WO2020026665A1 - 直流電源装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a DC power supply that converts an AC voltage input from an AC power supply into a DC voltage and supplies the DC power to a power tool.
- a DC power supply device as disclosed in Patent Document 1 below converts a 100 V AC voltage input from a commercial power supply or the like into a DC voltage having a desired voltage value lower than 100 V and outputs the converted DC voltage, and a cordless power tool. And a cable connecting the converter unit and the adapter to each other.
- the adapter must be small and lightweight because it can be connected to the battery pack connection of the power tool, and it must be approximately the same shape as the battery pack that can be connected to the power tool battery pack connection instead of the adapter. It is. For this reason, circuit elements such as a rectifier circuit, a smoothing circuit, and a transformer are provided in a converter unit provided separately from the adapter.
- An object of the present invention is to provide a DC power supply device capable of suppressing power loss.
- This DC power supply device includes a first conversion unit connected to an external AC power supply, a second conversion unit connected to an external power tool, and a cable connecting the first and second conversion units to each other.
- the first conversion unit includes a power factor improvement circuit, and converts an AC voltage having a first voltage value input from an external AC power supply into a DC voltage having a second voltage value higher than the first voltage value.
- Output to the cable, and the second conversion unit converts the output voltage of the first conversion unit input through the cable into a DC voltage having a third voltage value lower than the second voltage value. And output it to an external power tool.
- the second conversion unit may be connectable instead of a battery pack to a battery pack connection portion of an external power tool driven by the power of the detachably connected battery pack.
- the second conversion unit includes an energization signal generation unit that generates an energization signal indicating that a DC voltage is input to the second conversion unit via the cable, and the cable converts the energization signal into the second conversion unit.
- the first conversion unit when outputting the DC voltage to the cable, when the energization signal from the energization signal transmission line is lost, A cutoff circuit for cutting off the output of the DC voltage to the cable may be provided.
- the first conversion unit may include a first control unit that is connected to the energization signal transmission line and controls the cutoff circuit.
- the first control unit may set the cutoff circuit to a cutoff state when an abnormality is detected.
- the second conversion unit may include a second control unit, and the second control unit may transmit an abnormality detection signal to an external power tool connected to the second conversion unit when an abnormality is detected.
- the first conversion unit may have a reset terminal for returning the first control unit to an initial state, and when returning to the initial state, the first control unit may set the cutoff circuit to a non-cutoff state.
- the cutoff circuit may include a switching element provided in a path of an alternating current of the first conversion unit.
- the first conversion unit may have a first cooling fan that generates cooling air inside itself
- the second conversion unit may have a second cooling fan that generates cooling air inside itself.
- the first conversion unit includes a first control unit that controls driving of the first cooling fan
- the second conversion unit includes a second control unit that controls driving of the second cooling fan. Is also good.
- the second conversion unit may decrease its output voltage as its output current increases.
- a first input unit that is connected to an external AC power supply and receives an AC voltage having the first voltage value; the power factor improving circuit that is connected to the first input unit; A rectifier circuit connected to an output side of the power factor correction circuit, a booster circuit for boosting an output voltage of the rectifier circuit, a smoothing circuit for smoothing an output voltage of the booster circuit, and the smoothing circuit connected to the cable; And a first output unit that outputs the DC voltage having the second voltage value to the cable.
- a second input unit that is connected to the cable and receives the DC voltage of the second voltage value; and converts the DC voltage input to the second input unit, A voltage conversion circuit that outputs a DC voltage having a third voltage value lower than the voltage, and a second output unit that is connected to an external power tool and outputs an output voltage of the voltage conversion circuit to the external power tool. Is also good.
- the transformer circuit may include an insulating transformer and a switching element connected to a primary side of the insulating transformer.
- the first voltage value may be 80V or more and less than 260V
- the second voltage value may be 200V or more and less than 500V
- the third voltage value may be 0V or more and less than 70V.
- the DC power supply device which can suppress a power loss can be provided.
- FIG. 2 is a side view of the power tool 70 to which the DC power supply device 1 and the second conversion unit 30 according to the first embodiment of the present invention are connected.
- FIG. 3 is a side view of the power tool 70 with the battery pack 80 mounted.
- FIG. 4 is a plan view of the DC power supply device 1 in a state where upper cases of a first conversion unit 10 and a second conversion unit 30 are respectively expanded.
- FIG. 2 is a plan view showing an internal configuration of the first conversion unit 10.
- FIG. 3 is a plan view showing the internal configuration of a second conversion unit 30.
- FIG. 2 is a circuit block diagram of the DC power supply device 1 and the electric tool 70.
