(57)【要約】【課題】密閉構造を有するコントロールユニットに内蔵されたＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができるハイブリッド型建設機械を提供する。【解決手段】このハイブリッド型建設機械は、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回路を各々有する複数のドライバユニットと、複数のドライバユニットのインバータ回路を制御するコントロールユニット６００とを備える。コントロールユニット６００は、密閉構造を有する筐体６０１と、筐体６０１内において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のインバータ回路を制御する複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと熱的に結合され、筐体６０１の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを冷却する冷却用配管６０８とを有する。【選択図】図６
2010185271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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が、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回路を有するドライバユニットと、前記ドライバユニットの前記インバータ回路を制御するコントロールユニットとを有しており、
前記コントロールユニットが、密閉構造を有する筐体と、前記筐体内に設けられ、当該ドライバユニットの前記インバータ回路を制御するＣＰＵと、前記ＣＰＵと熱的に結合され、前記筐体の外部から冷却液を導入することにより前記ＣＰＵを冷却する冷却用配管とを有する
ことを特徴とする、ハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記コントロールユニットが前記ドライバユニット上に載置されており、
前記冷却用配管が、前記ドライバユニットと前記ＣＰＵとの間に配置さ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。
【請求項３】
前記ＣＰＵと前記冷却用配管との間に設けられ、前記ＣＰＵ及び前記冷却用配管と熱的に結合された熱伝導プレートを前記コントロールユニットが更に有することを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記サーボ制御ユニットが複数の前記ドライバユニットを有しており、
前記ＣＰＵが、前記筐体内において前記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おり、該複数のＣＰＵが一枚の基板上に実装されていることを特徴とする、請求項３に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項５】
前記冷却用配管が、第１の方向に各々延びており該第１の方向と交差する第２の方向に並設された複数の配管部分がその一端側及び他端側において交互に連結された形状を有し、
前記熱伝導プレートが、前記第１の方向に延びており前記第２の方向に並ぶ複数の冷却領域を含み、該複数の冷却領域のそれぞれが、前記複数の配管部分のうち隣り合う２本の前記配管部分と熱的に結合されており、
前記複数のＣＰＵは、一つの前記ＣＰＵにつき一つの前記冷却領域に対して熱的に結合されていることを特徴とする、請求項４に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項６】
弾性材料を含み、前記ＣＰＵと前記熱伝導プレートとの間に配設された熱伝導性シートを更に備えることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項７】
熱交換機を含む冷却液循環システムを更に備え、
前記冷却液循環システムの冷却液のうち少なくとも一部が、前記熱交換機から送出されたのち、前記コントロールユニット、前記ドライバユニット、前記交流電動機の順にこれらを通過することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハイブリッド型建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド型建設機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９９１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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を相互に変換するためのインバータ回路を有する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。
【０００５】
サーボ制御ユニットの一つの構成として、複数のドライバユニットに内蔵された電力変換回路を、複数のドライバユニットとは別に設けられたコントロールユニットにより制御する方式がある。このようなコントロールユニットには、各ドライバユニットの電力変換回路を個別に制御するため、複数のドライバユニットのそれぞれに対応する複数の中央演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）が内蔵される場合がある。ＣＰＵは、発熱量が多い一方で動作温度範囲が厳しく、その温度を一定範囲内に制御することが求められる。
【０００６】
一方、厳しい環境下で使用されることが多い建設機械に搭載されるサーボ制御ユニットにおいては、ＣＰＵ等の内部回路の防水及び防塵のためにコントロールユニットを密閉構造とすることが求められる。コントロールユニットを密閉構造とした場合、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く、ＣＰＵの温度上昇を抑えることが困難となる。上記のような、複数のドライバユニットのそれぞれに対応する複数のＣＰＵをコントロールユニットが内蔵する場合には、この問題が一層顕著となる。
