JP5178548B2 - ハイブリッド型建設機械 - Google Patents

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、クレーンといった建設機械において、バッテリや交流電動機を備え、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。また、ハイブリッド型建設機械では、旋回機構等の作業要素の駆動や油圧ポンプの駆動を行うための交流電動機を更に備えているものもある。例えば、特許文献１には、旋回駆動源として電動機を用いる旋回式建設機械が記載されている。

特開２００５−２９９１０２号公報

ハイブリッド型建設機械では、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する必要がある。また、交流電動機における回生発電により得られる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必要がある。従って、ハイブリッド型建設機械には、直流電力と交流電力との変換のためのインバータユニットや、バッテリの充放電を制御するためのコンバータユニットといった複数のドライバユニットを備えたサーボ制御ユニットが設けられる場合がある。

サーボ制御ユニットは、上記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を備えている。コントロールユニットは、各ユニットの制御のためのＣＰＵ等を含む電子部品を有している。この電子部品を正常に動作させるためには、コントロールユニット内部の温度が一定範囲内にあることが必要である。一方、コントロールユニットでは、電子部品等の防水及び防塵のため、密閉構造が採用される。密閉構造では、コントロールユニット内で発生した熱が外部に放熱され難い。コントロールユニット内において部分的に高熱になるような温度勾配が生じると、電子部品の動作に支障をきたす。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、コントロールユニット内の温度を均一化して、冷却効率を向上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、本発明のハイブリッド型建設機械は、作業要素を駆動するための交流電動機と、交流電動機を制御するサーボ制御ユニットとを備え、サーボ制御ユニットは、直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動するためのインバータユニットを含む１又は複数のドライバユニットと、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、コントロールユニットは、密閉構造からなる筐体と、筐体内に設けられた電子部品と、筐体内に設けられ筐体内の空気を攪拌するための第１のファンとを備え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、コントロールユニットの筐体内に第１のファンが設けられているので、密閉構造の筐体内に気流を発生させ、筐体内の空気を攪拌することができる。これにより、筐体内の温度勾配が解消されるので、筐体内の冷却効率が向上する。従って、高温による電子部品の異常動作を防止できる。

また、ハイブリッド型建設機械では、サーボ制御ユニットは、複数のドライバユニットを備え、電子部品は、複数のドライバユニットのそれぞれに対応して設けられ当該ドライバユニットを制御するための複数のＣＰＵを含み、第１のファンは、複数のＣＰＵのそれぞれに対応して、当該ＣＰＵに向かう気流を発生するように複数設けられていることを特徴としてもよい。

複数のドライバユニットを備えるサーボ制御ユニットでは、ドライバユニットを制御するためのＣＰＵが、複数のドライバユニットのそれぞれに対応して複数設けられている場合がある。この場合には、第１のファンが発生する気流がＣＰＵに向かうように、複数のＣＰＵのそれぞれに対応して第１のファンが設けられることにより、ＣＰＵから発生する熱により熱せられた空気を効率よく攪拌することが可能となる。

また、ハイブリッド型建設機械では、複数のドライバユニットに対応する複数のＣＰＵは、同一基板に実装されることを特徴としてもよい。この場合には、複数のＣＰＵをケーブル配線ではなく、基板上に形成されたパターン配線により接続することが可能になるので、信頼性を向上することができる。

また、ハイブリッド型建設機械では、複数のドライバユニットは、直方体状の外観を有すると共に、第１の方向に並べられて固定されており、コントロールユニットの筐体は、直方体状の外観を有すると共に、複数のドライバユニットの上面を覆うように、複数のドライバユニット上に設けられており、ＣＰＵは、筐体内において第１の方向に配列されており、第１のファンは、第１の方向に直交する第２の方向に気流を発生させるように設けられていることを特徴としてもよい。

本発明のハイブリッド型建設機械では、複数のドライバユニットが第１の方向に配列されており、コントロールユニットのＣＰＵは、ドライバユニットの配列に対応するように、筐体内に配列されている。さらに、第１のファンはそれぞれ、各ＣＰＵに対して第２の方向に気流を発生させるように設けられているので、ＣＰＵから発生する熱により熱せられた空気を一層効率よく攪拌することが可能となる。

