JP5160108B2 - Lifting magnet control system - Google Patents
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Description
本発明は、リフティングマグネット制御システムに関するものである。 The present invention relates to a lifting magnet control system.
リフティングマグネットは、建設作業等において鉄片などの吊荷を持ち上げて運搬するために用いられ、油圧ショベルといった車両のアームの先端に装備されている。リフティングマグネットを使用する際には、或る向きに電流を流してリフティングマグネットを励磁し、吊荷を吸着させて持ち上げる。そして、吊荷を釈放する際には、逆向きに電流を流してリフティングマグネットを消磁する。 Lifting magnets are used to lift and carry suspended loads such as iron pieces in construction work and the like, and are installed at the tip of a vehicle arm such as a hydraulic excavator. When using a lifting magnet, current is passed in a certain direction to excite the lifting magnet, and the suspended load is attracted and lifted. Then, when releasing the suspended load, the lifting magnet is demagnetized by passing a current in the opposite direction.
このような励磁電流および釈放電流をリフティングマグネットに供給するための従来のシステム構成を図8に示す。同図に示すリフティングマグネット制御システム100は、誘導交流発電機102と、誘導交流発電機102から出力される交流電力を直流電力に変換する直流変換部104と、直流変換部104から出力された直流電力の向きを制御しつつマグネット106へ供給するHブリッジ回路108と、マグネット106に蓄えられたエネルギーを回生するためのコンデンサ116とを備えている。また、リフティングマグネット制御システム100は、誘導交流発電機102から出力される交流電圧が低い場合にこの交流電圧を昇圧する自動電圧調整器(AVR:Automatic Voltage Regulator)110と、Hブリッジ回路108を駆動するブリッジドライバ112へ供給される直流電源電圧を誘導交流発電機102からの交流電圧より生成する電源モジュール114とを更に備えている。この制御システム100が車両に搭載される場合、該車両はエンジンにより駆動される油圧ポンプ、及び該油圧ポンプにより駆動される油圧モータを備えており、誘導交流発電機102は、この油圧モータによって駆動される。
FIG. 8 shows a conventional system configuration for supplying such excitation current and release current to the lifting magnet. The lifting
なお、特許文献1には、リフティングマグネットを装備した自走式作業機械が開示されている。この自走式作業機械においては、発電機から出力された交流電圧が低い場合に、昇圧チョッパ回路により該交流電圧を昇圧している。
前述したように、車両に搭載される従来のリフティングマグネット制御システムは、発電機として、誘導交流発電機を備えている。しかし、車両のエンジンの回転数が或る一定値より低下すると、誘導交流発電機からの出力電圧は急激に低下する傾向がある。従って、エンジン回転数が低下した場合には吊荷を吸着させ続けることが難しく、また、ブリッジドライバの電源電圧を誘導交流発電機からの交流電力を利用して生成しているので、エンジン回転数が低下するとブリッジドライバが動作できなくなり、吸着動作が不可能となる。故に、夜間の作業などでも吊荷を運搬するためにはエンジン回転数を下げることが出来ず、エンジン回転数が低くても吊荷の運搬が可能なリフティングマグネット制御システムが望まれている。 As described above, a conventional lifting magnet control system mounted on a vehicle includes an induction AC generator as a generator. However, when the rotational speed of the vehicle engine falls below a certain fixed value, the output voltage from the induction AC generator tends to drop sharply. Therefore, it is difficult to keep the suspended load adsorbed when the engine speed decreases, and the power supply voltage of the bridge driver is generated using the AC power from the induction AC generator. If the voltage drops, the bridge driver cannot operate, and the suction operation becomes impossible. Therefore, there is a demand for a lifting magnet control system that cannot lower the engine speed in order to carry suspended loads even during nighttime work, and that can carry suspended loads even when the engine speed is low.
