JP2016053278A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、駆動部一体型電動機を備える場合でも、コモンモードノイズを低減できる建設機械を提供する。
【解決手段】本発明の建設機械は、直流電力を供給する直流電源１と、交流電力を回転運動へ変換する電動機３と、直流電源１から供給された直流電力を交流電力へ変換しこの交流電力を電動機３へ供給することで電動機３を駆動する駆動部２と、直流電源１、電動機３および駆動部２を配置するためのフレーム１０２とを備え、電動機３と駆動部２とは、一体化されており、電動機用ハウジング３２および駆動部用ハウジング２４のうちの少なくとも一方がフレーム１０２に導電性部材を介して電気的に接続されるようにフレーム１０２に配置され、直流電源１のアース線４は、駆動部用ハウジング２４のみに電気的に接続され、駆動部用ハウジング２４を介してフレーム１０２に電気的に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械に関し、特に、自機を駆動するための駆動部を一体的に持つ電動機を備える建設機械に関する。

電動機は、一般に、外部から供給された電力を回転運動に変換し、この変換した回転運動を外部へ出力する。この際に、電動機を制御して駆動するための駆動部は、例えば所望の回転速度や出力トルク等の回転運動を前記電動機に生じさせるように、外部から供給される前記電力を適宜なエネルギー量およびタイミングで前記電動機へ供給する。このように実際の運用では、電動機は、駆動部を必要とし、電動機の中には、前記駆動部を前記電動機に一体的に持つ駆動部一体型電動機があり、例えば、特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示されたモータ駆動回路一体型電動圧縮機は、冷媒圧縮の動力源として電動モータを備えるとともに、その電動モータの駆動回路が一体的に配置された、車両用空調装置に用いられるモータ駆動回路一体型電動圧縮機であって、前記電動モータの駆動回路は、車両に搭載された電源から接続線を介して電力を供給されることによって動作するものであり、前記電動モータの駆動電流を生成するインバータ回路を有し、前記接続線は、芯線とその芯線と絶縁されつつ当該芯線の周囲を被覆する導電性被膜とからなるシールド線であって、前記モータ駆動回路一体型電動圧縮機のハウジングは、前記シールド線の前記圧縮機への取付部において前記導電性被膜に接続され、かつ、その導電性被膜が車体に接続されることにより、前記ハウジングが車体にアースされ、前記導電性被膜により車体にアースされる経路のインピーダンスは、前記モータ駆動回路一体型電動圧縮機のハウジングが直接車体にアースされる経路のインピーダンスより小さい。前記特許文献１には、この構成により、電動モータから電動圧縮機のハウジングに漏洩した電流は、ハウジングと直接車体間をアースする経路のインピーダンスが大きいため、その大部分は、シールド線の導電性被膜を流れる。この導電性被膜は、浮遊容量や他機器に付属のコモンモードコンデンサを介して芯線と接続されるので、漏洩電流は、その浮遊容量や他機器に付属のコモンモードコンデンサを介して芯線に伝達され、インバータ回路へ帰還するため閉ループは非常に小さくすることができ、ノイズの発生を抑制できる、と記載されている。

また、電動機の高周波ノイズ対策として、特許文献２には、電力変換装置の出力電力線とコモンモード電流還流線とを同一の磁気コアに巻回し、前記コモンモード電流還流線の両端を前記電力変換装置の電源側の接地部位と負荷側の接地部位とに接続してなる高周波ノイズ障害抑制手段が開示されている。

特開２００６−２７３１５号公報 特開２００１−８６７３４号公報

ところで、前記特許文献１では、モータハウジングは、電気的には車体と浮遊容量を介して接続されているが、機械的には車体と別体である。このため、前記特許文献１では、モータハウジングに対し、インバータ回路のインピーダンスを相対的に低減できる。しかしながら、建設機械、特にいわゆるハイブリッド建設機械では、モータハウジングは、例えば車体（フレーム）に取り付けられたエンジンに実装されるなどの電気的に比較的低いインピーダンスで車体に配設されている場合が多い。このため、前記特許文献１のように、モータハウジングに対し、インバータ回路のインピーダンスを相対的に低減し難い。したがって、前記特許文献１に開示された技術を、ハイブリッド建設機械等の建設機械に適用した場合、コモンモードコンデンサによる効果は、大幅に低減されてしまい、前記特許文献１に開示された技術を、建設機械に適用することが難しい。

