JP2872708B2 - 多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置 - Google Patents
多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置Info
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- JP2872708B2 JP2872708B2 JP1260300A JP26030089A JP2872708B2 JP 2872708 B2 JP2872708 B2 JP 2872708B2 JP 1260300 A JP1260300 A JP 1260300A JP 26030089 A JP26030089 A JP 26030089A JP 2872708 B2 JP2872708 B2 JP 2872708B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の回転カッタをほぼ同一平面内に配置
した多連シールド掘進機において、各々の回転カッタを
複数のモータと減速機からなる電動駆動装置により独立
に駆動し、カッタ同士の干渉が発生しない許容偏差角以
内で同期回転させるためのカッタ同期運転装置に関す
る。
した多連シールド掘進機において、各々の回転カッタを
複数のモータと減速機からなる電動駆動装置により独立
に駆動し、カッタ同士の干渉が発生しない許容偏差角以
内で同期回転させるためのカッタ同期運転装置に関す
る。
多連シールド掘進機は、複数の回転カッタを、カッタ
中心間距離が各々の回転カッタの掘削半径より大きく、
直径より小であるように並列に配置し、同時に掘削を行
うことにより、トンネル工事の効率化を図ったものであ
るが、これに用いるカッタの配置については次の二つの
方式が考えられている。
中心間距離が各々の回転カッタの掘削半径より大きく、
直径より小であるように並列に配置し、同時に掘削を行
うことにより、トンネル工事の効率化を図ったものであ
るが、これに用いるカッタの配置については次の二つの
方式が考えられている。
（１） 隣同士のカッタを、前後にずらして異なる平面
内に配置する。
内に配置する。
（２） 隣り同士のカッタを、位相をずらしてほぼ同一
平面内に配置する。
平面内に配置する。
上記（１）の方式は、カッタの回転を同期させなくて
もカッタ同士が干渉することはないが、各々の回転カッ
タが受ける切削抵抗の不均衡が大きいため、シールド掘
進機全体の姿勢保持が難しくなる。一方、（２）の方式
は、各々の回転カッタが受ける切削抵抗の不均衡は少な
いが、第５図に示すように各々の回転カッタを、カッタ
同士の干渉が発生しない許容偏差角以内で同期して回転
させる必要がある。
もカッタ同士が干渉することはないが、各々の回転カッ
タが受ける切削抵抗の不均衡が大きいため、シールド掘
進機全体の姿勢保持が難しくなる。一方、（２）の方式
は、各々の回転カッタが受ける切削抵抗の不均衡は少な
いが、第５図に示すように各々の回転カッタを、カッタ
同士の干渉が発生しない許容偏差角以内で同期して回転
させる必要がある。
このためには、各々のカッタ軸をギヤを介して機械的
に結合し、共通の駆動装置により同期駆動することも考
えられるが、カッタ軸の全荷重がギヤの歯面に集中して
加わるため、軸間を結合するギヤの寸法が非常に大きな
ものとなって実現的でなく、現実には各々の回転カッタ
を独立に駆動し、駆動系相互間を電気的に同期制御する
方式をとらざるを得ない。また、駆動トルクの分散を図
るため、各々の回転カッタを複数のモータと減速機から
なる電動駆動装置を用いて独立に駆動する場合には、各
々の回転カッタの駆動系相互間で同期制御を行っても、
各々の回転カッタを駆動する複数のモータのトルク分担
が均等でないと、各々の回転カッタの切削抵抗や回転抵
抗に不均衡がある場合、カッタ同士の偏差角を許容範囲
内に保つことができず、カッタ同士の干渉が発生するこ
とがある。
に結合し、共通の駆動装置により同期駆動することも考
えられるが、カッタ軸の全荷重がギヤの歯面に集中して
加わるため、軸間を結合するギヤの寸法が非常に大きな
ものとなって実現的でなく、現実には各々の回転カッタ
を独立に駆動し、駆動系相互間を電気的に同期制御する
方式をとらざるを得ない。また、駆動トルクの分散を図
るため、各々の回転カッタを複数のモータと減速機から
なる電動駆動装置を用いて独立に駆動する場合には、各
々の回転カッタの駆動系相互間で同期制御を行っても、
各々の回転カッタを駆動する複数のモータのトルク分担
が均等でないと、各々の回転カッタの切削抵抗や回転抵
抗に不均衡がある場合、カッタ同士の偏差角を許容範囲
内に保つことができず、カッタ同士の干渉が発生するこ
とがある。
本発明の目的は、複数の回転カッタをほぼ同一平面内
に配置し、各々の回転カッタを複数のモータと減速機か
らなる電動駆動装置で独立に駆動する場合、各々の回転
カッタを確実に許容偏差角以内に保って同期回転させる
ことができる多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置
