JP2002359112A - リフティングマグネットの電圧制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の小型化、高効率化、簡素化を実現する
リフティングマグネットの電圧制御方法及びその装置を
提供する。 【解決手段】 リフティングマグネット５のコイル６の
順方向・逆方向に電圧を印加する方法において、吸着開
始時には順方向に定格電圧以上の電圧を印加し、所定時
間経過後は順方向に定格電圧を印加し、釈放開始時には
電圧印加を停止すると共にコイル６に流れる逆電流を監
視し、この逆電流を相殺するべく順方向に電圧印加をオ
ン／オフし、その後、消磁のために逆方向に所定電圧を
印加すると共にこの印加による逆方向の電流を監視し、
この電流が目標電流を越えないよう、逆方向の電圧印加
をオン／オフし、所定時間経過後に逆方向の電圧印加を
停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄材の移送を行う
リフティングマグネットに係り、特に、装置の小型化、
高効率化、簡素化を実現するリフティングマグネットの
電圧制御方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄屑の運搬を行うリフティングマグネッ
トは、電磁石であり、荷の吸着を行うために電流を印加
する。荷の釈放を行うときには、電流を遮断しただけで
は磁力が残留しているので、逆の電流を短時間印加す
る。従って、リフティングマグネットの電源は、２００
Ｖ〜３００Ｖの直流電圧を極性を切り替えて出力できる
能力が要求される。

【０００３】従来、リフティングマグネットのための電
源装置は、同期型発電機を使用し、その入力軸をエンジ
ンの出力軸に機械的に連結している。この同期型発電機
の出力を位相角制御により電圧調整して使用している。

【０００４】図４（ａ）に示されるように、同期型発電
機４１の回転子がエンジン（図示せず）に連結されてい
る。同期型発電機４１の三相出力には、それぞれ電圧セ
ンサ４２が設けられている。同期型発電機４１の各出力
は、２つのサイリスタ素子を直列してなる正逆両方向そ
れぞれのサイリスタ整流器４３，４４のサイリスタ素子
間に接続されている。正方向のサイリスタ整流器４３
は、同期型発電機４１の各出力により平滑コンデンサ４
５の片方端に正電圧を生じさせ、逆方向のサイリスタ整
流器４４は、同期型発電機４１の各出力により平滑コン
デンサ４５の反対端に正電圧を生じさせる。平滑コンデ
ンサ４５の両端間にリフティングマグネット５のコイル
６が接続されている。平滑コンデンサ４５とコイル６と
の間には電流センサ４６が設けられている。平滑コンデ
ンサ４５の片方端には電圧センサ４７が設けられてい
る。制御回路４８は、同期型発電機４１の出力の電圧と
平滑コンデンサ４５の電圧とマグネット電流とを監視し
て各サイリスタ整流器４３，４４を遮断する位相を制御
することにより、平滑コンデンサ４５の電圧を制御する
と共に、正逆いずれかのサイリスタ整流器４３，４４を
使用することにより、リフティングマグネット５に印加
する電圧の極性を反転させる。４９は、同期型発電機４
１の電圧調整部である。

【０００５】上記電源装置によるマグネットへの印加電
圧波形は、図４（ｂ）に示されるように、吸着の初期励
磁のために短時間＋２９０Ｖが印加された後、定常的に
＋２１０Ｖが印加され、釈放に際しては短時間−２１０
Ｖが印加される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】同期型発電機は発電効
率が悪く、リフティングマグネットに必要な電力を供給
するものは大型となる。リフティングマグネットを備え
た重機車両に大型の同期型発電機を搭載するには、配置
等に制約がある。

【０００７】また、同期型発電機の位相角制御を行うた
めに、回路が複雑化して制御装置が大型化する。例え
ば、図４（ａ）の回路のように、サイリスタ整流器４
３，４４の各サイリスタ素子の点弧位相角を制御するに
は、三相出力のそれぞれに電圧センサ４２が必要とな
る。そして、サイリスタ素子の動作速度には限界がある
ため、同期型発電機４１を高速回転させて周波数を高め
ることができない。

【０００８】このように、従来は、小型で大電力を出力
する能力があって、しかも、リフティングマグネットに
好適な電圧波形が容易に制御できる制御装置がなく、問
題であった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、装置の小型化、高効率化、簡素化を実現するリフテ
ィングマグネットの電圧制御方法及びその装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の方法は、リフティングマグネットによる荷の
吸着・釈放に際し、該リフティングマグネットのコイル
の順方向・逆方向に電圧を印加する方法において、吸着
開始時には順方向に定格電圧以上の電圧を印加し、所定
時間経過後は順方向に定格電圧を印加し、釈放開始時に
は電圧印加を停止すると共に前記コイルに流れる逆電流
を監視し、この逆電流を相殺するべく順方向に電圧印加
をオン／オフし、その後、消磁のために逆方向に所定電
圧を印加すると共にこの印加による逆方向の電流を監視
し、この電流が目標電流を越えないよう、逆方向の電圧
印加をオン／オフし、所定時間経過後に逆方向の電圧印
加を停止するものである。

