JP2011529787A - ローラーミルおよび被粉砕材料の粉砕方法 - Google Patents

Abstract

本発明のローラーミルは、研削テーブル（１０）と、少なくとも１つの研削ローラー（１１，１２）と、ロータ巻線及びステータ巻線をそれぞれもち、該ローラーミルを駆動するための少なくとも２つのモータ（駆動装置）（１３，１４）と、少なくとも１つの駆動装置のモータトルクを調整するための少なくとも１つの制御装置（２０，２１）とを有している。制御装置は、ロータ電流に影響を与える目的で少なくとも１つの駆動装置のロータ巻線（１３ｂ，１４ｂ）に接続されている。

Description

本発明は、ローラーミルおよび被粉砕材料の粉砕方法に係り、特に研削テーブルと、少なくとも１つの研削ローラーと、ローラーミルを駆動するための少なくとも２つの駆動装置とを有するローラーミルに係る。

実際には、ローラーミルにおいては、研削ベッドを介して研削ローラーを駆動する研削テーブルの駆動が行われるのが普通である。しかしながら、この構成では性能レベルに大きな変動が生じ、そのために駆動系に大きな負荷がかかり、確実に伝達される駆動力が非常に限定される結果となる。

下掲の特許文献１に記載のローラーミルにおいては、研削ローラー毎に１つの駆動モータが関連づけられている。さらに、研削テーブルは補助駆動装置を備えている。

また、ローラーの駆動については、下掲特許文献２にも示唆されている。同特許文献の記載によると、個々の研削ローラーが一方では研削テーブルおよび研削テーブルに載置した被粉砕材料または被粉砕材料床を介して相互に連結されており、また他方では個々の研削ローラーの電力消費が大きく相違する場合が生じ得る。このことによって、例えば、研削テーブル上の転がり径（力を加える地点または半径の位置）、個々の研削ローラーの有効径（摩耗等による）、研削テーブルと研削ローラーの相互作用中に引き込まれる被粉砕材料の性質等の相違を生む結果となる場合がある。

個々の研削ローラーの間の速度変動がごく小さな場合でも、駆動装置においては比較的大きな電源変動となる。この結果、研削ローラーは絶えず加速または減速されていることになる。つまり、個々に駆動される研削ローラーが相互に逆らって動作することになり、粉砕動作に必要な電力またはエネルギーが大きくなる結果となる。

従って、特許文献２では、すべての被駆動研削ローラーの個々の回転駆動装置間の動作変動を、共通の負荷補償調整システムによって補償することを提案している。しかしながら、研削テーブルと研削ローラーとの間で動的伝達が変化する場合、各駆動装置の電力消費は非常に異なったものとなる。

下掲の特許文献３はさらに、２つ以上の駆動装置を配設して研削テーブルを駆動するように構成したローラーミルを開示している。駆動装置として電気モータが設けられており、これらの電気モータは周波数変換器から電力供給を受け、それによって速度およびトルクの調節が行う。周波数変換器は、すべての駆動装置を同期的に動作させることができるように、マスター／スレーブの原則に則って構成される。しかしながら、このような周波数変換器を使うことで駆動系のコストが高くなる。

下掲の特許文献４は、直接トルク調整システムを有する補助駆動装置を備えたエッジミルに関する。

ＤＥ ３８ ０１ ７２８ ＤＥ １９７ ０２ ８５４ Ａ１ ＤＥ−Ａ１−１０ ２００６ ０５０ ２０５ ＤＥ ２０１ ０６ １７７ Ｕ１

従って、本発明の目的は調節装置のコストを低減することにある。

この目的は、請求項１および請求項１４に記載の本発明の特徴によって達成される。

本発明によるローラーミルは、研削テーブルと、少なくとも１つの研削ローラーと、ロータ巻線及びステータ巻線をそれぞれもち、ローラーミルを駆動する少なくとも２つの駆動装置と、少なくとも１つの駆動装置のモータトルクを調整するための少なくとも１つの調整装置とを有している。調整装置はロータ電流に影響を及ぼすために少なくとも１つの駆動装置のロータ巻線に接続されている。

