JP2017127152A - 電力変換装置およびそれを用いたショベルならびにラミネートブスバー - Google Patents

Abstract

【課題】装置を小型化し、あるいは実装密度を高めることが可能なラミネートブスバーを提供する。
【解決手段】ラミネートブスバー１０は、Ｎ層（Ｎ≧１）の金属導体１２ａ、１２ｂおよび複数の絶縁シート１４ａ、１４ｂ、１４ｃの交互積層構造を有する。複数の絶縁シート１４は、Ｎ層の金属導体１２の一辺Ｅ１からはみ出た縁部１６において、折り曲げられた状態で接合されており、折り曲げられた縁部は、筐体の側壁、底面、別の回路部品の少なくともひとつと対向している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

インバータやコンバータなど（電力変換装置と総称する）において、大電流が流れる経路の配線に、ブスバー（バスバーともいう）が使用される。ブスバーは、銅やアルミニウム、合金などの導電性の金属の板を、所望の形状に切断あるいは型抜きし、必要に応じて折り曲げて形成した剛性を有する配線である。ブスバーは、ツイスト線や単線に比べて大きな断面積を有するため、低インピーダンスであり、またブスバー同士を面接触させることができることから、損失を小さくできるという利点を有する。またブスバーは、ねじ止めにより着脱可能であることから組み立てや部品交換などのメンテナンスが容易であり、使用中に力や振動を受けても変形しにくいという利点を有する。

ブスバーの１種として、ラミネートブスバーが知られている。図１（ａ）〜（ｃ）は、ラミネートブスバー１Ｒを示す図である。図１（ａ）にはその平面図が、図１（ｂ）には組み立て斜視図が、図１（ｃ）には、その端部の断面図が示される。ラミネートブスバー１Ｒは、複数の金属導体２ａ，２ｂおよび絶縁性を有する複数の絶縁シート４ａ〜４ｃの積層構造を有しており、隣接する金属導体２ａ，２ｂの間は、絶縁シート４ｂによって絶縁される。また金属導体２ａ，２ｂそれぞれの表層は、絶縁シート４ａ，４ｃによって覆われており、他の部品のショートを防止している。

本発明者は、図１（ａ）〜（ｃ）のラミネートブスバー１Ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。複数の絶縁シート４は、金属導体２ａ、２ｂの一辺Ｅ１からはみ出した縁部（周部）６において互いに接合されている。絶縁シート４は、ＰＥＴ材（ polyethylene terephthalate）などの剛直なエンジニアリングプラスチックが用いられる場合が多く、十分な強度でそれらを接合するためには、縁部６の長さ（貼り合わせ寸法）Ｌを、ある程度長くとる必要がある。一例として、貼り合わせ寸法Ｌは、金属導体２の高さｈの２倍以上が必要とされる場合がある。ｈ＝４〜５ｍｍとすれば、Ｌ＝８〜１０ｍｍもしくはそれ以上となる。

図１（ｃ）には、ラミネートブスバー１Ｒの一部に加えて、それを収容する筐体８の一部が示される。ラミネートブスバー１Ｒの一辺Ｅ１と筐体８の側壁との間には、貼り合わせ寸法Ｌよりも長いクリアランスが必要とされ、このことが、筐体８の小型化の妨げとなる。そのほか、ラミネートブスバー１Ｒの一辺Ｅ１が、別の部品と隣接する場合にも、その部品との間に同等のクリアランスが必要とされ、実装密度を高めることができない。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、それを使用した装置を小型化し、あるいは実装密度を高めることが可能なラミネートブスバーの提供にある。

本発明のある態様は、電力変換装置に関する。電力変換装置は、筐体と、少なくともひとつのパワーモジュールと、コンデンサと、電力変換装置の内部の複数のノード間を電気的に接続するラミネートブスバーと、を備える。ラミネートブスバーは、Ｎ層（Ｎ≧１）の金属導体および複数の絶縁シートの交互積層構造を有し、複数の絶縁シートは、Ｎ層の金属導体の一辺からはみ出た縁部において、折り曲げられた状態で接合されており、折り曲げられた縁部は、筐体の側壁、底面、別の回路部品の少なくともひとつと対向している。

この態様によると、絶縁シートの縁部の貼り合わせ部分にて十分な強度を確保しつつ、絶縁シートの縁部の張り出し量を短縮できる。これにより電力変換装置を小型化し、あるいは実装密度を高めることができる。

