JP2013070535A - 無線給電対応型電源装置、電動工具、充電装置及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源が無い環境においても従来と比較して対象機器の駆動時間を長くすることが可能な電源装置を提供する。
【解決手段】送信装置２の送信アンテナ２３から送信された信号を受信アンテナ１０で受信し、信号受信部１９で交流電力に変換し、電力計測部１８で電力の計測を行う。計測された電力又は電圧が閾値よりも高い場合、給電制御部１７は、切替部３１による接続先をＡＣ／ＤＣコンバータ１４側とする。信号受信部１９の交流信号（電力）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４で直流電力に変換された後、インバータ１３で交流電圧に変換され、出力プラグ１２の出力端子１１に出力される。一方、電力計測部１８で計測された電力が閾値よりも低い場合は、給電制御部１７は、充放電制御部１５を放電モードとしてバッテリ１６による給電とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具等の対象機器を駆動する無線給電対応型電源装置、並びに無線給電に対応した電動工具、充電装置及び電気機器に関する。

図１３は従来の電源装置８０１の機能ブロック図である。図１４は、電源装置８０１の工具装着状態の外観図である。従来の電源装置では、バッテリ１６から直流電力の供給を受け、インバータ回路１３にて交流電力を生成・出力し、出力プラグ１２の出力端子１１からＡＣ駆動の電動工具４に電源を供給し、動作させる。これによれば、電源装置を作業場に持ち込むことで、作業場が商用電源を取れない場所であっても電動工具４を使うことができる。

下記特許文献１は、バッテリパックへの充電電力を電力供給装置から非接触で伝送する技術を開示する。

特開２０１１−０３４７９３号公報

従来の電源装置では、バッテリ１６で生成できる電力には限りがあるため、電動工具４の駆動可能時間が短いという問題がある。上記特許文献１の技術は、商用電源が無ければ電力供給装置は駆動することができないため、バッテリによる駆動時間を長くすることができず、従来の電源装置の上記問題を解決することはできない。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、商用電源が無い環境においても従来と比較して給電可能時間を長く確保することが可能な電源装置、電動工具、充電装置及び電気機器を提供することにある。

本発明のある態様は、無線給電対応型電源装置である。この電源装置は、
バッテリを接続可能な電源装置であって、
無線で電力を受信可能な受信手段と、
前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
前記交流信号を直流電圧に変換するコンバータ回路と、
前記信号計測部における計測結果を基に、バッテリの出力する直流電圧と前記コンバータ回路の出力する直流電圧のいずれを給電に用いるかを選択する給電制御部とを備える。

前記給電制御部は、前記信号計測部において計測した前記交流信号の電圧又は電力が所定の閾値以上であるときは前記コンバータ回路の出力する直流電圧を給電に用い、前記電圧又は電力が前記閾値未満であるときは本電源装置に接続したバッテリの出力する直流電圧を給電に用いるように制御してもよい。

前記給電制御部によって選択された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を備えてもよい。

前記電源装置は、電源供給対象の機器とは別体であって当該機器とケーブル接続されてもよい。

前記給電制御部は、本電源装置の接続先の機器が不使用状態のとき又は本電源装置が機器に接続されていないときは、前記受信手段の受信電力により、本電源装置に接続したバッテリを充電するように制御してもよい。

前記電源装置は、実効値が１００Ｖの交流電圧を出力してもよい。

本発明のもう一つの態様は、無線給電対応型電動工具である。この電動工具は、
バッテリと、
無線で電力を受信可能な受信手段と、
前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
前記交流信号を直流電圧に変換するコンバータ回路と、
前記信号計測部における計測結果を基に、バッテリの出力する直流電圧と前記コンバータ回路の出力する直流電圧のいずれを給電に用いるかを選択する給電制御部とを備える。

前記給電制御部は、前記信号計測部において計測した前記交流信号の電圧又は電力が所定の閾値以上であるときは前記コンバータ回路の出力する直流電圧を給電に用い、前記電圧又は電力が前記閾値未満であるときは前記バッテリの出力する直流電圧を給電に用いるように制御してもよい。

前記バッテリを収納するバッテリパックを備え、
前記バッテリパックは、前記受信手段、前記信号計測部、前記コンバータ回路、及び前記給電制御部を含んでもよい。

前記給電制御部は、本電動工具が不使用状態のときは、前記受信手段の受信電力により前記バッテリを充電するように制御してもよい。

本発明のもう一つの態様は、無線給電対応型電動工具である。この電動工具は、
モータと
ＡＣ電源に接続されるＡＣコードと、
前記モータを制御するモータ制御回路と、
無線で電力を受信可能な受信手段と、
前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
前記信号計測部における計測結果を基に、前記ＡＣコードからの交流電圧と前記受信手段で受信した電力のいずれを前記モータへの給電に用いるかを選択する給電制御部とを備える。

