JP5311192B2

JP5311192B2 - リフティングマグネット用電源装置

Info

Publication number: JP5311192B2
Application number: JP2008185060A
Authority: JP
Inventors: 裕彦村田
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: JP2010023955A

Description

本発明は、鋼材等を複数の吊上げ用電磁石（リフティングマグネット）により吊上げる吊上げ装置におけるリフティングマグネットへの給電を制御するリフティングマグネット用電源装置に関する。

従来のリフティングマグネット用電源装置では、リフティングマグネットの電磁石コイルに対して複数のスイッチング素子がブリッジ接続されてなる出力回路のスイッチング素子として、サイリスタが使用されてきたが、トランジスタの小型化、低コスト化に伴い、制御の容易なトランジスタが主流になりつつある。（例えば、特許文献１参照）。

従来のリフティングマグネット用電源装置の構成を図２に示す。同図において、リフティングマグネット用電源装置は、交流電源１０と、交流電源の出力を整流する整流回路１１と、整流回路１１の出力端Ｐ，Ｎにその両端が接続された平滑用コンデンサＣ１と、平滑用コンデンサＣ１に並列に接続された抵抗Ｒ１とトランジスタＱ５との直列回路１２と、リフティングマグネットの電磁石コイル１４に対してブリッジ接続された複数のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、各トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のコレクタ‐エミッタ間に並列にそれぞれ、接続されているダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とからなる出力回路１３と、出力回路１３の各トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４にゲート信号を出力する制御回路１５とを有している。

上記構成からなる従来のリフティングマグネット用電源装置は、リフティングマグネットにより吊り荷を吊上げ、所定位置まで搬送して、吊り荷を釈放するまでの間に、リフティングマグネットの電磁石コイル１４を励磁して、リフティングマグネットの磁極に鋼材等の吊り荷を吸着する正励磁動作と、吊り荷を釈放するために電磁石コイル１４に蓄積されていた電気エネルギーを電源側に回生させる回生動作と、電磁石コイル１４の残留磁気を消磁させて吊り荷を完全に釈放せる逆励磁動作の３つの動作を行う。

正励磁動作、回生動作、逆励磁動作の各動作を図３乃至図５を参照して説明する。これらの図では、図２における一部の構成を省略して図３は、正励磁動作の状態を示している。同図において、制御回路１５から出力されるゲート信号によりトランジスタＱ１、Ｑ４をＯＮ状態とし、その他のトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ５をＯＦＦ状態とすることにより、電磁石コイル１４に整流回路１１の出力電圧が印加される。この結果、直流電流が整流回路１１の出力端子ＰからトランジスタＱ１を介して電磁石コイル１４に流れ、電磁石コイル１４からとＱ４を介して整流回路１１の出力端子Ｎに流れ、電磁石コイル１４が励磁され、吊り荷の吸着動作を行う。

次に、回生動作について説明する。図４は回生動作時の動作状態を示している。同図において、初期状態では、制御回路１５から出力されるゲート信号によりトランジスタＱ１〜Ｑ５をＯＦＦ状態とする。すなわち、図３に示した正励磁状態から、リフティングマグネットにより吸着されていた吊り荷を釈放するためにトランジスタＱ１、Ｑ４をＯＦＦ状態とする。この結果、電磁石コイル１４に蓄積されていた電気エネルギーがダイオードＤ２、電源側、ダイオードＤ３、電磁石１４の経路を介して電源側に回生される。

電源側への回生と電磁石コイル１４の抵抗分での消費により、電磁石コイル１４に蓄積されていた電気エネルギーが無くなることに伴い、電磁石コイル１４に流れていた電流は減衰し、零となる。
一方、電源側に回生された電気エネルギーは、平滑用コンデンサＣ１に蓄積され、整流回路１１の出力端子Ｐ、Ｎ間の電圧が上昇する。そして、整流回路１１の出力端子Ｐ、Ｎ間の電圧が規定値に達すると、制御回路１５より出力されるゲート信号によりトランジスタＱ５がＯＮ状態となり、この結果、抵抗Ｒに電流が流れ、出力端子Ｐ、Ｎ間の電圧の上昇が抑制され、平滑コンデンサＣ１の過電圧に対する保護を行う。