一方、前記特許文献２に開示された技術は、高周波ノイズ対策として、電力変換装置（駆動部の一例）とモータ（電動機）との間に、電力変換装置の出力電力線とコモンモード電流還流線とを同一の磁気コアに巻回して成るＰＧコイル（Ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ａｎｄ Ｇｒｏｕｎｄ ｌｉｎｅ ｃｏｉｌ）を介挿している。したがって、駆動部一体型電動機では、一体型であるために、このようなＰＧコイルを駆動部と電動機との間に介挿することができないので、前記特許文献２に開示された技術は、駆動部一体型の電動機を備える建設機械に適用し難い。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、駆動部一体型電動機を備える場合でも、コモンモードノイズを低減できる建設機械を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる建設機械は、所定の作業を行うための建設機械であって、直流電力を供給する直流電源と、交流電力を回転運動へ変換する電動機と、前記直流電源から供給された直流電力を交流電力へ変換し前記交流電力を前記電動機へ供給することで前記電動機を駆動する駆動部と、前記直流電源、前記電動機および前記駆動部を配置するためのフレームとを備え、前記電動機と前記駆動部とは、一体化されており、電動機用ハウジングおよび駆動部用ハウジングのうちの少なくとも一方が前記フレームに導電性部材を介して電気的に接続されるように前記フレームに配置され、前記直流電源のアース線は、前記駆動部用ハウジングのみに電気的に接続され、前記駆動部用ハウジングを介して前記フレームに電気的に接続されることを特徴とする。

このような建設機械では、直流電源のアース線は、駆動部用ハウジングのみに電気的に接続され、駆動部用ハウジングを介してフレームに電気的に接続される。このため、放射ノイズのコモンモードノイズを生じさせるコモンモード電流は、主に、駆動部、電動機およびフレームに流れるようになり、比較的小さい面積の閉ループ状の電流経路を流れる。したがって、上記建設機械は、駆動部一体型電動機を備える場合でも、コモンモードノイズを低減できる。

また、他の一態様では、上述の建設機械において、前記駆動部は、前記直流電源から前記直流電力が入力される入力側に、中点を前記駆動部用ハウジングに電気的に接続したＹコンデンサを備えることを特徴とする。

このような建設機械は、Ｙコンデンサ（Ｙキャパシタ、ライン・バイパス・コンデンサ）を備えるので、コモンモードノイズを低減できる。

また、他の一態様では、上述の建設機械において、前記Ｙコンデンサは、前記駆動部用ハウジングと前記電動機用ハウジングとの並設方向における前記駆動部用ハウジングの中央位置よりも前記電動機用ハウジング寄りに配設されていることを特徴とする。

このような建設機械は、駆動部におけるノイズの流入箇所（ノイズの入口）となるＹコンデンサが電動機側に寄った位置に配設されるので、前記ループ状の電流経路における前記面積がより小さくなるから、コモンモードノイズをより低減できる。

また、他の一態様では、これら上述の建設機械において、前記直流電源と前記駆動部とは、一対の配線によって接続され、前記アース線は、前記一対の配線とは別体であることを特徴とする。

直流電源のアース線は、前記一対の配線とは別体に設けられている。このため、上記建設機械は、前記アース線に要求される所定の電流値の電流を流すために必要な断面積以上の断面積を持つ導線を前記アース線として採用できる。

また、他の一態様では、これら上述の建設機械において、前記直流電源と前記駆動部とは、シールド線によってシールドされた一対の配線によって接続され、前記アース線は、前記シールド線で兼用されていることを特徴とする。

このような建設機械は、直流電源のアース線をシールド線で兼用するので、別に前記アース線を用意する必要がない。

また、他の一態様では、これら上述の建設機械において、前記直流電源と前記駆動部とは、シールド線によってシールドされた一対の配線によって接続され、前記アース線は、２本の第１および第２アース線を備え、前記第１アース線は、前記一対の配線と共に前記シールド線によってシールドされており、前記第２アース線は、前記シールド線で兼用されていることを特徴とする。

このような建設機械では、直流電源のアース線をシールド線で兼用する場合に、前記シールド線の断面積が、前記アース線に要求される断面積未満の断面積を持つ場合でも第１アース線を、シールド線で兼用されている第２アース線とは別にさらに設けているので、不足分の断面積を第１アース線で確保することが可能となり、直流電源の絶縁が壊れてもそれによる電流は、駆動部用ハウジングを介してフレームに、より確実に通電できる。

また、他の一態様では、これら上述の建設機械において、前記直流電源は、直流電力を充放電する直流充放電部であり、前記電動機は、交流電力と回転運動とを相互に変換する発電電動機であり、前記駆動部は、さらに、前記発電電動機から回生された交流電力を直流電力へ変換し前記直流電力を前記直流充放電部に充電することを特徴とする。

この構成によれば、駆動部一体型電動機を備える場合でも、コモンモードノイズを低減できる、いわゆるハイブリッド建設機械を提供できる。

本発明にかかる建設機械は、駆動部一体型電動機を備える場合でも、コモンモードノイズを低減できる。

実施形態における駆動部一体型電動機システムを備える油圧ショベルを示す側面図である。 実施形態における駆動部一体型電動機システムの構成を示す図である。 比較例における駆動部一体型電動機システムの構成を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

