(57)【要約】      （修正有）【課題】刃先の異常摩耗や振動発生などによる運転の不安定を除去することができ、且つ切削径の広範囲の仕様変更にも対応できる切削刃送り用駆動装置を提供する。【解決手段】インバータ２３で駆動される減速機を有する誘導電動機で駆動される舗装路面円形切断装置の切削刃送り用駆動装置１３において、その舗装路面円形切断装置は鉛直方向に軸支されて主軸回転駆動装置１で回転駆動される主軸６の一端に伸縮可能な２組の切削ビーム７を取り付け、それぞれのビーム７に設けた切削刃１０によって路面を円形に切削するものであり、その切削刃送り用駆動装置１３はその切削ビーム７それぞれの先端部に取り付けられて前記誘導電動機により切削刃１０を上下方向に送り駆動するものであって、１つの速度設定器を設けて、前記それぞれの演算器にその速度設定値を同一且つ同時に設定しそれぞれのインバータ２３の制御を行うように構成する。【選択図】  図１
2004225333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電動機の速度を検出する速度検出器と、その誘導電動機の電流に対し最も大きいトルクを出力できるすべり周波数とその誘導電動機のギャップ磁束が常に一定になるＶ／ｆ値とが予め入力されている演算器とを備え、その演算器に前記誘導電動機の速度を入力して前記すべり周波数と前記Ｖ／ｆ値とを用い周波数と電圧とを演算しそれらの演算出力を周波数指令値及び電圧指令値として可変周波数インバータに入力し、そのインバータで駆動される減速機を有する誘導電動機で駆動される舗装路面円形切断装置の切削刃送り用駆動装置において、その舗装路面円形切断装置は鉛直方向に軸支されて主軸回転駆動装置で回転駆動される主軸の一端に伸縮可能な２組の切削ビームを取り付け、それぞれのビームに設けた切削刃によって路面を円形に切削するものであり、その切削刃送り用駆動装置はその切削ビームそれぞれの先端部に取り付けられて前記誘導電動機により切削刃を上下方向に送り駆動するものであって、１つの速度設定器を設けて、前記それぞれの演算器にその速度設定値を同一且つ同時に設定しそれぞれのインバータの制御を行うように構成されていることを特徴としている舗装路面円形切断装置の切削刃送り用駆動装置。
【請求項２】
前記主軸駆動装置は、誘導電動機の速度を検出する速度検出器と、トルク特性を決定する滑り周波数演算器と、インバータの周波数を決定する周波数演算器と、前記誘導電動機の励磁インダクタンスによってつくられるギャップ磁束数が常に一定となるＶ／ｆ値が予め回路中に入力されている電圧演算器とを備えており、そして使用条件によって最高速度の周波数を設定し舗装路面円形切断装置の広範囲の切削径に対して切削刃面の適正周速に対応できる周波数設定器を設け、前記電動機から滑り周波数演算器で演算された滑り周波数と周波数に換算した電動機速度とを加え合わせる加算器を設け、その加算器からの加算値と前記周波数設定器で設定された最高速度の周波数とを前記周波数演算器と電圧演算器とに入力する構成であり、前記周波数演算器と電圧演算器とからの演算出力をそれぞれ前記インバータの周波数指令値及び電圧指令値とする可変周波数インバータで駆動される高速回転の誘導電動機と、その減速機とが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の舗装路面円形切断装置の切削刃送り用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マンホール等の舗装路面占有物の周辺を円形に切断する舗装路面円形切断装置の切削刃送り用駆動装置に関する。特に、切削径の広範囲の仕様変更に対して切削効率の低下なしに対応するために、可変周波数インバータを介し誘導電動機で駆動する切削刃送り用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の円形切断装置には、通常、その主軸回転駆動装置としてガソリンエンジンまたは回転数制御なしの誘導電動機等が採用されており（特許文献１および特許文献２参照）、また切削刃送り用駆動装置としては、油圧シリンダーや回転数制御無しの誘導電動機等が採用されていた。
【０００３】
