特許 5777544 電力変換装置及び作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5777544

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】電力変換装置及び作業機械

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20150820BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20150820BHJP

   H05K 5/02 20060101ALI20150820BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20150820BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20150820BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

   H02M3/155 Y

   H05K5/02 V

   H05K7/20 T

   E02F9/20 Z

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-51097(P2012-51097)

(22)【出願日】2012年3月8日

(65)【公開番号】特開2013-188008(P2013-188008A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2014年8月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】吉田 聡哲

【審査官】 小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１１１２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８８０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０５３２８５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−１７１０８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０５Ｋ ５／０２

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に並ぶ複数の電力変換ユニットを有する電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットの各々は、
前記第１の方向と交差する第１の面、及び前記第１の面の外周から前記第１の方向に伸びる第２の面を含み、前記第１の方向に向かって開放された第１の開口部、及び前記第１の面に設けられた第２の開口部を有する筐体と、
前記筐体内に収容された電力変換回路と
を含み、
相互に隣り合う前記電力変換ユニットの一方の筐体の前記第１の開口部が、他方の電力変換ユニットの筐体の前記第１の面で覆われており、
さらに、
前記第２の開口部を通過し、前記電力変換回路同士を電気的に接続する導電部材と、
前記第１の方向の端に位置する前記電力変換ユニットの、前記第１の開口部を覆う第１の蓋と、
前記第１の蓋とは反対側の端に位置する前記電力変換ユニットの筐体の前記第２の開口部を覆う第２の蓋と
を有し、
複数の前記筐体、前記第１の蓋、及び前記第２の蓋によって複数の前記筐体内に密閉された空間が形成されている前記電力変換装置。

【請求項2】

さらに、前記電力変換ユニットの各々は、前記電力変換回路を冷却するように構成された冷却流路を有する請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

電動機と、
直流電力を発生する蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールから発生した直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機に交流電力を供給する電力変換装置と
を有し、
前記電力変換装置は、第１の方向に並ぶ複数の電力変換ユニットを有し、
前記電力変換ユニットの各々は、
前記第１の方向と交差する第１の面、及び前記第１の面の外周から前記第１の方向に伸びる第２の面を含み、前記第１の方向に向かって開放された第１の開口部、及び前記第１の面に設けられた第２の開口部を有する筐体と、
前記筐体内に収容された電力変換回路と
を含み、
相互に隣り合う前記電力変換ユニットの一方の筐体の前記第１の開口部が、他方の電力変換ユニットの筐体の前記第１の面で覆われており、
前記電力変換装置は、さらに、
前記第２の開口部を通過し、前記電力変換回路同士を電気的に接続する導電部材と、
前記第１の方向の端に位置する前記電力変換ユニットの、前記第１の開口部を覆う第１の蓋と、
前記第１の蓋とは反対側の端に位置する前記電力変換ユニットの筐体の前記第２の開口部を覆う第２の蓋と
を有し、
複数の前記筐体、前記第１の蓋、及び前記第２の蓋によって複数の前記筐体内に密閉された空間が形成されており、
前記電力変換ユニットの１つが前記電動機に電力を供給する作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置、及び電力変換装置を搭載した作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド型の作業機械や電動式の作業機械等に、蓄電器及び電動発電機が搭載される。電動発電機を駆動するためにインバータ回路が用いられる。蓄電器の充放電を制御するために昇降圧コンバータ回路が用いられる。通常、作業機械には、複数台の電動発電機が搭載される。複数の電動発電機に対応して、複数のインバータ回路が搭載される。

【0003】

作業機械は、塵埃の多い劣悪な環境下での作業に適応するために、インバータ回路及び昇圧コンバータ回路は、密閉された容器内に収容することが好ましい。

【0004】

例えば、インバータ回路及び昇降圧コンバータ回路の各々は、上方が開口した直方体状の金属容器内に格納される。１つのインバータ回路及び金属容器が、１つのインバータユニットを構成する。１つの昇降圧コンバータ回路及び金属容器が、１つのコンバータユニットを構成する。複数の金属容器が、側面同士を接触させて並べられ、側面を貫通するボルトとナットとで金属容器が相互に固定される。

