JP4078603B2 - 充電機能付き直流電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、着脱可能な電池パックを電源とするコードレス電動工具(以下単に電動工具という)に着脱可能なアダプタを備えたケーブルを介して直流電圧を供給すると共に電池パックを充電する充電機能付き直流電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電動工具は電源ケーブルによる作業上の制約は無く、どのような場所においても作業できるというメリットを有しているが、電池パックの容量が低下すると電池パックを充電するか別の充電済み電池パックと交換しなければならないという問題があった。そこで、作業場所と交流電源設置場所が近く作業中の移動が少ない場合には交流を直流に変換する直流電源を用い、作業場所と交流電源設置場所が遠く作業中の移動が多い場合には電池パックを用い、作業状況に合わせて電動工具の電源として電池パックと直流電源を併用していた。
【0003】
しかし、作業場所に充電器と直流電源を持ち込まなければ効率のよい作業ができないという問題がある。これらの問題を解決するため、電動工具の動作を検出し、コードレス工具の動作時は充電をしないで直流電源を供給し、電動工具の動作が停止している時は電池パックを充電する充電機能付き直流電源装置を特許文献1により提案した。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−184614号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に示されているような充電機能付き直流電源装置においては、電源装置内の電子部品の発熱が大きいことから、冷却ファンを設ける必要がある。電池パックの充電や電動工具の使用・不使用に拘らず、冷却ファンを常に作動させてしまうと、例えば、電池パックを充電していない場合や電動工具を使用していない場合には、電子部品は発熱しないので余計な騒音及び電力消費の原因となる。
【0006】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、冷却ファンによる騒音及び電力消費を低減することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的は電動工具使用時には電動工具に流れる負荷電流を検出し、充電時には充電電流を検出する出力電流検出手段を設け、出力電流検出手段が出力電流を検出しない時間が連続して所定時間経過した場合に前記冷却ファンを停止させることにより達成される。
【0008】
また前記電子部品の温度を検出する電子部品温度検出手段を設け、前記電子部品温度検出手段が検出した電子部品温度が所定値以下で前記出力電流検出手段が出力電流を検出しない時間が連続して所定時間経過した場合に前記冷却ファンを停止させることにより達成することも可能である。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を示した図面を参照して説明する。図1は本発明充電機能付き直流電源装置の一実施形態を示す斜視図である。
【0010】
1はACコード組、2は充電機能付き直流電源装置本体(以下単に電源装置本体という)、3はアダプタ組であり一端に電動工具4に接続するアダプタプラグ、他端に電源装置本体2に接続する出力ケーブルとを有する。アダプタプラグは、上部が電池パック5の挿入部と同じ形状をしており、電池パック5と同様に電動工具4に着脱可能となっている。
【0011】
図2は充電機能付き直流電源装置の一実施形態を示すブロック図である。ACコード組1はAC100Vの商用交流電源に接続される。アダプタ組3は複数の電動工具4に対し、各々の定格電圧に対応する電圧を出力させるための出力電圧設定手段3aを備えている。電動工具4はDCモータ4a及び直列に接続された電源スイッチ4bを内蔵し、電源スイッチ4bがオンされた時、アダプタ組3を介して、電源装置本体2から電源が供給される。電動工具4に装着可能な電池パック5は、充電可能な蓄電池5a及び蓄電池5aの近傍または接触されて取り付けられる温度素子5b(例えばサーミスタ等)から構成される。
【0012】
10は種々の駆動電圧の電動工具4に対応する所定の駆動電圧及び電池電圧が異なる種々の電池パック5を充電可能な如く所定の充電電流を出力可能なスイッチング電源で、第一整流平滑回路11、高周波トランス12、第二整流平滑回路13、スイッチング素子14、スイッチング制御回路15から構成され、スイッチング制御回路15はスイッチング素子14の駆動パルス幅を変えて第二整流平滑回路13の出力電圧及び出力電流を調整する。
【0013】
