JP2010189904A - ハイブリッド型作業機械およびハイブリッド型作業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走行機構と、該走行機構の上方に回動自在に設けられた旋回体とを備えるハイブリッド型作業機械において、回転角センサが故障した場合であっても該作業機械を動作可能とする。
【解決手段】コントローラ３０は、レゾルバ３２からの検出信号Ｓｄ３に依らずに電動発電機１２の回転角を推定する回転角度推定回路６２と、レゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４に依らずに旋回用交流電動機２１の回転角を推定する回転角度推定回路７２と、回転角度推定回路６２による推定値、及びレゾルバ３２からの検出信号Ｓｄ３のうち何れかを選択的に利用して駆動信号Ｓｄ１を生成する駆動信号生成回路６１と、回転角度推定回路７２による推定値、及びレゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４のうち何れかを選択的に利用して駆動信号Ｓｄ２を生成する駆動信号生成回路７１とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド型作業機械およびハイブリッド型作業機械の制御方法に関するものである。

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。このような作業機械は、ブーム、アーム、及びバケット等の可動部を油圧駆動するための油圧ポンプを備えており、この油圧ポンプを駆動するための内燃機関発動機（エンジン）に電動発電機を連結し、該エンジンの駆動力を補助するとともに、発電により得られる電力を蓄電池（バッテリ）に充電している。

また、上部旋回体を旋回させるための動力源として油圧モータに加えて交流電動機を備え、加速旋回時に交流電動機で油圧モータの駆動をアシストし、減速旋回時に交流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）。

特開平１０−１０３１１２号公報

上述したハイブリッド型作業機械においては、電動発電機を力行させてエンジンの駆動力を補助する際、および交流電動機を力行させて上部旋回体を旋回させる際には、電動発電機や交流電動機におけるロータ（磁極）の角度位置を知る必要がある。そこで、電動発電機や交流電動機には、レゾルバなどの回転角センサが取り付けられることが多い。しかし、建設機械等の過酷な作業環境下ではこのような回転角センサが故障することが少なくない。

一般的に、交流モータに取り付けられた回転角センサが故障した場合には、当該回転角センサを取り外して正常な回転角センサを取り付け、この正常な回転角センサの位相と交流モータの回転軸の位相とを合わせることにより、交流モータを再び駆動することができる。そして、回転角センサの位相と交流モータの回転軸の位相とを合わせる際には、交流モータを無負荷状態とし、交流モータにパルス指令を与えながら回転角センサ側の回転角を調整する。

しかし、上述したハイブリッド型作業機械においては、電動発電機の回転軸は内燃機関発動機に連結されており、交流電動機の回転軸は上部旋回体に取り付けられているので、これらの回転軸を無負荷状態とすることは困難である。すなわち、これらの回転軸を取り外すためには相応の設備が整った施設に当該作業機械を移送する必要があるが、交流電動機が停止しているため上部旋回体が傾いた状態であり、この作業機械を運搬車両に載せる作業も困難となる。

また、回転角センサが故障した時点で当該作業機械が斜面等の不安定な場所に位置しているような場合、作業機械を安定した場所に移動させることが必要になる。しかし、交流電動機が停止しているためそのような移動も難しい。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、走行機構と、該走行機構の上方に回動自在に設けられた旋回体とを備えるハイブリッド型作業機械において、回転角センサが故障した場合であっても該作業機械を動作可能とすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明によるハイブリッド型作業機械は、走行機構と、該走行機構の上方に回動自在に設けられた旋回体とを備えるハイブリッド型作業機械であって、内燃機関発動機と、内燃機関発動機に連結され、内燃機関発動機の駆動力により発電を行い、また自身の駆動力により内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、旋回体を旋回させる旋回用交流電動機と、直流電力用配線と、電動発電機と直流電力用配線との間に接続された第１のインバータ回路と、直流電力用配線と旋回用交流電動機との間に接続された第２のインバータ回路と、電動発電機の回転角を検出する第１の回転角センサと、旋回用交流電動機の回転角を検出する第２の回転角センサと、第１のインバータ回路に第１の駆動信号を与えると共に、第２のインバータ回路に第２の駆動信号を与える制御部とを備え、制御部は、第１の回転角センサからの検出信号に依らずに電動発電機の回転角を推定する第１の回転角推定手段と、第２の回転角センサからの検出信号に依らずに旋回用交流電動機の回転角を推定する第２の回転角推定手段と、第１の回転角推定手段による推定値、及び第１の回転角センサからの検出信号のうち何れかを選択的に利用して第１の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、第２の回転角推定手段による推定値、及び第２の回転角センサからの検出信号のうち何れかを選択的に利用して第２の駆動信号を生成する第２の駆動信号生成手段とを有することを特徴とする。

また、ハイブリッド型作業機械は、制御部が、第１の回転角センサの故障を判定する第１の故障判定手段と、第２の回転角センサの故障を判定する第２の故障判定手段とを更に有し、第１の駆動信号生成手段は、第１の故障判定手段が第１の回転角センサの故障を判定した場合に、第１の回転角推定手段による推定値を利用して第１の駆動信号を生成し、第２の駆動信号生成手段は、第２の故障判定手段が第２の回転角センサの故障を判定した場合に、第２の回転角推定手段による推定値を利用して第２の駆動信号を生成することを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型作業機械は、制御部が、第１及び第２の故障判定手段による故障判定結果を記憶するための不揮発性の記憶手段を更に有しており、第１及び第２の駆動信号生成手段は、制御部が再起動した際に、記憶手段に記憶された故障判定結果を参照することを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型作業機械は、内燃機関発動機の回転数を検出する回転数検出手段を更に備え、第１の故障判定手段は、第１の回転角センサからの検出信号に基づいて算出される電動発電機の回転速度値と、回転数検出手段の検出結果に基づいて算出される電動発電機の回転速度値との差が所定値より大きい場合に、第１の回転角センサを故障と判定することを特徴としてもよい。

