WO2012035832A1 - 電動作業機 - Google Patents

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進一 茂木
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ヤンマー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric working machine including an electric drive device that charges a power storage element such as a storage battery with electric power from an external power source such as a commercial power system and drives a motor by the power storage element.
  • a power storage element such as a storage battery with electric power from an external power source such as a commercial power system and drives a motor by the power storage element.
  • Patent Document 1 A configuration described in Patent Document 1 is disclosed as a conventional electric drive device that charges a power storage element such as a storage battery with electric power from an external power source such as a commercial power system and drives a motor by the power storage element.
  • a power storage element such as a storage battery with electric power from an external power source such as a commercial power system and drives a motor by the power storage element.
  • FIG. 24 shows a circuit diagram described in Patent Document 1 for charging a storage battery from a commercial power system.
  • a rectifying module A2 is provided in parallel with an inverter A1 connected to a motor M1 connected to an AC 100V commercial power source.
  • the rectifying module A2 two sets (A21a, A21b), (A22a, A22b) in which two diodes are arranged in series are arranged in parallel, and these diodes (A21a, A21b), (A22a, A22b) are arranged in parallel.
  • the capacitor A3 is provided.
  • a ground side charger A4 connected to an AC200V commercial power supply is connected via a port A5 for inductive connection.
  • a switch A6 is provided on one of the wires connecting A5 and the rectifying module A2.
  • the storage battery A0 is charged with the switch A6 opened.
  • the storage battery A0 is closed with the switch A6 closed. Is charged.
  • circuit configuration shown in FIG. 24 has separate paths for the AC 100V commercial power system and the AC 200V commercial power system.
  • an AC 100V commercial power system that outputs a commercial power system voltage such as 100V or 120V and an AC 200V commercial power system that outputs a commercial power system voltage such as 200V, 230V, or 240V are used. Since they are separate paths, convenience in charging the storage element with power from an external power source is not good.
  • the current flowing through the inductance of the paddle A7 is converted into a high frequency switching frequency by the switching circuit A41. It is necessary to provide a transformer and a step-up DC-DC converter composed of the switching circuit A41, which complicates the circuit configuration.
  • the present invention includes an electric drive device that can improve the convenience when charging a power storage element with electric power from an external power source such as a commercial power system, and can simplify the circuit configuration as compared with the prior art.
  • An object is to provide an electric working machine.
  • the present invention relates to a bidirectional buck-boost DC-DC converter and a rectifier that replaces an existing inverter (a motor driving inverter that is not used when charging a storage element) provided in an electric working machine when charging the storage element. It is completed based on the knowledge of the present inventor that it is diverted.
  • the present invention provides an electric work including an electric drive device having a plurality of inverters that are supplied with the same DC voltage from power storage elements such as a storage battery and a capacitor and respectively drive a plurality of motors.
  • the electric drive unit is configured to divide each leg included in the plurality of inverters into four leg groups each having one or more legs. Electrically connecting between the first leg group in which the power storage element is connected to both ends and the connection leg group including the second leg group and the fourth leg group in which both ends are connected to each other.
  • a first opening / closing means for blocking and a first inductor is connected between a midpoint of at least one leg of the first leg group and a midpoint of at least one leg of the second leg group, respectively.
  • a commercial power system or the like via a second inductor between the first connection terminal and the midpoint of at least one leg of the third leg group and the midpoint of at least one leg of the fourth leg group And a second connection terminal connected to the external power supply.
  • the first opening / closing means electrically disconnects (opens) the first leg group and the connection leg group.
  • the plurality of existing inverters can be used as a bidirectional buck-boost DC-DC converter and a rectifier.
  • the first opening / closing means electrically cuts off between the first leg group and the connection leg group, and the middle point of at least one leg of the first leg group and the second leg group
  • a bidirectional step-up / step-down DC-DC converter can be configured by the first and second leg groups and the first inductor by connecting the first inductor to a midpoint of at least one leg.
  • a rectifier can be configured by the third and fourth leg groups. And connecting between the midpoint of at least one leg of the third leg group and the midpoint of at least one leg of the fourth leg group via the second inductor, respectively.
  • the power supplied from the external power source through the rectifier constituted by the third and fourth leg groups and the second inductor is constituted by the first and second leg groups and the first inductor.
  • the electric storage element can be charged by controlling the bidirectional buck-boost DC-DC converter.
  • the plurality of existing inverters are electrically disconnected between the first leg group and the connection leg group by the first opening / closing means.
  • a transformer or a step-up DC-DC converter is used for high-frequency conversion. There is no need to provide it, and the circuit configuration can be simplified accordingly.
  • the first inductor is operated between the middle point of at least one leg of the first leg group and the middle point of at least one leg of the second leg group.
  • connection of the second inductor and the external power source between the midpoint of at least one leg of the third leg group and the midpoint of at least one leg of the fourth leg group.
  • the electric drive device electrically cuts off the connection between the first leg group and the connection leg group by the first opening / closing means when charging the power storage element with electric power from the external power source
  • the first inductor is connected between the midpoint of at least one leg of the first leg group and the midpoint of at least one leg of the second leg group, and at least of the third leg group. It is preferable to connect the midpoint of one leg and the midpoint of at least one leg of the fourth leg group to the external power supply via the second inductor.
  • the operation of the first opening / closing means, the connection of the first inductor, and the connection of the second inductor and the external power supply are automatically performed. It can be performed, and the operability by the user can be improved accordingly.
  • the electric drive device can be exemplified by a mode in which the second inductor between the third leg group and the fourth leg group forms part of a single-turn transformer.
  • the rated voltage of the inverter in the third and fourth leg groups is set to the voltage of the external power supply by using the autotransformer that shares a part of the winding between the primary side and the secondary side.
  • the power from the external power supply can be supplied.
  • the electric drive device can be exemplified by an aspect in which the second inductor between the third leg group and the fourth leg group constitutes a part of a compound transformer.
  • the rated voltage of the inverter in the third and fourth leg groups corresponds to the voltage of the external power supply by using the multi-winding transformer that is physically insulated on the primary side and the secondary side.
  • safety can be improved.
  • the number of legs included in the first leg group and the number of legs included in the second leg group are two or more and the same number.
  • a mode in which two or more first inductors are respectively connected between a midpoint of two or more legs and a midpoint of two or more legs in the second leg group can be exemplified.
  • the number of legs included in the first leg group and the number of legs included in the second leg group are 3, and the plurality of motors are included in the first leg group. Any one of the first motors is connected as the first inductor, and one of the remaining motors is connected to the second leg group as the first inductor, and the first leg group is connected. And a second opening / closing means for electrically conducting and blocking between the middle points of the field windings of the first motor connected to the first motor and the second motor connected to the second leg group. It can be illustrated.
  • the second opening / closing means is connected to the first motor group and the second leg group connected to the first leg group. Further, by conducting between the middle points of the field windings with the second motor, the existing first and second motors can be used as the first inductor, and the cost can be reduced accordingly.
  • the second opening / closing means may be artificially activated by a user's manual operation, but is preferably automatically activated. That is, when the electric drive device charges the power storage element with electric power from the external power source, the second opening / closing means uses the second opening / closing means between the middle points of the field windings of the first motor and the second motor. It is preferable to be configured to be electrically connected.
  • the second opening / closing means when the power storage element is charged with power from the external power source, the second opening / closing means can be automatically operated, and the operability for the user can be improved accordingly.
  • the number of legs included in the third leg group and the number of legs included in the fourth leg group are two or more and the same number.
  • a mode in which the other end sides of two or more second inductors each having one end connected to the external power source is connected to the midpoint of two or more legs in the leg group, respectively.
  • the power capacity for charging the charging element is increased accordingly. Can be increased.
  • the number of legs included in the third leg group and the number of legs included in the fourth leg group are 3, and the plurality of motors are included in the third leg group. Any one of the third motors is connected as the second inductor, and any one of the remaining four motors is connected to the fourth leg group as the second inductor, and the third leg group is connected.
  • a mode in which a middle point between field windings of the third motor connected to the fourth motor and the fourth motor connected to the fourth leg group is connected to the external power source can be exemplified.
  • At least one of the plurality of motors has a first field winding that is wound from the field winding for rotating the motor so as to constitute a part of the autotransformer.
  • a first additional winding motor is used, and the electric drive device can be exemplified by a configuration in which the first additional winding motor is connected as the single-turn transformer.
  • the power from the external power supply can be supplied, and the existing first One additional winding motor can be used as the autotransformer in which a part of the winding is shared between the primary side and the secondary side, and the cost can be reduced accordingly.
  • At least one of the plurality of motors has a second field winding wound with the field winding for motor rotation so as to form a part of a multi-turn transformer. It can be a winding motor, and the electric drive device can be exemplified by a configuration in which the second additional winding motor is connected as the compound winding transformer.
  • the power from the external power supply can be supplied, and the existing first Two additional winding motors can be used as the above-described double-winding transformer that is physically insulated between the primary side and the secondary side, so that the cost can be reduced and the safety can be improved.
  • a bidirectional buck-boost DC-DC converter constituted by the first and second leg groups and the first inductor is used. It is preferable that the current flowing to the external power supply side is a sine wave current in phase with the voltage waveform of the external power supply. However, the capacitance of the DC-side capacitor as viewed from the second, third, and fourth leg groups connected to the external power source is large (for example, greater than about 20 ⁇ F, or greater than about 30 ⁇ F, or even about 100 ⁇ F). If the DC side capacitor is used as a boundary, the external power supply side and the bidirectional buck-boost DC-DC converter side are electrically separated.
  • the current flowing to the external power source side of the bidirectional buck-boost DC-DC converter cannot be controlled by the bidirectional buck-boost DC-DC converter.
  • the current flowing to the external power supply side of the bidirectional buck-boost type DC-DC converter cannot be a current having a waveform in phase with the waveform of the current flowing to the external power supply.
  • the bidirectional buck-boost DC-DC converter constituted by the first and second leg groups and the first inductor is connected to the external power supply side of the bidirectional buck-boost DC-DC converter.
  • the capacitance of the DC-side capacitor as viewed from the second, third, and fourth leg groups is small enough to control the flowing current (for example, 100 ⁇ F or less, more preferably 30 ⁇ F or less, more preferably 20 ⁇ F or less).
  • the electric drive device has a capacitance of 100 ⁇ F of the DC-side capacitor as viewed from the second leg group, the third leg group, and the fourth leg group connected to the external power source. It is preferable that the configuration is as follows.
  • the said electric drive device can be made into the following aspect (a) and aspect (b). That is, In the aspect (a), the electric drive device operates as a rectifier that does not switch the third leg group and the fourth leg group connected to the external power source, and further controls the current flowing to the external power source side.
  • the first leg group or the second leg group is provided.
  • the electric drive device switches the third leg group and the fourth leg group connected to the external power source to operate as a synchronous rectifier, and further controls the current flowing to the external power source side.
  • the electric drive device switches the third leg group and the fourth leg group connected to the external power source to operate as a synchronous rectifier, and further controls the current flowing to the external power source side.
  • the bidirectional buck-boost DC-DC converter includes the bidirectional buck-boost DC-DC converter constituted by the first and second leg groups and the first inductor.
  • the current flowing to the external power supply side of the DC converter can be controlled, whereby the current flowing to the external power supply side of the bidirectional buck-boost type DC-DC converter is sine in phase with the voltage waveform of the external power supply. It can be a wave current.
  • the third leg group and the fourth leg group connected to the external power supply are operated as a rectifier that does not switch, high-frequency switching of the third leg group and the fourth leg group is suspended. Since this can reduce switching loss, power conversion efficiency can be improved accordingly.
  • the third leg group and the fourth leg group connected to the external power source are switched, the third leg group and the fourth leg group are operated in particular as the synchronous rectifier is operated.
  • a rectifier that does not switch the third leg group and the fourth leg group when the switching element is a reverse conducting semiconductor element (specifically, MOSFET or the like) that exhibits linear voltage-current characteristics when the switching element is turned on
  • MOSFET reverse conducting semiconductor element
  • the power conversion efficiency can be improved as compared with the case of operating as a semiconductor element such as a diode that exhibits nonlinear voltage-current characteristics.
  • the human-side operation of the DC-side capacitors as viewed from the second leg group, the third leg group, and the fourth leg group connected to the external power source is 100 ⁇ F or less.
  • the capacitance of the DC-side capacitor automatically viewed from the second leg group, the third leg group, and the fourth leg group. Can be made 100 ⁇ F or less, and the operability by the user can be improved accordingly.
  • the electric drive device accumulates pulsating power that may be generated when charging the power storage element in the first inductor connected between the first leg group and the second leg group.
  • the aspect made into the structure can be illustrated.
  • both the storage element and the DC-side capacitor with respect to the first inductor by a bidirectional buck-boost DC-DC converter constituted by the first and second leg groups and the first inductor.
  • An operation mode that is not electrically connected to the first inductance that is, an operation mode in which an internal short circuit occurs with respect to the first inductance
  • the current supplied to the power storage element can be made constant, whereby the frequency corresponding to the frequency of the external power supply to the power storage element (for example, the frequency of a single-phase system).
  • the corresponding low frequency pulsating current does not flow, and since a constant current can be easily flowed, the power storage element can be charged efficiently. Can, moreover it is possible to prevent the temperature rise of power storage elements, which makes it possible to prevent the reduction of the service life of the power storage element.
  • the electric drive device is configured such that a solar cell is connected to an excess leg among the legs included in the plurality of inverters, and the power storage element can be charged with electric power from the solar cell. Can be illustrated.
  • the surplus leg to which the solar cell is connected can be used for charging the power storage element with the power from the solar cell, thereby effectively utilizing the surplus leg. be able to.
  • the first and second leg groups and the first inductor are configured to realize switching control of a plurality of phases of power
  • the electric drive unit includes a plurality of electric drives in the first and second leg groups.
  • a mode in which the legs are switched so that the phases of the plurality of phases of power are shifted can be exemplified.
  • the electric drive device includes a plurality of electric power units in the first and second leg groups. Only one of the legs may be switched.
  • the size (size) can be reduced.
  • the switching loss can be reduced as compared with the case of switching each leg, so that the power conversion efficiency is improved accordingly. be able to.
  • the third and fourth leg groups and the second inductor are configured to realize switching control of a plurality of phases of electric power
  • the electric drive device includes a plurality of electric motors in the third and fourth leg groups.
  • a mode in which the legs are switched so that the phases of the plurality of phases of power are shifted can be exemplified.
  • the electric drive device includes a plurality of the third and fourth leg groups. Only one of the legs may be switched.
  • the size (size) can be reduced.
  • the switching loss can be reduced as compared with the case where each leg is switched, so that the power conversion efficiency is improved accordingly. be able to.
  • the first opening / closing means electrically cuts off (opens) the first leg group and the connection leg group, so that the existing
  • the plurality of inverters can be used as a bidirectional buck-boost type DC-DC converter and a rectifier, and therefore separate paths are provided for the AC 100 V system commercial power system and the AC 200 V system commercial power system as the external power source paths. Without any problem, it is possible to correspond to a plurality of single-phase commercial power system voltages through the same path, and thus it is possible to improve convenience when charging the power storage element from the external power source. In addition, it is not necessary to separately provide a circuit for the bidirectional step-up / step-down DC-DC converter and rectifier. Furthermore, as in the configuration described in Patent Document 1, a transformer or a step-up DC-DC converter is used for high-frequency conversion. There is no need to provide it, and the circuit configuration can be simplified accordingly.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an electric working machine according to an embodiment of the present invention in a single line diagram.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a power running mode of the first embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the first embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing each switching element provided in each leg in one view.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the second embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the third embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the fourth embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the fifth embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the sixth embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the seventh embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 11 is a circuit diagram schematically showing winding states of third and fourth motors provided in the electric drive device of the eighth embodiment in the electric working machine shown in FIG. 1.
  • FIG. 12 is a circuit diagram schematically showing winding states of third and fourth motors provided in the electric drive device of the ninth embodiment in the electric working machine shown in FIG. 1.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the tenth embodiment in the electric working machine shown in FIG.
  • FIG. 14 shows a bidirectional buck-boost DC-DC configured by the first and second leg groups and the first inductor when the storage battery is charged with power from the grid in the electric drive device according to the present embodiment. It is a circuit diagram which shows schematic structure of a converter.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an operation example in which the DC-DC converter shown in FIG. 14 is operated in the power running mode.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an operation example in which the DC-DC converter shown in FIG. 14 is operated in the power running mode.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining an operation example in which the DC-DC converter shown in FIG. 14 is operated in the regeneration (charging) mode.
  • FIG. 17 is a graph showing an example of specific operation waveforms when the DC-DC converter shown in FIG. 14 is operated in the regeneration (charging) mode.
  • FIG. 18 is a graph for explaining an example of the pulsation reducing operation.
  • FIG. 19 is a graph for explaining another example of the pulsation reducing operation.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining an advantage when the switching elements of the third leg group and the fourth leg group are operated as a synchronous rectifier, and
  • FIG. 20A is a schematic diagram showing the switching elements in the off state.
  • FIG. 21 is a circuit diagram showing a state where solar cells are connected to surplus legs in the electric drive device of the first embodiment.
  • FIG. 22 shows three lower arms in a leg group in a case where the switching control of three-phase power is realized as in the circuit configurations shown in the fourth and fifth embodiments and the sixth and seventh embodiments.
  • FIG. 2 is a graph when only one switching element is switched at the same timing, where (a) is a graph showing a temporal change in switching timing of the switching element, and (b) is a current flowing through the first and second inductors. (C) is a graph showing a temporal change in the current flowing through the switching element when the switching element is switched, and (d) is a storage battery when the switching element is switched. It is a graph which shows the time change of the electric current which flows into the DC side capacitor
  • FIG. 23 shows the lower arm 3 in a leg group in a case where switching control of three-phase power is realized as in the circuit configurations shown in the fourth and fifth embodiments and the sixth and seventh embodiments.
  • FIG. 24 is a circuit diagram described in Patent Document 1 for charging a storage battery from a commercial power system.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an electric working machine 100 according to an embodiment of the present invention in a single line diagram.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the electric working machine 100 shown in FIG. 1 in the power running mode of the first embodiment in a double-line diagram.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the electric working machine 100 shown in FIG. 1 in the regeneration (charging) mode of the first embodiment in a double-line diagram.
  • the control device 20 and the like are not shown. The same applies to FIGS. 5 to 10, 13 and 21 described later.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the switching elements sw1 to sw24 provided in the legs LG1 to LG12 in one view.
  • each of the switching elements sw1 to sw24 is of the same type, only one is illustrated.
  • An electric work machine 100 shown in FIG. 1 includes an electric drive device 10 to which electric power is supplied from a storage battery BT (an example of an electric storage element), and a plurality (four in this case) of motors M driven by the electric drive device 10.
  • the storage battery BT is charged with power from a single-phase commercial power system (an example of an external power source, hereinafter simply referred to as a system) PW.
  • a single-phase commercial power system an example of an external power source, hereinafter simply referred to as a system
  • the plurality of storage batteries BT can be connected in series and / or in parallel.
  • the storage battery BT may be a capacitor.
  • the electric drive device 10 includes a plurality (four in this case) of motor drive inverters 11 that respectively drive a plurality of motors M,..., And a plurality (here, four) capacitors C,. Cc, Cd).
  • a DC brushless motor or an induction (induction) motor can be used as the motor M.
  • Each of the motor drive inverters 11 includes a plurality of (here, 12) legs LG1 to LG12.
  • An example of a leg is one in which two reverse conducting semiconductor elements are connected in series.
  • a reverse conduction type semiconductor element a semiconductor element in which diodes are connected in parallel with the direction in which a current can flow can be reversed with respect to a semiconductor switch such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or GTO (Gate Turn-Off Thyristor).
  • Examples of semiconductor elements such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistors) in which a parasitic diode (or body diode) exists in the structure of the semiconductor include, for example, reverse-conducting IGBT elements, reverse conducting Type MOSFET element and reverse conduction type GTO element.
  • MOSFETs Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistors
  • each of the plurality of legs LG1 to LG12 includes two switching elements (sw1, sw2), (sw3, sw4), (sw5, sw6), (sw7, sw8), (sw9, sw10), (Sw11, sw12), (sw13, sw14), (sw15, sw16), (sw17, sw18), (sw19, sw20), (sw21, sw22), (sw23, sw24) are connected in series.
  • the switching elements sw1 to sw24 are semiconductor elements (see FIG. 4) in which diodes D are connected in parallel with the direction in which a current can be passed to the semiconductor switch S such as IGBT and GTO reversed. Or a MOSFET reverse conducting semiconductor element.
