(57)【要約】【課題】ＩＰＭを含むインバータ回路や昇降圧コンバータを備える建設機械の信頼性を向上させる。【解決手段】ハイブリッド型建設機械１は、バッテリ１９と、ＩＰＭを含み旋回用電動機２１を駆動するインバータ回路２０Ａを有するインバータユニット、及びＩＰＭを含みバッテリ１９の充放電を行う昇降圧コンバータ１００を有する昇降圧コンバータユニットと、インバータ回路２０Ａ及び昇降圧コンバータ１００を制御するコントローラ３０とを備える。インバータユニット及び昇降圧コンバータユニットは、ＩＰＭに内蔵された温度センサとは別に、ＩＰＭの温度を検出するための温度センサをＩＰＭの外部に有する。コントローラ３０は、外部の温度センサによる温度検出結果が所定の閾値を超えた場合に、旋回用電動機２１への最大駆動電流を低下させ、或いはバッテリ１９からの最大放電電流を低下させる。【選択図】図２
2010226782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者の操作により駆動される作業用電動機を備える建設機械であって、
蓄電池と、
インテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭとする）を含み前記作業用電動機を駆動するインバータ回路を有するインバータユニット、及びＩＰＭを含み前記蓄電池の充放電を行う直流電圧変換器を有する昇降圧コンバータユニットのうち少なくとも一方のユニットを含む一又は複数のユニットと、
前記インバータ回路及び前記直流電圧変換器のうち少なくとも一方を制御する制御部と
を備え、
前記一又は複数のユニットは、前記ＩＰＭに内蔵された第１の温度センサとは別に、前記ＩＰＭの温度を検出するための第２の温度センサを前記ＩＰＭの外部に有し、
前記制御部は、前記第２の温度センサによる温度検出結果が、前記第１の温度センサによって前記ＩＰＭの過熱保護機能が動作する温度より低い所定の第１の閾値を超えた場合に、当該ユニットが前記インバータユニットである場合には前記作業用電動機への最大駆動電流を低下させ、また当該ユニットが前記昇降圧コンバータユニットである場合には前記蓄電池からの最大放電電流及び／又は前記蓄電池への最大充電電流を低下させる
ことを特徴とする、建設機械。
【請求項２】
前記制御部は、前記第２の温度センサによる温度検出結果が、前記第１の温度センサによって前記ＩＰＭの過熱保護機能が動作する温度より低く且つ前記第１の閾値より大きい第２の閾値を超えた場合、当該ユニットが前記インバータユニットである場合には前記インバータ回路の動作を停止させ、また当該ユニットが前記昇降圧コンバータユニットである場合には前記直流電圧変換器の動作を停止させる
ことを特徴とする、請求項１に記載の建設機械。
【請求項３】
前記一又は複数のユニットは、前記ＩＰＭと熱的に結合された放熱面を含む熱伝導プレートを有しており、
前記第２の温度センサが前記熱伝導プレートの前記放熱面上に配置されている
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の建設機械。
【請求項４】
前記熱伝導プレートが当該建設機械の上下方向に沿って延在するよう配置されており、
前記第２の温度センサが、前記熱伝導プレートの前記放熱面内において前記ＩＰＭの上側に配置されている
ことを特徴とする、請求項３に記載の建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動機構の一部を電動化した建設機械が提案されている。このような建設機械は、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するとともに、発電により得られる電力をインバータ回路を介してＤＣバス（直流母線）へ返還する。
【０００３】
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、上記建設機械は、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い、発電された電力をインバータを介して上記ＤＣバスへ返還する。
【０００４】
ＤＣバスには昇降圧コンバータを介して蓄電池（バッテリ）が接続されており、交流電動機の発電により得られる電力は、バッテリに充電される。或いは、ＤＣバスに接続された交流電動機の相互間で電力が授受される。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１０３１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した構成を備える建設機械では、作業用電動機の駆動または回生を行うインバータ回路や、バッテリの充放電を行う昇降圧コンバータにおいて、インテリジェントパワーモジュール（Intelligent Power Module；ＩＰＭ）が用いられることがある。ＩＰＭは、パワーＭＯＳＦＥＴや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）といったパワーデバイスを含む駆動回路に加え、このパワーデバイスを保護するための自己保護機能（例えば、過熱保護機能、短絡保護機能、過電流保護機能など）が一つのパッケージ内に組み込まれて構成される。