しかしながら、主軸回転駆動装置は、マンホールのサイズがその種類によって異なるため、切削径の大小に拘わらず回転数を一定で切削すれば、マンホールのサイズが大きくなるにつれて切削効率が低下し、消費電力も増大するので効率的でないという問題があり、また、コンクリート着地時に過大な負荷が掛かるので大容量のモータが必要となるという問題もあった。
これらの問題を解決するために、本出願人によって主軸を駆動する誘導電動機を可変周波数インバータで駆動する提案（特願２００２−３０５８７７号）が行われている。
【０００４】
また、例えば誘導電動機による駆動装置としては、本出願人によってポリッシャー用の駆動装置が提案され開示されている（特許文献３参照）。
これは、誘導電動機の回転数を検出する回転数検出器及び回転数を設定する回転数設定器と、前記誘導電動機の電流に対し最も大きいトルクを出力できるすべり周波数と該誘導電動機のギャップ磁束が常に一定となるＶ／ｆ値とが予め入力されている演算器とを備え、前記演算器は、前記誘導電動機の回転数を該演算器に入力することによって、前記すべり周波数と前記Ｖ／ｆ値を用いて周波数と電圧を演算出力し、これら演算出力を前記インバータの周波数指令値及び電圧指令値とすることにより、前記回転数設定器の設定値に拘わらず前記誘導電動機の電流に対し常に最高のトルクで運転できる機能を備えていることを特徴とするものである。
これによれば、所定の回転数の範囲内においては、負荷トルクの変動は少なく、回転数の変動も極めて少なく且つ連続運転可能（モータ電流も定格以下のため）であるという特徴を持つものである。
【０００５】
尚、前記特許文献１及び２に記載された発明では、切削刃の送り手段として、切削刃を取り付けたアームを駆動主軸の一端に固定し、その駆動主軸の全体を回転駆動すると共に下降させるものであって、切削刃を個々に送る駆動手段を有するものではない。
【０００６】
一方、複数の切削刃を個々に送るように構成する、即ち複数の切削刃送り駆動装置を設けた場合には、それぞれの送り量が異なると切削刃の刃先の面圧が変化し、刃先の異常摩耗や振動発生等の運転の不安定を引き起こして危険が伴う恐れがあるという問題がある。
従って、切削刃送り量を均一にする必要があるが、油圧シリンダーによる送りでは制御が難しかった。また、１つのモータで駆動する場合には、多数の減速装置を介して均一に行うことは出来るが、切削径の調整のために切削ビームを伸縮することが必要なため、複雑な構造とならざるを得ないという問題があった。
そして、複数のモータでそれぞれを駆動する場合には、各モータの回転数を常に同一にするためには複雑な制御が必要であるという問題があった。
更に、送り量は、切削径が変わらない場合には一定量の送り量でよいが、切削径が大きくなるほど少なくする方が切削効率の点で好ましく、また、コンクリートの切削性によっても送り量を可変にする必要であるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１５８６１２号公報
【特許文献２】
特開２００２−４２１５号公報
【特許文献３】
特開平６−２３７５９３号公報
【０００８】
【所見】
そこで発明者は、種々の研究の結果、円形切断装置の切削刃送り駆動に関し、下記の所見を得た。
図８は、実験により得た切削径と切削速度との関係を示す特性図である。この図は、減速機付き高速誘導電動機による駆動装置（前記の特願２００２−３０５８７７号で提案した駆動装置）を使用して、主軸回転用駆動装置のインバータ入口の電流値一定の条件で、切断径１０００、１１５０、１３００及び１５００ｍｍに対する送り速度（切削速度）の関係データを縦軸に切削速度、横軸に切断径を採ってプロットしたものである。これから、切断径が増加すると送り速度は遅くなることが分かる。
また、図９は切削径と送り装置の電流との関係データを縦軸に電流値、横軸に切削径を採ってプロットしたものである。この図から、送り装置の負荷は殆ど一定であることが分かる。
