JP5329187B2 - ハイブリッド型建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド型建設機械に関するものである。

例えばショベル、クレーンといった作業機械において、バッテリ及び交流電動機を備え、交流電動機の力行動作によりエンジンの駆動を補助するいわゆるハイブリッド型作業機械が知られている。また、ハイブリッド型作業機械では、旋回機構等の作業要素の駆動や油圧ポンプの駆動を行うための交流電動機を更に備えているものもある。例えば、特許文献１には、旋回駆動源として電動機を用いる旋回式作業機械が記載されている。
特開２００５−２９９１０２号公報

ハイブリッド型作業機械では、交流電動機を駆動するために、バッテリの直流電力を交流電力に変換する必要がある。また、交流電動機における回生発電により得られる電力をバッテリに蓄電するために、交流電力を直流電力に変換する必要がある。従って、ハイブリッド型作業機械には、直流電力と交流電力との変換のためのインバータユニットや、バッテリの充放電を制御するためのコンバータユニットといった複数のドライバユニットが設けられる。

これらのドライバユニットの入力端は、相互に直流電力の授受を行うためのＤＣバスにより接続される必要がある。従来のハイブリッド型作業機械では、ドライバユニットごとにＤＣバスが設けられている場合がある。しかしながら、ドライバユニットごとにＤＣバスを設けたのでは、ＤＣバスのために多くのスペースが必要となり、さらにメンテナンス性の悪化を招く。従って、複数のドライバユニットに対して、ＤＣバスを共通化する必要がある。また、このＤＣバスをケーブル配線により構成した場合には、配線長が長くなるので、高抵抗化を招く。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、複数のドライバユニットを共通のＤＣバスに接続することによりメンテナンス性の向上及び省スペース化を図ると共に、低抵抗にドライバユニット間を接続可能なハイブリッド型建設機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド型建設機械は、作業要素を駆動するための第２の交流電動機と、バッテリと、第２の交流電動機及びバッテリを制御するサーボ制御ユニットとを備え、サーボ制御ユニットは、出力端が第２の交流電動機に接続されており、直流電力を交流電力に変換して第２の交流電動機を駆動する第２のインバータユニットと、出力端がバッテリに接続されており、バッテリの充電及び放電を行う昇降圧コンバータユニットと、第２のインバータユニット並びに昇降圧コンバータユニットを固定するための筐体とを備え、第２のインバータユニットの入力端及び昇降圧コンバータユニットの入力端は、板状のブスバーからなるＤＣバスに接続されており、第２のインバータユニットは、平滑コンデンサを備え、平滑コンデンサは、ブスバーに直結されると共に、ブスバーの板面の法線方向にブスバーと重なって位置する、ことを特徴とする。

本発明のハイブリッド型建設機械では、昇降圧コンバータユニット及びインバータユニットの入力端は、共通のＤＣバスに接続される。このため、ＤＣバスのためのスペースを削減することが可能となり、さらに、メンテナンス性の向上にも寄与する。また、ＤＣバスがブスバーからなるので、低抵抗に各ユニットを接続することが可能となる。

また、ハイブリッド型建設機械では、第２のインバータユニット及び昇降圧コンバータユニットは、直方体状の外観を有すると共に、第１の方向に並べられて固定されており、第２のインバータユニット及び昇降圧コンバータユニットにおける、隣のユニットに隣接する側板に切欠き部が設けられており、ＤＣバスは、第１の方向に沿って切欠き部に設けられていることを特徴としてもよい。この場合には、ＤＣバスをさらに省スペースに配設することが可能となる。

