リフティングマグネット式建設機械
【課題】 電動発電機が何らかの異常により発電不能となった場合においても、リフマグを駆動可能なように制御を行なうリフマグ式建設機械を提供することを課題とする。
【解決手段】 異常判定部３０Ａはエンジン回転数検出器１１Ａの検出値に基づいてエンジン１１及び変速機１３での異常の発生を判定する。異常時制御部３０Ｂは、異常判定部３０Ａから異常発生信号を受けて異常時制御を行なう。異常時制御部３０Ｂは、異常判定部３０Ａにより異常発生が判定されてからもリフティングマグネット２００に電力を供給し続けるよう蓄電装置１９，１００を制御する。
【解決手段】 異常判定部３０Ａはエンジン回転数検出器１１Ａの検出値に基づいてエンジン１１及び変速機１３での異常の発生を判定する。異常時制御部３０Ｂは、異常判定部３０Ａから異常発生信号を受けて異常時制御を行なう。異常時制御部３０Ｂは、異常判定部３０Ａにより異常発生が判定されてからもリフティングマグネット２００に電力を供給し続けるよう蓄電装置１９，１００を制御する。
【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を作業要素として有するリフティングマグネット式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業要素としてリフティングマグネットを有し、蓄電器から供給される電力及び電動発電機から供給される電力でリフティングマグネットを駆動するハイブリッド型リフティングマグネット式建設機械が知られている。ハイブリッド型リフティングマグネット式建設機械は、一般的に、リフティングマグネットを移動するためのブーム及びアーム等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備えている。油圧ポンプを駆動するためのエンジンに変速機を介して電動発電機が接続され、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、電動発電機による発電によって得られる電力を蓄電装置に充電する。以下、リフティングマグネットを略してリフマグと称する。
【０００３】
バケットの代わりにリフマグを装着可能なハイブリッド型ショベルにおいて、電動発電機及び蓄電器の少なくとも一方からリフマグに電力を供給することが提案されている。例えば、リフマグ作業モードの場合、エンジン駆動に基づき電動発電機で発電した交流電流を直流電流に変換してリフマグに供給し、この電流が設定電流より低くなると、バッテリからリフマグに電力を供給するといった制御を行なうハイブリッド型ショベルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リフマグ式建設機械において、アシスト用の電動発電機が何らかの異常により発電不能となった場合に異常処理としてリフマグ式建設機械の全ての制御を停止してしまうと、リフマグへの電力供給も停止されてしまう。リフマグは重力物を運搬するために用いられることが多く、異常発生時にもリフマグだけは機能させておくことが好ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、電動発電機が何らかの異常により発電不能となった場合においても、リフマグを駆動可能なように制御を行なうリフマグ式建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施態様によれば、エンジンと、変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、該エンジン回転数検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部とを有し、前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械が提供される。
【０００８】
上述のリフティングマグネット式建設機械において、前記電動発電機の回転数を検出する電動発電機回転数検出器をさらに有し、前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とに基づいて異常の発生を判定することとしてもよい。また、前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とを比較し、比較結果に基づいて異常の発生を判定することとしてもよい。
【０００９】
また、本発明の他の実施態様によれば、エンジンと、変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、前記変速機の温度を検出する温度検出器と、
該温度検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部とを有し、前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電動発電機がエンジンや変速機の異常により発電不能となった場合においても、リフマグが駆動可能な状態に制御されるので、リフマグによる作業の途中で異常時制御が行なわれても、リフマグ作業を安全な状態で中止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるリフマグ式建設機械の一例であるハイブリッド型リフマグ式ショベルの側面図である。
【図２】図１に示すリフマグ式ショベルの構成を示すブロック図である。
【図３】リフマグ式ショベルに用いられている蓄電系の詳細図である。
【図４】リフマグ式ショベルの異常発生前後におけるリフマグの駆動制御のパターンを概念的に示すタイムチャートである。
【図５】変速機が焼き付きを起こして異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。
【図６】変速機内の歯車が破損して異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。
【図７】変速機の温度が過度に上昇して温度異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明によるリフマグ式建設機械の一例であるハイブリッド型リフマグ式ショベルの側面図である。図１に示すリフマグ式ショベルの下部走行体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。上部旋回体３からはブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が設けられ、アーム５の先端にリフマグ（リフティングマグネット）２００が装着される。ブーム４はブームシリンダ７により油圧駆動され、アーム５はアームシリンダ８により油圧駆動され、リフマグ２００はバケットシリンダ９により油圧駆動される。また、上部旋回体３には、操縦者が乗り込むキャビン１０が設けられ、且つ動力源としてエンジンや電動発電機が搭載される。
【００１４】
図２は、図１に示すリフマグ式ショベルの構成を示すブロック図である。図２において、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。
【００１５】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、発電用電動機及びアシスト用電動機としての電動発電機１２は、ともに変速機１３の入力軸に接続されている。変速機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。
【００１６】
コントロールバルブ１７は油圧系の制御を行う制御装置である。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。
【００１７】
電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及び蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。
【００１８】
蓄電系には、インバータ１８Ｂを介してリフマグ（リフティングマグネット）２００が接続されている。リフマグ２００は、電磁石により磁性物を吸着して保持する吸着器である。すなわち、リフマグ２００は金属物を磁気的に吸着するための磁気吸着力を発生する電磁石を含んでいる。リフマグ２００には、インバータ１８Ｂを介して蓄電系から電力が供給される。
【００１９】
また、蓄電系には、インバータ２０を介して作業用電動機としての旋回用電動機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。蓄電系は、リフマグ２００、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。
【００２０】
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。旋回用電動機２１、インバータ２０、レゾルバ２２、及び旋回用減速機２４とで負荷駆動系を構成する。
【００２１】
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。圧力センサ２９には、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。
【００２２】
説明の便宜上、図２においてボタンスイッチ２６Ｄは操作装置２６から分離した状態で示されているが、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る。ボタンスイッチ２６Ｄは、コントローラ３０に電気的に接続される。ボタンスイッチ２６Ｄはリフティングマグネット２００の操作（励磁（吸着）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であってもよく、操作者の左前方にあるレバー２６Ｂに励磁用スイッチを取り付け、操作者の右前方にあるレバー２６Ａに励磁用のスイッチを取り付けてもよい。
【００２３】
次に、リフマグ式ショベルの機械系の構成について説明する。
【００２４】
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、その出力軸は変速機１３の一方の入力軸に接続される。エンジン１１は、リフマグ式ショベルの運転中は常時運転される。エンジン１１には、回転数を検出する回転数検出器１１Ａが設けられている。回転数検出器１１Ａが検出したエンジン１１の回転数は、コントローラ３０に入力される。
【００２５】
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る。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。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 Magnet)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は変速機１３の他方の入力軸に接続される。電動発電機１２には、電動発電系の異常検出部としての温度センサ１２Ａが設けられており、温度センサ１２Ａが検出した電動発電機１２の温度はコントローラ３０に入力される。電動発電機１２に負荷がかかると温度センサ１２Ａの温度検出値が上昇する。これにより、温度センサ１２Ａの温度検出値が高すぎると、電動発電機１２が過負荷状態であることを把握することができる。また、電動発電機１２には、回転数を検出する回転数検出器１２Ｂが設けられている。回転数検出器１２Ｂが検出した電動発電機１２の回転数は、コントローラ３０に入力される。
【００２６】
