JP2019033609A - 電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な操作を行わずとも、ワイヤレス給電による受電を開始できる電動工具を提供する。【解決手段】電動工具１００は、ワイヤレス給電による電力を受電する受電コイルと、受電コイルで受電された電力で充電される充電対象と、受電コイルによる受電を制御する制御部と、オン状態の場合に充電対象と制御部とを電気的に接続し、オフ状態の場合に充電対象と制御部とを電気的に切断する第１スイッチと、ワイヤレス給電の開始を検出した場合に第１スイッチをオン状態にする検出部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具に関する。

従来、インパクトドライバ等の電動工具は、着脱式のリチウムイオン電池等に蓄電された電力で駆動することがあった。このようなリチウム電池等を充電する際は、一般的に、これを電動工具から取り外して、有線式の専用充電器等によって充電する手法が採られる。

このような構成の電動工具に対して、近年、ワイヤレス給電の受電装置と、受電装置に接続されたキャパシタ等とを内蔵する電動工具が用いられ始めている。このような内蔵型のキャパシタ等は、電動工具の本体から取り外すことなく、ワイヤレス給電の受電装置によって充電することが可能である。

ワイヤレス給電の受電装置には、受電の開始や終了等を含む一連のプロセスを制御するマイクロコンピュータ等の制御部が搭載されることがある。例えば、下記特許文献１には、ワイヤレス給電による受電のプロセスを制御する制御部が搭載された携帯機器が開示されている。

特開２０１５−１０９７８５号公報

上記のような受電のプロセスを制御する制御部は、キャパシタ等の充電対象から電力の供給を受けて動作するように構成されることがある。このような構成を採る場合、受電装置の受電のプロセスを制御していない期間にも、待機電力を消費するため、充電対象の蓄電残量を減らしてしまう。そのため、従来、制御部の電源を手動スイッチでオン、オフできる構成を採り、充電対象を充電する場合に制御部の電源を入れ、それ以外の期間は制御部の電源を切ることとして、制御部により消費される待機電力を低減させる試みもされていた。しかしながら、電動工具のように頻繁に駆動と充電を繰り返す機器の場合、充電を開始する度に手動スイッチによって制御部の電源を入れるのでは、操作が煩雑となる。

そこで、本発明は、煩雑な操作を行わずとも、ワイヤレス給電による受電を開始できる電動工具を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電動工具は、ワイヤレス給電による電力を受電する受電コイルと、受電コイルで受電された電力で充電される充電対象と、受電コイルによる受電を制御する制御部と、オン状態の場合に充電対象と制御部とを電気的に接続し、オフ状態の場合に充電対象と制御部とを電気的に切断する第１スイッチと、ワイヤレス給電の開始を検出した場合に第１スイッチをオン状態にする検出部と、を備える。

この態様によれば、検出部によってワイヤレス給電の開始が検出され、第１スイッチがオン状態に移行することで、制御部と充電対象とが自動的に接続される。よって、煩雑な操作を行わずとも、ワイヤレス給電による受電を開始することができる。

上記態様において、第１スイッチのオン状態を維持する信号を出力する第２スイッチをさらに備え、制御部が充電対象に電気的に接続された場合に、制御部は、第２スイッチに信号を出力させてもよい。

この態様によれば、検出部によって第１スイッチのオン状態が維持されなくなった場合であっても、第２スイッチによって第１スイッチのオン状態が維持されることとなり、充電対象の充電が完了した後も、制御部によって受電を制御できる状態が維持される。

上記態様において、検出部は、受電コイルによる受電が開始された場合に光を発するフォトダイオード及びフォトダイオードの光を受光した場合に第１スイッチをオン状態にするフォトトランジスタを含むフォトカプラであってもよい。

この態様によれば、フォトダイオードによって受電コイルによる受電を検出し、フォトトランジスタによって第１スイッチをオン状態に切り替えることで、受電コイルと第１スイッチを絶縁することができ、ノイズの影響を低減してワイヤレス給電の開始を検出できる。

