特許 5679188 インバータ装置及び電動工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5679188

(24)【登録日】2015年1月16日

(45)【発行日】2015年3月4日

(54)【発明の名称】インバータ装置及び電動工具

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20150212BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2011-55055(P2011-55055)

(22)【出願日】2011年3月14日

(65)【公開番号】特開2012-191806(P2012-191806A)

(43)【公開日】2012年10月4日

【審査請求日】2013年11月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005094

【氏名又は名称】日立工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094983

【弁理士】

【氏名又は名称】北澤 一浩

(74)【代理人】

【識別番号】100095946

【弁理士】

【氏名又は名称】小泉 伸

(74)【代理人】

【識別番号】100099829

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 朗子

(74)【代理人】

【識別番号】100135356

【弁理士】

【氏名又は名称】若林 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】似内 由季

(72)【発明者】

【氏名】渡部 伸二

(72)【発明者】

【氏名】嶋 敏洋

【審査官】 槻木澤 昌司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３４３９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２９３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４８３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１８５３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０８００５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８３７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ３／１５５−３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング素子を有し、オン・オフ動作により直流電力を交流電力に変換して出力する変圧回路と、
前記変圧回路から出力された交流電力を整流・平滑して直流電力として出力する整流・平滑回路と、
前記整流・平滑回路から出力された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出する第１の電流検出手段と、
前記第１の電流検出手段により検出された電流に基づき前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させる第１の停止手段と、
前記インバータ回路に流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、
前記第２の電流検出手段により検出された電流に基づき前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させる第２の停止手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。

【請求項2】

前記変圧回路及び前記インバータ回路を制御する制御手段を有し、
前記第１の停止手段は、前記制御手段とは無関係に前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。

【請求項3】

前記第１の停止手段はアナログ回路であり、前記第２の停止手段は前記制御手段であることを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。

【請求項4】

前記第１の停止手段は、前記第１の電流検出手段により検出された電流が閾値を上回った場合に前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させ、前記オン・オフ動作の停止後、前記第１の電流検出手段により検出された電流が再び閾値以下となった場合に、前記オン・オフ動作の停止を解除することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のインバータ装置。

【請求項5】

前記スイッチング素子はＦＥＴから構成され、
前記第１の停止手段は、前記電流が前記閾値を上回った場合に前記ＦＥＴのゲート信号を強制的に遮断することを特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。

【請求項6】

前記スイッチング素子はＦＥＴから構成され、
前記第１の電流検出手段は、前記ＦＥＴのソース又はドレインに直列に接続された抵抗を備え、
前記第１の停止手段は、前記抵抗の電圧降下を増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された電圧を所定値と比較する比較手段と、
を備え、
前記比較手段は、前記増幅手段により増幅された電圧が前記所定値以上の場合に前記ＦＥＴのゲートに遮断信号を出力することにより前記ＦＥＴのオン・オフ動作を停止させることを特徴とした請求項１から５のいずれか一項に記載のインバータ装置。

【請求項7】

前記インバータ回路からの出力により駆動するモータと、
請求項１から６のいずれか一項に記載のインバータ装置と、
を備えたことを特徴とする電動工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ装置及び電動工具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、インバータ回路を備えた電子機器が知られている。このような電子機器は、商用電源からの交流電力をトランスで変圧し、整流・平滑回路で直流電力に整流・平滑した後、インバータ回路で所定の交流電力に変換してＡＣモータ等に出力している。（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２７８８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、電子機器のＡＣモータを作動させるために、電池パックからの直流電力を交流電力に変換して電子機器に供給するという構成も考えられる。この場合、直流電力を交流電力に変換するために、スイッチング回路と、トランスと、整流・平滑回路と、インバータ回路と、を備えたインバータ装置を電池パックと電子機器との間に接続することとなる。

【0005】

上記スイッチング回路は、スイッチング素子、例えば、ＦＥＴから構成され、オン・オフ動作を行うことにより直流電力を交流電力に変換してトランスに出力するものであるが、このＦＥＴは、過電流が流れた場合には故障してしまう虞がある。

