CN107848772B - 磁铁工程机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的磁铁工程机械不使用电池就能实现磁铁的吸附和释放，且能够简化设备结构和控制。磁铁工程机械包括：由发动机(7)驱动的发电电动机(8)；以及控制磁铁(6)和发电电动机(8)的变换器(10)，以利用来自发电电动机(8)的电力对磁铁(6)进行励磁从而吸附金属碎片等，并在为了释放金属碎片等而进行消磁时，将施加在磁铁(6)上的电力作为再生电力送至发电电动机(8)并由其消耗。变换器(10)基于检测出的主电路电压，根据主电路电压的变化，沿着抑制电压变化的方向来决定发电电动机(8)的作为电动机的转矩并发出指令。
Description
技术领域
本发明涉及磁铁工程机械，其具备安装于作业附属装置的远端的磁铁(电磁铁。被称为“起重磁铁”)、以及进行供电以使该磁铁励磁的发电电动机。
背景技术
利用磁铁来吸附金属碎片等的磁铁工程机械(通称为“磁铁起重机”)如图6所示，以具有自走式主机3和作业附属装置A的液压挖掘机为本体，其中，主机3具备下部行走体1和上部回转体2，作业附属装置A具备安装固定在主机3上的动臂4和斗杆5。磁铁工程机械还具备安装于作业附属装置A的远端(图中所示斗杆5的远端或未图示的铲斗)的磁铁6，在将金属碎片等吸附在磁铁6上的状态下搬运金属碎片等。
作为上述的磁铁工程机械，以电池作为电源来使磁铁工作的混合式工程机械已为公众所知，其具备发动机、由该发动机驱动的发电电动机及电池(参照专利文献1)。
在该公知技术中，发电电动机所产生的电力送至电池从而使电池充电，该电池中积蓄的电力则送至磁铁以使磁铁励磁。另一方面，在消磁时，即切断电池向磁铁的供电以使磁铁上吸附的荷重被释放时，正提供给磁铁的电力将被电池回收(再生)。
这样的电池驱动方式只要在电池与磁铁之间就能进行用于使磁铁吸附及释放的供电及再生。因此，具有连接磁铁和电源的主电路的电压(主电路电压)不会发生很大变动的优点。
然而，上述公知技术有很大的缺点。具体而言，由于必须有电池，因此设备的结构变复杂，设备的成本和设置空间都会变大。而且，为了将电池的充电率保持在适合吸附及释放的值需要进行控制，还需要进行使电池温度保持固定的控制，从而使得控制变复杂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2005-1775号
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁铁工程机械，其无需使用电池就能实现磁铁的吸附和释放，并且能够实现设备结构及控制的简化。
为解决上述技术问题，本发明提供一种磁铁工程机械，包括：发动机，作为动力源；发电电动机，由所述发动机驱动并作为发电机发挥作用；磁铁，通过利用所述发电电动机作为电源来进行励磁和消磁，从而具有吸附功能和释放功能；以及控制装置，进行对所述发电电动机及所述磁铁的控制，该控制包括对所述发电电动机与所述磁铁之间的电力的授予与接受，其中，所述控制装置在所述磁铁消磁时，将施加在所述磁铁上的电力送至所述发电电动机，让所述发电电动机将其作为再生电力而消耗。
根据该磁铁工程机械，由于利用发电电动机发电产生的电力来使磁铁励磁，因此无需设置作为磁铁用电源的电池。
附图说明
[图1]图1是本发明的实施方式所涉及的磁铁工程机械的系统结构图。
[图2]图2是表示图1中的变换器的内部结构的图。
[图3]图3是表示本实施方式中的吸附开关接通和断开、磁铁电压、主电路电压、发电电动机的动力随时间的变化状况的时间图。
[图4]图4是将图3中消磁时的主电路电压的变化状况放大表示的图。
[图5]图5是表示发电电动机的转矩的控制状况相对于主电路电压变化的图。
[图6]图6是磁铁工程机械的整体概略侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。另外，以下的实施方式是将本发明具体化的一例，并不是对本发明的技术范围的限定。
根据图1～图5，说明本发明的实施方式。
图1是实施方式所涉及的磁铁工程机械的系统结构图。
如图所示，磁铁工程机械包括：作为动力源的发动机7、由发动机7驱动并作为发电机发挥作用的发电电动机8、吸附开关9、变换器10和磁铁6。
当吸附开关9被操作向吸附侧时，如实线的空心箭头所示，发电电动机8所产生的电力经由作为控制装置的变换器10而提供给磁铁6。由此，磁铁6励磁，产生对荷重(碎片等)吸附的作用。
