JP2010179978A - Lifting magnet control system and lifting magnet control method - Google Patents

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Akifumi Hara
章文 原
Shiro Kiyomura
志郎 清村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lifting magnet control system capable of reducing energy consumption during an excitation period of a lifting magnet. <P>SOLUTION: The lifting magnet control system 1 includes a generator 4, a power conversion unit 5 which converts power generated by the generator 4 and supplies it to a lifting magnet 2, and a control unit 7 for controlling the number of revolutions of the generator 4 so that the output power of the power conversion unit 5 is gradually reduced during the excitation period of the lifting magnet 2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リフティングマグネット制御システム及びリフティングマグネット制御方法に関するものである。   The present invention relates to a lifting magnet control system and a lifting magnet control method.

一般に、荷役作業や建設作業等において鉄片を持ち上げるためのリフティングマグネットが知られている。リフティングマグネットとしては、工場等の設備となっているもののほか、車両に搭載されるものもある。リフティングマグネットを使用する際には、リフティングマグネットを励磁し、鉄片を吸着させて持ち上げる。そして、鉄片を解放する際には、リフティングマグネットを消磁する。   Generally, a lifting magnet for lifting an iron piece in cargo handling work or construction work is known. As a lifting magnet, in addition to what is installed in a factory or the like, there are some that are mounted on a vehicle. When using a lifting magnet, the lifting magnet is energized and lifted by attracting iron pieces. Then, when releasing the iron piece, the lifting magnet is demagnetized.

特許文献1には、リフティングマグネットを備える作業機械が記載されている。この作業機械では、リフティングマグネットの励磁及び消磁を制御するリフティングマグネット制御システムとして、発電機(17)と、この発電機(17)の発電電力をリフティングマグネットへ供給するマグネット制御器(20)と、発電停止手段(25)とを備える。この発電停止手段は、リグティングマグネットによる吸着作用の停止時に、すなわち、リフティングマグネットの励磁停止時に、油圧モータ(16)を介して発電機(17)の発電作用を停止させ、無駄な運転を防止している。   Patent Document 1 describes a working machine including a lifting magnet. In this work machine, as a lifting magnet control system for controlling excitation and demagnetization of the lifting magnet, a generator (17), and a magnet controller (20) for supplying the generated power of the generator (17) to the lifting magnet, Power generation stopping means (25). This power generation stop means stops the power generation operation of the generator (17) via the hydraulic motor (16) when the adsorption action of the lifting magnet is stopped, that is, when the lifting magnet is stopped, thereby preventing unnecessary operation. is doing.

特開2002−348087号広報JP 2002-348087 PR

ところで、従来のリフティングマグネット制御システムでは、リフティングマグネットの励磁期間において、リフティングマグネットに一定の電圧を供給するために、発電機の回転数を一定に保持していた。また、従来のリフティングマグネット制御システムでは、リフティングマグネットと発電機との間に電力変換部を備え、この電力変換部においてPWM制御を行うことによってリフティングマグネットに供給する電圧を制御していた。そのために、電力変換部におけるPWM制御を考慮して、発電機の回転数を大きめに設定していた。その結果、リフティングマグネットの励磁期間における消費エネルギーが大きかった。   By the way, in the conventional lifting magnet control system, in order to supply a constant voltage to the lifting magnet during the excitation period of the lifting magnet, the rotational speed of the generator is kept constant. Further, in the conventional lifting magnet control system, a power conversion unit is provided between the lifting magnet and the generator, and the voltage supplied to the lifting magnet is controlled by performing PWM control in the power conversion unit. For this purpose, the rotational speed of the generator is set to be large in consideration of PWM control in the power converter. As a result, the energy consumption during the excitation period of the lifting magnet was large.

そこで、本発明は、リフティングマグネットの励磁期間における消費エネルギーを低減することが可能なリフティングマグネット制御システム及びリフティングマグネット制御方法を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a lifting magnet control system and a lifting magnet control method capable of reducing energy consumption during the excitation period of the lifting magnet.

本発明のリフティングマグネット制御システムは、発電機と、発電機の発電電力を変換してリフティングマグネットへ供給する電力変換部と、リフティングマグネットの励磁期間において電力変換部の出力電力を次第に低下させるように、発電機の回転数を制御する制御部とを備える。   The lifting magnet control system of the present invention is configured to gradually reduce the output power of the generator, the power converter that converts the power generated by the generator and supplies the power to the lifting magnet, and the excitation period of the lifting magnet. And a control unit for controlling the rotational speed of the generator.

本発明のリフティングマグネット制御方法は、発電機と、発電機の発電電力を変換してリフティングマグネットへ供給する電力変換部と、電力変換部の出力電力を制御する制御部とを備えるリフティングマグネット制御システムを用いたリフティングマグネット制御方法であって、リフティングマグネットの励磁期間において、電力変換部の出力電力を次第に低下させるように、発電機の回転数を制御する。   A lifting magnet control method according to the present invention includes a generator, a power converter that converts the power generated by the generator and supplies the converted power to the lifting magnet, and a controller that controls the output power of the power converter. In the lifting magnet control method, the rotational speed of the generator is controlled so that the output power of the power converter is gradually decreased during the excitation period of the lifting magnet.

