JP2010226781A - ハイブリッド型建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の電力を利用して複数の交流電動機を駆動するサーボ制御システムにおいて高い耐振性や耐衝撃性と高いメンテナンス性とを両立できるハイブリッド型建設機械を提供する。
【解決手段】リフティングマグネット車両１は、サーボ制御システム６０を備える。サーボ制御システム６０は、蓄電池の電力を利用して複数の交流電動機を駆動するシステムであって、直流電力を交流電力に変換して一の交流電動機を駆動するインバータ回路、および蓄電池の充放電を行う昇降圧コンバータ回路のうちいずれかの回路と、該回路を収容する筐体とを各々有する複数のユニット６２〜６６を備える。ユニット６２〜６６は、所定方向に並んで配置されると共に、互いに隣接するユニットの筐体同士が締結具により着脱可能に固定されている。
【選択図】図４

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。

従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型の建設機械が提案されている。このようなハイブリッド型建設機械は、例えばブーム、アーム、及びバケットといった可動部を油圧駆動するための油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを駆動するための内燃機関発動機（エンジン）に交流電動機（電動発電機）を連結し、該エンジンの駆動力を補助（アシスト）するとともに、発電により得られる電力を蓄電池（バッテリ）に蓄える。

また、建設機械は、例えば上部旋回体といった作業要素を備えていることが多い。このような場合、上述したハイブリッド型建設機械は、作業要素を駆動するための油圧モータに加え、この油圧モータを補助するための作業用電動機を備えることがある。例えば上部旋回体を旋回させる際、加速旋回時には交流電動機によって油圧モータの駆動を補助し、減速旋回時には交流電動機において回生運転を行う。

このような建設機械の例として、特許文献１に記載された油圧駆動装置がある。この装置では、発電機を兼ねる電動機を油圧ポンプに付設し、コントローラの切換制御により電動機に発電作動とアシスト作動とを行わせている。また、旋回体を駆動する旋回ポンプモータを備えており、旋回系の制動時に回転運動エネルギーを回生している。

特開平１０−１０３１１２号公報

上述したようなハイブリッド型建設機械においては、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し、また、交流電動機における回生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。このため、少なくとも一つのインバータ回路が必要となる。また、バッテリの充放電を制御するために、昇降圧コンバータが必要となる。そして、バッテリの蓄電量に応じてアシスト動作や発電動作等を効率的に行うために、これらインバータ回路および昇降圧コンバータ回路を統合的に制御するサーボ制御システムが設けられることがある。

しかしながら、建設機械は、過酷な作業環境下で使用されることもある。したがって、建設機械に搭載されるサーボ制御システムには、振動や衝撃に対する信頼性が高いレベルで要求される。特に、建設機械では交流電動機の消費電力が比較的大きいので、サーボ制御システムに搭載されるパワートランジスタの出力やコンデンサの容量などを大きくする必要があり、サーボ制御システムが大型化・重量化してしまうため、耐振性や耐衝撃性を確保するためには十分な構造強度が要求される。

一方、過酷な環境下で用いられる建設機械には、高いメンテナンス性も要求される。すなわち、或るインバータ回路に異常が発生した場合、その場で検査・修理することは困難なので、別の場所へ持ち運んで修理等を行えることが望ましい。しかし、上述したように、交流電動機の消費電力が大きい機器ではサーボ制御システムが大型化・重量化してしまい、サーボ制御システムを持ち運ぶことが困難となる。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電池の電力を利用して複数の交流電動機を駆動するサーボ制御システムにおいて高い耐振性や耐衝撃性と高いメンテナンス性とを両立できる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、本発明に係るハイブリッド型建設機械は、蓄電池の電力を利用して複数の交流電動機を駆動するサーボ制御システムを備えるハイブリッド型建設機械であって、サーボ制御システムが、直流電力を交流電力に変換して一の交流電動機を駆動するインバータ回路、および蓄電池の充放電を行う昇降圧コンバータ回路のうちいずれかの回路と、該回路を収容する筐体とを各々有する複数のドライバユニットを備え、複数のドライバユニットは、所定方向に並んで配置されると共に、互いに隣接するドライバユニットの筐体同士が締結具により着脱可能に固定されていることを特徴とする。

