JP6743559B2 - リフティングマグネットの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、リフティングマグネットの制御装置に関する。

磁性廃棄物を吸着して移動させるのにリフティングマグネットと呼ばれるマグネットが用いられる。このリフティングマグネット（以下、単にマグネットと記載する）の制御に関する従来技術として、下記の特許文献１に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。

マグネットの温度上昇により抵抗が増加して電流が減少すると、マグネットへの印加電圧を上昇させる制御を行う。これにより、マグネットの吸着力を一定に保持しようとする。

特開平６−１００２８４号公報

特許文献１に記載の上記したマグネットの制御には、次のような問題がある。特許文献１に記載の上記した制御によると、マグネット温度上昇→電流減少→印加電圧上昇→マグネット温度上昇、というように、マグネットの温度が上昇する悪循環に陥ってしまうことがある。これにより、マグネットが劣化したり、電源への負荷が大きくなったりといった問題が生じ得る。

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、マグネットが劣化したり、電源への負荷が大きくなったりといったことを防止することができるリフティングマグネットの制御装置を提供することである。

本発明は、電源からリフティングマグネットへの電力供給を制御する制御回路と、前記リフティングマグネットへの出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器からの信号が入力され、前記制御回路へ指令を出すコントローラと、を備えるリフティングマグネットの制御装置である。前記コントローラは、検出された前記出力電流の値、および下記の式（１）で定義されるマグネット負荷のうちの少なくとも一方が、それぞれに対して予め決められた閾値以上であるとき、次の吸着作業から、前記リフティングマグネットへの印加電圧を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されている。
マグネット負荷＝励磁比率×Ｉ×Ｖ ・・・（１）
励磁比率：励磁時間／（励磁時間＋非励磁時間）
Ｉ：前記出力電流の値
Ｖ：リフティングマグネットへの印加電圧

本発明によると、リフティングマグネット（マグネット）への出力電流の値、および上記した式（１）で定義されるマグネット負荷のうちの少なくとも一方が、それぞれに対して予め決められた閾値以上であるとき、マグネットへの印加電圧を減少させる制御を行う。この制御によると、マグネットの過度な温度上昇を抑えることができるので、マグネットが劣化することを防止することができる。また、印加電圧を減少させる制御により、電源への負荷が大きくなることも防止できる。

本発明の一実施形態に係る制御装置の回路構成を示す回路図である。 制御の全体構成を示すブロック図である。 マグネットへの印加電圧および出力電流の時間変化を示す図である。 マグネットへの印加電圧および出力電流の時間変化を示す図である。 励磁比率の算出フローを示すフローチャートである。

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、例えば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、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。

（制御装置の構成）
図１に基づいて、本発明に係るリフティングマグネットの制御装置の一実施形態について説明する。なお、制御装置の構成は、図１に示すものに限られることはない。

図１に示すように、本実施形態のマグネット１０（リフティングマグネット）の制御装置１００は、電源１からマグネット１０への電力供給を制御する制御回路２と、制御回路２を介して電源１からマグネット１０へ流れる出力電流を検出する電流検出器としての電流計４と、電流計４からの信号が入力され、制御回路２へ指令を出すコントローラ３とで構成される。

電源１は、例えばエンジンに接続された発電機である。制御回路２を構成するスイッチング回路２ａは、電源１によって発生した電圧を、その素子のスイッチングにてマグネット１０に印加する印加電圧を増減させる。なお、マグネット１０への印加電圧は直流電圧であり、電源１で発生する電圧は交流電圧である。電源１で発生した交流電圧は、制御回路２にて直流電圧に変換される。コントローラ３は、マグネット１０に印加したい電圧になるように、ＯＮ時間をスイッチング回路２ａに指示する。電流計４は、マグネット１０への印加電流（以下、「出力電流」と記載する）を信号としてコントローラ３へ送信し、コントローラ３はその信号を取り込む。

（制御の全体構成）
コントローラ３によるマグネット１０への印加電圧の制御に関し、まず、その全体構成を説明する。

図２に示すように、本実施形態に係るコントローラ３による上記印加電圧の制御は、「出力電流に基づく補正制御」、「マグネット負荷に基づく補正制御」、および「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」という３つの制御を備えている。