電源出力制御手段20は、電源スイッチ4bのオン時に電動工具4の駆動電圧を制御し、電源スイッチ4bのオフ時で電池パック5が充電可能な場合に充電電流を制御する電圧・電流制御回路21、駆動電圧及び充電電流の値を設定する電圧・電流設定回路22から構成される。電動工具4が駆動している時は、電圧検出回路42の信号に基づきスイッチング制御回路15に帰還をかけスイッチング素子14のスイッチングデューティを制御し、同時に出力電流検出回路41からの信号に基づきアダプタ組3のケーブルにおける電圧降下分を補正する機能を有する。また電源スイッチ4bのオフ時で電池パック5が充電可能な場合は、出力電流検出回路41からの信号に基づきスイッチング制御回路15に帰還をかけ、スイッチング素子14のスイッチングデューティを制御し、電池パック5への充電電流を電池状態検出手段50の出力に基づいて制御する。
【0014】
電源出力切り換え手段30は、電源スイッチ4bのオン時に電源出力を電動工具4に供給可能にする電源出力スイッチ回路31、電動工具4の未使用時に電池パック5への充電を可能にする充電出力スイッチ回路32から構成される。充電出力スイッチ回路32は、例えば特開2002−315223で提案した如く、リレー回路から構成される。
【0015】
電源出力検出手段40は、電源スイッチ4bのオン時に電動工具4に供給される電流または電源スイッチ4bのオフ時に電池パック5に供給される充電電流を検出する出力電流検出回路41、第二整流平滑回路13の出力電圧を検出する電圧検出回路42、電源スイッチ4bがオンされたことを検出し、その瞬間に充電不許可信号及び電動工具4への電源供給を許可する信号を出力するトリガ検出回路43、アダプタ組3の出力電圧設定手段3aの設定電圧を検出する出力電圧設定検出回路44等から構成される。
【0016】
電池状態検出手段50は、蓄電池5aの電池電圧を検出する電池電圧検出回路51、電池パック5内の温度素子5bの特性に応じて電池温度を検出する電池温度検出回路52から構成される。
【0017】
本発明制御手段を構成するマイコン60は、電源出力検出手段40の出力及び電池状態検出手段50の出力に基づいて、電動工具4の駆動電圧の設定、電動工具4未使用時における電池パック5の充電電流の設定を行うと共に、電動工具4の未使用すなわち電源スイッチ4bのオフ及び電池状態検出手段50の出力に基づき充電可能か否かを判別し、電池パック5が充電可能な時はトリガ検出回路43を介して充電出力スイッチ回路32に充電許可信号を出力する等の機能を有する。
【0018】
例えばLED等から構成される表示回路70は、マイコン60の出力に基づいて、電動工具4が使用中、電動工具4が使用可能か否かの表示、または電池パック5が充電中であること等を表示する。補助電源回路80は、マイコン60等の電源及び電源出力制御手段20、電源出力検出手段40及び電池状態検出手段50等の基準電圧Vccを供給する。
【0019】
電子部品温度検出手段90は、電源装置本体2内の部品温度を監視する温度素子91の特性に応じて電子部品温度を検出する電子部品温度検出回路92で構成される。
【0020】
冷却ファン制御手段100は、冷却ファン101をマイコン60からの信号に応じて作動・停止させる冷却ファン制御回路102で構成される。
【0021】
次に図2のブロック図、図3のフローチャートを参照して本発明電源装置本体2の動作を説明する。ACコード組1をAC100Vの商用交流電源に接続すると、補助電源回路80が起動し、マイコン60及び電源出力制御手段20等に基準電圧Vccを供給する。そしてマイコン60は記憶手段であるRAM内の充電完了フラグ、充電中フラグ及び電池パック5が電源装置本体2の電池パック挿入口に挿入されたことを示す電池パックフラグ及び出力電流零カウンタをリセットすると共に電源出力切り換え手段30の充電出力スイッチ回路32をオフさせる信号を出力してイニシャルセットを行う(ステップ301)。続いて、マイコン60はスイッチング電源10のスイッチング制御回路15にスイッチング電源10を起動する信号を出力し(ステップ302)、電動工具4の電源スイッチ4bがオンした時は、電源出力検出手段40のトリガ検出回路43が電源出力切り換え手段30における電源出力スイッチ回路31をオンさせ、電動工具4の定格電圧に対応する所定の駆動電圧を供給する。
【0022】
次に、電源装置本体2内の電子部品を監視する温度素子91の特性に応じて電子部品温度を検出する電子部品温度検出回路92からマイコン60に入力される温度データに基づく電子部品温度が、所定温度以下であるか否かを判別する(ステップ303)。所定値以下でない場合は冷却ファン101を作動させ(ステップ304)、ステップ307にジャンプする。所定値以下の場合は、出力電流零の状態が所定時間S経過したか否かを判別する(ステップ305)。所定時間S経過していない場合は、ステップ307にジャンプする。所定時間S経過している場合は、冷却ファン101を停止する(ステップ306)。
【0023】
次いでマイコン60は、電池状態検出手段50の電池電圧検出回路51及び電池温度検出回路52の出力に基づいて、電池パック5が電源装置本体2に挿入されているか否かを判別し(ステップ307)、電池パック5が挿入されていると判別した時は電池パックフラグをセットし(ステップ308)、挿入されていない時は、RAM内の充電完了フラグ、充電中フラグ、電池パックフラグ及び出力電流零カウンタをリセットする(ステップ309)。続いて、電源スイッチ4bがオフされたかを判別するため、出力電流検出回路41の出力に基づいて、出力電流が零か否かを判別する(ステップ310)。
