JP5458542B2 - リフティングマグネットの昇圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属スクラップ等の吸着対象物が不慮に落下するおそれをより効果的に低減したリフティングマグネットの昇圧制御装置に関するものである。

この種のリフティングマグネットは、特許文献１等に示されるように、給電回路を介して発電機に接続され、前記給電回路においてリフティングマグネットへの通電を制御して、当該リフティングマグネットによる金属スクラップ等の吸着対象物の吸着及び釈放を行うように構成されている。
特開２００４−２９９８１８号公報

ところで、リフティングマグネットの吸着状態において発電機の出力電圧が何らかの理由により低下すると、吸着対象物に落下の危険性が生じるため、可及的にそのような事態は回避しなければならない。発電機の出力電圧を昇圧回路で補うことは、その意味においても重要である。

この場合、定格電圧が出力されている状態で更に昇圧することも、回路の破損につながるために回避しなければならない課題である。

そこで、リフティングマグネットへの供給電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路の検出電圧が所定値を下回っているか否かに応じて昇圧回路のオン・オフ切替を行う切替部とを備えた切替手段を設けておくことが有効な対応として考えられる。

しかしながら、特に走行機能を備えた建設機械に搭載されるリフティングマグネット等のように、振動の影響を受け易いものでは、物理的接点において接触不良を起こすことが少なくなく、電圧検出回路の検出値が不慮に零ないし低レベルに落ちることが予想される。そして、このような場合にも電圧低下と判断して昇圧がなされると、給電回路が過電圧によって破損に至り、結果的にリフティングマグネットの不慮の釈放を招くおそれがある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、上記のような不慮の釈放をより的確に回避しつつ、適切な昇圧を行い得るようにしたリフティングマグネットの昇圧制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明に係るリフティングマグネットの昇圧制御装置は、発電機から取り出される電圧をリフティングマグネットに供給するための給電回路に、前記電圧を昇圧するための昇圧回路と、この昇圧回路のオン・オフ状態を切り替える切替手段とを設けるにあたり、前記発電機より供給される電流を検出する電流検出器を備えており、前記切替手段を、リフティングマグネットへの供給電圧を検出する電圧検出回路と制御部とにより構成し、当該制御部を、前記電圧検出回路の検出電圧が外部より与えられる昇圧電圧指令値を下回り、且つ、当該昇圧電圧指令値よりも小さいレベルであって前記電圧検出回路に断線が生じていると認められる零若しくは低レベルの検出電圧レベルを上回るとともに、前記電流検出器の検出電流が電流制限値を下回っている場合に前記昇圧回路をオンに制御し、少なくとも、前記電圧検出回路の検出電圧が前記昇圧電圧指令値以上、前記電圧検出回路の検出電圧が前記零若しくは低レベルの検出電圧レベル以下、又は、前記電流検出器の検出電流が電流制限値以上の何れかとなる場合に前記昇圧回路をオフに制御するように構成したものである。

前記電圧検出回路に断線が生じていると認められる検出電圧レベルは、零でもよく、若干の電位が残る場合を考慮して低レベルの一定値を設定してもよい。また、制御手段が昇圧回路をオンオフ制御する条件として他の条件値が併用されることを妨げるものではない。

何れにせよ、供給電圧が昇圧電圧指令値を下回る場合に一律に昇圧回路をオンにするのではなく、検出電流が電流制限値を下回ることや電圧検出回路が断線状態にないことを併せて検出した上で昇圧回路をオンにする制御を行えば、接触不良時などに過電圧状態となって給電回路等の破損、ひいてはリフティングマグネットの不慮の釈放を招くことを有効に防止することができる。

本発明の好適な適用例としては、給電回路と電圧検出回路との間が、コネクタ等の物理的接点を介して接続されているものが挙げられる。

特に、リフティングマグネットが自走式の車両に搭載されて作業機械を構成するものである場合には、本発明を適用することによって格別有益な効果を奏することとなる。

本発明は、以上説明した構成であるから、リフティングマグネットの容量補償のために昇圧回路を設けるとともに、電圧検出が適正になされないときにはこれを検知して、昇圧回路の誤動作により過電圧を招く事態を有効に防止することができる。このため、給電回路等の破損を招くことなく、リフティングマグネットに対して的確な容量補償をなして、不慮の釈放を適切に防止できるようにした新規有用なリフティングマグネットの昇圧制御装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態の昇圧制御装置は、自走式の車両に搭載されて建設機械等の作業機械を構成するリフティングマグネット１に、発電機２から取り出される電力を給電回路３を介して供給するようにしている。

