(57)【要約】  パワーエレクトロニクス機器２００は、ＤＣリンクコンデンサ２２０および突入電流防止回路２１０を備える。判定器２４４は、判定期間においてスイッチＲＹ１、ＭＣ１に遮断指令または導通指令を与え、そのときのＤＣリンクコンデンサ２２０の電圧ＶＤＣまたは突入電流防止回路２１０に流れる電流ＩＩＮにもとづいてスイッチＲＹ１，ＭＣ１の異常を検出する。
2019123800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と、
吊り作業部と、
前記走行部、および吊り作業部、を駆動する駆動部と、
前記駆動部に電力を供給する蓄電システムと、
を備え、
起動時、或いは終了時に、前記蓄電システムの異常を診断する機能を有するクレーン。
【請求項２】
起動時に異常を検知して異常の存在を報知するか、終了時に異常を検知して異常の存在を報知する異常報知部を備える、請求項１に記載のクレーン。
【請求項３】
前記異常報知部は、
遠隔操作の場合は遠隔操作手段に備えられた報知手段に、
自動運転の場合は、通信手段を介して、管理棟に供えられた報知手段に、
手動運転の場合は、運転室内に設けられた報知手段に、
異常を報知する、請求項２に記載のクレーン。
【請求項４】
前記異常報知部は、異常の種別に応じて報知内容を変更し、
作業が制限されるレベルの異常の場合は所定の第１レベルの異常を報知し、
交換、或いはメンテナンスが推奨されるが、作業は制限されないレベルの異常が生じている場合は、第１レベルより低いレベルの第２レベルの異常を報知する、請求項２に記載のクレーン。
【請求項５】
異常が生じていると判断され、異常の報知、或いは作業の制限がされている状態において、所定のモード変更操作により、前記蓄電システムを利用しない作業モードで作業を開始する、請求項１に記載のクレーン。
【請求項６】
前記蓄電システムを利用しない作業モードは、走行速度、吊り部の動作速度、の少なくとも一つが制限される、請求項５に記載のクレーン。
【請求項７】
コンデンサと、
直流電源と前記コンデンサとの間に設けられるスイッチを含む突入電流防止回路と、
判定期間において前記スイッチに遮断指令または導通指令を与え、そのときの前記コンデンサの電圧または前記突入電流防止回路に流れる電流にもとづいて前記スイッチの異常を検出する判定器と、
を備えることを特徴とするパワーエレクトロニクス機器。
【請求項８】
前記判定器は、前記スイッチに導通指令を与えて前記コンデンサを充電する充電期間中に、前記スイッチに一時的に遮断指令を与え、そのときの前記突入電流防止回路に流れる電流の変化にもとづいて前記異常の有無を判定することを特徴とする請求項７に記載のパワーエレクトロニクス機器。
【請求項９】
前記判定器は、前記スイッチに導通指令を与えて前記コンデンサを充電する充電期間中に、前記スイッチに一時的に遮断指令を与え、そのときの前記コンデンサの電圧の変化にもとづいて前記異常の有無を判定することを特徴とする請求項８に記載のパワーエレクトロニクス機器。
【請求項１０】
前記突入電流防止回路と前記コンデンサの間に設けられるコンバータ装置をさらに備え、
前記スイッチに遮断指令を与えた状態において前記コンバータ装置をスイッチング動作させ、そのときの前記突入電流防止回路に流れる電流にもとづいて、前記異常の有無を判定することを特徴とする請求項７に記載のパワーエレクトロニクス機器。
【請求項１１】
前記突入電流防止回路と前記コンデンサの間に設けられるコンバータ装置をさらに備え、
前記スイッチに遮断指令を与えた状態において前記コンバータ装置をスイッチング動作させ、そのときの前記コンデンサの電圧にもとづいて、前記異常の有無を判定することを特徴とする請求項７に記載のパワーエレクトロニクス機器。
【請求項１２】
前記コンデンサに接続される負荷駆動装置をさらに備え、
前記スイッチに遮断指令を与えた状態において前記負荷駆動装置を動作させ、そのときの前記突入電流防止回路に流れる電流にもとづいて、前記異常の有無を判定することを特徴とする請求項７に記載のパワーエレクトロニクス機器。
【請求項１３】
前記コンデンサに接続される負荷駆動装置をさらに備え、
前記スイッチに遮断指令を与えた状態において前記負荷駆動装置を動作させ、そのときの前記コンデンサの電圧にもとづいて、前記異常の有無を判定することを特徴とする請求項７に記載のパワーエレクトロニクス機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーンおよびパワーエレクトロニクス機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
