(57)【要約】【課題】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上、整流器を構成するダイオードとして安価なものを用いることができる電気駆動装置を備えた電動作業機を提供する。【解決手段】外部電源ＰＷからの電力を、双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を制御することにより、蓄電要素ＢＴに充電する構成とされた電気駆動装置１０を備えた電動作業機１００であって、電気駆動装置１０は、キャパシタンス成分Ｃ１，Ｃ２のうち、少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ成分Ｃ２を双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から電気的に解列する解列手段１３を備え、外部電源ＰＷを、整流器Ｄ及びインダクタＬ２を介して双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に接続する接続端子ＣＮ１を有している。【選択図】図１
2012060828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動するモータ駆動用電力変換回路と、
蓄電要素及び前記モータ駆動用電力変換回路の間に設けられた双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記モータ駆動用電力変換回路及び前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータの間に設けられたキャパシタンス成分と
を備え、
外部電源からの電力を、前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータを制御することにより、前記蓄電要素に充電する構成とされた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、前記キャパシタンス成分のうち、少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ成分を前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータから電気的に解列する解列手段を備え、前記外部電源を、整流器及びインダクタを介して前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータに接続する接続端子を有していることを特徴とする電動作業機。
【請求項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を前記蓄電要素に充電するときに、前記解列手段にて前記少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ成分を前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータから電気的に解列させる構成とされていることを特徴とする電動作業機。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電動作業機であって、
前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータは、エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子を有しており、該エネルギー蓄積素子に対して前記蓄電要素と前記キャパシタンス成分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ことを特徴とする電動作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
図９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。
【０００４】
図９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。
【０００５】
すなわち、図９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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３５４３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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上、整流器を構成するダイオード（Ａ２１ａ，Ａ２１ｂ），（Ａ２２ａ，Ａ２２ｂ）には、高周波（例えば１０ｋ〜２０ｋＨｚ或いは１００ｋＨｚといった高周波）で作動する高価で損失の大きいダイオード（いわゆるファーストリカバリーダイオード）を用いる必要がある。
【０００８】
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上、整流器を構成するダイオードとして安価なものを用いることが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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、モータ駆動用電力変換回路及び双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータの間に設けられたキャパシタンス成分の静電容量を小さくすることで、該双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータによる蓄電要素への電流制御に加えて、該双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータによる外部電源側の電流制御を行うことが可能になる、という本発明者の知見に基づき完成したものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、前記課題を解決するために、モータを駆動するモータ駆動用電力変換回路と、蓄電池やキャパシタなどの蓄電要素及び前記モータ駆動用電力変換回路の間に設けられた双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記モータ駆動用電力変換回路及び前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータの間に設けられたキャパシタンス成分とを備え、商用電力系統などの外部電源からの電力を、前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータを制御することにより、前記蓄電要素に充電する構成とされた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、前記キャパシタンス成分のうち、少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ成分を前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータから電気的に解列する解列手段を備え、前記外部電源を、整流器及びインダクタを介して前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータに接続する接続端子を有していることを特徴とする電動作業機を提供する。
【００１１】
本発明によれば、前記電気駆動装置において、前記外部電源を、前記整流器及び前記インダクタを介して前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータに接続する前記接続端子を有しており、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、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に充電する際の利便性を向上させることができる。
【００１２】
ところで、前記外部電源（特に単相系統）から前記蓄電要素に充電するときには、前記双方向昇降圧形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に流れる電流の波形と同相の波形の電流であることが好ましい。ところが、前記モータ駆動用電力変換回路及び前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータの間に設けられた前記キャパシタンス成分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、該キャパシタンス成分を境にして、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。