  • the plurality of capacitors C,... are electrolytic capacitors of several hundred ⁇ F (for example, 400 ⁇ F to 800 ⁇ F) or more, and are respectively connected to the plurality of legs LG1 to LG12. One is connected in parallel for each of a plurality (three in this case) of legs.
  • the electric drive device 10 includes a first opening / closing relay SWa that functions as first opening / closing means.
  • the first open / close relay SWa includes one or more (here, three) legs (LG1 to LG3) and (LG4 to LG6) of the individual legs LG1 to LG12 included in the plurality of motor drive inverters 11,. , (LG7 to LG9), (LG10 to LG12), the first leg group G1 having a storage battery BT connected to both ends thereof, among the first to fourth leg groups G1 to G4 divided into four leg groups.
  • the second leg group G2 to the fourth leg group G4 each having both ends connected to each other are electrically connected to and disconnected from the connection leg group Gn.
  • the first open / close relay SWa is a relay switch that turns on / off current between the first leg group G1 and the connection leg group Gn.
  • the legs LG1 to LG3 of the first leg group G1 and the legs LG4 to LG12 of the connection leg group Gn are connected in parallel to each other, and the upper arm of the leg LG1 of the first leg group G1 (switching element sw1 ) Side and the positive electrode side of the storage battery BT are connected, and the lower arm (switching element sw2) side of the leg LG1 and the negative electrode side of the storage battery BT are connected.
  • the first open / close relay SWa is provided on either the positive electrode side or the negative electrode side between the leg LG3 of the first leg group G1 and the leg LG4 of the second leg group G2.
  • the connection terminal Ta1 is connected to the upper arm (switching element sw5) side of the leg LG3 of the first leg group G1
  • the connection terminal Ta2 is connected to the leg LG4 of the second leg group G2. It is connected to the upper arm (switching element sw7) side.
  • the lower arm (switching element sw6) side of the leg LG3 of the first leg group G1 and the lower arm (switching element sw8) side of the leg LG4 of the second leg group G2 are connected to each other.
  • the upper arm refers to the arm from which current flows into the first to fourth leg groups G1 to G4
  • the lower arm refers to the arm from which current flows from the first to fourth leg groups G1 to G4.
  • the electric drive device 10 includes at least one of the first inductor L1, the second inductor L2, the midpoint of at least one leg (here, the leg LG1) of the first leg group G1, and the second leg group G.
  • the electric drive device 10 (10a) of the first embodiment includes first to fourth switching relays SW1 to SW4 that function as switching means.
  • the first switching relay SW1 is connected to one end of the first inductor L1 with respect to the first connection terminal T1 (common terminal) connected to the midpoint of at least one leg (here, the leg LG1) in the first leg group G1. It is a change-over switch that switches between the first connection terminal T2 connected to the side and the connection terminal Tm connected to any phase of the motor M connected to the first leg group G1.
  • the midpoints of the remaining legs of the first leg group G1 (here, the legs LG2 and LG3) and the remaining phases of the motor M connected to the first leg group G1 are connected to each other.
  • the second switching relay SW2 is connected to the first inductor L1 in addition to the first connection terminal T1 (common terminal) connected to the midpoint of at least one leg (here, the leg LG6) in the second leg group G2. It is a changeover switch that switches between the first connection terminal T2 connected to the end side and the connection terminal Tm connected to any phase of the motor M connected to the second leg group G2.
  • the midpoints of the remaining legs of the second leg group G1 (here, legs LG4 and LG5) and the remaining phases of the motor M connected to the second leg group G2 are connected to each other.
  • the third switching relay SW3 has one end of the second inductor L2 with respect to the second connection terminal T3 (common terminal) connected to the midpoint of at least one leg (here, the leg LG7) in the third leg group G3. It is a change-over switch that switches between the second connection terminal T4 connected to the side and the connection terminal Tm connected to any phase of the motor M connected to the third leg group G3.
  • the midpoints of the remaining legs of the third leg group G3 (here, legs LG8 and LG9) and the remaining phases of the motor M connected to the third leg group G3 are connected to each other, and the second inductor
  • the other end side of L2 and one side of the system PW are connected in series via a connection terminal Ta.
  • the fourth switching relay SW4 is on the other side of the system PW with respect to the second connection terminal T3 (common terminal) connected to the midpoint of at least one leg (here, the leg LG12) in the fourth leg group G4. It is a changeover switch that switches between the second connection terminal T4 connected via the connection terminal Tb and the connection terminal Tm connected to any phase of the motor M connected to the fourth leg group G4.
  • the midpoints of the remaining legs of the fourth leg group G4 (here, the legs LG10 and LG11) and the remaining phases of the motor M connected to the fourth leg group G4 are connected to each other.
  • the first leg group G1 and the connection leg group Gn are connected by the first opening / closing relay SWa. Between the first and second leg groups G1, G2 by switching the first and second switching relays SW1, SW2 to the first inductor L1 side.
  • a bidirectional buck-boost DC-DC converter can be configured by LG6 and the first inductor L1.
  • the existing plurality of inverters 11 can be used as a bidirectional buck-boost DC-DC converter.
  • a diode bridge rectifier can be configured by the legs LG7 and LG12 of the third and fourth leg groups G3 and G4. Thereby, the some existing inverter 11, ... can be diverted as a rectifier.
  • the first and second powers are supplied from the system PW connected to the connection terminals Ta and Tb via the rectifier constituted by the third and fourth leg groups G3 and G4 and the second inductor L2.
  • the storage battery BT can be charged by controlling the bidirectional buck-boost DC-DC converter constituted by the leg groups G1, G2 and the first inductor L1.
  • the first opening / closing relay SWa electrically conducts (closes) the first leg group G1 and the connection leg group Gn, Further, the first to fourth switching relays SW1 to SW4 are switched to the motors M,... And connected to the legs G1, G6 to connect the motors M,.
  • the first opening / closing relay SWa electrically conducts (closes) the first leg group G1 and the connection leg group Gn, Further, the first to fourth switching relays SW1 to SW4 are switched to the motors M,... And connected to the legs G1, G6 to connect the motors M,.
  • the existing plurality of inverters 11,... are used as the bidirectional buck-boost type DC-DC converter and the rectifier, so Since the step-up operation, the step-down operation, and the step-up / step-down operation can be performed by the pressure type DC-DC converter, there is no need to provide separate paths for the AC 100V system commercial power system and the AC 200V system commercial power system as the system PW path It is possible to correspond to a plurality of single-phase commercial power system voltages on the same path, and thereby it is possible to improve convenience when charging the storage battery BT from the system PW.
  • the electric drive device 10 (10 a) further includes a control device 20.
  • the control device 20 includes a processing unit 21 such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage unit 22.
  • the storage unit 22 includes a storage memory such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory), and stores various control programs, necessary functions and tables, and various data.
  • the control device 20 When the control device 20 detects a non-charging state in which the storage battery BT is not charged with the electric power from the system PW, the control device 20 turns on the first opening / closing relay SWa and turns the first to fourth switching relays SW1 to SW4 on the motors M,. It is set as the structure switched to the side. On the other hand, when the control device 20 detects a charging state in which the storage battery BT is charged with the electric power from the system PW, the control device 20 turns off the first open / close relay SWa and sets the first and second switching relays SW1 and SW2 to the first inductor. It is set as the structure which switches to the L1 side and switches 3rd and 4th switching relay SW3, SW4 to the system
  • the control device 20 includes connection detection means for detecting that the system PW is connected.
  • This connection detection means may be detected by a sensor that detects that the system PW is connected, or may be detected by a sensor that detects the voltage of the system PW. Thereby, the control apparatus 20 can recognize a non-charging state or a charging state.
  • the first open / close relay SWa and the first to fourth switching relays SW1 to SW4 are automatically operated when the storage battery BT is charged with the electric power from the system PW. It is possible to improve the operability by the user.
  • the first open / close relay SWa and the first to fourth switching relays SW1 to SW4 are operated by automatic operation by the connection detection means, but are used instead of or in addition to the automatic operation by the connection detection means.
  • a non-charged state and a charged state may be artificially switched by a human operation.
  • the second inductor L2 between the third leg group G3 and the fourth leg group G4 divides a part of the winding from the primary side to the secondary side.
  • a part of the auto-transformer TR1 (see FIG. 5 described later) shared with each other.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the second embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG.
  • the same elements as those of the electric drive device 10 (10a) of the first embodiment shown in FIGS. Description is omitted.
  • the operation states of the changeover switches SW1 to SW4 are merely reversed. Therefore, in FIG. 5, the operations of the changeover switches SW1 to SW4 in the power running mode are performed. The state is not shown. The same applies to FIGS. 6 to 10, 13 and 21 described later.
  • the electric drive device 10 (10b) of the second embodiment is an example when the rated voltage of the inverter 11 in the third and fourth leg groups G3 and G4 is smaller than the voltage of the system PW, as shown in FIG.
  • the side with the larger number of turns is connected to the system PW, and the side with the smaller number of turns is connected to the midpoint of the leg LG7 of the third leg group G3 and the midpoint of the leg LG12 of the fourth leg group G4. It is like that.
  • the rated voltage of the inverter 11 in the third and fourth leg groups G3 and G4 can be made to correspond to the voltage of the system PW, whereby the inverter 11 in the third and fourth leg groups G3 and G4 Even when the rated voltage is smaller than the voltage of the system PW, the power from the system PW can be supplied.
  • the side with the larger number of turns is set to the leg LG7 of the third leg group G3 in the autotransformer TR1.
  • the middle point of the leg LG12 of the fourth leg group G4, and the side with the smaller number of turns may be connected to the system PW.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the third embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG.
  • FIG. 1 From the viewpoint that the electrical drive device 10 (10c) of the third embodiment is preferably physically insulated on the primary side and the secondary side of the transformer for safety reasons such as leakage, FIG.
  • the second inductor L2 between the third leg group G3 and the fourth leg group G4 constitutes a part of the multi-turn transformer TR2, and the multi-turn transformer TR2 It is connected to the system PW, and the side with the smaller number of turns is connected to the midpoint of the leg LG7 of the third leg group G3 and the midpoint of the leg LG12 of the fourth leg group G4.
  • the rated voltage of the inverter 11 in the third and fourth leg groups G3 and G4 is changed to the voltage of the system PW by using the compound winding transformer TR2 that is physically insulated between the primary side and the secondary side.
  • the safety can be improved.
  • the compound transformer TR2 in this case, the side with the larger number of turns is connected to the midpoint of the leg LG7 of the third leg group G3 and the midpoint of the leg LG12 of the fourth leg group G4, and the side with the smaller number of turns is connected to the system PW. Good.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the fourth embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG.
  • the configuration of the fourth embodiment on the system PW side is the same as the configuration of the third embodiment shown in FIG.
  • the number of legs included in the first leg group G1 and the number of legs included in the second leg group G2 are two or more ( 3 here) and the same number, and the midpoint of 2 or more (here 3) legs LG1 to LG3 in the first leg group G1 and 2 or more (here 3) in the second leg group G2.
  • Two or more (three in this case) first inductors L1 (L1a, L1b, L1c) are connected to the midpoints of the legs LG4 to LG6, respectively.
  • the electric drive device 10 (10d) of the fourth embodiment is different from the electric drive device 10 (10c) of the third embodiment shown in FIG. 6 in that the first inductor L1 is replaced with three first inductors L1 ( L1a, L1b, L1c), and fifth to eighth switching relays SW5 to SW8 are added.
  • the first, fifth and sixth switching relays SW1, SW5, SW6 are respectively connected to the first connection terminals T1, T1, T1 connected to the midpoints of the legs LG1, LG2, LG3 of the first leg group G1.
  • the first connection terminals T2, T2, T2 connected to one end of the first inductor L1 (L1a, L1b, L1c) with respect to T1 (common terminal), and the motor M connected to the first leg group G1
  • the second, seventh and eighth switching relays SW2, SW7, SW8 are respectively connected to the first connection terminals T1, T1, T1 connected to the midpoints of the legs LG6, LG5, LG4 of the second leg group G2. (Common terminal), the first connection terminals T2, T2, T2 connected to the other end of the first inductor L1 (L1a, L1b, L1c) and the motor M connected to the second leg group G2 It is a changeover switch that switches connection terminals Tm, Tm, Tm connected to each phase.
  • the first inductor is arranged between the midpoints of the legs (LG1, LG2, LG3) and (LG6, LG5, LG4) in the first and second leg groups G1, G2. Since L1 (L1a, L1b, L1c) is connected, the power capacity for charging the rechargeable battery BT can be increased accordingly.
  • the first opening / closing relay SWa and the first to eighth switching relays SW1 to SW8 are automatically operated.
  • the control device 20 is configured to turn on the first open / close relay SWa and switch the first to eighth switching relays SW1 to SW8 to the motors M,... ing.
  • the control device 20 turns off the first open / close relay SWa, and switches the first, second and fifth to eighth switching relays SW1, SW2, SW5 to SW8 to the first inductor L1.
  • It is set as the structure which switches to the (L1a, L1b, L1c) side, and switches 3rd and 4th switching relay SW3, SW4 to the system
  • the first open / close relay SWa and the first to eighth switching relays SW1 to SW8 are automatically operated when the storage battery BT is charged with the electric power from the system PW. It is possible to improve the operability by the user.
  • the first open / close relay SWa and the first to eighth switching relays SW1 to SW8 are operated by automatic operation by the connection detection means, but are used instead of or in addition to the automatic operation by the connection detection means.
  • a non-charged state and a charged state may be artificially switched by a human operation.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the fifth embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG.
  • the configuration on the system PW side of the fifth embodiment is the same as the configuration of the third embodiment shown in FIG.
  • the number of legs included in the first leg group G1 and the number of legs included in the second leg group G2 are three.
  • the field winding of any one of the plurality of motors M,... Is connected to the first leg group G1 as a first inductor L1 (L1a, L1b, L1c), and the second leg The field winding of any one of the remaining motors M,... Among the remaining motors M,... Is connected to the group G2 as a first inductor L1 (L1a, L1b, L1c).
  • the electric drive device 10 (10e) includes a second opening / closing relay SWe that acts as second opening / closing means.
  • the second open / close relay SWe includes a field winding (first inductor) between the first motor M (Ma) connected to the first leg group G1 and the second motor M (Mb) connected to the second leg group G2.
  • the middle points of L1 (L1a, L1b, L1c) are electrically connected and disconnected.
  • the second open / close relay SWe includes the middle point of the field winding of the first motor M (Ma) and the field winding of the second motor M (Mb) (first inductor L1 (L1a, L1b, L1c)). It is a relay switch that turns on and off current between points.
  • the electric drive device 10 (10e) of the fifth embodiment is similar to the three first inductors L1 (L1a, L1b, L1c) in the electric drive device 10 (10d) of the fourth embodiment shown in FIG. ),
  • the three field windings of the existing first and second motors M (Ma, Mb) are respectively used, and the first, second and fifth to eighth switching relays SW1, SW2 are used. , SW5 to SW8 are removed, and a second switching relay SWe is added.
  • three field windings are used in each motor M here, one, two, or four or more field windings may be used depending on the configuration of the motor M.
  • One end side is connected to each other, and the other end sides of the three field windings (first inductors L1 (L1a, L1b, L1c)) in the first motor M (Ma) are connected to each other.
  • each leg LG6, LG5, LG4 of the second leg group G2, and one end side of the three field windings (first inductor L1 (L1a, L1b, L1c)) in the second motor M (Mb) Are connected, and the other end sides of the three field windings (first inductors L1 (L1a, L1b, L1c)) in the second motor M (Mb) are connected to each other.
  • one first connection terminal T1 is connected to the other end of the three field windings (first inductors L1 (L1a, L1b, L1c)) in the first motor M (Ma).
  • the other first connection terminal T2 of the three field windings (first inductors L1 (L1a, L1b, L1c)) in the second motor M (Mb) is connected to a connection point (midpoint) connected to each other.
  • the other end side is connected to a connection point (middle point) connecting each other.
  • the first motor M connected to the first leg group G1 by the second opening / closing relay SWe By conducting (closing) the middle point of the field winding (first inductor L1 (L1a, L1b, L1c)) between Ma) and the second motor M (Mb) connected to the second leg group G2
  • the existing first and second motors M (Ma, Mb) can be used as the first inductor L1 (L1a, L1b, L1c), and the cost can be reduced accordingly.
  • the configuration in which the first and second open / close relays SWa and SWe and the third and fourth switching relays SW3 and SW4 are automatically operated is the same as that of the fourth embodiment.
  • the configuration is the same.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the sixth embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG.
  • the configuration on the first inductor L1 side of the sixth embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIG.
  • the number of legs included in the third leg group G3 and the number of legs included in the fourth leg group G4 are two or more ( 3 here) and the same number, and 2 or more (here, one end side is connected to the middle point of 2 or more (here 3) legs in the third and fourth leg groups G3 and G4, respectively) Then, the other ends of the three second inductors L2 are connected to each other.
  • the electric drive device 10 (10f) of the sixth embodiment is different from the electric drive device 10 (10a) of the first embodiment shown in FIG. 3 in that the second inductor L2 is replaced with six second inductors L2 ( L2a, L2b, L2c, L2a, L2b, L2c), and the ninth to twelfth switching relays SW9 to SW12 are added.
  • the third, ninth, and tenth switching relays SW3, SW9, SW10 are respectively connected to the second connection terminals T3, T3, which are connected to the midpoints of the legs LG7, LG8, LG9 of the third leg group G3.
  • the motor M connected to the second connection terminals T4, T4, T4 connected to the other end side of the second inductor L2 (L2a, L2b, L2c) and the third leg group G3 with respect to T3 (common terminal).
  • the changeover switch for switching the connection terminals Tm, Tm, and Tm connected to each phase.
  • the fourth, eleventh and twelfth switching relays SW4, SW11, SW12 are respectively connected to the second connection terminals T3, T3, T3 connected to the midpoints of the legs LG12, LG11, LG10 of the fourth leg group G4. (Common terminal), the second connection terminals T4, T4, T4 connected to the other end of the second inductor L2 (L2a, L2b, L2c) and the motor M connected to the fourth leg group G4 It is a changeover switch that switches connection terminals Tm, Tm, Tm connected to each phase.
  • one end side of the second inductor L2 (L2a, L2b, L2c) connected to the third leg group G3 is connected to one side of the system PW via the connection terminal Ta, and is connected to the fourth leg group G3.
  • One end side of the second inductor L2 (L2a, L2b, L2c) is connected to the other side of the system PW via a connection terminal Tb.
  • the second inductor L2 is arranged at the midpoint between the legs (LG7, LG8, LG9) and (LG12, LG11, LG10) in the third and fourth leg groups G3, G4. Since the other ends of (L2a, L2b, L2c) and L2 (L2a, L2b, L2c) are connected, the power capacity for charging the rechargeable battery BT can be increased accordingly.
  • the electric drive device 10 (10f) of the sixth embodiment automatically operates the first open / close relay SWa, the first to fourth and ninth to twelfth switching relays SW1 to SW4, SW9 to SW12. ing.
  • the control device 20 when detecting the non-charged state, the control device 20 turns on the first open / close relay SWa and turns on the first to fourth and ninth to twelfth switching relays SW1 to SW4 and SW9 to SW12. It is set as the structure switched to the motor M and ... side.
  • the control device 20 when detecting the charging state, the control device 20 turns off the first open / close relay SWa, switches the first and second switching relays SW1 and SW2 to the first inductor L1 side, and performs the third, fourth and The ninth to twelfth switching relays SW3, SW4, SW9 to SW12 are switched to the system PW side.
  • the first open / close relay SWa, the first to fourth, and the ninth to twelfth switching relays SW1 to SW4 are used when charging the storage battery BT with the electric power from the system PW.
  • SW9 to SW12 can be automatically operated, and the operability by the user can be improved accordingly.
  • the first open / close relay SWa and the first to fourth and ninth to twelfth switching relays SW1 to SW4 and SW9 to SW12 are operated automatically by the connection detecting means, but are automatically operated by the connection detecting means. Instead of or in addition, the non-charged state and the charged state may be artificially switched by a user's manual operation.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the seventh embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG.
  • the configuration of the seventh embodiment on the first inductor L1 side is the same as the configuration of the sixth embodiment shown in FIG.
  • the number of legs included in the third leg group G3 and the number of legs included in the fourth leg group G4 are set to 3.