上記したハイブリッド型建設機械では、サーボ制御システムにおいて、複数の交流電動機のうち一の交流電動機を駆動するインバータ回路、或いは蓄電池の充放電を行う昇降圧コンバータ回路といったドライバ回路毎に筐体が設けられており、このドライバ回路と筐体とがドライバユニットとして各々独立している。そして、これらのドライバユニットの筐体が着脱可能に固定されている。したがって、作業現場において個々のドライバユニットをサーボ制御システムから取り外すことが容易にできるので、何れかのドライバ回路に異常が発生した場合等に高いメンテナンス性を確保できる。また、上記したハイブリッド型建設機械では、サーボ制御システムにおいて、各ドライバユニットが所定方向に並んで配置され、これらの筐体同士が締結具により固定されている。このような構成によって、サーボ制御システム全体の構造強度を効果的に高めることができ、高い耐振性や耐衝撃性を確保できる。すなわち、このハイブリッド型建設機械によれば、サーボ制御システムの高い耐振性や耐衝撃性と高いメンテナンス性とを両立することが可能となる。

また、ハイブリッド型建設機械は、当該ハイブリッド型建設機械の運転の際に、複数のドライバユニットの内部が密閉空間となることが好ましい。これにより、複数のドライバユニットの耐環境性を高めることができる。

また、ハイブリッド型建設機械は、サーボ制御システムが、複数のドライバユニットの各回路を制御するための制御回路を有するコントロールユニットを更に備え、コントロールユニットが、複数のドライバユニット上に載置されており、所定方向と交差する方向における複数のドライバユニットの一端において所定方向に沿って設けられた支軸周りに回動可能に取り付けられていることを特徴としてもよい。このように、複数のドライバユニット以外のユニットが複数のドライバユニット上に載置されている場合には、このユニットを複数のドライバユニットに対して上記支軸周りに回動可能とすることにより、複数のドライバユニットへのアクセスが容易となり、より高いメンテナンス性を確保できる。また、この場合、ハイブリッド型建設機械は、サーボ制御システムが、コントロールユニットが複数のドライバユニットに対して支軸周りに開いた状態でコントロールユニットを支持する支持具を更に備えることが好ましい。これにより、ドライバユニットの取り外し作業を更に容易にでき、メンテナンス性を更に高めることができる。

また、上記のようにコントロールユニットが回動可能な状態で複数のドライバユニット上に載置されている場合、複数のドライバユニットの各筐体におけるコントロールユニットと対向する面が開口していることが好ましい。これにより、ドライバユニットの筐体同士を固定する締結具へのアクセスが容易となり、メンテナンス性を更に高めることができる。

また、ハイブリッド型建設機械は、サーボ制御システムが、複数のドライバユニットが載置される底板と、複数のドライバユニットを所定方向の両側から挟む側板とを有する台座を更に備え、複数のドライバユニットのうち両端に位置するドライバユニットの筐体と、台座の側板とが締結具により着脱可能に固定されていることを特徴としてもよい。これにより、メンテナンス性を損なうことなく、サーボ制御システム全体の構造強度を更に増して、耐振性や耐衝撃性をより高めることができる。

本発明に係るハイブリッド型建設機械によれば、蓄電池の電力を利用して複数の交流電動機を駆動するサーボ制御システムにおいて高い耐振性や耐衝撃性と高いメンテナンス性とを両立できる。

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。 サーボ制御システムの外観を示す斜視図である。 サーボ制御システムの上断面図である。 図５に示すサーボ制御システムの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。 サーボ制御システムのコントロールユニットを開いた状態を示す斜視図である。 ハイブリッド型建設機械の他の一例として、ホイルローダの外観を示す側面図である。 ホイルローダ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。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるハイブリッド型建設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、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（内燃機関発動機）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。

また、リフティングマグネット車両１はサーボ制御ユニット６０を備えている。サーボ制御ユニット６０は、旋回機構３やリフティングマグネット７といった作業要素を駆動するための交流電動機や、エンジン１１をアシストするための電動発電機、並びに蓄電池（バッテリー）の充放電を制御する。サーボ制御ユニット６０は、直流電力を交流電力に変換して交流電動機や電動発電機を駆動するためのインバータユニット、バッテリーの充放電を制御する昇降圧コンバータユニットといった複数のドライバユニットと、該複数のドライバユニットを制御するためのコントロールユニットとを備えている。