１．  クレーン等の作業機械において、交流電源、交流電動機、及び蓄電池が直流母線を介して相互に接続される（例えば特許文献１）。交流電源は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置を介して直流母線に接続される。蓄電池は、蓄電池の充放電のタイミングと電力量を制御する充電／放電コントローラを介して直流母線に接続される。交流電動機は、直流電力を交流電力に変換するインバータを介して直流母線に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３１３１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５６９９号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１．  クレーンのハイブリッド化にパワーエレクトロニクス機器が用いられる。パワーエレクトロニクス機器は、蓄電器とコンバータとを主構成とし、クレーンのDCバスに接続される。クレーンの起動操作により、パワーエレクトロニクス機器も起動する。DCバスと蓄電器とを電気的に接続するに際し、安全面で信頼性の高いパワーエレクトロニクス機器が望ましい。【０００５】
２．  図１は、従来のパワーエレクトロニクス機器のブロック図である。パワーエレクトロニクス機器１００Ｒは、負荷であるモータ１０２、コンバータ装置１１０および負荷駆動装置１２０を備える。コンバータ装置１１０は、バッテリなどの直流電源１０４からの直流電圧ＶＥを昇圧してＤＣリンク電圧ＶＤＣを生成し、ＤＣリンク１３０を介して負荷駆動装置１２０に供給する。負荷駆動装置１２０はたとえばモータ駆動装置であり、負荷であるモータ１０２を駆動するインバータ１２２を含む。ＤＣリンク１３０には、大容量のＤＣリンクコンデンサ１３２が接続される。またインバータ１２２の入力にも、大容量の平滑コンデンサ１２４が接続される。【０００６】
パワーエレクトロニクス機器１００Ｒの起動時に、ＤＣリンクコンデンサ１３２、平滑コンデンサ１２４の電荷はゼロである。このようなコンデンサに、直流電圧ＶＥが印加されると突入電流が流れる。これを防止するために、充電抵抗ＲＪ、リレーＲＹ１、電磁接触器ＭＣ１が設けられる。はじめにリレーＲＹ１がオンされ、充電抵抗ＲＪおよびダイオードＤ１１を介してＤＣリンクコンデンサ１３２が緩やかに充電される。また、平滑コンデンサ１２４は充電抵抗Ｒ２を介して緩やかに充電される。【０００７】
ＤＣリンクコンデンサ１３２、平滑コンデンサ１２４の充電がある程度進むと、あるいはそれらの充電が完了すると、電磁接触器ＭＣ１および電磁接触器ＭＣ２がオンされる。【０００８】
リレーや電磁接触器（以下、スイッチと総称する）は機械的な接点を有するため、酸化や摩耗により経時的に劣化する。【０００９】
図１のパワーエレクトロニクス機器１００Ｒでは、特にリレーＲＹ１や電磁接触器ＭＣ１の経時的な劣化が問題となる。そこで一般的には、これらのスイッチに補助接点付きの部品を採用し、アンサーバック信号を利用した故障検出（溶着や開放検出）が広く行われている。【００１０】
図２は、従来のパワーエレクトロニクス機器のブロック図である。図２のパワーエレクトロニクス機器１００Ｓは、補助接点を有しないスイッチを用いる代わりに、負極（Ｎ極）側に冗長なスイッチＲＹ２をさらに備える。そして、正極側のスイッチＲＹ１（ＭＣ１）と負極側のスイッチＲＹ２を順に導通、あるいは遮断し、各状態での電圧あるいは電流が正常時の期待値から逸脱したときに、異常と判定する。【００１１】
図１のパワーエレクトロニクス機器１００Ｒに用いる補助接点付きのスイッチは、一般的に高価であり、また大型である場合が多く、採用に支障がある場合もある。【００１２】
また図２のパワーエレクトロニクス機器１００Ｓでは、冗長なスイッチＲＹ２を追加する必要があるため、パワーエレクトロニクス機器１００Ｓのサイズが大きくなり、コストが高くなる。【００１３】
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、起動時により安全性の高いパワーエレクトロニクス機器を搭載したクレーン、及びこのクレーンに搭載されるパワーエレクトロニクス機器を提供することである。またそのある態様の例示的な目的のひとつは、スイッチの劣化を検出可能なパワーエレクトロニクス機器の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある態様はクレーンに関する。クレーンは、本体部と、吊り作業部と、走行部、および吊り作業部、を駆動する駆動部と、駆動部に電力を供給する蓄電システムと、を備える。クレーンは、起動時、或いは終了時に、蓄電システムの異常を診断する機能を有する。【００１５】
２．  本発明のある態様はパワーエレクトロニクス機器に関する。パワーエレクトロニクス機器は、コンデンサと、直流電源とコンデンサとの間に設けられるスイッチを含む突入電流防止回路と、判定期間においてスイッチに遮断指令または導通指令を与え、そのときのコンデンサの電圧または突入電流防止回路に流れる電流にもとづいてスイッチの異常を検出する判定器と、を備える。【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のある態様によれば、起動時により安全性の高いパワーエレクトロニクス機器を搭載したクレーン、及びこのクレーンに搭載されるパワーエレクトロニクス機器を提供できる。また本発明のある態様によれば、スイッチの劣化を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のパワーエレクトロニクス機器のブロック図である。