【０００８】
一般的にＩＰＭは、上述した自己保護機能により異常を検知すると、その動作を停止する。しかしながら、建設機械は、熱帯地域から寒帯地域まで様々な気候の土地で使用されるので、気温の高い地域ではＩＰＭの過熱保護機能が頻繁に働き、ＩＰＭが度々停止することも考えられる。このような状態での使用は、当該建設機械における信頼性の観点から好ましくない。
【０００９】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、ＩＰＭを含むインバータ回路や昇降圧コンバータを備える建設機械の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決するために、本発明による建設機械は、操作者の操作により駆動される作業用電動機を備える建設機械であって、蓄電池と、ＩＰＭを含み作業用電動機を駆動するインバータ回路を有するインバータユニット、及びＩＰＭを含み蓄電池の充放電を行う直流電圧変換器を有する昇降圧コンバータユニットのうち少なくとも一方のユニットを含む一又は複数のユニットと、インバータ回路及び直流電圧変換器のうち少なくとも一方を制御する制御部とを備え、一又は複数のユニットは、ＩＰＭに内蔵された第１の温度センサとは別に、ＩＰＭの温度を検出するための第２の温度センサをＩＰＭの外部に有し、制御部は、第２の温度センサによる温度検出結果が、第１の温度センサによってＩＰＭの過熱保護機能が動作する温度より低い所定の第１の閾値を超えた場合に、当該ユニットがインバータユニットである場合には作業用電動機への最大駆動電流を低下させ、また当該ユニットが昇降圧コンバータユニットである場合には蓄電池からの最大放電電流及び／又は蓄電池への最大充電電流を低下させることを特徴とする。
【００１１】
上記建設機械では、インバータユニットや昇降圧コンバータユニットといった各ユニットにおいて、ＩＰＭに内蔵された第１の温度センサとは別に、ＩＰＭの温度を検出するための第２の温度センサがＩＰＭの外部に設けられている。そして、この第２の温度センサによる温度検出結果が、第１の温度センサによってＩＰＭの過熱保護機能が動作する温度、すなわちＩＰＭが自動的に停止する温度より低い所定の第１の閾値を超えた場合には、それ以上ＩＰＭが過熱して停止することを防ぐため、制御部は、ＩＰＭを流れる電流量の低減を図る。すなわち、そのユニットがインバータユニットである場合には作業用電動機への最大駆動電流を低下させ、また昇降圧コンバータユニットである場合には、蓄電池からの最大放電電流及び蓄電池への最大充電電流の一方または双方を低下させる。これにより、気温の高い地域や場所であってもＩＰＭの過熱保護機能が頻繁に働くことを抑制でき、当該建設機械の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
また、上記建設機械において、制御部は、第２の温度センサによる温度検出結果が、第１の温度センサによってＩＰＭの過熱保護機能が動作する温度より低く且つ第１の閾値より大きい第２の閾値を超えた場合、当該ユニットがインバータユニットである場合にはインバータ回路の動作を停止させ、また当該ユニットが昇降圧コンバータユニットである場合には直流電圧変換器の動作を停止させることが好ましい。これにより、第１の温度センサが故障したり第１の温度センサと制御部とを繋ぐ配線が断線したような場合であっても、ＩＰＭの過熱を確実に検知してＩＰＭの動作を停止させることができるので、当該建設機械の信頼性を更に向上させることができる。
【００１３】
また、上記建設機械において、一又は複数のユニットは、ＩＰＭと熱的に結合された放熱面を含む熱伝導プレートを有しており、第２の温度センサが熱伝導プレートの放熱面上に配置されていることが好ましい。これにより、ＩＰＭの温度をより精度よく検出できる。また、この場合、熱伝導プレートが当該建設機械の上下方向に沿って延在するよう配置されており、第２の温度センサが、熱伝導プレートの放熱面内においてＩＰＭの上側に配置されていることが尚好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による建設機械によれば、ＩＰＭを含むインバータ回路や昇降圧コンバータを備える建設機械の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る作業機械の一例として、ハイブリッド型建設機械１の外観を示す斜視図である。