【0024】
出力電流が零の場合、電池パック5が電源装置本体2に挿入されているか否かを判別し(ステップ311)、電池パック5が電源装置本体2に挿入されてない場合は、冷却ファン101が作動中であるか否かを判別する(ステップ338)。ステップ338において、冷却ファン101が作動していない場合は、再度ステップ303に戻る。
【0025】
ステップ338において、冷却ファン101が作動している場合は、出力電流零カウンタがカウントしているか否かを判別する(ステップ339)。ステップ339において出力電流零カウンタがカウントしている場合は、再度ステップ303に戻る。ステップ339において、出力電流零カウンタがカウントしていない場合は、出力電流零カウンタをスタートさせ(ステップ340)、再度ステップ303に戻る。
【0026】
ステップ311において電池パック5が挿入されている時は、電池パック5が充電完了しているか否かを判別し(ステップ312)、充電完了の時はステップ338からステップ340の処理を行い、ステップ303に戻る。ステップ312において電池パック5が充電完了状態でない場合は、電池パック5が充電中であるか否かを判別し(ステップ313)、充電中でない場合は、電池パック5が充電すべきでない電池高温であるか否かの判別を、電池温度検出回路52の出力に基づいて行い(ステップ314)、電池パック5が高温の時は、ステップ338からステップ340の処理を行い、ステップ303に戻る。ステップ314において電池パック5が高温でない時は、引き続きトリガ検出回路43の出力に基づいて、常に電源スイッチ4bがオンされたか否かを監視し(ステップ315)、ステップ315において電源スイッチ4bがオンされていない場合は、まず、マイコン60より冷却ファン101を作動させる信号を出力し、冷却制御回路102を介して冷却ファン101を作動させ(ステップ316)、所定の充電電流に制御すべく、電圧・電流設定回路22に信号を出力し(ステップ317)、次いで、トリガ検出回路43及び充電出力スイッチ回路32に充電許可信号を出力し(ステップ318)、トリガ検出回路43を介して電源出力スイッチ回路31をオフさせると同時に充電出力スイッチ回路32をオンさせて充電を開始し、充電中フラグをセットし(ステップ319)、ステップ303に戻る。
【0027】
ステップ310において出力電流が零でない場合は、マイコン60より冷却ファン101を作動させる信号を出力し、冷却制御回路102を介して冷却ファン101を作動させ(ステップ320)、出力電流零カウンタをクリアし(ステップ321)、引き続きトリガ検出回路43の出力に基づいて、電源スイッチ4bがオンされたか否かを監視する(ステップ322)。ステップ322において電源スイッチ4bがオンされている場合は、充電中フラグがあるか否かを判別し(ステップ323)、充電中フラグがある場合は、ステップ315にジャンプする。充電中フラグがない場合はステップ311に戻る。
【0028】
ステップ322において、電源スイッチ4bがオンされていない場合は、電池パック5の電池電圧検出による満充電判別を行う(ステップ324)。満充電判別は電池電圧を電池電圧検出回路51を介してマイコン60に入力することにより行われる。電池電圧検出による満充電判別としては、周知の如く、ピーク値検出、−ΔV検出等がある。
【0029】
電池パック5が満充電の場合は、充電中フラグをリセットし(ステップ335)、充電完了フラグをセットし(ステップ336)、充電出力スイッチ回路32をオフして(ステップ337)再びステップ303に戻る。
【0030】
ステップ324において、満充電でない場合は、電池パック5が充電すべきでない高温であるか否かの判別を、電池温度検出回路52の出力に基づいて行い(ステップ325)、電池パック5が高温の時は、上記と同様に再度ステップ335以降の処理を行う。電池パック5が高温でない場合は、引き続き電池パック5に内蔵されている温度素子5bの特性から電池温度検出回路52の出力に基づいて所定サンプリング幅の電池温度勾配を演算し、その温度勾配が所定値K以上の場合は満充電と判別する周知のdT/dt検出による満充電判別を行う(ステップ326)。ステップ326において電池パック5の温度勾配が所定値K以下の場合は、ステップ303に戻る。所定値K以上の温度勾配を検出した場合は、電池パック5は満充電と判別し、上記と同様に再度ステップ335以降の処理を行う。
【0031】
ステップ313において、電池パック5が充電中の場合、すなわちここでは、充電中に電源スイッチ4bが一度オンされ、その後電源スイッチ4bがオフされた時、出力電流零カウンタがカウントしているか否かを判別する(ステップ327)。出力電流零カウンタがカウントしている場合は、ステップ331にジャンプする。ステップ327において、出力電流零カウンタがカウントしていない場合は、出力電流零カウンタをスタートし(ステップ328)、次いで出力電流零の状態が連続してすなわち電動工具4の連続未使用時間が所定時間T(S>T)経過したか否かを判別、すなわち連続で電源スイッチ4bがオフされているか否かを判別し(ステップ329)、所定時間経過した時は、電池パック5の充電を再開すべく、ステップ315にスキップする。なおこの所定時間は、例えば満充電判別のための電池電圧や電池温度のサンプリング時間または電動工具4の実際の使用形態を考慮して設定するのが望ましく、一例を挙げれば1分である。