【図２】従来のパワーエレクトロニクス機器のブロック図である。
【図３】実施の形態に係るエレクトロニクス機器のブロック図である。
【図４】判定器による異常検出を説明する図である。
【図５】判定器による異常検出を説明する図である。
【図６】変形例に係るパワーエレクトロニクス機器を示すブロック図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ本実施例によるクレーンシステムの概略正面図及び概略側面図である。
【図８】図８は、クレーンシステムの電力系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、クレーンに関する。クレーンは、本体部と、吊り作業部と、走行部、および吊り作業部、を駆動する駆動部と、駆動部に電力を供給する蓄電システムと、を備える。クレーンは、起動時、或いは終了時に、蓄電システムの異常を診断する機能を有する。
【００２０】
クレーンは、起動時に異常を検知して異常の存在を報知するか、終了時に異常を検知して異常の存在を報知する異常報知部を備えてもよい。
【００２１】
異常報知部は、遠隔操作の場合は遠隔操作手段に備えられた報知手段に、自動運転の場合は、通信手段を介して、管理棟に供えられた報知手段に、手動運転の場合は、運転室内に設けられた報知手段に、異常を報知してもよい。
【００２２】
異常報知部は、異常の種別に応じて報知内容を変更してもよい。作業が制限されるレベルの異常の場合は所定の第１レベルの異常を報知し、交換、或いはメンテナンスが推奨されるが、作業は制限されないレベルの異常が生じている場合は、第１レベルより低いレベルの第２レベルの異常を報知してもよい。
【００２３】
異常が生じていると判断され、異常の報知、或いは作業の制限がされている状態において、所定のモード変更操作により、蓄電システムを利用しない作業モードで作業を開始してもよい。
【００２４】
蓄電システムを利用しない作業モードは、走行速度、吊り部の動作速度、の少なくとも一つが制限されてもよい。
【００２５】
本明細書に開示される一実施の形態は、パワーエレクトロニクス機器に関する。パワーエレクトロニクス機器は、コンデンサと、直流電源とコンデンサとの間に設けられるスイッチを含む突入電流防止回路と、判定期間においてスイッチに遮断指令または導通指令を与え、そのときのコンデンサの電圧または突入電流防止回路に流れる電流にもとづいてスイッチの異常を検出する判定器と、を備える。この実施の形態によると、補助接点付きのスイッチや、冗長なスイッチを用いずに、スイッチの劣化を検出できる。またパワーエレクトロニクス機器のコストを下げることができる。
【００２６】
判定器は、スイッチに導通指令を与えてコンデンサを充電する充電期間中に、スイッチに一時的に遮断指令を与え、そのときの突入電流防止回路に流れる電流の変化にもとづいて異常の有無を判定してもよい。スイッチに遮断指令を与える間、スイッチが正常に遮断されていれば、電流はゼロとなる。反対にスイッチに溶着等の劣化が生じている場合、電流が流れ続ける。したがって、現在のスイッチの状態（導通・遮断）と、電流の変化にもとづいてスイッチの異常を判定できる。
【００２７】
判定器は、スイッチに導通指令を与えてコンデンサを充電する充電期間中に、スイッチに一時的に遮断指令を与え、そのときのコンデンサの電圧の変化にもとづいて異常の有無を判定してもよい。スイッチに遮断指令を与える間、スイッチが正常に遮断されていれば、コンデンサへの充電が停止するため、電圧の変化はゼロとなる。反対にスイッチに溶着等の劣化が生じている場合、コンデンサへの充電電流が流れ続けるため、コンデンサの電圧は増加し続ける。したがって、現在のスイッチの状態（導通・遮断）と、コンデンサの電圧変化にもとづいてスイッチの異常を判定できる。
【００２８】
パワーエレクトロニクス機器は、突入電流防止回路とコンデンサの間に設けられるコンバータ装置をさらに備えてもよい。スイッチに遮断指令を与えた状態においてコンバータ装置をスイッチング動作させ、そのときの突入電流防止回路に流れる電流にもとづいて、異常の有無を判定してもよい。
【００２９】
スイッチに遮断指令を与えた状態において、スイッチが正常に遮断されていれば、コンバータ装置をスイッチング動作させても、突入電流防止回路に流れる電流はゼロである。反対にスイッチに溶着等の劣化が生じている場合、突入電流防止回路を経由して電流が流れる。したがって、電流にもとづいて異常の有無を判定できる。
【００３０】
パワーエレクトロニクス機器は、突入電流防止回路とコンデンサの間に設けられるコンバータ装置をさらに備えてもよい。スイッチに遮断指令を与えた状態においてコンバータ装置をスイッチング動作させ、そのときのコンデンサの電圧にもとづいて、異常の有無を判定してもよい。
