JP2006516237A - コンベア駆動アセンブリ及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
第1端(20)と第2端(22)を有する細長い軸(14)を備えるコンベア駆動アセンブリ(10)及びその駆動軸の両端速度を確実に制御し、コンベアベルトにかかる不均等な負荷をできるだけ抑制するコンベア駆動アセンブリの制御方法に関する。この方法は、軸の第1端の回転位置を検出し、軸の第2端の回転位置を検出し、第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を判断し、それによって第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、軸の第1端と第2端の少なくとも一方を回転駆動する工程とを含むものである。本発明は駆動軸の両端速度を確実に制御しコンベアベルトにかかる不均等な負荷をできるだけ抑制して幅の広いコンベアに使用できるコンベア駆動アセンブリを提供することを特徴とする。
Description
発明の分野はコンベア駆動アセンブリに関し、より詳細には、少なくとも2つの駆動モーターによって駆動される軸を備えるコンベア駆動アセンブリに関する。
通常コンベア駆動アセンブリは回転駆動される軸を備え、その軸は1つ以上のスプロケットを回転駆動する。そのスプロケットは無端ベルト又はチェーンと噛み合い、そのベルトを駆動する。幅54インチ未満といった比較的幅の狭いコンベアシステムを駆動する駆動軸では、通常、軸の一端に連結された単一駆動モーターによって回転駆動される。
また、幅96インチを超えるベルト幅を有するコンベアシステムのような幅広の無端コンベアチェーンでは、単一の駆動軸を軸とした複数のスプロケットにより駆動されるのが普通である。だがそういった軸では、軸のトルク負荷を最小にするため、軸の一端に第1の駆動モーターを設け、軸の反対側端に変速装置又は第2の駆動モーターを設けるといった具合に少なくとも2以上の駆動モーターにより駆動される場合が多い。軸のトルク負荷を小さく抑えることは、軸に要求される径を短くでき、それによりコストが削減できるという点で有利である。
駆動軸のそれぞれの端を駆動する各駆動モーターの出力軸回転速度は、駆動軸の両端が同調するよう制御するのが一般的である。駆動軸の両端を駆動する各駆動モーターの出力軸回転速度を制御する際、それら駆動モーターの出力軸回転速度が一致しない場合には、各駆動軸端の半径方向の位置に大抵ずれがある場合がほとんどである。この出力軸速度のずれは、駆動軸の一端がもう一方の端を引きずり駆動軸をねじ曲げることとなる可能性がある。駆動軸の両端の半径方向におけるずれは、時間と共に増大し、コンベアベルトに不均等な負荷を生ずる可能性がある。
一般に、各駆動軸端の半径方向の位置は、システムの負荷がつり合う状態に至るまでずれる。このつり合った状態において、各駆動モーターに加わる負荷の違いは、駆動軸を回転するのに必要なトルク、コンベアのチェーン又はベルトを駆動するのに必要なトルク、及びその他の機械損失とのバランスによって決まる。極端な場合では、主駆動モーターが遅延駆動モーターを支持駆動できる範囲で一方の駆動モーターがもう一方の駆動モーターを誘導する場合もある。さらに、駆動軸両端の半径方向の位置ずれは、コンベアチェーンを片側だけから駆動させる原因となる場合もある。この不均等な負荷はコンベアシステムを壊滅的に故障させる原因となる可能性がある。
コンベアベルトに加わる不均等な負荷が原因で起こる壊滅的な故障を回避するため、特定位置でコンベアベルトに加わる力を測定しても良い。コンベアベルトに加わる力を測定する方法としては、その力を測定するロードセルを使用する方法、或いは駆動軸の両端に加えられたトルクを測定する方法が挙げられる。通常、ロードセルやトルクデータはコンベアシステムを制限するのに使用され、所定負荷又は所定トルクの限界を超える場合にシステムを停止することに使用される。
また一方で、トルク測定又はロードセルによって与えられるデータは、各駆動軸端の回転速度を制御するのにも使用される。しかしながら、軸の回転速度を制御するためにそのデータを使用するためには、多くの理論条件を設定しなければならない。その上、コンベアベルト又はチェーンの上端の負荷がその幅全体で均一ではないことは、かなりあり得ることである。このため、負荷は常に変動し続け、つり合いのとれる速度を算出することは決して不可能となっている。
また、コンベアチェーン又はベルトの駆動スプロケットは、チェーン又はベルトのピッチの弦特性によって測定トルクが変動する原因ともなる。この変動は、システムの損傷を促進する駆動モーターの出力軸回転速度を継続的に調節させる原因となり、維持コストを増大させる。
従って、広範なコンベアシステムのためのコンベア駆動アセンブリ、及び駆動軸の両端の速度を確実に制御し、コンベアベルトの不均等な負荷を最小にする制御方法を実現することが必要である。
本発明は、第1端と第2端を有する細長い軸を備えるコンベア駆動アセンブリ及びそのコンベア駆動アセンブリの制御方法を提供する。その方法には、軸の第1端の回転位置を検出し、軸の第2端の回転位置を検出し、第1端と第2端の一方に対する他方の回転位置を判断し、次に第1端と第2端の一方に対する他方の回転位置を所定範囲内に保持するため、軸の第1端と第2端の少なくとも一方を回転駆動する工程を含む。本発明は駆動軸の両端速度を確実に制御しコンベアベルトにかかる不均等な負荷を最小にして幅の広いコンベアに使用できるコンベア駆動アセンブリを提供することを特徴とする。
