JP2014128132A - 電力変換装置を搭載したショベル - Google Patents

Abstract

【課題】 ブスバーと筐体との電気的短絡を防止し、かつ小型化を図ることが可能な電力変換装置を搭載したショベルを提供する。
【解決手段】 上部旋回体が、下部走行体に旋回可能に取り付けられている。アタッチメントが、上部旋回体にスイング可能に取り付けられている。電動機が上部旋回体を旋回させる。電力変換装置が電動機に電力を供給する。電力変換装置は、筐体と、筐体内に配置されたパワーモジュールと、パワーモジュールに接続されたブスバーとを含む。ブスバーと筐体との間に絶縁部材が配置されている。
【選択図】 図１６

Description

本発明は、電力変換装置を搭載したショベルに関する。

従来の油圧式ショベルに代わって、電動機によって旋回等を行うハイブリッド型ショベルが注目されている。ハイブリッド型ショベルには、電動機を駆動するためのインバータ等の電力変換装置が搭載される。この電力変換装置は、通常、ショベルの上部旋回体に搭載される。上部旋回体には、エンジン、キャビン、油圧回路、旋回用の電動機等が搭載されるため、電力変換装置を搭載するための十分な空間を確保することが困難である。このため、電力変換装置の小型化が望まれている。

電動機駆動用の電力変換装置には、大電流が流れるため、電力変換装置内の配線を太くしなければならない。電力変換装置内には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含むインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）、電流センサ、スナバコンデンサ、制御用のプロセッサ（ＣＰＵ）等の電気部品が収容されるため、小型化された電力変換装置内に、配線を配置するための十分な空間を確保することができない。狭い空間内で、剛性の高い太い配線を取り回す必要が有るため、組立作業の効率が低下する。配線に代えて、ブスバーを用いたインバータ等が知られている（特許文献１〜３）。

特開２００３−３１９６６５号公報 特開２００８−２４５４６１号公報 特開２０１２−１１０１５２号公報

導電性の表面が露出したブスバーと、導電性の筐体との電気的短絡を防止するために、筐体とブスバーとの間に、十分な間隔を設けなければならない。十分な間隔を設けると、電力変換装置が大型化してしまう。本発明の目的は、ブスバーと筐体との電気的短絡を防止し、かつ小型化を図ることが可能な電力変換装置を搭載したショベルを提供することである。

本発明の一観点によると、
下部走行体と、
前記下部走行体に、旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に、スイング可能に取り付けられたアタッチメントと、
前記上部旋回体を旋回させる電動機と、
前記電動機に電力を供給する電力変換装置と
を有し、
前記電力変換装置は、
筐体と、
前記筐体内に配置されたパワーモジュールと、
前記パワーモジュールに接続されたブスバーと、
前記ブスバーと前記筐体との間に配置された絶縁部材と
を有するショベルが提供される。

絶縁部材が、ブスバーと筐体との電気的な短絡を防止する。このため、ブスバーと筐体の内面との間隔を狭めることができ、電力変換装置の大型化を回避することが可能である。

図１は、実施例１によるショベルの側面図である。 図２は、実施例１によるショベルのブロック図である。 図３は、蓄電回路のブロック図及びインバータの等価回路図である。 図４は、蓄電回路の等価回路図である。 図５は、電力変換装置の筐体内の概略正面図である。 図６は、電力変換装置の第１のレイヤの平面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれブスバーの平面図及び正面図である。 図８Ａは、図７Ａの一点鎖線８Ａ−８Ａにおける断面図であり、図８Ｂは、図７Ａの一点鎖線８Ｂ−８Ｂにおける断面図である。 図９は、電力変換装置の第２のレイヤの平面図である。 図１０は、電力変換装置の第３のレイヤの平面図である。 図１１は、図１０の一点鎖線１１−１１における断面図である。 図１２Ａは、Ｐ極プレートと接続端子との接続構造、及びＮ極プレートと接続端子との接続構造の正面図であり、図１２Ｂは、Ｐ極プレートと接続端子との接続構造、及びＮ極プレートと接続端子との接続構造の側面図である。 図１３は、電力変換装置の第４のレイヤの平面図である。 図１４Ａは、電力変換装置の第５のレイヤの平面図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの一点鎖線１４Ｂ−１４Ｂにおける断面図である。 図１５Ａ及び図１５Ｂは、図１４Ａの一点鎖線１４Ｂ−１４Ｂにおける他の構成例の断面図である。 図１６は、実施例２による電力変換装置の平断面図である。 図１７Ａ及び図１７Ｂは、図１６の一点鎖線１７Ａ−１７Ａにおける断面図である。 図１８は、実施例２の変形例による電力変換装置の平断面図である。 図１９は、図１８の一点鎖線１９−１９における断面図である。 図２０は、実施例２の変形例２による電力変換装置の平断面図である。 図２１は、図２０の一点鎖線２１−２１における断面図である。

［実施例１］
図１に、実施例１によるハイブリッド型ショベルの側面図を示す。下部走行体２０に、上部旋回体２１が旋回可能に搭載されている。上部旋回体２１にブーム２３が連結され、ブーム２３にアーム２５が連結され、アーム２５にバケット２７が連結されている。ブームシリンダ２４の伸縮により、ブーム２３、アーム２５、及びバケット２７からなるアタッチメントが、上部旋回体２１に対して上下にスイングする。アームシリンダ２６の伸縮により、アーム２５の姿勢が変化する。バケットシリンダ２８の伸縮により、バケット２７の姿勢が変化する。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２８は、油圧駆動される。

