JP2005152810A

JP2005152810A - 一軸せん断破砕機の駆動制御装置

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Publication number: JP2005152810A
Application number: JP2003395847A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Oyanagi; 治彦大柳; Hideaki Isomi; 英明磯見; Katsutoshi Matsumoto; 勝利松本; Daisuke Sakamoto; 大輔坂本; Joseph Garner Thomas; ジョゼフガーナートーマス
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】異物の噛み込みに到るような負荷変動を迅速に検出して押圧部を適正に制御することで効率的に破砕処理可能な破砕機の駆動制御装置を提供する。
【解決手段】破砕刃を備えた回転軸の回転により被破砕物を破砕処理する破砕部と、ホッパに投入された被破砕物を破砕部に向けて押圧する押圧部を備え、回転軸を駆動するモータと、モータを駆動するインバータ制御部と、インバータ制御部に制御回転数または制御トルクを設定指令するとともに押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を制御する駆動制御部を備え、駆動制御部は、モータの負荷が標準負荷レベルより高く最大負荷レベルより低い所定の高負荷レベル以上であることをインバータ制御部から得られた駆動電流値、駆動トルク、駆動回転数の何れかにより判断し、押圧部の押圧力または押圧速度を基準値より低下させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、破砕刃を備えた回転軸の回転により被破砕物を破砕処理する破砕部と、ホッパに投入された被破砕物を前記破砕部に向けて押圧する押圧部を備えた破砕機において、前記回転軸を回転駆動するインダクションモータと、前記インダクションモータを駆動制御するインバータ制御部と、前記インバータ制御部に対して制御回転数または制御トルクを設定指令するとともに前記押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を制御する駆動制御部を備えてなる破砕機の駆動制御装置に関する。

従来より、電化製品、建築廃材、プラスチックなどの廃棄物を小サイズに破砕する一軸破砕機や複数軸破砕機では、破砕刃を備えた回転軸の駆動源に油圧モータまたは電動機が使用されていた。油圧モータを用いる場合には、油圧機構やクラッチ機構などの保守点検が煩雑で設備コストや維持コストが嵩むばかりか、駆動装置の小形化を図り難いと云う問題があったため、近年は、駆動源としてインバータ制御可能なインダクションモータを採用して、回転軸に設けた捻りトルク検出器による検出値に基づいてモータの回転数やトルクを制御する駆動制御部を備えた破砕機が提案されている。
特開平０６−９９０９５号公報特開２００２−３４６４２０号公報

上述した従来の油圧駆動の破砕機では、破砕部に異物が噛み込み作動できなくなると油圧モータを逆転駆動して噛み込みを解消するように制御されていたが、電動モータを使用する場合には、モータの発熱などの問題で単位時間当たりの起動回数が制限されるので、破砕負荷が過負荷とならないように捻りトルク検出器でモータの負荷状態を検出して駆動制御する場合であっても、頻繁に破砕部に異物が噛み込む虞のある高負荷な特性を有する被破砕物を効率的に破砕処理するのが困難で、余裕のある負荷領域での破砕処理を余儀なくされていた。また、異物の噛み込みによりモータを停止制御する場合でも、通常、数十から数百ｒｐｍで定速回転する回転軸は慣性力により瞬時に停止することが困難で、急激に破砕部に引き込まれた異物により破砕刃が欠損したり、噛み込みにより逆回転駆動ができなくなるという問題があるために、異常な状態をより迅速に検出する必要があった。

上述の問題は、一般に油圧駆動される押圧部を備え、ホッパに投入された被破砕物を破砕部に向けて押圧する破砕機において顕著であり、トルク検出器やモータの駆動電流値で検出されるモータ負荷が過負荷にならないように押圧部を作動制御、つまり被破砕物の破砕部への供給量などを制御する場合の応答遅れの問題があった。

