ハイブリッド型作業機械
【課題】ＤＣバス又は昇降圧コンバータの異常が発生した場合に、リフティングマグネットの消磁動作を制限することにより、ＤＣバスや昇降圧コンバータの損傷を抑制し、信頼性の向上を図ったハイブリッド型作業機械を提供すること。
【解決手段】ハイブリッド型作業機械は、電動駆動される電動作業要素及びリフティングマグネットを含む作業機械において、前記電動作業要素及び前記リフティングマグネットとの間で電力の授受を行う蓄電器と、前記電動作業要素と前記リフティングマグネットとの間を接続するＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記蓄電器との間に配設される昇降圧コンバータと、前記リフティングマグネットの駆動制御を行う駆動制御部と、前記蓄電器、前記ＤＣバス、又は前記昇降圧コンバータの異常を検出する異常検出部とを含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記リフティングマグネットの消磁動作を制限する。
【解決手段】ハイブリッド型作業機械は、電動駆動される電動作業要素及びリフティングマグネットを含む作業機械において、前記電動作業要素及び前記リフティングマグネットとの間で電力の授受を行う蓄電器と、前記電動作業要素と前記リフティングマグネットとの間を接続するＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記蓄電器との間に配設される昇降圧コンバータと、前記リフティングマグネットの駆動制御を行う駆動制御部と、前記蓄電器、前記ＤＣバス、又は前記昇降圧コンバータの異常を検出する異常検出部とを含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記リフティングマグネットの消磁動作を制限する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフティングマグネットやその他の電動作業要素への電力供給の制御と、リフティングマグネットやその他の電動作業要素より得られる回生電力の蓄電器への供給の制御とを行う昇降圧コンバータを用いたハイブリッド型作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型作業機械が提案されている。このような建設機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備え、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに増速機を介して電動発電機を接続し、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、発電によって得る電力を蓄電器に充電している。
【０００３】
また、上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として油圧モータに加えて電動機を備え、旋回機構の加速時に電動機で油圧モータの駆動をアシストし、旋回機構の減速時に電動機で回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１０３１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、作業要素としてリフティングマグネットを備えるハイブリッド型作業機械では、電動発電機や旋回用の電動機による電力消費と回生電力の生成が繰り返し行われることに加えて、リフティングマグネットの励磁（吸引）と消磁（釈放）に伴う電力消費と回生電力の生成が加わる。
【０００５】
リフティングマグネットは、金属製の物体を磁気吸引して運搬するため、電動発電機や旋回用の電動機よりも電力消費量が多い。また、一般的に、リフティングマグネットの消磁（釈放）を行う際には、磁気吸引力を短時間で略零にするために、励磁（吸引）を行う際とは逆極性の電圧を短時間の間にリフティングマグネットに印加するので、リフティングマグネットの消磁（釈放）時には、多大な回生電力が急激に発生する。
【０００６】
このため、電動発電機、旋回用の電動機、及びリフティングマグネットの間を接続するＤＣバスの電圧値（以下、ＤＣバス電圧値）はハイブリッド型作業機械の運転中に大きく変動する。
【０００７】
ＤＣバス電圧値の変動が大きいと、制御性の低下や蓄電器の過電圧等が生じるので、上述のようなＤＣバス電圧値の変動を抑えるために、ＤＣバスと蓄電器との間に昇降圧コンバータを配設することにより、ＤＣバス電圧値を略一定に保持する手法がある。
【０００８】
しかしながら、昇降圧コンバータやＤＣバスに断線等の異常が生じた場合にリフティングマグネットが消磁（釈放）されると、多大な回生電力が急激にＤＣバスに供給されるため、ＤＣバスの損傷や昇降圧コンバータの損傷が生じる可能性があった。
【０００９】
そこで、本発明は、ＤＣバス又は昇降圧コンバータの異常が発生した場合に、リフティングマグネットの消磁動作を制限することにより、ＤＣバスや昇降圧コンバータの損傷を抑制し、信頼性の向上を図ったハイブリッド型作業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】
【００１０】
本発明の一局面のハイブリッド型作業機械は、電動駆動される電動作業要素及びリフティングマグネットを含む作業機械において、前記電動作業要素及び前記リフティングマグネットとの間で電力の授受を行う蓄電器と、前記電動作業要素と前記リフティングマグネットとの間を接続するＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記蓄電器との間に配設される昇降圧コンバータと、前記リフティングマグネットの駆動制御を行う駆動制御部と、前記蓄電器、前記ＤＣバス、又は前記昇降圧コンバータの異常を検出する異常検出部とを含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記リフティングマグネットの消磁動作を制限する。
【００１１】
また、前記ＤＣバスの電圧値を検出するＤＣバス電圧検出部をさらに含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記ＤＣバス電圧検出部によって検出される前記ＤＣバスの電圧値が所定値以下になるまで、前記リフティングマグネットの消磁動作を停止させてもよい。
【００１２】
また、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットから前記ＤＣバスへ供給される単位時間あたりの回生電力が前記ＤＣバスの単位時間あたりの消費電力よりも少なくなるように、前記リフティングマグネットの駆動制御を行ってもよい。
【００１３】
また、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットを自然放電させてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＤＣバス又は昇降圧コンバータの異常が発生した場合に、リフティングマグネットの消磁動作を制限することにより、ＤＣバスや昇降圧コンバータの損傷を抑制し、信頼性の向上を図ったハイブリッド型作業機械を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のハイブリッド型作業機械を適用した実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械を含む建設機械を示す側面図である。
【００１７】
このハイブリッド型作業機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びリフティングマグネット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。
【００１８】
［全体構成］
図２は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを太実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を細実線でそれぞれ示す。
【００１９】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機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が接続されている。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。
【００２０】
コントロールバルブ１７は、本実施の形態の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。
【００２１】
また、電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及び昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８Ａと昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。
【００２２】
また、このＤＣバス１１０には、インバータ１８Ｂを介してリフティングマグネット６が接続されている。リフティングマグネット６は、金属物を磁気的に吸引するための磁気吸引力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ１８Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。
【００２３】
また、ＤＣバス１１０には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１は、旋回機構２の動力源であり、上部旋回体３を右方向又は左方向に回転させるための駆動制御が行われる。
【００２４】
ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、リフティングマグネット６、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。
【００２５】
このＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、本実施の形態においてＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。
【００２６】
また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１１２と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１１３が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。
【００２７】
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。また、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が接続される。
【００２８】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄを含み、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃには、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、本実施の形態の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。
【００２９】
また、説明の便宜上、図２のブロック図ではボタンスイッチ２６Ｄを操作装置２６とは独立して示すが、このボタンスイッチ２６Ｄは操作者の右側に位置するレバー２６Ａの頂部に配設される押ボタンスイッチであり、コントローラ３０に電気的に接続される。このボタンスイッチ２６Ｄはリフティングマグネット６の操作（励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作）を行うためのボタンスイッチである。また、励磁用と消磁用のスイッチは別々にされていてもよく、操作者の左前方にあるレバー２６Ｂに励磁用スイッチを設置し、操作者の右前方にあるレバー２６Ａに励磁用のスイッチを設置してもよい。
【００３０】
なお、コントローラ３０は、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、及びＤＣバス１１０の異常を検出する異常検出部としての機能を備えており、異常を検出した場合には、異常内容を警報装置１２０を介して報知する。警報装置１２０は、例えば、キャビン１０内の運転席周辺に配設されるモニタで構成される。
【００３１】
このような本実施の形態の建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型作業機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。
【００３２】
［各部の構成］
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。
【００３３】
電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。
【００３４】
減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、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。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、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が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、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。
【００３５】
メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。
【００３６】
パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。
【００３７】
コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
【００３８】
インバータ１８Ａは、上述の如く電動発電機１２と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、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。これにより、インバータ１８Ａが電動発電機１２を電動運転している際には、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を発電運転している際には、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。
