JP2010222814A - ハイブリッド型建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】電気により動作する機器の配置の自由度を確保することによりサイズを小さくすると共に、単純な構造とすることが可能なハイブリッド型建設機械を提供する。
【解決手段】ハイブリッド型建設機械１は、電動発電機１２と、電動発電機１２を駆動制御するインバータ１８Ａと、電動発電機１２に電力を供給するバッテリ１０１と、バッテリ１０１の充放電を制御する昇降圧コンバータ１０２とを備え、インバータ１８Ａは電動発電機１２に隣接配置され、昇降圧コンバータ１０２はバッテリ１０１に隣接配置されている。これにより、インバータ１８Ａと昇降圧コンバータ１０２とは、電力供給のための配線を介してそれぞれを自在に配置できるので、これらの機器の配置の自由度が確保され、建設機械１のサイズを小さくすることができる。また、隣接配置される機器間の配線を短くすることができるので、構造が単純化する。
【選択図】図５

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、リフティングマグネット車両、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建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３３９８号公報

ハイブリッド型建設機械では、電気により動作する機器が非常に多く搭載されており、これらの機器の信頼性を確保する必要がある。一方、建設機械では、多くの振動が発生する。例えば、電気により動作する機器である複数のインバータを一体的に形成することが考えられるが、このように形成すると装置のサイズが大きくなる。振動が発生すると、サイズの大きな装置には大きなモーメントが発生するので、信頼性確保のためには、装置を強固なものとし、剛性を高める必要がある。高剛性な装置を得るためには、装置のサイズが必然的に大きくなってしまう。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大型化を回避しつつ、搭載される装置の振動に対する耐性を高めることにより信頼性を向上させることが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、内燃機関に接続された電動発電機と、電動発電機を駆動制御する第１の駆動制御手段と、電動発電機に電力を供給する蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する蓄電制御手段とを備え、第１の駆動制御手段は、電動発電機に隣接配置され、蓄電制御手段は、蓄電池に隣接配置されてい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、第１の駆動制御手段と電動発電機とが互いに隣接配置され、蓄電制御手段と蓄電池とが互いに隣接配置されており、第１の駆動制御手段と蓄電制御手段とは、電力供給のための配線を介して、それぞれを自在に配置できるので、これらの機器の配置の自由度が確保されると共に、これらの機器のサイズを小さくすることができる。これによりモーメントの発生を抑制できるので、これらの機器の対振動性を向上させることが可能となる。また、隣接配置される機器間の配線を短くすることができるので、構造が単純化すると共に、耐振動性が向上する。

また、ハイブリッド建設機械では、第１の駆動制御手段は、電動発電機を駆動制御する信号を生成するための第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第１のＣＰＵとを備えることを特徴としてもよい。この場合には、電動発電機を駆動制御する第１のスイッチング素子は第１のＣＰＵにより制御され、この第１のＣＰＵが第１の駆動制御手段に備えられるので、第１のＣＰＵと第１のスイッチング素子との間の配線を短くすることができる。従って、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。

また、ハイブリッド建設機械では、蓄電制御手段は、蓄電池の充放電を制御する信号を生成するための第２のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第２のＣＰＵとを備えることを特徴としてもよい。この場合には、蓄電池を制御する第２のスイッチング素子は第２のＣＰＵにより制御され、この第２のＣＰＵが第２の駆動制御手段に備えられるので、第２のＣＰＵと第２のスイッチング素子との間の配線を短くすることができる。従って、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。

また、ハイブリッド建設機械では、走行機構と、走行機構の上部に旋回機構を介して回動自在に設けられた旋回体と、蓄電池により電力を供給され、旋回機構を駆動する旋回用電動機と、旋回用電動機を駆動制御する第２の駆動制御手段とを備え、第２の駆動制御手段は、旋回用電動機に隣接配置されていることを特徴としてもよい。この場合には、旋回用電動機と第２の駆動制御手段とが互いに隣接配置され、第２の駆動制御手段は、電力の供給を受けるための配線を介して電力の供給源に対して自在に配置することができる。これにより、旋回用電動機及び第２の駆動制御手段を、電力の供給源である蓄電制御手段等とは非一体の構成とすることができるので、装置のサイズを小さくすることができる。また、旋回用電動機と第２の駆動制御手段との間の配線を短くすることができるので、構造が単純化されると共に、対振動性が向上する。