複数の絶縁シートは、等しく実質的に直角に折れ曲がってもよい。縁部の形状を直角とすることで、絶縁シートの加工が容易となり、また品質管理が容易となる。
複数の絶縁シートの折り曲げ角は、４５°〜１２０°の範囲であってもよい。斜め方向に縁部を逃がすことにより、筐体の側壁、底面あるいは別の回路部品との距離をより多く縮めることができる場合もある。

Ｎ≧２であり、Ｎ層の金属導体は、一辺をなす側面が面一であってもよい。

Ｎ≧２であり、Ｎ層の金属導体は少なくとも一部において、絶縁シートに代えて、絶縁塗装膜により絶縁されていてもよい。絶縁塗装膜を併用することで、形状が複雑なラミネートブスバーを作製することができる。

Ｎ＝２であり、一方の金属導体はＤＣリンクのＰ極ブスバーであり、他方の金属導体はＤＣリンクのＮ極ブスバーであってもよい。Ｎ＝３であり、各金属導体はＵ，Ｖ，Ｗ相の交流信号もしくはＲ，Ｓ，Ｔ相の交流信号を伝送してもよい。

本発明の別の態様は産業機械である。産業機械は、モータと、モータを駆動する上述の電力変換装置を備えてもよい。産業機械は、ショベルであってもよいし、フォークリフトであってもよいし、クレーンなどであってもよい。

本発明の別の態様は、ラミネートブスバーである。このラミネートブスバーは、Ｎ層（Ｎ≧１）の金属導体および複数の絶縁シートの交互積層構造を有する。複数の絶縁シートは、Ｎ層の金属導体の一辺からはみ出た縁部において、折り曲げられた状態で接合されている。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ラミネートブスバーを使用した装置を小型化し、あるいは実装密度を高めることが可能となる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、ラミネートブスバーの断面図である。 図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、実施の形態に係るラミネートブスバーの断面斜視図、断面図および平面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、ラミネートブスバーを用いた装置の断面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、ラミネートブスバーの製造工程を示す図である。 図５（ａ）〜（ｅ）は、変形例に係るラミネートブスバーの断面図である。 図６（ａ）〜（ｃ）は、別の変形例に係るラミネートブスバーの断面図である。 別の変形例に係るラミネートブスバーの断面図である。 電力変換装置の回路ブロック図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、ラミネートブスバーを用いた電力変換装置の斜視図および断面図である。 作業機械であるショベルの平面図である。 図１０のショベルの部分破断側面図である。 図１０のショベルのブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、実施の形態に係るラミネートブスバー１０の断面斜視図、断面図および平面図である。ラミネートブスバー１０は、Ｎ層（Ｎ≧１）の金属導体１２および複数の絶縁シート１４の交互積層構造を有している。図２ではＮ＝２であり、絶縁シート１４の層数Ｍ＝３である。複数の絶縁シート１４ａ〜１４ｃは、Ｎ層の金属導体１２ａ，１２ｂの外周からはみ出た縁部において接合されている。

金属導体１２ａ、１２ｂのある一辺Ｅ１に着目すると、複数の絶縁シート１４ａ〜１４ｃは、Ｎ層の金属導体１２ａ，１２ｂの外周からはみ出た縁部１６において折り曲げられた状態で接合されている。以下では、接合された縁部１６を、接合部分とも称する。以下説明の便宜のために、金属導体１２と平行な面をＸＹ平面とし、それと垂直な方向をＺ軸方向とする。

金属導体１２としては、銅あるいはアルミニウム、あるいは合金を用いることができる。絶縁シート１４としては、エンジニアリングプラスチック、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）などを用いることができる。ここでは説明の便宜のために金属導体１２が矩形の場合を示すが、図１や後述のように、金属導体１２の形状は特に限定されるものではない。

図２において、複数の絶縁シート１４は、一辺Ｅ１において等しく実質的に直角に折れ曲がっており、つまり折れ曲げ角θは９０°である。縁部１６における貼り合わせの寸法を説明する。便宜的に、縁部（接合部分）１６が折れ曲がる方向を上方向（Ｚ軸正方向）とし、上方向から順に、第１絶縁シート１４ａ、第２絶縁シート１４ｂ、第３絶縁シート１４ｃと呼ぶこととする。第１絶縁シート１４ａと第２絶縁シート１４ｂとは、第１絶縁シート１４ａの折れ線よりも上側の領域（ｄ１）において接合される。また第２絶縁シート１４ｂと第３絶縁シート１４ｃとは、第２絶縁シート１４ｂの折れ線よりも上側の領域（ｄ２）において接合される。一般化すると、ｉ番目の絶縁シート１４と（ｉ＋１）番目の絶縁シート１４とは、ｉ番目の絶縁シート１４の折れ線より先端側の領域において接合される。したがって、隣接する絶縁シート１４同士の接合領域の高さｄは、内側から外側に行くほど長くなる。この構造により、複数の絶縁シート１４が強固に接合される。