上記のように、円形切断装置の特性としては、切削径の増加と共に送り速度を遅くし、また押圧力を一定の適切な値に保つ事により切削刃の寿命の増加と良好な切削効率が得られることが分かる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決すべく提案されたものである。即ち、適正回転数と適正負荷トルクとを維持して刃先の異常摩耗や振動発生などによる運転の不安定を除去するために複数の切削刃の送り量を同じにして駆動することができ、且つ切削径の広範囲の仕様変更にも容易に対応できて、切削効率の向上が図れる切削刃送り用駆動装置を提供することを本発明の目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、誘導電動機の速度を検出する速度検出器（２２、２２′）と、その誘導電動機の電流に対し最も大きいトルクを出力できるすべり周波数とその誘導電動機のギャップ磁束が常に一定となるＶ／ｆ（印加電圧／周波数）値とが予め入力されている演算器（２４、２４′）とを備え、その演算器（２４、２４′）に前記誘導電動機の速度を入力して前記すべり周波数と前記Ｖ／ｆ値とを用い周波数と電圧とを演算しそれらの演算出力を周波数指令値及び電圧指令値として可変周波数インバータ（２３、２３′）に入力し、そのインバータ（２３、２３′）で駆動される減速機（２０、２０′）を有する誘導電動機（２１、２１′）で駆動される舗装路面円形切断装置の切削刃送り用駆動装置（１３、１３′）において、その舗装路面円形切断装置は鉛直方向に軸支されて主軸回転駆動装置（１）で回転駆動される主軸（６）の一端に伸縮可能な２組の切削ビーム（７、７′）を取り付け、それぞれのビーム（７、７′）に設けた切削刃（１０、１０′）によって路面を円形に切削するものであり、その切削刃送り用駆動装置（１３、１３′）はその切削ビーム（７、７′）それぞれの先端部に取り付けられて前記誘導電動機（２１、２１′）により切削刃（１０、１０′）を上下方向に送り駆動するものであって、１つの速度設定器（２５）を設けて、前記それぞれの演算器（２４、２４′）にその速度設定値を同一且つ同時に設定しそれぞれのインバータ（２３、２３′）の制御を行うように構成されている。
【００１１】
かかる構成によれば、１つの速度設定器の設定値で切削刃送り用駆動装置の複数の可変周波数インバータが同一且つ同時に設定され、そして複数の誘導電動機が駆動されるので、複数の切削刃の送り量を同じでき、適正回転数と適正負荷トルクとを維持して切削することができるので運転の不安定を除去し効率良く路面を円形切断することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、上記切削刃送り用駆動装置（１３、１３′）を有する舗装路面円形切断装置の主軸回転駆動装置（１）には、誘導電動機（３）の速度を検出する速度検出器（１４）と、トルク特性を決定する滑り周波数演算器（１７）と、インバータ（４）の周波数を決定する周波数演算器（１５）と、前記誘導電動機（３）の励磁インダクタンスによってつくられるギャップ磁束数が常に一定になるＶ／ｆ値が予め回路中に入力されている電圧演算器（１６）とを備えており、そして使用条件によって最高速度の周波数を設定し舗装路面切断装置の広範囲の切削径に対して切削刃面の適正周速に対応できる周波数設定器（１８）を設け、前記電動機（３）から滑り周波数演算器（１７）で演算された滑り周波数と周波数に換算した電動機速度とを加え合わせる加算器（１９）を設け、その加算器（１９）からの加算値と前記周波数設定器（１８）で設定された最高速度の周波数とを前記周波数演算器（１５）と電圧演算器（１６）とに入力する構成であり、前記周波数演算器（１５）と電圧演算器（１６）とからの演算出力をそれぞれ前記インバータ（４）の周波数指令値及び電圧指令値とする可変周波数インバータ（４）で駆動される高速回転の誘導電動機（３）と、その減速機（５）とが設けられている。
【００１３】
かかる構成によれば、切削径に対し適正な周速に対応する周波数・電圧の指令値が演算器からインバータに出力されて誘導電動機により主軸が駆動される。したがって、広範囲な切削径の仕様変更に対して適正な回転数と負荷トルクとが維持でき、前記複数の切削刃の送り量の適正化と相俟って効率良く路面を円形切断することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
