JP2022102573A - 作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇を抑制しながら効率よく、出力を増加させた作業機を提供する。【解決手段】モータ１４と、電池パック５－Ａ，５－Ｂと、電池パック５－Ａ，５－Ｂの一方又は両方から電力供給を受けてモータ１４に電力を供給するアシスト電源部５０と、アシスト電源部５０と電気的に並列に接続されるとともに、外部の交流電源３９に接続されてモータ１４に電力を供給する主昇圧電源部３２を含む電源部と、電池パック５－Ａ，５－Ｂの出力電圧の相対関係を調整する調整制御を行う制御部４０，８０と、を備える。電池パック５－Ａ，５－Ｂの出力電圧の電位差を所定電位差値以内となるように充電制御することで、電池パック５－Ａ，５－Ｂを並列に接続する場合に必要となる逆流防止用ダイオードを不要にできる。【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、空気圧縮機等の作業機に関する。

従来の作業機においては、主に交流電源が用いられていたが、電源の昇圧を行い負荷の高い作業を行うためには大電流を扱う必要があり、交流電源の使用に限界があった。

特開２０１８－１５５１００号公報

交流電源を補助するため、電源として別途電池パックを取り付けることを考える。電池パックを複数並列に取り付けると、全体としての電池容量が大きくなり、電池パックの駆動時間を増加させることができる。しかしながら、それぞれの電池パックの電位に差があると、一方から他方に電流が流れ込み、不具合が生じる恐れがある。流れ込みを防止するためにダイオードを設けることも考えられるが、ダイオードの抵抗分だけ出力が低下するとともに、ダイオードによる発熱が生じてしまう。

上記課題を鑑み本発明は、温度上昇を抑制しながら効率よく、出力を増加させた作業機を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は作業機である。この作業機は、モータと、
第１電池パック及び第２電池パックに接続され、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの出力電圧値を調整して前記モータに電力を供給する電池側電源部と、
前記電池側電源部と電気的に並列に接続されるとともに、外部の交流電源に接続されて前記モータに電力を供給する交流側電源部と、
前記第１電池パックの出力電圧と前記第２電池パックの出力電圧の相対関係を調整する調整制御を行う制御部と、を備える。

前記制御部は、前記交流電源から前記モータへの電力供給に加えて前記第１電池パック及び前記第２電池パックの一方又は両方から前記モータに電力供給するアシスト制御を実行可能であるとよい。

前記制御部によって制御され、前記第１電池パックの放電経路を遮断可能な第１の遮断回路と、
前記制御部によって制御され、前記第２電池パックの放電経路を遮断可能な第２の遮断回路と、を備え、
前記アシスト制御は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの双方から放電させる第１アシスト制御と、前記第１電池パック及び前記第２電池パックのうち出力電圧の高い一方から放電させ、他方からは放電させない第２アシスト制御と、を含み、
前記調整制御は、前記第２アシスト制御を含む、構成であるとよい。

前記制御部は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの電位差が所定電位差値以内のときは前記第１アシスト制御を行い、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの電位差が前記所定電位差値を超えているときは前記第２アシスト制御を行うとよい。

前記制御部は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの少なくとも一方の出力電圧が所定電圧値以上であることを、前記アシスト制御の開始に必要な条件とするとよい。

前記制御部によって制御される充電回路を備え、
前記調整制御は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックのうち出力電圧の低い一方の充電を含む、構成であるとよい。

前記充電回路は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの双方の出力電圧が前記所定電圧値以上、かつ前記第１電池パック及び前記第２電池パックの電位差が所定電位差値以内の場合に、前記第１電池パック及び前記第２電池パックを、電位差が前記所定電位差値を超えないように切り替えながら充電することができる、構成であるとよい。

前記充電回路は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの双方の出力電圧が前記所定電圧値未満の場合、前記第１電池パック及び前記第２電池パックのうち出力電圧の高い一方を先に充電して出力電圧を前記所定電圧値に到達させるとよい。

本発明の第２の態様は作業機である。この作業機は、モータと、
第１電池パック及び第２電池パックに接続され、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの出力電圧値を調整して前記モータに出力する電池側電源部と、
前記第１電池パックの出力電圧と前記第２電池パックの出力電圧の相対関係を調整する調整制御を行う制御部と、
外部の交流電源に接続される充電回路と、を備え、
前記調整制御は、前記充電回路による前記第１電池パック又は前記第２電池パックの充電である。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、温度上昇を抑制しながら効率よく、出力を増加させた作業機を提供することができる。

本発明に係る作業機の一実施の形態である空気圧縮機の全体構成を示す斜視図。 同正面図。 図２のＡ－Ａ平断面図。 空気圧縮機の本体カバーに設けられた電池パック用装着部を示す斜視図。 実施の形態の全体回路ブロック図。 全体回路ブロック図のうち、空気圧縮機が本来的に有する本体回路部を拡大して示す回路ブロック図。 全体回路ブロック図のうち、２個の電池パックを用いた電力アシストを行う補助回路部であって、アシスト電源部を含む部分を拡大して示す回路ブロック図。 補助回路部のうち充電部を含む部分を拡大して示す回路ブロック図。 空気圧縮機の動作説明のためのタイムチャート。 実施の形態の動作を説明するフローチャート。

以下において、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示である。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

以下、作業機の一実施の形態である空気圧縮機について、図面を用いて詳細に説明する。図１は空気圧縮機の全体構成を示す斜視図、図２は同正面図、及び図３は図２のＡ－Ａ平断面図である。これらの図に示すように、空気圧縮機１は商用交流電源（ＡＣ電源１００Ｖ）で動作するもので、商用電源のコンセントに接続するための電源コード２及びプラグ（図示省略）を有する。また、空気圧縮機１は、電池電源を用いたアシスト動作が可能であり、図４に示すように、本体カバー（ハウジング）１０の外面に複数（図示の場合は２個）の電池パック用装着部４５を備える。電池パック用装着部４５にはそれぞれ直流電源としての電池パック５が着脱自在に装着可能である。図示の場合は、１個の電池パック用装着部４５に電池パック５が装着されている様子を示すが、本実施の形態での動作においては各電池パック用装着部４５に電池パック５がそれぞれ装着される。電池パック５は、収容ケースと、収容ケース内に設けられた電池セルと、を有する。電池セルは、一次電池または二次電池の何れでもよい。電池セルとしては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケルカドミウム電池等を用いることができる。電池パック用装着部４５は電池パック５の端子に接続する接続端子を有する。