変速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。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。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へ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の駆動力が変速機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の駆動力が変速機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が発電運転して発電を行う。電動発電機１２の電動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。
【００２７】
変速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸との間で歯車を介して動力を伝達する動力伝達機である。歯車の駆動により変速機１３の内部で温度上昇が生じるので、変速機１３の温度を管理するために、変速機１３には温度センサ１３Ａが設けられる。温度センサ１３Ａにより検出した変速機１３Ａの温度はコントローラ３０に入力される。
【００２８】
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油圧ポンプである。メインポンプ１４で発生した油圧は、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。
【００２９】
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。油圧操作系の構成については後述する。
【００３０】
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。
【００３１】
インバータ１８Ａは、電動発電機１２と蓄電系との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う電動発電機１２の駆動制御部である。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、必要な電力を蓄電系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蓄電系を介してバッテリ１９に充電する。電動発電機１２とインバータ１８とで電動発電系を構成している。
【００３２】
インバータ１８Ｂは、リフマグ２００と蓄電系との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフマグ２００へ要求された電力を蓄電器より供給するリフマグ２００の駆動制御部である。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力を蓄電系に供給する。インバータ１８Ｂとリフティングマグネット２００とにより吸着系を構成する。
【００３３】
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に接続されている蓄電器である。バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成する。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、リフマグ２００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２００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。
【００３４】
なお、蓄電系には、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０を介して、電動発電機１２、リフマグ２００、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マグ２００又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合がある。また、リフマグ２００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る。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又はリフマグ２００に供給される場合もある。バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電系を構成している。
【００３５】
インバータ２０は、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からの制御指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う旋回用電動機２１の駆動制御部である。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、必要な電力を蓄電系から旋回用電動機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蓄電系へ充電する。
【００３６】
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。
【００３７】
これは、リフマグ２００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、リフマグ２００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。
【００３８】
このため、電動発電機１２、リフマグ２００、及び旋回用電動機２１には、いずれかに蓄電系を介して電力供給が行われ、いずれかから蓄電系に電力供給が行う状況が生じる。したがって、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフマグ２００、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。
【００３９】
蓄電系は、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、リフマグ２００、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【００４０】
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作業要素としての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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。ボタンスイッチ２６Ｄは、リフマグ２００の操作（励磁（吸着）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、運転者が例えば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。
【００４７】
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。操作装置２６は、ボタンスイッチ２６Ｄに入力されるリフマグ２００の操作内容（励磁（吸着）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。
【００４８】
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。ボタンスイッチ２６Ｄが操作されると、リフマグ２００の駆動状態（励磁（吸着）又は消磁（釈放））が切り替えられる。
【００４９】
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１７に供給する。
【００５０】
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、実施の形態１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。
【００５１】
コントローラ３０は、リフマグ式ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、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。 コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構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。また、コントローラ３０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）、リフマグ２００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。コントローラ３０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２００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。
【００５２】
また、コントローラ３０は、エンジン１１や変速機１３の故障等により電動発電機１２が発電すべきであるのに発電できなくなった異常状態を判定するための異常判定部３０Ａと、異常判定部３０Ａが異常状態と判定した際に異常時制御処理を行なう異常時制御部３０Ｂとを有している。
【００５３】
上述の異常状態として、例えば、変速機１３が焼き付きを起こして作動不能となった状態がある。この状態では、変速機１３がロックされるため変速機１３に機械的に接続されているエンジン１１の駆動も停止し（エンスト）、且つ、電動発電機１２の駆動も停止してしまう。したがって、電動発電機１２による発電が行なわれなくなり、バッテリ１９に充電できなくなってしまう。
【００５４】
また、上述の異常状態として、例えば、変速機１３の歯車の歯が無くなってしまった状態がある。この状態では、エンジン１１が駆動しても変速機１３の入力軸が空回りするだけで、駆動力を電動発電機１２に伝達することができない。したがって、エンジン１１を駆動しても電動発電機１２による発電が行なわれなくなり、バッテリ１９に充電できなくなってしまう。
【００５５】
さらに、上述の異常状態として、例えば、変速機１３が過負荷となって発熱し、変速機１３の温度が予め定められた上限温度を超えた状態がある。変速機１３が過熱状態となると、電動発電機１２の制御が停止され（サーボオフ）、要求された電力を発電できなくなる。すなわち、電動発電機１２は空回り状態となり、電動発電機１２が発生する電圧は誘起電圧のみとなる。したがって、エンジン１１を駆動しても電動発電機１２による発電は十分に行なわれなくなり、バッテリ１９に充電できなくなってしまう。
【００５６】
異常判定部３０Ａは、以上のような異常状態が発生したと判定したら、以上状態を示す異常信号を異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常信号を受けると、異常時制御を行なう。異常時制御では、リフマグ２００への電力供給のみを継続し、他の電気負荷への電力の供給を停止する。異常状態ではバッテリ１９への充電が行なわれないが、バッテリ１９に蓄電されている分だけはＤＣバス１１に放出することができる。そこで、リフマグ２００への電力供給はバッテリ１９に蓄積されている電力をＤＣバス１１に放出させることでまかなう。
【００５７】
異常時制御での動作は後述することとし、次に蓄電系について説明する。図３は、リフマグ式ショベルに用いられている蓄電系の詳細図である。
【００５８】