そして「出力電流に基づく補正制御」と「マグネット負荷に基づく補正制御」とは並列関係にあり、「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」は、上記２つの補正制御の後に位置する。「出力電流に基づく補正制御」および「マグネット負荷に基づく補正制御」のうちの一方の制御における条件が成立すると、成立した方の条件での補正値が、その後の「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」に基づいて適宜補正された上で、印加電圧の補正値として決定される。「出力電流に基づく補正制御」および「マグネット負荷に基づく補正制御」のうちの両方の制御における条件が同時に成立すると、両者のうちのより大きい方の補正値が、その後の「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」に基づいて適宜補正された上で、印加電圧の補正値として決定される。

＜出力電流に基づく補正制御＞
「出力電流に基づく補正制御」について説明する。図３および図４は、いずれも、マグネット１０への印加電圧および出力電流（マグネット印加電流）の時間変化を示す図である。

まず、マグネット１０の励磁開始から釈放までの間のマグネット１０へ印加する電圧の時間変化の基本について説明する。コントローラ３から制御回路２への出力値指令により、励磁開始直後は、電圧Ｖ１（過励磁電圧）でマグネット１０を励磁する（過励磁電圧域）。この電圧Ｖ１での励磁時間は例えば３〜５秒である。その後、電圧Ｖ２（定常電圧、Ｖ２＜Ｖ１）でマグネット１０を励磁し、磁性廃棄物の移動などが終了するとマグネット１０を釈放する。マグネット１０が釈放されるまでの電圧Ｖ２で励磁される期間、すなわち定常電圧域の長さ（励磁時間）は、作業によって異なるが、例えば１０〜１５秒である。

このように、マグネット１０への印加電圧は、一般的に、過励磁電圧と定常電圧の組合せになっており、定常電圧よりも高い電圧である過励磁電圧を励磁初期にマグネット１０に印加し、一定時間（例えば３〜５秒）をおいて定常電圧に切り換える。図３および図４において実線で示す印加電圧（マグネット印加電圧）は、通常時における所望のマグネット吸着力から決定された印加電圧、すなわち補正を行っていない通常時の印加電圧である。

ここで、何らかの要因でマグネット１０の温度が低下したとする。マグネット１０の温度が低下すると、マグネット１０の電気抵抗が低下し、図３中の下側の図に点線で示すように、マグネット印加電流（マグネット１０への出力電流）は大きくなる。

コントローラ３は、電流計４で検出されたマグネット１０への出力電流のうちの定常電圧域の電流検出値を平均し、その平均値が、予め決められた閾値Ａ以上であると、次の吸着作業から、図４中の上側の図に点線で示すように、マグネット１０へ印加する定常電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ３に減少させる（Ｖ３＜Ｖ２）。すると、図４中の下側の図に点線で示すように、マグネット１０への出力電流は減少し、図３中の下側の図に実線で示す出力電流の値に戻る。これにより、印加電流が大きくなることで過度の吸着力（磁力）となっていたマグネット１０の吸着力（磁力）は、適正な吸着力（磁力）に補正される。

＜マグネット負荷に基づく補正制御＞
次に、「マグネット負荷に基づく補正制御」について説明する。コントローラ３は、下記の式（１）で定義されるマグネット負荷が予め決められた閾値Ｂ以上であるとき、次の吸着作業から、マグネット１０への印加電圧を減少させる指令を制御回路２のスイッチング回路２ａへ出すようにも構成されている。
マグネット負荷＝励磁比率×Ｉ×Ｖ ・・・（１）
励磁比率：励磁時間／（励磁時間＋非励磁時間）
Ｉ：マグネット１０への出力電流
Ｖ：マグネット１０への印加電圧

励磁時間とは、その文言通り、マグネット１０を励磁している間の時間のことである。非励磁時間とは、その文言通り、マグネット１０を励磁していない間の時間のことである。図５を参照しつつ、励磁比率の算出フローについて説明する。マグネット１０の励磁が開始されると（ステップ１（Ｓ１）でＹＥＳ）、励磁時間を検出する励磁タイマが起動し、非励磁時間を検出する非励磁タイマがリセットされる（Ｓ２）。コントローラ３は、励磁タイマで検出された励磁時間を記憶し（Ｓ３）、且つ、マグネット１０への出力電流Ｉの値と、マグネット１０への印加電圧Ｖの値とを積算して記憶する（Ｓ４）。一方、マグネット１０が非励磁の場合は（Ｓ１でＮＯ）、励磁時間を検出する励磁タイマがリセットされ、非励磁時間を検出する非励磁タイマが起動し（Ｓ５）、コントローラ３は、非励磁タイマで検出された非励磁時間を記憶する（Ｓ６）。コントローラ３は、Ｓ７として、励磁比率＝励磁時間／（励磁時間＋非励磁時間）を算出する。なお、上記したＳ４において、積算されるＩおよびＶは、それぞれ、例えば、マグネット１０励磁開始からマグネット１０釈放までの間のＩおよびＶの平均値である。