本発明のもう一つの態様は、無線給電対応型充電装置である。この充電装置は、
バッテリを有するバッテリパックを充電する充電装置であって、
ＡＣ電源に接続されるＡＣコードと、
前記バッテリへの充電を制御する充電制御回路と、
無線で電力を受信可能な受信手段と、
前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
前記信号計測部における計測結果を基に、前記バッテリの充電電源として前記ＡＣコードと前記受信手段とのいずれを用いるかを選択する給電制御部とを備える。

本発明のもう一つの態様は、無線給電対応型電気機器である。この電気機器は、
無線で電力を受信可能な受信手段と、前記受信手段からの電力と無線以外の電源からの電力のいずれを出力するかを選択する給電制御部とを備える。

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、商用電源が無い環境においても従来と比較して給電可能時間を長く確保することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る電源装置を送信装置と組み合わせた電源供給システムの機能ブロック図。 受信装置における受信から電源装置における給電方法選択までのフローチャート。 図１の電源装置の正断面図。 同電源装置の背面図。 同電源装置を電動工具（ＡＣ駆動）に装着した工具装着図。 本発明の実施の形態２に係る電動工具（ＤＣ駆動）の側面図。 同電動工具のバッテリパックの機能ブロック図。 本発明の実施の形態３に係る電動工具（ＤＣ駆動）の側面図。 本発明の実施の形態４に係る電動工具（ＡＣ駆動）の側面図。 図９の電動工具の機能ブロック図。 本発明の実施の形態５に係る充電装置の側面図。 図１１の充電装置の機能ブロック図。 従来の電源装置の機能ブロック図。 同電源装置を電動工具に装着した工具装着図。

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、処理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。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置１を送信装置２と組み合わせた電源供給システムの機能ブロック図である。各ブロックは、ハードウェア若しくはソフトウェア、又はそれらの組合せによって実現される。送信装置２は、電力を無線で送信する送信手段の例示である。例えば、送信装置２内の電源部２１の供給エネルギーを、信号送信部２２で交流信号に変換した後、電磁波を発生する送信アンテナ２３から無線送信する。電源装置１は、送信装置２から無線で受信した交流信号の電力、又はバッテリ１６の電力に基づく駆動電力を出力端子１１から出力する。当該駆動電力により、出力端子１１に接続した電動工具等の対象機器を動作させる。以下、電源装置１の具体的構成を説明する。

電源装置１は、受信装置３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４と、充放電制御部１５と、バッテリ１６と、インバータ１３（ＤＣ／ＡＣインバータ）と、出力プラグ１２（プラグ受け）とを備える。受信装置３は、無線で電力を受信可能な受信手段の例示である。ＡＣ／ＤＣコンバータ１４は、受信装置３で受信した交流電圧（電力）を直流電圧（電力）に変換する。充放電制御部１５は、充電保護回路部及び放電保護回路部を有し、バッテリ１６の充放電を制御する。バッテリ１６は、図示しない保護回路と共にバッテリケースに収納され電池パックの形で電源装置１に接続される。なお、バッテリ１６を電源装置１に内蔵してもよい。インバータ１３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４又は充放電制御部１５（バッテリ１６）のいずれかの出力する直流電圧を入力とし、交流電圧に変換して出力プラグ１２の出力端子１１に出力する。

受信装置３は、送信アンテナ２３で発生した電磁波を受けて交流信号を発生する受信アンテナ１０と、信号受信部１９と、電力計測部１８と、給電制御部１７と、切替部３１とを有する。図２は、受信装置３における受信から電源装置１における給電方法選択までのフローチャートである。送信装置２の送信アンテナ２３から送信された信号（電磁波）を受信アンテナ１０で受信し、信号受信部１９で交流信号（電力）に変換し、電力計測部１８で電力又は電圧の計測を行う。給電制御部１７は、電力計測部１８で計測された電力又は電圧を基に、使用する給電方法を決定する。

具体的には、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも高い場合は、バッテリ１６は使用せず、信号受信部１９の交流信号（電力）による給電とする。すなわち、給電制御部１７は、切替部３１による接続先をＡＣ／ＤＣコンバータ１４側とし、かつＡＣ／ＤＣコンバータ１４の出力電圧を入力とするようにインバータ１３を制御する。信号受信部１９の交流信号（電力）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４で直流電圧（電力）に変換された後、インバータ１３で実効値が例えば１００Ｖの交流電圧（電力）に変換され、出力プラグ１２の出力端子１１に出力される。

