JP2019064747A - Control system of lifting magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、荷役作業や建設作業で吊り荷を持ち上げて移動させるためのリフティングマグネットの制御システムに関する。 The present invention relates to a control system of a lifting magnet for lifting and moving a suspended load in cargo handling work and construction work.
リフティングマグネットは、電流を特定の方向に流してマグネット（電磁石コイル）を励磁することで、金属部材等の吊り荷を吸着して持ち上げるものである。吊り荷の釈放はマグネットの消磁、具体的には電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを電源側に回生し、回路に設けられる抵抗素子や容量素子によってエネルギーを吸収した後、電流を逆向きに流して電磁石コイルを逆励磁することにより行う。例えば、特許文献１〜４には、リフティングマグネットの駆動回路が開示されている。 The lifting magnet attracts and lifts a suspended load such as a metal member by flowing a current in a specific direction to excite the magnet (electromagnetic coil). Release of the suspension load demagnetizes the magnet. Specifically, the energy stored in the electromagnet coil is regenerated to the power supply side, the energy is absorbed by the resistive element or capacitive element provided in the circuit, and then the current flows in the reverse direction. It carries out by reversely exciting an electromagnet coil. For example, Patent Documents 1 to 4 disclose driving circuits for lifting magnets.
特許文献１〜４に記載された駆動回路では、逆励磁時に電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを抵抗素子により吸収することができないため、容量素子に過度に電圧が掛かったり、消磁時間が長引くおそれがある。そこで、本発明は容量素子を過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができるリフティングマグネットの制御システムを提供することを目的とする。 In the drive circuits described in Patent Documents 1 to 4, the energy stored in the electromagnet coil can not be absorbed by the resistance element at the time of reverse excitation, so there is a possibility that the voltage may be excessively applied to the capacitance element or the demagnetization time may be prolonged. is there. Then, an object of this invention is to provide the control system of the lifting magnet which can shorten demagnetization time, protecting a capacitive element from overvoltage.
上記課題を解決し得た本発明のリフティングマグネットの制御システムは、交流電源と、交流電源に接続されている整流回路と、整流回路の出力端に接続されている容量素子と、整流回路の出力を、リフティングマグネットの電磁石コイルに供給し、互いに直列接続されている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、互いに直列接続されている第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子と、を有するＨブリッジ回路と、を有しているリフティングマグネットの制御システムであって、さらに、容量素子とＨブリッジ回路の間に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間に一方端が接続され、第５のスイッチング素子と第６のスイッチング素子の間に他方端が接続されている抵抗素子と、を有する点に要旨を有する。本発明の制御システムは、６つのスイッチング素子と、上記のように接続されている抵抗素子を有しているため、電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを励磁動作時だけでなく、逆励磁動作時にも抵抗素子により吸収することができる。このため、コンデンサを過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができる。 The control system for a lifting magnet according to the present invention, which has solved the above problems, includes an AC power supply, a rectifier circuit connected to the AC power supply, a capacitive element connected to an output end of the rectifier circuit, and an output of the rectifier circuit. Are supplied to the electromagnet coil of the lifting magnet, and the first switching element and the second switching element connected in series with each other, and the third switching element and the fourth switching element connected in series with each other A control system for a lifting magnet having an H bridge circuit, and further comprising a fifth switching element and a fifth switching element connected in parallel between the capacitive element and the H bridge circuit and in series with each other One end is connected between the six switching elements, the first switching element and the second switching element , It includes the features in that it has a resistance element and the other end is connected between the fifth switching element and a sixth switching element. Since the control system of the present invention has six switching elements and the resistance element connected as described above, the energy stored in the electromagnet coil can be used not only during excitation operation but also during reverse excitation operation. It can be absorbed by the resistive element. Therefore, the demagnetization time can be shortened while protecting the capacitor from the overvoltage.
さらに、第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子の導通状態を制御する制御回路と、を有し、制御回路は、電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを抵抗素子、容量素子またはＨブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、電磁石コイルとＨブリッジ回路との間、または電磁石コイルと抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子を制御することが好ましい。 Further, the control circuit controls the conduction state of the first to sixth switching elements, and the control circuit controls the electric energy stored in the electromagnet coil as the resistance element, the capacitance element, or the H bridge circuit side. Controlling the first to sixth switching elements so as to form a closed loop circuit between the electromagnet coil and the H bridge circuit or between the electromagnet coil and the resistance element during the regeneration operation to regenerate the preferable.
制御回路は、電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを抵抗素子、容量素子またはＨブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、電磁石コイルとＨブリッジ回路との間、および電磁石コイルと抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子を制御することが好ましい。 The control circuit is operated between the electromagnet coil and the H bridge circuit and between the electromagnet coil and the resistance element during regeneration operation to regenerate the electric energy stored in the electromagnet coil to the resistance element, capacitance element or H bridge circuit side. Preferably, the first to sixth switching elements are controlled to form a closed loop circuit.
制御回路は、回生動作時に電磁石コイルの回生電流が所定値以下であると判別したときに、電磁石コイルとＨブリッジ回路との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子〜第６のスイッチング素子を制御することが好ましい。 The control circuit is configured to form the closed loop circuit between the electromagnet coil and the H bridge circuit when it is determined that the regeneration current of the electromagnet coil is less than or equal to the predetermined value during the regeneration operation. It is preferable to control the switching element.
