(57)【要約】【課題】昇降圧コンバータの制御回路が誤動作した場合でも、昇圧時にオン状態とするトランジスタ及び降圧時にオン状態にするトランジスタが同時にオン状態になって昇降圧コンバータが故障することを防止する。【解決手段】ハイブリッド型建設機械の昇降圧コンバータ制御回路５０は、昇降圧コンバータの第１，第２のトランジスタをオン／オフ状態にするタイミングを示す第１，第２のＰＷＭ指令信号７５，７６に基づき、第１，第２のトランジスタの制御端子に提供される第１，第２のＰＷＭ制御信号８０，８１を生成する制御手段を備え、制御手段は、第２のＰＷＭ指令信号７６がオン状態の時には第１のＰＷＭ制御信号８０をオフ状態に、第１のＰＷＭ指令信号７５がオン状態の時には第２のＰＷＭ制御信号８１をオフ状態に制御する。故に、第１，第２のＰＷＭ制御信号８０，８１が同時にオン状態になることを防止できる。【選択図】図６
2010200458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池に接続されるインダクタンス素子、該インダクタンス素子に接続され前記蓄電池に充電する時にオン状態にされる第１のスイッチング素子、前記インダクタンス素子に接続され前記蓄電池の電荷を放電する時にオン状態にされる第２のスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと、
前記昇降圧コンバータを制御する昇降圧コンバータ制御回路とを備え、
前記昇降圧コンバータ制御回路は、前記第１のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態にするタイミングを示す第１のパルス幅変調指令信号の状態と、前記第２のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態にするタイミングを示す第２のパルス幅変調指令信号の状態とに基づいて、前記第１のスイッチング素子の制御端子に提供される第１のパルス幅変調制御信号と、前記第２のスイッチング素子の制御端子に提供される第２のパルス幅変調制御信号とを生成する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記第２のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には第１のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御し、前記第１のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には第２のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御する
ことを特徴とするハイブリッド型建設機械。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記第１のパルス幅変調指令信号と第１のゲートブロック信号とが入力され、前記第１のパルス幅変調制御信号を出力する第１のゲートブロック回路と、
前記第２のパルス幅変調指令信号と第２のゲートブロック信号とが入力され、前記第２のパルス幅変調制御信号を出力する第２のゲートブロック回路と、
前記第１のパルス幅変調指令信号の状態及び第２のパルス幅変調指令信号の状態に基づいて、前記第１及び第２のゲートブロック信号を出力するゲートブロック信号生成回路とを備え、
前記第１のゲートブロック信号は、第１または第２の状態をとる２値信号であり、
前記第２のゲートブロック信号は、第１または第２の状態をとる２値信号であり、
前記第１のゲートブロック回路は、前記第１のゲートブロック信号が第１の状態の時には、入力された前記第１のパルス幅変調指令信号を前記第１のパルス幅変調制御信号として出力し、前記第１のゲートブロック信号が第２の状態の時には、前記第１のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御し、
前記第２のゲートブロック回路は、前記第２のゲートブロック信号が第１の状態の時には、入力された前記第２のパルス幅変調指令信号を前記第２のパルス幅変調制御信号として出力し、前記第２のゲートブロック信号が第２の状態の時には、前記第２のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御し、
前記ゲートブロック信号生成回路は、前記第１のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には、前記第２のゲートブロック信号を第２の状態に制御し、前記第２のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には、前記第１のゲートブロック信号を第２の状態に制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項３】