一方、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも低い場合は、給電制御部１７は、充放電制御部１５を放電モードとしてバッテリ１６による給電とし、切替部３１をオープン状態（ＡＣ／ＤＣコンバータ１４及び充放電制御部１５のいずれにも接続されない状態）とし、充放電制御部１５の出力電圧（バッテリ１６の直流電圧）を入力とするようにインバータ１３を制御する。なお、切替部３１による接続先を充放電制御部１５側としてもよい。この場合には、後述するが、電源装置１の給電対象が不使用または未接続時にバッテリ１６を充電することができる。バッテリ１６からの直流電圧（電力）は充放電制御部１５を介してインバータ１３に供給され、インバータ１３で実効値が例えば１００Ｖの交流電圧（電力）に変換された後、出力プラグ１２の出力端子１１に出力される。

給電制御部１７は、電源装置１の給電対象（電動工具等の対象機器）の不使用時、又は給電対象の未接続時に、切替部３１による接続先を充放電制御部１５側（バッテリ１６側）とし、かつ充放電制御部１５を充電モードに制御する。これにより、信号受信部１９の交流信号（電力）により充放電制御部１５を介してバッテリ１６を充電する。なお、給電対象の不使用又は未接続は、例えばインバータ１３と出力端子１１との間の電流が一定値以下（例えばゼロ又はその近傍）になったことを不図示の電流測定手段で測定することによって検出できる。あるいは、充放電制御部１５で電流（放電又は充電）を監視することで検出することもできる。さらには、放電時（給電時）にはバッテリ１６の電圧が降下（ドロップ）し、放電を停止すると電圧は元の値に復活するため、電圧が降下してから復帰したことを充放電制御部１５で監視することで検出することもできる。

図３は、図１の電源装置１の正断面図である。図４は、電源装置１の背面図である。本図において、受信アンテナ１０を受信装置３のブロックから抜き出して示している。図５は、電源装置１を電動工具４に装着した工具装着図である。これらの図に示すように、例えば、電源装置１の例えば樹脂製のハウジング５０の背面部（底面部）の内側に送信装置からの交流信号を受信する受信アンテナ１０を有する受信装置３を、上面部の凹部（バッテリ取付部）にバッテリ１６を、内部にＡＣ／ＤＣコンバータ１４、インバータ１３、及び充放電制御部１５を設ける。受信アンテナ１０は、例えば絶縁被覆線を多数回に渡って周回させたループコイルからなるループアンテナである。なお、受信アンテナ１０は、ハウジング５０と一体に成形することも可能である。ハウジング５０からケーブル５１が延び、ケーブル５１の先端に出力プラグ１２が設けられる。電動工具４は、例えば、電子パルスドライバ等の電動ドライバや、電動打込機である。

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) 無線で電力を受信可能な受信装置３を電源装置１に設け、一定値以上の電力が無線で受信できたときは、バッテリ１６を使用せず、無線での受信電力によって給電するので、従来技術と比較してバッテリ１６の消耗を抑えることができる。このため、商用電源が無い環境においても従来と比較して対象機器の駆動時間を長くすることが可能となる。

(2) 給電対象の不使用時等に無線での受信電力によりバッテリ１６を充電するので、対象機器の駆動時間をより長くすることができる。

(3) 無線での受信電力による給電だけでは出力電力の安定性が悪く出力不足の問題があるところ、バッテリ１６が不安定性をカバーするので、安定した出力を得ることができる。

(4) 受信アンテナ１０をハウジング５０に設けているため、電池パックや電動工具本体に設ける場合と比較して受信アンテナ１０を大型化でき、無線での受信可能電力を大きくすることができる。

図６は、本発明の実施の形態２に係る電動工具（ＤＣ駆動）の側面図である。本図において、受信アンテナ１０を受信装置３のブロックから抜き出して示している。図７は、同電動工具のバッテリパックの機能ブロック図である。この電動工具は、電子パルスドライバ等の電動ドライバや、電動打込機であり、実施の形態１で説明した図１の電源装置１（但しインバータ１３を除く）に相当する電源供給部を着脱自在なバッテリパック１０１に備える（例えば内蔵する）。バッテリパック１０１は、図１の電源装置１のインバータ１３が給電切替手段の例示である切替スイッチ１３３に代わり、かつ出力プラグ１２がバッテリパック１０１の端子に代わったものであり、その他の点は図１の電源装置１と同様である。