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、リフマグ２００、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。
【００５９】
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、インバータ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とインバータ１０５との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。インバータ１０５は、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０に相当する。また、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動するコントローラ３０の図示を省略する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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）、リフマグ２００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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。そして、ＤＣバス電圧検出部１１１とバッテリ電圧検出部１１２とは、昇降圧コンバータ１００とバッテリ１９との間で断線異常が発生すると、バッテリ電圧検出部１１２とＤＣバス電圧検出部１１１との電圧値を比較することで、異常の発生と異常発生箇所の特定を行うことができる異常検出部としても機能する。
【００６８】
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。そして、バッテリ電流検出部１１３は、蓄電系の異常検出部としても機能する。
【００６９】
電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、バッテリ１９及びインバータ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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９に通流する電流値(ibat_det)を検出する。
【００７２】
以上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。
【００７３】
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、インバータ１０５を介して供給される回生電力を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。
【００７４】
なお、図３では、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動するコントローラ３０を省略したが、コントローラ３０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。
【００７５】
図４は、リフマグ式ショベルの異常発生前後におけるリフマグ２００の駆動制御のパターンを概念的に示すタイムチャートである。
【００７６】
図４に示すように、時刻ｔ＝ｔ１で、変速機１３、エンジン１１、及びそれらの間の動力伝達系のいずれかに異常が発生したとする。
【００７７】
時刻ｔ＝ｔ１以前にリフマグ２００が励磁されていた（吸着力を発生していた）場合は、Ｌ１及びＬ２で示すように、時刻ｔ＝ｔ１以後も励磁状態（吸着状態）が維持される。この場合、実線Ｌ１で示すように励磁（吸着）状態を維持することができる。あるいは、操作者が消磁（釈放）の操作を行なった場合は、破線Ｌ２で示すようにリフマグ２００は消磁（釈放）される。
【００７８】
一方、時刻ｔ＝ｔ１以前にリフティングマグネット２００が消磁（釈放）されていた場合で、時刻ｔ＝ｔ１以後も励磁（吸着）の操作がない場合は、実線Ｌ４で示すように消磁（釈放）状態が継続される。また、時刻ｔ＝ｔ１以後に、励磁（吸着）の操作があった場合は、点線Ｌ３で示すようにリフマグ２００への励磁（吸着）の操作切り替えは禁止される。このように、本実施形態によるリフマグ式ショベルにおいては、異常状態が発生したと判定された後にリフマグ２００を励磁（吸着）状態に切り替えることはできない。
【００７９】
図５は、変速機１３が焼き付きを起こして異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。すなわち、図５は、変速機１３がロックされて動作できなくなり、その結果エンジン１１がエンストするという異常が発生する前後の各部の状態を示すグラフである。
【００８０】
図５（ａ）はＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣの変化、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴの変化、及び電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭの変化を示すグラフである。変速機１３が焼き付きを起こしてロックするという異常が時刻ｔ１で発生すると、図５（ｃ）に示すようにエンジン１１が停止（エンスト）するので、図５（ｄ）に示すようにエンジン１１に直結している電動発電機１２の運転も停止する。すなわち、コントローラ３０の異常判定部３０Ａはエンジン１１の回転数を監視しており、図５（ｃ）に示すようにエンジン１１の運転中に回転数が突然ゼロになると、異常が発生したと判定し、異常発生信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常発生信号を受けると、通常の制御を異常時制御に切り替える。
【００８１】
図５（ａ）に示す例では、異常発生前（時刻ｔ１より前）には電動発電機１２は発電運転をしていたので、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは電動発電機誘起電圧値Ｖ３であった。しかし、異常発生により電動発電機１２の発電運転はできなくなり、異常発生の時刻ｔ１において電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは突然ゼロとなる。
【００８２】
異常が発生する前は通常の制御が行なわれており、ＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１となっている。本実施形態では、コントローラ３０の異常判定部３０Ａが異常発生と判定すると、異常時制御部３０Ｂが異常時制御を行ない、電気負荷への通電を停止するが、リフマグ２００への通電だけは継続する。したがって、異常が発生した後もＤＣバス１１の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。なお、リフマグ２００への通電を継続するために、図５（ｂ）に示すように、バッテリ１９からＤＣバス１１０に供給する電圧を制御する昇降圧コンバータ１００も動作を続けるように制御される。なお、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成しており、異常の発生が判定されてからの異常時制御では、異常発生後もリフマグ２００に電力を供給し続けるように蓄電装置を制御することとなる。
【００８３】
電動発電機１２からの電力供給無しでリフマグ２００への通電が続けられるので、バッテリ１９からの電力供給のみでＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。したがって、バッテリ１９に蓄積された電力は、異常発生の時刻ｔ１以降は急激に減少し、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴは、時刻ｔ１以降にバッテリ電圧初期値Ｖ２から大きく低下していくこととなる。
【００８４】
時刻ｔ１において異常発生すると、操作者はリフマグ２００による運搬作業を中止し、リフマグ２００で吸着・保持している運搬物を安全な場所に移動する。そして、図５（ｆ）に示すように、時刻ｔ２において、操作者は操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作し、リフマグ２００の吸着動作を停止する。これにより、図５（ｅ）に示すようにリフマグ２００は動作状態（吸着状態）から停止状態となり、運搬物の吸着・保持が安全な状態で解除される。図４に示すように、異常時制御では吸着をＯＮにすることはできないが、吸着をＯＦＦすることはできるため、操作者は異常発生後の任意の時刻（時刻ｔ２）に操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作してリフマグ２００の吸着動作を停止することができる。
【００８５】
なお、図５に示す例は、変速機１３が故障して異常が発生した場合であるが、例えば運転中にエンジン１１の燃料が無くなってエンジン１１が突然停止したような場合にも同様な動作及び制御となる。
【００８６】
図６は、変速機１３内の歯車が破損して異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。すなわち、図６は、変速機１３の入力軸が空回りして出力軸に動力が伝達されなくなり、その結果、電動発電機１２を運転することができなくなるという異常が発生する前後の各部の状態を示すグラフである。
【００８７】
図６（ａ）はＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣの変化、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴの変化、及び電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭの変化を示すグラフである。変速機１３の歯車が損傷して入力軸が空回りし出力軸に動力が伝達されないという異常が時刻ｔ１で発生すると、図６（ｃ）に示すようにエンジン１１が運転しているのにもかかわらず、図６（ｄ）に示すように電動発電機１２の運転が停止する。コントローラ３０の異常判定部３０Ａはエンジン１１の回転数と電動発電機１２の回転数とを監視しており、図５（ｃ）に示すようにエンジン１１の回転数が検出されているのにもかかわらず、図６（ｄ）に示すように電動発電機１２の回転数が突然ゼロになると、異常が発生したと判定し、異常発生信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常発生信号を受けると、通常の制御を異常時制御に切り替える。
【００８８】
図６（ａ）に示す例では、異常発生前（時刻ｔ１より前）には電動発電機１２は発電運転をしていたので、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは電動発電機誘起電圧値Ｖ３であった。しかし、異常発生により電動発電機１２の発電運転はできなくなり、異常発生の時刻ｔ１において電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは突然ゼロとなる。
【００８９】
