記主スイッチの電池パックと反対側に接続されることを特徴とする請求項９記載の電動工具。
前記トリガ検出部は、前記モータと直列に接続された複数の抵抗を有することを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の電動工具。
前記電池パックからの直流電力を交流電力に変換して昇圧する昇圧回路部と、
前記昇圧回路部によって昇圧された交流電力を整流・平滑する整流平滑回路部と、
複数のスイッチング素子を有し前記電池パックからの直流を交流に変換するインバータ回路部を備え、
前記制御部は、前記トリガスイッチがオンされる前に前記複数のスイッチング素子の１つをオン状態に維持することを特徴とする請求項５記載の電動工具。
前記オン状態に維持されたスイッチング素子、前記モータ及び前記トリガ検出部により閉回路を形成し、
前記制御部は、前記トリガ検出部によって前記トリガスイッチのオン動作を検出した場合に、前記昇圧回路部からの出力を増加させることを特徴とする請求項１２記載の電動工具。
前記複数のスイッチングを素子は、２つのスイッチング素子を直列に接続した少なくとも２つのスイッチ群を有し、
前記２つのスイッチ群はそれぞれ、前記電池パックのプラス側に電気的に接続された第１のスイッチング素子と、前記電池パックのマイナス側に電気的に接続された第２のスイッチング素子からなり、
前記オン状態を維持するスイッチング素子は、２つのスイッチ群の一方の前記第１のスイッチング素子であり、
前記トリガ動作検出部は、２つのスイッチ群の他方の前記第２スイッチング素子に並列に接続されていることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の電動工具。
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、前記インバータの電力変換動作を停止することを特徴とする請求項５乃至請求項１４の何れかに記載の電動工具。