(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
エンジンと、前記エンジンに接続された発電機と、前記発電機が発電した交流電力を直流電力に変換し、且つ直流電力を出力するインバータと、前記インバータから直流電力が供給されるリフティングマグネットと、を備える作業機械の制御装置であって、
前記インバータに接続された本体制御装置と、
前記発電機に取り付けられた発電機温度センサ、又は前記リフティングマグネットに取り付けられたマグネット温度センサと、
を備え、
前記インバータは、前記リフティングマグネットの励磁開始から釈放までの間において、励磁開始直後の過励磁域で所定電圧を超える電圧を出力し、前記過励磁域の後の定常域で前記所定電圧を出力し、
前記本体制御装置は、前記発電機温度センサにより検出された前記発電機の温度、又は前記マグネット温度センサにより検出された前記リフティングマグネットの温度が第1温度に達したら前記過励磁域で前記インバータの出力を制限し、前記第1温度よりも低い第2温度にまで戻ったら出力制限を解除するように制御構成されている、
ことを特徴とする、作業機械の制御装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に記載のマグネットの制御および構造には、次のような問題がある。マグネットの温度上昇に応じて、所定電圧を超える電圧に制御する励磁開始直後の期間を長くしたり、その後の所定電圧に制御する期間における励磁電圧を通常時よりも高い電圧にしたりするのでは、マグネットの温度上昇に伴う吸着力の低下を一時的に軽減できるものの、マグネットの更なる温度上昇を招き、結果として、温度上昇が継続するという悪循環が生じる。マグネットが放熱性の良い構造とされていても、マグネットが温度上昇するということは、マグネットの放熱性能がマグネットの温度上昇よりも下回っているということであり、上記した悪循環を断ち切ることはできない。
【0007】
また、励磁電圧を高めてマグネットを構成するコイルに定格値を超える電流を流し続けると、コイルのインダクタンスの劣化を引き起こし、最悪、コイルが破壊してしまうこともある。
【0008】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マグネットの温度上昇を抑制することができ、マグネットを構成するコイルのインダクタンスの劣化やコイル破壊を防止することができる、リフティングマグネットを備える作業機械の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、エンジンと、前記エンジンに接続された発電機と、前記発電機が発電した交流電力を直流電力に変換し、且つ直流電力を出力するインバータと、前記インバータから直流電力が供給されるリフティングマグネットと、を備える作業機械の制御装置である。この制御装置は、前記インバータに接続された本体制御装置と、前記発電機に取り付けられた発電機温度センサ、又は前記リフティングマグネットに取り付けられたマグネット温度センサとを備える。前記本体制御装置は、前記発電機温度センサにより検出された前記発電機の温度、又は前記マグネット温度センサにより検出された前記リフティングマグネットの温度が第1温度に達したら前記インバータの出力を制限し、前記第1温度よりも低い第2温度にまで戻ったら出力制限を解除するように制御構成されている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によると、発電機温度センサにより検出された発電機の温度、又はマグネット温度センサにより検出されたリフティングマグネットの温度が第1温度に達したらインバータの出力を制限する。これにより、リフティングマグネット(マグネット)の温度上昇を抑制することができ、マグネットを構成するコイルのインダクタンスの劣化やコイル破壊を防止することができる。
なお、インバータの出力を制限している間は、その制限量に応じてマグネットの吸着力は低下するが、その後、温度が低下したら出力制限を解除するので、マグネットの吸着力は回復する。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明におけるリフティングマグネット(マグネット)は、作業機械に取り付けられて使用されるものであり、リフティングマグネットを備える作業機械の例としては、例えば、特開2007−45615号公報に記載のハンドリング機(リフマグ機とも呼ばれる)がある。
【0013】
(マグネットまわりの機器構成)
図1に示すように、リフマグ機のエンジン1(例えばディーゼルエンジン)には発電機2が接続されている。エンジン1の駆動力によって発電機2が発電した交流電力は、インバータ3にて直流電力に変換される。直流電力は、インバータ3からマグネット4(リフティングマグネット)へ供給される。エンジン1の回転数に応じた交流電力(電圧)が発電機2からインバータ3へ出力される。吸着スイッチ7がONになると、インバータ3からの直流電力でマグネット4が励磁されて、磁性廃棄物をマグネット4で吸着することが可能となる。マグネット4は、インバータ3から送られてきた電圧に応じた磁力に励磁される。なお、作業条件にもよるが、マグネット4の励磁開始から釈放までの時間は、作業1回当り、例えば20秒前後である。