なお、複数の金属導体１２ａ，１２ｂの別の一辺Ｅ２については、図１と同様に、折り曲げられずに接合されている。さらに別の二辺Ｅ３およびＥ４についても、絶縁シート１４同士は、折り曲げられずに接合される。なお、辺Ｅ２〜Ｅ４の少なくともひとつにおいて接合が省略されていてもよい。

本実施の形態に係るラミネートブスバー１０の特徴のひとつである縁部１６の横方向への張り出し量Ｌについて検討する。図１のラミネートブスバー１Ｒでは、８〜１０ｍｍ程度の貼り合わせ寸法Ｌが必要であった。これに対して、本実施の形態に係るラミネートブスバー１０では、その張り出し量Ｌは、複数の絶縁シート１４の厚み（もし使用すれば、さらに層間の接着剤）の厚みの合計となる。たとえば絶縁シート１４の１枚の厚みを３ｍｉｌ（０．０７６ｍｍ）とすると、３層分の厚みは９ｍｉｌ（０．２２８ｍｍ）であり、張り出し量Ｌは、１ｍｍ以下に抑えられており、図１のラミネートブスバー１Ｒに比べて各段に短い。

以上がラミネートブスバー１０の構成である。続いてその利点を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、ラミネートブスバー１０を用いた装置２０の断面図である。たとえば装置２０は、インバータやコンバータなどの電力変換装置であってもよい。図３（ａ）では、ラミネートブスバー１０は水平に、その折り曲げられた縁部１６が、筐体２２の側壁２４と対向した状態で配置される。これにより、図１に比べて、金属導体１２の一辺Ｅ１と側壁２４の間のクリアランスを小さくできる。これは、筐体２２の床面積を小さくできることを意味する。

図３（ｂ）では、ラミネートブスバー１０は立てて配置され、その折り曲げられた縁部１６は、筐体２２の底面２６と対向する。これにより、図１のラミネートブスバー１Ｒを用いた場合に比べて、金属導体１２の一辺Ｅ１と底面２６の間のクリアランスを小さくできる。これは、筐体２２の高さを低くできることを意味する。

図３（ｃ）では、ラミネートブスバー１０は、その折り曲げられた縁部１６が他の回路部品２８と対向した状態で配置される。他の回路部品２８は、パワーモジュール、ブスバー、配線、コンデンサ、リアクトル、端子台、ゲートドライバやマイコンなどのＩＣ，スナバ回路の構成部品などが例示されるが、特に限定されない。これにより、ラミネートブスバー１０と回路部品２８の間のクリアランスを小さくでき、実装密度を高めることができる。

このように、実施の形態に係るラミネートブスバー１０によれば、絶縁シート１４の貼り合わせ部分（縁部１６）において十分な強度を確保しつつ、絶縁シート１４の縁部１６の、ラミネートブスバー１０の平面方向への張り出し量Ｌを短縮できる。これによりラミネートブスバー１０を用いる装置を小型化し、あるいは実装密度を高めることができる。

続いて、図２のラミネートブスバー１０の製造方法を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、ラミネートブスバー１０の製造工程を示す図である。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数の絶縁シート１４ａ〜１４ｃは、あらかじめ所定の位置で折り曲げられている。絶縁シート１４ａ〜１４ｃは、平坦な絶縁シート１４を、熱加工により折り曲げてもよいし、あらかじめ折り曲げられた形状の型枠にＰＥＴ材を流し込むことにより形成してもよい。この状態で、複数の絶縁シート１４と複数の金属導体１２とが、交互に積層される。金属導体１２と絶縁シート１４の間には接着剤などを塗布してもよい。そして、図４（ｄ）に示すように、絶縁シート１４ａ〜１４ｃは、一辺Ｅ１側の折り曲げられた縁部１６において接合され、別の一辺Ｅ２側の縁部１８においても接合される。接合の方法は特に限定されず、たとえば接着剤を用いてもよいし、熱溶着によって貼り合わせてもよい。