【図２】本実施形態のハイブリッド型建設機械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。
【図３】図２における蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。
【図４】冷却液循環システム７０のブロック図である。
【図５】サーボ制御ユニット６０の斜視図である。
【図６】各冷却用配管６２ａ〜６６ａを接続した状態を示す斜視図である。
【図７】（ａ）昇降圧コンバータユニット６６の内部構成を示す平面図である。（ｂ）昇降圧コンバータユニット６６の内部構成を示す側面図である。
【図８】（ａ）インバータユニット６２の内部構成を示す平面図である。（ｂ）インバータユニット６２の内部構成を示す側面図である。
【図９】ＩＰＭ１０３の内部構成を示す側断面図である。
【図１０】コントローラ３０による昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂに対する電流制限動作を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂを構成するＩＰＭの温度の時間変化の一例、および（ｂ）昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂを流れる電流の時間変化の一例を示すグラフである。
【図１２】（ａ）昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂを構成するＩＰＭの温度の時間変化の一例、および（ｂ）昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂを流れる電流の時間変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明による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。
【００１７】
図１は、本発明に係る建設機械の一例として、ハイブリッド型建設機械１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ハイブリッド型建設機械１はいわゆるリフティングマグネット車両であり、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。
【００１８】
また、ハイブリッド型建設機械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。
【００１９】
図２は、本実施形態のハイブリッド型建設機械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。
【００２０】
図２に示すように、ハイブリッド型建設機械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、ハイブリッド型建設機械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。
【００２１】
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、ハイブリッド型建設機械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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。なお、インバータ回路２０Ａは、本実施形態における第１のインバータ回路である。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂ、並びに昇降圧コンバータ１００は大電力を制御するので、発熱量が極めて大きくなる。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、本実施形態のハイブリッド型建設機械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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
コントローラ３０は、本実施形態における制御部を構成する。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、この速度指令に基づいてインバータ回路２０Ａを駆動することにより旋回用電動機２１の制御を行う。また、コントローラ３０は、インバータ回路１８Ａを駆動することにより電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）を行い、インバータ回路２０Ｂを駆動することによりリフティングマグネット７の制御（励磁と消磁の切り替え）を行い、昇降圧コンバータ１００を駆動することによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００３４】