【0006】

そこで、本発明は、スイッチング素子を過電流から適切に保護することのできるインバータ装置及び電動工具を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、スイッチング素子を有し、オン・オフ動作により直流電力を交流電力に変換して出力する変圧回路と、前記変圧回路から出力された交流電力を整流・平滑して直流電力として出力する整流・平滑回路と、前記整流・平滑回路から出力された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する第１の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段により検出された電流に基づき前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させる第１の停止手段と、を備えたことを特徴とするインバータ装置を提供している。

【0008】

このような構成によれば、第１の停止手段が第１の電流検出手段により検出された電流に基づきスイッチング素子のオン・オフ動作を停止させるので、スイッチング素子を過電流から適切に保護することが可能となる。

【0009】

また、前記変圧回路及び前記インバータ回路を制御する制御手段を有し、前記第１の停止手段は、前記制御手段とは無関係に前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させることが好ましい。

【0010】

このような構成によれば、第１の停止手段が、制御手段とは独立して、第１の電流検出手段により検出された電流に基づきスイッチング素子のオン・オフ動作を停止させるので、制御手段の制御にかかわらずスイッチング素子を過電流から適切に保護することが可能となる。

【0011】

また、前記インバータ回路に流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第２の電流検出手段により検出された電流に基づき前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させる第２の停止手段と、を備えることが好ましい。

【0012】

このような構成によれば、少なくとも２箇所の電流に基づいてスイッチング素子のオン・オフ動作を停止しているので、より確実にスイッチング素子を過電流から保護することが可能となる。

【0013】

また、前記第１の停止手段はアナログ回路であり、前記第２の停止手段は前記制御手段であることが好ましい。

【0014】

このような構成によれば、第１の停止手段がアナログ回路であるため、スイッチングに急激に大きな電流が流れたような場合であってもスイッチングのオン・オフ動作を瞬時に停止させることができ、スイッチングを過電流からより適切に保護することが可能となる。デジタル回路による処理速度の影響を受けることがない。

【0015】

また、前記第１の停止手段は、前記第１の電流検出手段により検出された電流が閾値を上回った場合に前記スイッチング素子のオン・オフ動作を停止させ、前記オン・オフ動作の停止後、前記第１の電流検出手段により検出された電流が再び閾値以下となった場合に、前記オン・オフ動作の停止を解除することが好ましい。

【0016】

このような構成によれば、モータが慣性により回転している状態でオン・オフ動作の停止が解除され、電力が再びモータに供給されることとなり、インバータ装置の起動時等には、このような動作が繰り返されることにより、スイッチング素子を過電流から保護しながらも、モータを徐々に回転させていくことが可能となる。

【0017】

また、前記スイッチング素子はＦＥＴから構成され、前記第１の停止手段は、前記電流が前記閾値を上回った場合に前記ＦＥＴのゲート信号を強制的に遮断することが好ましい。

【0018】

このような構成によれば、第１の停止手段が単独でＦＥＴを強制的に遮断するため、制御手段の処理速度にかかわらず確実にＦＥＴを過電流から保護することが可能となる。

【0019】

また、前記スイッチング素子はＦＥＴから構成され、前記第１の電流検出手段は、前記ＦＥＴのソース又はドレインに直列に接続された抵抗を備え、前記第１の停止手段は、前記抵抗の電圧降下を増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された電圧を所定値と比較する比較手段と、を備え、前記比較手段は、前記増幅手段により増幅された電圧が前記所定値以上の場合に前記ＦＥＴのゲートに遮断信号を出力することにより前記ＦＥＴのオン・オフ動作を停止させることが好ましい。

【0020】

このような構成によれば、抵抗により検出した電圧降下を増幅することで精度良く電流を検出することが可能となる。

【0021】

また、本発明の別の観点によれば、モータと、上記インバータ装置と、を備えたことを特徴とする電動工具を提供している。

【発明の効果】

【0022】

本発明のインバータ装置及び電動工具によれば、スイッチング素子を過電流から確実に保護することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施の形態によるインバータ装置の回路図

【図2】本発明の実施の形態による制御部の動作について説明するフローチャート

【図3】本発明の実施の形態による検出ルーチンについて説明するフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態によるインバータ装置１について説明する。

【0025】

図１は、インバータ装置１の回路図である。インバータ装置１は、電池パック２から供給された直流電力を交流電力に変換して電動工具３のＡＣモータ３１に供給するために、電池パック２と電動工具３との間に電気的に接続されている。ＡＣモータ３１には、電動工具３のトリガスイッチ３２が操作されると、インバータ装置１から交流電力が供給される。インバータ装置１は、電池パック２と電動工具３との間で着脱可能であるが、以下では、接続されているものとして説明する。