空気圧縮機１は、本体カバー１０とその両側に設けられた運搬用ハンドル１１と、圧縮空気を貯留する一対の平行配置の空気タンク１２ａ,１２ｂと、外部より吸入した空気を圧縮して空気タンク１２ａ,１２ｂに供給する圧縮部１３（図３）と、圧縮部１３に連結され圧縮部１３を駆動するモータ１４（同）と、を備える。圧縮部１３とモータ１４は、モータ１４の軸方向が空気タンク１２ａ，１２ｂの長手方向と略直交するように、一対の空気タンク１２ａ，１２ｂの上方に配置される。空気タンク１２ａ，１２ｂには、地面との直接接触を防止して保護するための脚部１５が設けられる。モータ１４は、例えば直流モータであり、これに電力を供給する図５Ａ、図５Ｂのインバータ部３３を主制御部４０（ＣＰＵ等の制御回路を含む）によって制御（例えばＰＷＭ制御）することで回転数等が制御される。使用者は、操作パネル部（スイッチパネル）１９により、空気圧縮機１の電源オン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）、モータ起動・停止、運転モード切替等の操作が可能である。また、操作パネル部１９には、空気タンク内圧力や過負荷等の警告が表示される。

圧縮部１３は、一段目の低圧側圧縮部１７と二段目の高圧側圧縮部１８により構成される。一段目の低圧側圧縮部１７と二段目の高圧側圧縮部１８は、クランクケース１６を介して相互に対向するように配置される。一段目の低圧側圧縮部１７は、クランクケース１６内部を経由して吸い込まれた外部空気（大気圧）を圧縮し、一段目吐出管を経由して二段目の高圧側圧縮部１８へ圧縮空気を送り込む。二段目の高圧側圧縮部１８は、一段目の低圧側圧縮部１７から供給される圧縮空気を例えば３.０～４.５ＭＰａの許容最高圧力まで圧縮して二段目吐出管を経由して相互に連通された空気タンク１２ａ，１２ｂに供給する。

空気タンク１２ａ，１２ｂ内の圧縮空気は、減圧弁２４ａ，２４ｂによって減圧され、カプラ２７ａ，２７ｂを経由して外部に取り出される。カプラ２７ａ，２７ｂの近傍の圧力は圧力計２６ａ，２６ｂでモニタできるようになっている。カプラ２７ａ，２７ｂの各々には不図示のホースを介して釘打機等の空気工具が接続される。

減圧弁２４ａ，２４ｂの出力側の圧力（空気工具への供給圧力）は、圧力調整用部材２３ａ,２３ｂによって調整できる。減圧弁２４ａ，２４ｂにより、空気タンク１２ａ，１２ｂへの圧縮空気の入口側の圧力の大きさにかかわらず、カプラ２７ａ，２７ｂ側の圧力を最高圧力以下の一定値に抑えることができる。すなわち、カプラ２７ａ，２７ｂには、空気タンク１２ａ，１２ｂ内の圧力にかかわらず一定の圧力を持つ圧縮空気が得られる。なお、空気タンク１２ａ，１２ｂ内部に溜まったドレン及び圧縮空気を外部へ排出するためにドレン排出装置が設けられている。

図５Ａは空気圧縮機１の全体回路ブロック図、図５Ｂは全体回路ブロック図のうち、空気圧縮機１が本来的に有する本体回路部２００を示す回路ブロック図、図５Ｃは全体回路ブロック図のうち、２個の電池パック５－Ａ，５－Ｂを用いた電力アシストを行う補助回路部３００であって、アシスト電源部５０を含む部分を示す回路ブロック図、図５Ｄは補助回路部のうち充電部７０を含む部分を示す回路ブロック図である。図５Ａの全体回路構成に示すように、空気圧縮機１は、圧縮部１３を回転駆動して空気タンク１２ａ，１２ｂに圧縮空気を送り込むためのモータ１４を有し、外部の交流電源である商用交流電源３９を用いてモータ１４を駆動するための本体回路部２００及び２個の電池パック５－Ａ，５－Ｂを用いた電力アシスト用の補助回路部３００を備える。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本体回路部２００は、外部の交流電源である商用交流電源３９（ＡＣ１００Ｖ：例えばコンセントの最大定格電流１５Ａ）の供給を受けてモータ１４を駆動するために、整流部３１、主昇圧電源部３２、インバータ部３３、及びインバータ部３３を制御するための主制御部４０を具備する。商用交流電源３９と整流部３１間にはノイズフィルタ３４が挿入され、整流部３１の整流出力側に平滑コンデンサ３５が接続されている。交流電源３９からの交流電力は整流部３１で整流され、平滑コンデンサ３５で平滑された直流電力が主昇圧電源部３２に供給される。整流部３１と主昇圧電源部３２間の接続線路には電流検出用抵抗３６が挿入され、電流検出用抵抗３６の両端の電圧降下からＡＣ負荷電流検出部３７はＡＣ負荷電流を検出し（モニタし）、ＡＣ負荷電流検出信号を主制御部４０に出力する。主昇圧電源部３２はＤＣ－ＤＣコンバータ等の昇圧回路を含むものであり、ここで昇圧された直流電力がインバータ部３３を介してモータ１４に供給される。整流部３１及び主昇圧電源部３２、平滑コンデンサ３５は、交流側電源部の一例である。

主昇圧電源部３２は、図示の場合、チョークコイル３２１、スイッチング素子３２２、ダイオード３２３及びコンデンサ３２４を有するチョッパ型ＤＣ－ＤＣコンバータであり、スイッチング素子３２２のスイッチング動作を制御する昇圧電圧制御部３２５を有する。主昇圧電源部３２の昇圧出力側に昇圧電圧検出部３８が設けられている。

