电源装置及电气设备的制作方法

本实用新型涉及一种利用电池单元的电压朝电气设备中供给电源的电源装置、及从电源装置接受电源力供给来进行动作的电气设备。

背景技术：

从前以来，已知有一种通过内置有二次电池单元的电池包的电力来驱动的电动工具。在下述专利文献1中记载有将多个电池包(电池组)的连接方式设为能够切换，通过将多个电池包(例如18V)串联连接而获得36V的直流电压。另外，在下述专利文献2中记载有使四组将十个电池单元串联连接而成的单元组串联连接。在锂离子电池单元的情况下，可获得3.6V/单元×十个单元×四组＝144V的直流电压。如此，若将规定数量以上的电池包(电池组)串联连接，则也可以使用作为通过商用电源(例如交流(Alternating Current，AC)100V)来驱动的电气设备的电源。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2014-017954号公报

专利文献2：日本专利特开2014-036565号公报

技术实现要素：

实用新型所要解决的问题

从专利文献1及专利文献2中记载的电源装置中输出的电压为直流，因此当连接通过商用电源来驱动的电气设备来使用时，可使用的电气设备有限。例如，无法用于研磨机等检测交流输入电压的零交叉(zero cross)来进行规定的控制(例如相位控制)的电动工具。

本实用新型是认识到此种状况而成的，其目的在于提供一种可朝检测零交叉来进行规定的控制的电气设备中供给电源的电源装置、及从所述电源装置接受电源力供给来进行动作的电气设备。

解决问题的技术手段

本实用新型的某一实施例是一种电源装置。此电源装置，包括：具有电池单元的电池包、与所述电池单元电性连接的输出端子、设置在从所述电池单元连接至所述输出端子的放电路径中的开关元件及控制所述开关元件的控制部，且多个额定输出电压为36V的所述电池包串联连接，所述控制部以商用电源的2倍的周期将所述开关元件暂时断开。

所述周期可以是100Hz或120Hz。

所述控制部可以能够在100Hz与120Hz之间切换所述周期。

所述控制部可以对应于所述电池单元的电压，变更所述开关元件的暂时的断开时间、或所述开关元件的接通与断开控制的占空比。

当在规定电压范围内，所述电池单元的电压高时，与所述电压低的情况相比，所述控制部可以延长所述断开时间、或减小所述占空比。

所述控制部可以通过调整所述断开时间或所述占空比，而在所述电池单元的电压处于规定值以上的第1电压范围内的情况与处于未满所述规定值的第2电压范围内的情况之间，切换本电源装置的输出电压的有效值。

本实用新型的另一个实施例是一种能够驱动通过相位控制方式来进行动作的电气设备的电源装置，其中，多个额定输出电压为36V的电池包串联连接，以商用电源的2倍的周期暂时停止输出。

所述周期可以是100Hz或120Hz。另外，可以能够在100Hz与120Hz 之间切换所述周期。

可以三个所述电池包串联连接。

本实用新型的另一个实施例是一种电气设备，其中，从所述电源装置接受电力供给来进行动作。

也可以包括马达，且通过相位控制方式来驱动所述马达。

另外，以上的构成要素的任意的组合、在方法或系统等之间变换本实用新型的表达而成者也作为本实用新型的实施例有效。

实用新型的效果

根据本实用新型，可提供一种可朝检测零交叉来进行规定的控制的电气设备中供给电源的电源装置、及从所述电源装置接受电源力供给来进行动作的电气设备。

附图说明

图1(A)至图1(C)是本实用新型的实施方式的电源装置1的外观图，图1(A)为平面图，图1(B)为正面图，图1(C)为右侧面图；

图2(A)至图2(C)是安装有电池包10的状态的电源装置1的外观图，图2(A)为平面图，图2(B)为正面图，图2(C)为右侧面图；

图3是电源装置1及连接在电源装置1上的电动工具2的外观图；

图4是电源装置1的电路方块图；

图5是连接在电源装置1上的电动工具2的电路方块图；

图6是电源装置1的控制流程图；

图7是电动工具2的控制流程图；

图8是表示电动工具2中的速度设定标度盘22的操作量(设定电压)与三端双向可控硅(TRIAC)26的导通角的关系的图；

图9是表示50Hz正弦波(商用交流电压)、电源装置1的输出电压、及电动工具2的零交叉检测信号的一例的波形图；

图10是表示电源装置1的输出电压的周期为10ms(设定频率为50Hz) 时的经串联连接的电池包10的合计输出电压、与每一个周期的开关元件14 的接通时间的关系的一例的图。

