JP2013165607A - 作業車両の電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケーシング内を隅々まで冷却することにより、ケーシング内にスイッチング素子を効率よく配置して全体の小型化を図る。
【解決手段】 ケーシング２２には多数個のスイッチング素子２５を設け、このスイッチング素子２５と接触し冷却流体が流通する２本の冷却流体通路３３，３４を備えた管体３２を設ける。各冷却流体通路３３，３４の流入口３３Ａ，３４Ａと流出口３３Ｂ，３４Ｂを管体３２の前面３２Ｂと後面３２Ｃとに設ける。この上で、ケーシング２２の外部には、第１の冷却流体通路３３と第２の冷却流体通路３４とを接続する接続管３５を設け、この接続管３５によって各冷却流体通路３３，３４を直列に接続する構成としている。従って、各冷却流体通路３３，３４を接続する接続管３５を、ケーシング２２の外部に配置したことにより、この分だけケーシング２２を小型化できる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えば電動式のアクチュエータを駆動するために設けられた作業車両の電力変換装置に関する。

作業車両としての油圧ショベルは、エンジンを動力源として油圧ポンプを駆動する機械式油圧ショベルと、エンジンと電動モータを動力源として併用したハイブリッド式油圧ショベルと、電動モータを動力源として油圧ポンプを駆動する電動式油圧ショベルの３種類が知られている。

いずれの形式の油圧ショベルも、自走可能な下部走行体と、該下部走行体上に旋回軸受装置を介して旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置とにより構成されている。

これら各形式の油圧ショベルのうち、ハイブリッド式油圧ショベルと電動式油圧ショベルでは、電動モータを駆動したり、蓄えられた電力を使用するときに、直流と交流を変換する必要がある。そこで、ハイブリッド式油圧ショベルと電動式油圧ショベルには、インバータと呼ばれる電力変換装置が設けられている。この電力変換装置は、上部旋回体に搭載されるケーシングと、該ケーシング内に収容され、多数のスイッチング素子を組合せることにより構成されるインバータ、チョッパにより電力変換する複数組の電子回路部品とにより構成されている。

ここで、電力変換装置は、各スイッチング素子が発熱するから、温度上昇を抑制するために冷却する必要がある。そこで、従来技術の電力変換装置には、スイッチング素子と接触状態または近接状態で冷却流体通路を設け、この冷却流体通路に水等の冷却流体を流通させることによりスイッチング素子等を冷却する構成としている。電力変換装置の冷却流体通路は、略平行に延びる２つの直線通路部と、該各直線通路部の先端部を接続する円弧状の曲線通路部とにより構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特開２００５−７３４２５号公報 特開２００９−３８８４２号公報 特開２０１０−１１００６６号公報

ところで、各特許文献による電力変換装置は、略平行に延びる２本の直線通路部を、円弧状の曲線通路部によって接続することにより、全体としてＵ字形状の冷却流体通路を形成している。この場合、曲線通路部は、冷却流体が効率よく流れるように円弧状に形成しているから、曲線通路部はケーシングの角隅から離れてしまい、ケーシングの角隅付近を冷却することができない。このために、曲線通路部側にはスイッチング素子を配置することができないから、ケーシング内の空間のうち曲線通路部側の一部が無駄な空間となり、ケーシングが大型化してしまう。従って、上部旋回体がコンパクトに形成されている昨今の油圧ショベルでは、大きな電力変換装置は搭載することができないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ケーシング内を隅々まで冷却することにより、ケーシング内にスイッチング素子を効率よく配置して全体を小型化できるようにした作業車両の電力変換装置を提供することにある。

請求項１の発明による作業車両の電力変換装置は、電動式のアクチュエータを制御するために作業車両に搭載された作業車両の電力変換装置であって、箱体として形成されたケーシングと、前記ケーシング内に位置して設けられ多数のスイッチング素子を組合せることにより構成されるインバータまたはチョッパとして電力変換する複数組の電子回路部品と、該各組の電子回路部品と接触状態または近接状態で設けられ内部を冷却流体が流通すると共に前記ケーシングの外面の異なる位置に流入口と流出口を有する複数本の冷却流体通路と、前記複数本の冷却流体通路を直列に接続するために前記ケーシングの外部に位置して一の冷却流体通路の流出口と他の冷却流体通路の流入口とを接続する接続管とにより構成してなる。

請求項２の発明は、前記複数本の冷却流体通路の流出口と流入口とは、前記ケーシングに設けられた一の面に並んで配置し、前記接続管は、前記ケーシングの一の面に配置する構成としたことにある。

請求項３の発明は、前記複数本の冷却流体通路は、扁平で広幅な管体として形成し、前記各組の電子回路部品は、前記広幅な管体に並べて配置し、前記管体には、冷却流体の流通方向に延びる複数枚の整流板を設ける構成としたことにある。

請求項４の発明は、前記管体は、金属材料を用いた鋳造手段によって成形する構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、ケーシングには、複数組の電子回路部品と接触状態または近接状態で、内部を冷却流体が流通する複数本の冷却流体通路を設け、この複数本の冷却流体通路の流入口と流出口を前記ケーシングの外面の異なる位置に設ける構成としている。この上で、前記ケーシングの外部には、一の冷却流体通路の流出口と他の冷却流体通路の流入口とを接続する接続管を設け、この接続管によって複数本の冷却流体通路を直列に接続する構成としている。