【００３９】
インバータ１８Ｂは、リフティングマグネット６と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、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６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１００に供給する。
【００４０】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８Ａ、インバータ１８Ｂ、及びインバータ２０に接続されている。これにより、バッテリ１９は、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際、又は、リフティングマグネット６を励磁する（オンにする）際には、必要な電力を供給する。また、バッテリ１９は、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際、又は、リフティングマグネット６を消磁する（オフにする）ときに回生電力が発生している際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積する。
【００４１】
なお、ＤＣバス１１０には、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０を介して、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１が接続されているため、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６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６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６に供給される場合もある。
【００４２】
このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、リフティングマグネット６の駆動状態、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出される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。
【００４３】
インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。
【００４４】
昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。
【００４５】
電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８Ａを介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８Ａを介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。
【００４６】
これは、リフティングマグネット６の励磁（オン）と消磁（オフ）、及び旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様である。電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、リフティングマグネット６は作業状態において駆動状態（励磁と消磁）が切り替えられ、さらに、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられる。
【００４７】
このため、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１には、いずれかにＤＣバス１１０を介して電力供給が行われ、いずれかからＤＣバス１１０に電力供給が行う状況が生じうる。
【００４８】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。
【００４９】
ＤＣバス１１０は、３つのインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【００５０】
ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００５１】
バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御の応答性が向上するように昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００５２】
バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００５３】
旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、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ことができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。
【００５４】
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旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。
【００５５】
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、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。
【００５６】
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２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。
【００５７】
旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。
【００５８】
操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄは、キャビン１０内の運転席の前方に配設されている。
【００５９】
レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーである。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。
【００６０】
また、ボタンスイッチ２６Ｄは、リフティングマグネット６の操作（励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作）を行うためのスイッチであり、レバー２６Ａの頂部に配設され、運転者が右手親指で容易に切替操作を行えるように構成されている。
【００６１】
この操作装置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）をレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ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。
【００６２】
また、操作装置２６は、ボタンスイッチ２６Ｄに入力されるリフティングマグネット６の操作内容（励磁（吸引）又は消磁（釈放））を表す電気信号をコントローラ３０に伝達する。
【００６３】
レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。
【００６４】
また、ボタンスイッチ２６Ｄが操作されると、リフティングマグネット６の駆動状態（励磁（吸引）又は消磁（釈放））が切り替えられる。
【００６５】
なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。
【００６６】
旋回用操作検出部としての圧力センサ２９では、操作装置２６に対して旋回機構２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。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を的確に把握することができる。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。また、本実施の形態では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。
【００６７】
［コントローラ３０］
コントローラ３０は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械の駆動制御を行う制御装置であり、旋回駆動制御部４０、及び駆動制御部５０を含み、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００６８】
旋回駆動制御部４０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構２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。
【００６９】
駆動制御部５０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）、リフティングマグネット６の駆動制御（励磁（オン）と消磁（オフ）の切り替え）、及び、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ための制御装置である。駆動制御部５０は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、リフティングマグネット６の駆動状態（励磁（オン）と消磁（オフ））、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００７０】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づいて行われる。
【００７１】
また、コントローラ３０は、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の異常を検出する異常検出部としての機能を備える。この異常検出部としてのコントローラ３０は、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値が所定の電圧閾値を超えないかどうかの監視（バッテリ１９の過電圧の監視）、バッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値が所定の電流閾値を超えないかどうかの監視（昇降圧コンバータ１００の過電流の監視）、及び、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定の電圧閾値を超えないかどうかの監視（ＤＣバス電圧値の過電圧の監視）を行う。
【００７２】
コントローラ３０は、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０のいずれかの異常を検出した場合は、警報内容を警報装置１２０に表示させる。この警報装置１２０は、上述のように、例えば、キャビン１０内の運転席周辺に配設されるモニタで構成される。
【００７３】
なお、コントローラ３０は、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値が所定の電圧閾値を超えたと判定した場合、バッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値が所定の電流閾値を超えたと判定した場合、及び、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定の電圧閾値を超えたと判定した場合には、駆動制御部５０に昇降圧コンバータ１００の駆動を停止させる。
【００７４】
図３は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械に用いる昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。この昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、バッテリ１９を接続するための電源接続端子１０４、負荷１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。コンバータ１００の出力端子１０６と負荷１０５との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。なお、バッテリ１９は、図２におけるバッテリ１９に相当し、負荷１０５は、図２における電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１に相当する。図３では、図の簡略化のためにインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０（図２参照）を省略する。また、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動する駆動制御部５０を省略する。
【００７５】
リアクトル１０１は、一端が昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子１０４に接続されており、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。
【００７６】
昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、後述する昇降圧コンバータの駆動制御装置からゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。
【００７７】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてバッテリ１９を示すが、バッテリ１９の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、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。なお、このバッテリ１９は、図２に示すバッテリ１９に相当する。
【００７８】
電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、バッテリ１９及び負荷１０５が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。
【００７９】
バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値(vbat_det)を検出し、ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧（以下、ＤＣバス電圧：vdc_det）を検出する。
【００８０】
出力端子１０６に接続される負荷１０５は、電力供給による駆動と回生による発電が可能な電気負荷であればよく、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータやリフティングマグネットで構成することができる。図３には、直流駆動用の負荷１０５を示すが、インバータを介して交流駆動される電気負荷であってもよい。
【００８１】
平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。
【００８２】
バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９に通流する電流の値を検出可能な検出手段であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このリアクトル電流検出部１０８は、バッテリ１９に通流する電流値(ibat_det)を検出する。
【００８３】
［昇降圧動作］
このような昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ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ＤＣバス１１０に供給する。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。
【００８４】
また、ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介して、負荷１０５によって発生される回生電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９に供給する。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がバッテリ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。
【００８５】
ここで、本実施の形態の昇降圧コンバータ１００は、ハイブリッド式の建設用機械の電源制御部に適用するため、コンデンサ１０７の電圧値が約２００〜３６０Ｖ、出力端子１０６における出力定格電圧が約３６０Ｖ、定格出力が約２０ｋＷ、瞬時最大出力電力が±８０ｋＷ、定格電流が±１００Ａ、瞬時最大電流が±４００Ａ程度となる。このため、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、電源接続端子１０４、出力端子１０６、及びコンデンサ１０７は、このような用途に耐えうるものであることが要求される。
【００８６】
なお、この図３では、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動する駆動制御部５０を省略したが、駆動制御部５０は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。
【００８７】
［リフティングマグネットの釈放時の制御処理］
図４は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械におけるリフティングマグネットを釈放（消磁）する際の制御処理の手順を示す図である。この制御処理は、コントローラ３０によって実行される。
【００８８】
コントローラ３０は、ボタンスイッチ２６Ｄが押されることにより、釈放（消磁）指令が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１）。この制御処理は、リフティングマグネット６を釈放（消磁）する際に、消磁動作を制限するための処理だからである。このため、ステップＳ１の判定は、釈放（消磁）指令の入力を確認するまで繰り返し実行される。
【００８９】
コントローラ３０は、釈放（消磁）指令が入力されたと判定した場合は、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態である場合は、図３においてバッテリ１９からダイオード１０２ｂを介してＤＣバス１１０に電力供給は行えるが、リフティングマグネット６を含む負荷１０５からの回生電力をバッテリ１９に供給することはできないため、リフティングマグネット６の消磁動作を制限することにより、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、及びＤＣバス１１０の損傷を抑制する必要があるからである。
【００９０】
なお、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態になるのは、バッテリ１９の過電圧、昇降圧コンバータ１００の過電流、又はＤＣバス電圧値の過電圧がコントローラ３０によって検知された場合である。
【００９１】
コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態であると判定した場合は、リフティングマグネット６の消磁動作を制限する（ステップＳ３Ａ）。リフティングマグネット６を急激に消磁すると、多大な回生電力がＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００が駆動停止している状態ではＤＣバス電圧値が急激に上昇し、ＤＣバス１１０や昇降圧コンバータ１００、あるいはその周辺の回路に損傷を来す可能性があるからである。
【００９２】
なお、リフティングマグネット６の消磁動作の制限方法については後述する。
【００９３】
次いで、コントローラ３０は、インバータ１８Ｂで検出されるリフティングマグネット６の端子電圧を監視し、この端子電圧が所定値以下になったときにリフティングマグネット６の消磁動作を停止させる（ステップＳ４）。リフティングマグネット６の回生によって生じる電圧値が所定値以下になれば、駆動を停止して自然放電させてもＤＣバス電圧値が急激に上昇することはなく、ＤＣバス１１０や昇降圧コンバータ１００、あるいはその周辺の回路に損傷を来す可能性が極めて低いからである。
【００９４】
また、ステップＳ２において、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態ではないと判定した場合は、手順はステップＳ３Ｂに進行し、コントローラ３０は、リフティングマグネット６の通常通りの消磁動作を実行する。これにより、リフティングマグネット６にはインバータ１８Ｂを介して、励磁（吸引）を行う際とは逆極性の電圧が短時間の間に印加され、磁気吸引力が急激に低下し、金属製の吸着物が釈放される。なお、リフティングマグネットの消磁（釈放）によって生じる多大な回生電力は、ＤＣバス１１０に供給され、そのときのＤＣバス電圧値やバッテリ１９の充電率等に応じて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作又は降圧動作が実行される。
【００９５】
コントローラ３０は、以上でリフティングマグネットを釈放（消磁）する際の制御処理を終了する。
【００９６】
［消磁動作の制限方法］
次に、リフティングマグネット６の消磁動作の制限方法について説明する。本実施の形態のハイブリッド型作業機械では、コントローラ３０によってバッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の少なくともいずれか一つの異常が検出された場合は、昇降圧コンバータ１００の駆動が停止され、この駆動停止状態の間はリフティングマグネット６の消磁動作が制限される。これは、コントローラ３０により、図４に示す処理手順におけるステップＳ３Ａにおいて実行される処理であり、具体的には、以下のように消磁動作の制限が行われる。
【００９７】
（１）消磁動作の制限は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定値まで低下するまで待機することによって実現されてもよい。ＤＣバス電圧値は、ＤＣバス１１０に接続されるリフティングマグネット６以外の機器による電力消費により、徐々に低下するからである。
【００９８】
（２）また、（１）の場合に、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定値まで低下するまで待機することに代えて、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下するまでインバータ１８Ｂを介して電力を供給することにより、リフティングマグネット６を励磁（吸引）した状態に保持しても（すなわち、消磁動作を停止させても）よい。
【００９９】
（３）また、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下した後に、徐々に消磁動作を実行することにより、消磁動作の制限を実現してもよい。
【０１００】
消磁動作の制限として、消磁動作を徐々に実行する際には、リフティングマグネット６からＤＣバス１１０へ供給される単位時間あたりの回生電力がＤＣバス１１０の単位時間あたりの消費電力よりも少なくなるように、消磁動作の制限が行われてもよい。
【０１０１】
ハイブリッド型作業機械では、電動発電機１２によるメインポンプ１４のアシストや旋回用電動機２１の力行運転等により、常時ＤＣバス１１０の電力が消費される。このため、ＤＣバス１１０の単位時間あたりの消費電力は、例えば、電動発電機１２と旋回用電動機２１の駆動に必要な単位時間あたりの消費電力に予め設定すればよく、電動発電機１２と旋回用電動機２１の定格出力等を用いて予め設定してもよい。
【０１０２】
（４）また、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下した後に、徐々に消磁動作を実行する場合には、（３）の代わりに、リフティングマグネットを自然放電させることにより、消磁動作の制限を実現してもよい。自然放電の場合はリフティングマグネット６からＤＣバス１１０に供給される回生電力は微小であるため、ＤＣバス電圧値が急激に上昇することを避けることができる。
【０１０３】
なお、消磁動作の制限は、上述の（１）又は（２）に、（３）又は（４）を任意に組み合わせることによって実現されてもよいし、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下することを待たずに徐々に消磁動作を実行するようにしても昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０の損傷を抑制できる場合は、（１）及び（２）を行うことなく、（３）又は（４）のみによって消磁動作の制限が実現されてもよい。
【０１０４】
また、（３）又は（４）の後に、コントローラ３０がインバータ１８Ｂを介してリフティングマグネット６の端子電圧を監視し、所定値（例えば、２０（Ｖ））以下になった場合には、リフティングマグネット６の消磁動作を停止させてもよい。所定値以下の場合には、回生電力は微小となり、かつ、磁気吸引力は発生されないからである。
【０１０５】
以上のように、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態である場合にリフティングマグネット６の操作入力があった場合には、リフティングマグネット６の消磁動作を制限するため、ＤＣバス１１０に多大な回生電力が供給されてＤＣバス電圧値が急激に上昇することを未然に防ぐことができる。これにより、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０等の損傷を抑制することができ、この結果、電力系統の信頼性の高いハイブリッド型作業機械を提供することができる。
【０１０６】
また、以上の説明は、リフティングマグネット６が励磁されていることが前提であり、リフティングマグネット６が励磁されている状態は、金属製の物体等を吸引して運搬している可能性が高い。このため、このような状態で異常の発生により昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされた場合には、オペレータが作業を停止させようとしてリフティングマグネット６を消磁（釈放）する可能性がある。ボタンスイッチ２６Ｄが操作されてリフティングマグネット６が消磁されると、ＤＣバス電圧値の急激な上昇により昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０の損傷が生じる。
【０１０７】
［動作説明］
図５は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械でリフティングマグネットの消磁動作の制限を行う際のＤＣバス電圧値とリフティングマグネットの端子電圧値とを示す特性図であり、（ａ）は本実施の形態のハイブリッド型作業機械による特性、（ｂ）は比較例として本実施の形態のように消磁動作の制限が行われない場合の特性を示す。
【０１０８】
なお、リフティングマグネット６の端子電圧値は、インバータ１８Ｂにおいて検出される値であり、励磁（吸引）に必要な電圧値を正の値、消磁（釈放）される際に得られる回生電力を負の値で表す。
【０１０９】
［本実施の形態の動作説明］
図５（ａ）に示すように、時刻ｔ＝０（秒）ではＤＣバス電圧値はＶ１（Ｖ）に保持されており、リフティングマグネット６は消磁されているので、リフティングマグネット６の端子電圧は０（Ｖ）である。この状態は時刻ｔ＝５（秒）まで継続する。
【０１１０】
時刻ｔ＝５（秒）においてリフティングマグネット６が励磁され、吸引が開始されると、吸着力の立ち上がり応答性を改善するために、リフティングマグネット６の端子電圧は最大電圧Ｖ２にされる。このとき、ＤＣバス１１０からリフティングマグネット６へ電力供給が行われることによってＤＣバス電圧値が低下することを予防するために、昇降圧コンバータ１００はＤＣバス１１０を昇圧し、これによりＤＣバス電圧値は略一定に保持される。この状態は時刻ｔ＝約７（秒）まで継続する。
【０１１１】
時刻ｔ＝約７秒と時刻ｔ＝約１０秒で、リフティングマグネット６の出力はオペレータの操作により多段に制御される。
【０１１２】
時刻ｔ＝約７（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧はＶ３（Ｖ）に低下される。
【０１１３】
さらに、時刻ｔ＝約１０（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧はＶ４（Ｖ）に低下される。なお、この状態は保持される。
【０１１４】
時刻ｔ＝約１３（秒）で異常が発生することによって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされると、リフティングマグネット６は励磁されたままであるが、昇降圧コンバータ１００は駆動が停止されているため、ＤＣバス電圧値は低下しはじめる。この状態は時刻ｔ＝１８（秒）まで継続する。この時間帯は、オペレータによるレバー操作によって、ブーム４の上下動作、旋回動作等の運転は可能となっているが、リフティングマグネット６はオペレータの操作にかかわらず吸着が持続される時間帯となっている。