また、本発明のハイブリッド型建設機械では、コントロールユニットは、ＣＰＵの温度を測定するための温度センサを更に備え、第１のファンは、温度センサにより測定された温度に基づいて制御されることが好ましい。

この場合には、ＣＰＵが高温になっていないときには、第１のファンを停止させるような制御を行うことができる。よって、ファンの寿命が向上する。

また、本発明のハイブリッド型建設機械では、コントロールユニットは、電子部品に電力を供給するための電源ユニットと、電源ユニットに向かう気流を発生するように筐体内に設けられた第２のファンとを更に備えることを特徴としてもよい。

このハイブリッド型建設機械では、コントロールユニットは、電子部品に安定した電流及び電圧を供給可能な電源ユニットを備えている。この場合には、電源ユニットに向かう気流を発生できるファンが設けられることにより、電源ユニットから発せられた熱により熱せられた空気を拡散することが可能となる。

本発明によれば、コントロールユニット内の温度を均一化して、冷却効率を向上できるハイブリッド型建設機械を提供することが可能となる。

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。 サーボ制御ユニットの外観を示す斜視図である。 コントロールユニットの筐体内の上断面図、側面図及び側断面図である。 コントロールユニットの筐体内の側面図及び側断面図である。

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、旋回機構３等の作業要素を駆動したりエンジン１１をアシストしたりするための交流電動機、及びバッテリ１９（図２参照）等を制御するサーボ制御ユニット６０（図４参照）を備えている。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を駆動するためのインバータユニット、バッテリ１９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ドライバユニットと、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。サーボ制御ユニット６０の詳細については後述する。

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（交流電動機）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、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、直流配線を構成するＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ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。昇降圧コンバータ１００の内部構成の詳細については後述する。

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を介して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。

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、走行機械２を作業用電動機として電気駆動させても良い。更にフォークリフトに本願発明を適用する場合には、リフティング装置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、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、旋回用電動機２１の駆動制御、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、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１００について詳細に説明する。図３には、昇降圧コンバータ１００の回路構成が概略的に示されている。昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃ、並びに平滑用のコンデンサ１００ｄを備えている。トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃ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のコレクタ及びとトランジスタ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が逆方向に接続されている。平滑用のコンデンサ１００ｄは、トランジスタ１００Ｃのコレクタとトランジスタ１００Ｂのエミッタとの間に接続され、昇降圧コンバータ１００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、トランジスタ１００ＢのゲートにＰＷＭ電圧を印加し、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をダイオード１００ｃを介して伝達し、この電力をコンデンサ１００ｄにより平滑化する。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、トランジスタ１００ＣのゲートにＰＷＭ電圧を印加するとともに、トランジスタ１００Ｃから出力される電流をリアクトル１０１により平滑化する。

ここで、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃ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１０１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１００Ｂ及び１００Ｃ、並びにリアクトル１０１を冷却する必要が生じる。また、インバータ回路１８Ａ，１８Ｂ，及び２０もまた昇降圧コンバータ１００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、本実施形態のリフティングマグネット車両１は、昇降圧コンバータ１００、インバータ回路１８Ａ，１８Ｂ，及び２０を冷却するための冷却液循環システムを備えている。

次に、図４を用いてサーボ制御ユニット６０について説明する。図４は、サーボ制御ユニット６０の外観を示す斜視図である。サーボ制御ユニット６０は、電動発電機１２、旋回用電動機２１及びバッテリ１９を制御する装置である。サーボ制御ユニット６０は、略直方体状の外観を有しており、コントローラ３０を収容するコントロールボックス６００と、ドライバユニット６２〜６６とを備えている。ドライバユニット６２〜６６は、例えば昇降圧コンバータユニット６２と、インバータユニット６３〜６６とから構成される。昇降圧コンバータユニット６２は、昇降圧コンバータ１００を収容しており、インバータユニット６３〜６６は、例えばインバータ回路１８Ａ、２０Ａ、２０Ｂ及びその他のインバータ回路を収容している。

ドライバユニット６２〜６６は、それぞれ奥行き方向に長い直方体状の外観の金属容器を有する。これらのドライバユニット６２〜６６は、金属製の上面が開いた板状台座６７内に横方向（第１の方向）に並んで設置されている。ドライバユニット６２〜６６はそれぞれ、ボルトにより板状台座６７に固定されている。そして、これらのドライバユニット６２〜６６の上に、ドライバユニット６２〜６６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６００が載置されている。更にコントロールユニット６００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。ドライバユニット６２〜６６の上面側は、コントロールユニット底板６１ｂによって密閉されている。