主制御部４０には、昇圧電圧検出部３８から昇圧電圧監視信号、モータ１４の回転を検出する回転センサ４１の回転検出信号、及び空気タンク１２ａ，１２ｂの圧力を検出する圧力センサ４２の圧力検出信号がそれぞれ入力される。主制御部４０は、昇圧電圧制御信号を主昇圧電源部３２（昇圧電圧制御部３２５）に出力するとともに、インバータ制御信号をインバータ部３３に出力し、主昇圧電源部３２で昇圧された直流電力をインバータ部３３を介してモータ１４に供給することで、例えばＰＷＭ制御等でモータ１４の回転制御を行う。圧縮部１３はモータ１４で回転駆動され、圧縮部１３から吐出された空気が空気タンク１２ａ，１２ｂに送られる

操作パネル部１９は、表示パネル１９１（空気タンク内圧力や過負荷等の警告等を表示）、電源オン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）を行う運転ボタン１９２、電池パック充電を指示する充電ボタン１９３、運転モード切替を指示するモード切替ボタン１９４及び電池パック５－Ａ，５－Ｂを用いた電力アシストを指示するアシストボタン１９５を有し、これらを制御するためにスイッチパネル制御部１９０が設けられている。スイッチパネル制御部１９０は通信回路１９７を介して主制御部４０に接続されている。

なお、主制御部４０や操作パネル部１９、通信回路１９７等に安定化された直流電圧を供給するために、回路電源部９０が設けられている。回路電源部９０は、整流部３１の直流出力を利用して主制御部４０等に電源電圧Ｖｃｃ（Ａ）を、スイッチパネル制御部１９０や通信回路１９７等に電源電圧Ｖｃｃ（Ｃ）をそれぞれ供給する。回路電源部９０は、１個の一次巻線と２個の二次巻線とを有する降圧トランス９１、トランス一次側をスイッチングするスイッチング素子９２、スイッチング素子９２に駆動信号を出力する回路電源駆動回路９３、及び２個の二次巻線にそれぞれ設けられた整流平滑回路９４，９５を有する。整流平滑回路９４の直流出力電圧はＶｃｃ（Ａ）として主制御部４０等に供給され、整流平滑回路９５の直流出力電圧はＶｃｃ（Ｃ）としてスイッチパネル制御部１９０や通信回路１９７等に供給される。

図５Ａ、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、補助回路部３００は、電池電源（直流電源）でモータ１４の駆動アシストを行うためのアシスト電源部５０、電池電源としての電池パック５－Ａ，５－Ｂを充電するための充電部７０、副制御部８０、回路電源部１１０、及び通信回路１００を有する。副制御部８０はＣＰＵ等の制御回路を含む構成であり、主制御部４０と連携してアシスト電源部５０と充電部７０の動作を制御する。回路電源部１１０は、副制御部８０や通信回路１００等に安定化された直流電圧を供給する。通信回路１００は主制御部４０と副制御部８０間の電気的に絶縁された通信回線を構成する。補助回路部３００は、例えば図３の本体カバー１０内の収納ケース部２０内に収納されている。

一方の電池パック用装着部４５の接続端子４５Ａには電池パック５－Ａが接続され、他方の電池パック用装着部４５の接続端子４５Ｂには電池パック５－Ｂが接続される。接続端子４５Ａ，４５Ｂにそれぞれ接続された電池パック５－Ａ，５－Ｂの電池パック電圧を検出するために、電池電圧検出部４６Ａ，４６Ｂがそれぞれ設けられている。各電池電圧検出部４６Ａ，４６Ｂからの電池電圧検出信号はそれぞれ副制御部８０に供給される。また、副制御部８０は電池パック５－Ａ，５－Ｂから電池情報取得信号を受けて、それらの電池情報（電池温度等）をそれぞれ取得する。

アシスト電源部５０は、昇圧回路としての昇圧用ＤＣ－ＤＣコンバータの構成を含むものである。すなわち、アシスト電源部５０は、昇圧トランス５１の一次側にプッシュプル接続されたスイッチング素子（例えばMOSFET）５２，５３、スイッチング素子５２，５３を交互にスイッチングするアシスト電源駆動回路５４、昇圧トランス５１の二次側に接続された整流部５５、平滑コンデンサ５６、及びアシスト電流制御部５７を有する。整流部５５とインバータ部３３間の接続線路には電流検出用抵抗５８が挿入され、アシスト電流制御部５７は電流検出用抵抗５８の両端の電圧降下からアシスト電流を検出し（モニタし）、フィードバック回路としてのフォトカップラ５９を介しアシスト電流検出信号をアシスト電源駆動回路５４にフィードバックする。ここで、フォトカップラ５９を用いるのは、交流電源３９に電気的に接続されている本体回路部２００と、電池パック５－Ａ，５－Ｂに電気的に接続される補助回路部３００とを相互に電気的に絶縁するためであり、以後の説明でフォトカップラを用いるのも同様の理由である。昇圧トランス５１は昇圧回路の一例である。電池パック５－Ａが接続された接続端子４５Ａ、電池電圧検出部４６Ａ、充電部７０、電池パック５－Ｂが接続された接続端子４５Ｂ、電池電圧検出部４６Ｂ、充電部７０及びアシスト電源部５０は、電池パック５－Ａ及び電池パック５－Ｂの出力電圧値を調整可能な電池側電源部の一例である。

電池パック５－Ａ，５－Ｂの一方又は両方の直流電力は、アシスト電源部５０の昇圧トランス５１の一次側に供給され、アシスト電源部５０の整流部５５の出力側にアシスト電源部５０の出力電圧を検出するためのアシスト電圧検出部６０が設けられ、また出力電圧を制御するためにアシスト電圧制御部６１が設けられている。アシスト電源部５０の直流出力電力はシリーズダイオード８２を介してインバータ部３３に供給される（主昇圧電源部３２の直流出力電力と合成される）。