研削テーブルと、少なくとも１つの研削ローラーと、ロータ巻線及びステータ巻線をそれぞれもち、ローラーミルを駆動する少なくとも２つの駆動装置と、少なくとも１つの調整装置とを有するローラーミルを用いて被粉砕材料を粉砕する本発明による方法では、調整装置が少なくとも１つの駆動装置のロータ巻線に接続され、モータトルクを調整することによって補償調整動作を行う。この調整は、少なくとも１つの駆動装置のロータ巻線の電流に影響を与えることによって行い、各駆動装置の出力を相互に関して所定の関係となるように調整する。

また、本発明の中で言うロータ巻線とは、かご形ロータを有する非同期モータのかご形巻線であると理解されることを意図している。

モータトルクの影響は、ロータ電流に直接影響を与えることでもたらされ、それによって固定子電流が間接的に影響される。

ロータ電流の影響は、例えば、この種の影響では公称モータ出力の通常３０％以下である動作点と公称点との間の速度偏差にその出力が依存する変換器によってもたらすことができる。従って、出力が実質的に低い変換器を使用することができる。変換器のコストはその出力にほぼ比例するため、この場合では７０％またはそれ以上のコスト削減を達成できる。ローラーミルの駆動装置を複数の装置に分割することにより、それに伴ってより小型のモータおよびより簡単な歯車機構を使用できるという利点が得られる。さらに、駆動装置に不具合（冗長性）が生じた場合でも研削動作を中断する必要が無いようにシステムを構成することができる。

従属請求項は、本発明のさらなる利点及び構成に関するものである。

好ましくは、駆動装置は非同期モータによって構成され、影響を受けるべき少なくとも１つのモータが特にスリップリングモータによって形成される。調整装置の出力を関連駆動装置の公称出力の５０％未満、好ましくは３０％以下とすると良い。例えば周波数変換器、電力変換器をカスケード配列したもの、またはマトリックスコンバータを調整装置として使用することができる。調整装置に関しては、位置を固定するように、あるいは駆動装置のロータと共に回転するように構成することも考えられる。

調整装置の出力を相応的に低くできるため、電圧が例えば６９０Ｖ以下の低電圧システムを提供することが可能となる。

少なくとも２つの駆動装置は、研削ローラーおよび／または研削テーブルを選択的に駆動することができる。

添付図面を参照しながら以下に行う実施形態の説明から、発明のその他の利点と構造についても明らかとなろう。

補償調整装置を有するローラーミルの概略図である。 中間電圧回路を備える周波数変換器として構成された調整装置の概略図である。 電力変換器をカスケード配列して構成された調整装置の概略図である。 マトリックスコンバータの形をとる調整装置の概略図である。 ロータと共に回転する調整装置の概略図である。

図１に示すローラーミル１は、研削テーブル１０と、少なくとも２つの研削ローラー１１，１２と、これら２つの研削ローラー１１，１２を駆動するための少なくとも２つの駆動装置１３，１４とを有している。各駆動装置は、モータと、任意に歯車機構を備える。本発明においては、言うまでもなく複数の研削ローラー、特に３本、４本、またはそれ以上の研削ローラーを設けることも可能である。

研削テーブル１０は回転軸１０ａを中心として回転自在であり、被駆動研削ローラー１１，１２と、研削ローラーと研削テーブルとの間に位置する被粉砕材料３のみによって回転させることができる。ただし、研削テーブルと関連づけられる少なくとも１つのモータを備える別個の駆動装置を設けることも考えられる。

研削ローラー１１，１２の回転運動の研削テーブル１０への伝達は、被粉砕材料３を介して行われる。実際には、被粉砕材料床が均等に形成されていないため、研削ローラーから研削テーブルへの伝達率が連続的に変化する。伝達率が最終的に決定されるのは、研削ローラーの軸と研削テーブルの軸との間の力の作用点の間隔によってである。図面では、研削ローラー１１の力の作用点の回転軸１０ａに対する間隔ｒ_１の方が研削ローラー１２の力の作用点の回転軸１０ａに対する間隔ｒ_２より小さくなっている。