従って、一の冷却流体通路と他の冷却流体通路とを接続する接続管を、ケーシングの外部に配置したことにより、この接続管の分だけケーシングを小型化することができる。この場合、冷却効率の悪い接続部分を外部に配置したことで、ケーシング内の角隅も効率よく冷却できるから、ケーシング内の全体のスペースを利用してスイッチング素子を配設することができる。

この結果、ケーシングは、冷却効果が期待できない無駄な空間を無くすことができるから、冷却性能を向上しつつ全体を小型化することができる。これにより、コンパクトに形成されている昨今の作業車両に対しても、小型化した電力変換装置を搭載することができる。

請求項２の発明によれば、複数本の冷却流体通路の流出口と流入口とは、ケーシングの一の面に並んで配置しているから、接続管を用いて前記流出口と流入口とを簡単に接続することができる。しかも、接続管を短く形成できるから、この点でも電力変換装置を小型化することができる。

請求項３の発明によれば、複数本の冷却流体通路は、扁平で広幅な管体として形成しているから、冷却流体によって広い範囲を冷却することができ、管体に並べられた各組の電子回路部品を効果的に冷却することができる。しかも、管体には、冷却流体の流通方向に延びる複数枚の整流板を設けているから、冷却流体通路の幅方向の全体で冷却流体を安定して流通させることができ、この点においても広い範囲を冷却することができる。

請求項４の発明によれば、冷却流体通路としての管体は、金属材料を用いた鋳造手段によって成形する構成としているから、金属材料は熱伝導率がよく、電子回路部品を効果的に冷却することができる。一方、管体を鋳造手段によって成形する場合には、冷却流体通路の部分に中子を配置して成形するが、冷却流体通路は流入口と流出口とを有しているから、２つの開口から中子を粉砕した屑を容易に取出すことができ、鋳造作業を効率よく行うことができる。

本発明の第１の実施の形態による電力変換装置を搭載した油圧ショベルを示す側面図である。 旋回フレーム上にキャブ、蓄電装置、エンジン、油圧ポンプ、アシスト発電モータ、旋回用モータ、電力変換装置等を搭載した状態を示す平面図である。 電力変換装置を拡大して示す外観斜視図である。 図３の電力変換装置を後側から示す外観斜視図である。 電力変換装置を図８中の矢示V−V方向から見た断面図である。 電力変換装置を図５中の矢示VI−VI方向から見た断面図である。 電力変換装置を図５中の矢示VII−VII方向から見た断面図である。 電力変換装置を図５中の矢示VIII−VIII方向から見た断面図である。 油圧機器と電気機器のシステム回路図である。 本発明の第２の実施の形態による電力変換装置を図８と同様位置から見た断面図である。 本発明の第３の実施の形態による電力変換装置を図５と同様位置から見た断面図である。 本発明の第４の実施の形態による電力変換装置を図５と同様位置から見た断面図である。 本発明の第５の実施の形態による電力変換装置を旋回フレーム上に搭載した状態を図２と同様位置から見た平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る作業車両の電力変換装置として、ハイブリッド式油圧ショベルと電動式油圧ショベルのうち、エンジンとアシスト発電モータを併用したハイブリッド式油圧ショベルに搭載された電力変換装置を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

なお、実施の形態では、アシスト発電モータで発電した電力によって旋回用モータを駆動する構成を例示するが、本発明はこれに限るものではなく、走行用モータ等の他のモータを駆動するものであってもよい。また、電動式油圧ショベルとして構成した場合、エンジンに代えて電動モータのみを用いればよいものである。

図１ないし図９は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、１は作業車両の代表例としてのハイブリッド式油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に設けられた旋回軸受装置３と、前記下部走行体２上に該旋回軸受装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に設けられ、土砂の掘削作業等を行う作業装置５とにより大略構成されている。

下部走行体２は、トラックフレーム２Ａと、該トラックフレーム２Ａの左，右両側に設けられた駆動輪２Ｂと、該駆動輪２Ｂと前，後方向の反対側に位置して前記トラックフレーム２Ａの左，右両側に設けられた遊動輪２Ｃと、前記駆動輪２Ｂと遊動輪２Ｃに巻回された履帯２Ｄ（いずれも左側のみ図示）とにより大略構成されている。左，右の駆動輪２Ｂは油圧モータからなる左，右の走行用モータ２Ｅ，２Ｆ（図９参照）によって回転駆動される。一方、トラックフレーム２Ａの中央部の上側には、筒体２Ｇが設けられ、該筒体２Ｇ上には、旋回軸受装置３が取付けられている。

作業装置５は、後述する旋回フレーム６に俯仰動可能に取付けられたブーム５Ａと、該ブーム５Ａの先端部に俯仰動可能に取付けられたアーム５Ｂと、該アーム５Ｂの先端部に回動可能に取付けられたバケット５Ｃと、これらを駆動する油圧シリンダからなるブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆとにより構成されている。

上部旋回体４は、後述の旋回フレーム６が旋回軸受装置３を介して下部走行体２上に旋回自在に搭載され、この旋回フレーム６上には、後述のキャブ７、カウンタウエイト８、蓄電装置９、エンジン１０、油圧ポンプ１１、アシスト発電モータ１２、熱交換装置１３、旋回用モータ１４、電力変換装置２１等が設けられている。

６は上部旋回体４の支持構造体を形成する旋回フレームである。旋回フレーム６の前側には、作業装置５のブーム５Ａのフート部が俯仰動可能に取付けられている。旋回フレーム６の中央には、下面側に位置して旋回軸受装置３が取付けられている。

