JP5253747B2

JP5253747B2 - リフティングマグネット制御システム

Info

Publication number: JP5253747B2
Application number: JP2007062400A
Authority: JP
Inventors: 貴広池永
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2027-03-12
Also published as: JP2008222368A

Description

本発明は、リフティングマグネット制御システムに関するものである。

一般に、荷役作業や建設作業等において鉄片を持ち上げるためのリフティングマグネットが知られている。リフティングマグネットとしては、工場等の設備となっているもののほか、車両に搭載されるものもある。リフティングマグネットを使用する際には、或る向きに電流を流してリフティングマグネットを励磁し、鉄片を吸着させて持ち上げる。そして、鉄片を釈放する際には、逆向きに電流を流してリフティングマグネットを消磁する。特許文献１には、このような励磁および釈放のための電流をリフティングマグネットに供給する制御装置が記載されている。
特開平６−１８３６８１号公報

リフティングマグネットに電流を供給する制御装置のうち工場等の設備となっているものには、装置の故障に備えて非常用の電源設備が用意されていることが多い。この場合、リフティングマグネットへの過電流等の異常が発生すると、回路の動作を停止させる一方、非常用電源から電流を供給することにより吊荷の吸着状態を維持できる。

しかしながら、油圧ショベル等の車両に搭載される制御装置においては、配置場所の制約により非常用電源が設けられないことが多い。このような場合であっても、従来の制御装置では、リフティングマグネットへの過電流等の異常が発生すると、回路を保護するためその動作を停止させる。通常、このような異常は予期せず発生するので、吊荷を持ち上げた状態で異常が発生すると吊荷が落下するおそれが生じる。このため、制御装置の異常発生を常に念頭に置きつつ作業することを操作者に強いることとなり、操作者の負担が増大する。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、リフティングマグネットを装備した車両に搭載され、吊荷が落下する前に異常を操作者に予知させることができるリフティングマグネット制御システムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明によるリフティングマグネット制御システムは、リフティングマグネットを装備した車両に搭載されるリフティングマグネット制御システムであって、交流発電機と、交流発電機から供給された交流電力を直流電力に変換してリフティングマグネットに供給するマグネット駆動回路と、交流発電機またはマグネット駆動回路の異常の前段階である要注意事象を検知し、該要注意事象の発生を示す注意信号を生成する異常検知手段と、注意信号に基づいて操作者に注意を促す注意手段とを備え、異常検知手段は、マグネット駆動回路の直流電力の電圧が第１の電圧値を超えた場合に、直流電力の電圧上昇を示す注意信号を生成し、直流電力の電圧が第１の電圧値より大きい第２の電圧値を超えた場合に、直流電力の過電圧を示す異常検知信号を生成し、マグネット駆動回路は、異常検知手段が注意信号を出力した後もリフティングマグネットへの電力供給を継続し、直流電力の電圧が第２の電圧値を超えて異常検知手段が異常検知信号を出力した場合にリフティングマグネットへの電流供給を停止することを特徴とする。

このリフティングマグネット制御システムにおいては、異常の前段階である要注意事象を異常検知手段により検知し、異常検知手段からの注意信号に基づいて注意手段が操作者に注意を促す。そして、マグネット駆動回路は、異常検知手段が注意信号を出力した後もリフティングマグネットへの電力供給を継続する。このように、リフティングマグネットへの電流供給を停止せざるを得なくなる異常の前段階で操作者に注意を促し、その後もリフティングマグネットへの電流供給を継続することによって、交流発電機またはマグネット駆動回路の異常を吊荷の落下前に操作者に予知させることができる。これにより、要注意事象が発生してから異常によりリフティングマグネットへの電流供給が停止されるまでの間に吊荷を下ろす余裕ができるので、作業者の負担を軽減できる。また、この場合、異常検知手段は、直流電力の電圧が第１の電圧値より大きい所定の第２の電圧値を超えた場合に、直流電力の過電圧を示す異常検知信号を生成し、マグネット駆動回路は、当該場合にリフティングマグネットへの電流供給を停止することが好ましい。

また、リフティングマグネット制御システムは、注意手段が、要注意事象を表示する表示装置、及び音によって操作者に注意を促す音発生装置を有することを特徴としてもよい。これにより、操作者に対し要注意事象の発生をより確実に示すことができる。

また、上記した課題を解決するために、本発明によるリフティングマグネット制御システムは、リフティングマグネットを装備した車両に搭載されるリフティングマグネット制御システムであって、交流発電機と、交流発電機から供給された交流電力を直流電力に変換してリフティングマグネットに供給するマグネット駆動回路と、交流発電機またはマグネット駆動回路の異常の前段階である要注意事象を検知し、該要注意事象の発生を示す注意信号を生成する異常検知手段と、注意信号に基づいて操作者に注意を促す注意手段とを備え、マグネット駆動回路は、交流発電機から供給された交流電力を直流電力へ変換する直流変換部と、複数のトランジスタを含んで構成され、直流電力の向きを制御してリフティングマグネットへ該直流電力を供給するＨブリッジ回路部とを有し、当該リフティングマグネット制御システムは、複数のトランジスタを駆動するブリッジドライバを更に備え、異常検知手段は、マグネット駆動回路からリフティングマグネットへ供給される電流（以下、マグネット電流）の大きさが所定の第１の電流値を超えた場合に、リフティングマグネットの電流上昇を示す注意信号を生成し、マグネット電流の大きさが第１の電流値を超えた状態で所定時間が経過した場合に、リフティングマグネットの過電流を示す異常検知信号を生成し、マグネット駆動回路は、異常検知手段が注意信号を出力した後もリフティングマグネットへの電力供給を継続し、マグネット電流の大きさが第１の電流値を超えた状態で所定時間が経過して異常検知手段が異常検知信号を出力した場合にブリッジドライバの動作が停止することによりリフティングマグネットへの電流供給を停止することを特徴とする。