【００３１】
スイッチに遮断指令を与えた状態において、スイッチが正常に遮断されていれば、コンバータ装置をスイッチング動作させても、突入電流防止回路に流れる電流はゼロであり、したがってコンデンサの電圧は上昇しない。反対にスイッチに溶着等の劣化が生じている場合、突入電流防止回路を経由して電流が流れるため、コンデンサの電圧は上昇する。したがって、コンデンサの電圧にもとづいて異常の有無を判定できる。
【００３２】
（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００３３】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００３４】
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００３５】
本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。
【００３６】
図３は、実施の形態に係るエレクトロニクス機器のブロック図である。パワーエレクトロニクス機器２００は、直流電源２０２、突入電流防止回路２１０、ＤＣリンクコンデンサ２２０、コンバータ装置２３０を備える。
【００３７】
直流電源２０２は、バッテリやキャパシタ、あるいは外部のコンバータであり、直流電圧（入力電圧ともいう）ＶＥを生成する。ＤＣリンク２０４には、ＤＣリンクコンデンサ２２０が接続される。また図３には図示しないが、ＤＣリンク２０４には、図１や図２に示すような負荷駆動装置が接続される。負荷の種類は特に限定されない。
【００３８】
パワーエレクトロニクス機器２００の起動直後において、ＤＣリンクコンデンサ２２０の電荷が少なく、ＤＣリンク電圧ＶＤＣが低い状態において、入力電圧ＶＥが低インピーダンス経路を介してＤＣリンクコンデンサ２２０に印加されると突入電流が流れる。これを防止するために、直流電源２０２とＤＣリンクコンデンサ２２０の間には、突入電流防止回路２１０が設けられる。
【００３９】
突入電流防止回路２１０は、直流電源２０２とＤＣリンクコンデンサ２２０との間に設けられる少なくともひとつのスイッチを含む。本実施の形態では、突入電流防止回路２１０は、第１スイッチＭＣ１と、第１スイッチＭＣ１と並列な経路に直列に設けられる充電抵抗ＲＪおよび第２スイッチＲＹ１を含む。たとえば第１スイッチＭＣ１は電磁接触器であり、第２スイッチＲＹ１はリレーである。
【００４０】
コンバータ装置２３０は、突入電流防止回路２１０とＤＣリンクコンデンサ２２０の間に設けられる。コンバータ装置２３０は、動作状態において、入力電圧ＶＥを昇圧し、ＤＣリンク２０４に直流電圧ＶＥより高いＤＣリンク電圧ＶＤＣを発生させる（力行運転）。コントローラ２４０は、コンバータ装置２３０を制御するコンバータコントローラ２４２を含む。コンバータコントローラ２４２は、コンバータ装置２３０のゲート信号のデューティ比を規定する制御信号ＳＣＴＲＬを生成する。
【００４１】
コントローラ２４０には、ＤＣリンク電圧ＶＤＣを示すデジタルのフィードバック信号ＤＶＤＣがフィードバックされている。コントローラ２４０は、フィードバック信号ＤＶＤＣが、ＤＣリンク電圧ＶＤＣの目標電圧を規定する目標値ＤＲＥＦに近づくように、フィードバックによってデューティ比を調節する。
【００４２】
ゲートドライバ２３２は、制御信号ＳＣＴＲＬが示すデューティ比にもとづいて、コンバータ装置２３０のトランジスタＭ１，Ｍ２を駆動する。
【００４３】
電流センサ２３４はたとえばカレントトランスであり、リアクトルＬ１に流れる電流ＩＬを検出する。コントローラ２４０には、電流ＩＬを示すデジタル値ＤＩＬや、入力電圧ＶＥを示すデジタル値ＤＶＥが入力される。コンバータコントローラ２４２におけるフィードバック制御に、入力電圧ＶＥや、コンバータ装置２３０のリアクトルＬ１に流れる電流ＩＬを反映してもよい。
【００４４】
直流電源２０２が充電可能なバッテリあるいはキャパシタを含む場合、コンバータ装置２３０を回生運転させることが可能であり、ＤＣリンク２０４側の余剰なエネルギーを直流電源２０２に回収してもよい。
【００４５】
コントローラ２４０は、突入電流防止回路２１０に含まれるスイッチＭＣ１，ＲＹ１のオン、オフを制御するとともに、スイッチＭＣ１，ＲＹ１の異常を検出する機能を備える。
【００４６】
パワーエレクトロニクス機器２００の起動直後の充電期間において、コントローラ２４０はコンバータ装置２３０を停止状態とし、第２スイッチＲＹ１をオンする。これにより、抵抗ＲＪ、第２スイッチＲＹ１、ダイオードＤ１１を介して充電電流ＩＣＨＧが流れ、ＤＣリンクコンデンサ２２０が充電される。
【００４７】
ＤＣリンクコンデンサ２２０への突入電流のおそれが無い程度に、ＤＣリンク電圧ＶＤＣが上昇すると、第１スイッチＭＣ１がオンされる。その後、コントローラ２４０は、コンバータ装置２３０の動作を開始する。
【００４８】