符号的说明

1：电源装置；

2：电动工具(电气设备)；

3：电源线；

5：壳体；

6：电源开关；

7：电池包安装部；

8：插头插入口(输出端子)；

9：50Hz/60Hz切换开关(频率切换部件)；

10：电池包；

11：控制系统电源；

12：电压测定电路；

13：控制部；

14：开关元件；

21：控制系统电源；

22：速度设定标度盘；

23：控制部；

24：光电耦合器(零交叉检测部件)；

25：触发开关；

26：三端双向可控硅(开关元件)；

27：开关元件；

28：马达。

具体实施方式

以下，一面参照附图一面对本实用新型的适宜的实施方式进行详述。再者，对各附图中所示的同一或同等的构成要素、构件、处理等标注同一个符号，并适宜省略重复的说明。另外，实施方式并非限定发明人而是例示，实施方式中所记述的所有特征或其组合未必是实用新型的本质。

如图1(A)～图1(C)所示，本实施方式的电源装置1在壳体5的上表面上具有多个(图示的例子中为三个)电池包安装部7。如图2(A)～图 2(C)所示，能够在各个电池包安装部7上可装卸地安装电池包10。在壳体 5的右侧面上设置电源开关6、作为输出端子的插头插入口8、及作为频率切换部件的50Hz/60Hz切换开关9。电源开关6是用于使用者切换电源装置1 的驱动、停止的开关。插头插入口8是插入电源线3(图3)的插头的部分。如图3所示，通过与插头插入口8连接的电源线3，可从电源装置1朝电动工具2中供给电源。另外，在图3所示的例子中，电动工具2为研磨机。50Hz/60 Hz切换开关9是用于使用者切换电源装置1的输出电压的频率的开关。在壳体5的内部设置图4中所示的控制系统电源11、电压测定电路12、微型计算机等控制部13、及场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)等开关元件 14。

如图4所示，在电源装置1中，将三个电池包10串联连接。各电池包10例如是将十根3.6V的二次电池单元串联连接而成的结构，额定输出电压为36V。在此情况下，电源装置1变成将三十根二次电池单元串联连接而成的结构。另外，在经串联连接的三个电池包10的两端，对应于各电池包10 的残存容量，出现最大为120V的电压。

电源开关6设置在从电池包10的串联连接的正极侧连接至插头插入口8 的正极端子的放电路径中。控制系统电源11根据电池包10的输出电压(电源开关6的输出侧的电压)，生成变成控制部13的动作电压的例如5V的直流电压。电压测定电路12测定各电池包10的输出电压、及电源开关6的输出侧的电压，并将结果发送至控制部13中。控制部13根据由50Hz/60Hz 切换开关9所设定的频率、及由电压测定电路12所测定的电池包10的输出电压，如后述般对开关元件14的接通与断开进行控制(例如脉冲宽度调制 (Pulse Width Modulation，PWM)控制)。开关元件14设置在从电池包10 的串联连接的负极侧连接至插头插入口8的负极端子的放电路径中。

图3及图5中所示的电动工具2是通过相位控制方式来进行动作的电气设备的例示，通过控制与马达28串联连接的三端双向可控硅26的导通角，可调节马达28的旋转速度。如图5所示，电动工具2是通过触发开关25的操作来切换马达28的驱动、停止(有无朝马达28中的电力供给)者，为了检测经由触发开关25的输入电压的零交叉而具有光电耦合器24。光电耦合器24包含一对发光二极管D1、D2与光电晶体管Tr1，在经由触发开关25 的输入电压变成0附近的期间内两个发光二极管D1、D2停止发光，且光电晶体管Tr1变成关断，由此将仅在此期间内变成高电平的零交叉检测信号发送至控制部23中。