また、ハイブリッド型作業機械は、第２の故障判定手段は、第２の回転角推定手段の推定値から算出される旋回用交流電動機の回転速度値と、第２の回転角センサからの検出信号に基づいて算出される旋回用交流電動機の回転速度値との差が所定値より大きい場合に、第２の回転角センサを故障と判定することを特徴としてもよい。

また、本発明によるハイブリッド型作業機械の制御方法は、走行機構の上方に回動自在に設けられた旋回体を旋回させる旋回用交流電動機と、内燃機関発動機に連結され、内燃機関発動機の駆動力により発電を行い、また自身の駆動力により内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、電動発電機の回転角を検出する第１の回転角センサと、旋回用交流電動機の回転角を検出する第２の回転角センサと、を備えるハイブリッド型作業機械の制御方法であって、第１の回転角センサからの検出信号を利用して、電動発電機に接続されたインバータ回路を駆動する第１の駆動信号を生成すると共に、第２の回転角センサからの検出信号を利用して、旋回用交流電動機に接続されたインバータ回路を駆動する第２の駆動信号を生成する正常時駆動信号生成ステップと、第１及び第２の回転角センサの故障を判定する故障判定ステップと、故障判定ステップにおいて、第１及び第２の回転角センサのうち少なくとも一方が故障と判定された場合に、旋回用交流電動機及び電動発電機の動作を停止する動作停止ステップと、旋回用交流電動機及び電動発電機の動作が再開された場合に、故障した第１の回転角センサからの検出信号に依らずに電動発電機の回転角を推定して第１の駆動信号を生成し、または故障した第２の回転角センサからの検出信号に依らずに旋回用交流電動機の回転角を推定して第２の駆動信号を生成する故障時駆動信号生成ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、走行機構と、該走行機構の上方に回動自在に設けられた旋回体とを備えるハイブリッド型作業機械において、回転角センサが故障した場合であっても該作業機械を動作可能とすることができる。

本発明に係るハイブリッド型作業機械の一例として、リフティングマグネット車両１の外観を示す斜視図である。 リフティングマグネット車両１の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。 駆動制御部５０の構成を示すブロック図である。 電動発電機１２の制御に関するフローチャートである。 電動発電機１２の制御に関するフローチャートである。 旋回用電動機２１の制御に関するフローチャートである。 旋回用電動機２１の制御に関するフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるハイブリッド型作業機械の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係るハイブリッド型作業機械の一例として、リフティングマグネット車両１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、リフティングマグネット車両１は、無限軌道を含む走行機構２と、走行機構２の上部に旋回機構３を介して回動自在に搭載された旋回体４とを備えている。旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたリフティングマグネット７とが取り付けられている。リフティングマグネット７は、鋼材などの吊荷Ｇを磁力により吸着して捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びリフティングマグネット７は、それぞれブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０によって油圧駆動される。また、旋回体４には、リフティングマグネット７の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン（内燃機関発動機）１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

図２は、本実施形態のリフティングマグネット車両１の電気系統や油圧系統といった内部構成を示すブロック図である。なお、図２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。

図２に示すように、リフティングマグネット車両１は電動発電機１２および減速機１３を備えており、エンジン１１及び電動発電機１２の回転軸は、共に減速機１３の入力軸に接続されることにより互いに連結されている。エンジン１１の負荷が大きいときには、電動発電機１２が自身の駆動力によりエンジン１１の駆動力を補助（アシスト）し、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。一方、エンジン１１の負荷が小さいときには、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が発電を行う。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）モータによって構成される。電動発電機１２の駆動と発電との切り替えは、リフティングマグネット車両１における電気系統の駆動制御を行うコントローラ（制御部）３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。

エンジン１１の回転軸１１Ａには、本実施形態における回転数検出手段としての回転数センサ３１が取り付けられている。回転数センサ３１は、エンジン１１の回転軸１１Ａの回転数を検出するためのセンサであり、回転軸１１Ａの回転数及び回転方向を検出する。回転数センサ３１によって生成された、回転軸１１Ａの回転数及び回転方向を示す信号は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３３に提供される。そして、この信号は、ＥＣＵ３３を介してコントローラ３０にも提供される。

電動発電機１２の回転軸１２Ａには、本実施形態における第１の回転角センサとしてのレゾルバ３２が接続される。レゾルバ３２は、電動発電機１２の回転軸１２Ａの回転位置及び回転角度を検出するセンサであり、電動発電機１２と機械的に連結されることで回転軸１２Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ３２は、回転軸１２Ａの回転角度及び回転方向を示す検出信号Ｓｄ３をコントローラ３０に提供する。

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が接続されており、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。コントロールバルブ１７は、リフティングマグネット車両１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行機構２を駆動するための油圧モータ２ａ及び２ｂの他、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、及びバケットシリンダ１０が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。