しかしながら、伝達率の違いがごくわずかしかないと、研削ローラー１１，１２の速度がほぼ同じである場合に異なるトルクが研削テーブルに伝達されることになる。それによって、一方の駆動装置が他方の駆動装置に関して制動または加速される。

負荷補償調整システムおよびそれと関連づけられた比較的類似のトルクについても、伝達率の相違により出力レベルの相違につながる。その結果生じる駆動装置の大きな電源変動によって、エネルギー必要量が増大する。さらに、駆動装置間で望ましい出力分布を達成することが困難になる。

このような影響を防止するために、補償調整装置２が設けられており、少なくとも１つの駆動装置のモータトルク（従って任意にロータ速度も）を調整することによって、駆動装置１３，１４の出力を相互に関して所定の比率に調整する。図示の実施形態では、同一の駆動装置１３，１４が同じ構成の２本の研削ローラー１１，１２用として設けられており、補償調整装置２が２つの駆動装置の出力を同一レベルに保持している。

しかしながら、１つまたはそれ以上の研削ローラーに加えて、研削テーブルも別個の駆動装置を備えること、また異なるサイズの研削ローラーを使用することも考えられる。このような場合、駆動装置を異なる出力レベルで動作させることも可能となる。

図示の実施形態では、補償調整装置２は実質的に、駆動装置１３，１４とそれぞれ関連づけられており変換器として構成されている調整装置２０，２１と、電力補償調整器２２と、任意に研削テーブル速度調整器２３とから成る。

駆動装置１３，１４は好ましくは非同期モータ、特にそのステータ巻線１３ａ，１４ａが電源網１４（三相給電網、低電圧または中電圧）に接続され、そのロータ巻線１３ｂ，１４ｂが調整装置２０または２１にそれぞれ接続されているスリップリングモータによって形成されている。調整装置２０，２１は最大電圧６９０Ｖの低電圧システムとするのが好ましい。従って、調整装置２０，２１は任意に変圧器１６を介して電源網１５に接続される。

調整装置２０，２１は駆動装置１３，１４からの現時点でのモータ電流およびモータ電圧を測定する。各駆動装置の電力消費はこれを基に決定され、係数（図示の２つの駆動装置のこの時点での同一出力レベルが同じ場合、係数は０．５）で加重されて、該駆動装置の目標値となるスライディング総平均値が形成される。抵抗トルクがほぼ一定である場合、この値は実質的にそれぞれの駆動装置の速度にのみ依存する。

駆動装置の実際の出力レベルと駆動装置の所要出力レベルとの間の偏差が電力補償調整器２２に伝達され、それによって２つの駆動装置１３，１４それぞれのロータ電流を然るべく適合させることにより両駆動装置の出力調整が行われ、両駆動装置の出力が所定の比率になるように、この場合では同レベルになるように調整が行われる。

また、研削テーブル速度用としてさらに別の調整システムを設けるのが有利であり、この例では研削テーブル速度調整器２３によってそれが実施されている。研削テーブル速度調整器２３が研削テーブル速度センサ（詳細不図示）に接続され、十分に短い間隔で研削テーブル１０の速度の実測値を受信し、これを目標値ｎ_Ｓｏｌｌと比較し、そこから調整偏差を導き出す。調整器が固定想定伝達率を用いて出力補償装置２２用として目標速度値を生成し、出力補償装置２２はこの値を変更することができる。

調整装置２０，２１はまた、内部速度調節器と、該調節器と共に動作するモータモデルとを備え、これらによって駆動装置の駆動速度とモータトルクを導き出すように構成しても良い。補償調整装置の機能を保証するためには、各調整装置が５〜１０ミリ秒ごとに制御データおよびステータスデータを読み取りまたは出力できるようにするのが有利である。

技術的制御の面から言うと、このシステムはカスケード調整システムであり、個々のレベルが相互に動的に分離されているため、個別に考慮することができる。上記の調整システムの利点は、出力補償調整システムを用いることによって、駆動装置１３，１４の電力消費がごくわずかなものとなり、システムに相当の変化（伝達ジャンプ等）があった場合でもそれを素早く修正できる点にある。