【００１３】
この点、本発明では、前記双方向昇降圧形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、前記モータ駆動用電力変換回路及び前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータの間に設けられた前記キャパシタンス成分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）なるように、前記少なくとも最大の定格容量（各キャパシタが有する定格容量のうち、最大の定格容量を有するキャパシタの容量）を有するキャパシタ成分を前記解列手段によって前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータから電気的に解列させる。こうすることで、前記双方向昇降圧形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に流れる電流の波形と同相の波形の電流にすることができる。
【００１４】
しかも、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がなく、それだけ回路構成を簡素化できる上、前記外部電源の周波数を変換することなくそのままの周波数（例えば５０Ｈｚや６０Ｈｚといった商用電力系統の周波数）で用いることができるので、前記整流器を構成するダイオードとして、５０Ｈｚや６０Ｈｚといった低周波で作動する安価で損失の小さいダイオード（いわゆる一般整流用ダイオード）を用いることができる。
【００１５】
本発明において、使用者の人為操作により、前記解列手段を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を前記蓄電要素に充電するときに、前記解列手段にて前記少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ成分を前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータから電気的に解列させる構成とされていることが好ましい。
【００１６】
この特定事項では、前記外部電源からの電力を前記蓄電要素に充電するときに、前記解列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。
【００１７】
ところで、前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータは、エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子（例えばキャパシタやインダクタ）を有しており、該エネルギー蓄積素子に対して前記蓄電要素と前記キャパシタンス成分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ている場合には、前記双方向昇降圧形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できても、前記蓄電要素へ供給する電流を制御できないために、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）の脈動電流が流れてしまう。そうすると、前記蓄電要素における内部抵抗での発熱が大きくなる傾向を示し、効率よく該蓄電要素を充電することができないだけでなく、該蓄電要素の寿命低下を招く。
【００１８】
かかる観点から、本発明において、前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータは、エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子を有しており、該エネルギー蓄積素子に対して前記蓄電要素と前記キャパシタンス成分との双方に電気的に接続しない動作モード（つまり、インダクタンス成分の場合には内部短絡となり、キャパシタ成分の場合には内部開放となる動作モード）を実現する構成とされていることが好ましい。
【００１９】
この特定事項では、前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータによって前記エネルギー蓄積素子に対して前記蓄電要素と前記キャパシタンス成分との双方に電気的に接続しない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だけでなく、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。
【発明の効果】
【００２０】
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、前記外部電源を、前記整流器及び前記インダクタを介して前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータに接続する前記接続端子を有しており、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、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に充電する際の利便性を向上させることができる。さらに、前記少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ成分を前記解列手段によって前記双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータから電気的に解列させることで、前記双方向昇降圧形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。しかも、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がなく、従来に比べて回路構成を簡素化できる上、前記外部電源の周波数を変換することなくそのままの周波数で用いることができるので、前記整流器を構成するダイオードとして安価なものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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】図１に示す電動作業機の概略構成を複線図で示す回路図である。
【図３】第１インダクタに対して蓄電池と第２キャパシタとの双方に電気的に接続しない動作モードを実現するＤＣ−ＤＣコンバータの概略構成の一例を示す回路図である。
【図４】図３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５】図３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６】図３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７】脈動低減動作の一例を説明するためのグラフである。
【図８】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９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。また、図２は、図１に示す電動作業機１００の概略構成を複線図で示す回路図である。
【００２４】
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。
【００２５】
電気駆動装置１０は、系統ＰＷからの電力を、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を制御することにより、蓄電池ＢＴを充電する構成とされており、モータＭを駆動するモータ駆動用電力変換回路として作用するモータ駆動用インバータ１１と、蓄電池ＢＴ及びモータ駆動用インバータ１１の間に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータ１２と、キャパシタンス成分として作用する複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎ（ｎは２以上の整数）とを備えている。なお、モータ駆動用インバータ１１は、単一のものであってもよいし、複数のものであってもよい。モータ駆動用インバータ１１が複数のものである場合、各モータ駆動用インバータ１１にモータＭが接続される。
【００２６】
複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎは、モータ駆動用インバータ１１及びＤＣ−ＤＣコンバータ１２の間に設けられている。ここでは、複数のキャパシタＣ１〜Ｃｎは、二つのキャパシタＣ１，Ｃ２とされている。以下、二つのキャパシタＣ１，Ｃ２のうち、一方のキャパシタＣ１を第１キャパシタＣ１といい、他方のキャパシタＣ２を第２キャパシタＣ２という。第１キャパシタＣ１は、１０μＦや２０μＦといった３０μＦ程度以下のキャパシタとされており、第２キャパシタＣ２は、数百μＦ（例えば、４００μＦ〜８００μＦ）以上の電解コンデンサとされている。