また、リフティングマグネット車両１は、ＤＣバス１１０といった直流電力用配線を更に備えている。そして、電動発電機１２とＤＣバス１１０との間には、本実施形態における第１のインバータ回路としてのインバータ回路１８Ａが接続されている。すなわち、電動発電機１２の電気的な端子にはインバータ回路１８Ａの一端（交流側端子）が接続されており、インバータ回路１８Ａの他端（直流側端子）にはＤＣバス１１０が接続されている。ＤＣバス１１０には昇降圧コンバータ（直流電圧変換器）１００の一端が接続されており、昇降圧コンバータ１００の他端には蓄電池としてのバッテリ１９が接続されている。インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０から与えられる駆動信号（第１の駆動信号）Ｓｄ１に応じて、電動発電機１２の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路１８Ａが電動発電機１２を力行運転させる際には、バッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して直流電力を受け取り、その直流電力から必要な交流電力を生成して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された交流電力を直流電力に変換し、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。なお、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バス電圧値、バッテリ電圧値、及び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。

ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ｂの一端（直流側端子）が接続されており、インバータ回路１８Ｂの他端（交流側端子）にはリフティングマグネット７が接続されている。リフティングマグネット７は、金属物を磁気的に吸着させるための磁力を発生する電磁石を含んでおり、インバータ回路１８Ｂを介してＤＣバス１１０から電力が供給される。インバータ回路１８Ｂは、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７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１１０に供給する。

また、リフティングマグネット車両１は、旋回用交流電動機（以下、単に旋回用電動機とする）２１を更に備えている。旋回用電動機２１は、旋回体４を旋回させる旋回機構３の動力源である。そして、旋回用電動機２１とＤＣバス１１０との間には、本実施形態における第２のインバータ回路としてのインバータ回路２０が接続されている。すなわち、インバータ回路２０の一端（直流側端子）にはＤＣバス１１０が接続されており、インバータ回路２０の他端（交流側端子）には旋回用電動機２１が接続されている。

インバータ回路２０は、コントローラ３０から与えられる駆動信号（第２の駆動信号）Ｓｄ２に応じて、旋回用電動機２１の運転制御を行う。すなわち、インバータ回路２０が旋回用電動機２１を力行運転させる際には、ＤＣバス１１０から直流電力を受け取り、その直流電力から必要な交流電力を生成して旋回用電動機２１に供給する。また、旋回用電動機２１を回生運転させる際には、旋回用電動機２１により発電された交流電力を直流電力に変換し、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。

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が接続されている。旋回用電動機２１が力行運転を行う際には、旋回用電動機２１の回転駆動力の回転力が旋回減速機２４にて増幅され、旋回体４が加減速制御され回転運動を行う。また、旋回体４の慣性回転により、旋回減速機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。旋回用電動機２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号によりインバータ回路２０によって交流駆動される。旋回用電動機２１としては、例えば、磁石埋込型のＩＰＭモータが好適である。

レゾルバ２２は、本実施形態における第２の回転角センサである。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回転軸２１Ａの回転角度及び回転方向を検出する。レゾルバ２２が回転軸２１Ａの回転角度を検出することにより、旋回機構３の回転角度及び回転方向が導出される。レゾルバ２２は、回転軸２１Ａの回転角度に関する検出信号Ｓｄ４をコントローラ３０に提供する。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、コントローラ３０からの指令によって、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａを機械的に停止させる。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３に機械的に伝達する減速機である。

なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路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７、及び旋回用電動機２１が接続されているので、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７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７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７に供給される場合もある。

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が接続されている。操作装置２６は、旋回用電動機２１、走行機構２、ブーム５、アーム６、及びリフティングマグネット７を操作するための操作装置であり、操作者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。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）を操作者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。

圧力センサ２９は、操作装置２６に対して旋回機構３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。

コントローラ３０は、本実施形態における制御部である。コントローラ３０は、旋回駆動制御部４０及び駆動制御部５０を含み、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置によって構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵが実行することにより実現される。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３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。駆動制御部５０は、電動発電機１２の運転制御（アシスト運転及び発電運転の切り替え）、リフティングマグネット７の駆動制御（励磁と消磁の切り替え）、並びに、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。

ここで、コントローラ３０の駆動制御部５０について更に詳細に説明する。図３は、駆動制御部５０の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、駆動制御部５０は、電動発電機１２を制御するための駆動信号Ｓｄ１を生成する電動発電機制御部６０と、旋回用電動機２１を制御するための駆動信号Ｓｄ２を生成する旋回用電動機制御部７０とを含んでいる。

電動発電機制御部６０は、駆動信号Ｓｄ１を生成する駆動信号生成回路６１と、回転角度推定回路６２と、故障検出回路６３と、信号処理回路６４と、回転角度計算回路６５とを含んで構成されている。回転角度推定回路６２は、本実施形態における第１の回転角推定手段であり、レゾルバ３２から出力される検出信号に依らずに電動発電機１２の回転角（磁極位置）を推定するための回路である。回転角度推定回路６２は、駆動信号生成回路６１から出力された駆動信号Ｓｄ１を入力し、この駆動信号Ｓｄ１と、電動発電機１２をモデル化した数式等とに基づいて、電動発電機１２の回転角度（磁極位置）を推定する。