ここで、電力変換部の出力電力を次第に低下させるとは、その過程において、外部環境変動等の意図しない要因により、電力変換部の出力電力が上昇してしまうことも含む概念である。また、電力変換部の出力電力とは、出力電力、出力電圧、出力電流を含む概念であり、リフティングマグネットの制御方法により、すなわち、電力制御、電圧制御又は電流制御により、出力電力、出力電圧及び出力電流のうちの何れか一つを示すものとする。   Here, gradually decreasing the output power of the power conversion unit is a concept including that the output power of the power conversion unit increases due to unintended factors such as external environmental fluctuations in the process. The output power of the power converter is a concept including output power, output voltage, and output current, and is controlled by a lifting magnet control method, that is, by power control, voltage control, or current control. Any one of the output currents shall be indicated.

リフティングマグネットの励磁期間は、例えば、リフティングマグネットへの励磁電流を短時間で立ち上げるオーバーシュート期間、吊荷を容易に捕捉できるようにリフティングマグネット2の磁力を一時的に高めるオーバーエキサイト期間、及び、リフティングマグネット2の定格電力付近の電力を供給しつつ励磁状態を維持する定格励磁期間に分けることができ、これらの順に必要な電力が小さくなる。なお、リフティングマグネットの励磁期間は、オーバーエキサイト期間を有さないこともある。   The excitation period of the lifting magnet includes, for example, an overshoot period in which the excitation current to the lifting magnet is raised in a short time, an overexcitation period in which the magnetic force of the lifting magnet 2 is temporarily increased so that the suspended load can be easily captured, and It can be divided into a rated excitation period in which the excitation state is maintained while supplying power in the vicinity of the rated power of the lifting magnet 2, and the required power decreases in this order. The exciting period of the lifting magnet may not have an overexciting period.

この発明によれば、リフティングマグネットの励磁期間において、電力変換部の出力電力を次第に低下させるように発電機の回転数を制御するので、発電機の回転数が次第に低下することとなる。したがって、発電機の回転数を一定制御していた従来に比して、リフティングマグネットの励磁期間における消費エネルギーを低減することができる。   According to the present invention, since the rotational speed of the generator is controlled so as to gradually decrease the output power of the power conversion unit during the excitation period of the lifting magnet, the rotational speed of the generator gradually decreases. Therefore, energy consumption during the excitation period of the lifting magnet can be reduced as compared with the conventional case where the rotational speed of the generator is controlled to be constant.

上記した制御部は、リフティングマグネットの励磁期間におけるオーバーシュート期間、オーバーエキサイト期間、定格励磁期間の順に段階的に低下する目標電力パターンを有し、電力変換部の出力電力が目標電力パターンとなるように、発電機の回転数を制御することが好ましい。ここで、目標電力パターンは、目標電力パターン、目標電圧パターン、目標電流パターンを含む概念であり、リフティングマグネットの制御方法により、すなわち、電力制御、電圧制御又は電流制御により、目標電力パターン、目標電圧パターン及び目標電流パターンのうちの何れか一つを示すものとする。   The control unit described above has a target power pattern that gradually decreases in the order of the overshoot period, the overexcitation period, and the rated excitation period in the excitation period of the lifting magnet so that the output power of the power conversion unit becomes the target power pattern. Furthermore, it is preferable to control the rotation speed of the generator. Here, the target power pattern is a concept including a target power pattern, a target voltage pattern, and a target current pattern, and is controlled by a lifting magnet control method, that is, by power control, voltage control, or current control. Any one of a pattern and a target current pattern shall be shown.

また、上記した電力変換部は、発電機の発電電力を直流電力に変換する直流変換部と、直流変換部の直流電力を受けて、リフティングマグネットの励磁及び消磁を制御するHブリッジ回路部とを有し、Hブリッジ回路部におけるスイッチング素子は、有接点スイッチであることが好ましい。   The power conversion unit includes a DC conversion unit that converts the generated power of the generator into DC power, and an H bridge circuit unit that receives the DC power of the DC conversion unit and controls excitation and demagnetization of the lifting magnet. The switching element in the H-bridge circuit section is preferably a contact switch.

このように、従来の電力変換部のHブリッジ回路部におけるPWM制御による電力制御に代えて、発電機の回転数制御による電力制御を行うことによって、電力変換部のHブリッジ回路部におけるスイッチング素子として、比較的高速なトランジスタやIGBTなどの無接点スイッチに代えて、比較的低速な機械式スイッチなどの有接点スイッチを用いることができる。その結果、低価格化を実現することができる。また、メンテナンス性を向上することができる。   Thus, instead of power control by PWM control in the H bridge circuit unit of the conventional power conversion unit, by performing power control by rotation speed control of the generator, as a switching element in the H bridge circuit unit of the power conversion unit Instead of a contactless switch such as a relatively high speed transistor or IGBT, a contact switch such as a relatively low speed mechanical switch can be used. As a result, the price can be reduced. Also, maintainability can be improved.

本発明によれば、リフティングマグネットの励磁期間における消費エネルギーを低減することができる。   According to the present invention, energy consumption during the excitation period of the lifting magnet can be reduced.