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がこのエンジン１１を作業要素として駆動することによりエンジン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、直流母線であるＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ（直流電圧変換器）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。バッテリ１９は、例えばキャパシタ型蓄電池によって構成される。バッテリ１９の大きさの一例としては、電圧２．５Ｖ、容量２４００Ｆのキャパシタが１４４個直列に接続されたもの（すなわち、両端電圧３６０Ｖ）が好適である。

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のＤＣバス１１０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が接続されている。インバータ回路２０Ａの一端には作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機）２１が接続されており、インバータ回路２０Ａの他端は蓄電手段１２０のＤＣバス１１０に接続されている。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。

インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂ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、昇降圧コンバータ１００に含まれるリアクトル１０１（図３を参照）においても発熱量が多大となる。したがって、インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂ、並びに昇降圧コンバータ１００を冷却する必要が生じる。そこで、本実施形態のリフティングマグネット車両１は、エンジン１１用の冷却液循環システムとは別に、昇降圧コンバータ１００、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，及び２０Ｂを冷却するための冷却液循環システム７０を備えている。

冷却液循環システム７０は、昇降圧コンバータ１００、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂ等に供給される冷却液を循環させるためのポンプ（冷却液循環用ポンプ）７２と、このポンプ７２を駆動するポンプモータ（冷却用電動機）７１とを有している。ポンプモータ７１は、インバータ回路２０Ｃを介して蓄電手段１２０に接続されている。インバータ回路２０Ｃは、コントローラ３０からの指令に基づき、昇降圧コンバータ１００を冷却する際にポンプモータ７１へ要求された電力を供給する。本実施形態の冷却液循環システム７０は、昇降圧コンバータ１００、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ，及び２０Ｂ、並びにコントローラ３０を冷却する。加えて、冷却液循環システム７０は、電動発電機１２、減速機１３、および旋回用電動機２１を冷却する。

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、走行機構２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、本実施形態における制御回路を構成する。コントローラ３０は、ＣＰＵ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。また、コントローラ３０の電源は、バッテリ１９とは別のバッテリ（例えば２４Ｖ車載バッテリ）である。コントローラ３０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。また、コントローラ３０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、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に示すように、昇降圧コンバータ１００は、昇降圧型のスイッチング制御方式を備えており、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃを有する。トランジスタ１００Ｂは昇圧用のスイッチング素子であり、トランジスタ１００Ｃは降圧用のスイッチング素子である。トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃは、例えばＩＧＢＴ（InsulatedGate 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が逆方向に並列接続されている。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が逆方向に並列接続されている。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（すなわち、ＤＣバス１１０の正側配線と負側配線との間）には、ＤＣバス１１０において平滑用のコンデンサ１１０ａが接続される。コンデンサ１１０ａは、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧、電動発電機１２からの発電電圧や旋回用電動機２１からの回生電圧を平滑化する。

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、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧が印加される。そして、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がダイオード１００ｃを介して伝達され、この電力がコンデンサ１１０ａにより平滑化される。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、コントローラ３０からの指令によってトランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧が印加されるとともに、トランジスタ１００Ｃから出力される電流がリアクトル１０１により平滑化される。

図４は、サーボ制御システム６０の外観を示す斜視図である。本実施形態のサーボ制御システム６０は、蓄電池（バッテリ１９）の電力を利用して複数の交流電動機（電動発電機１２、旋回用電動機２１、ポンプモータ７１など）を駆動するための装置である。サーボ制御システム６０は、略直方体状の外観を有しており、バッテリ１９の充放電を行うための昇降圧コンバータ１００を有する昇降圧コンバータユニット６２と、電動発電機１２、旋回用電動機２１、及びポンプモータ７１のうち一の交流電動機、或いはリフティングマグネット７を駆動するインバータ回路１８Ａ及び２０Ａ〜２０Ｃを各々有する複数のインバータユニット６３〜６６と、昇降圧コンバータユニット６２の昇降圧コンバータ１００、及びインバータユニット６３〜６６の各インバータ回路１８Ａ，２０Ａ〜２０Ｃを制御するためのコントローラ３０を有するコントロールユニット６１とを備えている。なお、昇降圧コンバータユニット６２及びインバータユニット６３〜６６は、本実施形態において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６２及び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製の筐体を有する。これらのユニット６２〜６６は、金属製の底板６７ａを含む台座６７の底板６７ａ上に載置されており、互いに所定方向（横方向）に並んで配置されている。なお、台座６７は、ユニット６２〜６６を上記所定方向の両側から挟む側板６７ｂを更に有する。

ユニット６２〜６６の上には、これらの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ユニット底板６１ｂが設けられており、コントロールユニット底板６１ｂ上にコントロールユニット６１が載置されている。更にコントロールユニット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、コントロールユニット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、サーボ制御システム６０の上断面図である。また、図６は、図５に示すサーボ制御システム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。

昇降圧コンバータユニット６２は、略直方体状の外観を有する筐体６２ｃの内部に、昇降圧コンバータを構成するためのインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）及びリアクトルといった電子部品を収容して構成されており、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６２の出力端にはバッテリ１９（図３参照）が接続されており、昇降圧コンバータユニット６２はバッテリ１９の充放電を制御する。

インバータユニット６３〜６６は、略直方体状の外観を有する筐体６３ｃ〜６６ｃの内部に、インバータ回路１８Ａ，２０Ａ〜２０Ｃを構成するためのＩＰＭ及び平滑コンデンサといった電子部品を収容して構成されており、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６３〜６６の出力端それぞれには、電動発電機１２、旋回用電動機２１、リフティングマグネット７、及びポンプモータ７１それぞれが接続される。これらの交流電動機は、インバータユニット６３〜６６から出力されるＰＷＭ制御信号により交流駆動される。

各ユニット６２〜６６の筐体６２ｃ〜６６ｃそれぞれの底面は、ボルト８０といった締結具によって、台座６７の底板６７ａに対し着脱可能なように固定されている。また、ユニット６２〜６６の並び方向において両端に位置するユニット６２及び６６の筐体６２ｃ及び６６ｃの側面は、ボルト及びナットからなる締結具８１によって、台座６７の側板６７ｂに対し着脱可能なように固定されている。さらに、ユニット６２〜６６のうち互いに隣接するユニットの筐体は、その側面同士が、ボルト及びナットからなる締結具８２によって互いに着脱可能なように固定されている。そして、各ユニット６２〜６６の筐体６２ｃ〜６６ｃの上面（すなわち、コントロールユニット６１と対向する面）は、締結具８１，８２等へのアクセスを容易にするため開口しており、コントロールユニット底板６１ｂによって閉じられている。

また、サーボ制御システム６０は、ＤＣバス１１０（図３を参照）を更に備えている。ＤＣバス１１０は、細長い金属板であるブスバーからなり、各ユニット６２〜６６が並べられた方向（所定方向）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。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ＤＣバス１１０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、ＤＣバス１１０を介して行われる。昇降圧コンバータユニット６２は、バッテリ１９の充放電の制御を行うことでＤＣバス１１０の電圧を一定に制御する。

次に、各ユニット６２〜６６の内部構成、及び各ユニット６２〜６６とＤＣバス１１０との接続構造について詳細に説明する。

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、図７（ｂ）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筐体６５ｃ，６６ｃの側板を外した状態を示している。また、他の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７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６６の内部には、インバータ回路を構成するトランジスタを組み込んだＩＰＭ１０５と、冷却用配管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。

インバータユニット６５，６６の筐体６５ｃ，６６ｃの側板の上辺には、ＤＣバス１１０を配設するための矩形切欠き部６５ｅ，６６ｅが設けられている。平滑コンデンサ７１ａ，７１ｂは、筐体６５ｃ，６６ｃの側板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、筐体６５ｃ，６６ｃの側板上辺の矩形切欠き部６５ｅの高さから上方へ突出している。また、他のインバータユニット６３，６４の筐体６３ｃ、６４ｃも同様の構造を有しており、ＤＣバス１１０は、インバータユニット６３〜６６を横断するように配設されている。

ＤＣバス１１０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（所定方向）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。正極ブスバー７０ａ及び負極ブスバー７０ｂは、インバータユニット６５，６６の平滑コンデンサ７１ａ、７１ｂ、並びにインバータユニット６３，６４の平滑コンデンサの端子と直結するように、ボルトといった締結具によって着脱可能に固定されている。

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、図８（ｂ）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筐体６２ｃの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（図３参照）を構成するトランジスタ１００Ｂ，１００Ｃ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における筐体６２ｃの側板上辺には、ＤＣバス１１０を配設するための矩形切欠き部６２ｅが設けられている。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は筐体６２ｃに設けられた端子台と配線により接続されており、ＩＰＭ１０３の端子１０３ｄは別の端子台と配線により接続されている。これらの端子台は、バッテリ１９を接続するためのものである。

ここで、図９は、サーボ制御システム６０のコントロールユニット６１を開いた状態を示す斜視図である。図９に示すように、コントロールユニット６１は、各ユニット６２〜６６が並ぶ方向（所定方向）と交差する方向（本実施形態では各ユニット６２〜６６の長手方向）における各ユニット６２〜６６の後端において上記所定方向に沿って設けられた支軸周りに回動可能に取り付けられている。具体的には、各ユニット６２〜６６の筐体６２ｃ〜６６ｃの背面と接するように台座６７の一部が配設されており（例えば図５を参照）、この台座６７の部分に固定された蝶番（支軸）を介してコントロールユニット底板６１ｂが台座６７に取り付けられている。コントロールユニット６１はコントロールユニット底板６１ｂに固定されているので、コントロールユニット６１はコントロールユニット底板６１ｂと共に上記支軸周りに回動（開閉）する。このような機構によって、各ユニット６２〜６６の筐体６２ｃ〜６６ｃの開口が外部に露出し、締結具８１，８２（図５参照）等へのアクセスが可能となる。このように、ユニット６２〜６６は、リフティングマグネット車両１の運転時にはコントロールユニット６１が載置されることによりその内部が密閉空間となり、サーボ制御システム６０のメンテナンスの際には開口される。

また、サーボ制御システム６０は、コントロールユニット６１がユニット６２〜６６に対して上記支軸周りに開いた状態でコントロールユニット６１を支持する支持具９０を更に備えている。支持具９０は例えば金属製の棒状の部材からなり、その一端が台座６７の側板６７ｂ付近に係合され、他端がコントロールユニット底板６１ｂに係合される。この支持具９０は、コントロールユニット６１が閉じた状態ではサーボ制御システム６０の何れかの箇所に収納される。

なお、上記の説明では、コントロールユニット底板６１ｂをインバータユニット６３〜６６や昇降圧コンバータユニット６２の上蓋として用いた例を示したが、インバータユニット６３〜６６や昇降圧コンバータユニット６２の上蓋は、必ずしもコントロールユニット６１の構成部材でなくともよく、防水機能を有していれば他の部材（例えば鉄板）でもよい。更に、インバータユニット６３〜６６や昇降圧コンバータユニット６２をコントロールユニット底板６１ｂといった共通の部材で塞ぐ方式に代えて、各ユニット６２〜６６毎に設けられた部材によってこれらを塞ぐようにしてもよい。

以上に説明した本実施形態のリフティングマグネット車両１に関し、特にサーボ制御システム６０による効果について説明する。サーボ制御システム６０においては、複数の交流電動機（電動発電機１２、旋回用電動機２１、ポンプモータ７１など）のうち一の交流電動機を駆動するインバータ回路（インバータ回路１８Ａ，２０Ａ〜２０Ｃのいずれか）、或いはバッテリ１９の充放電を行う昇降圧コンバータ１００といったドライバ回路毎に筐体６２ｃ〜６６ｃが設けられており、これらの回路と筐体６２ｃ〜６６ｃとが、昇降圧コンバータユニット６２及びインバータユニット６３〜６６として各々独立している。そして、これらのユニット６２〜６６の筐体６２ｃ〜６６ｃが、サーボ制御システム６０において個別に着脱可能なように固定されている。したがって、作業現場等において個々のユニット６２〜６６をサーボ制御システム６０から取り外すことが容易にできるので、何れかの回路に異常が発生した場合等に高いメンテナンス性を確保できる。

また、本実施形態のサーボ制御システム６０においては、各ユニット６２〜６６が所定方向に並んで配置され、これらの筐体６２ｃ〜６６ｃ同士が締結具８２によって固定されている。このような構成によって、サーボ制御システム６０全体の構造強度を効果的に高めることができ、高い耐振性や耐衝撃性を確保できる。

以上のことから、本実施形態のリフティングマグネット車両１によれば、サーボ制御システム６０の高い耐振性や耐衝撃性と高いメンテナンス性とを両立することが可能となる。

また、本実施形態のように、ユニット６２〜６６の各回路を制御するためのコントローラ３０を有するコントロールユニット６１をサーボ制御システム６０が備え、このコントロールユニット６１が複数のユニット６２〜６６上に載置されている場合、コントロールユニット６１は、ユニット６２〜６６の一端において所定方向に沿って設けられた支軸周りに回動（開閉）可能に取り付けられていることが好ましい。これにより、ユニット６２〜６６の内部へのアクセスが容易となり、より高いメンテナンス性を確保できる。また、この場合、コントロールユニット６１がユニット６２〜６６に対して支軸周りに開いた状態でコントロールユニット６１を支持する支持具９０をサーボ制御システム６０が更に備えることにより、ユニット６２〜６６の取り外し作業を更に容易にでき、メンテナンス性を更に高めることができる。

また、本実施形態のように、コントロールユニット６１が回動可能な状態で複数のユニット６２〜６６上に載置されている場合には、ユニット６２〜６６の各筐体６２ｃ〜６６ｃにおけるコントロールユニット６１と対向する面が開口していることが好ましい。これにより、ユニット６２〜６６の筐体６２ｃ〜６６ｃ同士を固定する締結具８２や、筐体６２ｃ〜６６ｃと台座６７とを固定する締結具８０，８１へのアクセスが容易となり、メンテナンス性を更に高めることができる。

また、本実施形態のように、サーボ制御システム６０は、ユニット６２〜６６が載置される底板６７ａと、ユニット６２〜６６を所定方向の両側から挟む側板６７ｂとを有する台座６７を備え、ユニット６２〜６６のうち両端に位置するユニット６２，６６の筐体６２ｃ，６６ｃと、台座６７の側板６７ｂとが締結具８１により着脱可能に固定されていることが好ましい。これにより、メンテナンス性を損なうことなく、サーボ制御システム６０全体の構造強度を更に増して、耐振性や耐衝撃性をより高めることができる。

続いて、本発明に係るハイブリッド型建設機械の他の例について説明する。図１０は、本発明に係るハイブリッド型建設機械の他の一例として、ホイルローダ１Ｂの外観を示す側面図である。図１０に示すように、ホイルローダ１Ｂは、平坦路を走行するための車輪２０１と、車輪２０１の車軸に支持された車体２０２と、車体２０２の前方に配置されたバケット２０３とを備えている。バケット２０３を持ち上げるための機構はリフトアーム２０４及びリフトシリンダ２０５により構成され、バケット２０３を後方に傾けたり土砂等の放出動作をさせるための機構はバケットシリンダ２０６により構成されている。車体２０２には、バケット２０３を操作する操作者を収容するための運転室２０７や、油圧を発生するためのエンジン（不図示）といった動力源が設けられている。

図１１は、ホイルローダ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１１では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。

図１１に示すように、ホイルローダ１Ｂはエンジン３０１を備えており、このエンジン３０１の回転軸は、トルクスプリッタ３０１ａを介して電動発電機３０２及びクラッチ３０３に連結されている。クラッチ３０３は車軸３０４に連結されており、エンジン３０１の動力を車軸３０４に伝達する。電動発電機３０２は、エンジン３０１の駆動力を補助（アシスト）すると共に、エンジン３０１の駆動力を利用して発電を行う。電動発電機３０２によって生じた交流電力は、インバータユニット３０５が有するインバータ回路によって直流電力に変換され、昇降圧コンバータ付きバッテリ３０６に蓄えられる。

また、昇降圧コンバータ付きバッテリ３０６は、インバータユニット３０７が有する別のインバータ回路を介して、交流電動機であるポンプモータ３０８に接続されている。インバータユニット３０７のインバータ回路は、バッテリ３０６から出力された直流電力を交流電力に変換して、ポンプモータ３０８を駆動する。ポンプモータ３０８の回転軸は油圧ポンプ３０９に連結されており、この油圧ポンプ３０９から生じた油圧が、リフトシリンダ２０５及びバケットシリンダ２０６（図１０）へ供給される。また、昇降圧コンバータ付きバッテリ３０６は、インバータユニット３１０が有する更に別のインバータ回路を介して、交流電動機である冷却用モータ３１１に接続されている。冷却用モータ３１１は、インバータユニット３０５及び３０７に設けられた水冷用配管（図７に示した配管６５ａ，６６ａと同様のもの）に冷却液を供給するためのポンプを駆動する。

このような構成において、インバータユニット３０５，３０７，及び３１０は、サーボ制御システム６０Ａを構成することができる。このサーボ制御システム６０Ａは、上述したサーボ制御システム６０と同様の構成を備えている。すなわち、インバータユニット３０５，３０７，及び３１０は、図４〜図９に示したユニット６２〜６６と同様、所定方向に並んで配置されると共に、互いに隣接するインバータユニットの筐体同士が締結具により着脱可能に固定されている。また、サーボ制御システム６０Ａは、インバータユニット３０５，３０７，及び３１０の各インバータ回路を制御するための制御回路を有するコントロールユニット（不図示）を更に備えており、このコントロールユニットは、インバータユニット３０５，３０７，及び３１０上に載置され、支軸周りに回動（開閉）可能に取り付けられている。更に、サーボ制御システム６０Ａは、図４に示した台座６７に相当する部材、および図９に示した支持具９０に相当する部材を備えている。

本発明によるハイブリッド型建設機械は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではハイブリッド型建設機械としてリフティングマグネット車両及びホイルローダを例示して説明したが、他のハイブリッド型建設機械（例えば、ショベルやクレーン等）にも本発明を適用してもよい。

１…リフティングマグネット車両、２…走行機構、３…旋回機構、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…リフティングマグネット、１１…エンジン、１２…電動発電機、１４…メインポンプ、１８Ａ，２０Ａ〜２０Ｃ…インバータ回路、１９…バッテリ、２１…旋回用電動機、２４…旋回減速機、２６…操作装置、２７，２８…油圧ライン、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、６０…サーボ制御システム、６１…コントロールユニット、６１ｂ…コントロールユニット底板、６２…昇降圧コンバータユニット、６２ｃ〜６６ｃ…筐体、６３〜６６…インバータユニット、６７…台座、６７ａ…底板、６７ｂ…側板、６８…ヒートシンク、７１ａ，７１ｂ…平滑コンデンサ、８０…ボルト、８１，８２…締結具、９０…支持具、１００…昇降圧コンバータ、１１０…ＤＣバス、１２０…蓄電手段。

Claims (6)

1. 蓄電池の電力を利用して複数の交流電動機を駆動するサーボ制御システムを備えるハイブリッド型建設機械であって、
   前記サーボ制御システムは、
   直流電力を交流電力に変換して一の前記交流電動機を駆動するインバータ回路、および前記蓄電池の充放電を行う昇降圧コンバータ回路のうちいずれかの回路と、該回路を収容する筐体とを各々有する複数のドライバユニットを備え、
   前記複数のドライバユニットは、所定方向に並んで配置されると共に、互いに隣接する前記ドライバユニットの前記筐体同士が締結具により着脱可能に固定されている
   ことを特徴とする、ハイブリッド型建設機械。
2. 当該ハイブリッド型建設機械の運転の際に、前記複数のドライバユニットの内部が密閉空間とな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. 前記サーボ制御システムが、前記複数のドライバユニットそれぞれの各回路を制御するための制御回路を有するコントロールユニットを更に備えており、
   前記コントロールユニットは、前記複数のドライバユニット上に載置されており、前記所定方向と交差する方向における前記複数のドライバユニットの一端において前記所定方向に沿って設けられた支軸周りに回動可能に取り付けられている
   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. 前記サーボ制御システムが、前記コントロールユニットが前記複数のドライバユニットに対して前記支軸周りに開いた状態で前記コントロールユニットを支持する支持具を更に備える
   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. 前記複数のドライバユニットの各筐体における前記コントロールユニットと対向する面が開口している
   ことを特徴とする、請求項３または４に記載のハイブリッド型建設機械。
6. 前記サーボ制御システムが、前記複数のドライバユニットが載置される底板と、前記複数のドライバユニットを前記所定方向の両側から挟む側板とを有する台座を更に備え、
   前記複数のドライバユニットのうち両端に位置する前記ドライバユニットの前記筐体と、前記台座の前記側板とが締結具により着脱可能に固定されている
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。

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