本発明の目的は、上述の従来欠点に鑑み、異物の噛み込みに到るような負荷変動を迅速に検出して過負荷に到らないように押圧部を適正に制御することで高負荷被破砕物であっても効率的に破砕処理可能な破砕機の駆動制御装置を提供する点にあり、万一異常事態が発生しても致命的な損傷を招く前に迅速にモータを停止制御できる破砕機の駆動制御装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による破砕機の駆動制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、破砕刃を備えた回転軸の回転により被破砕物を破砕処理する破砕部と、ホッパに投入された被破砕物を前記破砕部に向けて押圧する押圧部を備えた破砕機において、前記回転軸を回転駆動するインダクションモータと、前記インダクションモータを駆動制御するインバータ制御部と、前記インバータ制御部に対して制御回転数または制御トルクを設定指令するとともに前記押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を制御する駆動制御部を備えてなる破砕機の駆動制御装置であって、前記駆動制御部は、前記インダクションモータの負荷が標準負荷レベルより高く最大負荷レベルより低い所定の高負荷レベル以上と判断したときに、前記押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を基準値より低下させる負荷低減制御を行なうように構成されている点にある。

上述の構成によれば、前記インダクションモータの負荷が標準負荷レベルより高く最大負荷レベルより低い所定の負荷レベル以上、つまり負荷レベルが異常事態に到らないまでも標準負荷レベルより大きい所定の高負荷レベル以上であると判断したときに、前記押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を基準値より低下させる負荷低減制御を実行することにより負荷レベルの急激な上昇を事前に回避して、標準負荷レベルでの効率的な破砕処理を可能とするのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記駆動制御部に前記インバータ制御部から前記インダクションモータの駆動回転数、駆動トルク、及び駆動電流値に対応する信号が入力されるとともに、前記駆動回転数が所定の高負荷回転数より小であるか、前記駆動トルクが所定の高負荷トルクより大であるか、前記駆動電流が所定の高負荷電流値より大であるかの何れかの条件が満たされたときに、前記所定の高負荷レベル以上であると判断する点にある。

前記所定の高負荷レベル以上であるか否かの判断は異常事態に到る前に迅速に行なう必要がある。一方、インバータ制御部では、設定指令された制御回転数または制御トルクに制御すべく駆動周波数や界磁電流を制御しているために、その時点の駆動回転数、駆動トルク、及び駆動電流値を演算導出することが可能である。そこで、前記駆動制御部に前記インダクションモータの駆動回転数、駆動トルク、及び駆動電流という負荷レベルを判断するための複数のパラメータを入力し、これらの何れかにより前記所定の負荷レベル以上となったか否かを判断することにより、所定の高負荷レベルにあるか否かを迅速に判断できるのである。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記ホッパに投入された被破砕物の量を検出する投入量検出部を備え、前記駆動制御部は、前記投入量検出部により被破砕物が第一所定量以上残存すると判断したときに前記負荷低減制御を実行する点にある。

つまり、ホッパに投入された被破砕物の量が十分にある場合には、正常な破砕処理であるが負荷が大きくなったと判断して負荷低減制御を行なうことで、負荷レベルの急激な上昇を回避しながらも、標準負荷レベルでの効率的な破砕処理を可能とするのである。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記駆動制御部は、前記投入量検出部により被破砕物が前記第一所定量よりも少ない第二所定量以下であると判断したときに、前記インダクションモータを逆転制御する点にある。

ホッパに投入された被破砕物の量が僅かになったときには、正常な破砕処理ではなく、破砕部に異物が噛み込んだ異常状態であると判断して、噛み込み状態を解消すべくモータを逆転制御するのである。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記駆動制御部に前記インバータ制御部から前記インダクションモータの駆動回転数、駆動トルク、及び駆動電流値に対応する信号が入力されるとともに、前記駆動回転数が所定の最小負荷回転数より小であるか、前記駆動トルクが所定の最大負荷トルクより大であるか、前記駆動電流が所定の最大負荷電流値より大であるかの何れかの条件が満たされたときに、前記インダクションモータの負荷が最大負荷レベルより高いと判断して、前記インダクションモータを停止制御する点にあり、これにより、異常事態の発生を迅速に検出して停止制御することにより、異物により破砕刃が欠損したり、噛み込みにより逆回転駆動ができなくなるという事態の発生を回避することができるようになった。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第五特徴構成の何れかに加えて、前記駆動制御部は、前記インダクションモータの負荷が最小負荷レベルより低いと判断したときに、前記インダクションモータの回転数を所定の待機回転数に減速制御するとともに、前記押圧部を停止または押圧速度を待機速度に減速制御する点にあり、このように構成することにより、頻繁な起動停止の制限下で、無負荷時の消費電力を効果的に低減することができるようになり、ランニングコストを大きく低減することが可能になった。