本発明の実施形態に係るリフティングマグネット制御システムの電気的な構成を示す図である。It is a figure which shows the electrical structure of the lifting magnet control system which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す電力変換部の電気的な構成を示す。The electric structure of the power converter shown in FIG. 1 is shown. 図1に示す目標値供給部の目標電圧パターンを示す図である。It is a figure which shows the target voltage pattern of the target value supply part shown in FIG. リフティングマグネットの両端に印加される電圧、及び、リフティングマグネットに供給される電流の時間波形を示す図である。It is a figure which shows the time waveform of the voltage applied to the both ends of a lifting magnet, and the electric current supplied to a lifting magnet.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本発明の実施形態に係るリフティングマグネット制御システムの電気的な構成を示す図である。図1には、リフティングマグネット車両(作業機械)に搭載されるリフティングマグネット制御システムを例示する。このリフティングマグネット制御システム1は、リフティングマグネット車両におけるエンジンからのエネルギーを受ける発電機駆動部3から駆動力を受け、リフティングマグネット2の励磁及び消磁を制御する。リフティングマグネット制御システム1は、発電機4と、電力変換部(制御盤)5と、目標値供給部6と、制御部7とを備える。   FIG. 1 is a diagram showing an electrical configuration of a lifting magnet control system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 illustrates a lifting magnet control system mounted on a lifting magnet vehicle (work machine). The lifting magnet control system 1 receives a driving force from a generator driving unit 3 that receives energy from an engine in a lifting magnet vehicle, and controls excitation and demagnetization of the lifting magnet 2. The lifting magnet control system 1 includes a generator 4, a power conversion unit (control panel) 5, a target value supply unit 6, and a control unit 7.

発電機4は、発電機駆動部3から回転駆動力を受けて発電する。本実施形態では、発電機4は、発電電力として三相交流電力を電力変換部5へ供給する。ここで、発電機駆動部3としては、油圧モータが例示される。本実施形態の発電機駆動部3では、制御部7からの制御信号に応じて、回転駆動力の制御が行われる。   The generator 4 receives the rotational driving force from the generator driving unit 3 and generates power. In the present embodiment, the generator 4 supplies three-phase AC power to the power conversion unit 5 as generated power. Here, the generator drive unit 3 is exemplified by a hydraulic motor. In the generator driving unit 3 of the present embodiment, the rotational driving force is controlled in accordance with a control signal from the control unit 7.

電力変換部5は、発電機4の発電電力を変換してリフティングマグネット2へ供給する。図2に、電力変換部5の電気的な構成を示す。電力変換部5は、リフティングマグネット2の励磁及び消磁を行う回路であって、直流変換部30と、Hブリッジ回路部40と、消磁用エネルギー吸収部50とを備える。   The power converter 5 converts the power generated by the generator 4 and supplies it to the lifting magnet 2. FIG. 2 shows an electrical configuration of the power converter 5. The power conversion unit 5 is a circuit that performs excitation and demagnetization of the lifting magnet 2, and includes a DC conversion unit 30, an H bridge circuit unit 40, and a demagnetization energy absorption unit 50.

直流変換部30は、発電機4から供給される交流電圧VAC1〜VAC3を直流電圧VDCに変換する。直流変換部30は、正側出力端30a及び負側出力端30bを有しており、生成した直流電圧VDCを正側出力端30aと負側出力端30bとの間に提供する。本実施形態では、正側出力端30aが高電位側電源として機能し、負側出力端30bが低電位側電源として機能する。なお、直流変換部30は、単相交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する形態であってもよい。また、発電機4が直流発電機である場合、直流変換部30は必ずしも設けられる必要はない。 The DC converter 30 converts the AC voltages V AC1 to V AC3 supplied from the generator 4 into a DC voltage V DC . The DC converter 30 has a positive output terminal 30a and a negative output terminal 30b, and provides the generated DC voltage VDC between the positive output terminal 30a and the negative output terminal 30b. In the present embodiment, the positive output terminal 30a functions as a high potential power source, and the negative output terminal 30b functions as a low potential power source. The DC converter 30 may be configured to convert an AC voltage from a single-phase AC power source into a DC voltage. Further, when the generator 4 is a DC generator, the DC converter 30 is not necessarily provided.

本実施形態の直流変換部30は、6個のダイオード31a〜31fを含むブリッジ回路によって構成されており、三相全波整流を行う。具体的には、ダイオード31a〜31fのうち、ダイオード31a及び31bが直列に接続され、ダイオード31c及び31dが直列に接続され、ダイオード31e及び31fが直列に接続されている。また、ダイオード31a及び31bからなる組と、ダイオード31c及び31dからなる組と、ダイオード31e及び31fからなる組とは、互いに並列に接続されている。そして、これらのダイオードの組のカソード側の一端は正側出力端30aに電気的に接続されており、アノード側の他端は負側出力端30bに電気的に接続されている。   The DC conversion unit 30 of the present embodiment is configured by a bridge circuit including six diodes 31a to 31f, and performs three-phase full-wave rectification. Specifically, among the diodes 31a to 31f, the diodes 31a and 31b are connected in series, the diodes 31c and 31d are connected in series, and the diodes 31e and 31f are connected in series. In addition, the group consisting of the diodes 31a and 31b, the group consisting of the diodes 31c and 31d, and the group consisting of the diodes 31e and 31f are connected in parallel to each other. One end on the cathode side of the set of these diodes is electrically connected to the positive output end 30a, and the other end on the anode side is electrically connected to the negative output end 30b.

