JP5378375B2 - ローラミル - Google Patents

Description

本発明は、回転軸を中心として回転自在な粉砕プレートと、この粉砕プレートと転がり係合する少なくとも１本の粉砕ローラと、粉砕プレートを駆動する主駆動源とを有するローラミルに関する。

現在、縦型ローラミルの粉砕プレートの駆動は、無調整の非同期または同期モータと多段変速器を用いて行われている。
この構成の場合、実際には、粉砕工程によって、非常に大きなトルク変動が生じる。
さらに、このようなトルク変動の増大は、振動駆動トレーン（oscillatory drive train、クラッチ、シャフト、合成の歯を有する構成要素）によっても生じる場合がある。
ローラミルは、例えば、特許文献１から公知である。

このような高い交番荷重に対する耐性を持たせるためには、駆動経路に直接的および／または間接的に関わる全ての構成要素を厳密に構成する必要がある。
特に、駆動トレーン内での固有振動による交番応力は、複雑かつ高価な構成につながる。
また、より大型のミルの場合、伝達損失が生じることが知られており、工場を運営する側から言うと重大な営業損失につながるため、これらのミルには悪い印象がつきまとう結果となっている。

モーメントの揺らぎの他に、不規則な駆動と弾性の存在が原因で、粉砕プレートの回転速度にも変動が生じる。
これらは粉砕工程、特に、粉砕ベッド（grinding bed）の妨げとなり、スループット性能とエネルギー効率の両方に悪影響を及ぼすため、望ましくない。

特許文献２は、調節自在な回転速度を生み出す主駆動軸および副駆動軸を有する遊星差動歯車機構について開示している。
その他の歯車部材を介して、２本の駆動軸の間を着脱自在に動力伝達接続することができるようになっている。
特許文献３は、被駆動段としての少なくとも１つの遊星平歯車段と、駆動モータに接続された歯車入力段とを備えたコンベヤシステム用の歯車機構、および、回収プラントまたは粉砕プラント用の歯車機構を開示している。
トルク測定装置が、トルクを監視するようになっている。
設定可能な最大トルクを超えると、駆動モータは、停止されるようになっている。

ＤＥ ３６ ３３ ７４７ Ａ１ ＤＥ ３６ ４０ １４６ Ａ１ ＤＥ ３５ ４５ ３１４ Ｃ２

本発明の基本的な目的は、駆動源のトルク変動および／または粉砕プレートの回転速度の変動を減衰するローラミルおよびその動作方法を提案することにある。

本発明の目的は、請求項１および請求項８に記載の発明によって達成される。

本発明のローラミルは、回転軸を中心として回転自在な粉砕プレートと、前記粉砕プレートと転がり係合する少なくとも１本の粉砕ローラと、前記粉砕プレートを駆動する主駆動源とを備えている。
粉砕プレートを駆動する補助駆動源を備えているとともに、主駆動源のトルク変動および／または粉砕プレートの回転速度の変動に応じて補助駆動源を調整する減衰調整器を少なくとも１つ含む調整装置を備えている。

補助駆動源は、粉砕プレートの駆動に要する駆動力の一部を生成するために使用される。
補助駆動源を備えていることにより、トルク変動または回転速度の変動における動的ピークも低減できる。

本発明のその他の構成については、従属する請求項に記載するとおりである。

好ましい実施形態によると、主駆動源が太陽歯車と遊星歯車とリングギヤとを有する遊星歯車機構を含み、リングギヤは回転自在に配置され、補助駆動源はリングギヤの駆動用に設けられている。
このように主駆動源を構成することで、調整装置は、太陽歯車のトルク変動に応じて補助駆動源を調整できる。

適切なセンサを用いることにより、主駆動源または太陽歯車のトルク、および／または粉砕プレートの回転速度を検出して、それを測定変量として調整装置に供給することができる。