前記ゲートブロック信号生成回路には、前記第１のパルス幅変調指令信号または該第１のパルス幅変調指令信号の状態に関する情報を有する信号と、前記第２のパルス幅変調指令信号または該第２のパルス幅変調指令信号の状態に関する情報を有する信号とが入力されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド型建設機械。
【請求項４】
前記ゲートブロック信号生成回路は、プログラマブルロジックデバイスにより構成され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建設機械。
【請求項５】
前記第１のゲートブロック回路は、前記第１のパルス幅変調指令信号及び前記第１のゲートブロック信号を入力とし、前記第１のパルス幅変調制御信号を出力とする論理積演算回路により構成され、
前記第２のゲートブロック回路は、前記第２のパルス幅変調指令信号及び前記第２のゲートブロック信号を入力とし、前記第２のパルス幅変調制御信号を出力とする論理積演算回路により構成される
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド型建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド型建設機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばショベル、クレーンといった建設機械において、バッテリや交流電動機を備え、交流電動機の力行動作によりエンジンの駆動を補助するいわゆるハイブリッド型建設機械が知られている。このようなハイブリッド型建設機械は、交流電動機を駆動制御するためのインバータや、バッテリに対する充放電を制御するための昇降圧コンバータを更に備えている。例えば一般的な昇降圧コンバータは、トランジスタ等の昇圧側及び降圧側スイッチング素子と、該スイッチング素子と蓄電池との間に接続されたインダクタンス素子とによって構成されており、所望の変換比率に応じてデューティ比が調整されたパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号）をスイッチング素子の制御端子（ベース端子等）に入力することによって、蓄電池と負荷との間の直流電圧変換を任意の比率で行うことができる。
【０００３】
なお、特許文献１には、このような構成を含む昇降圧コンバータが記載されている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１５７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昇降圧コンバータは、降圧時に動作してオン状態とするトランジスタと昇圧時に動作してオン状態とするトランジスタとを備える。昇降圧コンバータでは、これらのトランジスタのスイッチング制御により所望の電圧を生成する。このスイッチング制御は、例えば制御回路により行われる。この制御回路には、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）が含まれる。制御回路のＣＰＵは、両トランジスタを共にオフ状態とするような、いわゆるデッドタイムを考慮して両トランジスタを制御しているので、ＣＰＵ及び制御回路が正常動作をしている場合には、両トランジスタが同時にオン状態となることはない。一方、制御回路のＣＰＵは、熱や衝撃に対してデリケートであるために、制御回路周辺の熱及び振動に関わる環境やノイズ等に起因して、制御回路に含まれるＣＰＵが誤作動する場合がある。この誤作動により、同時にオン状態となるような制御信号が両トランジスタに対して出力された場合には、短絡故障が発生する。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、昇降圧コンバータの制御回路が誤動作した場合でも、昇圧時にオン状態とするトランジスタ及び降圧時にオン状態にするトランジスタが同時にオン状態になって昇降圧コンバータが故障することを防止できるハイブリッド型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】