副制御部８０は、フォトカップラ６２を介してアシスト電源部５０のアシスト電流制御部５７に出力電流制御信号を出力し、フォトカップラ６４を介してアシスト電圧制御部６１にアシスト電源５０の出力電圧制御信号を出力する。

主昇圧電源部３２の出力端子に対してアシスト電源部５０の出力端子はシリーズダイオード８２を介して並列接続されている。つまり、モータ１４に対して主昇圧電源部３２及びアシスト電源部５０が電気的に並列に接続されている。

具体的に言えば、アシスト電源部５０においては、副制御部８０からの出力電流制御信号及び出力電圧制御信号を受けてアシスト電源駆動回路５４の駆動信号を制御し、スイッチング素子５２，５３を交互にスイッチングするときのデューティを変化させることで、出力側の平滑コンデンサ５６両端の直流電圧を増減する電圧可変制御を行うことができる。換言すれば、アシスト電源部５０はインバータ３３部への供給電圧を増減するＰＡＭ制御でモータ１４を駆動可能である。また、アシスト電源部５０のアシスト電源駆動回路５４には副制御部８０からアシスト電源オン・オフ信号が供給される。アシスト電源オン・オフ信号が「アシスト電源オン」を指示したときはアシスト電源駆動回路５４を作動させてスイッチング可能とし、「アシスト電源オフ」を指示したときはアシスト電源駆動回路５４の動作を停止する。

電池パック用装着部４５に装着された電池パック５－Ａ，５－Ｂを充電するための充電部７０は、降圧用ＤＣ－ＤＣコンバータの構成を含むものであり、交流電源３９の供給をノイズフィルタ３５を介して受ける整流部７１、平滑コンデンサ７２、降圧トランス７３、トランス一次側をスイッチングするスイッチング素子７４、スイッチング素子７４をオン・オフ駆動する充電電源駆動回路７５、トランス７３の二次側出力を整流、平滑する整流平滑回路としてのダイオード７６及び平滑コンデンサ７７、充電電流制御部７８、及び充電電圧制御部７９を有する。トランス７３の二次側の整流平滑回路と電池パック５－Ａ，５－Ｂ間の接続線路には電流検出用抵抗８１が挿入され、充電電流制御部７８は電流検出用抵抗８１の両端の電圧降下から充電電流を検出する（モニタする）。充電電流制御部７８からの充電電流検出信号及び充電電圧制御部７９からの充電電圧制御信号は、フィードバック回路としてのフォトカップラ８２を介し充電電源駆動回路７５にフィードバックされる。

回路電源部１１０は、充電部７０の整流部７１の直流出力を利用して副制御部８０等に電源電圧Ｖｃｃ（Ｂ）を供給するとともに、充電電源オン・オフ信号を伝達するフォトカップラ８５への電源供給を行う。回路電源部１１０は、１個の一次巻線と２個の二次巻線とを有する降圧トランス１１１、トランス一次側をスイッチングするスイッチング素子１１２、スイッチング素子１１２に駆動信号を出力する回路電源駆動回路１１３、及び２個の二次巻線にそれぞれ設けられた整流平滑回路１１４，１１５を有する。整流平滑回路１１４の直流出力電圧はＶｃｃ（Ｂ）として副制御部８０、フォトカップラ８２等に供給され、整流平滑回路１１５の直流出力電圧はフォトカップラ８５に供給される。フォトカップラ８５は副制御部８０の充電電源オン・オフ信号を充電電源駆動回路７５に伝達する。充電電源オン・オフ信号が「充電電源オン」を指示したときは充電電源駆動回路７５を作動させてスイッチング素子７４をスイッチングし、「充電電源オフ」を指示したときは充電電源駆動回路７５の動作を停止する。

一方の電池パック用装着部４５の接続端子４５Ａと充電部７０との接続をオン・オフするためにリレー８７Ａ（第１の遮断回路）が設けられるとともに、他方の電池パック用装着部４５の接続端子４５Ｂと充電部７０との接続をオン・オフするためにリレー８７Ｂ（第２の遮断回路）が設けられている。また、接続端子４５Ａとアシスト電源部５０との接続をオン・オフするためにリレー８７Ｃが設けられるとともに、接続端子４５Ｂとアシスト電源部５０との接続をオン・オフするためにリレー８７Ｄが設けられている。リレー８７Ａ～８７Ｄはそれぞれ副制御部８０からのリレーオン・オフ信号によってオン・オフ制御される。

通信回路１００は２つのフォトカップラ１０１，１０２を有し、主制御部４０と副制御部８０間の電気的に絶縁された通信回線を構成する。フォトカップラ１０１は主制御部４０からの情報信号を副制御部８０へ伝達し、フォトカップラ１０２は副制御部８０からの情報信号を主制御部４０へ伝達する。

電池パック５－Ａ，５－Ｂには、内部温度検出のためのサーミスタＴｈ１，Ｔｈ２がそれぞれ設けられる。また、アシスト電源部５０のスイッチング素子５２，５３にも、温度検出のためのサーミスタＴｈ３が設けられる。サーミスタＴｈ１～Ｔｈ３の温度監視信号は副制御部８０に出力され、温度上昇が許容範囲を超えた電池パック５やアシスト電源部５０は副制御部８０によって動作停止となる。

図５Ｂの操作パネル部１９において、表示パネル１９１は主制御部４０からの各種情報を表示する表示部、運転ボタン１９２は空気圧縮機１の運転開始、運転停止を指示するスイッチ、充電ボタン１９３は電池パック５－Ａ，５－Ｂの充電許可、充電停止を指示するスイッチ、モード切替ボタン１９４は空気圧縮機１の運転モード（通常又は静音運転等）の切替を行う切替スイッチ、アシストボタン１９５は電池パックを用いる電力アシストを併用するモードと電力アシストを使用しないモードとの切替スイッチである。