好ましい構成では、調整装置が、状態空間コントローラ（state space controller）を備えている。

以下、本発明のその他の利点および実施形態について、以下の説明と図面を基に、より詳細に説明する。

図面は下記のとおりである。

ローラミルを概略的に示す図である。 調整装置を備えたローラミルを示すブロック図である。

図１に示すローラミルは、回転軸１を中心として回転自在な粉砕プレート２と、粉砕プレートと転がり係合（rolling engagement）している少なくとも１本の粉砕ローラ３、４と、粉砕プレートを駆動する主駆動源５とを備えている。

主駆動源５は、太陽歯車６と複数の遊星歯車７、８とリングギヤ９とを有する遊星歯車機構を備えている。
主駆動源５は、主駆動トレーン１０を介して太陽歯車６を駆動するようになっている。

遊星歯車７、８は、粉砕プレートが回転軸１を中心として回転できるように、遊星キャリヤ１１、１２を介して粉砕プレート２に連結されている。
本実施例では、回転軸１は鉛直に向けられている。

さらに、補助駆動源１３が、粉砕プレート２を駆動するために設けられている。
この目的で、遊星歯車機構のリングギヤ９は、回転自在に設けられると共に補助駆動トレーン１４を介して補助駆動源１３に連結されている。

補助駆動源１３は、調整装置１５に接続されており、この調整装置１５は、主駆動源５のトルク変動および／または粉砕プレート２の回転速度の変動に応じて、補助駆動源の調整を行うようになっている。

図２に例示する調整装置１５は、少なくとも１つの減衰調整器、すなわち、主減衰調整器１６を有しており、太陽歯車の実トルクと太陽歯車の時間平均トルクが、この主減衰調整器１６に供給されるようになっている。
太陽歯車のトルクは、例えば、適切なセンサ１７または状態モデル（state model）等によって得ることが可能となる。

主減衰調整器１６は、可変回転速度を介して歯車機構の伝達比を変える補助駆動源の基準速度を算出し、トルク変動に対処することができるようになっている。
補助駆動源１３の速度変更は、特に、周波数変換器１８を介して行われる。

粉砕プレート２の回転速度の変化を防止するために、プレート速度調整器１９が設けられ、プレート速度調整器１９は、所定のプレート速度を基準値として、実際のプレート速度を実際値として受信するようになっている。
粉砕プレート２の実際の回転速度は、センサ２０または状態モデルのいずれかによって与えられる。
また、補助駆動源の特徴的挙動を促すことによってトルク変動を相殺する目的で、補助駆動源にも減衰調整器２１を設けても何ら構わない。

必要に応じて、個々の制御回路の差動調整（differential weighting）を行うことにより、プレート速度または主駆動源５の駆動モーメントをより安定化させるようにしても何ら構わない。
主減衰調整器１６および／またはプレート速度調整器１９に関しては、従来のようなＰＩＤ調整器としてではなく状態空間コントローラ（state space controller）として構成することも可能である。
この構成の場合、像平面内の極を予め決定することによってパラメータ化が生じる。

補助駆動源１３は、遊星歯車機構のリングギヤ９を駆動するが、補助駆動源１３の駆動は、内部モータを有する周波数変換器１８と力学モデル（mechanics model）２２と能動モータ調整器２３とを介して行われる。
必要となる場合もある制動エネルギーを電源装置２４にフィードバックできるように構成するのが有利であり、そうすることで、システム全体の効率を、既知のシステムと比較してさらに向上させることができる。

高価な直接駆動源を用いなくて済むように、従来の補助駆動源は、モータと歯車装置を組み合わせたものとして構成されている。
主減衰調整器１６とプレート速度調整器１９によって予め決定される変量、および、その結果生じる補正トルクによって、補助駆動トレーンにおいてもモーメント変動が発生するおそれがある。
このモーメント変動は、センサレスな状態空間コントローラによって減衰される。