回生動作時に整流回路の高電位側出力端に接続されている高電位側電路において、電磁石コイルから前記閉ループ回路側に向かって回生電流が流れたときに、制御回路は、第１のスイッチング素子を断続的に導通させ、第５のスイッチング素子を連続的に導通させ、残りのスイッチング素子を不通とすることが好ましい。 When the regenerative current flows from the electromagnet coil toward the closed loop circuit in the high potential side electric path connected to the high potential side output end of the rectifier circuit during the regeneration operation, the control circuit performs the first switching element It is preferable to intermittently conduct, to continuously conduct the fifth switching element, and to disconnect the remaining switching elements.
第１のスイッチング素子の断続的な導通間隔が１００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下であってもよい。 The intermittent conduction interval of the first switching element may be 100 Hz or more and 1 kHz or less.
本発明のリフティングマグネットの制御システムによれば、電磁石コイルに蓄積されたエネルギーを励磁動作時だけでなく逆励磁動作時にも抵抗素子により吸収することができる。このため、コンデンサを過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができる。 According to the control system of the lifting magnet of the present invention, the energy stored in the electromagnet coil can be absorbed by the resistance element not only in the excitation operation but also in the reverse excitation operation. Therefore, the demagnetization time can be shortened while protecting the capacitor from the overvoltage.
以下、下記実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be more specifically described based on the following embodiments, but the present invention is not limited by the following embodiments as a matter of course, and modifications can be appropriately made within the scope which can conform to the above and below. In addition, it is of course possible to carry out, and all of them are included in the technical scope of the present invention.
本発明のリフティングマグネットの制御システムは、油圧ショベルのアームの先端部に設けられているリフティングマグネットによって、荷役作業中や建設作業中に金属部材等の吊り荷の吸着および釈放動作を行うために用いられる。図１に本発明の実施の形態に係るリフティングマグネットの制御システムの構成を示す。図１に示すように、制御システム１は、交流電源１０と、整流回路１１と、容量素子１５と、Ｈブリッジ回路３０とを有している。リフティングマグネット５には、電磁石コイル６が内蔵されており、通電すると磁力を発生する。リフティングマグネット５の直径は、１１００ｍｍ以上、１３００ｍｍ以上、または１５００ｍｍ以上であってもよく、２０００ｍｍ以下であってもよい。以下では、リフティングマグネットの制御システムを単に「制御システム」と称することがある。また、リフティングマグネットを単に「マグネット」と称することがある。 The control system of the lifting magnet according to the present invention is used by the lifting magnet provided at the tip of the arm of the hydraulic shovel to perform suction and release operations of suspended loads such as metal members during cargo handling and construction. Be FIG. 1 shows the configuration of a control system of a lifting magnet according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the control system 1 includes an AC power supply 10, a rectifier circuit 11, a capacitive element 15, and an H bridge circuit 30. An electromagnet coil 6 is built in the lifting magnet 5 and generates a magnetic force when energized. The diameter of the lifting magnet 5 may be 1100 mm or more, 1300 mm or more, 1500 mm or more, or 2000 mm or less. Hereinafter, the control system of the lifting magnet may be simply referred to as a "control system". Also, the lifting magnet may be simply referred to as a "magnet".
交流電源１０は、リフティングマグネット５の電磁石コイル６に電力を供給する。交流電源１０としては、商用電源、誘導発電機、同期発電機が挙げられるが、中でも発電効率が高く小型に構成することができる永久磁石同期発電機が好ましい。図１では、交流電源１０に第１の電源電路１０Ａ、第２の電源電路１０Ｂ、第３の電源電路１０Ｃが接続されている。 The AC power supply 10 supplies power to the electromagnet coil 6 of the lifting magnet 5. Examples of the alternating current power supply 10 include a commercial power supply, an induction generator, and a synchronous generator. Among them, a permanent magnet synchronous generator having high power generation efficiency and capable of being configured compact is preferable. In FIG. 1, the first power supply path 10A, the second power supply path 10B, and the third power supply path 10C are connected to the AC power supply 10.
整流回路１１は交流電源１０に接続されている。例えば、図１に示すように、整流回路１１としては、６個のダイオードを含むブリッジ回路によって構成することができる。図１ではダイオード１２Ａと１２Ｂ、１２Ｃと１２Ｄ、１２Ｅと１２Ｆがそれぞれ直列接続されており、これら３組が並列に接続されている。ダイオード１２Ａと１２Ｂの間には第１の電源電路１０Ａが接続され、同様に、ダイオード１２Ｃと１２Ｄの間には第２の電源電路１０Ｂが接続され、ダイオード１２Ｅと１２Ｆの間には第３の電源電路１０Ｃが接続されている。このように回路を構成することにより三相全波整流を行うことができる。ダイオードの代わりにサイリスタを使用してもよく、ダイオードとサイリスタを組み合わせて整流回路１１を構成してもよい。また、整流回路１１を３個のダイオードを含むブリッジ回路により構成して、三相半波整流を行ってもよい。 The rectifier circuit 11 is connected to an AC power supply 10. For example, as shown in FIG. 1, the rectifier circuit 11 can be configured by a bridge circuit including six diodes. In FIG. 1, the diodes 12A and 12B, 12C and 12D, and 12E and 12F are connected in series, respectively, and these three sets are connected in parallel. A first power supply path 10A is connected between the diodes 12A and 12B, and similarly, a second power supply path 10B is connected between the diodes 12C and 12D, and a third power supply path between the diodes 12E and 12F. The power supply path 10C is connected. Three-phase full-wave rectification can be performed by configuring the circuit in this manner. A thyristor may be used instead of the diode, and the diode and the thyristor may be combined to form the rectifier circuit 11. Alternatively, the rectifier circuit 11 may be configured by a bridge circuit including three diodes to perform three-phase half-wave rectification.