另一方面，当吸附开关9被操作向释放侧时，向磁铁6的供电被切断。即，磁铁6消磁。
也就是说，磁铁6将发电电动机8作为电源使用来进行励磁和消磁，从而具有吸附功能和释放功能。
实施方式中，如下文中详细所述，在上述消磁时，如图1中的虚线空心箭头所示，磁铁电力与励磁时相反地经由变换器10送至发电电动机8而被其消耗(再生)。
即，变换器10进行对发电电动机8及磁铁6的控制，该控制包括对发电电动机8和磁铁6之间的电力的授予与接受。另外，变换器10在磁铁6消磁时，将施加在磁铁6上的电力送至发电电动机8，使其作为再生电力被发电电动机8消耗。
图2表示变换器10的内部结构。
变换器10具备：开关电路11、由例如H桥接电路构成的励磁/消磁切换电路12、控制两个电路11、12的控制部13、连接两个电路11、12的正电源母线14和负电源母线15、以及设置在两根母线14、15之间的大电容的电容器(平滑用电容器)16。
励磁/消磁切换电路12基于吸附开关9的操作(吸附侧的操作或释放侧的操作)来切换磁铁的励磁或消磁，并且决定励磁时施加在磁铁6上的电压。
开关电路11由多个晶体管等开关元件组合构成，控制发电电动机8与磁铁6之间的电力的授予与接受。
即，在励磁时将所需的电力从发电电动机8提供给磁铁6，在消磁时将已提供给磁铁的电力作为再生电力送至发电电动机8并由其来消耗。
在上述消磁时，控制部13向发电电动机8输出作为电动机的转矩的指令值，并根据该指令转矩进行开关电路11的开关动作。
另外，还设有电压计17作为检测两根电源母线14、15之间的电压、即连接发电电动机8和磁铁6的主电路的电压的主电路电压检测装置，其检测出的主电路的电压被送至控制部13。
控制部13在吸附开关9向消磁侧(释放侧)操作从而发生消磁时，根据电压计17检测出的主电路的电压来决定发电电动机8的作为电动机的转矩，并将所决定的作为电动机的转矩指令给发电电动机8(开关电路11)。
结合图3～图5来进行详细说明。
图3(a)中，根据吸附开关9的吸附操作或释放操作，磁铁6励磁或消磁，磁铁电压如图3(b)那样变化。
图3(b)中的“过励磁”是指在高于正常电压的电压下使磁铁6磁化一定时间，从而使吸附开始后能够得到吸附金属碎片等荷重所需的吸附力，在该过励磁后变成正常励磁。
另外，“反励磁”作为消磁操作，是指使电流反向流过以产生反向磁场，从而释放荷重，如图3(c)和图4所示，在该反励磁区间内，主电路电压随着施加在磁铁6上的电力变化而变化。
这里，在没有进行任何控制的情况下，如图4中双点划线所示，电压变化ΔV将变大而发生过电压，有可能导致设备故障等。
因此，为了在消磁时抑制主电路电压的变化(使主电路电压保持固定)，控制部13根据主电路电压的变化ΔV来决定作为电动机的转矩，并将该转矩作为对发电电动机8的转矩指令而输出。具体而言，通过对发电电动机8施加作为电动机的转矩，从而抑制电压上升。
即，变换器10基于电压计17检测出的主电路的电压，根据磁铁6消磁时主电路的电压变化，沿着抑制电压变化ΔV的方向控制发电电动机8的作为电动机的转矩。
具体而言，例如控制部13基于图5所示的作为电动机的转矩与电压变化ΔV基本成正比地以固定增益变化的特性(也可以是能够抑制电压变化ΔV的其他特性)，来决定作为电动机的转矩并输出。
从而，发电电动机8在指令的作为电动机的转矩下作为电动机发挥作用，从而消耗来自磁铁6的再生电力，因此能够将主电路电压的变化ΔV控制在最低限度，能够使主电路电压基本保持固定(目标值)。
另外，控制部13如图3(d)所示地基于例如作为发电机的转矩与电压变化ΔV成正比地变化的特性，决定发电电动机的作为发电机的转矩，并向发电电动机8(开关电路11)进行指令，从而也能抑制励磁时(过励磁时)在过励磁区间内的电压变化。
即，变换器10基于电压计17检测出的主电路的电压，根据磁铁6励磁时主电路电压的变化，沿着抑制该电压变化的方向控制发电电动机8的作为发电机的转矩。
另外，大电容的电容器16基本上能够实现使主电路电压的变动减小的平滑作用，对于通过控制发电电动机8的上述作为电动机的转矩、作为发电机的转矩来抑制电压变动的作用效果具有辅助的功能。
根据该磁铁工程机械，由于如上所述地利用发电电动机发电产生的电力来使磁铁6励磁，因此无需设置作为磁铁用电源的电池。
因此，磁铁工程机械的整个设备结构变简单，设备的成本和设置空间能够大幅削减，并且无需进行复杂的电池控制，从而能够使控制简化。
而且，由于磁铁消磁时提供给磁铁的电力送至发电电动机8由其消耗(再生)，即省略了电池还能确保再生电力的去处，因此能够可靠且迅速地进行荷重释放的动作。