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、リフティングマグネットを装備した車両に搭載され、エンジン回転数が低い場合でもリフティングマグネットに吊荷を吸着させ得るリフティングマグネット制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a lifting magnet control system that is mounted on a vehicle equipped with a lifting magnet and can adsorb a suspended load to the lifting magnet even when the engine speed is low. For the purpose.
上記した課題を解決するために、本発明によるリフティングマグネット制御システムは、リフティングマグネットを装備した車両に搭載されるリフティングマグネット制御システムであって、同期交流発電機と、同期交流発電機から供給された交流電力を直流電力へ変換する直流変換部と、複数のトランジスタを含んで構成され、直流電力の向きを制御してリフティングマグネットへ該直流電力を供給するHブリッジ回路部と、複数のトランジスタを駆動するブリッジドライバと、ブリッジドライバに直流電源電圧を供給する蓄電池と、直流変換部、Hブリッジ回路部、及びブリッジドライバを搭載するマグネット制御盤とを備え、マグネット制御盤が、同期交流発電機が誘導交流発電機に換装された際に該誘導交流発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器を搭載するためのスペースを有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a lifting magnet control system according to the present invention is a lifting magnet control system mounted on a vehicle equipped with a lifting magnet, and is supplied from a synchronous AC generator and a synchronous AC generator. A DC converter that converts AC power into DC power and a plurality of transistors, an H bridge circuit that controls the direction of DC power and supplies the DC power to the lifting magnet, and drives the transistors a bridge driver for a storage battery for supplying a DC supply voltage to the bridge driver, a DC conversion unit, H-bridge circuit portion, and a magnet control board for mounting the bridge driver, the magnet control panel, induction synchronous alternator Adjusts the output voltage of the induction alternator when converted to an alternator Characterized in that it has a space for mounting the automatic voltage regulator that.
このリフティングマグネット制御システムにおいては、発電機として、同期交流発電機を備えている。同期交流発電機の出力電圧は、車両のエンジン回転数の低下に比例して低下する傾向がある。従って、誘導交流発電機のように出力電圧が急激に低下するようなことがなく、エンジン回転数が多少低下しても吸着力を維持することができる。また、蓄電池からの電源電圧をブリッジドライバに供給しているので、エンジン回転数が低下してもブリッジドライバの動作には影響しない。すなわち、このリフティングマグネット制御システムによれば、エンジン回転数が低い場合でもリフティングマグネットに吊荷を吸着させることができるので、エンジン回転数の低下による吊荷の落下を防ぎ、また、夜間にエンジン回転数を低くして静かに作業することも可能となる。 In this lifting magnet control system, a synchronous AC generator is provided as a generator. The output voltage of the synchronous alternator tends to decrease in proportion to the decrease in the engine speed of the vehicle. Therefore, the output voltage does not drop rapidly as in the induction AC generator, and the adsorption force can be maintained even if the engine speed is somewhat reduced. Further, since the power supply voltage from the storage battery is supplied to the bridge driver, even if the engine speed decreases, the operation of the bridge driver is not affected. That is, according to this lifting magnet control system, even if the engine speed is low, the lifting magnet can be adsorbed to the lifting magnet, so that the suspended load is prevented from dropping due to a decrease in the engine speed, and the engine rotation is performed at night. It is also possible to work quietly by reducing the number.
また、リフティングマグネット制御システムは、直流変換部、Hブリッジ回路部、及びブリッジドライバを搭載するマグネット制御盤を備え、マグネット制御盤が、同期交流発電機が誘導交流発電機に換装された際に該誘導交流発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器を搭載するためのスペースを有することにより、同期交流発電機が誘導交流発電機に換装された際にもこのリフティングマグネット制御システムを流用することができ、汎用性を高めることができる。 The lifting magnet control system also includes a magnet control panel on which a DC conversion unit, an H-bridge circuit unit, and a bridge driver are mounted. When the synchronous AC generator is replaced with an induction AC generator, the magnet control panel more and this with a space for mounting the automatic voltage regulator for regulating the output voltage of the induction alternator, even when the synchronous alternator is retrofit to the induction alternator divert the lifting magnet control system Can increase versatility.