コントローラ３は、上記したＳ７で算出された励磁比率と、上記したＳ４で算出されたＩ×Ｖとを積算してマグネット負荷を求め、この値が予め決められた閾値Ｂ以上であると、次の吸着作業から、マグネット１０への印加電圧を減少させる。これにより、マグネット１０の温度上昇を抑えることができる。減少させる印加電圧は、例えば、過励磁電圧、および当該過励磁電圧に続く定常電圧の両方とする。

なお、前記したように、「出力電流に基づく補正制御」および「マグネット負荷に基づく補正制御」のうちの両方の制御における条件（出力電流の値が閾値Ａ以上、マグネット負荷がた閾値Ｂ以上）が同時に成立すると、両者の制御により求まる補正量のうちのより大きい方の補正量が適用される。例えば、上記した制御では、「出力電流に基づく補正制御」においては定常電圧を減少させる補正を例示し、「マグネット負荷に基づく補正制御」においては過励磁電圧および定常電圧の両方を減少させる補正を例示した。この場合、両制御で共通するのは定常電圧の補正であるので、定常電圧に関する両制御により求まる補正量（定常電圧減少量）のうちのより大きい方の補正量が適用されることになる。なお、過励磁電圧の補正量（減少量）に関しては、上記した「マグネット負荷に基づく補正制御」における補正量、および以下で説明する「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」における補正量のうちのより大きい方の補正量が適用される。

＜過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御＞
次に、「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」について説明する。コントローラ３は、マグネット１０への印加電圧のうちの過励磁電圧と定常電圧との差が所定の値以上となったら、次の吸着作業から、過励磁電圧を減少させる指令を制御回路２のスイッチング回路２ａへ出すようにも構成されている。上記所定の値は、コントローラ３内にマップとして格納されている。これにより、過励磁電圧と定常電圧との差に制限がかかり、両者の差が大きくなり過ぎることはない。

（変形例）
前記した実施形態では、「出力電流に基づく補正制御」に関し、電流計４で検出されたマグネット１０への出力電流のうちの定常電圧域の電流検出値の平均値に基づいて、マグネット１０への印加電圧を減少させる例を示したが、過励磁電圧域および定常電圧域の、すなわちマグネット１０励磁期間全ての電流検出値の平均値に基づいて、マグネット１０への印加電圧を減少させる制御を行ってもよい。

また、前記した実施形態では、「出力電流に基づく補正制御」に関し、マグネット１０への印加電圧のうちの定常電圧を減少させる例を示したが、過励磁電圧および定常電圧の両方を減少させてもよいし、定常電圧に代えて過励磁電圧を減少させてもよい。

さらには、前記した実施形態では、「マグネット負荷に基づく補正制御」に関し、マグネット１０への印加電圧のうちの過励磁電圧および定常電圧の両方を減少させる例を示したが、過励磁電圧および定常電圧のうちの一方のみを減少させてもよい。

また、「出力電流に基づく補正制御」、「マグネット負荷に基づく補正制御」、および「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」という３つの制御、すなわち制御の全体構成に関し、「過励磁電圧と定常電圧との差に基づく補正制御」を省略してもよい。「出力電流に基づく補正制御」、および「マグネット負荷に基づく補正制御」に関しては、いずれか一方の制御を省略してもよい。

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。

（作用効果）
本発明によると、マグネット１０への出力電流の値、および前記した式（１）で定義されるマグネット負荷のうちの少なくとも一方が、それぞれに対して予め決められた閾値以上であるとき、マグネット１０への印加電圧を減少させる制御を行う。この制御によると、マグネット１０の過度な温度上昇を抑えることができるので、マグネット１０が劣化することを防止することができる。また、印加電圧を減少させる制御により、電源１への負荷が大きくなることも防止できる。