上部旋回体２１に、旋回電動機２２、エンジン３０、電動発電機３１、蓄電回路３２、及び電力変換装置３３等が搭載されている。エンジン３０の動力によって電動発電機３１が発電を行う。発電された電力によって、蓄電回路３２が充電される。旋回電動機２２は、蓄電回路３２からの電力によって駆動され、上部旋回体２１を旋回させる。電動発電機
３１は、電動機としても動作し、エンジン３０のアシストを行う。旋回電動機２２は、発電機としても動作し、上部旋回体２１の旋回運動エネルギから回生電力を発生する。

図２に、実施例１によるハイブリッド型ショベルのブロック図を示す。図２において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、電気制御系を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

エンジン３０の駆動軸がトルク伝達機構４１の入力軸に連結されている。エンジン３０には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン３０は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。

電動発電機３１の駆動軸が、トルク伝達機構４１の他の入力軸に連結されている。電動発電機３１は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機３１には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型モータが用いられる。

トルク伝達機構４１は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ４２の駆動軸が連結されている。

エンジン３０に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機３１がアシスト運転を行い、電動発電機３１の駆動力がトルク伝達機構４１を介してメインポンプ４２に伝達される。これにより、エンジン３０に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン３０に加わる負荷が小さい場合には、エンジン３０の駆動力がトルク伝達機構４１を介して電動発電機３１に伝達されることにより、電動発電機３１が発電運転される。

メインポンプ４２は、高圧油圧ライン４３を介して、コントロールバルブ４４に油圧を供給する。コントロールバルブ４４は、運転者からの指令により、油圧モータ２９Ａ、２９Ｂ、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２８に油圧を分配する。油圧モータ２９Ａ及び２９Ｂは、それぞれ図１に示した下部走行体２０に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。

電動発電機３１がインバータ３３Ａを介して蓄電回路３２に接続されている。旋回電動機２２がインバータ３３Ｂを介して蓄電回路３２に接続されている。インバータ３３Ａ、３３Ｂ、及び蓄電回路３２は、制御装置５５により制御される。電力変換装置３３（図１）は、インバータ３３Ａ及び３３Ｂを含む。

インバータ３３Ａは、制御装置５５からの指令に基づき、電動発電機３１の運転制御を行う。電動発電機３１のアシスト運転と発電運転との切り替えが、インバータ３３Ａにより行われる。

電動発電機３１がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路３２からインバータ３３Ａを通して電動発電機３１に供給される。電動発電機３１が発電運転されている期間は、電動発電機３１によって発電された電力が、インバータ３３Ａを通して蓄電回路３２に供給される。

旋回電動機２２は、インバータ３３Ｂによって交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回電動機２２には、例えば内部磁石埋込型モータが用いられる。旋回電動機２２の力行動作中は、蓄電回路３２からインバータ３３Ｂを介して旋回電動機２２に電力が供給される。旋回電動機２２が、減速機５１を介して、上部旋回体２１（図１）を旋回させる。回生運転時には、上部旋回体２１の回転運動が、減速機５
１を介して旋回電動機２２に伝達されることにより、旋回電動機２２が回生電力を発生する。発生した回生電力は、インバータ３３Ｂを介して蓄電回路３２に供給される。これにより、蓄電回路３２内の蓄電装置が充電される。

レゾルバ５２が、旋回電動機２２の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置５５に入力される。旋回電動機２２の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。

メカニカルブレーキ５３が、旋回電動機２２の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ５３の制動状態と解除状態とは、制御装置５５からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。

パイロットポンプ４５が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン４６を介して操作装置４８に供給される。操作装置４８は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置４８は、パイロットライン４６から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン４９を介してコントロールバルブ４４に伝達されると共に、他の油圧ライン５０を介して圧力センサ４７に伝達される。

圧力センサ４７で検出された圧力の検出結果が、制御装置５５に入力される。これにより、制御装置５５は、下部走行体２０、ブーム２３、アーム２５、バケット２７（図１）、及び旋回電動機２２の操作の状況を検知することができる。

図３に、蓄電回路３２のブロック図及びインバータ３３Ｂの等価回路図を示す。インバータ３３Ａ（図２）の等価回路図も、インバータ３３Ｂの等価回路図と同一である。蓄電回路３２は、蓄電装置３４及び昇降圧コンバータ３５を含む。昇降圧コンバータ３５が、インバータ３３ＢのＤＣバスライン３６に接続されている。昇降圧コンバータ３５は、蓄電装置３４の出力電圧を昇圧してＤＣバスライン３６に印加する。これにより、蓄電装置３４が放電し、ＤＣバスライン３６に電力が供給される。昇降圧コンバータ３５は、さらに、ＤＣバスライン３６から、蓄電装置３４に電力を供給することにより、蓄電装置３４を充電する。昇降圧コンバータ３５の放電動作及び充電動作は、制御装置５５により制御される。

ＤＣバスライン３６の間に、Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗが並列に挿入されている。これらパワーモジュール３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗの各々は、直列接続された２つのＩＧＢＴ、及びＩＧＢＴの各々に並列に接続された還流ダイオード（フリーホイールダイオード）を含む。２つのＩＧＢＴの相互接続点が、それぞれ旋回電動機２２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子に接続される。各ＩＧＢＴのゲート電極には、制御装置５５からパルス幅変調（ＰＷＭ）された制御信号が印加される。