容量素子１５は整流回路１１の出力端に接続されており、後述する抵抗素子、容量素子１５またはＨブリッジ回路３０側に回生された電気エネルギーを蓄積する。図１では、整流回路１１の高電位側出力端Ｈには高電位側電路２０が接続され、整流回路１１の低電位側出力端Ｌには低電位側電路２１が接続され、容量素子１５（平滑用コンデンサ）の一方端が高電位側電路２０に接続され、他方端が低電位側電路２１に接続されている。すなわち、容量素子１５は整流回路１１と並列に接続されている。 The capacitive element 15 is connected to the output terminal of the rectifier circuit 11, and stores the regenerated electric energy on the side of the resistive element, the capacitive element 15 or the H bridge circuit 30 described later. In FIG. 1, the high potential side electric path 20 is connected to the high potential side output end H of the rectifier circuit 11, and the low potential side electric path 21 is connected to the low potential side output end L of the rectifier circuit 11. One end of the smoothing capacitor is connected to the high potential side electric path 20, and the other end is connected to the low potential side electric path 21. That is, the capacitive element 15 is connected in parallel to the rectifier circuit 11.
Ｈブリッジ回路３０は、整流回路１１の出力を、リフティングマグネット５の電磁石コイル６に供給するものであり、互いに直列接続されている第１のスイッチング素子３１および第２のスイッチング素子３２と、互いに直列接続されている第３のスイッチング素子３３および第４のスイッチング素子３４と、を有するＨブリッジ回路３０と、を有している。このようにＨブリッジ回路３０を設けることにより、電磁石コイル６に供給される電流の向きを制御することができる。 The H bridge circuit 30 supplies the output of the rectifier circuit 11 to the electromagnet coil 6 of the lifting magnet 5 and is in series with the first switching element 31 and the second switching element 32 connected in series with each other. And an H-bridge circuit 30 having a third switching element 33 and a fourth switching element 34 connected to each other. By providing the H bridge circuit 30 as described above, the direction of the current supplied to the electromagnet coil 6 can be controlled.
さらに、本発明の制御システム１は、容量素子１５とＨブリッジ回路３０の間に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第５のスイッチング素子３５および第６のスイッチング素子３６を有している。 Furthermore, the control system 1 of the present invention includes a fifth switching element 35 and a sixth switching element 36 connected in parallel between the capacitive element 15 and the H bridge circuit 30 and connected in series with each other. There is.
第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）、バイポーラトランジスタ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）を用いることができるが、スイッチの切り換えを高速に行う観点からはＩＧＢＴを用いることが好ましい。図１では第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６として、ＩＧＢＴが設けられている例を示している。第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６のコレクタ−エミッタ間には、負荷電流を転流するための第１のダイオード４１〜第６のダイオード４６がそれぞれ逆並列に接続されていることが好ましい。なお、複数のスイッチング素子が１つのモジュールに組み込まれていてもよい。 As the first to sixth switching elements 31 to 36, for example, an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT), a bipolar transistor, a metal oxide film semiconductor field effect transistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect) Although a transistor (MOSFET) can be used, it is preferable to use an IGBT from the viewpoint of high speed switching. FIG. 1 shows an example in which an IGBT is provided as the first to sixth switching elements 31 to 36. Between the collector and the emitter of the first switching element 31 to the sixth switching element 36, the first diode 41 to the sixth diode 46 for diverting the load current are connected in antiparallel, respectively. Is preferred. A plurality of switching elements may be incorporated in one module.
制御システム１は、第１のスイッチング素子３１と第２のスイッチング素子３２の間に一方端が接続され、第５のスイッチング素子３５と第６のスイッチング素子３６の間に他方端が接続されている抵抗素子２５を有している。抵抗素子２５は、回生動作時に電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを吸収する回生抵抗として機能する。図１では１つの抵抗素子２５が設けられている例を示したが、複数の抵抗素子２５が直列接続されていてもよい。 In the control system 1, one end is connected between the first switching element 31 and the second switching element 32, and the other end is connected between the fifth switching element 35 and the sixth switching element 36. A resistive element 25 is provided. The resistance element 25 functions as a regenerative resistor that absorbs the energy stored in the electromagnet coil 6 during the regenerative operation. Although FIG. 1 shows an example in which one resistive element 25 is provided, a plurality of resistive elements 25 may be connected in series.
制御システム１は、６つのスイッチング素子３１〜３６と、上記のように接続されている抵抗素子２５を有しているため、電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを励磁後だけでなく、逆励磁後にも抵抗素子２５により吸収することができる。このため、コンデンサを過電圧から保護しつつ、消磁時間を短縮することができる。制御システム１の詳細な動作については後述する。 Since control system 1 has six switching elements 31 to 36 and resistance element 25 connected as described above, not only after exciting the energy stored in electromagnet coil 6 but also after reverse excitation. Can also be absorbed by the resistive element 25. Therefore, the demagnetization time can be shortened while protecting the capacitor from the overvoltage. The detailed operation of the control system 1 will be described later.