  • the field winding of any one of the plurality of motors M,... Is connected as the second inductor L2 (L2a, L2b, L2c) to the third leg group G3, and the fourth leg
  • the field winding of any one of the remaining motors M,... Of the fourth motor M (Md) is connected to the group G4 as a second inductor L2 (L2a, L2b, L2c).
  • a field winding (second inductor L2 (L2a, L2b) between the third motor M (Mc) connected to the third leg group G3 and the fourth motor M (Md) connected to the fourth leg group G4. , L2c)) is connected to the system PW via the second connection terminals T3 and T4.
  • the electric drive device 10 (10g) of the seventh embodiment is similar to the six second inductors L2 (L2a, L2b, L2c) in the electric drive device 10 (10f) of the sixth embodiment shown in FIG. , L2a, L2b, L2c), the three field windings of the existing third and fourth motors M (Mc, Md) are used respectively. 12 switching relays SW3, SW4, SW9 to SW12 are removed. Although three field windings are used in each motor M here, one, two, or four or more field windings may be used depending on the configuration of the motor M.
  • One end side is connected to each other, and the other end sides of the three field windings (second inductors L2 (L2a, L2b, L2c)) in the third motor M (Mc) are connected to each other.
  • each leg LG12, LG11, LG10 of the fourth leg group G4, and one end side of three field windings (second inductors L2 (L2a, L2b, L2c)) in the fourth motor M (Md) Are connected, and the other end sides of the three field windings (second inductors L2 (L2a, L2b, L2c)) in the fourth motor M (Md) are connected to each other.
  • one side is a connection point (middle point) where the other end sides of the three field windings (second inductors L2 (L2a, L2b, L2c)) in the third motor M (Mc) are connected to each other.
  • second connection terminal T3 the other side is connected to the other end of the three field windings (second inductors L2 (L2a, L2b, L2c)) of the fourth motor M (Md). It is connected to the connected connection point (middle point) via the other second connection terminal T4.
  • the third motor M (Mc) connected to the third leg group G3 and the fourth motor M (Md) connected to the fourth leg group G4. Since the middle point of the field winding (second inductor L2 (L2a, L2b, L2c)) is connected to the system PW, the existing third and fourth motors M (Mc, Md) are connected to the second inductor L2 ( L2a, L2b, L2c, Lda, L2b, and L2c), and the cost can be reduced accordingly.
  • FIG. 11 schematically shows the winding state of the third and fourth motors M (Mc1, Md1) provided in the electric drive device 10 (10h) of the eighth embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG. It is a circuit diagram.
  • the third motor M (Mc1) and the fourth motor M (Md1) have the same configuration and are therefore shown in one figure.
  • the third and fourth motors M (Mc1, Md1) of the eighth embodiment are extended from the motor rotating field winding Wm (Wma, Wmb, Wmc) and are wound by a single transformer TR1.
  • the first additional winding motor has a first field winding W1 (W1a, W1b, W1c) wound so as to constitute a part of the first winding. That is, the motor rotation field winding Wm (Wma, Wmb, Wmc) and the first field winding W2 (W1a, W1b, W1c) are wound in series.
  • the electric drive device 10 (10h) of the eighth embodiment is similar to the existing third and fourth motors M (Mc, Mc) in the electric drive device 10 (10g) of the seventh embodiment shown in FIG. Md) is a first additional winding motor M (Mc1, Md1) that is connected as a single-winding transformer TR1 that shares a part of the winding between the primary side and the secondary side.
  • connection lines between the motor rotating field winding Wm (Wma) and the first field winding W1 (W1a) are third and
  • the connection line between the motor winding field winding Wm (Wmb) and the first field winding W1 (W1b) is connected to the middle point of the legs LG7, LG12 of the four leg group G3, G4.
  • a connection line between the motor winding field winding Wm (Wmc) and the first field winding W1 (W1c) is connected to the midpoint of the legs LG8, LG11 of the fourth leg group G3, G4. And connected to the midpoint of the legs LG9, LG10 of the fourth leg group G3, G4.
  • first field winding W1 (W1a, W1b, W1c) is connected to the three connection terminals Tc, Td, Te, respectively, and the motor rotation field winding Wm (Wma, Wmb, Wmc) is connected. It is connected to the terminal Tf.
  • the first field winding W1 (W1a, W1b, W1c) constitutes a second inductor L2 (L2a, L2b, L2c).
  • the electric drive device 10 (10h) of the eighth embodiment even when the rated voltage of the inverter 11 in the third and fourth leg groups G3 and G4 does not correspond to the voltage of the system PW, the electric power from the system PW is generated.
  • the existing first additional winding motor M (Mc1, Md1) can be used as a single-winding transformer TR1 in which a part of the winding is shared between the primary side and the secondary side. Therefore, cost reduction can be realized.
  • connection terminal Tc and the connection terminal Td when the connection terminal Tc and the connection terminal Td are connected to the system PW, the connection can be made to correspond to a single-phase two-wire 200V power system and connected to the connection terminal Te.
  • the terminal Tf When the terminal Tf is connected to the system PW, it can correspond to a single-phase two-wire 100V power system, and the connection terminal Tc, the connection terminal Td, and the connection terminal Te are connected to the system PW. Can correspond to a three-phase three-wire 200V power system.
  • connection terminal Tc, the connection terminal Td, the connection terminal Te, and the connection terminal Tf when the connection terminal Tc, the connection terminal Td, the connection terminal Te, and the connection terminal Tf are connected to the system PW, it is possible to correspond to a three-phase four-wire 200V power system. The same applies to the ninth embodiment described later.
  • FIG. 12 schematically shows the winding state of the third and fourth motors M (Mc2, Md2) provided in the electric drive device 10 (10i) of the ninth embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG. It is a circuit diagram.
  • the third motor M (Mc2) and the fourth motor M (Md2) have the same configuration and are therefore shown in one figure.
  • the third and fourth motors M (Mc2, Md2) of the ninth embodiment are part of the compound winding transformer TR2 together with the motor winding field winding Wm (Wma, Wmb, Wmc).
  • the electric drive device 10 (10i) of the ninth embodiment is similar to the existing third and fourth motors M (Mc, Mc) in the electric drive device 10 (10g) of the seventh embodiment shown in FIG. Md) is a second additional winding motor M (Mc2, Md2) configured as a compound transformer TR2 that is electrically insulated from the primary side and the secondary side.
  • one end of the motor rotation field winding Wm (Wma) is at the midpoint of the legs LG7, LG12 of the third and fourth leg groups G3, G4.
  • One end of the motor rotation field winding Wm (Wmb) is connected to the midpoint of the legs LG8, LG11 of the third and fourth leg groups G3, G4, and the motor rotation field winding Wm (Wmc) are connected to the midpoints of the legs LG9, LG10 of the third and fourth leg groups G3, G4, and the other ends of the motor rotation field windings Wm (Wma, Wmb, Wmc) are connected to each other. Yes.
  • one end side of the second field winding W2 (W2a, W2b, W2c) is connected to the three connection terminals Tc, Td, Te, respectively, and the second field winding W2 (W2a, W2b, W2c) The other end side is connected to the connection terminal Tf.
  • the second field winding W2 (W2a, W2b, W2c) constitutes a second inductor L2 (L2a, L2b, L2c).
  • the electric drive device 10 (10i) of the ninth embodiment even when the rated voltage of the inverter 11 in the third and fourth leg groups G3 and G4 does not correspond to the voltage of the system PW, the electric power from the system PW is generated.
  • the existing second additional winding motor M (Mc2, Md2) can be diverted as a double-winding transformer TR2 that is electrically insulated from the primary side and the secondary side. Cost reduction can be realized and safety can be improved.
  • the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 configured by the first and second leg groups G1, G2 and the first inductor L1 (FIG. 13). It is preferable that the current Idc flowing on the system PW side of the reference (P) is a sine wave current in phase with the voltage waveform of the system PW.
  • the inverters 11, 11, and 11 together with the second leg group G2 constituting the system PW side of the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 and the third and fourth leg groups G3, G4 connected to the system PW, respectively.
  • Capacitances total of DC-side capacitors Cb, Cc, Cd in this case
  • DC-side capacitors Cb, Cc, Cd constituent capacitors Cb, Cc, Cd
  • the DC-side capacitors Cb, Cc, and Cd are used as boundaries, and the system PW side and the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 side are electrically separated.
  • the current Idc flowing to the system PW side cannot be controlled by the bidirectional buck-boost type DC-DC converter 12, it is difficult to make the current Idc a sine wave current in phase with the voltage waveform of the system PW.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration in a regeneration (charging) mode of the tenth embodiment in the electric working machine 100 shown in FIG.
  • the electric drive device 10 (10j) of the tenth embodiment is a bidirectional step-up / step-down DC-DC circuit including first and second leg groups G1 and G2 and a first inductor L1.
  • the combined capacitance of the DC side capacitors Cb, Cc and Cd is such that the current Idc flowing to the system PW side of the bidirectional buck-boost type DC-DC converter 12 can be controlled by the DC converter 12.
  • the configuration is 100 ⁇ F or less.
  • Such a configuration can be applied to any of the circuit configurations of the first to ninth embodiments, but here, the circuit configuration of the first embodiment will be described as an example.
  • the open / close relays SWb, SWc, SWd are electrically connected and disconnected between the second, third, and fourth leg groups G2, G3, G4 and the DC-side capacitors Cb, Cc, Cd, respectively. It is supposed to be.
  • the open / close relays SWb, SWc, SWd are respectively between the positive side of the DC side capacitors Cb, Cc, Cd and the positive side of the second, third, and fourth leg groups G2, G3, G4. It is connected.
  • the second, third and fourth leg groups G2, G3, G4 by the open / close relays SWb, SWc, SWd. And the DC side capacitors Cb, Cc, Cd are electrically disconnected (opened) to control the current Idc flowing to the system PW side of the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 in the first leg group. This is performed by G1 or the second leg group G2.
  • the electric drive device 10 (10j) automatically operates the open / close relays SWb, SWc, SWd.
  • the control device 20 is configured to turn on the open / close relays SWb, SWc, SWd when a non-charge state is detected. On the other hand, the control device 20 is configured to turn off the open / close relays SWb, SWc, SWd when detecting the state of charge.
  • the open / close relays SWb, SWc, SWd can be automatically operated, and the operation by the user accordingly. Can be improved.
  • the open / close relays SWb, SWc, SWd are operated by automatic operation by the connection detection means, but in an uncharged state instead of or in addition to the automatic operation by the connection detection means by a user's manual operation. And the state of charge may be artificially switched.
  • the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 can control the current Idc flowing to the system PW side of the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12.
  • the current Idc can be made a sine wave current in phase with the sine waveform of the current Iac flowing through the system PW.
  • the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 includes a first inductor L1 as an energy storage element that stores energy.
  • the storage battery BT and the DC-side capacitor Cb When an operation mode that is not electrically connected to both Cc and Cd cannot be realized, the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 causes the bidirectional buck-boost DC-DC converter 12 to connect to the system PW side. Even if the current Idc flowing through the storage battery BT can be controlled, the current Ibat supplied to the storage battery BT cannot be controlled, so that a pulsating current having a frequency corresponding to the frequency of the system PW flows through the storage battery BT. If it does so, the heat_generation
  • the effective values of the voltage and current on the system PW side are Vdc and Idc
  • the voltage of the storage battery BT is Vbat
  • the pulsating current flowing through the storage battery BT is (Vdc ⁇ Idc ⁇ Vdc ⁇ Idc ⁇ cos (2 ⁇ 2 ⁇ )) / Vbat.
  • the first to tenth embodiments are configured to realize an operation mode in which the first inductor L1 is not electrically connected to both the storage battery BT and the DC-side capacitors Cb, Cc, Cd. .
  • the electric driving devices 10 (10a to 10j) of the first to tenth embodiments generate the pulsating power that can be generated when charging the storage battery BT between the first leg group G1 and the second leg group G2. It accumulates in the first inductor L1 connected to.
  • FIG. 14 shows both of the first and second leg groups G1, G2 and the first inductor L1 when the storage battery BT is charged with power from the system PW in the electric drive device 10 according to the present embodiment.
  • 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a step-up / step-down DC-DC converter 12.
  • the reference numerals of the semiconductor switches constituting the switching elements sw1, sw2, sw11, sw12 are S1, S2, S3, S4, and the reference numerals of the diodes constituting the switching elements sw1, sw2, sw11, sw12 are D1, D2, D3, and D4.
  • the switching elements sw1, sw2, sw11, and sw12 are referred to as first to fourth switching elements sw1, sw2, sw11, and sw12, respectively.
  • a bidirectional buck-boost DC-DC converter (hereinafter simply referred to as a DC-DC converter) 12 shown in FIG. 14 performs control of the current Idc flowing to the system PW side and control of the current Ibat supplied to the storage battery BT. It can be done independently. Thereby, the control apparatus 20 can control the electric current Ibat supplied to the storage battery BT, controlling the electric current Idc which flows into the system
  • the first switching element sw1 includes the first semiconductor switch S1 and the first diode D1.
  • the first semiconductor switch S1 is a semiconductor device capable of controlling current on / off only in one direction.
  • the first diode D1 is connected in parallel to the first semiconductor switch S1 so that the current can flow in a direction opposite to the direction in which the first semiconductor switch S1 can control on and off of the current.
  • the second switching element sw2 includes a second semiconductor switch S2 and a second diode D2.
  • the second semiconductor switch S2 is a semiconductor device that can control current on / off only in one direction.
  • the second diode D2 is connected in parallel to the second semiconductor switch S2 so that the current can flow in a direction opposite to the direction in which the second semiconductor switch S2 can control on and off of the current.
  • the third switching element sw11 includes a third semiconductor switch S3 and a third diode D3.
  • the third semiconductor switch S3 is a semiconductor device that can control current on / off only in one direction.
  • the third diode D3 is connected in parallel to the third semiconductor switch S3 so that the current can flow in a direction opposite to the direction in which the third semiconductor switch S3 can control on and off of the current.
  • the fourth switching element sw12 includes a fourth semiconductor switch S4 and a fourth diode D4.
  • the fourth semiconductor switch S4 is a semiconductor device that can control current on / off only in one direction.
  • the fourth diode D4 is connected in parallel to the fourth semiconductor switch S4 so that the current can flow in a direction opposite to the direction in which the fourth semiconductor switch S4 can control on and off of the current.
  • the first inductor L1 has one end connected to the anode side of the first diode D1 included in the first switching element sw1 and the cathode side of the second diode D2 included in the second switching element sw2, and the other end connected to the first inductor L1.
  • the third diode D3 included in the third switching element sw11 is connected to the anode side of the third diode D3 and the cathode side of the fourth diode D4 included in the fourth switching element sw12.
  • the DC-DC converter 12 has the positive electrode of the storage battery BT connected to the cathode side of the first diode D1 included in the first switching element sw1, and the anode side of the second diode D2 included in the second switching element sw2. Is connected to the negative electrode of the storage battery BT.
  • the DC-DC converter 12 is connected to the cathode side of the third and fourth legs G3 and G4 on the cathode side of the third diode D3 included in the third switching element sw11, and is included in the fourth switching element sw12.
  • the negative electrode side of the third and fourth legs G3, G4 is connected to the anode side of the fourth diode D4.
  • the control device 20 is configured to control the switching operation of the first to fourth switching elements sw1, sw2, sw11, sw12 of the DC-DC converter 12.
  • the following first operation mode to fourth operation mode operating in the power running mode are used.
  • the following fifth operation mode to eighth operation mode that operates in the regeneration mode can be exemplified.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an operation example in which the DC-DC converter 12 shown in FIG. 14 is operated in the power running mode.
  • “ ⁇ ” indicates a switching target. The same applies to FIG. 16 described later.
  • the first operation mode is a mode in which the first and fourth switching elements sw1 and sw12 are turned on, and the other second and third switching elements sw2 and sw11 are turned off.
  • the second operation mode is a mode in which the first switching element sw1 is turned on and the other second, third, and fourth switching elements sw2, sw11, sw12 are turned off.
  • the third operation mode is a mode in which the first to fourth switching elements sw1, sw2, sw11, sw12 are all turned off.
  • the fourth operation mode is a mode in which the fourth switching element sw12 is turned on and the other first, second, and third switching elements sw1, sw2, and sw11 are turned off.
  • the control device 20 When the control device 20 executes the power running mode, the control device 20 performs the first to fourth in accordance with the magnitude relationship between the output voltage Vdc from the third and fourth legs G3 and G4 and the output voltage Vbat from the storage battery BT. Various switching operations are performed to switch at least two of the operation modes at a short switching frequency (for example, any switching frequency of about 10 kHz to 100 kHz).
  • control device 20 when the control device 20 performs a boosting operation (Vbat ⁇ Vdc) in which the output voltage Vdc is higher than the output voltage Vbat, the control device 20 performs an operation of alternately switching between the first operation mode and the second operation mode.
  • Vbat ⁇ Vdc boosting operation
  • Vbat> Vdc step-down operation
  • an operation for alternately switching between the second operation mode and the third operation mode is performed.
  • Step-up operation Vbat ⁇ Vdc
  • step-down operation Vbat> Vdc
  • step-up / step-down operation in which the output voltage Vdc and the output voltage Vbat are substantially equal
  • Vbat ⁇ Vdc the absolute value of the difference between the voltage Vdc and the voltage Vbat is predetermined
  • an operation of alternately switching between the first operation mode and the third operation mode can also be performed.
  • an operation of sequentially switching any one of the first to fourth operation modes is performed.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining an operation example in which the DC-DC converter 12 shown in FIG. 14 is operated in the regeneration (charging) mode.
  • FIG. 17 is a graph showing an example of specific operation waveforms when the DC-DC converter 12 shown in FIG. 14 is operated in the regeneration (charging) mode.
  • the fifth operation mode is a mode in which the second and third switching elements sw2 and sw11 are turned on, and the other first and fourth switching elements sw1 and sw12 are turned off.
  • the sixth operation mode is a mode in which the third switching element sw11 is turned on and the other first, second, and fourth switching elements sw1, sw2, and sw12 are turned off.
  • the seventh operation mode is a mode in which the first to fourth switching elements sw1, sw2, sw11, sw12 are all turned off.
  • the eighth operation mode is a mode in which the second switching element sw2 is turned on and the other first, third, and fourth switching elements sw1, sw11, and sw12 are turned off.
  • the control device 20 executes the regeneration (charge) mode, the control device 20 determines whether the output voltage Vdc from the third and fourth legs G3 and G4 and the output voltage Vbat from the storage battery BT are in the fifth magnitude relationship.
  • various switching operations for switching at least two modes at a short switching frequency for example, any switching frequency of about 10 kHz to 100 kHz are performed.
  • the control device 20 when performing the step-up operation (Vbat> Vdc) in which the output voltage Vbat is larger than the output voltage Vdc (see ⁇ 1 in FIG. 17), the control device 20 alternately switches between the fifth operation mode and the sixth operation mode. Perform the action.
  • a step-down operation Vbat ⁇ Vdc in which the output voltage Vdc is larger than the output voltage Vbat (see ⁇ 2 in FIG. 17)
  • an operation of alternately switching between the sixth operation mode and the seventh operation mode is performed.
  • Step-up operation Vbat> Vdc
  • step-down operation Vbat ⁇ Vdc
  • step-up / step-down operation in which the output voltage Vdc and the output voltage Vbat are substantially equal
  • Vbat ⁇ Vdc the absolute value of the difference between the voltage Vdc and the voltage Vbat is predetermined
  • the control device 20 can detect the output voltage Vdc and the output voltage Vbat with a voltmeter (not shown).
  • FIG. 18 is a graph for explaining an example of the pulsation reducing operation.
  • the upper diagram shows the current IL flowing through the first inductor L1, the target value Ibat * for controlling the current Ibat supplied to the rechargeable battery BT, and the target value Idc * for controlling the current Idc flowing to the system PW side . Is shown.
  • the lower diagram shows an example of the switching operation within a certain switching period T.
  • the seventh operation mode in which all the four switching elements sw1, sw2, sw11, and sw12 are turned off is performed.
  • the target value Ibat * is subtracted from the current IL.
  • the 8th operation mode which turns off 3 and 4th switching element sw1, sw11, sw12 is performed.
  • FIG. 19 is a graph for explaining another example of the pulsation reducing operation.
  • the upper diagram shows the current IL flowing through the first inductor L1, the target value Ibat * for controlling the current Ibat supplied to the rechargeable battery BT, and the target value Idc * for controlling the current Idc flowing to the system PW side . Is shown.