上記態様において、充電対象とアクチュエータとの電気的接続を切り替える第３スイッチをさらに備え、制御部は、ワイヤレス給電の開始を検出した場合に、第３スイッチをオフ状態に切り替えてもよい。

この態様によれば、充電対象の充電中に誤ってアクチュエータを動作させることが防止され、安全性を高めることができる。

上記態様において、制御部は、ワイヤレス給電の終了を検出した場合に、第３スイッチをオン状態に切り替えてもよい。

この態様によれば、充電対象の充電が終了した場合に、煩雑な操作を行わずともアクチュエータを動作させることができる。

本発明によれば、煩雑な操作を行わずとも、ワイヤレス給電による受電を開始できる電動工具を提供することができる。

本発明の実施形態に係る受電装置を含むワイヤレス給電システムの概要を示す図である。 本発明の実施形態に係る受電装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る受電装置により実行される処理のフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

図１は、本発明の実施形態に係る受電装置１０を含むワイヤレス給電システムの概要を示す図である。同図に示すワイヤレス給電システムは、本実施形態に係る電動工具１００に非接触で給電するシステムであり、電動工具１００に備えられた受電装置１０と、送電装置３０とを含む。電動工具１００は、受電装置１０の他に充電対象２０及びアクチュエータ２２を備え、受電装置１０によって受電した電力Ｅを充電対象２０に充電し、充電対象２０に受電された電力でアクチュエータ２２を駆動する。電動工具１００は、例えばインパクトドライバであってよく、アクチュエータ２２はモータ等であってよい。充電対象２０は、例えば電気２重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ又は鉛蓄電池であってよい。

図２は、本発明の実施形態に係る受電装置１０の機能ブロック図である。本実施形態に係る受電装置１０は、電動工具１００に備えられ、受電した電力Ｅを充電対象２０に充電する。もっとも、受電装置１０は、電動工具１００以外の機器に備えられてもよいし、受電装置１０によって受電された電力Ｅは、充電対象２０以外の機器に供給されてもよい。

受電装置１０は、受電コイル１１及び受電回路１２を備える。受電コイル１１は、ワイヤレス給電により、送電装置３０の送電コイルから伝送される電力Ｅを受電する。受電回路１２は、整流平滑回路１３、フォトカプラ１４、制御部１５、第１スイッチ１６、第２スイッチ１７及び第３スイッチ１８を含む。

整流平滑回路１３は、受電コイル１１によって受電した高周波電力を入力として受け付け、高周波電力を整流し、平滑化して出力する。

制御部１５は、受電コイル１１による受電を制御する。制御部１５は、例えばマイクロコンピュータで構成されてよく、ワイヤレス給電による受電の開始や終了等を含む一連のプロセスの制御を行う。

第１スイッチ１６は、受電コイル１１で受電された電力Ｅで充電される充電対象２０と制御部１５との電気的接続を切り替える。第１スイッチ１６は、オン状態の場合に充電対象２０と制御部１５とを電気的に接続し、オフ状態の場合に充電対象２０と制御部１５とを電気的に切断する。第１スイッチ１６は、ゲートが検出部（フォトカプラ１４）に接続され、ソース及びドレインの一方が充電対象２０に接続され、ソース及びドレインの他方が制御部１５に接続されたトランジスタである。本例において、第１スイッチ１６は、ゲートがフォトカプラ１４に含まれるフォトトランジスタ１４ｂに接続され、ソースが充電対象２０に接続され、ドレインが制御部１５に接続されたＰチャネル型の電界効果トランジスタである。もっとも、第１スイッチ１６は、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタや、その他のトランジスタで構成されてもよいし、トランジスタ以外のスイッチング素子で構成されてもよい。

