JP7347128B2 - 直流電源装置及び電動工具システム - Google Patents

Description

本発明は、交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換して電動工具に供給する直流電源装置、並びに直流電源装置及び電動工具を備える電動工具システムに関する。

下記特許文献１に示されるような直流電源装置は、商用電源等から入力される１００Ｖの交流電圧を１００Ｖよりも低い所望の電圧値の直流電圧に変換して出力するコンバータユニットと、コードレス電動工具のバッテリパック接続部に接続可能なアダプタと、コンバータユニット及びアダプタを互いに接続するケーブルと、を備える。

特開２００５－２７８３７５号公報

作業環境によっては、一口のコンセントを電源タップで複数口に分配し、直流電源装置やコンプレッサ、電動工具で一口のコンセントを共用することがある。コンプレッサや電動工具の使用で負荷が大きくなると、直流電源装置の入力電圧が低下する。その後、負荷が小さくなると直流電源装置の入力電圧は元に戻る。直流電源装置は、入力電圧が変動しても、出力電圧を一定に維持する。しかし、低下した入力電圧に対して出力電圧を一定に維持しているときに、入力電圧が急激に上昇して元に戻ると、出力電圧に一時的な上昇、すなわちオーバーシュートが発生することがある。オーバーシュートの大きさ次第では、直流電源装置の出力先の電動工具の素子、例えばインバータやコントローラの耐圧を超え、故障の要因となる。

本発明の目的は、入力電圧が変動しても出力電圧を適切に制御可能な直流電源装置及びそれを備える電動工具システムを提供することである。

本発明のある態様は、直流電源装置である。この直流電源装置は、
外部の交流電源に接続され、入力される交流を直流に変換して出力する第１変換ユニットと、
前記第１変換ユニット及び外部の電動工具に接続され、前記第１変換ユニットから入力される直流を変圧して前記電動工具に出力する第２変換ユニットと、を有し、
前記第２変換ユニットは、自身への入力電圧が所定値以下に低下すると、その後の自身の出力電圧を低下させる制御を行う。

前記第２変換ユニットは、出力電圧値が目標となる第２目標値と一致するように変圧量を変更する第２調整部を有し、
前記第２変換ユニットは、出力電圧を低下させる制御として、前記第２目標値を低下させてもよい。

前記第１変換ユニットは、出力電圧値が目標となる第１目標値と一致するように変圧量を変更する第１調整部を有し、
前記第１調整部が変圧量を変更する速さは、前記第２調整部が変圧量を変更する速さよりも速くてもよい。

前記第２変換ユニットは、前記入力電圧が前記所定値以下に低下したことにより自身の出力電圧を低下させる制御を開始して当該制御を所定時間継続してから、自身の出力電圧を元に戻す制御を行ってもよい。

前記第２変換ユニットは、前記入力電圧が前記所定値以下に低下すると、自身の出力電圧を、前記電動工具が駆動を停止する閾値電圧よりも低い値まで低下させる制御を行ってもよい。

前記第１変換ユニットが力率改善回路を含んでもよい。

前記第１変換ユニットは、前記第１変換ユニットへの入力電圧を昇圧して出力し、
前記第２変換ユニットは、前記第１変換ユニットへの入力電圧を降圧して出力してもよい。

前記第２変換ユニットは、着脱可能に接続したバッテリパックの電力で駆動する外部の電動工具のバッテリパック接続部に、バッテリパックに替えて接続可能であってもよい。

本発明の別の態様は、電動工具システムである。この電動工具システムは、
直流電源装置から電力を供給可能に構成され、トリガが操作された状態で駆動可能であり、前記直流電源装置の出力電圧が停止閾値以下に低下するとトリガが操作された状態であっても駆動を停止する電動工具と、
自身への入力電圧が所定値以下に低下すると、その後の出力電圧を前記停止閾値以下に低下させる制御を行う直流電源装置と、を備え、
前記電動工具は、前記トリガが操作された状態において前記直流電源装置の出力電圧が前記停止閾値以下に低下したことにより駆動を停止した後、前記トリガが操作された状態が継続されている間は、前記直流電源装置が前記制御を解除することで出力電圧が前記停止閾値を超えて上昇しても駆動を停止し続け、前記トリガの操作が解除されて再操作されると駆動を開始する。