駆動信号生成回路６１は、本実施形態における第１の駆動信号生成手段であり、回転角度推定回路６２による電動発電機１２の回転角度の推定値と、レゾルバ３２からの検出信号Ｓｄ３に基づいて算出される電動発電機１２の回転角度値のうち何れかを選択的に利用して、駆動信号Ｓｄ１を生成する。

駆動信号生成回路６１は、ベクトル制御部６１ａ及びセンサレスベクトル制御部６１ｂを含んでいる。ベクトル制御部６１ａは、レゾルバ３２からの検出信号Ｓｄ３により算出された電動発電機１２の回転角度値に基づいて駆動信号を生成する。センサレスベクトル制御部６１ｂは、回転角度推定回路６２による電動発電機１２の回転角度の推定値を利用して駆動信号を生成する。ベクトル制御部６１ａ及びセンサレスベクトル制御部６１ｂのそれぞれには、図２に示した圧力センサ２９からの操作信号が入力される。また、ベクトル制御部６１ａには、後述する回転角度計算回路６５から電動発電機１２の回転角度の推定値が入力される。

また、駆動信号生成回路６１は、ベクトル制御部６１ａから出力された駆動信号、及びセンサレスベクトル制御部６１ｂから出力された駆動信号のうち何れか一方を選択して出力するスイッチ手段６１ｃを更に含んでいる。スイッチ手段６１ｃは、後述する故障検出回路６３によって制御される。

回転角度計算回路６５は、レゾルバ３２から出力された検出信号Ｓｄ３に基づいて、電動発電機１２の回転軸１２Ａの回転角度を算出するための回路である。レゾルバ３２から出力された検出信号Ｓｄ３は、まず信号処理回路６４においてデジタル信号に変換され、回転角度計算回路６５に提供される。回転角度計算回路６５は、算出した回転角度値をベクトル制御部６１ａ及び故障検出回路６３へ提供する。

故障検出回路６３は、本実施形態における第１の故障判定手段であり、レゾルバ３２の故障を判定する。具体的には、故障検出回路６３は、ＥＣＵ３３から提供されたエンジン１１の回転数から算出される電動発電機１２の回転数と、レゾルバ３２の出力に基づいて回転角度計算回路６５から提供された回転角度値から算出される電動発電機１２の回転数との差の絶対値が所定値より大きい場合に、レゾルバ３２を故障したものと判定する。

或いは、エンジン１１の回転数が大きく変化しないことが予め判っているような場合には、故障検出回路６３は、回転角度計算回路６５から提供された回転角度値から算出される電動発電機１２の回転数が、エンジン１１の予想される回転数の範囲（例えば１０００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍ）に対応する電動発電機１２の回転数の範囲を逸脱した場合に、レゾルバ３２を故障したものと判定してもよい。また、故障検出回路６３は、回転角度推定回路６２から電動発電機１２の回転角度の推定値を入力し、該推定値から算出される電動発電機１２の回転数と、回転角度計算回路６５から提供された回転角度値から算出される電動発電機１２の回転数との差の絶対値が所定値より大きい場合に、レゾルバ３２を故障したものと判定してもよい。

故障検出回路６３は、レゾルバ３２が正常である限り、駆動信号生成回路６１のスイッチ手段６１ｃをベクトル制御部６１ａ側に制御する。これにより、ベクトル制御部６１ａにより生成された信号が、駆動信号Ｓｄ１として駆動信号生成回路６１から出力される。また、故障検出回路６３は、レゾルバ３２を故障と判定した場合には、駆動信号生成回路６１のスイッチ手段６１ｃをセンサレスベクトル制御部６１ｂ側に制御する。これにより、センサレスベクトル制御部６１ｂにより生成された信号が、駆動信号Ｓｄ１として駆動信号生成回路６１から出力される。なお、故障検出回路６３によるこのようなスイッチ手段６１ｃの切り替え動作は、レゾルバ３２を故障と判定した直後に行われても良いが、リフティングマグネット車両１においてエンジン１１が操作者により一旦停止されて再起動された際に行われると尚良い。この場合、電動発電機制御部６０は、故障検出回路６３による故障判定結果を記憶するための不揮発性の記憶手段（メモリ等）６６を更に有し、駆動信号生成回路６１は、コントローラ３０が再起動した際に、記憶手段６６に記憶された故障判定結果を参照することが好ましい。

旋回用電動機制御部７０は、駆動信号Ｓｄ２を生成する駆動信号生成回路７１と、回転角度推定回路７２と、故障検出回路７３と、信号処理回路７４と、回転角度計算回路７５とを含んで構成されている。回転角度推定回路７２は、本実施形態における第２の回転角推定手段であり、レゾルバ２２から出力される検出信号に依らずに旋回用電動機２１の回転角（磁極位置）を推定するための回路である。回転角度推定回路７２は、駆動信号生成回路７１から出力された駆動信号Ｓｄ２を入力し、この駆動信号Ｓｄ２と、旋回用電動機２１をモデル化した数式等とに基づいて、旋回用電動機２１の回転角度（磁極位置）を推定する。

駆動信号生成回路７１は、本実施形態における第２の駆動信号生成手段であり、回転角度推定回路７２による旋回用電動機２１の回転角度の推定値と、レゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４に基づいて算出される旋回用電動機２１の回転角度値のうち何れかを選択的に利用して、駆動信号Ｓｄ２を生成する。