このリフティングマグネット制御システムにおいては、異常の前段階である要注意事象を異常検知手段により検知し、異常検知手段からの注意信号に基づいて注意手段が操作者に注意を促す。そして、マグネット駆動回路は、異常検知手段が注意信号を出力した後もリフティングマグネットへの電力供給を継続する。このように、リフティングマグネットへの電流供給を停止せざるを得なくなる異常の前段階で操作者に注意を促し、その後もリフティングマグネットへの電流供給を継続することによって、交流発電機またはマグネット駆動回路の異常を吊荷の落下前に操作者に予知させることができる。これにより、要注意事象が発生してから異常によりリフティングマグネットへの電流供給が停止されるまでの間に吊荷を下ろす余裕ができるので、作業者の負担を軽減できる。また、この場合、異常検知手段は、マグネット電流の大きさが第１の電流値を超えた状態で所定時間が経過した場合に、リフティングマグネットの過電流を示す異常検知信号を生成し、マグネット駆動回路は、当該場合にリフティングマグネットへの電流供給を停止することが好ましい。

本発明によれば、リフティングマグネットを装備した車両に搭載されたリフティングマグネット制御システムにおいて、吊荷が落下する前に異常を操作者に予知させることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるリフティングマグネット制御システム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。また、以下の説明において、トランジスタとはバイポーラ型トランジスタ及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の双方を含むものとする。トランジスタがＦＥＴである場合、ベースをゲート、コレクタをドレイン、エミッタをソースとそれぞれ読み替えるものとする。

図１は、本実施形態に係るリフティングマグネット制御システムが搭載される作業機械であるリフティングマグネット車両の構成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（以下、マグネット車両）１は、油圧ショベル（ベースマシン）のアーム１２の先端に、鋼材などの吊荷９０を磁力により吸着して捕獲するリフティングマグネット（以下、マグネット）１０を搭載して構成されている。また、マグネット車両１は、マグネット１０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運転室１４を備えている。

マグネット車両１に搭載されたリフティングマグネット制御システム（以下、マグネット制御システム）２は、マグネット１０に電力を供給するマグネット制御盤３と、マグネット制御システム２の故障などの異常、及び異常の前段階である要注意事象を操作者に知らせるための注意警告装置４と、マグネット制御盤３に三相交流電力を供給する交流発電機（同期発電機）１８と、マグネット制御盤３に直流電源電圧を供給するバッテリー（蓄電池）２０とを備えている。マグネット制御盤３は、マグネット制御盤３の内部回路、交流発電機１８、及びバッテリー２０の異常及び要注意事象を検知する図示しない異常検知手段を有しており、注意警告装置４は、この異常検知手段からの信号に基づいて操作者に注意を促す注意手段である。マグネット制御盤３は運転室１４の外部に設置されており、注意警告装置４は運転室１４の内部に設置されている。マグネット車両１は、該車両１のエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプからの油圧により駆動される油圧モータとを搭載しており、交流発電機１８は、この油圧モータによって駆動される。なお、本実施形態の交流発電機１８は、界磁として永久磁石を有する、いわゆる永久磁石（ＰＭ：Permanent Magnet）同期発電機である。

図２は、図１に示したマグネット車両１に搭載されているマグネット制御システム２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、マグネット制御システム２は、マグネット制御盤３、注意警告装置４、およびマグネット操作部５を備えている。

マグネット制御盤３は、マグネット駆動回路３１と、ブリッジドライバ３２と、制御部３３と、シリアル通信回路３４とを有している。マグネット駆動回路３１には交流発電機１８から三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３が供給され、ブリッジドライバ３２及び制御部３３にはバッテリー２０から直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴが供給される。マグネット駆動回路３１は、マグネット１０に電力を供給する回路であり、マグネット１０を流れる電流の向きを制御するＨブリッジ回路を含んで構成されている。ブリッジドライバ３２は、このＨブリッジ回路を駆動する回路である。制御部３３は、マグネット１０へ供給される電流及び電圧を、ブリッジドライバ３２を介して制御する。