本発明によれば、リフティングマグネットを装備した車両に搭載され、エンジン回転数が低い場合でもリフティングマグネットに吊荷を吸着させ得るリフティングマグネット制御システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lifting magnet control system which can be mounted in the vehicle equipped with the lifting magnet and can make a lifting magnet adsorb | suck to a lifting magnet even when an engine speed is low can be provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明によるリフティングマグネット制御システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明において、トランジスタとはバイポーラ型トランジスタ及び電界効果トランジスタ(FET)の双方を含むものとする。トランジスタがFETである場合、ベースをゲート、コレクタをドレイン、エミッタをソースとそれぞれ読み替えるものとする。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a lifting magnet control system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the following description, a transistor includes both a bipolar transistor and a field effect transistor (FET). When the transistor is an FET, the base is read as the gate, the collector as the drain, and the emitter as the source.
図1は、本実施形態に係るリフティングマグネット制御システムが搭載される作業機械であるリフティングマグネット車両の構成を示す斜視図である。図1に示すように、リフティングマグネット車両(以下、マグネット車両)1は、油圧ショベル(ベースマシン)のアーム12の先端に、鋼材などの吊荷90を磁力により吸着して捕獲するリフティングマグネット(以下、マグネット)10を搭載して構成されている。また、マグネット車両1は、マグネット10の位置や励磁動作および釈放動作を操作する操作者を収容する運転室14を備えている。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a lifting magnet vehicle that is a work machine on which the lifting magnet control system according to the present embodiment is mounted. As shown in FIG. 1, a lifting magnet vehicle (hereinafter referred to as a magnet vehicle) 1 is a lifting magnet (hereinafter referred to as a lifting magnet) that attracts and captures a suspended
マグネット車両1に搭載されたリフティングマグネット制御システム(以下、マグネット制御システム)2は、マグネット10に電力を供給するマグネット制御盤3と、マグネット制御盤3に三相交流電力を供給する同期交流発電機4と、マグネット制御盤3に直流電源電圧を供給するバッテリー(蓄電池)5とを備えている。マグネット車両1は、該車両1のエンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプからの油圧により駆動される油圧モータとを搭載しており、同期交流発電機4は、この油圧モータによって駆動される。同期交流発電機4は、界磁として永久磁石を有する、いわゆる永久磁石(PM:Permanent Magnet)同期発電機である。
A lifting magnet control system (hereinafter referred to as a magnet control system) 2 mounted on the
図2は、本実施形態によるマグネット制御システム2の構成を示すブロック図である。マグネット制御システム2は、上述したようにマグネット制御盤3、同期交流発電機4、及びバッテリー5を備えている。マグネット制御盤3は、マグネット駆動回路31およびブリッジドライバ32を有しており、マグネット駆動回路31は同期交流発電機4からの三相交流電源電圧VAC1〜VAC3を受け、ブリッジドライバ32はバッテリー5から直流電源電圧VBATを受ける。マグネット駆動回路31は、マグネット10に電力(励磁電流I1、釈放電流I2)を供給する回路であり、マグネット10を流れる電流の向きを制御するHブリッジ回路部を含む。ブリッジドライバ32はこのHブリッジ回路部を駆動する回路であり、直流電源電圧VBATは一定(例えばDC24V)である。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