駆動信号生成回路７１は、ベクトル制御部７１ａ及びセンサレスベクトル制御部７１ｂを含んでいる。ベクトル制御部７１ａは、レゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４により算出された旋回用電動機２１の回転角度値に基づいて駆動信号を生成する。センサレスベクトル制御部７１ｂは、回転角度推定回路７２による旋回用電動機２１の回転角度の推定値を利用して駆動信号を生成する。ベクトル制御部７１ａ及びセンサレスベクトル制御部７１ｂのそれぞれには、図２に示した圧力センサ２９からの操作信号が入力される。また、ベクトル制御部７１ａには、後述する回転角度計算回路７５から旋回用電動機２１の回転角度の推定値が入力される。

また、駆動信号生成回路７１は、ベクトル制御部７１ａから出力された駆動信号、及びセンサレスベクトル制御部７１ｂから出力された駆動信号のうち何れか一方を選択して出力するスイッチ手段７１ｃを更に含んでいる。スイッチ手段７１ｃは、後述する故障検出回路７３によって制御される。

回転角度計算回路７５は、レゾルバ２２から出力された検出信号Ｓｄ４に基づいて、旋回用電動機２１の回転軸２１Ａの回転角度を算出するための回路である。レゾルバ２２から出力された検出信号Ｓｄ４は、まず信号処理回路７４においてデジタル信号に変換され、回転角度計算回路７５に提供される。回転角度計算回路７５は、算出した回転角度値をベクトル制御部７１ａ及び故障検出回路７３へ提供する。

故障検出回路７３は、本実施形態における第２の故障判定手段であり、レゾルバ２２の故障を判定する。具体的には、故障検出回路７３は、回転角度推定回路７２から旋回用電動機２１の回転角度の推定値を入力し、該推定値から算出される旋回用電動機２１の回転数と、回転角度計算回路７５から提供された回転角度値から算出される旋回用電動機２１の回転数との差の絶対値が所定値より大きい場合に、レゾルバ２２を故障したものと判定する。

故障検出回路７３は、レゾルバ２２が正常である限り、駆動信号生成回路７１のスイッチ手段７１ｃをベクトル制御部７１ａ側に制御する。これにより、ベクトル制御部７１ａにより生成された信号が、駆動信号Ｓｄ２として駆動信号生成回路７１から出力される。また、故障検出回路７３は、レゾルバ２２を故障と判定した場合には、駆動信号生成回路７１のスイッチ手段７１ｃをセンサレスベクトル制御部７１ｂ側に制御する。これにより、センサレスベクトル制御部７１ｂにより生成された信号が、駆動信号Ｓｄ２として駆動信号生成回路７１から出力される。なお、故障検出回路７３によるこのようなスイッチ手段７１ｃの切り替え動作は、レゾルバ２２を故障と判定した直後に行われても良いが、リフティングマグネット車両１においてエンジン１１が操作者により一旦停止されて再起動された際に行われると尚良い。この場合、旋回用電動機制御部７０は、故障検出回路７３による故障判定結果を記憶するための不揮発性の記憶手段（メモリ等）７６を更に有し、駆動信号生成回路７１は、コントローラ３０が再起動した際に、記憶手段７６に記憶された故障判定結果を参照することが好ましい。

以上の構成を備えるリフティングマグネット車両１の動作について、その制御方法と共に以下に説明する。図４及び図５は、電動発電機１２の制御に関するフローチャートである。図６及び図７は、旋回用電動機２１の制御に関するフローチャートである。

まず図４を参照して、電動発電機１２の制御フローについて説明する。電動発電機制御部６０は、故障検出回路６３によりレゾルバ３２の故障が判定されたときにオンにされる故障フラグを読み込む（Ｓ１１）。そして、故障フラグがオフからオンに変化したか否かを判定する（Ｓ１２）。故障フラグがオフからオンに変化した場合には機械を停止する（Ｓ１３、動作停止ステップ）。具体的には、エンジン１１を停止し、同時に旋回用電動機２１及び電動発電機１２の動作を停止する。このとき、コントローラ３０やインバータ回路１８Ａ、１８Ｂ、及び２０の動作も停止することとなる。また、機械を停止する代わりに、警報を行って操作者に機械の停止を促すようにしてもよい。

故障フラグがオフのままであれば何もせずに次の処理に移る。なお、再起動された場合には、初期化処理によりワークメモリ上の故障フラグがリセットされオフとなるため、機械の停止の処理（Ｓ１２）はパスされることになる。

次いで、記憶手段６６に記憶された判定結果（故障フラグ）を参照し（Ｓ１４）、記憶された判定結果がオンであるか否かを判定する（Ｓ１５）。これは、再起動前に故障フラグがオンとなっていたか否かを判定するものである。

判定結果がオンである場合、電動発電機制御部６０は、センサレスベクトル制御部６１ｂによって生成された信号、すなわち回転角度推定回路６２による電動発電機１２の回転角度の推定値を利用して生成された信号を駆動信号Ｓｄ１として出力し、インバータ回路１８Ａを制御する（Ｓ１６、故障時駆動信号生成ステップ）。また、判定結果がオフである場合、電動発電機制御部６０は、ベクトル制御部６１ａによって生成された信号、すなわちレゾルバ３２からの検出信号Ｓｄ３を利用して生成された信号を駆動信号Ｓｄ１として出力し、インバータ回路１８Ａを制御する（Ｓ１７、正常時駆動信号生成ステップ）。そして、処理をリターンして本フローが所定サイクル毎に繰り返される。この所定サイクルは、コントローラ３０の制御サイクルの最小単位（例えば、１０ｍｓ）である。