上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド型建設機械は、蓄電池に接続されるインダクタンス素子、インダクタンス素子に接続され蓄電池に充電する時にオン状態にされる第１のスイッチング素子、インダクタンス素子に接続され蓄電池の電荷を放電する時にオン状態にされる第２のスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと、昇降圧コンバータを制御する昇降圧コンバータ制御回路とを備え、昇降圧コンバータ制御回路は、第１のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態にするタイミングを示す第１のパルス幅変調指令信号の状態と、第２のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態にするタイミングを示す第２のパルス幅変調指令信号の状態とに基づいて、第１のスイッチング素子の制御端子に提供される第１のパルス幅変調制御信号と、第２のスイッチング素子の制御端子に提供される第２のパルス幅変調制御信号とを生成する制御手段を備え、制御手段は、第２のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には第１のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御し、第１のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には第２のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明のハイブリッド型建設機械では、昇降圧コンバータ制御回路において、第２のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には第１のパルス幅変調制御信号はオフ状態に制御され、第１のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には第２のパルス幅変調制御信号はオフ状態に制御される。故に、第１のパルス幅変調指令信号及び第２のパルス幅変調指令信号が同時にオン状態で供給された場合であっても、第１のパルス幅変調制御信号及び第２のパルス幅変調制御信号が同時にオン状態になることはない。従って、昇降圧コンバータが短絡故障することを防止できる。
【０００９】
また、ハイブリッド型建設機械では、制御手段は、第１のパルス幅変調指令信号と第１のゲートブロック信号とが入力され、第１のパルス幅変調制御信号を出力する第１のゲートブロック回路と、第２のパルス幅変調指令信号と第２のゲートブロック信号とが入力され、第２のパルス幅変調制御信号を出力する第２のゲートブロック回路と、第１のパルス幅変調指令信号の状態及び第２のパルス幅変調指令信号の状態に基づいて、前記第１及び第２のゲートブロック信号を出力するゲートブロック信号生成回路とを備え、第１のゲートブロック信号は、第１または第２の状態をとる２値信号であり、第２のゲートブロック信号は、第１または第２の状態をとる２値信号であり、第１のゲートブロック回路は、第１のゲートブロック信号が第１の状態の時には、入力された第１のパルス幅変調指令信号を第１のパルス幅変調制御信号として出力し、第１のゲートブロック信号が第２の状態の時には、第１のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御し、第２のゲートブロック回路は、第２のゲートブロック信号が第１の状態の時には、入力された第２のパルス幅変調指令信号を第２のパルス幅変調制御信号として出力し、第２のゲートブロック信号が第２の状態の時には、第２のパルス幅変調制御信号をオフ状態に制御し、ゲートブロック信号生成回路は、第１のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には、第２のゲートブロック信号を第２の状態に制御し、第２のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には、第１のゲートブロック信号を第２の状態に制御することを特徴としてもよい。
【００１０】
この場合には、第１のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には、第２のゲートブロック信号は第２の状態に制御されるので、第２のパルス幅変調制御信号はオフ状態に制御される。一方、第２のパルス幅変調指令信号がオン状態である時には、第１のゲートブロック信号は第２の状態に制御されるので、第１のパルス幅変調制御信号はオフ状態に制御される。故に、第１のパルス幅変調指令信号及び第２のパルス幅変調指令信号が同時にオン状態で供給された場合であっても、第１のパルス幅変調制御信号及び第２のパルス幅変調制御信号が同時にオン状態になることはない。従って、昇降圧コンバータが短絡故障することを確実に防止できる。また、第１のパルス幅変調指令信号がオフ状態である時には、第２のゲートブロック信号はオン状態に制御されるので、入力された第２のパルス幅変調指令信号が第２のパルス幅変調制御信号として出力される。故に、第２のスイッチング素子は、第２のパルス幅変調指令信号のオン状態及びオフ状態に従って制御される。一方、第２のパルス幅変調指令信号がオフ状態である時には、第１のゲートブロック信号はオン状態に制御されるので、入力された第１のパルス幅変調指令信号が第１のパルス幅変調制御信号として出力される。故に、第１のスイッチング素子は、第１のパルス幅変調指令信号のオン状態及びオフ状態に従って制御される。
