KR20180018664A - 마그네트 작업 기계 - Google Patents

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KR20180018664A
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나츠키 유모토
노부히로 고가
히데키 요시하라
요시츠구 다무라
요시후미 아사이
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코벨코 겐키 가부시키가이샤
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Abstract

배터리를 사용하지 않고 마그네트에 의한 흡착 및 해방을 가능하게 하여 기기 구성 및 제어의 간소화를 실현한다. 마그네트 작업 기계는, 엔진(7)에 의하여 구동되는 발전 전동기(8)와, 발전 전동기(8)로부터의 전력에 의하여 마그네트(6)를 여자하여 금속 스크랩 등을 흡착하는 한편, 금속 스크랩 등을 해방하기 위한 소자 시에, 마그네트(6)에 인가된 전력을 발전 전동기(8)에 회생 전력으로서 보내어 소비시키도록 마그네트(6) 및 발전 전동기(8)를 제어하는 인버터(10)를 구비하고 있다. 인버터(10)는, 검출된 주회로 전압에 기초하여, 주회로 전압의 변화에 따라, 전압 변화를 억제하는 방향으로 발전 전동기(8)의 전동기로서의 토크를 결정하고 명령한다.

Description

마그네트 작업 기계
본 발명은, 작업 어태치먼트의 선단부에 설치된 마그네트(전자석. 「리프팅 마그네트」 또는 축약하여 「리프마그」라 칭해짐)와, 이 마그네트를 여자하기 위한 전력을 공급하는 발전 전동기를 구비한 마그네트 작업 기계에 관한 것이다.
마그네트에 의하여 금속 스크랩 등을 흡착하기 위한 마그네트 작업 기계(통칭 「리프마그기」)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 하부 주행체(1) 및 상부 선회체(2)를 갖는 자주식의 베이스 머신(3)과, 베이스 머신(3)에 장착된 붐(4) 및 아암(5)을 갖는 작업 어태치먼트 A를 갖는 유압 셔블을 모체로서 구비하고 있다. 또한, 마그네트 작업 기계는, 작업 어태치먼트 A의 선단부(도시한 바와 같이 아암(5)의 선단부 또는 도시하지 않은 버킷)에 설치된 마그네트(6)를 구비하며, 마그네트(6)에 금속 스크랩 등을 흡착시킨 상태로 금속 스크랩 등을 운반한다.
이 마그네트 작업 기계로서, 엔진과, 이 엔진으로 구동되는 발전 전동기와, 배터리를 구비하며, 배터리를 전원으로 하여 마그네트를 작동시키는 하이브리드식 작업 기계가 공지이다(특허문헌 1 참조).
이 공지 기술에 있어서는, 발전 전동기에서 발생한 전력이 배터리에 보내져 배터리가 충전되고, 이 배터리에 축적된 전력이 마그네트에 보내져 마그네트가 여자된다. 한편, 소자 시, 즉, 마그네트에 흡착된 화물을 해방하기 위하여 배터리로부터 마그네트로의 전력 공급을 차단했을 때, 마그네트에 공급되어 있는 전력이 배터리에 회수(회생)된다.
이 배터리 구동 방식에 의하면, 마그네트에 의한 흡착 및 해방을 위한 전력 공급 및 회생을 배터리와 마그네트 사이에서만 행할 수 있다. 그 때문에, 마그네트와 전원을 연결하는 주회로의 전압(주회로 전압)의 큰 변동이 발생하지 않는다는 이점을 갖는다.
그러나, 상기 공지 기술에 의하면, 단점이 컸다. 구체적으로, 배터리가 필수로 되기 때문에 기기 구성이 복잡해지고, 설비를 위한 비용과 공간이 커진다. 또한, 배터리의 충전율을 흡착 및 해방에 적합한 값으로 유지하기 위한 제어나 배터리 온도를 일정하게 하는 제어가 필요해져서 제어가 복잡해진다.
