(57)【要約】【課題】シールドマシンがロック状態に陥った場合でも、容易にロック状態から離脱させることを可能とする。【解決手段】実施形態のシールドマシンの制御装置は、カッターヘッドを駆動する複数の電動機を備えたシールドマシンを制御するシールドマシンの制御装置であり、複数のインバータは、複数の電動機のそれぞれに定速制御で駆動電力を供給し、制御部は、カッターヘッドがロック状態となると、定速制御からトルク制御へと制御モードを切り替え、トルク制御における目標トルクを電動機の定格最大トルクを越えて徐々に大きな値に設定して、インバータを制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターヘッドを駆動する複数の電動機を備えたシールドマシンを制御するシールドマシンの制御装置であって、
前記複数の電動機のそれぞれに定速制御で駆動電力を供給する複数のインバータと、
前記カッターヘッドがロック状態となると、前記定速制御からトルク制御へと制御モードを切り替え、前記トルク制御における目標トルクを前記電動機の定格最大トルクを越えて徐々に大きな値に設定して、前記インバータを制御する制御部と、
を備えたシールドマシンの制御装置。
【請求項２】
前記定格最大トルクを越えたトルクとするために前記電動機に過電圧を印加する時間の積算時間が所定のしきい値時間を経過すると、前記過電圧の印加を停止する、
請求項１記載のシールドマシンの制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電動機の温度及び前記インバータの前記電動機に対する出力電流に基づいて、前記目標トルクが前記定格最大トルクを越える値とする状態の終了タイミングを判別する、
請求項１又は請求項２記載のシールドマシンの制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数の電動機に対し、同期して同一の目標トルクとなるように設定する、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載のシールドマシンの制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記複数の電動機の駆動軸の鉛直方向の配置位置に基づいて、前記鉛直方向に沿って相対的に低い側に配置されている前記電動機の前記目標トルクを、相対的に高い側に配置されている前記電動機の前記目標トルクよりも高く設定する、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載のシールドマシンの制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記カッターヘッドに対し、地盤から受ける摩擦圧の中心と、前記カッターヘッドの回転中心とのずれに基づいて、前記摩擦圧の中心における複数の前記電動機のトルクが大きくなるように前記目標トルクを設定する、
請求項５記載のシールドマシンの制御装置。
【請求項７】
前記インバータは、対応する電動機の配置位置に応じた目標トルク対応出力電流テーブルを有し、
前記制御部は、全てのインバータで共通の前記目標トルク対応出力電流テーブルを参照するためのインデックスデータを同報通信により通知する、
請求項５又は請求項６記載のシールドマシンの制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記ロック状態の離脱時において、前記複数の電動機が停止状態に移行することを回避するために、前記インバータの出力下限値を維持する、
請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載のシールドマシンの制御装置。
【請求項９】
カッターヘッドを駆動する複数の電動機を備えたシールドマシンを制御するシールドマシンにおいて実行される制御方法であって、
前記カッターヘッドがロック状態か否かを判別する過程と、
前記カッターヘッドが非ロック状態のときに、前記複数の電動機のそれぞれに定速制御で駆動電力を供給する過程と、
複数のインバータと、
前記カッターヘッドがロック状態のときに、前記定速制御からトルク制御へと制御モードを切り替える過程と、
前記トルク制御における目標トルクを前記電動機の定格最大トルクを越える値、かつ、徐々に大きな値に設定して、前記電動機に駆動電力を供給する過程と、
を備えた制御方法。
【請求項１０】
カッターヘッドを駆動する複数の電動機と、前記複数の電動機のそれぞれに定速制御で駆動電力を供給する複数のインバータと、を備えたシールドマシンをコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記カッターヘッドがロック状態か否かを判別する手段と、