また、本実施形態のコントローラ３０は、インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂ、並びに昇降圧コンバータ１００を駆動する際に、これらの回路に含まれるＩＰＭの温度に応じて、当該回路を流れる電流の制限を行う。すなわち、ＩＰＭの温度が第１の閾値Ｔ１以下である場合には、通常動作に支障がない程度の最大電流値を設定し、この最大電流値を超えないように当該回路（インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂ、並びに昇降圧コンバータ１００のいずれか）を駆動する。そして、ＩＰＭの温度が第１の閾値Ｔ１を超えた場合（温度異常時）、当該回路の最大電流値を上述した通常時の最大電流値より小さく設定し、この温度異常時の最大電流値を超えないように当該回路を駆動する。なお、コントローラ３０は、このような温度異常を経てＩＰＭの温度が第１の閾値Ｔ１より低い第３の閾値Ｔ３（＜Ｔ１）以下となった場合には、当該回路の最大電流値を通常動作に支障がない程度の最大電流値に戻す。このように、通常動作へ戻る際の温度Ｔ３を温度異常と判定する温度Ｔ１より小さく設定するのは、異常判定にヒステリシスを持たせて安定した制御を行うためである。
【００３５】
また、コントローラ３０は、ＩＰＭの温度が第１の閾値Ｔ１より高い第２の閾値Ｔ２（＞Ｔ１）を超えた場合には、当該ＩＰＭを含む回路（インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂ、並びに昇降圧コンバータ１００のいずれか）の動作を停止させる。なお、この第２の閾値Ｔ２は、ＩＰＭに内蔵された過熱保護機能が動作する温度より低く設定される。
【００３６】
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、並びに平滑用のコンデンサ１００ｄ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、ＩＰＭに内蔵されたＩＧＢＴ（InsulatedGate Bipolar Transistor）等のパワートランジスタによって構成され、互いに直列に接続されている。
【００３７】
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。
【００３８】
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。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（すなわち、ＤＣバス１１０の正側配線と負側配線との間）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。ダイオード１００ｂ及び１００ｃは、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃと共に一つのＩＰＭに内蔵されている。
【００３９】
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１００ｄ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。
【００４０】
図４は、冷却液循環システム７０について説明するためのブロック図である。図４に示すように、冷却液循環システム７０は、ポンプモータ７１によって駆動されるポンプ７２と、ラジエター７３と、サーボ制御ユニット６０とを含んでいる。ポンプ７２によって循環された冷却液はラジエター７３により放熱され、サーボ制御ユニット６０へ送られる。サーボ制御ユニット６０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を冷却するための配管を有しており、冷却液はこの配管内を循環する。サーボ制御ユニット６０の配管を通過した冷却液は、旋回用電動機２１、電動発電機１２、および減速機１３をこの順に冷却したのち、ポンプ７２からラジエター７３へ戻される。なお、サーボ制御ユニット６０の入口には、冷却液の温度を検出するための温度センサ７７が設けられることが好ましい。更に、検出した温度を表示する表示装置を備えると尚良い。これにより、ラジエター７３が詰まり冷却性能が低下した場合には、温度検出値に基づいて旋回用電動機２１及び電動発電機１２（または、これらのうち一方）の出力を制限することができる。その結果、連続的な運転を可能とすることができ、ハイブリッド型建設機械１を停止させることなく継続的な作業が可能となる。
【００４１】