以上説明した通り、本発明によれば、異物の噛み込みに到るような負荷変動を迅速に検出して過負荷に到らないように押圧部を適正に制御することで高負荷被破砕物であっても効率的に破砕処理可能な破砕機の駆動制御装置を提供することができるようになった。

以下に本発明による破砕機の駆動制御装置の実施の形態を説明する。図１（ａ）から（ｃ）に示すように、破砕機の一例である一軸せん断破砕機は、被破砕物が投入されるホッパ１と、ホッパ１に投入された被破砕物を破砕処理する破砕部Ａと、破砕部Ａに向けて被破砕物を押圧する押圧部Ｂとしての押込プッシャ（第一押圧部）３と押え装置（第二押圧部）１４を備えて構成される。

押込プッシャ３は、台板４上を摺動自在かつ進退動自在に設けられ、本体フレーム２の側壁に設けた案内部材３ａにより押込の際に廃棄物からの反力で浮き上がらないように案内される。

破砕部Ａは、台板４の一端と本体フレーム２の側壁との間に設置され、複数個の回転刃５ａを取付けた回転ロータ（回転軸）５と、回転ロータ５を中心とする対称位置にこれを挾んで台板４の端に設けられた第１破砕用固定刃６と、反対側に設けられた第２破砕用固定刃７とで構成される。回転ロータ５は、インダクションモータ１１からの出力軸に取り付けられたプーリとベルト連結された減速機（図示せず）の出力軸と連結されている。

回転ロータ５の下方には、多数の小孔を設けた排出スクリーン８が設けられ、排出スクリーン８から落下した破砕物がスクリューコンベア９により横方向へ排出搬送される。

押込プッシャ（第一押圧部）３は、油圧ポンプ（図示せず）からの圧油が油圧シリンダ１３へ送られ、油圧シリンダの突出ピストン１３ａが連結アーム１３ｂを介して押込プッシャ３の後端に連結され、以って進退動自在に構成されている。また、ホッパ１の前端側壁には、押込プッシャ３により被破砕物の押込時に被破砕物の浮き上がりを防止するための押え装置１４が設けられている。

図１（ｂ）に示すように、回転ロータ５はその外周にＶ字状の溝５ｖが多数所定のピッチで互いに平行に設けられ、このＶ字溝５ｖ内に複数個の回転刃５ａが取付座５ｃを介して設けられている。回転刃５ａは、隣り合うＶ字溝５ｖに設けられているもの同士がその頂点を連ねるとジグザグ状になるようにそれぞれ配置されている。

図１（ａ）、（ｃ）に示すように、押え装置（第二押圧部）１４は、ホッパ１側壁のガイド１５を介して回転自在に取付けられ、円弧面状の払落面１６と押え面１８を備えた１／４の円弧ドラムで構成され、円弧の中心位置で中心軸１７に固定され、ホッパ側方に突出する中心軸１７の端が回転自在に軸支される。ホッパ１の外部には、上下の取付枠２２、２３間に亘る取付フレームに保護カバー２１が取り付けられ、以って円弧ドラムのホッパ１の前端壁からホッパ内、外への回転移動する際の安全性が確保される。さらに、押え装置１４の内外への回転移動を許容するホッパ１の前端壁に形成された開口部には、上下の隙間から破砕物の小片がホッパ外へ飛散するのを防止するためのスクレーパ２０、２０が取り付けられている。

中心軸１７の両端がホッパ側壁から突出する軸端に、回転駆動用のアーム２４が接続され、このアーム２４に接続されたピストン２５と、ホッパ側壁に固定した取付台２７に取り付けられたシリンダ２６からなる油圧機構によりアーム２４が回転駆動される。

上述した破砕機の駆動制御装置は、図２に示すように、回転ロータ（回転軸）５を回転駆動するインダクションモータ１１と、インダクションモータ１１を駆動制御するインバータ制御部３７と、インバータ制御部３７に対して制御回転数または制御トルクを設定指令するとともに押圧部Ｂによる被破砕物の押圧力または押圧速度を制御する駆動制御部３８を備えて構成される。