【0005】

相互に固定された金属容器が、上面の開いた金属製の台座内に収容される。複数の金属容器の上方の開口部が、１枚の上蓋で塞がれる。この上蓋は、金属製の台座に固定される。

【0006】

複数のコンバータユニット及びインバータユニットの開口部を１枚の上蓋で塞ぐことにより、昇降圧コンバータ回路及びインバータ回路の各々が収容される空間を、密閉状態にすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０５８７６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上方が開口した直方体状の金属容器を並べると、金属容器の側面同士が接触する。相互に隣り合う金属容器内の空間が、２枚の側面によって隔離されることになる。このため、インバータ及び昇降圧コンバータを含む電力変換装置の軽量化に不利である。

【0009】

作業機械によって、搭載される電動発電機の台数が異なる。これに伴い、インバータユニットの必要台数も異なる。従来の金属製の台座に収容されるユニット数は台座及び上蓋の形状に依存する。このため、電動発電機の搭載台数が異なると、形状の異なる金属製の台座及び上蓋を準備しなければならない。

【0010】

本発明の目的は、軽量化に有利で、かつ搭載される電力変換回路の数の変動に柔軟に対応することが可能な電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一観点によると、
第１の方向に並ぶ複数の電力変換ユニットを有する電力変換装置であって、
前記電力変換ユニットの各々は、
前記第１の方向と交差する第１の面、及び前記第１の面の外周から前記第１の方向に伸びる第２の面を含み、前記第１の方向に向かって開放された第１の開口部、及び前記第１の面に設けられた第２の開口部を有する筐体と、
前記筐体内に収容された電力変換回路と
を含み、
相互に隣り合う前記電力変換ユニットの一方の筐体の前記第１の開口部が、他方の電力変換ユニットの筐体の前記第１の面で覆われており、
さらに、
前記第２の開口部を通過し、前記電力変換回路同士を電気的に接続する導電部材と、
前記第１の方向の端に位置する前記電力変換ユニットの、前記第１の開口部を覆う第１の蓋と、
前記第１の蓋とは反対側の端に位置する前記電力変換ユニットの筐体の前記第２の開口部を覆う第２の蓋と
を有し、
複数の前記筐体、前記第１の蓋、及び前記第２の蓋によって複数の前記筐体内に密閉された空間が形成されている前記電力変換装置が提供される。

【0012】

本発明の他の観点によると、上記電力変換装置が搭載された作業機械が提供される。

【発明の効果】

【0013】

１つの筐体の第１の開口部を、他の筐体の第１の面が覆う。このため、筐体内の空間を隔てる隔壁が、一方の筐体の第１の面で構成されることになり、軽量化に有利である。また、第１の方向に並ぶ電力変換ユニットの個数を変えることにより、搭載される電力変換回路の数の変動に柔軟に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施例１による電力変換装置に用いられる筐体の斜視図である。

【図2】図２は、実施例１による電力変換装置の断面図である。

【図3】図３は、図２の一点鎖線３−３における断面図である。

【図4】図４は、図２及び図３の一点鎖線４−４における断面図である。

【図5】図５Ａは、実施例１による電力変換装置の筐体の接続箇所の断面図であり、図５Ｂは、実施例１による電力変換装置の筐体と第１の蓋との接続箇所の断面図である。

【図6】図６は、実施例１による電力変換装置の筐体と第２の蓋との接続箇所の断面図である。

【図7】図７は、実施例１の変形例による電力変換装置の断面図である。

【図8】図８は、実施例２による作業機械の概略平面図である。

【図9】図９は、実施例２による作業機械の概略側面図である。

【図10】図１０は、実施例２による作業機械のブロック図である。

【図11】図１１は、昇降圧コンバータの等価回路図である。

【図12】図１２は、インバータの等価回路図である。

【図13】図１３は、実施例３による作業機械のインバータ及び蓄電回路のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［実施例１］
図１に、実施例１による電力変換装置に用いられる筐体の斜視図を示す。理解を容易にするために、ｘｙｚ直交座標系を定義する。筐体２０は、ｚ方向と交差する第１の面２１、及び第１の面２１の外周からｚ方向の正の向きに伸びる第２の面２２を含む。筐体２０は、ｚ方向の正の向きに向かって開放された開口部（第１の開口部）２４を有する。開口部２４の外形は、第１の面２１の外形を反映している。