突入電流防止回路２１０のスイッチの異常検出について説明する。コントローラ２４０は、判定器２４４を含む。判定器２４４は、判定期間においてスイッチＭＣ１，ＲＹ１に遮断指令または導通指令を与え、その指令（スイッチの使用状況）と、そのときのＤＣリンクコンデンサ２２０の電圧ＶＤＣまたは突入電流防止回路２１０に流れる電流の組み合わせにもとづいてスイッチＭＣ１，ＲＹ１の異常を検出する。
【００４９】
電流センサ２３４は、突入電流防止回路２１０に流れる電流（入力電流という）ＩＩＮを検出しているものと把握することができる。入力電流ＩＩＮは、コンバータ装置２３０の動作状態ではリアクトル電流ＩＬに他ならず、充電期間中は、充電電流ＩＣＨＧに他ならない。
【００５０】
以下、判定器２４４による異常検出について、３つの実施例を参照して説明する。
【００５１】
（第１実施例）
図４は、判定器２４４による異常検出を説明する図である。
時刻ｔ０に、コントローラ２４０は、第２スイッチＲＹ１に導通指令を与えてＤＣリンクコンデンサ２２０の充電を開始する。コントローラ２４０は、充電期間に判定期間τＤＥＴ１を挿入し、判定期間τＤＥＴ１の間、第２スイッチＲＹ１に一時的（ｔ１〜ｔ２）に遮断指令を与える。判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ１における突入電流防止回路に流れる入力電流ＩＩＮの変化にもとづいて異常の有無を判定する。
【００５２】
第２スイッチＲＹ１に遮断指令を与える間、第２スイッチＲＹ１が正常に遮断されていれば、入力電流ＩＩＮは実線で示すようにゼロとなる。反対に第２スイッチＲＹ１に溶着等の劣化が生じている場合、一点鎖線で示すように非ゼロの入力電流ＩＩＮが流れ続ける。したがって判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ１における入力電流ＩＩＮにもとづいてスイッチの異常を判定できる。たとえば判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ１におけるデジタル値ＤＩＬが所定のしきい値より高いとき異常、低いとき正常と判定してもよい。
【００５３】
判定期間τＤＥＴ１の終了時刻ｔ２に、第２スイッチＲＹ１を再びオンしてもよい。そしてＤＣリンク電圧ＶＤＣが入力電圧ＶＥと実質的に等しい電圧レベルまで上昇し、突入電流のおそれがなくなる時刻ｔ３に、第１スイッチＭＣ１に導通指令を与えてもよい。その後、時刻ｔ４にコンバータ装置２３０が動作開始する。
【００５４】
なお、判定期間τＤＥＴ１の終了時刻ｔ２に、突入電流のおそれがない程度にＤＣリンク電圧ＶＤＣが十分に高い場合には、時刻ｔ２に直ちに第１スイッチＭＣ１をオンし、第１スイッチＭＣ１を介してＤＣリンクコンデンサ２２０を充電するようにしてもよい。
【００５５】
（第２実施例）
引き続き図４を参照する。第２実施例において判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ１におけるＤＣリンク電圧ＶＤＣの変化にもとづいて異常の有無を判定する。第２スイッチＲＹ１に遮断指令を与える間、第２スイッチＲＹ１が正常に遮断されていれば、ＤＣリンクコンデンサ２２０への充電が停止するため、実線で示すようにＤＣリンク電圧ＶＤＣの上昇が停止し、その電圧変化はゼロとなる。反対に第２スイッチＲＹ１に溶着等の劣化が生じている場合、ＤＣリンクコンデンサ２２０に充電電流ＩＣＨＧが流れ続けるため、一点鎖線で示すようにＤＣリンク電圧ＶＤＣは増加し続ける。したがって判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ１におけるＤＣリンク電圧ＶＤＣにもとづいて第２スイッチＲＹ１の異常を判定できる。たとえば判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ１におけるデジタル値ＤＶＤＣの変化量が実質的にゼロのときに正常、非ゼロのときに異常と判定してもよい。より具体的には判定期間の開始時刻ｔ１と終了時刻ｔ２それぞれにおいて、デジタル値ＤＶＤＣをサンプリングし、それらの差分が所定のしきい値より大きいときに異常、小さいときに正常と判定してもよい。
【００５６】
続いて、第１実施例あるいは第２実施例における判定期間τＤＥＴ１について説明する。たとえば判定期間τＤＥＴ１は、充電開始時刻ｔ０から所定の遅延時間の経過後を、判定期間τの開始時刻ｔ１としてもよい。
【００５７】
あるいは起動直後の入力電圧ＶＥをモニターし、入力電圧ＶＥに係数Ｋ（Ｋ＜１）を乗じてしきい値Ｋ×ＶＥを決定し、ＤＣリンク電圧ＶＤＣがしきい値に到達した時刻を判定期間τの開始時刻ｔ１としてもよい。
【００５８】
あるいは充電期間中の入力電流ＩＩＮを監視し、入力電流ＩＩＮがピークを経た後に、所定の基準値まで低下した時刻を、判定期間τの開始時刻ｔ１としてもよい。
【００５９】
（第３実施例）
図５は、判定器２４４による異常検出を説明する図である。充電期間の終了後の非充電期間中に、判定期間τＤＥＴ２が挿入される。この判定期間τＤＥＴ２の間、コントローラ２４０は第１スイッチＭＣ１、第２スイッチＲＹ１を両方に遮断指令が与えられる。そしてコンバータ装置２３０を動作状態とする。