【００１１】
また、ハイブリッド型建設機械では、ゲートブロック信号生成回路には、第１のパルス幅変調指令信号または第１のパルス幅変調指令信号の状態に関する情報を有する信号と、第２のパルス幅変調指令信号または第２のパルス幅変調指令信号の状態に関する情報を有する信号とが入力されることを特徴としてもよい。
【００１２】
このハイブリッド型建設機械では、ゲートブロック信号生成回路に第１のパルス幅変調指令信号が入力されることとしてもよいし、第１のパルス幅変調指令信号の状態に関する情報を有する信号が入力されることとしてもよい。故に、ゲートブロック信号生成回路は、第１のパルス幅変調指令信号の状態を確実に検知することができる。一方、ゲートブロック信号生成回路に第２のパルス幅変調指令信号が入力されることとしてもよいし、第２のパルス幅変調指令信号の状態に関する情報を有する信号が入力されることとしてもよい。故に、ゲートブロック信号生成回路は、第２のパルス幅変調指令信号の状態を確実に検知することができる。
【００１３】
また、ハイブリッド型建設機械では、ゲートブロック信号生成回路は、プログラマブルロジックデバイスにより構成されることを特徴としてもよい。
【００１４】
また、ハイブリッド型建設機械では、第１のゲートブロック回路は、第１のパルス幅変調指令信号及び第１のゲートブロック信号を入力とし、第１のパルス幅変調制御信号を出力とする論理積演算回路により構成され、第２のゲートブロック回路は、第２のパルス幅変調指令信号及び第２のゲートブロック信号を入力とし、第２のパルス幅変調制御信号を出力とする論理積演算回路により構成されることを特徴としてもよい。第１のゲートブロック回路及び第２のゲートブロック回路は、論理積演算回路により好適に実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、昇降圧コンバータの制御回路が誤動作した場合でも、昇圧時にオン状態とするトランジスタ及び降圧時にオン状態にするトランジスタが同時にオン状態になって昇降圧コンバータが故障することを防止できるハイブリッド型建設機械を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、リフティングマグネット車両の外観を示す斜視図である。
【図２】リフティングマグネット車両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。
【図３】蓄電手段の内部構成を示す図である。
【図４】サーボ制御システムの外観を示す斜視図である。
【図５】昇降圧コンバータ制御回路から出力され、昇降圧コンバータの第１及び第２のトランジスタに供給される信号の流れを説明する概略構成図である。
【図６】昇降圧コンバータ制御回路のブロック図である。
【図７】ゲートブロック信号生成回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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建設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。
【００１８】
図１は、本発明に係るハイブリッド型建設機械の一例として、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。
【００１９】
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。また、図３は、図２における蓄電手段４０の内部構成を示す図である。
【００２０】
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（交流電動機）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３０により、エンジン１１の負荷等に応じて行われる。
【００２１】
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。
【００２２】
電動発電機１２の電気的な端子には、インバータ回路１８Ａの出力端が接続されている。インバータ回路１８Ａの入力端には、蓄電手段４０が接続されている。蓄電手段４０は、図３に示すように、直流配線を構成するＤＣバス１１０、昇降圧コンバータ１００及びバッテリ１９を備えている。即ち、インバータ回路１８Ａの入力端は、ＤＣバス１１０を介して昇降圧コンバータ１００の入力端に接続されることとなる。昇降圧コンバータ１００の出力端には、蓄電池としてのバッテリ１９が接続されている。昇降圧コンバータ１００の内部構成の詳細については後述する。