前記カッターヘッドがロック状態となった場合に、前記定速制御からトルク制御へと制御モードを切り替える手段と、
前記トルク制御における目標トルクを前記電動機の定格最大トルクを越える値、かつ、徐々に大きな値に設定して、前記インバータを制御する手段と、
して機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シールドマシンの制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車道路や鉄道用のトンネルを掘削する土木掘削機（シールドマシン）はシステムの前面に掘削回転盤を有しており、掘削回転盤を回転させることで掘削を行っている。現在、掘削回転盤は機械式の油圧制御により動力をシステム後端位置から制御していたが近年、低圧電動機及びインバータの組合せが増えている（例えば、特許文献１参照）。
シールドマシンの構成は、掘削先頭に位置する掘削回転盤（シールドカッタ）を回転させることで掘削を行う。この掘削回転盤に対して複数の低圧電動機を連結・連動させることで大きな動力を生んでいる。
【０００３】
シールドマシンの掘削回転盤は常に地面からの摩擦力を受けているが、花崗岩のような硬い物性の岩盤や粒度が荒い岩盤地域に侵入するとさらに摩擦力を受けて掘削回転盤のトルクが不足する。掘削回転盤の駆動トルクが不足した場合は通常ロック状態となりさらに運転・運用が困難となる。地中で掘削機がロック状態に陥った場合であるが、地上から救出孔を作成し堀下げて掘削機を脱出させて、ロック状態から離脱させるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５８２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、掘削回転盤を制御するに際して複数の低圧電動機の運転状態を同期させ制御することが必要となる。通例は電動機（インバータ）間の伝送を用いないクローズドループ速度制御方式が使用されている。これは、電動機の速度を一定に保つ制御で掘削回転盤が常に一定速度に回転するように各電動機にて速度一定になるようにする制御方式で、定速の電動機回転数を出せるようにトルクを制御する方式である。
【０００６】
このような定速制御方式を用いている掘削制御方式であると上記のように掘削回転盤にかかる摩擦力が急増加した場合、電動機の等速度回転を保つのが困難となるため、掘削回転盤へのトルク不足が発生しやすく、ロック状態から脱出できず、脱出孔を掘って掘削機をロック状態から脱出させる必要があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シールドマシンがロック状態に陥った場合でも、容易にロック状態から離脱させることが可能なシールドマシンの制御装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のシールドマシンの制御装置は、カッターヘッドを駆動する複数の電動機を備えたシールドマシンを制御するシールドマシンの制御装置である。
複数のインバータは、複数の電動機のそれぞれに定速制御で駆動電力を供給する。
制御部は、カッターヘッドがロック状態となると、定速制御からトルク制御へと制御モードを切り替え、トルク制御における目標トルクを電動機の定格最大トルクを越えて徐々に大きな値に設定して、インバータを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態のシールドマシンシステムの概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態の制御処理フローチャートである。
【図３】図３は、実施形態の具体的な制御例の説明図である。
【図４】図４は、第２実施形態のシールドマシンシステムの概要構成ブロック図である。
【図５】図５は、第３実施形態の説明図である。
【図６】図６は、電動機毎の目標トルク設定例の一例の説明図である。
【図７】図７は、実施形態の変形例の具体的な制御例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に図面を参照して好適な実施形態について説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態のシールドマシンシステムの概要構成ブロック図である。