【0026】

インバータ装置１は、電池電圧検出部１１と、電源部１２と、昇圧回路１３と、整流・平滑回路１４と、昇圧電圧検出部１５と、インバータ回路１６と、第２の電流検出抵抗（本発明の第２の電流検出手段）１７と、ＰＷＭ信号出力部１８と、制御部（本発明の制御手段、第２の停止手段）１９と、ＦＥＴ保護部（本発明の第１の停止手段）２０と、を備えている。

【0027】

電池電圧検出部１１は、電池電圧検出抵抗１１１及び１１２を備えている。電池電圧検出抵抗１１１及び１１２は、電池パック２のプラス側端子２１とマイナス側端子２２の間に直列に接続されており、電池パック２の電池電圧の、電池電圧検出抵抗１１１と電池電圧検出抵抗１１２とによる分圧電圧を制御部１９に出力する。なお、図１に示す電池パック２は、３．６Ｖ／セルのリチウム電池セルが４本直列接続され、定格電圧１４．４Ｖを出力する。

【0028】

電源部１２は、電池パック２のプラス側端子２１と制御部１９との間に直列に接続された電源スイッチ１２１及び定電圧回路１２２を備えている。定電圧回路１２２は、三端子レギュレータ１２２ａと、発振防止用コンデンサ１２２ｂ及び１２２ｃと、を備えており、ユーザにより電源スイッチ１２１がオンされると、電池パック２からの電圧を所定の直流電圧（例えば５Ｖ）に変換し、制御部１９に駆動電力として供給する。なお、電源スイッチ１２１がオフされると、制御部１９に駆動電力が供給されなくなるので、インバータ装置１全体がオフされることとなる。

【0029】

昇圧回路１３は、トランス１３１（本発明の変圧回路の一部を構成）と、ＦＥＴ１３２（本発明のスイッチング素子）と、を備えており、トランス１３１は、一次側巻線１３１ａと、二次側巻線１３１ｂと、を備えている。

【0030】

一次側巻線１３１ａは、電池パック２のプラス側端子２１とマイナス側端子２２の間に接続されており、トランス１３１の一次側巻線１３１ａとマイナス側端子２２の間には、更に、ＦＥＴ１３２が配置されている。ＦＥＴ１３２のゲートには、ＦＥＴ１３２をオン・オフさせるための第１のＰＷＭ信号が制御部１９から入力され、ＦＥＴ１３２のオン・オフにより、電池パック２から供給された直流電力は交流電力に変換されてトランス１３１の一次側巻線１３１ａに出力される。一次側巻線１３１ａに入力された交流電力は、一次側巻線１３１ａと二次側巻線１３１ｂとの巻数比に応じて変圧されて二次側巻線１３１ｂから出力される。

【0031】

整流・平滑回路１４は、整流ダイオード１４１及び１４２と、平滑コンデンサ１４３と、を備えており、これらにより、トランス１３１により昇圧された交流電力を整流・平滑して直流電力として出力する。

【0032】

昇圧電圧検出部１５は、互いに直列接続された抵抗１５１及び１５２から構成されており、整流・平滑回路１４から出力された直流の昇圧電圧（平滑コンデンサ電圧、例えば１４０Ｖ）を検出し、昇圧電圧の、抵抗１５１と抵抗１５２とによる分圧電圧を制御部１９に出力する。

【0033】

インバータ回路１６は、４つのＦＥＴ１６１−１６４から構成されており、直列に接続されたＦＥＴ１６１及び１６２と、直列に接続されたＦＥＴ１６３及び１６４とが、平滑コンデンサ１４３に並列に接続されている。詳細には、ＦＥＴ１６１のドレインは、整流ダイオード１４１及び１４２のカソードと接続され、ＦＥＴ１６１のソースは、ＦＥＴ１６２のドレインに接続されている。また、ＦＥＴ１６３のドレインは、整流ダイオード１４１及び１４２のカソードと接続され、ＦＥＴ１６３のソースは、ＦＥＴ１６４のドレインに接続されている。