を提供することにある。
に配置し、各々の回転カッタを複数のモータと減速機か
らなる電動駆動装置で独立に駆動する場合、各々の回転
カッタを確実に許容偏差角以内に保って同期回転させる
ことができる多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置
を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、複数の回転カッ
タを、カッタ中心間距離が各々の回転カッタの掘削半径
より大きく、直径より小であるようにほぼ同一平面内に
配置し、各々の回転カッタを複数のモータと減速機から
なる電動駆動装置により独立に駆動する多連シールド掘
進機において、主たる回転カッタを駆動するモータ群に
対しては、与えられた速度設定値とその群を代表するモ
ータの速度検出値の差が零となるように各々のモータへ
の供給電力を調整するためのトルク指令を出力する速度
制御手段を設け、従たる回転カッタを駆動するモータ群
に対しては、与えられた速度設定値とその群を代表する
モータの速度検出値の差および主たる回転カッタと従た
る回転カッタの偏差角検出値が共に零となるように各々
のモータへの供給電力を調整するためのトルク指令を出
力する速度制御手段を設け、各々の回転カッタを駆動す
るモータ個々に対しては、各々のモータ群の速度制御手
段から出力されるトルク指令を受けて、モータに流れる
電流のうち磁化電流成分を一定に保ち、トルク電流成分
がトルク指令に対応した値となるように各々のモータへ
の供給電力を調整するトルク制御手段を設けたことを特
徴とする。
タを、カッタ中心間距離が各々の回転カッタの掘削半径
より大きく、直径より小であるようにほぼ同一平面内に
配置し、各々の回転カッタを複数のモータと減速機から
なる電動駆動装置により独立に駆動する多連シールド掘
進機において、主たる回転カッタを駆動するモータ群に
対しては、与えられた速度設定値とその群を代表するモ
ータの速度検出値の差が零となるように各々のモータへ
の供給電力を調整するためのトルク指令を出力する速度
制御手段を設け、従たる回転カッタを駆動するモータ群
に対しては、与えられた速度設定値とその群を代表する
モータの速度検出値の差および主たる回転カッタと従た
る回転カッタの偏差角検出値が共に零となるように各々
のモータへの供給電力を調整するためのトルク指令を出
力する速度制御手段を設け、各々の回転カッタを駆動す
るモータ個々に対しては、各々のモータ群の速度制御手
段から出力されるトルク指令を受けて、モータに流れる
電流のうち磁化電流成分を一定に保ち、トルク電流成分
がトルク指令に対応した値となるように各々のモータへ
の供給電力を調整するトルク制御手段を設けたことを特
徴とする。
主たる回転カッタを駆動するモータ群の速度制御手段
と従たる回転カッタを駆動するモータ群の速度制御手段
は、一つの速度設定器から与えられた速度設定値に各群
を代表するモータの速度検出値が一致するようにトルク
指令を出力し、さらに、従たる回転カッタを駆動するモ
ータ群の速度制御手段は、主たる回転カッタと従たる回
転カッタの間に角度偏差がある場合、その偏差角検出値
により速度設定値を補正し、偏差角検出値を零とするよ
うに働く。
と従たる回転カッタを駆動するモータ群の速度制御手段
は、一つの速度設定器から与えられた速度設定値に各群
を代表するモータの速度検出値が一致するようにトルク
指令を出力し、さらに、従たる回転カッタを駆動するモ
ータ群の速度制御手段は、主たる回転カッタと従たる回
転カッタの間に角度偏差がある場合、その偏差角検出値
により速度設定値を補正し、偏差角検出値を零とするよ
うに働く。
また、各群のモータ個々に対して設けられたトルク制
御手段は、各々のモータ群の速度制御手段から出力され
るトルク指令を受けて、モータに流れる電流のうち磁化
電流成分を一定に保ち、トルク電流成分がトルク指令に
対応した値となるように各々のモータへの供給電力を調
整することにより、モータの発生トルクをトルク指令に
従って制御するので、各群のモータ相互間のトルク分担
は概略均衡した状態に保たれ、モータ相互間のトルク分
担の不均衡によりカッタ同士の同期関係が乱されること
もなく、複数の回転カッタをカッタ同士の干渉が発生し
ない許容偏差角以内で安定して同期運転させることがで
きる。
御手段は、各々のモータ群の速度制御手段から出力され
るトルク指令を受けて、モータに流れる電流のうち磁化
電流成分を一定に保ち、トルク電流成分がトルク指令に
対応した値となるように各々のモータへの供給電力を調
整することにより、モータの発生トルクをトルク指令に
従って制御するので、各群のモータ相互間のトルク分担
は概略均衡した状態に保たれ、モータ相互間のトルク分
担の不均衡によりカッタ同士の同期関係が乱されること
もなく、複数の回転カッタをカッタ同士の干渉が発生し
ない許容偏差角以内で安定して同期運転させることがで
きる。
以下、本発明の一実施例を図面により説明する。
第２図〜第４図は、本発明を適用した二連シールド掘
進器の全体構成図である。外形がめがね形をしたシール