続いてラミネートブスバー１０の変形例を説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、変形例に係るラミネートブスバー１０の断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）のラミネートブスバー１０ａ〜１０ｃでは、別の一辺Ｅ２側の処理が異なっている。図５（ａ）のラミネートブスバー１０ａは、一辺Ｅ２側の接合が省略されている。図５（ｂ）、（ｂ）のラミネートブスバー１０ｂ，１０ｃでは、一辺Ｅ２側の縁部１８においても、一辺Ｅ１側と同様に、複数の絶縁シート１４が折り曲げられた状態で接合されている。図５（ｂ）では、縁部１８は縁部１６と同じ方向に折り曲げられ、図５（ｃ）では、それらは反対方向に折り曲げられる。

図５（ｄ）のラミネートブスバー１０ｄは、縁部１６の折り曲げの角度θが、９０°以外の角度（ここではθ＝４５°）となっている。この変形例では、絶縁シート１４ａ、１４ｂをそれぞれ、２カ所で折り曲げる必要があり、製造工程が図２や図５（ａ）〜（ｃ）のラミネートブスバー１０に比べて複雑化する。言い換えれば、図２や図５（ａ）〜（ｃ）のようなθ＝９０°のラミネートブスバー１０は、１カ所のみ絶縁シート１４を直角に曲げ加工すればよいため、ラミネートブスバー１０の製造が容易となり、また品質管理が容易となる。一方、図５（ｄ）のラミネートブスバー１０ｄは、製造工程の複雑さと引きかえに以下の利点を有する。すなわち、同じ張り出し量Ｌに対して、Ｘ方向の張り出し量Ｌｘ＝Ｌ／√２、Ｚ方向の張り出し量Ｌｚ＝Ｌ／√２となる。たとえば図５（ｄ）のように、筐体２２の底面に沿ってラミネートブスバー１０ｄを配置する場合、θ＝９０°とすると、高さ方向（Ｚ軸方向）のクリアランスがＬ必要となる。これに対してθ＝４５°とすれば高さ方向のクリアランスはＬ／√２で足りる。言い換えれば、角度θに応じて、側壁２４とのクリアランスと、底面２６とのクリアランスを調節できる。この観点から、複数の絶縁シート１４の折り曲げ角θは、４５°〜１２０°の範囲が好適である。

あるいはθ≠９０°のラミネートブスバー１０ｄは、図５（ｅ）に示すように、折り曲げられた接合部分（縁部１６）を、他の複数の部品２８ａ，２８ｂの間のスペースに収めることが可能となる。

図６（ａ）〜（ｅ）は、別の変形例に係るラミネートブスバー１０の断面図である。図６（ａ）のラミネートブスバー１０ｅは、Ｎ＝３層の金属導体１２ａ〜１２ｃと、４層の絶縁シート１４ａ〜１４ｄを備える。図６（ｂ）のラミネートブスバー１０ｆは、Ｎ＝１層の金属導体１２ａと、２層の絶縁シート１４ａ，１４ｂを備える。このように、金属導体１２の層数Ｎは特に限定されない。また絶縁シート１４の層数も任意である。図２のラミネートブスバー１０において、金属導体１２ａの上側の絶縁が不要である場合、絶縁シート１４ａを省略してもよい。また金属導体１２ｂの下側の絶縁が不要である場合、絶縁シート１４ｃを省略してもよい。

図６（ｃ）のラミネートブスバー１０ｇでは、金属導体１２ａと１２ｂは、少なくとも一部の領域Ｒ１において、絶縁シート１４ｂに代えて、絶縁塗装膜１５ｂにより絶縁されている。図６（ｄ）には、金属導体１２を上から見た平面図が示される。金属導体１２の形状が複雑であると、それに合わせた形状の絶縁シート１４ｂを形成することが困難であり、あるいはコストが高くなる。この場合に、形状が複雑な部分に相当する範囲Ｒ１に絶縁塗装膜１５ｂを用いることで、ラミネートブスバー１０ｇを安価に作製することができる。