図3は、マグネット駆動回路31の構成を示す回路図である。同図を参照すると、マグネット駆動回路31は、直流変換部33、Hブリッジ回路部34、エネルギ吸収部35、制御部36、電流測定部37、及び電位差測定部38を備える。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the
直流変換部33は、同期交流発電機4から供給された交流電源電圧VAC1〜VAC3を直流電源電圧VDCへ変換するための回路部分である。本実施形態の直流変換部33は、6個のダイオード33a〜33f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。生成された直流電源電圧VDCは、正側電源ライン33g及び負側電源ライン33hに提供される。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。
The
Hブリッジ回路部34は、マグネット10へ供給される電流の向きを制御するための回路部分である。Hブリッジ回路部34は、4つのトランジスタ34a〜34dと、該4つのトランジスタ34a〜34dそれぞれの電流端子間(コレクタ−エミッタ間またはソース−ドレイン間)に電気的に接続された4つのダイオード(整流素子)34e〜34hと、マグネット10へ電流を供給するための配線18a及び18bが接続される端子34i及び34jとを含むHブリッジ回路によって構成されている。
The H
具体的には、トランジスタ34aの一方の電流端子は正側電源ライン33gに電気的に接続されており、トランジスタ34aの他方の電流端子は端子34iに電気的に接続されている。トランジスタ34bの一方の電流端子は端子34iに電気的に接続されており、トランジスタ34bの他方の電流端子は負側電源ライン33hに電気的に接続されている。トランジスタ34cの一方の電流端子は正側電源ライン33gに電気的に接続されており、トランジスタ34cの他方の電流端子は端子34jに電気的に接続されている。トランジスタ34dの一方の電流端子は端子34jに電気的に接続されており、トランジスタ34dの他方の電流端子は負側電源ライン33hに電気的に接続されている。また、ダイオード34e〜34hのアノードは、それぞれトランジスタ34a〜34dの他方の電流端子に電気的に接続されており、ダイオード34e〜34hのカソードは、それぞれトランジスタ34a〜34dの一方の電流端子に電気的に接続されている。
Specifically, one current terminal of the
各トランジスタ34a〜34dのベースはブリッジドライバ32(図2参照)と電気的に接続されており、各トランジスタ34a〜34dにおけるコレクタ−エミッタ間の導通状態は、ブリッジドライバ32から提供される制御電流Sa〜Sdによって制御される。例えば、トランジスタ34a及び34dのベース端子に制御電流Sa,Sdが提供されると、正方向の励磁電流I1が、トランジスタ34a、端子34i、マグネット10、端子34j、及びトランジスタ34dの順に流れる。また、トランジスタ34b及び34cのベース端子に制御電流Sb,Scが提供されると、逆方向の釈放電流(消磁電流)I2が、トランジスタ34c、端子34j、マグネット10、端子34i、及びトランジスタ34bの順に(すなわち、励磁電流I1とは逆向きに)流れる。
The bases of the
エネルギ吸収部35は、マグネット10への励磁電流I1が釈放電流I2へ切り替わる際にマグネット10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。エネルギ吸収部35は、npn型のトランジスタ35a、ダイオード(整流素子)35b、抵抗素子35c、及びコンデンサ(容量素子)35dを有する。なお、ダイオード35bは必要に応じて配置され、省略することも可能である。
The energy absorption part 35 is a circuit part for absorbing the energy accumulated in the
トランジスタ35a及び抵抗素子35cは、正側電源ライン33gと負側電源ライン33hとの間に電気的に接続されており、且つ互いに直列に接続されている。具体的には、トランジスタ35aのコレクタ端子が正側電源ライン33gに電気的に接続されており、トランジスタ35aのエミッタ端子が抵抗素子35cの一端に電気的に接続されている。また、抵抗素子35cの他端は、負側電源ライン33hに電気的に接続されている。トランジスタ35aのコレクタ端子及びエミッタ端子には、それぞれダイオード35bのカソード及びアノードが電気的に接続されている。また、コンデンサ35dは、トランジスタ35a及び抵抗素子35cに対して並列に接続されている。なお、トランジスタ35aのベース端子には、後述する制御部36から制御電流Seが提供され、この制御電流Seによってトランジスタ35aの導通状態が制御される。