図５Ａから図５Ｄの回路構成において、空気圧縮機１は商用交流電源３９（ＡＣ１００Ｖ）に接続された状態において使用され、本体回路部２００は商用交流電源３９より電力供給を受けるため、ＡＣ負荷電流検出部３７の値に基づき、商用交流電源３９からの入力電流が１５Ａ以下となるように主制御部４０により制御されている。これは、一般的にＡＣコンセントの最大定格電流が１５Ａとなっているからである。

通常動作時は、ＡＣ負荷電流値が１５Ａを超えそうになると主制御部４０はモータ１４の目標回転数を下げる。目標回転数はインバータ部３３の負荷や空気タンク１２ａ，１２ｂ内の圧力によっても変わってくる。具体的には、軽負荷の場合には高く、タンク内圧力が高まってきた場合や圧縮空気の使用量が多い場合には低く設定する。

アシスト電源部５０を作動させる電力アシスト時は、目標回転数に達するとＡＣ電流値が下がってくるため、主制御部４０はＡＣ負荷電流値１５Ａを維持するように目標回転数を上げていくことで、足りない電力を電池パック５－Ａ，５－Ｂの一方又は両方から供給することが出来る。この時、副制御部８０は電池パック５からの供給電流あるいは供給電力による制限を加えることでモータ１４の回転数を一定範囲内に収めることができる。電池パック５－Ａ，５－Ｂの一方のみから電力供給する条件、及び電池パック５－Ａ，５－Ｂの両方から電力供給する場合の条件については後述する。

ここで、以下の点に注意する。
主昇圧電源部３２は昇圧電圧が目標値となるようにフィードバック制御しているが、図５Ｂ中点線表記のシリーズダイオード３２３Ａを挿入しない場合において、特にアシスト電源部５０からのアシスト電圧が高すぎる場合には昇圧電圧を低くするように制御してしまう。昇圧電圧が低下すると商用交流電源３９からの電流供給が低下するため、電池パック５からの電流供給が過大になり、結果的に電力アシスト時間の減少につながってしまう。この場合、アシスト電圧（アシスト電源部５０の出力電圧）をシリーズダイオード８２の順方向電圧降下程度（１Ｖ～２Ｖ）大きくなるように制御すれば、シリーズダイオード３２３Ａを省略できる。

一方で、シリーズダイオード３２３Ａを挿入する場合には、昇圧電圧とアシスト電圧を接続する箇所に点線表記の電圧合流部電解コンデンサ３２４Ａを設ける必要がある。これは、モータ１４を停止した場合に発生するサージエネルギーを吸収するためであり、大容量且つ高耐圧の大型品を使用しなければならない。しかし、上記のようにシリーズダイオード３２３Ａを省略した場合には、主昇圧電源部３２の電解コンデンサ３２４により代用することができるため、電圧合流部電解コンデンサも省略することができる。これにより、基板上の面積や電子部品コスト削減はもちろん、ダイオードの損失や電圧降下による効率低下を改善することができる。

一般に、複数の電池パックを並列接続して用いる場合、電池パック同士の逆流電流を防止するために図５Ｃ中点線表記の逆流防止用ダイオード４７Ａ，４７Ｂが必要となるが、電池パック５－Ａ，５－Ｂの電位差が所定電位差値（例えば０.５Ｖとする）以内になるように電池パックを交互に充電していくことで、実用上、電池パック同士の逆流電流を充電電流程度に抑えることが出来るため、本実施の形態ではダイオード４７Ａ，４７Ｂを削除している。これにより、ダイオード４７Ａ，４７Ｂの抵抗分に起因する出力低下やダイオード４７Ａ，４７Ｂによる発熱の問題を解消できる。

電池パック５－Ａ，５－Ｂを並列接続した電力アシスト中に電池パック５－Ａ，５－Ｂの電位差が所定電位差値（０.５Ｖ）を超えて開いた場合でも、片方の電池パック電圧が第１閾値電圧である所定電圧値Ｖ１を下回るまではアシストを継続する。

電力アシスト期間中に片方の電池パック５だけアシストを停止しようとすると、停止と同時にもう一方の電池パック５の放電電流が過大になってしまうため、モータ１４の目標回転数を下げるなど、電流値を減らしておく必要がある。実際停止するには通電中にリレー８７Ｃ又は８７Ｄをオフする必要があり、接点故障に繋がる懸念があることから、一方の電池パック電圧が所定電圧値Ｖ１を下回った時点でアシストそのものを停止する。この理由は、両方の電池パック電圧が所定電圧値Ｖ１を下回るまでアシストを継続しようとすると、先に低下した方の電池パック５の消費電流が大きくなり、電圧低下と発熱が加速してしまうため、再充電と再アシストのサイクルが遅くなってしまうからである。

次に、図６のタイムチャートを用いて空気圧縮機１におけるモータ１４と本体回路部２００と補助回路部３００の代表的な制御例を説明する。ここで、「アシスト」は電池パック５を用いた電力アシストを指す。吐出量は「モータ回転によって空気タンク１２ａ，１２ｂ内に圧縮できる単位時間あたりの空気量」である。

作業者が空気圧縮機１を商用交流電源３９に接続して操作パネル部（スイッチパネル）１９上の運転ボタン１９２を押すと、本体回路部２００の主制御部４０によるモータ制御により、モータ１４が回転することで空気タンク内圧力が上昇していく。この時、初期の目標回転数設定値はＲ１とする。また、ここでは、アシストボタン１９５も運転ボタン１９２とともに押されているものとする。なお、運転ボタン１９２が押された直後は、仮に両方の電池パック５－Ａ，５－Ｂの電池パック電圧が十分あり（第２閾値電圧：Ｖ２以上）、かつアシストボタン１９５が押されている場合でもアシストを行わない（但し、運転モードによって切替可能）。