異常が発生する前は通常の制御が行なわれており、ＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１となっている。本実施形態では、コントローラ３０の異常判定部３０Ａが異常発生と判定すると、異常時制御部３０Ｂが異常時制御を行ない、電気負荷への通電を停止するが、リフマグ２００への通電だけは継続する。したがって、異常が発生した後もＤＣバス１１の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。なお、リフマグ２００への通電を継続するために、図６（ｂ）に示すように、バッテリ１９からＤＣバス１１０に供給する電圧を制御する昇降圧コンバータ１００も動作を続けるように制御される。なお、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成しており、異常の発生が判定されてからの異常時制御では、異常発生後もリフマグ２００に電力を供給し続けるように蓄電装置を制御することとなる。
【００９０】
電動発電機１２からの電力供給無しでリフマグ２００への通電が続けられるので、バッテリ１９からの電力供給のみでＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。したがって、バッテリ１９に蓄積された電力は、異常発生の時刻ｔ１以降は急激に減少し、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴは、時刻ｔ１以降にバッテリ電圧初期値Ｖ２から大きく低下していくこととなる。
【００９１】
時刻ｔ１において異常発生すると、操作者はリフマグ２００による運搬作業を中止し、リフマグ２００で吸着・保持している運搬物を安全な場所に移動する。そして、図６（ｆ）に示すように、時刻ｔ２において、操作者は操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作し、リフマグ２００の吸着動作を停止する。これにより、図６（ｅ）に示すようにリフマグ２００は動作状態（吸着状態）から停止状態となり、運搬物の吸着・保持が安全な状態で解除される。図４に示すように、異常時制御では吸着をＯＮにすることはできないが、吸着をＯＦＦすることはできるため、操作者は異常発生後の任意の時刻（時刻ｔ２）に操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作してリフマグ２００の吸着動作を停止することができる。
【００９２】
なお、図６に示す例は、変速機１３が故障して異常が発生した場合であるが、例えば運転中にエンジン１１から電動発電機１２への動力伝達系に故障が発生し、エンジン１１は運転しているが電動発電機１２が運転できなくなったような場合にも同様な動作及び制御となる。具体的には、変速機１３の代わりに動力伝達系として、スプラインでエンジン１１と電動発電機１２を直線的に結合した構成において、スプライン部が異常となった場合でも適用できる。この場合、シリーズ方式にも適用できる。
【００９３】
図７は、変速機１３の温度が過度に上昇して温度異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。すなわち、図７は、変速機１３が過負荷となって温度が上限温度以上になったため電動発電機１２の制御が停止され、電動発電機１２が通常の発電運転を行なうことができないという異常が発生する前後の各部の状態を示すグラフである。
【００９４】
図７（ａ）はＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣの変化、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴの変化、及び電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭの変化を示すグラフである。図７（ｅ）に示すように変速機１３の温度が異常温度Ｔ１を超えて変速機１３の温度異常が時刻ｔ１で発生すると、電動発電機１２の制御が停止されるので、電動発電機１２は発電運転を行なわずに空回りをするので、図７（ａ）に示すように、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは時刻ｔ１において電動発電機誘起電圧値Ｖ３まで低下する。なお、コントローラ３０の異常判定部３０Ａは、変速機１３の温度を監視しており、変速機１３の温度が異常温度を超えたら異常発生と判定し、異常発生信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常発生信号を受けると、通常の制御を異常時制御に切り替える。
【００９５】
変速機１３の温度異常が発生しても、図７（ｃ）に示すようにエンジン１１は運転を継続する。したがって、図７（ｄ）に示すように、電動発電機１２も回転し続ける。ただし、上述のように時刻ｔ１において電動発電機１２の制御が停止されるため、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは時刻ｔ１において電動発電機誘起電圧値Ｖ３まで低下する。
【００９６】
図７（ａ）に示す例では、異常発生前（時刻ｔ１より前）には電動発電機１２は発電運転をしていたので、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは電動発電機誘起電圧値Ｖ３であった。しかし、異常発生により電動発電機１２の発電運転はできなくなり、異常発生の時刻ｔ１において電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは誘起電圧値に低下する。
【００９７】
異常が発生する前は通常の制御が行なわれており、ＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１となっている。本実施形態では、コントローラ３０の異常判定部３０Ａが異常発生と判定すると、異常時制御部３０Ｂが異常時制御を行ない、電気負荷への通電を停止するが、リフマグ２００への通電だけは継続する。したがって、異常が発生した後もＤＣバス１１の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。なお、リフマグ２００への通電を継続するために、図７（ｂ）に示すように、バッテリ１９からＤＣバス１１０に供給する電圧を制御する昇降圧コンバータ１００も動作を続けるように制御される。すなわち、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成しており、異常の発生が判定されてからの異常時制御では、異常発生後もリフマグ２００に電力を供給し続けるように蓄電装置を制御することとなる。
【００９８】
電動発電機１２からの電力供給無しでリフマグ２００への通電が続けられるので、バッテリ１９からの電力供給のみでＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。したがって、バッテリ１９に蓄積された電力は、異常発生の時刻ｔ１以降は急激に減少し、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴは、時刻ｔ１以降にバッテリ電圧初期値Ｖ２から大きく低下していくこととなる。
【００９９】
ここで、温度異常の場合において、電動発電機１２の制御を停止すると（発電運転を停止して誘起電圧のみが出力される状態とすると）、変速機１３の負荷が減少するため変速機１３内で発生する熱が減少する。したがって、時刻ｔ１以降、図７（ｅ）に示すように、変速機１３の温度は徐々に下がっていき、解除温度に近づいていく。そして、変速機１３の温度は時刻ｔ２において解除温度となる。変速機１３の温度が解除温度Ｔ２となると、コントローラ３０の異常判定部３０Ａは、異常が無くなったと判定し、異常解除信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常解除信号を受けると、異常制御を解除し、通常の制御に戻す。
【０１００】
したがって、時刻ｔ２において通常の制御が再び行なわれるため、電動発電機１２は発電運転を再開し、図７（ａ）に示すように、電動発電機１２は時刻ｔ２において電動発電機誘起電圧値Ｖ３を再び出力するようになる。
【０１０１】
以上のように、時刻ｔ１において変速機１３の温度異常が発生しても、リフマグ２００への電力供給が継続されるため、操作者はリフマグ２００による作業を継続して行なうことができ、時刻ｔ２において通常の制御に戻されるため、引き続きリフマグ２００による作業を継続することができる。したがって、操作者は、図７（ｇ）に示すように、リフマグ２００による作業を終了してから任意の時刻ｔ３において、操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作し、リフマグ２００の吸着動作を停止する。これにより、図７（ｆ）に示すようにリフマグ２００は時刻ｔ３において動作状態（吸着状態）から停止状態となり、運搬物の吸着・保持が解除される。ここで、本実施形態では、エンジンの回転動力がメインポンプ１４と電動発電機１２に分けられるパラレル方式のハイブリッド型リフマグ式建設機械について説明したが、エンジン１１の回転動力を電動発電機１２のみに伝達するシリーズ式のハイブリッド型リフマグ式建設機械に本発明を適用することもできる。その場合、電動発電機１２はエンジン１１の回転による発電機能のみを行なう。
【０１０２】
以上、本発明の例示的な実施形態のハイブリッド型リフマグ式建設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。
【符号の説明】
【０１０３】
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
７ ブームシリンダ
７Ａ 油圧管
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
１１Ａ 回転数検出器
１２ 電動発電機
１２Ａ 温度センサ
１２Ｂ 回転数検出器
１３ 変速機
１３Ａ 温度センサ
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
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、２０、４１０ 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
３０Ａ 異常判定部
３０Ｂ 異常時制御部
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 駆動制御部
２００ リフティングマグネット
３００ 発電機
３１０ 油圧モータ
４００ ポンプ用電動機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフティングマグネットを作業要素として有するリフティングマグネット式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業要素としてリフティングマグネットを有し、蓄電器から供給される電力及び電動発電機から供給される電力でリフティングマグネットを駆動するハイブリッド型リフティングマグネット式建設機械が知られている。ハイブリッド型リフティングマグネット式建設機械は、一般的に、リフティングマグネットを移動するためのブーム及びアーム等の作業要素を油圧駆動するための油圧ポンプを備えている。油圧ポンプを駆動するためのエンジンに変速機を介して電動発電機が接続され、電動発電機でエンジンの駆動をアシストするとともに、電動発電機による発電によって得られる電力を蓄電装置に充電する。以下、リフティングマグネットを略してリフマグと称する。
【０００３】