また、ダイオード31aとダイオード31bとの間には、発電機4における一相の電源端子から延びる交流電源ライン4aが電気的に接続されている。ダイオード31cとダイオード31dとの間には、発電機4における他の一相の電源端子から延びる交流電源ライン4bが電気的に接続されている。ダイオード31eとダイオード31fとの間には、発電機4における更に他の一相の電源端子から延びる交流電源ライン4cが電気的に接続されている。なお、直流変換部は、これ以外にも例えばサイリスタを用いた純ブリッジ回路や、ダイオード及びサイリスタを用いた混合ブリッジ回路によって構成されてもよい。直流変換部が純ブリッジ回路や混合ブリッジ回路によって構成される場合、サイリスタは、図示しない位相制御回路によって所定の制御角で位相制御される。   An AC power supply line 4a extending from a one-phase power supply terminal in the generator 4 is electrically connected between the diode 31a and the diode 31b. An AC power supply line 4b extending from another one-phase power supply terminal of the generator 4 is electrically connected between the diode 31c and the diode 31d. Between the diode 31e and the diode 31f, an AC power supply line 4c extending from another one-phase power supply terminal of the generator 4 is electrically connected. In addition, the DC conversion unit may be configured by, for example, a pure bridge circuit using a thyristor or a mixed bridge circuit using a diode and a thyristor. In the case where the DC conversion unit is configured by a pure bridge circuit or a mixed bridge circuit, the thyristor is phase-controlled at a predetermined control angle by a phase control circuit (not shown).

Hブリッジ回路部40は、リフティングマグネット2の励磁及び消磁を制御する。Hブリッジ回路部40は、第1〜第4のスイッチング素子41a〜41dと、該第1〜第4のスイッチング素子41a〜41dそれぞれの両端間に電気的に接続された第1〜第4のダイオード42a〜42dとを含むHブリッジ回路によって構成されている。   The H bridge circuit unit 40 controls excitation and demagnetization of the lifting magnet 2. The H-bridge circuit unit 40 includes first to fourth switching elements 41a to 41d and first to fourth diodes electrically connected between both ends of the first to fourth switching elements 41a to 41d. It is comprised by the H bridge circuit containing 42a-42d.

具体的には、第1のスイッチング素子41aの一端は直流変換部30の正側出力端30aに接続されており、第1のスイッチング素子41aの他端は第2のスイッチング素子41bの一端に接続されている。第2のスイッチング素子41bの他端は直流変換部30の負側出力端30bに接続されている。一方、第3のスイッチング素子41cの一端は、直流変換部30の正側出力端30aに接続されており、第3のスイッチング素子41cの他端は第4のスイッチング素子41dの一端に接続されている。第4のスイッチング素子41dの他端は直流変換部30の負側出力端30bに接続されている。また、第1〜第4のダイオード42a〜42dのアノードは、それぞれ第1〜第4のスイッチング素子41a〜41dの他端に接続されており、第1〜第4のダイオード42a〜42dのカソードは、それぞれ第1〜第4のスイッチング素子41a〜41dの一端に接続されている。そして、第1のスイッチング素子41aの他端及び第2のスイッチング素子41bの一端はリフティングマグネット2の一端に接続されており、第3のスイッチング素子41cの他端及び第4のスイッチング素子41dの一端はリフティングマグネット2の他端に接続されている。   Specifically, one end of the first switching element 41a is connected to the positive output end 30a of the DC converter 30, and the other end of the first switching element 41a is connected to one end of the second switching element 41b. Has been. The other end of the second switching element 41 b is connected to the negative side output end 30 b of the DC converter 30. On the other hand, one end of the third switching element 41c is connected to the positive output end 30a of the DC converter 30, and the other end of the third switching element 41c is connected to one end of the fourth switching element 41d. Yes. The other end of the fourth switching element 41 d is connected to the negative output end 30 b of the DC conversion unit 30. The anodes of the first to fourth diodes 42a to 42d are connected to the other ends of the first to fourth switching elements 41a to 41d, respectively, and the cathodes of the first to fourth diodes 42a to 42d are Are connected to one ends of the first to fourth switching elements 41a to 41d, respectively. The other end of the first switching element 41a and one end of the second switching element 41b are connected to one end of the lifting magnet 2, and the other end of the third switching element 41c and one end of the fourth switching element 41d. Is connected to the other end of the lifting magnet 2.

第1〜第4のスイッチング素子41a〜41d各々の制御端子は図示しない制御回路に接続されており、第1〜第4のスイッチング素子41a〜41d各々における一端−他端間の導通状態は、該制御回路から提供される制御電圧(または制御電流)によって制御される。なお、本実施形態では、Hブリッジ回路部40の出力電圧の調整は、後述するように、発電機4の回転数によって行われるために、制御回路におけるPWM制御のデューティは固定である。   The control terminals of the first to fourth switching elements 41a to 41d are connected to a control circuit (not shown), and the conduction state between one end and the other end of each of the first to fourth switching elements 41a to 41d is It is controlled by a control voltage (or control current) provided from the control circuit. In the present embodiment, the adjustment of the output voltage of the H-bridge circuit unit 40 is performed according to the number of rotations of the generator 4, as will be described later. Therefore, the duty of PWM control in the control circuit is fixed.