シールドマシンシステム１０は、シールド工法により掘削を行うシールドマシン１１と、シールドマシン１１と通信ライン（伝送ライン）１２を介して接続され、シールドマシン１１の制御を行うホストコントローラ１３と、を備えている。
【００１１】
シールドマシン１１は、複数種類のカッタが設けられたカッターヘッド（カッターディスク）２１と、カッターヘッド２１に回転駆動力を伝達する減速ギアユニット２２と、減速ギアユニット２２を介して回転駆動力をカッターヘッド２１に供給する複数（本実施形態では、６個）の電動機（電動モータ）２３−１〜２３−６と、自律的（クローズドループ速度制御方式）あるいは後述のコントローラ（制御部）２６の制御下で電動機２３−１〜２３−６に駆動電力を供給し、電動機２３−１〜２３−６の回転速度及びトルク（回転トルク）を制御する複数のインバータ２４−１〜２４−６と、ホストコントローラ１３の制御下で共有通信路（共有伝送路）２５及びインバータ２４−１〜２４−６を介して電動機２３−１〜２３−６を同期制御するコントローラ２６と、を備えている。
【００１２】
次に第１実施形態の動作について説明する。
図２は、第１実施形態の制御処理フローチャートである。
カッターヘッド２１がロック状態となっていない場合には、動作モードは通常運転モードとなっており、インバータ２４−１〜２４−６は共有通信路２５を介したコントローラ２６の制御がなされることなく自律的に電動機２３−１〜２３−６に対して定速制御を行っている（ステップＳ１１）。
【００１３】
これと並行してコントローラ２６は、カッターヘッド２１が固い岩盤などに当接することにより、掘削に必要とされる電動機２３−１〜２３−６のトルクが不足し、シールドマシン１１がロック状態となったか否かを判別している（ステップＳ１２）。
【００１４】
具体的には、コントローラ２６は、共有通信路２５を介して、シールドマシン１１がロック状態になったことを検出する。
コントローラ２６は、ステップＳ１２の判別において、シールドマシン１１がロック状態となっていない場合（非ロック状態）には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ１１に移行する。
【００１５】
一方、ステップＳ１２の判別において、シールドマシン１１がロック状態となっている場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、コントローラ２６は、シールドマシン１１をロック状態から離脱させるための制御を開始する。
【００１６】
具体的には、コントローラ２６は、共有通信路２５を介して全てのインバータ２４−１〜２４−６に対して停止指令を発行する（ステップＳ１３）。この場合において、停止指令の発行は、外部のスイッチ及びモータモデルを参照し自動切り替えとなっている。
【００１７】
続いて、共有通信路２５を介して停止指令が入力されたインバータ２４−１〜２４−６は、電動機２３−１〜２３−６に対する自立的な定速制御を停止する（ステップＳ１４）。
【００１８】
続いてコントローラ２６は、インバータ２４−１〜２４−６に対して電動機２３−１〜２３−６の定格トルク以上のトルクを一時的に発生させるために、定格電圧を越え、最大許容電圧以下（最大許容トルクに相当）の過電圧を電動機２３−１〜２３−６に同期して印加させる同期制御を行い、定格トルクを越え（かつ、最大許容トルク以下）の回転トルクを発生させるトルク制御モードに動作モードを移行する（ステップＳ１５）。
【００１９】
これにより、カッターヘッド２１には、ロック状態を離脱可能性のあるトルクが発生されることとなる。
【００２０】
ところで、定格トルクを越えた回転トルクが発生している状態が継続すると、電動機２３−１〜２３−６に対して過電圧状態が継続している状態であり、長期にわたってこのような状態を継続すると電動機２３−１〜２３−６が過熱し機器故障を起こす確率が高くなるため稼働時間は短時間に限る必要がある。
【００２１】
ここで、電動機２３−１〜２３−６が過熱し故障に至る経過時間は経験的に得られており、既知である。
【００２２】
このため、本第１実施形態においては、コントローラ２６は、電動機２３−１〜２３−６に対する過電圧印加時間の積算動作を行う。
【００２３】
続いてコントローラ２６は、ロック状態を離脱できたか否かを判別する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６の判別において、ロック状態を離脱できた場合には（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１１に移行し、以下、前述と同様の処理を行う。
【００２４】