バケットの代わりにリフマグを装着可能なハイブリッド型ショベルにおいて、電動発電機及び蓄電器の少なくとも一方からリフマグに電力を供給することが提案されている。例えば、リフマグ作業モードの場合、エンジン駆動に基づき電動発電機で発電した交流電流を直流電流に変換してリフマグに供給し、この電流が設定電流より低くなると、バッテリからリフマグに電力を供給するといった制御を行なうハイブリッド型ショベルが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リフマグ式建設機械において、アシスト用の電動発電機が何らかの異常により発電不能となった場合に異常処理としてリフマグ式建設機械の全ての制御を停止してしまうと、リフマグへの電力供給も停止されてしまう。リフマグは重力物を運搬するために用いられることが多く、異常発生時にもリフマグだけは機能させておくことが好ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、電動発電機が何らかの異常により発電不能となった場合においても、リフマグを駆動可能なように制御を行なうリフマグ式建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施態様によれば、エンジンと、変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、該エンジン回転数検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部とを有し、前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械が提供される。
【０００８】
上述のリフティングマグネット式建設機械において、前記電動発電機の回転数を検出する電動発電機回転数検出器をさらに有し、前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とに基づいて異常の発生を判定することとしてもよい。また、前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とを比較し、比較結果に基づいて異常の発生を判定することとしてもよい。
【０００９】
また、本発明の他の実施態様によれば、エンジンと、変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、前記変速機の温度を検出する温度検出器と、
該温度検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部とを有し、前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電動発電機がエンジンや変速機の異常により発電不能となった場合においても、リフマグが駆動可能な状態に制御されるので、リフマグによる作業の途中で異常時制御が行なわれても、リフマグ作業を安全な状態で中止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるリフマグ式建設機械の一例であるハイブリッド型リフマグ式ショベルの側面図である。
【図２】図１に示すリフマグ式ショベルの構成を示すブロック図である。
【図３】リフマグ式ショベルに用いられている蓄電系の詳細図である。
【図４】リフマグ式ショベルの異常発生前後におけるリフマグの駆動制御のパターンを概念的に示すタイムチャートである。
【図５】変速機が焼き付きを起こして異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。
【図６】変速機内の歯車が破損して異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。
【図７】変速機の温度が過度に上昇して温度異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明によるリフマグ式建設機械の一例であるハイブリッド型リフマグ式ショベルの側面図である。図１に示すリフマグ式ショベルの下部走行体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。上部旋回体３からはブーム４が延在し、ブーム４の先端にアーム５が設けられ、アーム５の先端にリフマグ（リフティングマグネット）２００が装着される。ブーム４はブームシリンダ７により油圧駆動され、アーム５はアームシリンダ８により油圧駆動され、リフマグ２００はバケットシリンダ９により油圧駆動される。また、上部旋回体３には、操縦者が乗り込むキャビン１０が設けられ、且つ動力源としてエンジンや電動発電機が搭載される。
【００１４】
図２は、図１に示すリフマグ式ショベルの構成を示すブロック図である。図２において、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。
【００１５】
機械式駆動部としてのエンジン１１と、発電用電動機及びアシスト用電動機としての電動発電機１２は、ともに変速機１３の入力軸に接続されている。変速機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。
【００１６】
コントロールバルブ１７は油圧系の制御を行う制御装置である。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。
【００１７】
電動発電機１２には、インバータ１８Ａ及び蓄電制御部としての昇降圧コンバータ１００を介して蓄電器としてのバッテリ１９が接続される。
【００１８】
蓄電系には、インバータ１８Ｂを介してリフマグ（リフティングマグネット）２００が接続されている。リフマグ２００は、電磁石により磁性物を吸着して保持する吸着器である。すなわち、リフマグ２００は金属物を磁気的に吸着するための磁気吸着力を発生する電磁石を含んでいる。リフマグ２００には、インバータ１８Ｂを介して蓄電系から電力が供給される。
【００１９】
また、蓄電系には、インバータ２０を介して作業用電動機としての旋回用電動機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。蓄電系は、リフマグ２００、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。
【００２０】
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。旋回用電動機２１、インバータ２０、レゾルバ２２、及び旋回用減速機２４とで負荷駆動系を構成する。
【００２１】
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。圧力センサ２９には、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。
【００２２】
説明の便宜上、図２においてボタンスイッチ２６Ｄは操作装置２６から分離した状態で示されているが、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る。ボタンスイッチ２６Ｄは、コントローラ３０に電気的に接続される。ボタンスイッチ２６Ｄはリフティングマグネット２００の操作（励磁（吸着）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であってもよく、操作者の左前方にあるレバー２６Ｂに励磁用スイッチを取り付け、操作者の右前方にあるレバー２６Ａに励磁用のスイッチを取り付けてもよい。
【００２３】
次に、リフマグ式ショベルの機械系の構成について説明する。
【００２４】
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、その出力軸は変速機１３の一方の入力軸に接続される。エンジン１１は、リフマグ式ショベルの運転中は常時運転される。エンジン１１には、回転数を検出する回転数検出器１１Ａが設けられている。回転数検出器１１Ａが検出したエンジン１１の回転数は、コントローラ３０に入力される。
【００２５】
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る。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。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 Magnet)モータで構成することができる。電動発電機１２の回転軸は変速機１３の他方の入力軸に接続される。電動発電機１２には、電動発電系の異常検出部としての温度センサ１２Ａが設けられており、温度センサ１２Ａが検出した電動発電機１２の温度はコントローラ３０に入力される。電動発電機１２に負荷がかかると温度センサ１２Ａの温度検出値が上昇する。これにより、温度センサ１２Ａの温度検出値が高すぎると、電動発電機１２が過負荷状態であることを把握することができる。また、電動発電機１２には、回転数を検出する回転数検出器１２Ｂが設けられている。回転数検出器１２Ｂが検出した電動発電機１２の回転数は、コントローラ３０に入力される。
【００２６】
変速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。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。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へ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の駆動力が変速機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の駆動力が変速機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が発電運転して発電を行う。電動発電機１２の電動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。
【００２７】
変速機１３は、２つの入力軸と１つの出力軸との間で歯車を介して動力を伝達する動力伝達機である。歯車の駆動により変速機１３の内部で温度上昇が生じるので、変速機１３の温度を管理するために、変速機１３には温度センサ１３Ａが設けられる。温度センサ１３Ａにより検出した変速機１３Ａの温度はコントローラ３０に入力される。
【００２８】
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油圧ポンプである。メインポンプ１４で発生した油圧は、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。
【００２９】
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。油圧操作系の構成については後述する。
【００３０】
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。
【００３１】
インバータ１８Ａは、電動発電機１２と蓄電系との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う電動発電機１２の駆動制御部である。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、必要な電力を蓄電系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蓄電系を介してバッテリ１９に充電する。電動発電機１２とインバータ１８とで電動発電系を構成している。
【００３２】
インバータ１８Ｂは、リフマグ２００と蓄電系との間に設けられ、コントローラ３０からの制御指令に基づき、電磁石をオンにする際には、リフマグ２００へ要求された電力を蓄電器より供給するリフマグ２００の駆動制御部である。また、電磁石をオフにする場合には、回生された電力を蓄電系に供給する。インバータ１８Ｂとリフティングマグネット２００とにより吸着系を構成する。
【００３３】