フォトカプラ１４は、検出部であり、ワイヤレス給電の開始を検出した場合に第１スイッチ１６をオン状態にする。フォトカプラ１４は、受電コイル１１による受電が開始された場合に光を発するフォトダイオード１４ａ及びフォトダイオード１４ａの光を受光した場合に第１スイッチ１６をオン状態にするフォトトランジスタ１４ｂを含む。フォトカプラ１４は、ワイヤレス給電の開始を検出した場合に、第１スイッチ１６のゲートにソース電圧よりも十分に低い電圧、例えばソース電圧よりも１０Ｖ程度低い電圧を与え、第１スイッチ１６をオン状態にする。

フォトダイオード１４ａによって受電コイル１１による受電を検出し、フォトトランジスタ１４ｂによって第１スイッチ１６をオン状態に切り替える構成を採ることで、受電コイル１１と第１スイッチ１６を絶縁することができ、ノイズの影響を低減してワイヤレス給電の開始を検出できる。

第２スイッチ１７は、第１スイッチ１６のオン状態を維持する信号を出力する。第２スイッチ１７は、ゲートが制御部１５に接続され、ドレインが第１スイッチ１６のゲートに接続され、ソースが接地電位に接続されたＮチャネル型の電界効果トランジスタである。もっとも、第２スイッチ１７は、Ｐチャネル型の電界効果トランジスタや、その他のトランジスタで構成されてもよいし、トランジスタ以外のスイッチング素子で構成されてもよい。

第３スイッチ１８は、充電対象２０とアクチュエータ２２との電気的接続を切り替える。第３スイッチ１８は、ゲートが制御部１５に接続され、ソースが充電対象２０に接続され、ドレインがアクチュエータ２２に接続されたＰチャネル型の電界効果トランジスタである。もっとも、第３スイッチ１８は、Ｎチャネル型の電界効果トランジスタや、その他のトランジスタで構成されてもよいし、トランジスタ以外のスイッチング素子で構成されてもよい。

図３は、本発明の実施形態に係る受電装置１０により実行される処理のフローチャートである。当該処理は、ワイヤレス給電の開始を検出して、制御部１５の電源を自動的にオン状態とする処理である。

はじめに、受電装置１０は、送電装置３０から受電を開始する（Ｓ１１）。制御部１５は、ワイヤレス給電の開始を検出した場合に、第３スイッチ１８をオフ状態に切り替える（Ｓ１２）。これにより、充電対象２０の充電中に誤ってアクチュエータ２２を動作させることが防止され、安全性を高めることができる。

送電装置３０の送電コイルから伝送される電力を、受電装置１０の受電コイル１１で受電し、フォトカプラ１４のフォトダイオード１４ａに電流が流れると、フォトダイオード１４ａが発光し、フォトトランジスタ１４ｂがオン状態となる。これにより、フォトカプラ１４は、第１スイッチ１６のゲートに対して、第１スイッチ１６をオン状態とする信号（ロー電圧）を出力する。第１スイッチ１６は、フォトカプラ１４からの信号により、オン状態に移行する（Ｓ１３）。

第１スイッチ１６がオン状態に移行することで、制御部１５と充電対象２０とが電気的に接続され、制御部１５の電源がオン状態となる。制御部１５が充電対象２０に電気的に接続された場合に、制御部１５は、第２スイッチ１７に対して、第１スイッチ１６のオン状態を維持する信号を出力させる。より具体的には、制御部１５は、第２スイッチ１７のゲートにハイ電圧を印加して、第２スイッチ１７をオン状態とする（Ｓ１４）。これにより、第２スイッチ１７により第１スイッチ１６のゲートに対してオン状態を維持する信号、すなわちロー電圧が出力され、このロー電圧が印加されている間、フォトカプラ１４から信号が出力されなくなった場合であっても第１スイッチ１６のオン状態が維持される（Ｓ１５）。