【0016】

一例として、第１の面２１の外形は、ｘ方向及びｙ方向に平行な辺を持つ長方形である。第２の面２２は、ｙｚ面に平行な一対の面と、ｚｘ面に平行な一対の面とで構成される。第１の面２１を底面と考えると、第２の面２２は底面の外周線から立ち上がった側面と考えることができる。

【0017】

第１の面２１に開口部（第２の開口部）２３が形成されている。第２の面２２に、複数のコネクタ孔２５が形成されている。さらに、第２の面２２に、冷却媒体用の流出入口２
６が形成されている。

【0018】

図２に、実施例１による電力変換装置の断面図を示す。図３に、図２の一点鎖線３−３における断面図を示す。

【0019】

電力変換装置は、ｚ方向に並ぶ複数の電力変換ユニット３０を含む。電力変換ユニット３０の各々は、筐体２０及び電力変換回路３２を含む。電力変換回路３２は、筐体２０内に収容されている。

【0020】

複数の筐体２０は、各々の開口部２４がｚ方向の正の側を向く姿勢で積み重ねられている。相互に隣り合う筐体２０のｚ方向の負側の筐体２０の開口部２４が、ｚ方向の正側の筐体２０の第１の面２１で覆われている。ｚ方向の正側の端に位置する筐体２０の開口部２４が、第１の蓋３３で覆われている。ｚ方向の負側の端に位置する筐体２０の開口部２３が、第２の蓋３４で覆われている。

【0021】

筐体２０に形成されたコネクタ孔２５に、シールコネクタ３５が取り付けられている。シールコネクタ３５を介して、電力変換ユニット３０への電力の供給、電力変換ユニット３０からの電力の取り出し、電力変換回路３２への制御信号の入力が行われる。

【0022】

電力変換回路３２は、スイッチング素子３７及びキャパシタ３８を含む。例えば、１つの電力変換ユニット３０に、２個のキャパシタ３８が収容されている。スイッチング素子３７は、冷却板３９を介して底面２１に固定されている。冷却板３９の内部に冷却流路４０が形成されている。冷却流路４０の両端は、それぞれ流出入口２６に連続する。冷却流路４０に冷却媒体を流通させることにより、スイッチング素子３７を冷却することができる。

【0023】

キャパシタ３８が、ｙｚ面に平行な第２の面２２に取り付けられている。キャパシタ３８の各々は、Ｐ端子３８Ｐ及びＮ端子３８Ｎを有する。Ｐ端子３８Ｐ及びＮ端子３８Ｎは、ｘｙ面内に関して、開口部２３の内部に位置する。導電部材４３Ｐが、開口部２３を通過して、異なる電力変換ユニット３０に収容されたキャパシタ３８のＰ端子３８Ｐ同士を電気的に接続する。同様に、導電部材４３Ｎが、開口部２３を通って、異なる電力変換ユニット３０に収容されたキャパシタ３８のＮ端子３８Ｎ同士を電気的に接続する。これにより、複数のキャパシタ３８が並列接続される。一部の電力変換ユニット３０のキャパシタ３８のみで十分な静電容量を確保できる場合には、残りの電力変換ユニット３０からキャパシタ３８を取り外してもよい。