給電制御部１７は、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも高い場合は切替スイッチ１３３の一端の接続先をＡＣ／ＤＣコンバータ１４側とし、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも低い場合は切替スイッチ１３３の前記一端の接続先を充放電制御部１５側とする。切替スイッチ１３３の他端は電動工具の駆動部（例えばモータ）側に接続され、電動工具駆動電圧が出力される。本実施の形態は、受信アンテナ１０の大型化以外の点では実施の形態１と同様の効果を奏する。

図８は、本発明の実施の形態３に係る電動工具（ＤＣ駆動）の側面図である。この電動工具は、図６及び図７に示す実施の形態２でバッテリパック１０１として着脱自在であった電源供給部を電動工具本体に一体に備える（例えば内蔵する）点以外は実施の形態２と同様である。

図９は、本発明の実施の形態４に係る電動工具（ＡＣ駆動）の側面図である。本図において、受信アンテナ１０を受信装置３のブロックから抜き出して示している。図１０は、同電動工具の機能ブロック図である。この電動工具は、電子パルスドライバ等の電動ドライバや、電動打込機であり、実施の形態１で説明した図１の電源装置１の受信装置３（但し切替部３１は切替スイッチ１３３に置換）を電動工具本体に一体に備える（例えば内蔵する）とともに、商用電源（ＡＣ電源の例示）に有線接続可能である。そして、商用電源からの供給電力と信号受信部１９の交流信号（電力）のいずれかを選択して電動工具内のモータ１５０の駆動に利用する。すなわち、給電制御部１７は、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも高い場合及び商用電源非接続時は切替スイッチ１３３の一端の接続先を信号受信部１９側とし、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも低い場合は切替スイッチ１３３の前記一端の接続先を商用電源側とする。切替スイッチ１３３の他端はモータ制御回路１５２に接続される。モータ制御回路１５２は、給電制御部１７からの制御に従い、入力された電圧（信号受信部１９の交流信号又は商用電源の電圧）をモータ駆動信号に変換してモータ１５０を駆動する。なお、トリガスイッチ１５１は、使用者が図９のトリガ６０を引くことによってオンされるスイッチである。

本実施の形態によれば、一定値以上の電力が無線で受信できたときは、商用電源を使用せず、無線での受信電力によって給電するので、従来技術と比較して省エネルギー化を図ることができる。

図１１は、本発明の実施の形態５に係る充電装置の側面図である。本図において、受信アンテナ１０を受信装置３のブロックから抜き出して示している。図１２は、同充電装置の機能ブロック図である。この充電装置は、バッテリパック装着部１６７にバッテリパックを装着して充電する装置であり、前述の図１０と同様の受信装置３を一体に備える（例えば内蔵する）とともに、商用電源（ＡＣ電源の例示）に有線接続可能である。そして、商用電源からの供給電力と信号受信部１９の交流信号（電力）のいずれかを選択して、バッテリパック装着部１６７に装着したバッテリパックの充電に利用する。すなわち、給電制御部１７は、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも高い場合及び商用電源非接続時は切替スイッチ１３３の一端の接続先を信号受信部１９側とし、電力計測部１８で計測された電力又は電圧が閾値よりも低い場合は切替スイッチ１３３の前記一端の接続先を商用電源側とする。切替スイッチ１３３の他端は充電制御回路１６５に接続される。充電制御回路１６５は、給電制御部１７からの制御に従い、入力された電圧（信号受信部１９の交流信号又は商用電源の電圧）を充電用電圧に変換して、バッテリパック装着部１６７に装着したバッテリパック１６０を充電する。

本実施の形態によれば、一定値以上の電力が無線で受信できたときは、商用電源を使用せず、無線での受信電力によってバッテリパックを充電するので、従来技術と比較して省エネルギー化を図ることができる。また、無線電力を受信している限りは商用電源非接続時も常にバッテリパックを充電可能であり、その後に商用電源に接続した際の充電時間及び充電電力を抑えることができる。

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。以下、変形例について触れる。

実施の形態１において、給電対象の機器がＤＣ駆動であるときは、インバータ１３を設けず、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の出力する直流電圧又は充放電制御部１５（バッテリ１６）の出力する直流電圧を出力プラグ１２の出力端子１１に出力する構成とすればよい。

無線で電力を受信する方式は、電磁波受信方式に限らず、共鳴方式（磁界共鳴方式、電界共鳴方式）であってもよい。

実施の形態１において、電源装置１をＡＣ電源（例えば商用電源）に有線接続可能とし、商用電源によりバッテリ１６を充電可能としてもよい。

実施の形態１において、電源装置１は、対象機器に取付け可能な電池パックであってもよい。この場合、対象機器がＡＣ駆動（商用電源等のＡＣ電源に有線接続可能）である場合には、駆動源を商用電源と電源装置１との間で切り換えるスイッチを設けるとよい。