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に接続されている蓄電器である。バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成する。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、リフマグ２００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２００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。
【００３４】
なお、蓄電系には、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、及び２０を介して、電動発電機１２、リフマグ２００、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マグ２００又は旋回用電動機２１に直接的に供給される場合がある。また、リフマグ２００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る。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又はリフマグ２００に供給される場合もある。バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電系を構成している。
【００３５】
インバータ２０は、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からの制御指令に基づき、旋回用電動機２１に対して運転制御を行う旋回用電動機２１の駆動制御部である。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、必要な電力を蓄電系から旋回用電動機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蓄電系へ充電する。
【００３６】
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。
【００３７】
これは、リフマグ２００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、リフマグ２００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。
【００３８】
このため、電動発電機１２、リフマグ２００、及び旋回用電動機２１には、いずれかに蓄電系を介して電力供給が行われ、いずれかから蓄電系に電力供給が行う状況が生じる。したがって、昇降圧コンバータ１００は、電動発電機１２、リフマグ２００、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。
【００３９】
蓄電系は、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、リフマグ２００、及び旋回用電動機２１の間で電力の授受を行う。
【００４０】
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作業要素としての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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。ボタンスイッチ２６Ｄは、リフマグ２００の操作（励磁（吸着）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、運転者が例えば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。
【００４７】
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。操作装置２６は、ボタンスイッチ２６Ｄに入力されるリフマグ２００の操作内容（励磁（吸着）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。
【００４８】
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。ボタンスイッチ２６Ｄが操作されると、リフマグ２００の駆動状態（励磁（吸着）又は消磁（釈放））が切り替えられる。
【００４９】
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１７に供給する。
【００５０】
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、実施の形態１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。
【００５１】
コントローラ３０は、リフマグ式ショベルの駆動制御を行う制御装置であり、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。 コントローラ３０は、圧力センサ２９から入力される信号のうち、旋回機構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。また、コントローラ３０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）、リフマグ２００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。コントローラ３０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２００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。
【００５２】
また、コントローラ３０は、エンジン１１や変速機１３の故障等により電動発電機１２が発電すべきであるのに発電できなくなった異常状態を判定するための異常判定部３０Ａと、異常判定部３０Ａが異常状態と判定した際に異常時制御処理を行なう異常時制御部３０Ｂとを有している。
【００５３】
上述の異常状態として、例えば、変速機１３が焼き付きを起こして作動不能となった状態がある。この状態では、変速機１３がロックされるため変速機１３に機械的に接続されているエンジン１１の駆動も停止し（エンスト）、且つ、電動発電機１２の駆動も停止してしまう。したがって、電動発電機１２による発電が行なわれなくなり、バッテリ１９に充電できなくなってしまう。
【００５４】
また、上述の異常状態として、例えば、変速機１３の歯車の歯が無くなってしまった状態がある。この状態では、エンジン１１が駆動しても変速機１３の入力軸が空回りするだけで、駆動力を電動発電機１２に伝達することができない。したがって、エンジン１１を駆動しても電動発電機１２による発電が行なわれなくなり、バッテリ１９に充電できなくなってしまう。
【００５５】
さらに、上述の異常状態として、例えば、変速機１３が過負荷となって発熱し、変速機１３の温度が予め定められた上限温度を超えた状態がある。変速機１３が過熱状態となると、電動発電機１２の制御が停止され（サーボオフ）、要求された電力を発電できなくなる。すなわち、電動発電機１２は空回り状態となり、電動発電機１２が発生する電圧は誘起電圧のみとなる。したがって、エンジン１１を駆動しても電動発電機１２による発電は十分に行なわれなくなり、バッテリ１９に充電できなくなってしまう。
【００５６】
異常判定部３０Ａは、以上のような異常状態が発生したと判定したら、以上状態を示す異常信号を異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常信号を受けると、異常時制御を行なう。異常時制御では、リフマグ２００への電力供給のみを継続し、他の電気負荷への電力の供給を停止する。異常状態ではバッテリ１９への充電が行なわれないが、バッテリ１９に蓄電されている分だけはＤＣバス１１に放出することができる。そこで、リフマグ２００への電力供給はバッテリ１９に蓄積されている電力をＤＣバス１１に放出させることでまかなう。
【００５７】
異常時制御での動作は後述することとし、次に蓄電系について説明する。図３は、リフマグ式ショベルに用いられている蓄電系の詳細図である。
【００５８】
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、リフマグ２００、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。
【００５９】
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、インバータ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とインバータ１０５との間は、ＤＣバス１１０によって接続される。インバータ１０５は、インバータ１８Ａ、１８Ｂ、２０に相当する。また、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動するコントローラ３０の図示を省略する。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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）、リフマグ２００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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。そして、ＤＣバス電圧検出部１１１とバッテリ電圧検出部１１２とは、昇降圧コンバータ１００とバッテリ１９との間で断線異常が発生すると、バッテリ電圧検出部１１２とＤＣバス電圧検出部１１１との電圧値を比較することで、異常の発生と異常発生箇所の特定を行うことができる異常検出部としても機能する。
【００６８】
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。そして、バッテリ電流検出部１１３は、蓄電系の異常検出部としても機能する。
【００６９】
電源接続端子１０４及び出力端子１０６は、バッテリ１９及びインバータ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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。バッテリ電流検出部１１３は、バッテリ１９に通流する電流値(ibat_det)を検出する。
【００７２】
以上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。
【００７３】
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、インバータ１０５を介して供給される回生電力を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。
【００７４】
なお、図３では、昇圧用ＩＧＢＴ１０２Ａ及び降圧用ＩＧＢＴ１０２ＢをＰＷＭ駆動するコントローラ３０を省略したが、コントローラ３０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。
【００７５】
図４は、リフマグ式ショベルの異常発生前後におけるリフマグ２００の駆動制御のパターンを概念的に示すタイムチャートである。
【００７６】
図４に示すように、時刻ｔ＝ｔ１で、変速機１３、エンジン１１、及びそれらの間の動力伝達系のいずれかに異常が発生したとする。
【００７７】
時刻ｔ＝ｔ１以前にリフマグ２００が励磁されていた（吸着力を発生していた）場合は、Ｌ１及びＬ２で示すように、時刻ｔ＝ｔ１以後も励磁状態（吸着状態）が維持される。この場合、実線Ｌ１で示すように励磁（吸着）状態を維持することができる。あるいは、操作者が消磁（釈放）の操作を行なった場合は、破線Ｌ２で示すようにリフマグ２００は消磁（釈放）される。
