JP6396562B1 - リフティングマグネットの制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
図2および図3に示すように、交流電源10によって発生した三相の交流電源電圧が整流回路11を介してHブリッジ回路30に印加される。このとき、第1のスイッチング素子31および第4のスイッチング素子34をONにし、残りのスイッチング素子32,33,35,36をOFFにしている。定格励磁時は、交流電源10から第1のスイッチング素子31、電磁石コイル6、第4のスイッチング素子34の順に電流が流れることにより、吊り荷をマグネットに吸着することができる。このとき、図2に示すように第1のスイッチング素子31を断続的に導通させ、第4のスイッチング素子34を連続的に導通させてもよい。このように第1のスイッチング素子31のON、OFFを所定の周波数で切り換えるPWM制御を用いることにより、マグネット電圧Voutを効率よく制御することができ、マグネットの定格電流に合わせた電流制御ができる。マグネットの直径が1300mm以上等、比較的大きい場合にはマグネット電流Ioutが大きくなる傾向にあるため、第1のスイッチング素子31を断続的に導通させることが好ましい。
吊り荷を釈放するために、電磁石コイル6に蓄積された電気エネルギーを抵抗素子25、容量素子15またはHブリッジ回路30側に回生するための回生動作を行う。吊り荷の釈放開始は、油圧ショベルのレバーの上部等に設けられているスイッチ、あるいは操作盤52にあるスイッチやレバー等の入力手段を用いて吸着終了信号を入力することにより行う。入力された吸着終了信号は、制御回路50に伝達され、制御回路50によって各スイッチング素子の導通状態が制御される。容量素子15を緩速充電するために、制御回路50は、上記回生動作時に電磁石コイル6とHブリッジ回路30との間、または電磁石コイル6と抵抗素子25との間で閉ループ回路を形成するように第1のスイッチング素子31〜第6のスイッチング素子36を制御することが好ましい。より好ましくは、上記回生動作時に、電磁石コイル6とHブリッジ回路30との間、および電磁石コイル6と抵抗素子25との間で閉ループ回路を形成するように第1のスイッチング素子31〜第6のスイッチング素子36を制御する。
容量素子15を過電圧から保護しながら、引き続き充電する。例えば、制御回路50が吸着終了信号の開始から所定時間が経過したと判別したときに、図5に示すように、第5のスイッチング素子35をONにし、残りのスイッチング素子をOFFにする。図2に示すように、最初、磁石コイルと抵抗素子と第2ステップで放出して残った電気エネルギーによりコンデンサ電圧Vcはピークまで増加するが、電磁石コイル6と抵抗素子25との間で閉ループ回路が形成されているため、抵抗素子25による放熱により、その後はマグネット電圧Voutと電磁石コイルの回生電流(マグネット電流Iout)は徐々に低下する。吸着終了信号開始からの経過時間に限られず、制御回路50が電磁石コイル6の回生電流や電圧が所定値になったと判別したときに第3ステップを開始してもよい。
制御回路50は、第2ステップ〜第3ステップに従い、回生電圧(マグネット電圧Vout)が規定値以下となるように制御した後、回生動作時に電磁石コイル6の回生電流が所定値以下と判別したときに、電磁石コイル6とHブリッジ回路30との間で閉ループ回路を形成するように第1のスイッチング素子31〜第6のスイッチング素子36を制御することが好ましい。詳細には、図6に示すように、全てのスイッチング素子をOFFにすることで、図2に示すように容量素子15はピーク充電され、コンデンサ電圧Vcは最大になるが、マグネット電圧Voutを急激に低下させることができる。図6に示す回路状態はコンデンサに最も負荷が掛かるが、本発明では図4に示すように、回生動作の初期に電磁石コイル6に蓄積されたエネルギーを抵抗素子25で吸収しながら容量素子15を充電しているため、容量素子15への負荷を軽減することができる。
次に、逆励磁動作を行う。例えば、電磁石コイルの回生電流が0Aであると判別したときに、図7に示すように、制御回路50によって第3のスイッチング素子33および第6のスイッチング素子36をONにし、残りのスイッチング素子をOFFする。電磁石コイル6には、定格励磁時とは逆向きの励磁電流(交流電源からの電流)と、容量素子15からの電流(コンデンサ電流)が流れる。電流は、第3のスイッチング素子33、電磁石コイル6、抵抗素子25、第6のスイッチング素子36、容量素子15の順に流れる。抵抗素子25を含む閉ループ回路を形成しているため、電磁石コイル6に急激な電流(突入電流)が流れることを抑制しつつ、容量素子15を放電することができる。
制御回路50が、例えば逆励磁動作の開始(第5ステップの開始)から所定時間が経過したと判別したときに、図8に示すように、第2のスイッチング素子32および第3のスイッチング素子33をONにし、残りのスイッチング素子をOFFにする。電流は、第3のスイッチング素子33、電磁石コイル6、第2のスイッチング素子32の順に流れる。逆励磁動作開始(第5ステップ開始)からの経過時間に限られず、制御回路50が電磁石コイル6の励磁電流や電圧が所定値になったと判別したときに第6ステップを開始してもよい。
逆励磁動作により電磁石コイル6に蓄積されたエネルギーを、閉ループ回路側に回生させる回生動作を行う。例えば、制御回路50が励磁電流が所定値以上と判別したときに、図9に示すように、第6のスイッチング素子36をONにし、残りのスイッチング素子をOFFにする。本発明は従来の制御システムと異なり、6つのスイッチング素子31〜36を有し、抵抗素子25を上記のように接続している。このとき、マグネット電圧Voutやマグネット電流Iout(回生電流)は徐々に減少する。これにより、励磁後だけでなく逆励磁後も電磁石コイル6に蓄積された電気エネルギーを抵抗素子25で吸収できるため、容量素子15を過電圧から好適に保護することができる。