【０００７】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、密閉構造を有するコントロールユニットに内蔵されたＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることが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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド建設機械は、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が、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回路を有するドライバユニットと、ドライバユニットのインバータ回路を制御するコントロールユニットとを有しており、コントロールユニットが、密閉構造を有する筐体と、筐体内に設けられ、当該ドライバユニットのインバータ回路を制御するＣＰＵと、ＣＰＵと熱的に結合され、筐体の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵを冷却する冷却用配管とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記したハイブリッド建設機械においては、密閉構造を有するコントロールユニットが冷却用配管を有している。そしてこの冷却用配管は、ＣＰＵと熱的に結合され、筐体の外部から冷却液を導入することによりＣＰＵを冷却する。上記したハイブリッド建設機械によれば、このような構造によって、密閉構造にあってもＣＰＵを効率的に冷却できるので、ＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができる。
【００１０】
また、ハイブリッド建設機械は、コントロールユニットがドライバユニット上に載置されており、冷却用配管が、ドライバユニットとＣＰＵとの間に配置されていることを特徴としてもよい。ドライバユニットにはインバータ回路が内蔵されているが、一般的にインバータ回路の発熱量はＣＰＵ等と比較して大きい。そして、コントロールユニットがドライバユニット上に載置されているような場合、インバータ回路の熱がコントロールユニット内のＣＰＵへ伝わり易くなる。これに対し、上記のように冷却用配管がドライバユニットとＣＰＵとの間に配置されていれば、インバータ回路の熱がＣＰＵへ伝わりにくくなり、ＣＰＵをより効率的に冷却できる。
【００１１】
また、ハイブリッド建設機械は、ＣＰＵと冷却用配管との間に設けられ、ＣＰＵ及び冷却用配管と熱的に結合された熱伝導プレートをコントロールユニットが更に有することを特徴としてもよい。これにより、ＣＰＵからの熱が冷却用配管へ伝わり易くなり、ＣＰＵを更に効率的に冷却できる。
【００１２】
また、ハイブリッド建設機械は、サーボ制御ユニットが複数のドライバユニットを有しており、ＣＰＵが、筐体内において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おり、該複数のＣＰＵが一枚の基板上に実装されていることを特徴としてもよい。そして、この場合、冷却用配管が、第１の方向に各々延びており該第１の方向と交差する第２の方向に並設された複数の配管部分がその一端側及び他端側において交互に連結された形状を有し、熱伝導プレートが、第１の方向に延びており第２の方向に並ぶ複数の冷却領域を含み、該複数の冷却領域のそれぞれが、複数の配管部分のうち隣り合う２本の配管部分と熱的に結合されており、複数のＣＰＵは、一つのＣＰＵにつき一つの冷却領域に対して熱的に結合されていることが好ましい。冷却用配管及び複数のＣＰＵをこのような相互関係となるよう配置することにより、ＣＰＵ一つ当たりの冷却用配管の長さを十分に確保して、複数のＣＰＵを更に効率的に冷却できる。
【００１３】
また、ハイブリッド建設機械は、弾性材料を含み、ＣＰＵと熱伝導プレートとの間に配設された熱伝導性シートを更に備えることを特徴としてもよい。これにより、ＣＰＵからの熱が熱伝導プレートへ伝わり易くなり、ＣＰＵを更に効率的に冷却できる。
【００１４】
また、ハイブリッド建設機械は、熱交換機を含む冷却液循環システムを更に備え、冷却液循環システムの冷却液のうち少なくとも一部が、熱交換機から送出されたのち、コントロールユニット、ドライバユニット、交流電動機の順にこれらを通過することを特徴としてもよい。このように、比較的低温のコントロールユニットを先に冷却し、その後に、比較的高温のドライバユニット、そして更に高温の交流電動機の順に冷却することで、コントロールユニットを冷却するための冷却液循環システムの冷却効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るハイブリッド建設機械によれば、密閉構造を有するコントロールユニットに内蔵されたＣＰＵの温度上昇を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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２】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。
【図３】蓄電手段１２０の内部構成を示す図である。
【図４】サーボ制御ユニット６０の外観を示す斜視図である。
【図５】各冷却用配管６２ａ〜６６ａおよび６０８を接続した状態を示す斜視図である。
【図６】（ａ）コントロールユニット６００の平面断面図である。（ｂ）（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う側断面図である。（ｃ）（ａ）のII−II線に沿う側断面図である。（ｄ）（ａ）のIII−III線に沿う側断面図である。
【図７】（ａ）図２（ａ）のIV−IV線に沿う側断面図である。（ｂ）コントロールユニット６００を図３（ａ）と同方向から見た側面図である。
【図８】（ａ）ヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を示す平面図である。（ｂ）（ａ）に示されるＶ−Ｖ線に沿う側断面図である。
【図９】ヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を覆うように配置されたコントロールカード６０４を示す平面図である。