【0024】

図４に、図２及び図３の一点鎖線４−４における断面図を示す。金属板で形成された導電部材４３Ｐと導電部材４３Ｎとの間に絶縁シート４４が挟まれている。絶縁シート４４により、導電部材４３Ｐと導電部材４３Ｎとが電気的に絶縁される。導電部材４３Ｎがキャパシタ３８に対向し、導電部材４３Ｐが、キャパシタ３８から遠ざかる方向を向く。ｙｚ面内に関して、導電部材４３ＮがＰ端子３８Ｐと重ならないように、導電部材４３Ｎに開口４６Ｎが形成されている。同様に、ｙｚ面内に関して、導電部材４３ＰがＮ端子３８Ｎと重ならないように、導電部材４３Ｐに開口４６Ｐが形成されている。

【0025】

接続部材４５Ｐが、Ｐ端子３８Ｐと導電部材４３Ｐとを電気的に接続し、接続部材４５Ｎが、Ｎ端子３８Ｎと導電部材４３Ｎとを電気的に接続する。接続部材４５Ｐは、Ｐ端子３８Ｐから、開口４６Ｎ内を通過し、絶縁シート４４を貫通して、導電部材４３Ｐまで達する。接続部材４５Ｎは、Ｎ端子３８Ｎから、導電部材４３Ｎ及び絶縁シート４４を貫通し、開口４６Ｐ内まで達している。開口４６Ｎ及び開口４６Ｐは、接続部材４５Ｐ、４５Ｎを介した導電部材４３Ｐと４３Ｎとの電気的な短絡を防止する。

【0026】

図５Ａに、筐体２０同士の接続部分の拡大断面図を示す。第２の面２２の端面に、段差２７が形成されている。第１の面２１の外側の表面に、外周線に沿って段差２８が形成されている。段差２７と段差２８とが嵌合することにより、２つの筐体２０がｘｙ面内方向に関して位置決めされる。

【0027】

第２の面２２の端部に、内側に向かって張り出した鍔２６が形成されている。ｚ方向の正側の筐体２０の第１の面２１と、ｚ方向の負側の筐体２０の鍔２６とを貫通する締結具２９が、２つの筐体２０を相互に固定する。２つの筐体２０の間に配置されたシール部材としてのＯリング３１により、２つの筐体２０の接続箇所の気密性が確保されている。シール部材として、Ｏリングの代わりにパッキンを用いてもよい。

【0028】

図５Ｂに、筐体２０と第１の蓋３３との接続部分の拡大断面図を示す。第１の蓋３３の外周線に沿って段差５０が形成されている。筐体２０の段差２７と、第１の蓋３３の段差５０とが嵌合することにより、ｘｙ面内方向に関して、第１の蓋５０と筐体２０とが位置決めされる。第１の蓋３３と筐体２０の鍔２６とを貫通する締結具２９によって、第１の蓋３３が筐体２０に固定される。筐体２０と第１の蓋３３との間に配置されたＯリング３１により、筐体２０と第１の蓋３３との接続箇所の気密性が確保されている。これにより、筐体２０の開口部２６が第１の蓋３３で密閉される。

【0029】

図６に、筐体２０と第２の蓋３４との接続部分の拡大断面図を示す。開口部２３が第２の蓋３４で塞がれている。第２の蓋３４及び筐体２０の第１の面２１を貫通する締結具５２により、第２の蓋３４が筐体２０に固定される。第２の蓋３４と第１の面２１との間に配置されたＯリング５１により、両者の接続箇所の気密性が確保されている。

【0030】

図５Ａ、図５Ｂ、図６に示したように、複数の筐体２０、第１の蓋３３、及び第２の蓋３４により、複数の筐体２０内に密閉された空間が形成される。このため、塵埃の多い劣悪な環境下でも、電力変換回路３２（図２）の安定した動作が保証される。

【0031】

実施例１による電力変換装置においては、各電力変換ユニット３０の筐体２０（図２）によって密閉された空間が確保される。このため、電力変換回路３２（図２）を塵埃等の環境から隔離するための専用の筐体を準備する必要がない。