さらに図６（ｃ）のラミネートブスバー１０ｇでは、金属導体１２ｂの下側の面の一部の領域Ｒ２において、絶縁シート１４ｃに代えて絶縁塗装膜１５ｃが形成される。図６（ｅ）に示すように、ラミネートブスバー１０ｇに、別のブスバーや配線、回路素子を接続するために、絶縁シート１４に開口１７が必要となる場合がある。この開口の形状が複雑であると、やはり絶縁シート１４のコストが高くなる。この場合に、複雑な領域Ｒ２に絶縁塗装膜１５ｃを用いることで、ラミネートブスバー１０ｇを安価に作製することができる。

図７（ａ）、（ｂ）は、別の変形例に係るラミネートブスバーの斜視図および断面図である。この変形例では、複数の金属導体１２の側面は、辺Ｅ１側において面一ではなく、絶縁シート１４との隙間が小さくなるように、少しずつずれている。これにより堅牢性を高めることができる。

続いて、ラミネートブスバー１０の具体的な用途を説明する。ラミネートブスバー１０は、インバータあるいはコンバータなどの電力変換装置に使用することができる。図８は、電力変換装置３０の回路ブロック図である。電力変換装置３０は、ＤＣリンク３２、コンデンサ３８、スイッチング回路４２、ＡＣライン４０、ゲートドライバ４４を備える。たとえば電力変換装置３０はインバータであり、ＤＣ側にバッテリなどの直流電源、あるいは昇降圧コンバータが接続され、ＡＣ側にモータなどの三相負荷が接続される。あるいは電力変換装置３０はコンバータであり、ＡＣ側に交流電源が接続され、ＤＣ側に負荷が接続される。

コンデンサ３８は、ＤＣリンク３２のＰ極ライン３４およびＮ極ライン３６の間に設けられる。スイッチング回路４２は、複数のパワーモジュールＰＭ_Ｕ〜ＰＭ_Ｗで構成される。ゲートドライバ４４は複数のパワーモジュールＰＭ_Ｕ〜ＰＭ_Ｗを駆動する。そのほか電力変換装置３０はスナバ回路や、リアクトル、昇降圧コンバータなどを含んでもよい。

たとえば図２に示したようなＮ＝２のラミネートブスバー１０は、ＤＣリンク３２として用いることができる。すなわち図２の金属導体１２ａは、Ｐ極ライン３４のブスバーであり、図２の金属導体１２ｂは、Ｎ極ライン３６のブスバーであってもよい。あるいは図６（ａ）に示したようなＮ＝３のラミネートブスバー１０ｅは、ＡＣライン４０に用いることができる。

図９（ａ）、（ｂ）は、ラミネートブスバー１０を用いた電力変換装置３０の斜視図および断面図である。なお、図９において明確化のため、電力変換装置３０の構成の一部は省略している。複数のパワーモジュールＰＭ_Ｕ〜ＰＭ_Ｗは、筐体５０の底面あるいは、底面に載置される基体上に実装される。図９の電力変換装置３０においてラミネートブスバー１０は、図９のＤＣリンク３２として用いられる。ラミネートブスバー１０は、２層の金属導体１２ａ，１２ｂと、３層の絶縁シート１４ａ〜１４ｃを有し、金属導体１２ａがＰ極ライン、金属導体１２ｂがＮ極ラインである。金属導体１２ａからは、パワーモジュールＰＭ_Ｕ〜ＰＭ_ＷそれぞれのＰ極端子（＋）に対して、脚部６０_Ｕ〜６０_Ｗが引き出されており、対応する脚部とＰ極端子同士がねじ止めされる。同様に金属導体１２ｂからは、パワーモジュールＰＭ_Ｕ〜ＰＭ_ＷそれぞれのＮ極端子（−）に対して、脚部６２_Ｕ〜６２_Ｗが引き出されており、対応する脚部とＮ極端子同士がねじ止めされる。

ラミネートブスバー１０の下面側には、図８のコンデンサ３８に対応する複数のコンデンサ６４が接続される。図９（ｂ）には、ラミネートブスバー１０とコンデンサ６４の接続形態が示される。ラミネートブスバー１０には、コンデンサ６４の電極に対応する箇所に開口が設けられる。コンデンサ６４の一方の電極と金属導体１２ａの間、コンデンサ６４の他方の電極と金属導体１２ｂの間は、開口を挿通するネジやその他のポスト状の金属部材によって、電気的および機械的に接続される。ラミネートブスバー１０は、筐体５０の側壁５２側の一辺Ｅ１において、縁部１６が折り曲げられている。これにより、縁部１６と筐体５０の側壁５２の間のクリアランスを小さくでき、電力変換装置３０を小型化できる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