  • the lower diagram shows an example of a switching operation within another switching period T.
  • the eighth operation mode in which the second switching element sw2 is turned on and the first, third, and fourth switching elements sw1, sw11, and sw12 are turned off is performed.
  • the current Idc flowing on the system PW side can be controlled to be a sine wave current in phase with the voltage waveform of the system PW (see FIG. 17) and supplied to the rechargeable battery BT.
  • the current Ibat can be a constant current
  • a pulsating current having a frequency corresponding to the frequency of the system PW does not flow to the storage battery BT, and the constant current Ibat can easily flow.
  • the storage battery BT can be charged efficiently, and the temperature rise of the storage battery BT can be prevented, thereby preventing the life of the storage battery BT from decreasing.
  • it is only necessary to attach a filter for smoothing the ON / OFF waveform at the switching frequency (a filter having a size significantly smaller than the filter for reducing the pulsating current).
  • the pulsation reducing operation is performed at the initial stage of charging (specifically, during a predetermined period from the start of charging). ) Is preferable.
  • the control device 20 does not switch the third leg group G3 and the fourth leg group G4 (for example, the legs LG7 and LG12) (passive). Can be operated as By doing so, the high frequency switching of the third leg group G3 and the fourth leg group G4 (for example, the legs LG7, LG12) can be stopped, and thereby the switching loss can be reduced, so that the power conversion efficiency is improved accordingly. Can do.
  • the switching elements sw13 to sw24 of the third leg group G3 and the fourth leg group G4 for example, the switching elements sw13, sw14, sw23, sw24 of the legs LG7, LG12
  • the switching elements sw13 to sw24 are turned on.
  • the control device 20 includes switching elements sw13 to sw24 (for example, switching elements sw13, sw14, Sw23 and sw24) may be switched to operate as a synchronous rectifier.
  • the switching elements sw13, sw14, sw23, and sw24 of the third leg group G3 and the fourth leg group G4 will be described as an example.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining an advantage when the switching elements sw13, sw14, sw23, and sw24 of the third leg group G3 and the fourth leg group G4 are operated as a synchronous rectifier.
  • FIG. 20A shows the switching elements sw13, sw14, sw23, and sw24 in the off state.
  • FIG. 20B shows the current-voltage characteristic ⁇ of the switching elements sw13, sw14, sw23, sw24 in the off state.
  • FIG. 20C illustrates the switching elements sw13, sw14, sw23, and sw24 in the on state.
  • FIG. 20A shows the switching elements sw13, sw14, sw23, and sw24 in the off state.
  • FIG. 20B shows the current-voltage characteristic ⁇ of the switching elements sw13, sw14, sw23, sw24 in the off state.
  • 20D shows the current-voltage characteristic ⁇ (solid line) of the switching elements sw13, sw14, sw23, sw24 in the on state in comparison with the current-voltage characteristic ⁇ (broken line) in the off state. That is, the switching elements sw13, sw14, sw23, and sw24 show nonlinear voltage-current characteristics in the off state and show linear voltage-current characteristics in the on-state.
  • the non-linear current-voltage characteristic ⁇ shown in FIG. Increases rapidly when the voltage v is greater than about 0.7V.
  • the switching elements sw13, sw14, sw23, sw24 are operated as synchronous rectifiers that are switched synchronously when the current i flows, the linear current shown in FIG. In the voltage characteristic ⁇ , the current i and the voltage v have a positive proportional relationship.
  • the switching elements sw13, sw14, sw23, and sw24 are switched to operate as a synchronous rectifier, the power conversion efficiency can be improved as compared with the case of operating as a non-switching (passive) rectifier.
  • the solar cells PV are connected to the surplus legs among the legs included in the plurality of inverters 11.
  • the control apparatus 20 may be set as the structure which can charge storage battery BT with the electric power from the solar cell PV.
  • This configuration can be applied to any of the circuit configurations of the first to tenth embodiments, but here, the circuit configuration of the first embodiment will be described as an example.
  • FIG. 21 is a circuit diagram showing a state where solar cells PV are connected to surplus legs in the electric drive device 10 (10a) of the first embodiment.
  • the solar cell PV is connected to a surplus leg (here, leg LG11) among the legs included in the plurality of inverters 11. Specifically, one end side of the solar cell PV is connected to the midpoint of the leg LG11, and the other end side of the solar cell PV is connected to the negative electrode side of the fourth leg G4. And the control apparatus 20 charges the storage battery BT with the electric power from the solar cell PV by switching each relay and each leg.
  • leg LG11 a surplus leg
  • the surplus leg LG11 to which the solar cell PV is connected can be used for charging the storage battery BT with the electric power from the solar cell PV, whereby the surplus leg LG11 can be effectively utilized. it can.
  • the third and fourth leg groups G3 and G4 and the second inductor L2 are configured to realize switching control of three-phase power. It is desirable to consider the effects of switching pulsations.
  • FIG. 22 is a diagram of the leg groups G1 and G3 in the case where the three-phase power switching control is realized as in the circuit configurations shown in the fourth and fifth embodiments and the sixth and seventh embodiments.
  • a graph is shown when only the three switching elements (sw2, sw4, sw6) and (sw14, sw16, sw18) of the arm are switched at the same timing.
  • the fourth and fifth embodiments and the sixth and seventh embodiments are represented by one diagram for the sake of simplicity. The same applies to FIG. 23 described later.
  • the switching elements sw2 and sw14 are simply referred to as a switching element AN
  • the switching elements sw4 and sw16 are simply referred to as a switching element BN
  • the switching elements sw6 and sw18 are simply referred to as a switching element CN
  • the switching elements sw1 The sw13 is simply referred to as a switching element AP
  • the switching elements sw3 and sw15 are simply referred to as a switching element BP
  • the switching elements sw5 and sw17 are simply referred to as a switching element CP.
  • the currents IL1a and IL2a flowing through the first and second inductors L1a and L2a are simply referred to as current ILa
  • the currents IL1b and IL2b flowing through the first and second inductors L1b and L2b are simply referred to as current ILb
  • the first and second The currents IL1c and IL2c flowing through the two inductors L1c and L2c are simply referred to as current ILc.
  • FIG. 22A shows a temporal change in switching timing of the switching elements AN, BN, and CN. Note that the switching elements AP, BP, and CP are turned off.
  • FIG. 22B shows temporal changes in the currents ILa, ILb, and ILc flowing through the first and second inductors (L1a, L1b, L1c) and (L2a, L2b, L2c).
  • FIG. 22 (c) shows temporal changes in currents IAP, IBP, and ICP flowing through the switching elements AP, BP, and CP when the switching elements AN, BN, and CN are switched (on / off).
  • FIG. 22D shows the current Ibat supplied to the storage battery BT when the switching elements AN, BN, CN are switched (ON / OFF) and the current Idc flowing through the DC side capacitors Cb, Cc, Cd on the system PW side. This shows the change over time.
  • the switching elements AN, BN, CN are switched at the same timing, so that the storage battery BT The pulsation of the current Ibat supplied to becomes larger.
  • the control device 20 switches the legs LG to LG6 in the first and second leg groups G1 and G2 so that the phases of the three-phase powers are shifted (preferably evenly shifted).
  • the control device 20 preferably switches the legs LG7 to LG12 in the third and fourth leg groups G3 and G4 so that the phases of the three-phase powers are shifted (preferably evenly shifted).
  • FIG. 23 is a diagram showing a lower group of leg groups G1 and G3 in the case where the switching control of the three-phase power is realized as in the circuit configurations shown in the fourth and fifth embodiments and the sixth and seventh embodiments.
  • a graph is shown when only the three switching elements AN, BN, and CN of the arm are switched at different timings.
  • FIG. 23A shows temporal changes in switching timing of the switching elements AN, BN, and CN.
  • FIG. 23B shows temporal changes in the currents ILa, ILb, and ILc flowing through the first and second inductors (L1a, L1b, L1c), (L2a, L2b, L2c) (leg group G1 and leg). The direction toward the group G3 is assumed to be a positive direction and is assumed to be a constant value).
  • FIG. 23 (c) shows temporal changes in the current flowing through the switching elements AP, BP, CP when the switching elements AN, BN, CN are switched (on / off).
  • 23D shows the time of the current Ibat supplied to the storage battery BT when the switching elements AN, BN, CN are switched (ON / OFF) and the current Idc flowing through the DC side capacitors Cb, Cc, Cd on the system PW side. Changes.
  • the legs LG1 to LG6 in the first and second leg groups G1 and G2 and the legs LG7 to LG12 in the third and fourth leg groups G3 and G4 are out of phase with each other. Switching pulsation can be reduced by switching to.
  • the high frequency ripple flowing into the electrolytic capacitor (not shown) provided on the storage battery BT side is reduced, and the life of the electrolytic capacitor is extended.
  • the high frequency ripple flowing into the DC side capacitors Cb, Cc, Cd (electrolytic capacitors) provided on the system PW side is reduced to reduce the DC side capacitors Cb, Cc.
  • Cd can be extended, and the physical size (size) of a filter (not shown) for reducing the pulsating current flowing through the system PW due to switching pulsation can be reduced.
  • a relatively small power capacity (for example, about one third of the rated power of the inverter 11) can be allowed by design.
  • the leg it is preferable to switch the leg to be switched based on the switching device temperature of the leg and the integrated value of the current flowing through the leg so as not to exceed a preset threshold value. In this way, the temperature rise of the element can be prevented as compared with the case where the same leg is continuously switched, and the switching loss and conduction loss of the element can be reduced, thereby further improving the power conversion efficiency. Can be improved.
  • the electric drive device 10 described above is applicable to any electric work machine driven by a storage battery, such as a construction work machine such as a tractor, an excavator, a wheel loader or a carrier, or an agricultural work machine such as a tiller or a rice transplanter. can do.
  • a construction work machine such as a tractor, an excavator, a wheel loader or a carrier
  • an agricultural work machine such as a tiller or a rice transplanter. can do.

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Abstract

 商用電力系統等の外部電源からの電力で蓄電要素を充電する際の利便性を向上させることができ、しかも、従来に比べて回路構成を簡素化できる電気駆動装置を備えた電動作業機を提供する。 蓄電要素BTから同一の直流電圧が供給され、複数のモータM,…をそれぞれ駆動する複数のインバータ11,…を有する電気駆動装置10を備えた電動作業機100は、第1レグ群G1と接続レグ群Gnとの間を電気的に導通及び遮断する第1開閉手段SWaを備え、第1レグ群G1のレグLG1の中点と第2レグ群G2のレグLG6の中点との間に第1インダクタL1を接続する第1接続端子T1,T2と、第3レグ群G3のレグLG7の中点と第4レグ群G4のレグLG12の中点との間に第2インダクタL2を介して外部電源PWに接続する第2接続端子T3,T4とを有している。

Description

電動作業機
 本発明は、商用電力系統等の外部電源からの電力で蓄電池などの蓄電要素を充電し、該蓄電要素によりモータを駆動する電気駆動装置を備えた電動作業機に関する。
 商用電力系統等の外部電源からの電力で蓄電池などの蓄電要素を充電し、該蓄電要素によりモータを駆動する従来の電気駆動装置として、特許文献1に記載の構成が開示されている。
 図24は、商用電力系統から蓄電池を充電する特許文献1に記載の回路図を示している。
 図24に示す回路構成では、AC100V商用電源に接続されるモータM1に接続されたインバータA1に並列して、整流モジュールA2が設けられている。整流モジュールA2は、二つのダイオードが直列に配列された二つの組(A21a,A21b),(A22a,A22b)を並列に配列し、これらのダイオード(A21a,A21b),(A22a,A22b)に並列してキャパシタA3を設けた構成とされている。直列に配列された各ダイオード(A21a,A21b),(A22a,A22b)の間には、インダクティブ接続するためのポートA5を介してAC200V商用電源に接続される地上側充電器A4が接続され、ポートA5と整流モジュールA2を接続する一方の配線には、スイッチA6が設けられている。そして、100V商用電源により充電する場合は、スイッチA6が開放された状態で蓄電池A0への充電が行われる一方、200V商用電源により充電を行う場合は、スイッチA6が閉じられた状態で蓄電池A0への充電が行われるようになっている。
 すなわち、図24に示す回路構成は、AC100V系商用電力系統と、AC200V系商用電力系統とで別々の経路とされている。
特開2000-354331号公報
 しかしながら、このような従来の電気駆動装置では、100Vや120Vといった商用電力系統電圧を出力するAC100V系商用電力系統と、200V、230Vや240Vといった商用電力系統電圧を出力するAC200V系商用電力系統とで別々の経路となっているために、外部電源からの電力で蓄電要素を充電する際の利便性が良くない。しかも、地上側充電器A4においてポートA5のインダクタンスに電圧を誘起させるために、パドルA7のインダクタンスに流れる電流をスイッチング回路A41によって高周波のスイッチング周波数に変換していることから、ポートA5及びパドルA7で構成されるトランスや、スイッチング回路A41で構成される昇圧形DC-DCコンバータを設ける必要があり、それだけ回路構成が複雑化する。
 そこで、本発明は、商用電力系統等の外部電源からの電力で蓄電要素を充電する際の利便性を向上させることができ、しかも、従来に比べて回路構成を簡素化できる電気駆動装置を備えた電動作業機を提供することを目的とする。
 本発明は、蓄電要素を充電するときに、電動作業機に設けられた既存のインバータ(蓄電要素を充電するときには使用されていないモータ駆動用インバータ)を双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器として流用する、という本発明者の知見に基づき完成したものである。
 すなわち、本発明は、前記課題を解決するために、蓄電池やキャパシタなどの蓄電要素から同一の直流電圧が供給され、複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータを有する電気駆動装置を備えた電動作業機であって、前記電気駆動装置は、前記複数のインバータに含まれる個々のレグを、それぞれ1つ以上のレグを有する4つのレグ群に分割してなる第1から第4のレグ群のうち、両端に前記蓄電要素が接続された前記第1レグ群と、両端同士がそれぞれ接続された前記第2レグ群から前記第4レグ群で構成される接続レグ群との間を電気的に導通及び遮断する第1開閉手段を備え、前記第1レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第2レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間にそれぞれ第1インダクタを接続する第1接続端子と、前記第3レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第4レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間にそれぞれ第2インダクタを介して商用電力系統などの外部電源に接続する第2接続端子とを有していることを特徴とする電動作業機を提供する。
 本発明では、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電する場合には、前記第1開閉手段で前記第1レグ群と前記接続レグ群との間を電気的に遮断する(開放する)ことで、既存の前記複数のインバータを双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器として流用することができる。
 すなわち、前記第1開閉手段で前記第1レグ群と前記接続レグ群との間を電気的に遮断し、前記第1レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第2レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間にそれぞれ前記第1インダクタを接続することで、前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタにより双方向昇降圧形DC-DCコンバータを構成することができ、また、前記第3及び第4レグ群により整流器を構成することができる。そして、前記第3レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第4レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間にそれぞれ前記第2インダクタを介して前記外部電源に接続することで、前記第3及び第4レグ群により構成される整流器と前記第2インダクタとを介して前記外部電源から供給される電力で、前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタにより構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータを制御することにより、前記蓄電要素を充電することができる。
 このように、本発明によれば、前記電気駆動装置において、前記第1開閉手段で前記第1レグ群と前記接続レグ群との間を電気的に遮断することで、既存の前記複数のインバータを双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器として流用することができるので、前記外部電源の経路として、AC100V系商用電力系統とAC200V系商用電力系統とで別々の経路を設けることなく、同一の経路で複数の商用電力系統電圧に対応させることができ、これにより、前記外部電源から前記蓄電要素を充電する際の利便性を向上させることができる。しかも、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器のための回路を別途設ける必要がなく、ましてや、特許文献1に記載の構成の如く、高周波変換のためにトランスや昇圧形DC-DCコンバータを設ける必要もなく、それだけ回路構成を簡素化できる。
 本発明において、前記第1開閉手段の作動、前記第1レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第2レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間での前記第1インダクタの接続、並びに、前記第3レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第4レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間での前記第2インダクタ及び前記外部電源の接続を使用者の人為操作により人為的に行ってもよいが、自動的に行うことが好ましい。すなわち、前記電気駆動装置は、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記第1開閉手段で前記第1レグ群と前記接続レグ群との間を電気的に遮断させ、前記第1レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第2レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間でそれぞれ前記第1インダクタを接続させ、前記第3レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第4レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間でそれぞれ前記第2インダクタを介して前記外部電源に接続させる構成とされていることが好ましい。
 この特定事項では、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記第1開閉手段の作動、前記第1インダクタの接続並びに前記第2インダクタ及び前記外部電源の接続を自動的に行うことができ、それだけ使用者による操作性を向上させることができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記第3レグ群と前記第4レグ群との間の前記第2インダクタが単巻変圧器の一部を構成している態様を例示できる。
 この特定事項では、巻線の一部を一次側と二次側とで共用する前記単巻変圧器を用いることで、前記第3及び第4レグ群におけるインバータの定格電圧を前記外部電源の電圧に対応させることができ、これにより、前記第3及び第4レグ群におけるインバータの定格電圧が前記外部電源の電圧に対応していない場合でも、前記外部電源からの電力を供給することができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記第3レグ群と前記第4レグ群との間の前記第2インダクタが複巻変圧器の一部を構成している態様を例示できる。
 この特定事項では、一次側と二次側とで物理的に絶縁された前記複巻変圧器を用いることで、前記第3及び第4レグ群におけるインバータの定格電圧を前記外部電源の電圧に対応させることができる上、安全性を向上させることができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記第1レグ群に含まれるレグの数と、前記第2レグ群に含まれるレグの数とが2以上でかつ同数とされ、前記第1レグ群における2以上のレグの中点と、前記第2レグ群における2以上のレグの中点との間に2以上の前記第1インダクタがそれぞれ接続される態様を例示できる。
 この特定事項では、前記第1及び第2レグ群における2以上のレグの中点間に2以上の前記第1インダクタがそれぞれ接続されるので、それだけ、前記充電要素を充電するための電力容量を増やすことができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記第1レグ群に含まれるレグの数と、前記第2レグ群に含まれるレグの数とが3とされ、前記第1レグ群に前記複数のモータのうち何れか一つの第1モータが前記第1インダクタとして接続され、前記第2レグ群に残りのモータのうち何れか一つの第2モータが前記第1インダクタとして接続され、前記第1レグ群に接続された前記第1モータと前記第2レグ群に接続された前記第2モータとの界磁巻線の中点間を電気的に導通及び遮断する第2開閉手段を備えている態様を例示できる。
 この特定事項では、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電する場合には、前記第2開閉手段で前記第1レグ群に接続された前記第1モータと前記第2レグ群に接続された前記第2モータとの界磁巻線の中点間を導通することで、既存の前記第1及び第2モータを前記第1インダクタとして流用することができ、それだけ低コスト化を実現できる。
 本発明において、前記第2開閉手段を使用者の人為操作により人為的に作動させてもよいが、自動的に作動させることが好ましい。すなわち、前記電気駆動装置は、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記第2開閉手段で前記第1モータと前記第2モータとの界磁巻線の中点間を電気的に導通させる構成とされていることが好ましい。
 この特定事項では、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記第2開閉手段を自動的に作動させることができ、それだけ使用者による操作性を向上させることができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記第3レグ群に含まれるレグの数と、前記第4レグ群に含まれるレグの数とが2以上でかつ同数とされ、前記第3及び第4レグ群における2以上のレグの中点に、それぞれの一端側が前記外部電源に接続される2以上の前記第2インダクタの他端側がそれぞれ接続される態様を例示できる。
 この特定事項では、前記第3及び第4レグ群における2以上のレグの中点に、前記第2インダクタの他端側がそれぞれ接続されるので、それだけ、前記充電要素を充電するための電力容量を増やすことができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記第3レグ群に含まれるレグの数と、前記第4レグ群に含まれるレグの数とが3とされ、前記第3レグ群に前記複数のモータのうち何れか一つの第3モータが前記第2インダクタとして接続され、前記第4レグ群に残りのモータのうち何れか一つの第4モータが前記第2インダクタとして接続され、前記第3レグ群に接続された前記第3モータと前記第4レグ群に接続された前記第4モータとの界磁巻線の中点間が前記外部電源に接続される態様を例示できる。
 この特定事項では、前記第3レグ群に接続された前記第3モータと前記第4レグ群に接続された前記第4モータとの界磁巻線の中点間が前記外部電源に接続されるので、既存の前記第3及び第4モータを前記第2インダクタとして流用することができ、それだけ低コスト化を実現できる。
 本発明において、前記複数のモータのうち少なくとも一つのモータは、モータ回転用界磁巻線から延長されて単巻変圧器の一部を構成するように巻かれた第1界磁巻線を有する第1追加巻線モータとされており、前記電気駆動装置は、前記第1追加巻線モータを前記単巻変圧器として接続した構成とされている態様を例示できる。
 この特定事項では、前記第3及び第4レグ群におけるインバータの定格電圧が前記外部電源の電圧に対応していない場合でも、前記外部電源からの電力を供給することができる上、既存の前記第1追加巻線モータを、巻線の一部を一次側と二次側とで共用する前記単巻変圧器として流用することができ、それだけ低コスト化を実現できる。
 本発明において、前記複数のモータのうち少なくとも一つのモータは、モータ回転用界磁巻線と共に複巻変圧器の一部を構成するように巻かれた第2界磁巻線を有する第2追加巻線モータとされており、前記電気駆動装置は、前記第2追加巻線モータを前記複巻変圧器として接続した構成とされている態様を例示できる。
 この特定事項では、前記第3及び第4レグ群におけるインバータの定格電圧が前記外部電源の電圧に対応していない場合でも、前記外部電源からの電力を供給することができる上、既存の前記第2追加巻線モータを、一次側と二次側とで物理的に絶縁された前記複巻変圧器として流用することができ、それだけ低コスト化を実現できると共に、安全性を向上させることができる。
 ところで、前記外部電源(特に単相系統)からの電力で前記蓄電要素に充電するときには、前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタにより構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータの前記外部電源側に流れる電流が該外部電源の電圧波形と同相の正弦波電流であることが好ましい。ところが、前記外部電源に接続される前記第2、第3及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が大きい(例えば20μF程度より大きい、或いは、30μF程度より大きい、さらには100μF程度より大きい)と、該DC側キャパシタを境にして、前記外部電源側と前記双方向昇降圧形DC-DCコンバータ側とで、いわば電気的にセパレートされた状態となってしまう。そうすると、前記双方向昇降圧形DC-DCコンバータにより該双方向昇降圧形DC-DCコンバータの前記外部電源側に流れる電流を制御することができない。このため、該双方向昇降圧形DC-DCコンバータの前記外部電源側に流れる電流を該外部電源に流れる電流の波形と同相の波形の電流とすることができない。
 この点、本発明では、前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタにより構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータによって該双方向昇降圧形DC-DCコンバータの前記外部電源側に流れる電流を制御することができる程度に、前記第2、第3及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が小さく(例えば100μF以下、より好ましくは30μF以下、さらに好ましくは20μF以下や10μF以下に)なる構成、すなわち、前記電気駆動装置は、前記外部電源に接続される前記第2レグ群、第3レグ群及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が100μF以下になる構成とされていることが好ましい。
 そして、前記電気駆動装置を次の態様(a)及び態様(b)とすることができる。すなわち、
 態様(a)では、前記電気駆動装置は、前記外部電源に接続される前記第3レグ群及び第4レグ群をスイッチングさせない整流器として動作させ、さらに、前記外部電源側に流れる電流の制御を前記第1レグ群又は前記第2レグ群に持たせる構成とされている。
 態様(b)では、前記電気駆動装置は、前記外部電源に接続される前記第3レグ群及び第4レグ群をスイッチングさせて同期整流器として動作させ、さらに、前記外部電源側に流れる電流の制御を前記第1レグ群又は前記第2レグ群に持たせる構成とされている。
 かかる構成を備えた前記態様(a)及び(b)では、前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタにより構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータによって該双方向昇降圧形DC-DCコンバータの前記外部電源側に流れる電流を制御することができ、これにより、該双方向昇降圧形DC-DCコンバータの前記外部電源側に流れる電流を該外部電源の電圧波形と同相の正弦波電流にすることができる。
 しかも、前記態様(a)では、前記外部電源に接続される前記第3レグ群及び第4レグ群をスイッチングさせない整流器として動作させるので、前記第3レグ群及び第4レグ群の高周波スイッチングを休止することができ、これによりスイッチングロスを低減できるので、それだけ電力変換効率を向上させることができる。
 また、前記態様(b)では、前記外部電源に接続される前記第3レグ群及び第4レグ群をスイッチングさせるものの、同期整流器として動作させるので、特に、前記第3レグ群及び第4レグ群が、スイッチング素子をオンしたときに線形な電圧電流特性を示す逆導通形の半導体素子(具体的にはMOSFETなど)である場合には、前記第3レグ群及び第4レグ群をスイッチングさせない整流器(つまり非線形な電圧電流特性を示すダイオードなどの半導体素子)として動作させる場合よりも電力変換効率を向上させることができる。
 本発明において、前記外部電源に接続される前記第2レグ群、第3レグ群及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が100μF以下になるように使用者の人為操作により人為的に構成させてもよいが、自動的に構成させることが好ましい。すなわち、前記電気駆動装置は、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記外部電源に接続される前記第2レグ群、第3レグ群及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が100μF以下になる構成とされていることが好ましい。
 この特定事項では、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、自動的に、前記第2レグ群、第3レグ群及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が100μF以下にすることができ、それだけ使用者による操作性を向上させることができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記蓄電要素を充電するときに発生し得る脈動電力を、前記第1レグ群と前記第2レグ群との間に接続された前記第1インダクタに蓄積する構成とされている態様を例示できる。
 この特定事項では、前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタにより構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータによって前記第1インダクタに対して前記蓄電要素と前記DC側キャパシタとの双方に電気的に接続しない動作モード(つまり、前記第1インダクタンスに対して内部短絡となる動作モード)を実現することができ、従って、該双方向昇降圧形DC-DCコンバータの前記外部電源側に流れる電流を制御できる上、前記蓄電要素へ供給する電流を一定のものにすることができ、これにより、前記蓄電要素に対して前記外部電源の周波数に対応する周波数(例えば単相系統の周波数に対応する低周波)の脈動電流が流れることがなく、容易に一定の電流を流すことができるため、効率よく該蓄電要素を充電することができ、しかも該蓄電要素の温度上昇を防ぐことができ、これにより、該蓄電要素の寿命低下を防止することができる。
 本発明において、前記電気駆動装置は、前記複数のインバータに含まれるレグのうち余剰のレグに太陽電池を接続し、該太陽電池からの電力で前記蓄電要素を充電可能な構成とされている態様を例示できる。
 この特定事項では、前記太陽電池を接続された前記余剰のレグを該太陽電池からの電力の前記蓄電要素への充電のために利用することができ、これにより、前記余剰のレグを有効活用することができる。
 本発明において、前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタが、複数相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされ、前記電気駆動装置は、前記第1及び第2レグ群内における複数のレグを前記複数相の電力の位相がずれるようにスイッチングする態様を例示できる。また、設計上、比較的小さい電力容量(例えば、前記インバータの定格電力の3分の1程度)を許容できる場合には、前記電気駆動装置は、前記第1及び第2レグ群内における複数のレグのうち一つのみをスイッチングしてもよい。
 この特定事項では、前記蓄電要素側に設けられる電解コンデンサに流入する高周波リプルを低減して該電解コンデンサの長寿命化を実現することができる上、前記蓄電要素側に設けられるフィルタの物理的な大きさ(サイズ)を小さくすることができる。また、前記第1及び第2レグ群内における複数のレグのうち一つのみをスイッチングする場合には、各レグをスイッチングする場合に比べてスイッチングロスを低減できるので、それだけ電力変換効率を向上させることができる。
 本発明において、前記第3及び第4レグ群並びに前記第2インダクタが、複数相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされ、前記電気駆動装置は、前記第3及び第4レグ群内における複数のレグを前記複数相の電力の位相がずれるようにスイッチングする態様を例示できる。また、設計上、比較的小さい電力容量(例えば、前記インバータの定格電力の3分の1程度)を許容できる場合には、前記電気駆動装置は、前記第3及び第4レグ群内における複数のレグのうち一つのみをスイッチングしてもよい。
 この特定事項では、前記外部電源側に設けられる電解コンデンサに流入する高周波リプルを低減して該電解コンデンサの長寿命化を実現することができる上、前記外部電源側に設けられるフィルタの物理的な大きさ(サイズ)を小さくすることができる。また、前記第3及び第4レグ群内における複数のレグのうち一つのみをスイッチングする場合には、各レグをスイッチングする場合に比べてスイッチングロスを低減できるので、それだけ電力変換効率を向上させることができる。
 以上説明したように、本発明によると、前記電気駆動装置において、前記第1開閉手段で前記第1レグ群と前記接続レグ群との間を電気的に遮断する(開放する)ことで、既存の前記複数のインバータを双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器として流用することができるので、前記外部電源の経路として、AC100V系商用電力系統とAC200V系商用電力系統とで別々の経路を設けることなく、同一の経路で複数の単相商用電力系統電圧に対応させることができ、これにより、前記外部電源から前記蓄電要素を充電する際の利便性を向上させることができる。しかも、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器のための回路を別途設ける必要がなく、ましてや、特許文献1に記載の構成の如く、高周波変換のためにトランスや昇圧形DC-DCコンバータを設ける必要もなく、それだけ回路構成を簡素化できる。
図1は、本発明の実施の形態に係る電動作業機の概略構成を単線図で示す回路図である。 図2は、図1に示す電動作業機における第1実施形態の力行モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図3は、図1に示す電動作業機における第1実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図4は、各レグに設けられた各スイッチング素子を一つの図で示す概略構成図である。 図5は、図1に示す電動作業機における第2実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図6は、図1に示す電動作業機における第3実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図7は、図1に示す電動作業機における第4実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図8は、図1に示す電動作業機における第5実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図9は、図1に示す電動作業機における第6実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図10は、図1に示す電動作業機における第7実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図11は、図1に示す電動作業機における第8実施形態の電気駆動装置に設けられた第3及び第4モータの巻線状態を概略的に示す回路図である。 図12は、図1に示す電動作業機における第9実施形態の電気駆動装置に設けられた第3及び第4モータの巻線状態を概略的に示す回路図である。 図13は、図1に示す電動作業機における第10実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。 図14は、本実施の形態に係る電気駆動装置において、系統からの電力で蓄電池を充電するときに、第1及び第2レグ群並びに第1インダクタにより構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータの概略構成を示す回路図である。 図15は、図14に示すDC-DCコンバータにおいて力行モードで動作させる動作例を説明するための説明図である。 図16は、図14に示すDC-DCコンバータにおいて回生(充電)モードで動作させる動作例を説明するための説明図である。 図17は、図14に示すDC-DCコンバータにおいて回生(充電)モードで動作させるときの具体的な動作波形の一例を示すグラフである。 図18は、脈動低減動作の一例を説明するためのグラフである。 図19は、脈動低減動作の他の例を説明するためのグラフである。 図20は、第3レグ群及び第4レグ群のスイッチング素子を同期整流器として動作させる際の利点を説明するための説明図であって、(a)は、オフ状態でのスイッチング素子を示す概略図であり、(b)は、オフ状態でのスイッチング素子の電流-電圧特性を示すグラフであり、(c)は、オン状態でのスイッチング素子を示す概略図であり、(d)は、オン状態でのスイッチング素子の電流-電圧特性(実線)をオフ状態の電流-電圧特性(破線)と比較して示すグラフである。 図21は、第1実施形態の電気駆動装置において余剰のレグに太陽電池が接続されている状態を示す回路図である。 図22は、第4及び第5実施形態並びに第6及び第7実施形態に示す回路構成のように3相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされた場合においてあるレグ群における下アームの3つのスイッチング素子のみ同一タイミングでスイッチングしたときのグラフであって、(a)は、スイッチング素子のスイッチングタイミングの時間的変化を示すグラフであり、(b)は、第1及び第2インダクタに流れる電流の時間的変化を示すグラフであり、(c)は、スイッチング素子をスイッチングしたときのスイッチング素子に流れる電流の時間的変化を示すグラフであり、(d)は、スイッチング素子をスイッチングしたときの蓄電池へ供給する電流及び系統側のDC側キャパシタに流れる電流の時間的変化を示すグラフである。 図23は、第4及び第5実施形態並びに第6及び第7実施形態に示す回路構成のように3相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされた場合においてあるレグ群における下アームの3つのスイッチング素子のみタイミングをずらしてスイッチングしたときのグラフであって、(a)は、スイッチング素子のスイッチングタイミングの時間的変化を示すグラフであり、(b)は、第1及び第2インダクタに流れる電流の時間的変化を示すグラフであり、(c)は、スイッチング素子をスイッチングしたときのスイッチング素子に流れる電流の時間的変化を示すグラフであり、(d)は、スイッチング素子をスイッチングしたときの蓄電池へ供給する電流及び系統側のDC側キャパシタに流れる電流の時間的変化を示すグラフである。 図24は、商用電力系統から蓄電池を充電する特許文献1に記載の回路図である。
 以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
 図1は、本発明の実施の形態に係る電動作業機100の概略構成を単線図で示す回路図である。図2は、図1に示す電動作業機100における第1実施形態の力行モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。図3は、図1に示す電動作業機100における第1実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。なお、図3において制御装置20等は図示を省略している。このことは、後述する図5から図10、図13及び図21についても同様である。