- FIG. 7 is a graph showing an example of a relationship between an output current and an output voltage of the second conversion unit 30 and a relationship between an output current and an output voltage of the battery pack 80.
- FIG. 6 is a circuit block diagram of a DC power supply device 2 and a power tool 70 according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 3 defines the front-back direction of the DC power supply device 1.
- the DC power supply 1 includes a first conversion unit 10, a second conversion unit 30, and a cable 5.
- the first conversion unit 10 is connected to an external AC power supply by a power cord 11.
- the second conversion unit 30 is detachably connected to the battery pack connection part 75 of the power tool 70.
- a battery pack 80 can be detachably connected to the battery pack connection portion 75 of the power tool 70.
- the power tool 70 is a hammer drill in the illustrated example, but the type is not limited as long as the power tool connects the battery pack 80 in a detachable manner.
- the cable 5 connects the first conversion unit 10 and the second conversion unit 30 to each other.
- the cable 5 is longer than the power cord 11.
- a first cooling fan 17 is provided at a rear end in the first conversion unit 10.
- a second cooling fan 37 is provided at a rear end in the second conversion unit 30.
- the flow of the cooling air generated by the first cooling fan 17 and the second cooling fan 37 is indicated by arrows in FIG.
- the cooling air generated by the first cooling fan 17 is sucked from an air inlet 26 provided at the front of the housing of the first conversion unit 10 and flows forward while cooling the components constituting the first conversion unit 10.
- the air is exhausted from an exhaust port 27 provided at the rear of the housing.
- the cooling air generated by the second cooling fan 37 is sucked in from the air inlets on both side surfaces of the housing of the second conversion unit 30, and is guided forward by the fins 41 and 42, while being guided forward by the fins 41 and 42.
- Each component is cooled, flows from the front to the rear at the center of the housing while cooling the components at the center in the width direction of the second conversion unit 30, and is exhausted from an exhaust port provided at the rear of the housing. .
- the first conversion unit 10 is provided with components such as an electrolytic capacitor C1, a diode D1, a switching element Q1, a diode bridge 14, a triac 13 as a switching element, and an inductor L1.
- the second conversion unit 30 is provided with components such as diodes D2 and D3, fins 41 and 42, electrolytic capacitors C2 and C3, an insulating transformer 31, and a switching element 32.
- FIG. 6 is a circuit block diagram of the DC power supply device 1 and the electric tool 70.
- the first conversion unit 10 two terminals connected to the external AC power supply 3 are a first input unit.
- Two terminals (+ terminal 10b and ⁇ terminal 10c) connected to the output terminal of the step-up / smoothing circuit 25 among the connection terminals with the cable 5 are a first output unit.
- the first conversion unit 10 includes a power factor correction circuit 12, a triac 13 as a cutoff circuit, a diode bridge 14 as a rectifier circuit, and a boosting / smoothing circuit 25.
- the input terminal of the power factor correction circuit is connected to the AC power supply 3.
- the peak value (first voltage value) of the AC voltage input from the AC power supply 3 is, for example, 80 V or more and less than 260 V.
- the input terminal of the diode bridge 14 is connected to the output terminal of the power factor correction circuit 12.
- the triac 13 is provided on a current path between the power factor correction circuit 12 and the diode bridge 14.
- the triac 13 is provided for switching the output / interruption of the first conversion unit 10.
- the diode bridge 14 rectifies the output current of the power factor correction circuit 12.
- the boosting / smoothing circuit 25 boosts the output voltage of the diode bridge 14.
- the inductor L1, the diode D1, the switching element Q1, and the driver circuit 22 constitute a boosting circuit.
- the electrolytic capacitor C1 forms a smoothing circuit for smoothing the output voltage of the booster circuit.
- the voltage value (second voltage value) of the DC voltage output from the boosting / smoothing circuit 25, that is, the voltage value of the output voltage of the first conversion unit 10 is, for example, 200 V or more and less than 500 V.
- the second voltage value is higher than the first voltage value.
- the detection resistor R1 is provided in a path of the output current of the boosting / smoothing circuit 25 (the output current of the first conversion unit 10).
- the auxiliary power supply 15 converts an output voltage of the diode bridge 14 into an operation voltage (for example, DC 5 V) of the operation unit 20 and the like.
- the current detection circuit 16 detects the output current of the boosting / smoothing circuit 25 based on the voltage across the detection resistor R ⁇ b> 1 and feeds it back to the calculation unit 20.
- the temperature detection circuit 19 includes a temperature detection element such as a thermistor, detects the temperature in the first conversion unit 10, and feeds back the temperature to the calculation unit 20.