本発明の全般的な目的は、ベルト又はチェーンにかかる不均等な負荷を最小にするために、駆動モーター出力軸又は駆動軸の回転速度又はトルクを測定することによらないコンベア駆動アセンブリ及び制御方法を提供することにある。本発明では駆動軸の一方の端の他方に対する回転位置をモニターし制御することでこの目的を達成する。
本発明の別の目的は、コンベア駆動アセンブリ及び駆動軸の両端の回転速度を確実に制御する制御方法を提供することにある。この目的は軸端それぞれの半径方向の位置を直接モニタリングすることで達成される。
本発明における前述及び他の目的、及び効果は以下の記載から明らかとなるであろう。当該記載では、本明細書の一部を構成する添付図面を参照するが、それは本発明の好ましい実施形態を例示的に示すものである。
図1から図3に示したように、幅広のベルトコンベアシステム12用のコンベア駆動アセンブリ10は、複数の駆動スプロケット16を回転駆動する細長い駆動軸14を備える。各スプロケット16は搬送路に沿ってベルト18を駆動するためコンベアベルト18と噛み合っている。駆動軸14の両端20、22は、駆動モーター28、30によって駆動される変速装置24、26によって回転駆動される。それぞれの駆動モーター28、30は、コンベアベルト18にかかる不均等な負荷を最小に抑えるため、駆動軸14の各端20、22の回転位置をモニターし制御する制御システム32によって独立して制御される。互いに噛み合うギア(図示せず)及び駆動モーター28、30を含む変速装置24、26は、軸14を回転駆動するドライブトレインを構成する。
駆動軸14は、1以上のスプロケット16を回転駆動するに適した所望のねじり特性を有するスチール又は他の材料から形成された技術的に周知の任意で既存の軸である。軸14の第1端20はコンベアベルト18の端34を越えて延び、その反対側の軸14の第2端22はコンベアベルト18の反対側端36を越えて延びている。
軸14のそれぞれの端20、22は、変速装置24、26の1つで軸端20、22のそれぞれに結合している駆動モーター28、30によって回転駆動される。各変速装置24、26は、それぞれの駆動モーター28、30をそれぞれの軸端20、22に結合しており、軸14の回転速度をより正確に制御する上で有利である。
各駆動モーター28、30は、以下より詳細に説明する制御システム32によって制御される。技術的に周知の任意の駆動モーター、例えば2相又は3相電動機、ガス用エンジン、および同種のものが本発明の範囲を逸脱しない範囲で使用できる。各駆動モーターには、予想されるコンベア負荷に対し十分な回転力を与える技術的に周知な方法を使用するよう選択するのが望ましい。
各軸端20、22に近接して設ける一式のタイミングマーク40は、各軸端20、22の回転位置を判断するための基準を与える。多数のタイミングマークが公開されているが、一式のタイミングマークには本発明の範囲を逸脱することなく1以上のタイミングマークを採用することができる。各軸端20、22の半径方向の位置についてより正確な判断をするため、各軸端20、22に近接する2以上のタイミングマークを設けることが好ましい。さらに、軸方向に直面しているタイミングマークを図示したが、軸端近くのその目的を達成し得る範囲内で軸の半径方向の面の外側にタイミングマークを設けても良い。
各タイミングマーク40は技術的に既知の任意の検出マークでよく、マーク40を検出するのに使用される検出器42の形式によって決まる。例えば、それぞれの軸端の近くにストライプの反射性材料を貼り付ければ良く、その反射性材料によって反射される光を検出するセンサーによって検出される。また、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、磁気センサー又は誘導型センサーによって検出可能な磁性材料、リミットスイッチ又は誘導型センサーを作動可能な突起、及びそれと同等のものもタイミングマークとして使用できる。
図1から図3に示した好ましい実施形態において、タイミングマーク40は、駆動軸14に固定され駆動軸から半径方向に広がる環状スチールディスク44に設けられる。ディスク44に設けられる開口46は、リブ48形状を設けるため駆動軸の中心から等距離で間隔をあけて設けられる。ディスク44は駆動軸14と同軸上で回転し、リブ48は下記の誘導性近接センサーなどの検出器42によって検出できる。また別の実施形態では、検出器によって検出できる半径方向に延びる指状の形状を設けるため、開口をディスクの円周の端にあける。当然のことであるが、光電子センサーなどの適当な検出器を使用すれば、開口46をタイミングマークとして用いることもできる。
各タイミングマーク40は、このタイミングマークを検出し検出が行われたこと示す制御システム32に信号を送信することができる検出器42によって検出される。検出器の形式は使用されるタイミングマークの形式によって決まり、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、任意の市販されている検出器とすることができる。図1及び図2に示した好ましい実施形態では、検出器は誘導性近接センサーであり、例えばイリノイ州、ショウンバーグのオムロンエレクトロニクスLLCから入手できる円柱型誘導性近接センサー、型番E2E−X5E1−Nで、それは環状ディスク44上で隣接する開口46の間に設けられるスチール製リブ48を、ディスク44を回転しながら検出することができる。