일본 특허 공개 제2005-1775호 공보
본 발명의 목적은, 배터리를 사용하지 않고 마그네트에 의한 흡착 및 해방을 가능하게 하여 기기 구성 및 제어의 간소화를 실현할 수 있는 마그네트 작업 기계를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하는 수단으로서, 본 발명은 마그네트 작업 기계이며, 동력원으로서의 엔진과, 상기 엔진에 의하여 구동되어 발전기로서 작용하는 발전 전동기와, 상기 발전 전동기를 전원으로서 사용한 여자 및 소자가 행해지는 것에 의한 흡착 기능 및 해방 기능을 갖는 마그네트와, 상기 발전 전동기 및 상기 마그네트 사이의 전력의 수수를 포함하는 상기 발전 전동기 및 상기 마그네트의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 마그네트의 소자 시에, 상기 마그네트에 인가된 전력을 상기 발전 전동기에 보내어, 상기 발전 전동기에 회생 전력으로서 소비시키도록 구성되어 있는, 마그네트 작업 기계를 제공한다.
본 발명에 의하면, 배터리를 사용하지 않고 마그네트에 의한 흡착 및 해방을 가능하게 하여 기기 구성 및 제어의 간소화를 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 마그네트 작업 기계의 시스템 구성도이다.
도 2는, 도 1 중의 인버터의 내부 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은, 동 실시 형태에 있어서의 흡착 스위치의 온 및 오프, 마그네트 전압, 주회로 전압, 발전 전동기의 동력 시간에 대한 변화 상황을 나타내는 타임 차트이다.
도 4는, 도 3 중의 소자 시에 있어서의 주회로 전압의 변화 상황을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 5는, 주회로 전압의 변화에 대한 발전 전동기의 토크의 제어 상황을 나타내는 도면이다.
도 6은, 마그네트 작업 기계의 전체 개략 측면도이다.
이하 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 구체화한 일례이지, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 성격의 것은 아니다.
본 발명의 실시 형태를 도 1 내지 도 5에 의하여 설명한다.
도 1은, 실시 형태에 따른 마그네트 작업 기계의 시스템 구성도이다.
도시와 같이, 마그네트 작업 기계는, 동력원으로서의 엔진(7)과, 엔진(7)에 의하여 구동되어 발전기로서 작용하는 발전 전동기(8)와, 흡착 스위치(9)와, 인버터(10)와, 마그네트(6)를 구비하고 있다.
흡착 스위치(9)가 흡착 측으로 조작되었을 때, 실선 블록 화살표로 나타낸 바와 같이 발전 전동기(8)에서 발생한 전력이 제어 수단으로서의 인버터(10)를 통하여 마그네트(6)에 공급된다. 이것에 의하여 마그네트(6)가 여자되어, 화물(스크랩 등)의 흡착 작용이 발생한다.
한편, 흡착 스위치(9)가 해방 측으로 조작되면, 마그네트(6)로의 급전이 차단된다. 즉, 마그네트(6)가 소자된다.
즉, 마그네트(6)는, 발전 전동기(8)를 전원으로서 사용한 여자 및 소자가 행해지는 것에 의한 흡착 기능 및 해방 기능을 갖는다.
실시 형태에 있어서는, 이하에 상세히 설명한 바와 같이, 이 소자 시에, 도 1 중 파선 블록 화살표로 나타낸 바와 같이 마그네트 전력을, 여자 시와는 반대로 인버터(10)를 통하여 발전 전동기(8)에 보내어 소비(회생)시키도록 구성되어 있다.
즉, 인버터(10)는, 발전 전동기(8) 및 마그네트(6) 사이의 전력의 수수를 포함하는 발전 전동기(8) 및 마그네트(6)의 제어를 행한다. 또한, 인버터(10)는, 마그네트(6)의 소자 시에, 마그네트(6)에 인가된 전력을 발전 전동기(8)에 보내어, 발전 전동기(8)에 회생 전력으로서 소비시키도록 구성되어 있다.
도 2는 인버터(10)의 내부 구성을 도시한다.
인버터(10)는, 스위칭 회로(11)와, 예를 들어 H 브리지 회로를 포함하는 여자/소자 전환 회로(12)와, 양 회로(11, 12)를 제어하는 제어부(13)와, 양 회로(11, 12)를 연결하는 플러스 전원 모선(14) 및 마이너스 전원 모선(15)과, 양 모선(14, 15) 사이에 설치된 대용량 콘덴서(평활용 콘덴서)(16)를 구비한다.
