JP6987486B2 - リフティングマグネット作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、リフティングマグネット作業機械に関する。

従来から、鋼材や鉄鋼物を運搬したり、移動したり等するための作業機械として、リフティングマグネット（以下、「リフマグ」と称する）を有する作業機械（リフティングマグネット作業機械。以下、「リフマグ機」と称する）が用いられる。

例えば、エンジンで駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプの吐出圧で作動する油圧モータと、油圧モータで駆動される発電機と、発電機の交流電力を直流化する整流器と、整流器から出力される直流電力をリフマグに含まれる電磁石（電磁コイル）に印加する駆動回路を備える作業機械が開示されている（例えば、特許文献１等参照）。

特許文献１の構成では、駆動回路は、整流器を介して供給される発電機の電力で電磁石を励磁させる共に、リフマグの釈放時（電磁石を消磁させる際）、電磁石から電気エネルギ、即ち、回生電力（以下、回生可能な電力の意味で用いる）として放出される励磁エネルギを抵抗器で熱エネルギとして消費させる。また、他の例として、リフマグの釈放時、電磁石から放出される回生電力をコンデンサ等に蓄電させる技術も知られている。

特願２００４−２９９８１８号公報

しかしながら、リフマグの釈放時、電磁石から放出される回生電力を抵抗器で消費させる構成を採用する場合、回生電力を熱エネルギとして捨てているため、エネルギ効率の観点で好ましくない。また、電磁石から放出される回生電力を消費させるために、大型の抵抗器を必要とするため、周辺部品を含めた熱対策のための構造等を含めて大きな空間を占有し、搭載性の観点で問題が生じる可能性がある。

一方、電磁石から放出される回生電力をコンデンサ等に蓄電させる場合、コンデンサ等に蓄電される電力を事後的に有効活用することが可能であるものの、抵抗器同様、大容量のコンデンサ等を搭載する必要があるため、搭載性の点で問題が生じる可能性がある。また、大容量のコンデンサ等は、比較的高価であるため、コストの観点から採用が困難な場合も有り得る。

そこで、上記課題に鑑み、比較的安価な構成で、リフマグの釈放時に電磁石から放出される回生電力を有効活用することが可能なリフティングマグネット作業機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、一実施形態において、リフティングマグネット作業機械は、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
エンジンと、
前記エンジンと機械的に連結される電動発電機と、
前記エンジン及び前記電動機と機械的に連結される、可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される作動油を用いて、前記下部走行体及び前記上部旋回体を含む複数の被駆動要素のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記電動発電機に接続されるインバータと、
前記インバータに接続されるＤＣバスと、
前記ＤＣバスに接続される駆動回路と、
前記駆動回路に接続され、前記電動発電機から供給される電力で、電磁吸着力を発生する電磁石を含むリフティングマグネットと、を備え、
前記駆動回路は、前記電磁石の励磁状態を制御すると共に、
前記インバータは、前記リフティングマグネットの釈放時、前記駆動回路を介して前記電磁石から放出される回生電力を外部に蓄電することなく前記電動発電機に供給し力行運転させる。

上述の実施形態によれば、比較的安価な構成で、リフマグの釈放時に電磁石から放出される回生電力を有効活用することが可能なリフティングマグネット作業機械を提供することができる。

リフティングマグネット作業機械を示す側面図である。 リフティングマグネット作業機械の駆動系の構成の一例を示すブロック図である。 コントローラ（第２制御部）によるエンジン制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。 リフティングマグネット作業機械におけるリフマグの励磁駆動部の構成の一例を示す図である。 コントローラ（第３制御部）によるリフマグ制御処理の一例を概略的に示すフローチャートである。 リフティングマグネット作業機械の動作を示すタイミングチャートである。 リフティングマグネット作業機械の作業パターンの一例を説明する図である。 コントローラ（第３制御部）によるリフマグ制御処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。 コントローラ（第２制御部）によるエンジン制御処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。

［リフティングマグネット作業機械の構成］
図１は、本実施形態に係るリフティングマグネット作業機械（リフマグ機）を示す側面図である。

図１に示すように、走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ（図２参照）により油圧駆動される下部走行体１には、旋回油圧モータ２１（図２参照）により油圧駆動される旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端には、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端には、リフティングマグネット（リフマグ）６が取り付けられる。アタッチメントとしてのブーム４、アーム５、及びリフマグ６は、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びリフマグシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３には、オペレータが搭乗するキャビン１０が設けられると共に、エンジン１１、電動発電機４４（図２参照）等が搭載される。

図２は、本実施形態に係るリフマグ機の駆動系の構成の一例を示すブロック図である。図中、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太い実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細い実線でそれぞれ示されている。

エンジン１１は、リフマグ機の駆動力源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１は、減速機１３の２つの入力軸の一方に機械的に連結され、減速機１３の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に機械的に連結される。即ち、エンジン１１は、減速機１３を介して、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。

メインポンプ１４は、高圧油圧ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ１４は、斜板の角度（傾転角）を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量、すなわち、ポンプ出力を変化させることができる。メインポンプ１４の斜板は、レギュレータ（不図示）により制御される。レギュレータは、電磁比例弁（不図示）に対する制御電流の変化に対応して、斜板の傾転角を変化させる。例えば、制御電流を増加させることにより、レギュレータは、斜板の傾転角を大きくして、メインポンプ１４の吐出流量を多くする。また、制御電流を減少させることにより、レギュレータは、斜板の傾転角を小さくして、メインポンプ１４の吐出流量を少なくする。

パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して各種油圧制御機器に作動油（パイロット圧）を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、リフマグ機における油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、後述するレバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、又はペダル２６Ｃの操作方向及び操作量に応じたパイロット圧の変化に応じて、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、リフマグシリンダ９、走行油圧モータ（右用）１Ａ、走行油圧モータ（左用）１Ｂ、及び旋回油圧モータ２１のうちの一又は複数に対し、メインポンプ１４から高圧油圧ライン１６を通じて供給された作動油を選択的に供給する。尚、以下において、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、リフマグシリンダ９、走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ、及び旋回油圧モータ２１を集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。

操作装置２６は、レバー２６Ａ，２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含み、下部走行体１（走行油圧モータ１Ａ，１Ｂ）、上部旋回体３（旋回油圧モータ２１）、ブーム４（ブームシリンダ７）、アーム５（アームシリンダ８）、及びリフマグ６（リフマグシリンダ９）等の操作を行うための操作手段である。レバー２６Ａ，２６Ｂ、及びペダル２６Ｃは、パイロットライン２５を介してパイロットポンプ１５に接続され、油圧ライン２７及び油圧ライン２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びリフマグ６等の操作状態に応じたパイロット圧が入力される。圧力センサ２９は、コントローラ３０に接続される。これにより、コントローラ３０には、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びリフマグ６等の操作状態に応じた圧力信号が入力される。

電動発電機４４は、減速機１３の２つの入力軸のうちの他方に機械的に連結され、減速機１３を介して入力されるエンジン１１の動力で三相交流電力を発電する。また、電動発電機４４は、リフマグドライバ４８、インバータ４６を介して、リフマグ６から供給される回生電力で作動し、減速機１３を介して、エンジン１１をアシストしメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。電動発電機４４は、インバータ４６と電気的に接続される。電動発電機４４は、例えば、コントローラ３０（具体的には、後述する第３制御部３０ｃ）により実行されるベクトル制御に基づき、インバータ４６で駆動される。電動発電機４４は、例えば、回転数に比例した電圧を出力可能なＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。

インバータ４６は、電動発電機４４の作動制御を行う電力変換装置である。インバータ４６は、コントローラ３０（具体的には、第３制御部３０ｃ）からベクトル制御に基づく駆動信号を受信し、当該駆動信号に基づき、電動発電機４４の作動制御を行う。インバータ４６は、電動発電機４４で発電された三相交流電力を所定範囲の電圧を有する直流電力に変換し、ＤＣバス５０（図２参照）に出力する。また、インバータ４６は、リフマグドライバ４８を介して供給されるリフマグ６の回生電力を三相交流電力に変換し、電動発電機４４に出力する。詳細は、後述する。

リフマグドライバ４８は、リフマグ６に含まれる電磁コイル６Ｍ（図４参照）を励磁駆動する駆動回路である。リフマグドライバ４８は、極性を切り替えて、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃをリフマグ６に印加することが可能な構成を有し、かかる構成により、リフマグ６の吸着と釈放（電磁コイル６Ｍの励磁と消磁）とを切り替えることができる。詳細は、後述する。

コントローラ３０は、リフマグ機の作動制御を実行する制御装置である。コントローラ３０は、例えば、マイクロコンピュータ等により構成され、ＲＯＭに格納される各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種制御処理を実現することができる。コントローラ３０は、ＲＯＭに格納される１つ以上のプログラムをＣＰＵ上で実行することにより実現される機能部として第１制御部３０ａ、第２制御部３０ｂ、第３制御部３０ｃを含む。

第１制御部３０ａは、メインポンプ１４の吐出流量の制御を行う。第１制御部３０ａは、例えば、ネガコン弁（不図示）のネガコン圧に応じて上記制御電流を変化させ、レギュレータを介してメインポンプ１４の吐出流量を制御する（ネガティブコントロール制御）。また、第１制御部３０ａは、メインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１、電動発電機４４による出力馬力を超えないように、上記制御電流を変化させ、レギュレータを介してメインポンプ１４の吐出流量を制御する（全馬力制御）。

第２制御部３０ｂは、エンジン１１の作動制御を実行する。例えば、コントローラ３０は、エンジン回転数調整ダイヤル（不図示）によりオペレータが設定したエンジン１１の設定回転数に応じて、エンジン１１の回転数を制御するための燃料噴射量等をエンジン１１に出力する。即ち、第２制御部３０ｂは、エンジン１１の回転数が所定の回転数（設定回転数）で維持されるように制御する（定回転数制御）。以下、図３を参照して、第２制御部３０ｂによるエンジン１１の作動制御の処理フローについて説明する。

図３は、第２制御部３０ｂによるエンジン制御処理の一例を概略的示すフローチャートである。本フローチャートによる処理は、リフマグ機の運転中において、所定時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０２にて、第２制御部３０ｂは、エンジン回転数調整ダイヤルにおける設定回転数と、エンジン１１の回転数を検出するエンジン回転数センサ（不図示）の検出値（実回転数）を取得する。

ステップＳ１０４にて、第２制御部３０ｂは、設定回転数と実回転数に基づき、定回転数制御を実行する。例えば、第２制御部３０ｂは、設定回転数と実回転数との差に基づく、燃料噴射量のフィードバック制御を実行することにより、エンジン１１の回転数が設定回転数に維持されるようにする。