【0034】

更に、ＦＥＴ１６１のソース及びＦＥＴ１６２のドレイン、ＦＥＴ１６３のソース及びＦＥＴ１６４のドレインは、それぞれ、出力端子１６５、１６６と接続されており、出力端子１６５、１６６は、電動工具３のＡＣモータ３１に接続されている。ＦＥＴ１６１−１６４のゲートには、ＦＥＴ１６１−１６４をオン・オフさせるための第２のＰＷＭ信号がＰＷＭ信号出力部１８から入力され、ＦＥＴ１６１−１６４のオン・オフにより、整流・平滑回路１４から出力された直流電力は交流電力（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換されて電動工具３（ＡＣモータ３１）に出力される。

【0035】

第２の電流検出抵抗１７は、ＦＥＴ１６２のソース及びＦＥＴ１６４のソースと、電池パック２のマイナス側端子２２との間に接続されており、第２の電流検出抵抗１７の高電圧側の端子は制御部１９と接続されている。このような構成により、第２の電流検出抵抗１７は、ＡＣモータ３１（インバータ回路１６）に流れる電流を抵抗の電圧降下により検出し、電圧として制御部１９に出力する。

【0036】

制御部１９は、昇圧電圧検出部１５によって検出された昇圧電圧に基づき、目標実効値（例えば、１４１Ｖ）を有する交流電力がトランス１３１の二次側から出力されるような第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ１３２のゲートに出力する。また、制御部１９は、目標実効値（例えば、１００Ｖ）を有する交流電力がＡＣモータ３１に出力されるような第２のＰＷＭ信号をＰＷＭ信号出力部１８を介してＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する。本実施の形態では、制御部１９は、ＦＥＴ１６１とＦＥＴ１６４（以降、第１のセット）と、ＦＥＴ１６２とＦＥＴ１６３（以降、第２のセット）とを、それぞれ１セットとして、第１のセットと第２のセットを交互にオン・オフさせるような第２のＰＷＭ信号を出力する。すなわち、制御部１９は、目標の昇圧電圧になるように、昇圧電圧検出部１５によって検出された昇圧電圧のフィードバック情報に基づき、ＦＥＴ１３２のゲート信号を制御する。

【0037】

また、制御部１９は、電池電圧検出部１１によって検出された電池電圧に基づき、電池パック２の過放電の判断を行う。具体的には、電池電圧検出部１１によって検出された電池電圧が所定の過放電電圧より小さい場合には、電池パック２に過放電が生じていると判断し、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力する。すなわち、第１及び第２のＰＷＭ信号の少なくとも一方を停止する。また、電池パック２は、その内部に保護ＩＣやマイコンを備え、自ら過放電を検出して過放電信号を制御部１９に出力する機能を有しており、制御部１９は、信号端子ＬＤから過放電信号を受信した場合にも、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力する。すなわち、第１及び第２のＰＷＭ信号の少なくとも一方を停止する。このような構成により、電池パック２の寿命が短くなることを防止することができる。

【0038】

更に、制御部１９は、第２の電流検出抵抗１７によって検出された電流（電圧）に基づき、過電流の判断を行う。詳細には、第２の電流検出抵抗１７によって検出された電流がモータ用あるいはインバータ回路１６のＦＥＴ１６１−１６４の過電流閾値を超えていた場合に、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させるための第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ１３２のゲートに出力し、ＦＥＴ１６１−１６４のオン・オフ動作を停止させるための第２のＰＷＭ信号をＦＥＴ１６１−１６４のゲートに出力する。これにより、ＡＣモータ３１への電力の供給が停止されるので、過電流によりＡＣモータ３１やインバータ回路１６（特にＦＥＴ１６１−１６４）が故障することを防止することができる。なお、ＦＥＴ１３２とＦＥＴ１６１−１６４の一方のオン・オフ動作を停止するようにしても良い。