発電機２は、図示しないエンジン駆動の油圧モータによって動力を与えられて発電を行うもので、リフティングマグネット１に対して吸着、釈放のための電力を供給するものである。

給電回路３は、発電機２の出力電圧Ｖ１を極性を切り替えてリフティングマグネット１に安定供給すべく、電圧安定化回路３ａと、極性切替回路３ｂとから構成され、制御指令部５からの制御指令によって動作する。

電圧安定化回路３ａは、更に全波整流回路３１と、平滑化回路３２とを備えている。全波整流回路３１は、発電機２の三相出力を、各々対をなすダイオード等の整流素子（３１ａ，３１ｂ）、（３１ｃ，３１ｄ）又は（３１ｅ，３１ｆ）を直列に配列してなる３つの全波整流器の整流素子間にそれぞれ接続し、各全波整流器から極性の一致した電圧を取り出せるようにしたものである。

平滑化回路３２は、逆流を防止するダイオード３２ａと誘導電圧等による電圧変化を吸収するコンデンサ３２ｂとからなり、このダイオード３２ａを全波整流回路３１の正極側に順方向に接続するとともに、コンデンサ３２ｂの一端を前記ダイオード３２ａの下流に接続し他端を全波整流回路３１の負極に接続している。

発電機２の正極には電流検出器５１が設けられ、コンデンサ３２ｂの正負極間には給電電圧Ｖ２を検出する電圧検出回路５２が並列に接続されている。電圧検出回路５２と給電回路３との接続点は物理的な接点であるコネクタ５０により構成されている。

極性切替回路３ｂは、リフティングマグネット１の一対の負荷用端子１ａ、１ｂに対して、平滑化回路３２の正極と一方の負荷用端子１ａとの間、及び、他方の負荷用端子１ｂと平滑化回路３２の負極との間にそれぞれ接続される順方向スイッチ回路３３ａ、３３ｂと、平滑化回路３２の正極と他方の負荷用端子１ｂとの間、及び、一方の負荷用端子１ａと平滑化回路３２の負極との間にそれぞれ接続される逆方向スイッチ回路３３ｃ、３３ｄとを備える。極性切替回路３ｂの正負極間には、速やかに吸着対象物を釈放するために、電力消費用の放電抵抗器３４ａを有する放電用スイッチ回路３４が接続してある。各スイッチ回路３３ａ〜３３ｄ及び３４は、本実施形態においてはいずれもトランジスタなどからなる半導体スイッチング素子を用いて構成されている。

制御指令部５は、前記スイッチ回路３３ａ、３３ｂをオンにして吸着を行う正励磁ライン５３と、前記スイッチ回路３３ｃ、３３ｄをオンにして釈放を行う逆励磁ライン５４と、前記放電用スイッチ回路３４をオンにして放電を行う放電制御ライン５５とを備える。正励磁ライン５３は、前記電圧検出回路５２の電圧検出信号Ｓｖ１と、外部より与えられる正励磁電圧指令Ｔ１とを比較部５３ａに入力して、デューティー制御部５３ｂにおけるデューティー制御の下に所要の正励磁信号Ｓｖを入力する。逆励磁ライン５４は、リフティングマグネットの負荷端子１ａを流れる電流を電流検出部１０において検出した上で、その電流検出信号Ｓｉ１と、外部より与えられる逆励磁電流指令Ｔ２とを比較部５４ａに入力して、所要の逆励磁信号Ｓｉを入力する。このように、制御指令部５は、極性切替回路３３の順方向スイッチ回路３３ａ，３３ｂと逆方向スイッチ回路３３ｃ，３３ｄとの間で短絡・開放を切り替えることにより、リフティングマグネット１０の電磁コイル４６に印加する電圧や電流の極性を反転させる。

さらに、放電制御ライン５５は、前記電圧検出回路５２の電圧検出信号Ｓｖ１と、外部より与えられる放電開始電圧指令Ｔ３とを比較器５５ａに入力し、リフティングマグネット１による吸着対象物の釈放開始時に当該リフティングマグネット１内の電磁コイルで発生する電力の逆流により前記電圧検出回路５２で検出される電圧が放電開始電圧以上になったときにスイッチ回路３４を閉じて、給電回路３の正負極間を放電抵抗器３４ａで短絡して電力を消費する。

このような構成において、本実施形態は、前記給電回路３に、発電機の出力電圧Ｖ１を昇圧するための昇圧回路４と、この昇圧回路４のオン・オフ状態を切り替える切替手段５ａとを設けている。