【００１１】荷の吸着から釈放までを、上記コイルの順
方向に定格電圧以上の電圧を印加するオーバーエキサイ
ト期間と、定格電圧を印加する通常励磁期間と、逆電流
を相殺するべく電圧印加をオン／オフする逆励磁待ち期
間と、逆方向の電圧印加をオン／オフする逆励磁期間と
に区分し、それぞれの期間毎に予め設定した制御内容を
実行してもよい。

【００１２】また、本発明の装置は、回転子に永久磁石
を用いた発電機と、その発電機の出力を全波整流する全
波整流回路と、その全波整流回路の両極間を短絡／開放
する電圧制御用スイッチ回路と、前記全波整流回路の直
流出力を平滑化する平滑化回路と、その平滑化出力の電
圧を検出する電圧センサと、前記平滑化回路の正負の極
と２つの負荷用端子とをたすき掛け接続する極性切替回
路と、前記電圧センサの検出電圧が所望の設定電圧にな
るよう前記電圧制御用スイッチ回路を開閉制御すると共
に前記極性切替回路を制御して前記負荷用端子に現れる
極性を反転させる制御回路と、前記２つの負荷用端子間
に挿入されたリフティングマグネットのコイルとからな
るものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１４】図１に示されるように、本発明に係るリフ
ティングマグネットの制御装置は、発電機１と、定電圧
回路２と、極性切替回路３と、制御回路４と、リフティ
ングマグネット５のコイル６とからなる。コイル６は、
極性切替回路３に設けられている２つの負荷用端子Ｔ
１，Ｔ２間に挿入される。

【００１５】発電機１は、回転子が永久磁石からなる永
久磁石式発電機である。図示しないが、回転子の周囲に
設けられた固定子には、複数のコイルが巻かれており、
これらのコイルにより三相出力が取り出される。また、
図示しないが、回転子は油圧で回転されるオイルモータ
の回転軸に直接又は間接的に連結されており、そのオイ
ルモータは、エンジンによって駆動される油圧ポンプか
ら作動油の供給を受けている。

【００１６】定電圧回路２は、全波整流回路７と、電圧
制御用スイッチ回路８と、平滑化回路９と、電圧センサ
１０とからなり、制御回路４によって制御される。全波
整流回路７は、前記発電機１の三相出力をダイオード等
の２つの整流素子Ｄ１〜Ｄ６を直列してなる３つの全波
整流器の整流素子間にそれぞれ接続し、各全波整流器の
極性を一致させて並列接続したものである。電圧制御用
スイッチ回路８は、全波整流回路７の両極間を短絡／開
放するもので、トランジスタ等からなる半導体スイッチ
ング素子Ｓ１で構成されている。これにより、発電機１
のリーケージインダクタンスを利用した昇圧チョッパが
可能となっている。電圧制御用スイッチ回路８の短絡／
開放の時間比を変化させることにより、平滑化回路９に
現れる電圧を変化させることができる。平滑化回路９
は、逆流を防止するダイオードＤ７とスイッチングによ
る電圧変化を吸収するコンデンサＣｐとからなり、全波
整流器７の正極にはダイオードＤ７を順方向に介してコ
ンデンサＣｐの一端を接続し、全波整流器７の負極には
コンデンサＣｐの反対端を接続したものである。電圧セ
ンサ１０は、平滑化回路９の電圧を検出するように、コ
ンデンサＣｐと並列に設けられている。

【００１７】極性切替回路３は、平滑化回路９の正負の
極と２つの負荷用端子Ｔ１，Ｔ２とをたすき掛け接続す
るもので、平滑化回路９の正極と負荷用端子の片側極Ｔ
１との間及び平滑化回路９の負極と負荷用端子の反対極
Ｔ２との間を短絡／開放する２つの順方向スイッチ回路
（Ｓ２，Ｓ５）と、平滑化回路９の正極と負荷用端子の
反対極Ｔ２との間及び平滑化回路９の負極と負荷用端子
の片側極Ｔ１との間を短絡／開放する２つの逆方向スイ
ッチ回路（Ｓ３，Ｓ４）とからなる。２つの負荷用端子
間Ｔ１，Ｔ２には、バイパス用スイッチ回路１１（Ｓ
６）と電力消費用の抵抗器Ｒとが直列に挿入されてい
る。平滑化回路９の正負いずれかの極（図示例では負）
には、平滑化回路９からの入出力電流を検出する電流セ
ンサ１２が設けられている。各々のスイッチ回路は、ト
ランジスタ等からなる半導体スイッチング素子Ｓ２〜Ｓ
６で構成されている。