【0039】

ところで、ＦＥＴ１３２も、過電流が流れた場合に故障してしまう虞がある。しかしながら、上記した制御部１９によるＡＣモータ３１への電力供給の停止は、ＦＥＴ１３２に流れる電流ではなく、ＡＣモータ３１あるいはインバータ回路１６（ＦＥＴ１６１−１６４）に流れる電流に基づいて行われている。そのため、ＦＥＴ１３２に流れる電流がＦＥＴ用過電流閾値を超えていても、ＡＣモータ３１あるいはインバータ回路１６に流れる電流がモータ用過電流閾値を超えていない場合には、ＡＣモータ３１への電力供給は停止されないこととなり、その結果、ＦＥＴ１３２に過電流が流れてしまい、故障してしまう虞がある。すなわち、第２の電流検出抵抗１７で検出した電流はモータ３１（インバータ回路１６）に流れる電流（トランス１３１の二次側電流）であり、この電流が必ずしもＦＥＴ１３２（トランス１３１の一次側）に流れる電流と比例するとは限らないため、第２の電流検出抵抗１７ではトランス１３１の一次側のＦＥＴ１３２に流れる電流を正確に検出（把握）できない虞がある。

【0040】

そこで、本実施形態によるインバータ装置１では、ＦＥＴ保護部２０により、ＦＥＴ１３２に過電流が流れることを防止する。

【0041】

ＦＥＴ保護部２０は、第１の電流検出抵抗（本発明の第１の電流検出手段）２０１と、差動増幅回路（本発明の増幅手段）２３と、比較回路（本発明の比較手段）２４と、抵抗２１２と、トランジスタ２１３と、から構成されるアナログ回路である。

【0042】

第１の電流検出抵抗２０１は、ＦＥＴ１３２のソースと電池パック２のマイナス側端子２２との間に直列接続されており、また、ＦＥＴ１３２のソースは、差動増幅回路２３に接続されている。このような構成により、ＦＥＴ１３２に流れる電流（電圧）は、差動増幅回路２３に入力されることとなる。

【0043】

差動増幅回路２３は、オペアンプ２０６と、抵抗２０３−２０５、２０７と、を備えており、第１の電流検出抵抗２０１によって検出された電流(電圧)を増幅し、検出電流として比較回路２４に出力する。

【0044】

比較回路２４は、オペアンプ２０８と、抵抗２０９−２１１と、から構成されている。

【0045】

オペアンプ２０８のマイナス端子には、三端子レギュレータ１２２ａから出力された所定の直流電圧（５Ｖ）の、抵抗２０９と抵抗２１０とによる分圧電圧が基準電流（電圧）として、入力される。抵抗２０９及び抵抗２１０は、基準電流（電圧）が過電流の所定値となるような値に設定されている。一方、オペアンプ２０８のプラス端子には、差動増幅回路２３からの出力、すなわち増幅された検出電流に応じた電圧が入力される。

【0046】

オペアンプ２０８は、基準電流（電圧）と増幅された検出電流（電圧）とを比較し、増幅された検出電流（電圧）が基準電流（電圧）以下の場合にはＬレベルの信号を出力し、増幅された検出電流（電圧）が基準電流（電圧）より大きい場合にはＨレベルの信号を出力する。

【0047】

オペアンプ２０８の出力端子は、抵抗２１１を介してトランジスタ２１３のベースに接続されている。また、トランジスタ２１３のコレクタは、ＦＥＴ１３２のゲートに接続され、エミッタは、電池パック２のマイナス側端子２２に接続されている。

【0048】

このような構成により、オペアンプ２０８からＨレベルの信号が出力された場合、すなわち、ＦＥＴ１３２に流れる電流がＦＥＴ用過電流閾値より大きい場合には、トランジスタ２１３はオンすることとなる。その結果、ＦＥＴ１３２にオン・オフ動作をさせるための第１のＰＷＭ信号がＦＥＴ１３２のゲートに入力されていたとしても、当該第１のＰＷＭ信号は無効とされ、ＦＥＴ１３２はオフ状態を維持することとなる。

【0049】

このように、本実施の形態によるインバータ装置１では、ＦＥＴ１３２に流れる電流を検出し、ＦＥＴ１３２に流れる電流がＦＥＴ用過電流閾値を超えた場合には、ＦＥＴ保護部２０が、制御部１９とは独立して、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させるので、ＦＥＴ１３２を過電流から確実に保護することが可能となる。すなわち、ＦＥＴ保護部２０は、ＦＥＴ１３２に過電流が流れたことを検出すると、制御部１９の制御とは無関係にＦＥＴ１３２のゲートにＦＥＴ１３２のオフ信号を出力してＦＥＴ１３２を強制的に遮断することができる。