状態Ａ：ＡＣ負荷電流が１５Ａ付近に達すると、主制御部４０はモータ回転速度の目標値を徐々に下げながらＡＣ負荷電流１５Ａ直前の電流を保持するように制御する。

状態Ｂ：空気タンク内圧力が最大になると主制御部４０はモータの回転を停止する。この時、主制御部４０より充電可の通信が副制御部８０に送られることで、空いたＡＣ電流で充電を開始することができる。副制御部８０は、電池パック５－Ａと電池パック５－Ｂの電位差が所定電位差値０.５Ｖ以内になるように充電を開始する。

状態Ｃ：どちらの電池パック電圧も第２閾値電圧Ｖ２以上になると、所定電位差値０.５Ｖ以内の電位差を保持しながら、満充電まで交互に充電を繰り返す。こうすることで、充電の途中でアシスト開始の指示があった場合でも、直ちに２つの電池パック５－Ａ，５－Ｂから放電を開始可能、つまりアシスト電源部５０へ電力を供給することが出来る。

状態Ｄ：空気タンク内圧力が一定量下がると、主制御部４０は充電を停止し、主制御部４０は再びモータ１４を回転させる。このとき、モータ１４の回転により空気タンク内圧力を上昇させようとするが、モータ回転による吐出量よりも作業者による圧縮空気の使用量が多い場合には、さらに圧力が低下していく。

状態Ｅ：主制御部４０からのアシスト開始の通信により、補助回路部３００の副制御部８０がアシストを開始する。また、主制御部４０は同時にモータ１４の目標回転数設定値をＲ２に設定する。図６の例では２つの電池パック５－Ａ，５－Ｂはどちらも第２閾値電圧Ｖ２以上であったため、２つの電池パックを用いてアシストを行う場合を示している。ここで仮に、電池パック５－Ｂの電圧が、第２閾値電圧Ｖ２電圧に達しておらず、かつ電池パック５－Ａ，５－Ｂ間の電位差が所定電位差値０.５Ｖを越えている場合には電池パック５－Ａのみでアシストを行う。電池パック５－Ａ，５－Ｂ間の電位差が所定電位差値０.５Ｖ以内の場合には、一方が第２閾値電圧Ｖ２未満であってもアシストを行う。なお、アシストにより電池パック電圧が低下し、２つの電池パック５－Ａ，５－Ｂの電位差が所定電位差値０.５Ｖ以内になった場合でも、１つの電池パックでのアシストを継続する。放電中の電池パック電圧は数Ｖ低下して見えることから、電池パック同士の逆流や電流アンバランスが発生する懸念があるためである。

状態Ｆ：どちらか一方の電池パック電圧が第２閾値電圧Ｖ１を下回るまで低下した場合、副制御部８０が電池パック電圧低下によるアシスト不可の通信を主制御部４０に送ると、主制御部４０は目標回転数設定値をＲ１に設定し、アシスト停止の通信を副制御部８０に送る。副制御部８０はアシスト電源５０をオフすることで、アシストを停止する。

状態Ｇ：アシストを停止したため、電池パック電圧は一時的に第２閾値電圧Ｖ１以上に回復するが、再アシストは行わない。

以上の場合において、電池パック５－Ａ，５－Ｂの充放電の制御は、主制御部４０と通信回路１００で相互に接続された副制御部８０によるリレー８７Ａ～８７Ｄのオン・オフ制御で行う。

図７は図５Ａの回路ブロックに関する動作フローチャートを示す（図中、電池パックを「電池」と略称する場合あり）。スタートで空気圧縮機１の電源オンとなり、回路電源部９０，１１０から主制御部４０、副制御部８０、操作パネル部１９等に電源電圧Ｖｃｃ（Ａ），Ｖｃｃ（Ｂ），Ｖｃｃ（Ｃ）がそれぞれ供給され、スタンバイ状態となる。

ステップＳ１では主制御部４０及び副制御部８０で電池パック５－Ａ，５－Ｂの充電条件が成立するか否かを判断する。充電回路７０による充電条件の例として、(1)空気圧縮機１のモータ１４が駆動していない（ＡＣ電流を使用していない）ときで、且つ電池パック温度が高温でなく（温度閾値を超えていない）、電池パック電圧が満充電でない場合、(2)運転モードが静音モードなど、ＡＣ負荷電流１５Ａ以下の制御で空気タンク内圧力を昇圧させているような駆動条件において、余力の電流で電池パックを充電可能で、電池パック電圧が満充電でない場合が挙げられる。なお、充電条件が成立していれば空気圧縮機１の電源オンと同時に充電を開始してもよい。

ステップＳ１がＹｅｓであれば、ステップＳ２で電池パック５－Ａ，５－Ｂの出力電圧をモニタする。ステップＳ１がＮｏであれば、ステップＳ３で主制御部４０及び副制御部８０により通常制御を行う。つまり、モータ１４の目標回転数設定値Ｒ１として主制御部４０及び副制御部８０は制御を行う。主制御部４０はモータ１４を目標回転数設定値Ｒ１となるように定回転速度制御しながら空気タンク内圧力を所定の最大圧力に向けて上昇させる。その後、ステップＳ４でアシスト要求有りか否かを判断する。

充電条件成立の場合、ステップＳ２で電池パック５－Ａ，５－Ｂの出力電圧をモニタすることにより、ステップＳ５で全電池パック電圧が第１閾値電圧Ｖ２以上か否かを判断する。電池パック電圧が第２閾値電圧Ｖ２未満の電池パックがある場合、ステップＳ５はＮｏとなり、ステップＳ８で最も低い電圧で温度が低い（温度閾値を超えていない）電池パックを充電し、ステップＳ１に戻る。つまり、全電池パック電圧が第２閾値電圧Ｖ２に到達するまで、ステップＳ８で電池パック５－Ａ，５Ｂの充電が行われる。