【０１１５】
時刻ｔ＝約１８（秒）で、ボタンスイッチ２６Ｄが操作され、リフティングマグネット６を消磁（釈放）するための操作が入力される。このとき、コントローラ３０はリフティングマグネット６の回生電力によりＤＣバス電圧が上昇しないように徐々に実行する。
【０１１６】
その後、リフティングマグネット６は徐々に消磁され続け、それに伴い吸着力が低下すると徐々に釈放が実行される。また、これに伴い、ＤＣバス電圧値はＶ５（Ｖ）まで低下する。
【０１１７】
以上のように、本実施の形態のハイブリッド型作業機械による異常時におけるリフティングマグネット６の消磁動作の制限は実行される。
【０１１８】
バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の異常が検知された場合には、リフティングマグネット６の消磁動作が制限されるので、リフティングマグネット６の回生電力によってＤＣバス電圧値が急激に上昇することは未然に抑制される。これにより、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０等の損傷が抑制される。
【０１１９】
［比較例における動作説明］
比較例では、本実施の形態のように消磁動作の制限が行われない。また、図５（ａ）に示す本実施の形態の特性では、異常の発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされてから約２秒後にリフティングマグネット６を消磁動作に切り替えるためにボタンスイッチ２６Ｄが操作される場合について説明したが、本実施の形態の効果を分かりやすくするために、比較例では、異常の発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされてから６０秒後にリフティングマグネット６を消磁動作に切り替えるためにボタンスイッチ２６Ｄが操作される場合について説明する。６０秒経過することにより、比較例では本実施の形態よりもＤＣバス電圧値はＶ６（Ｖ）程度まで低下する。この電圧値Ｖ６（Ｖ）は、図５（ａ）に示すＶ５（Ｖ）よりも低い値である。
【０１２０】
図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝５（秒）においてリフティングマグネット６が励磁されて端子電圧はＶ２（Ｖ）にされ、時刻ｔ＝約７（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧はＶ３（Ｖ）に低下され、さらに、時刻ｔ＝約１０（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧は約Ｖ４（Ｖ）に低下されるところまでは、図５（ａ）と同一である。この状態は時刻ｔ＝約３５（秒）まで継続する。
【０１２１】
時刻ｔ＝約３５（秒）で異常が発生することによって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされると、リフティングマグネット６は励磁されたままであるが、昇降圧コンバータ１００は駆動が停止されているため、ＤＣバス電圧値は低下しはじめる。
【０１２２】
時刻ｔ＝約９０（秒）ではＤＣバス電圧値とリフティングマグネット６の端子電圧値が同一（Ｖ４（Ｖ））となるため、その後はＤＣバス電圧値とリフティングマグネット６の端子電圧値とは、ともに低下する。
【０１２３】
時刻ｔ＝１００（秒）でボタンスイッチ２６Ｄが操作され、リフティングマグネット６を消磁（釈放）するための操作が入力されると、リフティングマグネット６に電圧が印加される。この際、釈放動作によりリフティングマグネット６のコイルに蓄積されている電気的エネルギが放出されることで、ＤＣバス１１０へ回生電力が戻される。これにより、急激にＤＣバス電圧値が上昇する。
【０１２４】
このように、比較例では、異常発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態であるときに、リフティングマグネット６が消磁されると、ＤＣバス電圧値が急激に上昇するため、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０の損傷が生じる可能性がある。
【０１２５】
比較例では、異常の発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされてから６０秒後にリフティングマグネット６を消磁動作に切り替えるためにボタンスイッチ２６Ｄが操作される場合について説明したが、さらに早い時期にボタンスイッチ２６Ｄが操作されると、ＤＣバス電圧値がより高い状態でＤＣバス１１０に回生電力が供給されるため、ＤＣバス電圧値はＶ７（Ｖ）よりもさらに上昇することが考えられる。
【０１２６】
以上より、本実施の形態のハイブリッド型作業機械によれば、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の異常が検知された場合には、リフティングマグネット６の消磁動作が制限されるので、リフティングマグネット６の回生電力によってＤＣバス電圧値が急激に上昇することが未然に抑制され、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０等の損傷を抑制することができる。
【０１２７】
なお、以上では、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態になるのは、バッテリ１９の過電圧、昇降圧コンバータ１００の過電流、又はＤＣバス電圧値の過電圧がコントローラ３０によって検知された場合のいずれかである形態について説明したが、バッテリ１９の温度を監視しておき、この温度が所定の温度閾値を超えた場合、又は、リアクトル１０１の温度を監視しておき、この温度が所定の温度閾値を超えた場合のいずれかの場合においても、昇降圧コンバータ１００を駆動停止状態にするようにしてもよい。
【０１２８】
また、以上では、警報装置１２０がキャビン１０内の運転席周辺に配設されるモニタであり、このモニタに異常内容が表示される形態について説明したが、警報装置１２０は運転席周辺のモニタに限られず、運転席周辺に配設される警報灯、又は、警報音を発生する警報音発生装置等で構成されてもよい。
【０１２９】
また、以上では、ＤＣバス１１０にインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０を介して電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１が接続される形態について説明したが、リフティングマグネット以外の作業要素は、ハイブリッド型作業機械の仕様に応じて変更されてもよい。例えば、ブーム軸やアーム軸等に発電機を備える場合は、インバータを介してＤＣバス１１０に発電機が接続されてもよい。
【０１３０】
また、以上では、ＰＩ制御を用いる形態について説明したが、制御方式はＰＩ制御方式に限られるものではなく、ヒステリシス制御、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御、ゲインスケジューリング制御、又は、スライディングモード制御であってもよい。
【０１３１】
以上では、ハイブリッド型建設機械について説明したが、ハイブリッド型作業機械は、建設機械以外の形態の作業機械であってもよく、例えば、ハイブリッド型の運搬荷役機械（クレーンやフォークリフト）であってもよい。
【０１３２】
例えば、図２に示すエンジン１１及び電動発電機１２をクレーンのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図２に示す旋回用電動機２１をクレーンの荷役作業において部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源は、リフティングマグネット６の吸引／釈放、ワイヤの巻き取り、又は引出に伴って力行運転（巻き取り時）と回生運転（引出時）を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
【０１３３】
以上、本発明の例示的な実施の形態のハイブリッド型作業機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本実施の形態のハイブリッド型作業機械を示す側面図である。
【図２】本実施の形態のハイブリッド型作業機械の構成を表すブロック図である。
【図３】本実施の形態のハイブリッド型作業機械に用いる昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施の形態のハイブリッド型作業機械におけるリフティングマグネットを釈放（消磁）する際の制御処理の手順を示す図である。
【図５】本実施の形態のハイブリッド型作業機械でリフティングマグネットの消磁動作の制限を行う際のＤＣバス電圧値とリフティングマグネットの端子電圧値とを示す特性図であり、（ａ）は本実施の形態のハイブリッド型作業機械による特性、（ｂ）は比較対象として本実施の形態のように消磁動作の制限を行わない場合の特性を示す。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ リフティングマグネット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ、１８Ｂ インバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２６Ｄ ボタンスイッチ
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３１ 速度指令変換部
３２ 駆動制御装置
４０ 旋回駆動制御装置
５０ 駆動制御部
１００ 昇降圧コンバータ
１０１ リアクトル
１０２Ａ 昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ 降圧用ＩＧＢＴ
１０３ バッテリ
１０４ 電源接続端子
１０５ モータ
１０６ 出力端子
１０７ コンデンサ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ バッテリ電圧検出部
１１３ バッテリ電流検出部
１２０ 警報装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフティングマグネットやその他の電動作業要素への電力供給の制御と、リフティングマグネットやその他の電動作業要素より得られる回生電力の蓄電器への供給の制御とを行う昇降圧コンバータを用いたハイブリッド型作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、駆動機構の一部を電動化したハイブリッド型作業機械が提案されている。このような建設機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備え、この油圧ポンプを駆動するためのエンジンに増速機を介して電動発電機を接続し、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、発電によって得る電力を蓄電器に充電している。
【０００３】
また、上部旋回体を旋回させるための旋回機構の動力源として油圧モータに加えて電動機を備え、旋回機構の加速時に電動機で油圧モータの駆動をアシストし、旋回機構の減速時に電動機で回生運転を行い、発電される電力をバッテリに充電している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１０３１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、作業要素としてリフティングマグネットを備えるハイブリッド型作業機械では、電動発電機や旋回用の電動機による電力消費と回生電力の生成が繰り返し行われることに加えて、リフティングマグネットの励磁（吸引）と消磁（釈放）に伴う電力消費と回生電力の生成が加わる。
【０００５】
リフティングマグネットは、金属製の物体を磁気吸引して運搬するため、電動発電機や旋回用の電動機よりも電力消費量が多い。また、一般的に、リフティングマグネットの消磁（釈放）を行う際には、磁気吸引力を短時間で略零にするために、励磁（吸引）を行う際とは逆極性の電圧を短時間の間にリフティングマグネットに印加するので、リフティングマグネットの消磁（釈放）時には、多大な回生電力が急激に発生する。
【０００６】
このため、電動発電機、旋回用の電動機、及びリフティングマグネットの間を接続するＤＣバスの電圧値（以下、ＤＣバス電圧値）はハイブリッド型作業機械の運転中に大きく変動する。
【０００７】
ＤＣバス電圧値の変動が大きいと、制御性の低下や蓄電器の過電圧等が生じるので、上述のようなＤＣバス電圧値の変動を抑えるために、ＤＣバスと蓄電器との間に昇降圧コンバータを配設することにより、ＤＣバス電圧値を略一定に保持する手法がある。
【０００８】
しかしながら、昇降圧コンバータやＤＣバスに断線等の異常が生じた場合にリフティングマグネットが消磁（釈放）されると、多大な回生電力が急激にＤＣバスに供給されるため、ＤＣバスの損傷や昇降圧コンバータの損傷が生じる可能性があった。
【０００９】
そこで、本発明は、ＤＣバス又は昇降圧コンバータの異常が発生した場合に、リフティングマグネットの消磁動作を制限することにより、ＤＣバスや昇降圧コンバータの損傷を抑制し、信頼性の向上を図ったハイブリッド型作業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】
【００１０】
本発明の一局面のハイブリッド型作業機械は、電動駆動される電動作業要素及びリフティングマグネットを含む作業機械において、前記電動作業要素及び前記リフティングマグネットとの間で電力の授受を行う蓄電器と、前記電動作業要素と前記リフティングマグネットとの間を接続するＤＣバスと、前記ＤＣバスと前記蓄電器との間に配設される昇降圧コンバータと、前記リフティングマグネットの駆動制御を行う駆動制御部と、前記蓄電器、前記ＤＣバス、又は前記昇降圧コンバータの異常を検出する異常検出部とを含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記リフティングマグネットの消磁動作を制限する。
【００１１】
また、前記ＤＣバスの電圧値を検出するＤＣバス電圧検出部をさらに含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記ＤＣバス電圧検出部によって検出される前記ＤＣバスの電圧値が所定値以下になるまで、前記リフティングマグネットの消磁動作を停止させてもよい。
【００１２】
また、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットから前記ＤＣバスへ供給される単位時間あたりの回生電力が前記ＤＣバスの単位時間あたりの消費電力よりも少なくなるように、前記リフティングマグネットの駆動制御を行ってもよい。
【００１３】