【0050】

また、ＦＥＴ１３２に流れる電流がＦＥＴ用過電流閾値を超えた場合に、制御部１９からの第１のＰＷＭ信号によってＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させる構成も考えられる。しかしながら、デジタル回路（例えばマイコン）である制御部１９は、アナログ回路と比べて処理速度が遅いため、ＦＥＴ１３２に急激に大きな電流が流れたような場合には、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を瞬時に停止させることができない虞がある。

【0051】

そこで、本実施の形態によるインバータ装置１では、デジタル回路である制御部１９ではなく、アナログ回路であるＦＥＴ保護部２０によってＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させている。これにより、ＦＥＴ１３２に急激に大きな電流が流れたような場合であってもＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を瞬時に停止させることができ、ＦＥＴ１３２を過電流からより確実に保護することが可能となる。

【0052】

また、例えば、インバータ装置１の起動時には、ＦＥＴ用過電流閾値を超える起動電流が流れるが、この場合にもＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させてしまうと、ＡＣモータ３１を作動させることができなくなってしまう。そこで、本実施の形態によるインバータ装置１では、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させた後、ＦＥＴ１３２に流れる電流が過電流閾値以下まで低下した時に、オン・オフ動作の停止を解除する。

【0053】

ＦＥＴ１３２に流れる電流（起動電流）は、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させた後、瞬時に過電流閾値まで低下するので、上記したオン・オフ動作の停止の解除も、オン・オフ動作の停止後、瞬時に行われることとなる。その一方で、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させた直後は、ＡＣモータ３１は、慣性によりまだ回転している状態である。従って、本実施の形態では、ＡＣモータ３１が慣性により回転している状態でオン・オフ動作の停止が解除され、電力が再びＡＣモータ３１に供給されることとなり、インバータ装置１の起動時等には、このような動作が繰り返されることにより、ＦＥＴ１３２を過電流から保護しながらも、ＡＣモータ３１を徐々に回転させていくことが可能となる。

【0054】

続いて、図２のフローチャートを用いて、制御部１９の動作について説明する。

【0055】

図２のフローチャートは、電池パック２がインバータ装置１に装着されている状態で電源スイッチ１２１がオンされた時、又は、電源スイッチ１２１がオンされた状態で電池パック２がインバータ装置１に装着された時にスタートする。なお、電源スイッチ１２１をオンすることによって、電池パック２から定電圧回路１２２に電圧が供給されることで制御部１９の駆動電圧が生成され制御部１９が動作することになる。

【0056】

まず、制御部１９は、目標実効値（例えば、１４１Ｖ）を有する交流電力がトランス１３１の二次側から出力されるような第１のＰＷＭ信号をＦＥＴ１３２のゲートに出力し（Ｓ３０１）、昇圧電圧検出部１５によって検出された電圧に基づき、トランス１３１で昇圧された電圧の実効値が目標実効値より大きいか否かを判断する（Ｓ３０２）。

【0057】

昇圧された電圧が目標実効値より大きい場合には（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、ＦＥＴ１３２のデューティ比を減少させ（Ｓ３０４）、昇圧された電圧が目標実効値以下の場合には（Ｓ３０２：ＮＯ）、ＦＥＴ１３２のデューティ比を増加させる（Ｓ３０３）。

【0058】

続いて、ＦＥＴ保護部２０により、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させるための電流検出ルーチンが行われる（Ｓ４００）。電流検出ルーチンについては、図３において後述する。

【0059】

続いて、電池電圧検出部１１によって検出された電圧に基づき、電池パック２の電池電圧が所定の過放電電圧より小さいか否かを判断する（Ｓ３０５）。所定の過放電電圧より小さい場合には（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、電池パック２が過放電状態にあると判断し、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力する（Ｓ３０７）。すなわち、第１及び第２のＰＷＭ信号の出力を停止する。これにより、昇圧回路１３及びインバータ回路１６の動作が停止され、インバータ装置１からＡＣモータ３１への出力が停止される。

【0060】

更に、電池パック２の電池電圧が所定の過放電電圧以上の場合には（Ｓ３０５：ＮＯ）、電池パック２からＬＤ端子を介して過放電信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ３０６）。過放電信号が入力されていた場合には（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、電池パック２（少なくとも１つの電池セル）が過放電状態にあると判断し、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力（停止）する（Ｓ３０７）。