控制系统电源21根据经由触发开关25的输入电压，生成控制部23的动作电压VDD(例如5V的直流电压)。速度设定标度盘22是速度设定部件的例示，为了使用者设定马达28的旋转速度而设置。控制部23根据来自光电耦合器24的零交叉检测信号、及由速度设定标度盘22所设定的速度设定值 (速度设定电压)，控制开关元件27的接通与断开，并控制三端双向可控硅 26的导通角。

图6是电源装置1的控制流程图。此流程图通过在将电池包10分别安装在电源装置1的所有电池包安装部7上的状态下，使用者使电源开关6变成接通而开始。控制部13通过电压测定电路12的输出信号，而检测电源开关 6的输出侧的电压V(经串联连接的电池包10的输出电压V)(S1)。若所检测到的电压V超过100V(S2，是)，则控制部13将开关元件14的接通与断开控制(PWM控制)的占空比D设定成100/V[％](S3)。这意味着将电源装置1的输出电压的目标有效值设定成100V。若所检测到的电压V为100V 以下(S2，否)且超过80V(S4，是)，则控制部13将占空比D设定成80/V[％] (S5)。这意味着将电源装置1的输出电压的目标有效值设定成80V。若所检测到的电压V为80V以下，则控制部13将开关元件14断开(S6)，不进行从插头插入口8的电压输出。这是考虑到若输出电压未满80V，则无法使 AC驱动的电气设备正常地动作的可能性的设定。

继而，控制部13确认由50Hz/60Hz切换开关9所产生的设定频率(S7)，若设定频率为50Hz(S7，50Hz)，则将开关元件14的接通与断开控制(PWM 控制)的周期T设定成10ms(S8)，若设定频率为60Hz(S7，60Hz)，则将周期T设定成8.3ms(＝1,000ms/120)(S9)。这是与以下相符的设定：若为50Hz的正弦波，则零交叉在100Hz的频率(10ms的周期)中产生，若为60Hz的正弦波，则零交叉在120Hz的频率(8.3ms的周期)中产生。另外，也可以在关于占空比D的设定的处理之前或与此处理同时进行关于周期 T的设定的处理。

若占空比D及周期T的设定完成，则控制部13将开关元件14接通，并且开始计时器计数(S10)。控制部13将开关元件14接通后，在经过T×D秒之前将开关元件14维持成接通状态(S11，否)，若将开关元件14接通后经过T×D秒(S11，是)，则将开关元件14断开(S12)。控制部13将开关元件 14维持成断开状态并待机T×(1-D)秒(S13)，将计时器初始化(S14)后返回至步骤S10。通过重复步骤S10～步骤S14的动作，而在电源装置1的插头插入口8中出现输出电压。

图7是电动工具2的控制流程图。控制部23检测来自光电耦合器24的零交叉检测信号(S21)，并辨别经由触发开关25而输入的电源装置1的输出电压的频率(50Hz/60Hz)(S22)。控制部23对应于所辨别的频率来设定三端双向可控硅26的栅极信号的控制范围(S23)。另一方面，控制部23测定由速度设定标度盘22所设定的速度设定电压(S24)，并根据速度设定电压来设定三端双向可控硅26的导通角(S25)。将速度设定电压(标度盘设定电压) 与导通角的关系的一例示于图8中。另外，也可以在三端双向可控硅26的栅极信号的控制范围的设定处理之前或与此处理同时进行导通角设定处理。控制部23根据在步骤S23中所设定的控制范围与在步骤S25中所设定的导通角，控制开关元件27的接通与断开(即三端双向可控硅26的接通与断开) 来对马达28进行通电，并对马达28进行恒速控制(S26)。