こうして、トルクおよび／または粉砕プレートの回転速度における変動の能動的減衰を、周波数変換器を用いることで、主駆動源を駆動することなく、高い駆動性能をもって達成することができるシステムが提供される。
補助駆動源側においても、能動的でセンサレスな状態空間コントローラを使用することによって、別個の駆動源の必要が無くなる。

その結果、このようなシステムのコストは、出力を高くしても（２ＭＷ以上）、主駆動源に対して能動的に働きかける必要がある場合に較べて大幅に低減される。

本発明によると、補助駆動源１３を制御するために必要なトルク測定は、減衰がごく僅かなものである場合、捻回がトルクに比例するため、回転角度の高ダイナミック測定（high-dynamic angle of rotation measurement）によって行う場合もあり得る。

粉砕プレートの駆動に必要な駆動出力は、５〜３０％の割合、好ましくは１０〜２０％の割合で補助駆動源から供給するのが有利である。
また、高ダイナミックス（high-dynamic）であることから、周波数変換器１８に関して確実な出力予備量（制御駆動源の定格出力の２〜２．５倍）を見込んでおく必要がある。

Claims (13)

1. （ａ）回転軸（１）を中心として回転自在な粉砕プレート（２）と、
   （ｂ）前記粉砕プレートと転がり係合する少なくとも１つの粉砕ローラ（３、４）と、
   （ｃ）前記粉砕プレートを駆動する主駆動源（５）とを備えるローラミルであって、
   前記粉砕プレート（２）を駆動するための少なくとも１つの補助駆動源（１３）と調整装置（１５）とを備え、
   前記調整装置は、前記主駆動源（５）のトルク変動および／または前記粉砕プレート（２）の回転速度の変動に応じて前記補助駆動源を調整する少なくとも１つの減衰調整器（１６、２１）を備えていることを特徴とするローラミル。
2. 前記主駆動源（５）は、太陽歯車（６）と遊星歯車（７、８）とリングギヤ（９）とを有する遊星歯車機構を備え、
   前記リングギヤは、回転自在に設けられ、
   前記補助駆動源（１３）は、前記リングギヤを駆動するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のローラミル。
3. 前記調整装置（１５）は、前記太陽歯車（６）のトルク変動に応じて前記補助駆動源（１３）を調整するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のローラミル。
4. 前記補助駆動源（１３）を調整する周波数変換器（１８）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のローラミル。
5. 前記調整装置（１５）は、前記太陽歯車（６）のトルクを検出するセンサ（１７）を有していることを特徴とする請求項２に記載のローラミル。
6. 前記調整装置（１５）が、前記粉砕プレート（２）の回転速度を検出するセンサ（２０）を有していることを特徴とする請求項１に記載のローラミル。
7. 前記調整装置（１５）は、状態空間コントローラを有していることを請求項１に記載のローラミル。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項またはそれ以上に記載のローラミルの動作方法であって、
   前記主駆動源（５）のトルク変動および／または前記粉砕プレート（２）の回転速度の変動を減衰するために、前記調整装置が、前記主駆動源（５）のトルク変動および／または前記粉砕プレート（２）の回転速度の変動に応じて前記補助駆動源を調整することを特徴とする方法。
9. 前記補助駆動源（１３）を制御するために、前記主駆動源（５）の実トルクおよび時間平均トルクを考慮することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記補助駆動源（１３）を制御するために、前記粉砕プレート（２）の回転速度の基準速度に対する偏差を考慮することを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記補助駆動源（１３）を制御するために必要なトルク測定を回転角度の高ダイナミック測定を介して行うことを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記補助駆動源（１３）の制動エネルギーが発生した場合はそれをエネルギー目的で使用することを特徴とする請求項８に記載の方法。
13. 前記粉砕プレート（２）の駆動に必要な駆動出力を補助駆動源（１３）から５〜３０％の割合、好ましくは１０〜２０％の割合で供給することを特徴とする請求項８に記載の方法。

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