【図１０】図９に示されるVI−VI線に沿う断面の一部を示す側断面図である。
【図１１】リフティングマグネット車両１における冷却液循環システムを示すブロック図である。
【図１２】冷却液循環システムによる旋回用電動機２１の冷却方式を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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（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。
【００１９】
また、リフティングマグネット車両１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、及びバッテリ等を制御する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、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。サーボ制御ユニット６０の詳細については後述する。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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、旋回用電動機２１の駆動制御を行う。また、コントローラ３０は、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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及びインバータユニット６２〜６５は、本実施形態における複数のドライバユニットを構成している。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。
【００３６】
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。
【００３７】
コントロールユニット６００は、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。
【００３８】
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。
【００３９】
図５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。図５に示すように、ラジエター（不図示）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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、コントロールユニット６００の構成について詳細に説明する。図６（ａ）はコントロールユニット６００の平面断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う側断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のII−II線に沿う側断面図であり、図６（ｄ）は図６（ａ）のIII−III線に沿う側断面図である。また、図７（ａ）は図６（ａ）のIV−IV線に沿う側断面図であり、図７（ｂ）はコントロールユニット６００を図７（ａ）と同方向から見た側面図である。
【００４２】
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。
【００４３】
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、複数のドライバユニットである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、ユニット６２〜６６が配列された方向は、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６（ａ）の紙面上下方向に相当する。また、複数のユニット６２〜６６が配列された方向と直交する方向は、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６（ａ）の紙面左右方向に相当する。
【００４４】
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。
【００４５】
カードプレート６０２の開口内には、この開口と略同形状の平面形状を有すると共に略直方体状の外観を有するヒートシンク（熱伝導プレート）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に対し熱的に結合して（例えば接触して）設けられている。ヒートシンク６０３は、冷却用配管６０８を循環する冷却液により冷却される。この冷却液は、例えば水である。
【００４６】
ヒートシンク６０３上には、略長方形の平面形状を有する基板としての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、種々の電子部品が実装される基板であり、その裏面がヒートシンク６０３と対向するように配置されている。コントロールカード６０４の裏面上には、電子部品の一種として複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅが実装されている。複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、複数のユニット６２〜６６のそれぞれと一対一で対応しており、ユニット６２〜６６のうち各々対応するユニットのインバータ回路に含まれるトランジスタのオン／オフを制御する。また、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、ヒートシンク６０３と熱的に結合されている。すなわち、ヒートシンク６０３は、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと冷却用配管６０８との間に配置される。
【００４７】