図１に戻り、第３制御部３０ｃは、電動発電機４４及びリフマグ６に含まれる電磁コイル６Ｍの作動制御、即ち、インバータ４６及びリフマグドライバ４８の作動制御を実行する。第３制御部３０ｃは、図示しない電流センサから電動発電機４４の３相（Ｕ相，Ｖ相，及びＷ相）のうちの少なくとも２相の電流を逐次取得しながら、電動発電機４４のベクトル制御を行う。詳細は、後述する。

吸着スイッチ３２は、キャビン１０内に設けられ、リフマグ機のオペレータがリフマグ６に含まれる電磁コイル６Ｍを励磁させて、リフマグ６が電磁吸着力を発揮する状態に移行させるためのスイッチである。吸着スイッチ３２は、コントローラ３０に接続される。

釈放スイッチ３４は、キャビン１０内に設けられ、リフマグ機のオペレータがリフマグ６に含まれる電磁コイル６Ｍを消磁させて、リフマグ６が電磁吸着力を発揮しない状態に移行させるためのスイッチである。釈放スイッチ３４は、コントローラ３０に接続される。

［励磁駆動部の構成］
次に、図４を参照して、リフマグ機の励磁駆動部の構成の詳細について説明する。

図４は、本実施形態に係るリフマグ機の励磁駆動部の構成の一例を示す図である。

図４に示すように、インバータ４６は、スイッチング素子４６Ｔａ〜４６Ｔｆ、転流用ダイオード４６Ｄａ〜４６Ｄｆを含む既知の三相ブリッジ回路により構成される。具体的には、スイッチング素子４６Ｔａ，４６Ｔｂ、スイッチング素子４６Ｔｃ，４６Ｔｄ、及びスイッチング素子４６Ｔｅ，４６Ｔｆのそれぞれが直列接続されると共に、直列接続されたスイッチング素子４６Ｔａ，４６Ｔｂ、スイッチング素子４６Ｔｃ，４６Ｔｄ、及びスイッチング素子４６Ｔｅ，４６Ｔｆが並列接続される。また、直列接続されたスイッチング素子４６Ｔａ，４６Ｔｂ、スイッチング素子４６Ｔｃ，４６Ｔｄ、及びスイッチング素子４６Ｔｅ，４６Ｔｆのそれぞれの中間点に、電動発電機４４のＵ相端子、Ｖ相端子、及びＷ相端子が接続される。また、スイッチング素子４６Ｔａ〜４６Ｔｆのそれぞれには、転流用ダイオード４６Ｄａ〜４６Ｄｆが並列接続される。インバータ４６は、第３制御部３０ｃからの駆動信号、具体的には、ＰＭＷ（Pulse Width Modulation）信号に基づき、スイッチング素子４６Ｔａ〜４６ＴｆをＰＷＭ駆動することにより、電動発電機４４の作動制御を行う。

尚、ＤＣバス５０は、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを平滑化する比較的低容量の平滑用コンデンサ５１を含む。

リフマグドライバ４８は、スイッチング素子４８Ｔａ〜４８Ｔｄ、及び転流用ダイオード４８Ｄａ〜４８Ｄｄを含む既知のＨブリッジ回路により構成される。具体的には、スイッチング素子４８Ｔａ，４８Ｔｂ、及びスイッチング素子４８Ｔｃ，４８Ｔｄのそれぞれが直列接続されると共に、直列接続されたスイッチング素子４８Ｔａ，４８Ｔｂ、及びスイッチング素子４８Ｔｃ，４８Ｔｄが並列接続される。また、直列接続されたスイッチング素子４８Ｔａ，４８Ｔｂ、及びスイッチング素子４８Ｔｃ，４８Ｔｄの中間点には、それぞれ、リフマグ６の電磁コイル６Ｍの端子ＭＰ及び端子ＭＮが接続される。また、スイッチング素子４８Ｔａ〜４８Ｔｄのそれぞれには、転流用ダイオード４８Ｄａ〜４８Ｄｄが並列接続される。

尚、リフマグドライバ４８におけるＨブリッジ回路の各スイッチは、本実施形態のような半導体スイッチ（スイッチング素子４８Ｔａ〜４８Ｔｄ）でも、機械的スイッチでも、これらを併用したものでもよく、電力経路の遮断と接続の切り替えが可能であれば、任意の態様であってよい。

リフマグ６の電磁コイル６Ｍを励磁させる場合（吸着スイッチ３２がＯＮされた場合）、スイッチング素子４８Ｔａ、４８Ｔｄは、ＯＮされ、スイッチング素子４８Ｔｂ，３８Ｔｃは、ＯＦＦされる。これにより、スイッチング素子４８Ｔａ，４８Ｔｄを介して、リフマグ６の電磁コイル６ＭにＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが印加され、電磁コイルの端子ＭＰから端子ＭＮに向けた励磁電流が流れる。そのため、電磁コイル６Ｍが励磁され、リフマグ６は、鋼材等を吸着することができる。

一方、リフマグ６の電磁コイル６Ｍを消磁させる場合（釈放スイッチ３４がＯＮされた場合）、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８Ｔｃは、ＯＮされ、スイッチング素子４８Ｔａ，４８Ｔｄは、ＯＦＦされる。これにより、リフマグ６の電磁コイル６ＭにＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが逆方向に印加され、電磁コイル６Ｍから、転流用ダイオード４８Ｄｃ、ＤＣバス５０、及び転流用ダイオード４８Ｄｂを介して、電磁コイル６Ｍに戻る消磁電流が流れる。そのため、リフマグ６の電磁コイル６Ｍが消磁され、リフマグ６に吸着されていた鋼材等を釈放することができる。また、このとき、インバータ４６は、消磁電流として電磁コイル６ＭからＤＣバス５０に放出される回生電力を電動発電機４４に供給する。

