(57)【要約】【課題】容量素子を過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができるリフティングマグネットの制御システムを提供する。【解決手段】交流電源１０と、整流回路１１と、容量素子１５と、整流回路１１の出力を電磁石コイル６に供給し、直列接続されている第１および第２のスイッチング素子３１，３２と、直列接続されている第３および第４のスイッチング素子３３，３４と、を有するＨブリッジ回路３０と、を有しているリフティングマグネットの制御システム１であって、さらに、容量素子１５とＨブリッジ回路３０の間に並列接続され、かつ互いに直列接続されている第５および第６のスイッチング素子３５，３６と、第１および第２のスイッチング素子３１，３２の間に一方端が接続され、第５および第６のスイッチング素子３５，３６の間に他方端が接続されている抵抗素子２５とを有する。【選択図】図１
2019064747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、
前記交流電源に接続されている整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続されている容量素子と、
前記整流回路の出力を、リフティングマグネットの電磁石コイルに供給し、互いに直列接続されている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、互いに直列接続されている第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子と、を有するＨブリッジ回路と、を有しているリフティングマグネットの制御システムであって、
さらに、前記容量素子と前記Ｈブリッジ回路の間に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の間に一方端が接続され、前記第５のスイッチング素子と前記第６のスイッチング素子の間に他方端が接続されている抵抗素子と、を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
さらに、前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子の導通状態を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、前記電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを前記抵抗素子、前記容量素子または前記Ｈブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、前記電磁石コイルと前記Ｈブリッジ回路との間、または前記電磁石コイルと前記抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子を制御する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御回路は、前記電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを前記抵抗素子、前記容量素子または前記Ｈブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、前記電磁石コイルと前記Ｈブリッジ回路との間、および前記電磁石コイルと前記抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子を制御する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御回路は、前記回生動作時に前記電磁石コイルの回生電流が所定値以下であると判別したときに、前記電磁石コイルと前記Ｈブリッジ回路との間で閉ループ回路を形成するように前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子を制御する請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
前記回生動作時に前記整流回路の高電位側出力端に接続されている高電位側電路において、前記電磁石コイルから前記閉ループ回路側に向かって回生電流が流れたときに、前記制御回路は、前記第１のスイッチング素子を断続的に導通させ、前記第５のスイッチング素子を連続的に導通させ、残りのスイッチング素子を不通とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のスイッチング素子の断続的な導通間隔が１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下である請求項５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷役作業や建設作業で吊り荷を持ち上げて移動させるためのリフティングマグネットの制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リフティングマグネットは、電流を特定の方向に流してマグネット（電磁石コイル）を励磁することで、金属部材等の吊り荷を吸着して持ち上げるものである。吊り荷の釈放はマグネットの消磁、具体的には電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを電源側に回生し、回路に設けられる抵抗素子や容量素子によってエネルギーを吸収した後、電流を逆向きに流して電磁石コイルを逆励磁することにより行う。例えば、特許文献１〜４には、リフティングマグネットの駆動回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１９１６０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９５５号公報
【特許文献３】特開２００９−２１５０５４号公報