前記直流電源装置は、前記入力電圧が所定値以下に低下すると、前記出力電圧の目標値を前記停止閾値以下に低下させてもよい。

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、入力電圧が変動しても出力電圧を適切に制御可能な直流電源装置及びそれを備える電動工具システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る直流電源装置１及びその第２変換ユニット３０を接続した電動工具７０の側面図。 バッテリパック８０を装着した電動工具７０の側面図。 直流電源装置１の、第１変換ユニット１０及び第２変換ユニット３０の上ケースをそれぞれ展開した状態の平面図。 第１変換ユニット１０の内部構成を示す平面図。 第２変換ユニット３０の内部構成を示す平面図。 直流電源装置１及び電動工具７０を互いに接続した電動工具システムの回路ブロック図。 図６の出力電圧検出回路３４、フィードバック回路４２、及びソフトスタート制御回路４３の具体構成例を示す回路図。 図６の電動工具システムの動作を示すフローチャート。 比較例の電動工具システムの動作を示すタイムチャート。 図６の電動工具システムの動作を示すタイムチャート。

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。

本実施の形態は、直流電源装置１、並びに直流電源装置１に電動工具７０を接続した電動工具システムに関する。図３により、直流電源装置１における前後方向を定義する。直流電源装置１は、第１変換ユニット１０と、第２変換ユニット３０と、ケーブル５と、を備える。第１変換ユニット１０は、電源コード１１により外部の交流電源に接続される。第２変換ユニット３０は、電動工具７０のバッテリパック接続部７５に着脱可能に接続される。電動工具７０のバッテリパック接続部７５には、図２に示すようにバッテリパック８０を着脱可能に接続することもできる。作業者が電動工具７０のトリガスイッチ７１をオンにすることで、直流電源装置１又はバッテリパック８０から電動工具７０に駆動電力が供給される。トリガスイッチ７１について、オンすることは操作することであり、オフすることは操作を解除することである。電動工具７０は、図示の例ではハンマドリルであるが、バッテリパック８０を着脱可能に接続する電動工具であれば種類は限定されない。ケーブル５は、第１変換ユニット１０と、第２変換ユニット３０と、を互いに接続する。ケーブル５は、電源コード１１よりも長いことが望ましい。ケーブル５を十分に長くすることで、電動工具７０による作業時に、第１変換ユニット１０を床面等から浮かせる必要がなく、作業者は第１変換ユニット１０の重さを支える必要がなく、作業性が良好となる。

図３に示すように、第１変換ユニット１０内の後端部には、第１冷却ファン１７が設けられる。第２変換ユニット３０内の後端部には、第２冷却ファン３７が設けられる。第１冷却ファン１７及び第２冷却ファン３７の発生する冷却風の流れを、図３に矢印で示している。第１冷却ファン１７の発生する冷却風は、第１変換ユニット１０のハウジングの前部に設けられた吸気口２６から吸い込まれ、第１変換ユニット１０を構成する各部品を冷却しながら前方に流れ、前記ハウジングの後部に設けられた排気口２７から排気される。第２冷却ファン３７の発生する冷却風は、第２変換ユニット３０のハウジングの両側面の吸気口から吸い込まれ、フィン４１、４２によって前方に導風されながら第２変換ユニット３０内の両側部の各部品を冷却し、前記ハウジングの中央部において前方から後方に、第２変換ユニット３０の幅方向中央部の各部品を冷却しながら流れ、前記ハウジングの後部に設けられた排気口から排気される。

図４に示すように、第１変換ユニット１０には、電解コンデンサＣ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードブリッジ１４、スイッチング素子としてのトライアック１３、インダクタＬ１等の部品が設けられる。図５に示すように、第２変換ユニット３０には、ダイオードＤ２、Ｄ３、フィン４１、４２、電解コンデンサＣ２、Ｃ３、絶縁トランス３１、スイッチング素子３２等の部品が設けられる。

図６は、直流電源装置１及び電動工具７０の回路ブロック図である。第１変換ユニット１０において、外部の交流電源３に接続される２つの端子は、第１入力部である。ケーブル５との接続端子のうち力率改善回路（ＰＦＣ回路）２５の出力端子に接続される２つの端子（＋端子１０ｂと－端子１０ｃ）は、第１出力部である。第１変換ユニット１０は、ラインフィルタ回路１２と、トライアック１３と、整流回路としてのダイオードブリッジ１４と、力率改善回路２５と、を含む。ラインフィルタ回路１２の入力端子は、交流電源３に接続される。交流電源３から入力される交流電圧のピーク値は、例えば８０Ｖ以上２６０Ｖ未満であり、本実施形態では一例として１００Ｖである。電圧検出回路２４は、交流電源３から入力される交流電圧Ｖacの実効値を検出し、演算部２０（第１調整部）に送信する。