また、マグネット制御盤３は、計測部６０を有している。計測部６０は、マグネット駆動回路３１、交流発電機１８、及びバッテリー２０の異常及び要注意事象（以下、単に異常及び要注意事象という）を検知するために設けられ、電流計や電圧計により構成されている。計測部６０からの出力信号は制御部３３に入力され、制御部３３においてこれらの異常及び要注意事象が判断される。すなわち、本実施形態の異常検知手段は、計測部６０及び制御部３３により構成されている。制御部３３は、例えば、所定のプログラムを格納したメモリと、該所定のプログラムを読み出して実行するＣＰＵとを含むディジタル演算処理回路からなり、異常及び要注意事象の内容を、それぞれ異常検知信号Ｄ１及び注意信号Ｄ２としてシリアル通信回路３４へ出力する。シリアル通信回路３４は、運転室１４（図１参照）の内外を結ぶ配線１６を介して注意警告装置４のシリアル通信回路４３と接続されており、シリアル通信回路４３との間で通信を行い、異常検知信号Ｄ１及び注意信号Ｄ２を注意警告装置４へ送る。なお、マグネット駆動回路３１、ブリッジドライバ３２、制御部３３、シリアル通信回路３４、及び計測部６０は、一つの筐体３５内に収容されている。

注意警告装置４は、タッチパネル４０と、音発生装置（ブザー）４１と、信号処理部４２と、シリアル通信回路４３とを有している。タッチパネル４０は、マグネット１０に供給される電流及び電圧に関わる設定入力を操作者から受け付けると共に、異常及び要注意事象に関する情報を表示する、本実施形態における表示装置である。音発生装置４１は、異常及び要注意事象の発生に応じて所定の音を発する。信号処理部４２は、シリアル通信回路４３を介して受け取った異常検知信号Ｄ１及び注意信号Ｄ２を基に、異常及び要注意事象に関する情報を認識する。信号処理部４２は、タッチパネル４０に該情報を表示させるか、または音発生装置４１から所定の音を発生させる。なお、音発生装置４１、信号処理部４２、及びシリアル通信回路４３は、タッチパネル４０を含む一つの筐体４５内に収容されている。

マグネット操作部５は、マグネット１０の励磁動作および釈放動作を操作者が操作するための装置であり、図１に示した運転室１４の内部に注意警告装置４と共に配置されている。マグネット操作部５は、二つのスイッチ５１，５２を有している。スイッチ５１，５２の一方の端子は互いに接続されると共にマグネット駆動回路３１と配線５３を介して接続され、マグネット駆動回路３１内部で定電位線と接続されている。また、スイッチ５１，５２の他方の端子はそれぞれ配線５４，５５を介してマグネット駆動回路３１の制御部３３と接続されている。

例えばスイッチ５１を操作者が押すと配線５４を介して所定電位が制御部３３へ伝わり、制御部３３は、リフティングマグネット１０へ正方向電流（励磁電流）が供給されるようにブリッジドライバ３２を制御する。また、スイッチ５２を操作者が押すと配線５５を介して所定電位が制御部３３へ伝わり、制御部３３は、マグネット１０へ逆方向電流（釈放電流）が供給されるようにブリッジドライバ３２を制御する。或いは、制御部３３が配線５４の電位のみ認識し、スイッチ５１が一度押されるとマグネット１０へ励磁電流が供給され、スイッチ５１が再度押されるとマグネット１０へ釈放電流が供給されるようにしてもよい。

図３は、マグネット駆動回路３１及び計測部６０の構成を示す回路図である。図３に示すように、マグネット駆動回路３１は、直流変換部３６、Ｈブリッジ回路部３７、及びコンデンサ３８を有する。

直流変換部３６は、交流発電機１８から供給された三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３を直流電源電圧Ｖ_ＤＣへ変換するための回路部分である。本実施形態の直流変換部３６は、６個のダイオード３６ａ〜３６ｆを含むブリッジ回路によって構成されており、三相全波整流を行う。なお、直流変換部は、これ以外にも例えばサイリスタを用いた純ブリッジ回路や、ダイオード及びサイリスタを用いた混合ブリッジ回路によって構成されてもよい。直流変換部が純ブリッジ回路や混合ブリッジ回路によって構成される場合、サイリスタは、図示しない位相制御回路によって所定の制御角で位相制御される。

Ｈブリッジ回路部３７は、マグネット１０へ供給される電流の向きを制御するための回路部分である。Ｈブリッジ回路部３７は、４つのｎｐｎ型トランジスタ３７ａ〜３７ｄと、該４つのトランジスタ３７ａ〜３７ｄそれぞれの電流端子間（コレクタ−エミッタ間またはソース−ドレイン間）に電気的に接続された４つのダイオード（整流素子）３７ｅ〜３７ｈと、マグネット１０へ電流を供給するための配線１９ａ及び１９ｂが接続される端子３７ｉ及び３７ｊとを含むＨブリッジ回路によって構成されている。

具体的には、トランジスタ３７ａの一方の電流端子は直流変換部３６の正側出力端３６ｇに電気的に接続されており、トランジスタ３７ａの他方の電流端子は端子３７ｉに電気的に接続されている。トランジスタ３７ｂの一方の電流端子は端子３７ｉに電気的に接続されており、トランジスタ３７ｂの他方の電流端子は直流変換部３６の負側出力端３６ｈに電気的に接続されている。トランジスタ３７ｃの一方の電流端子は直流変換部３６の正側出力端３６ｇに電気的に接続されており、トランジスタ３７ｃの他方の電流端子は端子３７ｊに電気的に接続されている。トランジスタ３７ｄの一方の電流端子は端子３７ｊに電気的に接続されており、トランジスタ３７ｄの他方の電流端子は直流変換部３６の負側出力端３６ｈに電気的に接続されている。また、ダイオード３７ｅ〜３７ｈのアノードは、それぞれトランジスタ３７ａ〜３７ｄの他方の電流端子に電気的に接続されており、ダイオード３７ｅ〜３７ｈのカソードは、それぞれトランジスタ３７ａ〜３７ｄの一方の電流端子に電気的に接続されている。