次に、逆励磁動作について説明する。図４は逆励磁動作時の動作状態を示している。同図において、回生動作では、リフティングマグネットの電磁石コイル１４に流れる電流が無くなっても残留磁気によりリフティングマグネットに吸着された吊り荷は、釈放されない。そこで、制御回路１５から出力されるゲート信号によりトランジスタＱ２、Ｑ３をＯＮ状態として、定格の１割程度の電流を電磁石コイル１４に対して正励磁の方向とは逆向きの方向に流すことにより電磁石コイル１４の残留磁気を消磁し、吊り荷を釈放する。
特開２００７−１６１４０２号公報

しかしながら、上述した従来のリフティングマグネット用電源装置にあっては、平滑用コンデンサにおける蓄積電荷を放電させるための抵抗の断線や、制御回路を構成するマイクロコンピュータの誤動作等により回生動作時に上記平滑用コンデンサの蓄積電荷の放電ができない場合、あるいは、電源の電流容量よりも大きいリフティングマグネットの電磁石コイルがリフティングマグネット用電源装置の負荷として誤って接続された場合等のように、リフティングマグネットの電磁石コイルからの電源側に回生される電気エネルギーを放電用抵抗で十分に消費できない場合、整流回路の出力端子間の電圧は上昇し、過電圧により上記平滑用コンデンサが破損するという問題が有った。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回生動作時にリフティングマグネットの電磁石コイルからの回生エネルギーを十分消費できずに、整流回路出力が規定値以上に上昇した場合に、回生動作を停止し、上記整流回路出力の上昇を防止することにより平滑用コンデンサを過電圧から保護するようにしたリフティングマグネット用電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のリフティングマグネット用電源装置は、交流電源と、交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力端に接続された平滑用コンデンサ、及び、該平滑用コンデンサに並列に接続された抵抗と回生動作時にＯＮ状態となるトランジスタとを備えた直列回路と、前記整流回路出力をリフティングマグネットの電磁石コイルに給電するブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有する出力回路と、前記出力回路の前記複数のスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを有し、前記制御回路が前記出力回路の各スイッチング素子を制御することにより、前記電磁石コイルを駆動制御するリフティングマグネット用電源装置において、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電源側に回生させる回生動作時に、前記整流回路出力端の電圧が規定値以上に上昇した場合には、前記電磁石コイルと前記出力回路との間で閉ループ回路を形成するように前記出力回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することを特徴とする。

上記構成の本発明のリフティングマグネット用電源装置では、制御回路は、リフティングマグネットの電磁石コイルに蓄積された電気エネルギーを電源側に回生させる回生動作時に、交流出力を整流する整流回路出力端の電圧が規定値以上に上昇した場合には、前記電磁石コイルと、該電磁石コイルが接続される電源回路の出力回路との間で閉ループ回路を形成するように前記出力回路を構成する複数のスイッチング素子を制御回路によりスイッチング制御する。
これにより、回生動作時にリフティングマグネットの電磁石コイルからの回生エネルギーを十分消費できずに、整流回路出力が規定値以上に上昇した場合に、回生動作を停止し、上記整流回路出力の上昇を防止することにより平滑用コンデンサを過電圧から保護することができる。
また、回生動作を停止することにより、時間当たりの回生エネルギー値（回生電力値）に上限を設けることができるので、回生動作後の平滑コンデンサにおける蓄積電荷の放電用抵抗の電力容量を小さくできる。

また、本発明のリフティングマグネット用電源装置は、前記制御回路は、前記整流回路の出力電圧と、前記整流回路出力側に接続される素子の耐圧を考慮して決められた基準電圧とを比較し、前記整流回路出力が前記基準電圧を超えたか否かを判定するコンパレータと、前記コンパレータの判定出力を取り込み、前記コンパレータが、前記整流回路出力が前記基準電圧を超えたと判定したときに、前記電磁石コイルと前記出力回路との間で閉ループ回路を形成するように前記出力回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する論理回路とを有することを特徴とする。