受電が終了して（Ｓ１６）、制御部１５によってワイヤレス給電の終了が検出された場合に、制御部１５は、第３スイッチ１８をオン状態に切り替える（Ｓ１７）。これにより、充電対象２０の充電が終了した場合に、煩雑な操作を行わずともアクチュエータ２２を動作させることができるようになり、電動工具１００の利便性が向上する。その後、制御部１５は、受電が終了してから所定期間が経過したか否かを判定する（Ｓ１８）。ここで、所定期間は、例えば５分間であってよい。所定期間が経過していない場合（Ｓ１８：Ｎｏ）、制御部１５は待機を続ける。一方、所定期間経過した場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、制御部１５は、第２スイッチ１７のゲートに印加していたハイ電圧の出力を停止し、第２スイッチ１７をオフ状態に切り替える（Ｓ１９）。第２スイッチ１７がオフ状態に移行することで、第１スイッチ１６のゲートにロー電圧が印加されなくなり、第１スイッチ１６がオフ状態に移行する（Ｓ２０）。これにより、制御部１５と充電対象２０との電気的接続が切断され、制御部１５の電源が切られる。以上により、本実施形態に係る受電装置１０により実行される処理が終了する。

本実施形態に係る受電装置１０によれば、検出部（フォトカプラ１４）によってワイヤレス給電の開始が検出され、第１スイッチ１６がオン状態に移行することで、制御部１５と充電対象とが自動的に接続される。よって、煩雑な操作を行わずとも、ワイヤレス給電による受電を開始することができる。また、本実施形態に係る電動工具１００によれば、受電装置１０を備えることで、煩雑な操作を行わずとも、ワイヤレス給電による受電を開始することができる。

また、検出部によって第１スイッチ１６のオン状態が維持されなくなった場合であっても、第２スイッチ１７によって第１スイッチ１６のオン状態が維持されることとなり、充電対象２０の充電が完了した後も、制御部１５によって受電を制御できる状態が維持される。また、手動による制御部１５の電源オフや、充電対象２０の取り外し等によって制御部１５の電源が一度オフになった場合であっても、制御部１５の電源を再度オンすれば第２スイッチ１７によって第１スイッチ１６のオン状態が維持されることになるため、何ら特別な操作を行わずとも制御部１５によって受電を制御できる状態に復帰することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１０…受電装置、１１…受電コイル、１２…受電回路、１３…整流平滑回路、１４…フォトカプラ、１４ａ…フォトダイオード、１４ｂ…フォトトランジスタ、１５…制御部、１６…第１スイッチ、１７…第２スイッチ、１８…第３スイッチ、２０…充電対象、２２…アクチュエータ、３０…送電装置、１００…電動工具、Ｅ…電力

Claims (5)

1. ワイヤレス給電による電力を受電する受電コイルと、
   前記受電コイルで受電された電力で充電される充電対象と、
   前記受電コイルによる受電を制御する制御部と、
   オン状態の場合に前記充電対象と前記制御部とを電気的に接続し、オフ状態の場合に前記充電対象と前記制御部とを電気的に切断する第１スイッチと、
   ワイヤレス給電の開始を検出した場合に前記第１スイッチをオン状態にする検出部と、
   を備える電動工具。
2. 前記第１スイッチのオン状態を維持する信号を出力する第２スイッチをさらに備え、
   前記制御部が前記充電対象に電気的に接続された場合に、前記制御部は、前記第２スイッチに前記信号を出力させる、
   請求項１に記載の電動工具。
3. 前記検出部は、前記受電コイルによる受電が開始された場合に光を発するフォトダイオード及び前記フォトダイオードの光を受光した場合に前記第１スイッチをオン状態にするフォトトランジスタを含むフォトカプラである、
   請求項１又は２に記載の電動工具。
4. 前記充電対象とアクチュエータとの電気的接続を切り替える第３スイッチをさらに備え、
   前記制御部は、ワイヤレス給電の開始を検出した場合に、前記第３スイッチをオフ状態に切り替える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電動工具。
5. 前記制御部は、ワイヤレス給電の終了を検出した場合に、前記第３スイッチをオン状態に切り替える、
   請求項４に記載の電動工具。