【0014】
インバータ3にはリフマグ機の本体制御装置としてのコントローラ5が接続されており、発電機2に取り付けられた温度センサ8(発電機温度センサ)からの発電機温度信号、およびマグネット4に取り付けられた温度センサ9(マグネット温度センサ)からのマグネット温度信号がコントローラに取り込まれる。また、コントローラ5には、アクセル信号やアクチュエータ操作信号が取り込まれ、これら信号をもとにしてコントローラ5は、エンジン1のECU6(Engine Control Unit)にエンジン回転数の指令信号を出したり、インバータ3に出力値指令の信号を出したりするように構成されている。また、コントローラ5には、マグネット吸着中の信号がインバータ3から取り込まれる。本発明の一実施形態に係る制御装置は、上記したコントローラ5と、温度センサ8,9とで構成される。
【0015】
(インバータの出力制御)
発電機2の温度に基づいて以下に記載するインバータ3の出力制御(マグネット4への印加電圧の制御)を行うようにコントローラ5は制御構成されている。まず、
図2(a)を参照しつつ、マグネット4の励磁開始から釈放までの間のマグネット4への印加電圧の時間変化の基本について説明する。コントローラ5からの出力値指令により、励磁開始直後は、所定の電圧Vbを超える電圧Va(過励磁電圧)でマグネット4は励磁される(過励磁域)。この電圧Vaでの励磁時間は例えば3〜5秒である。その後、電圧Vbでマグネット4は励磁され、磁性廃棄物の移動などが終了するとマグネット4は釈放される。マグネット4が釈放されるまでの電圧Vbで励磁される期間、すなわち定常域の長さ(励磁時間)は、作業によって異なるが、例えば15秒程度である。
【0016】
ここで、マグネット4を構成するコイルに電流を流すとマグネット4の温度が上昇するのであるが、前記したように、マグネット4はインバータ3から送られてきた電圧に応じた磁力に励磁され、且つ、発電機2からインバータ3へ供給された電力がインバータ3からマグネット4へ送られるため、マグネット4の温度上昇と発電機2の温度上昇との間には相関関係があり(例えば
図3参照)、マグネット4の温度が上昇すると、発電機2の温度も上昇する。よって、本実施形態では、マグネット4の温度上昇を抑制するために、温度センサ8により検出された発電機2の温度に基づいて、マグネット4への印加電圧の上限値を設定している。マグネット4への印加電圧の上限値設定は、
図2(b)に示すマップをコントローラ5が有しており(コントローラ5にマップが予めインプットされており)、当該コントローラ5が行う。
なお、マグネット4を励磁するのは長時間連続して行うものではなく、前記したように、作業1回当りの励磁時間は20秒前後であり、作業の合間はマグネット4のコイルに電流は流れていない。
【0017】
図2(b)に示すマップの内容を説明する。発電機2の温度が第1温度T1になるまでは、マグネット4への印加電圧の上限値は前記した電圧Vaであり、この状態はインバータ3の出力制限を特に行っていない通常時の状態である。発電機2の温度が第1温度T1に達したら、次の吸着作業では、マグネット4への印加電圧の上限値を下げる(インバータ3の出力を制限する)。このとき(次の吸着作業開始時)の発電機2の温度が例えばT4(T4>T1)であれば、コントローラ5は、
図2(b)に示すマップに基づきマグネット4への印加電圧の上限値を電圧Vaよりも低い電圧Vt4に設定する(制限する)。これにより、
図2(a)に示したように、励磁開始直後の過励磁域での印加電圧は、電圧Vt4となる。なお、定常域で印加される電圧Vbは、電圧Vt4よりも低いため、定常域での印加電圧は電圧Vbのままである。
【0018】
図2(b)に示すマップにおいて、第1温度T1から温度T5までの間が右下がりの直線になっていることからわかるように、本実施形態では、発電機2の温度上昇にあわせてインバータ3の出力の制限量を徐々に線形で増大させている。
【0019】
インバータ3の出力の制限量を徐々に増大させていった結果、マグネット4へ印加する予め決められた下限電圧Vmin(マグネット4への予め決められた下限出力)に達した場合、その後しばらくの間の吸着作業時は、コントローラ5は下限電圧Vminを維持させて、当該下限電圧Vminでマグネット4を励磁する。なお、本実施形態では、Vmin=Vbとしている。これにより、
図2(a)に示したように、励磁開始直後の過励磁域での印加電圧も定常域での印加電圧も電圧Vbとなる。
【0020】
