(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置を備える産業機械であって、
前記電力変換装置は、
少なくともひとつのパワーモジュールと、
コンデンサと、
駆動対象の負荷、前記パワーモジュール、前記コンデンサのいずれかの間に設けられたブスバーと、
を備え、
前記ブスバーは、
第１プレートと、
前記第１プレートと同一方向に延びる第２プレートと、
前記第１プレートと前記第２プレートそれぞれの対応する第１端を、所定の間隔離間して支持するとともに、前記第１プレートと前記第２プレートそれぞれの第１端同士を電気的に接続する導電性を有する第１スペーサと、
前記第１プレートと前記第２プレートそれぞれの対応する第２端を、所定の間隔離間して支持するとともに、前記第１プレートと前記第２プレートそれぞれの第２端同士を電気的に接続する導電性を有する第２スペーサと、
を備えることを特徴とする産業機械。
【請求項２】
前記電力変換装置は、リアクトルをさらに備え、
前記ブスバーは、前記負荷、前記パワーモジュール、前記コンデンサ、前記リアクトルのいずれかの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の産業機械。
【請求項３】
前記ブスバーは、前記第１プレートと前記第２プレートの前記第１端と前記第２端の間の少なくとも１箇所に設けられ、前記第１プレートと前記第２プレートの対応する箇所同士を電気的に接続する導電性を有する少なくともひとつの第３スペーサをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の産業機械。
【請求項４】
前記産業機械は、走行機構および前記走行機構に旋回自在に搭載された上部旋回体を備える産業車両であり、
前記走行機構に対して前記上部旋回体を旋回駆動させる交流電動機を制御する電動旋回装置を備え、
前記電動旋回装置は、
前記上部旋回体に設けられ、交流電動機を前記負荷として駆動する前記電力変換装置に加えて、
前記電力変換装置に流れる電流が大きくなるにしたがい、前記電力変換装置のキャリア周波数を低下させるキャリア周波数制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の産業機械。
【請求項５】
前記キャリア周波数制御部は、前記交流電動機の旋回加速時において、前記キャリア周波数を変化させることを特徴とする請求項４に記載の産業機械。
【請求項６】
前記キャリア周波数制御部は、前記交流電動機の旋回減速時において、前記キャリア周波数を変化させることを特徴とする請求項４に記載の産業機械。
【請求項７】
前記キャリア周波数制御部は、前記電力変換装置を構成するパワーモジュールの温度が高くなるにしたがい、前記キャリア周波数を低下させることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の産業機械。
【請求項８】
前記キャリア周波数制御部は、
前記電力変換装置に流れる電流が所定値以下のとき、前記キャリア周波数を一定に保ち、前記電力変換装置に流れる電流が前記所定値より高くなると、前記キャリア周波数を電流に応じて線形に低下させることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の産業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置を用いた産業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のパワーショベルやクレーンをはじめとする建設機械において、上部旋回体の動力源として、油圧モータと交流電動機のハイブリッド型が利用される。ハイブリッド型の旋回動力源は、上部旋回体の加速時において、交流電動機によって油圧モータをアシストし、減速時においては交流電動機によって回生運転を行い、発電エネルギーによってバッテリを充電する。特許文献１から３には関連技術が開示される。また、建設機械以外の産業機械、たとえば、フォークリフトや鍛造プレス機械にも、電動機を駆動するための電力変換装置が搭載される。【０００３】
交流電動機を駆動するための電力変換装置（インバータ）は、交流電動機の各相ごとに設けられた複数のスイッチング素子、交流電動機の目標トルク（あるいは回転数）に応じて変調された制御信号を生成するコントローラ、制御信号にもとづいて複数のスイッチング素子を駆動するドライバ、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１０３１１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２２８１５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２６７８２号公報
【特許文献４】実登録２５２４６４２号公報
【特許文献５】実開昭５８−８３９３３号公報
【特許文献６】実開昭６０−３３７６７号公報
【特許文献７】特開平１０−１４５９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
産業機械に用いる電力変換装置には大電流が流れるため、温度上昇が著しい。このため電力変換装置に温度異常が発生してしまうと、作業を継続することができなくなる。【０００６】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、温度対策を施した電力変換装置およびそれを具備する産業機械の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、電力変換装置もしくはそれを備える産業機械に関する。電力変換装置は、少なくともひとつのパワーモジュールと、コンデンサと、駆動対象の負荷、パワーモジュール、コンデンサのいずれかの間に設けられたブスバーと、を備える。ブスバーは、第１プレートと、第２プレートと、第１プレートと第２プレートそれぞれの対応する第１端を、所定の間隔離間して支持するとともに、第１プレートと第２プレートそれぞれの第１端同士を電気的に接続する第１スペーサと、第１プレートと第２プレートそれぞれの対応する第２端を、所定の間隔離間して支持するとともに、第１プレートと第２プレートそれぞれの第２端同士を電気的に接続する第２スペーサと、を備える。【０００８】
この態様によると、第１プレートと第２プレートを離間して積層することにより、導体の表面積を大きくすることができ、ブスバーのサイズが制限される状況下でも電流容量を大きくでき、電力変換装置ひいては産業機械を小型化できる。【０００９】
ある態様において、電力変換装置は、リアクトルをさらに備えてもよい。ブスバーは、負荷、パワーモジュール、コンデンサ、リアクトルのいずれかの間に設けられてもよい。【００１０】
ブスバーは、第１プレートと第２プレートの第１端と第２端の間の少なくとも１箇所に設けられ、第１プレートと第２プレートの対応する箇所同士を電気的に接続する、少なくともひとつの第３スペーサをさらに備えてもよい。
第３スペーサを設けることにより、第１プレートと第２プレートの一方に電流が集中するのを抑制でき、電流を均一化することができる。【００１１】
本発明のある態様は、走行機構および走行機構に旋回自在に搭載された上部旋回体を備える産業機械に搭載され、交流電動機による動力によって旋回体を旋回させる電動旋回装置、もしくはその電動旋回装置を備える産業機械に関する。
電動旋回装置は、走行機構に対して上部旋回体を旋回駆動させる交流電動機を制御する。電動旋回装置は、上部旋回体に設けられ、交流電動機を駆動する電力変換装置と、電力変換装置に流れる電流が大きくなるにしたがい、電力変換装置のキャリア周波数を低下させるキャリア周波数制御部と、を備える。【００１２】
電力変換装置に流れる電流が大きくなると、それにともないパワーモジュールでの局所的な発熱が大きくなる。この態様によれば、電力変換装置の電流に応じて、電力変換装置のキャリア周波数を低下させることにより、パワーモジュールの温度変動を抑制することができ、応力ひずみを低減して信頼性を高めることができる。【００１３】
キャリア周波数制御部は、交流電動機の旋回加速時において、キャリア周波数を変化させてもよい。またキャリア周波数制御部は、交流電動機の旋回減速時において、キャリア周波数を変化させてもよい。
パワーモジュールに流れる電流は、旋回開始にともなう旋回加速時あるいは旋回停止にともなう旋回減速時において特に大きくなり、パワーモジュール内に局所的な応力を発生させる。そこで旋回加速時、旋回減速時においてキャリア周波数を低下させることにより、パワーモジュールの信頼性を高めることができる。【００１４】
キャリア周波数制御部は、電力変換装置を構成するパワーモジュールの温度が高くなるにしたがい、キャリア周波数を低下させてもよい。【００１５】