また、ハイブリッド型建設機械は、エンジンと、エンジンの駆動を補助するための第１の交流電動機とを更に備え、第１の交流電動機は、サーボ制御ユニットにより制御され、サーボ制御ユニットは、出力端が第１の交流電動機に接続されており、直流電力を交流電力に変換して第１の交流電動機を駆動する第１のインバータユニットを更に備え、第１のインバータユニットは、サーボ制御ユニットの筐体に固定されており、第１のインバータユニットの入力端は、ブスバーからなるＤＣバスに接続されていることを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型建設機械では、サーボ制御ユニットは、第１及び第２のインバータユニット並びに昇降圧コンバータユニットのいずれかからなるユニットを３つ以上備え、２つの他のユニットの間に配置される１のユニットにおいて、ＤＣバスは、１のユニットを貫通して設けられていることを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型建設機械では、ＤＣバスは、正の極及び負の極から構成されており、正の極及び負の極の一方の極は、他方の極を覆うように構成されることを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型建設機械では、ＤＣバスは、完全密閉状の空間に配置されることを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型建設機械では、ＤＣバスは、各ユニットの枠体と非接触状態であることを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型建設機械では、平滑コンデンサは、ブスバーの延在方向に略直交する方向に複数設けられており、各平滑コンデンサは、前記第２のインバータユニットにおけるユニット内部に設けられていることを特徴としてもよい。
また、ハイブリッド型建設機械では、インバータユニット又は昇降圧コンバータユニットを構成する複数のユニットは、第１の方向に並べられて固定されており、平滑コンデンサは、第１の方向に沿って複数設けられている、ことを特徴としてもよい。
また、ハイブリッド型建設機械では、平滑コンデンサの正側端子は、ＤＣバスの正の極と直結されるように固定されており、平滑コンデンサの負側端子は、ＤＣバスの負の極と直結されるように固定されている、ことを特徴としてもよい。

本発明によれば、複数のユニットを共通のＤＣバスに接続することによりメンテナンス性の向上及び省スペース化を図ると共に、低抵抗にユニット間を接続可能なハイブリッド型建設機械を提供することが可能となる。

本発明の作業機械の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、リフティングマグネット車両１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、リフティングマグネット車両１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。リフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びリフティングマグネット７は、それぞれブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

図２は、本実施形態のリフティングマグネット車両１の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図３は、図２における蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。

図２に示すように、リフティングマグネット車両１は電動発電機（第１の交流電動機）１２および減速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に減速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２が自身の駆動力によりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機１２の駆動力が減速機１３の出力軸を経てメインポンプ１４に伝達される。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、エンジン１１の駆動力が減速機１３を経て電動発電機１２に伝達されることにより、電動発電機１２が発電を行う。電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnetic）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、リフティングマグネット車両１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

減速機１３の出力軸にはメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。コントロールバルブ１７は、リフティングマグネット車両１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための油圧モータ２ａ及び２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａは、本発明における第１のインバータ回路の一例である。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図３に示すように、直流配線を構成するＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びバッテリ１９を備えている。即ち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータ１００の出力端には、蓄電池としてのバッテリ１９が接続されている。昇降圧コンバータ１００の内部構成の詳細については後述する。

インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧値、バッテリ電圧値、及びバッテリ電流値に基づき、コントローラ３０によって行われる。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。

蓄電手段１２０には、インバータ回路２０Ｂを介してリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路２０Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータ回路２０Ｂは、コントローラ３０からの指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフティングマグネット７へ要求された電力をＤＣバス１１０より供給する。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力をＤＣバス１１０に供給する。

更に、蓄電手段１２０には、インバータ回路２０Ａを介して作業用電動機としての旋回用電動機（第２の交流電動機）２１が接続されている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａには、レゾルバ２２、メカニカルブレーキ２３、及び旋回減速機２４が接続される。なお、インバータ回路２０Ａは、本発明における第２のインバータ回路の一例である。

旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機２４にて回転数が増加されて旋回用電動機２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０Ａによって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。

レゾルバ２２は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、旋回用電動機２１と機械的に連結することで回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。メカニカルブレーキ２３は、機械的な制動力を発生させる制動装置であり、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機２４は、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転速度を減速して旋回機構３に機械的に伝達する減速機である。

なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１、及びリフティングマグネット７が接続されているので、電動発電機１２で発電された電力がリフティングマグネット７又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合もあり、リフティングマグネット７で回生された電力が電動発電機１２又は旋回用電動機２１に供給される場合もあり、さらに、旋回用電動機２１で回生された電力が電動発電機１２又はリフティングマグネット７に供給される場合もある。

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を操作者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。ここでは、作業用電動機としての旋回用電動機２１を挙げているが、さらに、走行機械２を作業用電動機として電気駆動させても良い。更にフォークリフトに本願発明を適用する場合には、リフティング装置を作業用電動機として電気駆動させても良い。

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３を旋回させるための操作が入力されると、この操作量を油圧ライン２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ２９は、油圧ライン２８内の油圧を表す電気信号を出力する。この電気信号は、コントローラ３０に入力され、旋回用電動機２１の駆動制御に用いられる。

コントローラ３０は、旋回駆動制御部４０及び駆動制御部５０を含み、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。旋回駆動制御部４０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構３を旋回させるための操作量を表す信号を速度指令に変換し、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。駆動制御部５０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、昇降圧コンバータ１００を駆動制御することによるバッテリ１９の充放電制御を行う。

ここで、再び図３を参照して、本実施形態における昇降圧コンバータ１００について詳細に説明する。図３には、昇降圧コンバータ１００の回路構成が概略的に示されている。昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃ、並びに平滑用のコンデンサ１００ｄを備えている。トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成され、互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ１００Ｂのコレクタとトランジスタ１００Ｃのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ１００Ｂのエミッタはバッテリ１９の負側端子およびＤＣバス１１０の負側配線に接続され、トランジスタ１００ＣのコレクタはＤＣバス１１０の正側配線に接続されている。そして、リアクトル１０１は、その一端がトランジスタ１００Ｂのコレクタ及びとトランジスタ１００Ｃのエミッタに接続されるとともに、他端がバッテリ１９の正側端子に接続されている。トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃのゲートには、コントローラ３０からＰＷＭ電圧が印加される。なお、トランジスタ１００Ｂのコレクタとエミッタとの間には、整流素子であるダイオード１００ｂが逆方向に接続されている。同様に、トランジスタ１００Ｃのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード１００ｃが逆方向に接続されている。平滑用のコンデンサ１００ｄは、トランジスタ１００Ｃのコレクタとトランジスタ１００Ｂのエミッタとの間に接続され、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧を平滑化する。

このような構成を備える昇降圧コンバータ１００において、直流電力をバッテリ１９からＤＣバス１１０へ供給する際には、トランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧を印加し、トランジスタ１００Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０１に発生する誘導起電力をダイオード１００ｃを介して伝達し、この電力をコンデンサ１００ｄにより平滑化する。また、直流電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９へ供給する際には、トランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧を印加するとともに、トランジスタ１００Ｃから出力される電流をリアクトル１０１により平滑化する。

ここで、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃは大電力を制御するので、発熱量が極めて大きくなる。また、リアクトル１０１においても発熱量が多大となる。したがって、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃ、並びにリアクトル１０１を冷却する必要が生じる。また、インバータ回路１８Ａ，１８Ｂ，及び２０もまた昇降圧コンバータ１００と同様に大電力用のトランジスタを有するので、冷却する必要がある。そこで、本実施形態のリフティングマグネット車両１は、昇降圧コンバータ１００、インバータ回路１８Ａ，１８Ｂ，及び２０を冷却するための冷却液循環システムを備えている。

図４は、サーボ制御ユニット６０の外観を示す斜視図である。サーボ制御ユニット６０は、電動発電機１２、旋回用電動機２１及びバッテリ１９を制御する装置である。サーボ制御ユニット６０は、略直方体状の外観を有しており、コントローラ３０を収容するコントロールボックス６１と、昇降圧コンバータユニット６２と、インバータユニット６３〜６６とを備えている。昇降圧コンバータユニット６２は、昇降圧コンバータ１００を収容しており、本発明における昇降圧コンバータユニットを構成する。インバータユニット６６は、インバータ回路１８Ａを収容しており、本発明における第１のインバータユニットを構成する。インバータユニット６３〜６５は、インバータ回路２０Ａ、２０Ｂ及びその他のインバータ回路を収容しており、本発明における第２のインバータユニットを構成する。