 また、図4は、各レグLG1~LG12に設けられた各スイッチング素子sw1~sw24を一つの図で示す概略構成図である。なお、図4において、各スイッチング素子sw1~sw24は、何れも同じタイプのものであるため、一つに図で示している。
 図1に示す電動作業機100は、蓄電池BT(蓄電要素の一例)からの電力が供給される電気駆動装置10と、電気駆動装置10にて駆動される複数(ここでは4つ)のモータM,…とを備えており、単相の商用電力系統(外部電源の一例、以下、単に系統という。)PWからの電力で蓄電池BTを充電するようになっている。なお、蓄電池BTが複数ある場合には、複数の蓄電池BTを直列及び/又は並列に接続することができる。また、蓄電池BTは、キャパシタであってもよい。
 電気駆動装置10は、複数のモータM,…をそれぞれ駆動する複数(ここでは4つ)のモータ駆動用インバータ11,…と、複数(ここでは4つ)のキャパシタC,…(Ca,Cb,Cc,Cd)とを備えている。なお、モータMとしては、DCブラシレスモータやインダクション(誘導)モータを用いることができる。
 各モータ駆動用インバータ11,…は、複数(ここでは12個)のレグLG1~LG12を備えている。レグとしては、二つの逆導通形の半導体素子を直列に接続したもの例示できる。逆導通形の半導体素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、GTO(Gate Turn-Off thyristor)等の半導体スイッチに対して電流を流すことができる方向を逆にしてダイオードを並列接続した半導体素子、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のように半導体の構造的に寄生ダイオード(または、ボディダイオード)が存在する半導体素子を例示でき、例えば、逆導通形のIGBT素子、逆導通形のMOSFET素子、逆導通形のGTO素子を挙げることができる。
 本実施の形態では、複数のレグLG1~LG12は、それぞれ、二つのスイッチング素子(sw1,sw2),(sw3,sw4),(sw5,sw6),(sw7,sw8),(sw9,sw10),(sw11,sw12),(sw13,sw14),(sw15,sw16),(sw17,sw18),(sw19,sw20),(sw21,sw22),(sw23,sw24)を直列に接続したものとされており、スイッチング素子sw1~sw24は、ここでは、IGBT、GTO等の半導体スイッチSに対して電流を流すことができる方向を逆にしてダイオードDを並列接続した半導体素子(図4参照)とされているか、或いは、MOSFET逆導通形の半導体素子とされている。
 複数のキャパシタC,…(Ca,Cb,Cc,Cd)は、ここでは、数百μF(例えば、400μF~800μF)以上の電解コンデンサとされており、それぞれ、複数のレグLG1~LG12に対して複数個(ここでは3個)のレグ毎に1個ずつ並列に接続されている。
 そして、電気駆動装置10は、第1開閉手段として作用する第1開閉リレーSWaを備えている。
 第1開閉リレーSWaは、複数のモータ駆動用インバータ11,…に含まれる個々のレグLG1~LG12を、それぞれ1つ以上(ここでは3つ)のレグ(LG1~LG3),(LG4~LG6),(LG7~LG9),(LG10~LG12)を有する4つのレグ群に分割してなる第1から第4のレグ群G1~G4のうち、両端に蓄電池BTが接続された第1レグ群G1と、両端同士がそれぞれ接続された第2レグ群G2から第4レグ群G4で構成される接続レグ群Gnとの間を電気的に導通及び遮断するものとされている。第1開閉リレーSWaは、第1レグ群G1と接続レグ群Gnとの間で電流をオン、オフするリレースイッチとされている。具体的には、第1レグ群G1のレグLG1~LG3及び接続レグ群GnのレグLG4~LG12は、それぞれ、互いに並列に接続され、第1レグ群G1のレグLG1の上アーム(スイッチング素子sw1)側と蓄電池BTの正極側とが接続され、レグLG1の下アーム(スイッチング素子sw2)側と蓄電池BTの負極側とが接続されている。
 第1開閉リレーSWaは、第1レグ群G1のレグLG3と第2レグ群G2のレグLG4との間の正極側及び負極側のどちらか一方に設けられている。ここでは、第1開閉リレーSWaは、接続端子Ta1が第1レグ群G1のレグLG3の上アーム(スイッチング素子sw5)側に接続され、接続端子Ta2が第2レグ群G2のレグLG4との間の上アーム(スイッチング素子sw7)側に接続されている。そして、第1レグ群G1のレグLG3の下アーム(スイッチング素子sw6)側と第2レグ群G2のレグLG4の下アーム(スイッチング素子sw8)側とが互いに接続されている。
 ここで、上アームとは第1から第4レグ群G1~G4に電流が流入する方のアームをいい、下アームとは第1から第4レグ群G1~G4から電流が流出する方のアームをいう。
 また、電気駆動装置10は、第1インダクタL1と、第2インダクタL2と、第1レグ群G1のうち少なくとも一つのレグ(ここではレグLG1)の中点と第2レグ群Gのうち少なくとも一つ(第1レグ群G1のレグと同数)のレグ(ここではレグLG6)の中点との間に第1インダクタL1を接続する第1接続端子T1,T2と、第3レグ群G3のうち少なくとも一つのレグ(ここではレグLG7)の中点と第4レグ群G4のうち少なくとも一つ(第3レグ群G3のレグと同数)のレグ(ここではレグLG12)の中点との間に第2インダクタL2を介して系統PWに接続する第2接続端子T3,T4とを有している。
 [第1実施形態]
 第1実施形態の電気駆動装置10(10a)は、切り替え手段として作用する第1から第4切り替えリレーSW1~SW4を備えている。
 第1切り替えリレーSW1は、第1レグ群G1のうち少なくとも一つのレグ(ここではレグLG1)の中点に接続された第1接続端子T1(コモン端子)に対して、第1インダクタL1の一端側に接続された第1接続端子T2と、第1レグ群G1に接続されるモータMの何れかの相に接続された接続端子Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。そして、第1レグ群G1の残りのレグ(ここではレグLG2,LG3)の中点と、第1レグ群G1に接続されるモータMの残りの相とがそれぞれ接続されている。
 第2切り替えリレーSW2は、第2レグ群G2のうち少なくとも一つのレグ(ここではレグLG6)の中点に接続された第1接続端子T1(コモン端子)に対して、第1インダクタL1の他端側に接続された第1接続端子T2と、第2レグ群G2に接続されるモータMの何れかの相に接続された接続端子Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。そして、第2レグ群G1の残りのレグ(ここではレグLG4,LG5)の中点と、第2レグ群G2に接続されるモータMの残りの相とがそれぞれ接続されている。
 第3切り替えリレーSW3は、第3レグ群G3のうち少なくとも一つのレグ(ここではレグLG7)の中点に接続された第2接続端子T3(コモン端子)に対して、第2インダクタL2の一端側に接続された第2接続端子T4と、第3レグ群G3に接続されるモータMの何れかの相に接続された接続端子Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。そして、第3レグ群G3の残りのレグ(ここではレグLG8,LG9)の中点と、第3レグ群G3に接続されるモータMの残りの相とがそれぞれ接続されており、第2インダクタL2の他端側と系統PWの一方側とが直列に接続端子Taを介して接続されるようになっている。
 第4切り替えリレーSW4は、第4レグ群G4のうち少なくとも一つのレグ(ここではレグLG12)の中点に接続された第2接続端子T3(コモン端子)に対して、系統PWの他方側に接続端子Tbを介して接続された第2接続端子T4と、第4レグ群G4に接続されるモータMの何れかの相に接続された接続端子Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。そして、第4レグ群G4の残りのレグ(ここではレグLG10,LG11)の中点と、第4レグ群G4に接続されるモータMの残りの相とがそれぞれ接続されている。
 以上説明した電動作業機100では、電気駆動装置10(10a)において、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電する場合には、第1開閉リレーSWaで第1レグ群G1と接続レグ群Gnとの間を電気的に遮断し(開放し)、さらに、第1及び第2切り替えリレーSW1,SW2を第1インダクタL1側に切り替えることで、第1及び第2レグ群G1,G2のレグLG1,LG6並びに第1インダクタL1により双方向昇降圧形DC-DCコンバータを構成することができる。これにより、既存の複数のインバータ11,…を双方向昇降圧形DC-DCコンバータとして流用することができる。また、第3及び第4切り替えリレーSW3,SW4を系統PW側に切り替えることで、第3及び第4レグ群G3,G4のレグLG7,LG12によりダイオードブリッジの整流器を構成することができる。これにより、既存の複数のインバータ11,…を整流器として流用することができる。
 そして、第3及び第4レグ群G3,G4により構成される整流器と第2インダクタL2とを介して、接続端子Ta,Tbに接続された系統PWから供給される電力で、第1及び第2レグ群G1,G2並びに第1インダクタL1により構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータを制御することにより、蓄電池BTを充電することができる。
 なお、充電池BTからの電力により各モータM,…を駆動する場合には、第1開閉リレーSWaで第1レグ群G1と接続レグ群Gnとの間を電気的に導通し(閉じ)、さらに、第1から第4切り替えリレーSW1~SW4をモータM,…側に切り替えてレグG1,G6に各モータM,…を接続することで、複数のインバータ11,…を本来のモータ駆動用インバータとして使用することができる。
 このように、電動作業機100によれば、電気駆動装置10(10a)において、既存の複数のインバータ11,…を双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器として流用することで、双方向昇降圧形DC-DCコンバータによって昇圧動作、降圧動作及び昇降圧動作を行うことができるので、系統PWの経路として、AC100V系商用電力系統とAC200V系商用電力系統とで別々の経路を設けることなく、同一の経路で複数の単相商用電力系統電圧に対応させることができ、これにより、系統PWから前記蓄電池BTを充電する際の利便性を向上させることができる。しかも、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ及び整流器のための回路を別途設ける必要がなく、ましてや、特許文献1に記載の構成の如く、高周波変換のためにトランスや昇圧形DC-DCコンバータを設ける必要もなく、それだけ回路構成を簡素化できる。
 図2及び図3に示す電気駆動装置10(10a)は、第1開閉リレーSWa及び第1から第4切り替えリレーSW1~SW4を自動的に作動させるようになっている。
 図2に示すように、電気駆動装置10(10a)は、さらに制御装置20を備えている。制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)等の処理部21と、記憶部22とを備えている。記憶部22は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等の記憶メモリを含み、各種制御プログラムや必要な関数およびテーブルや、各種のデータを記憶するようになっている。
 制御装置20は、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電しない非充電状態を検出した場合には、第1開閉リレーSWaをオンにし、第1から第4切り替えリレーSW1~SW4をモータM,…側に切り替える構成とされている。一方、制御装置20は、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電する充電状態を検出した場合には、第1開閉リレーSWaをオフにし、第1及び第2切り替えリレーSW1,SW2を第1インダクタL1側に切り替え、第3及び第4切り替えリレーSW3,SW4を系統PW側に切り替える構成とされている。
 詳しくは、制御装置20は、系統PWが接続されたことを検出する接続検出手段を備えている。この接続検出手段は、系統PWが接続されたこと検知するセンサによって検出するようになっていてもよいし、系統PWの電圧を検知するセンサによって検出するようになっていてもよい。これにより、制御装置20は、非充電状態又は充電状態を認識できるようになっている。
 かかる構成を備えた電気駆動装置10(10a)では、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電するときに、第1開閉リレーSWa及び第1から第4切り替えリレーSW1~SW4を自動的に作動させることができ、それだけ使用者による操作性を向上させることができる。
 なお、第1開閉リレーSWa及び第1から第4切り替えリレーSW1~SW4は、前記接続検出手段による自動動作にて作動するが、前記接続検出手段による自動動作に代えて、或いは、加えて、使用者の人為操作により、非充電状態と充電状態とが人為的に切り替えられるようになっていてもよい。
 [第2実施形態]
 ところで、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧が系統PWの電圧に対応していない場合には、系統PWからの電力を供給することができない。
 かかる観点から、第2実施形態の電気駆動装置10(10b)は、第3レグ群G3と第4レグ群G4との間の第2インダクタL2が巻線の一部を一次側と二次側とで共用する単巻変圧器TR1(後述する図5参照)の一部を構成している。
 図5は、図1に示す電動作業機100における第2実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。なお、図5に示す第2実施形態の電気駆動装置10(10b)において図2及び図3に示す第1実施形態の電気駆動装置10(10a)と同じ要素には同一符号を付し、その説明を省略する。また、力行モードの場合、回生(充電)モードの場合において、各切り替えスイッチSW1~SW4の動作状態が逆になるだけであるため、図5では、力行モードでの各切り替えスイッチSW1~SW4の動作状態は図示を省略している。これらのことは、後述する図6から図10、図13及び図21についても同様である。
 第2実施形態の電気駆動装置10(10b)は、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧が系統PWの電圧よりも小さい場合に例であり、図5に示すように、単巻変圧器TR1において、巻数の多い側を系統PWに接続させ、巻数の少ない側を第3レグ群G3のレグLG7の中点及び第4レグ群G4のレグLG12の中点に接続させるようになっている。
 こうすることで、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧を系統PWの電圧に対応させることができ、これにより、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧が系統PWの電圧よりも小さい場合でも、系統PWからの電力を供給することができる。
 なお、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧が系統PWの電圧よりも大きい場合には、単巻変圧器TR1において、巻数の多い側を第3レグ群G3のレグLG7の中点及び第4レグ群G4のレグLG12の中点に接続させ、巻数の少ない側を系統PWに接続させるようになっていてもよい。
 [第3実施形態]
 図6は、図1に示す電動作業機100における第3実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。
 第3実施形態の電気駆動装置10(10c)は、漏電等の安全上の理由で変圧器の一次側と二次側とで物理的に絶縁されていることが好ましいという観点から、図6に示すように、第3レグ群G3と第4レグ群G4との間の第2インダクタL2が複巻変圧器TR2の一部を構成しており、複巻変圧器TR2において、巻数の多い側を系統PWに接続させ、巻数の少ない側を第3レグ群G3のレグLG7の中点及び第4レグ群G4のレグLG12の中点に接続させるようになっている。
 このように、一次側と二次側とで物理的に絶縁された複巻変圧器TR2を用いることで、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧を系統PWの電圧に対応させることができる上、安全性を向上させることができる。
 なお、本第3実施形態においても、第2実施形態と同様、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧が系統PWの電圧よりも大きい場合には、複巻変圧器TR2において、巻数の多い側を第3レグ群G3のレグLG7の中点及び第4レグ群G4のレグLG12の中点に接続させ、巻数の少ない側を系統PWに接続させるようになっていてもよい。
 [第4実施形態]
 図7は、図1に示す電動作業機100における第4実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。なお、第4実施形態の系統PW側の構成においては図6に示す第3実施形態の構成と同一構成としている。
 第4実施形態の電気駆動装置10(10d)は、図7に示すように、第1レグ群G1に含まれるレグの数と、第2レグ群G2に含まれるレグの数とが2以上(ここでは3つ)でかつ同数とされ、第1レグ群G1における2以上(ここでは3つ)のレグLG1~LG3の中点と、第2レグ群G2における2以上(ここでは3つ)のレグLG4~LG6の中点との間に2以上(ここでは3つ)の第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)をそれぞれ接続させるようになっている。
 具体的には、本第4実施形態の電気駆動装置10(10d)は、図6に示す第3実施形態の電気駆動装置10(10c)において、第1インダクタL1を3つの第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)とし、第5から第8切り替えリレーSW5~SW8を追加したものとされている。
 詳しくは、第1、第5及び第6切り替えリレーSW1,SW5,SW6は、それぞれ、第1レグ群G1の各レグLG1,LG2,LG3の中点に接続された第1接続端子T1,T1,T1(コモン端子)に対して、第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)の一端側に接続された第1接続端子T2,T2,T2と、第1レグ群G1に接続されるモータMの各相に接続された接続端子Tm,Tm,Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。
 また、第2、第7及び第8切り替えリレーSW2,SW7,SW8は、それぞれ、第2レグ群G2の各レグLG6,LG5,LG4の中点に接続された第1接続端子T1,T1,T1(コモン端子)に対して、第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)の他端側に接続された第1接続端子T2,T2,T2と、第2レグ群G2に接続されるモータMの各相に接続された接続端子Tm,Tm,Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。
 本第4実施形態の電気駆動装置10(10d)では、第1及び第2レグ群G1,G2におけるレグ(LG1,LG2,LG3),(LG6,LG5,LG4)の中点間に第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)をそれぞれ接続させるので、それだけ、充電池BTを充電するための電力容量を増やすことができる。
 本第4実施形態の電気駆動装置10(10d)は、第1開閉リレーSWa及び第1から第8切り替えリレーSW1~SW8を自動的に作動させるようになっている。
 具体的には、制御装置20は、非充電状態を検出した場合には、第1開閉リレーSWaをオンにし、第1から第8切り替えリレーSW1~SW8をモータM,…側に切り替える構成とされている。一方、制御装置20は、充電状態を検出した場合には、第1開閉リレーSWaをオフにし、第1、第2及び第5から第8切り替えリレーSW1,SW2,SW5~SW8を第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)側に切り替え、第3及び第4切り替えリレーSW3,SW4を系統PW側に切り替える構成とされている。
 かかる構成を備えた電気駆動装置10(10d)では、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電するときに、第1開閉リレーSWa及び第1から第8切り替えリレーSW1~SW8を自動的に作動させることができ、それだけ使用者による操作性を向上させることができる。
 なお、第1開閉リレーSWa及び第1から第8切り替えリレーSW1~SW8は、前記接続検出手段による自動動作にて作動するが、前記接続検出手段による自動動作に代えて、或いは、加えて、使用者の人為操作により、非充電状態と充電状態とが人為的に切り替えられるようになっていてもよい。
 [第5実施形態]
 図8は、図1に示す電動作業機100における第5実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。なお、第5実施形態の系統PW側の構成においては図6に示す第3実施形態の構成と同一構成としている。
 第5実施形態の電気駆動装置10(10e)は、図8に示すように、第1レグ群G1に含まれるレグの数と、第2レグ群G2に含まれるレグの数とが3とされ、第1レグ群G1に複数のモータM,…のうち何れか一つの第1モータM(Ma)の界磁巻線を第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)として接続させ、第2レグ群G2に残りのモータM,…のうち何れか一つの第2モータM(Mb)の界磁巻線を第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)として接続させるようになっている。
 そして、電気駆動装置10(10e)は、第2開閉手段として作用する第2開閉リレーSWeを備えている。
 第2開閉リレーSWeは、第1レグ群G1に接続された第1モータM(Ma)と第2レグ群G2に接続された第2モータM(Mb)との界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の中点間を電気的に導通及び遮断するものとされている。第2開閉リレーSWeは、第1モータM(Ma)の界磁巻線の中点と第2モータM(Mb)の界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の中点との間で電流をオン、オフするリレースイッチとされている。
 具体的には、本第5実施形態の電気駆動装置10(10e)は、図7に示す第4実施形態の電気駆動装置10(10d)において、3つの第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)として既存の第1及び第2モータM(Ma,Mb)における3本の界磁巻線をそれぞれ利用するものとされており、第1、第2及び第5から第8切り替えリレーSW1,SW2,SW5~SW8を除去し、第2開閉リレーSWeを追加したものとされている。なお、ここでは各モータMにおいて3本の界磁巻線を利用するが、モータMの構成によっては1本、2本或いは4本以上の界磁巻線を利用してもよい。
 詳しくは、第1レグ群G1の各レグLG1,LG2,LG3の中点と、第1モータM(Ma)における3本の界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の一端側とがそれぞれ接続され、第1モータM(Ma)における3本の界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の他端側が互いに接続されている。第2レグ群G2の各レグLG6,LG5,LG4の中点と、第2モータM(Mb)における3本の界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の一端側とがそれぞれ接続され、第2モータM(Mb)における3本の界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の他端側が互いに接続されている。
 そして、第2開閉リレーSWeは、一方の第1接続端子T1が第1モータM(Ma)における3本の界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の他端側を互いに接続した接続点(中点)に接続され、他方の第1接続端子T2が第2モータM(Mb)における3本の界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の他端側を互いに接続した接続点(中点)に接続されている。
 本第5実施形態の電気駆動装置10(10e)では、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電する場合には、第2開閉リレーSWeで第1レグ群G1に接続された第1モータM(Ma)と第2レグ群G2に接続された第2モータM(Mb)との界磁巻線(第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c))の中点間を導通する(閉じる)ことで、既存の第1及び第2モータM(Ma,Mb)を第1インダクタL1(L1a,L1b,L1c)として流用することができ、それだけ低コスト化を実現できる。
 本第5実施形態の電気駆動装置10(10e)において、第1及び第2開閉リレーSWa,SWe並びに第3及び第4切り替えリレーSW3,SW4を自動的に作動させる構成は、第4実施形態の構成と同様である。
 [第6実施形態]
 図9は、図1に示す電動作業機100における第6実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。なお、第6実施形態の第1インダクタL1側の構成においては図3に示す第1実施形態の構成と同一構成としている。
 第6実施形態の電気駆動装置10(10f)は、図9に示すように、第3レグ群G3に含まれるレグの数と、第4レグ群G4に含まれるレグの数とが2以上(ここでは3つ)でかつ同数とされ、第3及び第4レグ群G3,G4における2以上(ここでは3つ)のレグの中点に、一端側が系統PWにそれぞれ接続される2以上(ここでは3つ)の第2インダクタL2の他端側をそれぞれ接続させるようになっている。
 具体的には、本第6実施形態の電気駆動装置10(10f)は、図3に示す第1実施形態の電気駆動装置10(10a)において、第2インダクタL2を6つの第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c,L2a,L2b,L2c)とし、第9から第12切り替えリレーSW9~SW12を追加したものとされている。
 詳しくは、第3、第9及び第10切り替えリレーSW3,SW9,SW10は、それぞれ、第3レグ群G3の各レグLG7,LG8,LG9の中点に接続された第2接続端子T3,T3,T3(コモン端子)に対して、第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)の他端側に接続された第2接続端子T4,T4,T4と、第3レグ群G3に接続されるモータMの各相に接続された接続端子Tm,Tm,Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。
 また、第4、第11及び第12切り替えリレーSW4,SW11,SW12は、それぞれ、第4レグ群G4の各レグLG12,LG11,LG10の中点に接続された第2接続端子T3,T3,T3(コモン端子)に対して、第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)の他端側に接続された第2接続端子T4,T4,T4と、第4レグ群G4に接続されるモータMの各相に接続された接続端子Tm,Tm,Tmとを切り替える切り替えスイッチとされている。
 また、第3レグ群G3に接続される第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)の一端側が系統PWの一方側に接続端子Taを介してそれぞれ接続され、第4レグ群G3に接続される第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)の一端側が系統PWの他方側に接続端子Tbを介してそれぞれ接続されるようになっている。