【００１８】制御回路４は、各スイッチ回路の駆動イン
タフェースと各センサのセンサインタフェースとＣＰＵ
とメモリとを内蔵したマイクロコンピュータで構成され
ている。

【００１９】次に、図１の電源装置及びリフティングマ
グネットの動作を荷の吸着・釈放の際の制御手順と共に
説明する。図２は、制御手順に従う各部の信号のタイミ
ングチャートである。図２に示されている信号は、上か
ら順に、制御回路４に繋がっている吸着・釈放の制御ス
イッチ（図１には図示せず）、電圧センサ１０の電圧、
電流センサ１２の電流、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３、
Ｓ４、Ｓ５のオン（短絡）／オフ（開放）、コイル６
（Ｃ）の両端間の電圧、スイッチング素子Ｓ６のオン／
オフである。

【００２０】まず、図示されない制御スイッチがオンさ
れると、その立ち下がりエッジに基づき吸着が開始され
る。吸着開始時にはコイル６の順方向に定格電圧以上の
電圧を印加する。定格電圧以上の電圧を印加するのは、
コイル６に流れる電流が荷の吸着に十分な電流に速やか
に達することを目論んだからである。図２に示されるよ
うに、定格電圧以上の電圧を印加すると、コイル６に流
れる電流が増加し、所定時間経過後に十分な電流に達す
るので、定電圧回路２の出力電圧を下げ、コイル６の順
方向に定格電圧を印加する。

【００２１】この定格電圧以上の期間においては、制御
回路４は、電圧センサ１０が検出する平滑化出力の電圧
と目標とする定格電圧以上の設定電圧との比較に応じて
電圧制御用スイッチ回路８のスイッチング素子Ｓ１の短
絡／開放の時間比を制御する。これにより、発電機１の
リーケージインダクタンスを利用した昇圧チョッパが構
成されて定電圧制御が達成される。そして、制御回路４
は、順方向スイッチ回路のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ５
を短絡させ、逆方向スイッチ回路のスイッチング素子Ｓ
３，Ｓ４は開放させる。これにより、コイル６には、負
荷用端子Ｔ１から負荷用端子Ｔ２に向かって電流が流れ
る。

【００２２】また、定格電圧の期間においては、制御回
路４は、目標とする設定電圧を定格電圧とする。これに
より、スイッチング素子Ｓ１の短絡／開放の時間比が変
化し、電圧センサ１０の検出電圧が定格電圧となる定電
圧制御が達成される。

【００２３】これらの期間中、コイル６の両端間に現れ
る電圧は、電圧センサ１０の検出電圧に等しい。

【００２４】図示されない制御スイッチが再びオンされ
ると、その立ち上がりエッジに基づき釈放が開始され
る。釈放開始時には、コイル６への電圧印加を停止する
べく、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ５が開放されるが、コ
イル６への電圧印加がなくなると電流は徐々に低下する
が、コイル６に蓄えられたエネルギにより、電流が逆方
向に流れようとする。このコイル６に流れる逆電流を電
流センサで監視し、電流値がマイナスになろうとする
と、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ５を閉じて順方向に電圧
を印加することにより逆電流を相殺する。電流値がプラ
スになるとスイッチング素子Ｓ２，Ｓ５を開放する。こ
の動作により０Ａ制御が実現される。

【００２５】コイル６に流れる電流がなくなっても、リ
フティングマグネット５に吸着した鉄類は磁化されてい
るため、リフティングマグネット５から外れ難くなって
いる。そこで、釈放開始から所定時間が経過した後、消
磁のために逆方向に所定電圧を印加する。即ち、制御回
路４は、逆方向スイッチ回路のスイッチング素子Ｓ３，
Ｓ４を短絡させ、順方向スイッチ回路のスイッチング素
子Ｓ２，Ｓ５は開放させる。これにより、コイル６に
は、負荷用端子Ｔ２から負荷用端子Ｔ１に向かって電流
が流れる。このとき、逆方向の電流を監視し、この電流
が大きくならないよう、目標電流によって電圧印加を制
御する。即ち、制御回路４は、電流センサが検出する逆
方向の電流が目標電流に達したら逆方向スイッチ回路の
スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を開放し、目標電流に不足
したらスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４を短絡する。この動
作によりマイナス定電流制御が実現される。このように
して、逆方向の電圧印加をオン／オフし、消磁開始から
所定時間経過後に逆方向の電圧印加を停止する。