【0032】

相互に隣り合う筐体２０の内部の空間を隔てる隔壁は、一方の筐体２０の第１の面２１のみである。このため、隔壁部分が二重構造を持つ電力変換装置に比べて、軽量化を図ることができる。

【0033】

電力変換ユニット３０の積み重ね個数は、必要に応じて変更することができる。例えば、図７に示すように、例えば５個の電力変換ユニット３０を積み重ねることも可能である。５個の電力変換ユニット３０を積み重ねる場合でも、筐体２０、第１の蓋３３、及び第２の蓋３４により、密閉された空間を形成することができる。このように、実施例１による電力変換装置は、部品の種類を増やすことなく、電力変換回路３２（図２）の個数の変動に柔軟に対応することができる。

【0034】

上記実施例１では、筐体２０内に密閉された空間が形成されたが、必ずしも厳密な意味で気密性を保証する必要はない。筐体２０の内外で、大気が流通可能な状態でもよい。

【0035】

［実施例２］
図８〜図１２を参照して、実施例２による作業機械について説明する。実施例２では、実施例１の電力変換装置が搭載される作業機械として、ハイブリッド型ショベルが例示さ
れる。

【0036】

図８に、実施例２によるハイブリッド型ショベルの概略平面図を示す。上部旋回体７０に、旋回軸受け７３を介して、下部走行体（走行装置）７１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、及び電力変換装置８４が搭載されている。電力変換装置８４には、上記実施例１による電力変換装置が用いられる。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。

【0037】

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、電力変換装置８４を介して蓄電モジュール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から電力変換装置８４を介して供給される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。

【0038】

蓄電モジュール８０から電力変換装置８４を介して供給される電力によって、旋回用電動モータ７６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。発生した回生電力は、電力変換装置８４を介して蓄電モジュール８０に供給される。これにより、蓄電モジュール８０が充電される。

【0039】

図９に、実施例２によるハイブリッド型ショベルの側面図を示す。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。旋回用電動モータ７６（図８）が、その駆動対象である上部旋回体７０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に対して揺動する。蓄電モジュール８０及び電力変換装置８４が、上部旋回体７０に搭載されている。

【0040】

図１０に、実施例２によるハイブリッド型ショベルのブロック図を示す。図１０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、電気系統を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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のアシスト運転と発電運転との切り替えは、電動発電機８３に接続されたインバータ１１８により行われる。インバータ１１８は、制御装置１３０により制御される。

【0045】

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。

【0046】

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８、図９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。

【0047】

電動発電機８３の電気系統の入出力端子が、インバータ１１８を介して蓄電回路１９０に接続されている。インバータ１１８は、制御装置１３０からの指令に基づき、電動発電機８３の運転制御を行う。蓄電回路１９０には、さらに、他のインバータ１２０を介して旋回用電動モータ７６が接続されている。蓄電回路１９０及びインバータ１２０は、制御装置１３０により制御される。

【0048】

電動発電機８３がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路１９０からインバータ１１８を通して電動発電機８３に供給される。電動発電機８３が発電運転されている期間は、電動発電機８３によって発電された電力が、インバータ１１８を通して蓄電回路１９０に供給される。

【0049】

旋回用電動モータ７６は、インバータ１２０によって交流駆動され、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。旋回用電動モータ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。

【0050】

旋回用電動モータ７６の力行動作中は、旋回用電動モータ７６が、減速機１２４を介して、上部旋回体７０（図８、図９）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、旋回用電動モータ７６で発生した回転力（トルク）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を介して旋回用電動モータ７６に伝達されることにより、旋回用電動モータ７６が回生電力を発生する。この際、減速機１２４は、力行動作の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回用電動モータ７６の回転数を上昇させることができる。

【0051】

レゾルバ１２２が、旋回用電動モータ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。旋回用電動モータ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。

【0052】

メカニカルブレーキ１２３が、旋回用電動モータ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。

【0053】

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。

【0054】

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、旋回用電動モータ７６、ブーム８２、アーム８５、及びバケット８６（図９）の操作の状況を検知することができる。