【００６０】
たとえば判定期間τＤＥＴ２は、図４における時刻ｔ３の近傍に挿入してもよい。この場合、ＤＣリンク電圧ＶＤＣは、実質的に入力電圧ＶＥと等しい。コンバータ装置２３０をスイッチング動作させたときに、突入電流防止回路２１０のスイッチＭＣ１，ＲＹ１が正常にオフしていれば、実線で示すように、ＤＣリンク電圧ＶＤＣは上昇せず、もとの電圧レベル（ここではＶＥ）を維持する。もしスイッチＭＣ１，ＲＹ１のいずれかに異常が生じていれば、一点鎖線で示すように、コンバータ装置２３０の昇圧動作の結果、ＤＣリンク電圧ＶＤＣが上昇する。したがって判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ２における電圧変化量にもとづいて、スイッチＭＣ１，ＲＹ１の異常を検出できる。
【００６１】
たとえば判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ２におけるデジタル値ＤＶＤＣの変化量が実質的にゼロのときに正常、非ゼロのときに異常と判定してもよい。より具体的には判定期間の開始時刻ｔ１と終了時刻ｔ２それぞれにおいて、デジタル値ＤＶＤＣをサンプリングし、それらの差分が所定のしきい値より大きいときに異常、小さいときに正常と判定してもよい。
【００６２】
（第４実施例）
引き続き図５を参照する。第４実施例において判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ２における入力電流ＩＩＮの変化にもとづいて異常の有無を判定する。判定期間τＤＥＴ２において第１スイッチＭＣ１、第２スイッチＲＹ１が両方とも正常に遮断されていれば、入力電流ＩＩＮは実線で示すようにゼロである。反対に第１スイッチＭＣ１、第２スイッチＲＹ１のいずれかに異常が生じていると、入力電流ＩＩＮは一点鎖線で示すように非ゼロとなる。したがって判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ２における入力電流ＩＩＮにもとづいてスイッチの異常を判定できる。たとえば判定器２４４は、判定期間τＤＥＴ２におけるデジタル値ＤＩＬが所定のしきい値より高いとき異常、低いとき正常と判定してもよい。
【００６３】
第３実施例、第４実施例において、判定期間τＤＥＴ２は、パワーエレクトロニクス機器２００の終了時に挿入してもよい。この場合、ＤＣリンク電圧ＶＤＣの初期値は、昇圧後の高い電圧となる。
【００６４】
（変形例）
実施の形態では、コンバータ装置２３０の前段に設けられる突入電流防止回路２１０のスイッチの異常検出を説明したが、本発明の適用はそれに限定されない。図１や図２に示すように、負荷駆動装置１２０の前段には、抵抗Ｒ２およびスイッチＭＣ２を含む突入電流防止回路が設けられており、スイッチＭＣ２の異常検出にも本発明は適用できる。図６は、変形例に係るパワーエレクトロニクス機器３００を示すブロック図である。直流電源３０２は、ＤＣリンク３０４にＤＣリンク電圧ＶＤＣを発生するコンバータを含む。
【００６５】
突入電流防止回路３１０は、直流電源３０２と平滑コンデンサ３２０の間に設けられる。この変形例では突入電流防止回路３１０は、抵抗Ｒ２と、スイッチＭＣ２、ＲＹ２を含む。負荷駆動装置３３０は、平滑コンデンサ３２０に生ずる直流電圧にもとづいてモータなどの負荷３０６を駆動する。
【００６６】
コントローラ３４０は、スイッチＭＣ２、ＲＹ２および負荷駆動装置３３０を制御し、スイッチＭＣ２、ＲＹ２の異常を検出する。検出方法は、上述した第１実施例〜第４実施例と同じ方法を採用できる。
【００６７】
第１、第２実施例を採用する場合、上述の説明および図４のＶＥをＶＤＣと読み替え、ＶＤＣをＶＩＮと読み替えれば良い。第３、第４実施例を採用する場合、判定期間τＤＥＴ２の間、スイッチＭＣ２，ＲＹ２に遮断指令を与え、負荷駆動装置３３０を動作させ、そのときの電圧ＶＩＮの変化あるいは電流Ｉ１の変化を検出すればよい。
【００６８】
産業機械、建設機械、搬送車両に適用されるパワーエレクトロニクス機器は、産業機械、建設機械、搬送車両の起動に対応して起動してもよく、起動時において、コンデンサの電圧０Ｖであり、パワーエレクトロニクス機器は、起動後にコンデンサを充電してもよい。
【００６９】
なお、補助接点付きのスイッチ、冗長なスイッチＲＹ２を有するパワーエレクトロニクス機器にも、保護の２重化の観点から、本発明を適用することができるが、補助接点付きのスイッチ、冗長なスイッチＲＹ２が無いパワーエレクトロニクス機器であれば、シンプルな構成、サイズダウン、コストダウン等の効果が、より一層顕著となることが理解される。
【００７０】
なお、パワーエレクトロニクス機器において、異常と称するものを検知した場合に、産業機械等に搭載される上位のコントローラに通知したり、産業機械等に設けられた表示部等に異常表示したり、産業機械等を停止させたりすれば、安全性の向上に寄与することとなる。また予備的、予報的に報知してもよく、この場合、産業機械等を停止させない故障予知の観点から優れている。