여자/소자 전환 회로(12)는, 흡착 스위치(9)의 조작(흡착측의 조작 또는 해방측의 조작)에 기초하여 마그네트(6)의 여자 또는 소자를 전환하고, 또한, 여자 시에 마그네트(6)에 인가하는 전압을 결정한다.
스위칭 회로(11)는, 복수의 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 조합하여 이루어지며, 발전 전동기(8)와 마그네트(6) 사이의 전력의 수수를 제어한다.
즉, 여자 시에 필요한 전력을 발전 전동기(8)로부터 마그네트(6)에 공급하고, 소자 시에는 마그네트(6)에 공급된 전력을 발전 전동기(8)에 회생 전력으로서 보내어 소비시킨다.
이 소자 시에, 제어부(13)로부터 발전 전동기(8)에 대한 전동기로서의 토크의 명령값이 출력되고, 이 명령 토크에 따라 스위칭 회로(11)의 스위칭 동작이 행해진다.
또한, 양 전원 모선(14, 15) 사이의 전압, 즉 발전 전동기(8)와 마그네트(6)를 연결하는 주회로의 전압을 검출하는 주회로 전압 검출 수단으로서의 전압계(17)가 설치되고, 검출된 주회로의 전압이 제어부(13)에 보내진다.
제어부(13)는, 흡착 스위치(9)의 소자측(해방측) 조작에 의한 소자 시에, 전압계(17)에 의하여 검출된 주회로의 전압에 따라 발전 전동기(8)의 전동기로서의 토크를 결정하고, 결정한 전동기로서의 토크를 발전 전동기(8)(스위칭 회로(11))를 향하여 명령한다.
도 3 내지 도 5를 병용하여 상세히 설명한다.
도 3의 (a)에 있어서 흡착 스위치(9)의 흡착 조작 또는 해방 조작에 따라 마그네트(6)가 여자 또는 소자되어, 도 3의 (b)와 같이 마그네트 전압이 변화된다.
도 3의 (b) 중의 「과여자」는, 흡착 개시 후, 금속 스크랩 등의 화물을 흡착하는 데 필요한 흡착력이 얻어지도록, 마그네트(6)를 정상 전압보다도 높은 전압으로 일정 시간 자화시키는 것을 말하며, 이 과여자 후에 정상 여자로 이행한다.
또한, 「역여자」는, 소자 조작으로서, 화물을 해방하기 위하여 역방향으로 전류를 흘려 역자계를 발생시키는 것을 말하여, 도 3의 (c) 및 도 4에 나타낸 바와 같이 이 역여자 구간에서 마그네트(6)에 인가된 전력에 의하여 주회로 전압이 변화된다.
여기서, 어떠한 제어도 가하지 않는 경우에는, 도 4 중에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 전압 변화 ΔV가 커져 과전압이 발생하여, 기기의 고장 발생 등의 우려가 있다.
그래서 제어부(13)는, 소자 시에 주회로의 전압의 변화를 억제(주회로 전압을 일정하게 유지)하도록, 주회로 전압의 변화 ΔV에 따라 전동기로서의 토크를 결정하고, 이를 발전 전동기(8)에 대한 토크 명령으로서 출력한다. 구체적으로, 소자 시에는, 주회로의 전압이 상승하기 때문에, 발전 전동기(8)에 대한 전동기로서의 토크를 가함으로써 전압 상승을 억제한다.
즉, 인버터(10)는, 전압계(17)에 의하여 검출된 주회로의 전압에 기초하여 마그네트(6)의 소자 시의 주회로의 전압 변화에 따라, 전압 변화 ΔV를 억제하는 방향으로 발전 전동기(8)의 전동기로서의 토크를 제어한다.
구체적으로는, 예를 들어, 제어부(13)는, 도 5에 나타낸 바와 같이 전압 변화 ΔV에 거의 비례하여 전동기로서의 토크를 일정한 게인으로 변화시키는 특성(전압 변화 ΔV를 억제할 수 있는 다른 특성이어도 됨)에 기초하여 전동기로서의 토크를 결정하고 출력한다.
이것에 의하여, 발전 전동기(8)가 명령받은 전동기로서의 토크로 전동기로서 작용함으로써 마그네트(6)로부터의 회생 전력을 소비하기 때문에, 주회로 전압의 변화 ΔV를 최소한으로 억제하여 주회로 전압을 거의 일정하게(목푯값) 유지할 수 있다.