ステップＳ１６の判別において、未だロック状態を離脱できていない場合には（ステップＳ１６；Ｎｏ）、コントローラ２６は、過電圧積算時間が所定のしきい値時間を経過したか否かを判別する（ステップＳ１７）。
【００２５】
ステップＳ１７の判別において、未だ過電圧積算時間が所定のしきい値時間を経過していない場合には（ステップＳ１７；Ｎｏ）、処理を再びステップＳ１５に移行する。
ステップＳ１７の判別において、過電圧積算時間が所定のしきい値時間を経過した場合には（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、電動機２３−１〜２３−６が過電圧印加により故障するのを防止するために、駆動を停止し（ステップＳ１８）、ロック状態にある旨のエラー通知を行って（ステップＳ１９）、処理を終了する。
【００２６】
これにより電動機２３−１〜２３−６やインバータ２４−１〜２４−６について温度計測を行う必要なく、電動機２３−１〜２３−６の過電圧状態（高トルク状態）を発生させて、ロック状態からの離脱を図ることが可能となっている。
【００２７】
以下、より具体的な制御について説明する。
図３は、実施形態の具体的な制御例の説明図である。
ところで、電動機２３−１〜２３−６に対して急峻な過電圧を入力すると過電圧を電動機２３−１〜２３−６に印可状態で掘削回転盤のロック状態から離脱する可能性が高い。
そこで、本第１実施形態においては、電動機２３−１〜２３−６に対して初期起動後、電動機２３−１〜２３−６に印加させる最大トルク制限値を徐々に増加させるようにしている。
通常動作状態において、固い岩盤などにカッターヘッド２１が当接し、定格最大トルクＴｍａｘ０に至ったとすると、コントローラ２６は、共有通信路２５を介して全てのインバータ２４−１〜２４−６に対して停止指令を発行する。
【００２８】
これにより、電動機２３−１〜２３−６のトルクは徐々に低下するので、コントローラ２６は、時刻Ｔ０において、ロック状態から離脱できない状態が継続しているとし、電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧を一次関数的に増加させた場合に、時刻Ｔ１における目標トルク（トルク制限値）が定格最大トルクＴｍａｘ０となるような増加率でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に電圧を印加するようにトルク制御を行う。
【００２９】
このとき、コントローラ２６は、目標トルクが全ての電動機２３−１〜２３−６に対して同一であるため、伝送効率の観点から同報通信を用いている（以下、同様）。
【００３０】
そして、コントローラ２６は、時刻Ｔ１において実際の電動機２３−１〜２３−６のトルクが定格最大トルクＴｍａｘ０に至ると、同様にロック状態から離脱できない状態が継続している状態で電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧を一次関数的に増加させた場合に時刻Ｔ２における目標トルク（トルク制限値）が（第１）目標最大トルクＴｍａｘ１となるような増加率でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に電圧を印加するようにトルク制御を行う。
【００３１】
そして、ロック状態から離脱できない状態でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧が目標最大トルクＴｍａｘ１に相当する電圧となると、コントローラ２６は、ロック状態から離脱できない状態が継続している状態で電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧を一次関数的に増加させた場合に時刻Ｔ３における目標トルクが（第２）目標最大トルクＴｍａｘ２となるような増加率でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に電圧を印加するようにトルク制御を行う。この場合において、電動機２３−１〜２３−６に無用な負荷をかけないように、時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２におけるトルク変化率と、時刻Ｔ２〜時刻Ｔ３におけるトルク変化率は一定としている。
【００３２】
さらに、ロック状態から離脱できない状態でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧が目標最大トルクＴｍａｘ２に相当する電圧となると、コントローラ２６は、ロック状態から離脱できない状態が継続している状態で電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧を一次関数的に増加させた場合に時刻Ｔ４における目標トルクが（第３）目標最大トルクＴｍａｘ３となるような増加率でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に電圧を印加するようにトルク制御を行う。