次に、図５を参照して、レゾルバ３２の故障判定処理について説明する。なお、レゾルバ３２の故障判定処理は、図４の制御フローとは別個のフローとして並列処理される。

故障検出回路６３は、レゾルバ３２の出力に基づいて回転角度計算回路６５から提供された回転角度値と、ＥＣＵ３３から提供されたエンジン１１の回転数とに基づいて、レゾルバ３２の故障を判定する。

具体的には、ＥＣＵ３３から得られるエンジン１１の回転数から算出される電動発電機１２の回転数と（Ｓ２１、Ｓ２２）、回転角度計算回路６５から提供された回転角度値から算出される電動発電機１２の回転数（Ｓ２３、Ｓ２４）との差の絶対値が所定値より大きい場合に、レゾルバ３２を故障したものと判定して、ワークメモリ上の故障判定フラグをオンにする（Ｓ２５、Ｓ２６、故障判定ステップ）。所定値以下の場合には、レゾルバ３２は正常であると判定してワークメモリ上の故障フラグをオフにする（Ｓ２７）。

或いは、回転角度計算回路６５から提供された回転角度値から算出される電動発電機１２の回転数が、エンジン１１の予想される回転数の範囲に対応する電動発電機１２の回転数の範囲内であるか否かをチェックし、電動発電機１２の回転数が上記範囲を逸脱した場合に、レゾルバ３２を故障したものと判定してもよい。或いは、回転角度推定回路６２から電動発電機１２の回転角度の推定値を入力し、該推定値から算出される電動発電機１２の回転数と、回転角度計算回路６５から提供された回転角度値から算出される電動発電機１２の回転数との差の絶対値が所定値より大きい場合に、レゾルバ３２を故障したものと判定してもよい。

そして、判定結果（故障フラグ）を不揮発性の記憶手段６６に記憶し（Ｓ２８）、処理をリターンして本フローを所定サイクル毎に繰り返す。この所定サイクルは、電動発電機１２の制御フローの実行サイクルに対して数サイクルの間隔をあけている。なお、コントローラ３０の処理負荷が小さいときには、電動発電機１２の実行サイクルに合わせ、処理負荷が大きくなるにつれて間隔があくように可変としてもよい。

次に、図６を参照して、旋回用電動機２１の制御フローについて説明する。旋回用電動機制御部７０は、故障検出回路７３によりレゾルバ２２の故障が判定されたときにオンにされる故障フラグを読み込む（Ｓ３１）。そして、故障フラグがオフからオンに変化したか否かを判定する（Ｓ３２）。故障フラグがオフからオンに変化した場合には機械を停止する（Ｓ３３、動作停止ステップ）。具体的には、エンジン１１を停止し、同時に旋回用電動機２１及び電動発電機１２の動作を停止する。このとき、コントローラ３０やインバータ回路１８Ａ、１８Ｂ、及び２０の動作も停止することとなる。また、機械を停止する代わりに、警報を行って操作者に機械の停止を促すようにしてもよい。

故障フラグがオフのままであれば何もせずにの処理に移る。なお、再起動された場合には、初期化処理によりワークメモリ上の故障フラグがリセットされオフとなるため、機械の停止の処理（Ｓ３２）はパスされることになる。

次いで、記憶手段７６に記憶された判定結果（故障フラグ）を参照し（Ｓ３４）、記憶された判定結果がオンであるか否かを判定する（Ｓ３５）。これは、再起動前に故障フラグがオンとなっていたか否かを判定するものである。

判定結果がオンである場合、旋回用電動機制御部７０は、センサレスベクトル制御部７１ｂによって生成された信号、すなわち回転角度推定回路７２による旋回用電動機２１の回転角度の推定値を利用して生成された信号を駆動信号Ｓｄ２として出力し、インバータ回路２０を制御する（Ｓ３６、故障時駆動信号生成ステップ）。また、判定結果がオフである場合、旋回用電動機制御部７０は、ベクトル制御部７１ａによって生成された信号、すなわちレゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４を利用して生成された信号を駆動信号Ｓｄ２として出力し、インバータ回路２０を制御する（Ｓ３７、正常時駆動信号生成ステップ）。そして、処理をリターンして本フローが所定サイクル毎に繰り返される。この所定サイクルは、コントローラ３０の制御サイクルの最小単位（例えば、１０ｍｓ）である。

次に、図７を参照して、レゾルバ２２の故障判定処理について説明する。なお、レゾルバ２２の故障判定処理は、図６の制御フローとは別個のフローとして並列処理される。なお、エンジン１１が稼働していれば常時回転する電動発電機１２とは異なり、旋回用電動機２１は旋回操作が行われない限り回転しないため、レゾルバ２２の故障判定処理は旋回操作が行われているときに実行するものとしている。

故障検出回路７３は、レゾルバ２２の出力に基づいて回転角度計算回路７５から提供された回転角度値と、回転角度推定回路７２から提供された旋回用電動機２１の回転角度の推定値とに基づいて、レゾルバ２２の故障を判定する。

具体的には、回転角度推定回路７２から出力される旋回用電動機２１の回転角度の推定値から算出される旋回用電動機２１の回転数と（Ｓ４１、Ｓ４２）、回転角度計算回路６５から提供された回転角度値から算出される旋回用電動機２１の回転数（Ｓ４３、Ｓ４４）との差の絶対値が所定値より大きい場合に、レゾルバ２２を故障したものと判定して、ワークメモリ上の故障判定フラグをオンにする（Ｓ４５、Ｓ４６、故障判定ステップ）。所定値以下の場合には、レゾルバ２２は正常であると判定してワークメモリ上の故障フラグをオフにする（Ｓ４７）。

そして、判定結果（故障フラグ）を不揮発性の記憶手段７６に記憶し（Ｓ４８）、処理をリターンして本フローを所定サイクル毎に繰り返す。この所定サイクルは、旋回用電動機２１の制御フローの実行サイクルに対して数サイクルの間隔をあけている。なお、コントローラ３０の処理負荷が小さいときには、旋回用電動機２１の実行サイクルに合わせ、処理負荷が大きくなるにつれて間隔があくように可変としてもよい。

以上に説明したリフティングマグネット車両１およびその制御方法による効果について説明する。本実施形態のリフティングマグネット車両１およびその制御方法では、コントローラ３０において、回転角度推定回路６２が、レゾルバ３２からの検出信号Ｓｄ３に依らずに電動発電機１２の回転角を推定し、駆動信号生成回路６１が、回転角度推定回路６２による推定値、及びレゾルバ３２からの検出信号Ｓｄ３のうち何れかを選択的に利用して駆動信号Ｓｄ１を生成している。また、回転角度推定回路７２が、レゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４に依らずに旋回用電動機２１の回転角を推定し、駆動信号生成回路７１が、回転角度推定回路７２による推定値、及びレゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４のうち何れかを選択的に利用して駆動信号Ｓｄ２を生成している。

したがって、レゾルバ３２が故障した場合であっても駆動信号Ｓｄ１を問題なく生成してインバータ回路１８Ａを駆動し、電動発電機１２の回転を制御することができる。また、レゾルバ２２が故障した場合であっても駆動信号Ｓｄ２を問題なく生成してインバータ回路２０を駆動し、旋回用電動機２１の回転を制御することができる。すなわち、レゾルバ２２，３２といった回転角センサが故障した場合であっても、リフティングマグネット車両１を動作可能にすることができる。

また、本実施形態のように、コントローラ３０は、レゾルバ３２の故障を判定する故障検出回路６３と、レゾルバ２２の故障を判定する故障検出回路７３とを更に有することが好ましい。そして、駆動信号生成回路６１は、故障検出回路６３がレゾルバ３２の故障を判定した場合に、回転角度推定回路６２による推定値を利用して駆動信号Ｓｄ１を生成し、駆動信号生成回路７１は、故障検出回路７３がレゾルバ２２の故障を判定した場合に、回転角度推定回路７２による推定値を利用して駆動信号Ｓｄ２を生成することが好ましい。これにより、回転角度推定回路６２，７２による推定値を利用した駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の生成と、レゾルバ３２，２２からの検出信号Ｓｄ３，Ｓｄ４を利用した駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の生成とを自動的に切り替えることができる。

また、本実施形態のように、コントローラ３０は、故障検出回路６３，７３による故障判定結果を記憶するための不揮発性の記憶手段６６，７６を有しており、駆動信号生成回路６１，７１は、コントローラ３０が再起動した際に、記憶手段６６，７６に記憶された故障判定結果を参照することが好ましい。これにより、操作者がエンジン１１等を一旦停止して再起動した場合に、回転角度推定回路６２，７２による推定値を利用した駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の生成と、レゾルバ３２，２２からの検出信号Ｓｄ３，Ｓｄ４を利用した駆動信号Ｓｄ１，Ｓｄ２の生成とを好適に選択することができる。

また、本実施形態のように、故障検出回路６３は、レゾルバ３２からの検出信号に基づいて算出される電動発電機１２の回転速度値と、回転数センサ３１の検出結果（エンジン回転数）に基づいて算出される電動発電機１２の回転速度値との差が所定値より大きい場合に、レゾルバ３２を故障と判定することが好ましい。これにより、レゾルバ３２の故障の有無を正確に判定することができる。

また、本実施形態のように、故障検出回路７３は、回転角度推定回路７２の推定値から算出される旋回用電動機２１の回転速度値と、レゾルバ２２からの検出信号Ｓｄ４に基づいて算出される旋回用電動機２１の回転速度値との差が所定値より大きい場合に、レゾルバ２２を故障と判定することが好ましい。これにより、レゾルバ２２の故障の有無を正確に判定することができる。

本発明によるハイブリッド型作業機械およびその制御方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では作業機械としてリフティングマグネット車両の場合を例示して説明したが、他の作業機械（例えばクレーンやフォークリフト）にも本発明を適用してもよい。

１…リフティングマグネット車両、２…走行機構、３…旋回機構、４…旋回体、７…リフティングマグネット、１１…エンジン、１２…電動発電機、１３…減速機、１８Ａ，１８Ｂ，２０…インバータ回路、１９…バッテリ、２１…旋回用電動機、２２，３２…レゾルバ、２３…メカニカルブレーキ、２４…旋回減速機、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、３１…回転数センサ、４０…旋回駆動制御部、５０…駆動制御部、６０…電動発電機制御部、６１，７１…駆動信号生成回路、６１ａ，７１ａ…ベクトル制御部、６１ｂ，７１ｂ…センサレスベクトル制御部、６１ｃ，７１ｃ…スイッチ手段、６２，７２…回転角度推定回路、６３，７３…故障検出回路、６４，７４…信号処理回路、６５，７５…回転角度計算回路、６６，７６…記憶手段、７０…旋回用電動機制御部、１００…昇降圧コンバータ、１１０…ＤＣバス、Ｇ…吊荷。