第1〜第4のスイッチング素子41a〜41dは有接点スイッチである。有接点スイッチとしては、機械的に接触する接点を有するスイッチであって、電磁接触器(MCスイッチ)などの機械式スイッチが適用可能である。   The first to fourth switching elements 41a to 41d are contact switches. As a contact switch, it is a switch which has a contact which contacts mechanically, Comprising: Mechanical switches, such as an electromagnetic contactor (MC switch), are applicable.

消磁用エネルギー吸収部50は、リフティングマグネット2の消磁を行う際にリフティングマグネット2に蓄積されたエネルギーを吸収するための回路部分である。消磁用エネルギー吸収部50は、直流変換部30の正側出力端30aと負側出力端30bとの間に接続されている。本実施形態では、消磁用エネルギー吸収部50は、容量素子51を有している。なお、消磁用エネルギー吸収部50としては、様々な回路構成が適用可能である。   The demagnetizing energy absorbing unit 50 is a circuit part for absorbing energy accumulated in the lifting magnet 2 when the lifting magnet 2 is demagnetized. The demagnetizing energy absorbing unit 50 is connected between the positive output end 30 a and the negative output end 30 b of the DC converter 30. In the present embodiment, the demagnetization energy absorbing unit 50 includes a capacitive element 51. Various circuit configurations can be applied to the demagnetizing energy absorbing unit 50.

図1に戻り、目標値供給部6は、リフティングマグネット2による吸着、すなわち、リフティングマグネット2の励磁のための目標電圧パターンを有しており、制御部7へ供給する。図3に、目標電圧パターンを示す。この目標電圧パターンは、リフティングマグネット2の励磁期間を3つの期間に分け、次第に電圧を低下させるように設定されている。   Returning to FIG. 1, the target value supply unit 6 has a target voltage pattern for adsorption by the lifting magnet 2, that is, excitation of the lifting magnet 2, and supplies the target voltage pattern to the control unit 7. FIG. 3 shows a target voltage pattern. This target voltage pattern is set so that the excitation period of the lifting magnet 2 is divided into three periods and the voltage is gradually lowered.

まず、オーバーシュート期間(OS期間)TOSは、リフティングマグネット2への励磁電流I(図2参照)を短時間で立ち上げるための期間であり、最も大きな目標電圧VOSが設定される。次に、オーバーエキサイト期間(OE期間)TOEは、吊荷を容易に捕捉できるようにリフティングマグネット2の磁力を一時的に高める期間であり、目標電圧VOE(VOE<VOS)が設定される。次に、定格励磁期間(RA期間)TRAは、リフティングマグネット2の定格電力付近の電力を供給しつつ励磁状態を維持する期間であり、目標電圧VRA(VRA<VOE)が設定される。 First, the overshoot period (OS period) T OS is a period for raising the exciting current I 1 (see FIG. 2) to the lifting magnet 2 in a short time, and the largest target voltage V OS is set. Then, over Excite period (OE period) T OE is a period during which temporarily increase the force of the lifting magnet 2 to be easily capture the suspended load, the target voltage V OE (V OE <V OS ) is set Is done. Next, the rated excitation period (RA period) T RA is a period in which the excitation state is maintained while supplying power in the vicinity of the rated power of the lifting magnet 2, and a target voltage V RA (V RA <V OE ) is set. The

なお、目標値供給部6は、種々のリフティングマグネットのそれぞれに対応した複数の目標電圧パターンを有し、使用するリフティングマグネットに対応した1つの目標電圧パターンを選択出力してもよい。また、目標値供給部6は必ずしも設けられる必要はない。この場合、制御部7へは、外部から目標電圧パターンが供給される。   The target value supply unit 6 may have a plurality of target voltage patterns corresponding to the various lifting magnets, and may selectively output one target voltage pattern corresponding to the lifting magnet to be used. Further, the target value supply unit 6 is not necessarily provided. In this case, the target voltage pattern is supplied to the control unit 7 from the outside.

制御部7は、目標値供給部6から目標電圧パターンを受けると共に、リフティングマグネット2の駆動電圧、すなわち、電力変換部5の出力電圧を受ける。制御部7は、リフティングマグネット2の励磁期間において、電力変換部5の出力電圧を次第に段階的に低下させるように、発電機駆動部3を介して発電機4の回転数を制御する。本実施形態では、制御部7は、誤差増幅器を有しており、目標電圧パターンと電力変換部5の出力電圧との差分に応じて発電機4の回転数を制御し、電力変換部5の出力電圧が目標電圧パターンと一致するように制御する。   The control unit 7 receives the target voltage pattern from the target value supply unit 6 and also receives the driving voltage of the lifting magnet 2, that is, the output voltage of the power conversion unit 5. The control unit 7 controls the rotational speed of the generator 4 via the generator driving unit 3 so as to gradually decrease the output voltage of the power conversion unit 5 during the excitation period of the lifting magnet 2. In the present embodiment, the control unit 7 includes an error amplifier, controls the number of revolutions of the generator 4 according to the difference between the target voltage pattern and the output voltage of the power conversion unit 5, and Control is performed so that the output voltage matches the target voltage pattern.