さらに、ＤＣバスライン３６の間に、平滑キャパシタ３７が接続されている。平滑キャパシタ３７には、例えばフィルムコンデンサが用いられる。

図４に、蓄電回路３２の等価回路図を示す。蓄電回路３２は、蓄電装置３４と昇降圧コンバータ３５とを含む。昇降圧コンバータ３５に、ＤＣバスライン３６と接続するためのコネクタ２０３、及び蓄電装置３４と接続するためのコネクタ２０４が準備されている。コネクタ２０３のグランド側端子と、高電圧側端子との間に、ＩＧＢＴ２０２ＡとＩＧＢＴ２０２Ｂとの直列回路が挿入されている。グランド側のＩＧＢＴ２０２Ａ及び高電圧側のＩＧＢＴ２０２Ｂに、それぞれ還流ダイオード２０２ａ、２０２ｂが接続されている。
ＩＧＢＴ２０２Ａと２０２Ｂとの相互接続点が、リアクトル２０１を介して、コネクタ２０４の高電圧側端子に接続されている。コネクタ２０３のグランド側端子及びコネクタ２０４のグランド側端子は、共に接地されている。

制御装置５５が２つのＩＧＢＴのゲート電極に、制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を印加する。グランド側のＩＧＢＴ２０２Ａのゲート電極にＰＷＭ信号を印加すると、蓄電装置３４の端子間電圧が昇圧されて、放電電流が流れる。高電圧側のＩＧＢＴ２０２Ｂのゲート電極にＰＷＭ信号を印加すると、ＤＣバスライン３６から蓄電装置３４に充電電流が流れる。

図５に、電力変換装置３３の筐体内の概略正面図を示す。図５に示した電力変換装置３３は、インバータ３３Ａまたはインバータ３３Ｂ（図２）に相当する。なお、インバータ３３Ａとインバータ３３Ｂとを、１つの筐体内に収容してもよい。

ヒートシンク６０の上面に、Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗが実装されている。以下、各部品の相対位置関係の理解を容易にするために、ｘｙｚ直交座標系を定義する。ｘ軸及びｙ軸が、ヒートシンク６０の実装面に平行である。Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗは、ｘ方向にこの順番に配列している。

ドライバカード６１が、絶縁支柱６２によってヒートシンク６０に固定されている。ドライバカード６１は、３個のパワーモジュール３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗの上面よりもやや上方に支持されている。ドライバカード６１には、パワーモジュール３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗを駆動するためのドライバ回路が組み込まれている。

ドライバカード６１の上方に、Ｎ極プレート６３及びＰ極プレート６５が配置されている。一例として、Ｎ極プレート６３がＰ極プレート６５よりもヒートシンク６０側に配置されている。Ｎ極プレート６３とＰ極プレート６５との間に絶縁シート６４が挿入されており、両者の間の絶縁が確保されている。Ｎ極プレート６３、絶縁シート６４、及びＰ極プレート６５は、絶縁支柱６６によりヒートシンク６０に支持されている。Ｎ極プレート６３及びＰ極プレート６５により、ＤＣバスライン３６（図３）が構成される。Ｎ極プレート６３、絶縁シート６４、及びＰ極プレート６５の３層を、「バスラインプレート６７」ということとする。

バスラインプレート６７の上に、キャパシタボックス６８が取り付けられている。キャパシタボックス６８内に平滑キャパシタ３７（図３）が収容されている。キャパシタボックス６８の上にカードプレート７０が取り付けられている。カードプレート７０の上に、中央処理装置（ＣＰＵ）７１が取り付けられており、その上にコントロールカード７２が取り付けられている。コントロールカード７２には、ドライバカード６１に組み込まれているドライバ回路に制御信号を送出するためのコントロール回路が組み込まれている。複数の制御線７３が、コントロールカード７２に組み込まれたコントロール回路と、ドライバカード６１に組み込まれたドライバ回路とを接続する。

ヒートシンク６０の上に、カバー７５が配置されている。ヒートシンク６０とカバー７５とで、電力変換装置３３の筐体７９が構成される。パワーモジュール３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗからコントロールカード７２までの部品は、ヒートシンク６０とカバー７５とで囲まれた空間内に格納されている。カバー７５に、コネクタ７６が取り付けられている。コネクタ７６は、筐体７９の内部の部品と、筐体７９の外部の部品とを電気的に接続するための接続端子を含む。

電力変換装置３３は、複数のレイヤに区分することができる。第１のレイヤに、パワーモジュール３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗが含まれる。第２のレイヤに、ドライバカード６１が含まれる。第３のレイヤに、バスラインプレート６７が含まれる。第４レイヤに、キャパシタボックス６８が含まれる。第５のレイヤに、カードプレート７０、ＣＰＵ７１、及びコントロールカード７２が含まれる。次に、各レイヤの構造について、より具体的に説明する。

図６に、電力変換装置３３の第１のレイヤの平面図を示す。ヒートシンク６０の上に、Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗが、この順番にｘ方向に並んで搭載されている。Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕは、その上面に、出力端子８０Ｕ、Ｐ極端子８１Ｕ、及びＮ極端子８２Ｕを有する。出力端子８０Ｕ、Ｐ極端子８１Ｕ、及びＮ極端子８２Ｕは、この順番にｙ方向に並んでいる。同様に、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖの上面に、出力端子８０Ｖ、Ｐ極端子８１Ｖ、及びＮ極端子８２Ｖが設けられており、Ｗ相用パワーモジュール３８Ｗの上面に、出力端子８０Ｗ、Ｐ極端子８１Ｗ、及びＮ極端子８２Ｗが設けられている。