The
電流測定部37は、Hブリッジ回路部34とエネルギ吸収部35との間の正側電源ライン33gを通ってエネルギ吸収部35へ向かう電流の向き及び大きさを測定する。電流測定部37は、測定結果である電流の向き及び大きさを示す電流信号Siを制御部36へ提供する。電位差測定部38は、正側電源ライン33gと負側電源ライン33hとの間の電位差を測定するための回路部分である。電位差測定部38は、測定結果である電位差を示す電位差信号Svを制御部36へ提供する。なお、本実施形態のマグネット駆動回路31は電流測定部37及び電位差測定部38の双方を備えているが、マグネット駆動回路31は、電流測定部37及び電位差測定部38のうち一方のみを備えても良い。
The
制御部36は、電流信号Si及び電位差信号Svに基づいて、エネルギ吸収部35のトランジスタ35aにおける導通状態を制御する。制御部36は、Hブリッジ回路部34からエネルギ吸収部35へ向かう電流が生じたとき、或いは、電位差信号Svが所定値以上となったときに、制御電流Seを出力してトランジスタ35aのコレクタ−エミッタ間を導通させる。また、制御部36は、トランジスタ35aが導通している状況において、電流信号Siが所定値以下となったとき、或いは電位差信号Svが所定値以下となったときに、制御電流Seの出力を停止してトランジスタ35aのコレクタ−エミッタ間を不通にする。
The
ここで、マグネット制御盤3内部の部品配置について説明する。図4は、マグネット制御盤3の内部を示す側面図である。マグネット制御盤3は、金属製の筐体39を有しており、この筐体39の中に上述したマグネット駆動回路31及びブリッジドライバ32を内蔵している。同図において、Aは冷却ファン、Bはダイオードモジュール(この中に直流変換部33のダイオード33a〜33fが収められている)、Cはエネルギ吸収部35のトランジスタ35a、D1,D2はIGBTモジュール(この中にHブリッジ回路部34のトランジスタ34a〜34dが収められている)、Eはブリッジドライバ32を含むCPU基板、Fはエネルギ吸収部35の抵抗素子35c、Gは制御部36を含む配線基板、H及びIはマグネット10への電流及び電圧を検出するための検出回路、Jは端子台である。そして、Kは自動電圧調整器を取り付けるためのスペースであり、本実施形態では何も設置されない。自動電圧調整器は、同期交流発電機4が誘導交流発電機に換装された際に、誘導交流発電機の出力電圧を調整するために設置される。
Here, the arrangement of components inside the
続いて、マグネット駆動回路31の動作について説明する。図5は、(a)マグネット10の両端に印加される電圧、(b)Hブリッジ回路部34とエネルギ吸収部35との間の正側電源ライン33gにおける電流量、及び(c)正側電源ライン33gと負側電源ライン33hとの間の電位差の、それぞれ時間波形を示すグラフである。なお、図5(b)における電流量については、Hブリッジ回路部34からエネルギ吸収部35への電流の向きを正としている。
Next, the operation of the
まず、或る時刻t0において、同期交流発電機4が駆動されることにより、三相の交流電源電圧VAC1〜VAC3が発生する。これらの交流電源電圧VAC1〜VAC3は、直流変換部33によって直流電源電圧VDCに変換され、Hブリッジ回路部34に提供される(図5(c)参照)。続いて、時刻t1において、マグネット10を励磁する。すなわち、ブリッジドライバ32がHブリッジ回路部34のトランジスタ34a及び34dを導通させる。これにより、トランジスタ34a、マグネット10、トランジスタ34dの順に励磁電流I1が流れる(図5(b)参照)。つまり、Hブリッジ回路部34の端子34iと端子34jとの間に励磁電圧Vが出力される(図5(a)参照)。これにより、マグネット10が励磁され、鉄片等を吸着して持ち上げることができる。
First, at a certain time t 0 , the
続いて、マグネット10から鉄片等を解放するための動作に移る。まず、時刻t2において、マグネット10の励磁を解除する。すなわち、ブリッジドライバ32がHブリッジ回路部34のトランジスタ34a及び34dを不通とする。このとき、マグネット10に蓄積されたエネルギにより、マグネット10の両端(すなわち端子34iと端子34jとの間)に逆起電力による電圧が生じる(図5(a)のQ部分)。同時に、この逆起電力に起因する電流(図5(b)のR部分)が、ダイオード34f、マグネット10、及びダイオード34gを流れる。
Subsequently, the operation moves to release iron pieces from the
このとき、エネルギ吸収部35のトランジスタ35aを制御部36が導通させるまでの微小な時間、蓄積エネルギによる電流はエネルギ吸収部35のコンデンサ35dへ流れる。そして、コンデンサ35dの両端電圧が上昇することにより、正側電源ライン33gと負側電源ライン33hとの間の電位差が上昇する(図5(c)のS部分)。