ド本体１の前面には、二つのスポーク形回転カッタ２−
1,2−２が同一平面内に配置され、カッタ中心間距離は
各々の回転カッタの掘削半径より大きく、直径よりは小
さく設定されている。本実施例は、各々の回転カッタ２
−1,2−２が十字形に配列された４本のスポークを持
ち、カッタ同士の位相角を45゜とした例である。
進器の全体構成図である。外形がめがね形をしたシール
ド本体１の前面には、二つのスポーク形回転カッタ２−
1,2−２が同一平面内に配置され、カッタ中心間距離は
各々の回転カッタの掘削半径より大きく、直径よりは小
さく設定されている。本実施例は、各々の回転カッタ２
−1,2−２が十字形に配列された４本のスポークを持
ち、カッタ同士の位相角を45゜とした例である。
回転カッタ２−１は、隔壁３の後方機内に設置された
モータ４−1,4−2,4−３と減速機５−1,5−2,5−３から
なる電動駆動装置により、また回転カッタ２−２は、同
じくモータ４−4,4−5,4−６と減速機５−4,5−5,5−６
からなる電動駆動装置により、それぞれ独立に駆動され
るようになっている。モータ４−1,4−2,4−３の回転
は、減速機５−1,5−2,5−３と図示しないピニオン・ギ
ヤを介して回転カッタ２−１の中心軸（Ｌ軸）に伝達さ
れ、モータ４−4,4−5,4−６の回転は、減速機５−4,5
−5,5−６と図示しないピニオン・ギヤを介して回転カ
ッタ２−２の中心軸（Ｒ軸）に伝達される。隔壁３の後
方機内には、このほか、排土用スクリューコンベア6,シ
ールドジャッキ7,エレクタ８などが設置されていて、回
転カッタ２−1,2−２による切羽掘削と、エレクタ８で
組立てられたセグメント９を反力受けとするシールドジ
ャッキ７の推力によってトネルの掘進を行う。
モータ４−1,4−2,4−３と減速機５−1,5−2,5−３から
なる電動駆動装置により、また回転カッタ２−２は、同
じくモータ４−4,4−5,4−６と減速機５−4,5−5,5−６
からなる電動駆動装置により、それぞれ独立に駆動され
るようになっている。モータ４−1,4−2,4−３の回転
は、減速機５−1,5−2,5−３と図示しないピニオン・ギ
ヤを介して回転カッタ２−１の中心軸（Ｌ軸）に伝達さ
れ、モータ４−4,4−5,4−６の回転は、減速機５−4,5
−5,5−６と図示しないピニオン・ギヤを介して回転カ
ッタ２−２の中心軸（Ｒ軸）に伝達される。隔壁３の後
方機内には、このほか、排土用スクリューコンベア6,シ
ールドジャッキ7,エレクタ８などが設置されていて、回
転カッタ２−1,2−２による切羽掘削と、エレクタ８で
組立てられたセグメント９を反力受けとするシールドジ
ャッキ７の推力によってトネルの掘進を行う。
第５図は、回転カッタ２−１の回転方向を右回り、回
転カッタ２−２の回転方向を左回りとした場合、各々の
回転カッタ２−1,2−２のある回転位置（実線で示す）
からカッタ同士が干渉しない限界位置（２点鎖線で示
す）までの偏差角をθ1,θ２で示したもので、各々の回
転カッタが１回転する間の各回転位置で求めた上記偏差
角θ1,θ２の最小値にある程度の余裕を見込んでカッタ
同士の許容偏差角（±θ）を決定する。したがって、こ
の許容偏差角以内で二つの回転カッタを同期回転させれ
ば、カッタ同士の干渉は発生しない。
転カッタ２−２の回転方向を左回りとした場合、各々の
回転カッタ２−1,2−２のある回転位置（実線で示す）
からカッタ同士が干渉しない限界位置（２点鎖線で示
す）までの偏差角をθ1,θ２で示したもので、各々の回
転カッタが１回転する間の各回転位置で求めた上記偏差
角θ1,θ２の最小値にある程度の余裕を見込んでカッタ
同士の許容偏差角（±θ）を決定する。したがって、こ
の許容偏差角以内で二つの回転カッタを同期回転させれ
ば、カッタ同士の干渉は発生しない。
第１図は本発明によるカッタ同期運転装置の一実施例
のシステム構成図で、本図を用いてシステムの概要を説
明する。本図は、モータ群４−1,4−2,4−３が減速機５
−1,5−2,5−３、ピニオン10−1,10−2,10−３を介して
回転カッタ２−１に結合され、モータ群４−4,4−5,4−
６が減速機５−4,5−5,5−６、ピニオン10−4,10−5,10
−６を介して回転カッタ２−２に結合されていることを
示す。以下の説明では、回転カッタ２−１を同期回転の
基準となる主たる回転カッタ、回転カッタ２−２を追従
して回転する従たる回転カッタとよぶことにする。ま
た、回転カッタ２−１を駆動するモータ群を代表するモ
ータを４−1,回転カッタ２−２を駆動するモータ群を代
表するモータを４−４とする。
のシステム構成図で、本図を用いてシステムの概要を説
明する。本図は、モータ群４−1,4−2,4−３が減速機５
−1,5−2,5−３、ピニオン10−1,10−2,10−３を介して
回転カッタ２−１に結合され、モータ群４−4,4−5,4−
６が減速機５−4,5−5,5−６、ピニオン10−4,10−5,10
−６を介して回転カッタ２−２に結合されていることを
示す。以下の説明では、回転カッタ２−１を同期回転の
基準となる主たる回転カッタ、回転カッタ２−２を追従
して回転する従たる回転カッタとよぶことにする。ま