上記構成の本発明のリフティングマグネット用電源装置では、前記制御回路におけるコンパレータにより、前記整流回路の出力電圧と、前記整流回路出力側に接続される素子の耐圧を考慮して決められた基準電圧とを比較し、前記整流回路出力が前記基準電圧を超えたか否かが判定され、前記コンパレータが、前記整流回路出力が前記基準電圧を超えたと判定したときに、前記制御回路における論理回路は前記電磁石コイルと前記出力回路との間で閉ループ回路を形成するように前記出力回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する。
これにより、回生動作時にリフティングマグネットの電磁石コイルからの回生エネルギーを十分消費できずに、整流回路出力が規定値以上に上昇した場合に、回生動作を停止し、上記整流回路出力の上昇を防止することにより平滑用コンデンサを過電圧から保護することができる。
また、回生動作を停止することにより、時間当たりの回生エネルギー値（回生電力値）に上限を設けることができるので、回生動作後の平滑コンデンサにおける蓄積電荷の放電用抵抗の電力容量を小さくできる。

以上説明したように、本発明によれば、回生動作時にリフティングマグネットの電磁石コイルからの回生エネルギーを十分消費できずに、整流回路出力が規定値以上に上昇した場合に、出力回路を構成するスイッチング素子の簡単なＯＮ，ＯＦＦ制御により、回生動作を停止し、上記整流回路出力の上昇を防止することにより平滑用コンデンサを過電圧から保護することができる。
また、回生動作を停止することにより、時間当たりの回生エネルギー値（回生電力値）に上限を設けることができるので、回生動作後の平滑コンデンサにおける蓄積電荷の放電用抵抗の電力容量を小さくできる。
という効果が得られる。

以下、本発明の実施形態に係るリフティングマグネット用電源装置の構成を図１に示す。同図において、本発明の実施形態に係るリフティングマグネット用電源装置は、リフティングマグネット用電源装置は、交流電源１０と、交流電源の出力を整流する整流回路１１と、整流回路１１の出力端Ｐ，Ｎにその両端が接続された平滑用コンデンサＣ１と、平滑用コンデンサＣ１に並列に接続された放電用抵抗Ｒ１とトランジスタＱ５との直列回路１２と、リフティングマグネットの電磁石コイル１４に対してブリッジ接続された複数のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、各トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のコレクタ‐エミッタ間に並列にそれぞれ、接続されているダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４とからなる出力回路１３と、出力回路１３の各トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４にゲート信号を出力する制御回路２０とを有している。交流電源１０は、例えば、エンジン発電機である。

また、制御回路２０は、整流回路１１の出力電圧と、基準電圧Ｖ_ＲＥＦとを比較し、前記整流回路１５出力が基準電圧Ｖ_ＲＥＦを超えたか否かを判定するコンパレータ２１と、前記コンパレータの判定出力を取り込み、前記コンパレータが、前記整流回路出力が前記基準電圧を超えたと判定したときに、電磁石コイル１４と出力回路１３との間で閉ループ回路を形成するように出力回路１３の複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５をスイッチング制御する、インバータ２２、オアゲート２３、アンドゲート２４〜２７からなる論理回路とを有している。

なお、上記基準電圧Ｖ_ＲＥＦは、整流回路１１出力側に接続される素子である、平滑用コンデンサＣ１の耐圧を考慮して決められている。この平滑用コンデンサＣ１は、例えば、４５０Ｖ程度の耐圧を有しており、基準電圧は、この場合に例えば、４００Ｖ位に設定される。

コンパレータ２１の出力端は、オアゲート２３の一方の入力端及びインバータ２２の入力端に接続されている。また、インバータ２２の出力端はアンドゲート２４、２５、２６、２７の一方の入力端に接続されている。また、オアゲート２３、アンドゲート２４、２５、２６、２７の他方の入力端には、各トランジスタＱ４、Ｑ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ５のゲート信号が入力されるようになっている。

上記構成からなる本発明の実施形態に係るリフティングマグネット用電源装置の動作を説明する。正励磁動作及び逆励磁動作については図３、図５で説明した従来のリフティングマグネット用電源装置の動作と同様であるので、主として従来装置と動作が異なる回生動作について説明する。

まず、正励磁動作時には、制御回路２０から出力されるゲート信号によりトランジスタＱ１、Ｑ４をＯＮ状態とし、その他のトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ５をＯＦＦ状態とすることにより、電磁石コイル１４に整流回路１１の出力電圧が印加される。この結果、直流電流が整流回路１１の出力端子ＰからトランジスタＱ１を介して電磁石コイル１４に流れ、電磁石コイル１４からとトランジスタＱ４を介して整流回路１１の出力端子Ｎに流れ、電磁石コイル１４が励磁され、吊り荷の吸着動作を行う。