実施形態における駆動部一体型電動機は、例えば油圧ショベル、クレーンおよびホイールローラ等の、所定の作業を行うための建設機械（建機）に備えられて用いられる。ここでは、一例として、油圧ショベルに搭載された場合について説明するが、もちろん、この駆動部一体型電動機は、他の種類の建機に搭載されて用いられても良い。

図１は、実施形態における駆動部一体型電動機を備える油圧ショベルを示す側面図である。図２は、実施形態における駆動部一体型電動機の構成を示す図である。

実施形態の駆動部一体型電動機を搭載した油圧ショベルＨＳは、ショベルによって実行可能な作業を行うための建機であって、例えば、図１に示すように、左走行クローラ１０１Ｌおよび右走行クローラを有する下部走行体１０１と、この下部走行体１０１上に旋回可能に設けられ、ベースとなるアッパーフレーム１０２と、このアッパーフレーム１０２上に設けられ、その内部に、図略の、例えば内燃機関等のエンジン、後述の作業アタッチメント１０４を駆動するための動力を生じさせる油圧ポンプ、および、後述の駆動部一体型電動機システムＤＭ等を配置した機械室１０３と、アッパーフレーム１０２上に起伏可能に設けられた作業アタッチメント１０４と、作業アタッチメント１０４を操作するためのレバー等の図略の操作部材と、この操作部材を設けたキャブ室（操作室）１０５とを備える。

作業アタッチメント１０４は、当該建機ＨＳの種類に応じた所定の作業を行うための機構である。本実施形態では、油圧ショベルＨＳであるので、作業アタッチメント１０４は、例えば、ブーム１４１と、このブーム１４１の先端部に連結されたアーム１４２と、このアーム１４２の先端部に揺動可能に取り付けられたバケット１４３とを有する。ブーム１４１は、ブームシリンダ１４４ａの伸縮動作によってアッパーフレーム１０２に対して起伏する。アーム１４１は、アームシリンダ１４４ｂの伸縮動作によってブーム１４１に対して揺動する。バケット１４３は、バケットシリンダ１４４ｃの伸縮動作によってアーム１４２に対して揺動する。ブームシリンダ１４４ａ、アームシリンダ１４４ｂおよびバケットシリンダ１４４ｃは、それぞれ、前記油圧ポンプによって駆動される油圧式の油圧シリンダからなる。

このような油圧ショベルＨＳに備えられて用いられる駆動部一体型電動機システムＤＭは、例えば、図２に示すように、直流電源１と、駆動部２と、電動機３とを備え、これら直流電源１、駆動部２および電動機３は、アッパーフレーム１０２に配置されている。

直流電源１は、直流電力を供給する電源回路である。本実施形態では、直流電源１は、さらに、直流電力を蓄電する。すなわち、本実施形態では、直流電源１は、直流電力を充放電する直流充放電部であり、例えば、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池およびリチウムイオン二次電池等の二次電池（蓄電池）を備える。より具体的には、直流電源（直流充放電部）１は、例えば、直流電源本体（直流充放電部本体）としての二次電池１１と、この二次電池１１を収容し、金属（合金を含む）で形成された大略箱形の電源用ハウジング１２とを備える。直流電源（直流充放電部）１には、二次電池１１と電源用ハウジング１２との間に、いわゆる浮遊容量Ｃ２が生じている。直流電源（直流充放電部）１は、その電源用ハウジング１２の底面が防振用のダンパ部材６を介してアッパーフレーム１０２に取り付けられることによって、アッパーフレーム１０２に配設されている。ダンパ部材６は、金属（合金を含む）材料等の導電性材料ではない、例えば樹脂材料等で形成されている。

電動機３は、交流電力を回転運動へ変換する装置である。本実施形態では、電動機３は、さらに、回転運動を交流電力へ変換する。すなわち、本実施形態では、電動機３は、電動機としての機能と発電機としての機能とを持ち、交流電力と回転運動との間で、交流電力と回転運動とを相互に変換する発電電動機（電動発電機）である。電動機３は、例えば、三相電動機等であり、発電機としても利用できるようになっている。より具体的には、電動機（発電電動機）３は、例えば、電動機本体３１と、この電動機本体３１を収容し、金属（合金を含む）で形成された大略箱形の電動機用ハウジング３２とを備える。電動機本体３１は、大略、回転子（ロータ）、固定子（ステータ）、回転磁界を生じさせて前記固定子に対し前記回転子を回転させるためのコイル、および、前記回転子の回転運動を外部に出力するための出力軸等を備えて構成されるが、図２には、電動機本体３１における三相のコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗが図示され、他は、省略されている。電動機（発電電動機）３には、コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗと電動機用ハウジング３２との間に、いわゆる浮遊容量Ｃ１が生じている。そして、電動機（発電電動機）３の出力軸は、前記エンジンの出力軸と協働して前記油圧ポンプを駆動するように、前記油圧ポンプに機械的に接続されている。例えば、電動機（発電電動機）３は、前記エンジンと前記油圧ポンプとの間に直列に配置されるように前記エンジンにマウント（実装）され、これら電動機３、前記エンジンおよび前記油圧ポンプの各軸は、例えば所定の連結手段で互いに連結される等によって一体的に回転可能にされている。