昇降圧コンバータユニット６２は、昇降圧コンバータを構成するための電気回路及びモジュール等を収容しており、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、例えば蓄電のためのバッテリを接続することができる。この場合には、昇降圧コンバータユニット６２は、バッテリの充放電を制御する。

インバータユニット６３〜６６は、インバータを構成するための電気回路及びモジュール等を収容しており、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の出力端には、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭモータによって構成される交流電動機を接続することができる。インバータユニット６３〜６６は、直流電力を交流電力に変換して交流電動機を駆動する。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。

コントロールユニット６００は、ドライバユニット６２〜６６を制御するためのコントローラを収容している。コントローラは、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置や電子回路を有しており、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、コントロールユニット６００には冷却用配管６０８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。

次に、図５及び図６を用いて、コントロールユニット６００を詳細に説明する。図５（ａ）は、コントロールユニット６００の平面断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う側断面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）のII−II線に沿う側断面図、及び図５（ｄ）は、図５（ａ）のIII−III線に沿う側断面図である。図６（ａ）は、図５（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う側断面図、図６（ｂ）は、コントロールユニット６００を図６（ａ）の側断面図と同方向から見た側面図である。

コントロールユニット６００は、筐体容器６０１ａ及び筐体カバー６０１ｂからなる筐体６０１を有し、コントローラの電子回路等が、この筐体６０１内に収容されている。

コントロールユニット６００の筐体６０１は、直方体状の外観を有すると共に、ドライバユニット６２〜６６の上面を覆うように、複数のドライバユニット上に設けられている。また、筐体６０１は、略長方形状の平面形状を有する底面上に、略直方体状の内空間を有する。この内空間は外気と遮断されており、コントロールユニット６００の筐体６０１は、密閉構造となっている。なお、複数のドライバユニットが配列された方向（第１の方向）は、コントロールユニット６００の短手方向と一致しており、この方向は、図５（ａ）の紙面上下方向に相当する。また、複数のドライバユニットが配列された方向（第１の方向）に直交する方向（第２の方向）は、コントロールユニット６００の長手方向と一致しており、この方向は、図５（ａ）の紙面左右方向に相当する。

筐体６０１内の底面上には、長方形の平面形状を有するカードプレート６０２が設けられている。カードプレート６０２は、カードプレート６０２の長手方向及び短手方向をそれぞれコントロールユニット６００の長手方向及び短手方向と一致させて配置されている。カードプレート６０２には、略長方形の平面形状の開口が設けられている。

カードプレート６０２の開口内には、この開口と略同形状の上面形状を有すると共に、略直方体の外観形状を有するヒートシンク６０３が筐体６０１内の底面上に設けられている。ヒートシンク６０３は、筐体６０１内に設けられる電子部品を冷却するためのものであり、冷却用配管６０８が、ヒートシンク６０３に接して設けられている。ヒートシンク６０３は、冷却用配管６０８を循環する液体により冷却される。この液体は、例えば水である。なお、図５（ｂ）及び図５（ｃ）並びに図６（ａ）では、図が煩雑になることを避けるため、図５（ａ）における冷却用配管６０８の図示を省略した。

ヒートシンク６０３上には、略長方形の平面形状を有するコントロールカード６０４が設けられている。コントロールカード６０４は、種々の電子部品を実装するための基板である。コントロールカード６０４上には、電子部品の１種としてＣＰＵ６０５が設けられている。ＣＰＵ６０５は、熱伝導シート６１２を介してヒートシンク６０３と接しており、コントロールカード６０４におけるＣＰＵ６０５が実装された面は、ヒートシンク６０３側に向けられている。そして、複数のＣＰＵ６０５は、コントロールカード６０４に形成されたパターン配線によって接続され、通信を行っている。さらに、コントロールカード６０４におけるＣＰＵ６０５の実装面と反対側の面には、電磁弁等へ電気信号を生成する電気接点等の電気部品（図示しない）が複数配置されている。