各検出器42によって発信される信号は検出器42と電気的に接続される制御システム32によって受信され、一方の軸端20の他方の軸端22に対する相対的位置を判断するため分析される。制御システム32はCPUを有する技術的に周知の制御デバイスを少なくとも1つ備えていることが好ましく、例えばマイクロコンピュータ、プログラマブル論理制御装置、パーソナルコンピュータなどで、それは検出器32からの信号を受信して分析することができ、それによって、軸端20、22の半径方向の位置間のずれを最小にするため、制御システム32と電気的に接続される駆動モーター28、30の少なくとも一方の速度を変更するよう駆動モーターのパラメータを修正できる。
好ましい実施形態では、制御システムの制御デバイスにおける制御ループ操作は駆動軸端20、22の半径方向の位置をモニターし、軸14の端20、22の少なくとも一方の回転速度を調節するため、駆動モーター28、30にフィードバックを与える。その制御ループは、それぞれの軸端20、22に近接して設ける特定のタイミングマークに関して各検出器42によって与えられる信号の受信間隔を算出することで、一方の軸端20の他方の軸端22に対する相対的位置を判断する。この特定信号の受信間隔は、軸端20、22間の回転位置の差に対し正比例する。
その制御ループは、軸端20、22間の半径方向の位置ずれを許容範囲内に保持する。けれども、その半径方向の位置ずれに対する許容範囲は、駆動軸の直径、駆動軸長、要求される駆動軸回転速度、駆動軸がコンベアを始動しているかどうか、駆動軸が安定状態に達しているかどうか、或いは安定状態に近づきつつあるかどうか、及びタイミングマークから得られる解決法に依存する場合もある。しかしながら、その半径方向の位置ずれは安定状態の位置を基準にして約2°を超えないことが好ましい。
使用中、両センサー42は軸14の各端20、22の半径方向の位置を判断すべく軸14を回転したままタイミングマーク40を検出する。それぞれのセンサーは、軸14の一方の端20の半径方向の位置と軸14のもう一方の端22の半径方向の位置とを比較する制御ループを実行する制御システム32に信号を発信する。両軸端20、22の半径方向の位置間のずれが所要の位置公差内(即ち、所定範囲内)であれば、駆動モーターのパラメータは修正されない。一方位置公差を越えている場合には、一方の軸端20の他方の軸端22に対する半径方向の位置間のずれを低減するため、その制御ループは軸14の一方の端20を駆動する一方の駆動モーター28の速度を増減する。
駆動モーター28、30は、駆動軸端20、22の相対的な半径方向の位置を位置公差内に保持するため、一方の駆動モーター28の回転速度が他方の駆動モーター30の回転速度に連動して修正される主従関係を利用して調整することができる。あるいは、駆動軸端20、22の半径方向の位置を位置公差内に保持するため、駆動モーター速度をお互いに連動して駆動モーター出力軸に適した所定速度範囲内に修正することもできる。
軸端20、22の半径方向の位置を測定すること及び軸14の回転を制御するためにそのデータを使用することは、軸14の回転速度を制御するため測定した回転軸速度を利用する場合よりずっと有効であり、有利である。さらに、軸端20、22のそれぞれの回転速度を制御するために軸端20、22の半径方向の相対的な位置をモニターすることは、軸14に加わるトルクを確保し、ベルトの幅全域にわたってそのトルクがより均一に広がり、その結果ベルトの一方の側が他方の側より駆動が速くなる又は遅くなるのを防止することができる。
図4に示した別の実施形態では、複数駆動のコンベア駆動システム100(3以上の駆動部)に本発明が使用できる。複数駆動のコンベア駆動システム100では、上記の如く駆動モーター128、130は軸114のそれぞれの端120、122を駆動し、1以上の中間に設ける駆動モーター150は両軸端120、122の間の位置で軸114を駆動する。
本明細書に記載した別の実施形態において、環状ディスク144は、そのディスクに設けられた1以上のタイミングマークを有し、それぞれの中間の駆動位置に近接して軸114に固定されており、また、上記のような制御システムは、それぞれの位置における軸114の半径方向の位置間のずれを最小にするため、それぞれの位置において軸114の半径方向の位置をモニターし、駆動モーター128、130、150を制御する。本明細書に記載したような複数駆動のコンベア駆動システムでは、基準(主)として1つの駆動モーター位置をモニターし、所定の許容範囲内でその基準に適合するようにその他のモーター駆動位置(従)を制御するのが好ましい。
もう一つ別の実施形態において、駆動軸の半径方向の位置をモニターすることが不可能な場合には、各駆動部の出力軸又はドライブトレインのその他の回転部品の半径方向の位置を替わりにモニターすることができる。しかしながら、出力軸又はドライブトレインのその他の回転部品をモニターすることは、出力軸と駆動軸との結合部がより一層大きな許容位置公差を必要とすることがあるため好ましくない。
