JP2010187526A - サーボ制御システム及び作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉構造を有するコントロールユニットに内蔵されたＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができるサーボ制御システム及び作業機械を提供する。
【解決手段】サーボ制御システム１は、直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動するためのインバータ回路を各々有する複数のドライバユニットと、複数のドライバユニットのインバータ回路を制御するコントロールユニット６００とを備える。コントロールユニット６００は、密閉構造を有する筐体６０１と、筐体６０１内において複数のドライバユニットのそれぞれに対応して設けられ、当該ドライバユニットのインバータ回路を制御する複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと熱的に結合され、筐体６０１の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを冷却する冷却用配管６０８とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、サーボ制御システム及び作業機械に関するものである。

従来より、電力変換回路を内蔵する複数のドライバユニットを搭載したサーボ制御システムが知られている。例えば、特許文献１には、交流電力を直流電力に変換するコンバータユニットと、サーボモータを駆動するサーボアンプユニットとを備えるサーボドライブ装置が記載されている。このサーボドライブ装置では、コンバータユニット及びサーボアンプユニットに指令信号を発するマスターユニットが設けられている。

特開２００５−２６１１２０号公報

サーボ制御システムの一つの方式として、複数のドライバユニットに内蔵された電力変換回路を、複数のドライバユニットとは別に設けられたコントロールユニットにより制御する方式がある。このようなコントロールユニットには、各ドライバユニットの電力変換回路を個別に制御するため、複数のドライバユニットのそれぞれに対応する複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）が内蔵される場合がある。ＣＰＵは、発熱量が多い一方で動作温度範囲が厳しく、その温度を一定範囲内に制御することが求められる。

一方、例えば建設機械といった厳しい環境下で使用される機械に搭載されるサーボ制御システムにおいては、ＣＰＵ等の内部回路の防水及び防塵のためにコントロールユニットを密閉構造とすることが求められる。コントロールユニットを密閉構造とした場合、コントロールユニット内で発生した熱が外部に放熱され難く、ＣＰＵの温度上昇を抑えることが困難となる。上記のような、複数のドライバユニットのそれぞれに対応する複数のＣＰＵをコントロールユニットが内蔵する場合には、この問題が一層顕著となる。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、密閉構造を有するコントロールユニットに内蔵されたＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができるサーボ制御システム及び作業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、本発明に係るサーボ制御システムは、直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動するためのインバータ回路を各々有するドライバユニットと、ドライバユニットのインバータ回路を制御するコントロールユニットとを備え、コントロールユニットは、密閉構造を有する筐体と、筐体内に設けられ、ドライバユニットのインバータ回路を制御するＣＰＵと、ＣＰＵと熱的に結合され、筐体の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵを冷却する冷却用配管とを有することを特徴とする。

上記したサーボ制御システムにおいては、密閉構造を有するコントロールユニットが冷却用配管を有している。そしてこの冷却用配管は、ＣＰＵと熱的に結合され、筐体の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵを冷却する。上記したサーボ制御システムによれば、このような構造によって、密閉構造にあってもＣＰＵを効率的に冷却できるので、ＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができる。

また、サーボ制御システムは、コントロールユニットがドライバユニット上に載置されており、冷却用配管が、ドライバユニットとＣＰＵとの間に配置されていることを特徴としてもよい。ドライバユニットにはインバータ回路が内蔵されているが、一般的にインバータ回路の発熱量はＣＰＵ等と比較して大きい。そして、コントロールユニットがドライバユニット上に載置されているような場合、インバータ回路の熱がコントロールユニット内のＣＰＵへ伝わり易くなる。これに対し、上記のように冷却用配管がドライバユニットとＣＰＵとの間に配置されていれば、インバータ回路の熱がＣＰＵへ伝わりにくくなり、ＣＰＵをより効率的に冷却できる。

また、サーボ制御システムは、ＣＰＵと冷却用配管との間に設けられ、ＣＰＵ及び冷却用配管と熱的に結合された熱伝導プレートをコントロールユニットが更に有することを特徴としてもよい。これにより、ＣＰＵからの熱が冷却用配管へ伝わり易くなり、ＣＰＵを更に効率的に冷却できる。

また、サーボ制御システムは、複数のドライバユニットを備え、ＣＰＵが、筐体内において複数のドライバユニットのそれぞれに対応して複数設けられており、該複数のＣＰＵが一枚の基板上に実装されていることを特徴としてもよい。そして、この場合、冷却用配管が、第１の方向に各々延びており該第１の方向と交差する第２の方向に並設された複数の配管部分がその一端側及び他端側において交互に連結された形状を有し、熱伝導プレートが、第１の方向に延びており第２の方向に並ぶ複数の冷却領域を含み、該複数の冷却領域のそれぞれが、複数の配管部分のうち隣り合う２本の配管部分と熱的に結合されており、複数のＣＰＵは、一つのＣＰＵにつき一つの冷却領域に対して熱的に結合されていることが好ましい。冷却用配管及び複数のＣＰＵをこのような相互関係となるよう配置することにより、ＣＰＵ一つ当たりの冷却用配管の長さを十分に確保して、複数のＣＰＵを更に効率的に冷却できる。

また、サーボ制御システムは、弾性材料を含み、ＣＰＵと熱伝導プレートとの間に配設された熱伝導性シートを更に備えることを特徴としてもよい。これにより、ＣＰＵからの熱が熱伝導プレートへ伝わり易くなり、ＣＰＵを更に効率的に冷却できる。

また、本発明に係る作業機械は、直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動するためのインバータ回路を各々有するドライバユニットと、ドライバユニットのインバータ回路を制御するコントロールユニットとを有するサーボ制御システムを備え、コントロールユニットは、密閉構造を有する筐体と、筐体内に設けられ、ドライバユニットのインバータ回路を制御するＣＰＵと、ＣＰＵと熱的に結合され、筐体の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵを冷却する冷却用配管とを有することを特徴とする。この作業機械によれば、密閉構造を有するコントロールユニットが冷却用配管を有し、この冷却用配管が筐体の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵを冷却するので、密閉構造にあってもＣＰＵを効率的に冷却でき、ＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができる。

本発明に係るサーボ制御システム及び作業機械によれば、密閉構造を有するコントロールユニットに内蔵されたＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができる。

本発明の一実施形態に係るサーボ制御システム１の外観を示す斜視図である。 各冷却用配管６２ａ〜６６ａを接続した状態を示す斜視図である。 （ａ）コントロールユニット６００の平面断面図である。（ｂ）（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う側断面図である。（ｃ）（ａ）のII−II線に沿う側断面図である。（ｄ）（ａ）のIII−III線に沿う側断面図である。 （ａ）図３（ａ）のIV−IV線に沿う側断面図である。（ｂ）コントロールユニット６００を図４（ａ）と同方向から見た側面図である。 （ａ）ヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を示す平面図である。（ｂ）（ａ）に示されるＶ−Ｖ線に沿う側断面図である。 ヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を覆うように配置されたコントロールカード６０４を示す平面図である。 図６に示されるVI−VI線に沿う断面の一部を示す側断面図である。 （ａ）サーボ制御システム１が適用されるフォークリフト１Ａの外観を示す図である。（ｂ）フォークリフト１Ａが搭載するサーボ制御システム近辺の概略構成図である。 サーボ制御システム１が適用される作業機械の一例として、リフティングマグネット車両１Ｂ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１Ｂ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。 図１０における蓄電手段１２０の概略構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるサーボ制御システム及び作業機械の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、サーボ制御システム１の外観を示す斜視図である。サーボ制御システム１は、略直方体状の外観を有しており、コントロールユニット６００と、昇降圧コンバータユニット６６と、インバータユニット６２〜６５とを備えている。昇降圧コンバータユニット６６及びインバータユニット６２〜６５は、本実施形態における複数のドライバユニットを構成している。

昇降圧コンバータユニット６６及びインバータユニット６２〜６５は、それぞれ奥行き方向に長い直方体状の金属容器を有する。これらのユニット６２〜６６は、その長手方向と交差する方向に並んだ状態で、金属製の上面が開いた板状台座６７内に設置され、ボルトにより板状台座６７に各々固定されている。そして、これらのユニット６２〜６６の上に、ユニット６２〜６６の上面を覆うように上蓋としてのコントロールユニット底板６１が設けられており、コントロールユニット底板６１上にコントロールユニット６００が載置されている。更にコントロールユニット６００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。ユニット６２〜６６の上面側は、コントロールユニット底板６１によって密閉されている。

昇降圧コンバータユニット６６は、昇降圧コンバータを構成するための電気回路及びモジュール等を収容しており、電気的な入力端及び出力端を有する。昇降圧コンバータユニット６６の出力端には、例えば蓄電のためのバッテリを接続することができる。この場合には、昇降圧コンバータユニット６６は、バッテリの充放電を制御する。

インバータユニット６２〜６５は、インバータを構成するための電気回路及びモジュール等を収容しており、それぞれ電気的な入力端及び出力端を有する。インバータユニット６２〜６５の出力端には、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交流電動機を接続することができる。インバータユニット６２〜６５は、直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動する。或いは、交流電動機において回生された交流電力を直流電力に変換することもできる。交流電動機は、インバータユニット６２〜６５から出力されるＰＷＭ（PulseWidth Modulation）制御信号により交流駆動される。

コントロールユニット６００は、昇降圧コンバータユニット６６及びインバータユニット６２〜６５を制御するためのコントローラを収容している。コントローラは、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置や電子回路を有しており、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。

また、コントロールユニット６００には冷却用配管６０８が内蔵されている。同様に、昇降圧コンバータユニット６６には冷却用配管６６ａが、インバータユニット６２〜６５には冷却用配管６２ａ〜６５ａが、それぞれ内蔵されている。

図２は、各冷却用配管６２ａ〜６６ａを接続した状態を示す斜視図である。図２に示すように、ラジエター（不図示）から延設された配管９０Ａは、三本の配管９０Ｂ〜９０Ｄに分岐される。これらの配管のうち、配管９０Ｂはコントロールユニット６００の冷却用配管６０８の一端に連結され、冷却用配管６０８の他端は、更に別の配管９０Ｅを介してインバータユニット６２の冷却用配管６２ａの一端に連結される。また、配管９０Ｃは昇降圧コンバータユニット６６の冷却用配管６６ａの一端に連結され、冷却用配管６６ａの他端は、配管９０Ｆを介してインバータユニット６４の冷却用配管６４ａの一端に連結される。また、配管９０Ｄはインバータユニット６５の冷却用配管６５ａの一端に連結され、冷却用配管６５ａの他端は、配管９０Ｇを介してインバータユニット６３の冷却用配管６３ａの一端に連結される。

そして、インバータユニット６２〜６４の冷却用配管６２ａ〜６４ａの他端には、それぞれ配管９０Ｊ、９０Ｉおよび９０Ｈが連結される。配管９０Ｊ、９０Ｉおよび９０Ｈは一本の配管９０Ｋに連結され、配管９０Ｋが例えば交流電動機等の他の被冷却要素へ延設される。

次に、コントロールユニット６００の構成について詳細に説明する。図３（ａ）はコントロールユニット６００の平面断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う側断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のII−II線に沿う側断面図であり、図３（ｄ）は図３（ａ）のIII−III線に沿う側断面図である。また、図４（ａ）は図３（ａ）のIV−IV線に沿う側断面図であり、図４（ｂ）はコントロールユニット６００を図４（ａ）と同方向から見た側面図である。

コントロールユニット６００は、筐体容器６０１ａ及び筐体カバー６０１ｂからなる筐体６０１を有し、コントローラの電子回路等が、この筐体６０１内に収容されている。

コントロールユニット６００の筐体６０１は、直方体状の外観を有すると共に、複数のドライバユニットである昇降圧コンバータユニット６６及びインバータユニット６２〜６５上に設けられている。また、筐体６０１は、略長方形状の平面形状を有する底面上に、略直方体状の内空間を有する。この内空間は外気と遮断されており、コントロールユニット６００の筐体６０１は、密閉構造となっている。なお、ユニット６２〜６６が配列された方向は、コントロールユニット６００の短手方向と一致しており、この方向は、図３（ａ）の紙面上下方向に相当する。また、複数のユニット６２〜６６が配列された方向と直交する方向は、コントロールユニット６００の長手方向と一致しており、この方向は、図３（ａ）の紙面左右方向に相当する。

筐体６０１内の底面上には、長方形の平面形状を有するカードプレート６０２が設けられている。カードプレート６０２は、カードプレート６０２の長手方向及び短手方向をそれぞれコントロールユニット６００の長手方向及び短手方向と一致させて配置されている。カードプレート６０２には、略長方形の平面形状の開口が設けられている。

カードプレート６０２の開口内には、この開口と略同形状の平面形状を有すると共に略直方体状の外観を有するヒートシンク（熱伝導プレート）６０３が筐体６０１内の底面上に設けられている。ヒートシンク６０３は、筐体６０１内に設けられる電子部品を冷却するためのものであり、冷却用配管６０８が、ヒートシンク６０３に対し熱的に結合して（例えば接触して）設けられている。ヒートシンク６０３は、冷却用配管６０８を循環する冷却液により冷却される。この冷却液は、例えば水である。

ヒートシンク６０３上には、略長方形の平面形状を有する基板としてのコントロールカード６０４が設けられている。コントロールカード６０４は、種々の電子部品が実装される基板であり、その裏面がヒートシンク６０３と対向するように配置されている。コントロールカード６０４の裏面上には、電子部品の一種として複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅが実装されている。複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、複数のユニット６２〜６６のそれぞれと一対一で対応しており、ユニット６２〜６６のうち各々対応するユニットのインバータ回路に含まれるトランジスタのオン／オフを制御する。また、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、ヒートシンク６０３と熱的に結合されている。すなわち、ヒートシンク６０３は、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと冷却用配管６０８との間に配置される。

また、コントロールカード６０４の表面上には、電子部品の一種として複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６２０が実装されている。複数のＦＥＴ６２０は、ブーム５及びアーム６等の動作を制御するために、コントロールバルブ１７の電磁弁に切替信号を送る。複数のＦＥＴ６２０は、コントロールユニット６００内部の配線を考慮して、コネクタ６０７の近傍に配置されている。各ＦＥＴ６２０の背面にはアルミニウム製の伝熱プレート６２１が接触しており、伝熱プレート６２１の端部は、筐体容器６０１ａの内側面に螺子止めされている。

カードプレート６０２上には、複数のファン６０６ａがコントロールユニット６００の短手方向に配列されている。複数のファン６０６ａは、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅで発生した熱により熱せられた空気を攪拌して筐体内の温度勾配を解消するためにＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅのそれぞれに対応して設けられており、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅのそれぞれに向かう気流を発生する。

筐体６０１内の底面上には、カードプレート６０２と並んで、長方形の平面形状を有するカードプレート６１３が更に設けられている。このカードプレート６１３上には電源カード６０９が設けられている。電源カード６０９上には、２個の電源ＩＣ（電源ユニット）６１０が設けられている。各電源ＩＣ６１０には、電源ＩＣを空冷するためのヒートシンク６１１が設けられている。また、筐体６０１の内側面に接して熱伝導プレート６１４が設けられており、電源ＩＣ６１０及びヒートシンク６１１は、熱伝導プレート６１４と面接触している。このため、電源ＩＣ６１０で発生した熱の一部を放熱することが可能となる。また、カードプレート６１３上には、２個のファン６０６ｂが設けられている。これらのファン６０６ｂは、電源ＩＣ６１０で発生した熱により熱せられた空気を攪拌して筐体内の温度勾配を解消するために設けられており、電源ＩＣ６１０に向かう気流を発生する。

コントロールカード６０４に実装された電子部品の入出力部はコネクタ６０７に接続されており、例えばユニット６２〜６６を動作させるための命令信号や電子部品からの出力信号等はコネクタ６０７を介して入出力される。コネクタ６０７は、例えばサーボ制御システム１を制御するための制御部（図示せず）と配線接続される。

コネクタ６０７は、筐体６０１の側面における凹状窪み部分に設けられており、この窪み部分は、パッキン６１６により覆われている。パッキン６１６は、筐体カバー６０１ｂを介してパッキン押さえ部材６１７により覆われている。パッキン６１６により、コネクタ６０７の防水及び防塵が実現される。

ここで、コントロールユニット６００における水冷構造について更に詳細に説明する。図５〜図７は、冷却構造について示す図である。図５（ａ）はヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示されるＶ−Ｖ線に沿う側断面図である。また、図６は、ヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を覆うように配置されたコントロールカード６０４を示す平面図である。また、図７は、図６に示されるVI−VI線に沿う断面の一部を示す側断面図である。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、本実施形態における冷却用配管６０８はヘアピンパイプ状に成形されており、ヒートシンク６０３の裏面側に接合されて固定されている。より詳細には、冷却用配管６０８は、複数の配管部分６０８ａを含んで構成されている。これら複数の配管部分６０８ａは、ヒートシンク６０３の短手方向（本実施形態における第１の方向）に各々延びており、且つ該方向と交差するヒートシンク６０３の長手方向（本実施形態における第２の方向）に所定の間隔をおいて並設されている。そして、複数の配管部分６０８ａは、その一端側及び他端側がＵ字状の配管部分６０８ｂによって交互に連結されることにより、全体として単一の配管を構成している。

ヒートシンク６０３は、ヒートシンク６０３の短手方向（第１の方向）に延びておりヒートシンク６０３の長手方向（第２の方向）に並ぶ複数の矩形状の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅを含んでいる。複数の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅのそれぞれは、複数の配管部分６０８ａのうち隣り合う２本の配管部分６０８ａと熱的に結合されている。言い換えれば、複数の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅは、上方から見てそれぞれが２本の配管部分６０８ａを含むように画定されている。

また、図６及び図７を参照すると、上述したように、コントロールカード６０４の裏面上には複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅが実装され、表面上には電磁弁などへの電気信号を生成する電気接点６１８等の電気部品が複数配置されている。そして、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、コントロールカード６０４に形成されたパターン配線によって接続され、通信を行っている。これらのＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅはヒートシンク６０３の長手方向（第２の方向）に並んで配置されており、それぞれヒートシンク６０３の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅ上に配置されている。そして、ＣＰＵ６０５ａは熱伝導性シート６１２を介してヒートシンク６０３の冷却領域６０３ａと熱的に結合されており、ＣＰＵ６０５ｂは熱伝導性シート６１２を介して冷却領域６０３ｂと熱的に結合されている（図７を参照）。ＣＰＵ６０５ｃ〜６０５ｅも同様に、熱伝導性シートを介して冷却領域６０３ｃ〜６０３ｅと熱的に結合されている。すなわち、本実施形態においては、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅが、一つのＣＰＵにつき一つの冷却領域に対して熱的に結合されている。

なお、コントロールカード６０４には、例えば図６に示すようにＣＰＵ６０５ｃ〜６０５ｅとは別のＣＰＵ６１５が実装されていることがある。このＣＰＵ６１５は、例えば複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを統合的に制御するための上位ＣＰＵである。このようなＣＰＵは、インバータ回路等を制御するＣＰＵ６０５ｃ〜６０５ｅと比較して発熱量が大きくないため、冷却領域６０３ｃ〜６０３ｅとは関係なくコントロールカード６０４上の任意の位置に配置される。

また、上述したように、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとヒートシンク６０３との間に配設された熱伝導性シート６１２を介してヒートシンク６０３と熱的に結合されている。熱伝導性シート６１２は、ヒートシンク６０３からＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅへ伝わる振動を吸収しうる弾性材料を含むことが好ましく、例えばシリコーンゴムからなる。

以上説明したように、本実施形態のサーボ制御システム１においては、密閉構造を有するコントロールユニット６００が冷却用配管６０８を有している。そしてこの冷却用配管６０８は、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと熱的に結合され、筐体６０１の外部から冷却液を導入することにより複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを冷却することができる。本実施形態のサーボ制御システム１によれば、このような構造によって、密閉構造にあっても複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを効率的に冷却できるので、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅの温度上昇を効果的に抑えることができる。

また、本実施形態において、コントロールユニット６００は昇降圧コンバータユニット６６及びインバータユニット６２〜６５上に載置されており、コントロールユニット６００内において複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは冷却用配管６０８上に配置されている。すなわち、冷却用配管６０８は、ユニット６２〜６６と複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとの間に配置されている。

ユニット６２〜６６の各々にはインバータ回路や昇降圧コンバータ回路が内蔵されているが、一般的にこれらの回路の発熱量はＣＰＵ等と比較して大きい。そして、本実施形態のようにコントロールユニット６００がユニット６２〜６６上に載置されているような場合、インバータ回路の熱がコントロールユニット６００内のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅへ伝わり易くなる。これに対し、本実施形態では上述したようにユニット６２〜６６とＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとの間に冷却用配管６０８が配置されているので、インバータ回路の熱がＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅへ伝わりにくくなり、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅをより効率的に冷却することが可能となる。

また、本実施形態のように、コントロールユニット６００は、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと冷却用配管６０８との間に設けられてＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅ及び冷却用配管６０８と熱的に結合されたヒートシンク６０３を有することが好ましい。これにより、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅからの熱が冷却用配管６０８へ伝わり易くなり、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを更に効率的に冷却できる。

また、図５及び図６に示したように、冷却用配管６０８は、複数の配管部分６０８ａがその一端側及び他端側において交互に連結された形状を有し、ヒートシンク６０３の複数の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅのそれぞれが、複数の配管部分６０８ａのうち隣り合う２本の配管部分６０８ａと熱的に結合されており、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、一つのＣＰＵにつき一つの冷却領域に対して熱的に結合されていることが好ましい。冷却用配管６０８及びＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅをこのような相互関係となるよう配置することにより、ＣＰＵ一つ当たりの冷却用配管６０８の長さを十分に確保して、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを更に効率的に冷却できる。

また、本実施形態のように、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとヒートシンク６０３との間に、弾性材料を含む熱伝導性シート６１２が配設されることが好ましい。これにより、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅからの熱がヒートシンク６０３へ伝わり易くなり、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを更に効率的に冷却できる。

なお、例えば複数のＣＰＵが互いに別個の基板上に実装され、ケーブル配線によって相互に接続されている場合には、ケーブルの損傷による信頼性の低下が懸念される。しかしながら、本実施形態では、一つのコントロールカード６０４に複数のＣＰＵが備えられ、コントロールカード６０４に形成されたパターン配線によって互いに接続されている。これにより、配線の損傷が少なくなりサーボ制御システム１の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態のサーボ制御システム１は、インバータユニット６２〜６５、昇降圧コンバータユニット６６およびコントロールユニット６００が一体となった構成を備えているが、サーボ制御システム１は必ずしもこのように構成される必要はなく、例えばインバータユニット６２〜６５、昇降圧コンバータユニット６６と分離した状態でコントロールユニット６００を配置してもよい。

また、本実施形態では、コントロールカード６０４とヒートシンク６０３との間に複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを設けた例を示したが、ＣＰＵが一つであっても本実施形態の上記効果を好適に得ることができる。

続いて、本実施形態に係るサーボ制御システム１を種々の作業機械に適用した例について説明する。図８（ａ）は、サーボ制御システム１を備えるフォークリフト１Ａの外観を示す図である。図８（ａ）に示すように、作業機械としてのフォークリフト１Ａは、その車体後方に重りをつけることにより当該車体のバランスをとるように構成された、いわゆるカウンタ式のフォークリフトである。

フォークリフト１Ａは、運転者が乗り込んで着座するための運転席３０、フォーク３２、車輪３４，３８等を有して構成されている。フォーク３２は、荷物を昇降させるためのものであり、このフォーク３２は、運転席３０より前方側に設けられている。車輪３４，３８は、運転席３０より前方と後方とに２つずつ配置されており、運転席３０よりも後方に配置された車輪３８は、操舵用の車輪である。一方、運転席３０よりも前方に配置された車輪３４は、駆動輪である。

図８（ｂ）は、フォークリフト１Ａが搭載するサーボ制御システム１近辺の概略構成図である。フォークリフト１Ａは、サーボ制御システム１のインバータユニット６４，６５（図１を参照）を有しており、インバータユニット６４，６５は、それぞれバッテリ１９からの直流電力により駆動される。インバータユニット６４は、直流電力を交流電力に変換して荷役モータ３５を駆動する。一方、インバータユニット６５は、走行モータ３６を駆動する。荷役モータ３５は、フォーク３２を昇降させるためのモータであり、走行モータ３６は、車輪３４を駆動するためのモータである。なお、図１に示したインバータユニット６２，６３及びそれらに対応するＣＰＵは、フォークリフト１Ａにおいて省くことが可能である。

図９は、本実施形態のサーボ制御システム１を備える作業機械の一例として、リフティングマグネット車両１Ｂ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１Ｂはサーボ制御システム１の他に、図９に示すように、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１０は、リフティングマグネット車両１Ｂ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１０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、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。また、図１１は、図１０における蓄電手段１２０の概略構成を示す図である。

図１０に示すように、リフティングマグネット車両１Ｂは電動発電機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１Ｂにおける電気系統の駆動制御を行うコントローラ（図示せず）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が接続されており、メインポンプ１４には高圧油圧ラインを介して各種の油圧系を制御するためのコントロールバルブ（図示せず）が接続されている。

電動発電機１２の電気的な端子には、インバータユニット６４に含まれるインバータ回路の一端が接続されている。このインバータ回路の他端には、蓄電手段１２０が接続されている。蓄電手段１２０は、図１１に示すように、例えばＤＣバス１１０といった直流配線により構成される一定電圧蓄電部と、昇降圧コンバータユニット６６に含まれる昇降圧コンバータと、例えば蓄電池であるバッテリ１９とによって構成される変動電圧蓄電部を備えている。即ち、インバータユニット６４のインバータ回路の入力端は、ＤＣバス１１０を介して、昇降圧コンバータユニット６６の昇降圧コンバータの入力端に接続されることとなる。この昇降圧コンバータの出力端には、バッテリ１９が接続される。

インバータユニット６４のインバータ回路は、コントローラ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、このインバータ回路が電動発電機１２を力行運転させる際には、バッテリ１９から、昇降圧コンバータユニット６６の昇降圧コンバータおよびＤＣバス１１０を介して、電動発電機１２に必要な電力を供給する。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ユニット６６の昇降圧コンバータを介してバッテリ１９に充電する。なお、昇降圧コンバータユニット６６が有する昇降圧コンバータの昇圧動作と降圧動作との切替制御は、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、コントローラによって行われる。

蓄電手段１２０には、インバータユニット６３のインバータ回路を介してリフティングマグネット７が接続される。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、インバータユニット６３のインバータ回路を介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータユニット６３のインバータ回路は、コントローラ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、インバータユニット６５のインバータ回路を介して旋回用電動機２１が接続される。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により旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転が旋回用電動機２１に伝達され、回生電力が発生する。旋回用電動機２１は、インバータユニット６５のインバータ回路から出力されるＰＷＭ制御信号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。

更に、蓄電手段１２０には、インバータユニット６２のインバータ回路を介して水冷ポンプ２２が接続されている。水冷ポンプ２２は、インバータユニット６２のインバータ回路により交流駆動される。

なお、蓄電手段１２０には、インバータユニット６２〜６５の各インバータ回路を介して、水冷ポンプ２２、リフティングマグネット７、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１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。

１…サーボ制御システム、６１…コントロールユニット底板、６２〜６５…インバータユニット、６６…昇降圧コンバータユニット、６７…板状台座、６８…ヒートシンク、６００…コントロールユニット、６０１…筐体、６０２…カードプレート、６０３…ヒートシンク、６０３ａ〜６０３ｅ…冷却領域、６０４…コントロールカード、６０５ａ〜６０５ｅ…ＣＰＵ、６０６ａ，６０６ｂ…ファン、６０７…コネクタ、６０８…冷却用配管、６０９…電源カード、６１０…電源ＩＣ、６１１…ヒートシンク、６１２…熱伝導性シート、６１３…カードプレート、６１４…熱伝導プレート、６１６…パッキン、６１７…パッキン押さえ部材。

Claims (7)

1. 直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動するためのインバータ回路を各々有するドライバユニットと、
   前記ドライバユニットの前記インバータ回路を制御するコントロールユニットと
   を備え、
   前記コントロールユニットは、
   密閉構造を有する筐体と、
   前記筐体内に設けられ、前記ドライバユニットの前記インバータ回路を制御するＣＰＵと、
   前記ＣＰＵと熱的に結合され、前記筐体の外部から冷却液を導入することにより前記ＣＰＵを冷却する冷却用配管と
   を有することを特徴とする、サーボ制御システム。
2. 前記コントロールユニットが前記ドライバユニット上に載置されており、
   前記冷却用配管が、前記ドライバユニットと前記ＣＰＵとの間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のサーボ制御システム。
3. 前記ＣＰＵと前記冷却用配管との間に設けられ、前記ＣＰＵ及び前記冷却用配管と熱的に結合された熱伝導プレートを前記コントロールユニットが更に有することを特徴とする、請求項１または２に記載のサーボ制御システム。
4. 複数の前記ドライバユニットを備え、
   前記ＣＰＵが、前記筐体内において前記複数のドライバユニットのそれぞれに対応して複数設けられており、該複数のＣＰＵが一枚の基板上に実装されていることを特徴とする、請求項３に記載のサーボ制御システム。
5. 前記冷却用配管が、第１の方向に各々延びており該第１の方向と交差する第２の方向に並設された複数の配管部分がその一端側及び他端側において交互に連結された形状を有し、
   前記熱伝導プレートが、前記第１の方向に延びており前記第２の方向に並ぶ複数の冷却領域を含み、該複数の冷却領域のそれぞれが、前記複数の配管部分のうち隣り合う２本の前記配管部分と熱的に結合されており、
   前記複数のＣＰＵは、一つの前記ＣＰＵにつき一つの前記冷却領域に対して熱的に結合されていることを特徴とする、請求項４に記載のサーボ制御システム。
6. 弾性材料を含み、前記ＣＰＵと前記熱伝導プレートとの間に配設された熱伝導性シートを更に備えることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載のサーボ制御システム。
7. 直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動するためのインバータ回路を各々有するドライバユニットと、前記ドライバユニットの前記インバータ回路を制御するコントロールユニットとを有するサーボ制御システムを備え、
   前記コントロールユニットは、密閉構造を有する筐体と、前記筐体内に設けられ、前記ドライバユニットの前記インバータ回路を制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵと熱的に結合され、前記筐体の外部から冷却液を導入することにより前記ＣＰＵを冷却する冷却用配管とを有する
   ことを特徴とする、作業機械。

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