또한, 제어부(13)는, 도 3의 (d)와 같이, 여자 시(과여자 시)에 과여자 구간에서의 전압 변화도 억제하도록, 예를 들어, 전압 변화 ΔV에 비례하여 발전기로서의 토크를 변화시키는 특성에 기초하여 발전 전동기(8)의 발전기로서의 토크를 결정하고, 발전 전동기(8)(스위칭 회로(11))를 향하여 명령하도록 구성되어 있다.
즉, 인버터(10)는, 전압계(17)에 의하여 검출된 주회로의 전압에 기초하여, 마그네트(6)의 여자 시의 주회로 전압의 변화에 따라 당해 전압 변화를 억제하는 방향으로 발전 전동기(8)의 발전기로서의 토크를 제어한다.
또한, 대용량 콘덴서(16)는, 기본적으로 주회로 전압의 변동을 감소시키는 평활 작용을 얻기 위한 것이며, 발전 전동기(8)의, 상기 전동기로서의 토크 또는 발전기로서의 토크의 제어에 의한 전압 변동 억제 작용을 돕는 기능을 한다.
이 마그네트 작업 기계에 의하면, 상기와 같이 발전 전동기에 의하여 발전된 전력에 의하여 마그네트(6)를 여자하기 때문에, 마그네트를 위한 전원으로서의 배터리가 불필요해진다.
따라서, 마그네트 작업 기계 전체에 있어서의 기기 구성이 간단해지기 때문에, 설비를 위한 비용과 공간을 대폭 절감할 수 있음과 함께, 복잡한 배터리 제어가 불필요해짐으로써 제어를 간소화할 수 있다.
게다가, 마그네트의 소자 시에 마그네트에 공급된 전력을 발전 전동기(8)에 보내어 소비(회생)시키기 때문에, 달리 말하면, 배터리를 생략하면서 회생 전력의 저장소를 확보할 수 있기 때문에, 화물의 해방 동작을 확실하고도 신속히 행하게 할 수 있다.
이 경우, 소자 시에, 주회로의 전압 변화 ΔV를 억제하는 방향으로 이 전압 변화에 따라 발전 전동기의 전동기로서의 토크를 제어하기 때문에, 과전압에 의한, 기기에 대한 악영향을 회피할 수 있다.
또한, 여자 시에도, 주회로의 전압 변화 ΔV를 억제하는 방향으로 주회로의 전압 변화에 따라 발전 전동기의 발전기로서의 토크를 제어하기 때문에, 소자 시와 마찬가지로 전압 변화에 의한, 기기에 대한 악영향을 회피할 수 있다.
또한, 주회로(양 전원 모선(14, 15) 사이)에 대용량 콘덴서(16)를 설치하고 있기 때문에, 동 콘덴서(16)의 평활 작용에 의하여 주회로 전압의 변화를 더 억제할 수 있다.
또한, 상술한 구체적 실시 형태에는 이하의 구성을 갖는 발명이 주로 포함되어 있다.
상기 과제를 해결하는 수단으로서, 본 발명은, 마그네트 작업 기계이며, 동력원으로서의 엔진과, 상기 엔진에 의하여 구동되어 발전기로서 작용하는 발전 전동기와, 상기 발전 전동기를 전원으로서 사용한 여자 및 소자가 행해지는 것에 의한 흡착 기능 및 해방 기능을 갖는 마그네트와, 상기 발전 전동기 및 상기 마그네트 사이의 전력의 수수를 포함하는 상기 발전 전동기 및 상기 마그네트의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 마그네트의 소자 시에, 상기 마그네트에 인가된 전력을 상기 발전 전동기에 보내어, 상기 발전 전동기에 회생 전력으로서 소비시키도록 구성되어 있는, 마그네트 작업 기계를 제공한다.
이 구성에 의하면, 발전 전동기에 의하여 발전된 전력에 의하여 마그네트를 여자하기 때문에, 마그네트를 위한 전원으로서의 배터리가 불필요해진다.
따라서, 마그네트 작업 기계 전체에 있어서의 기기 구성이 간단해지기 때문에, 설비를 위한 비용과 공간을 대폭 절감할 수 있음과 함께, 복잡한 배터리의 제어가 불필요해짐으로써 제어를 간소화할 수 있다.