最後に、電力変換装置３０の用途を説明する。電力変換装置３０は、ショベル、フォークリフト、産業プレス、クレーンをはじめとする作業機械、産業機械に好適に利用できる。

図１０は、作業機械であるショベルの平面図である。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して、上部旋回体７０が取り付けられている。上部旋回体７０に、エンジン７４、メインポンプ７５、旋回用電動モータ７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール８０、電動発電機８３、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、メインポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。メインポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。

電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。

図１１は、図１０のショベルの部分破断側面図である。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。上部旋回体７０は、旋回フレーム７０Ａ、カバー７０Ｂ、及びキャビン７０Ｃを含む。旋回フレーム７０Ａは、キャビン７０Ｃ、及び種々の部品の支持構造体として機能する。カバー７０Ｂは、旋回フレーム７０Ａに搭載された種々の部品、例えば蓄電モジュール８０、蓄電器用コンバータ９２等を覆う。キャビン７０Ｃ内に座席７９（図１０）が収容されている。

旋回用電動モータ７６（図１０）が、その駆動対象である旋回フレーム７０Ａを、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回させる。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ１０７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ１０８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１０９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。

蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９５及びダンパ（防振装置）９６を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。蓄電器用コンバータ９２は、コンバータ用マウント９７及びダンパ９８を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。カバー７０Ｂが蓄電モジュール８０を覆う。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図１０）が駆動される。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。

図１２は、図１０のショベルのブロック図である。図１２において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

エンジン７４の駆動軸がトルク伝達機構８１の入力軸に連結されている。エンジン７４には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン７４は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。

電動発電機８３の駆動軸が、トルク伝達機構８１の他の入力軸に連結されている。電動発電機８３は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機８３には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータが用いられる。

トルク伝達機構８１は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ７５の駆動軸が連結されている。

エンジン７４に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機８３がアシスト運転を行い、電動発電機８３の駆動力がトルク伝達機構８１を介してメインポンプ７５に伝達される。これにより、エンジン７４に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン７４に加わる負荷が小さい場合には、エンジン７４の駆動力がトルク伝達機構８１を介して電動発電機８３に伝達されることにより、電動発電機８３が発電運転される。電動発電機８３をアシスト運転するときには、インバータ９０から電動発電機８３に三相交流電力が供給される。電動発電機８３が発電運転されているときには、電動発電機８３からインバータ９０に三相交流電力が供給される。インバータ９０は、制御装置１３０により制御される。

制御装置１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０Ａ及び内部メモリ１３０Ｂを含む。ＣＰＵ１３０Ａは、内部メモリ１３０Ｂに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置１３０は、表示装置１３５に、各種装置の劣化状態等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。

メインポンプ７５は、高圧油圧ライン１１６を介して、コントロールバルブ１１７に油圧を供給する。コントロールバルブ１１７は、運転者からの指令により、油圧モータ１０１Ａ、１０１Ｂ、ブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、及びバケットシリンダ１０９に油圧を分配する。油圧モータ１０１Ａ及び１０１Ｂは、それぞれ図１１に示した下部走行体７１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

電動発電機８３の電気系統の入出力端子が、インバータ９０を介して蓄電回路１９０に接続されている。蓄電回路１９０は、蓄電モジュール８０（図１０）及び蓄電器用コンバータ９２（図１０）を含む。インバータ９０は、制御装置１３０からの指令に基づき、電動発電機８３から供給された三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。または、蓄電回路１９０から供給された直流電力を三相交流電力に変換して、電動発電機８３に供給する。蓄電回路１９０には、さらに、他のインバータ９１を介して旋回モータ７６が接続されている。蓄電回路１９０及びインバータ９１は、制御装置１３０により制御される。

旋回モータ７６は、インバータ９１からのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号により交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回モータ７６には、例えばＩＰＭモータが用いられる。ＩＰＭモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。力行動作時には、インバータ９１が、蓄電回路１９０から供給される直流電力を三相交流電力に変換して、旋回モータ７６に供給する。回生動作時には、インバータ９１が、旋回モータ７６から供給される三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。

旋回モータ７６の力行動作中は、旋回モータ７６が、減速機１２４を介して、上部旋回体７０を旋回させる。この際、減速機１２４は、回転速度を遅くする。これにより、旋回モータ７６で発生した回転力が増大する。また、回生運転時には、上部旋回体７０の回転運動が、減速機１２４を介して旋回モータ７６に伝達されることにより、旋回モータ７６が回生電力を発生する。この際、減速機１２４は、力行運転の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回モータ７６の回転数を上昇させることができる。