ダイオードブリッジ１４の入力端子は、ラインフィルタ回路１２の出力端子に接続される。トライアック１３は、ラインフィルタ回路１２とダイオードブリッジ１４との間の電流経路、すなわち直流電源装置１の入力部（交流電源３に接続される２つの端子）と出力部（電動工具７０との接続端子のうち電解コンデンサＣ３の両端に接続される２つの端子）とを接続して当該入力部と当該出力部との間を流れる電流の経路となる電源経路に設けられる。トライアック１３は、電流を遮断可能な半導体素子の一例である。トライアック１３は、第１変換ユニット１０の出力/遮断を切り換えるために設けられる。ダイオードブリッジ１４は、ラインフィルタ回路１２の出力電流を整流する。力率改善回路２５は、入力電圧、すなわちダイオードブリッジ１４の出力電圧を昇圧する昇圧型である。力率改善回路２５の出力する直流電圧の電圧値、すなわち第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１の電圧値は、例えば２００Ｖ以上５００Ｖ未満であり、本実施形態では一例として３８０Ｖである。第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１は、交流電源３から入力される交流電圧Ｖacのピーク値よりも高い。

本実施形態では出力電圧Ｖ１の目標値（第１目標値）は３８０Ｖとされるが、交流電圧Ｖacの変動により、出力電圧Ｖ１の実測値も変動してしまう。このため、演算部２０は、電圧検出回路２４から送信された交流電圧Ｖacの値を用いて、出力電圧Ｖ１が目標値と一致するように、トライアック１３及びスイッチング素子Ｑ１を制御して、力率改善回路２５の昇圧量を変更する。具体的には、交流電圧Ｖacの値が低下すると昇圧量を増加させ、交流電圧Ｖacの値が増加すると昇圧量を低下させることで、交流電圧Ｖacの値が変動しても、出力電圧Ｖ１の値が３８０Ｖに維持されるようにする。演算部２０の処理速度などの要因により、交流電圧Ｖacの値の変動が発生してから昇圧量が変更されるまでには時間Ｔ１を要する。

第１変換ユニット１０において、検出抵抗Ｒ１は、力率改善回路２５の出力電流（第１変換ユニット１０の出力電流）の経路に設けられる。補助電源１５は、ダイオードブリッジ１４の出力電圧を、演算部２０等の動作電圧（例えばＤＣ５Ｖ）に変換する。補助電源１５は、入力側と出力側が絶縁された絶縁型であるとよい。電流検出回路１６は、検出抵抗Ｒ１の両端の電圧を基に力率改善回路２５の出力電流を検出し、制御回路としての演算部２０にフィードバックする。温度検出回路１９は、サーミスタ等の温度検出素子を含み、第１変換ユニット１０内の温度を検出し、演算部２０にフィードバックする。演算部２０は、第１制御部の例示であり、マイクロコントローラを含む。演算部２０は、温度検出回路１９による温度検出値に応じて第１冷却ファン１７を駆動する。また、演算部２０は、温度検出回路１９による異常温度検出時、電流検出回路１６による異常電流検出時、又はケーブル５の断線が検出された時に、トライアック１３をオフし、第１変換ユニット１０の出力を遮断する。抵抗Ｒ２の一端は、補助電源１５の出力電圧が供給される電源ラインに接続される。抵抗Ｒ２の他端は、演算部２０に接続されると共に、異常検出端子１０ａを介してケーブル５の通電信号送出線５ａに接続される。すなわち、演算部２０は、異常検出端子１０ａを介してケーブル５の通電信号送出線５ａに接続される。リセット端子１８は、ケーブル５の断線時に演算部２０がトライアック１３をオフとした後、ケーブル５の交換が完了した場合に、演算部２０を初期状態に戻すために設けられる。リセット端子１８にリセット操作を行うことで、演算部２０は、初期状態に戻って再びトライアック１３をオンする（非遮断状態とする）。演算部２０は、交流電源３から入力される交流電圧Ｖacの実効値が第１閾値以下、例えば８０Ｖ以下の場合、力率改善回路２５の動作を停止する。