また、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットを自然放電させてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＤＣバス又は昇降圧コンバータの異常が発生した場合に、リフティングマグネットの消磁動作を制限することにより、ＤＣバスや昇降圧コンバータの損傷を抑制し、信頼性の向上を図ったハイブリッド型作業機械を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のハイブリッド型作業機械を適用した実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械を含む建設機械を示す側面図である。
【００１７】
このハイブリッド型作業機械の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。また、上部旋回体３には、ブーム４、アーム５、及びリフティングマグネット６と、これらを油圧駆動するためのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に加えて、キャビン１０及び動力源が搭載される。
【００１８】
［全体構成］
図２は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械の構成を表すブロック図である。この図２では、機械的動力系を二重線、高圧油圧ラインを太実線、パイロットラインを破線、電気駆動・制御系を細実線でそれぞれ示す。
【００１９】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、アシスト駆動部としての電動発電機１２は、ともに増力機としての減速機１３の入力軸に接続されている。また、この減速機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が接続されている。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。
【００２０】
コントロールバルブ１７は、本実施の形態の建設機械における油圧系の制御を行う制御装置であり、このコントロールバルブ１７には、下部走行体１用の油圧モータ１Ａ（右用）及び１Ｂ（左用）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続される。
【００２１】
また、電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及び昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。このインバータ１８Ａと昇降圧コンバータ１００との間は、ＤＣバス１１０によって接続されている。
【００２２】
また、このＤＣバス１１０には、インバータ１８Ｂを介してリフティングマグネット６が接続されている。リフティングマグネット６は、金属物を磁気的に吸引するための磁気吸引力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ１８Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。
【００２３】
また、ＤＣバス１１０には、インバータ２０を介して旋回用電動機２１が接続されている。旋回用電動機２１は、旋回機構２の動力源であり、上部旋回体３を右方向又は左方向に回転させるための駆動制御が行われる。
【００２４】
ＤＣバス１１０は、バッテリ１９、リフティングマグネット６、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行うために配設されている。
【００２５】
このＤＣバス１１０には、ＤＣバス１１０の電圧値（以下、本実施の形態においてＤＣバス電圧値と称す）を検出するためのＤＣバス電圧検出部１１１が配設されている。検出されるＤＣバス電圧値は、コントローラ３０に入力される。
【００２６】
また、バッテリ１９には、バッテリ電圧値を検出するためのバッテリ電圧検出部１１２と、バッテリ電流値を検出するためのバッテリ電流検出部１１３が配設されている。これらによって検出されるバッテリ電圧値とバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力される。
【００２７】
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。また、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が接続される。
【００２８】
操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄを含み、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、及びペダル２６Ｃには、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９がそれぞれ接続される。この圧力センサ２９には、本実施の形態の建設機械の電気系の駆動制御を行うコントローラ３０が接続されている。
【００２９】
また、説明の便宜上、図２のブロック図ではボタンスイッチ２６Ｄを操作装置２６とは独立して示すが、このボタンスイッチ２６Ｄは操作者の右側に位置するレバー２６Ａの頂部に配設される押ボタンスイッチであり、コントローラ３０に電気的に接続される。このボタンスイッチ２６Ｄはリフティングマグネット６の操作（励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作）を行うためのボタンスイッチである。また、励磁用と消磁用のスイッチは別々にされていてもよく、操作者の左前方にあるレバー２６Ｂに励磁用スイッチを設置し、操作者の右前方にあるレバー２６Ａに励磁用のスイッチを設置してもよい。
【００３０】
なお、コントローラ３０は、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、及びＤＣバス１１０の異常を検出する異常検出部としての機能を備えており、異常を検出した場合には、異常内容を警報装置１２０を介して報知する。警報装置１２０は、例えば、キャビン１０内の運転席周辺に配設されるモニタで構成される。
【００３１】
このような本実施の形態の建設機械は、エンジン１１、電動発電機１２、及び旋回用電動機２１を動力源とするハイブリッド型作業機械である。これらの動力源は、図１に示す上部旋回体３に搭載される。以下、各部について説明する。
【００３２】
［各部の構成］
エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンで構成される内燃機関であり、その出力軸は減速機１３の一方の入力軸に接続される。このエンジン１１は、建設機械の運転中は常時運転される。
【００３３】
電動発電機１２は、電動（アシスト）運転及び発電運転の双方が可能な電動機であればよい。ここでは、電動発電機１２として、インバータ２０によって交流駆動される電動発電機を示す。この電動発電機１２は、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は減速機１３の他方の入力軸に接続される。
【００３４】
減速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸を有する。２つの入力軸の各々には、エンジン１１の駆動軸と電動発電機１２の駆動軸が接続される。また、出力軸にはメインポンプ１４の駆動軸が接続される。エンジン１１の負荷が大きい場合には、電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行い、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。これによりエンジン１１の駆動がアシストされる。一方、エンジン１１の負荷が小さい場合は、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が発電運転による発電を行う。電動発電機１２の力行運転と発電運転の切り替えは、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。
【００３５】
メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に供給するための油圧を発生するポンプである。この油圧は、コントロールバルブ１７を介して油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々を駆動するために供給される。
【００３６】
パイロットポンプ１５は、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生するポンプである。この油圧操作系の構成については後述する。
【００３７】
コントロールバルブ１７は、高圧油圧ラインを介して接続される下部走行体１用の油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の各々に供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御することにより、これらを油圧駆動制御する油圧制御装置である。
【００３８】
インバータ１８Ａは、上述の如く電動発電機１２と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、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。これにより、インバータ１８Ａが電動発電機１２を電動運転している際には、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を発電運転している際には、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。
【００３９】
インバータ１８Ｂは、リフティングマグネット６と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、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６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１００に供給する。
【００４０】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してインバータ１８Ａ、インバータ１８Ｂ、及びインバータ２０に接続されている。これにより、バッテリ１９は、電動発電機１２の電動（アシスト）運転と旋回用電動機２１の力行運転との少なくともどちらか一方が行われている際、又は、リフティングマグネット６を励磁する（オンにする）際には、必要な電力を供給する。また、バッテリ１９は、電動発電機１２の発電運転と旋回用電動機２１の回生運転の少なくともどちらか一方が行われている際、又は、リフティングマグネット６を消磁する（オフにする）ときに回生電力が発生している際には、発電運転又は回生運転によって発生した電力を電気エネルギとして蓄積する。
【００４１】
なお、ＤＣバス１１０には、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０を介して、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１が接続されているため、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６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６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６に供給される場合もある。
【００４２】
このバッテリ１９の充放電制御は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、リフティングマグネット６の駆動状態、旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づき、昇降圧コンバータ１００によって行われる。この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出される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。
【００４３】
インバータ２０は、上述の如く旋回用電動機２１と昇降圧コンバータ１００との間に設けられ、コントローラ３０からの指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う。これにより、インバータが旋回用電動機２１の力行を運転制御している際には、必要な電力をバッテリ１９から昇降圧コンバータ１００を介して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１が回生運転をしている際には、旋回用電動機２１により発電された電力を昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９へ充電する。
【００４４】
昇降圧コンバータ１００は、一側がＤＣバス１１０を介して電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１に接続されるとともに、他側がバッテリ１９に接続されており、ＤＣバス電圧値が一定の範囲内に収まるように昇圧又は降圧を切り替える制御を行う。
【００４５】
電動発電機１２が電動（アシスト）運転を行う場合には、インバータ１８Ａを介して電動発電機１２に電力を供給する必要があるため、ＤＣバス電圧値を昇圧する必要がある。一方、電動発電機１２が発電運転を行う場合には、発電された電力をインバータ１８Ａを介してバッテリ１９に充電する必要があるため、ＤＣバス電圧値を降圧する必要がある。
【００４６】
これは、リフティングマグネット６の励磁（オン）と消磁（オフ）、及び旋回用電動機２１の力行運転と回生運転においても同様である。電動発電機１２はエンジン１１の負荷状態に応じて運転状態が切り替えられ、リフティングマグネット６は作業状態において駆動状態（励磁と消磁）が切り替えられ、さらに、旋回用電動機２１は上部旋回体３の旋回動作に応じて運転状態が切り替えられる。
【００４７】
このため、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１には、いずれかにＤＣバス１１０を介して電力供給が行われ、いずれかからＤＣバス１１０に電力供給が行う状況が生じうる。
【００４８】
このため、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１の運転状態に応じて、ＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収まるように昇圧動作と降圧動作を切り替える制御を行う。