Ｐ極端子８１Ｕ、８１Ｖ、８１Ｗは、ＤＣバスライン３６（図３）のＰ極に接続され、Ｎ極端子８２Ｕ、８２Ｖ、８２Ｗは、ＤＣバスライン３６（図３）のＮ極に接続される。出力端子８０Ｕ、８０Ｖ、８０Ｗは、それぞれ旋回電動機２２（図３）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の入力端子に接続される。

ヒートシンク６０の、ｙ方向と平行な縁と交差するように、コネクタ７６Ａ、７６Ｂが配置されている。コネクタ７６Ａ、７６Ｂが、図５に示したコネクタ７６に対応する。コネクタ７６Ａは、高さ方向（ｚ方向）に配列された接続端子９０Ｕ、９０Ｖ、９０Ｗを含む。Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕがコネクタ７６Ａから最も遠い位置に配置され、Ｗ相用パワーモジュール３８Ｗがコネクタ７６Ａに最も近い位置に配置されている。

出力端子８０Ｕが、出力ブスバー８３Ｕ、中間導電部材８５Ｕ、及び接続ブスバー８４Ｕを介して、接続端子９０Ｕに接続されている。出力端子８０Ｖが、出力ブスバー８３Ｖ、中間導電部材８５Ｖ、及び接続ブスバー８４Ｖを介して、接続端子９０Ｖに接続されている。出力端子８０Ｗが、出力ブスバー８３Ｗ、中間導電部材８５Ｗ、及び接続ブスバー８４Ｗを介して、接続端子９０Ｗに接続されている。

出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗは、ｙ方向に関して同じ位置に配置されている。出力ブスバー８３Ｕと接続ブスバー８４Ｕとが、中間導電部材８５Ｕを介して相互に電気的に接続される。出力ブスバー８３Ｕ、中間導電部材８５Ｕ、及び接続ブスバー８４Ｕは、ボルトとナット等の締結具８６により共締めされている。同様に、出力ブスバー８３Ｖと接続ブスバー８４Ｖとが、中間導電部材８５Ｖを介して相互に電気的に接続される。出力ブスバー８３Ｗと接続ブスバー８４Ｗとが、中間導電部材８５Ｗを介して相互に電気的に接続される。相互に対応する出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗと、接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗとの接続個所は、ｘ方向に平行な１本の仮想直線上に位置する。

３本の接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗは、相互に接触しないように、高さ方向（ｚ方向）または幅方向（ｙ方向）に迂回している。

図７Ａ及び図７Ｂに、それぞれブスバーの平面図及び正面図を示す。図７Ａに示した平面図は、図６に示した平面図のブスバーの部分と同一であるため、ここでは説明を省略する。

図７Ｂに示すように、出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗは、それぞれＵ相用パワー
モジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗから上方に向かって（ｚ方向に）立ち上がっている。出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗの各々は、それらの先端に、ｚｘ面（第１の仮想平面）に平行な板状部分を含む。接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗの各々も、ｚｘ面に平行な板状部分を含む。相互に対応する出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗと、接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗとは、ｚｘ面に平行な板状部分同士で相互に結合されている。締結具８６は、この板状部分を、ｚｘ面に直交する方向（ｙ方向）に貫通している。相互に対応する出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗと、接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗとの結合個所は、ヒートシンク６０の実装面を基準として、同一の高さに位置する。

コネクタ７６Ａが、接続端子９０Ｕ、９０Ｖ、９０Ｗを含んでいる。接続端子９０Ｕ、９０Ｖ、９０Ｗは、高さ方向（ｚ方向）に、上方に向かってこの順番に配列している。接続端子９０Ｕ、９０Ｖ、９０Ｗの各々は、ｚｘ面に平行な板状部分を含んでいる。接続端子９０Ｕ、９０Ｖ、９０Ｗは、それぞれ、この板状部分において接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗと結合される。

接続ブスバー８４Ｗが、出力ブスバー８３Ｗと接続端子９０Ｗとを接続する。接続端子９０Ｗは、出力ブスバー８３Ｗと接続ブスバー８４Ｗとの結合個所と同じ高さに位置している。このため、接続ブスバー８４Ｗは、ｘ方向に直線的に延びる。

接続ブスバー８４Ｖが、出力ブスバー８３Ｖと接続端子９０Ｖとを接続する。接続ブスバー８４Ｖは、出力ブスバー８３Ｖとの結合個所からコネクタ７６Ａに向かってｘ方向と平行に延びた後、出力ブスバー８３Ｗの手前で、接続端子９０Ｖと同じ高さまで下降し、その後、接続端子９０Ｖに向かって直線的に延びる。

接続ブスバー８４Ｕが、出力ブスバー８３Ｕと接続端子９０Ｕとを接続する。接続ブスバー８４Ｕは、出力ブスバー８３Ｕとの結合個所からコネクタ７６Ａに向かってｘ方向と平行に延び、出力ブスバー８３Ｖの手前で、図７Ａに示すようにｙ方向に迂回している。その後、図７Ｂに示すように、接続端子９０Ｖと同じ高さまで下降した後、接続端子９０Ｖに向かって延びる。接続ブスバー８４Ｕは、ｚｘ面内に関して出力ブスバー８３Ｗと交差した後、一旦、接続端子９０Ｗと同じ高まで上昇した後、接続端子９０Ｗに向かって延びる。その後、接続端子９０Ｕと同じ高さまで下降した後、図７Ａに示すように、ｙ方向に関して元の位置まで戻り、接続端子９０Ｕに向かって直線的に延びる。