キャリア周波数制御部は、電力変換装置に流れる電流が所定値以下のとき、キャリア周波数を一定に保ち、電力変換装置に流れる電流が所定値より高くなると、キャリア周波数を電流に応じて線形に低下させてもよい。【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電力変換装置に用いられるブスバーを大容量化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態に係る電動旋回装置を備える建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。
【図３】電動旋回装置の構成を示すブロック図である。
【図４】電流に応じたキャリア周波数制御の一例を示す図である。
【図５】温度Ｔに応じたキャリア周波数制御のいくつかの例を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、キャリア周波数およびインバータの電流の時間波形図であり、図６（ｂ）は温度の時間波形図である。
【図７】図７（ａ）は、キャリア周波数制御を行わない場合の波形図であり、図７（ｂ）は、キャリア周波数制御を行った場合の波形図である。
【図８】一般的な三相の電力変換装置（インバータ）の回路図である。
【図９】第２の実施の形態に係るブスバーを示す斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第２の実施の形態に係るブスバーを備える電力変換装置の断面図であり、図１０（ｂ）はブスバーおよび絶縁サポータの斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、ブスバーの詳細な構成を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１０の電力変換装置において、ブスバーに電流が流れる様子を示す図であり、図１２（ｂ）は、単板のブスバーに電流が流れる様子を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）は、第１の変形例に係る電力変換装置の断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のブスバーの斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）は、電力変換装置の等価回路図である。
【図１５】第３の変形例に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図１６】第４の変形例に係る電力変換装置の断面図である。
【図１７】作業機械であるショベルの平面図である。
【図１８】図１７のショベルの部分破断側面図である。
【図１９】図１７のショベルのブロック図である。
【図２０】作業機械である荷役作業車両（フォークリフト）の部分破断側面図である。
【図２１】図２１（ａ）、（ｂ）は、作業機械である鍛造プレス機械の正面図および側面図である。
【図２２】鍛造プレス機械のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２０】
部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２１】
（第１の実施の形態）
【００２２】
１．１  電動旋回装置に関する課題
上述のように、パワーショベルやクレーンをはじめとする建設機械において、上部旋回体の動力源として、油圧モータと交流電動機のハイブリッド型が利用される。建設機械の旋回体は、旋回、停止を頻繁に繰り返す。そして停止状態にある建設機械の旋回体を加速する際、あるいは回転状態にある旋回体を減速する際には、スイッチング素子に大電流が流れる。一般的にスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）をはじめとするパワーモジュールに内蔵されており、そのパワーモジュール内部における電気的接続には、はんだが利用される場合がある。
【００２３】
パワーモジュールは、ヒートシンクと熱的に結合されており、温度上昇を抑制する配慮がなされている。しかしながらこの場合であってもスイッチング素子に大電流が流れるたびに、局所的な温度が変動する。パワーモジュール内のはんだ、配線、基板等の材料はそれぞれ異なる熱膨張率を有しているため、スイッチング素子の温度変動にともなって応力ひずみが発生する。応力ひずみは、はんだクラックなどの原因となり、パワーモジュールの信頼性に影響を与える。
【００２４】
以下、かかる課題を解決するための電動旋回装置について説明する。
【００２５】
１．３  第１の実施の形態に係る電動旋回装置
図１は、第１の実施の形態に係る電動旋回装置５００を備える建設機械の一例であるショベル６０１の外観を示す斜視図である。ショベル６０１は、主として走行機構６０２と、走行機構６０２の上部に旋回機構６０３を介して回動自在に搭載された旋回体６０４とを備えている。
【００２６】
旋回体６０４には、ブーム６０５と、ブーム６０５の先端にリンク接続されたアーム６０６と、アーム６０６の先端にリンク接続されたバケット６１０とが取り付けられている。バケット６１０は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための設備である。ブーム６０５、アーム６０６、及びバケット６１０は、それぞれブームシリンダ６０７、アームシリンダ６０８、及びバケットシリンダ６０９によって油圧駆動される。また、旋回体６０４には、バケット６１０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６０４ａや、油圧を発生するためのエンジン６１１といった動力源が設けられている。エンジン６１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
【００２７】
図２は、第１の実施の形態に係るショベル６０１の電気系統や油圧系統などのブロック図である。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。
【００２８】
ショベル６０１は電動発電機６１２および減速機６１３を備えており、エンジン６１１及び電動発電機６１２の回転軸は、共に減速機６１３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６１１の負荷が大きいときには、電動発電機６１２が自身の駆動力によりエンジン６１１の駆動力を補助（アシスト）し、電動発電機６１２の駆動力が減速機６１３の出力軸を経てメインポンプ６１４に伝達される。一方、エンジン６１１の負荷が小さいときには、エンジン６１１の駆動力が減速機６１３を経て電動発電機６１２に伝達されることにより、電動発電機６１２が発電を行う。電動発電機６１２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６１２の駆動と発電との切り替えは、ショベル６０１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ６３０により、エンジン６１１の負荷等に応じて行われる。
【００２９】
減速機６１３の出力軸にはメインポンプ６１４及びパイロットポンプ６１５が接続されており、メインポンプ６１４には高圧油圧ライン６１６を介してコントロールバルブ６１７が接続されている。コントロールバルブ６１７は、ショベル６０１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６１７には、図１に示した走行機構６０２を駆動するための油圧モータ６０２Ａ及び６０２Ｂの他、ブームシリンダ６０７、アームシリンダ６０８、及びバケットシリンダ６０９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６１７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。
【００３０】
電動発電機６１２の電気的な端子には、インバータ６１８Ａの２次側（出力）端が接続されている。インバータ６１８Ａの１次側（入力）端には、蓄電部１００が接続されている。蓄電部１００は、例えば蓄電池であるバッテリと、バッテリの充放電を制御する昇降圧コンバータと、正極及び負極の直流配線からなるＤＣバスとを備えている（図示せず）。ここで、ＤＣバスは一定電圧蓄電部を構成し、バッテリは変動電圧蓄電部を構成する。即ち、インバータ６１８Ａの入力端は、ＤＣバスを介して昇降圧コンバータの入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータの出力端には、蓄電器としてバッテリが接続されている。また上述では蓄電器の例としてキャパシタを示したが、キャパシタの代わりにリチウムイオン電池等の充電可能な２次電池、または電力の授受が可能なその他の形態の電源を蓄電器として用いてもよい。
【００３１】