- the calculation unit 20 is an example of the first control unit, and includes a microcontroller.
- the operation unit 20 drives the first cooling fan 17 according to the temperature detected by the temperature detection circuit 19.
- the arithmetic unit 20 turns off the triac 13 when the abnormal temperature is detected by the temperature detecting circuit 19, when the abnormal current is detected by the current detecting circuit 16, or when the disconnection of the cable 5 is detected. Cut off the output.
- One end of the resistor R2 is connected to a power supply line to which the output voltage of the auxiliary power supply 15 is supplied.
- the other end of the resistor R2 is connected to the arithmetic unit 20 and to the energization signal transmission line 5a of the cable 5 via the abnormality detection terminal 10a. That is, the calculation unit 20 is connected to the energization signal transmission line 5a of the cable 5 via the abnormality detection terminal 10a.
- the reset terminal 18 is provided for returning the arithmetic unit 20 to the initial state when the replacement of the cable 5 is completed after the arithmetic unit 20 turns off the triac 13 when the cable 5 is disconnected. By performing a reset operation on the reset terminal 18, the arithmetic unit 20 returns to the initial state and turns on the triac 13 again (turns it off).
- two terminals (+ terminal 30b and ⁇ terminal 30c) connected to the input side of the insulating transformer 31 among the connection terminals for the cable 5 are a second input unit.
- Two terminals connected to both ends of the electrolytic capacitor C3 among the connection terminals with the power tool 70 are second output units.
- the electrolytic capacitor C2 is provided between two terminals constituting the second input unit.
- the insulating transformer 31, the switching element 32, the diodes D2 and D3, and the electrolytic capacitor C3 form a voltage transformation circuit.
- the switching element 32 is provided on the primary side of the insulating transformer 31.
- Diodes D2 and D3 are provided on the secondary side of the insulating transformer 31.
- the voltage on the secondary side of the insulating transformer 31 is smoothed by the electrolytic capacitor C3.
- the voltage value (third voltage value) of the DC voltage on the secondary side of the insulating transformer 31 is, for example, 0 V or more and less than 400 V, and particularly in the range of 0 V or more and less than 70 V, a voltage that matches the rated voltage of the power tool 70 to be connected. It is desirable that The third voltage value is lower than the second voltage value.
- the detection resistor R3 is provided in a path of the output current of the insulating transformer 31 and the electrolytic capacitor C3 (the output current of the second conversion unit 30).
- the current detection circuit 35 detects the output current of the insulating transformer 31 and the electrolytic capacitor C3 based on the voltage across the detection resistor R3.
- the voltage detection circuit 34 detects a voltage between both ends of the insulating transformer 31.
- the switching control circuit 33 controls ON / OFF of the switching element 32 according to the current detection value of the current detection circuit 35 and the voltage detection
- the auxiliary power supply 36 converts an input voltage from the cable 5 into an operation voltage of the switching control circuit 33, the operation unit 40, and the like.
- the temperature detection circuit 38 includes a temperature detection element such as a thermistor, detects the temperature in the second conversion unit 30, and feeds back the temperature to the calculation unit 40.
- the calculation unit 40 is an example of the second control unit, and includes a microcontroller.
- the operation unit 40 drives the second cooling fan 37 according to the temperature detected by the temperature detection circuit 38.
- the calculation unit 40 transmits an off signal (an abnormality detection signal) to the calculation unit 73 of the power tool 70 via the LD terminal, and stops driving the power tool 70.
- Resistors R4 and R5 are connected in series between a power supply line to which the output voltage of the auxiliary power supply 36 is supplied and the ground.
- the gate of switching element Q3 is connected to the interconnection terminals of resistors R4, R5.
- the source of the switching element Q3 is connected to the ground.
- the drain of the switching element Q3 is connected to the energization signal transmission line 5a of the cable 5 via the abnormality detection terminal 30a.
- the resistors R4 and R5 and the switching element Q3 constitute an energization signal generation unit.
- the arithmetic unit 20 determines that the cable 5 is not disconnected.
- the voltage of the abnormality detection terminal 10a is pulled up by the resistor R2 to 5V.
- Arithmetic unit 20 performs the operation when the voltage of abnormality detection terminal 10a becomes 5 V when DC voltage is output from first conversion unit 10 to cable 5 (when the energization signal from energization signal transmission line 5a is lost). Then, it is determined that the cable 5 is disconnected, the triac 13 is turned off, and the output of the first conversion unit 10 is cut off.