回転ロータ５は、上述したように、インダクションモータ１１からの出力軸に取り付けられたプーリ１１ａと減速機３０の入力軸に取り付けられたプーリ３０ａがＶベルト３１で駆動連結され、減速機３０により減速された出力軸がカップラを介して接続されている。尚、本実施形態では、モータと減速機とがＶベルト３１を介して駆動連結されているが、直接連結されるものであってもよい。

駆動制御部３８は、インバータ制御部３７に対してモータ１１の駆動、停止、逆転駆動の各動作モード及び駆動時の制御回転数または制御トルクを制御指令として出力するとともに、インバータ制御部３７により検出または演算導出された駆動回転数Ｒ、駆動トルクＴ、及び駆動電流値Ｉなどに対応する信号が入力されるように接続されている。また、押込プッシャ（第一押圧部）３及び押え装置（第二押圧部）１４でなる押圧部Ｂの各油圧駆動装置（図示せず）に対して押圧動作の作動／停止信号、及び、そのときの押圧速度と押圧力を指定する制御指令を出力する信号線が接続され、さらに、破砕機の各部の動作をモニタする複数のセンサの信号が入力されている。詳述すると、回転ロータ（回転軸）５のシャフトを支持するベアリングに取付けられた振動センサＳａ、モータの出力軸に取付けられた速度センサＳｂ、ホッパ１に取付けられたレベルセンサＳｃなどである。速度センサＳｂは磁気を用いて回転数を検出する近接スイッチ、レベルセンサＳｃは被破砕物の充填量または充填レベルを検出する透過式光電センサやマイクロ波センサなどが使用されるが特に限定されるものではない。

インバータ制御部３７は、手動で制御トルクや固定子磁束の基準値を設定入力可能な操作入力装置３６または操作盤に収容された駆動制御部３８からの制御指令に基づいてインダクションモータ１１を制御トルクに維持するべく、モータ１１の固定子磁束とトルクを同時に制御してモータ１１に供給される瞬時電圧値を、磁束とトルクを制御するのに必要な瞬時値に近い値となるようにスイッチングタイミングを制御する、例えば特表２０００−５０５６３８号公報（ＷＯ９７／３０５１０）に記載されたようなＤＴＣ（直接トルク制御）インバータ制御方式が採用可能である。

詳述すると、図３及び図４に示すように、整流器で整流された直流電圧中間回路ＤＣに接続され、モータ１１と同じ相数の交流電圧ｕ_ｓを発生するインバータＡＣと、入力変数として制御トルクＴ_refと固定子磁束Ψ_ｒｅｆの基準値、及び、固定子電流ｉ_ｓと固定子電圧ｕ_ｓの測定値を受けて、インバータＡＣにより発生する交流電圧ｕ_ｓの瞬時値を制御する制御装置ＣＳとを備えて構成される。

制御装置ＣＳは入力変数に基づいて、基準値と測定値との差であるトルクＴ_errと固定子磁束Ψ_ｅｒｒの誤差変数を画定する手段ＥＣと、インバータＡＣのスイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃを誤差変数に基づいて制御する手段とを含み、前記インバータのスイッチを制御する手段が、トルクと固定子磁束の誤差変数Ｔ_ｅｒｒ，Ψ_ｅｒｒに基づいて固定子電圧基準ｕ_ｓｒｅｆを発生する手段ＦＣ，ＴＣ，ＣＣと、前記固定子電圧基準ｕ_ｓｒｅｆに基づき、前記固定子電圧の相電圧ｕ_ａｒｅｆ, ｕ_ｂｒｅｆ,ｕ_ｃｒｅｆを画定する基準値と固定子電圧の共通モード電圧に与えられた基準値ｕ_ａｖｅとを発生する手段ＶＯＬと、モータ１１に供給される固定子電圧の相電圧ｕ_a,ｕ_b,ｕ_cが、それら相電圧について画定された前記基準値ｕ_ａｒｅｆ,ｕ_ｂｒｅｆ,ｕ_ｃｒｅｆに対応するように相電圧を制御するフィードバック電圧制御器ＶＣ１とを備えて構成される。