また、コントロールカード６０４の表面上には、電子部品の一種として複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６２０が実装されている。複数のＦＥＴ６２０は、ブーム５及びアーム６等の動作を制御するために、コントロールバルブ１７の電磁弁に切替信号を送る。複数のＦＥＴ６２０は、コントロールユニット６００内部の配線を考慮して、コネクタ６０７の近傍に配置されている。各ＦＥＴ６２０の背面にはアルミニウム製の伝熱プレート６２１が接触しており、伝熱プレート６２１の端部は、筐体容器６０１ａの内側面に螺子止めされている。
【００４８】
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、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅで発生した熱により熱せられた空気を攪拌して筐体内の温度勾配を解消するためにＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅのそれぞれに対応して設けられており、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅのそれぞれに向かう気流を発生する。
【００４９】
筐体６０１内の底面上には、カードプレート６０２と並んで、長方形の平面形状を有するカードプレート６１３が更に設けられている。このカードプレート６１３上には電源カード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。また、カードプレート６１３上には、２個のファン６０６ｂが設けられている。これらのファン６０６ｂは、電源ＩＣ６１０で発生した熱により熱せられた空気を攪拌して筐体内の温度勾配を解消するために設けられており、電源ＩＣ６１０に向かう気流を発生する。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
ここで、コントロールユニット６００における水冷構造について更に詳細に説明する。図８〜図１０は、冷却構造について示す図である。図８（ａ）はヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示されるＶ−Ｖ線に沿う側断面図である。また、図９は、ヒートシンク６０３及び冷却用配管６０８を覆うように配置されたコントロールカード６０４を示す平面図である。また、図１０は、図９に示されるVI−VI線に沿う断面の一部を示す側断面図である。
【００５３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、本実施形態における冷却用配管６０８はヘアピンパイプ状に成形されており、ヒートシンク６０３の裏面側に接合されて固定されている。より詳細には、冷却用配管６０８は、複数の配管部分６０８ａを含んで構成されている。これら複数の配管部分６０８ａは、ヒートシンク６０３の短手方向（本実施形態における第１の方向）に各々延びており、且つ該方向と交差するヒートシンク６０３の長手方向（本実施形態における第２の方向）に所定の間隔をおいて並設されている。そして、複数の配管部分６０８ａは、その一端側及び他端側がＵ字状の配管部分６０８ｂによって交互に連結されることにより、全体として単一の配管を構成している。
【００５４】
ヒートシンク６０３は、ヒートシンク６０３の短手方向（第１の方向）に延びておりヒートシンク６０３の長手方向（第２の方向）に並ぶ複数の矩形状の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅを含んでいる。複数の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅのそれぞれは、複数の配管部分６０８ａのうち隣り合う２本の配管部分６０８ａと熱的に結合されている。言い換えれば、複数の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅは、上方から見てそれぞれが２本の配管部分６０８ａを含むように画定されている。
【００５５】
また、図９及び図１０を参照すると、上述したように、コントロールカード６０４の裏面上には複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅが実装され、表面上には電磁弁などへの電気信号を生成する電気接点６１８等の電気部品が複数配置されている。そして、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅ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。これらのＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅはヒートシンク６０３の長手方向（第２の方向）に並んで配置されており、それぞれヒートシンク６０３の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅ上に配置されている。そして、ＣＰＵ６０５ａは熱伝導性シート６１２を介してヒートシンク６０３の冷却領域６０３ａと熱的に結合されており、ＣＰＵ６０５ｂは熱伝導性シート６１２を介して冷却領域６０３ｂと熱的に結合されている（図１０を参照）。ＣＰＵ６０５ｃ〜６０５ｅも同様に、熱伝導性シートを介して冷却領域６０３ｃ〜６０３ｅと熱的に結合されている。すなわち、本実施形態においては、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅが、一つのＣＰＵにつき一つの冷却領域に対して熱的に結合されている。
【００５６】
なお、コントロールカード６０４には、例えば図９に示すようにＣＰＵ６０５ｃ〜６０５ｅとは別のＣＰＵ６１５が実装されていることがある。このＣＰＵ６１５は、例えば複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを統合的に制御するための上位ＣＰＵである。このようなＣＰＵは、インバータ回路等を制御するＣＰＵ６０５ｃ〜６０５ｅと比較して発熱量が大きくないため、冷却領域６０３ｃ〜６０３ｅとは関係なくコントロールカード６０４上の任意の位置に配置される。
【００５７】