- the cable 5 is connected to a + terminal 10b provided on the output side of the first conversion unit 10 and a + terminal 30b provided on the input side of the second conversion unit 30 in addition to the energization signal transmission line 5a.
- a three-wire structure having a line 5b and a -side power supply line 5c that connects the -terminal 10c provided on the output side of the first conversion unit 10 and the -terminal 30c provided on the input side of the second conversion unit 30;
- at least one of the + power supply line 5b and the ⁇ power supply line 5c is disconnected, and the energization signal transmission line 5a is not disconnected.
- the output voltage of the auxiliary power supply 36 disappears, the voltage between the gate and the source of the switching element Q3 becomes 0, and when the switching element Q3 is turned off, the voltage of the abnormality detection terminal 10a is pulled up by the resistor R2. 5V.
- the power tool 70 includes a trigger switch 71, an inverter circuit 72, a calculation unit 73 as a control unit, a motor 74, and an electrolytic capacitor C4.
- the electrolytic capacitor C4 is provided between input terminals of the inverter circuit 72.
- the inverter circuit 72 includes a switching element such as a three-phase bridge-connected FET or IGBT.
- the arithmetic unit 73 controls the driving of the motor 74 by controlling the inverter circuit 72.
- the calculation unit 73 turns off the inverter circuit 72 regardless of the state of the trigger switch 71 and drives the motor 74. To stop.
- FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the output current and the output voltage of the second conversion unit 30 and the relationship between the output current and the output voltage of the battery pack 80.
- the broken line indicates the current-voltage characteristic of the output of the battery pack 80.
- the solid line indicates the current-voltage characteristic of the output of the second conversion unit 30.
- the battery pack 80 has a characteristic that the output voltage decreases as the load current increases.
- the second conversion unit 30 also controls the output voltage by using the switching control circuit 33 so as to have characteristics similar to the current-voltage characteristics of the output of the battery pack 80.
- the switching control circuit 33 changes the relationship between the voltage value and the current value according to the current detection value (load current value) detected by the current detection circuit 35 and the voltage detection value detected by the voltage detection circuit 34 as shown by the solid line in FIG.
- the switching element 32 is controlled so that When the load current reaches 80A, which is an example of the maximum output current of the second conversion unit 30, in order to suppress supply of excessive power to the power tool 70, no more current is supplied by the constant current control. To do.
- the first conversion unit 10 converts the AC input voltage into a DC voltage higher than the peak value of the AC input voltage and outputs the DC voltage to the cable 5. As compared with the case of outputting, the current flowing through the cable 5 can be reduced, and the power loss in the cable 5 can be suppressed.
- the first conversion unit 10 Since the first conversion unit 10 is configured to turn off the triac 13 and cut off the output of the DC voltage to the cable 5 when the cable 5 is disconnected, the cable 5 is accidentally cut by a circular saw or the like. In this case, it is possible to suppress the appearance of a high DC voltage at the broken portion of the cable 5.
- the second conversion unit 30 connected to the power tool 70 can be reduced in size and weight. Operability is good.
- the first conversion unit 10 has a protection mechanism in which the arithmetic unit 20 turns off the triac 13 and stops the output when an abnormality such as high temperature or overcurrent occurs.
- the operation unit 40 transmits an off signal to the electric tool 70 via the LD terminal, and the operation unit 73 in the electric tool 70 that has received the off signal transmits the electric signal to the electric tool 70.
- It has a protection function for stopping the driving of the tool 70.
- both the first conversion unit 10 and the second conversion unit 30 have a protection function and perform double protection as a whole, for example, one of the first conversion unit 10 and the second conversion unit 30. Even when a remarkable temperature rise occurs only in the case, the power supply to the power tool 70 or the driving of the power tool 70 is stopped, and the failure of the DC power supply device 1 can be suppressed.
- FIG. 8 is a circuit block diagram of DC power supply device 2 and power tool 70 according to Embodiment 2 of the present invention.
- DC power supply device 2 is different from that of the first embodiment shown in FIG. 6 in that a discharge resistor 23, a switching element Q2, and an AND circuit 21 are added, and the other points are the same.
- the discharge resistor 23 and the switching Q2 are connected in series between both terminals of the electrolytic capacitor C1 so as to be in parallel with the electrolytic capacitor C1.
- the gate of the switching Q2 is connected to the output terminal of the AND circuit 21.
- One input terminal of the AND circuit 21 is connected to the other end of the resistor R2 and the operation unit 20.
- the other input terminal of the AND circuit 21 is connected to the control terminal of the triac 13 and the arithmetic unit 20.