一例を示すと、制御部7は、電力変換部5の出力電圧を目標電圧VOS=DC290V、VOE=DC240V、VRA=DC200Vにするために、発電機4の回転数をそれぞれ1800rpm、1600rpm、1400rpmに制御する(図3)。 For example, the control unit 7 sets the rotation speed of the generator 4 to 1800 rpm and 1600 rpm in order to set the output voltage of the power conversion unit 5 to the target voltages V OS = DC 290 V, V OE = DC 240 V, and V RA = DC 200 V, respectively. Control to 1400 rpm (FIG. 3).

次に、リフティングマグネット制御システム1の動作を説明すると共に、本発明の実施形態に係るリフティングマグネット制御方法について説明する。図4(a),(b)は、それぞれ、リフティングマグネット2の両端に印加される電圧、及び、リフティングマグネット2に供給される電流の時間波形を示す図である。なお、図4(a)においては、パルス電圧を時間的に平均化して得られる実効電圧の値を示している。また、図4(a),(b)における電圧及び電流の符号については、図1に示した励磁電流Iの向きを正としている。 Next, the operation of the lifting magnet control system 1 will be described, and the lifting magnet control method according to the embodiment of the present invention will be described. FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the voltage applied to both ends of the lifting magnet 2 and the time waveform of the current supplied to the lifting magnet 2, respectively. FIG. 4A shows the value of the effective voltage obtained by averaging the pulse voltage over time. Further, FIG. 4 (a), the the sign of the voltage and current in (b) is in the direction of the excitation current I 1 shown in FIG. 1 as positive.

まず、或る時刻tにおいて、発電機4が駆動されることにより、電力変換部5の直流変換部30に3相の交流電源電圧VAC1〜VAC3が提供される。交流電源電圧VAC1〜VAC3は、直流変換部30によって直流電源電圧VDCに変換される。その後、リフティングマグネット2の励磁を開始するために(時刻t)、Hブリッジ回路部40のスイッチング素子41a及び41dが導通される。これにより、リフティングマグネット2に励磁電流Iが流れる。 First, at a certain time t 0 , when the generator 4 is driven, three-phase AC power supply voltages V AC1 to V AC3 are provided to the DC conversion unit 30 of the power conversion unit 5. The AC power supply voltages V AC1 to V AC3 are converted into the DC power supply voltage V DC by the DC conversion unit 30. Thereafter, in order to start excitation of the lifting magnet 2 (time t 1 ), the switching elements 41 a and 41 d of the H bridge circuit unit 40 are turned on. As a result, the exciting current I 1 flows through the lifting magnet 2.

制御部7は、最初のOS期間Tにおいて、励磁電圧(実効値)、すなわち電力変換部5の出力電圧が目標電圧VOSとなるように発電機4の回転数を大きく設定し、リフティングマグネット2への励磁電流Iを短時間で立ち上げる。次に、制御部7は、OE期間Tにおいて、励磁電圧(実効値)がVOE(<VOS)となるように発電機4の回転数を低下させ、吊荷を容易に捕捉できるようにリフティングマグネット2の磁力を一時的に高める。次に、制御部7は、RA期間Tにおいて、励磁電圧(実効値)がVRA(<VOE)となるように発電機4の回転数を更に低下させ、リフティングマグネット2の定格電力付近の電力を供給しつつ励磁状態を維持する。この定格励磁期間Tは、次の釈放動作へ移行するまで継続される。 The control unit 7, in the first OS period T 1, the excitation voltage (effective value), that is set large rotational speed of the generator 4 so that the output voltage of the power converter 5 becomes the target voltage V OS, the lifting magnet launch the excitation current I 1 to 2 in a short time. Next, the control unit 7, the OE period T 2, the excitation voltage (effective value) and the lower the rotational speed of the generator 4 so that the V OE (<V OS), so that the suspended load can be easily caught The magnetic force of the lifting magnet 2 is temporarily increased. Next, the controller 7 further reduces the rotational speed of the generator 4 so that the excitation voltage (effective value) becomes V RA (<V OE ) in the RA period T 3 , and near the rated power of the lifting magnet 2. The excitation state is maintained while supplying electric power. The rated excitation period T 3 is continued until the process proceeds to the next release operation.

このような励磁電力をリフティングマグネット2へ供給することにより、リフティングマグネット2が励磁され、鉄片等の吊荷を吸着して持ち上げることが可能となる。   By supplying such excitation power to the lifting magnet 2, the lifting magnet 2 is excited, and it becomes possible to attract and lift a suspended load such as an iron piece.

次に、リフティングマグネット2から鉄片等を釈放(解放)するべく、リフティングマグネット2の消磁を開始するために(時刻t)、Hブリッジ回路部40のスイッチング素子41a及び41dが非導通とされ、スイッチング素子41b及び41cが導通される。これにより、リフティングマグネット2の電流の向きが反転し、釈放電流Iが流れる(期間T)。この釈放電流Iは、リフティングマグネット2のインダクタンスの影響から或る時定数でもって所定値に近づく。これにより、リフティングマグネット2および吊荷が消磁され、吊荷が開放される。 Next, in order to release the iron pieces from lifting magnet 2 (release) (time t 2) in order to initiate the demagnetization of the lifting magnet 2, the switching elements 41a and 41d of the H-bridge circuit portion 40 is non-conductive, Switching elements 41b and 41c are conducted. As a result, the direction of the current of the lifting magnet 2 is reversed, and the release current I 2 flows (period T 4 ). The release current I 2 approaches a predetermined value with a certain time constant due to the influence of the inductance of the lifting magnet 2. Thereby, the lifting magnet 2 and the suspended load are demagnetized, and the suspended load is released.