さらに、使用する変換器が研削テーブル速度を除くすべての関連データを提供することができるため、コスト高で保守に手のかかる測定技術をほぼ完全に排除できることも有利である。調整装置２０，２１を用いることで、ほぼ電力を使用することなく調整介入を行うことができ、全体的な効率レベルは非調整駆動装置と同じレベルになる。

調整装置２０，２１は変換器で構成するのが有利であるが、先行技術でそうであるように、駆動装置１３，１４の全出力を調整装置２０，２１によって調整できるようにする必要はない。調整装置が駆動装置のロータ巻線に接続されている場合、ロータ電流に調整の影響を与えることができる。このように駆動装置に影響を与えることで、調整装置の出力を関連する駆動装置の公称出力レベルよりかなり小さく選択することが可能となる。好ましくは調整装置の出力を、関連する駆動装置の公称出力の５０％未満、より好ましくは３０％以下とする。変換器として構成される調整装置のコストは、調整装置の出力に比例的に依存するため、調整装置のコストの５０％または７０％以上をこのようにして節減することができる。

図２〜図５を参照して、調整装置２０または２１の種々の実施形態について以下に記載する。

図２の実施形態において、調整装置２０または２１は中間電圧回路を有する周波数変換器２０．１として構成されている。調整装置は実質的に入力段２０ａと出力段２０ｂと中間回路２０ｃとから成る。入力段２０ａは固定周波数三相電流を中間回路用の直流電流に変換し、またその逆も行う（供給路に戻す）のに対し、出力段は直流電流を可変周波数交流電流に変換し、またその逆も行う。中間回路２０ｃはキャパシタを備え、入力段と出力段を分離する働きをしている（エネルギーを蓄積）。

この調整装置によると、減速（供給エネルギーを電源網に戻す）だけでなく加速（追加的なエネルギーの供給）も可能となる。モータの磁化に特定的に影響を与えることも可能である（電源網に対する容量性負荷として説明することもできる）。

さらに、起動モジュール２０ｄを設けることも可能であるが、起動モジュールが必要となるのは、定格負荷下（またはそれより上）で駆動装置１３，１４を始動しなければならない場合に限られる。その場合の起動動作時には、起動モジュール２０ｄが調整装置ではなくロータ巻線に接続される。ただし、ローラーミルが負荷のかからない状態（任意に定格負荷の５０％より小さい部分負荷で）で始動される場合、この起動モジュールの必要はない。

図３においては、調整装置２０，２１が電力変換器のカスケード構造２０．２として構成されている。これは次同期変換器カスケードである。特異的電流の影響により、モータの滑り、ひいては駆動装置の速度またはモータトルクに対して特異的に影響を与えることができる。この目的のために、ロータ電流が整流器２０ｅにより整流されて、インダクタ２０ｆに一時的に蓄えられる。電力変換器カスケードはサイリスタ段２０ｇを介してエネルギーを電源網に戻すことができる。

電力変換器カスケードの利点は、同期速度付近での動作が構成要素に対して問題にならない点にある。また、周波数変換器２０．１に比べて構成要素の数が少なくてすみ、特に中間回路キャパシタを省略することが可能になるため、寿命が延びる結果となる。

図４に示した実施形態の調整装置２０，２１は、マトリックスコンバータ２０．３によって形成されている。対応する切り替え要素により、固定周波数入力位相がタイミングエラーを生じることなく相互に接続されているため、可変周波数出力電圧を生成することができる。エネルギーの流れは両方向で可能である。マトリックスコンバータの利点は、蓄電モジュール（キャパシタやインダクタ）を必要としない点にある。さらにこの場合、同期速度付近の運転でも構成要素にはその動作方法により何ら問題を生じない。さらに、付加的な要素を用いることなく両方向でのエネルギーの流れが可能である。従ってこの調整装置は他の実施形態に比べてさらに効率が良くなっていると言える。

最後に、図５はロータ巻線１３ｂ，１４ｂと共回転する調整装置２０，２１を示す別の概略図である。これによると、例えばスリップリングを介してではなく誘導結合を介してエネルギーの流れを伝達することができる。そのためスリップリングを省略することが可能になる。