制御回路50が電磁石コイル6の回生電流が所定値以下と判別したときに、図10に示すように、全てのスイッチング素子31〜36をOFFにする。これにより、コンデンサがピーク値まで充電される一方、マグネット電圧Voutおよびマグネット電流Ioutが低下し、やがてマグネット電圧Voutおよびマグネット電流Ioutがそれぞれほぼ0V、0Aとなる。その結果、電磁石コイル6は消磁され、吊り荷を釈放することができる。
5:リフティングマグネット
6:電磁石コイル
10:交流電源
11:整流回路
12A〜12F:ダイオード
15:容量素子
20:高電位側電路
21:低電位側電路
25:抵抗素子
30:Hブリッジ回路
31:第1のスイッチング素子
32:第2のスイッチング素子
33:第3のスイッチング素子
34:第4のスイッチング素子
35:第5のスイッチング素子
36:第6のスイッチング素子
41:第1のダイオード
42:第2のダイオード
43:第3のダイオード
44:第4のダイオード
45:第5のダイオード
46:第6のダイオード
50:制御回路
51:バッテリー
52:操作盤
Claims (6)
- 交流電源と、
前記交流電源に接続されている整流回路と、
前記整流回路の出力端に接続されている容量素子と、
前記整流回路の出力を、リフティングマグネットの電磁石コイルに供給し、互いに直列接続されている第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、互いに直列接続されている第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子と、を有するHブリッジ回路と、を有しているリフティングマグネットの制御システムであって、
さらに、前記容量素子と前記Hブリッジ回路の間において前記容量素子に並列接続され、かつ互いに直列に接続されている第5のスイッチング素子および第6のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の間に一方端が接続され、前記第5のスイッチング素子と前記第6のスイッチング素子の間に他方端が接続されている抵抗素子と、を有することを特徴とするシステム。 - さらに、前記第1のスイッチング素子〜前記第6のスイッチング素子の導通状態を制御する制御回路と、を有し、
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前記抵抗素子、前記容量素子または前記Hブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、前記電磁石コイルと前記Hブリッジ回路との間、または前記電磁石コイルと前記抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように前記第1のスイッチング素子〜前記第6のスイッチング素子を制御する請求項1に記載のシステム。 - さらに、前記第1のスイッチング素子〜前記第6のスイッチング素子の導通状態を制御する制御回路と、を有し、
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前記抵抗素子、前記容量素子または前記Hブリッジ回路側に回生させる回生動作時に、前記電磁石コイルと前記Hブリッジ回路との間、および前記電磁石コイルと前記抵抗素子との間で閉ループ回路を形成するように前記第1のスイッチング素子〜前記第6のスイッチング素子を制御する請求項1に記載のシステム。 - 前記制御回路は、前記回生動作時に前記電磁石コイルの回生電流が所定値以下であると判別したときに、前記電磁石コイルと前記Hブリッジ回路との間で閉ループ回路を形成するように前記第1のスイッチング素子〜前記第6のスイッチング素子を制御する請求項2または3に記載のシステム。
- 前記回生動作時に前記整流回路の高電位側出力端に接続されている高電位側電路において、前記電磁石コイルから前記閉ループ回路側に向かって回生電流が流れたときに、前記制御回路は、前記第1のスイッチング素子を断続的に導通させ、前記第5のスイッチング素子を連続的に導通させ、残りのスイッチング素子を不通とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1のスイッチング素子の断続的な導通間隔が100Hz以上1kHz以下である請求項5に記載のシステム。
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JP2002359112A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Isuzu Motors Ltd | リフティングマグネットの電圧制御方法及びその装置 |
JP2010137943A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Sumitomo (Shi) Construction Machinery Co Ltd | リフティングマグネット仕様の作業機械 |
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2017
- 2017-09-28 JP JP2017188311A patent/JP6396562B1/ja active Active
Patent Citations (2)
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JP2002359112A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Isuzu Motors Ltd | リフティングマグネットの電圧制御方法及びその装置 |
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