- the switching element Q3 of the second conversion unit 30 is turned on.
- the signal (the signal at one input terminal of the AND circuit 21) becomes 0 (low level).
- the gate signal from the arithmetic unit 20 to the triac 13 (the signal at the other input terminal of the AND circuit 21) is also 0. Therefore, the output of the AND circuit 21 becomes 0, and the switching Q2 is off.
- the input signal (the signal of one input terminal of the AND circuit 21) from the abnormality detection terminal 10a to the arithmetic unit 20 becomes 1 (high level), and the disconnection occurs.
- the gate signal (the signal at the other input terminal of the AND circuit 21) from the arithmetic unit 20 to the triac 13 which has detected the signal becomes 1. Therefore, the output of the AND circuit 21 becomes 1, and the switching Q2 is turned on. Thereby, the electric charge of the electrolytic capacitor C1 is discharged via the discharge resistor 23 and the switching Q2.
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Abstract
電力損失を抑制可能な直流電源装置を提供する。直流電源装置1は、交流電源3に接続される第1変換ユニット10と、電動工具70に接続される第2変換ユニット30と、第1変換ユニット10及び第2変換ユニット30を互いに接続するケーブル5と、を備える。第1変換ユニット10は、力率改善回路12を含み、交流電源3から入力される第1電圧値の交流電圧を、前記第1電圧値よりも高い第2電圧値の直流電圧に変換してケーブル5に出力する。第2変換ユニット30は、ケーブル5を介して入力される第1変換ユニット10の出力電圧を、前記第2電圧値よりも低い第3電圧値の直流電圧に変換して電動工具70に出力する。
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。アダプタは、電動工具のバッテリパック接続部に接続する都合から、小型かつ軽量であること、及び、アダプタに替えて電動工具バッテリパック接続部に接続可能なバッテリパックと略同形状にすることが必要である。このため、整流回路、平滑回路、トランスなどの回路素子は、アダプタとは別に設けたコンバータユニットに設けられていた。
コンバータユニット内で交流を直流に変換し、所望の低い電圧値で出力すると、コンバータユニットからアダプタまでのケーブルに多くの電流が流れ、ケーブルにおける電力損失が大きい。大電力を必要とする電動工具に直流電力を供給する直流電源装置では、コンバータユニットから低い電圧を出力した場合の電力損失が特に大きい。
本発明の目的は、電力損失を抑制可能な直流電源装置を提供することにある。
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る第1変換ユニットと、外部の電動工具に接続される第2変換ユニットと、前記第1及び第2変換ユニットを互いに接続するケーブルと、を備え、前記第1変換ユニットは、力率改善回路を含み、外部の交流電源から入力される第1電圧値の交流電圧を、前記第1電圧値よりも高い第2電圧値の直流電圧に変換して前記ケーブルに出力し、前記第2変換ユニットは、前記ケーブルを介して入力される前記第1変換ユニットの出力電圧を、前記第2電圧値よりも低い第3電圧値の直流電圧に変換して外部の電動工具に出力する。
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。
前記第2変換ユニットは、自身に前記ケーブルを介して直流電圧が入力されていることを示す通電信号を発生する通電信号発生部を有し、前記ケーブルは、前記通電信号を前記第2変換ユニットから前記第1変換ユニットに送出する通電信号送出線を有し、前記第1変換ユニットは、前記ケーブルに直流電圧を出力しているときに前記通電信号送出線からの前記通電信号がなくなると前記ケーブルへの直流電圧の出力を遮断する遮断回路を有してもよい。
前記第1変換ユニットは、前記通電信号送出線に接続され、前記遮断回路を制御する第1制御部を有してもよい。
前記第1制御部は、異常検出時に、前記遮断回路を遮断状態としてもよい。
前記第2変換ユニットは、第2制御部を有し、前記第2制御部は、異常検出時に、自身に接続された外部の電動工具に異常検出信号を送信してもよい。
前記第1変換ユニットは、前記第1制御部を初期状態に戻すリセット端子を有し、前記第1制御部は、初期状態に戻ると、前記遮断回路を非遮断状態としてもよい。
前記遮断回路は、前記第1変換ユニットの交流電流の経路に設けられたスイッチング素子を含んでもよい。