次に、図５を用いてサーボ制御ユニット６０について説明する。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ユニット６００と、昇降圧コンバータユニット６６と、インバータユニット６２〜６５とを備えている。昇降圧コンバータユニット６６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６２〜６５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。
【００４２】
昇降圧コンバータユニット６６及びインバータユニット６２〜６５は、それぞれ奥行き方向に長い直方体状の金属容器を有する。これらのユニット６２〜６６は、その長手方向と交差する方向に並んだ状態で、金属製の上面が開いた板状台座６７内に設置され、ボルトにより板状台座６７に各々固定されている。そして、これらのユニット６２〜６６の上に、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６１が設けられており、コントロールユニット底板６１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。ユニット６２〜６６の上面側は、コントロールユニット底板６１によって密閉されている。
【００４３】
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６６には冷却用配管６６ａが、インバータユニット６２〜６５には冷却用配管６２ａ〜６５ａが、それぞれ内蔵されている。図６は、各冷却用配管６２ａ〜６６ａを接続した状態を示す斜視図である。ラジエター７３（図４参照）から延設された配管９０Ａは、三本の配管９０Ｂ〜９０Ｄに分岐される。これらの配管のうち、配管９０Ｂはコントロールユニット６００の冷却用配管６０８の一端に連結され、冷却用配管６０８の他端は、更に別の配管９０Ｅを介してインバータユニット６２の冷却用配管６２ａの一端に連結される。また、配管９０Ｃは昇降圧コンバータユニット６６の冷却用配管６６ａの一端に連結され、冷却用配管６６ａの他端は、配管９０Ｆを介してインバータユニット６４の冷却用配管６４ａの一端に連結される。また、配管９０Ｄはインバータユニット６５の冷却用配管６５ａの一端に連結され、冷却用配管６５ａの他端は、配管９０Ｇを介してインバータユニット６３の冷却用配管６３ａの一端に連結される。
【００４４】
そして、インバータユニット６２〜６４の冷却用配管６２ａ〜６４ａの他端には、それぞれ配管９０Ｊ、９０Ｉおよび９０Ｈが連結される。配管９０Ｊ、９０Ｉおよび９０Ｈは一本の配管９０Ｋに連結され、配管９０Ｋが例えば旋回用電動機２１等の他の被冷却要素へ延設される。
【００４５】
ここで、昇降圧コンバータユニット６６及びインバータユニット６２〜６５の内部構造について詳細に説明する。図７（ａ）は、昇降圧コンバータユニット６６の内部構成を示す平面図である。また、図７（ｂ）は、昇降圧コンバータユニット６６の内部構成を示す側面図である。なお、これらの図においては、昇降圧コンバータユニット６６の内部構成がわかるようにケースの天板や側板を外した状態を示している。
【００４６】
昇降圧コンバータユニット６６の内部には、昇降圧コンバータ１００のトランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃ（図３参照）を組み込んだＩＰＭ１０３と、リアクトル１０１と、冷却用配管６６ａ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６６ａは、昇降圧コンバータユニット６６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６６ａは、昇降圧コンバータユニット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６６ｂに収容されており、またこの金属容器６６ｂの内側面に接している。金属容器６６ｂは本実施形態における熱伝導プレートを構成しており、当該ハイブリッド型建設機械１の上下方向に沿って延在するよう配置されている。金属容器６６ｂの外側面には、図７（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、この金属容器６６ｂの外側面は、リアクトル１０１及びＩＰＭ１０３と熱的に結合された放熱面として機能する。すなわち、金属容器６６ｂは、リアクトル１０１及びＩＰＭ１０３からの熱を冷却用配管６６ａへ伝える。これにより、リアクトル１０１及びＩＰＭ１０３が冷却される。
【００４７】
また、昇降圧コンバータユニット６６は、ＩＰＭ１０３の温度を検出するための温度センサ１０７を有する。温度センサ１０７は、本実施形態における第２の温度センサであり、ＩＰＭ１０３に内蔵された温度センサ（第１の温度センサ）とは別にＩＰＭ１０３の外部に設けられたものである。温度センサ１０７は、金属容器６６ｂの外側面上においてＩＰＭ１０３の近傍に（好ましくはＩＰＭ１０３に隣接して）配置されており、具体的には金属容器６６ｂの外側面内においてＩＰＭ１０３の上側（すなわち、ＩＰＭ１０３とコントロールユニット６００との間）に位置する領域上に配置されている。