インバータ６１８Ａは、コントローラ６３０からの指令に基づき、電動発電機６１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ６１８Ａが電動発電機６１２を力行運転させる際には、必要な電力をバッテリ及び昇降圧コンバータからＤＣバスを介して電動発電機に供給する。また、電動発電機６１２を回生運転させる際には、電動発電機６１２により発電された電力をＤＣバス及び昇降圧コンバータを介してバッテリに充電する。なお、昇降圧コンバータ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６３０によって行われる。これにより、ＤＣバスを、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。
【００３２】
蓄電部１００には、インバータ６１８Ｂを介してブーム回生用発電機３００が接続されている。ブームシリンダ６０７に油圧モータ３１０が接続されており、ブーム回生用発電機３００の回転軸は、油圧モータ３１０によって駆動される。ブーム回生用発電機３００は、ブーム６０５が重力の作用により下げられるときに、位置エネルギを電気エネルギに変換する電動作業要素である。
【００３３】
油圧モータ３１０は、ブーム６０５が下げられるときにブームシリンダ６０７から吐出される油によって回転されるように構成されており、ブーム６０５が重力に従って下げられるときのエネルギを回転力に変換するために設けられている。油圧モータ３１０は、コントロールバルブ６１７とブームシリンダ６０７の間の油圧管６０７Ａに設けられている。ブーム回生用発電機３００で発電された電力は、回生エネルギとしてインバータ６１８Ｂを経て蓄電部１００に供給される。
【００３４】
電動旋回装置５００は、図１の旋回機構６０３に設けられ、上部旋回体６０４を回動させる。電動旋回装置５００は、主として、旋回用インバータ６１８Ｃ、旋回用電動機６２１、レゾルバ６２２、メカニカルブレーキ６２３、旋回減速機６２４およびコントローラ６３０の一部６３０Ｃを備える。
【００３５】
旋回用電動機６２１は交流電動機であり、旋回体６０４を旋回させる旋回機構６０３の動力源である。旋回用電動機６２１の回転軸６２１Ａには、レゾルバ６２２、メカニカルブレーキ６２３、及び旋回減速機６２４が接続される。旋回用インバータ６１８Ｃは、蓄電部１００からの電力を受け、旋回用電動機６２１を駆動する。また旋回用電動機６２１の回生運転時には、旋回用電動機６２１からの電力を蓄電部１００に回収する。
【００３６】
旋回用電動機６２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機６２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機６２４にて増幅され、旋回体６０４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体６０４の慣性回転により、旋回減速機６２４にて回転数が増加されて旋回用電動機６２１に伝達され、回生電力を発生させる。旋回用電動機６２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号により旋回用インバータ６１８Ｃによって交流駆動される。旋回用電動機６２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。
【００３７】
レゾルバ６２２は、旋回用電動機６２１の回転軸６２１Ａ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６２１と機械的に連結することで回転軸６２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ６２２が回転軸６２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構６０３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６２３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６３０からの指令によって、旋回用電動機６２１の回転軸６２１Ａを機械的に停止させる。旋回減速機６２４は、旋回用電動機６２１の回転軸６２１Ａの回転速度を減速して旋回機構６０３に機械的に伝達する減速機である。
【００３８】
以上が電動旋回装置５００の構成である。
【００３９】
パイロットポンプ６１５には、パイロットライン６２５を介して操作装置６２６が接続されている。操作装置６２６は、旋回用電動機６２１、走行機構６０２、ブーム６０５、アーム６０６、及びバケット６１０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６２６には、油圧ライン６２７を介してコントロールバルブ６１７が接続され、また、油圧ライン６２８を介して圧力センサ６２９が接続される。操作装置６２６は、パイロットライン６２５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６２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン６２７を通じてコントロールバルブ６１７に供給されるとともに、圧力センサ６２９によって検出される。
【００４０】
圧力センサ６２９は、操作装置６２６に対して旋回機構６０３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６２８内の油圧の変化として検出する。圧力センサ６２９は、油圧ライン６２８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６３０に入力され、旋回用電動機６２１の駆動制御に用いられる。
【００４１】
コントローラ６３０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６３０は、各種センサ及び操作装置６２６等からの操作入力を受けて、インバータ６１８Ａ、６１８Ｂ、６１８Ｃ及び蓄電部１００等の駆動制御を行う。
【００４２】
以上がショベル６０１の全体構成である。続いて、第１の実施の形態に係る電動旋回装置５００について詳細に説明する。旋回体６０４の起動（加速）時には、旋回用電動機６２１に高トルクを発生させるため、旋回用インバータ６１８Ｃから旋回用電動機６２１に大電流を供給する必要がある。また旋回体６０４の停止（減速）時における回生運動時には、旋回用電動機６２１からの大電流が旋回用インバータ６１８Ｃを経由して蓄電部１００に供給される。また定速の旋回時においても、バケット６１０に重い荷物が積載されたり、アーム６０６が障害物に接触したりすると、旋回用インバータ６１８Ｃには大電流が流れることになる。
【００４３】
旋回、停止を頻繁に繰り返す電動旋回装置５００では、旋回用インバータ６１８Ｃに大電流が頻繁に流れると、旋回用インバータ６１８Ｃを構成するパワーモジュールの内部、あるいはその周辺において応力ひずみが発生し、電動旋回装置５００の信頼性が低下するおそれがある。以下では、このような問題を解決するための技術を説明する。
【００４４】
図３は、電動旋回装置５００の構成を示すブロック図である。電動旋回装置５００は、旋回用インバータ６１８Ｃ、旋回用電動機６２１、レゾルバ６２２、電流センサ６４２、温度センサ６４４、コントローラ６３０の一部であるインバータ制御部６３０Ｃを備える。
【００４５】
たとえば旋回用電動機６２１は三相交流電動機であり、旋回用インバータ６１８Ｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチング回路を含む。電流センサ６４２は、インバータ６１８Ｃの各相に流れる電流を検出し、電流値を示す電流検出値Ｓ１をインバータ制御部６３０Ｃに出力する。たとえば電流センサ６４２は、旋回用インバータ６１８Ｃの各相の出力電流、各相の上側アームに流れる電流、各相の下側アームに流れる電流、の少なくともひとつ、あるいはいくつかの組み合わせを検出してもよい。
【００４６】
旋回用インバータ６１８Ｃを構成するスイッチング回路は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワートランジスタで構成され、パワートランジスタは、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）に内蔵されている。ＩＰＭは、温度センサ等の各種センサを搭載しており、各種センサは、過電流、制御電源電圧低下、出力短絡、温度異常といった事象を検出し、これらの事象を検出した場合には、ＩＰＭエラー信号を出力する。ここで、温度異常の事象は、インバータの温度が所定の運転停止温度以上になったことを意味する。運転停止温度は、例えば１００℃に設定される。ＩＰＭは、ＩＰＭエラー信号を検出すると、駆動対象のモータやインバータの焼損防止のために、駆動対象のモータを駆動するための電流の供給を停止する。この場合には、ショベル６０１の動作自体も停止され、連続運転が中断される。かかる自動停止保護は、信頼性向上の観点から必要なものであるが、自動停止は作業効率を低下させるため、極力発生しないことが望ましい。