各トランジスタ３７ａ〜３７ｄの制御端子（ベースまたはゲート）はブリッジドライバ３２と電気的に接続されており、各トランジスタ３７ａ〜３７ｄにおける電流端子間の導通状態は、ブリッジドライバ３２から提供される制御電流（または制御電圧）によって制御される。例えば、トランジスタ３７ａ及び３７ｄの制御端子に制御電流が提供されると、正方向の励磁電流Ｉ_１が、トランジスタ３７ａ、端子３７ｉ、マグネット１０、端子３７ｊ、及びトランジスタ３７ｄの順に流れる。また、トランジスタ３７ｂ及び３７ｃの制御端子に制御電流が提供されると、逆方向の釈放電流（消磁電流）Ｉ_２が、トランジスタ３７ｃ、端子３７ｊ、マグネット１０、端子３７ｉ、及びトランジスタ３７ｂの順に（すなわち、励磁電流Ｉ_１とは逆向きに）流れる。

ブリッジドライバ３２は、制御部３３の出力信号に応じてトランジスタ３７ａ〜３７ｄの何れかを導通させる。制御部３３は、図２に示したマグネット操作部５から提供される信号に基づいて、トランジスタ３７ａ〜３７ｄの何れを導通させるかを決定する。また、ブリッジドライバ３２は、トランジスタ３７ａ〜３７ｄを必要に応じて断続的に導通させ、マグネット１０へ供給される電圧をパルス幅変調(ＰＷＭ：Pulse Width Modulation)により調整する。このＰＷＭのパルス幅は、制御部３３によって制御される。

コンデンサ３８は、マグネット１０への励磁電流Ｉ_１が釈放電流Ｉ_２へ切り替わる際にマグネット１０に蓄積されたエネルギを吸収し、回生するために設けられている。コンデンサ３８は、直流変換部３６の正側出力端３６ｇと負側出力端３６ｈとの間に電気的に接続されている。

ここで、マグネット駆動回路３１の動作について説明する。図４（ａ），（ｂ）は、マグネット１０の両端に印加される電圧（図４（ａ））、及びマグネット１０に供給される電流（図４（ｂ））の、それぞれ時間波形を示すグラフである。なお、上述したようにマグネット１０への印加電圧はＰＷＭによって調整されるが、図４（ａ）においては、ＰＷＭにおける電圧変化を時間的に平均化して得られる実効電圧の値を示している。また、図４（ａ），（ｂ）における電圧及び電流の符号については、図３に示した励磁電流Ｉ_１の向きを正としている。

まず、或る時刻ｔ_０において、交流発電機１８が駆動されることにより、直流変換部３６に三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３が提供される。三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３は、直流変換部３６によって直流電源電圧Ｖ_ＤＣに変換される。続いて、マグネット操作部５のスイッチ５１（または５２）を操作者が押すと（時刻ｔ_１）、制御部３３はマグネット１０の励磁を開始する。すなわち、制御部３３の指示を受けたブリッジドライバ３２は、Ｈブリッジ回路部３７のトランジスタ３７ａ及び３７ｄを導通させる。これにより、マグネット１０に励磁電流Ｉ_１が流れる。

制御部３３は、最初の期間Ｔ_１において、ＰＷＭのデューティ比を最大の１００％として励磁電圧（実効値）を最大値Ｖ_ＯＳとする。この期間Ｔ_１をオーバーシュート期間（ＯＳ期間）と称し、マグネット１０への励磁電流Ｉ_１を短時間で立ち上げるための期間である。また、制御部３３は、期間Ｔ_１の次の期間Ｔ_２において、ＰＷＭのデューティ比を最大より低下させて（例えば９０％）、励磁電圧（実効値）をＶ_ＯＥ（＜Ｖ_ＯＳ）とする。この期間Ｔ_２をオーバーエキサイト期間（ＯＥ期間）と称し、吊荷を容易に捕捉できるようにマグネット１０の磁力を一時的に高める期間である。また、制御部３３は、期間Ｔ_２の次の期間Ｔ_３において、ＰＷＭのデューティ比を更に低下させて、励磁電圧（実効値）をＶ_ＲＡ（＜Ｖ_ＯＥ）とする。この期間Ｔ_３を定格励磁期間と称し、マグネット１０の定格電力付近の電力を供給しつつ励磁状態を維持する期間である。なお、定格励磁期間Ｔ_３は、次の釈放動作へ移行するまで継続される。