た、回転カッタ２−１を駆動するモータ群を代表するモ
ータを４−1,回転カッタ２−２を駆動するモータ群を代
表するモータを４−４とする。
本実施例では、各群のカッタ駆動用モータとして３相
かご形誘導電動機（IM）を使用し、すべてのモータを同
一極数、同一定格としている。
かご形誘導電動機（IM）を使用し、すべてのモータを同
一極数、同一定格としている。
制御装置は、モータ群４−1,4−2,4−３に対して設け
られた速度制御手段11−1,モータ群４−4,4−5,4−６に
対して設けられた速度制御手段11−２および各群のモー
タ個々に対して設けられたトルク制御手段12−1,12−2,
12−3,12−4,12−5,12−６からなっている。
られた速度制御手段11−1,モータ群４−4,4−5,4−６に
対して設けられた速度制御手段11−２および各群のモー
タ個々に対して設けられたトルク制御手段12−1,12−2,
12−3,12−4,12−5,12−６からなっている。
速度制御手段11−１は、モータ４−１に直結された速
度発電機（TG）14−１の交流出力をＦ−Ｖ変換器15−１
で速度に比例した直流信号に変換し、この信号（速度検
出値）と速度設定器13からのＬ軸速度指令（速度設定
値）との偏差をとって速度調節器（ASR）16−１に入力
する。そして、速度調節器16−１の出力をモータ群４−
1,4−2,4−３に対するトルク指令（トルク電流設定値）
として各々のトルク制御手段12−1,12−2,12−３に均等
に分配する。
度発電機（TG）14−１の交流出力をＦ−Ｖ変換器15−１
で速度に比例した直流信号に変換し、この信号（速度検
出値）と速度設定器13からのＬ軸速度指令（速度設定
値）との偏差をとって速度調節器（ASR）16−１に入力
する。そして、速度調節器16−１の出力をモータ群４−
1,4−2,4−３に対するトルク指令（トルク電流設定値）
として各々のトルク制御手段12−1,12−2,12−３に均等
に分配する。
速度制御手段11−２は、モータ４−４に直結された速
度発電機（TG）14−２の交流出力をＦ−Ｖ変換器15−２
で速度に比例した直流信号に変換し、この信号（速度検
出値）を、速度設定器13からのＲ軸速度指令（速度設定
値）と回転カッタ２−1,2−２の偏差角を検出するシン
クロ発信機17,シンクロ制御変圧機18からなるシンクロ
装置の偏差角信号（偏差角検出値）の和と比較し、その
偏差をとって速度調節器16−２に入力する。そして、速
度調節器16−２の出力をモータ群４−4,4−5,4−６に対
するトルク指令（トルク電流設定値）として、各々のト
ルク制御手段12−4,12−5,12−６に均等に分配する。
度発電機（TG）14−２の交流出力をＦ−Ｖ変換器15−２
で速度に比例した直流信号に変換し、この信号（速度検
出値）を、速度設定器13からのＲ軸速度指令（速度設定
値）と回転カッタ２−1,2−２の偏差角を検出するシン
クロ発信機17,シンクロ制御変圧機18からなるシンクロ
装置の偏差角信号（偏差角検出値）の和と比較し、その
偏差をとって速度調節器16−２に入力する。そして、速
度調節器16−２の出力をモータ群４−4,4−5,4−６に対
するトルク指令（トルク電流設定値）として、各々のト
ルク制御手段12−4,12−5,12−６に均等に分配する。
良く知られているように、偏差角を検出しようとする
２軸のうち一方の軸（Ｌ軸）に連結したシンクロ発信機
17と他方の軸（Ｒ軸）に連結したシンクロ制御変圧機18
の固定子巻線を相互接続し、発信機回転子を交流入力で
付勢すると、制御変圧機回転子からは２軸の偏差角に対
応した大きさと極性の電圧（偏差角信号）が出力され
る。よって、偏差角零、すなわち２軸が同期状態にある
ときを基点として、Ｒ軸がＬ軸に対する基準位置より遅
れた位置にあるとき、偏差角信号が速度指令に対して加
極性となり、基準位置より進んだ位置にあるとき、偏差
角信号が速度指令に対して減極性となるように発信機回
転子と制御変圧機回転子の位相関係を設定することによ
り、偏差角信号を同期制御のための速度補正信号として
用いることができる。
２軸のうち一方の軸（Ｌ軸）に連結したシンクロ発信機
17と他方の軸（Ｒ軸）に連結したシンクロ制御変圧機18
の固定子巻線を相互接続し、発信機回転子を交流入力で
付勢すると、制御変圧機回転子からは２軸の偏差角に対
応した大きさと極性の電圧（偏差角信号）が出力され
る。よって、偏差角零、すなわち２軸が同期状態にある
ときを基点として、Ｒ軸がＬ軸に対する基準位置より遅
れた位置にあるとき、偏差角信号が速度指令に対して加
極性となり、基準位置より進んだ位置にあるとき、偏差
角信号が速度指令に対して減極性となるように発信機回
転子と制御変圧機回転子の位相関係を設定することによ
り、偏差角信号を同期制御のための速度補正信号として
用いることができる。
トルク制御手段12−１〜12−６はすべて同一の構成要
素からなっており、第１図にはその概略構成を12−１と
12−４で代表して示してある。
素からなっており、第１図にはその概略構成を12−１と
12−４で代表して示してある。
その一つ12−１を例にとって説明すると、速度調節器