【００２３】
インバータ回路１８Ａは、コントローラ３０からの指令に基づき、電動発電機１２の運転制御を行う。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、必要な電力をバッテリ１９と昇降圧コンバータ１００からＤＣバス１１０を介して電動発電機１２に供給する。また、電動発電機１２を回生運転させる際には、電動発電機１２により発電された電力をＤＣバス１１０及び昇降圧コンバータ１００を介してバッテリ１９に充電する。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。これにより、ＤＣバス１１０を、予め定められた一定電圧値に蓄電された状態に維持することができる。
【００２４】
蓄電手段４０には、インバータ回路２０Ｂを介して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２０Ｂ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２０Ｂ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。
【００２５】
更に、蓄電手段４０には、インバータ回路２０Ａを介して作業用電動機としての旋回用電動機（交流電動機）２１が接続されている。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。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。
【００２６】
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２０Ａ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。
【００２７】
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。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。
【００２８】
なお、ＤＣバス１１０には、インバータ回路１８Ａ、２０Ａ及び２０Ｂを介して、電動発電機１２、旋回用電動機２１、及びリフティングマグネット７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。
【００２９】
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。ここでは、作業用電動機としての旋回用電動機２１を挙げているが、さらに、走行機械２を作業用電動機として電気駆動させても良い。更にフォークリフトに本願発明を適用する場合には、リフティング装置を作業用電動機として電気駆動させても良い。
【００３０】
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。
【００３１】
コントローラ３０は、旋回駆動制御部３１及び駆動制御部３２を含み、ＣＰＵ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３１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３２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。
【００３２】
ここで、再び図３を参照して、本実施形態における昇降圧コンバータ１００について詳細に説明する。図３には、昇降圧コンバータ１００の回路構成が概略的に示されている。昇降圧コンバータ１００は、第１のトランジスタ（第１のスイッチング素子）４１と、第２のトランジスタ（第２のスイッチング素子）４２と、第１のダイオード４３と、第２のダイオード４４と、直流リアクトル４５と、一対の入出力端４７及び４８と、平滑用コンデンサ４６とを備えており、バッテリ１９から放電される直流電力を電圧変換して一対の入出力端４７及び４８へ出力するとともに、一対の入出力端４７及び４８から入力された直流電力を電圧変換してバッテリ１９に充電する。ここで、一対の入出力端４７及び４８は、ＤＣバス１１０を構成する。
【００３３】