７は旋回フレーム６の左前側に設けられたキャブである。このキャブ７内には、オペレータが着座する運転席が設けられ、該運転席の周囲には、後述のコントロールバルブ１６に接続された走行用の操作レバー、作業用の操作レバー等（いずれも図示せず）が配設されている。８は作業装置５との重量バランスをとるために旋回フレーム６の後端部に取付けられたカウンタウエイトである。

９は旋回フレーム６上に位置して設けられた第１の実施の形態による蓄電装置で、該蓄電装置９は、例えば電気二重層のキャパシタを用いて構成され、後述のアシスト発電モータ１２等からの電荷を蓄電するものである。蓄電装置９は、後述の旋回用モータ１４と接続され、この旋回用モータ１４に対して給電するものである。蓄電装置９は、後述する熱交換装置１３を冷却するための冷却風の流れ方向で、該熱交換装置１３よりも上流側位置に配設されている。これにより、蓄電装置９は、熱交換装置１３を通過する前の冷えた冷却風によって冷却することができる。なお、蓄電装置９としては、キャパシタ以外にも、例えばリチュウムイオンバッテリを用いることもできる。

１０はキャブ７とカウンタウエイト８との間に位置して旋回フレーム６上に設けられたエンジン（図２参照）で、該エンジン１０の右側には、油圧ポンプ１１とアシスト発電モータ１２とが接続されている。ここで、油圧ポンプ１１は、下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆと作業装置５の各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを駆動するための動力源として、作動油を昇圧して吐出するものである。一方、アシスト発電モータ１２は、エンジン１０によって回転駆動させることにより発電し、またはエンジン１０に加えて油圧ポンプ１１の駆動を補助するものである。エンジン１０の左側には、エンジン冷却水を冷却するラジエータ、作動油を冷却するオイルクーラ等からなる熱交換装置１３が設けられている。

１４は旋回フレーム６の中央に設けられた旋回用モータである。図９に示すように、この旋回用モータ１４は、電動モータからなり、減速機構１５を介して旋回軸受装置３に噛合した歯車（図示せず）を回転駆動することにより、旋回軸受装置３を介して下部走行体２上で上部旋回体４を旋回動作することができる。一方、旋回用モータ１４は、旋回動作を減速するときに発生するエネルギを電気エネルギに変換し、蓄電装置９に蓄えることができる。

１６は旋回フレーム６上に設けられたコントロールバルブで、該コントロールバルブ１６は、下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆ、作業装置５の各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを制御する複数個の油圧制御弁により形成されている。コントロールバルブ１６は、油圧ポンプ１１から供給される圧油を作業用の操作レバーの操作に応じ、この操作に対応したアクチュエータに圧油を供給するものである。

１７は例えば旋回フレーム６の右側に設けられた作動油タンクで、この作動油タンク１７は、油圧ポンプ１１に供給する作動油を貯えるものである。１８は作動油タンク１７の近傍に位置して旋回フレーム５上に設けられた燃料タンクで、この燃料タンク１８は、エンジン１０に供給する燃料を貯えるものである。

次に、第１の実施の形態の特徴部分となる電力変換装置２１について説明する。この電力変換装置２１は、電動式の旋回用モータ１４を制御するために油圧ショベル１に搭載されたものである。

図２において、２１は旋回フレーム６上に設けられた第１の実施の形態による電力変換装置を示している。この電力変換装置２１は、例えばキャブ７と熱交換装置１３との間に位置して旋回フレーム６上に配設されている。電力変換装置２１は、蓄電装置９とアシスト発電モータ１２と旋回用モータ１４との間で電力（直流、交流）を変換するものである。さらに、図３ないし図９に示すように、電力変換装置２１は、後述するケーシング２２、第１のインバータ２６、第２のインバータ２７、チョッパ２８、管体３２、接続管３５により構成されている。なお、各インバータ２６，２７、チョッパ２８は、それぞれ電子回路部品を構成している。

２２は電力変換装置２１の外形を形成するケーシングである。このケーシング２２は、内部に第１のインバータ２６、第２のインバータ２７、チョッパ２８等を収容するもので、直方体状の箱体として形成されている。ケーシング２２は、ケース本体２３と蓋体２４とにより構成されている。なお、電力変換装置２１は、前，後、左，右、上，下のいずれの方向にも自由に取付けることができるが、構成を明確に説明するために、冷却流体の流入、流出側を前側とし、閉塞された底部側を下側として説明するものとする。ケーシング２２は、剛性を有しつつ軽量で、さらに熱を伝え易い金属材料、例えばアルミニウムの合金材等を用いた鋳造手段によって所望の形状に形成されている。

図５、図６に示すように、ケース本体２３は、上側に開口した有底状の箱体として形成されている。詳しくは、ケース本体２３は、前，後方向に長尺な長方形状の底板部を形成する後述の管体３２と、該管体３２の長さ方向の一方の端縁から上側に延びた前板部２３Ａと、該前板部２３Ａと対面するように前記管体３２の長さ方向の他方の端縁から上側に延びた後板部２３Ｂと、前記前板部２３Ａと後板部２３Ｂとの間に位置して管体３２の側端縁から上側に延びた左側板部２３Ｃ，右側板部２３Ｄとにより構成されている。