第２変換ユニット３０において、ケーブル５との接続端子のうち絶縁トランス３１の入力側に接続される２つの端子（＋端子３０ｂと－端子３０ｃ）は、第２入力部である。電動工具７０との接続端子のうち電解コンデンサＣ３の両端に接続される２つの端子は、第２出力部である。電解コンデンサＣ２は、第２入力部を構成する２つの端子間に設けられる。絶縁トランス３１、スイッチング素子３２、ダイオードＤ２、Ｄ３、及び電解コンデンサＣ３は、変圧回路を構成する。スイッチング素子３２は、絶縁トランス３１の一次側に設けられる。絶縁トランス３１の二次側に、ダイオードＤ２、Ｄ３が設けられる。絶縁トランス３１の二次側の電圧は、電解コンデンサＣ３により平滑される。絶縁トランス３１の二次側の直流電圧、すなわち第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２は、例えば０Ｖ以上４００Ｖ未満であり、本実施形態では一例として３６Ｖであるが、特に０Ｖ以上７０Ｖ未満の範囲で、接続する電動工具７０の定格電圧に合わせた第１電圧とすることが望ましい。第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２は、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１よりも低い。検出抵抗Ｒ３は、絶縁トランス３１及び電解コンデンサＣ３の出力電流（第２変換ユニット３０の出力電流）の経路に設けられる。電流検出回路３５は、検出抵抗Ｒ３の両端の電圧を基に、絶縁トランス３１及び電解コンデンサＣ３の出力電流を検出する。断線検出回路３９は、ケーブル５の断線を検出するための回路である。入力電圧検出回路４４は、第１変換ユニット１０から第２変換ユニット３０への入力電圧Ｖｄを検出し、演算部４０に送信するための回路である。入力電圧Ｖｄは、ケーブル５に異常がなければ、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１と略一致する。

スイッチング制御回路３３は、フィードバック回路４２（第２調整部）からのフィードバック信号及び演算部４０からの制御信号に応じて、スイッチング素子３２のオンオフを制御する。フィードバック回路４２は、出力電圧検出回路３４からの電圧検出信号に応じたフィードバック信号をスイッチング制御回路３３に送信する。出力電圧検出回路３４は、絶縁トランス３１の両端の電圧及び電流検出回路３５の検出値に応じた電圧検出信号をフィードバック回路４２に送信する。第２変換ユニット３０の入力電圧Ｖ１の値が変動すると、出力電圧Ｖ２の実測値も変動してしまうが、このフィードバック回路４２がフィードバック信号によりスイッチング制御回路３５を制御することで降圧量を変更し、出力電圧Ｖ２の実測値が目標値（第２目標値）と一致させる。尚、フィードバック回路４２の処理速度などの要因により、第２変換ユニット３０の入力電圧Ｖ１の値の変動が発生してから降圧量が変更されるまでには時間Ｔ２が生じる。フィードバック回路４２は、ソフトスタート制御回路４３からソフトスタート制御開始信号を受信すると、出力電圧検出回路３４の検出値によらない所定のフィードバック信号をスイッチング制御回路３３に送信する。所定のフィードバック信号は、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２を通常時よりも低い第２電圧、例えば１０Ｖ程度とするフィードバック信号である。より詳細には、所定のフィートバック信号は、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２の目標値（第２目標値）を、通常時の目標値である３６Ｖから、１０Ｖに低下させる。演算部４０は、第１変換ユニット１０からの入力電圧Ｖｄが第２閾値以下、例えば３００Ｖ以下に低下すると、ソフトスタート制御回路４３をアクティブ化し、ソフトスタート制御回路４３からフィードバック回路４２にソフトスタート制御開始信号を送信させる。演算部４０、出力電圧検出回路３４、フィードバック回路４２、ソフトスタート制御回路４３、及びスイッチング制御回路３３を、合わせて第２変換ユニット３０の制御部としてもよい。

図７に示すように、出力電圧検出回路３４は、誤差増幅器として機能する演算増幅器３４ａを含む。出力電圧検出回路３４は、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２と基準電圧との差に応じた電圧を演算増幅器３４ａの出力端子に発生する回路である。基準電圧は、電流検出回路３５の検出値であり、第２変換ユニット３０の出力電流に比例する電圧である。基準電圧を第２変換ユニット３０の出力電流に比例する電圧としているのは、第２変換ユニット３０の出力電圧と出力電流との関係を、バッテリパックの出力電圧と出力電流との関係、すなわち出力電流が大きくなるほど出力電圧が所定の傾きで低下する関係に近づけるためである。そのような必要が無い場合、基準電圧は、一定の電圧としてもよい。

ソフトスタート制御回路４３は、スイッチング素子Ｑ２を含む。スイッチング素子Ｑ２は、自身の制御端子としてのベースで演算部４０からのソフトスタート制御開始信号FB_STARTを受信すると、すなわちソフトスタート制御開始信号FB_STARTがローレベルからハイレベルに遷移するとターンオンする。スイッチング素子Ｑ２は、ソフトスタート制御開始信号FB_STARTを受信している間、すなわちソフトスタート制御開始信号FB_STARTがハイレベルである間はオンである。スイッチング素子Ｑ２は、ソフトスタート制御開始信号FB_STARTを受信していない間、すなわちソフトスタート制御開始信号FB_STARTがローレベルである間はオフである。