【００７８】
一方、時刻ｔ＝ｔ１以前にリフティングマグネット２００が消磁（釈放）されていた場合で、時刻ｔ＝ｔ１以後も励磁（吸着）の操作がない場合は、実線Ｌ４で示すように消磁（釈放）状態が継続される。また、時刻ｔ＝ｔ１以後に、励磁（吸着）の操作があった場合は、点線Ｌ３で示すようにリフマグ２００への励磁（吸着）の操作切り替えは禁止される。このように、本実施形態によるリフマグ式ショベルにおいては、異常状態が発生したと判定された後にリフマグ２００を励磁（吸着）状態に切り替えることはできない。
【００７９】
図５は、変速機１３が焼き付きを起こして異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。すなわち、図５は、変速機１３がロックされて動作できなくなり、その結果エンジン１１がエンストするという異常が発生する前後の各部の状態を示すグラフである。
【００８０】
図５（ａ）はＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣの変化、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴの変化、及び電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭの変化を示すグラフである。変速機１３が焼き付きを起こしてロックするという異常が時刻ｔ１で発生すると、図５（ｃ）に示すようにエンジン１１が停止（エンスト）するので、図５（ｄ）に示すようにエンジン１１に直結している電動発電機１２の運転も停止する。すなわち、コントローラ３０の異常判定部３０Ａはエンジン１１の回転数を監視しており、図５（ｃ）に示すようにエンジン１１の運転中に回転数が突然ゼロになると、異常が発生したと判定し、異常発生信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常発生信号を受けると、通常の制御を異常時制御に切り替える。
【００８１】
図５（ａ）に示す例では、異常発生前（時刻ｔ１より前）には電動発電機１２は発電運転をしていたので、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは電動発電機誘起電圧値Ｖ３であった。しかし、異常発生により電動発電機１２の発電運転はできなくなり、異常発生の時刻ｔ１において電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは突然ゼロとなる。
【００８２】
異常が発生する前は通常の制御が行なわれており、ＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１となっている。本実施形態では、コントローラ３０の異常判定部３０Ａが異常発生と判定すると、異常時制御部３０Ｂが異常時制御を行ない、電気負荷への通電を停止するが、リフマグ２００への通電だけは継続する。したがって、異常が発生した後もＤＣバス１１の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。なお、リフマグ２００への通電を継続するために、図５（ｂ）に示すように、バッテリ１９からＤＣバス１１０に供給する電圧を制御する昇降圧コンバータ１００も動作を続けるように制御される。なお、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成しており、異常の発生が判定されてからの異常時制御では、異常発生後もリフマグ２００に電力を供給し続けるように蓄電装置を制御することとなる。
【００８３】
電動発電機１２からの電力供給無しでリフマグ２００への通電が続けられるので、バッテリ１９からの電力供給のみでＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。したがって、バッテリ１９に蓄積された電力は、異常発生の時刻ｔ１以降は急激に減少し、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴは、時刻ｔ１以降にバッテリ電圧初期値Ｖ２から大きく低下していくこととなる。
【００８４】
時刻ｔ１において異常発生すると、操作者はリフマグ２００による運搬作業を中止し、リフマグ２００で吸着・保持している運搬物を安全な場所に移動する。そして、図５（ｆ）に示すように、時刻ｔ２において、操作者は操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作し、リフマグ２００の吸着動作を停止する。これにより、図５（ｅ）に示すようにリフマグ２００は動作状態（吸着状態）から停止状態となり、運搬物の吸着・保持が安全な状態で解除される。図４に示すように、異常時制御では吸着をＯＮにすることはできないが、吸着をＯＦＦすることはできるため、操作者は異常発生後の任意の時刻（時刻ｔ２）に操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作してリフマグ２００の吸着動作を停止することができる。
【００８５】
なお、図５に示す例は、変速機１３が故障して異常が発生した場合であるが、例えば運転中にエンジン１１の燃料が無くなってエンジン１１が突然停止したような場合にも同様な動作及び制御となる。
【００８６】
図６は、変速機１３内の歯車が破損して異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。すなわち、図６は、変速機１３の入力軸が空回りして出力軸に動力が伝達されなくなり、その結果、電動発電機１２を運転することができなくなるという異常が発生する前後の各部の状態を示すグラフである。
【００８７】
図６（ａ）はＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣの変化、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴの変化、及び電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭの変化を示すグラフである。変速機１３の歯車が損傷して入力軸が空回りし出力軸に動力が伝達されないという異常が時刻ｔ１で発生すると、図６（ｃ）に示すようにエンジン１１が運転しているのにもかかわらず、図６（ｄ）に示すように電動発電機１２の運転が停止する。コントローラ３０の異常判定部３０Ａはエンジン１１の回転数と電動発電機１２の回転数とを監視しており、図５（ｃ）に示すようにエンジン１１の回転数が検出されているのにもかかわらず、図６（ｄ）に示すように電動発電機１２の回転数が突然ゼロになると、異常が発生したと判定し、異常発生信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常発生信号を受けると、通常の制御を異常時制御に切り替える。
【００８８】
図６（ａ）に示す例では、異常発生前（時刻ｔ１より前）には電動発電機１２は発電運転をしていたので、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは電動発電機誘起電圧値Ｖ３であった。しかし、異常発生により電動発電機１２の発電運転はできなくなり、異常発生の時刻ｔ１において電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは突然ゼロとなる。
【００８９】
異常が発生する前は通常の制御が行なわれており、ＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１となっている。本実施形態では、コントローラ３０の異常判定部３０Ａが異常発生と判定すると、異常時制御部３０Ｂが異常時制御を行ない、電気負荷への通電を停止するが、リフマグ２００への通電だけは継続する。したがって、異常が発生した後もＤＣバス１１の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。なお、リフマグ２００への通電を継続するために、図６（ｂ）に示すように、バッテリ１９からＤＣバス１１０に供給する電圧を制御する昇降圧コンバータ１００も動作を続けるように制御される。なお、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成しており、異常の発生が判定されてからの異常時制御では、異常発生後もリフマグ２００に電力を供給し続けるように蓄電装置を制御することとなる。
【００９０】
電動発電機１２からの電力供給無しでリフマグ２００への通電が続けられるので、バッテリ１９からの電力供給のみでＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。したがって、バッテリ１９に蓄積された電力は、異常発生の時刻ｔ１以降は急激に減少し、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴは、時刻ｔ１以降にバッテリ電圧初期値Ｖ２から大きく低下していくこととなる。
【００９１】
時刻ｔ１において異常発生すると、操作者はリフマグ２００による運搬作業を中止し、リフマグ２００で吸着・保持している運搬物を安全な場所に移動する。そして、図６（ｆ）に示すように、時刻ｔ２において、操作者は操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作し、リフマグ２００の吸着動作を停止する。これにより、図６（ｅ）に示すようにリフマグ２００は動作状態（吸着状態）から停止状態となり、運搬物の吸着・保持が安全な状態で解除される。図４に示すように、異常時制御では吸着をＯＮにすることはできないが、吸着をＯＦＦすることはできるため、操作者は異常発生後の任意の時刻（時刻ｔ２）に操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作してリフマグ２００の吸着動作を停止することができる。
【００９２】
なお、図６に示す例は、変速機１３が故障して異常が発生した場合であるが、例えば運転中にエンジン１１から電動発電機１２への動力伝達系に故障が発生し、エンジン１１は運転しているが電動発電機１２が運転できなくなったような場合にも同様な動作及び制御となる。具体的には、変速機１３の代わりに動力伝達系として、スプラインでエンジン１１と電動発電機１２を直線的に結合した構成において、スプライン部が異常となった場合でも適用できる。この場合、シリーズ方式にも適用できる。
【００９３】
図７は、変速機１３の温度が過度に上昇して温度異常発生となる際のリフマグ式ショベルの各部の状態を示す図である。すなわち、図７は、変速機１３が過負荷となって温度が上限温度以上になったため電動発電機１２の制御が停止され、電動発電機１２が通常の発電運転を行なうことができないという異常が発生する前後の各部の状態を示すグラフである。
【００９４】
図７（ａ）はＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣの変化、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴの変化、及び電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭの変化を示すグラフである。図７（ｅ）に示すように変速機１３の温度が異常温度Ｔ１を超えて変速機１３の温度異常が時刻ｔ１で発生すると、電動発電機１２の制御が停止されるので、電動発電機１２は発電運転を行なわずに空回りをするので、図７（ａ）に示すように、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは時刻ｔ１において電動発電機誘起電圧値Ｖ３まで低下する。なお、コントローラ３０の異常判定部３０Ａは、変速機１３の温度を監視しており、変速機１３の温度が異常温度を超えたら異常発生と判定し、異常発生信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常発生信号を受けると、通常の制御を異常時制御に切り替える。