また、ハイブリッド建設機械では、作業要素に連結され、この作業要素を移動させるためのブームと、ブームの動作により回生動作し、この回生動作により発生した電力を蓄電池に供給するブーム回生用発電機と、ブーム回生用発電機を制御する第３の駆動制御手段とを備え、第３の駆動制御手段は、ブーム回生用発電機に隣接配置されていることを特徴としてもよい。この場合には、ブーム回生用発電機と第３の駆動制御手段とが互いに隣接配置され、第３の駆動制御手段は、電力の供給を受けるための配線を介して電力の供給源に対して自在に配置することができる。これにより、ブーム回生用発電機及び第３の駆動制御手段を、電力の供給源である蓄電制御手段等とは非一体の構成とすることができるので、装置のサイズを小さくすることができる。また、ブーム回生用発電機と第３の駆動制御手段との間の配線を短くすることができるので、構造が単純化されると共に、対振動性が向上する。

また、ハイブリッド建設機械では、第１の駆動制御手段及び蓄電制御手段を制御するための制御信号を送信するコントローラと、運転操作を受け付けて、この運転操作内容に基づく制御信号をコントローラに送出する操作手段とを備え、コントローラは、操作手段に隣接配置されていることを特徴としてもよい。この場合には、コントローラと操作手段との間の配線を短くすることが可能となる。

本発明によれば、振動が生じる環境においても、搭載される装置の振動に対する耐性を高めることにより信頼性を向上させることが可能なハイブリッド型建設機械が提供される。

本発明に係る作業機械の一例として、ショベルの外観を示す斜視図である。 ショベル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。 インバータの内部構成を示す図である。 ショベルが備える構成要素の配置を示す概略上面図である。 ショベルが備える冷却液循環システムにおける冷却水の配管の一例を示す図である。 他の実施形態に係るショベル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。 他の実施形態に係るショベルが備える構成要素の配置を示す概略上面図である。

本発明のハイブリッド型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、ショベル１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ショベル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バケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、例えば土砂等をすくい上げるための設備である。ブーム５、アーム６、及びバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、旋回体４には、バケット１０の位置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、本実施形態のショベル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１００の内部構成を示す図である。

図２に示すように、ショベル１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（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、ショベル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、ショベル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７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９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１８Ａ（第１の駆動制御手段）の出力端が接続されている。インバータ１８Ａの入力端には、蓄電手段１００が接続されている。蓄電手段１００は、図３に示すように、例えばＤＣバス１０３といった正極及び負極の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１０２（蓄電制御手段）と、例えば蓄電池であるバッテリ１０１により構成される変動電圧蓄電部とを備えている。即ち、インバータ１８Ａの入力端は、ＤＣバス１０３を介して昇降圧コンバータ１０２の入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータ１０２の出力端には、蓄電池としてのバッテリ１０１が接続されている。昇降圧コンバータ１０２の内部構成の詳細については後述する。

インバータ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１０１及び昇降圧コンバータ１０２からＤＣバス１０３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１０３及び昇降圧コンバータ１０２を介してバッテリ１０１に充電する。なお、昇降圧コンバータ１０２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１０３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１００には、インバータ１８Ｂ（第３の駆動制御手段）を介してブーム回生用発電機３００が接続されている。ブームシリンダ７に油圧モータ３１０が接続されており、ブーム回生用発電機３００の回転軸は、油圧モータ３１０によって駆動される。ブーム回生用発電機３００は、ブーム５が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。