 本第6実施形態の電気駆動装置10(10f)では、第3及び第4レグ群G3,G4におけるレグ(LG7,LG8,LG9),(LG12,LG11,LG10)の中点に第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c),L2(L2a,L2b,L2c)の他端側をそれぞれ接続させるので、それだけ、充電池BTを充電するための電力容量を増やすことができる。
 本第6実施形態の電気駆動装置10(10f)は、第1開閉リレーSWa、第1から第4及び第9から第12切り替えリレーSW1~SW4,SW9~SW12を自動的に作動させるようになっている。
 具体的には、制御装置20は、非充電状態を検出した場合には、第1開閉リレーSWaをオンにし、第1から第4及び第9から第12切り替えリレーSW1~SW4,SW9~SW12をモータM,…側に切り替える構成とされている。一方、制御装置20は、充電状態を検出した場合には、第1開閉リレーSWaをオフにし、第1及び第2切り替えリレーSW1,SW2を第1インダクタL1側に切り替え、第3、第4及び第9から第12切り替えリレーSW3,SW4,SW9~SW12を系統PW側に切り替える構成とされている。
 かかる構成を備えた電気駆動装置10(10f)では、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電するときに、第1開閉リレーSWa、第1から第4及び第9から第12切り替えリレーSW1~SW4,SW9~SW12を自動的に作動させることができ、それだけ使用者による操作性を向上させることができる。
 なお、第1開閉リレーSWa、第1から第4及び第9から第12切り替えリレーSW1~SW4,SW9~SW12は、前記接続検出手段による自動動作にて作動するが、前記接続検出手段による自動動作に代えて、或いは、加えて、使用者の人為操作により、非充電状態と充電状態とが人為的に切り替えられるようになっていてもよい。
 [第7実施形態]
 図10は、図1に示す電動作業機100における第7実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。なお、第7実施形態の第1インダクタL1側の構成においては図9に示す第6実施形態の構成と同一構成としている。
 第7実施形態の電気駆動装置10(10g)は、図10に示すように、第3レグ群G3に含まれるレグの数と、第4レグ群G4に含まれるレグの数とが3とされ、第3レグ群G3に複数のモータM,…のうち何れか一つの第3モータM(Mc)の界磁巻線を第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)として接続させ、第4レグ群G4に残りのモータM,…のうち何れか一つの第4モータM(Md)の界磁巻線を第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)として接続させるようになっている。
 そして、第3レグ群G3に接続された第3モータM(Mc)と第4レグ群G4に接続された第4モータM(Md)との界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の中点間が系統PWに第2接続端子T3,T4を介して接続されるようになっている。
 具体的には、本第7実施形態の電気駆動装置10(10g)は、図9に示す第6実施形態の電気駆動装置10(10f)において、6つの第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c,L2a,L2b,L2c)として既存の第3及び第4モータM(Mc,Md)における3本の界磁巻線をそれぞれ利用するものとされており、第3、第4及び第9から第12切り替えリレーSW3,SW4,SW9~SW12を除去したものとされている。なお、ここでは各モータMにおいて3本の界磁巻線を利用するが、モータMの構成によっては1本、2本或いは4本以上の界磁巻線を利用してもよい。
 詳しくは、第3レグ群G3の各レグLG7,LG8,LG9の中点と、第3モータM(Mc)における3本の界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の一端側とがそれぞれ接続され、第3モータM(Mc)における3本の界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の他端側が互いに接続されている。第4レグ群G4の各レグLG12,LG11,LG10の中点と、第4モータM(Md)における3本の界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の一端側とがそれぞれ接続され、第4モータM(Md)における3本の界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の他端側が互いに接続されている。
 そして、系統PWは、一方側が第3モータM(Mc)における3本の界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の他端側を互いに接続した接続点(中点)に一方の第2接続端子T3を介して接続され、他方側が第4モータM(Md)における3本の界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の他端側を互いに接続した接続点(中点)に他方の第2接続端子T4を介して接続されるようになっている。
 本第7実施形態の電気駆動装置10(10g)では、第3レグ群G3に接続された第3モータM(Mc)と第4レグ群G4に接続された第4モータM(Md)との界磁巻線(第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c))の中点間が系統PWに接続されるので、既存の第3及び第4モータM(Mc,Md)を第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c,Lda,L2b,L2c)として流用することができ、それだけ低コスト化を実現できる。
 [第8実施形態]
 図11は、図1に示す電動作業機100における第8実施形態の電気駆動装置10(10h)に設けられた第3及び第4モータM(Mc1,Md1)の巻線状態を概略的に示す回路図である。なお、図11において、第3モータM(Mc1)と第4モータM(Md1)とは同一構成とされているため、一つの図で表している。
 第8実施形態の第3及び第4モータM(Mc1,Md1)は、図11に示すように、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma,Wmb,Wmc)から延長されて単巻変圧器TR1の一部を構成するように巻かれた第1界磁巻線W1(W1a,W1b,W1c)を有する第1追加巻線モータとされている。すなわち、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma,Wmb,Wmc)と第1界磁巻線W2(W1a,W1b,W1c)とが直列に巻かれている。
 具体的には、本第8実施形態の電気駆動装置10(10h)は、図10に示す第7実施形態の電気駆動装置10(10g)において、既存の第3及び第4モータM(Mc,Md)が、巻線の一部を一次側と二次側とで共用する単巻変圧器TR1として接続した第1追加巻線モータM(Mc1,Md1)とされている。
 詳しくは、第1追加巻線モータM(Mc1,Md1)において、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma)と第1界磁巻線W1(W1a)との間の接続線が第3及び第4レグ群G3,G4のレグLG7,LG12の中点に接続され、モータ回転用界磁巻線Wm(Wmb)と第1界磁巻線W1(W1b)との間の接続線が第3及び第4レグ群G3,G4のレグLG8,LG11の中点に接続され、モータ回転用界磁巻線Wm(Wmc)と第1界磁巻線W1(W1c)との間の接続線が第3及び第4レグ群G3,G4のレグLG9,LG10の中点に接続されている。また、第1界磁巻線W1(W1a,W1b,W1c)が3つの接続端子Tc,Td,Teにそれぞれ接続されており、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma,Wmb,Wmc)が接続端子Tfに接続されている。
 そして、第1界磁巻線W1(W1a,W1b,W1c)が第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)を構成している。
 本第8実施形態の電気駆動装置10(10h)では、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧が系統PWの電圧に対応していない場合でも、系統PWからの電力を供給することができる上、既存の第1追加巻線モータM(Mc1,Md1)を、巻線の一部を一次側と二次側とで共用する単巻変圧器TR1として流用することができ、それだけ低コスト化を実現できる。
 なお、第8実施形態において、例えば、接続端子Tcと接続端子Tdとが系統PWに接続される場合には、単相2線式200Vの電力系統に対応させることができ、接続端子Teと接続端子Tfとが系統PWに接続される場合には、単相2線式100Vの電力系統に対応させることができ、接続端子Tcと接続端子Tdと接続端子Teとが系統PWに接続される場合には、3相3線式200Vの電力系統に対応させることができる。また、接続端子Tcと接続端子Tdと接続端子Teと接続端子Tfとが系統PWに接続される場合には、3相4線式200Vの電力系統に対応させることができる。このことは、後述する第9実施形態についても同様である。
 [第9実施形態]
 図12は、図1に示す電動作業機100における第9実施形態の電気駆動装置10(10i)に設けられた第3及び第4モータM(Mc2,Md2)の巻線状態を概略的に示す回路図である。なお、図12において、第3モータM(Mc2)と第4モータM(Md2)とは同一構成とされているため、一つの図で表している。
 第9実施形態の第3及び第4モータM(Mc2,Md2)は、図12に示すように、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma,Wmb,Wmc)と共に複巻変圧器TR2の一部を構成するように巻かれた第2界磁巻線W2(W2a,W2b,W2c)を有する第2追加巻線モータとされている。すなわち、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma,Wmb,Wmc)と、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma,Wmb,Wmc)とは電気的に絶縁されている第2界磁巻線W2(W2a,W2b,W2c)とは近接して巻かれている。
 具体的には、本第9実施形態の電気駆動装置10(10i)は、図10に示す第7実施形態の電気駆動装置10(10g)において、既存の第3及び第4モータM(Mc,Md)が、一次側と二次側とで電気的に絶縁された複巻変圧器TR2として構成された第2追加巻線モータM(Mc2,Md2)とされている。
 詳しくは、第2追加巻線モータM(Mc2,Md2)において、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma)の一端側が第3及び第4レグ群G3,G4のレグLG7,LG12の中点に接続され、モータ回転用界磁巻線Wm(Wmb)の一端側が第3及び第4レグ群G3,G4のレグLG8,LG11の中点に接続され、モータ回転用界磁巻線Wm(Wmc)の一端側が第3及び第4レグ群G3,G4のレグLG9,LG10の中点に接続されており、モータ回転用界磁巻線Wm(Wma,Wmb,Wmc)の他端側が互いに接続されている。また、第2界磁巻線W2(W2a,W2b,W2c)の一端側が3つの接続端子Tc,Td,Teにそれぞれ接続されており、第2界磁巻線W2(W2a,W2b,W2c)の他端側が接続端子Tfに接続されている。
 そして、第2界磁巻線W2(W2a,W2b,W2c)が第2インダクタL2(L2a,L2b,L2c)を構成している。
 本第9実施形態の電気駆動装置10(10i)では、第3及び第4レグ群G3,G4におけるインバータ11の定格電圧が系統PWの電圧に対応していない場合でも、系統PWからの電力を供給することができる上、既存の第2追加巻線モータM(Mc2,Md2)を、一次側と二次側とで電気的に絶縁された複巻変圧器TR2として流用することができ、それだけ低コスト化を実現できると共に、安全性を向上させることができる。
 [第10実施形態]
 ところで、単相の系統PWからの電力で蓄電池BTに充電するときには、第1及び第2レグ群G1,G2並びに第1インダクタL1により構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12(図13参照)の系統PW側に流れる電流Idcが系統PWの電圧波形と同相の正弦波電流であることが好ましい。ところが、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12の系統PW側を構成する第2レグ群G2、系統PWに接続される第3及び第4レグ群G3,G4と共にそれぞれインバータ11,11,11を構成するキャパシタCb,Cc,Cd(以下、DC側キャパシタCb,Cc,Cdという。)を合成した(合計の)静電容量が(ここではDC側キャパシタCb,Cc,Cdが数百μF以上と)大きいので、DC側キャパシタCb,Cc,Cdを境にして、系統PW側と双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12側とで、いわば電気的にセパレートされた状態となってしまう。そうすると、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12により系統PW側に流れる電流Idcを制御することができないために、電流Idcを系統PWの電圧波形と同相の正弦波電流とすることが難しい。
 図13は、図1に示す電動作業機100における第10実施形態の回生(充電)モードでの概略構成を複線図で示す回路図である。
 この点、第10実施形態の電気駆動装置10(10j)は、図13に示すように、第1及び第2レグ群G1,G2並びに第1インダクタL1により構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12によって双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12の系統PW側に流れる電流Idcを制御することができる程度に、DC側キャパシタCb,Cc,Cdを合成した(合計の)静電容量が100μF以下になる構成とされている。なお、かかる構成は、第1から第9実施形態の何れの回路構成にも適用できるが、ここでは、第1実施形態の回路構成を例にとって説明する。
 具体的には、本第10実施形態の電気駆動装置10(10j)は、図3に示す第1実施形態の電気駆動装置10(10a)において、二つの開閉リレーSWb,SWc,SWdを追加したものとされている。
 詳しくは、開閉リレーSWb,SWc,SWdは、それぞれ、第2,第3及び第4のレグ群G2,G3,G4と、DC側キャパシタCb,Cc,Cdとの間を電気的に導通及び遮断するものとされている。ここでは、開閉リレーSWb,SWc,SWdは、それぞれ、DC側キャパシタCb,Cc,Cdの正極側と、第2,第3及び第4のレグ群G2,G3,G4の正極側との間に接続されている。
 そして、電気駆動装置10(10j)において、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電する場合には、開閉リレーSWb,SWc,SWdで第2,第3及び第4のレグ群G2,G3,G4とDC側キャパシタCb,Cc,Cdとの間を電気的に遮断する(開放する)ことで、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12の系統PW側に流れる電流Idcの制御を第1レグ群G1又は第2レグ群G2によって行うようになっている。
 また、電気駆動装置10(10j)は、開閉リレーSWb,SWc,SWdを自動的に作動させるようになっている。
 制御装置20は、非充電状態を検出した場合には、開閉リレーSWb,SWc,SWdをオンにする構成とされている。一方、制御装置20は、充電状態を検出した場合には、開閉リレーSWb,SWc,SWdをオフにする構成とされている。
 かかる構成を備えた電気駆動装置10(10j)では、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電するときに、開閉リレーSWb,SWc,SWdを自動的に作動させることができ、それだけ使用者による操作性を向上させることができる。
 なお、開閉リレーSWb,SWc,SWdは、前記接続検出手段による自動動作にて作動するが、前記接続検出手段による自動動作に代えて、或いは、加えて、使用者の人為操作により、非充電状態と充電状態とが人為的に切り替えられるようになっていてもよい。
 このように、本第10実施形態の電気駆動装置10(10j)では、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電するときに、DC側キャパシタCb,Cc,Cdを合成した(合計の)静電容量が100μF以下になる構成とされているので、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12によって双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12の系統PW側に流れる電流Idcを制御することができ、これにより、電流Idcを系統PWに流れる電流Iacの正弦波形と同相の正弦波電流にすることができる。
 ところで、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12は、エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子として第1インダクタL1を有しているが、例えば、第1インダクタL1に対して蓄電池BTとDC側キャパシタCb,Cc,Cdとの双方に電気的に接続しない動作モードを実現できない構成とされる場合には、双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12によって双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12の系統PW側に流れる電流Idcを制御できても、蓄電池BTへ供給する電流Ibatを制御できないために、蓄電池BTに対して系統PWの周波数に対応する周波数の脈動電流が流れてしまう。そうすると、蓄電池BTにおける内部抵抗(図示せず)の発熱が大きくなる傾向を示し、効率よく蓄電池BTを充電することができないだけでなく、蓄電池BTの寿命低下を招く。
 例えば、系統PWの周波数をθ、系統PW側の電圧及び電流の実効値をVdc,Idc、蓄電池BTの電圧をVbatとすると、蓄電池BTに流れる脈動電流は、(Vdc×Idc-Vdc×Idc×cos(2×2πθ))/Vbatの式で表すことができる。
 この脈動電流を低減させるために、スイッチング周波数でのオン、オフ波形をならすためのフィルタに代えて、脈動電流を低減させるためのフィルタを付設することが考えられるが、この脈動電流の周波数は、系統PWの周波数θ(例えば60Hz)の2倍の周波数(例えば2θ=120Hz)と低周波であるため、小型化が要求されている昨今の装置構成において使用に耐えない程度の物理的な大きさ(サイズ)となり、実際的には使用することができない。
 この点、本第1から第10実施形態では、第1インダクタL1に対して蓄電池BTとDC側キャパシタCb,Cc,Cdとの双方に電気的に接続しない動作モードを実現する構成とされている。
 すなわち、本第1から第10実施形態の電気駆動装置10(10a~10j)は、蓄電池BTを充電するときに発生し得る脈動電力を、第1レグ群G1と第2レグ群G2との間に接続された第1インダクタL1に蓄積する構成とされている。
 (第1レグ群又は第2レグ群による系統側に流れる電流の制御)
 図14は、本実施の形態に係る電気駆動装置10において、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電するときに、第1及び第2レグ群G1,G2並びに第1インダクタL1により構成される双方向昇降圧形DC-DCコンバータ12の概略構成を示す回路図である。なお、図14において、スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12を構成する半導体スイッチの符号はS1,S2,S3,S4とし、スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12を構成するダイオードの符号はD1,D2,D3,D4としている。そして、以下の説明では、スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12をそれぞれ第1から第4スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12という。
 図14に示す双方向昇降圧形DC-DCコンバータ(以下、単にDC-DCコンバータという。)12は、系統PW側に流れる電流Idcの制御と、蓄電池BTへ供給する電流Ibatの制御とがそれぞれ独立して行えるようになっている。これにより、制御装置20は、系統PW側に流れる電流Idcの制御を行いつつ、蓄電池BTへ供給する電流Ibatの制御を行うことができる。
 すなわち、第1スイッチング素子sw1は、第1半導体スイッチS1と第1ダイオードD1とからなっている。第1半導体スイッチS1は、一方向にのみ電流をオン,オフ制御可能な半導体デバイスとされている。第1ダイオードD1は、第1半導体スイッチS1が電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第1半導体スイッチS1に並列接続されている。
 第2スイッチング素子sw2は、第2半導体スイッチS2と第2ダイオードD2とからなっている。第2半導体スイッチS2は、一方向にのみ電流をオン,オフ制御可能な半導体デバイスとされている。第2ダイオードD2は、第2半導体スイッチS2が電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第2半導体スイッチS2に並列接続されている。
 第3スイッチング素子sw11は、第3半導体スイッチS3と第3ダイオードD3とからなっている。第3半導体スイッチS3は、一方向にのみ電流をオン,オフ制御可能な半導体デバイスとされている。第3ダイオードD3は、第3半導体スイッチS3が電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第3半導体スイッチS3に並列接続されている。
 第4スイッチング素子sw12は、第4半導体スイッチS4と第4ダイオードD4とからなっている。第4半導体スイッチS4は、一方向にのみ電流をオン,オフ制御可能な半導体デバイスとされている。第4ダイオードD4は、第4半導体スイッチS4が電流をオン,オフ制御できる方向とは逆の方向に電流を流せるように第4半導体スイッチS4に並列接続されている。
 第1インダクタL1は、一端が第1スイッチング素子sw1に含まれる第1ダイオードD1のアノード側と第2スイッチング素子sw2に含まれる第2ダイオードD2のカソード側とに接続され、かつ、他端が第3スイッチング素子sw11に含まれる第3ダイオードD3のアノード側と第4スイッチング素子sw12に含まれる第4ダイオードD4のカソード側とに接続されている。
 そして、DC-DCコンバータ12は、第1スイッチング素子sw1に含まれる第1ダイオードD1のカソード側に蓄電池BTの正極が接続され、かつ、第2スイッチング素子sw2に含まれる第2ダイオードD2のアノード側に蓄電池BTの負極が接続されるようになっている。
 また、DC-DCコンバータ12は、第3スイッチング素子sw11に含まれる第3ダイオードD3のカソード側に第3及び第4レグG3,G4の正極側が接続され、かつ、第4スイッチング素子sw12に含まれる第4ダイオードD4のアノード側に第3及び第4レグG3,G4の負極側が接続されるようになっている。
 制御装置20は、DC-DCコンバータ12の第1から第4スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12のスイッチング動作を制御するように構成されている。
 DC-DCコンバータ12において、第1から第4スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12のオン状態及びオフ状態を示す動作モードとして、力行モードで動作する次の第1動作モードから第4動作モードと、回生モードで動作する次の第5動作モードから第8動作モードとを例示できる。
 図15は、図14に示すDC-DCコンバータ12において力行モードで動作させる動作例を説明するための説明図である。なお、図15において、「○」印はスイッチング対象を示している。このことは、後述する図16についても同様である。
 図15に示すように、第1動作モードは、第1及び第4スイッチング素子sw1,sw12がオン状態となり、それ以外の第2及び第3スイッチング素子sw2,sw11がオフ状態となるモードである。第2動作モードは、第1スイッチング素子sw1がオン状態となり、それ以外の第2、第3及び第4スイッチング素子sw2,sw11,sw12がオフ状態となるモードである。第3動作モードは、第1から第4スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12がすべてオフ状態となるモードである。第4動作モードは、第4スイッチング素子sw12がオン状態となり、それ以外の第1、第2及び第3スイッチング素子sw1,sw2,sw11がオフ状態となるモードである。
 そして、制御装置20は、力行モードを実行するときは、第3及び第4レグG3,G4からの出力電圧Vdcと蓄電池BTからの出力電圧Vbatとの大小関係に応じて、第1から第4動作モードとのうち少なくとも二つのモードを短いスイッチング周波数(例えば10kHz~100kHz程度の何れかのスイッチング周波数)で切り換える各種切り換え動作を行う。
 例えば、制御装置20は、出力電圧Vdcが出力電圧Vbatよりも大きい昇圧動作(Vbat<Vdc)を行うときは、第1動作モードと第2動作モードとを交互に切り換える動作を行う。出力電圧Vbatが出力電圧Vdcよりも大きい降圧動作(Vbat>Vdc)を行うときは、第2動作モードと第3動作モードとを交互に切り換える動作を行う。昇圧動作(Vbat<Vdc)、降圧動作(Vbat>Vdc)、或いは、出力電圧Vdcと出力電圧Vbatとがほぼ等しい昇降圧動作(Vbat≒Vdc:電圧Vdcと電圧Vbatとの差の絶対値が所定範囲内にある場合)を行うときは、第1動作モードと第3動作モードとを交互に切り換える動作を行うこともできる。さらに、後述する脈動低減動作を行うときは、第1から第4動作モードのうち何れかのモードを順次切り換える動作を行う。
 図16は、図14に示すDC-DCコンバータ12において回生(充電)モードで動作させる動作例を説明するための説明図である。また、図17は、図14に示すDC-DCコンバータ12において回生(充電)モードで動作させるときの具体的な動作波形の一例を示すグラフである。
 図16に示すように、第5動作モードは、第2及び第3スイッチング素子sw2,sw11がオン状態となり、それ以外の第1及び第4スイッチング素子sw1,sw12がオフ状態となるモードである。第6動作モードは、第3スイッチング素子sw11がオン状態となり、それ以外の第1、第2及び第4スイッチング素子sw1,sw2,sw12がオフ状態となるモードである。第7動作モードは、第1から第4スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12がすべてオフ状態となるモードである。第8動作モードは、第2スイッチング素子sw2がオン状態となり、それ以外の第1、第3及び第4スイッチング素子sw1,sw11,sw12がオフ状態となるモードである。
 そして、制御装置20は、回生(充電)モードを実行するときは、第3及び第4レグG3,G4からの出力電圧Vdcと蓄電池BTからの出力電圧Vbatとの大小関係に応じて、第5から第8動作モードとのうち少なくとも二つのモードを短いスイッチング周波数(例えば10kHz~100kHz程度の何れかのスイッチング周波数)で切り換える各種切り換え動作を行う。
 例えば、制御装置20は、出力電圧Vbatが出力電圧Vdcよりも大きい昇圧動作(Vbat>Vdc)を行うときは(図17のα1参照)、第5動作モードと第6動作モードとを交互に切り換える動作を行う。出力電圧Vdcが出力電圧Vbatよりも大きい降圧動作(Vbat<Vdc)を行うときは(図17のα2参照)、第6動作モードと第7動作モードとを交互に切り換える動作を行う。昇圧動作(Vbat>Vdc)、降圧動作(Vbat<Vdc)、或いは、出力電圧Vdcと出力電圧Vbatとがほぼ等しい昇降圧動作(Vbat≒Vdc:電圧Vdcと電圧Vbatとの差の絶対値が所定範囲内にある場合)を行うときは(図17のα3参照)、第5動作モードと第7動作モードとを交互に切り換える動作を行うこともできる。さらに、後述する脈動低減動作を行うときは、第5から第8動作モードのうち何れかのモードを順次切り換える動作を行う。