さらに、制御システム１は、第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６の導通状態を制御する制御回路５０を有していることが好ましい。図１に示すように、制御回路５０は第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６であるＩＧＢＴのベース端子に接続されている。詳細には、制御回路５０は、吊り荷の釈放開始（吸着終了命令）から所定時間が経過するか、または電磁石コイル６の回生電流が所定値になったときに、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間、または電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６の導通状態を制御することが好ましい。電磁石コイル６の回生電流に代えて電磁石コイル６の電圧を計測し、所定値になったときに、上記閉ループ回路を形成するようにスイッチング素子を制御してもよい。容量素子１５の保護のため、コンデンサ電圧Ｖｃの最大値は容量素子１５の定格電圧よりも低く設定され、より好ましくは定格電圧の６０％以下の値に設定される。制御回路５０は、直流電源電圧を供給するバッテリー５１と接続されていることが好ましい。また、制御回路５０は、油圧ショベルの運転席に設けられている操作盤５２に接続されていることが好ましい。 Furthermore, the control system 1 preferably includes a control circuit 50 that controls the conduction state of the first switching element 31 to the sixth switching element 36. As shown in FIG. 1, the control circuit 50 is connected to a base terminal of an IGBT which is the first switching element 31 to the sixth switching element 36. Specifically, the control circuit 50 controls the electromagnet coil 6 and the H bridge circuit when a predetermined time elapses from the release start of the suspended load (suction termination instruction) or the regenerative current of the electromagnet coil 6 reaches a predetermined value. It is preferable to control the conduction state of the first switching element 31 to the sixth switching element 36 so as to form a closed loop circuit between them and 30 or between the electromagnet coil 6 and the resistive element 25. Instead of the regenerative current of the electromagnet coil 6, the voltage of the electromagnet coil 6 may be measured, and when it reaches a predetermined value, the switching element may be controlled to form the closed loop circuit. In order to protect the capacitive element 15, the maximum value of the capacitor voltage Vc is set lower than the rated voltage of the capacitive element 15, and more preferably set to a value of 60% or less of the rated voltage. The control circuit 50 is preferably connected to a battery 51 that supplies a DC power supply voltage. Moreover, it is preferable that the control circuit 50 is connected to the control panel 52 provided in the driver's seat of the hydraulic shovel.
電磁石コイル６のインダクタンスが大きい場合、電磁石コイル６の両端に印加される電圧が０Ｖになると逆起電力が発生してスパイク電圧が生じることがあるため、Ｈブリッジ回路３０と電磁石コイル６の間にスナバ回路等の保護回路が接続されていることが好ましい。 When the inductance of the electromagnet coil 6 is large, when the voltage applied to both ends of the electromagnet coil 6 becomes 0 V, a back electromotive force may be generated to generate a spike voltage. Therefore, between the H bridge circuit 30 and the electromagnet coil 6 Preferably, a protection circuit such as a snubber circuit is connected.
励磁から釈放までの制御システム１の一連の動作について、図２〜図１０を参照して説明する。図２は、第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６の導通状態と、電磁石コイル６の両端に印加される電圧Ｖout（以下、「マグネット電圧Ｖout」と称することがある）、電磁石コイル６を流れる電流Ｉout（以下、「マグネット電流Ｉout」と称することがある）、および容量素子１５の両端に印加される電圧Ｖc（以下、「コンデンサ電圧Ｖc」と称することがある）の時間波形の関係を示すグラフである。図３〜図１０は、それぞれ第１ステップ（励磁動作）、第２ステップ（励磁後の回生動作の第１段階）、第３ステップ（励磁後の回生動作の第２段階）、第４ステップ（励磁後の回生動作の第３段階）、第５ステップ（逆励磁動作の第１段階）、第６ステップ（逆励磁動作の第２段階）、第７ステップ（逆励磁後の回生動作の第１段階）、第８ステップ（逆励磁後の回生動作の第２段階）における各スイッチング素子３１〜３６の導通状態を示す回路図である。図２に示すマグネット電流Ｉoutは、高電位側電路２０において電磁石コイル６から整流回路１１への向きを正の値、逆向きを負の値として記載している。 A series of operations of the control system 1 from excitation to release will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows the conduction states of the first to sixth switching elements 31 to 36, the voltage Vout applied to both ends of the electromagnet coil 6 (hereinafter sometimes referred to as "magnet voltage Vout"), the electromagnet coil Current Iout (hereinafter, may be referred to as “magnet current Iout”) flowing through the capacitor 6 and a time waveform of a voltage Vc applied to both ends of the capacitive element 15 (hereinafter, may be referred to as “capacitor voltage Vc”) It is a graph which shows a relation. 3 to 10 show first step (excitation operation), second step (first stage of regenerative operation after excitation), third step (second stage of regenerative operation after excitation), fourth step The third step of the regenerative operation after excitation, the fifth step (the first step of the reverse excitation operation), the sixth step (the second step of the reverse excitation operation), the seventh step (the first step of the regenerative operation after the reverse excitation) It is a circuit diagram which shows the conduction | electrical_connection state of each switching element 31-36 in 8th step (2nd step of the regeneration operation | movement after reverse excitation). The magnet current Iout shown in FIG. 2 describes the direction from the electromagnet coil 6 to the rectifier circuit 11 in the high potential side electric path 20 as a positive value and the reverse direction as a negative value.