駆動部２は、直流電源１から供給された直流電力を交流電力へ変換し、この変換した交流電力を電動機３へ供給することで電動機３を駆動する回路である。本実施形態では、駆動部２は、さらに、電動機（発電電動機）３から回生された交流電力を直流電力へ変換し、この変換した直流電力を直流電源（直流充放電部）１に供給する。すなわち、本実施形態では、駆動部２は、直流電源（直流充放電部）１と電動機（発電電動機）３との間に介装され、直流電力と交流電力との間で、直流電力と交流電力とを相互に変換する電力変換部である。より具体的には、駆動部２は、例えば、Ｙコンデンサ２１と、例えばインバータ回路等の電力変換回路２３と、これらＹコンデンサ２１および電力変換回路２３を収容し、金属（合金を含む）で形成された大略箱形の駆動部用ハウジング２４とを備える。

Ｙコンデンサ（Ｙキャパシタ、ライン・バイパス・コンデンサ）２１は、互いに直列に接続された一対（２個）のコンデンサ２１１、２１２を備える。これら一対のコンデンサ２１１、２１２から成る直列回路は、直流電源１から直流電力が入力される入力側において、プラス側配線（Ｐライン）とマイナス側配線（Ｎライン）との間に接続され、コンデンサ２１１とコンデンサ２１２とを接続する中点は、駆動部用ハウジング２４に電気的に接続される。すなわち、コンデンサ２１１の一方端は、プラス側配線に接続され、コンデンサ２１１の他方端は、コンデンサ２１２の一方端に接続され、コンデンサ２１２の他方端は、マイナス側配線に接続され、そして、コンデンサ２１１の他方端とコンデンサ２１２の一方端とを接続した中点は、駆動部用ハウジング２４に接続される。このようなＹコンデンサ２１は、主に、コモンモードノイズをグランドに逃がすことによってノイズを低減できる。

電力変換回路２３は、直流電力と交流電力とを相互に変換する回路であり、例えば、複数のトランジスタ素子（Ｔｒ素子）と、前記複数のＴｒ素子を制御するトランジスタ制御回路（Ｔｒ制御回路）とを備える。より具体的には、本実施形態では、電動機３が三相であるので、これに対応するように、電力変換回路２３は、６個の第１ないし第６Ｔｒ素子を備える。第１および第２Ｔｒ素子は、互いに直列に接続された第１直列回路を構成し、第３および第４Ｔｒ素子は、互いに直列に接続された第２直列回路を構成し、第５および第６Ｔｒ素子は、互いに直列に接続された第３直列回路を構成し、これら第１ないし第３直列回路は、互いに並列接続で、プラス側配線とマイナス側配線との間に接続される。そして、第１直列回路における第１および第２Ｔｒ素子の第１接続点、第２直列回路における第３および第４Ｔｒ素子の第２接続点、ならびに、第３直列回路における第５および第６Ｔｒ素子の第３接続点は、電力変換回路２３における電動機３に対する電力の入出力端（駆動部２の入出力端）であり、それぞれ、電動機３における３個のコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの各一方端に接続される。なお、３個のコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの各他方端は、互いに接続される。第１ないし第６Ｔｒ素子は、例えば、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子やパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子等の電力用のＴｒ素子（パワートランジスタ素子）である。このような電力変換回路２３では、前記Ｔｒ制御回路の制御信号によって第１ないし第６Ｔｒ素子の各オンオフを適宜に切り換えることによって電流の所定の経路が形成される。すなわち、前記Ｔｒ制御回路は、電動機（発電電動機）３を駆動する場合には、直流電源（直流充放電部）１からの直流電力を交流電力に変換して電動機（発電電動機）３の各コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗに供給するように、その制御信号によって第１ないし第６Ｔｒ素子の各オンオフを切り換える。これによって前記Ｔｒ制御回路は、電力変換回路２３をインバータ回路として機能させる。そして、前記Ｔｒ制御回路は、回生する場合には、電動機（発電電動機）３の各コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗからの交流電力を直流電力に変換して直流電源（直流充放電部）１に供給するように、その制御信号によって第１ないし第６Ｔｒ素子の各オンオフを切り換える。これによって前記Ｔｒ制御回路は、電力変換回路２３をコンバータ回路として機能させる。