図３に示される電圧制御器ＶＣ１において、チョークコイルＬａ，Ｌｂ，ＬｃはインバータＡＣのスイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃに直列に接続される。チョークコイルと共にＬＣローパスフィルタを形成するキャパシタＣａ，Ｃｂ，Ｃｃは、スター接続され、スター点は直流電圧中間回路ＤＣの低電位点０Ｖに接続される。電圧制御器ＶＣ１に対するフィードバックはチョーク後の相電圧から得られる。フィードバック電圧ｕ_ａ，ｕ_ｂ，ｕ_ｃはパルス幅変調器ＰＷＭに与えられる。

パルス幅変調器ＰＷＭの作動周波数は発振回路ＯＣにより決められる。ＬＣフィルタに供給される相電圧は直流電圧中間回路の直流電圧Ｕ_ＤＣと同じオーダのパルスであり、その周波数は発振回路ＯＣにより決められる。パルス幅変調器のパルス幅を変更することにより、各相の電圧を、その基準値に等しくなるように、例えばｕ_a＝ｕ_ａｒｅｆ，ｕb＝ｕ_ｂｒｅｆ，ｕ_c＝ｕ_ｃｒｅｆに制御することができる。フィルタの機能は、相電圧からスイッチング周波数をフィルタすることである。スイッチング周波数はＬＣフィルタの共振周波数より著しく高く、ＬＣフィルタの共振周波数は機械に供給される基本波の最大周波数より高い。そのためフィルタの結果として、標準速度で回転している機械の電圧は殆ど正弦波である。

図３に示すような形式の電圧制御器を用いることによる磁束及びトルク制御の原理を図４に示す。磁束制御器ＦＣの入力変数は磁束の誤差変数Ψ_ｅｒｒであり、出力変数は電圧基準の磁束に平行な成分ｕ_ｄである。同様にして、トルク制御器ＴＣの入力変数はトルクの誤差変数Ｔ_ｅｒｒであり、出力変数は磁束に垂直な電圧基準成分ｕ_ｑである。電圧成分は固定子磁束座標系においては（１）式で表される。

ここで、ｕ_ｄｑは固定子磁束座標系における固定子電圧基準である。
固定定子磁束の実数部分と虚数部分をそれぞれΨ_x，Ψ_yで表すと、

ここで、Ψ_s ＝固定子磁束ベクトルの絶対値 α ＝固定子座標系に於ける固定子磁束ベクトルの位相角固定子磁束に平行な単位ベクトルｅ^jaは（３）式により得られる。

（３）式の単位ベクトルはブロックＹＶで計算される。このベクトルは座標系変換を行うブロックＣＣに与えられる。固定子磁束座標系において計算される電圧ベクトルｕ_ｄｑ（１）式は、ブロックＣＣにおいて角度α回転して、すなわち下記の如く等式（３）の単位ベクトルを掛けることにより、固定子座標系に変換される。

ここで、ｕ_ａｒｅｆ＝位相ａの電圧基準、ｕ_ｂｒｅｆ＝位相ｂの電圧基準、ｕ_ｃｒｅｆ＝位相ｃの電圧基準である。
（６）式から（９）式により下記が導かれる。

相電圧基準の平均値（通常モード電圧）ｕ_ａｖｅは下記の如く表される。

式（１０）、（１１）、（１２）に基づき、位相特定電圧基準は下記の如く表される。

相特定電圧基準の計算はブロックＶＯＬで行われる。ブロックＶＯＬには基準値として入力共通モード電圧ｕ_ａｖｅも与えられる。本発明の方法においては、相電圧基準は式（１）〜（１５）に示す方法で計算される。トルク制御器ＴＣ及び磁束制御器ＦＣの出力変数として得られる固定子磁束座標系の電圧基準ｕ_d＋ｊｕ_q（１）式及び固定子磁束に平行な単位ベクトルｅ^ja（３）〜（５）式が座標系変換ブロックＣＣに入力変数（６）〜（８）式として与えられ、座標系変換ブロックＣＣは固定子座標系の出力変数として電圧基準ｕ_ｓｒｅｆを出力する。この電圧基準及び共通モード電圧基準ｕ_ａｖｅに基づいて、相特定電圧基準が最終的に相電圧計算ブロックＶＯＬにおいて求められる（１３）〜（１５）式。この電圧基準が電圧制御器ＶＣの入力変数である。図４において、インバータの電圧制御器ＶＣｌおよびインバータＡＣは１つのブロックＶＡＣとして示されている。電圧制御器は、機械Ｍに与えられる相電圧を電圧基準に等しくする。また、ｕ_ｓｒｅｆは入力変数として磁束計算ブロックに与えられ、そこで電圧の実際値として用いられる。尚、上述のＤＴＣ（直接トルク制御）インバータ制御方式の具体例は一例に過ぎず、他の公知の方式を用いてもよい。