昇圧回路４は、全波整流回路３１の両極間を短絡又は開放する位置にトランジスタなどからなる半導体スイッチング素子４１を接続して構成されるもので、所要のデューティー比の昇圧信号が入力されると、当該半導体スイッチング素子４１がオンオフして、発電機２のリーケージインダクタンスを利用した昇圧チョッパを行い、次段の平滑化回路３２に現れる電圧を変化させる。

一方、切替手段５ａは、前記電圧検出回路５２と、前記制御指令部５の一部を構成する制御部５ｘとからなり、制御部５ｘはさらに、半導体スイッチング素子４１のベースに接続されて論理和により昇圧信号を出力する論理ゲート５６と、この論理ゲート５６に入力される昇圧信号ライン５７、断線監視ライン５８および電流監視ライン５９とを備えている。

論理ゲート５６は、オペアンプ等を用いた周知のアンド回路から構成される。

昇圧信号ライン５７は、前記電圧検出回路５２から取り出される電圧検出信号Ｓｖ１と、外部より与えられる昇圧電圧指令Ｔ４とを比較部５７ａに入力し、検出電圧が昇圧電圧指令値に満たないときにデューティー制御部５７ｂを介して所要のデューティー比の昇圧信号Ｓｃを生成する。

断線監視ライン５８は、前記電圧検出回路５２から取り出される電圧検出信号Ｓｖ１を論理ゲート５６に入力する。この電圧検出信号Ｓｖ１は、論理ゲート５６において所定の断線レベル（通常は零）を上回るときにＨレベル、断線レベル以下であればＬレベルとして扱われる。

電流監視ライン５９は、前記電流検出器５１から取り出される電流検出信号Ｓｉ２と、外部より与えられる電流制限値Ｔ５とを比較器５９ａに入力し、論理ゲート５６に対して電流が電流制限値に満たないときにＨレベル、それ以外のときにＬレベルの出力をなす。

すなわち、この切替手段５ａは、論理ゲート５６への入力のうち、断線監視ライン５６からの入力及び電流監視ライン５９からの入力がともにＨレベルのときに、昇圧信号ライン５７からの昇圧信号Ｓｃを前記昇圧回路４のスイッチング素子４１に出力するものであり、逆に断線監視ライン５８や電流監視ライン５９の入力がＬレベルであるときは、昇圧信号ライン５７の昇圧信号Ｓｃをスイッチング素子４１に対して出力しないように動作する。

したがって、電圧検出回路５２から取り出される検出電圧及び電流検出回路５１から取り出される検出電流が所定値を下回り、且つ前記検出電圧５１が断線レベルにない場合に、スイッチング素子４１を通じて昇圧回路４がオンにされて、リフティングマグネット１に昇圧回路４で昇圧した電圧を供給するが、論理ゲート５６の入力の何れかがＬレベルのとき、例えば、電圧検出回路５２の検出電圧が昇圧電圧指令値に達している場合や、電流検出部５１の検出電流が制限電流に達している場合、さらには電圧検出回路５２の検出電圧が断線レベル以下である場合には、スイッチング素子５１を通じて昇圧回路４がオフにされて、リフティングマグネット１には発電機２の電圧がそのまま供給されるようにしている。

以上におけるスイッチ回路３３ａ〜３３ｄ、３４やスイッチング素子４１に対する制御信号Ｓｖ、Ｓｉ、Ｓｃ等の入力や、各種指令値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の設定、デューティー制御部５３ｂ、５７ｂにおけるデューティー比の制御などは、本実施形態においてはその一部をＣＰＵやメモリなどを内蔵するマイクロコンピュータがハードウェア資源とソフトウェアとの協働により制御指令部５を構成して処理するようにしている。図中波線で示す部分はソフトウェア処理部分を示している。勿論、上記の制御指令部５はハードウェアのみによって構成すること等も可能であるなど、具体的な構成は図示例に限定されるものではない。

図２（ａ）に、接触不良により断線状態と復旧状態が繰り返されるときの検出電圧の推移の様子を示し、同図（ｂ）に、従来構成に基づく給電電圧の推移の様子を示し、同図（ｃ）に、本実施形態に基づく給電電圧の推移の様子を示す。

すなわち、図２（ａ）で電圧検出回路が時刻ｔ１で断線し、時刻ｔ２で復旧した場合、比較器５７ａにおいて電圧検出信号Ｓｖ１の検出電圧が昇圧電圧指令Ｔ４の基準電圧に満たなくなるので、断線監視をしなければ昇圧信号ライン５７から昇圧信号Ｓｃが昇圧回路４に入力され、昇圧回路４がＯＮになる。このため、同図（ｂ）に示すように、実際には給電回路３に正常電圧が生じていても、時刻ｔ１で更に昇圧される結果、給電電圧が異常電圧レベルにまで上昇して、時刻ｔ２までに給電回路３を構成する制御盤の損傷等の事態を招き得る。