【特許文献４】特開２００８−２１４０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜４に記載された駆動回路では、逆励磁時に電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを抵抗素子により吸収することができないため、容量素子に過度に電圧が掛かったり、消磁時間が長引くおそれがある。そこで、本発明は容量素子を過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができるリフティングマグネットの制御システム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】
【０００５】
上記課題を解決し得た本発明のリフティングマグネットの制御システムは、交流電源と、交流電源に接続されている整流回路と、整流回路の出力端に接続されている容量素子と、整流回路の出力を、リフティングマグネットの電磁石コイルに供給し、互いに直列接続されている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、互いに直列接続されている第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子と、を有するＨブリッジ回路と、を有しているリフティングマグネットの制御システムであって、さらに、容量素子とＨブリッジ回路の間に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間に一方端が接続され、第５のスイッチング素子と第６のスイッチング素子の間に他方端が接続されている抵抗素子と、を有する点に要旨を有する。本発明の制御システムは、６つのスイッチング素子と、上記のように接続されている抵抗素子を有しているため、電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを励磁動作時だけでなく、逆励磁動作時にも抵抗素子により吸収することができる。このため、コンデンサを過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができる。
【０００６】
さらに、第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子の導通状態を制御する制御回路と、を有し、制御回路は、電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを抵抗素子、容量素子またはＨブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、電磁石コイルとＨブリッジ回路との間、または電磁石コイルと抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子を制御することが好ましい。
【０００７】
制御回路は、電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを抵抗素子、容量素子またはＨブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、電磁石コイルとＨブリッジ回路との間、および電磁石コイルと抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子を制御することが好ましい。
【０００８】
制御回路は、回生動作時に電磁石コイルの回生電流が所定値以下であると判別したときに、電磁石コイルとＨブリッジ回路との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子を制御することが好ましい。
【０００９】
回生動作時に整流回路の高電位側出力端に接続されている高電位側電路において、電磁石コイルから前記閉ループ回路側に向かって回生電流が流れたときに、制御回路は、第１のスイッチング素子を断続的に導通させ、第５のスイッチング素子を連続的に導通させ、残りのスイッチング素子を不通とすることが好ましい。
【００１０】
第１のスイッチング素子の断続的な導通間隔が１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のリフティングマグネットの制御システムによれば、電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを励磁動作時だけでなく逆励磁動作時にも抵抗素子により吸収することができる。このため、コンデンサを過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの構成を示す回路図を表す。
【図２】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムのマグネット電圧、マグネット電流およびコンデンサ電圧を示す波形図を表す。
【図３】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの励磁動作を示す回路図を表す。
【図４】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの励磁後の回生動作の第１段階を示す回路図を表す。
【図５】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの励磁後の回生動作の第２段階を示す回路図を表す。
【図６】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの励磁後の回生動作の第３段階を示す回路図を表す。
【図７】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの逆励磁動作の第１段階を示す回路図を表す。
【図８】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの逆励磁動作の第２段階を示す回路図を表す。
【図９】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの逆励磁後の回生動作の第１段階を示す回路図を表す。