게다가, 마그네트의 소자 시에 마그네트에 공급된 전력을 발전 전동기에 보내어 소비(회생)시키기 때문에, 달리 말하면, 배터리를 생략하면서 회생 전력의 저장소를 확보할 수 있기 때문에, 화물의 해방 동작을 확실하고도 신속히 행하게 할 수 있다.
상기 마그네트 작업 기계에 있어서, 상기 발전 전동기와 상기 마그네트를 연결하는 주회로의 전압을 검출하는 주회로 전압 검출 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 주회로 전압 검출 수단에 의하여 검출된 상기 주회로의 전압에 기초하여, 상기 마그네트의 소자 시의 상기 주회로의 전압 변화에 따라, 상기 전압 변화를 억제하는 방향으로 상기 발전 전동기의 전동기로서의 토크를 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
마그네트 작업 기계에 있어서는, 흡착(여자) 및 해방(소자)에 의한 전력 변화에 따라 주회로 전압이 변화되기 쉬우며, 특히 마그네트 소자 시의 전압 변화가 크다.
특히 배터리에 의한 전압의 변동을 억제하기 위한 기능이 작용하지 않는 본 발명의 구성에 의하면, 기기에 미치는 주회로 전압의 변화의 영향이 커서, 과전압에 의한 기기의 고장 발생 등의 우려가 있다.
이 점, 상기 구성에 의하면, 소자 시에, 주회로 전압의 변화를 억제하는 방향으로 이 전압 변화에 따라 발전 전동기의 전동기로서의 토크를 제어하기 때문에, 과전압에 의한, 기기에 대한 악영향을 회피할 수 있다.
이 경우, 상기 제어 수단은, 상기 주회로 전압 검출 수단에 의하여 검출된 상기 주회로의 전압에 기초하여, 상기 마그네트의 여자 시의 주회로 전압의 변화에 따라, 당해 전압 변화를 억제하는 방향으로 상기 발전 전동기의 발전기로서의 토크를 제어하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 여자 시(흡착 시)의 주회로 전압의 변화도 억제할 수 있다.
또한, 상기 마그네트 작업 기계에 있어서, 상기 주회로에 설치되어, 상기 주회로 전압의 변동을 감소시키는 콘덴서를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 콘덴서의 평활 작용(전압 변동 감소 작용)에 의하여 주회로 전압의 변화를 더 억제할 수 있다.

Claims (4)

  1. 마그네트 작업 기계이며,
    동력원으로서의 엔진과,
    상기 엔진에 의하여 구동되어 발전기로서 작용하는 발전 전동기와,
    상기 발전 전동기를 전원으로서 사용한 여자 및 소자가 행해지는 것에 의한 흡착 기능 및 해방 기능을 갖는 마그네트와,
    상기 발전 전동기 및 상기 마그네트 사이의 전력의 수수를 포함하는 상기 발전 전동기 및 상기 마그네트의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 마그네트의 소자 시에, 상기 마그네트에 인가된 전력을 상기 발전 전동기에 보내어, 상기 발전 전동기에 회생 전력으로서 소비시키도록 구성되어 있는, 마그네트 작업 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전 전동기와 상기 마그네트를 연결하는 주회로의 전압을 검출하는 주회로 전압 검출 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 주회로 전압 검출 수단에 의하여 검출된 상기 주회로의 전압에 기초하여, 상기 마그네트의 소자 시의 상기 주회로의 전압 변화에 따라, 상기 전압 변화를 억제하는 방향으로 상기 발전 전동기의 전동기로서의 토크를 제어하도록 구성되어 있는, 마그네트 작업 기계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 주회로 전압 검출 수단에 의하여 검출된 상기 주회로의 전압에 기초하여, 상기 마그네트의 여자 시의 주회로 전압의 변화에 따라, 당해 전압 변화를 억제하는 방향으로 상기 발전 전동기의 발전기로서의 토크를 제어하도록 구성되어 있는, 마그네트 작업 기계.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 주회로에 설치되어, 상기 주회로 전압의 변동을 감소시키는 콘덴서를 구비하고 있는, 마그네트 작업 기계.
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