これに対して、断線検出回路５８を設けた本実施形態では、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔ１において断線が検出され、論理ゲート５６から昇圧信号Ｓｃが出力されなくなるので、昇圧回路４は作動せずに給電回路３の正常電圧が時刻ｔ２までそのまま維持されることになり、過電圧による制御盤の破損等を有効に回避することができるようになる。

以上のように、本実施形態に係るリフティングマグネットの昇圧制御装置は、発電機２から取り出される電圧Ｖ１をリフティングマグネット２に供給するための給電回路３に、前記電圧Ｖ１を昇圧するための昇圧回路４と、この昇圧回路４のオン・オフ状態を切り替える切替手段５ａとを設けるあたり、その切替手段５ａを、リフティングマグネット２への供給電圧Ｖ２を検出する電圧検出回路５２と、この電圧検出回路５２の検出電圧が所定値を下回り且つ当該検出電圧が予め定めた断線と判断されるレベルを上回っている場合に昇圧回路４をオンに制御するとともに、前記検出電圧が所定値以上である場合あるいは当該検出電圧が断線と判断されるレベル以下に低下した場合に昇圧回路４をオフに制御する制御部５ｘとにより構成したものである。

このように、供給電圧Ｖ２が所定値を下回る場合に一律に昇圧回路４をオンにするのではなく、断線状態にないことを併せて検出した上で昇圧回路４をオンにする制御を行うことで、接触不良時などに過電圧状態となって給電回路３等の破損、ひいてはリフティングマグネットの不慮の釈放を招くことを確実に防止して、安全性を有効に向上させることができる。

具体的に本実施形態では、給電回路３と電圧検出回路５２との間を物理的接点であるコネクタ５０を介して接続しており、接触不良等によって誤検出が生じ易いため、上記の対策を講じておくことが特に有効となる。

とりわけ、このリフティングマグネット２は、自走式の車両に搭載されて建設機械等の作業機械を構成するものであって、振動等の影響がコネクタ５０に及び易く、接触不良が生じ易い状態にあるため、本発明の適用によってこの種の不具合を顕著に改善できる効果が見込めるものとなる。

なお、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、断線と判断された場合に表示や警告などの報知をなす報知手段を設けておけば、電圧の誤検出に基づく過電圧の発生を確実に防止しつつ、速やかなメンテナンスを通じて昇圧回路の適正な作動を早期に回復させることができる。

本発明の一実施形態を示す回路図。 同実施形態の作用説明図。

符号の説明

１…リフティングマグネット
２…発電機
３…給電回路
４…昇圧回路
５ａ…切替手段
５ｘ…制御部
５０…コネクタ
５２…電圧検出回路

Claims (3)

1. 発電機から取り出される電圧をリフティングマグネットに供給するための給電回路に、前記電圧を昇圧するための昇圧回路と、この昇圧回路のオン・オフ状態を切り替える切替手段とを設けたものであって、
   前記発電機より供給される電流を検出する電流検出器を備えており、
   前記切替手段を、リフティングマグネットへの供給電圧を検出する電圧検出回路と制御部とにより構成し、
   当該制御部を、
   前記電圧検出回路の検出電圧が外部より与えられる昇圧電圧指令値を下回り、且つ、当該昇圧電圧指令値よりも小さいレベルであって前記電圧検出回路に断線が生じていると認められる零若しくは低レベルの検出電圧レベルを上回るとともに、前記電流検出器の検出電流が電流制限値を下回っている場合に前記昇圧回路をオンに制御し、
   少なくとも、前記電圧検出回路の検出電圧が前記昇圧電圧指令値以上、前記電圧検出回路の検出電圧が前記零若しくは低レベルの検出電圧レベル以下、又は、前記電流検出器の検出電流が電流制限値以上の何れかとなる場合に前記昇圧回路をオフに制御するように構成したことを特徴とするリフティングマグネットの昇圧制御装置。
2. 給電回路と電圧検出回路との間が、コネクタ等の物理的接点を介して接続されている請求項１記載のリフティングマグネットの昇圧制御装置。
3. リフティングマグネットが自走式の車両に搭載されて作業機械を構成するものである請求項２記載のリフティングマグネットの昇圧制御装置。
   

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