【００４９】
ＤＣバス１１０は、３つのインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０と昇降圧コンバータとの間に配設されており、バッテリ１９、電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【００５０】
ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス電圧値を検出するための電圧検出部である。検出されるＤＣバス電圧値はコントローラ３０に入力され、このＤＣバス電圧値を一定の範囲内に収めるための昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００５１】
バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値を検出するための電圧検出部であり、バッテリの充電状態を検出するために用いられる。検出されるバッテリ電圧値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇降圧制御の応答性が向上するように昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００５２】
バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９の電流値を検出するための電流検出部である。バッテリ電流値は、バッテリ１９から昇降圧コンバータ１００に流れる電流を正の値として検出される。検出されるバッテリ電流値は、コントローラ３０に入力され、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行うために用いられる。
【００５３】
旋回用電動機２１は、力行運転及び回生運転の双方が可能な電動機であればよく、上部旋回体３の旋回機構２を駆動するために設けられている。力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が減速機２４にて増幅され、上部旋回体３が加減速制御され回転運動を行う。また、上部旋回体３の慣性回転により、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ことができる。ここでは、旋回用電動機２１として、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御信号によりインバータ２０によって交流駆動される電動機を示す。この旋回用電動機２１は、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータで構成することができる。これにより、より大きな誘導起電力を発生させることができるので、回生時に旋回用電動機２１にて発電される電力を増大させることができる。
【００５４】
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旋回用電動機２１の回転前の回転軸２１Ａの回転位置と、左回転又は右回転した後の回転位置との差を検出することにより、回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出するように構成されている。旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構２の回転角度及び回転方向が導出される。また、図２にはレゾルバ２２を取り付けた形態を示すが、電動機の回転センサを有しないインバータ制御方式を用いてもよい。
【００５５】
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、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。このメカニカルブレーキ２３は、電磁式スイッチにより制動／解除が切り替えられる。この切り替えは、コントローラ３０によって行われる。
【００５６】
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２に機械的に伝達する減速機である。これにより、力行運転の際には、旋回用電動機２１の回転力を増力させ、より大きな回転力として旋回体へ伝達することができる。これとは逆に、回生運転の際には、旋回体で発生した回転数を増加させ、より多くの回転動作を旋回用電動機２１に発生させることができる。
【００５７】
旋回機構２は、旋回用電動機２１のメカニカルブレーキ２３が解除された状態で旋回可能となり、これにより、上部旋回体３が左方向又は右方向に旋回される。
【００５８】
操作装置２６は、旋回用電動機２１、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６を操作するための操作装置であり、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄを含む。レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、及びボタンスイッチ２６Ｄは、キャビン１０内の運転席の前方に配設されている。
【００５９】
レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するためのレバーであり、レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するためのレバーである。また、ペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための一対のペダルであり、運転席の足下に設けられる。
【００６０】
また、ボタンスイッチ２６Ｄは、リフティングマグネット６の操作（励磁（吸引）又は消磁（釈放）の切替操作）を行うためのスイッチであり、レバー２６Ａの頂部に配設され、運転者が右手親指で容易に切替操作を行えるように構成されている。
【００６１】
この操作装置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）をレバー２６Ａ、２６Ｂ、及びペダル２６Ｃ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。
【００６２】
また、操作装置２６は、ボタンスイッチ２６Ｄに入力されるリフティングマグネット６の操作内容（励磁（吸引）又は消磁（釈放））を表す電気信号をコントローラ３０に伝達する。
【００６３】
レバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々が操作されると、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７が駆動され、これにより、油圧モータ１Ａ、１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９内の油圧が制御されることによって、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びバケット６が駆動される。
【００６４】
また、ボタンスイッチ２６Ｄが操作されると、リフティングマグネット６の駆動状態（励磁（吸引）又は消磁（釈放））が切り替えられる。
【００６５】
なお、油圧ライン２７は、油圧モータ１Ａ及び１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９の駆動に必要な油圧をコントロールバルブに供給する。
【００６６】
旋回用操作検出部としての圧力センサ２９では、操作装置２６に対して旋回機構２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。これにより、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量を的確に把握することができる。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。また、本実施の形態では、レバー操作検出部としての圧力センサを用いる形態について説明するが、操作装置２６に入力される旋回機構２を旋回させるための操作量をそのまま電気信号で読み取るセンサを用いてもよい。
【００６７】
［コントローラ３０］
コントローラ３０は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械の駆動制御を行う制御装置であり、旋回駆動制御部４０、及び駆動制御部５０を含み、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵが内部メモリに格納される駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される装置である。
【００６８】
旋回駆動制御部４０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構２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。
【００６９】
駆動制御部５０は、電動発電機１２の運転制御（電動（アシスト）運転又は発電運転の切り替え）、リフティングマグネット６の駆動制御（励磁（オン）と消磁（オフ）の切り替え）、及び、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ための制御装置である。駆動制御部５０は、バッテリ１９の充電状態、電動発電機１２の運転状態（電動（アシスト）運転又は発電運転）、リフティングマグネット６の駆動状態（励磁（オン）と消磁（オフ））、及び旋回用電動機２１の運転状態（力行運転又は回生運転）に基づいて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御を行い、これによりバッテリ１９の充放電制御を行う。
【００７０】
この昇降圧コンバータ１００の昇圧動作と降圧動作の切替制御は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値、及びバッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値に基づいて行われる。
【００７１】
また、コントローラ３０は、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の異常を検出する異常検出部としての機能を備える。この異常検出部としてのコントローラ３０は、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値が所定の電圧閾値を超えないかどうかの監視（バッテリ１９の過電圧の監視）、バッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値が所定の電流閾値を超えないかどうかの監視（昇降圧コンバータ１００の過電流の監視）、及び、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定の電圧閾値を超えないかどうかの監視（ＤＣバス電圧値の過電圧の監視）を行う。
【００７２】
コントローラ３０は、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０のいずれかの異常を検出した場合は、警報内容を警報装置１２０に表示させる。この警報装置１２０は、上述のように、例えば、キャビン１０内の運転席周辺に配設されるモニタで構成される。
【００７３】
なお、コントローラ３０は、バッテリ電圧検出部１１２によって検出されるバッテリ電圧値が所定の電圧閾値を超えたと判定した場合、バッテリ電流検出部１１３によって検出されるバッテリ電流値が所定の電流閾値を超えたと判定した場合、及び、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定の電圧閾値を超えたと判定した場合には、駆動制御部５０に昇降圧コンバータ１００の駆動を停止させる。
【００７４】
図３は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械に用いる昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。この昇降圧コンバータ１００は、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、バッテリ１９を接続するための電源接続端子１０４、負荷１０５を接続するための出力端子１０６、及び、一対の出力端子１０６に並列に挿入される平滑用のコンデンサ１０７を備える。コンバータ１００の出力端子１０６と負荷１０５との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。なお、バッテリ１９は、図２におけるバッテリ１９に相当し、負荷１０５は、図２における電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１に相当する。図３では、図の簡略化のためにインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０（図２参照）を省略する。また、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動する駆動制御部５０を省略する。
【００７５】
リアクトル１０１は、一端が昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂの中間点に接続されるとともに、他端が電源接続端子１０４に接続されており、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのオン／オフに伴って生じる誘導起電力をＤＣバス１１０に供給するために設けられている。
【００７６】
昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）をゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタで構成され、大電力の高速スイッチングが可能な半導体素子である。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂは、後述する昇降圧コンバータの駆動制御装置からゲート端子にＰＷＭ電圧が印加されることによって駆動される。昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂには、整流素子であるダイオード１０２ａ及び１０２ｂが並列接続される。
【００７７】
バッテリ１９は、昇降圧コンバータ１００を介してＤＣバス１１０との間で電力の授受が行えるように、充放電可能な蓄電器であればよい。なお、図３には、蓄電器としてバッテリ１９を示すが、バッテリ１９の代わりに、コンデンサ、充放電可能な二次電池、又は、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。なお、このバッテリ１９は、図２に示すバッテリ１９に相当する。