（第１ステップ）励磁動作
図２および図３に示すように、交流電源１０によって発生した三相の交流電源電圧が整流回路１１を介してＨブリッジ回路３０に印加される。このとき、第１のスイッチング素子３１および第４のスイッチング素子３４をＯＮにし、残りのスイッチング素子３２，３３，３５，３６をＯＦＦにしている。定格励磁時は、交流電源１０から第１のスイッチング素子３１、電磁石コイル６、第４のスイッチング素子３４の順に電流が流れることにより、吊り荷をマグネットに吸着することができる。このとき、図２に示すように第１のスイッチング素子３１を断続的に導通させ、第４のスイッチング素子３４を連続的に導通させてもよい。このように第１のスイッチング素子３１のＯＮ、ＯＦＦを所定の周波数で切り換えるＰＷＭ制御を用いることにより、マグネット電圧Ｖoutを効率よく制御することができ、マグネットの定格電流に合わせた電流制御ができる。マグネットの直径が１３００ｍｍ以上等、比較的大きい場合にはマグネット電流Ｉoutが大きくなる傾向にあるため、第１のスイッチング素子３１を断続的に導通させることが好ましい。
(First Step) Excitation Operation As shown in FIGS. 2 and 3, the three-phase AC power supply voltage generated by the AC power supply 10 is applied to the H bridge circuit 30 via the rectifier circuit 11. At this time, the first switching element 31 and the fourth switching element 34 are turned on, and the remaining switching elements 32, 33, 35, 36 are turned off. At the time of rated excitation, a suspended load can be attracted to the magnet by the current flowing from the AC power supply 10 to the first switching element 31, the electromagnet coil 6, and the fourth switching element 34 in this order. At this time, as shown in FIG. 2, the first switching element 31 may be intermittently conducted, and the fourth switching element 34 may be continuously conducted. As described above, by using the PWM control in which the first switching element 31 is switched on and off at a predetermined frequency, the magnet voltage Vout can be efficiently controlled, and current control can be performed in accordance with the rated current of the magnet. When the diameter of the magnet is relatively large, for example, 1300 mm or more, the magnet current Iout tends to increase, so it is preferable to intermittently conduct the first switching element 31.
（第２ステップ）励磁後の回生動作の第１段階
吊り荷を釈放するために、電磁石コイル６に蓄積された電気エネルギーを抵抗素子２５、容量素子１５またはＨブリッジ回路３０側に回生するための回生動作を行う。吊り荷の釈放開始は、油圧ショベルのレバーの上部等に設けられているスイッチ、あるいは操作盤５２にあるスイッチやレバー等の入力手段を用いて吸着終了信号を入力することにより行う。入力された吸着終了信号は、制御回路５０に伝達され、制御回路５０によって各スイッチング素子の導通状態が制御される。容量素子１５を緩速充電するために、制御回路５０は、上記回生動作時に電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間、または電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６を制御することが好ましい。より好ましくは、上記回生動作時に、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間、および電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６を制御する。
(Second Step) First Stage of Regeneration Operation after Excitation In order to release the suspension load, the electric energy stored in the electromagnet coil 6 is regenerated to the resistance element 25, the capacitance element 15 or the H bridge circuit 30 side. Perform regenerative operation. The release of the suspended load is started by inputting the suction end signal using a switch provided on the upper portion of the lever of the hydraulic shovel or the like or an input means such as a switch or lever on the operation panel 52. The input adsorption end signal is transmitted to the control circuit 50, and the control circuit 50 controls the conduction state of each switching element. In order to charge the capacitive element 15 slowly, the control circuit 50 forms a closed loop circuit between the electromagnetic coil 6 and the H bridge circuit 30 or between the electromagnetic coil 6 and the resistive element 25 during the regenerative operation. Preferably, the first switching element 31 to the sixth switching element 36 are controlled. More preferably, the first switching elements 31 to 6 are formed to form a closed loop circuit between the electromagnet coil 6 and the H bridge circuit 30 and between the electromagnet coil 6 and the resistive element 25 during the regeneration operation. The switching element 36 is controlled.
詳細には、図４に示すように第１のスイッチング素子３１、第５のスイッチング素子３５をＯＮにし、残りのスイッチング素子３２，３３，３４，３６をＯＦＦにしている。図２に示すように、回生動作を開始すると電磁石コイル６には回生電流が流れてマグネット電圧Ｖoutの大きさは緩やかに上昇する。また、容量素子１５（コンデンサ）が電磁石コイル６に蓄積された電気エネルギーを吸収するため、コンデンサ電圧Ｖcは徐々に増加する。第１のスイッチング素子３１をＯＮにしているため、第１のスイッチング素子３１、電磁石コイル６、第３のダイオード４３、容量素子１５の順に電流が流れ、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０の間で閉ループ回路が形成される。また、第５のスイッチング素子３５をＯＮにしているため、第５のスイッチング素子３５、抵抗素子２５、電磁石コイル６、第３のダイオード４３の順にも電流が流れ、電磁石コイル６と抵抗素子２５との間でも閉ループ回路が形成されている。このように回生動作の初期段階で電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間で閉ループ回路を形成することにより、回生電流を必要以上に下げることなく電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを容量素子１５で吸収することができる。また、電磁石コイル６と抵抗素子２５の間で閉ループ回路を形成することにより、電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを抵抗素子２５で吸収することができるため、容量素子１５を過電圧から保護することができる。このため、耐圧容量が小さい傾向にある小型のコンデンサも採用することができる。 In detail, as shown in FIG. 4, the first switching element 31 and the fifth switching element 35 are turned on, and the remaining switching elements 32, 33, 34, and 36 are turned off. As shown in FIG. 2, when the regenerating operation is started, a regenerating current flows through the electromagnet coil 6, and the magnitude of the magnet voltage Vout gradually increases. In addition, since the capacitive element 15 (capacitor) absorbs the electric energy stored in the electromagnet coil 6, the capacitor voltage Vc gradually increases. Since the first switching element 31 is turned ON, current flows in the order of the first switching element 31, the electromagnet coil 6, the third diode 43 and the capacitive element 15, and between the electromagnet coil 6 and the H bridge circuit 30 A closed loop circuit is formed. Further, since the fifth switching element 35 is turned ON, current also flows in the order of the fifth switching element 35, the resistance element 25, the electromagnet coil 6, and the third diode 43, and the electromagnet coil 6 and the resistance element 25 A closed loop circuit is also formed between As described above, by forming a closed loop circuit between the electromagnet coil 6 and the H bridge circuit 30 at the initial stage of the regeneration operation, the energy stored in the electromagnet coil 6 can be reduced without lowering the regenerative current more than necessary. Can be absorbed by Further, by forming a closed loop circuit between the electromagnet coil 6 and the resistive element 25, the energy stored in the electromagnetic coil 6 can be absorbed by the resistive element 25, so that the capacitive element 15 can be protected from an overvoltage. it can. Therefore, a small capacitor which tends to have a small withstand voltage can also be adopted.