【００９５】
変速機１３の温度異常が発生しても、図７（ｃ）に示すようにエンジン１１は運転を継続する。したがって、図７（ｄ）に示すように、電動発電機１２も回転し続ける。ただし、上述のように時刻ｔ１において電動発電機１２の制御が停止されるため、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは時刻ｔ１において電動発電機誘起電圧値Ｖ３まで低下する。
【００９６】
図７（ａ）に示す例では、異常発生前（時刻ｔ１より前）には電動発電機１２は発電運転をしていたので、電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは電動発電機誘起電圧値Ｖ３であった。しかし、異常発生により電動発電機１２の発電運転はできなくなり、異常発生の時刻ｔ１において電動発電機１２の電圧値ＶＡＳＭは誘起電圧値に低下する。
【００９７】
異常が発生する前は通常の制御が行なわれており、ＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１となっている。本実施形態では、コントローラ３０の異常判定部３０Ａが異常発生と判定すると、異常時制御部３０Ｂが異常時制御を行ない、電気負荷への通電を停止するが、リフマグ２００への通電だけは継続する。したがって、異常が発生した後もＤＣバス１１の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。なお、リフマグ２００への通電を継続するために、図７（ｂ）に示すように、バッテリ１９からＤＣバス１１０に供給する電圧を制御する昇降圧コンバータ１００も動作を続けるように制御される。すなわち、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００とで蓄電装置を構成しており、異常の発生が判定されてからの異常時制御では、異常発生後もリフマグ２００に電力を供給し続けるように蓄電装置を制御することとなる。
【００９８】
電動発電機１２からの電力供給無しでリフマグ２００への通電が続けられるので、バッテリ１９からの電力供給のみでＤＣバス１１０の電圧値ＶＤＣはＤＣバス電圧制御値Ｖ１に維持される。したがって、バッテリ１９に蓄積された電力は、異常発生の時刻ｔ１以降は急激に減少し、バッテリ１９の電圧値ＶＢＡＴは、時刻ｔ１以降にバッテリ電圧初期値Ｖ２から大きく低下していくこととなる。
【００９９】
ここで、温度異常の場合において、電動発電機１２の制御を停止すると（発電運転を停止して誘起電圧のみが出力される状態とすると）、変速機１３の負荷が減少するため変速機１３内で発生する熱が減少する。したがって、時刻ｔ１以降、図７（ｅ）に示すように、変速機１３の温度は徐々に下がっていき、解除温度に近づいていく。そして、変速機１３の温度は時刻ｔ２において解除温度となる。変速機１３の温度が解除温度Ｔ２となると、コントローラ３０の異常判定部３０Ａは、異常が無くなったと判定し、異常解除信号を生成して異常時制御部３０Ｂに送る。異常時制御部３０Ｂは、異常解除信号を受けると、異常制御を解除し、通常の制御に戻す。
【０１００】
したがって、時刻ｔ２において通常の制御が再び行なわれるため、電動発電機１２は発電運転を再開し、図７（ａ）に示すように、電動発電機１２は時刻ｔ２において電動発電機誘起電圧値Ｖ３を再び出力するようになる。
【０１０１】
以上のように、時刻ｔ１において変速機１３の温度異常が発生しても、リフマグ２００への電力供給が継続されるため、操作者はリフマグ２００による作業を継続して行なうことができ、時刻ｔ２において通常の制御に戻されるため、引き続きリフマグ２００による作業を継続することができる。したがって、操作者は、図７（ｇ）に示すように、リフマグ２００による作業を終了してから任意の時刻ｔ３において、操作装置２６のボタンスイッチ２６Ｄを操作し、リフマグ２００の吸着動作を停止する。これにより、図７（ｆ）に示すようにリフマグ２００は時刻ｔ３において動作状態（吸着状態）から停止状態となり、運搬物の吸着・保持が解除される。ここで、本実施形態では、エンジンの回転動力がメインポンプ１４と電動発電機１２に分けられるパラレル方式のハイブリッド型リフマグ式建設機械について説明したが、エンジン１１の回転動力を電動発電機１２のみに伝達するシリーズ式のハイブリッド型リフマグ式建設機械に本発明を適用することもできる。その場合、電動発電機１２はエンジン１１の回転による発電機能のみを行なう。
【０１０２】
以上、本発明の例示的な実施形態のハイブリッド型リフマグ式建設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。
【符号の説明】
【０１０３】
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
７ ブームシリンダ
７Ａ 油圧管
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
１１Ａ 回転数検出器
１２ 電動発電機
１２Ａ 温度センサ
１２Ｂ 回転数検出器
１３ 変速機
１３Ａ 温度センサ
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
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、２０、４１０ 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
３０Ａ 異常判定部
３０Ｂ 異常時制御部
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 駆動制御部
２００ リフティングマグネット
３００ 発電機
３１０ 油圧モータ
４００ ポンプ用電動機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、
該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、
該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、
前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、
該エンジン回転数検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、
該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部と
を有し、
前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【請求項２】
請求項１記載のリフティングマグネット式建設機械であって、
前記電動発電機の回転数を検出する電動発電機回転数検出器をさらに有し、
前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とに基づいて異常の発生を判定することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【請求項３】
請求項２記載のリフティングマグネット式建設記載であって、
前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とを比較し、比較結果に基づいて異常の発生を判定することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【請求項４】
エンジンと、
変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、
該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、
該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、
前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、
前記変速機の温度を検出する温度検出器と、
該温度検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、
該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部と
を有し、
前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【請求項１】
エンジンと、
変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、
該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、
該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、
前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、
該エンジン回転数検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、
該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部と
を有し、
前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【請求項２】
請求項１記載のリフティングマグネット式建設機械であって、
前記電動発電機の回転数を検出する電動発電機回転数検出器をさらに有し、
前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とに基づいて異常の発生を判定することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【請求項３】
請求項２記載のリフティングマグネット式建設記載であって、
前記異常判定部は、前記エンジン回転数検出器の検出値と前記電動発電機回転数検出器の検出値とを比較し、比較結果に基づいて異常の発生を判定することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【請求項４】
エンジンと、
変速機を介して該エンジンに連結された電動発電機と、
該電動発電機が発生した電力を蓄積する蓄電装置と、
該蓄電装置から電力の供給を受けて励磁される電磁石を有するリフティングマグネットと、
前記電動発電機と前記蓄電装置とを制御する制御部と、
前記変速機の温度を検出する温度検出器と、
該温度検出器の検出値に基づいて異常の発生を判定する異常判定部と、
該異常判定部から異常発生信号を受けて異常時制御を行なう異常時制御部と
を有し、
前記異常時制御部は、前記異常判定部により異常発生が判定されてからも前記リフティングマグネットに電力を供給し続けるよう前記蓄電装置を制御することを特徴とするリフティングマグネット式建設機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１０５４５４（Ｐ２０１１−１０５４５４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６２１９６（Ｐ２００９−２６２１９６）
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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