駆動制御部３８は、インダクションモータ１１の負荷が標準負荷レベルより高く最大負荷レベルより低い所定の高負荷レベル以上と判断したときに、押圧部Ｂによる被破砕物の押圧力または押圧速度を基準値より低下させる負荷低減制御を行ない、以って、負荷レベルが異常事態に到らないまでも標準負荷レベルより大きい所定の高負荷レベル以上であると判断したときに、前記押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を基準値より低下させる負荷低減制御を実行することにより負荷レベルの急激な上昇を事前に回避して、標準負荷レベルでの効率的な破砕処理を可能とする。

以下、駆動制御部３８の動作を図５及び図６に示すフローチャートに基づいて説明する。駆動制御部３８はインバータ制御部３７に対して制御トルクを予め設定されている破砕に好適な基準値に指令してモータ１１を起動し（Ｓ１）、インバータ制御部３７からモータ１１の実際の駆動トルクＴ、駆動回転数Ｒ、駆動電流値Ｉを入力するとともに（Ｓ２）、振動センサＳａ、速度センサＳｂ、レベルセンサＳｃの各センサの値を読み込む（Ｓ３）。

振動センサＳａによる検出値が異常を示していると（Ｓ４）、モータ１１を停止すべくインバータ制御部３７に対して停止指令を出力し（Ｓ１２）、正常状態であるときには、駆動回転数Ｒが許容される最小負荷回転数Ｒｍｉｎより小であるか、駆動トルクＴが最大負荷トルクＴｍａｘより大であるか、駆動電流Ｉが最大負荷電流値Ｉｍａｘより大であるかを判断し（Ｓ５）、何れかの条件が満たされたときに、被破砕物による破砕負荷が異常に増大して装置に重大な損傷を与える虞のある異常な状態であると判断して、モータ１１を停止すべくインバータ制御部３７に対して停止指令を出力する（Ｓ１３）。このとき、モータ１１は回生制動され、その発電電力がブレーキレジスタにより放熱されて速やかに停止する。

ステップＳ５で正常な稼動範囲であると判断されると、駆動トルクＴが所定の高負荷トルクＴ１より大であるか（Ｓ６）、駆動回転数Ｒが所定の高負荷回転数Ｒ１より小であるか（Ｓ７）、駆動電流Ｉが所定の高負荷電流値Ｉ１より大であるかを判断し（Ｓ８）、何れかの条件が満たされたときに所定の高負荷レベル以上であると判断し、次にホッパ１への被破砕物の投入量をレベルセンサＳｃの検出値に基づいて判断する（Ｓ１４）。ホッパ１への被破砕物の投入量が十分残っている場合、ここでは、レベルセンサＳｃによりフル、ハーフ、エンプティの三レベルが検出され、ハーフレベル以上残存している場合には、破砕負荷を低減させるべく後述の押圧部Ｂによる押圧速度及び押圧力の低減制御を行ない（Ｓ１５）、ほぼ空の状態であるときには破砕部Ａに異物が噛み込んだ状態または噛み込みつつある状態であると判断して後述の逆転モードに入る。

ステップＳ６からＳ８で判断される高負荷状態とは、ステップＳ１で設定した基準値よりも高く、且つ、ステップＳ５で判断される許容最大負荷状態よりも低い負荷状態をいい、破砕処理効率（単位時間当たりの破砕量）が許容効率よりも低下する負荷状態をいう。ここで、駆動電流はインバータ制御部３７で検出される負荷電流値をいい、駆動トルクはインバータ制御部３７で次式に基づいて演算導出される負荷トルクをいい、駆動回転数はインバータ制御部３７で演算導出される固定子磁束の回転速度からの回転子のすべりに基づいて求められる駆動回転数または速度センサＳｂで検出される回転速度或いはその両方の値をいい、両方の値を採用することでより信頼性を確保することができる。