前記第1変換ユニットは、自身の内部に冷却風を発生させる第1冷却ファンを有し、前記第2変換ユニットは、自身の内部に冷却風を発生させる第2冷却ファンを有してもよい。
前記第1変換ユニットは、前記第1冷却ファンの駆動を制御する第1制御部を有し、前記第2変換ユニットは、前記第2冷却ファンの駆動を制御する第2制御部を有してもよい。
前記第2変換ユニットは、自身の出力電流が増加するほど自身の出力電圧を低下させてもよい。
前記第1変換ユニットは、外部の交流電源と接続され、前記第1電圧値の交流電圧が入力される第1入力部と、前記第1入力部に接続される前記力率改善回路と、前記力率改善回路の出力側に接続される整流回路と、前記整流回路の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路の出力電圧を平滑する平滑回路と、前記ケーブルに接続され、前記平滑回路の出力する前記第2電圧値の直流電圧を前記ケーブルに出力する第1出力部と、を有してもよい。
前記第2変換ユニットは、前記ケーブルに接続され、前記第2電圧値の直流電圧が入力される第2入力部と、前記第2入力部に入力された直流電圧を変圧し、前記第2電圧値よりも低い第3電圧値の直流電圧を出力する変圧回路と、外部の電動工具に接続され、前記変圧回路の出力電圧を外部の電動工具に出力する第2出力部と、を有してもよい。
前記変圧回路は、絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一次側に接続されたスイッチング素子と、を含んでもよい。
前記第1電圧値は80V以上260V未満であり、前記第2電圧値は200V以上500V未満であり、前記第3電圧値は0V以上70V未満であってもよい。
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、電力損失を抑制可能な直流電源装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、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。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、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。
(実施の形態1) 図1~図7を参照し、本発明の実施の形態1に係る直流電源装置1について説明する。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。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昇圧・平滑回路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、力率改善回路12と、遮断回路としてのトライアック13と、整流回路としてのダイオードブリッジ14と、昇圧・平滑回路25と、を含む。力率改善回路の入力端子は、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(第1電圧値)は、例えば80V以上260V未満である。
ダイオードブリッジ14の入力端子は、力率改善回路12の出力端子に接続される。トライアック13は、力率改善回路12とダイオードブリッジ14との間の電流経路に設けられる。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、力率改善回路12の出力電流を整流する。昇圧・平滑回路25は、ダイオードブリッジ14の出力電圧を昇圧する。昇圧・平滑回路25のうち、インダクタL1、ダイオードD1、スイッチング素子Q1、及びドライバ回路22が昇圧回路を構成する。電解コンデンサC1は、昇圧回路の出力電圧を平滑する平滑回路を構成する。昇圧・平滑回路25の出力する直流電圧の電圧値(第2電圧値)、すなわち第1変換ユニット10の出力電圧の電圧値は、例えば200V以上500V未満である。第2電圧値は、第1電圧値よりも高い。
第1変換ユニット10において、検出抵抗R1は、昇圧・平滑回路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。電流検出回路16は、検出抵抗R1の両端の電圧を基に昇圧・平滑回路25の出力電流を検出し、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)。
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の電圧値(第3電圧値)は、例えば0V以上400V未満であり、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電圧とすることが望ましい。第3電圧値は、第2電圧値よりも低い。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。電圧検出回路34は、絶縁トランス31の両端の電圧を検出する。スイッチング制御回路33は、電流検出回路35による電流検出値、及び電圧検出回路34による電圧検出値に応じて、スイッチング素子32のオンオフを制御する。
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。補助電源36の出力電圧が供給される電源ラインとグランドとの間には、抵抗R4、R5が直列接続される。スイッチング素子Q3のゲートは、抵抗R4、R5の相互接続端子に接続される。スイッチング素子Q3のソースは、グランドに接続される。スイッチング素子Q3のドレインは、異常検出端子30aを介してケーブル5の通電信号送出線5aに接続される。抵抗R4、R5及びスイッチング素子Q3は、通電信号発生部を構成する。