【００２７】
そして、電気駆動装置１０は、第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２のうち、少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ（ここでは第２キャパシタＣ２（図１参照））をＤＣ−ＤＣコンバータ１２から電気的に解列する開閉リレー１３（解列手段の一例）を備えている。開閉リレー１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と第２キャパシタＣ２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。また、電気駆動装置１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の一方側で整流器アダプタＳを介して系統ＰＷを接続する第１接続端子ＣＮ１，ＣＮ１（図２参照）と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の他方側で蓄電池ＢＴを接続する第２接続端子ＣＮ２，ＣＮ２（図２参照）とを有している。
【００２８】
詳しくは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、一方側が第１接続端子（具体的にはコネクタ端子）ＣＮ１，ＣＮ１を介して整流器アダプタＳに接続され、かつ、他方側が第２接続端子（具体的にはコネクタ端子）ＣＮ２，ＣＮ２を介して蓄電池ＢＴに接続されるようになっている。また、整流器アダプタＳは、一方側が第１接続端子ＣＮ１，ＣＮ１を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１２の一方側に接続され、かつ、他方側が第３接続端子（具体的にはコネクタ端子）ＣＮ３，ＣＮ３（図２参照）を介して系統ＰＷに接続されるようになっている。
【００２９】
図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）は、第１スイッチング素子ｓｗ１と、第２スイッチング素子ｓｗ２と、第１インダクタＬ１とを備えている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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のカソード側に接続され、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のアノード側に接続されている。
【００３３】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）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のアノード側と第１インダクタＬ１の他端との間に、第１スイッチング素子ｓｗ１側が負極になるように蓄電池ＢＴが接続されるようになっている。
【００３４】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）は、第２スイッチング素子ｓｗ２に含まれる第２ダイオードＤ２のカソード側と第１インダクタＬ１の他端との間に、第２スイッチング素子ｓｗ２側が正極になるようにモータ駆動用インバータ１１が接続されるようになっている。
【００３５】
開閉リレー１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）とモータ駆動用インバータ１１とを接続する正極側及び負極側の第１及び第２接続ラインＬＮ１，ＬＮ２のうち少なくとも一方の接続ラインに接続されている。ここでは、開閉リレー１３は、一方の接続端子１３ａがＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）の一方側における正極側の第１接続ラインＬＮ１に接続されており、かつ、他方の接続端子１３ｂがモータ駆動用インバータ１１の正極側の第１接続ラインＬＮ１に接続されている。
【００３６】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）と開閉リレー１３との間には、第１キャパシタＣ１がＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）に対して並列に接続されており、開閉リレー１３とモータ駆動用インバータ１１との間には、第２キャパシタＣ２がモータ駆動用インバータ１１に対して並列に接続されている。すなわち、開閉リレー１３は、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２との間に設けられている。
【００３７】
なお、開閉リレー１３は、第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２のうち、少なくとも最大の定格容量を有するキャパシタ（ここでは第２キャパシタＣ２）をＤＣ−ＤＣコンバータ１２から電気的に解列する位置であれば、何れの位置に設けられていてもよい。例えば、開閉リレー１３は、第１接続ラインＬＮ１と第２キャパシタＣ２とを接続する第３接続ラインＬＮ３上に設けられていてもよい。但し、第３接続ラインＬＮ３に開閉リレー１３を設けることは、物理的に制約があり、実使用上設置が困難であることが多い。よって、第１接続ラインＬＮ１上に開閉リレー１３を設けることが好ましい。
【００３８】
整流器アダプタＳは、４つのダイオードＤ５〜Ｄ８でダイオードブリッジを構成する整流器Ｄ及び第２インダクタＬ２を備えている。整流器アダプタＳは、ここでは、整流器Ｄの直流側の一端とインダクタＬ２の一端とを直列に接続したものである。整流器Ｄは、交流側が第３接続端子ＣＮ３，ＣＮ３に接続されている。また、整流器Ｄの直流側の他端及びインダクタＬ２の他端が第１接続端子ＣＮ１，ＣＮ１にそれぞれ接続されている。
【００３９】
また、モータ駆動用インバータ１１の出力側には、モータＭが接続されている。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）モータを例示できる。モータ駆動用インバータ１１には、従来公知のものを適用することができる。よって、ここではモータ駆動用インバータ１１についての詳しい説明は省略する。
【００４０】
以上説明した電動作業機１００によれば、電気駆動装置１０において、系統ＰＷを、整流器Ｄ及びインダクタＬ２を備えた整流器アダプタＳを介してＤＣ−ＤＣコンバータ１２に接続する第１接続端子ＣＮ１，ＣＮ１を有しており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２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（例えば、１００Ｖ、２００Ｖ、２３０Ｖ又は２４０Ｖ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からの電力で蓄電池ＢＴを充電する際の利便性を向上させることができる。
【００４１】
ここで、単相の系統ＰＷからの電力で蓄電池ＢＴを充電するときには、系統ＰＷ側に流れる電流Ｉａｃが系統ＰＷの電圧と同相の正弦波電流であることが好ましい。ところが、モータ駆動用インバータ１１及びＤＣ−ＤＣコンバータ１２の間に設けられた第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２の静電容量が（ここでは第２キャパシタＣ２が数百μＦ以上と）大きいので、開閉リレー１３がなく第１接続ラインＬＮ１，ＬＮ１が直接接続されている場合には、第１及び第２キャパシタＣ１，Ｃ２を境にして、系統ＰＷ側と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、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２により系統ＰＷ側に流れる電流Ｉａｃを制御することができない。このため、電流Ｉａｃを系統ＰＷの電圧と同相の正弦波電流とすることができない。
【００４２】
しかしながら、本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２によって系統ＰＷ側に流れる電流Ｉａｃを制御することができる程度に、モータ駆動用インバータ１１及びＤＣ−ＤＣコンバータ１２の間に設けられた第１キャパシタＣ１の静電容量（ここでは１０μＦや２０μＦといった３０μＦ程度以下）になるように、第２キャパシタＣ２を開閉リレー１３によってＤＣ−ＤＣコンバータ１２から電気的に解列（開閉リレー１３をオフ状態に）させる。こうすることで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２によって系統ＰＷ側に流れる電流Ｉｄｃを制御することができ、これにより、この電流Ｉｄｃを系統ＰＷに流れる電流Ｉａｃの正弦波と同相の正弦波電流にすることができる。