【００３３】
図３の例の場合においては、目標最大トルクＴｍａｘ３は、各電動機２３−１〜２３−６に対して許容される許容最大トルクＴｍａｘｌｉｍと等しくなっており、各電動機２３−１〜２３−６に許容最大トルクＴｍａｘｌｉｍに相当する電圧を超える過電圧が印加されることはない。
【００３４】
さらに図３における斜線部の面積、すなわち、定格トルクを越える目標最大トルクに対応する過電圧を印加している過電圧積算時間が、所定のしきい値時間を経過しないように時刻ＴＮにおいて、コントローラ２６は、通電終了を指示する。
したがって、必要以上に電動機２３−１〜２３−６に過電圧が印加される状態が続くことはなく、シールドマシン１１を正常状態に維持することができる。
【００３５】
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、電動機２３−１〜２３−６に過度な負荷を与えることなく、シールドマシン１１をロック状態からより確実に離脱することができる。
【００３６】
［２］第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態のシールドマシンシステムの概要構成ブロック図である。
本第２実施形態のシールドマシンシステム１０Ａが第１実施形態のシールドマシンシステム１０と技術的に異なる点は、コントローラ２６が電動機２３−１〜２３−６の実測温度および電動機２３−１〜２３−６のモータ電流値に基づいてロック状態から離脱させるための過電圧状態の終了タイミングを制御している点である。
【００３７】
図４において、図１と同様の部分には、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。
【００３８】
本第２実施形態のシールドマシンシステム１０Ａが第１実施形態のシールドマシンシステム１０と異なっている点は、電動機２３−１〜２３−６及びインバータ２４−１〜２４−６の温度を計測し、温度計測信号ＳＴ１〜ＳＴ６（アナログ信号）を出力する温度センサ３１−１〜３１−６と、温度センサ３１−１〜３１−６が出力した温度計測信号ＳＴ１〜ＳＴ６のアナログ／ディジタル変換を行って温度計測データＤＴとしてコントローラ２６に出力するＡ／Ｄ変換器３２と、各インバータ２４−１〜２４−６から電動機２３−１〜２３−６に供給しているモータ電流量がモータ電流信号ＳＩ１〜ＳＩ６として入力され、モータ電流信号ＳＩ１〜ＳＩ６のアナログ／ディジタル変換を行ってモータ電流データＤＩとしてコントローラ２６に出力するＡ／Ｄ変換器３３と、を備えている点である。
【００３９】
次に第２実施形態の動作を説明する。
本第２実施形態によれば、温度センサ３１−１〜３１−６は、電動機２３−１〜２３−６及びインバータ２４−１〜２４−６の温度を計測し、温度計測信号ＳＴ１〜ＳＴ６（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換器３２に出力する。
【００４０】
これによりＡ／Ｄ変換器３２は、温度センサ３１−１〜３１−６が出力した温度計測信号ＳＴ１〜ＳＴ６のアナログ／ディジタル変換を行って温度計測データＤＴとしてコントローラ２６に出力する。
また、Ａ／Ｄ変換器３３は、各インバータ２４−１〜２４−６から電動機２３−１〜２３−６に供給しているモータ電流量がモータ電流信号ＳＩ１〜ＳＩ６として入力され、モータ電流信号ＳＩ１〜ＳＩ６のアナログ／ディジタル変換を行ってモータ電流データＤＩとしてコントローラ２６に出力する。
【００４１】
これらの結果、コントローラ２６は、入力された電動機２３−１〜２３−６の温度及びモータ電流値に基づいて、電動機２３−１〜２３−６の発熱状態変化（温度変化）を予測し、予測値をトリガーとして電動機２３−１〜２３−６に対する過電圧状態を解除（ＯＦＦ）する。
【００４２】
したがって、本第２実施形態によれば、実際の電動機２３−１〜２３−６の発熱変化状態に沿って確実に過電圧状態を解除できるので、シールドマシンシステム１０Ａの信頼性が向上する。
【００４３】
［３］第３実施形態
以上の各実施形態においては、全ての電動機２３−１〜２３−６に対して同一の制御を行うようにしていたが、本第３実施形態は、カッターヘッド２１が地盤から受ける摩擦圧は、鉛直方向に沿って下に行くほど高くなると考えられるため、これを考慮して制御を行う場合の実施形態である。