昇降圧コンバータユニット６２、インバータユニット６３〜６６は、それぞれ奥行き方向に長い直方体状の外観の金属容器（枠体）を有する。これらのユニット６２〜６６は、金属製の上面が開いた板状台座（筐体）６７内に横方向（第１の方向）に並んで設置されている。そして、これらのユニット６２〜６６の上に、ユニットの上面を覆うように上蓋としてのコントロールボックス底板６１ｂが設けられており、コントロールボックス底板６１ｂ上にコントロールボックス６１が載置されている。更にコントロールボックス６１の上面には空冷のためのヒートシンク６８が取り付けられている。

また、コントロールボックス６１には冷却用配管６１ａが内蔵されている。同様に、昇降圧コンバータユニット６２には冷却用配管６２ａが、インバータユニット６３〜６６には冷却用配管６３ａ〜６６ａが、それぞれ内蔵されている。

図５は、サーボ制御ユニット６０の上断面図である。また、図６は、図５に示すサーボ制御ユニット６０のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。なお、図５及び図６においては、図４で示したヒートシンク６８は省略されている。

各ユニット６２〜６６の底面はそれぞれ、ボルト８０により板状台座６７に固定されている。また、両端のユニット６２、６６は、ボルト及びナットからなる締結部８１で板状台座６７の側面にも固定されている。さらに、隣接するユニット間は、ボルト及びナットからなる締結部８２により固定されている。そして、各ユニット６２〜６６の上面側は、コントロールボックス底板６１ｂによって密閉されている。

ＤＣバス１１０は、ブスバー７０からなり、各ユニット６２〜６６が並べられた方向（第１の方向）に沿って各ユニット６２〜６６を横断するように設けられている。ブスバー７０は、細長い金属板からなる。各インバータユニット６３〜６６の入力端及び昇降圧コンバータユニット６２の入力端は各々ブスバー７０に接続されており、各ユニット６２〜６６間における直流電力の授受は、ブスバー７０を介して行われる。昇降圧コンバータユニット６２の出力端は、図示しない蓄電池に接続されている。これにより昇降圧コンバータユニット６２は、ＤＣバス１１０と蓄電池との間に配置されることとなるので、蓄電池の充放電の制御を行い、ＤＣバス１１０の電圧を一定に制御することが可能となる。その結果、各インバータユニット６３〜６６に安定した電圧をＤＣバス１１０より供給することが可能となる。

次に、各ユニット６２〜６６の内部構成及び各ユニット６２〜６６におけるブスバー７０との接続を説明する。

図７（ａ）は、インバータユニット６５の一部及びインバータユニット６６の内部構成を示す平面図である。また、図７（ｂ）は、インバータユニット６５の内部構成を示す側面図である。なお、これらの図においては、インバータユニット６５、６６の内部構成がわかるようにケースの天板や側板を外した状態を示している。また、インバータユニット６３、６４の内部構成は、内蔵するインバータ回路の構成を除いて、図５に示すインバータユニット６５、６６の内部構成と同様である。

インバータユニット６５、６６の内部には、インバータの回路を構成するトランジスタを組み込んだインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）１０５と、冷却用配管６５ａ、６６ａとが内蔵されている。ＩＰＭ１０５は、配線基板１０６上に実装されている。冷却用配管６５ａ、６６ａはそれぞれ、インバータユニット６５、６６の内側面に沿って二次元状に配設されている。具体的には、冷却用配管６５ａ、６６ａは、インバータユニット６５、６６の内部でなるべく長く配設されるように幾重にも折れ曲がった状態で矩形断面の金属容器６５ｂ、６６ｂに収容されており、またこの金属容器６５ｂ、６６ｂの内側面に接している。金属容器６５ｂ、６６ｂの外側面には、図７（ａ）に示すようにＩＰＭ１０５が接触配置されており、金属容器６５ｂ、６６ｂはＩＰＭ１０５からの熱を冷却用配管６５ａ、６６ａへ伝える。