【００７１】
なおパワーエレクトロニクス機器の用途は特に限定されるものではないが、たとえば、射出成形機やプレスなどの産業機械、ショベルやクレーンなどの建設機械、フォークリフトや無人搬送車等の搬送車両（統括して産業機械等と称する）に適用できる。
【００７２】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ本実施例によるクレーンシステムの概略正面図及び概略側面図である。複数の柱４０が桁４１を支えている。柱４０と桁４１とによって門型フレームが構成される。柱４０の下端に車輪４２が取り付けられており、門型フレームがレール４３に沿って走行する。図４Ａの紙面に垂直な方向及び図４Ｂの左右方向が走行方向に相当する。桁４１にトロリー４５が搭載されている。トロリー４５に巻き上げ機４６が搭載されている。門型フレーム、車輪４２により本体部が構成され、トロリー４５、巻き上げ機４６、吊り作業部（吊り下げ具４７とワイヤ）により作業部が構成される。
【００７３】
複数の電動アクチュエータがそれぞれの作動部を駆動する。例えば、門型フレームに搭載された走行用モータ５１が車輪４２を駆動する。トロリー４５に搭載された横行用モータ５２が、トロリー４５を横行方向に移動させる。図４Ａの左右方向及び図４Ｂの紙面に垂直な方向が横行方向に相当する。巻き上げ機４６は巻上げモータ５３を含み、先端にフック等の吊り下げ具４７が取り付けられたワイヤを巻上げ及び繰り出す。このように、巻上げモータ５３、横行用モータ５２、及び走行用モータ５１等の電動アクチュエータが、それぞれ吊り下げ具４７、トロリー４５、車輪４２を動作させる。
【００７４】
門型フレームに、交流電源６０、電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）６５、蓄電装置６７、及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）６８が搭載されている。交流電源６０は、エンジン６１と発電機６２とを含む。交流電源６０は、巻上げモータ５３、横行用モータ５２、及び走行用モータ５１に駆動用の電力を供給する。さらに、交流電源６０から供給される電力によって蓄電装置６７が充電される。
【００７５】
電力変換装置６８、蓄電装置（蓄電器）６７は、直流母線７０（DCバス）に蓄電システム（パワーエレクトロニクス機器）９０として取り付けられる。このような蓄電システム（パワーエレクトロニクス機器）９０を備えないクレーンに後付で取り付けることもできる。
【００７６】
図８は、クレーンシステムの電力系統図である。交流電源６０が整流器６３及び電力変換装置６５を介して直流母線７０に接続されている。電力変換装置６５は、交流電源６０から出力され整流器６３で整流された直流電力を、目標とする電圧の直流電力に変換して直流母線７０に供給する。直流母線７０の正側母線７０Ｐと負側母線７０Ｎとの間に平滑コンデンサ７２が接続されている。
【００７７】
蓄電装置６７が電力変換装置６８を介して直流母線７０に接続されている。電力変換装置６８は、蓄電装置６７の充放電を制御する。蓄電装置６７の放電時には、電力変換装置６８が蓄電装置６７の出力電圧を昇圧して蓄電装置６７から直流母線７０に電力を供給する。蓄電装置６７の充電時には、電力変換装置６８が直流母線７０の電圧を降圧して直流母線７０から蓄電装置６７に電力を供給する。
【００７８】
走行用モータ５１が、インバータ５４及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）５７を介して直流母線７０に接続されている。横行用モータ５２が、インバータ５５及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）５８を介して直流母線７０に接続されている。巻上げモータ５３が、インバータ５６及び電力変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）５９を介して直流母線７０に接続されている。電力変換装置５７、５８、５９は、それぞれ直流母線７０の電圧を昇圧し、昇圧された電力をインバータ５４、５５、５６に供給する。
【００７９】
コントローラ８０が、電力変換装置５７、５８、５９、６５、６８、及びインバータ５４、５５、５６を制御することにより、直流母線７０から走行用モータ５１、横行用モータ５２、及び巻上げモータ５３に電力を供給する。コントローラ８０は、直流母線７０の電圧を予め設定された目標値に維持するように電力変換装置５７、５８、５９、６５、及び６８を制御する。巻上げモータ５３が巻下げ動作をするときには、コントローラ８０がインバータ５６及び電力変換装置５９を制御して、巻上げモータ５３で発生した回生電力を降圧して直流母線７０に供給する。この回生電力により蓄電装置６７を充電することができる。
【００８０】