图9是表示50Hz正弦波(商用交流电压)、电源装置1的输出电压、及电动工具2的零交叉检测信号的一例的波形图。如图9所示，电源装置1的输出电压通过图6中所示的控制，在与所设定的频率(图示的例子中为50Hz) 的正弦波的零交叉产生周期相同的周期内暂时变成零，另外，有效值对应于电源开关6的输出侧的电压而被控制成100V或80V(图示的例子中为100 V)。而且，在电动工具2中，在电源装置1的输出电压暂时变成零的期间内光电耦合器24产生零交叉检测信号。

图10是表示电源装置1的输出电压的周期为10ms(设定频率为50Hz) 时的经串联连接的电池包10的合计输出电压、与每一个周期的开关元件14 的接通时间的关系的一例的图。在电源装置1中，将超过100V且至120V 为止的范围设为第1电压范围，将超过80V且至100V为止的范围设为第2 电压范围，在第1电压范围内将输出电压的目标有效值设为100V，在第2 电压范围内将输出电压的目标有效值设为80V。目标有效值的切换通过变更每一个周期的开关元件14的暂时的断开时间，即开关元件14的接通与断开控制的占空比D来进行。另外，在第1电压范围及第2电压范围的各个中，经串联连接的电池包10的合计输出电压变得越高，越延长每一个周期的开关元件14的暂时的断开时间，即越减小开关元件14的接通与断开控制的占空比D，由此即便电池包10的合计输出电压变化，也将电源装置1的输出电压的有效值控制成固定值。

根据本实施方式，可取得下述的效果。

(1)在电源装置1中，控制部13以规定周期，即商用电源的2倍的周期(100Hz或120Hz)，将设置在从电池包10连接至插头插入口8的放电路径中的开关元件14暂时断开，因此通过电源装置1的输出电压来进行动作的电动工具2等电气设备可在开关元件14变成断开的时机伪检测零交叉，而可进行利用零交叉的相位控制等规定的控制。因此，通过电源装置1，可朝检测零交叉来进行规定的控制的电气设备中供给电源。

(2)控制部13调整每一个周期的开关元件14的暂时的断开时间，即开关元件14的接通与断开控制的占空比D，由此即便在电池包10的合计输出电压超过100V的情况下，也将来自电源装置1的输出电压的有效值控制成 100V以下，因此可抑制比AC100V大的有效值的电压被输出，并可抑制成为电源供给对象的电动工具2等电气设备不正常地动作、或电气设备内部的电路零件破损。

(3)在电池包10的合计输出电压处于超过100V且至120V为止的第1 电压范围内的情况、与处于超过80V且至100V为止的第2电压范围内的情况的各个中，控制部13对应于电池包10的合计输出电压来调整每一个周期的开关元件14的暂时的断开时间，即开关元件14的接通与断开控制的占空比D，并将电源装置1的输出电压的有效值控制成固定值，因此可抑制因由电池包10的残存容量的变化所引起的电池包10的合计输出电压的变化，而导致成为电源供给对象的电动工具2等电气设备的使用感变化。

(4)控制部13在电池包10的合计输出电压超过100V的情况下将电源装置1的输出电压的目标有效值设为100V，另一方面，若电池包10的合计输出电压变成100V以下，则将目标有效值切换成80V，因此即便电池包10 的合计输出电压下降至100V以下，也可以通过交流驱动的电气设备的大多数正常地动作的有效值80V的输出电压来继续电源供给。

以上，以实施方式为例对本实用新型进行了说明，但从业人员理解可在权利要求中记载的范围内对实施方式的各构成要素或各处理过程进行各种变形。以下，触及变形例。

在实施方式中，作为通过相位控制方式来进行动作的电气设备，例示了研磨机等电动工具2，但电气设备并不限定于电动工具，也可以是照明的调光器或热源的温度调整器等其他种类的电气设备。开关元件14的接通与断开的周期或占空比、电池包10的个数或合计输出电压、电源装置1的输出电压的目标有效值等在实施方式中所示的具体的数字只不过是一例，只要对照所要求的规格来适宜设定即可。