また、上述したように、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとヒートシンク６０３との間に配設された熱伝導性シート６１２を介してヒートシンク６０３と熱的に結合されている。熱伝導性シート６１２は、ヒートシンク６０３からＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅへ伝わる振動を吸収しうる弾性材料を含むことが好ましく、例えばシリコーンゴムからなる。
【００５８】
ここで、コントロールユニット６００を冷却するための冷却液循環システムについて説明する。図１１は、リフティングマグネット車両１における冷却液循環システムを示すブロック図である。図１１に示すように、冷却液循環システムは、サーボ制御ユニット６０に加え、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（熱交換機）７３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、図５に示したサーボ制御ユニット６０の配管９０Ａへ送られる。サーボ制御ユニット６０の各冷却用配管６２ａ〜６６ａ及び６０８を通過した冷却液は配管９０Ｋから排出され、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。また、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、検出値に基づいてコントロールユニット６００内の制御装置は、旋回用電動機２１または電動発電機１２の少なくとも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を停止することなく継続的な作業が可能となる。
【００５９】
図１２は、上記冷却液循環システムによる旋回用電動機２１の冷却方式を説明するための図である。なお、電動発電機１２における冷却方式も旋回用電動機２１における方式と同様なので、ここでは旋回用電動機２１についてのみ代表して説明する。
【００６０】
図１２に示すように、旋回用電動機２１は、駆動部ケース２０１と、駆動部ケース２０１に取り付けられたステータ２０２と、ステータ２０２の径方向内方において回転自在に配設されたロータ２０３と、ロータ２０３を貫通して延在し、駆動部ケース２０１に対してベアリング２０４、２０５によって回転自在に配設された出力軸２０６とを備えている。駆動部ケース２０１は、側板２０７及び２０８と、側板２０７及び２０８の間に取り付けられ、軸方向に延びる筒状のモータフレーム２０９とによって構成され、ベアリング２０４は側板２０７に、ベアリング２０５は側板２０８に、ステータ２０２はモータフレーム２０９に取り付けられている。
【００６１】
ステータ２０２は図示されないコイルを備えており、該コイルに所定の電流を供給すると、旋回用電動機２１が駆動され、ロータ２０３が電流の大きさに対応する回転速度で回転する。そして、ロータ２０３の回転は、ロータ２０３が取り付けられた出力軸２０６に伝達される。
【００６２】
旋回用電動機２１の駆動に伴って発生した熱を放熱し、旋回用電動機２１を冷却するために、駆動部ケース２０１の外周にはジャケット２１１が取り付けられている。ジャケット２１１は、冷却液が供給される冷却液供給口２１２、旋回用電動機２１を冷却した後の、温度が高くなった冷却液を排出する冷却液排出口２１３、及び冷却液供給口２１２と冷却液排出口２１３とを連結し、螺旋又は蛇行させて延在する一本の冷却液流路２１４を有する。ポンプ７２からラジエター７３及びサーボ制御ユニット６０を通過して冷却液供給口２１２へ供給された冷却液は、冷却液流路２１４内を蛇行しながら流れ、その間に旋回用電動機２１を冷却した後、冷却液排出口２１３から排出される。
【００６３】
なお、この冷却液循環システムには、図１２に示すように冷却液を補充するための補助タンク７５が設けられることが好ましい。
【００６４】
本実施形態のリフティングマグネット車両１によって得られる効果について説明する。リフティングマグネット車両１においては、密閉構造を有するコントロールユニット６００が冷却用配管６０８を有している。そしてこの冷却用配管６０８は、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと熱的に結合され、筐体６０１の外部から冷却液を導入することにより複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを冷却することができる。本実施形態のリフティングマグネット車両１によれば、このような構造によって、密閉構造にあっても複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを効率的に冷却できるので、複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅの温度上昇を効果的に抑えることができる。
【００６５】
また、本実施形態において、コントロールユニット６００は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上に載置されており、コントロールユニット６００内において複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは冷却用配管６０８上に配置されている。すなわち、冷却用配管６０８は、ユニット６２〜６６と複数のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとの間に配置されている。
【００６６】
ユニット６２〜６６の各々にはインバータ回路や昇降圧コンバータ回路が内蔵されているが、一般的にこれらの回路の発熱量はＣＰＵ等と比較して大きい。そして、本実施形態のようにコントロールユニット６００がユニット６２〜６６上に載置されているような場合、インバータ回路の熱がコントロールユニット６００内のＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅへ伝わり易くなる。これに対し、本実施形態では上述したようにユニット６２〜６６とＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとの間に冷却用配管６０８が配置されているので、インバータ回路の熱がＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅへ伝わりにくくなり、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅをより効率的に冷却することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態のように、コントロールユニット６００は、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅと冷却用配管６０８との間に設けられてＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅ及び冷却用配管６０８と熱的に結合されたヒートシンク６０３を有することが好ましい。これにより、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅからの熱が冷却用配管６０８へ伝わり易くなり、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを更に効率的に冷却できる。
【００６８】
また、図８及び図９に示したように、冷却用配管６０８は、複数の配管部分６０８ａがその一端側及び他端側において交互に連結された形状を有し、ヒートシンク６０３の複数の冷却領域６０３ａ〜６０３ｅのそれぞれが、複数の配管部分６０８ａのうち隣り合う２本の配管部分６０８ａと熱的に結合されており、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅは、一つのＣＰＵにつき一つの冷却領域に対して熱的に結合されていることが好ましい。冷却用配管６０８及びＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅをこのような相互関係となるよう配置することにより、ＣＰＵ一つ当たりの冷却用配管６０８の長さを十分に確保して、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを更に効率的に冷却できる。
【００６９】
また、本実施形態のように、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅとヒートシンク６０３との間に、弾性材料を含む熱伝導性シート６１２が配設されることが好ましい。これにより、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅからの熱がヒートシンク６０３へ伝わり易くなり、ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを更に効率的に冷却できる。
【００７０】
なお、例えば複数のＣＰＵが互いに別個の基板上に実装され、ケーブル配線によって相互に接続されている場合には、ケーブル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互いに接続されている。これにより、配線の損傷が少なくなりサーボ制御システム１の信頼性を向上させることができる。
【００７１】
また、本実施形態のサーボ制御システム１は、インバータユニット６２〜６５、昇降圧コンバータユニット６６およびコントロールユニット６００が一体となった構成を備えているが、サーボ制御システム１は必ずしもこのように構成される必要はなく、例えばインバータユニット６２〜６５、昇降圧コンバータユニット６６と分離した状態でコントロールユニット６００を配置してもよい。
【００７２】
また、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ＣＰＵ６０５ａ〜６０５ｅを設けた例を示したが、ＣＰＵが一つであっても本実施形態の上記効果を好適に得ることができる。
【００７３】
また、本実施形態のように、リフティングマグネット車両１は、ラジエータ７３を含む冷却液循環システムを備えることが好ましい。そしてこの場合、冷却液循環システムの冷却液のうち少なくとも一部が、ラジエータ７３から送出されたのち、コントロールユニット６００、ユニット６２〜６６のうち何れか、及び交流電動機１２（２１）の順にこれらを通過することが好ましい。このように、比較的低温のコントロールユニット６００を先に冷却し、その後に、比較的高温のユニット６２〜６６、そして更に高温の交流電動機１２，２１の順に冷却することで、コントロールユニット６００を冷却するための冷却液循環システムの冷却効率を高めることができる。
【００７４】
本発明によるハイブリッド型建設機械は、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、上記実施形態ではハイブリッド型建設機械としてリフティングマグネット車両の場合を例示して説明したが、他のハイブリッド型建設機械（例えば、ショベルやホイルローダ、クレーン）にも本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…リフティングマグネット車両、２…走行機構、３…旋回機構、４…旋回体、５…ブーム、６…アーム、７…リフティングマグネット、８…ブームシリンダ、９…アームシリンダ、１０…バケットシリンダ、１１…エンジン、１２…電動発電機、１８Ａ…インバータ回路、１９…バッテリ、２０Ａ…インバータ回路、２０Ｂ…インバータ回路、２１…旋回用電動機、６０…サーボ制御ユニット、６１…コントロールユニット底板、６２〜６５…インバータユニット、６６…昇降圧コンバータユニット、６７…板状台座、６８…ヒートシンク、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、６０３ａ〜６０３ｅ…冷却領域、６０４…コントロールカード、６０５ａ〜６０５ｅ…ＣＰＵ、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…熱伝導性シート、６１３…カードプレート、６１４…熱伝導プレート、６１６…パッキン、６１７…パッキン押さえ部材。
【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】
2010185271.tif 000010
【図９】
2010185271.tif 000011
【図１０】
2010185271.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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