【００４７】
温度センサ６４４は、パワーモジュールと熱的に結合されており、パワーモジュールの温度に応じた温度検出値Ｓ２を生成し、インバータ制御部６３０Ｃに出力する。温度センサ６４４は、パワーモジュールに内蔵されるサーミスタなどを利用してもよいし、パワーモジュールの直近に設けてもよい。温度センサ６４４がパワーモジュールに内蔵される場合、パワーモジュールの内部の局所的な温度を検出することができ、それをパワーモジュールの外部に設ける場合には、パワーモジュール全体の平均的な温度を検出することができる。当然ながら、温度センサ６４４は、パワーモジュールの内部と外部の両方に設けられ、それぞれの温度を示す温度検出値Ｓ２を生成してもよい。
【００４８】
インバータ制御部６３０Ｃは、減算器６３１、ＰＩ制御部６３２、旋回動作検出部６３８、ＰＷＭ信号生成部６４０、キャリア周波数制御部６５０を備える。
【００４９】
レゾルバ６２２は、旋回用電動機６２１の回転位置の変化を検出する。旋回動作検出部６３８は、旋回用電動機６２１の回転位置の変化に基づいて旋回速度値Ｓ３を算出し、減算器６３１に出力する。
減算器６３１は、旋回用電動機６２１の旋回速度を指示する速度指令値Ｓ４から旋回速度値Ｓ３を減算し、それらの偏差を出力する。速度指令値Ｓ４は例えば操作装置６２６の操作量に応じた指令値である（図２参照）。
【００５０】
ＰＩ制御部６３２は、減算器６３１から出力された偏差に基づいて、旋回用電動機６２１の回転速度を速度指令値に近づけて偏差が小さくなるようにＰＩ制御を行い、その制御のためのトルク電流指令値Ｓ５を生成する。
【００５１】
トルク制限部６３３は、ＰＩ制御部６３２から出力されたトルク電流指令値Ｓ５によって旋回用電動機６２１に生じるトルクが、旋回用電動機６２１の許容トルク値以下になるように、トルク電流指令値Ｓ５を所定のトルクリミット値（トルクの上限値）Ｓ６以下の範囲に制限する。旋回用インバータ６１８Ｃを制御するインバータ制御部６３０Ｃでは、通常時には、例えば加速時トルクリミット値ＸＵは駆動対象の旋回用電動機６２１における定格トルクの１５０％、減速時トルクリミット値ＸＤは定格トルクの２５０％に設定される。
【００５２】
ＰＷＭ信号生成部６４０は、トルク制限されたトルク電流指令値Ｓ７を、設定されたキャリア周波数ｆｃでパルス幅変調（Pulse Width Modulation）することにより、インバータ６１８Ｃの各相のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）に対するゲート駆動パルスを生成する。本実施の形態においては、ＰＷＭ信号生成部６４０におけるキャリア周波数ｆｃは、電動旋回装置５００の状態に応じて可変となっている。
【００５３】
キャリア周波数制御部６５０は、電流センサ６４２からの電流検出値Ｓ１と、温度センサ６４４からの温度検出値Ｓ２と、にもとづいて、キャリア周波数ｆｃを制御する。
【００５４】
具体的には、キャリア周波数制御部６５０は、インバータ６１８Ｃに流れる電流ＩＣＴが大きくなるにしたがい、キャリア周波数ｆｃを低下させる。図４は、電流ＩＣＴに応じたキャリア周波数制御の一例を示す図である。キャリア周波数ｆｃは、電流ＩＣＴがあるしきい値以下の領域（I）において、あらかじめ定められた定格周波数ｆ１００％に設定される。しきい値は、たとえば定格トルクに対応する電流値Ｉ１００％であってもよい。
【００５５】
電流ＩＣＴがしきい値Ｉ１００％を超える領域（II）では、キャリア周波数ｆｃは、電流ＩＣＴに応じて線形に低下し、式（１）で与えられる。
ｆｃ＝ａ×（ＩＣＴ−Ｉ１００％）＋ｆ１００％    …（１）
ａは、キャリア周波数ｆｃの傾きであり、負の値を有する。
【００５６】
図３に戻る。キャリア周波数制御部６５０は、旋回用インバータ６１８Ｃの温度を、キャリア周波数ｆｃに反映させる。具体的にはキャリア周波数制御部６５０は、温度検出値Ｓ２を参照し、旋回用インバータ６１８Ｃを構成するパワーモジュールの温度Ｔが高くなるにしたがい、キャリア周波数ｆｃを低下させる。
【００５７】
旋回用インバータ６１８Ｃの設計者は、パワーモジュールに、あるキャリア周波数である大きさの電流が流れたときの温度上昇をあらかじめ予測することができる。そこで、キャリア周波数制御部６５０は、現在の温度Ｔが運転停止温度Ｔｍａｘを超えないように、温度Ｔが運転停止温度Ｔｍａｘに近づくほどキャリア周波数ｆｃを低下させる。
【００５８】
図５は、温度Ｔに応じたキャリア周波数制御のいくつかの例を示す図である。実線ａで示すように、キャリア周波数ｆｃは、温度Ｔがあるしきい値以下の領域（I）において、あらかじめ定められた初期周波数ｆＩＮＩＴであり、しきい値以上の領域（II）において、温度に対して線形に低下してもよい。あるいは実線ｂで示すように、キャリア周波数ｆｃは、全温度範囲において温度に対して低下してもよい。
【００５９】
旋回用インバータ６１８Ｃおよび旋回用電動機６２１を駆動する信号のキャリア周波数ｆｃが可聴帯域（＜５ｋＨｚ）であると、周囲の人間が音響ノイズを知覚する。市街地でも利用されるショベル６０１には静音性も要求されるため、初期周波数ｆＩＮＩＴは、人間が近くしにくい周波数帯域、たとえば８ｋＨｚ、あるいはそれ以上に設定することが好ましい。
【００６０】
以上が電動旋回装置５００の構成である。続いてその動作を説明する。
図６（ａ）は、キャリア周波数ｆｃおよびインバータ６１８Ｃの電流ＩＣＴの時間波形図であり、図６（ｂ）は温度Ｔの時間波形図である。
旋回用電動機６２１の加速、あるいは減速は、２〜３秒と短い時間スケールで行われ、したがって電流ＩＣＴにもとづくキャリア周波数制御も、数秒の短い時間スケールで行われる。時刻ｔ１付近において旋回用電動機６２１が加速し、時刻ｔ２付近において旋回用電動機６２１が減速する。なお、本明細書における波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。
【００６１】
図６（ａ）に示されるように、定格電流Ｉ１００％以下の電流Ｉ２が流れる場合、周波数ｆｃ２は定格周波数ｆ１００％に維持される。この場合、電流Ｉ２が小さいため、図６（ｂ）に実線で示すように、旋回用インバータ６１８Ｃの温度はそれほど上昇しない。
【００６２】
一方、定格電流Ｉ１００％以上の電流Ｉ１が流れる場合には、電流Ｉ１の上昇にともなってキャリア周波数ｆｃ１が低下する。定格を超える電流Ｉ１が流れたときに、キャリア周波数ｆｃを低下させなければ、温度Ｔは図６（ｂ）に一点鎖線で示すように上昇してしまうところ、キャリア周波数ｆｃを低下させることで旋回用インバータ６１８Ｃの発熱が抑制され、図６（ｂ）に実線で示すように温度上昇を抑制できる。
【００６３】
図６（ｂ）に示すように温度Ｔは、瞬時的には電流ＩＣＴの変動と同じ短い時間スケールで変動するが、温度Ｔの平均値は、数分〜数時間という長い時間スケールで変動する。したがって温度Ｔに応じた周波数制御は、以下で説明するように、長い時間スケールで行うことが望ましい。
【００６４】
具体的には、温度Ｔにもとづいて長い時間スケールで定格周波数ｆ１００％を変化させ、その定格周波数ｆ１００％を基準として、短い時間スケールで電流ＩＣＴにもとづいて式（１）にしたがいキャリア周波数ｆｃを制御してもよい。
【００６５】
図７（ａ）は、キャリア周波数制御を行わない場合の波形図であり、図７（ｂ）は、キャリア周波数制御を行った場合の波形図である。図７（ａ）、（ｂ）の時間スケールは、図６（ａ）、（ｂ）のそれと比べて十分に長い。また電流ＩＣＴは、短い時間スケールでみれば、図６（ａ）に示すように上昇、低下を繰り返すが、図７（ａ）、（ｂ）には時間的に平滑化した電流が示される。
【００６６】
はじめに図７（ａ）を参照する。キャリア周波数制御を行わない場合、電流ＩＣＴが時間とともに増大すると、温度Ｔも時間とともに上昇していく。時刻ｔ３に温度Ｔが運転停止温度Ｔｍａｘを超えると、ショベル６０１は自動停止する。
【００６７】
続いて図７（ｂ）を参照し、キャリア周波数制御を行った場合の動作を説明する。図７（ｂ）には示されない短い時間スケールでは、電流ＩＣＴに応じてキャリア周波数制御が行われ、それにより短い時間スケールの温度変動が抑制されている。しかしながら、電流ＩＣＴに応じたキャリア周波数制御を行っても、電流ＩＣＴの平均値が増大すれば、温度Ｔは上昇していく。温度Ｔが上昇していくと、それにともなってキャリア周波数ｆｃの定格値ｆ１００％が低下していく。これにより、温度Ｔが運転停止温度Ｔｍａｘ以下に保たれる。
【００６８】
以上が電動旋回装置５００の動作である。この電動旋回装置５００によれば以下の効果を得ることができる。
【００６９】
図５に示すように、電流ＩＣＴにもとづくキャリア周波数制御を行うことにより、短い時間スケールでの温度変動を抑制される。その結果、パワーモジュール内部、あるいはその周辺部における応力ひずみが低減され、はんだクラックなどを抑制でき、電動旋回装置５００の信頼性を高めることができる。
【００７０】