コントロールカード６０４に実装された電子部品の入出力部は、コネクタ６０７に接続されており、例えばドライバユニット６２〜６６を動作させるための命令信号や電子部品からの出力信号等は、コネクタ６０７を介して入出力される。コネクタ６０７は、例えばサーボ制御ユニット６０を制御するための制御部（図示せず）と配線接続される。

コネクタ６０７は、筐体６０１の側面における凹状窪み部分に設けられており、この窪み部分は、パッキン６１６により覆われている。パッキン６１６は、筐体カバー６０１ｂを介してパッキン押さえ部材６１７により覆われている。パッキン６１６により、コネクタ６０７の防水及び防塵が実現される。

昇降圧コンバータユニット６２、インバータユニット６３〜６６を制御するために、ＣＰＵ６０５は、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毎に複数設けられており、コントロールユニット６００の短手方向に配列されている。ＣＰＵ６０５は、非常に多くのトランジスタにより構成される電子部品であるので、ＣＰＵ６０５の発熱量は非常に大きい。また、ＣＰＵ６０５が正常動作するためには、ＣＰＵ６０５は、所定の範囲の温度雰囲気に置かれる必要がある。ＣＰＵ６０５は、熱伝導シート６１２を介してヒートシンク６０３に接しているので、ＣＰＵ６０５で発生した熱の一部をヒートシンク６０３により吸収して、ＣＰＵ６０５を冷却することができる。

カードプレート６０２上には、複数のファン６０６ａがコントロールユニット６００の短手方向に配列されている。複数のファン６０６ａはそれぞれ、矢印ｆ_１に示されるような各ＣＰＵ６０５に向かう気流を発生するような向きにされて、ＣＰＵ６０５毎に設けられている。ファン６０６ａにより発生する気流の向きは、コントロールユニット６００の長手方向に沿う。これにより、ＣＰＵ６０５で発生した熱により熱せられた空気を攪拌することができるので、筐体内の温度勾配が解消される。従って、筐体内の冷却効率が向上し、高温による電子部品の異常動作を防止できる。

コントロールカード６０４におけるＣＰＵ６０５近傍には、温度センサユニット６１５がＣＰＵ６０５毎に設けられている。温度センサユニット６１５は、温度センサとファン制御部から構成されている。ここで、ＣＰＵ６０５の下面はヒートシンク６０３により冷却されるが、上面はコントロールカード６０４に接触されているので、ＣＰＵ６０５はコントロールカード６０４へも熱伝導する。そして、コントロールカード６０４の上面には電気接点等の電気部品が実装されている。このため、コントロールカード６０４の上側に熱がこもる。従って、温度センサは、コントロールカード６０４の上面に配置されている。温度センサは、ＣＰＵ６０５近傍の温度を検出する。ファン制御部とファン６０６ａとは配線（図示せず）により接続されており、ファン制御部は、検出された温度に基づいて、例えば予め定められた閾値と温度検出値とを比較して、ファン６０６ａを制御する。例えば、ＣＰＵ６０５の近傍の温度がＣＰＵ６０５を正常動作させるための温度として十分低い場合には、ファン制御部は、ファン６０６ａを停止させるように制御する。これにより、ファンの寿命を向上させることができる。

筐体６０１内の底面上には、長方形の上面形状を有するカードプレート６１３が設けられている。このカードプレート６１３は、カードプレート６０２から見て冷却用配管６０８が設けられた方向と反対側の筐体６０１内側面に近接して設けられており、カードプレート６１３の長手方向は、コントロールユニット６００の短手方向に一致している。

カードプレート６１３上には、略長方形の上面形状を有する電源カード６０９が設けられている。電源カード６０９上には、２個の電源ＩＣ（電源ユニット）６１０が電源カードの長手方向に沿って配列されて設けられている。各電源ＩＣ６１０には、電源ＩＣを空冷するためのヒートシンク６１１が設けられている。また、筐体６０１の内側面に接して熱伝導プレート６１４が設けられており、電源ＩＣ６１０及びヒートシンク６１１は、熱伝導プレート６１４と面接触している。このため、電源ＩＣ６１０で発生した熱の一部を放熱することが可能となる。