ケーブル5の非断線時には、スイッチング素子Q3のゲート、ソース間電圧はプラスであり、スイッチング素子Q3はオンである。このため、異常検出端子30a、10aはグランド電位となる。演算部20は、異常検出端子10aがグランド電位である場合(通電信号送出線5aからの通電信号がある場合)、ケーブル5が断線していないと判断する。ケーブル5の断線時には、異常検出端子10aの電圧は、抵抗R2によってプルアップされ、5Vとなる。演算部20は、第1変換ユニット10からケーブル5に直流電圧を出力しているときに異常検出端子10aの電圧が5Vとなった場合(通電信号送出線5aからの通電信号が無くなった場合)、ケーブル5が断線したと判断し、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。なお、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り、+側電源線5bと-側電源線5cの少なくとも一方が断線し、通電信号送出線5aは断線していない場合もある。この場合、補助電源36の出力電圧が無くなることで、スイッチング素子Q3のゲート、ソース間電圧が0となり、スイッチング素子Q3がオフすることで、異常検出端子10aの電圧は、抵抗R2によってプルアップされ、5Vとなる。
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、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。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。
図7は、第2変換ユニット30の出力電流と出力電圧の関係と、バッテリパック80の出力電流と出力電圧の関係と、の一例を示すグラフである。破線は、バッテリパック80の出力の電流-電圧特性を示す。実線は、第2変換ユニット30の出力の電流-電圧特性を示す。バッテリパック80は、負荷電流の増大に伴って出力電圧が低下する特性を有する。これに対応して第2変換ユニット30も、バッテリパック80の出力の電流-電圧特性と同様の特性となるように、スイッチング制御回路33を用いて出力電圧を制御する。すなわち、スイッチング制御回路33は、電流検出回路35による電流検出値(負荷電流値)、及び電圧検出回路34による電圧検出値に応じて、電圧値と電流値の関係が図7の実線のとおりになるように、スイッチング素子32を制御する。なお、過剰な電力を電動工具70に供給することを抑制するため、負荷電流が第2変換ユニット30の最大出力電流の一例である80Aに達すると、定電流制御によりそれ以上の電流を供給しないようにする。
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) 第1変換ユニット10では、交流入力電圧を当該交流入力電圧のピーク値よりも高い直流電圧に変換してケーブル5に出力するため、低電圧値の直流電圧に変換してケーブル5に出力する場合と比較して、ケーブル5に流れる電流を小さくし、ケーブル5における電力損失を抑制できる。
(2) 第1変換ユニット10は、ケーブル5の断線時にトライアック13をオフしてケーブル5への直流電圧の出力を遮断する構成のため、丸鋸等でケーブル5を誤って切断してしまった場合に、ケーブル5の断線部分に高い直流電圧が現れることを抑制できる。
(3) 力率改善回路12等のサイズ及び重量の大きな回路部品を第1変換ユニット10に設けることで、電動工具70に接続される第2変換ユニット30を小型、軽量にでき、電動工具70の操作性が良い。
(4) 第2変換ユニット30の出力電流-出力電圧の特性を、バッテリパック80の出力電流-出力電圧の特性と同様にしているため、直流電源装置1からの給電する場合の電動工具70の使用感を、バッテリパック80から給電する場合の電動工具70の使用感に近づけることができる。
(5) 第1変換ユニット10は、高温や過電流などの異常時に、演算部20がトライアック13をオフし、出力を停止する保護機構を有する。また、第2変換ユニット30は、高温などの異常時に、演算部40がLD端子を介して電動工具70にオフ信号を送信し、このオフ信号を受け取った電動工具70内の演算部73が電動工具70の駆動を停止する保護機能を有する。このように、第1変換ユニット10及び第2変換ユニット30がいずれも保護機能を有し、全体として二重保護を行うことで、例えば第1変換ユニット10と第2変換ユニット30のいずれか一方のみに著しい温度上昇が発生した場合にも、電動工具70への電力供給あるいは電動工具70の駆動を停止し、直流電源装置1の故障を抑制することができる。
(実施の形態2) 図8は、本発明の実施の形態2に係る直流電源装置2及び電動工具70の回路ブロック図である。直流電源装置2は、図6に示した実施の形態1のものと比較して、放電抵抗23、スイッチング素子Q2、AND回路21が追加された点で相違し、その他の点で一致する。放電抵抗23及びスイッチングQ2は、電解コンデンサC1と並列になるように、電解コンデンサC1の両端子間に直列接続される。スイッチングQ2のゲートは、AND回路21の出力端子に接続される。AND回路21の一方の入力端子は、抵抗R2の他端及び演算部20に接続される。AND回路21の他方に入力端子は、トライアック13の制御端子及び演算部20に接続される。
ケーブル5の非断線時、第1変換ユニット10の出力電圧が正常(例えば380V)であれば、第2変換ユニット30のスイッチング素子Q3がオンするため、異常検出端子10aから演算部20への入力信号(AND回路21の一方の入力端子の信号)は0(ローレベル)になる。このとき、演算部20からトライアック13へのゲート信号(AND回路21の他方の入力端子の信号)も0である。よって、AND回路21の出力は0となり、スイッチングQ2はオフである。