さらに、温度Ｔにもとづくキャリア周波数制御を行うことにより、運転停止温度Ｔｍａｘを超えて温度Ｔが上昇し続けるのを防止できる。これにより、ショベル６０１の自動停止の発生頻度を低減でき、作業効率を高めることができる。
【００７１】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。
【００７２】
実施の形態では、キャリア周波数制御に、電流および温度の両方を反映させる場合を説明したが、本発明はそれには限定されず、いずれか一方にもとづいてキャリア周波数制御を行ってもよい。
【００７３】
また、電流とキャリア周波数、温度とキャリア周波数の関係は、図４、図５には限定されない。またキャリア周波数は、電流および温度の両方を引数とする関数で定義してもよいし、あるいは、電流および温度の組み合わせとキャリア周波数の関係をテーブルに格納しておいてもよい。
【００７４】
実施の形態では、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、ショベル６０１を示したが、本発明のハイブリッド型建設機械の他の例としては、旋回機構を備えるリフティングマグネット車両やクレーン等が挙げられる。
【００７５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、制御的な解決策によって、電力変換装置の温度上昇を抑制する技術について説明した。これに対して、第２の実施の形態では、構造的な解決策によって、電力変換装置の温度上昇を抑制する技術について説明する。第２の実施の形態に係る技術は、単独で、あるいは第１の実施の形態に係る技術と組み合わせて利用することができる。
【００７６】
図８は、一般的な三相の電力変換装置（インバータ）２の回路図である。電力変換装置２は、図示しない電池あるいはコンバータによって生成された直流電圧ＶＤＣを受け、それを交流に変換して、モータなどの負荷１に供給する。
【００７７】
電力変換装置２は、上側電源ライン１０、下側電源ライン１２、平滑コンデンサ１８、インバータ２０を備える。
【００７８】
平滑コンデンサ１８は、上側電源ライン１０と下側電源ライン１２の間に設けられ、上側電源ライン１０と下側電源ライン１２間の直流電圧ＶＤＣを平滑化する。
【００７９】
インバータ２０は、相ごとのハイサイドスイッチＭＨ（Ｕ〜Ｗ）、相ごとのローサイドスイッチＭＬ（Ｕ〜Ｗ）、ハイサイド駆動回路１４Ｈ、ローサイド駆動回路１４Ｌ、コントローラ１６を備える。
具体的には各相において、ハイサイドスイッチＭＨおよびローサイドスイッチＭＬは、上側電源ライン１０と下側電源ライン１２の間に順に直列に設けられる。コントローラ１６は、各相の出力電圧、各相の出力電流等にもとづいて、制御信号Ｓ１を生成する。ハイサイド駆動回路１４Ｈは、コントローラ１６からの制御信号Ｓ１にもとづいて各相のハイサイドスイッチＭＨ（Ｕ〜Ｗ）をスイッチングする。同様にローサイド駆動回路１４Ｌは、制御信号Ｓ１にもとづいてローサイドスイッチＭＬ（Ｕ〜Ｗ）をスイッチングする。
【００８０】
大容量の電力変換装置２では、出力ラインＯＵＴＵ〜ＯＵＴＷ、あるいは上側電源ライン１０とハイサイドスイッチＭＨ間の配線、ローサイドスイッチＭＬと下側電源ライン１２間の配線に大電流が流れるため、それらの配線のインピーダンスを小さくすることが要求される。
【００８１】
一方で、電力変換装置２の小型化が進んでおり、これにともなって配線のスペースが狭小化している。このような状況において径の太いツイスト線などを引き回すことが困難である場合、ブスバー（バスバーともいう）によって信号を伝送する手法がとられている。従来においては、ブスバーは、一枚の金属プレートで構成するのが一般的であった。
【００８２】
２．１  電力変換装置に関する課題
本発明者は、交流電流が流れるブスバーについて検討を行った結果、以下の課題を認識するに至った。
【００８３】
近年の高周波数化が進む電力変換装置２においては、ブスバーに流れる交流電流の周波数も上昇の一途をたどっている。高周波信号が導体を伝搬する場合、交流電流が導体の表面に集中して流れることが知られている。これを表皮効果という。ブスバーの電流容量を大きくするためには、金属導体の断面積を大きくしてインピーダンスを低下させる必要があるところ、表皮効果によって、ブスバーの厚みを厚くしてその断面積を大きくしても、期待通りに電流容量が大きくならないという問題がある。
【００８４】
なお、表皮効果によるブスバーの電流容量の制約に関する上記考察を、当業者の一般的な技術常識として捉えてはならない。
【００８５】
以下、かかる課題を解決するための電力変換装置について説明する。
【００８６】
２．２  第２の実施の形態に係る電力変換装置
図９は、第２の実施の形態に係るブスバー３０を示す斜視図である。ブスバー３０は、図８の電力変換装置２に搭載される。図８の電力変換装置２において、ハイサイドスイッチＭＨおよびローサイドスイッチＭＬは、少なくともひとつのパワーモジュールを用いて構成される。
【００８７】
たとえばブスバー３０は、負荷１とパワーモジュール（ＭＨ、ＭＬ）の間の配線をはじめとする、交流電流が流れる経路に利用される。あるいはブスバー３０は、図８の平滑コンデンサ１８とパワーモジュール（ＭＨ、ＭＬ）の間に利用することもできる。
【００８８】
図９のブスバー３０は、主として第１プレート３２、第２プレート３４、第１スペーサ３６、第２スペーサ３８を備える。
【００８９】
第１プレート３２、第２プレート３４、第１スペーサ３６、第２スペーサ３８は、導電性の材料、たとえば銅で構成される。第１プレート３２および第２プレート３４の厚みはたとえば２ｍｍ程度が好ましい。第１プレート３２および第２プレート３４は、同じ形状を有しており、オーバーラップして配置される。第１スペーサ３６は、厚みｄを有し、第１プレート３２と第２プレート３４の第１端３２ａ、３４ａに挟まれており、第１プレート３２および第２プレート３４それぞれの第１端３２ａ、３４ａを、所定の間隔ｄ、離間して支持する。そして第１スペーサ３６は、第１プレート３２の第１端３２ａと第２プレート３４の第１端３４ａ同士を電気的に接続する。第２スペーサ３８は、第１プレート３２および第２プレート３４それぞれの第２端３２ｂ、３４ｂを、所定の間隔ｄ、離間して支持する。そして第２スペーサ３８は、第１プレート３２の第２端３２ｂと第２プレート３４の第２端３４ｂ同士を電気的に接続する。
【００９０】
第１プレート３２、第２プレート３４、第１スペーサ３６、第２スペーサ３８は、後述するようにねじ止めされてもよいし、別の構造によって互いに連結されてもよい。
【００９１】
以上がブスバー３０の構成である。続いてその具体的な用途を説明する。
【００９２】
上述のように、ブスバー３０は、電力変換装置２において交流の大電流が流れる経路に設けられる。図１０（ａ）は、実施の形態に係るブスバー３０を備える電力変換装置２の断面図であり、図１０（ｂ）はブスバー３０および絶縁サポータ５６の斜視図である。
【００９３】
電力変換装置２は、図８の部材に加えて、筐体５０を備える。パワーモジュール５２（Ｕ，Ｖ，Ｗ）は相ごとに設けられ、対応する相のハイサイドスイッチＭＨ（Ｕ，Ｖ，Ｗ）およびローサイドスイッチＭＬ（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を内蔵する。各符号に添えられたＵ、Ｖ、Ｗは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に関連する部材であることを示す。図１０には、Ｕ相に関連する構造のみが示され、Ｖ相、Ｗ相は省略されている。筐体５０には、パワーモジュール５２の出力端子ＯＵＴＵと負荷１を接続するための配線を通すために開口５４Ｕが設けられている。
【００９４】
絶縁サポータ５６Ｕは、筐体５０の底面にねじ止めされている。ブスバー３０Ｕは、Ｕ相の出力端子ＯＵＴＵと負荷１の間に設けられ、出力端子ＯＵＴＵと負荷１を接続する配線の一部となっている。より具体的にはブスバー３０Ｕは、電力変換装置２と負荷１を結線する外部配線６２を接続するための端子としても機能する。
【００９５】
ブスバー３０Ｕの第１端Ｅ１は、絶縁サポータ５６Ｕの上面にねじ止めされる。またブスバー３０Ｕの第１端Ｅ１には、内部配線６０の一端がねじ止めされる。内部配線６０の他端は、パワーモジュール５２Ｕの出力端子ＯＵＴＵにねじ止めされる。
【００９６】
ブスバー３０Ｕの第２端Ｅ２は、開口５４Ｕを介して筐体５０の外部に露出している。ブスバー３０Ｕの第２端Ｅ２には、外部配線６２の一端がねじ止めされる。外部配線６２は、図示しない負荷に接続される。
【００９７】
ブスバー３０Ｕは、図９のブスバー３０に加えて、第３スペーサ４０を備える。第３スペーサ４０は、第１プレート３２および第２プレート３４の第１端Ｅ１と、それらの第２端Ｅ２の間に設けられる。第３スペーサ４０は、第１プレート３２と第２プレート３４の対応する箇所同士を電気的に接続する。
【００９８】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、ブスバー３０Ｕの詳細な構成を示す図である。図１１（ａ）は、第１プレート３２と第１スペーサ３６、第２スペーサ３８、第３スペーサ４０の平面図、正面図および側面図である。図１１（ｂ）は第２プレート３４およびナット４２の底面図、正面図および側面図である。図１１（ｃ）は、ブスバー３０Ｕ全体の平面図、底面図および側面図である。
【００９９】
図１１（ａ）に示すように、第１プレート３２と第１スペーサ３６は、２本のねじ４４ａ、４４ｂによって接続される。また第１プレート３２と第１スペーサ３６の対応する箇所には、それぞれ開口Ｈ１、Ｈ２が設けられる。同様に第１プレート３２と第２スペーサ３８は、２本のねじ４４ｃ、４４ｄによって接続される。また第１プレート３２と第２スペーサ３８の対応する箇所には、それぞれ開口Ｈ３、Ｈ４が設けられる。また第１プレート３２と第３スペーサ４０の対応する箇所には、それぞれ開口Ｈ５、Ｈ６が設けられる。
【０１００】
図１１（ｂ）に示すように、第２プレート３４の開口Ｈ３の箇所には、ナット４２が設けられる。図１１（ｃ）に示すように、第１プレート３２および第２プレート３４は、ねじ４４ｅ、４４ｆによって接続される。
【０１０１】
以上がブスバー３０Ｕの具体的な構成である。
【０１０２】
続いて、実施の形態に係るブスバー３０を備える電力変換装置２の利点を説明する。
【０１０３】
続いてブスバー３０の効果を説明する。図１２（ａ）は、図１０の電力変換装置２において、ブスバー３０に電流が流れる様子を示す図であり、図１２（ｂ）は、単板のブスバーに電流が流れる様子を示す図である。電流の流れは破線の矢印で示される。
【０１０４】
図１２（ｂ）に示すように、単板のブスバーを用いる場合、表皮効果によって、電流は導体表面に集中し、その内部には電流がほとんど流れない。したがって導体の厚みｄを厚くしても、直流抵抗は小さくなるが、交流電流に対するインピーダンスは小さくならず、ブスバーの体積を大きくしても、電流容量はそれほど大きくできない。
【０１０５】
一方、実施の形態に係るブスバー３０によれば、第１プレート３２および第２プレート３４それぞれの表面に交流電流が流れるため、同じスペースを占有する単板のブスバーに比べて大容量化が可能となる。
【０１０６】
また第３スペーサ４０を設け、第１プレート３２と第２プレート３４を、両端のみでなく、その途中の箇所においても電気的に接続することにより、プレートの途中の箇所で、電流を相互に流入、流出させることができるため、一方のプレートに電流が集中するのを防止できる。これにより、第１プレート３２および第２プレート３４のすべての表面を有効に利用して交流電流を流すことができ、さらなる大容量化が可能となる。
【０１０７】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。
【０１０８】
（第１の変形例）
図１０では、ブスバー３０が、外部配線接続用の端子に利用される場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。図１３（ａ）は、第１の変形例に係る電力変換装置２ａの断面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のブスバー３０ｂの斜視図である。図１０と同様に、図１３にはＵ相の構造のみが示され、Ｖ相、Ｗ相は省略される。
【０１０９】
ブスバー３０ａは、図１０のブスバー３０Ｕに対応する。電力変換装置２ａは、図１０の内部配線６０に代えて、ブスバー３０ｂを備える。ブスバー３０ｂの構造は、ブスバー３０ａと同様である。
電力変換装置２ａは、大容量化のために並列に接続された複数のパワーモジュール５２Ｕ＿１、５２Ｕ＿２を備える。複数のパワーモジュール５２Ｕ＿１、５２Ｕ＿２はそれぞれ、上アームと下アーム（いずれも不図示）を内蔵するとともに、上アームと下アームの接続点には、交流端子（出力端子）ＯＵＴＵが設けられる。ブスバー３０ｂの第１端Ｅ１と、パワーモジュール５２Ｕ＿１の交流端子ＯＵＴＵは、バーチカルブスバー６４を介して接続される。また、ブスバー３０ｂの第３スペーサ４０の箇所と、パワーモジュール５２Ｕ＿２の交流端子ＯＵＴＵは、バーチカルブスバー６６を介して接続される。ブスバー３０ｂの第２端Ｅ２と、ブスバー３０ａの間は、バーチカルブスバー６８を介して接続される。
【０１１０】
このように筐体５０の内部において、太い内部配線を設けることが困難な場合、ブスバー３０ｂを用いることで、省スペースの配線が可能となる。
【０１１１】
（第２の変形例）
これまでの実施の形態では、ブスバー３０が、パワーモジュールの出力端子ＯＵＴＵと負荷の間の間に配線である場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。図１４（ａ）、（ｂ）は、電力変換装置の等価回路図である。
【０１１２】
図１４（ａ）の電力変換装置２ｂは、インバータ２０と負荷１の間に設けられた出力リアクトル２２をさらに備える。上述のブスバー３０は、負荷１と出力リアクトル２２の間の配線Ｌ１に利用してもよいし、インバータ２０と出力リアクトル２２の間の配線Ｌ２に利用してもよい。あるいは、パワーモジュール５２と上側電源ライン１０の間の配線Ｌ３、パワーモジュール５２と下側電源ライン１２の間の配線Ｌ４に利用してもよい。あるいは、平滑コンデンサ１８とインバータ２０の間の配線に利用してもよい。
【０１１３】
図１４（ｂ）の電力変換装置２ｃは、インバータ２０の前段に設けられたコンバータ２４と、コンバータ２４の前段に設けられた入力リアクトル２６を備える。上述のブスバー３０は、商用交流電源と入力リアクトル２６の間の配線Ｌ５に利用してもよいし、入力リアクトル２６とコンバータ２４の間の配線Ｌ６に利用してもよい。
【０１１４】
（第３変形例）
図１５は、第３の変形例に係る電力変換装置２ｄの構成を示す回路図である。電力変換装置２ｄは、蓄電部１００、昇降圧コンバータ１０２、インバータ１０４、ＤＣバス１０６およびコントローラ１１８を備える。蓄電部１００は、２次電池やコンデンサである。
電力変換装置２ｄは、力行運転時には、蓄電部１００からの電力を交流に変換し、図示しない負荷に供給する。電力変換装置２ｄは、回生運転時には、負荷からの電力を回収し、蓄電部１００に蓄電する。
【０１１５】
昇降圧コンバータ１０２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を含むパワーモジュール１１０、１１２、リアクトル１１４を含む。力行運転時には、昇降圧コンバータ１０２は、蓄電部１００からの直流電圧ＶＢＡＴを受け、それを昇圧して直流電圧ＶＤＣを生成し、ＤＣバス１０６を介してインバータ１０４に供給する。ＤＣバス１０６は、Ｐ線およびＮ線の間に設けられた平滑コンデンサ１８を含み、直流電圧ＶＤＣを平滑化する。インバータ１０４は、ＤＣバス１０６からの直流電圧ＶＤＣを受け、交流に変換して負荷に供給する。コントローラ１１８は、電池電流ＩＢＡＴ、電池電圧ＶＢＡＴ、直流電圧ＶＢＡＴの監視結果にもとづいて、パワーモジュール１１０、１１２をスイッチングする。
【０１１６】
回生運転時には、インバータ１０４は負荷が生成する交流信号を直流電圧ＶＤＣに変換する。直流電圧ＶＤＣはＤＣバス１０６によって平滑化され、昇降圧コンバータ１０２に供給される。昇降圧コンバータ１０２は、直流電圧ＶＤＣを降圧して蓄電部１００に供給する。
【０１１７】
上述のブスバー３０は、蓄電部１００とリアクトル１１４の間、蓄電部１００とパワーモジュール１１０の間、蓄電部１００とパワーモジュール１１２の間、パワーモジュール１１０と平滑コンデンサ１８の間、パワーモジュール１１２と平滑コンデンサ１８の間にも適用できる。
【０１１８】
（第４変形例）
図１６は、第４の変形例に係る電力変換装置の断面図である。図１６において、ブスバー３０ｃは、平滑コンデンサ１８と、パワーモジュール５２Ｕ〜５２Ｗの間に設けられる。すなわちブスバー３０ｃは、図８の上側電源ライン１０に相当する。ブスバー３０ｃの構造は、図１３（ａ）のブスバー３０ｂと同様である。ブスバー３０ｃの第２端Ｅ２には、平滑コンデンサ１８の正側電極が接続される。バーチカルブスバー６４は、第１プレート３２および第２プレート３４を、パワーモジュール５２ＵのＰ端子（直流入力端子）と接続し、バーチカルブスバー６６は、第１プレート３２および第２プレート３４を、パワーモジュール５２ＶのＰ端子（直流入力端子）と接続し、バーチカルブスバー６９は、第１プレート３２および第２プレート３４を、パワーモジュール５２ＷのＰ端子（直流入力端子）と接続する。図１６と同様に、ブスバー３０ｃを図８の下側電源ライン１２に適用することも可能である。
【０１１９】
最後に、電力変換装置２の用途を説明する。電力変換装置２は、ショベル、フォークリフト、産業プレスをはじめとする作業機械、産業機械に好適に利用できる。
【０１２０】
図１７は、作業機械であるショベルの平面図である。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して、上部旋回体７０が取り付けられている。上部旋回体７０に、エンジン７４、メインポンプ７５、旋回用電動モータ７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール８０、電動発電機８３、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、メインポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。メインポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。
【０１２１】
電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。
【０１２２】
図１８は、図１７のショベルの部分破断側面図である。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。上部旋回体７０は、旋回フレーム７０Ａ、カバー７０Ｂ、及びキャビン７０Ｃを含む。旋回フレーム７０Ａは、キャビン７０Ｃ、及び種々の部品の支持構造体として機能する。カバー７０Ｂは、支持構造体７０Ａに搭載された種々の部品、例えば蓄電モジュール８０、蓄電器用コンバータ９２等を覆う。キャビン７０Ｃ内に座席７９（図１７）が収容されている。
【０１２３】
旋回用電動モータ７６（図１７）が、その駆動対象である旋回フレーム７０Ａを、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回させる。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ１０７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ１０８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１０９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。
【０１２４】
蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９５及びダンパ（防振装置）９６を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。蓄電器用コンバータ９２は、コンバータ用マウント９７及びダンパ９８を介して、旋回フレーム７０Ａに搭載されている。カバー７０Ｂが蓄電モジュール８０を覆う。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図１７）が駆動される。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。
【０１２５】
図１９は、図１７のショベルのブロック図である。図１９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、パイロットラインを破線で表す。
【０１２６】
エンジン７４の駆動軸がトルク伝達機構８１の入力軸に連結されている。エンジン７４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７４は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。
【０１２７】
電動発電機８３の駆動軸が、トルク伝達機構８１の他の入力軸に連結されている。電動発電機８３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８３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（ＩＰＭ）モータが用いられる。
【０１２８】
トルク伝達機構８１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７５の駆動軸が連結されている。
【０１２９】
エンジン７４に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機８３がアシスト運転を行い、電動発電機８３の駆動力がトルク伝達機構８１を介してメインポンプ７５に伝達される。これにより、エンジン７４に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン７４に加わる負荷が小さい場合には、エンジン７４の駆動力がトルク伝達機構８１を介して電動発電機８３に伝達されることにより、電動発電機８３が発電運転される。電動発電機８３をアシスト運転するときには、インバータ９０から電動発電機８３に三相交流電力が供給される。電動発電機８３が発電運転されているときには、電動発電機８３からインバータ９０に三相交流電力が供給される。インバータ９０は、制御装置１３０により制御される。
【０１３０】
制御装置１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３０Ａ及び内部メモリ１３０Ｂを含む。ＣＰＵ１３０Ａは、内部メモリ１３０Ｂに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置１３０は、表示装置１３５に、各種装置の劣化状態等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。
【０１３１】
メインポンプ７５は、高圧油圧ライン１１６を介して、コントロールバルブ１１７に油圧を供給する。コントロールバルブ１１７は、運転者からの指令により、油圧モータ１０１Ａ、１０１Ｂ、ブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、及びバケットシリンダ１０９に油圧を分配する。油圧モータ１０１Ａ及び１０１Ｂは、それぞれ図２０に示した下部走行体７１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。
【０１３２】
電動発電機８３の電気系統の入出力端子が、インバータ９０を介して蓄電回路１９０に接続されている。蓄電回路１９０は、蓄電モジュール８０（図１７）及び蓄電器用コンバータ９２（図１７）を含む。インバータ９０は、制御装置１３０からの指令に基づき、電動発電機８３から供給された三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。または、蓄電回路１９０から供給された直流電力を三相交流電力に変換して、電動発電機８３に供給する。蓄電回路１９０には、さらに、他のインバータ９１を介して旋回モータ７６が接続されている。蓄電回路１９０及びインバータ９１は、制御装置１３０により制御される。
【０１３３】
旋回モータ７６は、インバータ９１からのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号により交流駆動され、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。旋回モータ７６には、例えばＩＰＭモータが用いられる。ＩＰＭモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。力行動作時には、インバータ９１が、蓄電回路１９０から供給される直流電力を三相交流電力に変換して、旋回モータ７６に供給する。回生動作時には、インバータ９１が、旋回モータ７６から供給される三相交流電力を直流電力に変換して、蓄電回路１９０に供給する。
【０１３４】
旋回モータ７６の力行動作中は、旋回モータ７６が、減速機１２４を介して、上部旋回体７０を旋回させる。この際、減速機１２４は、回転速度を遅くする。これにより、旋回モータ７６で発生した回転力が増大する。また、回生運転時には、上部旋回体７０の回転運動が、減速機１２４を介して旋回モータ７６に伝達されることにより、旋回モータ７６が回生電力を発生する。この際、減速機１２４は、力行運転の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回モータ７６の回転数を上昇させることができる。
【０１３５】
レゾルバ１２２が、旋回モータ７６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１３０に入力される。旋回モータ７６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。
【０１３６】
メカニカルブレーキ１２３が、旋回モータ７６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１２３の制動状態と解除状態とは、制御装置１３０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。
【０１３７】