［リフマグ制御（インバータ４６、リフマグドライバ４８の作動制御）の一例］
次に、図５、図６を参照して、リフマグ６の励磁駆動部の動作（第３制御部３０ｃによるインバータ４６及びリフマグドライバ４８の作動制御）の詳細について説明する。

図５は、第３制御部３０ｃによるインバータ４６及びリフマグドライバ４８の作動制御処理（リフマグ制御処理）の一例を概略的に示すフローチャートである。本フローチャートによる処理は、リフマグ機の運転中、所定時間間隔で繰り返し実行される。

尚、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖは、端子ＭＰ、ＭＮのうち、端子ＭＰが高圧側になる場合を正とし、電流は、端子ＭＰから端子ＭＮへ向かう方向を正とする。また、第３制御部３０ｃは、リフマグ６の電磁コイル６Ｍの電圧Ｖと電流Ｉを図示しない電圧センサ、電流センサによりモニタリング可能である。

ステップＳ２０２にて、第３制御部３０ｃは、吸着スイッチ３２がＯＮされたか否かを判定する。第３制御部３０ｃは、吸着スイッチ３２がＯＮされた場合、ステップＳ２０４に進み、吸着スイッチ３２がＯＮされていない場合、今回の処理を終了する。

ステップＳ２０４にて、第３制御部３０ｃは、上述の如く、リフマグドライバ４８に駆動信号を出力することにより、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＮし、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ＴｃをＯＦＦする。

ステップＳ２０６にて、第３制御部３０ｃは、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖ、電流Ｉを取得する。

ステップＳ２０８にて、第３制御部３０ｃは、リフマグ６の出力状態（具体的には、電流Ｉ）に基づき、リフマグ６を励磁させるために電磁コイル６Ｍに印加する所定電圧Ｖ１を設定する。例えば、リフマグ６の出力（電流Ｉ）がある程度高くなるまでは、所定電圧Ｖ１として比較的高い電圧を設定し、リフマグ６の出力（電流Ｉ）がある程度高くなる（出力が安定する）と、所定電圧Ｖ１を下げる態様であってよい（図６参照）。

尚、図６に示す所定電圧Ｖ１の変化の態様は例示であり、所定電圧Ｖ１の変化は、連続的であってもよいし、段階的であってもよい。また、所定電圧Ｖ１は、リフマグ６の出力状態に依らず、一定の値として設定されてもよく、この場合、ステップＳ２０６、ステップＳ２０８の処理は、省略される。

ステップＳ２１０にて、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖ１で維持されるように、インバータ４６のＰＷＭ制御を行う。即ち、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ１に維持するための駆動信号をインバータ４６に出力する。具体的には、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃの検出値に基づく、フィードバック制御により、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが所定範囲に維持されるような駆動信号を生成し、インバータ４６に出力する。

ステップＳ２０４〜Ｓ２１０の処理により、所定電圧Ｖ１に維持されるＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが電磁コイル６Ｍに印加され、端子ＭＰから端子ＭＮに向けて、電磁コイル６Ｍに励磁電流が流れる。そのため、リフマグ６の電磁コイル６Ｍが励磁され、リフマグ６は、鋼材等を吸着することができる。

ステップＳ２１２にて、第３制御部３０ｃは、釈放スイッチ３４がＯＮされたか否かを判定する。第３制御部３０ｃは、釈放スイッチ３４がＯＮされた場合、ステップＳ２１４に進み、釈放スイッチ３４がＯＮされていない場合、ステップＳ２０６に戻り、ステップＳ２０６〜Ｓ２１２の処理を繰り返す。

ステップＳ２１４にて、第３制御部３０ｃは、上述の如く、リフマグドライバ４８に駆動信号を出力することにより、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＦＦし、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ＴｃをＯＮする。

ステップＳ２１６にて、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖ２で維持されるように、インバータ４６のＰＷＭ制御を行う。即ち、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ２に維持するための駆動信号をインバータ４６に出力する。

ステップＳ２１４、Ｓ２１６の処理により、所定電圧Ｖ２に維持されるＤＣバス５０の電圧が逆方向（即ち、端子ＭＮが高圧側になる態様）で電磁コイル６Ｍに印加される。これにより、電磁コイル６Ｍから、転流用ダイオード４８Ｄｃ、ＤＣバス５０、及び転流用ダイオード４８Ｄｂを介して、電磁コイル６Ｍに戻る消磁電流が流れる。また、このとき、消磁電流でＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが上昇しようとするのに対し、インバータ４６がＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ２に維持するように動作する。そのため、消磁電流として電磁コイル６Ｍから放出される回生電力は、電動発電機４４に供給され、電動発電機４４は、力行運転、即ち、エンジン１１をアシストしてメインポンプ１４等を駆動する。そして、その後、リフマグ６の電磁コイル６Ｍに消磁電流とは逆向きの電流Ｉ（残留磁気の消磁電流）が流れる。そのため、リフマグ６の電磁コイル６Ｍが消磁され、リフマグ６に吸着されていた鋼材等を釈放することができる。

ステップＳ２１８にて、第３制御部３０ｃは、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖ、電流Ｉを取得する。

ステップＳ２２０にて、第３制御部３０ｃは、電流Ｉが所定値Ｉ２（＜０）以下であるか否か（即ち、電流Ｉが所定値Ｉ２に到達したか否か）を判定する。第３制御部３０ｃは、電流Ｉが所定値Ｉ２以下である場合、ステップＳ２２２に進み、電流Ｉが所定値Ｉ２以下でない場合、ステップＳ２１６に戻り、ステップＳ２１６〜Ｓ２２０の処理を繰り返す。

ステップＳ２２２にて、第３制御部３０ｃは、リフマグドライバ４８に駆動信号を出力することにより、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＮし、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ＴｃをＯＦＦする。

ステップＳ２２４にて、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖ３で維持されるように、インバータ４６のＰＷＭ制御を行う。即ち、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ３に維持するための駆動信号（ＰＷＭ信号）をインバータ４６に出力する。

ステップＳ２２２、Ｓ２２４の処理により、端子ＭＰが高圧側になる態様で、所定電圧Ｖ３に維持されるＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃがリフマグ６の電磁コイル６Ｍに印加され、端子ＭＮから端子ＭＰに向けて流れる電流が減少する。

ステップＳ２２６にて、第３制御部３０ｃは、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖ、電流Ｉを取得する。

ステップＳ２２８にて、第３制御部３０ｃは、電流Ｉが０以上であるか否か（即ち、電流Ｉが０になったか否か）を判定する。第３制御部３０ｃは、電流Ｉが０以上である場合、ステップＳ２３０に進み、電流Ｉが０以上でない場合、ステップＳ２２４に戻り、ステップＳ２２４〜Ｓ２２８の処理を繰り返す。

ステップＳ２３０にて、第３制御部３０ｃは、リフマグドライバ４８に駆動信号を出力することにより、スイッチング素子４８Ｔａ〜４８ＴｄをＯＦＦにし、今回の処理を終了する。これにより、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖは、０になる。

図６は、図５のフローチャートに対応するリフマグ機の動作の一例を説明するタイミングチャートである。具体的には、図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、リフマグ６の吸着から釈放に至る一連の動作における電磁コイル６Ｍの電圧Ｖ及び電流Ｉの変化を表すタイミングチャートである。

尚、図中、時刻ｔ１で、オペレータにより吸着スイッチ３２がＯＮされ、時刻ｔ２で、釈放スイッチ３４がＯＮされている。また、図５の説明と同様、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖは、端子ＭＰ，ＭＮのうち、端子ＭＰが高圧側になる場合を正とし、電流は、端子ＭＰから端子ＭＮへ向かう方向を正とする。

時刻ｔ１にて、吸着スイッチ３２がＯＮされると（ステップＳ２０２のＹ）、第３制御部３０ｃは、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＮし、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ｔｃをＯＦＦする（ステップＳ２０４）。併せて、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖ１（例えば、２００Ｖ）に維持するための駆動信号をインバータ４６に出力する（ステップＳ２０６〜Ｓ２１０）。これにより、図６（ａ）に示すように、所定電圧Ｖ１に維持されるＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが電磁コイル６Ｍに印加され、図６（ｂ）に示すように、端子ＭＰから端子ＭＮに向けて、電磁コイル６Ｍに励磁電流が流れる。これにより、リフマグ６の電磁コイル６Ｍが励磁され、リフマグ６は、鋼材等を吸着することができる。

図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で、電磁コイル６Ｍに印加されるＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃ（＝所定電圧Ｖ１）の作用により、電磁コイル６Ｍの電流Ｉは増加する共に、例えば、所定値Ｉ１に到達し略一定に維持される。

時刻ｔ２にて、釈放スイッチ３４がＯＮされると（ステップＳ２１２のＹ）、第３制御部３０ｃは、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ＴｃをＯＮし、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＦＦする（ステップＳ２１４）。併せて、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ２に維持するための駆動信号をインバータ４６に出力する（ステップＳ２１６）。これにより、図６（ａ）に示すように、電磁コイル６Ｍに印加される電圧Ｖの極性が逆転し、所定電圧Ｖ２に維持されるＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃが逆方向（端子ＭＮが高圧側及び端子ＭＰが低圧側になる態様）で電磁コイル６Ｍに印加される。一方、時刻ｔ２にて、電磁コイル６Ｍの電流Ｉは、電磁コイル６Ｍに印加される電圧とは逆方向（低圧側の端子ＭＰから高圧側の端子ＭＮ）に向けて流れている。そのため、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、電磁コイル６Ｍには、低圧側の端子ＭＰから高圧側の端子ＭＮに向かう電流（消磁電流）が減少しながら流れ続ける。消磁電流は、電磁コイル６Ｍに印加されるＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃ（＝所定電圧Ｖ２）に逆らって、電磁コイル６Ｍから、転流用ダイオード４８Ｄｃ、ＤＣバス５０、及び転流用ダイオード４８Ｄｂを介して、電磁コイル６Ｍに戻る態様で流れ、電磁コイル６ＭからＤＣバス５０に回生電力が放出される。これにより、リフマグ６の電磁コイル６Ｍが消磁され、リフマグ６に吸着されていた鋼材等を釈放することができる。

このとき、電磁コイル６Ｍから放出される回生電力は、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを上昇させようとする。これに対して、第３制御部３０ｃは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間で、上述の如く、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ２に維持するように、インバータ４６を作動制御するため、電磁コイル６Ｍから放出される回生電力は、インバータ４６の作用により、電動発電機４４に供給される。よって、電動発電機４４は、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間で、エンジン１１をアシストして、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動することができ、エンジン１１の負荷を軽減して、燃費向上を図ることができる。

図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ３にて、電磁コイル６Ｍの電流Ｉ（消磁電流）は、０になる。

尚、第２制御部３０ｂは、エンジン回転数センサ（不図示）の検出値に基づき、電動発電機４４のアシスト運転の開始に起因するエンジン１１の回転数上昇を検出することにより、燃料噴射量を減少させ、エンジン１１の回転数を設定回転数に維持する。また、図６（ｂ）に示すように、電磁コイル６Ｍの電流Ｉ（消磁電流）、即ち、回生電力は、時刻ｔ２で最初にある程度の大きさを持って生じ、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間で０まで減少する。このとき、第３制御部３０ｃは、消磁電流（電磁コイル６Ｍの電流Ｉ）がステップ状に減少せず、最初に生じるある程度の大きさから滑らかに減少するように、インバータ４６を作動制御する。即ち、インバータ４６は、回生電力による電動発電機４４の出力を、回生電力の発生開始時（時刻ｔ２）におけるある程度の大きさから滑らかに減少させる。そのため、第２制御部３０ｂは、時刻ｔ２における回生電力の発生により減少した燃料噴射量を、回生電力、即ち、電動発電機４４の出力の滑らかな減少に応じて、徐々に増加させることができる。従って、第３制御部３０ｃ、インバータ４６の作用により、回生電力の減少に対して、燃料噴射量の回復（増加）が追従できず、エンジン１１の回転数がステップ状に落ち込むような事態の発生を回避することができる。また、電動発電機４４に供給される回生電力が、エンジン１１の無負荷時（即ち、油圧アクチュエータの非作動時）における出力以上にならないように、エンジン１１の出力とリフマグ６の出力（釈放時）が予め規定される。これにより、回生電力がエンジン１１の出力よりも過剰になって、例えば、インバータ４６やリフマグドライバ４８の過熱が促進される事態を抑制することができる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、引き続き、第３制御部３０ｃは、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ＴｃをＯＮし、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＦＦするように、リフマグドライバ４８を作動制御する。また、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ２に維持するように、インバータ４６を作動制御する。これにより、リフマグ６の電磁コイル６Ｍに消磁電流とは逆向きの電流Ｉ（残留磁気の消磁電流）が流れ、電磁コイル６Ｍの残留磁気が消磁され、リフマグ６に吸着されていた鋼材等を完全に釈放することができる。

第３制御部３０ｃは、時刻ｔ４にて、電流Ｉが所定値Ｉ２（＜０）に到達したのを確認すると（ステップＳ２２０のＹ）、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＮし、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ＴｃをＯＦＦする（ステップＳ２２２）。併せて、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定電圧Ｖ３に維持するための駆動信号をインバータ４６に出力する（ステップＳ２２４）。これにより、図６（ａ）に示すように、端子ＭＰが高圧側になる態様で、所定電圧Ｖ３に維持されるＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃがリフマグ６の電磁コイル６Ｍに印加され、端子ＭＮから端子ＭＰに向けて流れる電流が減少する。

そして、時刻ｔ５にて、第３制御部３０ｃは、電磁コイル６Ｍの電流Ｉが０になったのを確認すると（ステップＳ２２８のＹ）、スイッチング素子４８Ｔａ〜４８ＴｄをＯＦＦする（ステップＳ２３０）。これにより、図６（ａ）に示すように、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖは、０になる。

このように、本実施形態では、インバータ４６は、リフマグ６の釈放時（電磁コイル６Ｍを消磁させる際）、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを所定範囲（具体的には、所定電圧Ｖ２）に維持することにより、リフマグドライバ４８を介して電磁コイル６Ｍから放出される回生電力を電動発電機４４に供給し力行運転させる。これにより、従来技術のように、リフマグ６の釈放時にリフマグ６に含まれる電磁石（電磁コイル６Ｍ）から放出される回生電力を抵抗器における熱エネルギとして捨ててしまうことなく、電動発電機４４がエンジン１１をアシストしてメインポンプ１４等を駆動するために有効活用し、リフマグ機の燃費向上を図ることができる。また、従来技術のように、コンデンサ等の比較的高価な蓄電装置を設けることなく、従来技術における整流器をインバータに置換する比較的安価な構成で、リフマグ６の釈放時における回生電力を有効活用することができる。即ち、本実施形態に係るリフマグ機によれば、比較的安価な構成で、リフマグ６に含まれる電磁石（電磁コイル６Ｍ）から放出される回生電力を有効活用することができる。また、従来技術のように、リフマグ６の釈放時に消磁電流として放出される回生電力を消費させるために大型の抵抗器を追加して設けたり、回生電力を蓄電するために大容量のコンデンサ等を追加して設ける必要がなく、従来技術における整流器をインバータ４６に置換するだけで実現可能であるため、搭載性の点でも問題が生じることもない。

また、図７（リフマグ機の作業の一例を説明する図）に示すように、リフマグ機では、リフマグ６の吸着→リフマグ６の持ち上げ→旋回→リフマグ６の持ち下げ→リフマグ６の釈放→リフマグ６の持ち上げ→旋回→リフマグ６の持ち下げ→リフマグ６の吸着→・・・の一連の同じ作業工程を繰り返し行う場合が多い。そのため、例えば、１日の作業トータルで換算すると、非常に多くの回生電力を、電動発電機４４によるエンジン１１のアシスト駆動力として回収することができ、リフマグ機の省エネルギ化を図ることができる。

また、本実施形態では、従来技術と異なり、整流器ではなく、インバータ４６により出力電圧（ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃ）を制御する構成を採用する。これにより、整流器を用いる場合、電動発電機４４は、エンジン１１の回転数に依存した発電しかできないのに対して、本実施形態の場合、インバータ４６がＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを制御することにより、電動発電機４４の発電制御を行うことができる。特に、電動発電機４４（エンジン１１）の回転数が低い場合でも、インバータ４６は、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを調整することができる。

また、本実施形態では、第３制御部３０ｃは、リフマグ６（電磁コイル６Ｍ）の電流Ｉの検出値、即ち、リフマグ６（電磁コイル６Ｍ）の出力状態（電流Ｉ×電圧Ｖ＝出力Ｐ）をモニタリングしながら、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃの目標値（所定電圧Ｖ１〜Ｖ３）を決定する。そして、第３制御部３０ｃは、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃがかかる目標値に維持されるように、インバータ４６を作動制御する。即ち、インバータ４６は、リフマグ６の出力状態と、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃの検出値に基づき、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃを制御する。これにより、従来技術では、例えば、予め規定された時間経過に応じて、リフマグ６に印加する電圧を切り替える構成等を採用していたため、リフマグ６における適切な励磁状態が実現できない可能性があるのに対して、本実施形態では、インバータ４６が、リフマグ６の出力状態に基づき、リフマグ６における適切な励磁状態を実現することができる。

［リフマグ制御（インバータ４６、リフマグドライバ４８の作動制御）の他の例］
図６の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間における回生電力の放出パターン（釈放スイッチ３４のＯＮを起点とする経過時間と、放出される回生電力或いは電磁コイル６Ｍに流れる電流Ｉ（消磁電流）との関係）は、毎回同じ態様であり、予め規定されている。そのため、第３制御部３０ｃは、予め規定される回生電力の放出パターンに基づき、リフマグドライバ４８の動作に同期させるように、インバータ４６を作動制御してもよい。即ち、第３制御部３０ｃは、予め規定された回生電力の放出パターンに基づき、リフマグドライバ４８の回路動作、即ち、電磁コイル６Ｍからの回生電力の放出と同期して、ＤＣバス５０に供給される回生電力を電動発電機４４に出力するように、インバータ４６を作動制御する（同期制御）。以下、図８を参照して、本例に係るリフマグ制御の詳細について説明する。

図８は、第３制御部３０ｃによるインバータ４６及びリフマグドライバ４８の作動制御処理（リフマグ制御処理）の他の例を概略的に示すフローチャートである。本フローチャートによる処理は、図５の場合と同様、リフマグ機の運転中、所定時間間隔で繰り返し実行される。

本フローチャートは、ステップＳ２１６がステップＳ２１６Ａに置換される点において、図５のフローチャートと異なる。以下、図５のフローチャートと異なる部分を中心に説明を行う。

ステップＳ２１２にて、釈放スイッチ３４がＯＮされたと判定された場合、ステップＳ２１４にて、第３制御部３０ｃは、リフマグドライバ４８に駆動信号を出力することにより、スイッチング素子４８Ｔａ，４８ＴｄをＯＦＦし、スイッチング素子４８Ｔｂ，４８ＴｃをＯＮする。

そして、ステップＳ２１６Ａにて、第３制御部３０ｃは、予め規定された回生電力の放出パターンに基づき、インバータ４６のＰＷＭ制御を行う（同期制御）。即ち、第３制御部３０ｃは、予め規定された放出パターンに応じた回生電力を電動発電機４４に出力するための駆動信号をインバータ４６に出力する。また、第３制御部３０ｃは、回生電力の放出が終了した後、図６の時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で示す残留磁気の消磁電流が流れるように、インバータ４６のＰＷＭ制御を行う。

このように、ステップＳ２１６Ａの処理により、ＤＣバス５０の電圧Ｖｄｃの上昇に応じて、回生電力を電動発電機４４に出力する構成よりも遅れが生じにくく、より適切に回生電力を電動発電機４４に供給することができる。

尚、本例では、第３制御部３０ｃは、予め規定された回生電力の放出パターンに基づき、回生電力を電動発電機４４に出力するように、インバータ４６を作動制御するが、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖ及び電流Ｉから回生電力を実際に算出し、算出した回生電力（実測値）を電動発電機４４に出力するように、インバータ４６を作動制御してもよい。

［エンジン制御の他の例］
図６の時刻ｔ２から時刻ｔ３の間における回生電力の放出パターン（釈放スイッチ３４のＯＮを起点とする経過時間と、放出される回生電力或いは電磁コイル６Ｍに流れる電流Ｉ（消磁電流）との関係）は、毎回同じ態様であり、予め規定されている。そのため、第２制御部３０ｂは、リフマグ６の釈放時（電磁コイル６Ｍを消磁する際）に、予め規定される回生電力の放出パターンに基づき、回生電力に応じた電動発電機４４のアシスト動作と同期して、エンジン１１の燃料噴射量を制御してもよい。即ち、第２制御部３０ｂは、予め規定される放出パターンに応じた回生電力により電動発電機４４が発生させるアシスト駆動力に基づき、エンジン１１の燃料噴射量を制御する（回生同期制御）。以下、図９を参照して、本例に係るエンジン制御の詳細について説明する。

図９は、第２制御部３０ｂによるエンジン制御処理の他の例を概略的に示すフローチャートである。本フローチャートによる処理は、図３の場合と同様、リフマグ機の運転中において、所定時間毎に繰り返し実行される。

本フローチャートは、ステップＳ１０３Ｂ，Ｓ１０６Ｂが追加される点において、図３のフローチャートと異なる。以下、図３のフローチャートと異なる部分を中心に説明を行う。

ステップＳ１０３Ｂにて、第２制御部３０ｂは、釈放スイッチ３４がＯＮされたか否かを判定する。第２制御部３０ｂは、釈放スイッチ３４がＯＮされていない場合、ステップＳ１０４に進み、釈放スイッチ３４がＯＮされた場合、ステップＳ１０６Ｂに進む。

ステップＳ１０６Ｂにて、第２制御部３０ｂは、予め規定された回生電力の放出パターンに基づき、エンジン１１の回生同期制御を行う。即ち、第２制御部３０ｂは、回生電力に応じた電動発電機４４のアシスト動作と同期して、エンジン１１の燃料噴射量を制御する。

このように、ステップＳ１０６Ｂの処理により、回生電力に応じた電動発電機４４のアシスト動作と同期して燃料噴射量を調整することができるため、エンジン１１の回転数の変動に応じて、燃料噴射量を調整する場合よりも、エンジン１１の回転数を設定回転数に維持し易くなる。例えば、リフマグ機の油圧アクチュエータの作業負荷が高い状況で、回生電力に応じた電動発電機４４のアシスト動作が行われると、かかるアシスト動作の終了によりエンジン１１の回転数が減少した場合に、エンジン１１の回転数が所定の回転数まで復帰するのに時間が掛かってしまうような事態の発生も想定されうる。これに対して、予め規定された回生電力の放出パターンから電動発電機４４のアシスト動作、即ち、アシスト駆動力が予測できるため、回生電力の放出パターンに基づき、エンジン１１の回転数の変動に先んじて、燃料噴射量を調整し、エンジン１１の回転数が設定回転数に復帰するのに時間が掛かるような事態の発生を防止することができる。

尚、本例では、第２制御部３０ｂは、予め規定された回生電力の放出パターンに基づき、エンジン１１の燃料噴射量を制御するが、電磁コイル６Ｍの電圧Ｖ及び電流Ｉから回生電力を実際に算出し、算出した回生電力（実測値）に基づき、エンジン１１の燃料噴射量を制御してもよい。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 下部走行体
１Ａ，１Ｂ 走行油圧モータ
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ リフマグ
６Ｍ 電磁コイル（電磁石）
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ リフマグシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
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
２１ 旋回油圧モータ
２５ パイロットライン
２６ 操作装置
２６Ａ，２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
２７，２８ 油圧ライン
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
３０ａ 第１制御部
３０ｂ 第２制御部
３０ｃ 第３制御部
３２ 吸着スイッチ
３４ 釈放スイッチ
４４ 電動発電機
４６ インバータ
４８ リフマグドライバ（駆動回路）
５０ ＤＣバス
５１ 平滑用コンデンサ

Claims (7)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
   エンジンと、
   前記エンジンと機械的に連結される電動発電機と、
   前記エンジン及び前記電動発電機と機械的に連結される、可変容量型の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから供給される作動油を用いて、前記下部走行体及び前記上部旋回体を含む複数の被駆動要素のそれぞれを駆動する複数の油圧アクチュエータと、
   前記電動発電機に接続されるインバータと、
   前記インバータに接続されるＤＣバスと、
   前記ＤＣバスに接続される駆動回路と、
   前記駆動回路に接続され、前記電動発電機から供給される電力で、電磁吸着力を発生する電磁石を含むリフティングマグネットと、を備え、
   前記駆動回路は、前記電磁石の励磁状態を制御すると共に、
   前記インバータは、前記リフティングマグネットの釈放時、前記駆動回路を介して前記電磁石から放出される回生電力を外部に蓄電することなく前記電動発電機に供給し力行運転させる、
   リフティングマグネット作業機械。
2. 前記インバータは、前記リフティングマグネットの釈放時、予め規定される前記回生電力の放出パターンに基づき、前記駆動回路の動作に同期して動作する、
   請求項１に記載のリフティングマグネット作業機械。
3. 前記エンジンの回転数を所定の回転数に維持する制御を行うエンジン制御部を備え、
   前記エンジン制御部は、前記リフティングマグネットの釈放時、前記放出パターンに基づき、前記エンジンの燃料噴射量を制御する、
   請求項２に記載のリフティングマグネット作業機械。
4. 前記エンジンの出力及び前記リフティングマグネットの出力は、前記回生電力が前記複数の油圧アクチュエータの非作動時における前記エンジンの出力以上にならないように規定される、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のリフティングマグネット作業機械。
5. 前記油圧ポンプの吸収馬力が前記エンジン及び前記電動発電機による出力馬力を超えないように、前記油圧ポンプの吐出流量を制御する、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載のリフティングマグネット作業機械。
6. 前記回生電力が供給されることにより前記電動発電機が力行運転を開始すると、前記エンジンの燃料噴射量を減少させ、前記エンジンの回転数を所定の回転数に維持する、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載のリフティングマグネット作業機械。
7. 前記インバータは、前記回生電力による前記電動発電機の出力を、前記回生電力の放出開始時の大きさから滑らかに０まで減少させ、
   前記回生電力の減少に応じて、前記エンジンの燃料噴射量を増加させ、前記エンジンの回転数を前記所定の回転数に維持する、
   請求項６に記載のリフティングマグネット作業機械。

Images