【００４８】
図８（ａ）は、インバータユニット６２の内部構成を示す平面図である。また、図８（ｂ）は、インバータユニット６２の内部構成を示す側面図である。なお、これらの図においては、図７と同様に、インバータユニット６２の内部構成がわかるようにケースの天板や側板を外した状態を示している。また、インバータユニット６３〜６５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８に示すインバータユニット６２の内部構成と同様である。
【００４９】
インバータユニット６２の内部には、インバータ回路２０Ａのトランジスタを組み込んだＩＰＭ１０５と、冷却用配管６２ａ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６２ａは、昇降圧コンバータユニット６６における冷却用配管６６ａと同様の形態で配設されている。冷却用配管６２ａは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は本実施形態における熱伝導プレートを構成しており、当該ハイブリッド型建設機械１の上下方向に沿って延在するよう配置されている。金属容器６２ｂの外側面には、図８（ａ）に示すようにＩＰＭ１０５が接触配置されており、この金属容器６２ｂの外側面は、ＩＰＭ１０５と熱的に結合された放熱面として機能する。すなわち、金属容器６２ｂは、ＩＰＭ１０５からの熱を冷却用配管６２ａへ伝える。これにより、ＩＰＭ１０５が冷却される。
【００５０】
また、インバータユニット６２は、ＩＰＭ１０５の温度を検出するための温度センサ１０８を有する。温度センサ１０８は、本実施形態における第２の温度センサであり、ＩＰＭ１０５に内蔵された温度センサ（第１の温度センサ）とは別にＩＰＭ１０５の外部に設けられたものである。温度センサ１０８は、金属容器６２ｂの外側面上においてＩＰＭ１０５の近傍に（好ましくはＩＰＭ１０５に隣接して）配置されており、具体的には金属容器６２ｂの外側面内においてＩＰＭ１０５の上側（すなわち、ＩＰＭ１０５とコントロールユニット６００との間）に位置する領域上に配置されている。
【００５１】
ここで、ＩＰＭ１０３，１０５といったＩＰＭの内部構成の例について説明する。図９は、ＩＰＭ１０３の内部構成を示す側断面図である。なお、ＩＰＭ１０５の内部構成はＩＰＭ１０３とほぼ同様であるため詳細な説明を省略する。
【００５２】
ＩＰＭ１０３は、例えば銅やアルミニウムといった伝熱性が高い金属からなる平板状の金属ベース１３１と、金属ベース１３１の一方の面上に敷設された絶縁基板１３２と、絶縁基板１３２上に実装されたトランジスタ１００Ｂ，１００Ｃとを有する。トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃは、絶縁基板１３２上に配設されたパターン配線やボンディングワイヤ１３３によって相互に接続される。また、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃの一部の端子は、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃの上方に配設された配線基板１３４に、ボンディングワイヤ１３５を介して接続される。配線基板１３４上には、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃに接続されるダイオード１００ｂ，１００ｃといった各種電子部品が実装されている。
【００５３】
絶縁基板１３２、トランジスタ１００Ｂ及び１００Ｃ、配線基板１３４、並びにダイオード１００ｂ，１００ｃ等の電子部品は、パッケージ１３６によって封じられている。そして、金属ベース１３１の他方の面がこのパッケージ１３６から露出しており、当該面が金属容器６６ｂに接触した状態でＩＰＭ１０３が固定される。
【００５４】
また、絶縁基板１３２上には、トランジスタ１００Ｂ，１００Ｃの温度を検出するための温度センサ１３７が配置されている。この温度センサ１３７は本実施形態における第１の温度センサであり、ＩＰＭ１０３は、自己保護機能としての過熱保護機能において、この温度センサ１３７での温度検出結果に基づいて自己の動作を停止するか否かを判断する。なお、ＩＰＭ１０３の外部に配置される温度センサ１０７（第２の温度センサ）は、例えば図９に示すように金属ベース１３１に隣接して配置される。
【００５５】