現在考えられる本発明の好ましい実施形態につき開示して説明したが、添付する特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を逸脱しない範囲において種々の改良及び変更をなし得ることは当業者であれば明らかである。
Claims (23)
- 第1端と第2端を有する細長い駆動軸と、
前記第1端を回転駆動する第1の駆動モーターと、
前記第1端の近くで前記軸に固定される少なくとも1つの第1のタイミングマークと、
該少なくとも1つの第1のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの第1のタイミングマークの検出を示す第1の信号を生成する第1のセンサーと、
前記第2端を回転駆動する第2の駆動モーターと、
前記第2端の近くで前記軸に固定される少なくとも1つの第2のタイミングマークと、
該少なくとも1つの第2のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの第2のタイミングマークの検出を示す第2の信号を生成する第2のセンサーと、
前記第1及び第2の信号を受信し、前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を判断する制御システムと、
を備えるコンベア駆動アセンブリ。 - 前記軸がコンベアベルトと噛み合う少なくとも1つのスプロケットを回転駆動する請求項1に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記軸を回転駆動するため、前記第1端と第2端の間の位置で前記軸に回転するように結合された少なくとも1つの中間の駆動モーターを含む請求項1に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの中間の駆動モーターに近接して前記軸に固定される少なくとも1つの中間のタイミングマークと、該中間のタイミングマークの少なくとも1つを検出し、該中間のタイミングマークの少なくとも1つを検出したことを示す検出信号を生成する中間のセンサーとを備え、前記制御システムが前記検出信号を受信し、前記第1端と第2端の一方に対する前記第1端と第2端の間の前記位置における前記軸の回転位置を算出する請求項3に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記制御システムが、前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置をモニターし、前記第1及び第2の駆動モーターの少なくとも一方の回転速度を修正する制御ループを含む請求項1に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記所定範囲が、前記第1端と第2端の回転位置の差を2°未満とする請求項6に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記制御ループが、前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、前記第1端と第2端の一方の回転速度を低減する請求項6に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの第1のタイミングマークが、前記軸から半径方向に広がる環状ディスクに設けられた複数の開口である請求項1に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記第1のセンサーが、前記ディスクの隣接した開口の間の部分を検出する誘導性近接センサーである請求項8に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 第1端と第2端を有する細長い軸を備えるコンベア駆動アセンブリの制御方法であって、
前記軸の第1端の回転位置を検出し、
前記軸の第2端の回転位置を検出し、
前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を判断し、
前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、前記軸の前記第1端と第2端の少なくとも一方を回転駆動するコンベア駆動アセンブリの制御方法。 - 前記軸の第1端の回転位置の検出工程において、前記軸から半径方向に広がる環状ディスクに設けられる少なくとも1つのタイミングマークを検出することを含む請求項10に記載のコンベア駆動アセンブリの制御方法。
- 前記少なくとも1つのタイミングマークが誘導性近接センサーによって検出される請求項11に記載のコンベア駆動アセンブリの制御方法。
- 前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、前記軸の前記第1端と第2端の少なくとも一方を回転駆動する工程において、前記第1端と第2端の一方を回転駆動する駆動モーターの回転速度を低減することを含む請求項10に記載のコンベア駆動アセンブリの制御方法。
- 前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、前記軸の前記第1端と第2端の少なくとも一方を回転駆動する工程において、前記第1端と第2端の一方を回転駆動する駆動モーターの回転速度を増大することを含む請求項10に記載のコンベア駆動アセンブリの制御方法。