全電池パック電圧が第２閾値電圧Ｖ２となるとステップＳ５がＹｅｓになり、ステップＳ６で「アシスト可」フラグを立ててステップＳ４でアシスト要求の有無を判断しつつ、ステップＳ７で電池パック相互間の所定電位差値０.５Ｖ以内を保持しながら交互に充電を行ってステップＳ１に戻る。全ての電池パックが満充電となった場合には充電条件不成立としてステップＳ１はＮｏとなりステップＳ３の通常制御に移行する。電池パック５－Ａ，５－Ｂの電位差が所定電位差値０．５Ｖ以内になるように交互に充電していくことで、仮に満充電前にアシスト要求があった場合に、電池パック５－Ａ，５－Ｂ同士を並列接続してアシスト電源部５０に接続しても、電池パック同士の逆流電流を充電電流程度に抑えることが出来るため、逆流防止用ダイオード４７Ａ，４７Ｂを削除することができる。

ステップＳ３の通常制御で空気圧縮機１を運転中において、ステップＳ４でアシスト要求有りか否かを判断する。ここで、アシスト要求とは、ＡＣ負荷電流が１５Ａ近くに達して尚空気タンク内圧力が規定値に達しない場合で、アシストボタン１９５が押されている場合に、主制御部４０から副制御部８０にアシスト要求信号が送信されることを指す。ステップＳ４がＮｏ、すなわちアシスト要求が無い場合、ステップＳ１に戻る。

「アシスト要求有り」でステップＳ４がＹｅｓの場合、ステップＳ９でアシスト制御を開始する。すなわち、全ての電池パック５－Ａ，５－Ｂの出力電力をアシスト電源部５０に供給し、モータ１４の目標回転数設定値Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）として空気圧縮機１のアシスト制御（第１アシスト制御）が開始される。

その後、ステップＳ１０で電池パック５の温度が正常であるか否かを判断する。この判断は、電池パック５－１，５－２にそれぞれ設けられたサーミスタＴｈ１，Ｔｈ２の温度監視信号を副制御部８０でモニタすることで行われる。いずれかの電池パック温度が閾値を超えて異常を示していれば、ステップＳ１０の判断はＮｏとなり、ステップＳ１１でアシスト制御停止（副制御部８０によりリレー８７Ｃ，８７Ｄをオフ、アシスト電源部５０の動作停止）とし、ステップＳ１に戻る。

全電池パック温度正常でステップＳ１０がＹｅｓの場合、ステップＳ１２で電池パック電圧を副制御部８０でモニタする。そして、ステップＳ１３で全電池パック電圧が第１閾値電圧である所定電圧値Ｖ１以上か否かを判断する。全電池パック電圧が電圧Ｖ１以上でステップＳ１２がＹｅｓとなり、ステップＳ４に戻る。

いずれかの電池パック電圧が所定電圧値Ｖ１を下回るときはステップＳ１３の判断はＮｏとなり、ステップＳ１１でアシスト制御停止とし、ステップＳ１に戻る。なお、アシスト中に電池パック電圧が所定電位差値０.５Ｖ以上開いた場合でも、片方の電池パック電圧が電圧Ｖ１を下回るまではアシストを継続する。

ステップＳ１０，Ｓ１３で述べたように、両方の電池パック５－Ａ，５－Ｂを用いてアシスト制御を開始した後は、どちらか一方の電池パック温度が高温になるか所定電圧値Ｖ１を下回るまでアシストを継続する。一方の電池パックのみを停止した（切り離した）場合、目標回転数や電流制限の切替えまでの間、もう一方の電池パックに消費電流が上乗せされてしまい、急激な電池パック電圧低下や温度上昇が発生してしまう懸念がある。

図７のフローチャートの例では両方の電池パック５－Ａ，５Ｂ共に第２閾値電圧Ｖ２以上ならないとアシスト可フラグを立てないようになっているが、アシストのモード設定にも因るが、一方の電池パックが第２閾値電圧であるＶ２以上、もう一方がＶ２未満の時にアシスト要求があった場合に、電圧Ｖ２以上の電池パック１つだけでアシストを実施してもよい。つまり、電圧の高い方の電池パックを選択し、その電力をアシスト電源部５０に供給してアシストを行う（第２アシスト制御）。この場合、アシストにより電力供給側の電池パック電圧が低下して、もう一方の電池パック電圧と同電位まで低下したとしても、１つの電池パックだけでのアシストが一度停止するまでは２つの電池パック５－Ａ，５Ｂの両方を用いたアシストは行わない。

また、充電回路７０は、電池パック５－Ａ，５－Ｂの双方の出力電圧が所定電圧値（例えばＶ１又はＶ２）未満の場合、電池パック５－Ａ，５－Ｂのうち出力電圧の高い一方を先に充電して出力電圧を前記所定電圧値に到達させる調整制御を行うことも可能である。この場合には一方の電池パックを用いた第２アシストを実行可能な状態に速く到達又は復帰させることができる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 電池パック５－Ａ及び電池パック５－Ｂに接続され、電池パック５－Ａ及び電池パック５－Ｂの出力電圧値を調整してモータ１４に電力を供給する電池側電源部と、電池側電源部と電気的に並列に接続されるとともに、外部の交流電源３９に接続されてモータ１４に電力を供給する交流側電源部と、電池パック５－Ａの出力電圧と電池パック５－Ｂの出力電圧の相対関係を調整する調整制御を行う制御部４０，８０と、を備えているから、電池パック５－Ａ，５－Ｂの温度上昇を抑制しながら効率よく、出力を増加させることが可能である。

(2) 制御部４０，８０は、交流電源３９からモータ３９への電力供給に加えて電池パック５－Ａ及び電池パック５－Ｂの一方又は両方からモータ１４に電力供給するアシスト制御を実行可能である。このとき、電池パック５－Ａ，５－Ｂの電位差が所定電位差値０.５Ｖ以内になるように交互に切り替えながら充電していくことで、アシスト時に電池パック５－Ａ，５－Ｂを並列接続したときに電池パック同士の逆流電流を充電電流程度に抑えることが出来る。このため、逆流防止用ダイオードを削除しても、電池パック５－Ａ，５－Ｂを並列接続してアシスト電源部５０に接続することができる。この結果、逆流防止用ダイオードの発熱や電池パック５－Ａ，５－Ｂの発熱を防止でき、また逆流防止用ダイオードの抵抗分に起因する出力電圧低下や電力損失を解消できる。