【0055】

図１１に、蓄電回路１９０の等価回路図を示す。一対のバスライン１９１の間に、昇圧用の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）２０２Ａと降圧用のＩＧＢＴ２０２Ｂとの直列回路が接続されている。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのエミッタが接地側のバスライン１９１に接続され、降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのコレクタが、高圧側のバスライン１９１に接続されている。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａと降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂの相互接続点が、リアクトル２０１を介して、蓄電モジュール８０の高圧側の端子に接続されている。蓄電モジュール８０の低圧側の端子は、接地側のバスライン１９１に接続されている。

【0056】

昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂに、それぞれダイオード２０２ａ、２０２ｂが、エミッタからコレクタに向かう向きが順方向になる向きで並列接続されている。

【0057】

高圧側及び接地側のバスライン１９１の間に、キャパシタ３８が接続されている。バスライン１９１に発生している電圧が、電圧計２１１により測定される。蓄電モジュール８０に並列接続された電圧計２０６が、蓄電モジュール８０の端子間電圧を測定する。リアクトル２０１に直列に挿入された電流計２０７が、蓄電モジュール８０の充放電電流を測定する。電圧及び電流の測定結果が、制御装置１３０に入力される。

【0058】

制御装置１３０が、昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのゲート電極に、制御用のパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧を印加する。

【0059】

以下、昇圧動作（放電動作）について説明する。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのゲート電極にＰＷＭ電圧を印加する。昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのオフ時に、リアクトル２０１に、高圧側の電源接続端子２０３Ａから昇圧用ＩＧＢＴ２０２Ａのコレクタに向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この起電力が、ダイオード２０２ｂを介してＤＣバスライン２１０に印加される。これにより、バスライン１９１が昇圧される。

【0060】

次に、降圧動作（充電動作）について説明する。降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのゲート電極に、ＰＷＭ電圧を印加する。降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのオフ時に、リアクトル２０１に、降圧用ＩＧＢＴ２０２Ｂのエミッタから、蓄電モジュール８０に向かって電流を流す向きの誘導起電力が発生する。この誘導起電力により、蓄電モジュール８０が充電される。

【0061】

図１２に、インバータ１１８の等価回路図を示す。インバータ１２０（図１０）の等価回路も、インバータ１１８の等価回路と同一である。

【0062】

一対のバスライン１９１の間に、Ｕ相用ＩＧＢＴ直列回路１９２Ｕ、Ｖ相用ＩＧＢＴ直列回路１９２Ｖ、及びＷ相用ＩＧＢＴ直列回路１９２Ｗが並列に挿入されている。これら
ＩＧＢＴ直列回路の各々は、直列接続された２つのＩＧＢＴ、及びＩＧＢＴの各々に並列に挿入されたダイオードを含む。２つのＩＧＢＴの相互接続点が、それぞれ電動発電機８３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子に接続される。各ＩＧＢＴのゲート電極には、制御装置１３０からＰＷＭ変調された制御信号が印加される。

【0063】

実施例２においては、電力変換装置８４（図８、図９）に実施例１による電力変換装置が用いられている。このため、電力変換装置８４の部品の種類を増やすことなく、インバータや昇降圧コンバータが収容される空間を密閉することができる。

【0064】

［実施例３］
図１３に、実施例３による作業機械の蓄電回路及びインバータのブロック図を示す。以下、図１０に示した実施例２による蓄電回路及びインバータとの相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。インバータ１１８、１２０、蓄電回路１９０、電動発電機８３、及び旋回用電動モータ７６の構成は、実施例１の構成と同一である。

【0065】

実施例３においては、蓄電回路１９０のバスライン１９１（図１１）に、さらにインバータ１９５が接続されている。インバータ１９５は、ブーム回生用発電機１９７を制御する。ブームシリンダ１０７にブーム用油圧モータ１９６が接続されている。ブーム用油圧モータ１９６が、ブーム回生用発電機１９７の回転軸を駆動する。ブーム８２（図９）が重力の作用によって下降するとき、ブーム用油圧モータ１９６を介してブーム回生用発電機１９７が駆動され、発電を行う。発電された電力は、インバータ１９５を介して蓄電回路１９０に供給される。インバータ１９５と、蓄電回路１９０内のキャパシタ３８（図１１）とが、１つの電力変換ユニット３０（図２）で実現される。