より具体的には、回生動作時に整流回路１１の高電位側出力端Ｈに接続されている高電位側電路２０において、電磁石コイル６から閉ループ回路側に向かって回生電流が流れたときに、制御回路５０は、第１のスイッチング素子３１を断続的に導通させ、第５のスイッチング素子３５を連続的に導通させ、残りのスイッチング素子３２，３３，３４，３６を不通とすることが好ましい。このように第１のスイッチング素子３１のＯＮ、ＯＦＦを所定の周波数で切り換えるＰＷＭ制御を用いることにより、マグネット電圧Ｖoutを効率よく制御することができ、コンデンサ電圧Ｖcが過度に増大することを抑制できる。 More specifically, when the regenerative current flows from the electromagnet coil 6 toward the closed loop circuit in the high potential side electric path 20 connected to the high potential side output end H of the rectifier circuit 11 during the regeneration operation, control is performed The circuit 50 preferably turns on the first switching element 31 intermittently, turns on the fifth switching element 35 continuously, and turns off the remaining switching elements 32, 33, 34, 36. As described above, the magnet voltage Vout can be efficiently controlled by using the PWM control that switches the ON and OFF of the first switching element 31 at a predetermined frequency, and an excessive increase of the capacitor voltage Vc can be suppressed. .
上記第１ステップまたは第２ステップにおいて、第１のスイッチング素子３１の断続的な導通間隔は、１００Ｈｚ以上、２００Ｈｚ以上、または３００Ｈｚ以上であってもよく、あるいは１ｋＨｚ以下、８００Ｈｚ以下、または６００Ｈｚ以下であってもよい。第１のスイッチング素子３１の導通間隔を上記のように設定することにより、コンデンサを過電圧から保護することができる。 In the first step or the second step, the intermittent conduction interval of the first switching element 31 may be 100 Hz or more, 200 Hz or more, or 300 Hz or more, or 1 kHz or less, 800 Hz or less, or 600 Hz or less It may be. By setting the conduction interval of the first switching element 31 as described above, the capacitor can be protected from overvoltage.
（第３ステップ）励磁後の回生動作の第２段階
容量素子１５を過電圧から保護しながら、引き続き充電する。例えば、制御回路５０が吸着終了信号の開始から所定時間が経過したと判別したときに、図５に示すように、第５のスイッチング素子３５をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦにする。図２に示すように、最初、磁石コイルと抵抗素子と第２ステップで放出して残った電気エネルギーによりコンデンサ電圧Ｖcはピークまで増加するが、電磁石コイル６と抵抗素子２５との間で閉ループ回路が形成されているため、抵抗素子２５による放熱により、その後はマグネット電圧Ｖoutと電磁石コイルの回生電流（マグネット電流Ｉout）は徐々に低下する。吸着終了信号開始からの経過時間に限られず、制御回路５０が電磁石コイル６の回生電流や電圧が所定値になったと判別したときに第３ステップを開始してもよい。
(Third Step) Second Stage of Regeneration Operation After Excitation Charging is continued while protecting capacitive element 15 from overvoltage. For example, when the control circuit 50 determines that the predetermined time has elapsed since the start of the adsorption end signal, as shown in FIG. 5, the fifth switching element 35 is turned on and the remaining switching elements are turned off. As shown in FIG. 2, the capacitor voltage Vc increases to a peak by the magnet coil, the resistive element and the electric energy left after being released in the second step, but the closed loop circuit between the electromagnet coil 6 and the resistive element 25 Because of the heat generated by the resistance element 25, the magnet voltage Vout and the regenerative current (magnet current Iout) of the electromagnet coil gradually decrease thereafter. Not limited to the elapsed time from the start of the adsorption end signal, the third step may be started when the control circuit 50 determines that the regenerative current or voltage of the electromagnet coil 6 has reached a predetermined value.