そして、これら電動機（発電電動機）３と駆動部２とは、一体化されている。例えば、電動機（発電電動機）３と駆動部２とは、それら電動機用ハウジング３２と駆動部用ハウジング２４とが電動機用ハウジング３２における電力変換回路２３の前記入出力端の臨む第１面と駆動部用ハウジングにおけるコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの各一方端の臨む第２面とで互いに直接当接することによって、機械的（構造的）にも電気的にも一体化されている。なお、この場合において、前記第１および第２面は、隙間無く当接すなわち密着するように直接当接することが好ましい。また例えば、電動機（発電電動機）３と駆動部２とは、それら電動機用ハウジング３２と駆動部用ハウジング２４とが一体に形成されることによって、機械的（構造的）にも電気的にも一体化されている。

さらに、電動機３と駆動部２とは、それら電動機用ハウジング３２および駆動部用ハウジング２４のうちの少なくとも一方が導電性を有する導電性部材を介して電気的に接続されるようにアッパーフレーム１０２に配置される。本実施形態では、電動機３と駆動部２とは、例えば、アッパーフレーム１０２に取り付けられている前記エンジンに電動機３（電動機用ハウジング３２）がマウントされており、これら導電性の、電動機用ハウジング３２、電動機３の回転軸、前記エンジンの回転軸および前記エンジンのハウジングを介して、アッパーフレーム１０２に電気的に導通するように、アッパーフレーム１０２に配置されている。前記エンジンは、前記エンジンの配管類等や前記エンジンに取り付けられている各種センサの接地線によってアッパーフレーム１０２に電気的に導通している。このため、電動機３と駆動部２とは、比較的低いインピーダンスでアッパーフレーム１０２と電気的に接続されている。なお、この態様に代え、例えば、電動機３と駆動部２とは、アッパーフレーム１０２に取り付けられている前記エンジンに駆動部２（駆動部用ハウジング２４）を介して電動機３がマウントされて駆動部用ハウジング２４がアッパーフレーム１０２に電気的に導通するように、アッパーフレーム１０２に配置されてよい。また例えば、電動機３と駆動部２とは、アッパーフレーム１０２に取り付けられている前記エンジンに電動機３（電動機用ハウジング３２）および駆動部２（駆動部用ハウジング２４）がマウントされて電動機用ハウジング３２および駆動部用ハウジング２４それぞれがアッパーフレーム１０２に電気的に導通するように、アッパーフレーム１０２に配置されてよい。

そして、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、アッパーフレーム１０２に電気的に接続するために、従来のようにアッパーフレーム１０２に機械的（構造的）に直接接続されていない。本実施形態では、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、アッパーフレーム１０２に電気的に接続するために、その一方端が電源用ハウジング１２に機械的に接続されて電気的に接続され、その他方端が駆動部用ハウジング２４のみに機械的に接続されて電気的に接続される。この結果、駆動部２と電動機（発電電動機）３とが一体化されているので、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、駆動部用ハウジング２４を介してアッパーフレーム１０２に電気的に接続される。より具体的には、本実施形態では、電動機用ハウジング３２のみで上述のようにアッパーフレーム１０２に電気的に導通するように、電動機（発電電動機）３と駆動部２とは、アッパーフレーム１０２に配設されているので、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、駆動部用ハウジング２４および電動機用ハウジング３２を介してアッパーフレーム１０２に電気的に接続される。

また、直流電源（直流充放電部）１と駆動部２とは、プラス側配線（Ｐライン）５１およびマイナス側配線（Ｎライン）５２となる一対の配線５１、５２を含む配線ケーブル５によって電気的に互いに接続されている。本実施形態では、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、これら一対の配線５１、５２とは別体で構成されている。

このような構成の油圧ショベルＨＳは、いわゆるハイブリッド建設機械であり、前記エンジンの無負荷時または軽負荷時に余剰となるエンジン出力を発電電動機（電動機）３によって電力に変換し、そして、重負荷時にエンジン出力に加えて電動機（発電電動機）３で出力を補完する。

より具体的には、無負荷時または軽負荷時では、前記エンジンのエンジン出力によって発電電動機（電動機）３を回転駆動し、エンジン出力の回転運動（運動エネルギー）を発電電動機（電動機）３によって交流電力（電気エネルギー）に変換する。この交流電力は、発電電動機（電動機）３から駆動部２へ出力され、駆動部２は、この交流電力を直流電力へ変換する。この直流電力は、駆動部２から直流充放電部（直流電源）１へ出力され、直流充放電部（直流電源）１は、この直流電力を蓄電する。すなわち、直流充放電部（直流電源）１は、この直流電力によって充電される。

一方、重負荷時では、前記エンジンのエンジン出力は、すべて、前記油圧ポンプを駆動するために使われる。さらに、前記油圧ポンプの駆動は、電動機（発電電動機）３によって補完される。すなわち、直流充放電部（直流電源）１は、その蓄電していた直流電力を駆動部２へ出力し、駆動部２は、この直流電力を交流電力へ変換する。この交流電力は、駆動部２から電動機（発電電動機）３へ出力される。電動機（発電電動機）３は、この交流電力によって駆動され、回転運動を生成し、前記エンジン出力と協働しつつ前記生成した回転運動によって前記油圧ポンプを駆動する。