At this time, the current due to the accumulated energy flows to the
蓄積エネルギによる電流が正側電源ライン33gを流れると、この電流はHブリッジ回路部34からエネルギ吸収部35へ向かうので、正側電源ライン33gにおける電流の向きが逆転する。制御部36は、Hブリッジ回路部34からエネルギ吸収部35へ向かう電流が生じたことを電流信号Siによって認識することにより、蓄積エネルギによる電流が正側電源ライン33gを流れていることを認識する(図5(b)の点P1)。そして、制御部36は、制御電流Seを出力してトランジスタ35aのコレクタ−エミッタ間を導通させる。これにより、蓄積エネルギによる電流は、トランジスタ35aを介して抵抗素子35cへ流れ、抵抗素子35cにおいて消費されつつ、次第に減衰する。
When the current due to the stored energy flows through the positive
或いは、蓄積エネルギによる電流がコンデンサ35dへ流れることによりコンデンサ35dの両端電圧が上昇することから、制御部36は、正側電源ライン33gと負側電源ライン33hとの間の電位差が所定値Vth1以上となることによっても、(すなわち電位差測定部38からの電位差信号Svが所定値以上となることによっても、)蓄積エネルギによる電流が正側電源ライン33gを流れていることを認識できる(図5(c)の点P2)。制御部36は、このような場合に、制御電流Seを出力してトランジスタ35aのコレクタ−エミッタ間を導通させてもよい。
Alternatively, since the voltage between both ends of the
続いて、Hブリッジ回路部34からエネルギ吸収部35へ向かう電流の大きさ(電流信号Si)が所定値Ith2以下になると(図5(b)の点P3)、制御部36は、蓄積エネルギによる電流が十分に減衰したことを認識する。そして、制御部36は、制御電流Seの出力を停止してトランジスタ35aのコレクタ−エミッタ間を不通にする。なお、所定値Ith2は、0[A]にできるだけ近い値であることが好ましい。
Subsequently, when the magnitude of the current (current signal Si) from the H-
或いは、正側電源ライン33gと負側電源ライン33hとの間の電位差が所定値Vth3以下となることによっても、(すなわち電位差測定部38からの電位差信号Svが所定値以下となることによっても、)蓄積エネルギによる電流が十分に減衰したことを認識できる(図5(c)の点P4)。制御部36は、このような場合に、制御電流Seの出力を停止してトランジスタ35aのコレクタ−エミッタ間を不通にしてもよい。
Alternatively, also by the potential difference between the positive
その後、時刻t3において、マグネット10を消磁する。すなわち、ブリッジドライバ32がHブリッジ回路部34のトランジスタ34b及び34cを導通させる。これにより、トランジスタ34c、マグネット10、及びトランジスタ34bの順に釈放電流I2が流れる(図5(b)参照)。つまり、Hブリッジ回路部34の端子34iと端子34jとの間に釈放(消磁)電圧−Vが出力される(図5(a)参照)。これにより、マグネット10が消磁され、吸着していた鉄片等を解放することができる。
Then, at time t 3, to demagnetize the
消磁が終了したのち、時刻t4においてHブリッジ回路部34のトランジスタ34b及び34cを不通とする。このとき、マグネット10に蓄積されたエネルギにより、マグネット10の両端(すなわち端子34iと端子34jとの間)に逆起電力による電圧が生じる(図5(a)のT部分)。同時に、この逆起電力に起因する電流(図5(b)のU部分)が、ダイオード34h、マグネット10、及びダイオード34eを流れる。この蓄積エネルギによる電流は、上述した動作と同様にして、エネルギ吸収部35によって吸収される。
After demagnetization is complete, the non-delivery of the
本実施形態に係るマグネット制御システム2が奏する効果について説明する。このマグネット制御システム2は、発電機として、同期交流発電機4を備えている。ここで、図6(a)は、同期交流発電機の一般的な出力電圧特性の一例を示すグラフであり、図6(b)は、同期交流発電機をマグネット制御システムの発電機として使用した場合における、マグネット印加電圧の特性の一例を示すグラフである。なお、図6(a)及び(b)において、横軸は発電機の回転数[rpm]を表している。図6(a)に示すように、同期交流発電機の出力電圧は回転数に比例している。従って、マグネット印加電圧は、図6(b)のように或る回転数(図では約1400rpm)以下の低回転域において回転数に比例する。なお、該回転数以上の高回転域においては、ブリッジドライバ32(図1参照)によるPWM制御によってマグネット印加電圧の実効値が一定(図では200[V])に制御される。