16−１から与えられたトルク電流設定値と磁束設定器19
−１から与えられた磁化電流設定値を基にベクトル演算
部20−１でベクトル合成した等価２相電流設定値を２相
−３相変換して一次電流設定値とする。この一次電流設
定値と電流検出器21−１で得られた一次電流検出値の偏
差を電流調節器（ACR）22−１に入力し、電流調節器22
−１の出力をPWM変調器23−１でパルス幅制御信号とし
てインバータ25−１に与え、整流器24−１の直流出力を
インバータ25−１で可変周波数・可変電圧の交流に変換
してモータ４−１に供給することにより、モータ４−１
のトルク制御を行う。
16−１から与えられたトルク電流設定値と磁束設定器19
−１から与えられた磁化電流設定値を基にベクトル演算
部20−１でベクトル合成した等価２相電流設定値を２相
−３相変換して一次電流設定値とする。この一次電流設
定値と電流検出器21−１で得られた一次電流検出値の偏
差を電流調節器（ACR）22−１に入力し、電流調節器22
−１の出力をPWM変調器23−１でパルス幅制御信号とし
てインバータ25−１に与え、整流器24−１の直流出力を
インバータ25−１で可変周波数・可変電圧の交流に変換
してモータ４−１に供給することにより、モータ４−１
のトルク制御を行う。
同様に、トルク制御手段12−2,12−３は速度調節器16
−１の出力をトルク電流設定値としてモータ４−2,4−
３のトルク制御を行い、またトルク制御手段12−4,12−
5,12−６は速度調節器16−２の出力をトルク電流設定値
としてモータ４−4,4−5,4−６のトルク制御を行う。
−１の出力をトルク電流設定値としてモータ４−2,4−
３のトルク制御を行い、またトルク制御手段12−4,12−
5,12−６は速度調節器16−２の出力をトルク電流設定値
としてモータ４−4,4−5,4−６のトルク制御を行う。
次に、トルク制御手段の一つ12−１を例にとって、そ
の構成をさらに詳しく説明する。
の構成をさらに詳しく説明する。
第６図において、i0,i2はそれぞれ磁束座標量である
磁化電流およびトルク（二次）電流、ｉα,iβは固定子
座標量である等価２相巻線の各相電流、iR,iS,itは実際
の３相一次巻線に流れる各相電流、ωＳはすべり周波
数、ωｒは回転角周波数、ω１は一次周波数を示し、各
々の２番目の添字１はモータ４−１を表わしている。ま
た、図中の＊、＊＊は設定値であることを示す。
磁化電流およびトルク（二次）電流、ｉα,iβは固定子
座標量である等価２相巻線の各相電流、iR,iS,itは実際
の３相一次巻線に流れる各相電流、ωＳはすべり周波
数、ωｒは回転角周波数、ω１は一次周波数を示し、各
々の２番目の添字１はモータ４−１を表わしている。ま
た、図中の＊、＊＊は設定値であることを示す。
かご形誘導電動機のベクトル制御では、モータ一次電
流を磁化電流成分とトルク電流成分に分け、各々を独立
に制御する。このため、第６図に示すトルク制御手段12
−１では、速度調節器16−１と磁束設定器19−１から与
えられたトルク電流設定値i21 ＊、磁化電流設定値i01 ＊
をそれぞれ後記の座標変換器31−１から出力されるトル
ク電流成分（トルク電流実際値）i21,磁化電流成分（磁
化電流実際値）i01と比較し、各々の偏差が零となるよ
うに動作するトルク電流調節器32−１、磁化電流調節器
33−１の出力i21 ＊＊,i01 ＊＊をベクトル演算部20−１
の座標変換器26−１で等価２相電流設定値ｉα１ ＊,i
β２ ＊に変換し、さらに２相−３相変換器27−１で３相
の一次電流設定値iR1 ＊,iS1 ＊＊,iT1 ＊に変換する。こ
の場合、モータ４−１の一次周波数ω11を可変としてい
るため、トルク電流調節器32−１、磁化電流調節器33−
１の出力i21 ＊＊,i01 ＊＊から割算器28−１ですべり周
波数ωS1を求め、これと後記の割算器36−１で算出され
た回転角周波数ωr1との和を一次周波数設定値ω11 ＊と
し、ω11 ＊で発振する発振器29−１の出力を磁束位相φ
１に対応させて前述の磁束座標量i01 ＊,i21 ＊から固定
子座標量ｉα１ ＊,iβ１ ＊への座標変換を行っている。
流を磁化電流成分とトルク電流成分に分け、各々を独立
に制御する。このため、第６図に示すトルク制御手段12
−１では、速度調節器16−１と磁束設定器19−１から与
えられたトルク電流設定値i21 ＊、磁化電流設定値i01 ＊
をそれぞれ後記の座標変換器31−１から出力されるトル
ク電流成分（トルク電流実際値）i21,磁化電流成分（磁
化電流実際値）i01と比較し、各々の偏差が零となるよ
うに動作するトルク電流調節器32−１、磁化電流調節器
33−１の出力i21 ＊＊,i01 ＊＊をベクトル演算部20−１
の座標変換器26−１で等価２相電流設定値ｉα１ ＊,i
β２ ＊に変換し、さらに２相−３相変換器27−１で３相
の一次電流設定値iR1 ＊,iS1 ＊＊,iT1 ＊に変換する。こ
の場合、モータ４−１の一次周波数ω11を可変としてい
るため、トルク電流調節器32−１、磁化電流調節器33−
１の出力i21 ＊＊,i01 ＊＊から割算器28−１ですべり周