ケーブル5の断線時は、スイッチング素子Q3がオフであるため、異常検出端子10aから演算部20への入力信号(AND回路21の一方の入力端子の信号)が1(ハイレベル)となり、また断線を検出した演算部20からトライアック13へのゲート信号(AND回路21の他方の入力端子の信号)も1となる。よって、AND回路21の出力が1となり、スイッチングQ2がオンする。これにより、電解コンデンサC1の電荷が、放電抵抗23及びスイッチングQ2を介して放電される。
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。
1,2…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…力率改善回路、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)、21…AND回路、22…ドライバ回路、23…放電抵抗、25…昇圧回路、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…電圧検出回路、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)、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、80…バッテリパック
Claims (15)
- 外部の交流電源に接続される第1変換ユニットと、
外部の電動工具に接続される第2変換ユニットと、
前記第1及び第2変換ユニットを互いに接続するケーブルと、を備え、
前記第1変換ユニットは、力率改善回路を含み、外部の交流電源から入力される第1電圧値の交流電圧を、前記第1電圧値よりも高い第2電圧値の直流電圧に変換して前記ケーブルに出力し、
前記第2変換ユニットは、前記ケーブルを介して入力される前記第1変換ユニットの出力電圧を、前記第2電圧値よりも低い第3電圧値の直流電圧に変換して外部の電動工具に出力する、直流電源装置。 - 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に記載の直流電源装置。
- 前記第2変換ユニットは、自身に前記ケーブルを介して直流電圧が入力されていることを示す通電信号を発生する通電信号発生部を有し、
前記ケーブルは、前記通電信号を前記第2変換ユニットから前記第1変換ユニットに送出する通電信号送出線を有し、
前記第1変換ユニットは、前記ケーブルに直流電圧を出力しているときに前記通電信号送出線からの前記通電信号がなくなると前記ケーブルへの直流電圧の出力を遮断する遮断回路を有する、請求項1又は2に記載の直流電源装置。 - 前記第1変換ユニットは、前記通電信号送出線に接続され、前記遮断回路を制御する第1制御部を有する、請求項3に記載の直流電源装置。
- 前記第1制御部は、異常検出時に、前記遮断回路を遮断状態とする、請求項4に記載の直流電源装置。
- 前記第2変換ユニットは、第2制御部を有し、
前記第2制御部は、異常検出時に、自身に接続された外部の電動工具に異常検出信号を送信する、請求項5に記載の直流電源装置。 - 前記第1変換ユニットは、前記第1制御部を初期状態に戻すリセット端子を有し、
前記第1制御部は、初期状態に戻ると、前記遮断回路を非遮断状態とする、請求項4から6のいずれか一項に記載の直流電源装置。 - 前記遮断回路は、前記第1変換ユニットの交流電流の経路に設けられたスイッチング素子を含む、請求項3から7のいずれか一項に記載の直流電源装置。
- 前記第1変換ユニットは、自身の内部に冷却風を発生させる第1冷却ファンを有し、
前記第2変換ユニットは、自身の内部に冷却風を発生させる第2冷却ファンを有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の直流電源装置。 - 前記第1変換ユニットは、前記第1冷却ファンの駆動を制御する第1制御部を有し、
前記第2変換ユニットは、前記第2冷却ファンの駆動を制御する第2制御部を有する、請求項9に記載の直流電源装置。 - 前記第2変換ユニットは、自身の出力電流が増加するほど自身の出力電圧を低下させる、請求項1から10のいずれか一項に記載の直流電源装置。
- 前記第1変換ユニットは、
外部の交流電源と接続され、前記第1電圧値の交流電圧が入力される第1入力部と、
前記第1入力部に接続される前記力率改善回路と、
前記力率改善回路の出力側に接続される整流回路と、
前記整流回路の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力電圧を平滑する平滑回路と、
前記ケーブルに接続され、前記平滑回路の出力する前記第2電圧値の直流電圧を前記ケーブルに出力する第1出力部と、を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載の直流電源装置。 - 前記第2変換ユニットは、
前記ケーブルに接続され、前記第2電圧値の直流電圧が入力される第2入力部と、
前記第2入力部に入力された直流電圧を変圧し、前記第2電圧値よりも低い第3電圧値の直流電圧を出力する変圧回路と、
外部の電動工具に接続され、前記変圧回路の出力電圧を外部の電動工具に出力する第2出力部と、を有する、請求項1から12のいずれか一項に記載の直流電源装置。 - 前記変圧回路は、絶縁トランスと、前記絶縁トランスの一次側に接続されたスイッチング素子と、を含む、請求項13に記載の直流電源装置。
- 前記第1電圧値は80V以上260V未満であり、前記第2電圧値は200V以上500V未満であり、前記第3電圧値は0V以上70V未満である、請求項1から13のいずれか一項に記載の直流電源装置。
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| ENP | Entry into the national phase |
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