その後、Hブリッジ回路部40のスイッチング素子41b及び41cが非導通とされ、電力回生のためスイッチング素子41a及び41dが一定時間だけ導通された後(期間T)、全てのスイッチング素子41a〜41dが非導通とされて電力供給が停止される。 Thereafter, the switching elements 41b and 41c of the H-bridge circuit portion 40 is non-conductive, after the switching element 41a and 41d for electric power regeneration is conductive for a certain time (time T 5), all the switching elements 41a~41d The power supply is stopped due to non-conduction.

ところで、従来のリフティングマグネット制御システムでは、リフティングマグネットの励磁期間において、リフティングマグネットに一定の電圧を供給するために、発電機の回転数を一定に保持していた。また、従来のリフティングマグネット制御システムでは、電力変換部におけるPWM制御を考慮して、発電機の回転数を大きめに設定していた。例えば、発電機の回転数を大きめの2000rpmに設定していた(図3参照)。   By the way, in the conventional lifting magnet control system, in order to supply a constant voltage to the lifting magnet during the excitation period of the lifting magnet, the rotational speed of the generator is kept constant. Further, in the conventional lifting magnet control system, the rotational speed of the generator is set to be large in consideration of PWM control in the power converter. For example, the rotational speed of the generator was set to a larger 2000 rpm (see FIG. 3).

しかしながら、本実施形態のリフティングマグネット制御システム1及びリフティングマグネット制御方法によれば、リフティングマグネット2の励磁期間において、電力変換部5の出力電圧を次第に低下させるように発電機4の回転数を制御するので、発電機4の回転数が次第に低下することとなる。したがって、発電機4の回転数を一定制御していた従来に比して、リフティングマグネット2の励磁期間における消費エネルギーを低減することができる。例えば、図3において、斜線領域Aに相当する消費エネルギーを低減することができる。   However, according to the lifting magnet control system 1 and the lifting magnet control method of the present embodiment, during the excitation period of the lifting magnet 2, the rotational speed of the generator 4 is controlled so as to gradually decrease the output voltage of the power converter 5. Therefore, the rotation speed of the generator 4 will fall gradually. Therefore, the energy consumption during the excitation period of the lifting magnet 2 can be reduced as compared with the conventional case where the rotational speed of the generator 4 is controlled to be constant. For example, in FIG. 3, the energy consumption corresponding to the shaded area A can be reduced.

このように、従来の電力変換部のHブリッジ回路部におけるPWM制御による電圧制御に代えて、発電機の回転数制御による電圧制御を行うことによって、電力変換部5のHブリッジ回路部40におけるスイッチング素子41a〜41dのデューティを固定することができる。換言すれば、スイッチング素子41a〜41dには、リフティングマグネット2の励磁及び消磁のための電圧変化に対する高速応答性が要求されない。したがって、電力変換部5のHブリッジ回路部40におけるスイッチング素子41a〜41dとして、比較的高速なトランジスタやIGBTなどの無接点スイッチに代えて、比較的低速な機械式スイッチなどの有接点スイッチを用いることができる。その結果、低価格化を実現することができる。また、メンテナンス性を向上することができる。   Thus, instead of the voltage control by the PWM control in the H bridge circuit unit of the conventional power conversion unit, the voltage control by the rotation speed control of the generator is performed, so that the switching in the H bridge circuit unit 40 of the power conversion unit 5 is performed. The duty of the elements 41a to 41d can be fixed. In other words, the switching elements 41 a to 41 d are not required to have high-speed response to voltage changes for exciting and demagnetizing the lifting magnet 2. Accordingly, as the switching elements 41a to 41d in the H bridge circuit unit 40 of the power conversion unit 5, a contact switch such as a relatively low speed mechanical switch is used instead of a contactless switch such as a relatively high speed transistor or IGBT. be able to. As a result, the price can be reduced. Also, maintainability can be improved.

更に、有接点スイッチは、無接点スイッチIGBTと比較して、比較的内部抵抗が小さいので発熱が小さいという利点を有する。また、有接点スイッチは、IGBTのようにドライブ回路や煩雑な制御回路が不要となり、信頼性を向上することができる。また、有接点スイッチは、ノイズを発生させないため、EMC対策が容易に、もしくは不要になる。また、有接点スイッチは、部品の入手性がよく、交換も非常に簡単である。このように、有接点スイッチを用いることによって、高性能、高信頼性、低価格が実現可能である。また、有接点スイッチでは、アークレス回路(微小アーク有)使用により接点消耗を飛躍的に減少することができ、メンテナンス性を大幅に向上することができる。   Further, the contact switch has an advantage that heat generation is small because the internal resistance is relatively small compared to the contactless switch IGBT. Further, the contact switch does not require a drive circuit or a complicated control circuit like the IGBT, and can improve reliability. In addition, since the contact switch does not generate noise, it is easy or unnecessary to take EMC countermeasures. In addition, the contact switch has high availability of parts and is very easy to replace. Thus, by using a contact switch, high performance, high reliability, and low price can be realized. Further, in a contact switch, contact wear can be drastically reduced by using an arcless circuit (with a minute arc), and maintenance can be greatly improved.