このような励磁電力をマグネット１０へ供給することにより、マグネット１０が励磁され、鉄片等の吊荷を吸着して持ち上げることが可能となる。

続いて、マグネット１０から鉄片等を釈放（解放）するための動作に移る。マグネット操作部５の他方のスイッチ５２（または５１）を操作者が押すと（時刻ｔ_２）、制御部３３はマグネット１０の消磁を開始する。すなわち、制御部３３の指示を受けたブリッジドライバ３２は、Ｈブリッジ回路部３７のトランジスタ３７ａ及び３７ｄを非導通とし、トランジスタ３７ｂ及び３７ｃを導通させる。これにより、マグネット１０の電流の向きが反転し、釈放電流Ｉ_２が流れる（期間Ｔ_４）。この釈放電流Ｉ_２は、マグネット１０のインダクタンスの影響から或る時定数でもって所定値に近づく。これにより、マグネット１０および吊荷が消磁され、吊荷が開放される。制御部３３は、釈放電流Ｉ_２の大きさが設定値Ｉ_ＬＭに達すると、Ｈブリッジ回路部３７のトランジスタ３７ｂ及び３７ｃを非導通とし、電力回生のためトランジスタ３７ａ及び３７ｄを一定時間だけ導通させた後（期間Ｔ_５）、全てのトランジスタ３７ａ〜３７ｄを非導通として電力供給を停止する。

再び図３を参照しつつ、計測部６０の構成について説明する。本実施形態の計測部６０は、電圧計６１、６２、及び６４と、電流測定部６５と、温度センサ６６及び６７とを含んで構成されている。電圧計６１は、交流発電機１８から出力される三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３を計測し、この電圧値に応じた信号（交流電圧計測信号Ｓ_ＡＣ）を制御部３３へ提供する。電圧計６２は、直流変換部３６の正側出力端３６ｇと負側出力端３６ｈとの間の直流電源電圧Ｖ_ＤＣを計測し、この電圧値に応じた信号（直流電圧計測信号Ｓ_ＤＣ）を制御部３３へ提供する。電圧計６４は、バッテリー２０から出力される直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴを計測し、この電圧値に応じた信号（バッテリー電圧計測信号Ｓ_ＢＡＴ）を制御部３３へ提供する。電流測定部６５は、マグネット１０を流れる電流（以下、マグネット電流という）の大きさを測定するためのシャント抵抗６５ａ、及びシャント抵抗６５ａの両端電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６５ｂからなり、マグネット電流に応じた信号（マグネット電流計測信号Ｓ_Ｍ）を制御部３３へ提供する。温度センサ６６は、マグネット制御盤３内のＨブリッジ回路部３７の近傍に配置されており、Ｈブリッジ回路部３７の温度に応じた信号（温度計測信号Ｓ_Ｈ１）を出力する。温度センサ６７は、マグネット制御盤３内の制御部３３の近傍に配置されており、制御部３３の温度に応じた信号（温度計測信号Ｓ_Ｈ２）を出力する。

次に、本実施形態の異常検知手段である、制御部３３及び計測部６０による異常及び要注意事象の検知について詳細に説明する。

＜マグネット電流超過＞
制御部３３は、計測部６０の電流測定部６５から提供されるマグネット電流計測信号Ｓ_Ｍを常に監視する。通常、マグネット電流の大きさはマグネット１０の定格電流値付近に設定されるが、何らかの理由でマグネット電流が定格電流値を大きく超えてしまう場合がある。制御部３３は、マグネット電流計測信号Ｓ_Ｍに示されるマグネット電流の大きさが所定の第１の電流値（＞定格電流値）を超えた場合に、要注意事象としてマグネット１０の電流上昇を示す注意信号Ｄ２を生成し、この注意信号Ｄ２を注意警告装置４へ出力する。この第１の電流値は、例えばマグネット１０の定格電流値の１４０％に設定される。なお、制御部３３は、マグネット１０の電流上昇を示す注意信号Ｄ２を出力した後も、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電力供給を継続させる。

また、制御部３３は、マグネット電流計測信号Ｓ_Ｍに示されるマグネット電流の大きさが第１の電流値を超えた状態で所定時間（例えば１０秒）が経過すると、異常としてマグネット１０の過電流を示す異常検知信号Ｄ１を生成し、この異常検知信号Ｄ１を注意警告装置４へ出力する。このとき、制御部３３は、ブリッジドライバ３２の動作を停止させることにより、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電流供給を停止させる。

＜直流電圧上昇＞
制御部３３は、計測部６０の電圧計６２から提供される直流電圧計測信号Ｓ_ＤＣを常に監視する。通常、直流電源電圧Ｖ_ＤＣの大きさは、交流発電機１８の定格出力電圧に応じて定まる。しかし、何らかの理由で直流電源電圧Ｖ_ＤＣが通常の値を大きく超えてしまう場合がある。制御部３３は、直流電圧計測信号Ｓ_ＤＣに示される直流電源電圧Ｖ_ＤＣの大きさが所定の第１の電圧値（＞通常電圧値）を超えた場合に、要注意事象として直流電源電圧Ｖ_ＤＣの電圧上昇を示す注意信号Ｄ２を生成し、この注意信号Ｄ２を注意警告装置４へ出力する。この第１の電圧値は、例えば直流変換部３６の耐圧定格の９０％に設定される。なお、制御部３３は、直流電源電圧Ｖ_ＤＣの電圧上昇を示す注意信号Ｄ２を出力した後も、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電力供給を継続させる。

また、制御部３３は、直流電圧計測信号Ｓ_ＤＣに示される直流電源電圧Ｖ_ＤＣの大きさが第２の電圧値（＞第１の電圧値）を超えた場合に、異常として直流電源電圧Ｖ_ＤＣの過電圧を示す異常検知信号Ｄ１を生成し、この異常検知信号Ｄ１を注意警告装置４へ出力する。この第２の電圧値は、例えば直流変換部３６の耐圧定格に設定される。このとき、制御部３３は、ブリッジドライバ３２の動作を停止させることにより、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電流供給を停止させる。

＜制御盤温度上昇＞
制御部３３は、計測部６０の温度センサ６６から提供される温度計測信号Ｓ_Ｈ１、及び温度センサ６７から提供される温度計測信号Ｓ_Ｈ２を常に監視する。制御部３３は、温度計測信号Ｓ_Ｈ１に示されるＨブリッジ回路部３７付近の温度が所定温度Ｔａを超えた場合、または温度計測信号Ｓ_Ｈ２に示される制御部３３付近の温度が所定温度Ｔｂを超えた場合に、要注意事象としてマグネット制御盤３の温度上昇を示す注意信号Ｄ２を生成し、この注意信号Ｄ２を注意警告装置４へ出力する。なお、所定温度Ｔａ及び所定温度Ｔｂはそれぞれ本実施形態における第１の温度であり、例えばＴａ＝８０［℃］、Ｔｂ＝７０［℃］に設定される。制御部３３は、マグネット制御盤３の温度上昇を示す注意信号Ｄ２を出力した後も、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電力供給を継続させる。

また、制御部３３は、温度計測信号Ｓ_Ｈ１に示されるＨブリッジ回路部３７付近の温度が所定温度Ｔｃ（＞Ｔａ）を超えた場合、または温度計測信号Ｓ_Ｈ２に示される制御部３３付近の温度が所定温度Ｔｄ（＞Ｔｂ）を超えた場合に、異常としてマグネット制御盤３のオーバーヒートを示す異常検知信号Ｄ１を生成し、この異常検知信号Ｄ１を注意警告装置４へ出力する。なお、所定温度Ｔｃ及び所定温度Ｔｄはそれぞれ本実施形態における第２の温度であり、例えばＴａ＝９０［℃］、Ｔｂ＝７５［℃］に設定される。このとき、制御部３３は、ブリッジドライバ３２の動作を停止させることにより、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電流供給を停止させる。

＜マグネット過熱＞
通常、マグネット電流の温度が高くなると、マグネット１０を構成する電磁コイルの抵抗値が大きくなり、マグネット電流が減少する。制御部３３は、マグネット電流計測信号Ｓ_Ｍに示されるマグネット電流の大きさが所定の第２の電流値（＜定格電流値）を下回った場合に、要注意事象としてマグネット１０の過熱を示す注意信号Ｄ２を生成し、この注意信号Ｄ２を注意警告装置４へ出力する。この第２の電流値は、例えばマグネット１０の定格電流値の６０％に設定される。なお、制御部３３は、マグネット１０の過熱を示す注意信号Ｄ２を出力した後も、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電力供給を継続させる。

＜発電機回転数低下＞
通常、エンジン回転数の低下などに起因して交流発電機１８の回転数が低下すると、交流発電機１８から出力される三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３の電圧値が低下する。制御部３３は、計測部６０の電圧計６１から提供される交流電圧計測信号Ｓ_ＡＣを常に監視する。制御部３３は、交流電圧計測信号Ｓ_ＡＣに示される三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３の大きさが交流発電機１８の所定回転数に対応する電圧値を下回った場合に、要注意事象として交流発電機１８の回転数低下を示す注意信号Ｄ２を生成し、この注意信号Ｄ２を注意警告装置４へ出力する。この所定回転数は、定格回転数が２０００［ｒｐｍ］の場合、例えば１４５０［ｒｐｍ］（定格回転数の７３％）に設定される。なお、制御部３３は、交流発電機１８の回転数低下を示す注意信号Ｄ２を出力した後も、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電力供給を継続させる。

＜バッテリー電圧低下＞
制御部３３は、計測部６０の電圧計６４から提供されるバッテリー電圧計測信号Ｓ_ＢＡＴを常に監視する。通常、バッテリー２０から出力される直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴの大きさは２４［Ｖ］である。しかし、直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴが通常の値より低下する場合がある。制御部３３は、バッテリー電圧計測信号Ｓ_ＢＡＴに示される直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴの大きさが所定の第３の電圧値（＜通常電圧値）より低下した場合に、要注意事象としてバッテリー２０の電圧低下を示す注意信号Ｄ２を生成し、この注意信号Ｄ２を注意警告装置４へ出力する。この第３の電圧値は、直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴの通常の値が２４［Ｖ］である場合、例えば１８［Ｖ］に設定される。なお、制御部３３は、バッテリー２０の電圧低下を示す注意信号Ｄ２を出力した後も、マグネット駆動回路３１にマグネット１０への電力供給を継続させる。

次に、注意警告装置４の動作について説明する。図５は、注意警告装置４のタッチパネル４０における表示画面の例を示す図である。注意警告装置４は、マグネット制御盤３から注意信号Ｄ２を受信すると、図５（ａ）に示すような注意画面７０をタッチパネル４０に表示する。注意画面７０には、該当する要注意事象を表示するための事象表示領域７０ａが設けられており、「マグネット電流超過」、「直流電圧上昇」、「制御盤温度上昇」、「マグネット過熱」、「発電機回転数低下」、「バッテリー電圧低下」といった要注意事象の内容が表示される。また、注意画面７０が表示されると、タッチパネル４０の背景色が緑色から橙色へ変化する。また、この注意画面７０の表示と同時に、音発生装置４１が所定の注意音を発することによって操作者に注意を促す。

また、注意警告装置４は、マグネット制御盤３から異常検知信号Ｄ１を受信すると、図５（ｂ）に示すような警告画面７１をタッチパネル４０に表示する。警告画面７１には、該当する異常を表示するための異常表示領域７１ａが設けられており、異常の内容が表示される。また、警告画面７１が表示されると、タッチパネル４０の背景色が橙色から赤色へ変化する。また、この警告画面７１の表示と同時に、音発生装置４１が所定の警告音を発する。

更に、この警告画面７１のパネル７１ｂ（「詳細」）に操作者が触れると、タッチパネル４０は警告詳細画面を表示して停止要因を表示し、修理及び復旧を素早く行える情報を提供する。警告詳細画面は異常の種類によって異なり、例えばマグネット電流超過の場合には図５（ｃ）に示す画面７２Ａ、直流電圧上昇の場合には図５（ｄ）に示す画面７２Ｂ、マグネット制御盤３のオーバーヒートの場合には図５（ｅ）に示す画面７２Ｃ、発電機回転数低下の場合には図５（ｆ）に示す画面７２Ｄをそれぞれ表示する。

以上説明した本実施形態によるマグネット制御システム２が有する効果について説明する。このマグネット制御システム２においては、異常の前段階である要注意事象を異常検知手段（制御部３３及び計測部６０）により検知し、この異常検知手段からの注意信号Ｄ２に基づいて注意警告装置４が操作者に注意を促す。そして、マグネット駆動回路３１は、異常検知手段が注意信号Ｄ２を出力した後もマグネット１０への電力供給を継続する。このように、マグネット１０への電流供給を停止せざるを得なくなる異常の前段階で操作者に注意を促し、その後もマグネット１０への電流供給を継続することによって、交流発電機１８、バッテリー２０、及びマグネット駆動回路３１の異常を吊荷９０の落下前に操作者に予知させることができる。これにより、要注意事象が発生してから異常によりマグネット１０への電流供給が停止されるまでの間に吊荷９０を下ろす余裕ができるので、作業者の負担を軽減できる。

また、本実施形態のように、異常検知手段は、マグネット電流の大きさが第１の電流値を超えた場合に、マグネット１０の電流上昇を示す注意信号Ｄ２を生成することが好ましい。これにより、マグネット１０の電流が過大となりマグネット１０への電流供給を停止する前に、当該事象を操作者に予知させることができる。

また、本実施形態のように、異常検知手段は、直流電源電圧Ｖ_ＤＣが第１の電圧値を超えた場合に、直流電源電圧Ｖ_ＤＣの電圧上昇を示す注意信号Ｄ２を生成することが好ましい。これにより、直流電源電圧Ｖ_ＤＣが過大となりマグネット１０への電流供給を停止する前に、当該事象を操作者に予知させることができる。

また、本実施形態のように、異常検知手段は、マグネット制御盤３の温度が第１の温度を超えた場合に、マグネット制御盤３の温度上昇を示す注意信号Ｄ２を生成することが好ましい。これにより、マグネット制御盤３がオーバーヒートしてマグネット１０への電流供給を停止する前に、当該事象を操作者に予知させることができる。

また、本実施形態のように、異常検知手段は、マグネット電流の大きさが第２の電流値を下回った場合に、マグネット１０の過熱を示す注意信号Ｄ２を生成することが好ましい。これにより、マグネット１０が過熱して吸引力が低下し吊荷９０が落下する前に、当該事象を操作者に予知させることができる。

また、本実施形態のように、異常検知手段は、交流発電機１８の回転数が所定回転数より低下した場合に、交流発電機１８の回転数低下を示す注意信号Ｄ２を生成することが好ましい。交流発電機１８の回転数が過度に低下すると出力電圧（三相交流電圧Ｖ_ＡＣ１〜Ｖ_ＡＣ３）が低下し、マグネット１０の吸引力が低下して吊荷９０の落下を招く。この異常検知手段によれば、吊荷９０が落下する前に当該事象を操作者に予知させることができる。

また、本実施形態のように、異常検知手段は、バッテリー２０の直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴが第３の電圧値より低下した場合に、バッテリー２０の電圧低下を示す注意信号Ｄ２を生成することが好ましい。バッテリー２０から出力される直流電源電圧Ｖ_ＢＡＴが過度に低下すると、ブリッジドライバ３２が動作できなくなり、Ｈブリッジ回路部３７の動作が停止して吊荷９０の落下を招く。この異常検知手段によれば、吊荷９０が落下する前に当該事象を操作者に予知させることができる。

また、本実施形態のように、注意警告装置４は、要注意事象を表示するタッチパネル４０、及び音によって操作者に注意を促す音発生装置４１を有することが好ましい。これにより、操作者に対し要注意事象の発生をより確実に示すことができる。

本発明によるリフティングマグネット制御システムは、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、上記実施形態では注意手段（注意警告装置４）と異常検知手段（制御部３３及び計測部６０）との通信手段として有線によるシリアル通信回路を例示したが、通信手段は無線でもよく、或いは伝達情報を電圧等で示すアナログ信号線でもよい。また、注意手段としては、上述したタッチパネルや音発生装置以外にも、例えば通常のモニタ画面やランプ、或いは操作者の座席に振動を与える装置など、様々な手段を適用できる。

リフティングマグネット制御システムの搭載対象の一例として、作業機械であるリフティングマグネット車両の構成を示す斜視図である。図１に示したリフティングマグネット車両に搭載されているリフティングマグネット制御システムの構成を示すブロック図である。マグネット駆動回路の構成を示す回路図である。（ａ）リフティングマグネットの両端に印加される電圧の時間波形を示すグラフである。（ｂ）リフティングマグネットに供給される電流の時間波形を示すグラフである。（ａ）〜（ｆ）注意警告装置の表示画面の例を示す図である。

符号の説明

１…リフティングマグネット車両、２…リフティングマグネット制御システム、３…マグネット制御盤、４…注意警告装置、５…マグネット操作部、１０…リフティングマグネット、１２…アーム、１４…運転室、１８…交流発電機、２０…バッテリー、３１…マグネット駆動回路、３２…ブリッジドライバ、３３…制御部、３４…シリアル通信回路、３６…直流変換部、３７…ブリッジ回路部、４０…タッチパネル、４１…音発生装置、４２…信号処理部、４３…シリアル通信回路、５１，５２…スイッチ、６０…計測部、６１，６２，６４…電圧計、６５…電流測定部、６６，６７…温度センサ、７０…注意画面、７１…警告画面、７２Ａ〜７２Ｄ…警告詳細画面、Ｄ１…異常検知信号、Ｄ２…注意信号、Ｉ_１…励磁電流、Ｉ_２…釈放電流。

Claims

リフティングマグネットを装備した車両に搭載されるリフティングマグネット制御システムであって、
交流発電機と、
前記交流発電機から供給された交流電力を直流電力に変換して前記リフティングマグネットに供給するマグネット駆動回路と、
前記交流発電機または前記マグネット駆動回路の異常の前段階である要注意事象を検知し、該要注意事象の発生を示す注意信号を生成する異常検知手段と、
前記注意信号に基づいて操作者に注意を促す注意手段と
を備え、
前記異常検知手段は、前記マグネット駆動回路の前記直流電力の電圧が第１の電圧値を超えた場合に、前記直流電力の電圧上昇を示す前記注意信号を生成し、前記直流電力の電圧が前記第１の電圧値より大きい第２の電圧値を超えた場合に、前記直流電力の過電圧を示す前記異常検知信号を生成し、
前記マグネット駆動回路は、前記異常検知手段が前記注意信号を出力した後も前記リフティングマグネットへの電力供給を継続し、前記直流電力の電圧が前記第２の電圧値を超えて前記異常検知手段が前記異常検知信号を出力した場合に前記リフティングマグネットへの電流供給を停止することを特徴とする、リフティングマグネット制御システム。
前記注意手段が、前記要注意事象を表示する表示装置、及び音によって前記操作者に注意を促す音発生装置を有することを特徴とする、請求項１に記載のリフティングマグネット制御システム。
リフティングマグネットを装備した車両に搭載されるリフティングマグネット制御システムであって、
交流発電機と、
前記交流発電機から供給された交流電力を直流電力に変換して前記リフティングマグネットに供給するマグネット駆動回路と、
前記交流発電機または前記マグネット駆動回路の異常の前段階である要注意事象を検知し、該要注意事象の発生を示す注意信号を生成する異常検知手段と、
前記注意信号に基づいて操作者に注意を促す注意手段と
を備え、
前記マグネット駆動回路は、前記交流発電機から供給された前記交流電力を前記直流電力へ変換する直流変換部と、複数のトランジスタを含んで構成され、前記直流電力の向きを制御して前記リフティングマグネットへ該直流電力を供給するＨブリッジ回路部とを有し、
当該リフティングマグネット制御システムは、前記複数のトランジスタを駆動するブリッジドライバを更に備え、
前記異常検知手段は、前記マグネット駆動回路から前記リフティングマグネットへ供給される電流（以下、マグネット電流）の大きさが所定の第１の電流値を超えた場合に、前記リフティングマグネットの電流上昇を示す前記注意信号を生成し、前記マグネット電流の大きさが前記第１の電流値を超えた状態で所定時間が経過した場合に、前記リフティングマグネットの過電流を示す異常検知信号を生成し、
前記マグネット駆動回路は、前記異常検知手段が前記注意信号を出力した後も前記リフティングマグネットへの電力供給を継続し、前記マグネット電流の大きさが前記第１の電流値を超えた状態で前記所定時間が経過して前記異常検知手段が前記異常検知信号を出力した場合に前記ブリッジドライバの動作が停止することにより前記リフティングマグネットへの電流供給を停止することを特徴とする、リフティングマグネット制御システム。