上述のように、複数の接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗの各々をｚｘ面（第１の仮想平面）に垂直投影した像が、他の接続ブスバーと出力ブスバーとの結合箇所をｚｘ面に垂直投影した像と重ならないように、接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗが配置されている。このため、相互に対応する出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗと、接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗとの結合個所の側方に、作業スペースが確保される。作業スペースが確保されているため、締結具８６の締め付け作業を容易に行うことができる。

また、図７Ｂに示したように、出力ブスバー８３Ｗとコネクタ７６Ａとの間で、接続ブスバー８４Ｕの一部が、接続端子９０Ｗと同じ高さに配置される。この部分に、電流センサ８７を取り付けることができる。

図８Ａに、図７Ａの一点鎖線７Ａ−７Ａにおける断面図を示し、図８Ｂに、図７Ａの一点鎖線７Ｂ−７Ｂにおける断面図を示す。

図８Ａに示すように、Ｗ相用パワーモジュール３８Ｗの出力端子８０Ｗに、出力ブスバー８３Ｗが接続されている。接続ブスバー８４Ｗ、中間導電部材８５Ｗ、及び出力ブスバ
ー８３Ｗが、締結具８６により共締めされている。接続ブスバー８４Ｖが接続ブスバー８４Ｗの下方を通過する。接続ブスバー８４Ｕが接続ブスバー８４Ｖの側方を通過する。出力ブスバー８３Ｗと接続ブスバー８４Ｗとの間に、絶縁支持板８８が配置されている。絶縁支持板８８は、ヒートシンク６０に固定されている。

図８Ｂに示すように、絶縁支持板８８は、ｘ方向に関して、一方の端の中間導電部材８５Ｕから、他方の端の中間導電部材８５Ｗまで、連続的に配置される。絶縁支持板８８の上側の縁に、Ｕ字状の複数の切り込み８９が設けられている。中間導電部材８５Ｕ、８５Ｖ、８５Ｗが、切り込み８９に挿入されることにより、絶縁支持板８８に機械的に支持される。出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗよりも大面積の絶縁支持板８８が、中間導電部材８５Ｕ、８５Ｖ、８５Ｗを支持しているため、出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗ、及び接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗの耐衝撃性を高めることができる。

図９に、電力変換装置３３の第２のレイヤの平面図を示す。Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗと重なるように、ドライバカード６１が配置されている。ドライバカード６１に、３個の開口６９が形成されている。１つの開口６９は、平面視において出力端子８０Ｕ、Ｐ極端子８１Ｕ、及びＮ極端子８２Ｕを内包する。同様に、他の開口６９は、平面視において出力端子８０Ｖ、Ｐ極端子８１Ｖ、及びＮ極端子８２Ｖを内包し、さらに他の開口６９は、平面視において出力端子８０Ｗ、Ｐ極端子８１Ｗ、及びＮ極端子８２Ｗを内包する。

出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗ（図７Ｂ）は、開口６９を通って上方に延びる。Ｐ極端子８１Ｕ、８１Ｖ、８１Ｗ、及びＮ極端子８２Ｕ、８２Ｖ、８２Ｗが、開口６９を通って上層のレイヤの部品と電気的に接続される。

図１０に、電力変換装置３３の第３のレイヤの平面図を示す。Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗと重なるように、バスラインプレート６７が配置されている。ヒートシンク６０の、ｙ方向と平行な縁と重なるように、コネクタ７６Ａ、７６Ｂが配置されている。コネクタ７６Ｂは、接続端子９０Ｎ、９０Ｐを含む。

バスラインプレート６７の、出力端子８０Ｕ、８０Ｖ、８０Ｗに対応する位置に、それぞれ開口９２が形成されている。出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗ（図７Ｂ）が、開口９２内を通過する。

バスラインプレート６７は、図５に示したように、Ｎ極プレート６３、絶縁シート６４、及びＰ極プレート６５を積層した構造を有する。Ｎ極プレート６３の、Ｐ極端子８１Ｕ、８１Ｖ、８１Ｗに対応する位置に、それぞれ開口９３が形成されている。Ｐ極プレート６５の、Ｎ極端子８２Ｕ、８２Ｖ、８２Ｗに対応する位置に、それぞれ開口９４が形成されている。

Ｎ極プレート６３の接続箇所９５Ｎが、Ｎ極接続ブスバー９６Ｎを介して接続端子９０Ｎに接続されている。Ｐ極プレート６５の接続個所９５Ｐが、Ｐ極接続ブスバー９６Ｐを介して接続端子９０Ｐに接続されている。

図１１に、図１０の一点鎖線１０−１０における断面図を示す。Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕの上方にバスラインプレート６７が支持されている。バスラインプレート６７は、Ｎ極プレート６３、絶縁シート６４、及びＰ極プレート６５を含む。Ｎ極プレート６３とＰ極プレート６５との間に、絶縁シート６４が挟まれている。Ｎ極プレート６３がＰ極プレート６５より下側に配置されている。

Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕの上面に、Ｐ極端子８１Ｕ及びＮ極端子８２Ｕが画定されている。Ｎ極プレート６３の、Ｐ極端子８１Ｕに対応する位置に、開口９３が形成されている。絶縁シート６４にも、同じ位置に開口が形成されている。これにより、Ｐ極端子８１Ｕに対向する位置に、Ｐ極プレート６５の底面が露出する。上端と下端とが、同一方向にＬ字型に折り曲げられたＰ極ブスバー９７Ｐが、Ｐ極プレート６５の露出した底面と、Ｐ極端子８１Ｕとを接続する。Ｐ極ブスバー９７ＰとＰ極プレート６５とは、ボルトとナット等の締結具１００により相互に接続される。Ｐ極ブスバー９７ＰとＰ極端子８１Ｕとは、ボルト等の締結具１０１により相互に接続される。

上端と下端とが、同一方向にＬ字型に折り曲げられたＮ極ブスバー９７Ｎが、Ｎ極端子８２Ｕと、Ｎ極プレート６３とを接続する。Ｐ極プレート６５の、Ｎ極端子８２Ｕに対応する位置に、開口９４が形成されている。絶縁シート６４にも、開口９４と同じ位置に開口が形成されている。Ｎ極ブスバー９７ＮとＮ極プレート６３とは、ボルトとナット等の締結具１０２により相互に接続される。開口９４は、締結具１０２の収容スペースを確保する。Ｎ極ブスバー９７ＮとＮ極端子８２Ｕとは、ボルト等の締結具１０３で相互に接続される。

Ｐ極ブスバー９７Ｐ及びＮ極ブスバー９７Ｎは、それぞれＰ極端子８１ＵとＰ極プレート６５との間、及びＮ極端子８２ＵとＮ極プレート６３との間の電気的接続を確保するとともに、バスラインプレート６７を機械的に支持する。

図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して、Ｐ極プレート６５と接続端子９０Ｐとの接続構造、及びＮ極プレート６３と接続端子９０Ｎとの接続構造について説明する。図１２Ａは、ｙ方向と平行な方向から見たときの接続構造の正面図を示し、図１２Ｂは、ｘ方向と平行な方向から見たときの接続構造の側面図を示す。

接続端子９０Ｐ及び接続端子９０Ｎは、高さ方向（ｚ方向）、すなわちバスラインプレート６７に対して垂直方向に並ぶ。接続端子９０Ｐが接続端子９０Ｎよりも上方に配置されている。接続端子９０Ｐ、９０Ｎは、ｚｘ面に平行な板状部分を含む。

Ｐ極接続ブスバー９６Ｐが、Ｐ極プレート６５と接続端子９０Ｐとを接続する。Ｐ極接続ブスバー９６Ｐは、プレート側ブスバー９９Ｐと、端子側ブスバー９８Ｐとを含む。プレート側ブスバー９９Ｐの下端及び上端が、相互に反対向きにＬ字状に折り曲げられている。プレート側ブスバー９９Ｐの下端が、Ｐ極プレート６５に接続される。プレート側ブスバー９９Ｐの上端が、端子側ブスバー９８Ｐに接続される。

端子側ブスバー９８Ｐの一端は、ｘｙ面に平行な板状部分で構成され、他端は、ｚｘ面に平行な板状部分で構成される。端子側ブスバー９８Ｐの、ｘｙ面に平行な板状部分が、プレート側ブスバー９９Ｐの上端に接続され、ｚｘ面に平行な板状部分が、接続端子９０Ｐに接続される。プレート側ブスバー９９ＰとＰ極プレート６５との接続個所に、Ｎ極プレート６３及び絶縁シート６４を貫通する開口１０５が形成されている。開口１０５により、Ｐ極プレート６５とプレート側ブスバー９９Ｐとを締結するための締結具１０７の収容スペースが確保される。

Ｎ極接続ブスバー９６Ｎが、Ｎ極プレート６３と接続端子９０Ｎとを接続する。Ｎ極接続ブスバー９６Ｎは、プレート側ブスバー９９Ｎと、端子側ブスバー９８Ｎとを含む。プレート側ブスバー９９Ｎの下端及び上端が、相互に反対向きにＬ字状に折り曲げられている。プレート側ブスバー９９Ｎの下端が、Ｐ極プレート６５に形成された開口１０６を通って、Ｎ極プレート６３に接続される。プレート側ブスバー９９Ｎの上端が、端子側ブス
バー９８Ｎに接続される。

端子側ブスバー９８Ｎの一端は、ｘｙ面に平行な板状部分で構成され、他端は、ｚｘ面に平行な板状部分で構成される。端子側ブスバー９８Ｎの、ｘｙ面に平行な板状部分が、プレート側ブスバー９９Ｎの上端に接続され、ｚｘ面に平行な板状部分が、接続端子９０Ｎに接続される。

図１３に、電力変換装置３３の第４のレイヤの平面図を示す。バスラインプレート６７の上に、キャパシタボックス６８が取り付けられている。キャパシタボックス６８からＰ極端子１１０Ｐ及びＮ極端子１１０Ｎが突出している。Ｐ極端子１１０Ｐは、バスラインプレート６７のＰ極プレート６５（図５）に電気的に接続されるとともに、機械的に固定される。Ｎ極端子１１０Ｎは、バスラインプレート６７のＮ極プレート６３（図５）に電気的に接続されるとともに、機械的に固定される。

図１４Ａに、電力変換装置３３の第５のレイヤの平面図を示す。図１４Ｂに、図１４Ａの一点鎖線１３Ｂ−１３Ｂにおける断面図を示す。キャパシタボックス６８の上に、カードプレート７０が配置されている。カードプレート７０は、幅方向（ｙ方向）に関して、カバー７５の一方の壁面から他方の壁面（筐体７９の１つの側面から、それに対向する側面）まで達する。カードプレート７０の、ｘ方向に平行な縁が、下方にＬ字型に折り曲げられている。カードプレート７０の、折り曲げ個所より先端の部分が、締結具１１３によりカバー７５に固定されている。

さらに、カードプレート７０の内奥部において、カードプレート７０が、締結具１１５により、キャパシタボックス６８に固定されている。カードプレート７０の上に、ＣＰＵ７１が搭載されている。ＣＰＵ７１の上に、コントロールカード７２が取り付けられている。

キャパシタボックス６８は、Ｎ極端子１１０Ｎ及びＰ極端子１１０Ｐ（図１３）によりバスラインプレート６７に固定されている。バスラインプレート６７は、絶縁支柱６６によりヒートシンク６０に固定されるとともに、Ｎ極ブスバー９７Ｎ、Ｐ極ブスバー９７Ｐ（図１１）、及びパワーモジュール３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗ（図５）を介してヒートシンク６０に支持されている。このため、キャパシタボックス６８は、ヒートシンク６０に強固に固定される。カードプレート７０が、その内奥部において、キャパシタボックス６８に固定されているため、カードプレート７０の振動を抑制することができる。これにより、ＣＰＵ７１に加わる衝撃を軽減することができる。

図１５Ａに、図１４Ａの一点鎖線１３Ｂ−１３Ｂにおける他の構成例の断面図を示す。以下、図１４Ｂに示した断面図との相違点について説明する。ヒートシンク６０内に、冷却媒体用流路７７が形成されている。カバー７５は、底面及び側面を含む。カバー７５の底面の外側の表面がヒートシンク６０に密着している。Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖは、カバー７５の底面に取り付けられている。同様に、Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗ（図５）も、カバー７５の底面に取り付けられている。Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ、及びＷ相用パワーモジュール３８Ｗで発生した熱は、カバー７５の底面を介して、ヒートシンク６０に伝達される。

カバー７５が、その底面においてヒートシンク６０に密着しているため、カバー７５とヒートシンク６０との間の良好な熱移動を確保することができる。これにより、ヒートシンク６０から、カバー７５及びカードプレート７０を介して、ＣＰＵ７１を効率的に冷却することができる。ＣＰＵ７１をＵ相用パワーモジュール３８Ｕ等と同様に、カバー７５
の底面に配置する構成を採用する場合には、カバー７５の底面を広くしなければならない。実施例１においては、ＣＰＵ７１と、Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ等とが、異なるレイヤに配置されている。このため、電力変換装置３３の、平面視における寸法の増大を抑制することができる。ＣＰＵ７１が、Ｕ相用パワーモジュール３８Ｕ等とは異なるレイヤに配置されているが、カバー７５及びカードプレート７０を介して、ＣＰＵ７１を効率的に冷却することができる。

図１５Ｂに示すように、カバー７５の側面内に、冷却媒体用流路７８を形成してもよい。または、カバー７５の外側の表面に、流路を熱的に結合させてもよい。カバー７５の側面に冷却媒体用流路７８を形成することにより、ＣＰＵ７１を、より効率的に冷却することができる。

図１５Ａ及び図１５Ｂでは、ヒートシンク６０及びカバー７５からなる筐体７９を冷却する冷却機構として、筐体７９に組み込んだ冷却媒体用流路７７、７８を用いた。冷却機構として、冷却媒体用流路７７、７８に代えて、空冷機構、ペルチェ素子等を用いてもよい。

［実施例２］
図１６に、実施例２によるショベルに搭載される電力変換装置３３の平断面図を示す。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。図１６では、筐体７９の内部に、第１のレイヤの部品、例えばＵ相用パワーモジュール３８Ｕ等が示されている。接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗと、筐体７９の側面との間に、絶縁部材１２０が配置されている。絶縁部材１２０には、例えば熱硬化性樹脂、絶縁紙等が用いられる。

図１７Ａに、図１６の一点鎖線１６Ａ−１６Ａにおける断面図を示す。筐体７９は、ヒートシンク６０、上方に開口部を有する容器７５Ａ、及び容器７５Ａの開口部を塞ぐ蓋７５Ｂを含む。接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗと、筐体７９の側面との間に、絶縁部材１２０が配置されている。絶縁部材１２０は、接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗと、筐体７９の側面との電気的な短絡を防止する。出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗが接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗよりも、筐体７９の側面に近い位置に配置されている場合には、出力ブスバー８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗと、筐体７９の側面との間に、絶縁部材１２０を配置すればよい。

図１７Ｂに示すように、絶縁部材１２０を筐体７９の側面の内側の表面に接着剤等で貼り付けてもよい。図１７Ｂに示した構成にすることにより、電力変換装置３３に衝撃や振動が発生した場合でも、絶縁部材１２０の位置ずれ等に起因する短絡防止機能の低下を防止することができる。

［実施例２の変形例１］
図１８に、実施例２の変形例１による電力変換装置３３の平断面図を示す。実施例２の変形例１においては、平面視において、絶縁部材１２０が、筐体７９の内部に配置された電気部品を取り囲む筒状の形状を有する。絶縁部材１２０の高さは、容器７５Ａの底面からカードプレート７０までの高さとほぼ等しい。接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗは、絶縁部材１２０に形成されたスリット１２１を通って、絶縁部材１２０の外側まで導出され、接続端子９０Ｕ、９０Ｖ、９０Ｗに接続されている。

図１９に、図１８の一点鎖線１８−１８における断面図を示す。この断面において、Ｖ相用パワーモジュール３８Ｖ等の電気部品の両側に絶縁部材１２０が配置されている。絶縁部材１２０は、絶縁部材１２０のみで、その形態を保持することができる形態保持性を
有する。すなわち、水平面上に、筒状の絶縁部材１２０を立てると、絶縁部材１２０は、その形態を保持して自立する。このため、蓋７５Ｂ及びカードプレート７０が取り外された状態で、絶縁部材１２０を、容器７５Ａ内に容易に位置決めして装着することができる。