パイロットポンプ１１５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１２５を介して操作装置１２６に供給される。操作装置１２６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１２６は、パイロットライン１２５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１２７を介してコントロールバルブ１１７に伝達されると共に、他の油圧ライン１２８を介して圧力センサ１２９に伝達される。
【０１３８】
圧力センサ１２９で検出された圧力の検出結果が、制御装置１３０に入力される。これにより、制御装置１３０は、下部走行体７１、旋回モータ７６、ブーム８２、アーム８５、及びバケット８６の操作の状況を検知することができる。特に、ハイブリッド型ショベルでは、旋回モータ７６が旋回軸受け７３を駆動する。このため、旋回モータ７６を制御するためのレバーの操作量を高精度に検出することが望まれる。制御装置１３０は、圧力センサ１２９を介して、このレバーの操作量を高精度に検出することができる。
【０１３９】
図１７に示した電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２には、上述の実施の形態に係る電力変換装置２が用いられる。この作業機械によれば、電動発電機用インバータ９０、旋回用インバータ９１、及び蓄電器用コンバータ９２内において、大容量が必要とされる配線を、上述のブスバー３０を用いて構成することにより、電力変換装置を狭小スペースに効率的にレイアウトできる。
【０１４０】
図２０は、作業機械である荷役作業車両（フォークリフト）の部分破断側面図である。荷役作業車両は、フォーク２１１、車輪２１２、インストルメントパネル２１３、ハンドル２１４、レバー２１５、及び座席２１６を含む。車台に、走行モータ用インバータ２２０及び蓄電器用コンバータ２２１が、ダンパ等を介して搭載されている。走行モータ用インバータ２２０は、走行用モータに電力を供給する。蓄電器用コンバータ２２１は、蓄電器の充放電を行う。
【０１４１】
運転者が、座席２１６に搭乗し、ハンドル２１４、複数のレバー２１５、アクセルペダル、ブレーキペダル、その他の各種スイッチを操作する。これらの操作により、フォーク２１１の昇降、荷役作業車両の前進と後退、右折と左折等の動作が行われる。これらの動作を組み合わせることにより、荷物の積み降ろし、搬送等を行うことができる。
【０１４２】
この作業機械によれば、走行モータ用インバータ２２０及び蓄電器用コンバータ２２１において大容量が必要とされる配線を上述のブスバー３０を用いて構成することにより、電力変換装置を狭小スペースに効率的にレイアウトできる。
【０１４３】
図２１（ａ）、（ｂ）は、作業機械である鍛造プレス機械の正面図および側面図である。
閉塞鍛造は、上下金型とパンチを用い、上下金型を型締めして素材を型空間に閉じ込めた後、素材にパンチを押し込んで型空間を埋め尽くして成形する方法である。この閉塞鍛造には複動鍛造プレスが用いられ、複数の加圧装置で上下金型とパンチとを別々のタイミングで加圧するようになっている。
【０１４４】
鍛造プレスとして、コンロッド式、ナックル式、リンク式等の機械式のものがある。図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、一般的なコンロッドプレスは、エキセン軸８０１と、エキセン軸８０１の偏心部に回転自在に嵌め込まれたコンロッド８０２が用いられ、コンロッド８０２の下端にスライド８０３が揺動自在に取り付けられた構造を有している。このため、エキセン軸８０１を回転させるとコンロッド８０２が揺動し、スライド８０３を上下に昇降させることができる。
【０１４５】
コンロッドプレス等の機械式プレスはシンプルな回転運動と直線運動だけでスライド駆動ができるので、液圧式プレスに比べて高速かつ精度の良い運転ができる。
【０１４６】
図２２は、鍛造プレス機械のブロック図である。鍛造プレスにおいて、エキセン軸８０１には、減速機８１０等を介してサーボモータ８１２等の駆動機構が連結されている。そしてサーボモータ８１２を駆動するためにインバータ８１４が利用される。このインバータ８１４に、実施の形態に係る電力変換装置２が用いられる。
【０１４７】
この作業機械によれば、サーボモータ駆動用のインバータ８１４において大容量が必要とされる配線を上述のブスバー３０を用いて構成することにより、電力変換装置を狭小スペースに効率的にレイアウトできる。
【０１４８】
本明細書には、以下の技術的思想が開示される。
１．  技術的思想の一側面は、産業機械用の電力変換装置に関する。電力変換装置は、少なくともひとつのパワーモジュールと、コンデンサと、駆動対象の負荷、前記パワーモジュール、前記コンデンサのいずれかの間に設けられたブスバーと、を備える。ブスバーは、第１プレートと、第２プレートと、第１プレートと第２プレートそれぞれの対応する第１端を、所定の間隔離間して支持するとともに、第１プレートと第２プレートそれぞれの第１端同士を電気的に接続する第１スペーサと、第１プレートと第２プレートそれぞれの対応する第２端を、所定の間隔離間して支持するとともに、第１プレートと第２プレートそれぞれの第２端同士を電気的に接続する第２スペーサと、を備える。
【０１４９】
２．ある態様において、電力変換装置はリアクトルをさらに備えてもよい。ブスバーは、負荷、パワーモジュール、コンデンサ、リアクトルのいずれかの間に設けられてもよい。
【０１５０】
３．  ある態様において、ブスバーは、第１プレートと第２プレートの第１端と第２端の間の少なくとも１箇所に設けられ、第１プレートと第２プレートの対応する箇所同士を電気的に接続する少なくともひとつの第３スペーサをさらに備えてもよい。
【符号の説明】
【０１５１】
１…負荷、２…電力変換装置、ＭＨ…ハイサイドスイッチ、ＭＬ…ローサイドスイッチ、１０…上側電源ライン、１２…下側電源ライン、１４Ｈ…ハイサイド駆動回路、１４Ｌ…ローサイド駆動回路、１６…コントローラ、１８…平滑コンデンサ、２０…インバータ、２２…出力リアクトル、２４…コンバータ、２６…入力リアクトル、３０…ブスバー、３２…第１プレート、３４…第２プレート、３６…第１スペーサ、３８…第２スペーサ、４０…第３スペーサ、４２…ナット、５０…筐体、５２…パワーモジュール、５４…開口、５６…絶縁サポータ、６０…内部配線、６２…外部配線、６４，６６，６８…バーチカルブスバー、６０１…ショベル、６０２…走行機構、６０２Ａ…油圧モータ、６０３…旋回機構、６０４…旋回体、６０４ａ…運転室、６０５…ブーム、６０６…アーム、６０７…ブームシリンダ、６０７Ａ…油圧管、６０８…アームシリンダ、６０９…バケットシリンダ、６１０…バケット、６１１…エンジン、６１２…電動発電機、６１３…減速機、６１４…メインポンプ、６１５…パイロットポンプ、６１６…高圧油圧ライン、６１７…コントロールバルブ、６１８，６１８Ａ，６１８Ｂ…インバータ、６１８Ｃ…旋回用インバータ、６２１…旋回用電動機、６２１Ａ…回転軸、６２２…レゾルバ、６２３…メカニカルブレーキ、６２４…旋回減速機、６２５…パイロットライン、６２６…操作装置、６２７，６２８…油圧ライン、６２９…圧力センサ、６３０…コントローラ、６３０Ａ，６３０Ｃ…インバータ制御部、６３０Ｄ…全体制御部、６３１…減算器、６３２…ＰＩ制御部、６３８…旋回動作検出部、６４０…ＰＷＭ信号生成部、６４２…電流センサ、６４４…温度センサ、６５０…キャリア周波数制御部、１００…蓄電部、１０１…バッテリ、１０２…昇降圧コンバータ、３００…ブーム回生用発電機、３１０…油圧モータ、４００…タンク、４０１…ポンプ、４０２…ポンプモータ、４０３…ラジエタ、４０４…水温計、５００…電動旋回装置、Ｓ１…電流検出値、Ｓ２…温度検出値、Ｓ３…旋回速度値、Ｓ４…速度指令値、Ｓ５…トルク電流指令値、Ｓ６…トルクリミット値、Ｓ７…トルク電流指令値。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明は、産業機械に利用できる。
【図１】
0005872025.tif 000002
【図２】
0005872025.tif 000003
【図３】
0005872025.tif 000004
【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】
0005872025.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005872025.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005872025.tif 000013
【図１３】
0005872025.tif 000014
【図１４】
0005872025.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0005872025.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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