次いで、正励磁状態からリフティングマグネットにより吸着されていた吊り荷を釈放するためにトランジスタＱ１、Ｑ４をＯＦＦ状態とする。この結果、電磁石コイル１４に蓄積されていた電気エネルギーがダイオードＤ２、電源側、ダイオードＤ３、電磁石１４の経路を介して電源側に回生される。

一方、電源側に回生された電気エネルギーは、平滑用コンデンサＣ１に蓄積され、整流回路１１の出力端子Ｐ、Ｎ間の電圧が上昇する。そして、整流回路１１の出力端子Ｐ、Ｎ間の電圧が所定値に達すると、制御回路２０より出力されるゲート信号によりトランジスタＱ５がＯＮ状態となり、この結果、抵抗Ｒ１に電流が流れ、出力端子Ｐ、Ｎ間の電圧の上昇が抑制され、平滑コンデンサＣ１の過電圧に対する保護を行う。

ここで、抵抗Ｒ１の断線、あるいは、制御回路２０側の誤動作により、電磁借コイル１４からの回生エネルギーを十分に消費できずに、整流回路の出力端Ｐ、Ｎ間の電圧が上昇し、基準電圧（本発明の規定値）に達すると、コンパレータ２１の出力はハイレベルとなり、オアゲート２３よりトランジスタＱ４のゲートにハイレベルのゲート信号が出力されると共に、アンドゲート２４、２５、２６、２７からは、トランジスタＱ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ５の各ゲートにはローレベルの信号が出力されるので、トランジスタＱ４のみがＯＮ状態となり、トランジスタＱ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ５はＯＦＦ状態となる。

この結果、リフティングマグネットの電磁石コイル１４→トランジスタＱ４→ダイオードＤ３→電磁石コイル１４で電流の循環ループが形成され、この循環ループ内で電流が消費され、電源側へのエネルギー回生は停止される。したがって、整流回路１１の出力端に接続されている素子、例えば、平滑用コンデンサＣ１を過電圧から保護することができる。
また、回生動作を停止することにより、時間当たりの回生エネルギー値（回生電力値）に上限を設けることができるので、回生動作後の平滑コンデンサにおける蓄積電荷の放電用抵抗の電力容量を小さくできる。

本発明の実施形態に係るリフティングマグネット用電源装置の構成を示す回路図。従来のリフティングマグネット用電源装置の構成を示す回路図。図２に示した従来のリフティングマグネット用電源装置における正励磁動作時の動作状態を示す回路図。図２に示した従来のリフティングマグネット用電源装置における回生動作時の動作状態を示す回路図。図２に示した従来のリフティングマグネット用電源装置における逆励磁動作時の動作状態を示す回路図。

符号の説明

１０…交流電源、１１…整流回路、１２…直列回路、１３…出力回路、１４…電磁石コイル、Ｃ１…平滑用コンデンサ、Ｒ１…放電用抵抗、Ｑ１〜Ｑ５…トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、２０…制御回路、２１…コンパレータ、２２…インバータ、２３…オアゲート、２４、２５、２６、２７…アンドゲート

Claims

交流電源と、交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力端に接続された平滑用コンデンサ、及び、該平滑用コンデンサに並列に接続された抵抗と回生動作時にＯＮ状態となるトランジスタとを備えた直列回路と、前記整流回路出力をリフティングマグネットの電磁石コイルに給電するブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有する出力回路と、前記出力回路の前記複数のスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを有し、前記制御回路が前記出力回路の各スイッチング素子を制御することにより、前記電磁石コイルを駆動制御するリフティングマグネット用電源装置において、
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電源側に回生させる回生動作時に、前記整流回路出力端の電圧が規定値以上に上昇した場合には、前記電磁石コイルと前記出力回路との間で閉ループ回路を形成するように前記出力回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御することを特徴とするリフティングマグネット用電源装置。
前記制御回路は、前記整流回路の出力電圧と、前記整流回路出力側に接続される素子の耐圧を考慮して決められた基準電圧とを比較し、前記整流回路出力が前記基準電圧を超えたか否かを判定するコンパレータと、
前記コンパレータの判定出力を取り込み、前記コンパレータが、前記整流回路出力が前記基準電圧を超えたと判定したときに、前記電磁石コイルと前記出力回路との間で閉ループ回路を形成するように前記出力回路の複数のスイッチング素子をスイッチング制御する論理回路と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のリフティングマグネット用電源装置。