その後、発電機2の温度が第3温度T3にまで低下したら、第3温度T3から第2温度T2までの間が左上がりの直線になっていることからわかるように、本実施形態では、発電機2の温度下降にあわせてインバータ3の出力の制限量を徐々に線形で減少させている。
【0021】
インバータ3の出力の制限量を徐々に減少させていった結果、発電機2の温度が第2温度T2にまで戻ったらインバータ3の出力制限を解除する。出力制限の解除により、過励磁域では電圧Vaがマグネット4へ印加され、定常域では電圧Vbがマグネット4へ印加されるようになる。
【0022】
なお、前記した第1温度T1、第2温度T2、第3温度T3の大小関係は、第2温度T2<第1温度T1、第2温度T2<第3温度T3という関係である。第1温度T1、第2温度T2、および第3温度T3は、例えば、それぞれ、110℃、100℃、および105℃である。
【0023】
ここで、発電機2の温度が第1温度T1になってからインバータ3の出力の制限量を徐々に増大させていった際、下限電圧Vminになるまで印加電圧を制限する前に発電機2の温度が上昇から下降に転じる場合がある(作業間隔が長くなった場合などである)。この場合、発電機2の温度が第2温度T2以下であれば、インバータ3の出力制限をその時点で解除する。発電機2の温度が依然として第2温度T2を超えていれば、
図2(b)に示すマップに基づいて上記したマグネット4への印加電圧の上限値を下げる(Va未満とする(マップのうちの右下がりの部分または左上がりの部分を使う))出力制限制御を行う。なお、本実施形態のマップの場合、第3温度T3≦発電機2の温度≦第1温度T1である場合は、下限電圧Vminをマグネット4への印加電圧の上限値とする。
【0024】
(マグネットおよび発電機のそれぞれの温度の時間変化について)
図3は、発電機2のある出力におけるマグネット4および発電機2のそれぞれの温度の時間変化を示す図である。
図3に示したように、単位時間(数十秒程度)毎のマグネット4の温度の変化量Tmと発電機2の温度の変化量Tgとの差は、時間変化によらずある程度の範囲に収まる。
【0025】
(制御フロー)
図4を参照しつつ、コントローラ5による印加電圧の制御フローを説明する。前提として、エンジン1が回転しているとき、エンジン回転数に応じた発電機2からの出力でマグネット4は励磁される状態にある。
【0026】
マグネット4の温度の変化量Tmと発電機2の温度の変化量Tgとの差(差の絶対値)が予め決められた適正な値以下かどうかを判断する(ステップ1(S1))。適正な値を超えていれば(S1でYES)、マグネット4が非吸着中であることを条件に(ステップ2(S2)でYES)、インバータ3の出力であるマグネット4への印加電圧の上限値を、予め決められた温度変化異常時のVt(Vt<Va)にする(ステップ3(S3))。温度変化異常時のVtは、例えば、定常域での電圧Vbである。これにより、マグネット4への印加電圧は、上記Vtに上限値が設定される。なお、上記Vtにマグネット4への印加電圧の上限値が設定されるのは、Tm−Tgの絶対値が適正な値以下に戻るまで継続される。マグネット4が非吸着中であるというのは、マグネット4が非励磁の場合はもちろんであるが、マグネット4が励磁中であっても磁性廃棄物などの荷を下ろした状態、すなわち荷が落下しない状態のときを含んでいる(ステップ5でも同様)。
【0027】
Tm−Tgの絶対値が適正な値以下であれば(S1でNO)、発電機2の温度が高温であるか否か、すなわち温度センサ8により検出された発電機2の温度が第1温度T1(
図2参照)に達しているか否かを判断する(ステップ4(S4))。発電機2の温度が高温であれば(S4でYES)、マグネット4が非吸着中であることを条件に(ステップ5(S5)でYES)、発電機2の温度から
図2(b)に示すマップに基づいて、マグネット4への印加電圧の上限値Vtを求める(ステップ6(S6))。このVtの求め方(決め方)については、前記した
図2(b)の説明を参照されたい。そしてコントローラ5は、インバータ3の出力であるマグネット4への印加電圧の上限値を、
図2(b)に示すマップから求めた上記Vt(Vt<Va)にする(ステップ7(S7))。発電機2の温度が高温でなければ(S4でNO)、すなわち発電機2の温度が第1温度T1に達していなければ、出力制限は特になく、通常時の印加電圧(過励磁域はVa、定常域はVb)でマグネット4を励磁することになる(ステップ8(S8))。
【0028】
(マップの変形例)
図2(b)に示すマップの変形例を
図5に示している。
図2(b)に示すマップでは、温度センサ8により検出された発電機2の温度が第1温度T1に達した後は、インバータ3の出力であるマグネット4への印加電圧の上限値を徐々に小さくしていき、その後、第3温度T3にまで発電機2の温度が低下したら、マグネット4への印加電圧の上限値を徐々に大きくしていった(戻していった)が、これに代えて、発電機2の温度が第1温度T1に達したら、マグネット4への印加電圧の上限値をすぐに例えばVminにまで小さくし、その後は、発電機2の温度が第2温度T2にまで戻る(低下する)まで、上限値をVminに制限する。そして、発電機2の温度が第2温度T2にまで戻ったら、出力制限を解除して、過励磁域は電圧Vaをマグネット4に印加する。