【図１０】本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの逆励磁後の回生動作の第２段階を示す回路図を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、下記実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００１４】
本発明のリフティングマグネットの制御システムは、油圧ショベルのアームの先端部に設けられているリフティングマグネットによって、荷役作業中や建設作業中に金属部材等の吊り荷の吸着および釈放動作を行うために用いられる。図１に本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの構成を示す。図１に示すように、制御システム１は、交流電源１０と、整流回路１１と、容量素子１５と、Ｈブリッジ回路３０とを有している。リフティングマグネット５には、電磁石コイル６が内蔵されており、通電すると磁力を発生する。リフティングマグネット５の直径は、１１００ｍｍ以上、１３００ｍｍ以上、または１５００ｍｍ以上であってもよく、２０００ｍｍ以下であってもよい。以下では、リフティングマグネットの制御システムを単に「制御システム」と称することがある。また、リフティングマグネットを単に「マグネット」と称することがある。
【００１５】
交流電源１０は、リフティングマグネット５の電磁石コイル６に電力を供給する。交流電源１０としては、商用電源、誘導発電機、同期発電機が挙げられるが、中でも発電効率が高く小型に構成することができる永久磁石同期発電機が好ましい。図１では、交流電源１０に第１の電源電路１０Ａ、第２の電源電路１０Ｂ、第３の電源電路１０Ｃが接続されている。
【００１６】
整流回路１１は交流電源１０に接続されている。例えば、図１に示すように、整流回路１１としては、６個のダイオードを含むブリッジ回路によって構成することができる。図１ではダイオード１２Ａと１２Ｂ、１２Ｃと１２Ｄ、１２Ｅと１２Ｆがそれぞれ直列接続されており、これら３組が並列に接続されている。ダイオード１２Ａと１２Ｂの間には第１の電源電路１０Ａが接続され、同様に、ダイオード１２Ｃと１２Ｄの間には第２の電源電路１０Ｂが接続され、ダイオード１２Ｅと１２Ｆの間には第３の電源電路１０Ｃが接続されている。このように回路を構成することにより三相全波整流を行うことができる。ダイオードの代わりにサイリスタを使用してもよく、ダイオードとサイリスタを組み合わせて整流回路１１を構成してもよい。また、整流回路１１を３個のダイオードを含むブリッジ回路により構成して、三相半波整流を行ってもよい。
【００１７】
容量素子１５は整流回路１１の出力端に接続されており、後述する抵抗素子、容量素子１５またはＨブリッジ回路３０側に回生された電気エネルギーを蓄積する。図１では、整流回路１１の高電位側出力端Ｈには高電位側電路２０が接続され、整流回路１１の低電位側出力端Ｌには低電位側電路２１が接続され、容量素子１５（平滑用コンデンサ）の一方端が高電位側電路２０に接続され、他方端が低電位側電路２１に接続されている。すなわち、容量素子１５は整流回路１１と並列に接続されている。
【００１８】
Ｈブリッジ回路３０は、整流回路１１の出力を、リフティングマグネット５の電磁石コイル６に供給するものであり、互いに直列接続されている第１のスイッチング素子３１および第２のスイッチング素子３２と、互いに直列接続されている第３のスイッチング素子３３および第４のスイッチング素子３４と、を有するＨブリッジ回路３０と、を有している。このようにＨブリッジ回路３０を設けることにより、電磁石コイル６に供給される電流の向きを制御することができる。
【００１９】
さらに、本発明の制御システム１は、容量素子１５とＨブリッジ回路３０の間に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第５のスイッチング素子３５および第６のスイッチング素子３６を有している。
【００２０】
第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）、バイポーラトランジスタ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）を用いることができるが、スイッチの切り換えを高速に行う観点からはＩＧＢＴを用いることが好ましい。図１では第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６として、ＩＧＢＴが設けられている例を示している。第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６のコレクタ−エミッタ間には、負荷電流を転流するための第１のダイオード４１〜第６のダイオード４６がそれぞれ逆並列に接続されていることが好ましい。なお、複数のスイッチング素子が１つのモジュールに組み込まれていてもよい。
【００２１】
制御システム１は、第１のスイッチング素子３１と第２のスイッチング素子３２の間に一方端が接続され、第５のスイッチング素子３５と第６のスイッチング素子３６の間に他方端が接続されている抵抗素子２５を有している。抵抗素子２５は、回生動作時に電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを吸収する回生抵抗として機能する。図１では１つの抵抗素子２５が設けられている例を示したが、複数の抵抗素子２５が直列接続されていてもよい。
【００２２】
制御システム１は、６つのスイッチング素子３１〜３６と、上記のように接続されている抵抗素子２５を有しているため、電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを励磁後だけでなく、逆励磁後にも抵抗素子２５により吸収することができる。このため、コンデンサを過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができる。制御システム１の詳細な動作については後述する。
【００２３】