実施の形態１、２において、切替部３１は自動的に切り替えるのに代えて、作業者が手動で切り替えるようにしてもよい。

１ 電源装置
２ 送信装置
３ 受信装置
４ 電動工具
１０ 受信アンテナ
１１ 出力端子
１２ 出力プラグ
１３ インバータ
１４ ＤＣ／ＡＣコンバータ
１５ 充放電制御部
１６ バッテリ
１７ 給電制御部
１８ 電力計測部
１９ 信号受信部
２１ 電源部
２２ 信号送信部
２３ 送信アンテナ

Claims (13)

1. バッテリを接続可能な電源装置であって、
   無線で電力を受信可能な受信手段と、
   前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
   前記交流信号を直流電圧に変換するコンバータ回路と、
   前記信号計測部における計測結果を基に、バッテリの出力する直流電圧と前記コンバータ回路の出力する直流電圧のいずれを給電に用いるかを選択する給電制御部とを備える、無線給電対応型電源装置。
2. 前記給電制御部は、前記信号計測部において計測した前記交流信号の電圧又は電力が所定の閾値以上であるときは前記コンバータ回路の出力する直流電圧を給電に用い、前記電圧又は電力が前記閾値未満であるときは本電源装置に接続したバッテリの出力する直流電圧を給電に用いるように制御する、請求項１に記載の無線給電対応型電源装置。
3. 前記給電制御部によって選択された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を備える請求項１又は２に記載の無線給電対応型電源装置。
4. 電源供給対象の機器とは別体であって当該機器とケーブル接続される請求項１から３のいずれか一項に記載の無線給電対応型電源装置。
5. 前記給電制御部は、本電源装置の接続先の機器が不使用状態のとき又は本電源装置が機器に接続されていないときは、前記受信手段の受信電力により、本電源装置に接続したバッテリを充電するように制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線給電対応型電源装置。
6. 実効値が１００Ｖの交流電圧を出力する請求項１から５のいずれか一項に記載の無線給電対応型電源装置。
7. バッテリと、
   無線で電力を受信可能な受信手段と、
   前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
   前記交流信号を直流電圧に変換するコンバータ回路と、
   前記信号計測部における計測結果を基に、バッテリの出力する直流電圧と前記コンバータ回路の出力する直流電圧のいずれを給電に用いるかを選択する給電制御部とを備える、無線給電対応型電動工具。
8. 前記給電制御部は、前記信号計測部において計測した前記交流信号の電圧又は電力が所定の閾値以上であるときは前記コンバータ回路の出力する直流電圧を給電に用い、前記電圧又は電力が前記閾値未満であるときは前記バッテリの出力する直流電圧を給電に用いるように制御する、請求項７に記載の無線給電対応型電動工具。
9. 前記バッテリを収納するバッテリパックを備え、
   前記バッテリパックは、前記受信手段、前記信号計測部、前記コンバータ回路、及び前記給電制御部を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の無線給電対応型電動工具。
10. 前記給電制御部は、本電動工具が不使用状態のときは、前記受信手段の受信電力により前記バッテリを充電するように制御する、請求項７から９のいずれか一項に記載の無線給電対応型電動工具。
11. モータと
    ＡＣ電源に接続されるＡＣコードと、
    前記モータを制御するモータ制御回路と、
    無線で電力を受信可能な受信手段と、
    前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
    前記信号計測部における計測結果を基に、前記ＡＣコードからの交流電圧と前記受信手段で受信した電力のいずれを前記モータへの給電に用いるかを選択する給電制御部とを備える、無線給電対応型電動工具。
12. バッテリを有するバッテリパックを充電する充電装置であって、
    ＡＣ電源に接続されるＡＣコードと、
    前記バッテリへの充電を制御する充電制御回路と、
    無線で電力を受信可能な受信手段と、
    前記受信手段で受信した交流信号の電圧又は電力を計測する信号計測部と、
    前記信号計測部における計測結果を基に、前記バッテリの充電電源として前記ＡＣコードと前記受信手段とのいずれを用いるかを選択する給電制御部とを備える、無線給電対応型充電装置。
13. 無線で電力を受信可能な受信手段と、前記受信手段からの電力と無線以外の電源からの電力のいずれを出力するかを選択する給電制御部とを備える、無線給電対応型電気機器。