【0066】

実施例２では、合計３個の電力変換ユニット３０、すなわちインバータ１１８、１２０（図１０）、及び昇降圧コンバータ２００が作業機械に搭載される。これに対し、実施例３においては、３つのインバータ１１８、１２０、１９５、及び蓄電回路１９０内の昇降圧コンバータ２００に対応して、４個の電力変換ユニット３０が搭載される。実施例１に示した構造の電力変換ユニット３０（図２）を用いることにより、搭載すべき電力変換ユニット３０の個数の変動に柔軟に対応することができる。

【0067】

作業機械に複数の電力変換ユニット３０が搭載される場合、すべての電力変換ユニット３０をまとめて１つの電力変換装置を構成する必要はない。一部の電力変換ユニット３０で１つ目の電力変換装置を構成し、残りの電力変換ユニット３０で２つ目の電力変換装置を構成してもよい。さらに、３個以上の電力変換装置を搭載する構成としてもよい。どの電力変換ユニット３０をまとめて１つの電力変換装置を構成するかは、電力変換ユニット３０の駆動対象が搭載される場所等に基づいて決定すればよい。

【0068】

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0069】

２０ 筐体
２１ 第１の面
２２ 第２の面
２３ 開口部（第２の開口部）
２４ 開口部（第１の開口部）
２５ コネクタ孔
２６ 鍔
２７、２８ 段差
２９ 締結具
３０ 電力変換ユニット
３１ Ｏリング
３２ 電力変換回路
３３ 第１の蓋
３４ 第２の蓋
３５ シールコネクタ
３７ スイッチング素子
３８ キャパシタ
３８Ｐ Ｐ端子
３８Ｎ Ｎ端子
３９ 冷却板
４０ 冷却流路
４３Ｐ、４３Ｎ 導電部材
４４ 絶縁シート
４５Ｐ、４５Ｎ 接続部材
４６Ｐ、４６Ｎ 開口
５０ 段差
７０ 上部旋回体
７１ 下部走行体（基体）
７３ 旋回軸受け
７４ エンジン
７５ メインポンプ
７６ 旋回用電動モータ
７７ 油タンク
７８ 冷却ファン
７９ 座席
８０ 蓄電モジュール
８１ トルク伝達機構
８２ ブーム
８３ 電動発電機
８５ アーム
８６ バケット
１０１Ａ、１０１Ｂ 油圧モータ
１０７ ブームシリンダ
１０８ アームシリンダ
１０９ バケットシリンダ
１１４ メインポンプ
１１５ パイロットポンプ
１１６ 高圧油圧ライン
１１７ コントロールバルブ
１１８ インバータ
１１９ キャパシタ
１２０ インバータ
１２２ レゾルバ
１２３ メカニカルブレーキ
１２４ 減速機
１２５ パイロットライン
１２６ 操作装置
１２７、１２８ 油圧ライン
１２９ 圧力センサ
１３０ 制御装置
１３５ 表示装置
１９０ 蓄電回路
１９１ バスライン
１９２Ｕ Ｕ相用ＩＧＢＴ直列回路
１９２Ｖ Ｖ相用ＩＧＢＴ直列回路
１９２Ｗ Ｗ相用ＩＧＢＴ直列回路
１９５ インバータ
１９６ ブーム用油圧モータ
１９７ ブーム回生用発電機
２００ コンバータ
２０１ リアクトル
２０２Ａ 昇圧用ＩＧＢＴ
２０２Ｂ 降圧用ＩＧＢＴ
２０２ａ、２０２ｂ ダイオード
２０６ 電圧計
２０７ 電流計
２１１ 電圧計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】