ステップＳ６からＳ８で、高負荷状態では無いと判断されたときには、低消費電力で待機するスリープモードであるか否かを判断し（Ｓ９）、スリープモードでない場合には、駆動トルクＴが許容される最小トルクＴ２（インバータ制御部３７で演算導出される値で、負荷が小さくなれば回転子のすべりが少なくなりトルクが低くなる）より低いか否かを判断し（Ｓ１０）、低い場合には負荷が最小負荷レベルより低い、つまりホッパ１に被破砕物が無いと判断して、電力消費を低減すべくモータ１１の回転数を所定の待機回転数に減速制御するようにインバータ制御部３７に制御指令を出力するスリープモードに移行し、最小負荷レベルよりも高いと判断すると破砕処理効率の上昇のために押圧部Ｂの押圧速度及び押圧力を基準状態に戻して（Ｓ１１）、ステップＳ２に戻る。

スリープモードでは、インバータ制御部３７に対してモータ速度（回転数）を待機時の低速状態となるように制御トルク指令を出力し（Ｓ２０）、第二押圧部を停止制御するとともに（Ｓ２１）、第一押圧部の押圧速度を低速に切替制御し（Ｓ２２）、スリープモードに制御モードを設定する（Ｓ２３）。さらに、駆動トルクＴがスリープモードに移行する最小トルクＴ２より高い低負荷レベルを示す低トルクＴ３より大であるか否かを判断し（Ｓ２４）、低トルクＴ３より大であるときにはホッパ１に新たに被破砕物が投入されたと判断して、押圧部Ｂの押圧速度及び押圧力を基準値に設定制御し、インバータ制御部３７に対して制御トルクを制御値に戻すように指令するとともに（Ｓ２５）、スリープモードを解除してステップＳ２に戻る（Ｓ２６）。

逆転モードでは、インバータ制御部３７に対して停止指令を出力し（Ｓ３０）、停止確認の後（Ｓ３１）、逆転指令を出力する（Ｓ３２）。所定時間逆転駆動されると（Ｓ３３）、再度停止指令を出力してステップＳ１に戻る（Ｓ３４）。

押圧部Ｂによる押圧速度及び押圧力の低減制御について説明すると、駆動制御部３８から押込プッシャ（第一押圧部）３及び押え装置（第二押圧部）１４でなる押圧部Ｂの各油圧駆動装置に対して押圧速度と押圧力を指定する制御指令が出力されると、各油圧駆動装置は検出されたピストンに受ける圧力及びピストンの作動速度に基づいて油圧システムの電磁バルブなどを制御して指令された押圧速度及び押圧力で制御する。その結果、検出圧力が指令圧力より大となるとピストンの作動が停止し、被破砕物の破砕部Ａに対する押し込み力が低下して異常の発生するような高負荷状態から破砕負荷が軽減される。

上述の実施形態では、押圧部Ｂとして押込プッシャ（第一押圧部）３及び押え装置（第二押圧部）１４を備えたものについて説明したが、押込プッシャ（第一押圧部）３及び押え装置（第二押圧部）１４の双方を備えたものに限定されるものではなく、何れか一方を備えたものであっても同様である。また、押圧部の具体的構造も特に限定されるものではなく、押圧部の起動機構も油圧方式に限らず、電磁モータによる駆動機構を備えるものであっても同様である。

上述の実施形態では、ステップＳ１４においてホッパ１の投入量に基づいてステップＳ１５の押圧力及び押圧速度の低減制御を行なうように構成されているが、ホッパへの投入量を検出せず、常に前記低減制御を実行するように構成してもよい。この場合に、被破砕物の噛み込みが生じたときはステップＳ１２やステップＳ１３で異常停止した後に逆転モードを実行すればよい。また、前記低減制御では、押圧力及び押圧速度を低減するように構成するものに限定されず、その何れかを低減するように制御するものであってもよい。また低減率は実情に応じて適宜設定すればよい。

上述の実施形態では、駆動制御部からインバータ制御部３７に制御トルクを指令値として出力するものを説明したが、固定子磁束の基準値も併せて出力するものであることは言うまでもなく、固定子磁束の基準値は予め設定されているものであってもよい。また、インバータ制御部３７に制御回転数を出力するように構成されるものであってもよい。この場合には、制御回転数に見合うトルク値に変換して基準トルク値が導出される。さらに、制御回転数指令に応じてその回転数に制御するインバータ制御部としては、他の公知の制御方式を用いるものであってもよい。