以上の構成を備える本実施形態のハイブリッド型建設機械１の動作のうち、コントローラ３０による昇降圧コンバータ１００及びインバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂに対する電流制限動作について詳細に説明する。図１０は、コントローラ３０による昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂに対する電流制限動作を示すフローチャートである。また、図１１及び図１２は、（ａ）昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂを構成するＩＰＭの温度の時間変化の一例、および（ｂ）昇降圧コンバータ１００，インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂを流れる電流の時間変化の一例を示すグラフである。
【００５６】
まず、コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００及びインバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂを作動させながら、温度センサ１０７，１０８からの温度検出結果をモニタする。そして、温度センサ１０７，１０８からの温度検出結果すなわちＩＰＭ１０３，１０５の温度が第１の閾値Ｔ１を超えているか否かを常に判定し（ステップＳ１）、ＩＰＭ１０３，１０５の温度がＴ１以下である場合には（ステップＳ１；Ｎｏ）、通常動作に支障がない程度の最大電流値Ｉ１を設定し、この最大電流値Ｉ１を超えないように当該回路（インバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂ及び昇降圧コンバータ１００）を駆動する（ステップＳ２、図１１及び図１２における時刻ｔ１まで）。すなわち、インバータ回路２０Ａにおいては旋回用電動機２１への最大駆動電流としてＩ１を設定し、また昇降圧コンバータ１００においてはバッテリ１９からの最大放電電流としてＩ１を設定する。なお、第１の閾値Ｔ１は、温度センサ１３７（図９参照）によってＩＰＭ１０３，１０５の過熱保護機能が動作する温度ＴＡ（例えば１００℃）より低い温度、例えば８０℃に設定される。
【００５７】
また、コントローラ３０は、ＩＰＭ１０３，１０５の温度が第１の閾値Ｔ１を超えた場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、当該回路（昇降圧コンバータ１００及びインバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂのいずれか）の最大電流値を上述した通常時の最大電流値Ｉ１より小さい値Ｉ２に設定し、この最大電流値Ｉ２を超えないように当該回路を駆動する（ステップＳ３、図１１及び図１２における時刻ｔ１〜ｔ２）。すなわち、インバータ回路２０Ａにおいては旋回用電動機２１への最大駆動電流をＩ１からＩ２へ低下させ、また昇降圧コンバータ１００においてはバッテリ１９からの最大放電電流をＩ１からＩ２へ低下させる。
【００５８】
なお、コントローラ３０は、このような温度異常を経てＩＰＭ１０３，１０５の温度が第１の閾値Ｔ１より低い第３の閾値Ｔ３（＜Ｔ１）以下となった場合には、当該回路の最大電流値をＩ１に戻し、この最大電流値Ｉ１を超えないようにインバータ回路１８Ａ，２０Ａ及び２０Ｂ及び昇降圧コンバータ１００を駆動する（ステップＳ４；Ｙｅｓ、図１１における時刻ｔ２以降）。
【００５９】
一方、ＩＰＭ１０３，１０５の温度が第３の閾値Ｔ３以下とならない場合には、コントローラ３０は電流値がＩ２を超えないように当該回路を駆動しつつ、ＩＰＭ１０３，１０５の温度が第１の閾値Ｔ１より高い第２の閾値Ｔ２（＞Ｔ１）を超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、ＩＰＭ１０３，１０５の温度が第２の閾値Ｔ２を超えた場合には（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、当該ＩＰＭ１０３（または１０５）を含む回路（インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂ、並びに昇降圧コンバータ１００のいずれか）の動作を停止させる（ステップＳ６、図１２における時刻ｔ２以降）。なお、この第２の閾値Ｔ２は、ＩＰＭ１０３，１０５に内蔵された過熱保護機能が動作する温度ＴＡより低く設定される。
【００６０】