【００４３】
しかも、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がなく、それだけ回路構成を簡素化できる上、系統ＰＷの周波数を変換することなくそのままの周波数（具体的には５０Ｈｚや６０Ｈｚ）で用いることができるので、整流器Ｄを構成するダイオードとして、５０Ｈｚや６０Ｈｚといった低周波で作動する安価で損失の小さいダイオード（いわゆる一般整流用ダイオード）を用いることができる。
【００４４】
図２に示す電気駆動装置１０は、開閉リレー１３を自動的に作動させるようになっている。
【００４５】
図２に示すように、電気駆動装置１０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。
【００４６】
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、開閉リレー１３をオン状態にした後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２及びモータ駆動用インバータ１１を作動制御して、充電池ＢＴからの電力によりモータＭを駆動するようになっている。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、開閉リレー１３をオフ状態にした後、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を作動制御して、系統ＰＷからの電力で蓄電池ＢＴを充電するようになっている。
【００４７】
詳しくは、制御装置２０は、整流器アダプタＳ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、整流器アダプタＳ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。
【００４８】
かかる構成を備えた電気駆動装置１０では、系統ＰＷからの電力を蓄電池ＢＴに充電するときに、開閉リレー１３を自動的に作動させることができ、これにより使用者による操作性を向上させることができる。
【００４９】
なお、開閉リレー１３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切り換えられるようになっていてもよい。
【００５０】
ところで、本実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）は、エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子（ここでは第１インダクタＬ１）を有しており、回路構成上、該エネルギー蓄積素子に対して蓄電池ＢＴと第２キャパシタＣ２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ている。
【００５１】
かかる構成では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）によって系統ＰＷ側に流れる電流Ｉａｃ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の単相系統の周波数に対応する低周波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）で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。
【００５２】
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Ｖａｃ，Ｉａｃ、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、（Ｖａｃ×Ｉａｃ−Ｖａｃ×Ｉａｃ×ｃｏｓ（２×２πθ））／Ｖｂａｔの式で表すことができる。
【００５３】
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。
【００５４】
そこで、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ａ）は、第１インダクタＬ１に対して蓄電池ＢＴと第２キャパシタＣ２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ことが好ましい。
【００５５】
（他の実施形態）
図３は、第１インダクタＬ１に対して蓄電池ＢＴと第２キャパシタＣ２との双方に電気的に接続しない動作モードを実現するＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）の概略構成の一例を示す回路図である。図３において、図２に示す要素と同じ要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５６】
図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）は、系統ＰＷ側に流れる電流Ｉａｃ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Ｉａｃ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。
【００５７】
本発明の他の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）は、第１スイッチング素子ｓｗ１と、第２スイッチング素子ｓｗ２と、第１インダクタＬ１と、第３スイッチング素子ｓｗ３と、第４スイッチング素子ｓｗ４とを備えている。
【００５８】
第３スイッチング素子ｓｗ３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。
【００５９】
第４スイッチング素子ｓｗ４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。
【００６０】
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ｓｗ３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ｓｗ４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。
【００６１】
そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）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のカソード側に一方の第２接続端子ＣＮ２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のアノード側に他方の第２接続端子ＣＮ２が接続されるようになっている。
【００６２】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）は、第３スイッチング素子ｓｗ３に含まれる第３ダイオードＤ３のカソード側に一方の第１接続端子ＣＮ１が接続され、かつ、第４スイッチング素子ｓｗ４に含まれる第４ダイオードＤ４のアノード側に他方の第１接続端子ＣＮ１が接続されるようになっている。
【００６３】
制御装置２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）の第１から第４スイッチング素子ｓｗ１〜ｓｗ４のスイッチング動作を制御するように構成されている。
【００６４】
本発明の他の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）において、第１から第４スイッチング素子ｓｗ１〜ｓｗ４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第５動作モードから第８動作モードとを例示できる。
【００６５】
図４は、図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）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４において、「○」印は使用する動作モード（第１動作モードから第４動作モード）を示している。このことは、後述する図５についても同様である。
【００６６】