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。また、本実施形態では、制御部7は、リフティングマグネット2の励磁期間T〜Tにおいて発電機4の回転数を制御したが、リフティングマグネット2の励磁期間T〜T以外において、発電機4の動作を停止することが好ましい。これによって、リフティングマグネット2の励磁期間T〜T以外の期間における消費エネルギーをも低減することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. In the present embodiment, the control unit 7 controls the number of revolutions of the generator 4 during the excitation periods T 1 to T 3 of the lifting magnet 2, but the power generation is performed outside the excitation periods T 1 to T 3 of the lifting magnet 2. It is preferable to stop the operation of the machine 4. Thereby, the energy consumption in periods other than the excitation periods T 1 to T 3 of the lifting magnet 2 can also be reduced.

また、本実施形態では、電力変換部5のHブリッジ回路部40におけるスイッチング素子41a〜41dとして有接点スイッチを用いたが、無接点スイッチが用いられてもよい。無接点スイッチとしては、機械的に接触する接点を有さないスイッチであって、トランジスタなどの半導体スイッチやIGBTなどが適用可能である。無接点スイッチは、比較的内部抵抗が大きいので発熱が大きい反面、スイッチング速度が比較的速いという特徴を有する。   Moreover, in this embodiment, although the contact switch was used as switching element 41a-41d in the H bridge circuit part 40 of the power converter 5, a non-contact switch may be used. As the non-contact switch, a switch that does not have a mechanical contact point, a semiconductor switch such as a transistor, an IGBT, or the like is applicable. The non-contact switch has a feature that heat generation is large because of its relatively large internal resistance, but switching speed is relatively fast.

1…リフティングマグネット制御システム、2…リフティングマグネット、3…発電機駆動部、4…発電機、5…電力変換部、6…目標値供給部、7…制御部、30…直流変換部、31a〜31f…ダイオード、40…Hブリッジ回路部、41a〜41d…スイッチング素子、42a〜42d…ダイオード、50…消磁用エネルギー吸収部、51…容量素子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lifting magnet control system, 2 ... Lifting magnet, 3 ... Generator drive part, 4 ... Generator, 5 ... Power conversion part, 6 ... Target value supply part, 7 ... Control part, 30 ... DC conversion part, 31a- 31f ... Diode, 40 ... H bridge circuit part, 41a-41d ... Switching element, 42a-42d ... Diode, 50 ... Energy absorption part for demagnetization, 51 ... Capacitance element.

Claims (4)

発電機と、
前記発電機の発電電力を変換してリフティングマグネットへ供給する電力変換部と、
前記リフティングマグネットの励磁期間において、前記電力変換部の出力電力を次第に低下させるように、前記発電機の回転数を制御する制御部と、
を備える、
リフティングマグネット制御システム。
A generator,
A power converter that converts the power generated by the generator and supplies it to the lifting magnet;
A control unit that controls the number of revolutions of the generator so as to gradually reduce the output power of the power conversion unit during the excitation period of the lifting magnet;
Comprising
Lifting magnet control system.
前記制御部は、
前記リフティングマグネットの励磁期間におけるオーバーシュート期間、オーバーエキサイト期間、定格励磁期間の順に段階的に低下する目標電力パターンを有し、
前記電力変換部の出力電力が前記目標電力パターンとなるように、前記発電機の回転数を制御する、
請求項1に記載のリフティングマグネット制御システム。
The controller is
Having a target power pattern that gradually decreases in the order of an overshoot period, an overexcitation period, and a rated excitation period in the excitation period of the lifting magnet;
Controlling the number of revolutions of the generator so that the output power of the power converter becomes the target power pattern,
The lifting magnet control system according to claim 1.
前記電力変換部は、
前記発電機の発電電力を直流電力に変換する直流変換部と、
前記直流変換部の直流電力を受けて、前記リフティングマグネットの励磁及び消磁を制御するHブリッジ回路部と、
を有し、
前記Hブリッジ回路部におけるスイッチング素子は、有接点スイッチである、
請求項1に記載の制御回路。
The power converter is
A direct current converter that converts the generated power of the generator into direct current power;
An H bridge circuit unit that receives direct current power of the direct current converter and controls excitation and demagnetization of the lifting magnet;
Have
The switching element in the H bridge circuit unit is a contact switch.
The control circuit according to claim 1.
発電機と、前記発電機の発電電力を変換してリフティングマグネットへ供給する電力変換部と、前記電力変換部の出力電力を制御する制御部とを備えるリフティングマグネット制御システムを用いたリフティングマグネット制御方法であって、
前記リフティングマグネットの励磁期間において、前記電力変換部の出力電力を次第に低下させるように、前記発電機の回転数を制御する、
リフティングマグネット制御方法。
Lifting magnet control method using a lifting magnet control system comprising: a generator; a power converter that converts the power generated by the generator and supplies the power to the lifting magnet; and a controller that controls the output power of the power converter. Because
In the excitation period of the lifting magnet, the rotational speed of the generator is controlled so as to gradually reduce the output power of the power converter.
Lifting magnet control method.
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