調整装置２０，２１によるロータ電流の影響があるため、調整装置に必要な電力は、動作点と公称点との間の速度偏差に従って設計される。従って、調整装置に必要な電力は、駆動装置の公称モータ出力の３０％以下となるのが普通である。

これまでローラーミルは研削テーブルのみによって駆動されるのが一般的であり、それに伴って大型の駆動装置が必要であったが、複数の駆動装置を用いた場合、配線コストや接続コストが大幅に低くなる中電圧また低電圧モータを使用することが可能になる。それに伴って調整装置の電力も低くすむため、調整しようとするモータ出力レベルが高い場合でも低電圧調整装置を使用することも可能になる。

従って、従来の単独モータ駆動装置に比べて、より信頼性が高く、しかもより経済的なマルチモータ駆動装置を実現することができる。また、余り費用をかけることなくミル駆動力レベルを大きくすることも考えられる。

Claims (17)

1. 研削テーブル（１０）と、少なくとも１つの研削ローラー（１１，１２）と、ロータ巻線（１３ｂ，１４ｂ）及びステータ巻線（１３ａ，１４ａ）をそれぞれもち、ローラーミルを駆動する少なくとも２つの駆動装置（１３，１４）と、少なくとも１つの駆動装置のモータトルクを調整するための少なくとも１つの調整装置（２０，２１）とを有するローラーミルであって、前記調整装置（２０，２１）はロータ電流に影響を及ぼすために少なくとも１つの駆動装置（１３，１４）の前記ロータ巻線（１３ｂ，１４ｂ）に接続されていることを特徴とするローラーミル。
2. 前記駆動装置（１３，１４）が非同期モータにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
3. 少なくとも（ｎ−１）個（ｎは駆動装置の数）の駆動装置（１３，１４）がスリップリングモータにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
4. 前記調整装置（２）の出力が、関連する駆動装置（１３，１４）の公称出力の５０％未満であることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
5. 前記調整装置（２）の出力が、関連する駆動装置（１３，１４）の公称出力の好ましくは３０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
6. 駆動装置（１３，１４）の実測値が共回転式モータモデルを介して導き出されることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
7. 前記調整装置（２０，２１）が周波数変換器（２０．１）であることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
8. 前記調整装置（２０，２１）が電力変換器（２０．２）をカスケード構成したものであることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
9. 前記調整装置（２０，２１）がマトリックスコンバータ（２０．３）であることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
10. 前記調整装置（２０，２１）が駆動装置のロータと共に回転することを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
11. 前記調整装置（２０，２１）が低電圧システムであることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
12. 前記低電圧システムの電圧が６９０Ｖ以下であることを特徴とする、請求項１１に記載のローラーミル。
13. 前記少なくとも１つの研削ローラー（１１，１２）および／または前記研削テーブル（１０）がそれぞれ少なくとも１つの関連駆動装置（１３，１４）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のローラーミル。
14. 研削テーブル（１０）と、少なくとも１つの研削ローラー（１１，１２）と、ロータ巻線（１３ｂ，１４ｂ）及びステータ巻線（１３ａ，１４ａ）をそれぞれもち、ローラーミルを駆動する少なくとも２つの駆動装置（１３，１４）と、モータトルクを調整するための少なくとも１つの調整装置（２０，２１）とを有し、補償調整動作を行って少なくとも１つの駆動装置のモータトルクを調整するように構成されたローラーミルを用いて被粉砕材料を粉砕する方法であって、前記調整装置を少なくとも１つの駆動装置（１３，１４）のロータ巻線に接続し、前記ロータ巻線（１３ｂ，１４ｂ）の電流に影響を与えることによって調整を行い、前記駆動装置の出力を相互に関して所定の関係となるように調整することを特徴とする方法。
15. 前記補償調整が負荷補償調整であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記補償調整が出力補償調整であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
17. 前記駆動装置（１３，１４）の速度を、研削テーブル（１０）の所定の速度をさらに維持できるように調整することを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。

Images