The effect which the
これに対し、誘導交流発電機の場合、図7(a)に示すように、回転数が或る値(図では約1200rpm)を下回ると、出力電圧が急激に低下する傾向がある。従って、エンジン回転数が低下した場合には吊荷を吸着させ続けることが難しくなる。また、従来の制御システムでは、図8に示したようにブリッジドライバ112用の直流電源電圧を発電機102からの電力を利用して生成しているため、発電機102の出力電圧が或る値以下になると直流電源電圧を生成できなくなる。このため、発電機102の出力電圧が或る値以下になるとブリッジドライバ112が動作できなくなり、図7(b)に示すように、マグネット印加電圧が0[V]付近まで低下してしまい吸着動作が不可能となる。また、エンジン回転数が低いときに自動電圧調整器を用いてマグネット印加電圧を昇圧する方式では、低回転数で動作させ続けると、発電機に過度の界磁電流が流れ続けるので発電機の寿命が短くなってしまう。
On the other hand, in the case of an induction alternator, as shown in FIG. 7A, when the rotational speed falls below a certain value (about 1200 rpm in the figure), the output voltage tends to rapidly decrease. Therefore, it becomes difficult to keep the suspended load adsorbed when the engine speed decreases. Further, in the conventional control system, as shown in FIG. 8, the DC power supply voltage for the
本実施形態によるマグネット制御システム2によれば、同期交流発電機4を備えているのでエンジン回転数が低下しても図7(a),(b)のように発電機の出力電圧が急激に低下するようなことはなく、また、ブリッジドライバ32への直流電源電圧もバッテリー5から供給されるので、或る程度低いエンジン回転域までマグネット印加電圧が有意な大きさに維持され、吸着力を維持することができる。すなわち、このマグネット制御システム2によれば、エンジン回転数が低い場合でもマグネット10に吊荷90を吸着させることができるので、エンジン回転数の低下による吊荷90の落下を防ぎ、また、夜間にエンジン回転数を低くして静かに作業することも可能となる。また、自動電圧調整器が不要となるほか、油圧モータ等の駆動機構も低速で動作させ得るので、部品の消耗を抑え、システムの寿命を延ばすことができる。
According to the
また、低いエンジン回転数で吸着動作を行えることは、次の点でも好ましい。油圧ショベルなどの車両においては、エンジン回転数が低下すると油圧も低くなる。従って、図1に示したアーム12の動作が緩やかになり、不慣れな操作者でもアーム12を容易に操作できる。更に、エンジン回転数を低く抑えて作業を継続できるので、燃費を抑えることができる。
Further, the ability to perform the adsorption operation at a low engine speed is also preferable in the following points. In a vehicle such as a hydraulic excavator, the hydraulic pressure decreases as the engine speed decreases. Accordingly, the operation of the
また、図4に示したように、マグネット制御盤3は、自動電圧調整器を搭載するためのスペースKを有することが好ましい。これにより、同期交流発電機4が誘導交流発電機に換装された際にもこのマグネット制御システム2を流用することができ、汎用性を高めることができる。
Moreover, as shown in FIG. 4, the
また、本実施形態では、エネルギ吸収部35(図3参照)に抵抗素子35cを用いている。従来、マグネットに蓄えられたエネルギーは図8に示したコンデンサ116を用いて回生することが一般的であった。このようなコンデンサ116としては比較的大容量のコンデンサが用いられるが、大容量のコンデンサの耐圧性を高めると、高コストとなり且つ大型化してしまう。一方、同期交流発電機は、図6(a)に示したようにエンジン回転数に比例した電圧を出力するので、エンジン回転数が高くなると回生用コンデンサに耐圧性が要求される。従って、従来のマグネット制御システムでは、図7(a)に示したようにエンジン回転数が高くなっても出力電圧を抑えられる誘導交流発電機が一般に採用されていた。
In the present embodiment, the