油圧モータ３１０は、ブーム５が下げられるときにブームシリンダ７から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム５が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ１７とブームシリンダ７の間の油圧管７Ａに設けられている。ブーム回生用発電機３００で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｂを経て蓄電手段１００に供給される。

更に、蓄電手段１００には、インバータ１８Ｃ（第２の駆動制御手段）を介して作業用電動機としての旋回用電動機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。

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１８Ｃ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。

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（操作手段）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、及びバケット１０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。

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、ＣＰＵ（Central Processing 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。コントローラ３０は、各種センサ及び操作装置２６等からの操作入力を受けて、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ及び蓄電手段１００等の駆動制御を行う。

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１０２について詳細に説明する。図３には、昇降圧コンバータ１０２の回路構成が概略的に示されている。昇降圧コンバータ１０２は、リアクトル１０２Ａ、トランジスタ１０２Ｂ及び１０２Ｃ、並びに平滑用のコンデンサ１０２Ｄ備えている。トランジスタ１０２Ｂ及び１０２Ｃは、本発明における第２のスイッチング素子を構成する。トランジスタ１０２Ｂ及び１０２Ｃ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１０２Ｂのコレクタとトランジスタ１０２Ｃのエミッタとが相互に接続され、トランジスタ１０２Ｂのエミッタはバッテリ１０１の負側端子およびＤＣバス１０３の負側配線に接続され、トランジスタ１０２ＣのコレクタはＤＣバス１０３の正側配線に接続されている。そして、リアクトル１０２Ａは、その一端がトランジスタ１０２Ｂのコレクタ及びとトランジスタ１０２Ｃのエミッタに接続されるとともに、他端がバッテリ１０１の正側端子に接続されている。トランジスタ１０２Ｂ及び１０２Ｃのゲートには、昇降圧コンバータ１０２に備えられたＣＰＵ１０２Ｅ（図５参照）（第２のＣＰＵ）により生成された制御信号に応じてＰＷＭ電圧が印加される。このＰＷＭ電圧により、トランジスタ１０２Ｂ及び１０２Ｃは、スイッチング制御される。ＣＰＵ１０２Ｅは、コントローラ３０からの制御信号により制御される。なお、トランジスタ１０２Ｂ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１０２ｂが逆方向に接続されている。同様に、トランジスタ１０２Ｃのコレクタとエミッタとの間には、ダイオード１０２ｃが逆方向に接続されている。平滑用のコンデンサ１０２Ｄは、トランジスタ１０２Ｃのコレクタとトランジスタ１０２Ｂのエミッタとの間に接続され、昇降圧コンバータ１０２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１０２において、直流電力をバッテリ１０１からＤＣバス１０３へ供給する際には、トランジスタ１０２ＢのゲートにＰＷＭ電圧を印加し、トランジスタ１０２Ｂのオン／オフに伴ってリアクトル１０２Ａに発生する誘導起電力をダイオード１０２ｃを介して伝達し、この電力をコンデンサ１０２Ｄにより平滑化する。また、直流電力をＤＣバス１０３からバッテリ１０１へ供給する際には、トランジスタ１０２ＣのゲートにＰＷＭ電圧を印加するとともに、トランジスタ１０２Ｃから出力される電流をリアクトル１０２Ａにより平滑化する。

次に、図４を参照して、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃについて詳細に説明する。図４には、インバータ１８の回路構成が概略的に示されており、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは、例えば図４に示すインバータ１８のような回路構成を有している。

インバータ１８は、電源入力端１８１と、各交流電動機Ｍと電気的に接続されて交流電源電圧を各交流電動機Ｍへ供給する駆動電力出力端１８２とを有している。ここで、本実施形態の電動発電機１２、旋回用電動機２１及びブーム回生用発電機３００は、交流電動機Ｍに相当する。電源入力端１８１の正側入力端及び負側入力端はそれぞれ、ＤＣバス１０３の正側配線及び負側配線と接続されている。