上述した実施形態では、一軸せん断破砕機について説明したが、適用される破砕機としてはこれに限定されるものではなく、二軸せん断式破砕機や四軸せん断式破砕機など複数軸せん断式破砕機に適用可能である。例えば、図７に示すように、互いに平行に配設される回転ドラムに複数の回転刃を互いに対向する刃が重なり合うように近接して設けられ、ホッパ１から投入される被破砕物を互いに逆方向に回転する対向回転刃５ａの間に噛み込んで破砕する破砕部Ａと、油圧装置Ｄにより駆動され、ホッパ１の斜め上方から破砕部Ａに向けて被破砕物を押圧する押圧部Ｂを備えてなる二軸せん断式破砕機に適用することも可能である。

（ａ）は一軸せん断破砕機の断面図、（ｂ）は破砕部の斜視図、（ｃ）はホッパ及び押圧部の斜視図破砕機の駆動制御装置のブロック構成図インバータ制御部の回路図インバータ制御部の動作原理を示すブロック構成図駆動制御部の制御動作を示すフローチャート駆動制御部の制御動作を示すフローチャート別実施形態を示し、二軸せん断破砕機の説明図

符号の説明

５：回転ロータ（回転軸）
１１：インダクションモータ
３７：インバータ制御部
３８：駆動制御部
Ａ：破砕部
Ｂ：押圧部

Claims

破砕刃を備えた回転軸の回転により被破砕物を破砕処理する破砕部と、ホッパに投入された被破砕物を前記破砕部に向けて押圧する押圧部を備えた破砕機において、前記回転軸を回転駆動するインダクションモータと、前記インダクションモータを駆動制御するインバータ制御部と、前記インバータ制御部に対して制御回転数または制御トルクを設定指令するとともに前記押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を制御する駆動制御部を備えてなる破砕機の駆動制御装置であって、
前記駆動制御部は、前記インダクションモータの負荷が標準負荷レベルより高く最大負荷レベルより低い所定の高負荷レベル以上と判断したときに、前記押圧部による被破砕物の押圧力または押圧速度を基準値より低下させる負荷低減制御を行なうように構成されている破砕機の駆動制御装置。
前記駆動制御部に前記インバータ制御部から前記インダクションモータの駆動回転数、駆動トルク、及び駆動電流値に対応する信号が入力されるとともに、前記駆動回転数が所定の高負荷回転数より小であるか、前記駆動トルクが所定の高負荷トルクより大であるか、前記駆動電流が所定の高負荷電流値より大であるかの何れかの条件が満たされたときに、前記所定の高負荷レベル以上であると判断する請求項１記載の破砕機の駆動制御装置。
前記ホッパに投入された被破砕物の量を検出する投入量検出部を備え、前記駆動制御部は、前記投入量検出部により被破砕物が第一所定量以上残存すると判断したときに前記負荷低減制御を実行する請求項１または２記載の破砕機の駆動制御装置。
前記駆動制御部は、前記投入量検出部により被破砕物が前記第一所定量よりも少ない第二所定量以下であると判断したときに、前記インダクションモータを逆転制御する請求項３記載の破砕機の駆動制御装置。
前記駆動制御部に前記インバータ制御部から前記インダクションモータの駆動回転数、駆動トルク、及び駆動電流値に対応する信号が入力されるとともに、前記駆動回転数が所定の最小負荷回転数より小であるか、前記駆動トルクが所定の最大負荷トルクより大であるか、前記駆動電流が所定の最大負荷電流値より大であるかの何れかの条件が満たされたときに、前記インダクションモータの負荷が最大負荷レベルより高いと判断して、前記インダクションモータを停止制御する請求項１から４の何れかに記載の破砕機の駆動制御装置。
前記駆動制御部は、前記インダクションモータの負荷が最小負荷レベルより低いと判断したときに、前記インダクションモータの回転数を所定の待機回転数に減速制御するとともに、前記押圧部を停止または押圧速度を待機速度に減速制御する請求項１から５の何れかに記載の破砕機の駆動制御装置。