波数ωS1を求め、これと後記の割算器36−１で算出され
た回転角周波数ωr1との和を一次周波数設定値ω11 ＊と
し、ω11 ＊で発振する発振器29−１の出力を磁束位相φ
１に対応させて前述の磁束座標量i01 ＊,i21 ＊から固定
子座標量ｉα１ ＊,iβ１ ＊への座標変換を行っている。
電流調節器22−１は、電流検出器21−１での一次電流
検出値iR1,iS1,iT1が一次電流設定値iR1 ＊,iS1 ＊,iT1 ＊
と一致するようにPWM変換器23−１を介してインバータ2
5−１の出力電圧および周波数を制御する。以上によ
り、モータ４−１に流れる一次電流のうち、磁化電流成
分を一定に保ち、トルク電流成分が速度調節器16−１か
ら与えられたトルク指令に対応した値となるようにモー
タ４−１への供給電力が調整されるため、モータ４−１
の発生トルクはトルク指令に従って制御される。
検出値iR1,iS1,iT1が一次電流設定値iR1 ＊,iS1 ＊,iT1 ＊
と一致するようにPWM変換器23−１を介してインバータ2
5−１の出力電圧および周波数を制御する。以上によ
り、モータ４−１に流れる一次電流のうち、磁化電流成
分を一定に保ち、トルク電流成分が速度調節器16−１か
ら与えられたトルク指令に対応した値となるようにモー
タ４−１への供給電力が調整されるため、モータ４−１
の発生トルクはトルク指令に従って制御される。
回転角周波数ωr1は速度発電機14−１の出力から求め
る方法もあるが、ここでは一次電圧・電流の検出値を基
に演算により求める方法をとっている。すなわち、電流
検出器21−１で得られた一次電流検出値iR1,iS1,iT1を
３相−２相変換器30−１で等価２相量ｉα１、ｉβ１に
変換し、さらに固定子座標量から磁束座標量への変換を
行う座標変換器31−１で磁化電流成分（磁化電流実際
値）i01とトルク電流成分（トルク電流実際値）i21にベ
クトル分解する。座標変換器31−１から出力された磁化
電流成分i01、トルク電流成分i21をそれぞれ磁化電流調
節器33−1,トルク電流調節器32−１にフィードバックさ
せるとともに、変圧機34−１によりモータ一次電圧vR1,
vS1,vT1に対応する電圧ｖ′R1,v′S1,v′T1を取り出
し、これと一次電流検出値iR1,iS1,iT1から電力演算器3
5−１で一次供給電力P1を求め、さらに、この一次供給
電力P1と発生トルクに対応するトルク電流成分i21から
割算器36−１で回転角周波数ωr1を算出し、これを前述
のすべり周波数ωS1に加算する。このようにすれば、各
群を代表するモータ４−1,4−４以外のモータについて
速度発電機を省略でき、組立調整および保守の簡易化が
図れる。
る方法もあるが、ここでは一次電圧・電流の検出値を基
に演算により求める方法をとっている。すなわち、電流
検出器21−１で得られた一次電流検出値iR1,iS1,iT1を
３相−２相変換器30−１で等価２相量ｉα１、ｉβ１に
変換し、さらに固定子座標量から磁束座標量への変換を
行う座標変換器31−１で磁化電流成分（磁化電流実際
値）i01とトルク電流成分（トルク電流実際値）i21にベ
クトル分解する。座標変換器31−１から出力された磁化
電流成分i01、トルク電流成分i21をそれぞれ磁化電流調
節器33−1,トルク電流調節器32−１にフィードバックさ
せるとともに、変圧機34−１によりモータ一次電圧vR1,
vS1,vT1に対応する電圧ｖ′R1,v′S1,v′T1を取り出
し、これと一次電流検出値iR1,iS1,iT1から電力演算器3
5−１で一次供給電力P1を求め、さらに、この一次供給
電力P1と発生トルクに対応するトルク電流成分i21から
割算器36−１で回転角周波数ωr1を算出し、これを前述
のすべり周波数ωS1に加算する。このようにすれば、各
群を代表するモータ４−1,4−４以外のモータについて
速度発電機を省略でき、組立調整および保守の簡易化が
図れる。
第７図は、モータの一次電圧および周波数を可変とし
た場合のトルク制御の働きを示す説明図である。各群を
代表するモータの負荷トルクが増加すると、速度制御手
段は設定速度を維持しようとしてトルク指令値を増加さ
せる。トルク指令値の増加に対応してトルク制御手段は
一次電流中のトルク電流成分を増加させるため、設定速
度を引き上げた時と同様に、各群のモータ個々の速度−
トルク特性曲線は図の実線から点線へと高速側に推移す
るが、各群のモータ回転速度はギヤにより拘束されてい
るので、この拘束された速度での発生トルクは図に示し
た分だけ増加し、各群でのモータのトルク分担の均等が
とれるようになる。
た場合のトルク制御の働きを示す説明図である。各群を
代表するモータの負荷トルクが増加すると、速度制御手
段は設定速度を維持しようとしてトルク指令値を増加さ
せる。トルク指令値の増加に対応してトルク制御手段は
一次電流中のトルク電流成分を増加させるため、設定速
度を引き上げた時と同様に、各群のモータ個々の速度−
トルク特性曲線は図の実線から点線へと高速側に推移す
るが、各群のモータ回転速度はギヤにより拘束されてい
るので、この拘束された速度での発生トルクは図に示し