インバータ１８の回路は、三相インバータブリッジによって構成されている。すなわち、インバータ１８の回路は、直列に接続された２つのトランジスタ１８３Ａ，１８３Ｂからなる組（ブリッジ）が３組並列に接続されて成り、トランジスタ１８３Ａのコレクタが正電圧側の直流電源ラインと接続され、トランジスタ１８３Ｂのエミッタが負電圧側の直流電源ラインと接続されている。トランジスタ１８３Ａのエミッタとトランジスタ１８３Ｂのコレクタとの接続点は、交流モータＭの電源入力端子と接続されている。また、各トランジスタと並列に、ダイオードが逆方向接続されている。正電圧側の直流電源ラインと負電圧側の直流電源ラインとの間には、平滑用コンデンサ１８４が設けられている。なお、インバータ１８Ａにおけるトランジスタ１８３Ａ，１８３Ｂは、本発明における第１のスイッチング素子を構成する。

トランジスタ１８３Ａ及び１８３Ｂのゲートには、インバータ１８に備えられたＣＰＵ１８５Ａ，１８５Ｂ，１８５Ｃ（図５参照）により生成された制御信号に応じてＰＷＭ電圧が印加される。このＰＷＭ電圧により、トランジスタ１８３Ａ及び１８３Ｂは、スイッチング制御される。ＣＰＵ１８５Ａ，１８５Ｂ，１８５Ｃは、コントローラ３０からの制御信号により制御される。

次に、図５を用いて、図２に示した各構成要素の配置を説明する。図５は、ショベル１が備える構成要素の配置を示す概略上面図である。

図５に示すように、ショベル１は、走行機構２として右側無限軌道２ａ及び左側無限軌道２ｂ並びにブーム５を備えており、図示上方が前進時の進行方向となる。

ブーム５の左側側方には運転室４ａが設けられており、運転室４ａ内に操作装置２６及びコントローラ３０が設けられている。操作装置２６は、運転者による運転操作を受け付けて、該運転操作内容に基づく制御信号をコントローラ３０に送出する。コントローラ３０は、操作装置２６に隣接配置されており、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ及び昇降圧コンバータ１０２を制御するためのＣＰＵ３０ａを備える。ＣＰＵ３０ａからの制御信号は、制御信号線３０ｂを介してＣＰＵ１８５Ｃ、ＣＰＵ１０２Ｅ、ＣＰＵ１８５Ａに直列に送信される。

コントローラ３０が操作装置２６に隣接配置されることにより、コントローラ３０と操作装置２６との間の配線を短くすることができるので、耐ノイズ性及び信頼性を向上させることが可能となる。また、コントローラ３０が運転室４ａ内に設けられるので、ＣＰＵ３０ａ等の電子部品を動作に適した温度下に設けることが可能となる。

ブーム５の右側側方には、バッテリ１０１及び昇降圧コンバータ１０２が設けられている。昇降圧コンバータ１０２は、バッテリ１０１に隣接配置されており、昇降圧コンバータ１０２とバッテリ１０１との間は、２本の強電線により接続されている。昇降圧コンバータ１０２がバッテリ１０１に隣接配置されているので、昇降圧コンバータ１０２とバッテリ１０１との間の配線を短くすることが可能となる。

昇降圧コンバータ１０２は、トランジスタ１０２Ｂ、１０２Ｃをスイッチング制御するためのＣＰＵ１０２Ｅ及び端子台１０３ａを備えている。端子台１０３ａには、正極及び負極の直流配線であるＤＣバス１０３が接続されている。この端子台１０３ａ及びＤＣバス１０３は、直流電圧母線部１０３ｂを構成し、ＤＣバス１０３は一定電圧蓄電部を構成している。昇降圧コンバータ１０２から出力される直流電力は、ＤＣバス１０３を介して、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに供給される。