電力変換装置６８と蓄電装置６７の間には、突入電流防止回路７６Ａが設けられる。
【００８１】
コントローラ８０は、クレーンの起動時、或いは終了時に、蓄電システム９０の異常を診断する機能を有する。クレーンシステムは起動操作をトリガーとして起動する。起動操作は、起動ボタンや起動キー等の起動手段によって構成されてもよい。起動操作は、運転室でオペレータが実行できる。遠隔操作の場合は、起動手段は、遠隔でクレーンを制御する制御室（管理室）に備えられてもよく、運転室外で使用可能な遠隔操作手段に備えられてもよい。クレーンは、起動手段への終了操作をトリガーとして終了してもよいし、別途専用のボタン（終了手段）を設けてもよい。
【００８２】
診断対象の蓄電システムの異常は、特に限定されないが、たとえば蓄電手段（バッテリやキャパシタ、これらの組み合わせ）の異常（内部抵抗異常、劣化異常、温度異常、電圧異常）であってもよいし、接続手段（スイッチ）あるいは抵抗やコンデンサの異常を含めてもよい。直列接続された複数の蓄電手段を有する場合は、それぞれの蓄電手段に電圧が均等にバランスしていると寿命が延びるため、起動時あるいは終了時に電圧状態を検出してもよい。またこの際それぞれの蓄電手段の内部抵抗や温度を計測することで、内部抵抗異常、温度異常をクレーンの動作に先立って検出することができる。
【００８３】
クレーンシステムはさらに異常報知部９２を備える。異常報知部９２は、起動時に異常を検知して異常の存在を報知するか、終了時に異常を検知して異常の存在を報知する。
【００８４】
異常報知部９２は、遠隔操作の場合は遠隔操作手段に備えられた報知手段に、自動運転の場合は、通信手段を介して、管理棟に供えられた報知手段に、手動運転の場合は、運転室内に設けられた報知手段に、異常を報知する。
【００８５】
異常報知部９２は、異常の種別、あるいは緊急度に応じて報知内容を変更することができる。たとえば、作業が制限されるレベルの異常の場合は所定の第１レベルの異常を報知し、交換、或いはメンテナンスが推奨されるが、作業は制限されないレベルの異常が生じている場合は、第１レベルより低いレベルの第２レベルの異常を報知してもよい。
【００８６】
クレーンは、異常が生じていると判断され、異常の報知、或いは作業の制限がされている状態において、所定のモード変更操作により、蓄電システム９０を利用しない作業モードで作業を開始してもよい。この蓄電システム９０を利用しない作業モードは、走行速度、吊り部の動作速度、の少なくとも一つが制限されてもよい。
【００８７】
図８のクレーンシステムと、図３のパワーエレクトロニクス機器３００は、以下のように対応付けることができる。
図８                    図３
コントローラ８０        コントローラ２４０、ゲートドライバ２３２
蓄電装置６７            直流電源２０２
突入電流防止回路７６Ａ  突入電流防止回路２１０
電力変換装置６８        コンバータ装置２３０
平滑コンデンサ７２      ＤＣリンクコンデンサ２２０
正側母線７０Ｐ          ＤＣリンク２０４
【００８８】
コントローラ８０が監視する異常のひとつは、突入電流防止回路７６Ａのリレーや電磁接触器の劣化や故障でありうる。この場合、コントローラ８０は、図３や図４を参照して説明した方法によって、リレーや電磁接触器の劣化や故障を検出してもよい。
【００８９】
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００９０】
２００  パワーエレクトロニクス機器
２０２  直流電源
２０４  ＤＣリンク
２１０  突入電流防止回路
２２０  ＤＣリンクコンデンサ
２３０  コンバータ装置
２３２  ゲートドライバ
２３４  電流センサ
２４０  コントローラ
２４２  コンバータコントローラ
２４４  判定器
ＭＣ１  第１スイッチ
ＲＹ１  第２スイッチ
３００  パワーエレクトロニクス機器
３０２  直流電源
３０４  ＤＣリンク
３０６  負荷
３１０  突入電流防止回路
３２０  平滑コンデンサ
３３０  負荷駆動装置
３３２  負荷
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、産業機械に利用できる。
【図１】
2019123800.tif 000003
【図２】
2019123800.tif 000004
【図３】
2019123800.tif 000005
【図４】
2019123800.tif 000006
【図５】
2019123800.tif 000007
【図６】
2019123800.tif 000008
【図７】
2019123800.tif 000009
【図８】
2019123800.tif 000010
【国際調査報告】
2019123800.tif 000011
2019123800.tif 000012
2019123800.tif 000013
2019123800.tif 000014
2019123800.tif 000015
2019123800.tif 000016