このような動作において、駆動部２は、直流電力と交流電力との間で相互に変換する際に、前記Ｔｒ素子をオンオフするので、高周波のノイズを発生する。このノイズについて、比較例を用いて以下に説明する。

図３は、比較例における駆動部一体型電動機システムの構成を示す図である。この図３に示す比較例における駆動部一体型電動機システムＤＭｃは、図２に示す本実施形態における駆動部一体型電動機システムＤＭに類似し、本実施形態における駆動部一体型電動機システムＤＭに対し、図２に示す直流電源（直流充放電部）１のアース線４に代え、図３に示すように、アッパーフレーム１０２に機械的（構造的）に直接接続する直流電源（直流充放電部）１のアース線７を備えている点で異なる。したがって、直流電源（直流充放電部）１は、アース線７を介してアッパーフレーム１０２に電気的に接続される。

図２および図３それぞれに示す駆動部一体型電動機システムＤＭ、ＤＭｃの場合、電動機用ハウジング３２は、構造的に、アッパーフレーム１０２と電気的に接続されている。このため、駆動部２の電力変換回路２３で生じたコモンモードノイズとなる電流（コモンモード電流）は、図２および図３それぞれに示すように、電動機（発電電動機）３のコイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗおよび浮遊容量Ｃ１を介して電動機用ハウジング３２へ流れ、そして、アッパーフレーム１０２へ流れる。その後、これら駆動部一体型電動機システムＤＭ、ＤＭｃにおける各部にそのインピーダンスの大きさに応じて分流し、駆動部２のマイナス側配線（Ｎライン）に流れて、駆動部２の電力変換回路２３へ帰還する。

前記分流において、図２に示す本実施形態の駆動部一体型電動機システムＤＭでは、図２に示すように、主に、アッパーフレーム１０２から、電動機用ハウジング３２および駆動部用ハウジング２４を介して駆動部２のマイナス側配線に至る第１分流経路α、アッパーフレーム１０２から、電源用ハウジング１２およびアース線４を介して駆動部２のマイナス側配線に至る第２分流経路β、および、アッパーフレーム１０２から、浮遊容量Ｃ２、直流電源（直流充放電部）１のマイナス側配線およびアース線４を介して駆動部２のマイナス側配線に至る第３分流経路γが推定される。

一方、図３に示す比較例の駆動部一体型電動機システムＤＭｃでは、図３に示すように、主に、アッパーフレーム１０２から、電動機用ハウジング３２および駆動部用ハウジング２４を介して駆動部２のマイナス側配線に至る第１分流経路α、アッパーフレーム１０２から、アース線７、電源用ハウジング１２および配線ケーブル５のシースを介して駆動部２のマイナス側配線に至る第４分流経路βｃ、および、アッパーフレーム１０２から、アース線７、浮遊容量Ｃ２、直流電源（直流充放電部）１のマイナス側配線および配線ケーブル５の配線５２を介して駆動部２のマイナス側配線に至る第５分流経路γｃが推定される。これら第４および第５分流経路βｃ、γｃは、それぞれ、上述の第２および第３分流経路β、γに対応する。

ここで、これら各分流経路α、β、γ、βｃ、γｃに印加される各電圧の各電圧値は、それぞれ、電動機（発電電動機）３の中性点（コイル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗの各他方端の接続点）における電位であり、互いに等しい。このため、各分流経路α、β、γ、βｃ、γｃに流れる各電流の各電流値は、それぞれ、各分流経路α、β、γ、βｃ、γｃにおける各インピーダンスの各値に応じて決定されることになる。

図２に示す本実施形態の駆動部一体型電動機システムＤＭでは、アッパーフレーム１０２と駆動部用ハウジング２４とは、電動機用ハウジング３２を介して接続されている一方、アッパーフレーム１０２と電源用ハウジング１２とは、アース線７によって接続されていない。このため、第２および第３分流経路β、γにおける各インピーダンス値は、第１分流経路αにおけるインピーダンス値に較べて著しく高い。このため、本実施形態の駆動部一体型電動機システムＤＭでは、コモンモード電流は、主に、第１分流経路αに流れ、このコモンモード電流によって第１分流経路αからコモンモードノイズとして放射ノイズが生じることになる。

一方、図３に示す比較例の駆動部一体型電動機システムＤＭｃでは、アッパーフレーム１０２と駆動部用ハウジング２４とは、電動機用ハウジング３２を介して接続されており、アッパーフレーム１０２と電源用ハウジング１２とは、アース線７によって接続されている。このため、比較例の駆動部一体型電動機システムＤＭｃでは、コモンモード電流は、第１、第４および第５分流経路α、βｃ、γｃそれぞれに分流して流れ、これら分流した各コモンモード電流によって各分流経路α、βｃ、γｃそれぞれからコモンモードノイズとして放射ノイズが生じることになる。