（第４ステップ）励磁後の回生動作の第３段階
制御回路５０は、第２ステップ〜第３ステップに従い、回生電圧（マグネット電圧Ｖout）が規定値以下となるように制御した後、回生動作時に電磁石コイル６の回生電流が所定値以下と判別したときに、電磁石コイル６とＨブリッジ回路３０との間で閉ループ回路を形成するように第１のスイッチング素子３１〜第６のスイッチング素子３６を制御することが好ましい。詳細には、図６に示すように、全てのスイッチング素子をＯＦＦにすることで、図２に示すように容量素子１５はピーク充電され、コンデンサ電圧Ｖcは最大になるが、マグネット電圧Ｖoutを急激に低下させることができる。図６に示す回路状態はコンデンサに最も負荷が掛かるが、本発明では図４に示すように、回生動作の初期に電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを抵抗素子２５で吸収しながら容量素子１５を充電しているため、容量素子１５への負荷を軽減することができる。
(Fourth step) Third stage of regenerative operation after excitation The control circuit 50 controls the regenerative voltage (magnet voltage Vout) to be less than or equal to the specified value in accordance with the second to third steps, and then performs the regenerative operation. The first switching element 31 to the sixth switching element 36 are controlled to form a closed loop circuit between the electromagnet coil 6 and the H bridge circuit 30 when it is determined that the regenerative current of the electromagnet coil 6 is equal to or less than a predetermined value. It is preferable to do. Specifically, as shown in FIG. 6, by turning off all the switching elements, as shown in FIG. 2, the capacitive element 15 is peak-charged and the capacitor voltage Vc becomes maximum, but the magnet voltage Vout is rapidly Can be reduced to In the circuit state shown in FIG. 6, the capacitor is most heavily loaded, but in the present invention, as shown in FIG. 4, the capacitive element 15 is absorbed while absorbing the energy stored in the electromagnet coil 6 at the initial stage of the regenerative operation. Since charging is performed, the load on the capacitive element 15 can be reduced.
（第５ステップ）逆励磁動作の第１段階
次に、逆励磁動作を行う。例えば、電磁石コイルの回生電流が０Ａであると判別したときに、図７に示すように、制御回路５０によって第３のスイッチング素子３３および第６のスイッチング素子３６をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦする。電磁石コイル６には、定格励磁時とは逆向きの励磁電流（交流電源からの電流）と、容量素子１５からの電流（コンデンサ電流）が流れる。電流は、第３のスイッチング素子３３、電磁石コイル６、抵抗素子２５、第６のスイッチング素子３６、容量素子１５の順に流れる。抵抗素子２５を含む閉ループ回路を形成しているため、電磁石コイル６に急激な電流（突入電流）が流れることを抑制しつつ、容量素子１５を放電することができる。
(Fifth Step) First Stage of Reverse Excitation Operation Next, reverse excitation operation is performed. For example, when it is determined that the regenerative current of the electromagnet coil is 0 A, as shown in FIG. 7, the third switching element 33 and the sixth switching element 36 are turned ON by the control circuit 50, and the remaining switching elements are Turn off. An excitation current (a current from an AC power supply) and a current (a capacitor current) from the capacitive element 15 flow in the electromagnet coil 6 in the reverse direction to that at the time of rated excitation. A current flows in the order of the third switching element 33, the electromagnet coil 6, the resistance element 25, the sixth switching element 36, and the capacitive element 15. Since the closed loop circuit including the resistive element 25 is formed, the capacitive element 15 can be discharged while suppressing a rapid current (rush current) from flowing in the electromagnet coil 6.
（第６ステップ）逆励磁動作の第２段階
制御回路５０が、例えば逆励磁動作の開始（第５ステップの開始）から所定時間が経過したと判別したときに、図８に示すように、第２のスイッチング素子３２および第３のスイッチング素子３３をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦにする。電流は、第３のスイッチング素子３３、電磁石コイル６、第２のスイッチング素子３２の順に流れる。逆励磁動作開始（第５ステップ開始）からの経過時間に限られず、制御回路５０が電磁石コイル６の励磁電流や電圧が所定値になったと判別したときに第６ステップを開始してもよい。
(Sixth Step) Second Stage of Reverse Excitation Operation When, for example, the control circuit 50 determines that a predetermined time has elapsed from the start of the reverse excitation operation (the start of the fifth step), as shown in FIG. The second switching element 32 and the third switching element 33 are turned on, and the remaining switching elements are turned off. A current flows in the order of the third switching element 33, the electromagnet coil 6, and the second switching element 32. The sixth step may be started when the control circuit 50 determines that the excitation current or voltage of the electromagnet coil 6 has reached a predetermined value without being limited to the elapsed time from the start of the reverse excitation operation (the start of the fifth step).
（第７ステップ）逆励磁後の回生動作の第１段階
逆励磁動作により電磁石コイル６に蓄積されたエネルギーを、閉ループ回路側に回生させる回生動作を行う。例えば、制御回路５０が励磁電流が所定値以上と判別したときに、図９に示すように、第６のスイッチング素子３６をＯＮにし、残りのスイッチング素子をＯＦＦにする。本発明は従来の制御システムと異なり、６つのスイッチング素子３１〜３６を有し、抵抗素子２５を上記のように接続している。このとき、マグネット電圧Ｖoutやマグネット電流Ｉout（回生電流）は徐々に減少する。これにより、励磁後だけでなく逆励磁後も電磁石コイル６に蓄積された電気エネルギーを抵抗素子２５で吸収できるため、容量素子１５を過電圧から好適に保護することができる。
(Step 7) First stage of regenerative operation after reverse excitation A regenerative operation is performed to regenerate the energy stored in the electromagnet coil 6 by the reverse excitation operation to the closed loop circuit side. For example, when the control circuit 50 determines that the excitation current is equal to or more than a predetermined value, as shown in FIG. 9, the sixth switching element 36 is turned on and the remaining switching elements are turned off. The present invention, unlike the conventional control system, has six switching elements 31 to 36, and the resistance elements 25 are connected as described above. At this time, the magnet voltage Vout and the magnet current Iout (regenerative current) gradually decrease. As a result, the electric energy stored in the electromagnet coil 6 can be absorbed by the resistance element 25 not only after excitation but also after reverse excitation, so that the capacitance element 15 can be suitably protected from overvoltage.
（第８ステップ）逆励磁後の回生動作の第２段階
制御回路５０が電磁石コイル６の回生電流が所定値以下と判別したときに、図１０に示すように、全てのスイッチング素子３１〜３６をＯＦＦにする。これにより、コンデンサがピーク値まで充電される一方、マグネット電圧Ｖoutおよびマグネット電流Ｉoutが低下し、やがてマグネット電圧Ｖoutおよびマグネット電流Ｉoutがそれぞれほぼ０Ｖ、０Ａとなる。その結果、電磁石コイル６は消磁され、吊り荷を釈放することができる。
(Eighth step) Second stage of regenerative operation after reverse excitation When the control circuit 50 determines that the regenerative current of the electromagnet coil 6 is less than or equal to a predetermined value, as shown in FIG. 10, all the switching elements 31 to 36 are turned on. Turn it off. Thereby, while the capacitor is charged to the peak value, the magnet voltage Vout and the magnet current Iout decrease, and eventually the magnet voltage Vout and the magnet current Iout become approximately 0 V and 0 A, respectively. As a result, the electromagnet coil 6 is demagnetized and the suspended load can be released.
吸着および釈放の作業効率を高める観点では、釈放操作開始から完了までの時間、すなわち第２ステップの開始から第８ステップの完了までの時間は５秒以内であることが好ましく、より好ましくは４秒以内、さらに好ましくは３秒以内である。 From the viewpoint of increasing the work efficiency of adsorption and release, the time from the start of the release operation to the completion, that is, the time from the start of the second step to the completion of the eighth step is preferably within 5 seconds, more preferably 4 seconds Within 3 seconds, more preferably within 3 seconds.
１：制御システム
５：リフティングマグネット
６：電磁石コイル
１０：交流電源
１１：整流回路
１２Ａ〜１２Ｆ：ダイオード
１５：容量素子
２０：高電位側電路
２１：低電位側電路
２５：抵抗素子
３０：Ｈブリッジ回路
３１：第１のスイッチング素子
３２：第２のスイッチング素子
３３：第３のスイッチング素子
３４：第４のスイッチング素子
３５：第５のスイッチング素子
３６：第６のスイッチング素子
４１：第１のダイオード
４２：第２のダイオード
４３：第３のダイオード
４４：第４のダイオード
４５：第５のダイオード
４６：第６のダイオード
５０：制御回路
５１：バッテリー
５２：操作盤
1: Control system 5: Lifting magnet 6: Electromagnet coil 10: AC power supply 11: Rectifying circuits 12A to 12F: Diode 15: Capacitive element 20: High potential side electrical path 21: Low potential side electrical path 25: Resistive element 30: H bridge circuit 31: first switching element 32: second switching element 33: third switching element 34: fourth switching element 35: fifth switching element 36: sixth switching element 41: first diode 42: Second diode 43: third diode 44: fourth diode 45: fifth diode 46: sixth diode 50: control circuit 51: battery 52: control panel
Claims (6)
前記交流電源に接続されている整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続されている容量素子と、
前記整流回路の出力を、リフティングマグネットの電磁石コイルに供給し、互いに直列接続されている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、互いに直列接続されている第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子と、を有するＨブリッジ回路と、を有しているリフティングマグネットの制御システムであって、
さらに、前記容量素子と前記Ｈブリッジ回路の間に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の間に一方端が接続され、前記第５のスイッチング素子と前記第６のスイッチング素子の間に他方端が接続されている抵抗素子と、を有することを特徴とするシステム。 AC power supply,
A rectifier circuit connected to the AC power supply;
A capacitive element connected to the output end of the rectifier circuit;
The output of the rectifying circuit is supplied to the electromagnet coil of the lifting magnet, and the first switching element and the second switching element connected in series with each other, and the third switching element and the fourth switching element connected in series with each other A control system for a lifting magnet, comprising: an H bridge circuit having a switching element;
Furthermore, a fifth switching element and a sixth switching element connected in parallel between the capacitive element and the H bridge circuit and connected in series with each other;
A resistive element having one end connected between the first switching element and the second switching element, and the other end connected between the fifth switching element and the sixth switching element; A system characterized by having.
前記制御回路は、前記電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを前記抵抗素子、前記容量素子または前記Ｈブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、前記電磁石コイルと前記Ｈブリッジ回路との間、または前記電磁石コイルと前記抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように前記第１のスイッチング素子〜前記第６のスイッチング素子を制御する請求項１に記載のシステム。 And a control circuit for controlling conduction states of the first to sixth switching elements.
The control circuit is operated between the electromagnet coil and the H bridge circuit, or during the regeneration operation in which the electric energy stored in the electromagnet coil is regenerated to the resistance element, the capacitance element or the H bridge circuit side. The system according to claim 1, wherein the first to sixth switching elements are controlled to form a closed loop circuit between a coil and the resistive element.
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