第１及び第２のトランジスタ４１，４２は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：InsulatedGate Bipolar Transistor）によって構成され、制御端子（ゲート）および一対の電流端子（エミッタ及びコレクタ）を有している。第１のトランジスタ４１の制御端子及び第２のトランジスタ４２の制御端子にはそれぞれ、コンバータＩＰＭカードから出力された第１のＰＷＭ増幅信号８２及び第２のＰＷＭ増幅信号８３が入力される（図５参照）。コンバータＩＰＭカードについては、後述する。また、第２のトランジスタ４２の一対の電流端子はバッテリ１９と電気的に接続されている。第１のトランジスタ４１の一対の電流端子のうちの一方（エミッタ）は、第２のトランジスタ４２の電流端子（コレクタ）およびバッテリ１９と電気的に接続されており、他方（コレクタ）は入出力端４７と電気的に接続されている。
【００３４】
第２のダイオード４４は、第２のトランジスタ４２と並列に且つ逆方向に接続されている。具体的には、第２のトランジスタ４２の一方の電流端子であるコレクタと第２のダイオード４４のカソードとが接続されており、第２のトランジスタ４２の他方の電流端子であるエミッタと第２のダイオード４４のアノードとが接続されている。第２のダイオード４４は、昇降圧コンバータ１００が降圧動作を行う際（すなわちバッテリ１９を充電する際）に、直流リアクトル４５とバッテリ１９との間で閉ループを構成する。
【００３５】
直流リアクトル４５は、第１及び第２のトランジスタ４１，４２のそれぞれの一方の電流端子とバッテリ１９との間に接続されている。具体的には、直流リアクトル４５の一端と第２のトランジスタ４２のコレクタ及び第１のトランジスタ４１のエミッタとが接続され、直流リアクトル４５の他端とバッテリ１９の正電圧端子とが接続されている。なお、バッテリ１９の負電圧端子は、第２のトランジスタ４２のエミッタと直接接続されており、また、入出力端４８に接続されている。
【００３６】
第１のダイオード４３は、第１のトランジスタ４１と並列に且つ逆方向に接続されている。具体的には、第１のトランジスタ４１の一方の電流端子（コレクタ）と第１のダイオード４３のカソードとが接続されており、第１のトランジスタ４１の他方の電流端子（エミッタ）と第１のダイオード４３のアノードとが接続されている。第１のダイオード４３は、昇降圧コンバータ１００が昇圧動作を行う際（すなわちバッテリ１９を放電する際）に、入出力端４７から第２のトランジスタ４２へ電流が流れることを防ぐ。
【００３７】
平滑用コンデンサ４６は、第１のトランジスタ４１のコレクタと第２のトランジスタ４２のエミッタとの間に接続され、昇降圧コンバータ１００からの出力電圧を平滑化する。
【００３８】
本実施形態のリフティングマグネット車両１は、図４に示すようなサーボ制御ユニット６０を備えている。図４は、サーボ制御ユニット６０の一例の外観を示す斜視図である。サーボ制御ユニット６０は、電動発電機１２及び旋回用電動機２１等の交流電動機やバッテリ１９等を制御するためのものであり、上記の昇降圧コンバータ１００、インバータ１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ等をそれぞれ収容したドライバユニットと、ドライバユニットを制御するためのコントロールユニットとを備えている。
【００３９】
図４に示されるサーボ制御ユニット６０は、略直方体状の外観を有しており、コントロールボックス６１と、昇降圧コンバータユニット６２と、インバータユニット６３〜６６とを備えている。昇降圧コンバータユニット６２は、上記の昇降圧コンバータ１００を収容しており、インバータユニット６３〜６６は、インバータ１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ等をそれぞれ収容している。
【００４０】
コントロールボックス６１は、昇降圧コンバータユニット６２及びインバータユニット６３〜６６を制御するためのコントローラ３０を収容している。コントローラ３０は、ＣＰＵ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。このコントローラ３０には、昇降圧コンバータ制御回路５０（図５，６参照）が含まれる。昇降圧コンバータ制御回路５０については後述する。
【００４１】
昇降圧コンバータユニット６２、インバータユニット６３〜６６は、それぞれ奥行き方向に長い直方体状の外観の金属容器を有する。これらのユニット６２〜６６は、上面が開いた金属製の板状台座６７内に配列されている。そして、これらのユニット６２〜６６の上に、ユニットの上面を覆うように上蓋としてのコントロールボックス底板６１ｂが設けられており、コントロールボックス底板６１ｂ上にコントロールボックス６１が載置されている。更にコントロールボックス６１の上面には空冷のためのヒートシンク６８が取り付けられている。また、コントロールボックス６１には冷却用配管６１ａが内蔵されている。同様に、昇降圧コンバータユニット６２には冷却用配管６２ａが、インバータユニット６３〜６６には冷却用配管６３ａ〜６６ａが、それぞれ内蔵されている。