这种情况下，由于在消磁时沿着抑制主电路的电压变化ΔV的方向来根据该电压变化控制发电电动机的作为电动机的转矩，因此能够避免过电压对设备造成不良影响。
另外，由于在励磁时也沿着抑制主电路的电压变化ΔV的方向来根据该电压变化控制发电电动机的作为发电机的转矩，因此与消磁时同样能够避免电压变化对设备造成不良影响。
而且，由于主电路(两根电源母线14、15之间)设有大电容的电容器16，因此能够利用该电容器16的平滑作用来进一步抑制主电路电压的变化。
另外，上述具体实施方式中主要包含有具有以下结构的发明。
为解决上述技术问题，本发明提供一种磁铁工程机械，包括：发动机，作为动力源；发电电动机，由所述发动机驱动并作为发电机发挥作用；磁铁，通过利用所述发电电动机作为电源来进行励磁和消磁，从而具有吸附功能和释放功能；以及控制装置，进行对所述发电电动机及所述磁铁的控制，该控制包括对所述发电电动机与所述磁铁之间的电力的授予与接受，其中，所述控制装置在所述磁铁消磁时，将施加在所述磁铁上的电力送至所述发电电动机，让所述发电电动机将其作为再生电力而消耗。
根据该磁铁工程机械，由于利用发电电动机发电产生的电力来使磁铁励磁，因此无需设置作为磁铁用电源的电池。
因此，磁铁工程机械的整个设备结构变简单，设备的成本和设置空间能够大幅削减，并且无需进行复杂的电池控制，从而能够使控制简化。
而且，由于磁铁消磁时提供给磁铁的电力送至发电电动机由其消耗(再生)，换句话说，省略了电池还能确保再生电力的去处，因此能够可靠且迅速地进行荷重释放的动作。
较为理想的是，在上述磁铁工程机械中还包括：主电路电压检测装置，对连接所述发电电动机和所述磁铁的主电路的电压进行检测，其中，所述控制装置，根据基于由所述主电路电压检测装置检测出的所述主电路的电压所述磁铁消磁时所述主电路的电压变化，在抑制所述电压变化的方向上控制所述发电电动机的作为电动机的转矩。
在磁铁工程机械中，主电路电压容易随着吸附(励磁)及释放(消磁)的电力变化而变化，特别是磁铁消磁时的电压变化较大。
尤其，在抑制由电池导致的电压的变动的功能不发挥作用的本发明的结构中，主电路电压向设备施加的变化的影响较大，可能由过电压导致发备发生故障等。
针对这一点，根据上述结构，在消磁时，沿着抑制主电路电压变化的方向来根据该电压变化控制发电电动机的作为电动机的转矩，因此，能够避免过电压对设备造成不良影响。
这种情况下，较为理想的是，所述控制装置根据基于由所述主电路电压检测装置检测出的所述主电路的电压所述磁铁励磁时主电路电压的变化，在抑制该电压变化的方向上控制所述发电电动机的作为发电机的转矩。
根据上述结构，还能抑制励磁时(吸附时)的主电路电压的变化。
另外，较为理想的是，在上述磁铁工程机械中还具备：电容器，设置于所述主电路，用于减小所述主电路电压的变动。
由此，能够利用该电容器的平滑作用(减少电压变动的作用)来进一步抑制主电路电压的变化。
Claims (4)
1.一种磁铁工程机械，
包括：
发动机，作为动力源；
发电电动机，由所述发动机驱动并作为发电机发挥作用；以及
磁铁，通过利用所述发电电动机作为电源来进行励磁和消磁，从而具有吸附功能和释放功能，
所述磁铁工程机械的特征在于，
还包括：
主电路，连接所述发电电动机和所述磁铁；以及
变换器，设置于所述主电路，
所述变换器具备：开关电路，连接于所述发电电动机，控制所述发电电动机及所述磁铁之间的电力的授予与接受；励磁/消磁切换电路，连接于所述磁铁，切换所述磁铁的励磁或消磁；以及控制部，进行所述开关电路及所述励磁/消磁切换电路的控制；
所述变换器在所述磁铁消磁时，将施加在所述磁铁上的电力送至所述发电电动机，让所述发电电动机将其作为再生电力而消耗。
2.如权利要求1所述的磁铁工程机械，其特征在于还包括：
主电路电压检测装置，对所述主电路的电压进行检测，其中，
所述变换器，根据基于由所述主电路电压检测装置检测出的所述主电路的电压所述磁铁消磁时所述主电路的电压变化，在抑制所述电压变化的方向上控制所述发电电动机的作为电动机的转矩。
3.如权利要求2所述的磁铁工程机械，其特征在于：
所述变换器根据基于由所述主电路电压检测装置检测出的所述主电路的电压所述磁铁励磁时主电路电压的变化，在抑制该电压变化的方向上控制所述发电电动机的作为发电机的转矩。
4.如权利要求2或3所述的磁铁工程机械，其特征在于还包括：
电容器，设置于所述主电路，用于减小所述主电路电压的变动。
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