ケース本体２３は、前板部２３Ａ、後板部２３Ｂ、左側板部２３Ｃ、右側板部２３Ｄおよび管体３２を鋳造手段を用いて一体成形することにより直方体状の容器として形成されている。なお、前板部２３Ａ、後板部２３Ｂ、左側板部２３Ｃ、右側板部２３Ｄと管体３２とを別個に設け、溶接手段等を用いて一体化する構成とすることもできる。

２４はケース本体２３の上側を閉塞して設けられた長方形状の蓋板で、該蓋板２４は、例えばケース本体２３と同様のアルミニウムの合金材または樹脂材料から形成されている。蓋板２４の上側には、ステップ状の突部２４Ａが左，右方向の一方側に設けられ、該突部２４Ａの側面には後述のコネクタ３１が設けられている。

２５はケーシング２２内に設けられた多数のスイッチング素子で、これらのスイッチング素子２５は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）として構成されている。スイッチング素子２５は、後述する第１のインバータ２６、第２のインバータ２７、チョッパ２８等の一部を構成するものである。

ここで、各スイッチング素子２５は、動作時に熱を発生するために、温度上昇する。そこで、各スイッチング素子２５は、後述する管体３２の素子取付面３２Ａ上に取付けられ、各冷却流体通路３３，３４を流通する冷却流体によって冷却することができる。この場合、図７に示すように、スイッチング素子２５は、均等に効率よく冷却できるように、２本の冷却流体通路３３，３４に沿うように、左，右方向で２列に配設されている。このときに、各スイッチング素子２５は、後述する理由によってケーシング２２内の壁際にも配置することができる。

２６は複数のスイッチング素子２５等を組合せることにより構成された第１のインバータ（図９参照）である。この第１のインバータ２６は、例えばＩＧＢＴと呼ばれる６個のスイッチング素子２５等を組合せることにより構成され、アシスト発電モータ１２の発電時には、該アシスト発電モータ１２による交流の発電電力を直流電力に変換して蓄電装置９に供給する。一方、アシスト発電モータ１２のモータ駆動時には、第１のインバータ２６は、蓄電装置９からの直流電力を交流の駆動電力に変換してアシスト発電モータ１２に供給する。

２７は同じく例えばＩＧＢＴと呼ばれる６個のスイッチング素子２５等を組合せることにより構成された第２のインバータである。この第２のインバータ２７は、旋回用モータ１４の回生時には、旋回用モータ１４による交流の回生電力を直流電力に変換して蓄電装置９に供給する。一方、旋回用モータ１４の旋回駆動時には、第２のインバータ２７は、蓄電装置９からの直流電力を交流の駆動電力に変換して旋回用モータ１４に供給する。

２８は同じく例えばＩＧＢＴと呼ばれる２個のスイッチング素子２５、リアクトル２８Ａおよびコンデンサ２８Ｂ等を組合せることにより構成されたチョッパである。蓄電装置９の充電時には、チョッパ２８は、降圧チョッパとして機能し、例えばアシスト発電モータ１２からインバータ２６を介して供給される直流電力を降圧して蓄電装置９に供給する。一方、アシスト発電モータ１２や旋回用モータ１４の駆動時には、チョッパ２８は、昇圧チョッパとして機能し、蓄電装置９から供給される直流電力を昇圧してアシスト発電モータ１２や旋回用モータ１４に供給する。また、チョッパ２８と各インバータ２６，２７との間には、直流電力を平滑化する平滑コンデンサ２９が設けられている。

３０は各スイッチング素子２５の上方に位置してケーシング２２内に設けられた回路基板（図５、図６参照）である。この回路基板３０には、各種の電子部品３０Ａ〜３０Ｆが取付けられ、これらの電子部品３０Ａ〜３０Ｆは、前述した第１のインバータ２６、第２のインバータ２７、チョッパ２８の一部（制御回路）を構成するものである。回路基板３０は、ケース本体２３の前板部２３Ａに設けられたコネクタ３１Ａに適宜に接続されている。一方、主回路を構成するスイッチング素子２５等は、蓋板２４の突部２４Ａ側面に設けられた各コネクタ３１Ｂに適宜に接続されている。

次に、多数のスイッチング素子２５を冷却するためにケーシング２２に設けられた第１の実施の形態による管体３２、第１の冷却流体通路３３、第２の冷却流体通路３４および接続管３５について述べる。

即ち、３２はケーシング２２を構成するケース本体２３の底部に設けられた管体を示している。図５、図６に示すように、この管体３２は、ケーシング２２の下側を閉塞する底板部を兼ねるもので、ケース本体２３と同様の金属材料（アルミニウムの合金材）からなり、鋳造手段を用いてケース本体２３と一体成形されている。管体３２は、左，右方向に広幅に形成されることで長方形の厚肉な板状の外形を有し、その内部は左，右方向に並んだ広幅な２本の冷却流体通路３３，３４となっている。

広幅な管体３２の上面は、ケーシング２２内で各スイッチング素子２５を取付けるための平坦な素子取付面３２Ａとなっている。管体３２の前側は、ケース本体２３の前板部２３Ａと同一面をなす前面３２Ｂとなり、管体３２の後側は、ケース本体２３の後板部２３Ｂと同一面をなす後面３２Ｃとなっている。

３３は管体３２の内部空間として形成された一の冷却流体通路としての第１の冷却流体通路で、該第１の冷却流体通路３３は、水、油、ガス等の冷却流体を流通させるものである。図６、図８に示すように、第１の冷却流体通路３３は、左，右方向に広幅な扁平通路として形成され、管体３２の右側寄りに位置して長さ方向に直線状に延びている。第１の冷却流体通路３３の上流側は、管体３２の前面３２Ｂから前方に突出する円筒状の流入口３３Ａとなっている。一方、第１の冷却流体通路３３の下流側は、管体３２の後面３２Ｃから後方に突出する円筒状の流出口３３Ｂとなっている。流入口３３Ａは冷却流体の供給源に配管、ホース等（いずれも図示せず）を介して接続されている。

第１の冷却流体通路３３内には、冷却流体の流通方向、即ち前，後方向に延びる複数枚の整流板３３Ｃが左，右方向に所定の間隔をもって立設されている。該各整流板３３Ｃは、冷却流体と管体３２との伝熱面積を増大させて冷却効果を高めると共に、第１の冷却流体通路３３内で冷却流体を広範囲に亘って整然と流通させるものである。

３４は第１の冷却流体通路３３と並ぶように管体３２の内部空間として形成された他の冷却流体通路としての第２の冷却流体通路である。第２の冷却流体通路３４は、第１の冷却流体通路３３とほぼ同様に、左，右方向に広幅な扁平通路として形成され、左側寄りに位置して長さ方向に直線状に延びている。第２の冷却流体通路３４の上流側は、管体３２の後面３２Ｃから突出して流入口３４Ａとなっている。一方、第２の冷却流体通路３４の下流側は、管体３２の前面３２Ｂから突出して流出口３４Ｂとなっている。この流出口３４Ｂは配管、ホース等を介して冷却流体のタンク（いずれも図示せず）に接続されている。第２の冷却流体通路３４内には、第１の冷却流体通路３３の整流板３３Ｃと同様に形成された複数枚の整流板３４Ｃが設けられている。

ここで、管体３２および各冷却流体通路３３，３４は、金属材料を用いた鋳造手段によって成形されている。詳しく述べると、ケース本体２３と管体３２の外形を持った外型を用意し、この外型内に各冷却流体通路３３，３４と同じ形状を持った中子（いずれも図示せず）を配置する。この状態で、外型と中子との間に溶融した金属材料を注ぎ込み、冷却後に外型と中子を取外すことにより、管体３２、各冷却流体通路３３，３４をケース本体２３と一体成形することができる。

この鋳造作業では、各冷却流体通路３３，３４を中空にするために中子を粉砕し、その中子の粉砕屑を各冷却流体通路３３，３４から排出している。第１の実施の形態による各冷却流体通路３３，３４は、流入口３３Ａ，３４Ａ、流出口３３Ｂ，３４Ｂとなって両方の端部が開口しているから、それぞれ２箇所の開口から中子の粉砕屑を効率よく排出することができる。

管体３２の素子取付面３２Ａに各スイッチング素子２５を直接的に取付けた状態では、各冷却流体通路３３，３４が各スイッチング素子２５と接触状態で設けられている。従って、各スイッチング素子２５が発生する熱は、管体３２を介して各冷却流体通路３３，３４を流通する冷却流体に放出することができ、各スイッチング素子２５を効果的に冷却することができる。

しかも、従来技術ではケーシング内に円弧状の接続部分を設けたことで冷却効果が及ばない部分があったが、各冷却流体通路３３，３４は、管体３２の前面３２Ｂから後面３２Ｃに亘って直線状に配置することにより、ケーシング２２内の隅々まで冷却することができる。

３５はケース本体２３の外部となる管体３２の後面３２Ｃに位置して設けられた接続管を示している。図８に示すように、この接続管３５は、冷却流体が連続して流れるように、第１の冷却流体通路３３と第２の冷却流体通路３４とを直列に接続するものである。接続管３５は、樹脂材料、金属材料またはこれらの複合材からなり、両端部の接続口３５Ａが同一方向を向くように屈曲した略コ字状の配管として形成されている。これにより、接続管３５は、一方の接続口３５Ａを第１の冷却流体通路３３の流出口３３Ｂに接続し、他方の接続口３５Ａを第２の冷却流体通路３４の流入口３４Ａに接続することができる。

このように構成された電力変換装置２１では、第１の冷却流体通路３３、接続管３５、第２の冷却流体通路３４で冷却流体を流通させることにより、管体３２の素子取付面３２Ａ上の多数個のスイッチング素子２５を冷却することができる。

さらに、第１の冷却流体通路３３と第２の冷却流体通路３４とを接続する接続管３５を、ケーシング２２の外部に配置したことにより、このケーシング２２を小型化することができる。この場合、ケーシング２２には、長さ方向の全長に亘って第１の冷却流体通路３３と第２の冷却流体通路３４とを配置できるから、管体３２の素子取付面３２Ａ上で冷却可能な範囲をケーシング２２内の隅々まで広げることができる。従って、スイッチング素子２５はケーシング２２内の壁際にも配置することができるから、ケーシング２２を小型化した状態でも、冷却性能を低下させることなく、規定数のスイッチング素子２５を収容することができる。

第１の実施の形態による油圧ショベル１は上述の如き構成を有するもので、次に、この油圧ショベル１の動作について説明する。

まず、オペレータは、キャブ７に搭乗して運転席に着座する。この状態で走行用の操作レバー（いずれも図示せず）を操作することにより、コントロールバルブ１６から下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆに圧油を供給し、左，右の駆動輪２Ｂを駆動して油圧ショベル１を前進または後退させることができる。また、運転席に着座したオペレータは、作業用の操作レバー（図示せず）を操作することにより、旋回軸受装置３によって上部旋回体４を旋回させたり、作業装置５を俯仰動させたりして土砂の掘削作業等を行うことができる。

ここで、油圧ショベル１の運転時には、アシスト発電モータ１２、旋回用モータ１４等が駆動されるから、これらを制御している第１のインバータ２６、第２のインバータ２７、チョッパ２８の一部をなすスイッチング素子２５が発熱して温度上昇する。そこで、電力変換装置２１は、第１の冷却流体通路３３、接続管３５、第２の冷却流体通路３４の順で冷却流体を流通させることにより、管体３２に設けた多数個のスイッチング素子２５を冷却することができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、電力変換装置２１のケーシング２２には、多数個のスイッチング素子２５を設け、この多数個のスイッチング素子２５と接触し冷却流体が流通する２本の冷却流体通路３３，３４を備えた管体３２を設ける。前記各冷却流体通路３３，３４の流入口３３Ａ，３４Ａと流出口３３Ｂ，３４Ｂをケーシング２２の外面の異なる位置、即ち、管体３２の前面３２Ｂと後面３２Ｃとに設ける。この上で、ケーシング２２の外部には、第１の冷却流体通路３３の流出口３３Ｂと第２の冷却流体通路３４の流入口３４Ａとを接続する接続管３５を設け、この接続管３５によって各冷却流体通路３３，３４を直列に接続する構成としている。

従って、第１の冷却流体通路３３と第２の冷却流体通路３４とを接続する接続管３５を、ケーシング２２の外部に配置したことにより、この接続管３５の分だけケーシング２２を小型化することができる。この場合、従来技術で述べた冷却効率の悪い通路の接続部分を外部に配置したことで、ケーシング２２内は角隅まで効率よく冷却できるから、ケーシング２２内の全体のスペースを利用してスイッチング素子２５を配設することができる。

この結果、電力変換装置２１は、冷却効果が期待できない無駄な空間を無くすことができるから、冷却性能を向上しつつケーシング２２を小型化することができる。これにより、コンパクトに形成されている昨今の油圧ショベル１に対しても、小型化した電力変換装置２１を搭載することができる。

また、第１の冷却流体通路３３の流出口３３Ｂと第２の冷却流体通路３４の流入口３４Ａとは、ケーシング２２の一の面となる管体３２の後面３２Ｃに並んで配置している。従って、近くに配置された流出口３３Ｂと流入口３４Ａに対し、接続管３５を簡単に接続することができる。しかも、接続管３５を短く形成でき、この点でも全体を小型化することができる。

各冷却流体通路３３，３４は、扁平で広幅な管体３２として形成しているから、冷却流体によって広い範囲を冷却することができ、管体３２の素子取付面３２Ａに並べられた各スイッチング素子２５を効果的に冷却することができる。しかも、各冷却流体通路３３，３４には、冷却流体の流通方向に延びる複数枚の整流板３３Ｃ，３４Ｃを設けているから、冷却流体通路３３，３４の幅方向の全体で冷却流体を整然と流通させることができ、この点においても広い範囲を安定的に冷却することができる。

各冷却流体通路３３，３４を備えた管体３２は、金属材料を用いた鋳造手段によって成形する構成としている。この場合、金属材料は熱伝導率がよいから、各冷却流体通路３３，３４を流通する冷却流体によって各スイッチング素子２５を効果的に冷却することができる。一方、管体３２を鋳造手段によって成形する場合には、各冷却流体通路３３，３４の部分に中子を配置して成形するが、各冷却流体通路３３，３４は流入口３３Ａ，３４Ａと流出口３３Ｂ，３４Ｂとを有しているから、２つの開口から粉砕した中子の屑を容易に取出すことができ、鋳造作業を効率よく行うことができる。

次に、図１０は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、管体に冷却流体通路を３本設け、この３本の冷却流体通路を２本の接続管によって直列に接続する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１０において、４１は第２の実施の形態による管体で、該管体４１は、第１の実施の形態による管体３２とほぼ同様に、金属材料を用いた鋳造作業によって左，右方向に広幅に形成され、その内部は左，右方向に並んだ広幅な３本の冷却流体通路４２，４３，４４となっている。管体４１の上面は、各スイッチング素子２５を取付けるための素子取付面（図示せず）となり、管体４１の前側は前面４１Ａとなり、後側は後面４１Ｂとなっている。

４２は管体４１の内部空間として形成された第１の冷却流体通路で、該第１の冷却流体通路４２は、左，右方向に広幅な扁平通路として形成され、管体４１の右側寄りに位置して長さ方向に直線状に延びている。第１の冷却流体通路４２の上流側は、管体４１の前面４１Ａで流入口４２Ａとなり、下流側は、管体４１の後面４１Ｂで流出口４２Ｂとなっている。第１の冷却流体通路４２内には、複数枚の整流板４２Ｃが立設されている。

４３は第１の冷却流体通路４２の左側に並ぶように管体４１の中央部に形成された第２の冷却流体通路である。この第２の冷却流体通路４３は、第１の冷却流体通路４２と同様に、左，右方向に広幅な扁平通路として直線状に延びている。第２の冷却流体通路４３の上流側は、管体４１の後面４１Ｂで流入口４３Ａとなり、下流側は、管体４１の前面４１Ａで流出口４３Ｂとなっている。第２の冷却流体通路４３内には、複数枚の整流板４３Ｃが立設されている。

さらに、４４は第２の冷却流体通路４２の左側に並ぶように管体４１に形成された第３の冷却流体通路である。この第３の冷却流体通路４４は、第１，第２の冷却流体通路４２，４３と同様に、左，右方向に広幅な扁平通路として直線状に延びている。第３の冷却流体通路４４の上流側は、管体４１の前面４１Ａで流入口４４Ａとなり、下流側は、管体４１の後面４１Ｂで流出口４４Ｂとなっている。第３の冷却流体通路４４内には、複数枚の整流板４４Ｃが立設されている。

４５はケース本体２３の外部となる管体４１の後面４１Ｂに位置して設けられた第１の接続管を示している。この第１の接続管４５は、第１の実施の形態による接続管３５とほぼ同様に、樹脂材料、金属材料等を用いて略コ字状の配管として形成されている。第１の接続管４５は、第１の冷却流体通路４２の流出口４２Ｂと第２の冷却流体通路４３の流入口４３Ａとを接続することにより、第１の冷却流体通路４２と第２の冷却流体通路４３とを直列に配置している。

４６は管体４１の前面４１Ａに位置して設けられた第２の接続管で、該第２の接続管４６は、第１の接続管４５と同様に、樹脂材料、金属材料等を用いて略コ字状の配管として形成されている。第２の接続管４６は、第２の冷却流体通路４３の流出口４３Ｂと第３の冷却流体通路４４の流入口４４Ａとを接続することにより、第２の冷却流体通路４３と第３の冷却流体通路４４とを直列に配置している。

かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態によれば、管体４１に３本の冷却流体通路４２，４３，４４を設け、この３本の冷却流体通路４２，４３，４４を２本の接続管４５，４６によって直列に接続する構成としている。従って、管体４１の大部分を冷却流体通路４２，４３，４４とすることができるから、第１の冷却流体通路４２、第１の接続管４５、第２の冷却流体通路４３、第２の接続管４６、第３の冷却流体通路４４で冷却流体を流通させることにより、管体４１上の多数個のスイッチング素子２５を効果的に冷却することができる。

次に、図１１は本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、ケーシングと管体とを別体に設け、該管体に設けた冷却流体通路を外部の接続管で接続する構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１１において、５１は第３の実施の形態によるケーシング、５２は該ケーシング５１のケース本体を示している。このケース本体５２は、前板部５２Ａ、後板部５２Ｂ、左側板部５２Ｃ、右側板部（図示せず）および底板部５２Ｄによって有底状の箱体として形成されている。

５３はケース本体５２内の底部側に設けられた第３の実施の形態による管体を示している。この管体５３は、第１の実施の形態による管体３２とほぼ同様に、金属材料を用いた鋳造手段によって左，右方向に広幅で長方形の厚肉な板状の外形を有している。しかし、第３の実施の形態による管体５３は、ケース本体５２と別体に設けられ、該ケース本体５２内の底部側に取付けられている点で、第１の実施の形態による管体３２と相違している。管体５３の内部は、左，右方向に並んだ広幅な２本の冷却流体通路５４（１本のみ図示）となっている。管体５３の上面は、各スイッチング素子２５を取付けるための素子取付面５３Ａとなっている。

５４は管体５３の内部空間として形成された第１の冷却流体通路で、該第１の冷却流体通路５４は、左，右方向に広幅な扁平通路として直線状に延びている。第１の冷却流体通路５４の上流側は、ケース本体５２の前板部５２Ａから突出した流入口５４Ａとなり、下流側は、ケース本体５２の後板部５２Ｂから突出した流出口５４Ｂとなっている。第１の冷却流体通路５４内には、複数枚の整流板５４Ｃが立設されている。

５５はケース本体５２の後板部５２Ｂの外側に位置して設けられた接続管で、該接続管５５は、第１の実施の形態による接続管３５とほぼ同様に、第１の冷却流体通路５４の流出口５４Ｂと該第１の冷却流体通路５４と並んで設けられた第２の冷却流体通路の流入口（図示せず）とを接続するものである。

かくして、このように構成された第３の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態によれば、ケーシング５１と管体５３とを別体に設け、該管体５３に設けた各冷却流体通路５４を外部の接続管５５で接続する構成としている。従って、ケーシング５１と管体５３とは、それぞれ簡単な鋳型によって鋳造することができ、ここの部品の製造コストを低減することができる。

次に、図１２は本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、管体と電子回路部品との間に回路基板を設けることにより、電子回路部品と近接状態で管体を設ける構成としたことにある。なお、第４の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１２において、６１は管体３２の素子取付面３２Ａ上に設けられた回路基板を示している。この回路基板６１の上面には、各スイッチング素子２５が取付けられている。これにより、管体３２と各スイッチング素子２５とは、回路基板６１を介して近接状態で配置されている。回路基板６１は、熱伝導性の良好な材料を用いて形成されている。さらに、回路基板６１は、管体３２と別個に設けることにより、多数のスイッチング素子２５を別の場所で予め取付けることができる。

かくして、このように構成された第４の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第４の実施の形態によれば、回路基板６１は、良好な熱伝導性を有しているから、各スイッチング素子２５が発生した熱を管体３２の各冷却流体通路３３，３４に伝えることができる。しかも、管体３２と別個に設けた回路基板６１には、作業がし易い別の場所で予め各スイッチング素子２５を取付けることができるから、各スイッチング素子２５を管体３２上に取付けるときの作業性を向上することができる。

次に、図１３は本発明の第５の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、電力変換装置を熱交換装置よりも冷却風の流れ方向の上流側に配設する構成としたことにある。なお、第５の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１３において、７１は第５の実施の形態による電力変換装置で、該電力変換装置７１は、熱交換装置１３よりも冷却風の流れ方向の上流側に位置して旋回フレーム６上に配設されている。これにより、外部から吸込まれた冷却風は、電力変換装置７１の周囲を通って熱交換装置１３へと流通する。

かくして、このように構成された第５の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第５の実施の形態によれば、電力変換装置７１を熱交換装置１３よりも冷却風の流れ方向の上流側に配置しているから、外部から吸込まれた冷えた冷却風を電力変換装置７１に供給でき、該電力変換装置７１内の電子回路部品を外部から冷却することができる。

なお、第１の実施の形態では、管体３２に２本の冷却流体通路３３，３４を設け、第２の実施の形態では、管体４１に３本の冷却流体通路４２，４３，４４を設けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば管体に４本以上の冷却流体通路を設ける構成としてもよい。この場合、４本以上の冷却流体通路を全て直列に接続してもよく、また、２本以上の冷却流体通路を直列に接続したものを１組とし、これを管体に並列状態で複数組設ける構成としてもよい。これらの構成は、第３以降の実施の形態にも同様に適用することができるものである。

また、第１の実施の形態では、スイッチング素子２５を用いた電子回路部品として、インバータ２６，２７とチョッパ２８とを設けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、インバータまたはチョッパのいずれかを設ける構成としてもよい。この構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。

一方、第１の実施の形態では、蓄電装置９として、電気二重層のキャパシタを用いた場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、蓄電装置９として、例えばリチュウムイオンバッテリ等を用いる構成としてもよい。この構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。

また、第１の実施の形態では、インバータ２６，２７をそれぞれ６個のスイッチング素子２５を用いて構成し、チョッパ２８を２個のスイッチング素子２５を用いて構成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、インバータ２６，２７は、例えば１２個、１８個等（６個倍数）のスイッチング素子２５を用いて構成してもよい。同様に、チョッパ２８は、例えば４個、６個等（２個倍数）のスイッチング素子２５を用いて構成してもよい。これらの構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。

また、第１の実施の形態では、アシスト発電モータ１２で発電した電力によって上部旋回体４の旋回用モータ１４を駆動する構成を例示した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、アシスト発電モータ１２で発電した電力によって下部走行体２の走行用モータ２Ｅ，２Ｆ等の他のモータを駆動する構成としてもよい。この構成は、他の実施の形態にも同様に適用することができるものである。

さらに、各実施の形態では、作業車両の電力変換装置として、クローラ式の下部走行体２を備えたハイブリッド式油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばホイール式の下部走行体を備えたハイブリッド式油圧ショベルに適用してもよい。この他にも、電動モータによって油圧ポンプを駆動する電動式油圧ショベルに適用することもできる。さらに、作業車両の電力変換装置として、ホイールローダ、リフトトラック、フォークリフト等の電力変換装置にも広く適用することができる。

１ 油圧ショベル（作業車両）
４ 上部旋回体
６ 旋回フレーム
１０ エンジン
１１ 油圧ポンプ
１２ アシスト発電モータ
１４ 旋回用モータ
２１，７１ 電力変換装置
２２，５１ ケーシング
２３，５２ ケース本体
２５ スイッチング素子
２６ 第１のインバータ（電子回路部品）
２７ 第２のインバータ（電子回路部品）
２８ チョッパ（電子回路部品）
３２，４１，５３ 管体
３２Ａ，５３Ａ 素子取付面
３３，４２，５４ 第１の冷却流体通路
３３Ａ，３４Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，５４Ａ 流入口
３３Ｂ，３４Ｂ，４２Ｂ，４３Ｂ，４４Ｂ，５４Ｂ 流出口
３３Ｃ，３４Ｃ，４２Ｃ，４３Ｃ，４４Ｃ，５４Ｃ 整流板
３４，４３ 第２の冷却流体通路
３５，５５ 接続管
４４ 第３の冷却流体通路
４５ 第１の接続管
４６ 第２の接続管

Claims (4)

1. 電動式のアクチュエータを制御するために作業車両に搭載された作業車両の電力変換装置であって、
   箱体として形成されたケーシングと、
   前記ケーシング内に位置して設けられ多数のスイッチング素子を組合せることにより構成されるインバータまたはチョッパとして電力変換する複数組の電子回路部品と、
   該各組の電子回路部品と接触状態または近接状態で設けられ内部を冷却流体が流通すると共に前記ケーシングの外面の異なる位置に流入口と流出口を有する複数本の冷却流体通路と、
   前記複数本の冷却流体通路を直列に接続するために前記ケーシングの外部に位置して一の冷却流体通路の流出口と他の冷却流体通路の流入口とを接続する接続管とにより構成してなる作業車両の電力変換装置。
2. 前記複数本の冷却流体通路の流出口と流入口とは、前記ケーシングに設けられた一の面に並んで配置し、
   前記接続管は、前記ケーシングの一の面に配置する構成としてなる請求項１に記載の作業車両の電力変換装置。
3. 前記複数本の冷却流体通路は、扁平で広幅な管体として形成し、
   前記各組の電子回路部品は、前記広幅な管体に並べて配置し、
   前記管体には、冷却流体の流通方向に延びる複数枚の整流板を設ける構成としてなる請求項１または２に記載の作業車両の電力変換装置。
4. 前記管体は、金属材料を用いた鋳造手段によって成形する構成としてなる請求項３に記載の作業車両の電力変換装置。

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