図７（ｂ）を参照すると、インバータユニット６５における、インバータユニット６６に隣接する側板６５ｄの上辺には、ブスバー７０を配設するための、矩形切欠き部６５ｅが設けられている。平滑コンデンサ７１ａ、７１ｂは、インバータユニット６５の側板６５ｄの内側面に接触配置されており、平滑コンデンサ７１ａ、７１ｂの正側及び負側の端子は、インバータユニット６５の側板６５ｄ上辺の矩形切欠き部６５ｅに露出している。

また、インバータユニット６６における、インバータユニット６５に隣接する側板６６ｄの上辺にも、ブスバー７０を配設するための矩形切欠き部６６ｅが設けられている。インバータユニット６６における、側板６６ｄに対向する側板６６ｆの内側面に、平滑コンデンサ７１ａ、７１ｂが接触配置されている。

他のインバータユニット６３、６４における、隣のユニットに隣接する側板の上辺にも、ブスバー７０を配設するための矩形切欠き部が設けられている（図示せず）。インバータユニット６４におけるインバータユニット６５に隣接する側板の内側面、及びインバータユニット６３におけるインバータユニット６４に隣接する側板の内側面には、インバータユニット６５、６６と同様に、平滑コンデンサが接触配置されている。このようにしてＤＣバス１１０は、各ユニットの間に挟まれたインバータユニット６３〜６５を貫通するように配設されている。さらに、各ユニットの矩形切欠き部と金属容器内は、上蓋としてのコントロールボックス底板６１ｂによって密閉状態を形成している。これにより、各インバータにおいて、防塵及び防水が実現される。

ブスバー７０は、板状の正極ブスバー７０ａ及び負極ブスバー７０ｂから構成されている。正極ブスバー７０ａは、横方向（第１の方向）に細長い略直方体形状を有する。負極ブスバー７０ｂは、正極ブスバー７０ａと接することなく、正極ブスバー７０ａの上方に配置されており、正極ブスバー７０ａの上面側を包み込む形状を有し、正極ブスバー７０ａを覆うように構成される。ここで、正極と負極の配置を逆にしてもよい。

正極ブスバー７０ａは、インバータユニット６５、６６の平滑コンデンサ７１ａ、７１ｂ及びインバータユニット６３、６４の平滑コンデンサの正側端子に直結するようにボルトによって固定されている。また、負極ブスバー７０ｂは、インバータユニット６５、６６の平滑コンデンサ７１ａ、７１ｂ及びインバータユニット６３、６４の平滑コンデンサの負側端子に直結するようにボルトによって固定されている。このように、ＤＣバス１１０は、各インバータユニット６３〜６６の金属容器に対して非接触状態で、平滑コンデンサに固定されている。

ＩＰＭ１０５の正極端子（入力端）１０５ａと正極ブスバー７０ａとは配線により接続されており、負極端子（入力端）１０５ｂと負極ブスバー７０ｂとは配線により接続されている。また、インバータ回路１８Ａの３相出力端子（出力端）１０５ｃはそれぞれ、端子台６６ｃに配線により接続されている。端子台６６ｃは、電動発電機１２を接続するためのものである。

図８（ａ）は、昇降圧コンバータユニット６２の内部構成を示す平面図である。また、図８（ｂ）は、昇降圧コンバータユニット６２の内部構成を示す側面図である。なお、これらの図においては、昇降圧コンバータユニット６２の内部構成がわかるようにケースの天板や側板を外した状態を示している。