インバータ１８Ａは、図５に示すように、電動発電機１２に隣接配置されている。インバータ１８Ａと電動発電機１２との間は、３本の強電線により接続されており、インバータ１８Ａと電動発電機１２とが隣接配置されることにより３本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ１８Ａ及び電動発電機１２をひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、２本の強電線であるＤＣバス１０３を介して、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ１０２に対して自在に配置することができる。インバータ１８Ａを昇降圧コンバータ１０２から離して配置することにより、「２本の強電線」からなるＤＣバス１０３のための配線スペースが必要となるが、インバータ１８Ａを制御対象の発電機（ここでは、電動発電機１２）に隣接配置することにより、インバータ１８Ａと制御対象との間の「３本の強電線」のための配線スペースを極めて小さくすることができる。従って、インバータ１８Ａと昇降圧コンバータ１０２とを隣接配置する場合と比較して、インバータ１８Ａと電動発電機１２とを隣接配置する場合の方が、配線のためのスペースを小さくできる。このような配線スペース削減の効果は、後述するインバータ１８Ｂ及び１８Ｃについても同様である。

また、インバータ１８Ａは、インバータ１８Ａが有するトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂをスイッチング制御する信号を生成するためのＣＰＵ１８５Ａ（第１のＣＰＵ）を備えている。ＣＰＵ１８５Ａがインバータ１８Ａに備えられることにより、ＣＰＵ１８５Ａとトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。

電動発電機１２の回転軸は、減速機１３を介してエンジン１１の回転軸及びメインポンプ１４に連結されている。エンジン１１の近傍には、インバータ１８Ａ，１８Ｂ、１８Ｃ及び昇降圧コンバータ１０２を冷却するためのラジエタ４０３が設けられており、ラジエタ４０３は、エンジン１１に連結されたファン４１０により冷却される。

インバータ１８Ｂは、図５に示すように、ブーム回生用発電機３００に隣接配置されている。ブーム回生用発電機３００には、油圧モータ３１０が隣接配置されている。インバータ１８Ｂとブーム回生用発電機３００との間は、３本の強電線により接続されており、インバータ１８Ｂとブーム回生用発電機３００とが隣接配置されることにより３本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ１８Ｂ及びブーム回生用発電機３００をひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、２本の強電線であるＤＣバス１０３を介して、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ１０２に対して自在に配置することができる。

また、インバータ１８Ｂは、インバータ１８Ｂが有するトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂをスイッチング制御する信号を生成するためのＣＰＵ１８５Ｂを備えている。ＣＰＵ１８５Ｂがインバータ１８Ｂに備えられることにより、ＣＰＵ１８５Ｂとトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。

インバータ１８Ｃは、図５に示すように、旋回用電動機２１に隣接配置されている。インバータ１８Ｃと旋回用電動機２１との間は、３本の強電線により接続されており、インバータ１８Ｃと旋回用電動機２１とが隣接配置されることにより３本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ１８Ｃ及び旋回用電動機２１をひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、２本の強電線であるＤＣバス１０３を介して、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ１０２に対して自在に配置することができる。

また、インバータ１８Ｃは、インバータ１８Ｃが有するトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂをスイッチング制御する信号を生成するためのＣＰＵ１８５Ｃを備えている。ＣＰＵ１８５Ｃがインバータ１８Ｃに備えられることにより、ＣＰＵ１８５Ｃとトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。

上記した昇降圧コンバータ１０２のトランジスタ１０２Ｂ及び１０２Ｃ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１０２Ａ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１０２Ｂ及び１０２Ｃ、並びにリアクトル１０２Ａを冷却する必要が生じる。また、インバータ１８Ａ、１８Ｂ及び１８Ｃもまた昇降圧コンバータ１０２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、本実施形態のショベル１は、昇降圧コンバータ１０２、インバータ１８Ａ，１８Ｂ，及び１８Ｃを冷却するための冷却液循環システムを備えている。この冷却液循環システムは、昇降圧コンバータ１０２等に加えて、電動発電機１２、ブーム回生用発電機３００、旋回用電動機２１、バッテリ１０１及びコントローラ３０等の冷却にも用いられる。図６に冷却液循環システムにおける冷却水配管の一例を示す。