そして、放射ノイズは、一般に、当該放射ノイズを生じる電流経路に流れる電流の電流値と前記電流経路の閉ループによって形成される面積とに比例する。第１分流経路αの第１面積Ｓαは、第４および第５分流経路βｃ、γｃの第４および第５面積Ｓβｃ、Ｓγｃよりも小さい。このため、図２に示す本実施形態の駆動部一体型電動機システムＤＭにおけるコモンモードノイズは、図３に示す比較例の駆動部一体型電動機システムＤＭｃにおけるコモンモードノイズよりも小さくなり、低減される。

すなわち、コモンモードノイズは、次のように概算される。駆動部２の電力変換回路２３で生じたコモンモード電流を３Ｉとし、放射ノイズの比例定数をｋとすると、図２に示す本実施形態の駆動部一体型電動機システムＤＭでは、第１分流経路αに電流値３Ｉの電流が流れ、そのコモンモードノイズは、３ｋＩＳαとなる。一方、図３に示す比較例の駆動部一体型電動機システムＤＭｃでは、第１、第４および第５分流経路α、βｃ、γｃにおける各インピーダンス値は、上記構成から略等しいとすると、第１、第４および第５分流経路α、βｃ、γｃそれぞれに電流値Ｉの各電流が流れ、そのコモンモードノイズは、ｋＩＳα＋ｋＩＳβｃ＋ｋＩＳγｃとなる。ここで、Ｓα＜Ｓβｃ、Ｓα＜Ｓγｃであるので、ｋＩＳα＜ｋＩＳβｃ、ｋＩＳα＜ｋＩＳγｃとなるから、図２に示す本実施形態の駆動部一体型電動機システムＤＭにおけるコモンモードノイズ３ｋＩＳαは、図３に示す比較例の駆動部一体型電動機システムＤＭｃにおけるコモンモードノイズ（ｋＩＳα＋ｋＩＳβｃ＋ｋＩＳγｃ）より小さくなる（３ｋＩＳα＝ｋＩＳα＋ｋＩＳα＋ｋＩＳα＜ｋＩＳα＋ｋＩＳβｃ＋ｋＩＳγｃ）。

以上説明したように、本実施形態における油圧ショベルＨＳでは、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、駆動部用ハウジング２４のみに電気的に接続され、駆動部用ハウジング２４を介してアッパーフレーム１０２に電気的に接続される。このため、放射ノイズのコモンモードノイズを生じさせるコモンモード電流は、主に、駆動部２、電動機３およびアッパーフレーム１０２に流れるようになり、比較的小さい面積の閉ループ状の電流経路を流れる。したがって、本実施形態における油圧ショベルＨＳは、駆動部一体型電動機２、３を備える場合でも、コモンモードノイズを低減できる。

また、Ｙコンデンサ２１を備えない場合には、第１分流経路αを流れたコモンモード電流は、配線ケーブル５に流れ出して各部に流れることにより、コモンモードノイズを生じさせる電流経路の面積が増大する虞がある。本実施形態における油圧ショベルＨＳは、Ｙコンデンサ２１を備えるので、このような面積の増大を防止でき、コモンモードノイズを低減できる。

また、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、直流電源（直流充放電部）１の絶縁が壊れて高電圧が電源用ハウジング１２に漏れた場合に、いわゆる感電を防止するべく電源用ハウジング１２が高電圧とならないように、前記高電圧による所定の電流値の電流を、アッパーフレーム１０２を介してグランドに流す機能を果たす必要がある。このため、前記アース線４は、前記機能を果たすために必要な断面積以上の断面積を持つ必要がある。上述のように、本実施形態における油圧ショベルＨＳでは、前記アース線４は、配線ケーブル５の一対の配線５１、５２とは別体に設けられているので、本実施形態における油圧ショベルＨＳは、上述のように前記アース線４に要求される所定の電流値の電流を流すために必要な断面積以上の断面積を持つ導線を前記アース線４として採用できる。

なお、上述の実施形態において、アッパーフレーム１０２は、下部走行体１０１に対し旋回するが、この旋回は、通常、電動機（旋回電動機）によって実現されている。そこで、前記旋回電動機に発電機としての機能をさらに付加し、旋回制動時の慣性エネルギーを前記発電機能付きの旋回電動機で回生するように、油圧ショベルＨＳは、構成されても良い。

また、上述の実施形態では、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、一対の配線５１、５２とは別体で構成されたが、これに限定されるものではなく、例えば、次の態様であっても良い。

例えば、前記一対の配線５１、５２を含む配線ケーブルは、前記一対の配線５１、５２をシールド線によってシールドしたシールドケーブルであって、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、このシールドケーブルの前記シールド線で兼用されてよい。すなわち、前記シールド線は、前記アース線４としても機能する。このような態様では、前記アース線４をシールド線で兼用するので、別に前記アース線４を用意する必要がない。なお、上述のように前記シールド線で前記アース線４を兼用する場合、前記シールド線は、上述のように前記アース線４に要求される前記断面積以上の断面積を持つように構成される。