た分だけ増加し、各群でのモータのトルク分担の均等が
とれるようになる。
本発明では、モータのトルク制御に動的性能の良いベ
クトル制御を用い、かつ各モータ群の速度制御手段から
のトルク指令が各モータのトルク制御手段に並列に与え
られるので、負荷変動などの外乱に速応した制御を行う
ことができる。
クトル制御を用い、かつ各モータ群の速度制御手段から
のトルク指令が各モータのトルク制御手段に並列に与え
られるので、負荷変動などの外乱に速応した制御を行う
ことができる。
なお、上記実施例では、各モータ群の速度制御手段か
らのトルク指令が各モータのトルク制御手段に均等に分
配されるものとしたが、これは原則であって、各モータ
の発生トルクを微調整するためにトルク指令分配比の調
整手段を設けることはこの限りでない。
らのトルク指令が各モータのトルク制御手段に均等に分
配されるものとしたが、これは原則であって、各モータ
の発生トルクを微調整するためにトルク指令分配比の調
整手段を設けることはこの限りでない。
本発明では、複数の回転カッタをほぼ同一平面内に配
置した多連シールド掘進機において、主たるカッタを駆
動するモータ群と従たる回転カッタを駆動するモータ群
の各々に対して設けた速度制御手段から各群のモータ個
々に対して設けたトルク制御手段に並列にトルク指令を
与えることにより、カッタ同士の回転の同期化と各群の
モータのトルク分担の均等化を図っているので、各々の
回転カッタの切削抵抗や回転抵抗の不均衡に左右され
ず、各々の回転カッタを駆動する複数のモータのトルク
分担の不均衡によってカッタ同士の同期関係が乱される
こともなく、かつ負荷変動などの外乱に対して速応性の
良い同期制御ができ、複数の回転カッタをカッタ同士の
干渉が発生しない許容偏差角以内で同期回転させること
ができる。
置した多連シールド掘進機において、主たるカッタを駆
動するモータ群と従たる回転カッタを駆動するモータ群
の各々に対して設けた速度制御手段から各群のモータ個
々に対して設けたトルク制御手段に並列にトルク指令を
与えることにより、カッタ同士の回転の同期化と各群の
モータのトルク分担の均等化を図っているので、各々の
回転カッタの切削抵抗や回転抵抗の不均衡に左右され
ず、各々の回転カッタを駆動する複数のモータのトルク
分担の不均衡によってカッタ同士の同期関係が乱される
こともなく、かつ負荷変動などの外乱に対して速応性の
良い同期制御ができ、複数の回転カッタをカッタ同士の
干渉が発生しない許容偏差角以内で同期回転させること
ができる。
また、各群を代表するモータ以外のモータについて
は、速度発電機を省略することができ、組立調整および
保守の簡易化が図れる。
は、速度発電機を省略することができ、組立調整および
保守の簡易化が図れる。
第１図は本発明によるカッタ同期運転装置の一実施例の
システム構成図、第２図は本発明を適用した２連シール
ド掘進機の縦断面図、第３図は第２図のＡ矢視図、第４
図は第２図のＢ−Ｂ断面図、第５図は回転カッタの許容
偏差角の説明図、第６図は第１図中のトルク制御手段12
−１の詳細回路図、第７図はトルク制御の働きを示す説
明図である。 ２−１……主たる回転カッタ、２−２……従たる回転カ
ッタ、４−１〜４−６……モータ、５−１〜５−６……
減速機、11−1,11−２……速度制御手段、12−１〜12−
６……トルク制御手段、13……速度設定器、14−1,14−
２……速度発電機、16−1,16−２……速度調節器、17…
…シンクロ発信機、18……シンクロ制御変圧機、19−1,
19−４……磁束設定器、20−1,20−４……ベクトル演算
部、21−1,21−４……電流検出器、22−1,22−４……電
流調節器、25−1,25−４……電力調整用インバータ。
システム構成図、第２図は本発明を適用した２連シール
ド掘進機の縦断面図、第３図は第２図のＡ矢視図、第４
図は第２図のＢ−Ｂ断面図、第５図は回転カッタの許容
偏差角の説明図、第６図は第１図中のトルク制御手段12
−１の詳細回路図、第７図はトルク制御の働きを示す説
明図である。 ２−１……主たる回転カッタ、２−２……従たる回転カ
ッタ、４−１〜４−６……モータ、５−１〜５−６……
減速機、11−1,11−２……速度制御手段、12−１〜12−
６……トルク制御手段、13……速度設定器、14−1,14−
２……速度発電機、16−1,16−２……速度調節器、17…
…シンクロ発信機、18……シンクロ制御変圧機、19−1,
19−４……磁束設定器、20−1,20−４……ベクトル演算
部、21−1,21−４……電流検出器、22−1,22−４……電
流調節器、25−1,25−４……電力調整用インバータ。
フロントページの続き (72)発明者 多田野 誠二 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 平１−315589（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E21D 9/08
Claims (1)
- 【請求項１】複数の回転カッタを、カッタ中心間距離が
各々の回転カッタの掘削半径より大きく、直径より小で