以上に説明した、本実施形態のハイブリッド型建設機械１によって得られる効果について説明する。上述したように、ハイブリッド型建設機械１では、インバータユニット６２〜６５や昇降圧コンバータユニット６６といった各ユニットにおいて、ＩＰＭ１０３，１０５に内蔵された温度センサ１３７とは別に、ＩＰＭ１０３，１０５の温度を検出するための温度センサ１０７，１０８がＩＰＭ１０３，１０５の外部に設けられている。そして、この温度センサ１０７，１０８による温度検出結果が、温度センサ１３７によってＩＰＭ１０３，１０５の過熱保護機能が動作する温度、すなわちＩＰＭ１０３，１０５が自動的に停止する温度ＴＡより低い所定の第１の閾値Ｔ１を超えた場合には、それ以上ＩＰＭ１０３，１０５が過熱して停止することを防ぐため、コントローラ３０は、ＩＰＭ１０３，１０５を流れる電流量の低減を図る。すなわち、そのユニットがインバータユニット６２である場合には旋回用電動機２１への最大駆動電流を低下させ、また昇降圧コンバータユニット６６である場合にはバッテリ１９からの最大放電電流を低下させる。これにより、気温の高い地域や場所であってもＩＰＭ１０３，１０５の過熱保護機能が頻繁に働くことを抑制でき、ハイブリッド型建設機械１の信頼性を向上させることができる。特に、本実施の形態のように、インバータユニット６２〜６５や昇降圧コンバータユニット６６が密閉空間を形成している場合には、ＩＰＭ１０３，１０５が高温状態となり易い。このような条件下であっても、上記構成のようにＩＰＭ１０３，１０５の過熱保護機能が働く前に予めＩＰＭ１０３，１０５の出力を低下させることによって、異常の発生を防ぎ、作業を継続させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、ユニットが昇降圧コンバータユニット６６である場合にバッテリ１９からの最大放電電流を低下させる方式について説明したが、バッテリ１９への最大充電電流を低下させるようにしても良く、或いは最大放電電流及び最大充電電流の双方を低下させても良い。
【００６２】
また、本実施形態のように、コントローラ３０は、温度センサ１０７，１０８による温度検出結果が、温度センサ１３７によってＩＰＭ１０３，１０５の過熱保護機能が動作する温度ＴＡより低く且つ第１の閾値Ｔ１より大きい第２の閾値Ｔ２を超えた場合、当該ユニットがインバータユニット６２である場合にはインバータ回路２０Ａの動作を停止させ、また当該ユニットが昇降圧コンバータユニット６６である場合には昇降圧コンバータ１００の動作を停止させることが好ましい。これにより、温度センサ１３７が故障したり温度センサ１３７とコントローラ３０とを繋ぐ配線が断線したような場合であっても、ＩＰＭ１０３，１０５の過熱を確実に検知してＩＰＭ１０３，１０５の動作を停止させることができるので、ハイブリッド型建設機械１の信頼性を更に向上させることができる。
【００６３】
また、本実施形態のように、インバータユニット６２や昇降圧コンバータユニット６６は、ＩＰＭ１０３，１０５と熱的に結合された放熱面を含む金属容器６２ｂ，６６ｂを有し、温度センサ１０７，１０８が金属容器６２ｂ，６６ｂの放熱面上に配置されていることが好ましい。これにより、ＩＰＭ１０３，１０５の温度をより精度よく検出できる。この場合、本実施形態のように、熱伝導プレートとしての金属容器６２ｂ，６６ｂがサーボ制御ユニット６０の上下方向に沿って延在するよう配置されており、温度センサ１０７，１０８が、金属容器６２ｂ，６６ｂの放熱面内においてＩＰＭ１０３，１０５の上側に配置されていることが尚好ましい。ＩＰＭ１０３，１０５から放出された熱は金属容器６２ｂ，６６ｂを介して上方へ伝わり易いので、温度センサ１０７，１０８がＩＰＭ１０３，１０５の上側に配置されることによって、ＩＰＭ１０３，１０５の温度を更に精度よく検出できる。
【００６４】
本発明による建設機械は、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、上記実施形態では建設機械としてハイブリッド型のリフティングマグネット車両を例示して説明したが、他の建設機械（例えば、ショベルやホイルローダ、クレーン等）にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１…ハイブリッド型建設機械、２…走行機構、２ａ…油圧モータ、３…旋回機構、４…旋回体、４ａ…運転室、１１…エンジン、１２…電動発電機、１３…減速機、１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…インバータ回路、１９…バッテリ、２１…旋回用電動機、３０…コントローラ、６０…サーボ制御ユニット、６２〜６５…インバータユニット、６２ａ〜６６ａ…冷却用配管、６２ｂ，６６ｂ…金属容器、６６…昇降圧コンバータユニット、１００…昇降圧コンバータ、１００Ｂ，１００Ｃ…トランジスタ、１０３，１０５…ＩＰＭ、１０７，１０８…第２の温度センサ、１１０…ＤＣバス、１２０…蓄電手段、１３１…金属ベース、１３２…絶縁基板、１３７…第１の温度センサ、６００…コントロールユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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