Claims (6)

1. 走行機構と、該走行機構の上方に回動自在に設けられた旋回体とを備えるハイブリッド型作業機械であって、
   内燃機関発動機と、
   前記内燃機関発動機に連結され、前記内燃機関発動機の駆動力により発電を行い、また自身の駆動力により前記内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、
   前記旋回体を旋回させる旋回用交流電動機と、
   直流電力用配線と、
   前記電動発電機と前記直流電力用配線との間に接続された第１のインバータ回路と、
   前記直流電力用配線と前記旋回用交流電動機との間に接続された第２のインバータ回路と、
   前記電動発電機の回転角を検出する第１の回転角センサと、
   前記旋回用交流電動機の回転角を検出する第２の回転角センサと、
   前記第１のインバータ回路に第１の駆動信号を与えると共に、前記第２のインバータ回路に第２の駆動信号を与える制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の回転角センサからの検出信号に依らずに前記電動発電機の回転角を推定する第１の回転角推定手段と、
   前記第２の回転角センサからの検出信号に依らずに前記旋回用交流電動機の回転角を推定する第２の回転角推定手段と、
   前記第１の回転角推定手段による推定値、及び前記第１の回転角センサからの検出信号のうち何れかを選択的に利用して前記第１の駆動信号を生成する第１の駆動信号生成手段と、
   前記第２の回転角推定手段による推定値、及び前記第２の回転角センサからの検出信号のうち何れかを選択的に利用して前記第２の駆動信号を生成する第２の駆動信号生成手段と
   を有することを特徴とする、ハイブリッド型作業機械。
2. 前記制御部は、前記第１の回転角センサの故障を判定する第１の故障判定手段と、前記第２の回転角センサの故障を判定する第２の故障判定手段とを更に有し、
   前記第１の駆動信号生成手段は、前記第１の故障判定手段が前記第１の回転角センサの故障を判定した場合に、前記第１の回転角推定手段による推定値を利用して前記第１の駆動信号を生成し、
   前記第２の駆動信号生成手段は、前記第２の故障判定手段が前記第２の回転角センサの故障を判定した場合に、前記第２の回転角推定手段による推定値を利用して前記第２の駆動信号を生成する
   ことを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド型作業機械。
3. 前記制御部は、第１及び第２の故障判定手段による故障判定結果を記憶するための不揮発性の記憶手段を更に有しており、
   前記第１及び第２の駆動信号生成手段は、前記制御部が再起動した際に、前記記憶手段に記憶された前記故障判定結果を参照する
   ことを特徴とする、請求項２に記載のハイブリッド型作業機械。
4. 前記内燃機関発動機の回転数を検出する回転数検出手段を更に備え、
   前記第１の故障判定手段は、前記第１の回転角センサからの検出信号に基づいて算出される前記電動発電機の回転速度値と、前記回転数検出手段の検出結果に基づいて算出される前記電動発電機の回転速度値との差が所定値より大きい場合に、前記第１の回転角センサを故障と判定する
   ことを特徴とする、請求項２または３に記載のハイブリッド型作業機械。
5. 前記第２の故障判定手段は、前記第２の回転角推定手段の推定値から算出される前記旋回用交流電動機の回転速度値と、前記第２の回転角センサからの検出信号に基づいて算出される前記旋回用交流電動機の回転速度値との差が所定値より大きい場合に、前記第２の回転角センサを故障と判定する
   ことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド型作業機械。
6. 走行機構の上方に回動自在に設けられた旋回体を旋回させる旋回用交流電動機と、内燃機関発動機に連結され、前記内燃機関発動機の駆動力により発電を行い、また自身の駆動力により前記内燃機関発動機の駆動力を補助する電動発電機と、前記電動発電機の回転角を検出する第１の回転角センサと、前記旋回用交流電動機の回転角を検出する第２の回転角センサと、を備えるハイブリッド型作業機械の制御方法であって、
   前記第１の回転角センサからの検出信号を利用して、前記電動発電機に接続されたインバータ回路を駆動する第１の駆動信号を生成すると共に、前記第２の回転角センサからの検出信号を利用して、前記旋回用交流電動機に接続されたインバータ回路を駆動する第２の駆動信号を生成する正常時駆動信号生成ステップと、
   前記第１及び第２の回転角センサの故障を判定する故障判定ステップと、
   前記故障判定ステップにおいて、前記第１及び第２の回転角センサのうち少なくとも一方が故障と判定された場合に、前記旋回用交流電動機及び前記電動発電機の動作を停止する動作停止ステップと、
   前記旋回用交流電動機及び前記電動発電機の動作が再開された場合に、故障した前記第１の回転角センサからの検出信号に依らずに前記電動発電機の回転角を推定して前記第１の駆動信号を生成し、または故障した前記第２の回転角センサからの検出信号に依らずに前記旋回用交流電動機の回転角を推定して前記第２の駆動信号を生成する故障時駆動信号生成ステップと
   を有することを特徴とする、ハイブリッド型作業機械の制御方法。

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