カッターヘッド２１が地盤から受ける圧力は、鉛直方向の上側（地盤の上層側）では小さく、下側（地盤の下層側）では大きくなる。
すなわち、カッターヘッド２１にかかる摩擦圧中心軸と、カッターヘッド２１の回転中心軸とは、ずれる（異なる）こととなると考えられ、各電動機２３−１〜２３−６についてもその駆動軸が受ける摩擦圧も各電動機２３−１〜２３−６の鉛直方向の配置位置によって異なると考えられる。
そこで、本第３実施形態においては、カッターヘッド２１に対し、鉛直方向下側に位置する電動機について、鉛直方向上側に位置する電動機よりも初期目標トルクを大きくし、対応するインバータ２４−１に異なる初期目標トルクを設定し、摩擦圧中心の近傍に対してカッターヘッド２１のトルクをかけ、摩擦圧中心にトルク中心が近づくようになり、より確実にロック状態から離脱できるようにしている。
【００４４】
図５は、第３実施形態の説明図である。
図５に示すように、本第３実施形態のシールドマシンシステムにおいては、電動機２３−１が鉛直方向最上部に位置し、続いて、電動機２３−２及び電動機２３−６が鉛直方向上部に位置し、電動機２３−３及び電動機２３−５が鉛直方向下部に位置し、電動機２３−４が鉛直方向最下部に位置している。
この場合において、地盤からカッターヘッド２１が受ける圧力は、図５左端に示すように鉛直方向下側に向かうほど相対的に高く（大きく）なっている。
【００４５】
図６は、電動機毎の目標トルク設定例の一例の説明図である。
図６に示すように、鉛直方向最上部に位置する電動機２３−１は最も地盤から受ける圧力が低いので初期目標トルクＴａ１は最も低い値となっている。
【００４６】
また、鉛直方向上部に位置する電動機２３−２及び電動機２３−６は、地盤から受ける圧力は、電動機２３−１の次に低いので初期目標トルクＴａ１の次に低い初期目標トルクＴａ２となっている。
【００４７】
また、鉛直方向下部に位置する電動機２３−３及び電動機２３−５は、地盤から受ける圧力は、電動機２３−２及び電動機２３−６より高いので初期目標トルクＴａ２の次に高い初期目標トルクＴａ３となっている。
【００４８】
また、鉛直方向最下部に位置する電動機２３−４は最も地盤から受ける圧力が高いので初期目標トルクＴａ４が最も高い値となっている。
以上をまとめると、初期目標トルクは、以下のようになっている。
Ｔａ１＜Ｔａ２＜Ｔａ３＜Ｔａ４
鉛直方向の配置位置に基づいて、相対的に低い側に配置されている電動機の目標トルクは、相対的に高い側に配置されている電動機の前記目標トルクよりも高く設定されている。
【００４９】
そして、初期目標トルクの値が高いほど増加速度を抑制することで、許容最大目標トルクに到達する時刻は、ほぼ同時（時刻ｔ１）となるようにされている。
これらの結果、摩擦圧中心にトルク中心が近づくようにでき、より確実にロック状態から離脱することが可能となる。
【００５０】
以上の説明においては、目標トルク設定時の通信方法については詳細に述べなかったが、コントローラ２６は、通信先のインバータ２４−１〜２４−６を順次特定して行う逐次通信、あるいは、対応する電動機２３−１〜２３−６の配置位置に応じた出力テーブル（目標トルク対応出力電流テーブル）をインバータ２４−１〜２４−６に予め持たせておき、全てのインバータ２４−１〜２４−６で共通のインデックスデータを同報通信により通知し、インバータ２４−１〜２４−６がそれぞれ保有している出力テーブルを参照することにより目標トルクを設定するようにしてもよい。
【００５１】
［４］実施形態の変形例
以上の説明においては、カッターヘッド２１がロック状態から離脱できた後の制御については詳細に述べていなかったが、カッターヘッド２１がロック状態から離脱した場合には、カッターヘッド２１が急激に回転することとなり、電動機２３−１〜２３−６に対して安全機構が働きトリップして停止状態に直ちに移行することとなり、機器故障に至る虞が生じる。
【００５２】
そこで、ロック状態から離脱したことが検出された場合には、コントローラ２６は、インバータ２４−１〜２４−６に対し、出力下限値を設定しておき、出力下限値を維持することで、電動機２３−１〜２３−６の急激な停止を回避しつつ、掘削動作を継続できるようにすることが可能である。
【００５３】
図７は、実施形態の変形例の具体的な制御例の説明図である。
通常動作状態において、固い岩盤などにカッターヘッド２１が当接し、定格最大トルクＴｍａｘ０に至ったとすると、コントローラ２６は、共有通信路２５を介して全てのインバータ２４−１〜２４−６に対して停止指令を発行する。
【００５４】