本発明において、コントローラ３は、検出されたマグネット１０出力電流の値が前記閾値以上であるときにマグネット１０への印加電圧を減少させる制御を行う場合、印加電圧のうちの定常電圧域の出力電流の値の平均値が、前記閾値以上であるときに印加電圧を減少させる指令を制御回路２へ出すように構成されていることが好ましい。定常電圧域の出力電流は、過励磁電圧域の出力電流よりも安定しているからである。一般的に、過励磁電圧域は、定常電圧域よりも時間が短く、吸着物によって電流上昇の応答性が変わることがあり、安定しないことがあるが、定常電圧域はこのようなことはない。定常電圧域の出力電流を用いることで安定した制御が可能となる。

また本発明において、コントローラ３は、検出されたマグネット１０出力電流の値が前記閾値以上であるときにマグネット１０への印加電圧を減少させる制御を行う場合、印加電圧のうちの定常電圧を減少させる指令を制御回路２へ出すように構成されていることが好ましい。この構成によると、定常電圧を減少させることで、励磁初期の過励磁電圧を補正せずに維持することができ、これにより、励磁初期の磁力を維持して磁束を十分に確保することができる。

さらに本発明において、前記コントローラは、前記式（１）で定義されるマグネット負荷が前記閾値以上であるときに前記印加電圧を減少させる制御を行う場合、前記印加電圧のうちの過励磁電圧、および当該過励磁電圧に続く定常電圧の両方を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されていることが好ましい。この構成によると、過励磁電圧および定常電圧のうちの一方のみを減少させる場合よりも、マグネット１０の温度上昇をより抑えることができる。

さらに本発明において、前記コントローラは、前記印加電圧のうちの過励磁電圧と、前記印加電圧のうちの前記過励磁電圧に続く定常電圧との差が所定の値以上となったら、次の吸着作業から、前記過励磁電圧を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されていることが好ましい。この構成によると、励磁初期に印加する過励磁電圧と、その後の定常電圧との差が大きくなり過ぎることを防止でき、これにより、過励磁電圧域から定常電圧域に移行する際の磁力の低下を防ぐことができる。

１：電源
２：制御回路
２ａ：スイッチング回路
３：コントローラ
４：電流計（電流検出器）
１０：マグネット（リフティングマグネット）
１００：制御装置

Claims (4)

1. 電源からリフティングマグネットへの電力供給を制御する制御回路と、前記リフティングマグネットへの出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器からの信号が入力され、前記制御回路へ指令を出すコントローラと、を備えるリフティングマグネットの制御装置であって、
   前記コントローラは、検出された前記出力電流の値、および下記の式（１）で定義されるマグネット負荷のうちの少なくとも一方が、それぞれに対して予め決められた閾値以上であるとき、次の吸着作業から、前記リフティングマグネットへの印加電圧を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されており、且つ、前記印加電圧のうちの過励磁電圧と、前記印加電圧のうちの前記過励磁電圧に続く定常電圧との差が所定の値以上となったら、次の吸着作業から、前記過励磁電圧を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されている、
   ことを特徴とする、リフティングマグネットの制御装置。
   マグネット負荷＝励磁比率×Ｉ×Ｖ ・・・（１）
   励磁比率：励磁時間／（励磁時間＋非励磁時間）
   Ｉ：前記出力電流の値
   Ｖ：リフティングマグネットへの印加電圧
2. 請求項１に記載のリフティングマグネットの制御装置において、
   前記コントローラは、検出された前記出力電流の値が前記閾値以上であるときに前記印加電圧を減少させる制御を行う場合、前記印加電圧のうちの定常電圧域の前記出力電流の値の平均値が、前記閾値以上であるときに前記印加電圧を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されている、
   ことを特徴とする、リフティングマグネットの制御装置。
3. 請求項１または２に記載のリフティングマグネットの制御装置において、
   前記コントローラは、検出された前記出力電流の値が前記閾値以上であるときに前記印加電圧を減少させる制御を行う場合、前記印加電圧のうちの定常電圧を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されている、
   ことを特徴とする、リフティングマグネットの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のリフティングマグネットの制御装置において、
   前記コントローラは、前記式（１）で定義されるマグネット負荷が前記閾値以上であるときに前記印加電圧を減少させる制御を行う場合、前記印加電圧のうちの過励磁電圧、および当該過励磁電圧に続く定常電圧の両方を減少させる指令を前記制御回路へ出すように構成されている、
   ことを特徴とする、リフティングマグネットの制御装置。

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