 なお、制御装置20は、出力電圧Vdc及び出力電圧Vbatは、図示を省略した電圧計にて検出することができる。
 [脈動低減動作について]
 次に、脈動低減動作について、系統PWからの電力で蓄電池BTを充電する場合を例にとって、以下に説明する。
 この脈動低減動作の説明では、あるスイッチング周期T(例えばスイッチング周波数が10kHzの場合には100μsec)内でのスイッチング動作例を説明する。
 図18は、脈動低減動作の一例を説明するためのグラフである。上側の図は、第1インダクタL1に流れる電流IL、充電池BTへ供給する電流Ibatを制御するための目標値Ibat、及び、系統PW側に流れる電流Idcを制御するための目標値Idcを示している。下側の図は、あるスイッチング期間T内でのスイッチング動作例を示している。
 図18に示すように、あるスイッチング周期T内では、制御装置20は、電流ILに対する目標値Idc(図18のβ1参照)の占める割合で表した第1時間T1[=(Idc/IL)×T]時間において、第3スイッチング素子sw11をオンし、第1、第2及び第4スイッチング素子sw1,sw2,sw12をオフする第6動作モードを行い、次に、電流ILに対する目標値Ibatから目標値Idcを差し引いた電流(図18のβ2参照)の占める割合で表した第2時間T2[=((Ibat-Idc)/IL)×T]時間において、第1から第4スイッチング素子sw1,sw2,sw11,sw12を全てオフする第7動作モードを行い、次に、電流ILに対する(電流ILから目標値Ibatを差し引いた電流(図18のβ3参照))の占める割合で表した第3時間T3[=((IL-Ibat)/IL)×T]時間において、第2スイッチング素子sw2をオンし、第1、第3及び第4スイッチング素子sw1,sw11,sw12をオフする第8動作モードを行う。
 また、図19は、脈動低減動作の他の例を説明するためのグラフである。上側の図は、第1インダクタL1に流れる電流IL、充電池BTへ供給する電流Ibatを制御するための目標値Ibat、及び、系統PW側に流れる電流Idcを制御するための目標値Idcを示している。下側の図は、他のスイッチング期間T内でのスイッチング動作例を示している。
 図19に示すように、他のスイッチング周期T内では、制御装置20は、第1時間T1[=(Ibat/IL)×T]時間において、第3スイッチング素子sw11をオンし、第1、第2及び第4スイッチング素子sw1,sw2,sw12をオフする第6動作モードを行い、次に、第2時間T2[=((Idc-Ibat)/IL)×T]時間において、第2及び第3スイッチング素子sw2,sw11をオンし、第1及び第4スイッチング素子sw1,sw12をオフする第5動作モードを行い、次に、第3時間T3[=((IL-Idc)/IL)×T]時間において、第2スイッチング素子sw2をオンし、第1、第3及び第4スイッチング素子sw1,sw11,sw12をオフする第8動作モードを行う。
 このように脈動低減動作を行うことで、系統PW側に流れる電流Idcを系統PWの電圧波形と同相の正弦波電流になるように制御でき(図17参照)、かつ、充電池BTへ供給する電流Ibatを一定の電流にすることができ、これにより、蓄電池BTに対して系統PWの周波数に対応する周波数の脈動電流が流れることがなく、容易に一定の電流Ibatを流すことができるため、効率よく蓄電池BTを充電することができ、しかも蓄電池BTの温度上昇を防ぐことができ、これにより、蓄電池BTの寿命低下を防止することができる。しかも、スイッチング周波数でのオン、オフ波形をならすためのフィルタ(脈動電流を低減させるためのフィルタよりも格段に小さいサイズのフィルタ)を付設するだけで済む。
 ここで、充電池BTは、充電する電流Ibatが大きいと脈動電流の影響を受けやすいことから、脈動低減動作は、充電する電流Ibatが大きい充電初期(具体的には充電開始から所定期間の間)に行うことが好ましい。
 [その他の実施形態]
 (スイッチングさせない整流器について)
 第1から第10実施形態の電気駆動装置10(10a~10j)において、制御装置20は、第3レグ群G3及び第4レグ群G4(例えばレグLG7,LG12)をスイッチングさせない(パッシブな)整流器として動作させることができる。こうすることで、第3レグ群G3及び第4レグ群G4(例えばレグLG7,LG12)の高周波スイッチングを休止させることができ、これによりスイッチングロスを低減できるので、それだけ電力変換効率を向上させることができる。
 (スイッチングさせる同期整流器について)
 また、第3レグ群G3及び第4レグ群G4のスイッチング素子sw13~sw24(例えばレグLG7,LG12のスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24)として、特に、スイッチング素子sw13~sw24をオンしたときに線形な電圧電流特性を示す逆導通形の半導体素子(具体的にはMOSFET逆導通形の半導体素子)とする場合には、制御装置20は、スイッチング素子sw13~sw24(例えばスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24)をスイッチングさせて同期整流器として動作させてもよい。
 以下、第3レグ群G3及び第4レグ群G4のスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24を例にとって説明する。
 図20は、第3レグ群G3及び第4レグ群G4のスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24を同期整流器として動作させる際の利点を説明するための説明図である。図20(a)は、オフ状態でのスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24を示している。図20(b)は、オフ状態でのスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24の電流-電圧特性αを示している。図20(c)は、オン状態でのスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24を示している。図20(d)は、オン状態でのスイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24の電流-電圧特性β(実線)をオフ状態の電流-電圧特性α(破線)と比較して示している。すなわち、スイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24は、オフ状態では非線形な電圧電流特性を示し、オン状態では線形な電圧電流特性を示している。
 図20(a)に示すように、スイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24をスイッチングさせない(パッシブな)整流器として作動させる場合、図20(b)に示す非線形な電流-電圧特性αでは、電流iは、電圧vが0.7V付近よりも大きくなると急激に大きくなる。一方、図20(c)に示すように、スイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24を電流iが流れるときに同期してスイッチングさせる同期整流器として作動させる場合、図20(d)に示す線形な電流-電圧特性βでは、電流iと電圧vとは正の比例関係を示している。
 すなわち、電圧vが非線形な電流-電圧特性αと線形な電流-電圧特性βとが交わる点γでの電圧Vcより小さい値では、同じ電流値Iaにおいて、オン状態での電力Wb[=Vb×Ia]がオフ状態での電力Wa[=Va(>Vb)×Ia]よりも小さくなる(電力Wb<電力Wa)。
 従って、スイッチング素子sw13,sw14,sw23,sw24をスイッチングさせて同期整流器として動作させる場合には、スイッチングさせない(パッシブな)整流器として作動させる場合よりも電力変換効率を向上させることができる。
 (余剰のレグの利用について)
 また、第1から第10実施形態の電気駆動装置10(10a~10j)において、複数のインバータ11に含まれるレグのうち余剰のレグに太陽電池PV(図21参照)が接続されるようになっており、制御装置20は、太陽電池PVからの電力で蓄電池BTを充電可能な構成とされていてもよい。
 なお、かかる構成は、第1から第10実施形態の何れの回路構成にも適用できるが、ここでは、第1実施形態の回路構成を例にとって説明する。
 図21は、第1実施形態の電気駆動装置10(10a)において余剰のレグに太陽電池PVが接続されている状態を示す回路図である。
 図21に示すように、太陽電池PVは、複数のインバータ11に含まれるレグのうち余剰のレグ(ここではレグLG11)に接続される。具体的には、太陽電池PVの一端側がレグLG11の中点に接続され、太陽電池PVの他端側が第4レグG4の負極側に接続されるようになっている。そして、制御装置20は、各リレー及び各レグをスイッチングすることで、太陽電池PVからの電力で蓄電池BTを充電するようになっている。
 この構成では、太陽電池PVを接続された余剰のレグLG11を太陽電池PVからの電力の蓄電池BTへの充電のために利用することができ、これにより、余剰のレグLG11を有効活用することができる。
 (スイッチング脈動について)
 ところで、第1及び第2レグ群G1,G2並びに第1インダクタL1が複数相(ここでは3相)の電力のスイッチング制御を実現する構成とされている図7及び図8に示す第4及び第5実施形態においては、スイッチング脈動の影響を考慮することが望まれる。また、第3及び第4レグ群G3,G4並びに第2インダクタL2が3相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされている図9及び図10に示す第6及び第7実施形態においても、スイッチング脈動の影響を考慮することが望まれる。
 図22は、第4及び第5実施形態並びに第6及び第7実施形態に示す回路構成のように3相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされた場合においてあるレグ群G1,G3における下アームの3つのスイッチング素子(sw2,sw4,sw6),(sw14,sw16,sw18)のみ同一タイミングでスイッチングしたときのグラフを示している。なお、図22に示す各グラフでは、説明を簡略化するために、第4及び第5実施形態と第6及び第7実施形態とで一つの図で表している。このことは後述する図23についても同様である。また、以下の説明では、スイッチング素子sw2,sw14を単にスイッチング素子ANといい、スイッチング素子sw4,sw16を単にスイッチング素子BNといい、スイッチング素子sw6,sw18を単にスイッチング素子CNといい、スイッチング素子sw1,sw13を単にスイッチング素子APといい、スイッチング素子sw3,sw15を単にスイッチング素子BPといい、スイッチング素子sw5,sw17を単にスイッチング素子CPということにする。また、第1及び第2インダクタL1a,L2aに流れる電流IL1a,IL2aを単に電流ILaといい、第1及び第2インダクタL1b,L2bに流れる電流IL1b,IL2bを単に電流ILbといい、第1及び第2インダクタL1c,L2cに流れる電流IL1c,IL2cを単に電流ILcということにする。
 図22(a)は、スイッチング素子AN,BN,CNのスイッチングタイミングの時間的変化を示している。なお,スイッチング素子AP,BP,CPはオフ状態とする。
 図22(b)は、第1及び第2インダクタ(L1a,L1b,L1c),(L2a,L2b,L2c)に流れる電流ILa,ILb,ILcの時間的変化を示している。
 図22(c)は、スイッチング素子AN,BN,CNをスイッチング(オン/オフ)したときのスイッチング素子AP,BP,CPに流れる電流IAP,IBP,ICPの時間的変化を示している。
 また、図22(d)は、スイッチング素子AN,BN,CNをスイッチング(オン/オフ)したときの蓄電池BTへ供給する電流Ibat及び系統PW側のDC側キャパシタCb,Cc,Cdに流れる電流Idcの時間的変化を示している。
 図22に示すように、第4及び第5実施形態並びに第6及び第7実施形態に示すような回路構成では、スイッチング素子AN,BN,CNを同一タイミングでスイッチングしていることで、蓄電池BTへ供給する電流Ibatの脈動が大きくなってしまう。
 かかる観点から、制御装置20は、第1及び第2レグ群G1,G2内におけるレグLG~LG6を3相の電力の位相がずれる(好ましくは均等にずれる)ようにスイッチングすることが好ましい。また、制御装置20は、第3及び第4レグ群G3,G4内におけるレグLG7~LG12を3相の電力の位相がずれる(好ましくは均等にずれる)ようにスイッチングすることが好ましい。
 図23は、第4及び第5実施形態並びに第6及び第7実施形態に示す回路構成のように3相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされた場合においてあるレグ群G1,G3における下アームの3つのスイッチング素子AN,BN,CNのみタイミングをずらしてスイッチングしたときのグラフを示している。
 図23(a)は、スイッチング素子AN,BN,CNのスイッチングタイミングの時間的変化を示している。図23(b)は、第1及び第2インダクタ(L1a,L1b,L1c),(L2a,L2b,L2c)に流れる電流ILa,ILb,ILcの時間的変化を示している(レグ群G1およびレグ群G3に向かう方向を正方向とし仮に一定値としている)。図23(c)は、スイッチング素子AN,BN,CNをスイッチング(オン/オフ)したときのスイッチング素子AP,BP,CPに流れる電流の時間的変化を示している。図23(d)は、スイッチング素子AN,BN,CNをスイッチング(オン/オフ)したときの蓄電池BTへ供給する電流Ibat及び系統PW側のDC側キャパシタCb,Cc,Cdに流れる電流Idcの時間的変化を示している。
 なお、ここでは、レグ群G1,G3における下アームの3つのスイッチング素子(sw2,sw4,sw6),(sw14,sw16,sw18)を例にとって説明したが、他のスイッチング素子についても同様に行うことができる。
 図23に示すように、第1及び第2レグ群G1,G2内におけるレグLG1~LG6並びに第3及び第4レグ群G3,G4内におけるレグLG7~LG12を3相の電力の位相がずれるようにスイッチングすることで、スイッチング脈動を減らすことができる。
 これにより、図7及び図8に示す第4及び第5実施形態においては、蓄電池BT側に設けられる電解コンデンサ(図示せず)に流入する高周波リプルを低減して該電解コンデンサの長寿命化を実現することができる上、スイッチング脈動による蓄電池BTに流れる脈動電流を低減させるためのフィルタの物理的な大きさ(サイズ)を小さくすることができる。図9及び図10に示す第6及び第7実施形態においては、系統PW側に設けられるDC側キャパシタCb,Cc,Cd(電解コンデンサ)に流入する高周波リプルを低減してDC側キャパシタCb,Cc,Cdの長寿命化を実現することができる上、スイッチング脈動による系統PWに流れる脈動電流を低減させるためのフィルタ(図示せず)の物理的な大きさ(サイズ)を小さくすることができる。
 また、第4及び第5実施形態並びに第6及び第7実施形態に示す回路構成において、設計上、比較的小さい電力容量(例えば、インバータ11の定格電力の3分の1程度)を許容できる場合には、第4及び第5実施形態においては、第1及び第2レグ群G1,G2内における複数のレグLG1~LG6のうち一つのみをスイッチングすることが好ましい。また、第6及び第7実施形態においては、第3及び第4レグ群G3,G4内における複数のレグLG7~LG12のうち一つのみをスイッチングすることが好ましい。こうすることで、各レグをスイッチングする場合に比べてスイッチングロスを低減できるので、それだけ電力変換効率を向上させることができる。更には、スイッチングするレグを、当該レグのスイッチングデバイス温度や当該レグを流れる電流の積算値に基づいて、予め設定した閾値を超えないように切替えることが好ましい。こうすることで、同一レグを連続的にスイッチングする場合に比べて素子の温度上昇を防ぐことができ、これにより同素子のスイッチング損失や導通損失を低減することができるので、電力変換効率を更に向上させることができる。
 なお、以上説明した電気駆動装置10は、トラクター、ショベルカー、ホイルローダやキャリヤ等の建設作業機、或いは、耕耘機や田植機等の農作業機といった、蓄電池で駆動する何れの電動作業機にも適用することができる。
10       電気駆動装置
11,…     複数のインバータ
12       双方向昇降圧形DC-DCコンバータ
20       制御装置
100      電動作業機
BT       蓄電池(蓄電要素の一例)
C(Ca~Cd) キャパシタ
Cb,Cc,Cd DC側キャパシタ
D        ダイオード
G1~G4    第1から第4のレグ群
Gn       接続レグ群
L1       第1インダクタ
L2       第2インダクタ
LG1~LG12 レグ
M,…      複数のモータ
Ma       第1モータ
Mb       第2モータ
Mc       第3モータ
Md       第4モータ
PV       太陽電池
PW       商用電力系統(外部電源の一例)
S        半導体スイッチ
SW1~SW12 切り替えリレー
SWa      第1開閉リレー(第1開閉手段の一例)
SWe      第2開閉リレー(第2開閉手段の一例)
SWb      開閉リレー
SWc      開閉リレー
SWd      開閉リレー
sw1~sw24 スイッチング素子
T1,T2    第1接続端子
T3,T4    第2接続端子
W1       第1界磁巻線
W2       第2界磁巻線
Wm       モータ回転用界磁巻線

Claims (20)

  1.  蓄電要素から同一の直流電圧が供給され、複数のモータをそれぞれ駆動する複数のインバータを有する電気駆動装置を備えた電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記複数のインバータに含まれる個々のレグを、それぞれ1つ以上のレグを有する4つのレグ群に分割してなる第1から第4のレグ群のうち、両端に前記蓄電要素が接続された前記第1レグ群と、両端同士がそれぞれ接続された前記第2レグ群から前記第4レグ群で構成される接続レグ群との間を電気的に導通及び遮断する第1開閉手段を備え、前記第1レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第2レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間にそれぞれ第1インダクタを接続する第1接続端子と、前記第3レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第4レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間にそれぞれ第2インダクタを介して外部電源に接続する第2接続端子とを有していることを特徴とする電動作業機。
  2.  請求項1に記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記第1開閉手段で前記第1レグ群と前記接続レグ群との間を電気的に遮断させ、前記第1レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第2レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間でそれぞれ前記第1インダクタを接続させ、前記第3レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点と前記第4レグ群のうち少なくとも一つのレグの中点との間でそれぞれ前記第2インダクタを介して前記外部電源に接続させる構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  3.  請求項1又は請求項2に記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記第3レグ群と前記第4レグ群との間の前記第2インダクタが単巻変圧器の一部を構成していることを特徴とする電動作業機。
  4.  請求項1又は請求項2に記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記第3レグ群と前記第4レグ群との間の前記第2インダクタが複巻変圧器の一部を構成していることを特徴とする電動作業機。
  5.  請求項1から請求項4までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記第1レグ群に含まれるレグの数と、前記第2レグ群に含まれるレグの数とが2以上でかつ同数とされ、前記第1レグ群における2以上のレグの中点と、前記第2レグ群における2以上のレグの中点との間に2以上の前記第1インダクタがそれぞれ接続されることを特徴とする電動作業機。
  6.  請求項1から請求項4までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記第1レグ群に含まれるレグの数と、前記第2レグ群に含まれるレグの数とが3とされ、前記第1レグ群に前記複数のモータのうち何れか一つの第1モータが前記第1インダクタとして接続され、前記第2レグ群に残りのモータのうち何れか一つの第2モータが前記第1インダクタとして接続され、前記第1レグ群に接続された前記第1モータと前記第2レグ群に接続された前記第2モータとの界磁巻線の中点間を電気的に導通及び遮断する第2開閉手段を備えていることを特徴とする電動作業機。
  7.  請求項6に記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記第2開閉手段で前記第1モータと前記第2モータとの界磁巻線の中点間を電気的に導通させる構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  8.  請求項1から請求項7までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記第3レグ群に含まれるレグの数と、前記第4レグ群に含まれるレグの数とが2以上でかつ同数とされ、前記第3及び第4レグ群における2以上のレグの中点に、それぞれの一端側が前記外部電源に接続される2以上の前記第2インダクタの他端側がそれぞれ接続されることを特徴とする電動作業機。
  9.  請求項1から請求項7までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記第3レグ群に含まれるレグの数と、前記第4レグ群に含まれるレグの数とが3とされ、前記第3レグ群に前記複数のモータのうち何れか一つの第3モータが前記第2インダクタとして接続され、前記第4レグ群に残りのモータのうち何れか一つの第4モータが前記第2インダクタとして接続され、前記第3レグ群に接続された前記第3モータと前記第4レグ群に接続された前記第4モータとの界磁巻線の中点間が前記外部電源に接続されることを特徴とする電動作業機。
  10.  請求項3に記載の電動作業機であって、
     前記複数のモータのうち少なくとも一つのモータは、モータ回転用界磁巻線から延長されて単巻変圧器の一部を構成するように巻かれた第1界磁巻線を有する第1追加巻線モータとされており、
     前記電気駆動装置は、前記第1追加巻線モータを前記単巻変圧器として接続した構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  11.  請求項4に記載の電動作業機であって、
     前記複数のモータのうち少なくとも一つのモータは、モータ回転用界磁巻線と共に複巻変圧器の一部を構成するように巻かれた第2界磁巻線を有する第2追加巻線モータとされており、
     前記電気駆動装置は、前記第2追加巻線モータを前記複巻変圧器として接続した構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  12.  請求項1から請求項11までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記外部電源に接続される前記第2レグ群、第3レグ群及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が100μF以下になる構成とされ、かつ、前記外部電源に接続される前記第3レグ群及び第4レグ群をスイッチングさせない整流器として動作させ、さらに、前記外部電源側に流れる電流の制御を前記第1レグ群又は前記第2レグ群に持たせる構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  13.  請求項1から請求項11までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記外部電源に接続される前記第2レグ群、第3レグ群及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が100μF以下になる構成とされ、かつ、前記外部電源に接続される前記第3レグ群及び第4レグ群をスイッチングさせて同期整流器として動作させ、さらに、前記外部電源側に流れる電流の制御を前記第1レグ群又は前記第2レグ群に持たせる構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  14.  請求項12又は請求項13に記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記外部電源からの電力で前記蓄電要素を充電するときに、前記外部電源に接続される前記第2レグ群、第3レグ群及び第4レグ群から視たDC側キャパシタの静電容量が100μF以下になる構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  15.  請求項1から請求項14までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記蓄電要素を充電するときに発生し得る脈動電力を、前記第1レグ群と前記第2レグ群との間に接続された前記第1インダクタに蓄積する構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  16.  請求項1から請求項15までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記電気駆動装置は、前記複数のインバータに含まれるレグのうち余剰のレグに太陽電池を接続し、該太陽電池からの電力で前記蓄電要素を充電可能な構成とされていることを特徴とする電動作業機。
  17.  請求項1から請求項16までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタが、複数相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされ、
     前記電気駆動装置は、前記第1及び第2レグ群内における複数のレグを前記複数相の電力の位相がずれるようにスイッチングすることを特徴とする電動作業機。
  18.  請求項1から請求項16までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記第1及び第2レグ群並びに前記第1インダクタが、複数相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされ、
     前記電気駆動装置は、前記第1及び第2レグ群内における複数のレグのうち一つのみをスイッチングすることを特徴とする電動作業機。
  19.  請求項1から請求項11までの何れか一つ又は請求項14から請求項18までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記第3及び第4レグ群並びに前記第2インダクタが、複数相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされ、
     前記電気駆動装置は、前記第3及び第4レグ群内における複数のレグを前記複数相の電力の位相がずれるようにスイッチングすることを特徴とする電動作業機。
  20.  請求項1から請求項11までの何れか一つ又は請求項14から請求項18までの何れか一つに記載の電動作業機であって、
     前記第3及び第4レグ群並びに前記第2インダクタが、複数相の電力のスイッチング制御を実現する構成とされ、
     前記電気駆動装置は、前記第3及び第4レグ群内における複数のレグのうち一つのみをスイッチングすることを特徴とする電動作業機。
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