これにより、電動機２３−１〜２３−６のトルクは徐々に低下するので、コントローラ２６は、時刻Ｔ１０において、ロック状態から離脱できない状態が継続しているとし、電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧を一次関数的に増加させた場合に、時刻Ｔ１１における目標トルク（トルク制限値）が定格最大トルクＴｍａｘ０となるような増加率でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に電圧を印加するようにトルク制御を行う。
【００５５】
そして、コントローラ２６は、時刻Ｔ１１において実際の電動機２３−１〜２３−６のトルクが定格最大トルクＴｍａｘ０に至ると、同様にロック状態から離脱できない状態が継続している状態で電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧を一次関数的に増加させた場合に時刻Ｔ１２における目標トルク（トルク制限値）が（第１）目標最大トルクＴｍａｘ１となるような増加率でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に電圧を印加するようにトルク制御を行う。
【００５６】
そして、ロック状態から離脱できない状態でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧が目標最大トルクＴｍａｘ１に相当する電圧となると、コントローラ２６は、ロック状態から離脱できない状態が継続している状態で電動機２３−１〜２３−６に印加する電圧を一次関数的に増加させた場合に時刻Ｔ１３における目標トルクが（第２）目標最大トルクＴｍａｘ２となるような増加率でインバータ２４−１〜２４−６が電動機２３−１〜２３−６に電圧を印加するようにトルク制御を行うこととなるが、この目標トルクが（第２）目標最大トルクＴｍａｘ２となるような増加率に設定して制御を行った後にロック状態が解除された場合には、カッターヘッド２１が急激に回転し、安全機構が働いて電動機２３−１〜２３−６が急激に停止されることとなる。
【００５７】
そこで、コントローラ２６は、これを回避するために、ロック状態から離脱したことが検出された場合には、インバータ２４−１〜２４−６に対し、出力下限値ＴＬｍｉｎを設定しておき、出力下限値ＴＬｍｉｎを維持することで、電動機２３−１〜２３−６の急激な停止を回避しつつ、掘削動作を継続できるように制御を行っている。
【００５８】
したがって、必要以上に電動機２３−１〜２３−６が停止して、稼働効率が低下することなく、シールドマシン１１を正常状態に維持することができる。
【００５９】
本実施形態のコントローラ２６及びホストコントローラ１３は、ＣＰＵなどの制御装置と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤ、ＣＤドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
【００６０】
本実施形態のコントローラ２６及びホストコントローラ１３で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
【００６１】
また、本実施形態のコントローラ２６及びホストコントローラ１３で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態のコントローラ２６及びホストコントローラ１３で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態のコントローラ２６及びホストコントローラ１３のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１０、１０Ａ    シールドマシンシステム
１１    シールドマシン
１３    ホストコントローラ
２１    カッターヘッド
２２    減速ギアユニット
２３−１〜２３−６    電動機
２４−１〜２４−６    インバータ
２５    共有通信路
２６    コントローラ
３１−１〜３１−６    温度センサ
３２    Ａ／Ｄ変換器
３３    Ａ／Ｄ変換器
ＤＩ    モータ電流データ
ＤＴ    温度計測データ
ＴＬｍｉｎ    出力下限値
ＳＩ１〜ＳＩ６    モータ電流信号
Ｔａ１〜Ｔａ４    初期目標トルク
Ｔｍａｘ１〜Ｔｍａｘ３    目標最大トルク
Ｔｍａｘ０    定格最大トルク
Ｔｍａｘｌｉｍ    許容最大トルク
【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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