【００７８】
電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、バッテリ１９及び負荷１０５が接続可能な端子であればよい。一対の電源接続端子１０４の間には、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部１１２が接続される。一対の出力端子１０６の間には、ＤＣバス電圧を検出するＤＣバス電圧検出部１１１が接続される。
【００７９】
バッテリ電圧検出部１１２は、バッテリ１９の電圧値(vbat_det)を検出し、ＤＣバス電圧検出部１１１は、ＤＣバス１１０の電圧（以下、ＤＣバス電圧：vdc_det）を検出する。
【００８０】
出力端子１０６に接続される負荷１０５は、電力供給による駆動と回生による発電が可能な電気負荷であればよく、例えば、磁石がロータ内部に埋め込まれたＩＰＭ(Interior Permanent Magnetic)モータやリフティングマグネットで構成することができる。図３には、直流駆動用の負荷１０５を示すが、インバータを介して交流駆動される電気負荷であってもよい。
【００８１】
平滑用のコンデンサ１０７は、出力端子１０６の正極端子と負極端子との間に挿入され、ＤＣバス電圧を平滑化できる蓄電素子であればよい。
【００８２】
バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９に通流する電流の値を検出可能な検出手段であればよく、電流検出用の抵抗器を含む。このリアクトル電流検出部１０８は、バッテリ１９に通流する電流値(ibat_det)を検出する。
【００８３】
［昇降圧動作］
このような昇降圧コンバータ１００において、ＤＣバス１１０を昇圧する際には、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂに並列に接続されたダイオード１０２ｂを介して、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ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ＤＣバス１１０に供給する。これにより、ＤＣバス１１０が昇圧される。
【００８４】
また、ＤＣバス１１０を降圧する際には、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂのゲート端子にＰＷＭ電圧を印加し、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂを介して、負荷１０５によって発生される回生電力をＤＣバス１１０からバッテリ１９に供給する。これにより、ＤＣバス１１０に蓄積された電力がバッテリ１９に充電され、ＤＣバス１１０が降圧される。
【００８５】
ここで、本実施の形態の昇降圧コンバータ１００は、ハイブリッド式の建設用機械の電源制御部に適用するため、コンデンサ１０７の電圧値が約２００〜３６０Ｖ、出力端子１０６における出力定格電圧が約３６０Ｖ、定格出力が約２０ｋＷ、瞬時最大出力電力が±８０ｋＷ、定格電流が±１００Ａ、瞬時最大電流が±４００Ａ程度となる。このため、リアクトル１０１、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ、降圧用ＩＧＢＴ１０２Ｂ、電源接続端子１０４、出力端子１０６、及びコンデンサ１０７は、このような用途に耐えうるものであることが要求される。
【００８６】
なお、この図３では、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動する駆動制御部５０を省略したが、駆動制御部５０は、電子回路又は演算処理装置のいずれでも実現することができる。
【００８７】
［リフティングマグネットの釈放時の制御処理］
図４は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械におけるリフティングマグネットを釈放（消磁）する際の制御処理の手順を示す図である。この制御処理は、コントローラ３０によって実行される。
【００８８】
コントローラ３０は、ボタンスイッチ２６Ｄが押されることにより、釈放（消磁）指令が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１）。この制御処理は、リフティングマグネット６を釈放（消磁）する際に、消磁動作を制限するための処理だからである。このため、ステップＳ１の判定は、釈放（消磁）指令の入力を確認するまで繰り返し実行される。
【００８９】
コントローラ３０は、釈放（消磁）指令が入力されたと判定した場合は、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態である場合は、図３においてバッテリ１９からダイオード１０２ｂを介してＤＣバス１１０に電力供給は行えるが、リフティングマグネット６を含む負荷１０５からの回生電力をバッテリ１９に供給することはできないため、リフティングマグネット６の消磁動作を制限することにより、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、及びＤＣバス１１０の損傷を抑制する必要があるからである。
【００９０】
なお、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態になるのは、バッテリ１９の過電圧、昇降圧コンバータ１００の過電流、又はＤＣバス電圧値の過電圧がコントローラ３０によって検知された場合である。
【００９１】
コントローラ３０は、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態であると判定した場合は、リフティングマグネット６の消磁動作を制限する（ステップＳ３Ａ）。リフティングマグネット６を急激に消磁すると、多大な回生電力がＤＣバス１１０に供給され、昇降圧コンバータ１００が駆動停止している状態ではＤＣバス電圧値が急激に上昇し、ＤＣバス１１０や昇降圧コンバータ１００、あるいはその周辺の回路に損傷を来す可能性があるからである。
【００９２】
なお、リフティングマグネット６の消磁動作の制限方法については後述する。
【００９３】
次いで、コントローラ３０は、インバータ１８Ｂで検出されるリフティングマグネット６の端子電圧を監視し、この端子電圧が所定値以下になったときにリフティングマグネット６の消磁動作を停止させる（ステップＳ４）。リフティングマグネット６の回生によって生じる電圧値が所定値以下になれば、駆動を停止して自然放電させてもＤＣバス電圧値が急激に上昇することはなく、ＤＣバス１１０や昇降圧コンバータ１００、あるいはその周辺の回路に損傷を来す可能性が極めて低いからである。
【００９４】
また、ステップＳ２において、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態ではないと判定した場合は、手順はステップＳ３Ｂに進行し、コントローラ３０は、リフティングマグネット６の通常通りの消磁動作を実行する。これにより、リフティングマグネット６にはインバータ１８Ｂを介して、励磁（吸引）を行う際とは逆極性の電圧が短時間の間に印加され、磁気吸引力が急激に低下し、金属製の吸着物が釈放される。なお、リフティングマグネットの消磁（釈放）によって生じる多大な回生電力は、ＤＣバス１１０に供給され、そのときのＤＣバス電圧値やバッテリ１９の充電率等に応じて、昇降圧コンバータ１００の昇圧動作又は降圧動作が実行される。
【００９５】
コントローラ３０は、以上でリフティングマグネットを釈放（消磁）する際の制御処理を終了する。
【００９６】
［消磁動作の制限方法］
次に、リフティングマグネット６の消磁動作の制限方法について説明する。本実施の形態のハイブリッド型作業機械では、コントローラ３０によってバッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の少なくともいずれか一つの異常が検出された場合は、昇降圧コンバータ１００の駆動が停止され、この駆動停止状態の間はリフティングマグネット６の消磁動作が制限される。これは、コントローラ３０により、図４に示す処理手順におけるステップＳ３Ａにおいて実行される処理であり、具体的には、以下のように消磁動作の制限が行われる。
【００９７】
（１）消磁動作の制限は、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定値まで低下するまで待機することによって実現されてもよい。ＤＣバス電圧値は、ＤＣバス１１０に接続されるリフティングマグネット６以外の機器による電力消費により、徐々に低下するからである。
【００９８】
（２）また、（１）の場合に、ＤＣバス電圧検出部１１１によって検出されるＤＣバス電圧値が所定値まで低下するまで待機することに代えて、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下するまでインバータ１８Ｂを介して電力を供給することにより、リフティングマグネット６を励磁（吸引）した状態に保持しても（すなわち、消磁動作を停止させても）よい。
【００９９】
（３）また、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下した後に、徐々に消磁動作を実行することにより、消磁動作の制限を実現してもよい。
【０１００】
消磁動作の制限として、消磁動作を徐々に実行する際には、リフティングマグネット６からＤＣバス１１０へ供給される単位時間あたりの回生電力がＤＣバス１１０の単位時間あたりの消費電力よりも少なくなるように、消磁動作の制限が行われてもよい。
【０１０１】
ハイブリッド型作業機械では、電動発電機１２によるメインポンプ１４のアシストや旋回用電動機２１の力行運転等により、常時ＤＣバス１１０の電力が消費される。このため、ＤＣバス１１０の単位時間あたりの消費電力は、例えば、電動発電機１２と旋回用電動機２１の駆動に必要な単位時間あたりの消費電力に予め設定すればよく、電動発電機１２と旋回用電動機２１の定格出力等を用いて予め設定してもよい。
【０１０２】
（４）また、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下した後に、徐々に消磁動作を実行する場合には、（３）の代わりに、リフティングマグネットを自然放電させることにより、消磁動作の制限を実現してもよい。自然放電の場合はリフティングマグネット６からＤＣバス１１０に供給される回生電力は微小であるため、ＤＣバス電圧値が急激に上昇することを避けることができる。
【０１０３】
なお、消磁動作の制限は、上述の（１）又は（２）に、（３）又は（４）を任意に組み合わせることによって実現されてもよいし、ＤＣバス電圧値が所定値まで低下することを待たずに徐々に消磁動作を実行するようにしても昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０の損傷を抑制できる場合は、（１）及び（２）を行うことなく、（３）又は（４）のみによって消磁動作の制限が実現されてもよい。
【０１０４】
また、（３）又は（４）の後に、コントローラ３０がインバータ１８Ｂを介してリフティングマグネット６の端子電圧を監視し、所定値（例えば、２０（Ｖ））以下になった場合には、リフティングマグネット６の消磁動作を停止させてもよい。所定値以下の場合には、回生電力は微小となり、かつ、磁気吸引力は発生されないからである。
【０１０５】
以上のように、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態である場合にリフティングマグネット６の操作入力があった場合には、リフティングマグネット６の消磁動作を制限するため、ＤＣバス１１０に多大な回生電力が供給されてＤＣバス電圧値が急激に上昇することを未然に防ぐことができる。これにより、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０等の損傷を抑制することができ、この結果、電力系統の信頼性の高いハイブリッド型作業機械を提供することができる。
【０１０６】
また、以上の説明は、リフティングマグネット６が励磁されていることが前提であり、リフティングマグネット６が励磁されている状態は、金属製の物体等を吸引して運搬している可能性が高い。このため、このような状態で異常の発生により昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされた場合には、オペレータが作業を停止させようとしてリフティングマグネット６を消磁（釈放）する可能性がある。ボタンスイッチ２６Ｄが操作されてリフティングマグネット６が消磁されると、ＤＣバス電圧値の急激な上昇により昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０の損傷が生じる。
【０１０７】
［動作説明］
図５は、本実施の形態のハイブリッド型作業機械でリフティングマグネットの消磁動作の制限を行う際のＤＣバス電圧値とリフティングマグネットの端子電圧値とを示す特性図であり、（ａ）は本実施の形態のハイブリッド型作業機械による特性、（ｂ）は比較例として本実施の形態のように消磁動作の制限が行われない場合の特性を示す。
【０１０８】
なお、リフティングマグネット６の端子電圧値は、インバータ１８Ｂにおいて検出される値であり、励磁（吸引）に必要な電圧値を正の値、消磁（釈放）される際に得られる回生電力を負の値で表す。
【０１０９】
［本実施の形態の動作説明］
図５（ａ）に示すように、時刻ｔ＝０（秒）ではＤＣバス電圧値はＶ１（Ｖ）に保持されており、リフティングマグネット６は消磁されているので、リフティングマグネット６の端子電圧は０（Ｖ）である。この状態は時刻ｔ＝５（秒）まで継続する。
【０１１０】
時刻ｔ＝５（秒）においてリフティングマグネット６が励磁され、吸引が開始されると、吸着力の立ち上がり応答性を改善するために、リフティングマグネット６の端子電圧は最大電圧Ｖ２にされる。このとき、ＤＣバス１１０からリフティングマグネット６へ電力供給が行われることによってＤＣバス電圧値が低下することを予防するために、昇降圧コンバータ１００はＤＣバス１１０を昇圧し、これによりＤＣバス電圧値は略一定に保持される。この状態は時刻ｔ＝約７（秒）まで継続する。
【０１１１】
時刻ｔ＝約７秒と時刻ｔ＝約１０秒で、リフティングマグネット６の出力はオペレータの操作により多段に制御される。
【０１１２】
時刻ｔ＝約７（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧はＶ３（Ｖ）に低下される。
【０１１３】
さらに、時刻ｔ＝約１０（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧はＶ４（Ｖ）に低下される。なお、この状態は保持される。
【０１１４】