昇降圧コンバータユニット６２の内部には、昇降圧コンバータ１００のトランジスタを組み込んだＩＰＭ１０３と、リアクトル１０１と、冷却用配管６２ａとが内蔵されている。ＩＰＭ１０３は、配線基板１０４上に実装されている。冷却用配管６２ａは、昇降圧コンバータユニット６２の側面に沿って二次元状に配設されている。具体的には、冷却用配管６２ａは、昇降圧コンバータユニット６２の内部でなるべく長く配設されるように幾重にも折れ曲がった状態で矩形断面の金属容器６２ｂに収容されており、またこの金属容器６２ｂの内側面に接している。金属容器６２ｂの外側面には、図８（ａ）に示すようにリアクトル１０１及びＩＰＭ１０３が接触配置されており、金属容器６２ｂはリアクトル１０１及びＩＰＭ１０３からの熱を冷却用配管６２ａへ伝える。これにより、リアクトル１０１及びＩＰＭ１０３が冷却される。

昇降圧コンバータユニット６２における、インバータユニット６３に隣接する側板６２ｆ上辺には、ブスバー７０を配設するための、矩形切欠き部６２ｆが設けられている。この矩形切欠き部６２ｆ及び昇降圧コンバータユニット６２の金属容器内は、上蓋としてのコントロールボックス底板６１ｂによって密閉状態を形成している。これにより、昇降圧コンバータにおいて、防塵及び防水が実現される。ＩＰＭ１０３の正極端子（入力端）１０３ａと正極ブスバー７０ａとは配線により接続されており、負極端子（入力端）１０３ｂと負極ブスバー７０ｂとは配線により接続されている。また、ＩＰＭ１０３の端子１０３ｃは、リアクトル１０１の端子１０１ａと配線により接続されており、リアクトル１０１の端子１０１ｂは、端子台６２ｃと配線により接続されており、ＩＰＭ１０３の端子１０３ｄは、端子台６２ｄと配線により接続されている。端子台６２ｃ、６２ｄは、バッテリ１９を接続するためのものである。

次に本実施形態のリフティングマグネット車両１による効果について説明する。本実施形態のリフティングマグネット車両１では、昇降圧コンバータユニット６２及び複数のインバータユニット６３〜６６の入力端は、共通のＤＣバス１１０に接続される。このため、ＤＣバス１１０のためのスペースを削減することが可能となり、さらに、メンテナンス性の向上にも寄与する。また、ＤＣバス１１０を構成するブスバー７０は、細長い略直方体形状の金属板からなるので、配線接続と比較して、各ユニット６２〜６６の入力端間を、電流経路を短く、且つ大きな断面積で接続することができる。従って、低抵抗に各ユニット６２〜６６を接続することが可能となる。

また、本実施形態のリフティングマグネット車両１では、ブスバー７０は、各ユニット６２〜６６が配列された方向に沿って、各ユニット６２〜６６における、隣のユニットに隣接する側板に設けられた矩形状切欠き部に設けられているので、ブスバー７０を省スペースに配設することが可能となる。

なお、本実施形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、リフティングマグネット車両１を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、ショベル、ホイルローダ及びクレーン等が挙げられる。

本発明に係る作業機械の一例として、リフティングマグネット車両の外観を示す斜視図である。 リフティングマグネット車両の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。 蓄電手段の内部構成を示す図である。 サーボ制御ユニットの外観を示す斜視図である。 サーボ制御ユニットの上断面図である。 図４に示すサーボ制御ユニットのＩ−Ｉ線に沿う断面図である インバータユニットの内部構成を示す平面図及び側面図である。 昇降圧コンバータユニットの内部構成を示す平面図及び側面図である。