【００４２】
図５は、本実施形態の昇降圧コンバータ制御回路５０から出力され、昇降圧コンバータ１００の第１及び第２のトランジスタ４１，４２に供給される信号の流れを説明する概略ブロック図（構成図）である。
【００４３】
昇降圧コンバータ制御回路５０からは、第１及び第２のＰＷＭ制御信号（第１のパルス幅変調制御信号，第２のパルス幅変調制御信号）８０，８１が出力される。第１及び第２のＰＷＭ制御信号８０，８１は、昇降圧コンバータ１００の第１及び第２のトランジスタ４１，４２のスイッチング制御をするための信号であり、コンバータＩＰＭカード８５に入力される。
【００４４】
コンバータＩＰＭカード８５は、入力された第１及び第２のＰＷＭ制御信号８０，８１を第１及び第２のトランジスタ４１，４２のスイッチング制御に十分な程度に増幅して、第１及び第２のＰＷＭ増幅信号８２，８３を出力する機能を有しており、例えば昇降圧コンバータユニット６２内に設けられる。コンバータＩＰＭカード８５から出力された第１及び第２のＰＷＭ増幅信号８２，８３はそれぞれ、第１及び第２のトランジスタ４１，４２に提供される。
【００４５】
図６は、本実施形態の昇降圧コンバータ制御回路５０のブロック図である。昇降圧コンバータ制御回路５０は、マスタＣＰＵ７０、コンバータ制御ＣＰＵ７１、ゲートブロック信号生成回路７２、第１ゲートブロックＩＣ（第１のゲートブロック回路）７３及び第２ゲートブロックＩＣ（第２のゲートブロック回路）７４を含む。ゲートブロック信号生成回路７２、第１ゲートブロックＩＣ７３及び第２ゲートブロックＩＣ７４は、本実施形態の制御手段を構成する。
【００４６】
マスタＣＰＵ７０は、サーボ制御システム６０に搭載される各ユニット６２〜６６をそれぞれ制御するために設けられた複数のＣＰＵと通信を行い、各ユニット６２〜６６を統合して制御する。
【００４７】
コンバータ制御ＣＰＵ７１は、昇降圧コンバータ１００を制御するためのＣＰＵであり、昇降圧コンバータ１００の第１及び第２のトランジスタ４１，４２をオン状態またはオフ状態にするタイミングを示す第１及び第２のＰＷＭ指令信号（第１及び第２のパルス幅変調指令信号）７５，７６を生成し、第１及び第２のゲートブロックＩＣ７３，７４に出力する。
【００４８】
ゲートブロック信号生成回路７２は、第１及び第２のＰＷＭ指令信号７５，７６の状態に基づいて、第１及び第２のゲートブロック信号７８，７９を出力する。このため、コンバータ制御ＣＰＵ７１からゲートブロック信号生成回路７２に供給される信号７７は、コンバータ制御ＣＰＵ７１から第１のゲートブロックＩＣ７３に入力される第１のＰＷＭ指令信号７５及び第２のゲートブロックＩＣ７４に入力される第２のＰＷＭ指令信号７６そのものを含むように構成されている。これにより、ゲートブロック信号生成回路７２は、第１及び第２のＰＷＭ指令信号７５，７６の状態を確実に検知することができる。なお、第１及び第２のＰＷＭ指令信号７５，７６を用いる代わりに、第１及び第２のＰＷＭ指令信号７５，７６の状態に連動して変化する信号（第１及び第２のＰＷＭ指令信号７５，７６の状態に関する情報を有する信号）を含むように構成しても良い。
【００４９】
ここで、第１及び第２のゲートブロック信号７８，７９は、１または０の値をとるデジタル信号（第１または第２の状態をとる２値信号）である。ゲートブロック信号生成回路７２は、第１のＰＷＭ指令信号７５がオン状態である時には、第２のゲートブロック信号７９を０の状態に制御し、第２のＰＷＭ指令信号７６がオン状態である時には、第１のゲートブロック信号７８を０の状態に制御する。
【００５０】
図７は、ゲートブロック信号生成回路７２の一例を示す回路図である。図７に示す例においては、コンバータ制御ＣＰＵ７１から供給される信号７７には第１及び第２のＰＷＭ指令信号７５，７６が含まれていることとし、第１及び第２のＰＷＭ指令信号７５，７６はそれぞれ、第１及び第２の入力信号９２，９３としてゲートブロック信号生成回路７２に入力されることとする。このゲートブロック信号生成回路７２は、第１及び第２の論理積演算回路９０，９１を含んでいる。第１の論理積演算回路９０は、第１の入力信号９２と第２の入力信号９３を反転した信号とを入力とし、第１のゲートブロック信号７８を出力としている。また、第２の論理積演算回路９１は、第１の入力信号９２を反転した信号と第２の入力信号９３とを入力とし、第２のゲートブロック信号７９を出力としている。第１の入力信号９２がオン状態である１の状態である場合には、第２の論理積演算回路９１の入力の一方には０の状態の信号が入力されるので、第２のゲートブロック信号７９は、第２の入力信号９３に状態に関わらず常に０の状態となる。また、第２の入力信号９３がオン状態である１の状態である場合には、第１の論理積演算回路９０の入力の一方には０の状態の信号が入力されるので、第１のゲートブロック信号７８は、第１の入力信号９２に状態に関わらず常に０の状態となる。これにより、第１のＰＷＭ指令信号７５がオン状態である時には、第２のゲートブロック信号７９は０の状態に制御され、第２のＰＷＭ指令信号７６がオン状態である時には、第１のゲートブロック信号７８は０の状態に制御される。このゲートブロック信号生成回路７２は、例えばＰＬＤ（Programmable  Logic  Device：プログラマブルロジックデバイス）により構成することができる。