カードプレート６１３上には、２個のファン６０６ｂがカードプレート６１３の短手方向に配列されて設けられている。ファン６０６ｂは共に、矢印ｆ_２に示される方向の気流を発生するような向きに設けられており、この気流は、電源ＩＣ６１０に向かう。これにより、電源ＩＣ６１０で発生した熱により熱せられた空気を攪拌することができるので、筐体内の温度勾配が解消される。従って、局部的な高温部が生じることがなくなるので、高温部に実装される電気部品の寿命を長くすることができる。

以上説明したように、本実施形態のハイブリッド型建設機械１では、コントロールユニット６００の筐体６０１内にファン６０６ａ、６０６ｂが設けられているので、密閉構造の筐体６０１内に気流を発生させ、筐体内の空気を攪拌することができる。これにより、筐体内の温度勾配が解消される。従って、高温によるＣＰＵ６０５等の電子部品の異常動作を防止できる。

また、複数のＣＰＵがケーブル配線によって接続されていると、ケーブル配線の損傷による信頼性の低下が懸念される。しかしながら、本実施形態では、一つのコントロールカード６０４に複数のＣＰＵが備えられ、コントロールカード６０４に形成されたパターン配線によって接続されている。これにより、配線の損傷がなくサーボ制御ユニット６０の信頼性を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、サーボ制御ユニット６０がインバータユニット６３〜６６、昇降圧コンバータユニット６２とコントロールユニット６００とが一体となった構成となっているが、必ずしも一体として構成する必要はなく、インバータユニット６３〜６６、昇降圧コンバータユニット６２と分離した状態でコントロールユニット６００を構成してもよい。

さらに、本実施形態では、コントロールカード６０４とヒートシンク６０３との間に複数のＣＰＵを設けた例を示したが、ＣＰＵは一つでも本発明の効果を得ることができる。

１…ハイブリッド型建設機械、１２…電動発電機、２１…旋回用電動機、６０…サーボ制御ユニット、６２〜６６…ドライバユニット、１２０…蓄電手段、６００…コントロールユニット、６０１…筐体、６０２…カードプレート、６０３…ヒートシンク、６０４…コントロールカード、６０６ａ、６０６ｂ…ファン、６０７…コネクタ、６０８…冷却用配管、６０９…電源カード、６１０…電源ＩＣ、６１１…ヒートシンク、６１２…熱伝導シート、６１３…カードプレート、６１４…熱伝導プレート、６１５…温度センサユニット。

Claims (6)

1. 作業要素を駆動するための交流電動機と、
   前記交流電動機を制御するサーボ制御ユニットとを備え、
   前記サーボ制御ユニットは、
   直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機を駆動するためのインバータユニットを含む１又は複数のドライバユニットと、該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、
   前記コントロールユニットは、密閉構造からなる筐体と、前記筐体内に設けられた電子部品と、前記筐体内に設けられ前記筐体内の空気を攪拌するための第１のファンとを備えること
   を特徴とするハイブリッド型建設機械。
2. 前記サーボ制御ユニットは、複数のドライバユニットを備え、
   前記電子部品は、前記複数のドライバユニットのそれぞれに対応して設けられ当該ドライバユニットを制御するための複数のＣＰＵを含み、
   前記第１のファンは、前記複数のＣＰＵのそれぞれに対応して、当該ＣＰＵに向かう気流を発生するように複数設けられている
   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. 前記複数のドライバユニットに対応する前記複数のＣＰＵは、同一基板に実装されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド型建設機械。
4. 前記複数のドライバユニットは、直方体状の外観を有すると共に、第１の方向に並べられて固定されており、
   前記コントロールユニットの筐体は、直方体状の外観を有すると共に、前記複数のドライバユニットの上面を覆うように、前記複数のドライバユニット上に設けられており、
   前記ＣＰＵは、前記筐体内において前記第１の方向に配列されており、
   前記第１のファンは、前記第１の方向に直交する第２の方向に気流を発生させるように設けられている
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のハイブリッド型建設機械。
5. 前記コントロールユニットは、前記ＣＰＵの温度を測定するための温度センサを更に備え、
   前記第１のファンは、前記温度センサにより測定された温度に基づいて制御され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. 前記コントロールユニットは、
   前記電子部品に電力を供給するための電源ユニットと、
   前記電源ユニットに向かう気流を発生するように前記筐体内に設けられた第２のファンと
   を更に備え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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