これに対し、本実施形態ではこのような大容量コンデンサに代えて抵抗素子35c(図3参照)が用いられているので、発電機からのより高い出力電圧に耐えることができる。すなわち、本実施形態のマグネット制御システム2によれば、エンジン回転数に比例して出力電圧が上昇する同期交流発電機4を発電機として好適に採用できる。
On the other hand, in the present embodiment, the
本発明によるリフティングマグネット制御システムは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では発電機として三相交流発電機を例示しているが、本発明の発電機としては、同期交流型であれば相数に関係なく様々な発電機を適用可能である。 The lifting magnet control system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible. For example, in the above embodiment, a three-phase AC generator is exemplified as the generator, but as the generator of the present invention, various generators can be applied regardless of the number of phases as long as it is a synchronous AC type.
1…リフティングマグネット車両、2…リフティングマグネット制御システム、3…マグネット制御盤、4…同期交流発電機、5…バッテリー、10…リフティングマグネット、12…アーム、14…運転室、31…マグネット駆動回路、32…ブリッジドライバ、33…直流変換部、34…ブリッジ回路部、35…エネルギ吸収部、36…制御部、37…電流測定部、38…電位差測定部、39…筐体、90…吊荷、I1…励磁電流、I2…釈放電流、VAC1〜VAC3…三相交流電源電圧、VBAT…直流電源電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
同期交流発電機と、
前記同期交流発電機から供給された交流電力を直流電力へ変換する直流変換部と、
複数のトランジスタを含んで構成され、前記直流電力の向きを制御して前記リフティングマグネットへ該直流電力を供給するHブリッジ回路部と、
前記複数のトランジスタを駆動するブリッジドライバと、
前記ブリッジドライバに直流電源電圧を供給する蓄電池と、
前記直流変換部、前記Hブリッジ回路部、及び前記ブリッジドライバを搭載するマグネット制御盤と
を備え、
前記マグネット制御盤が、前記同期交流発電機が誘導交流発電機に換装された際に該誘導交流発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器を搭載するためのスペースを有することを特徴とする、リフティングマグネット制御システム。 A lifting magnet control system mounted on a vehicle equipped with a lifting magnet,
A synchronous alternator,
A DC converter that converts AC power supplied from the synchronous AC generator into DC power;
An H-bridge circuit unit configured to include a plurality of transistors and control the direction of the DC power to supply the DC power to the lifting magnet;
A bridge driver for driving the plurality of transistors;
A storage battery for supplying a DC power supply voltage to the bridge driver ;
A magnet control board on which the DC converter, the H-bridge circuit, and the bridge driver are mounted ;
The magnet control panel has a space for mounting an automatic voltage regulator for adjusting an output voltage of the induction AC generator when the synchronous AC generator is replaced with an induction AC generator. , Lifting magnet control system.
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