図６に示すように冷却液循環システムは、タンク４００、ポンプ４０１、ポンプモータ４０２及びラジエタ４０３を備える。冷却水は、タンク４００に蓄えられており、ポンプモータ４０２により駆動されるポンプ４０１によりラジエタ４０３に送られる。ラジエタ４０３で冷却された冷却水は、配管によりインバータ１８Ｃ、インバータ１８Ａ、昇降圧コンバータ１０２、インバータ１８Ｂ及びコントローラ３０に送られる。

インバータ１８Ｃに送られた冷却水は、配管により旋回用電動機２１を経由してタンク４００に戻される。ここで、インバータ１８Ｃは旋回用電動機２１に隣接配置されているので、インバータ１８Ｃと旋回用電動機２１との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。

インバータ１８Ａに送られた冷却水は、配管により電動発電機１２、減速機１３を経由してタンク４００に戻される。ここで、インバータ１８Ａは電動発電機１２に隣接配置されているので、インバータ１８Ａと電動発電機１２との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。

昇降圧コンバータ１０２に送られた冷却水は、配管によりバッテリ１０１を経由してタンク４００に戻される。ここで、昇降圧コンバータ１０２はバッテリ１０１に隣接配置されているので、昇降圧コンバータ１０２とバッテリ１０１との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。

インバータ１８Ｂに送られた冷却水は、配管によりブーム回生用発電機３００を経由してタンク４００に戻される。ここで、インバータ１８Ｂはブーム回生用発電機３００に隣接配置されているので、インバータ１８Ｂとブーム回生用発電機３００との間の冷却水の配管を短くすることが可能となる。

また、コントローラ３０への冷却水の配管は、ラジエター４０３から直結されている。これにより、コントローラ３０内のＣＰＵに対する冷却性能を確保することができるので、ショベル１の信頼性が確保される。図６では、コントローラ３０、インバータ１８Ａ〜１８Ｃ及びコンバータ１０２は並列に接続されているが、コントローラ３０の冷却に使用した冷却水をインバータ１８Ａ〜１８Ｃ及びコンバータの冷却に用いるように配管を接続しても良い。

次に、ハイブリッド建設機械の他の実施形態に係るショベル１について説明する。図７は、他の実施形態のショベル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。

図７に示す構成では、図２に示す構成（いわゆるパラレル方式）において、減速機１３とメインポンプ１４とが連結されていることに代えて、ポンプ用電動機１４０及びインバータ１８Ｄが設けられている。図７に示す構成は、シリーズ方式と呼ばれ、エンジン１１の全ての動力を一旦電気エネルギに変換して、各種の駆動要素を駆動するものである。

インバータ１８Ｄは、蓄電手段１００とＤＣバス１０３により電気的に接続されると共に、コントローラ３０により制御される。インバータ１８Ｄの出力端は、ポンプ用電動機１４０に接続されており、ポンプ用電動機１４０は、インバータ１８Ｄにより駆動制御される。また、ポンプ用電動機１４０においてメインポンプ１４により発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ１８Ｄを経て蓄電手段１００に供給される。

次に、図８を用いて、図７に示した構成要素の配置を説明する。図８は、ショベル１が備える構成要素の配置を示す概略上面図であり、図７に対応している。

図８に示すように、インバータ１８Ｄは、ポンプ用電動機１４０に隣接配置されている。インバータ１８Ｄとポンプ用電動機１４０との間は、３本の強電線により接続されており、インバータ１８Ｄとポンプ用電動機１４０とが隣接配置されることにより３本の強電線の配線の長さを短くすることができる。また、インバータ１８Ｄには、ＤＣバス１０３を介して、昇降圧コンバータ１０２からの直流電力が供給される。インバータ１８Ｄ及びポンプ用電動機１４０を互いに隣接配置させてひとまとまりとすることにより、これらの装置のまとまりを、直流電力の供給源である昇降圧コンバータ１０２に対して自在に配置することができる。

また、インバータ１８Ｄは、インバータ１８Ｄが有するトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂをスイッチング制御する信号を生成するためのＣＰＵ１８５Ｄを備えている。ＣＰＵ１８５Ｄがインバータ１８Ｄに備えられることにより、ＣＰＵ１８５Ｄとトランジスタ１８３Ａ、１８３Ｂとの間の配線を短くすることが可能となるので、耐ノイズ性及び信頼性が向上する。

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

１…ショベル、２…走行機構、２Ａ，２Ｂ…油圧モータ、２ａ…右側無限軌道、２ｂ…左側無限軌道、３…旋回機構、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…ブームシリンダ、７Ａ…油圧管、８…アームシリンダ、９…バケットシリンダ、１０…バケット、１１…エンジン、１２…電動発電機、１３…減速機、１４…メインポンプ、１５…パイロットポンプ、１６…高圧油圧ライン、１７…コントロールバルブ、１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ…インバータ、２１…旋回用電動機、２１Ａ…回転軸、２２…レゾルバ、２３…メカニカルブレーキ、２４…旋回減速機、２５…パイロットライン、２６…操作装置、２７…油圧ライン、２８…油圧ライン、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、３０ｂ…制御信号線、１００…蓄電手段、１０１…バッテリ、１０２…昇降圧コンバータ、１０２Ａ…リアクトル、１０２Ｂ，１０２Ｃ…トランジスタ、１０２Ｄ…平滑用コンデンサ、１０２ｂ…ダイオード、１０２ｃ…ダイオード、１０３…ＤＣバス、１０３ａ…端子台、１０３ｂ…直流電圧母線部、１４０…ポンプ用電動機、１８１…電源入力端、１８２…駆動電力出力端、１８３Ａ，１８３Ｂ…トランジスタ、１８４…平滑用コンデンサ、３００…ブーム回生用発電機、３１０…油圧モータ、４００…タンク、４０１…ポンプ、４０２…ポンプモータ、４０３…ラジエタ、４１０…ファン。

Claims (6)

1. 内燃機関に接続された電動発電機と、
   前記電動発電機を駆動制御する第１の駆動制御手段と、
   前記電動発電機に電力を供給する蓄電池と、
   前記蓄電池の充放電を制御する蓄電制御手段と
   を備え、
   前記蓄電制御手段は、前記蓄電池に隣接配置され、
   前記第１の駆動制御手段は、前記電動発電機に隣接配置されている
   ことを特徴とするハイブリッド型建設機械。
2. 前記第１の駆動制御手段は、
   前記電動発電機を駆動制御する信号を生成するための第１のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第１のＣＰＵと
   を備え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. 前記蓄電制御手段は、
   前記蓄電池の充放電を制御する信号を生成するための第２のスイッチング素子と、
   前記第２のスイッチング素子をスイッチング制御する信号を生成するための第２のＣＰＵと
   を備え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. 走行機構と、
   前記走行機構の上部に旋回機構を介して回動自在に設けられた旋回体と、
   前記蓄電池により電力を供給され、前記旋回機構を駆動する旋回用電動機と、
   前記旋回用電動機を駆動制御する第２の駆動制御手段と
   を備え、
   前記第２の駆動制御手段は、前記旋回用電動機に隣接配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド型建設機械。
5. 作業要素に連結され、該作業要素を移動させるためのブームと、
   前記ブームの動作により回生動作し、該回生動作により発生した電力を前記蓄電池に供給するブーム回生用発電機と、
   前記ブーム回生用発電機を制御する第３の駆動制御手段と
   を備え、
   前記第３の駆動制御手段は、前記ブーム回生用発電機に隣接配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド型建設機械。
6. 前記第１の駆動制御手段及び前記蓄電制御手段を制御するための制御信号を送信するコントローラと、
   運転操作を受け付けて、該運転操作内容に基づく制御信号を前記コントローラに送出する操作手段と、
   を備え、
   前記コントローラは、前記操作手段に隣接配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド型建設機械。
   

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