- 前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、前記軸の前記第1端と第2端の少なくとも一方を回転駆動する工程において、前記第1端と第2端の一方の回転位置を前記第1端と第2端の他方の回転位置の2°以内に保持することを含む請求項10に記載のコンベア駆動アセンブリの制御方法。
- 前記第1端と第2端の間の中間的な位置の少なくとも1つで前記軸の回転位置を検出し、前記中間的な位置の少なくとも1つに対する前記第1端と第2端の一方の回転位置を判断することを含む請求項10に記載のコンベア駆動アセンブリの制御方法。
- 第1端と第2端を有する細長い駆動軸と、
前記軸によって回転駆動され、コンベアベルトを駆動するため該コンベアベルトと噛み合わせることのできるスプロケットと、
前記第1端を回転駆動する第1の駆動モーターと、
前記第1端の近くで前記軸に固定される少なくとも1つの第1のタイミングマークと、
該少なくとも1つの第1のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの第1のタイミングマークの検出を示す第1の信号を生成する第1のセンサーと、
前記第2端を回転駆動する第2の駆動モーターと、
前記第2端の近くで前記軸に固定される少なくとも1つの第2のタイミングマークと、
該少なくとも1つの第2のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの第2のタイミングマークの検出を示す第2の信号を生成する第2のセンサーと、
前記第1及び第2の信号を受信し、前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を判断する制御システムであって、前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置を所定範囲内に保持するため、前記第1端と第2端の一方の他方に対する回転位置をモニターし、前記第1と第2の駆動モーターの少なくとも一方の回転速度を修正する制御ループを含む制御システムと、を備えるコンベア駆動アセンブリ。 - 前記軸を回転駆動するため、前記第1端と第2端の間で前記軸と回転するように結合された第3の駆動モーターを備える請求項17に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記第1端と第2端の間の位置に近接して前記軸に固定される少なくとも1つの第3のタイミングマークと、該少なくとも1つの第3のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの第3のタイミングマークの検出を示す第3の信号を生成する第3のセンサーを含み、前記制御システムが、前記第3の信号を受信し、前記第1端と第2端の一方の回転位置に対する前記第1端と第2端の間の前記位置での回転位置を算出する請求項18に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記所定範囲が、前記第1端と第2端の回転位置の差を2°未満とする請求項17に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 第1端と第2端を有する細長い駆動軸と、
前記第1端を回転駆動し、少なくとも1つの回転部品を含む第1のドライブトレインと、
該第1のドライブトレインの前記少なくとも1つの回転部品と前記第1端の近くの前記駆動軸との少なくとも一方に固定される少なくとも1つの第1のタイミングマークと、
該少なくとも1つの第1のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの第1のタイミングマークの検出を示す第1の信号を生成する第1のセンサーと、
前記第2端を回転駆動し、少なくとも1つの回転部品を含む第2のドライブトレインと、
該第2のドライブトレインの前記少なくとも1つの回転部品と前記第2端の近くの前記駆動軸との少なくとも一方に固定される少なくとも1つの第2のタイミングマークと、
該少なくとも1つの第2のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの第2のタイミングマークの検出を示す第2の信号を生成する第2のセンサーと、
前記第1及び第2の信号を受信し、前記第1端と第2端の一方の他方に対する概算の回転位置を判断する制御システムと、を備えるコンベア駆動アセンブリ。 - 前記軸を回転駆動するため、前記第1端と第2端の間の位置で前記駆動軸と回転するように結合された少なくとも1つの中間に位置するドライブトレインを含む請求項21に記載のコンベア駆動アセンブリ。
- 前記中間に位置するドライブトレインの回転部品と前記少なくとも1つの中間に位置するドライブトレインに近接する前記駆動軸との少なくとも一方に固定される少なくとも1つの中間のタイミングマークと、該少なくとも1つの中間のタイミングマークを検出し、該少なくとも1つの中間のタイミングマークの検出を示す検出信号を生成する中間のセンサーとを含み、前記制御システムが前記検出信号を受信し、前記第1端と第2端の一方に対する前記中間の位置における前記軸の回転位置を算出する請求項22に記載のコンベア駆動アセンブリ。
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