【００５１】
ここで再び図６を参照する。第１のゲートブロックＩＣ７３は、第１のＰＷＭ指令信号７５と第１のゲートブロック信号７８とを入力とし、第１のＰＷＭ制御信号８０を出力とする回路であり、第１のゲートブロック信号７８が１の状態の時には、入力された第１のＰＷＭ指令信号７５を第１のＰＷＭ制御信号８０として出力し、第１のゲートブロック信号７８が０の状態の時には、第１のＰＷＭ制御信号８０をオフ状態に制御する。この第１のゲートブロックＩＣ７３は、例えば、第１のＰＷＭ指令信号７５及び第１のゲートブロック信号７８を入力とし、第１のＰＷＭ制御信号８０を出力とする論理積演算回路により構成することができる。
【００５２】
第２のゲートブロックＩＣ７４は、第２のＰＷＭ指令信号７６と第２のゲートブロック信号７９とを入力とし、第２のＰＷＭ制御信号８１を出力とする回路であり、第２のゲートブロック信号７９が１の状態の時には、入力された第２のＰＷＭ指令信号７６を第２のＰＷＭ制御信号８１として出力し、第２のゲートブロック信号７９が０の状態の時には、第２のＰＷＭ制御信号８１をオフ状態に制御する。この第２のゲートブロックＩＣ７４は、例えば、第２のＰＷＭ指令信号７６及び第２のゲートブロック信号７９を入力とし、第２のＰＷＭ制御信号８１を出力とする論理積演算回路により構成することができる。
【００５３】
本実施形態のリフティングマグネット車両１では、昇降圧コンバータ制御回路５０において、第１のＰＷＭ指令信号７５がオン状態である時には、第２のゲートブロック信号７９は０の状態に制御されるので、第２のＰＷＭ制御信号８１はオフ状態に制御される。一方、第２のＰＷＭ指令信号７６がオン状態である時には、第１のゲートブロック信号７８は０の状態に制御されるので、第１のＰＷＭ制御信号８１はオフ状態に制御される。故に、第１のＰＷＭ指令信号７５及び第２のＰＷＭ指令信号７６が同時にオン状態で供給された場合であっても、第１のＰＷＭ制御信号８０及び第２のＰＷＭ制御信号８１が同時にオン状態になることはなく、第１及び第２のトランジスタ４１,４２が同時にオン状態になることはない。従って、昇降圧コンバータ１００が短絡故障することを防止できる。また、昇降圧コンバータ制御回路１では、図６及び図７に例示したような簡単な回路構成により、第１及び第２のトランジスタ４１,４２が同時にオン状態になることを防止し、信頼性を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、第１のＰＷＭ指令信号７５がオフ状態である時には、第２のゲートブロック信号７９はオン状態に制御されるので、第２のＰＷＭ指令信号７６が第２のＰＷＭ制御信号８１として出力される。故に、第２のトランジスタ４２は、第２のＰＷＭ指令信号７６のオン状態及びオフ状態に従って制御される。一方、第２のＰＷＭ指令信号７６がオフ状態である時には、第１のゲートブロック信号７８はオン状態に制御されるので、第１のＰＷＭ指令信号７５が第１のＰＷＭ制御信号８０として出力される。故に、第１のトランジスタ４１は、第１のＰＷＭ指令信号７５のオン状態及びオフ状態に従って制御される。
【符号の説明】
【００５５】
１…リフティングマグネット車両、１８Ａ，２０Ａ，２０Ｂ…インバータ、１９…バッテリ、３０…コントローラ、４０…蓄電手段、４１…第１のトランジスタ、４２…第２のトランジスタ、６０…サーボ制御システム、６１…コントロールボックス、６２…昇降圧コンバータユニット、７０…マスタＣＰＵ、７１…コンバータ制御ＣＰＵ、７３…第１のゲートブロックＩＣ、７４…第２のゲートブロックＩＣ、７２…ゲートブロック信号生成回路、７５…第１のＰＷＭ指令信号、７６…第２のＰＷＭ指令信号、７８…第１のゲートブロック信号、７９…第２のゲートブロック信号、８０…第１のＰＷＭ制御信号、８１…第２のＰＷＭ制御信号、８２…第１のＰＷＭ増幅信号、８３…第２のＰＷＭ増幅信号、９０…第１の論理積演算回路、９１…第２の論理積演算回路、１００…昇降圧コンバータ、１１０…ＤＣバス、１２０…蓄電手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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