(3) 制御部４０，８０によって制御され、電池パック５－Ａの放電経路を遮断可能な第１の遮断回路としてのリレー８７Ａと、電池パック５－Ｂの放電経路を遮断可能な第２の遮断回路としてのリレー８７Ｂと、を備え、アシスト制御は、電池パック５－Ａ，５－Ｂの双方から放電させる第１アシスト制御と、前記第１電池パック及び前記第２電池パックのうち出力電圧の高い一方から放電させ、他方からは放電させない第２アシスト制御と、を含む。また、制御部４０，８０は、電池パック５－Ａ，５－Ｂの電位差が所定電位差値以内のときは前記第１アシスト制御を行い、電池パック５－Ａ，５－Ｂの電位差が前記所定電位差値を超えているときは前記第２アシスト制御を行うことが可能である。これにより、電池パック５－Ａ，５－Ｂの充電状況に応じてアシスト制御を選択可能である。

(4) 制御部４０，８０は、電池パック５－Ａ，５－Ｂの少なくとも一方の出力電圧が所定電圧値以上であることを、前記アシスト制御の開始に必要な条件としており、電池パック５－Ａ，５Ｂの過放電や温度上昇を未然に防止できる。

(5) 電池パック５－Ａ，５－Ｂのうち出力電圧の低い一方の充電を優先する調整制御（充電制御）を行う場合、電池パック５－Ａ，５－Ｂの出力電圧の電位差を速く所定電位差値以内に揃えることができる。

(6) 充電回路７０は、電池パック５－Ａ，５－Ｂの双方の出力電圧が所定電圧値未満の場合、電池パック５－Ａ，５－Ｂのうち出力電圧の高い一方を先に充電して出力電圧を前記所定電圧値に到達させる調整制御を行うことも可能である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

本発明は、３個以上の電池パックを接続した空気圧縮機に対しても適用若しくは利用可能である。

上記実施の形態では電池パックの出力電圧を直接検出しているが、電池パックが残容量検出回路を内蔵している場合には、残容量検出回路の検出信号を空気圧縮機の検出回路に送信している。この場合には、残容量の低下時には電池パックの出力電圧が低下するため、検出回路が電池パックからの残容量検出信号を受け取ることで、電池パックの出力電圧の低下を間接的に検出することが可能である。

１ 空気圧縮機、５，５－Ａ，５－Ｂ 電池パック、１０ 本体カバー、
１２ａ，１２ｂ 空気タンク、１３ 圧縮部、１４ モータ、１９ 操作パネル部、
２０ 収納ケース部、３１ 整流部、３２ 主昇圧電源部、３３ インバータ部、
３７ ＡＣ負荷電流検出部、３８ 昇圧電圧検出部、４０ 主制御部、
４５ 電池パック用装着部、４６Ａ，４６Ｂ 電池電圧検出部、５０ アシスト電源部、５７ アシスト電流制御部、６０ アシスト電圧検出部、７０ 充電部、
８０ 副制御部、８７Ａ～８７Ｄ リレー、９０，１１０ 回路電源部、
１００ 通信回路、２００ 本体回路部、３００ 補助回路部

Claims (9)

1. モータと、
   第１電池パック及び第２電池パックに接続され、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの出力電圧値を調整して前記モータに電力を供給する電池側電源部と、
   前記電池側電源部と電気的に並列に接続されるとともに、外部の交流電源に接続されて前記モータに電力を供給する交流側電源部と、
   前記第１電池パックの出力電圧と前記第２電池パックの出力電圧の相対関係を調整調整制御を行う制御部と、
   を備えた作業機。
2. 前記制御部は、前記交流電源から前記モータへの電力供給に加えて前記第１電池パック及び前記第２電池パックの一方又は両方から前記モータに電力供給するアシスト制御を実行可能である、請求項１に記載の作業機。
3. 前記制御部によって制御され、前記第１電池パックの放電経路を遮断可能な第１の遮断回路と、
   前記制御部によって制御され、前記第２電池パックの放電経路を遮断可能な第２の遮断回路と、を備え、
   前記アシスト制御は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの双方から放電させる第１アシスト制御と、前記第１電池パック及び前記第２電池パックのうち出力電圧の高い一方から放電させ、他方からは放電させない第２アシスト制御と、を含み、
   前記調整制御は、前記第２アシスト制御を含む、請求項２に記載の作業機。
4. 前記制御部は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの電位差が所定電位差値以内のときは前記第１アシスト制御を行い、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの電位差が前記所定電位差値を超えているときは前記第２アシスト制御を行う、請求項３に記載の作業機。
5. 前記制御部は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの少なくとも一方の出力電圧が所定電圧値以上であることを、前記アシスト制御の開始に必要な条件とする、請求項２乃至４の何れか一項に記載の作業機。
6. 前記制御部によって制御される充電回路を備え、
   前記調整制御は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックのうち出力電圧の低い一方の充電を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の作業機。
7. 前記充電回路は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの双方の出力電圧が前記所定電圧値以上、かつ前記第１電池パック及び前記第２電池パックの電位差が所定電位差値以内の場合に、前記第１電池パック及び前記第２電池パックを、電位差が前記所定電位差値を超えないように切り替えながら充電することができる、請求項５又は６に記載の作業機。
8. 前記充電回路は、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの双方の出力電圧が前記所定電圧値未満の場合、前記第１電池パック及び前記第２電池パックのうち出力電圧の高い一方を先に充電して出力電圧を前記所定電圧値に到達させる、請求項５乃至７の何れか一項に記載の作業機。
9. モータと、
   第１電池パック及び第２電池パックに接続され、前記第１電池パック及び前記第２電池パックの出力電圧値を調整して前記モータに出力する電池側電源部と、
   前記第１電池パックの出力電圧と前記第２電池パックの出力電圧の相対関係を調整する調整制御を行う制御部と、
   外部の交流電源に接続される充電回路と、を備え、
   前記調整制御は、前記充電回路による前記第１電池パック又は前記第２電池パックの充電である、作業機。

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