【００２６】一方、釈放開始のためにコイル６の電流を
切ると、コイル６に蓄積したエネルギが解放される。こ
の電力が逆流するため、コイル６両端間の電圧が上昇す
る。そのままにすると負荷用端子Ｔ１の電圧が上昇して
コンデンサの耐電圧を越えてしまうので、規定電圧を越
えないように電流を逃がしてエネルギを消費する。即
ち、コイル６両端間の電圧を検出し、この電圧が予め規
定した規定電圧を越えると、制御回路４は、スイッチン
グ素子Ｓ６を閉じることにより、コイル６の両端間を抵
抗器Ｒで短絡する。これにより、電力が抵抗器Ｒで消費
される。

【００２７】図３に、実際のリフティングマグネットに
おける印加電圧、電流の波形及び制御期間毎の制御内容
を示す。この制御内容を制御回路４内のメモリに設定
し、ＣＰＵで実行する。吸着開始から３〜４秒までのオ
ーバーエキサイト期間Ａには＋２９０Ｖが印加され、電
流は急速に上昇する。その後の通常励磁期間Ｂは、＋２
００Ｖ〜＋２２０Ｖが印加され、電流はオーバーエキサ
イト期間Ａより低いところで安定する。釈放開始後は逆
励磁待ち期間Ｃであり、電圧は０Ｖとなり、電流は通常
励磁期間Ｂの電流から０Ａまで急速に低下する。そし
て、０．４３秒〜０．４５秒のオン／オフ切替えによる
０Ａ制御により電流が０Ａに維持される。その後の逆励
磁期間Ｄでは、負電圧が印加される。そして、０．２秒
〜０．６秒のオン／オフ切替えによる−１０Ａ制御によ
り電流が−１０Ａに維持される。

【００２８】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００２９】（１）発電機に永久磁石式発電機を用いて
小型化、高効率化が実現できる。

【００３０】（２）サイリスタを使用しないので、発電
機の回転を高速化し高周波数の出力を制御することがで
きる。

【００３１】（３）センサ類が簡素化される。

【００３２】（４）リフティング作業を短時間に円滑に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すリフティングマグネ
ットの制御装置の回路図である。

【図２】図１の回路の各部の信号のタイミング図であ
る。

【図３】本発明のリフティングマグネット制御装置にお
ける（ａ）印加電圧、電流の波形図、（ｂ）制御内容設
定図である。

【図４】従来のリフティングマグネット制御装置におけ
る（ａ）制御装置の回路図、（ｂ）印加波形図である。

【符号の説明】

１ 発電機 ２ 定電圧回路 ３ 極性切替回路 ４ 制御回路 ５ リフティングマグネット ６ コイル ７ 全波整流回路 ８ 電圧制御用スイッチ回路 ９ 平滑化回路 １０ 電圧センサ １１ バイパス用スイッチ回路 １２ 電流センサ Ｔ１，Ｔ２ 負荷用端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リフティングマグネットによる荷の吸着
   ・釈放に際し、該リフティングマグネットのコイルの順
   方向・逆方向に電圧を印加する方法において、吸着開始
   時には順方向に定格電圧以上の電圧を印加し、所定時間
   経過後は順方向に定格電圧を印加し、釈放開始時には電
   圧印加を停止すると共に前記コイルに流れる逆電流を監
   視し、この逆電流を相殺するべく順方向に電圧印加をオ
   ン／オフし、その後、消磁のために逆方向に所定電圧を
   印加すると共にこの印加による逆方向の電流を監視し、
   この電流が目標電流を越えないよう、逆方向の電圧印加
   をオン／オフし、所定時間経過後に逆方向の電圧印加を
   停止することを特徴とするリフティングマグネットの電
   圧制御方法。
2. 【請求項２】 荷の吸着から釈放までを、上記コイルの
   順方向に定格電圧以上の電圧を印加するオーバーエキサ
   イト期間と、定格電圧を印加する通常励磁期間と、逆電
   流を相殺するべく電圧印加をオン／オフする逆励磁待ち
   期間と、逆方向の電圧印加をオン／オフする逆励磁期間
   とに区分し、それぞれの期間毎に予め設定した制御内容
   を実行することを特徴とする請求項１記載のリフティン
   グマグネットの電圧制御方法。
3. 【請求項３】 回転子に永久磁石を用いた発電機と、そ
   の発電機の出力を全波整流する全波整流回路と、その全
   波整流回路の両極間を短絡／開放する電圧制御用スイッ
   チ回路と、前記全波整流回路の直流出力を平滑化する平
   滑化回路と、その平滑化出力の電圧を検出する電圧セン
   サと、前記平滑化回路の正負の極と２つの負荷用端子と
   をたすき掛け接続する極性切替回路と、前記電圧センサ
   の検出電圧が所望の設定電圧になるよう前記電圧制御用
   スイッチ回路を開閉制御すると共に前記極性切替回路を
   制御して前記負荷用端子に現れる極性を反転させる制御
   回路と、前記２つの負荷用端子間に挿入されたリフティ
   ングマグネットのコイルとからなることを特徴とするリ
   フティングマグネットの電圧制御装置。