時刻ｔ＝約１３（秒）で異常が発生することによって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされると、リフティングマグネット６は励磁されたままであるが、昇降圧コンバータ１００は駆動が停止されているため、ＤＣバス電圧値は低下しはじめる。この状態は時刻ｔ＝１８（秒）まで継続する。この時間帯は、オペレータによるレバー操作によって、ブーム４の上下動作、旋回動作等の運転は可能となっているが、リフティングマグネット６はオペレータの操作にかかわらず吸着が持続される時間帯となっている。
【０１１５】
時刻ｔ＝約１８（秒）で、ボタンスイッチ２６Ｄが操作され、リフティングマグネット６を消磁（釈放）するための操作が入力される。このとき、コントローラ３０はリフティングマグネット６の回生電力によりＤＣバス電圧が上昇しないように徐々に実行する。
【０１１６】
その後、リフティングマグネット６は徐々に消磁され続け、それに伴い吸着力が低下すると徐々に釈放が実行される。また、これに伴い、ＤＣバス電圧値はＶ５（Ｖ）まで低下する。
【０１１７】
以上のように、本実施の形態のハイブリッド型作業機械による異常時におけるリフティングマグネット６の消磁動作の制限は実行される。
【０１１８】
バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の異常が検知された場合には、リフティングマグネット６の消磁動作が制限されるので、リフティングマグネット６の回生電力によってＤＣバス電圧値が急激に上昇することは未然に抑制される。これにより、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０等の損傷が抑制される。
【０１１９】
［比較例における動作説明］
比較例では、本実施の形態のように消磁動作の制限が行われない。また、図５（ａ）に示す本実施の形態の特性では、異常の発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされてから約２秒後にリフティングマグネット６を消磁動作に切り替えるためにボタンスイッチ２６Ｄが操作される場合について説明したが、本実施の形態の効果を分かりやすくするために、比較例では、異常の発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされてから６０秒後にリフティングマグネット６を消磁動作に切り替えるためにボタンスイッチ２６Ｄが操作される場合について説明する。６０秒経過することにより、比較例では本実施の形態よりもＤＣバス電圧値はＶ６（Ｖ）程度まで低下する。この電圧値Ｖ６（Ｖ）は、図５（ａ）に示すＶ５（Ｖ）よりも低い値である。
【０１２０】
図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝５（秒）においてリフティングマグネット６が励磁されて端子電圧はＶ２（Ｖ）にされ、時刻ｔ＝約７（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧はＶ３（Ｖ）に低下され、さらに、時刻ｔ＝約１０（秒）でリフティングマグネット６の端子電圧は約Ｖ４（Ｖ）に低下されるところまでは、図５（ａ）と同一である。この状態は時刻ｔ＝約３５（秒）まで継続する。
【０１２１】
時刻ｔ＝約３５（秒）で異常が発生することによって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされると、リフティングマグネット６は励磁されたままであるが、昇降圧コンバータ１００は駆動が停止されているため、ＤＣバス電圧値は低下しはじめる。
【０１２２】
時刻ｔ＝約９０（秒）ではＤＣバス電圧値とリフティングマグネット６の端子電圧値が同一（Ｖ４（Ｖ））となるため、その後はＤＣバス電圧値とリフティングマグネット６の端子電圧値とは、ともに低下する。
【０１２３】
時刻ｔ＝１００（秒）でボタンスイッチ２６Ｄが操作され、リフティングマグネット６を消磁（釈放）するための操作が入力されると、リフティングマグネット６に電圧が印加される。この際、釈放動作によりリフティングマグネット６のコイルに蓄積されている電気的エネルギが放出されることで、ＤＣバス１１０へ回生電力が戻される。これにより、急激にＤＣバス電圧値が上昇する。
【０１２４】
このように、比較例では、異常発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態であるときに、リフティングマグネット６が消磁されると、ＤＣバス電圧値が急激に上昇するため、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０の損傷が生じる可能性がある。
【０１２５】
比較例では、異常の発生によって昇降圧コンバータ１００が駆動停止状態にされてから６０秒後にリフティングマグネット６を消磁動作に切り替えるためにボタンスイッチ２６Ｄが操作される場合について説明したが、さらに早い時期にボタンスイッチ２６Ｄが操作されると、ＤＣバス電圧値がより高い状態でＤＣバス１１０に回生電力が供給されるため、ＤＣバス電圧値はＶ７（Ｖ）よりもさらに上昇することが考えられる。
【０１２６】
以上より、本実施の形態のハイブリッド型作業機械によれば、バッテリ１９、昇降圧コンバータ１００、又はＤＣバス１１０の異常が検知された場合には、リフティングマグネット６の消磁動作が制限されるので、リフティングマグネット６の回生電力によってＤＣバス電圧値が急激に上昇することが未然に抑制され、昇降圧コンバータ１００やＤＣバス１１０等の損傷を抑制することができる。
【０１２７】
なお、以上では、昇降圧コンバータ１００が異常で駆動停止状態になるのは、バッテリ１９の過電圧、昇降圧コンバータ１００の過電流、又はＤＣバス電圧値の過電圧がコントローラ３０によって検知された場合のいずれかである形態について説明したが、バッテリ１９の温度を監視しておき、この温度が所定の温度閾値を超えた場合、又は、リアクトル１０１の温度を監視しておき、この温度が所定の温度閾値を超えた場合のいずれかの場合においても、昇降圧コンバータ１００を駆動停止状態にするようにしてもよい。
【０１２８】
また、以上では、警報装置１２０がキャビン１０内の運転席周辺に配設されるモニタであり、このモニタに異常内容が表示される形態について説明したが、警報装置１２０は運転席周辺のモニタに限られず、運転席周辺に配設される警報灯、又は、警報音を発生する警報音発生装置等で構成されてもよい。
【０１２９】
また、以上では、ＤＣバス１１０にインバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０を介して電動発電機１２、リフティングマグネット６、及び旋回用電動機２１が接続される形態について説明したが、リフティングマグネット以外の作業要素は、ハイブリッド型作業機械の仕様に応じて変更されてもよい。例えば、ブーム軸やアーム軸等に発電機を備える場合は、インバータを介してＤＣバス１１０に発電機が接続されてもよい。
【０１３０】
また、以上では、ＰＩ制御を用いる形態について説明したが、制御方式はＰＩ制御方式に限られるものではなく、ヒステリシス制御、ロバスト制御、適応制御、比例制御、積分制御、ゲインスケジューリング制御、又は、スライディングモード制御であってもよい。
【０１３１】
以上では、ハイブリッド型建設機械について説明したが、ハイブリッド型作業機械は、建設機械以外の形態の作業機械であってもよく、例えば、ハイブリッド型の運搬荷役機械（クレーンやフォークリフト）であってもよい。
【０１３２】
例えば、図２に示すエンジン１１及び電動発電機１２をクレーンのエンジン及びアシスト用電動発電機として用い、図２に示す旋回用電動機２１をクレーンの荷役作業において部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源に用いればよい。特に、部品や貨物等を上昇又は下降させるための動力源は、リフティングマグネット６の吸引／釈放、ワイヤの巻き取り、又は引出に伴って力行運転（巻き取り時）と回生運転（引出時）を行うため、ハイブリッド型作業機械として上述のハイブリッド型建設機械と同様に実施することができる。
【０１３３】
以上、本発明の例示的な実施の形態のハイブリッド型作業機械について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本実施の形態のハイブリッド型作業機械を示す側面図である。
【図２】本実施の形態のハイブリッド型作業機械の構成を表すブロック図である。
【図３】本実施の形態のハイブリッド型作業機械に用いる昇降圧コンバータの回路構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施の形態のハイブリッド型作業機械におけるリフティングマグネットを釈放（消磁）する際の制御処理の手順を示す図である。
【図５】本実施の形態のハイブリッド型作業機械でリフティングマグネットの消磁動作の制限を行う際のＤＣバス電圧値とリフティングマグネットの端子電圧値とを示す特性図であり、（ａ）は本実施の形態のハイブリッド型作業機械による特性、（ｂ）は比較対象として本実施の形態のように消磁動作の制限を行わない場合の特性を示す。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 下部走行体
１Ａ、１Ｂ 走行機構
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ リフティングマグネット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１２ 電動発電機
１３ 減速機
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
１８Ａ、１８Ｂ インバータ
１９ バッテリ
２１ 旋回用電動機
２２ レゾルバ
２３ メカニカルブレーキ
２４ 旋回減速機
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ、２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２６Ｄ ボタンスイッチ
２７ 油圧ライン
２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３１ 速度指令変換部
３２ 駆動制御装置
４０ 旋回駆動制御装置
５０ 駆動制御部
１００ 昇降圧コンバータ
１０１ リアクトル
１０２Ａ 昇圧用ＩＧＢＴ
１０２Ｂ 降圧用ＩＧＢＴ
１０３ バッテリ
１０４ 電源接続端子
１０５ モータ
１０６ 出力端子
１０７ コンデンサ
１１０ ＤＣバス
１１１ ＤＣバス電圧検出部
１１２ バッテリ電圧検出部
１１３ バッテリ電流検出部
１２０ 警報装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動駆動される電動作業要素及びリフティングマグネットを含む作業機械において、
前記電動作業要素及び前記リフティングマグネットとの間で電力の授受を行う蓄電器と、
前記電動作業要素と前記リフティングマグネットとの間を接続するＤＣバスと、
前記ＤＣバスと前記蓄電器との間に配設される昇降圧コンバータと、
前記リフティングマグネットの駆動制御を行う駆動制御部と、
前記蓄電器、前記ＤＣバス、又は前記昇降圧コンバータの異常を検出する異常検出部と
を含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記リフティングマグネットの消磁動作を制限する、ハイブリッド型作業機械。
【請求項２】
前記ＤＣバスの電圧値を検出するＤＣバス電圧検出部をさらに含み、
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記ＤＣバス電圧検出部によって検出される前記ＤＣバスの電圧値が所定値以下になるまで、前記リフティングマグネットの消磁動作を停止させる、請求項１に記載のハイブリッド型作業機械。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットから前記ＤＣバスへ供給される単位時間あたりの回生電力が前記ＤＣバスの単位時間あたりの消費電力よりも少なくなるように、前記リフティングマグネットの駆動制御を行う、請求項１又は２に記載のハイブリッド型作業機械。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットを自然放電させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド型作業機械。
【請求項１】
電動駆動される電動作業要素及びリフティングマグネットを含む作業機械において、
前記電動作業要素及び前記リフティングマグネットとの間で電力の授受を行う蓄電器と、
前記電動作業要素と前記リフティングマグネットとの間を接続するＤＣバスと、
前記ＤＣバスと前記蓄電器との間に配設される昇降圧コンバータと、
前記リフティングマグネットの駆動制御を行う駆動制御部と、
前記蓄電器、前記ＤＣバス、又は前記昇降圧コンバータの異常を検出する異常検出部と
を含み、前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記リフティングマグネットの消磁動作を制限する、ハイブリッド型作業機械。
【請求項２】
前記ＤＣバスの電圧値を検出するＤＣバス電圧検出部をさらに含み、
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出されると、前記ＤＣバス電圧検出部によって検出される前記ＤＣバスの電圧値が所定値以下になるまで、前記リフティングマグネットの消磁動作を停止させる、請求項１に記載のハイブリッド型作業機械。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットから前記ＤＣバスへ供給される単位時間あたりの回生電力が前記ＤＣバスの単位時間あたりの消費電力よりも少なくなるように、前記リフティングマグネットの駆動制御を行う、請求項１又は２に記載のハイブリッド型作業機械。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記異常検出部によって異常が検出された場合に前記リフティングマグネットを消磁させる場合は、前記リフティングマグネットを自然放電させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のハイブリッド型作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２４０４３（Ｐ２０１０−２４０４３Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９１１５９（Ｐ２００８−１９１１５９）
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【出願人】（５０２２４６５２８）住友建機株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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