【0061】

一方、過放電信号が入力されていなかった場合（Ｓ３０６：ＮＯ）には、第２の電流検出抵抗１７によって検出された電流がモータ用過電流閾値あるいはインバータ回路１６のＦＥＴ１６１−１６４の過電流閾値を超えているか否かを判断する（Ｓ３０８）。モータ用あるいはＦＥＴ用過電流閾値を超えていた場合には（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、ＡＣモータ３１あるいはインバータ回路１６（ＦＥＴ１６１−１６４）を過電流から保護するために、ＡＣモータ３１への出力を停止させるための第１のＰＷＭ信号及び第２のＰＷＭ信号を出力（停止）する（Ｓ３０７）。一方、モータ用あるいはＦＥＴ用過電流閾値を超えていなかった場合には（Ｓ３０８：ＮＯ）、Ｓ３０１へ戻る。

【0062】

次に、図３のフローチャートを用いて、図２のＳ４００においてＦＥＴ保護部２０により行われる、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させるための電流検出ルーチンについて説明する。なお、このＳ４００は制御部１９の制御とは独立して実行される。

【0063】

電流検出ルーチンでは、まず、第１の電流検出抵抗２０１によってＦＥＴ１３２に流れる電流、すなわち、第１の電流検出抵抗２０１に印加された電圧が検出され（Ｓ４０１）、第１の電流検出抵抗２０１によって検出された電圧は、オペアンプ２０６により増幅される（Ｓ４０２）。

【0064】

オペアンプ２０６により増幅された電圧が抵抗２０９及び２１０で設定された所定値より大きい場合、すなわち、ＦＥＴ１３２に流れる電流がＦＥＴ用過電流閾値より大きい場合には（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、Ｈレベルの信号がオペアンプ２０８からトランジスタ２１３のベースに出力される（Ｓ４０４）。これにより、トランジスタ２１３がオンされるので（Ｓ４０５）、ＦＥＴ１３２のゲートに入力されている第１のＰＷＭ信号が無効とされ、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作が停止されることとなる（Ｓ４０６）。

【0065】

一方、オペアンプ２０６により増幅された電圧が所定値以下の場合には（Ｓ４０３：ＮＯ）、Ｌレベルの信号がオペアンプ２０８からトランジスタ２１３のベースに出力される（Ｓ４０７）。これにより、トランジスタ２１３がオフされるので（Ｓ４０８）、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作は停止されず、ＦＥＴ１３２は、第１のＰＷＭ信号に従い動作することとなる。

【0066】

以上のように、本実施の形態によるインバータ装置１では、ＦＥＴ１３２に流れる電流を検出し、ＦＥＴ１３２に流れる電流がＦＥＴ用過電流閾値を超えた場合には、ＦＥＴ保護部２０が、制御部１９とは独立して、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させるので、ＦＥＴ１３２を過電流から確実に保護することが可能となる。

【0067】

尚、本発明の電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。

【0068】

例えば、上記実施の形態では、電流検出ルーチンは、図２のＳ４００で行われたが、図２のフローチャート内のどの位置で行われてもよく、また、並行して行われてもよい。同様に、図２のフローチャートにおける、Ｓ３０１−Ｓ３０４での昇圧電圧の制御、及び、Ｓ３０５−Ｓ３０６での過放電の検出も、図２のフローチャート内のどの位置で行われてもよく、また、並行して行われてもよい。

【0069】

また、上記実施の形態では、ＦＥＴ１３２のオン・オフ動作を停止させた後、ＦＥＴ１３２に流れる電流が過電流閾値以下まで低下した時に、オン・オフ動作の停止を解除したが、停止・解除が所定回数以上繰り返された場合には、インバータ装置１の起動時ではなく、ＡＣモータ３１がロックしてしまっている状態であると考えられる。従って、停止・解除が連続して所定回数以上繰り返された場合には、その後、解除を行わないことが好ましい。この場合、オペアンプ２０８の出力信号を制御部１９で監視しておけばよい。

【符号の説明】

【0070】

１ インバータ装置
１４ 整流・平滑回路
１６ インバータ回路
１７ 第２の電流検出抵抗
１９ 制御部
２０ ＦＥＴ保護部
２３ 差動増幅回路
２４ 比較回路
３ 電動工具
３１ ＡＣモータ
１３１ トランス
２０１ 第１の電流検出抵抗
２１３ トランジスタ

【図1】

【図2】

【図3】