符号の説明

１…リフティングマグネット車両、３…旋回機構、４…旋回体、７…リフティングマグネット、１１…エンジン、１２…電動発電機、１３…減速機、１４…メインポンプ、１６…高圧油圧ライン、１７…コントロールバルブ、１８Ａ，１８Ｂ，２０…インバータ回路、１９…バッテリ、１８Ａ、２０Ａ、２０Ｂ…インバータ回路、２１…旋回用電動機、３０…コントローラ、４０…旋回駆動制御部、５０…駆動制御部、６０…サーボ制御ユニット、６１…コントロールボックス、６１ｂ…コントロールボックス底板、６２…コントロールボックス、６２…昇降圧コンバータユニット、６３〜６６…インバータユニット、６２ｃ、６２ｄ、６６ｃ…端子台、６２ｆ、６５ｄ、６６ｄ…側板、６２ｅ、６５ｅ…矩形切欠き部、６７…板状台座、６８…ヒートシンク、７０…ブスバー、７０ａ…正極ブスバー、７０ｂ…負極ブスバー、７１ａ、７１ｂ…平滑コンデンサ、１００…昇降圧コンバータ、１０１…リアクトル、１０１ａ、１０１ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ…端子、１０３ａ…正極端子、１０３ｂ…負極端子、１０５ａ…正極端子、１０５ｂ…負極端子、１０５ｃ…３相出力端子、１１０…ＤＣバス、１２０…蓄電手段。

Claims (8)

1. 作業要素を駆動するための第２の交流電動機と、
   バッテリと、
   前記第２の交流電動機及び前記バッテリを制御するサーボ制御ユニットとを備え、
   前記サーボ制御ユニットは、
   出力端が前記第２の交流電動機に接続されており、直流電力を交流電力に変換して前記第２の交流電動機を駆動する第２のインバータユニットと、
   出力端が前記バッテリに接続されており、前記バッテリの充電及び放電を行う昇降圧コンバータユニットと、
   前記第２のインバータユニット並びに前記昇降圧コンバータユニットを固定するための筐体とを備え、
   前記第２のインバータユニットの入力端及び前記昇降圧コンバータユニットの入力端は、板状のブスバーからなるＤＣバスに接続されており、
   前記第２のインバータユニットは、平滑コンデンサを備え、
   前記平滑コンデンサは、前記ブスバーに直結されると共に、前記ブスバーの板面の法線方向にブスバーと重なって位置する、
   ことを特徴とするハイブリッド型建設機械。
2. 前記第２のインバータユニット及び前記昇降圧コンバータユニットは、直方体状の外観を有すると共に、第１の方向に並べられて固定されており、
   前記第２のインバータユニット及び前記昇降圧コンバータユニットにおける、隣のユニットに隣接する側板に切欠き部が設けられており、
   前記ＤＣバスは、前記第１の方向に沿って前記切欠き部に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
3. エンジンと、
   前記エンジンの駆動を補助するための第１の交流電動機と
   を更に備え、
   前記第１の交流電動機は、前記サーボ制御ユニットにより制御され、
   前記サーボ制御ユニットは、
   出力端が前記第１の交流電動機に接続されており、直流電力を交流電力に変換して前記第１の交流電動機を駆動する第１のインバータユニットを更に備え、
   前記第１のインバータユニットは、前記サーボ制御ユニットの前記筐体に固定されており、
   前記第１のインバータユニットの入力端は、ブスバーからなるＤＣバスに接続されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド型建設機械。
4. 前記サーボ制御ユニットは、
   前記第１及び第２のインバータユニット並びに前記昇降圧コンバータユニットのいずれかからなるユニットを３つ以上備え、
   ２つの他のユニットの間に配置される１のユニットにおいて、前記ＤＣバスは、前記１のユニットを貫通して設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド型建設機械。
5. 前記ＤＣバスは、正の極及び負の極から構成されており、
   前記正の極及び負の極の一方の極は、他方の極を覆うように構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のハイブリッド型建設機械。
6. 前記平滑コンデンサは、前記ブスバーの延在方向に略直交する方向に複数設けられており、各平滑コンデンサは、前記第２のインバータユニットにおけるユニット内部に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のハイブリッド型建設機械。
7. 前記インバータユニット又は前記昇降圧コンバータユニットを構成する複数のユニットは、第１の方向に並べられて固定されており、
   前記平滑コンデンサは、前記第１の方向に沿って複数設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のハイブリッド型建設機械。
8. 前記平滑コンデンサの正側端子は、前記ＤＣバスの正の極と直結されるように固定されており、
   前記平滑コンデンサの負側端子は、前記ＤＣバスの負の極と直結されるように固定されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド型建設機械。

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