【0032】
ステップ329において、出力電流零の状態が連続で所定時間経過していない場合は、引き続きトリガ検出回路43及び充電出力スイッチ回路32に充電不許可信号を出力し(ステップ331)、次いで電池パック5が電源装置本体2に挿入されているか否かを判別し(ステップ332)、電池パック5が電源装置本体2に挿入されていない場合はステップ338にジャンプする。電池パック5が挿入されている時は、充電中に電源スイッチ4bが一度オンされ、充電を行っていない状態でも連続的に満充電判別をすべく、電池パック5が充電すべきでない電池高温であるか否かの判別を、電池温度検出回路52の出力に基づいて行い(ステップ333)、電池パック5が高温の時は、上記と同様に再度ステップ335以降の処理を行う。電池パック5が高温でない場合は、引き続き電池パック5に内蔵されている温度素子5bの特性から電池温度検出回路52の出力に基づいて所定サンプリング幅の電池温度勾配を演算し、その温度勾配が所定値K1(K1≦K)以上の場合は満充電と判別するdT/dt検出による満充電判別を行う(ステップ334)。ステップ334において電池パック5の温度勾配が所定値K1以下の場合は、ステップ303に戻る。所定値K1以上の温度勾配を検出した場合は、電池パック5は満充電と判別し、上記と同様に再度ステップ335以降の処理を行う。
【0033】
ここでdT/dt検出の判別閾値K、K1を充電中と充電停止時とで異なるとしたが、これに限るものではなく同じ値に設定してもよい。最も重要なことは、dT/dt検出における温度勾配の演算を充電中及び充電停止中に関係なく、連続的に行うことであり、これにより、電池パック5が満充電直前の状態で電動工具が動作しても、充電電流の有無に関係なく電池温度検出による満充電判別を行うので、確実な満充電検出が可能となる。
【0034】
これは満充電直前で電池パック5への充電電流の供給が停止しても、例えば電池パック5がニカド電池やニッケル水素電池のように満充電間際から酸素ガスを発生し、その吸収反応で発熱するような電池では、充電停止後でも少なからず温度上昇するためであり、それゆえ、連続的な温度検出による満充電判別は有効である。
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電動工具使用後、所定時間経過した後、又は電源装置本体内の電子部品温度が所定値以下に達した時点で冷却ファンを停止させることにより、冷却ファンによる騒音及び電力消費を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明充電機能付き直流電源装置の一実施形態を示す斜視図。
【図2】本発明直流電源装置の一実施形態を示すブロック図。
【図3】本発明直流電源装置の動作説明用フローチャート。
【符号の説明】
2は電源装置本体、3はアダプタ組、4は電動工具、5は電池パック、10はスイッチング電源、20は電源出力制御手段、30は電源出力切り換え手段、40は電源出力検出手段、43はトリガ検出回路、50は電池状態検出回路、52は電池温度検出手段、60はマイコン、90は冷却ファン制御手段である。
Claims (2)
- 着脱可能な電池パックを電源とするコードレス工具に着脱可能なアダプタを備えたケーブルを介して直流電圧を供給すると共にコードレス工具未使用時に電池パックを充電する充電機能付き直流電源装置であって、
前記直流電源装置を構成する電子部品を冷却する冷却ファンと、冷却ファンの作動及び停止を制御する制御手段と、工具使用時には工具に流れる負荷電流を検出し、充電時には充電電流を検出する出力電流検出手段とを備え、出力電流検出手段が出力電流を検出しない時間が連続して所定時間経過した場合に前記冷却ファンを停止させることを特徴とする充電機能付き直流電源装置。 - 着脱可能な電池パックを電源とするコードレス工具に着脱可能なアダプタを備えたケーブルを介して直流電圧を供給すると共にコードレス工具未使用時に電池パックを充電する充電機能付き直流電源装置であって、
前記直流電源装置を構成する電子部品を冷却する冷却ファンと、電子部品の温度を検出する電子部品温度検出手段と、前記冷却ファンの作動及び停止を制御する制御手段と、工具使用時には工具に流れる負荷電流を検出し、充電時には充電電流を検出する出力電流検出手段とを備え、前記電子部品温度検出手段の検出した電子部品温度が所定値以下で前記出力電流検出手段が出力電流を検出しない時間が連続して所定時間経過した場合に前記冷却ファンを停止させることを特徴とする充電機能付き直流電源装置。
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