さらに、制御システム１は、第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６の導通状態を制御する制御回路５０を有していることが好ましい。図１に示すように、制御回路５０は第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６であるＩＧＢＴのベース端子に接続されている。詳細には、制御回路５０は、吊り荷の釈放開始（吸着終了命令）から所定時間が経過するか、または電磁石コイル６の回生電流が所定値になったときに、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間、または電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６の導通状態を制御することが好ましい。電磁石コイル６の回生電流に代えて電磁石コイル６の電圧を計測し、所定値になったときに、上記閉ループ回路を形成するようにスイッチング素子を制御してもよい。容量素子１５の保護のため、コンデンサ電圧Ｖｃの最大値は容量素子１５の定格電圧よりも低く設定され、より好ましくは定格電圧の６０％以下の値に設定される。制御回路５０は、直流電源電圧を供給するバッテリー５１と接続されていることが好ましい。また、制御回路５０は、油圧ショベルの運転席に設けられている操作盤５２に接続されていることが好ましい。
【００２４】
電磁石コイル６のインダクタンスが大きい場合、電磁石コイル６の両端に印加される電圧が０Ｖになると逆起電力が発生してスパイク電圧が生じることがあるため、Ｈブリッジ回路３０と電磁石コイル６の間にスナバ回路等の保護回路が接続されていることが好ましい。
【００２５】
励磁から釈放までの制御システム１の一連の動作について、図２〜図１０を参照して説明する。図２は、第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６の導通状態と、電磁石コイル６の両端に印加される電圧Ｖout（以下、「マグネット電圧Ｖout」と称することがある）、電磁石コイル６を流れる電流Ｉout（以下、「マグネット電流Ｉout」と称することがある）、および容量素子１５の両端に印加される電圧Ｖc（以下、「コンデンサ電圧Ｖc」と称することがある）の時間波形の関係を示すグラフである。図３〜図１０は、それぞれ第１ステップ（励磁動作）、第２ステップ（励磁後の回生動作の第１段階）、第３ステップ（励磁後の回生動作の第２段階）、第４ステップ（励磁後の回生動作の第３段階）、第５ステップ（逆励磁動作の第１段階）、第６ステップ（逆励磁動作の第２段階）、第７ステップ（逆励磁後の回生動作の第１段階）、第８ステップ（逆励磁後の回生動作の第２段階）における各スイッチング素子３１〜３６の導通状態を示す回路図である。図２に示すマグネット電流Ｉoutは、高電位側電路２０において電磁石コイル６から整流回路１１への向きを正の値、逆向きを負の値として記載している。
【００２６】
（第１ステップ）励磁動作
図２および図３に示すように、交流電源１０によって発生した三相の交流電源電圧が整流回路１１を介してＨブリッジ回路３０に印加される。このとき、第１のスイッチング素子３１および第４のスイッチング素子３４をＯＮにし、残りのスイッチング素子３２，３３，３５，３６をＯＦＦにしている。定格励磁時は、交流電源１０から第１のスイッチング素子３１、電磁石コイル６、第４のスイッチング素子３４の順に電流が流れることにより、吊り荷をマグネットに吸着することができる。このとき、図２に示すように第１のスイッチング素子３１を断続的に導通させ、第４のスイッチング素子３４を連続的に導通させてもよい。このように第１のスイッチング素子３１のＯＮ、ＯＦＦを所定の周波数で切り換えるＰＷＭ制御を用いることにより、マグネット電圧Ｖoutを効率よく制御することができ、マグネットの定格電流に合わせた電流制御ができる。マグネットの直径が１３００ｍｍ以上等、比較的大きい場合にはマグネット電流Ｉoutが大きくなる傾向にあるため、第１のスイッチング素子３１を断続的に導通させることが好ましい。
【００２７】
（第２ステップ）励磁後の回生動作の第１段階
吊り荷を釈放するために、電磁石コイル６に蓄積された電気エネルギーを抵抗素子２５、容量素子１５またはＨブリッジ回路３０側に回生するための回生動作を行う。吊り荷の釈放開始は、油圧ショベルのレバーの上部等に設けられているスイッチ、あるいは操作盤５２にあるスイッチやレバー等の入力手段を用いて吸着終了信号を入力することにより行う。入力された吸着終了信号は、制御回路５０に伝達され、制御回路５０によって各スイッチング素子の導通状態が制御される。容量素子１５を緩速充電するために、制御回路５０は、上記回生動作時に電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間、または電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６を制御することが好ましい。より好ましくは、上記回生動作時に、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間、および電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６を制御する。
【００２８】