また例えば、前記一対の配線５１、５２を含む配線ケーブルは、前記一対の配線５１、５２をシールド線によってシールドしたシールドケーブルであって、直流電源（直流充放電部）１のアース線４は、２本の第１および第２アース線４１、４２（不図示）を備え、前記第１アース線４１は、前記一対の配線５１、５２と共に前記シールド線によってシールドされており、前記第２アース線４２は、前記シールド線で兼用されてよい。すなわち、前記第１アース線４１は、前記一対の配線５１、５２と共に前記シールドケーブルに含まれ、前記シールド線は、前記第２アース線４２としても機能する。このような態様では、前記アース線４をシールド線で兼用する場合に、前記シールド線の断面積が、上述のように前記アース線４に要求される前記断面積未満の断面積を持つ場合でも第１アース線４１を、シールド線で兼用されている第２アース線４２とは別にさらに設けているので、不足分の断面積を第１アース線４１で確保することが可能となる。このため、直流電源（直流充放電部）１の絶縁が壊れてもそれによる電流は、駆動部用ハウジング２４を介してアッパーフレーム１０２に、より確実に通電され得る。

また、これら上述の実施形態において、駆動部２のＹコンデンサ２１は、駆動部用ハウジング２４と電動機用ハウジング３２との並設方向における駆動部用ハウジング２４の中央位置よりも電動機用ハウジング３２寄りに配設されていることが好ましい。このような態様では、駆動部２におけるノイズの流入箇所（ノイズの入口）となるＹコンデンサ２１が電動機３側に寄った位置に配設されるので、前記ループ状の電流経路における前記面積がより小さくなるから、コモンモードノイズがより低減され得る。この観点から、Ｙコンデンサ２１は、電動機用ハウジング３２に可能な限り寄った位置（駆動部一体型電動機２、３の設計上あるいは構造上の制約を考慮した上で、電動機用ハウジング３２に最も寄った位置）に配設されることがより好ましい。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

ＨＳ 油圧ショベル
ＤＭ 駆動部一体型電動機システム
Ｃ１、Ｃ２ 浮遊容量
１ 直流電源（直流充放電部）
２ 駆動部
３ 電動機（発電電動機）
４ アース線
５ 配線ケーブル
２１ Ｙコンデンサ
２４ 駆動部用ハウジング
３２ 電動機用ハウジング

Claims (7)

1. 所定の作業を行うための建設機械であって、
   直流電力を供給する直流電源と、
   交流電力を回転運動へ変換する電動機と、
   前記直流電源から供給された直流電力を交流電力へ変換し前記交流電力を前記電動機へ供給することで前記電動機を駆動する駆動部と、
   前記直流電源、前記電動機および前記駆動部を配置するためのフレームとを備え、
   前記電動機と前記駆動部とは、一体化されており、電動機用ハウジングおよび駆動部用ハウジングのうちの少なくとも一方が前記フレームに導電性部材を介して電気的に接続されるように前記フレームに配置され、
   前記直流電源のアース線は、前記駆動部用ハウジングのみに電気的に接続され、前記駆動部用ハウジングを介して前記フレームに電気的に接続されること
   を特徴とする建設機械。
2. 前記駆動部は、前記直流電源から前記直流電力が入力される入力側に、中点を前記駆動部用ハウジングに電気的に接続したＹコンデンサを備えること
   を特徴とする請求項１に建設機械。
3. 前記Ｙコンデンサは、前記駆動部用ハウジングと前記電動機用ハウジングとの並設方向における前記駆動部用ハウジングの中央位置よりも前記電動機用ハウジング寄りに配設されていること
   を特徴とする請求項２に記載の建設機械。
4. 前記直流電源と前記駆動部とは、一対の配線によって接続され、
   前記アース線は、前記一対の配線とは別体であること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の建設機械。
5. 前記直流電源と前記駆動部とは、シールド線によってシールドされた一対の配線によって接続され、
   前記アース線は、前記シールド線で兼用されていること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の建設機械。
6. 前記直流電源と前記駆動部とは、シールド線によってシールドされた一対の配線によって接続され、
   前記アース線は、２本の第１および第２アース線を備え、
   前記第１アース線は、前記一対の配線と共に前記シールド線によってシールドされており、
   前記第２アース線は、前記シールド線で兼用されていること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の建設機械。
7. 前記直流電源は、直流電力を充放電する直流充放電部であり、
   前記電動機は、交流電力と回転運動とを相互に変換する発電電動機であり、
   前記駆動部は、さらに、前記発電電動機から回生された交流電力を直流電力へ変換し前記直流電力を前記直流充放電部に充電すること
   を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の建設機械。
   

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