【0029】
(その他の実施形態)
前記した実施形態では、温度センサ8により検出された発電機2の温度に基づいてインバータ3の出力を制限する例を示したが、これに代えて、温度センサ9により検出されたマグネット4の温度に基づいて、発電機2の温度に基づく場合と同様のインバータ3の出力制限制御(前記した制御)を行うことも好ましい。保護対象であるマグネット4の温度を直接制御することになるので、より正確なマグネット保護制御となる。なお、マグネット4は衝撃力を受けやすい部分であるので、温度センサ9として耐久性を考慮した温度センサを採用する。
【0030】
(変形例)
図2(b)に示した実施形態では、インバータ3の出力の制限量を徐々に線形(直線状)で増大させたり減少させたりしているが、インバータ3の出力の制限量を非線形(直線状でない)で増大させたり減少させたりしてもよい。
【0031】
下限電圧Vminを定常域のVbと同じにする(Vmin=Vb)とする必要は必ずしもない。すなわち、下限電圧Vmin≠Vbであってもよい。
【0032】
前記した実施形態のように、発電機2の温度に基づいてインバータ3の出力を制限する制御を行う場合は、マグネット4に温度センサ9を取り付ける必要は必ずしもない。マグネット4に温度センサ9を取り付けない場合は、マグネット4の温度の変化量Tmと発電機2の温度の変化量Tgとの差に基づく制御は行わないことになる。
【0033】
前記した実施形態では、コントローラ5からインバータ3への出力指令によりマグネット4への印加電圧を制限することでインバータ3の出力を制限しているが、これに代えて、コントローラ5からエンジン1(ECU6)への回転数指令によりエンジン回転数を制限することで発電機2の出力を制限してインバータ3の出力を制限してもよい。
【0034】
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。
【0035】
(作用効果)
本発明によると、発電機温度センサにより検出された発電機の温度、又はマグネット温度センサにより検出されたリフティングマグネットの温度が第1温度に達したらインバータの出力を制限する。これにより、リフティングマグネット(マグネット)の温度上昇を抑制することができ、マグネットを構成するコイルのインダクタンスの劣化やコイル破壊を防止することができる。なお、インバータの出力を制限している間は、その制限量に応じてマグネットの吸着力は低下するが、その後、温度が低下したら出力制限を解除するので、マグネットの吸着力は回復する。
【0036】
本発明において、本体制御装置(コントローラ5)は、検出された発電機の温度、又は検出されたマグネットの温度が第1温度に達したらインバータの出力の制限制御を開始するとともにその制限量を徐々に増大させていき、発電機の温度、又はマグネットの温度が第2温度よりも高い第3温度にまで低下したらインバータの出力制限量を徐々に減少させていくように制御構成されていることが好ましい。この構成によると、マグネットの吸着力の変化を低く抑えることができる。
【0037】
また本発明において、本体制御装置(コントローラ5)は、インバータの出力の制限量を徐々に増大させていった結果、インバータの出力が、リフティングマグネットへの予め決められた下限出力(例えば、下限電圧Vmin)に達した場合、当該下限出力を維持し、その後、検出された発電機の温度、又は検出されたマグネットの温度が前記第3温度にまで低下したらインバータの出力制限量を徐々に減少させていくように制御構成されていることが好ましい。この構成によると、マグネットの吸着力の変化を低く抑えることができる。
【0038】
また本発明において、前記した実施形態のように、発電機温度センサ、およびマグネット温度センサをいずれも備えており、本体制御装置(コントローラ5)は、検出された発電機の温度の変化量Tgと検出されたマグネットの温度の変化量Tmとの差を求め、この差が異常な値であると判断すると、インバータの出力を制限するように制御構成されていることが好ましい。この構成によると、二つの温度の変化量を比較することで、温度センサの故障等による温度誤検出のリスクを軽減することができる。
【0039】
また本発明において、本体制御装置(コントローラ5)は、マグネットの温度ではなく、検出された発電機の温度に基づいてインバータの出力制御を行うように制御構成されていることが好ましい。発電機2への温度センサの取り付けは容易であり、且つ発電機2に温度センサを取り付ける場合、耐久性考慮レベルが比較的低い温度センサを採用することができるからである。さらには、マグネット4への温度センサの取り付けを省略し、発電機2のみに温度センサを取り付けることにすれば、マグネット4への温度センサの取り付けを省略した分、温度センサの数を少なくすることができる。