詳細には、図４に示すように第１のスイッチング素子３１、第５のスイッチング素子３５をＯＮにし、残りのスイッチング素子３２，３３，３４，３６をＯＦＦにしている。図２に示すように、回生動作を開始すると電磁石コイル６には回生電流が流れてマグネット電圧Ｖoutの大きさは緩やかに上昇する。また、容量素子１５（コンデンサ）が電磁石コイル６に蓄積された電気エネルギーを吸収するため、コンデンサ電圧Ｖcは徐々に増加する。第１のスイッチング素子３１をＯＮにしているため、第１のスイッチング素子３１、電磁石コイル６、第３のダイオード４３、容量素子１５の順に電流が流れ、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０の間で閉ループ回路が形成される。また、第５のスイッチング素子３５をＯＮにしているため、第５のスイッチング素子３５、抵抗素子２５、電磁石コイル６、第３のダイオード４３の順にも電流が流れ、電磁石コイル６と抵抗素子２５との間でも閉ループ回路が形成されている。このように回生動作の初期段階で電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間で閉ループ回路を形成することにより、回生電流を必要以上に下げることなく電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを容量素子１５で吸収することができる。また、電磁石コイル６と抵抗素子２５の間で閉ループ回路を形成することにより、電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを抵抗素子２５で吸収することができるため、容量素子１５を過電圧から保護することができる。このため、耐圧容量が小さい傾向にある小型のコンデンサも採用することができる。
【００２９】
より具体的には、回生動作時に整流回路１１の高電位側出力端Ｈに接続されている高電位側電路２０において、電磁石コイル６から閉ループ回路側に向かって回生電流が流れたときに、制御回路５０は、第１のスイッチング素子３１を断続的に導通させ、第５のスイッチング素子３５を連続的に導通させ、残りのスイッチング素子３２，３３，３４，３６を不通とすることが好ましい。このように第１のスイッチング素子３１のＯＮ、ＯＦＦを所定の周波数で切り換えるＰＷＭ制御を用いることにより、マグネット電圧Ｖoutを効率よく制御することができ、コンデンサ電圧Ｖcが過度に増大することを抑制できる。
【００３０】
上記第１ステップまたは第２ステップにおいて、第１のスイッチング素子３１の断続的な導通間隔は、１００Ｈｚ以上、２００Ｈｚ以上、または３００Ｈｚ以上であってもよく、あるいは１ｋＨｚ以下、８００Ｈｚ以下、または６００Ｈｚ以下であってもよい。第１のスイッチング素子３１の導通間隔を上記のように設定することにより、コンデンサを過電圧から保護することができる。
【００３１】
（第３ステップ）励磁後の回生動作の第２段階
容量素子１５を過電圧から保護しながら、引き続き充電する。例えば、制御回路５０が吸着終了信号の開始から所定時間が経過したと判別したときに、図５に示すように、第５のスイッチング素子３５をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦにする。図２に示すように、最初、磁石コイルと抵抗素子と第２ステップで放出して残った電気エネルギーによりコンデンサ電圧Ｖcはピークまで増加するが、電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路が形成されているため、抵抗素子２５による放熱により、その後はマグネット電圧Ｖoutと電磁石コイルの回生電流（マグネット電流Ｉout）は徐々に低下する。吸着終了信号開始からの経過時間に限られず、制御回路５０が電磁石コイル６の回生電流や電圧が所定値になったと判別したときに第３ステップを開始してもよい。
【００３２】
（第４ステップ）励磁後の回生動作の第３段階
制御回路５０は、第２ステップ〜第３ステップに従い、回生電圧（マグネット電圧Ｖout）が規定値以下となるように制御した後、回生動作時に電磁石コイル６の回生電流が所定値以下と判別したときに、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６を制御することが好ましい。詳細には、図６に示すように、全てのスイッチング素子をＯＦＦにすることで、図２に示すように容量素子１５はピーク充電され、コンデンサ電圧Ｖcは最大になるが、マグネット電圧Ｖoutを急激に低下させることができる。図６に示す回路状態はコンデンサに最も負荷が掛かるが、本発明では図４に示すように、回生動作の初期に電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを抵抗素子２５で吸収しながら容量素子１５を充電しているため、容量素子１５への負荷を軽減することができる。
【００３３】
（第５ステップ）逆励磁動作の第１段階
次に、逆励磁動作を行う。例えば、電磁石コイルの回生電流が０Ａであると判別したときに、図７に示すように、制御回路５０によって第３のスイッチング素子３３および第６のスイッチング素子３６をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦする。電磁石コイル６には、定格励磁時とは逆向きの励磁電流（交流電源からの電流）と、容量素子１５からの電流（コンデンサ電流）が流れる。電流は、第３のスイッチング素子３３、電磁石コイル６、抵抗素子２５、第６のスイッチング素子３６、容量素子１５の順に流れる。抵抗素子２５を含む閉ループ回路を形成しているため、電磁石コイル６に急激な電流（突入電流）が流れることを抑制しつつ、容量素子１５を放電することができる。
【００３４】
（第６ステップ）逆励磁動作の第２段階
制御回路５０が、例えば逆励磁動作の開始（第５ステップの開始）から所定時間が経過したと判別したときに、図８に示すように、第２のスイッチング素子３２および第３のスイッチング素子３３をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦにする。電流は、第３のスイッチング素子３３、電磁石コイル６、第２のスイッチング素子３２の順に流れる。逆励磁動作開始（第５ステップ開始）からの経過時間に限られず、制御回路５０が電磁石コイル６の励磁電流や電圧が所定値になったと判別したときに第６ステップを開始してもよい。
【００３５】
（第７ステップ）逆励磁後の回生動作の第１段階
逆励磁動作により電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを、閉ループ回路側に回生させる回生動作を行う。例えば、制御回路５０が励磁電流が所定値以上と判別したときに、図９に示すように、第６のスイッチング素子３６をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦにする。本発明は従来の制御システムと異なり、６つのスイッチング素子３１〜３６を有し、抵抗素子２５を上記のように接続している。このとき、マグネット電圧Ｖoutやマグネット電流Ｉout（回生電流）は徐々に減少する。これにより、励磁後だけでなく逆励磁後も電磁石コイル６に蓄積された電気エネルギーを抵抗素子２５で吸収できるため、容量素子１５を過電圧から好適に保護することができる。