フィードバック回路４２は、スイッチング素子Ｑ２がオフのときは、演算増幅器３４ａの出力電圧に応じたアナログ電圧値を有するフィードバック信号ＦＢをスイッチング制御回路３３に送信する。フィードバック回路４２は、スイッチング素子Ｑ２がオンの時は、演算増幅器３４ａの出力電圧によらない所定のアナログ電圧値を有するフィードバック信号ＦＢをスイッチング制御回路３３に送信する。フィードバック回路４２は、フォトカプラ４２ａを有し、入力側と出力側との絶縁を確保している。

図６に示す補助電源３６は、ケーブル５からの入力電圧を、スイッチング制御回路３３及び演算部４０等の動作電圧に変換する。温度検出回路３８は、サーミスタ等の温度検出素子を含み、第２変換ユニット３０内の温度を検出し、演算部４０にフィードバックする。演算部４０は、第２制御部の例示であり、マイクロコントローラを含む。演算部４０は、温度検出回路３８による温度検出値に応じて第２冷却ファン３７を駆動する。また、演算部４０は、温度検出回路３８による異常温度検出時には、ＬＤ端子を介して電動工具７０の演算部７３にオフ信号（異常検出信号）を送信し、電動工具７０の駆動を停止させる。

ケーブル５は、通電信号送出線５ａに加え、第１変換ユニット１０の出力側に設けられる＋端子１０ｂと第２変換ユニット３０の入力側に設けられる＋端子３０ｂとを接続する＋側電源線５ｂと、第１変換ユニット１０の出力側に設けられる－端子１０ｃと第２変換ユニット３０の入力側に設けられる－端子３０ｃとを接続する－側電源線５ｃと、を有する三線構造である。

電動工具７０は、トリガスイッチ７１と、インバータ回路７２と、制御部としての演算部７３と、モータ７４と、ショートバー７６と、電圧検出部７８と、電解コンデンサＣ４と、を含む。電解コンデンサＣ４は、インバータ回路７２の入力端子間に設けられる。トリガスイッチ７１は、インバータ回路７２への電流経路に設けられ、当該電流経路の導通、遮断を切り替える。これとは別に、トリガスイッチ７１のオンオフは、演算部７３に伝達される。インバータ回路７２は、三相ブリッジ接続されたＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有する。

演算部７３は、インバータ回路７２を制御することで、モータ７４の駆動を制御する。演算部７３は、ＬＤ端子を介して第２変換ユニット３０の演算部４０からオフ信号（異常検出信号）を受信すると、トリガスイッチ７１の状態に関わらずインバータ回路７２をオフし、モータ７４の駆動を停止する。演算部７３は、インバータ回路７２への入力電圧Ｖinが所定値以下になると、トリガスイッチ７１の状態に関わらずインバータ回路７２をオフし、モータ７４の駆動を停止する。

ショートバー７６は、下プラス端子と上マイナス端子との間を短絡する金属体である。第２変換ユニット３０が電動工具７０に接続されると、ショートバー７６によって下プラス端子と上マイナス端子との間が短絡され、第２変換ユニット３０の下プラス端子はグランド電位となる。第２変換ユニット３０が電動工具７０に接続されていない場合、第２変換ユニット３０の下プラス端子の電圧は、抵抗Ｒ９によってプルアップされ、５Ｖとなる。このように、第２変換ユニット３０の演算部４０は、下プラス端子の電圧により、第２変換ユニット３０が電動工具７０に接続されているか否かを検出できる。

図８を参照し、本実施の形態の電動工具システムの動作を説明する。第１変換ユニット１０は、電源コード１１により外部の交流電源３に接続される（Ｓ１）。演算部２０は、交流電圧Ｖacが第１閾値（例えば８０Ｖ）以上でない場合（Ｓ３のＮｏ）、力率改善回路２５を停止する（Ｓ５）。演算部２０は、交流電圧Ｖacが第１閾値以上の場合（Ｓ３のＹｅｓ）、力率改善回路２５を駆動する（Ｓ７）。これにより第１変換ユニット１０から第２変換ユニット３０に電圧が供給される。

第２変換ユニット３０は、第１変換ユニット１０からの入力電圧Ｖｄが第２閾値（例えば３００Ｖ）より大きい場合（Ｓ１１のＹｅｓ）、かつ第２変換ユニット３０に電動工具７０が接続されている場合（Ｓ１３のＹｅｓ）、第１電圧を出力する（Ｓ１５）。第１電圧は、例えば、接続する電動工具７０の定格電圧に合わせた電圧であって、出力電流に対する特性がバッテリパックと同等の電圧である。もっとも、第１電圧は、出力電流によらず略一定の電圧であってもよい。

第１電圧が入力された電動工具７０において、演算部７３は、トリガスイッチ７１がオンになると（Ｓ１７のＹｅｓ）、モータ７４を駆動する（Ｓ１９）。演算部７３は、トリガスイッチ７１がオフになると（Ｓ２１）、モータ７４を停止する（Ｓ２３）。トリガスイッチ７１が継続してオンされている場合（Ｓ２１のＹｅｓ）において、第２変換ユニット３０の演算部４０は、第１変換ユニット１０からの入力電圧Ｖｄが第２閾値以下に低下すると（Ｓ２５のＹｅｓ）、ソフトスタート制御（電圧低下制御）をオンにする（Ｓ２７）。具体的には、演算部４０は、ソフトスタート制御開始信号をソフトスタート制御回路４３に送信する。これにより、演算部４０は、第２変換ユニット３０の出力電圧を、第１電圧から第２電圧に低下させる（Ｓ２９）。第２電圧は、第１電圧よりも低い。第２電圧は、電動工具７０が停止する後述の第３閾値（停止閾値）よりも低い。第２電圧は、例えば１０Ｖである。

演算部７３は、第２変換ユニット３０からの入力電圧が第３閾値以下に低下すると（Ｓ３１のＹｅｓ）、トリガスイッチ７１がオンであってもモータ７４を停止する（Ｓ３３）。第３閾値は、例えば１５Ｖである。演算部４０は、第２変換ユニット３０の出力電圧を第１電圧から第２電圧に低下させてからの所定時間t_soft（例えば１．５秒）が経過すると（Ｓ３５のＹｅｓ）、ソフトスタート制御をオフにする（Ｓ３７）。具体的には、演算部４０は、ソフトスタート制御開始信号の送信を止める。これにより、演算部４０は、第２変換ユニット３０の出力電圧を、第２電圧から第１電圧に戻す（Ｓ３９）。

演算部７３は、第２変換ユニット３０から電動工具７０への入力電圧が第２電圧から第１電圧に戻った場合において、トリガスイッチ７１が継続的にオンである場合（Ｓ４１のＹｅｓ）、モータ７４を停止したまま待機する。演算部７３は、トリガスイッチ７１がオフになり（Ｓ４１のＮｏ）、再度トリガスイッチ７１がオンになると（Ｓ４３のＹｅｓ）、モータ７４を駆動する（Ｓ４５）。

図９は、比較例の電動工具システムの動作を示すタイムチャートである。本比較例は、第２変換ユニット３０から前述のソフトスタート制御の機能を除いたものである。図９において、第２変換ユニット３０の出力電流の変化による第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２の変化は無視している。後述の図１０においても同様である。第２変換ユニット３０の出力電圧の目標値は第１電圧（例えば４０Ｖ）で一定である。時刻ｔ１以前は、交流電圧Ｖacが一定であり、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１は一例として３８０Ｖ、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２は一例として４０Ｖとなっている。時刻ｔ１において、交流電圧Ｖacの実効値が一時的に低下する。すると、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１も一時的に一例として２００まで低下する。第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１が第２閾値（例えば３００Ｖ）以下まで低下するため、第２変換ユニット３０は電圧出力を止める。その後、交流電圧Ｖacが元の値まで急上昇すると、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１も元の値まで戻る。このとき、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１にオーバーシュートが発生するが、オーバーシュートの幅は小さい。第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１が元の値に元に戻ると、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２も元の値まで戻る。このとき、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２に大きなオーバーシュートが発生する。オーバーシュートは、例えば７０Ｖまで達する。

図１０は、図６の電動工具システムの動作を示すタイムチャートである。図１０において、時刻ｔ１以前の状態は、比較例と同じである。図９では図示を省略したが、時刻ｔ１以前において、電動工具７０のトリガスイッチ７１はオンであり、モータ７４は駆動している。時刻ｔ１において、比較例の場合と同様に交流電圧Ｖacの実効値が一時的に低下する。すると、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１も一時的に低下する。第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１の低下は、第２閾値（例えば３００Ｖ）になった付近で止まる。第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１が第２閾値以下になると、第２変換ユニット３０のソフトスタート制御を開始する。具体的には、第２変換ユニット３０は、自身の出力電圧の目標値を第１電圧（例えば４０Ｖ）から第２電圧（例えば１０Ｖ）まで低下させる。これにより第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２が第１電圧から第２電圧まで低下する。すると、電動工具７０への入力電圧が第３閾値（例えば１５Ｖ）以下になり、電動工具７０のモータ７４は、トリガスイッチ７１がオンであるが停止する。モータ７４が停止すると、第２変換ユニット３０の出力電流が大幅に小さくなり、第１変換ユニット１０の出力電流も大幅に小さくなる。すなわち第１変換ユニット１０の負荷が大幅に低下する。これが、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１の低下が第２閾値付近で止まる理由である。

その後、交流電圧Ｖacが元の値まで急上昇すると、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１も元の値まで戻る。このとき、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１にオーバーシュートが発生するが、オーバーシュートの幅は小さい。第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１が元の値に元に戻ると、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２も元の値まで戻る。このとき、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２にオーバーシュートが発生する。しかし、第２変換ユニット３０の出力電圧の目標値が１０Ｖであるため、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２はオーバーシュートしても例えば１２Ｖ程度以内に収まる。第２変換ユニット３０の出力電圧の目標値が第２電圧に低下してから所定時間t_softが経過した時刻ｔ２において、第２変換ユニット３０はソフトスタート制御を停止する。具体的には、第２変換ユニット３０は、自身の出力電圧の目標値を第１電圧（例えば４０Ｖ）に戻す。これにより第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２が第１電圧まで上昇する。時刻ｔ２において電動工具７０への入力電圧は第３閾値（例えば１５Ｖ）を超えて上昇するが、トリガスイッチ７１が継続してオンのため、モータ７４は駆動しない。時刻ｔ３においてトリガスイッチ７１がオフになり、時刻ｔ４においてトリガスイッチ７１が再度オンになると、モータ７４が駆動する。

時刻ｔ１において交流電圧Ｖacの実効値が低下し、その後に急上昇する過程で、第１変換ユニット１０の出力電圧Ｖ１と第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２との間にオーバーシュートの幅で差が出るのは、以下の理由による。ここで、オーバーシュートの幅は、目標値に対する比率をいう。第２変換ユニット３０は、制御を安定させる目的で、第１変換ユニット１０よりも出力電圧のフィードバックの速度、すなわちフィードバックループを回す速度（周波数）を遅く設定している。換言すると、第１変換ユニット１０の演算部２０が昇圧量を変更する速さＴ１は、第２変換ユニット３０のフィードバック回路４２が降圧量を変更する速さＴ２よりも速い。このため、第２変換ユニット３０への入力電圧が急激に上昇すると、フィードバックの遅れによりオーバーシュートが大きな幅で発生する。上記のソフトスタート制御は、フィードバックの速度を遅くして制御を安定させながら、オーバーシュートの影響を抑制可能とするものである。

本実施の形態によれば、下記の作用効果を奏することができる。

(1) 第２変換ユニット３０は、自身への入力電圧が第２閾値以下に低下すると、自身の出力電圧を低下させるソフトスタート制御を行う。これにより、第２変換ユニット３０への入力電圧が低下後に急上昇しても、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２のオーバーシュートによる到達値を抑制できる。よって、第２変換ユニット３０の出力電圧Ｖ２のオーバーシュートによる電動工具７０の素子の破損や故障を抑制できる。

(2) 第２変換ユニット３０は、ソフトスタート制御において自身の出力電圧を、電動工具７０が停止する第３閾値以下まで低下させる。このため、トリガスイッチ７１をオンにしていた作業者は、モータ７４が停止することにより、電源環境が良くないことを知ることができる。すなわち、第２変換ユニット３０は、ソフトスタート制御により、電源環境が良くないことを作業者に報知できる。また、モータ７４が停止することで、不安定な入力電圧により電動工具７０の動作が不安定になることを抑制できる。電動工具７０の不安定な状態が持続しなくなることで、直流電源装置１や電動工具７０の制御系の故障を抑制できる。

(3) 第２変換ユニット３０は、ソフトスタート制御を開始してから所定時間t_softが経過するとソフトスタート制御を停止して通常制御に戻る。すなわち、自身の出力電圧を元に戻す制御を行う。このため、ソフトスタート制御の停止のために第２変換ユニット３０に対する作業者の操作を要さないため、使い勝手が良い。

(4) 電動工具７０は、トリガスイッチ７１がオンされているときに直流電源装置１の出力電圧が第３閾値以下に低下するとモータ７４の駆動を停止する。その後、トリガスイッチ７１が継続的にオンされている間は、直流電源装置１の出力電圧が第３閾値を超えて上昇しても、モータ７４を駆動しない。トリガスイッチ７１がオフされて再度オンされると、モータ７４を駆動する。このため、直流電源装置１の出力電圧が一時的に第３閾値以下に低下して元に戻った場合に、不意に電動工具７０が再駆動することを抑制でき、使い勝手が良い。

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。

電動工具７０の接続検出は、電動工具７０のショートバー７６を利用する構成に限定されず、例えば電動工具７０がバッテリパック８０の種類を識別するための識別端子を有する場合は当該識別端子を利用してもよく、直流電源装置１及び電動工具７０が通信機能を有する場合は当該通信機能を利用してもよい。実施の形態で示した具体的な電圧値は、一例であり、要求される仕様によって適宜変更可能である。

１ 直流電源装置、３ 交流電源、５ ケーブル、
１０ 第１変換ユニット、１１ 電源コード、１２ ラインフィルタ回路、１３ トライアック、１４ ダイオードブリッジ、１５ 補助電源、１６ 電流検出回路、１７ 第１冷却ファン、１８ リセット端子、１９ 温度検出回路、２０ 演算部（第１制御部）、２５ 力率改善回路（ＰＦＣ回路）、２６ 吸気口、２７ 排気口、
３０ 第２変換ユニット、３１ 絶縁トランス、３２ スイッチング素子、３３ スイッチング制御回路、３４ 出力電圧検出回路、３４ａ 演算増幅器（誤差増幅器）、３５ 電流検出回路、３６ 補助電源、３７ 第２冷却ファン、３８ 温度検出回路、４０ 演算部（第２制御部）、４２ フィードバック回路、４２ａ フォトカプラ、４３ ソフトスタート制御回路、４４ 入力電圧検出回路
７０ 電動工具、７１ トリガスイッチ、７２ インバータ回路、７３ 演算部、７４ モータ、７５ バッテリパック接続部、７６ ショートバー、７８ 電圧検出部、
８０ バッテリパック

Claims (10)

1. 外部の交流電源に接続され、入力される交流を直流に変換して出力する第１変換ユニットと、
   前記第１変換ユニット及び外部の電動工具に接続され、前記第１変換ユニットから入力される直流を変圧して前記電動工具に出力する第２変換ユニットと、を有し、
   前記第２変換ユニットは、自身への入力電圧が所定値以下に低下すると、その後の自身の出力電圧を低下させる制御を行う、直流電源装置。
2. 前記第２変換ユニットは、出力電圧値が目標となる第２目標値と一致するように変圧量を変更する第２調整部を有し、
   前記第２変換ユニットは、出力電圧を低下させる制御として、前記第２目標値を低下させる、請求項１に記載の直流電源装置。
3. 前記第１変換ユニットは、出力電圧値が目標となる第１目標値と一致するように変圧量を変更する第１調整部を有し、
   前記第１調整部が変圧量を変更する速さは、前記第２調整部が変圧量を変更する速さよりも速い、請求項２に記載の直流電源装置。
4. 前記第２変換ユニットは、前記入力電圧が前記所定値以下に低下したことにより自身の出力電圧を低下させる制御を開始して当該制御を所定時間継続してから、自身の出力電圧を元に戻す制御を行う、請求項１から３のいずれか一項に記載の直流電源装置。
5. 前記第２変換ユニットは、前記入力電圧が前記所定値以下に低下すると、自身の出力電圧を、前記電動工具が駆動を停止する閾値電圧よりも低い値まで低下させる制御を行う、請求項１から４のいずれか一項に記載の直流電源装置。
6. 前記第１変換ユニットが力率改善回路を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の直流電源装置。
7. 前記第１変換ユニットは、前記第１変換ユニットへの入力電圧を昇圧して出力し、
   前記第２変換ユニットは、前記第１変換ユニットへの入力電圧を降圧して出力する、請求項１から６のいずれか一項に記載の直流電源装置。
8. 前記第２変換ユニットは、着脱可能に接続したバッテリパックの電力で駆動する外部の電動工具のバッテリパック接続部に、バッテリパックに替えて接続可能である、請求項１から７のいずれか一項に記載の直流電源装置。
9. 直流電源装置から電力を供給可能に構成され、トリガが操作された状態で駆動可能であり、前記直流電源装置の出力電圧が停止閾値以下に低下するとトリガが操作された状態であっても駆動を停止する電動工具と、
   自身への入力電圧が所定値以下に低下すると、その後の出力電圧を前記停止閾値以下に低下させる制御を行う直流電源装置と、を備え、
   前記電動工具は、前記トリガが操作された状態において前記直流電源装置の出力電圧が前記停止閾値以下に低下したことにより駆動を停止した後、前記トリガが操作された状態が継続されている間は、前記直流電源装置が前記制御を解除することで出力電圧が前記停止閾値を超えて上昇しても駆動を停止し続け、前記トリガの操作が解除されて再操作されると駆動を開始する、電動工具システム。
10. 前記直流電源装置は、前記入力電圧が所定値以下に低下すると、前記出力電圧の目標値を前記停止閾値以下に低下させる、請求項９に記載の電動工具システム。

Images