実施例２の変形例１では、絶縁部材１２０が筒状の形状を有し、その高さが容器７５Ａの底面からカードプレート７０までの高さとほぼ等しいため、電力変換装置３３が振動しても、絶縁部材１２０が、初期の位置から移動しにくい。このため、接続ブスバー８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗと、筐体７９の側面との短絡防止機能を、安定して維持することができる。絶縁部材１２０の高さは、容器７５Ａの底面からカードプレート７０までの高さの９０％以上とすることが好ましい。

［実施例２の変形例２］
図２０に、実施例２の変形例２による電力変換装置３３の平断面図を示す。図２１に、図２０の一点鎖線２１−２１における断面図を示す。実施例２の変形例２においては、絶縁部材１２０が筐体７９の側面の内面に接着剤で接着されている。その他の構成は、実施例２の変形例１の構成と同一である。

実施例２の変形例２においては、絶縁部材１２０が筐体７９に接着されているため、電力変換装置の耐振動性をより高めることができる。

図５〜図２１では、電力変換装置の例として、インバータ３３Ａ、３３Ｂについて説明した。図４に示した昇降圧コンバータ３５も、図５〜図２１に示した電力変換装置と同様の構成とすることができる。例えば、ＩＧＢＴ２０２Ａ、２０２Ｂ、及びリアクトル２０１が、ヒートシンク６０（図５）の上に搭載される。コネクタ２０３と、ＩＧＢＴ２０２Ａ、２０２Ｂとが、ブスバーで接続される。コネクタ２０４とリアクトル２０１とがブスバーで接続される。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 下部走行体
２１ 上部旋回体
２２ 旋回電動機
２３ ブーム
２４ ブームシリンダ
２５ アーム
２６ アームシリンダ
２７ バケット
２８ バケットシリンダ
２９Ａ、２９Ｂ 油圧モータ
３０ エンジン
３１ 電動発電機
３２ 蓄電回路
３３ 電力変換装置
３３Ａ、３３Ｂ インバータ
３４ 蓄電装置
３５ 昇降圧コンバータ
３６ ＤＣバスライン
３７ 平滑キャパシタ
３８Ｕ Ｕ相用パワーモジュール
３８Ｖ Ｖ相用パワーモジュール
３８Ｗ Ｗ相用パワーモジュール
４１ トルク伝達機構
４２ メインポンプ
４３ 高圧油圧ライン
４４ コントロールバルブ
４５ パイロットポンプ
４６ パイロットライン
４７ 圧力センサ
４８ 操作装置
４９、５０ 油圧ライン
５１ 減速機
５２ レゾルバ
５３ メカニカルブレーキ
５５ 制御装置
６０ ヒートシンク
６１ ドライバカード
６２ 絶縁支柱
６３ Ｎ極プレート
６４ 絶縁シート
６５ Ｐ極プレート
６６ 絶縁支柱
６７ バスラインプレート
６８ キャパシタボックス
６９ 開口
７０ カードプレート
７１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
７２ コントロールカード
７３ 制御線
７５ カバー
７６、７６Ａ、７６Ｂ コネクタ
７７、７８ 冷却媒体用流路
７９ 筐体
８０Ｕ、８０Ｖ、８０Ｗ 出力端子
８１Ｕ、８１Ｖ、８１Ｗ Ｐ極端子
８２Ｕ、８２Ｖ、８２Ｗ Ｎ極端子
８３Ｕ、８３Ｖ、８３Ｗ 出力ブスバー
８４Ｕ、８４Ｖ、８４Ｗ 接続ブスバー
８５Ｕ、８５Ｖ、８５Ｗ 中間導電部材
８６ 締結具
８７ 電流センサ
８８ 絶縁支持板
８９ 切り込み
９０Ｕ、９０Ｖ、９０Ｗ、９０Ｎ、９０Ｐ 接続端子
９２、９３、９４ 開口
９５Ｎ、９５Ｐ 接続箇所
９６Ｎ Ｎ極接続ブスバー
９６Ｐ Ｐ極接続ブスバー
９７Ｎ Ｎ極ブスバー
９７Ｐ Ｐ極ブスバー
９８Ｎ、９８Ｐ 端子側ブスバー
９９Ｎ、９９Ｐ プレート側ブスバー
１００、１０１、１０２、１０３ 締結具
１０５、１０６ 開口
１０７ 締結具
１１０Ｐ Ｐ極端子
１１０Ｎ Ｎ極端子
１１３、１１５ 締結具
１２０ 絶縁部材
１２１ スリット
２０１ リアクトル
２０２Ａ、２０２Ｂ ＩＧＢＴ
２０２ａ、２０２ｂ 還流ダイオード
２０３、２０４ コネクタ

Claims (4)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に、旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
   前記上部旋回体に、スイング可能に取り付けられたアタッチメントと、
   前記上部旋回体を旋回させる電動機と、
   前記電動機に電力を供給する電力変換装置と
   を有し、
   前記電力変換装置は、
   筐体と、
   前記筐体内に配置されたパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールに接続されたブスバーと、
   前記ブスバーと前記筐体との間に配置された絶縁部材と
   を有するショベル。
2. 前記絶縁部材は、前記筐体の内面に貼り付けられている請求項１に記載のショベル。
3. 前記絶縁部材は、筒状の形状を有し、前記パワーモジュール及び前記ブスバーを取り囲んでいる請求項１または２に記載のショベル。
4. 前記絶縁部材は、熱硬化性樹脂で形成されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のショベル。

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