【００３６】
（第８ステップ）逆励磁後の回生動作の第２段階
制御回路５０が電磁石コイル６の回生電流が所定値以下と判別したときに、図１０に示すように、全てのスイッチング素子３１〜３６をＯＦＦにする。これにより、コンデンサがピーク値まで充電される一方、マグネット電圧Ｖoutおよびマグネット電流Ｉoutが低下し、やがてマグネット電圧Ｖoutおよびマグネット電流Ｉoutがそれぞれほぼ０Ｖ、０Ａとなる。その結果、電磁石コイル６は消磁され、吊り荷を釈放することができる。
【００３７】
吸着および釈放の作業効率を高める観点では、釈放操作開始から完了までの時間、すなわち第２ステップの開始から第８ステップの完了までの時間は５秒以内であることが好ましく、より好ましくは４秒以内、さらに好ましくは３秒以内である。
【符号の説明】
【００３８】
１：制御システム
５：リフティングマグネット
６：電磁石コイル
１０：交流電源
１１：整流回路
１２Ａ〜１２Ｆ：ダイオード
１５：容量素子
２０：高電位側電路
２１：低電位側電路
２５：抵抗素子
３０：Ｈブリッジ回路
３１：第１のスイッチング素子
３２：第２のスイッチング素子
３３：第３のスイッチング素子
３４：第４のスイッチング素子
３５：第５のスイッチング素子
３６：第６のスイッチング素子
４１：第１のダイオード
４２：第２のダイオード
４３：第３のダイオード
４４：第４のダイオード
４５：第５のダイオード
４６：第６のダイオード
５０：制御回路
５１：バッテリー
５２：操作盤
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月10日(2018.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、
前記交流電源に接続されている整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続されている容量素子と、
前記整流回路の出力を、リフティングマグネットの電磁石コイルに供給し、互いに直列接続されている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、互いに直列接続されている第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子と、を有するＨブリッジ回路と、を有しているリフティングマグネットの制御システムであって、
さらに、前記容量素子と前記Ｈブリッジ回路の間において前記容量素子に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の間に一方端が接続され、前記第５のスイッチング素子と前記第６のスイッチング素子の間に他方端が接続されている抵抗素子と、を有することを特徴とするシステム。
【請求項２】
さらに、前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子の導通状態を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、前記電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを前記抵抗素子、前記容量素子または前記Ｈブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、前記電磁石コイルと前記Ｈブリッジ回路との間、または前記電磁石コイルと前記抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子を制御する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
さらに、前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子の導通状態を制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、前記電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを前記抵抗素子、前記容量素子または前記Ｈブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、前記電磁石コイルと前記Ｈブリッジ回路との間、および前記電磁石コイルと前記抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子を制御する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御回路は、前記回生動作時に前記電磁石コイルの回生電流が所定値以下であると判別したときに、前記電磁石コイルと前記Ｈブリッジ回路との間で閉ループ回路を形成するように前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子を制御する請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
前記回生動作時に前記整流回路の高電位側出力端に接続されている高電位側電路において、前記電磁石コイルから前記閉ループ回路側に向かって回生電流が流れたときに、前記制御回路は、前記第１のスイッチング素子を断続的に導通させ、前記第５のスイッチング素子を連続的に導通させ、残りのスイッチング素子を不通とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のスイッチング素子の断続的な導通間隔が１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下である請求項５に記載のシステム。