図４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，ｓｗ４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，ｓｗ３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，ｓｗ３，ｓｗ４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〜ｓｗ４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ｓｗ４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，ｓｗ３がオフ状態となるモードである。
【００６７】
そして、制御装置２０は、力行モードを実行するときは、第１接続端子ＣＮ１の端子間電圧Ｖｄｃと第２接続端子ＣＮ２の端子間電圧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。
【００６８】
例えば、制御装置２０は、端子間電圧Ｖｄｃが端子間電圧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。端子間電圧Ｖｂａｔが端子間電圧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、端子間電圧Ｖｄｃと端子間電圧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。
【００６９】
また、図５は、図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）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６は、図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１２（１２ｂ）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。
【００７０】
図５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，ｓｗ３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，ｓｗ４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ｓｗ３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，ｓｗ４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〜ｓｗ４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，ｓｗ３，ｓｗ４がオフ状態となるモードである。
【００７１】
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１接続端子ＣＮ１の端子間電圧Ｖｄｃと第２接続端子ＣＮ２の端子間電圧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。
【００７２】
例えば、制御装置２０は、端子間電圧Ｖｂａｔが端子間電圧Ｖｄｃよりも大きい昇圧動作（Ｖｂａｔ＞Ｖｄｃ）を行うときは（図６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。端子間電圧Ｖｄｃが端子間電圧Ｖｂａｔよりも大きい降圧動作（Ｖｂａｔ＜Ｖｄｃ）を行うときは（図６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、端子間電圧Ｖｄｃと端子間電圧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６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。
【００７３】
なお、制御装置２０は、端子間電圧Ｖｄｃ及び端子間電圧Ｖｂａｔは、図示を省略した電圧計にて検出することができる。
【００７４】
（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。
【００７５】
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。
【００７６】
図７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（インダクタＬ２）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。
【００７７】
図７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７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ｓｗ３をオンし、第１、第２及び第４スイッチング素子ｓｗ１，ｓｗ２，ｓｗ４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*（図７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〜ｓｗ４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７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，ｓｗ３，ｓｗ４をオフする第８動作モードを行う。
【００７８】
また、図８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。
【００７９】
図８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ｓｗ３をオンし、第１、第２及び第４スイッチング素子ｓｗ１，ｓｗ２，ｓｗ４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，ｓｗ３をオンし、第１及び第４スイッチング素子ｓｗ１，ｓｗ４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，ｓｗ３，ｓｗ４をオフする第８動作モードを行う。
【００８０】
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に流れる電流Ｉａｃの正弦波と同相の正弦波電流になるように制御でき（図６参照）、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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
１０            電気駆動装置
１１            モータ駆動用インバータ（モータ駆動用電力変換回路の一例）
１２（１２ａ）  双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２（１２ｂ）  双方向昇降圧形ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３            解列リレー（解列手段の一例）
２０            制御装置
１００          電動作業機
ＢＴ            蓄電池（蓄電要素の一例）
Ｃ１            第１キャパシタ
Ｃ２            第２キャパシタ
ＣＮ１          第１接続端子（接続端子の一例）
ＣＮ２          第２接続端子
ＣＮ３          第３接続端子
Ｄ              整流器
Ｄ１            第１ダイオード
Ｄ２            第２ダイオード
Ｄ３            第３ダイオード
Ｄ４            第４ダイオード
Ｌ１            第１インダクタ
Ｌ２            第２インダクタ
Ｍ              モータ
ＰＷ            商用電力系統（外部電源の一例）
Ｓ              整流器アダプタ
Ｓ１            第１半導体スイッチ
Ｓ２            第２半導体スイッチ
Ｓ３            第３半導体スイッチ
Ｓ４            第４半導体スイッチ
ｓｗ１          第１スイッチング素子
ｓｗ２          第２スイッチング素子
ｓｗ３          第３スイッチング素子
ｓｗ４          第４スイッチング素子
【図１】
2012060828.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012060828.tif 000009
【図８】
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【図９】
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