レゾルバ１２２が、旋回モータ７６の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置１３０に入力される。旋回モータ７６の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。

メカニカルブレーキ１２３が、旋回モータ７６の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ１２３の制動状態と解除状態とは、制御装置１３０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。

パイロットポンプ１１５が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン１２５を介して操作装置１２６に供給される。操作装置１２６は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置１２６は、パイロットライン１２５から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン１２７を介してコントロールバルブ１１７に伝達されると共に、他の油圧ライン１２８を介して圧力センサ１２９に伝達される。

圧力センサ１２９で検出された圧力の検出結果が、制御装置１３０に入力される。これにより、制御装置１３０は、下部走行体７１、旋回モータ７６、ブーム８２、アーム８５、及びバケット８６の操作の状況を検知することができる。特に、ハイブリッド型ショベルでは、旋回モータ７６が旋回軸受け７３を駆動する。このため、旋回モータ７６を制御するためのレバーの操作量を高精度に検出することが望まれる。制御装置１３０は、圧力センサ１２９を介して、このレバーの操作量を高精度に検出することができる。

図１０に示した電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２には、上述の実施の形態に係る電力変換装置３０が用いられる。この作業機械によれば、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２の一部の配線を、上述のラミネートブスバー１０を用いて構成することにより、電力変換装置を小型化することができる。特にショベルはカバー７０Ｂ内の限られたスペースに電力変換装置を設置する必要があり、小型化の要請が強い。したがって実施の形態に係るラミネートブスバー１０を用いた電力変換装置３０の用途としてショベルは好適である。

そのほか、フォークリフトなども、限られたスペースに電力変換装置を設置する必要がある。したがって実施の形態に係るラミネートブスバー１０を用いた電力変換装置３０の用途として、フォークリフトなども好適である。

１０…ラミネートブスバー、１２…金属導体、１４…絶縁シート、１６，１８…縁部、Ｅ１…一辺、２０…装置、２２…筐体、２４…側壁、２６…底面、２８…回路部品、３０…電力変換装置、３２…ＤＣリンク、３４…Ｐ極ライン、３６…Ｎ極ライン、３８…コンデンサ、４０…ＡＣライン、４２…スイッチング回路、ＰＭ…パワーモジュール、４４…ゲートドライバ、５０…筐体、６０，６２…脚部、６４…コンデンサ。

Claims (9)

1. 電力変換装置であって、
   筐体と、
   少なくともひとつのパワーモジュールと、
   コンデンサと、
   前記電力変換装置の内部の複数のノード間を電気的に接続するラミネートブスバーと、
   を備え、
   前記ラミネートブスバーは、Ｎ層（Ｎ≧１）の金属導体および複数の絶縁シートの交互積層構造を有し、前記複数の絶縁シートは、前記Ｎ層の金属導体の一辺からはみ出た縁部において、折り曲げられた状態で接合されており、
   折り曲げられた前記縁部は、前記筐体の側壁、底面、別の回路部品の少なくともひとつと対向していることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記複数の絶縁シートの折り曲げ角は、４５°〜１２０°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記複数の絶縁シートは、等しく実質的に直角に折れ曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. Ｎ≧２であり、
   前記Ｎ層の金属導体は、前記一辺をなす側面が面一であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. Ｎ≧２であり、前記Ｎ層の金属導体は少なくとも一部において、前記絶縁シートに代えて、絶縁塗装膜により絶縁されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。
6. Ｎ＝２であり、一方の前記金属導体はＤＣリンクのＰ極ブスバーであり、他方の前記金属導体はＤＣリンクのＮ極ブスバーであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電力変換装置。
7. Ｎ＝３であり、各金属導体はＵ，Ｖ，Ｗ相の交流信号もしくはＲ，Ｓ，Ｔ相の交流信号を伝送することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電力変換装置。
8. モータと、
   前記モータを駆動する請求項１から７のいずれかに記載の電力変換装置を備えることを特徴とするショベル。
9. Ｎ層（Ｎ≧１）の金属導体および複数の絶縁シートの交互積層構造を有し、
   前記複数の絶縁シートは、前記Ｎ層の金属導体の一辺からはみ出た縁部において、折り曲げられた状態で接合されていることを特徴とするラミネートブスバー。

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