あるようにほぼ同一平面内に配置し、各々の回転カッタ
を複数のモータと減速機からなる電動駆動装置により独
立に駆動する多連シールド掘進機において、主たる回転
カッタを駆動するモータ群に対しては、与えられた速度
設定値とその群を代表するモータの速度検出値の差が零
となるように各々のモータへの供給電力を調整するため
のトルク指令を出力する速度制御手段を設け、従たる回
転カッタを駆動するモータ群に対しては、与えられた速
度設定値とその群を代表するモータの速度検出値の差お
よび主たる回転カッタと従たる回転カッタの偏差角検出
値が共に零となるように各々のモータへの供給電力を調
整するためのトルク指令を出力する速度制御手段を設
け、各々の回転カッタを駆動するモータ個々に対して
は、各々のモータ群の速度制御手段から出力されるトル
ク指令を受けて、モータに流れる電流のうち磁化電流成
分を一定に保ち、トルク電流成分がトルク指令に対応し
た値となるように各々のモータへの供給電力を調整する
トルク制御手段を設けたことを特徴とする多連シールド
掘進機のカッタ同期運転装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1260300A JP2872708B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1260300A JP2872708B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03125794A JPH03125794A (ja) | 1991-05-29 |
| JP2872708B2 true JP2872708B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=17346127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1260300A Expired - Fee Related JP2872708B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2872708B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103016014A (zh) * | 2012-07-31 | 2013-04-03 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 盾构掘进机刀盘驱动装置及其同步控制方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1020617A1 (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-19 | SHI Control Systems, Ltd. | Control apparatus for synchronous rotation of cutter heads, for a multiple shield excavator |
| JP5224474B2 (ja) | 2009-12-02 | 2013-07-03 | アネスト岩田株式会社 | 圧縮機の容量制御方法及び圧縮装置 |
| JP5802530B2 (ja) * | 2011-12-02 | 2015-10-28 | 株式会社日立産機システム | 空気圧縮機 |
| CN114320328A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-04-12 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种盾构机启停控制方法及装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2562494B2 (ja) * | 1988-03-04 | 1996-12-11 | 石川島播磨重工業株式会社 | 多連シールド掘進機のカッタ同期運転装置 |
-
1989
- 1989-10-06 JP JP1260300A patent/JP2872708B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103016014A (zh) * | 2012-07-31 | 2013-04-03 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 盾构掘进机刀盘驱动装置及其同步控制方法 |
| CN103016014B (zh) * | 2012-07-31 | 2015-06-24 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 盾构掘进机刀盘同步控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03125794A (ja) | 1991-05-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |