JP2014039460A - コントローラ - Google Patents
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Abstract
【課題】大容量の蓄電用コンデンサを用いることなく、発電機からの電力によって電動機を駆動することが可能なコントローラを提供する。
【解決手段】第１の電力変換器（101）は、発電機（31）からの交流電圧を直流電圧に変換し、第２の電力変換器（102）は、第１の電力変換器（101）からの直流電圧を交流電圧に変換して電動機（32）に供給する。第１および第２の制御器（103,104）は、第１および第２の電力変換器（101,102）をそれぞれ制御する。ケーシング（20）は、第１および第２の電力変換器（101,102）と第１および第２の制御器（103,104）とを格納している。
【選択図】図２
【解決手段】第１の電力変換器（101）は、発電機（31）からの交流電圧を直流電圧に変換し、第２の電力変換器（102）は、第１の電力変換器（101）からの直流電圧を交流電圧に変換して電動機（32）に供給する。第１および第２の制御器（103,104）は、第１および第２の電力変換器（101,102）をそれぞれ制御する。ケーシング（20）は、第１および第２の電力変換器（101,102）と第１および第２の制御器（103,104）とを格納している。
【選択図】図２
Description
この発明は、発電機と電動機との間に接続されるコントローラに関し、特に、発電機からの電力を利用して電動機を駆動するコントローラに関する。
従来より、油圧駆動と電力駆動とが併用されるハイブリッド型の動力システムが知られている。このような動力システムは、建設機械（例えば、バックホー）や電気自動車などに搭載されている。例えば、特許文献１のハイブリッド建設機械は、エンジンの出力軸に連結された発電電動機と、旋回体を旋回させるスイングマシナリに駆動軸が連結された旋回モータと、キャパシタとを備え、発電電動機からの電力および旋回モータからの回生電力をキャパシタに蓄電し、そのキャパシタに蓄電された電力を利用して旋回モータを駆動している。
しかしながら、特許文献１では、発電機（発電電動機）からの電力および電動機（旋回モータ）からの回生電力を蓄電用コンデンサ（キャパシタ）に蓄電することを前提としているので、蓄電用コンデンサの容量値を低減することが困難である。すなわち、発電機（発電電動機）からの電力および電動機（旋回モータ）からの回生電力を蓄電するために、蓄電用コンデンサとして大容量の蓄電器（例えば、電解コンデンサ）を用いることになるので、コストを削減することが困難である。
そこで、この発明は、大容量の蓄電用コンデンサを用いることなく、発電機からの電力によって電動機を駆動することが可能なコントローラを提供することを目的とする。
第１の発明は、発電機（31）と電動機（32）の間に接続されるコントローラ（10）であって、上記発電機（31）からの交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換器（101）と、上記第１の電力変換器（101）からの直流電圧を交流電圧に変換して上記電動機（32）に供給する第２の電力変換器（102）と、互いの間で通信して上記第１および第２の電力変換器（101,102）をそれぞれ制御する第１および第２の制御器（103,104）と、上記第１および第２の電力変換器（101,102）と上記第１および第２の制御器（103,104）とを格納するケーシング（20）とを備えていることを特徴とするコントローラである。
上記第１の発明では、第１および第２の制御器（103,104）が互いの間で通信して第１および第２の電力変換器（101,102）を制御しているので、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を実施することができる。これにより、第１および第２の電力変換器（101,102）の間における電圧変動を抑制することができる。
第２の発明は、上記第１の発明において、上記発電機（31）が、油圧アクチュエータ（4）からの戻り油が供給される回生用油圧モータ（45）によって駆動されるように構成され、上記電動機（32）が、エンジン（41）による油圧アクチュエータ（4）の駆動を補助するように構成されていることを特徴とするコントローラである。
上記第２の発明では、回生用油圧モータ（45）を停止させることにより、発電機（31）を停止させることができるので、発電機（31）を容易に停止させることができる。また、電動機（32）のみで負荷を駆動するように構成されている場合よりも、電動機（32）から回生される電力を低減することができる。
第３の発明は、上記第１の発明において、上記第１および第２の制御器（103,104）が、シリアル通信方式により通信するように構成されていることを特徴とするコントローラである。
上記第３の発明では、第１および第２の制御器（103,104）の間の通信速度を高速化することができる。これにより、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を高速化することができる。
第４の発明は、上記第１の発明おいて、上記第１および第２の制御器（103,104）が、制御基板（13）に形成されていることを特徴とするコントローラである。
上記第４の発明では、第１および第２の制御器（103,104）の間におけるノイズを低減することができる。これにより、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を高速化することができる。
第５の発明は、上記第４の発明において、上記第１および第２の電力変換器（101,102）が、第１および第２の駆動基板（11,12）にそれぞれ形成され、上記制御基板（13）が、上記第１および第２の駆動基板（11,12）の上方に配置されていることを特徴とするコントローラである。
上記第５の発明では、ケーシング（20）内の空間を有効に利用することができる。
第６の発明は、上記第５の発明において、上記第１および第２の駆動基板（11,12）が、上記ケーシング（20）の底壁部（21a）に配置され、上記ケーシング（20）の底壁部（21a）に、上記第１および第２の駆動基板（11,12）に形成された第１および第２の電力変換器（101,102）を冷却するための冷却部（210）が形成されていることを特徴とするコントローラである。
上記第６の発明では、第１および第２の駆動基板（11,12）にそれぞれ形成された第１および第２の電力変換器（101,102）を冷却部（210）に熱的に接触させることができる。
第７の発明は、上記第１の発明において、上記第１および第２の電力変換器（101,102）を接続するＤＣバスライン（100）と、上記ＤＣバスライン（100）に接続されたコンデンサ（105）とをさらに備え、上記ＤＣバスライン（100）および上記コンデンサ（105）が、上記ケーシング（20）内に格納されていることを特徴とするコントローラである。
上記第７の発明では、ＤＣバスライン（100）にコンデンサ（105）を接続することにより、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができる。
第８の発明は、上記第７の発明において、上記コンデンサ（105）の容量値が、上記第１および第２の電力変換器（101,102）のスイッチング動作に起因する電圧変動およびＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができるように設定されていることを特徴とするコントローラである。
上記第８の発明では、第１の電力変換器（101）用のスナバコンデンサ（スイッチング動作に起因する電圧変動を吸収するためのコンデンサ）と、第２の電力変換器（102）用のスナバコンデンサと、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収するための平滑コンデンサとを、１つのコンデンサ（105）に集約することができる。
第１の発明によれば、第１および第２の電力変換器（101,102）の間における電圧変動を低減することができるので、大容量の蓄電用コンデンサを用いることなく、発電機（31）からの電力を利用して電動機（32）を駆動させることができる。
第２の発明によれば、発電機（31）を容易に停止させることができ、電動機（32）から回生される電力を低減することができるので、第１および第２の電力変換器（101,102）の間における電圧変動を低減することができる。
第３の発明によれば、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を高速化することができるので、第１および第２の電力変換器（101,102）の間における電圧変動を低減することができる。
第４の発明によれば、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を高速化することができるので、第１および第２の電力変換器（101,102）の間における電圧変動を低減することができる。
第５の発明によれば、ケーシング（20）内のスペースを有効に利用することができるので、コントローラ（10）を小型化することができる。
第６の発明によれば、第１および第２の電力変換器（101,102）を冷却部（210）に熱的に接触させることができるので、第１および第２の電力変換器（101,102）を効率良く冷却することができる。
第７の発明によれば、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができるので、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を低減することができる。
第８の発明によれば、第１の電力変換器（101）用のスナバコンデンサと、第２の電力変換器（102）用のスナバコンデンサと、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収するための平滑コンデンサとを、１つのコンデンサ（105）に集約することができるので、コントローラ（10）を小型化することができる。
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
〔ハイブリッド油圧装置〕
図１は、この発明の実施形態によるコントローラ（10）を備えたハイブリッド型油圧システム（1）の構成例を示している。ハイブリッド型油圧システム（1）は、バックホーなどの建設機械に搭載されている。ハイブリッド型油圧システム（1）は、油タンク（40）と、油圧アクチュエータ（4）と、エンジン（41）と、回生用油圧モータ（45）と、発電機（31）と、コントローラ（10）と、電動機（32）とを備えている。
図１は、この発明の実施形態によるコントローラ（10）を備えたハイブリッド型油圧システム（1）の構成例を示している。ハイブリッド型油圧システム（1）は、バックホーなどの建設機械に搭載されている。ハイブリッド型油圧システム（1）は、油タンク（40）と、油圧アクチュエータ（4）と、エンジン（41）と、回生用油圧モータ（45）と、発電機（31）と、コントローラ（10）と、電動機（32）とを備えている。
エンジン（41）は、油圧アクチュエータ（4）を駆動する。回生用油圧モータ（45）は、油圧アクチュエータ（4）からの戻り油によって駆動される。戻り油とは、油圧アクチュエータ（4）から油タンク（40）に戻る作動油のことである。発電機（31）は、回生用油圧モータ（45）によって駆動される。例えば、発電機（31）は、回生用油圧モータ（45）の駆動軸に連結されている。すなわち、戻り油が回生用油圧モータ（45）に供給されると、回生用油圧モータ（45）とともに発電機（31）が回転し、発電機（31）が発電する。このように、回生用油圧モータ（45）および発電機（31）によって、油圧アクチュエータ（4）からの戻り油の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されることになる。コントローラ（10）は、発電機（31）と電動機（32）との間に接続され、発電機（31）によって発電された電力を電動機（32）に供給する。電動機（32）は、コントローラ（10）から供給された電力によって駆動され、エンジン（41）による油圧アクチュエータ（4）の駆動を補助する。例えば、電動機（32）は、エンジン（41）の駆動軸に連結されている。
〈油圧アクチュエータ〉
次に、油圧アクチュエータ（4）について説明する。この例では、油圧アクチュエータ（4）は、旋回体（50）を旋回させるための機構であり、油圧ポンプ（42）と、方向切換バルブ（43）と、旋回用油圧モータ（44）とによって構成されている。
次に、油圧アクチュエータ（4）について説明する。この例では、油圧アクチュエータ（4）は、旋回体（50）を旋回させるための機構であり、油圧ポンプ（42）と、方向切換バルブ（43）と、旋回用油圧モータ（44）とによって構成されている。
《油圧ポンプ》
油圧ポンプ（42）は、エンジン（41）によって駆動されると、油タンク（40）に蓄積されている作動油を吸入し、吸入した作動油を配管（401）を経由して方向切換バルブ（43）に吐出する。なお、配管（401）には、チェックバルブ（411）が設けられている。また、配管（401）内の作動油の圧力が所定値を超えないようにするために、リリーフバルブ（412）が設けられている。
油圧ポンプ（42）は、エンジン（41）によって駆動されると、油タンク（40）に蓄積されている作動油を吸入し、吸入した作動油を配管（401）を経由して方向切換バルブ（43）に吐出する。なお、配管（401）には、チェックバルブ（411）が設けられている。また、配管（401）内の作動油の圧力が所定値を超えないようにするために、リリーフバルブ（412）が設けられている。
《方向切換バルブ》
方向切換バルブ（43）は、旋回体（50）の旋回方向を切り換えるために設けられた６ポート３位置の方向切換バルブであり、パイロットバルブ（410）によって方向切換バルブ（43）の位置が「中央位置」「右旋回位置」「左旋回位置」のいずれかに切り換えられる。方向切換バルブ（43）の位置を切り換えることにより、ポート（P1,P2,P3）とポート（P4,P5,P6）との接続状態が切り換えられ、その結果、方向切換バルブ（43）と旋回用油圧モータ（44）との間における作動油の流路が変更される。
方向切換バルブ（43）は、旋回体（50）の旋回方向を切り換えるために設けられた６ポート３位置の方向切換バルブであり、パイロットバルブ（410）によって方向切換バルブ（43）の位置が「中央位置」「右旋回位置」「左旋回位置」のいずれかに切り換えられる。方向切換バルブ（43）の位置を切り換えることにより、ポート（P1,P2,P3）とポート（P4,P5,P6）との接続状態が切り換えられ、その結果、方向切換バルブ（43）と旋回用油圧モータ（44）との間における作動油の流路が変更される。
《旋回用油圧モータ》
旋回用油圧モータ（44）は、旋回体（50）を旋回させるために設けられた油圧モータであり、方向切換バルブ（43）から配管（44a）（または、配管（44b））を経由して供給された作動油によって駆動される。方向切換バルブ（43）によって方向切換バルブ（43）と旋回用油圧モータ（44）との間における作動油の流路が変更されることにより、旋回体（50）の旋回方向が切り換えられる。なお、配管（44a,44b）内の作動油の圧力が所定値を超えないようにするために、シーケンスバルブ（413,414）が設けられている。また、配管（44a,44b）が真空にならないようにするために、配管（44a,44b）と配管（400）との間には、チェックバルブ（415,416）がそれぞれ設けられている。
旋回用油圧モータ（44）は、旋回体（50）を旋回させるために設けられた油圧モータであり、方向切換バルブ（43）から配管（44a）（または、配管（44b））を経由して供給された作動油によって駆動される。方向切換バルブ（43）によって方向切換バルブ（43）と旋回用油圧モータ（44）との間における作動油の流路が変更されることにより、旋回体（50）の旋回方向が切り換えられる。なお、配管（44a,44b）内の作動油の圧力が所定値を超えないようにするために、シーケンスバルブ（413,414）が設けられている。また、配管（44a,44b）が真空にならないようにするために、配管（44a,44b）と配管（400）との間には、チェックバルブ（415,416）がそれぞれ設けられている。
《油圧アクチュエータからの戻り油》
油圧アクチュエータ（4）からの戻り油（この例では、シーケンスバルブ（413,414）から吐出された作動油）は、配管（402）を経由して回生用油圧モータ（45）に供給される。なお、回生用油圧モータ（45）に供給される戻り油の流量を調整するために、リリーフバルブ（417）が設けられている。
油圧アクチュエータ（4）からの戻り油（この例では、シーケンスバルブ（413,414）から吐出された作動油）は、配管（402）を経由して回生用油圧モータ（45）に供給される。なお、回生用油圧モータ（45）に供給される戻り油の流量を調整するために、リリーフバルブ（417）が設けられている。
〔コントローラ〕
次に、図２を参照して、コントローラ（10）について説明する。コントローラ（10）は、第１および第２の電力変換器（101,102）と、第１および第２のＣＰＵ（103,104）（第１および第２の制御器）と、ＤＣバスライン（100）と、コンデンサ（105）と、ケーシング（20）とを備えている。この例では、コントローラ（10）は、信号インターフェース（110）も備えている。
次に、図２を参照して、コントローラ（10）について説明する。コントローラ（10）は、第１および第２の電力変換器（101,102）と、第１および第２のＣＰＵ（103,104）（第１および第２の制御器）と、ＤＣバスライン（100）と、コンデンサ（105）と、ケーシング（20）とを備えている。この例では、コントローラ（10）は、信号インターフェース（110）も備えている。
〈第１および第２の電力変換器〉
第１の電力変換器（101）は、電力ケーブル（この例では、３本の電力ケーブル）によって発電機（31）に接続され、第２の電力変換器（102）は、電力ケーブルによって電動機（32）に接続されている。また、第１および第２の電力変換器（101,102）は、ＤＣバスライン（100）によって互いに接続されている。
第１の電力変換器（101）は、電力ケーブル（この例では、３本の電力ケーブル）によって発電機（31）に接続され、第２の電力変換器（102）は、電力ケーブルによって電動機（32）に接続されている。また、第１および第２の電力変換器（101,102）は、ＤＣバスライン（100）によって互いに接続されている。
第１の電力変換器（101）は、発電機（31）からの交流電圧（この例では、三相交流電圧）を直流電圧に変換して直流電圧をＤＣバスライン（100）に供給し、第２の電力変換器（102）は、ＤＣバスライン（100）を経由して第１の電力変換器（101）から供給された直流電圧を交流電圧に変換して交流電圧を電動機（32）に供給する。この例では、第１の電力変換器（101）は、６個のスイッチング素子（SW,…,SW）および６個の還流ダイオード（DO,…,DO）によって構成されている。第２の電力変換器（102）も、第１の電力変換器（101）と同様の構成を有している。
〈第１および第２のＣＰＵ〉
第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、信号線（111）によって互いに接続され、互いの間で通信して第１および第２の電力変換器（101,102）をそれぞれ制御する。なお、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、シリアル通信方式により通信するように構成されていることが好ましい。
第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、信号線（111）によって互いに接続され、互いの間で通信して第１および第２の電力変換器（101,102）をそれぞれ制御する。なお、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、シリアル通信方式により通信するように構成されていることが好ましい。
ここで、第１および第２のＣＰＵ（103,104）による第１および第２の電力変換器（101,102）の制御（協調制御）について説明する。第１のＣＰＵ（103）は、第１の電力変換器（101）のスイッチング動作を制御することによって、発電機（31）の発電量を調整する。第２のＣＰＵ（104）は、第２の電力変換器（102）のスイッチング動作を制御することにより、電動機（32）の回転数（またはトルク）を調整する。また、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、発電機（31）の発電量に関する情報や、電動機（32）の消費電力量（電動機（32）の負荷に応じた電力量）に関する情報を、互いの間で送受する。そして、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、互いの間で送受した情報に基づいて、ＤＣバスライン（100）の電圧変動が抑制されるように（例えば、発電機（31）の発電量が電動機（32）の消費電力量よりも多くならないように）、第１および第２の電力変換器（101,102）をそれぞれ制御する。このようにして、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御が実現されている。
なお、第１のＣＰＵ（103）は、回生用油圧モータ（45）に供給される戻り油の圧力や流量または発電機（31）の回転数などに基づいて、発電機（31）の発電量を算出するように構成されていても良い。回生用油圧モータ（45）に供給される戻り油の圧力や流量は、回生用油圧モータ（45）の上流側に設けられた圧力センサや流量センサ（図示せず）などによって検出することが可能であり、発電機（31）の回転数は、発電機（31）の近傍に設けられた回転速度センサ（図示せず）などによって検出することが可能である。
また、第２のＣＰＵ（104）は、油圧ポンプ（42）の吐出圧や電動機（32）の回転数などに基づいて、電動機（32）の消費電力量を算出するように構成されていても良い。油圧ポンプ（42）の吐出圧は、油圧ポンプ（42）の下流側に設けられた圧力センサ（図示せず）などによって検出することが可能であり、電動機（32）の回転数は、電動機（32）の近傍に設けられた回転速度センサ（図示せず）などによって検出することが可能である。
〈ＤＣバスラインおよびコンデンサ〉
ＤＣバスライン（100）は、第１および第２の電力変換器（101,102）の間で直流電圧を伝達するために設けられている。コンデンサ（105）は、ＤＣバスライン（100）に接続されている。コンデンサ（105）の容量値は、第１および第２の電力変換器（101,102）のスイッチング動作に起因する電圧変動およびＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができるように設定されている。なお、発電機（31）の発電量が電動機（32）の消費電力量よりも多くなるほど、ＤＣバスライン（100）の電圧変動が大きくなる。
ＤＣバスライン（100）は、第１および第２の電力変換器（101,102）の間で直流電圧を伝達するために設けられている。コンデンサ（105）は、ＤＣバスライン（100）に接続されている。コンデンサ（105）の容量値は、第１および第２の電力変換器（101,102）のスイッチング動作に起因する電圧変動およびＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができるように設定されている。なお、発電機（31）の発電量が電動機（32）の消費電力量よりも多くなるほど、ＤＣバスライン（100）の電圧変動が大きくなる。
〈ケーシング〉
ケーシング（20）は、第１および第２の電力変換器（101,102），第１および第２のＣＰＵ（103,104），ＤＣバスライン（100），コンデンサ（105），および信号インターフェース（110）を格納している。この例では、ケーシング（20）は、信号インターフェース（110）も格納している。信号インターフェース（110）は、信号ケーブルによって外部機器（図示せず）に接続されるとともに、信号線によって第１および第２のＣＰＵ（103,104）に接続されている。信号インターフェース（110）は、外部機器と第１および第２のＣＰＵ（103,104）との間で信号を中継する。
ケーシング（20）は、第１および第２の電力変換器（101,102），第１および第２のＣＰＵ（103,104），ＤＣバスライン（100），コンデンサ（105），および信号インターフェース（110）を格納している。この例では、ケーシング（20）は、信号インターフェース（110）も格納している。信号インターフェース（110）は、信号ケーブルによって外部機器（図示せず）に接続されるとともに、信号線によって第１および第２のＣＰＵ（103,104）に接続されている。信号インターフェース（110）は、外部機器と第１および第２のＣＰＵ（103,104）との間で信号を中継する。
〈ケーシングの構造〉
次に、図３および図４を参照して、ケーシング（20）の構造について説明する。図３は、コントローラ（10）の外観を示す斜視図であり、図４は、図３に示したIV−IV線におけるコントローラ（10）の断面図である。ケーシング（20）は、本体部（21）と、蓋部（22）とを備えている。
次に、図３および図４を参照して、ケーシング（20）の構造について説明する。図３は、コントローラ（10）の外観を示す斜視図であり、図４は、図３に示したIV−IV線におけるコントローラ（10）の断面図である。ケーシング（20）は、本体部（21）と、蓋部（22）とを備えている。
《本体部》
本体部（21）は、胴部（201）と、胴部（201）と一体的に形成された中空の脚部（202,202）とによって構成されている。例えば、本体部（21）は、鋳造により胴部（201）と脚部（202,202）とが一体成形された金属部品である。胴部（201）は、一面が開放された箱状（より具体的には、図４の上下方向に厚さの薄い直方体箱状）に形成されている。脚部（202,202）は、胴部（201）の両端部（より具体的には、図４の左右方向の両端部）から下方に延出している。脚部（202,202）の中空部（200,200）は、胴部（201）の中空部に連通している。このように、本体部（21）の底壁部は、上げ底になっている。すなわち、胴部（201）の底壁部（21a）は、脚部（202,202）の底壁部（21b,21b）よりも高い位置に形成されている。
本体部（21）は、胴部（201）と、胴部（201）と一体的に形成された中空の脚部（202,202）とによって構成されている。例えば、本体部（21）は、鋳造により胴部（201）と脚部（202,202）とが一体成形された金属部品である。胴部（201）は、一面が開放された箱状（より具体的には、図４の上下方向に厚さの薄い直方体箱状）に形成されている。脚部（202,202）は、胴部（201）の両端部（より具体的には、図４の左右方向の両端部）から下方に延出している。脚部（202,202）の中空部（200,200）は、胴部（201）の中空部に連通している。このように、本体部（21）の底壁部は、上げ底になっている。すなわち、胴部（201）の底壁部（21a）は、脚部（202,202）の底壁部（21b,21b）よりも高い位置に形成されている。
−本体部の底壁部−
本体部（21）の底壁部（21a）の外面には、溝部（211）が設けられている。溝部（211）は、冷却用液体（例えば、冷却水）を流通させるための流路を形成している。そして、本体部（21）の底壁部（21a）の外面には、溝部（211）を覆うように、蓋（212）が固定されている。これにより、本体部（21）の底壁部（21a）には、冷却部（210）が形成されている。
本体部（21）の底壁部（21a）の外面には、溝部（211）が設けられている。溝部（211）は、冷却用液体（例えば、冷却水）を流通させるための流路を形成している。そして、本体部（21）の底壁部（21a）の外面には、溝部（211）を覆うように、蓋（212）が固定されている。これにより、本体部（21）の底壁部（21a）には、冷却部（210）が形成されている。
−本体部の側壁部−
本体部（21）の側壁部（21c）には、発電機（31）用の電力ケーブルポート（221）と、電動機（32）用の電力ケーブルポート（222）と、信号ケーブルポート（223）と、流入ポート（224）と、流出ポート（225）とが形成されている。流入ポート（224）および流出ポート（225）は、冷却部（210）の流入口および流出口にそれぞれ連通している。流入ポート（224）には、冷却用液体を供給するための配管（または、チューブ）が接続され、流出ポート（225）には、冷却用液体を排出するための配管（または、チューブ）が接続されている（図示せず）。流入ポート（224）に供給された冷却用液体は、冷却部（210）（より具体的には、溝部（211）により形成された流路）を経由して流出ポート（225）から排出される。
本体部（21）の側壁部（21c）には、発電機（31）用の電力ケーブルポート（221）と、電動機（32）用の電力ケーブルポート（222）と、信号ケーブルポート（223）と、流入ポート（224）と、流出ポート（225）とが形成されている。流入ポート（224）および流出ポート（225）は、冷却部（210）の流入口および流出口にそれぞれ連通している。流入ポート（224）には、冷却用液体を供給するための配管（または、チューブ）が接続され、流出ポート（225）には、冷却用液体を排出するための配管（または、チューブ）が接続されている（図示せず）。流入ポート（224）に供給された冷却用液体は、冷却部（210）（より具体的には、溝部（211）により形成された流路）を経由して流出ポート（225）から排出される。
《蓋部》
蓋部（22）は、本体部（21）の開放面を閉塞するように構成されている。蓋部（22）は、板金部品であり、ボルトによって本体部（21）に取り付けられている。なお、この例では、本体部（21）の四隅には、建設機械（例えば、バックホー）に本体部（21）を固定するための取り付け金具（23,…,23）が取り付けられている。
蓋部（22）は、本体部（21）の開放面を閉塞するように構成されている。蓋部（22）は、板金部品であり、ボルトによって本体部（21）に取り付けられている。なお、この例では、本体部（21）の四隅には、建設機械（例えば、バックホー）に本体部（21）を固定するための取り付け金具（23,…,23）が取り付けられている。
〈ケーシング内に格納される電気部品〉
次に、図４〜図６を参照して、ケーシング（20）内に格納される電気部品について説明する。ケーシング（20）内には、第１および第２の駆動基板（11,12），制御基板（13），ノイズ遮蔽板（14），２個のフィルムコンデンサ（105a,105b），一対のブスバー（100a,100b）などが格納されている。フィルムコンデンサ（105a,105b）は、図２に示したコンデンサ（105）を構成し、ブスバー（100a,100b）は、図２に示したＤＣバスライン（100）を構成している。なお、図５は、蓋部（22）が取り外された状態のコントローラ（10）の平面図であり、図６は、蓋部（22），制御基板（13）,およびノイズ遮蔽板（14）が取り外された状態のコントローラ（10）の平面図である。
次に、図４〜図６を参照して、ケーシング（20）内に格納される電気部品について説明する。ケーシング（20）内には、第１および第２の駆動基板（11,12），制御基板（13），ノイズ遮蔽板（14），２個のフィルムコンデンサ（105a,105b），一対のブスバー（100a,100b）などが格納されている。フィルムコンデンサ（105a,105b）は、図２に示したコンデンサ（105）を構成し、ブスバー（100a,100b）は、図２に示したＤＣバスライン（100）を構成している。なお、図５は、蓋部（22）が取り外された状態のコントローラ（10）の平面図であり、図６は、蓋部（22），制御基板（13）,およびノイズ遮蔽板（14）が取り外された状態のコントローラ（10）の平面図である。
《第１および第２の駆動基板》
第１の駆動基板（11）には、パワーモジュール（PM）（より具体的には、第１の電力変換器（101））や、基板間インターフェース（11a）などが形成されている。第１の電力変換器（101）は、電力ケーブルによって電力インターフェース（11b）に接続されている。発電機（31）から延びる電力ケーブル（11c）は、電力ケーブルポート（221）に挿通されて、電力インターフェース（11b）に接続されている。
第１の駆動基板（11）には、パワーモジュール（PM）（より具体的には、第１の電力変換器（101））や、基板間インターフェース（11a）などが形成されている。第１の電力変換器（101）は、電力ケーブルによって電力インターフェース（11b）に接続されている。発電機（31）から延びる電力ケーブル（11c）は、電力ケーブルポート（221）に挿通されて、電力インターフェース（11b）に接続されている。
第２の駆動基板（12）には、パワーモジュール（PM）（より具体的には、第２の電力変換器（102））や、基板間インターフェース（12a）などが形成されている。第２の電力変換器（102）は、電力ケーブルによって電力インターフェース（12b）に接続されている。電動機（32）から延びる電力ケーブル（12c）は、電力ケーブルポート（222）に挿通されて、電力インターフェース（12b）に接続されている。
第１および第２の駆動基板（11,12）は、パワーモジュール（PM,PM）がケーシング（20）の本体部（21）の底壁部（21a）に接触するように、本体部（21）の底壁部（21a）の上方に配置されている。このように配置することにより、第１および第２の駆動基板（11,12）のパワーモジュール（PM,PM）を、本体部（21）の底壁部（21a）に形成された冷却部（210）に熱的に接触させることができる。このように、冷却部（210）は、第１および第２の駆動基板（11,12）のパワーモジュール（PM,PM）（より具体的には、第１および第２の電力変換器（101,102））を冷却するために設けられている。
《制御基板およびノイズ遮蔽板》
制御基板（13）には、第１および第２のＣＰＵ（103,104），基板間インターフェース（13a,13b），信号インターフェース（110）などが形成されている。第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、制御基板（13）に形成された信号線（111）によって、互いに接続されている。基板間インターフェース（13a,13b）は、制御基板（13）に形成された信号線によって、第１および第２のＣＰＵ（103,104）に接続されている。また、基板間インターフェース（13a,13b）は、信号ケーブルによって第１および第２の駆動基板（11,12）の基板間インターフェース（11a,12a）にそれぞれ接続されている。信号インターフェース（110）は、制御基板（13）に形成された配線によって、第１および第２のＣＰＵ（103,104）に接続されている。外部装置（図示せず）から延びる信号ケーブル（13c）は、信号ケーブルポート（223）に挿通されて、信号インターフェース（110）に接続されている。
制御基板（13）には、第１および第２のＣＰＵ（103,104），基板間インターフェース（13a,13b），信号インターフェース（110）などが形成されている。第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、制御基板（13）に形成された信号線（111）によって、互いに接続されている。基板間インターフェース（13a,13b）は、制御基板（13）に形成された信号線によって、第１および第２のＣＰＵ（103,104）に接続されている。また、基板間インターフェース（13a,13b）は、信号ケーブルによって第１および第２の駆動基板（11,12）の基板間インターフェース（11a,12a）にそれぞれ接続されている。信号インターフェース（110）は、制御基板（13）に形成された配線によって、第１および第２のＣＰＵ（103,104）に接続されている。外部装置（図示せず）から延びる信号ケーブル（13c）は、信号ケーブルポート（223）に挿通されて、信号インターフェース（110）に接続されている。
制御基板（13）は、所定の間隔を隔てて第１および第２の駆動基板（11,12）の上方に配置されている。ノイズ遮蔽板（14）は、第１および第２の駆動基板（11,12）と制御基板（13）との間に配置されている。ノイズ遮蔽板（14）は、第１および第２の駆動基板（11,12）から制御基板（13）へのノイズの伝播を遮断するために設けられている。
《フィルムコンデンサおよびブスバー》
フィルムコンデンサ（105a,105b）は、脚部（202,202）の中空部（200,200）に配置されている。ブスバー（100a,100b）は、図２に示した電気回路が構成されるように、フィルムコンデンサ（105a,105b）と、第１および第２の駆動基板（11,12）（より具体的には、第１および第２の電力変換器（101,102））とに接続されている。ブスバー（100a,100b）は、互いに重ね合わされて、フィルムコンデンサ（105a,105b）およびケーシング（20）の本体部（21）の底壁部（21a）の上方に配置されている。
フィルムコンデンサ（105a,105b）は、脚部（202,202）の中空部（200,200）に配置されている。ブスバー（100a,100b）は、図２に示した電気回路が構成されるように、フィルムコンデンサ（105a,105b）と、第１および第２の駆動基板（11,12）（より具体的には、第１および第２の電力変換器（101,102））とに接続されている。ブスバー（100a,100b）は、互いに重ね合わされて、フィルムコンデンサ（105a,105b）およびケーシング（20）の本体部（21）の底壁部（21a）の上方に配置されている。
〈比較例〉
一般的に、電力変換器は、その電力変換器を制御するためのＣＰＵとともに、１つのケーシング内に格納されている。例えば、特許文献１では、発電電動機（発電機）および旋回モータ（電動機）にそれぞれ接続されている２個の電力変換器の各々には、コントローラからの指令値（発電指令）を解読するＣＰＵが搭載され、発電電動機（発電機）に接続されている電力変換器は、その電力変換器に搭載されているＣＰＵとともに、１つのケーシング内に格納され、旋回モータ（電動機）に接続されている電力変換器は、その電力変換器に搭載されているＣＰＵとともに、別のケーシング内に格納されていることになる。
一般的に、電力変換器は、その電力変換器を制御するためのＣＰＵとともに、１つのケーシング内に格納されている。例えば、特許文献１では、発電電動機（発電機）および旋回モータ（電動機）にそれぞれ接続されている２個の電力変換器の各々には、コントローラからの指令値（発電指令）を解読するＣＰＵが搭載され、発電電動機（発電機）に接続されている電力変換器は、その電力変換器に搭載されているＣＰＵとともに、１つのケーシング内に格納され、旋回モータ（電動機）に接続されている電力変換器は、その電力変換器に搭載されているＣＰＵとともに、別のケーシング内に格納されていることになる。
ここで、第１の電力変換器（101）および第１のＣＰＵ（103）を第１のケーシングに格納し、第２の電力変換器（102）および第２のＣＰＵ（104）を第２のケーシングに格納する場合（比較例）について説明する。この場合、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、第１および第２のケーシングの外部に引き出された信号ケーブルを経由して互いに通信を実施することになる。そのため、第１および第２のＣＰＵ（103,104）の間にノイズ（例えば、外部装置からの放射ノイズ）が混入しやすくなっているので、第１および第２のＣＰＵ（103,104）の間の通信速度を高速化することが困難である。したがって、上記の比較例では、第１および第２電力変換器（101,102）の協調制御を高速化すること困難であるので、コンデンサ（105）の容量値を低減することが困難である。
〈効果〉
この実施形態によるコントローラ（10）では、第１および第２のＣＰＵ（103,104）が互いの間で通信して第１および第２の電力変換器（101,102）を制御しているので、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を実施することができる。これにより、ＤＣバスライン（100）の電圧変動（すなわち、第１および第２の電力変換器（101,102）の間における電圧変動）を抑制することができる。したがって、大容量の蓄電用コンデンサを用いることなく、発電機（31）からの電力を利用して電動機（32）を駆動させることができる。すなわち、第１および第２の電力変換器（101,102）の間に設けられるコンデンサ（105）の容量値を低減する（または、コンデンサ（105）を省略する）ことができる。
この実施形態によるコントローラ（10）では、第１および第２のＣＰＵ（103,104）が互いの間で通信して第１および第２の電力変換器（101,102）を制御しているので、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を実施することができる。これにより、ＤＣバスライン（100）の電圧変動（すなわち、第１および第２の電力変換器（101,102）の間における電圧変動）を抑制することができる。したがって、大容量の蓄電用コンデンサを用いることなく、発電機（31）からの電力を利用して電動機（32）を駆動させることができる。すなわち、第１および第２の電力変換器（101,102）の間に設けられるコンデンサ（105）の容量値を低減する（または、コンデンサ（105）を省略する）ことができる。
さらに、第１および第２のＣＰＵ（103,104）が１つのケーシング（20）内に格納されているので、上記の比較例よりも、第１および第２のＣＰＵ（103,103）の間へのノイズ（特に、ケーシング（20）の外部からの放射ノイズ）の混入を抑制することができる。これにより、第１および第２のＣＰＵ（103,104）の間におけるノイズを低減することができるので、第１および第２のＣＰＵ（103,104）の間の通信速度を高速化することができる。したがって、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を高速化することができるので、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を低減することができる。
また、第１および第２の電力変換器（101,102）と第１および第２のＣＰＵ（103,104）とが１つのケーシング（20）内に格納されているので、上記の比較例よりも、コントローラ（10）を小型化することができる。
また、発電機（31）が、回生用油圧モータ（45）によって駆動されるように構成されているので、回生用油圧モータ（45）を停止させる（例えば、戻り油が回生用油圧モータ（45）に流れ込まないようにする）ことにより、発電機（31）を停止させることができる。そのため、発電機（31）がエンジン（41）とともに回転するように構成されている場合（例えば、特許文献１の場合）よりも、発電機（31）を容易に停止させることができる。また、電動機（32）が、エンジン（41）による油圧アクチュエータ（4）の駆動を補助するように構成されているので、電動機（32）のみで負荷（この例では、旋回体（50））を駆動するように構成されている場合（例えば、特許文献１の場合）よりも、電動機（32）から回生される電力（特に、減速時の回生電力）を低減することができる。したがって、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を低減することができる。なお、発電機（31）は、エンジン（41）とともに回転するように構成されていても良いし、電動機（32）のみで旋回体（50）を旋回させるように構成されていても良い。
また、第１および第２のＣＰＵ（103,104）をシリアル通信方式により通信するように構成することにより、第１および第２のＣＰＵ（103,104）の間の通信速度を高速化することができる。これにより、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御を高速化することができるので、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を低減することができる。
また、第１および第２のＣＰＵ（103,104）を１つの制御基板（13）に形成することにより、第１および第２のＣＰＵ（103,104）の間におけるノイズをさらに低減することができる。これにより、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御をさらに高速化することができるので、ＤＣバスライン（100）の電圧変動をさらに低減することができる。
また、制御基板（13）を第１および第２の駆動基板（11,12）の上方に配置することにより、ケーシング（20）内の空間を有効に利用することができるので、コントローラ（10）をさらに小型化することができる。
また、第１および第２の駆動基板（11,12）をケーシング（20）の底壁部（21a）（すなわち、冷却部（210）が形成されている部分）に配置することにより、第１および第２の駆動基板（11,12）に形成されたパワーモジュール（PM,PM）（より具体的には、第１および第２の電力変換器（101,102））を冷却部（210）に熱的に接触させることができる。これにより、パワーモジュール（PM,PM）を効率良く冷却することができる。
また、ＤＣバスライン（100）にコンデンサ（105）を接続することにより、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができるので、ＤＣバスライン（100）の電圧変動をさらに低減することができる。なお、この実施形態によるコントローラ（10）では、第１および第２の電力変換器（101,102）の協調制御によりＤＣバスライン（100）の電圧変動を抑制することができるので、コンデンサ（105）の容量値は、発電機（31）からの電力を蓄電するための蓄電用コンデンサ（例えば、特許文献１のキャパシタ）の容量値よりも低くすることができる。このように、コンデンサ（105）の容量値を低減することができるので、コンデンサ（105）をケーシング（20）内に格納することが可能となる。なお、コントローラ（10）は、コンデンサ（105）を備えていなくても良い。
さらに、第１および第２の電力変換器（101,102）のスイッチング動作に起因する電圧変動およびＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができるように、コンデンサ（105）の容量値を設定することにより、第１の電力変換器（101）用のスナバコンデンサ（スイッチング動作に起因する電圧変動を吸収するためのコンデンサ）と、第２の電力変換器（102）用のスナバコンデンサと、ＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収するための平滑コンデンサとを、１つのコンデンサ（105）に集約することができる。これにより、コントローラ（10）をさらに小型化することができる。なお、第１および第２の電力変換器（101,102）の各々は、上記のようなスナバコンデンサを含んでいても良い。
〔その他の実施形態〕
なお、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、２個の制御基板に別々に形成されていても良い。この場合、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、シリアル通信ケーブルによって互いに接続され、シリアル通信方式により通信するように構成されていることが好ましい。
なお、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、２個の制御基板に別々に形成されていても良い。この場合、第１および第２のＣＰＵ（103,104）は、シリアル通信ケーブルによって互いに接続され、シリアル通信方式により通信するように構成されていることが好ましい。
また、コントローラ（10）は、建設機械などに搭載されるハイブリッド型油圧システム（1）だけでなく、他の機械（例えば、電気自動車）に搭載されるハイブリッド型の動力システム（油圧駆動と電力駆動とが併用される動力システム）にも適用可能である。
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
以上説明したように、上述のコントローラは、油圧駆動と電力駆動とが併用されるハイブリッド型建設機械（例えば、バックホー）などに有用である。
１ ハイブリッド油圧装置
１０ コントローラ
１１ 第１の駆動基板
１２ 第２の駆動基板
１３ 制御基板
１４ ノイズ遮蔽板
１００ ＤＣバスライン
１０１ 第１の電力変換器
１０２ 第２の電力変換器
１０３ 第１のＣＰＵ（第１の制御器）
１０４ 第２のＣＰＵ（第２の制御器）
１０５ コンデンサ
２０ ケーシング
２１ 本体部
２２ 蓋部
２３ 取り付け金具
３１ 発電機
３２ 電動機
４ 油圧アクチュエータ
４０ 油タンク
４１ エンジン
４２ 油圧ポンプ
４３ 方向切換バルブ
４４ 旋回用油圧モータ
４５ 回生用油圧モータ
５０ 旋回体
１０ コントローラ
１１ 第１の駆動基板
１２ 第２の駆動基板
１３ 制御基板
１４ ノイズ遮蔽板
１００ ＤＣバスライン
１０１ 第１の電力変換器
１０２ 第２の電力変換器
１０３ 第１のＣＰＵ（第１の制御器）
１０４ 第２のＣＰＵ（第２の制御器）
１０５ コンデンサ
２０ ケーシング
２１ 本体部
２２ 蓋部
２３ 取り付け金具
３１ 発電機
３２ 電動機
４ 油圧アクチュエータ
４０ 油タンク
４１ エンジン
４２ 油圧ポンプ
４３ 方向切換バルブ
４４ 旋回用油圧モータ
４５ 回生用油圧モータ
５０ 旋回体
Claims (8)
- 発電機（31）と電動機（32）との間に接続されるコントローラ（10）であって、
上記発電機（31）からの交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換器（101）と、
上記第１の電力変換器（101）からの直流電圧を交流電圧に変換して上記電動機（32）に供給する第２の電力変換器（102）と、
互いの間で通信して上記第１および第２の電力変換器（101,102）をそれぞれ制御する第１および第２の制御器（103,104）と、
上記第１および第２の電力変換器（101,102）と上記第１および第２の制御器（103,104）とを格納するケーシング（20）とを備えている
ことを特徴とするコントローラ。 - 請求項１において、
上記発電機（31）は、油圧アクチュエータ（4）からの戻り油が供給される回生用油圧モータ（45）によって駆動されるように構成され、
上記電動機（32）は、エンジン（41）による油圧アクチュエータ（4）の駆動を補助するように構成されている
ことを特徴とするコントローラ。 - 請求項１において、
上記第１および第２の制御器（103,104）は、シリアル通信方式により通信するように構成されている
ことを特徴とするコントローラ。 - 請求項１において、
上記第１および第２の制御器（103,104）は、制御基板（13）に形成されている
ことを特徴とするコントローラ。 - 請求項４において、
上記第１および第２の電力変換器（101,102）は、第１および第２の駆動基板（11,12）にそれぞれ形成され、
上記制御基板（13）は、上記第１および第２の駆動基板（11,12）の上方に配置されている
ことを特徴とするコントローラ。 - 請求項５において、
上記第１および第２の駆動基板（11,12）は、上記ケーシング（20）の底壁部（21a）に配置され、
上記ケーシング（20）の底壁部（21a）には、上記第１および第２の駆動基板（11,12）に形成された第１および第２の電力変換器（101,102）を冷却するための冷却部（210）が形成されている
ことを特徴とするコントローラ。 - 請求項１において、
上記第１および第２の電力変換器（101,102）を接続するＤＣバスライン（100）と、
上記ＤＣバスライン（100）に接続されたコンデンサ（105）とをさらに備え、
上記ＤＣバスライン（100）および上記コンデンサ（105）は、上記ケーシング（20）内に格納されている
ことを特徴とするコントローラ。 - 請求項７において、
上記コンデンサ（105）の容量値は、上記第１および第２の電力変換器（101,102）のスイッチング動作に起因する電圧変動およびＤＣバスライン（100）の電圧変動を吸収することができるように設定されている
ことを特徴とするコントローラ。
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