まず始めに、主軸回転駆動装置と切削刃送り用駆動装置とを含む舗装路面円形切断装置について、その概略を説明する。
図１は、その舗装路面円形切断装置の全体構成を示す正面図である。図において、舗装路面円形切断装置の主軸回転駆動装置１は、架台２上に設置され、減速機５付きの高速誘導電動機（主モータ）３と、その制御を行う可変周波数インバータ４とにより構成されている。そして、架台２に鉛直方向に軸支された主軸６をその電動機３により減速機２６を介して回転駆動しており、その主軸６の下端に連結された伸縮可能な２組の切削ビーム７、７′は切削径の増減に伴って伸縮される。
その切削ビーム７及び７′の先端部にはそれぞれ送り装置８及び８′が設けられている。その送り装置８及び８′は、それぞれ切削刃１０及び１０′と、切削刃ホルダー１１及び１１′と、ネジ送り機構１２及び１２′と、切削刃送り用駆動装置１３及び１３′とによって構成されている。
【００１５】
その切削刃送り用駆動装置１３及び１３′は、それぞれ減速機（２０及び２０′）付き誘導電動機（送り用モータ）２１及び２１′と、その制御を行う可変周波数インバータ２３及び２３′とによって構成され（図２参照）、切削刃ホルダー１１及び１１′とネジ送り機構１２及び１２′とを介して切削刃１０及び１０′を切削面に送り、切削を行う構造となっている。
【００１６】
図２は、本発明の切削刃送り用駆動装置１３及び１３′の実施形態を示す構成ブロック図である。図中の各符号は、２５が速度設定器、ＶＦＴが設定信号、２４及び２４′が演算器、ＶＩＮＶ及びＶＩＮＶ′が電圧指令値、ＦＩＮＶ及びＦＩＮＶ′が周波数指令値、２３及び２３′が可変周波数インバータ、２１及び２１′が誘導電動機（送り用モータ）、２２及び２２′が速度検出器、ＶＦＭ及びＶＦＭ′が速度信号、そして２０及び２０′が減速機をそれぞれ示している。
【００１７】
図３は本発明の実施形態の説明図である。図は３相誘導電動機の１相分の等価回路であり、符号はそれぞれ、ｒ１は１次抵抗、ｒ２は１次換算の２次抵抗、Ｌ１は１次漏れインダクタンス、Ｌ２は１次換算の２次漏れインダクタンス、Ｌ０は励磁インダクタンス、Ｓはスリップ、Ｉ１は電動機電流、Ｖ１は端子電圧、ｆは周波数、Ｅ２は２次回路に印加される電圧を示している。
【００１８】
図２において、誘導電動機２１及び２１′に取り付けられた速度検出器２２及び２２′からの速度信号ＶＦＭ及びＶＦＭ′は、演算器２４及び２４′に取り込まれる。また、速度設定では、１個の速度設定器２５からの速度設定信号ＶＦＴが同時に２個の演算器２４、２４′に対して入力される。その演算器２４及び２４′には、前記誘導電動機の電流に対して最も大きいトルクを出力できるすべり周波数と該誘導電動機のギヤップ磁束が常に一定となるＶ／ｆとが予め入力されており、インバータ周波数指令値ＦＩＮＶが演算される。電圧指令値ＶＩＮＶは低速時においてもトルクが減少しないように、図３の１次抵抗ｒ１と１次漏れインダクタンスＬ１から計算される１次インビータンス（ｒ１＋ｊωＬ１）による電圧降下を補償するように、予め前記演算器２４及び２４′に入力されているＶ／ｆ値によってインバータ電圧指令値ＶＩＮＶが演算される。そうすると、励磁インダクタンスＬ０によってつくられるギャップ磁束数は如何なる周波数においても一定になるので、低速時においてもトルクは低下しない。
演算された結果はインバータ２３及び２３′に電圧指令値ＶＩＮＶとして出力される。インバータ２３及び２３′は前記周波数指令値ＦＩＮＶ及び電圧指令値ＶＩＮＶを受けて誘導電動機２１及び２１′を駆動する。
【００１９】
図４は、主軸回転駆動装置１の構成ブロック図である。図中の各符号は、３が高速回転の誘導電動機（主モータ）、４がインバータ、５が減速機、１４が速度検出器、１５が周波数演算器、１６が電圧演算器、１７が滑り周波数演算器、１８が最高速度の周波数設定器、１９が加算器をそれぞれ示している。また、ＶＩＮＶはインバータ電圧指令値、ＦＩＮＶはインバータ周波数指令値、ＶＦＭは誘導電動機の速度、ＶＦＳは滑り周波数、ＶＦＴは使用条件により決まる最高速度の周波数、ＶＦ０は誘導電動機の速度ＶＦＭの周波数換算値と滑り周波数ＶＦＳとの加算値である。
【００２０】
この構成において、まず速度検出器１４によって誘導電動機３の速度ＶＦＭが検出され、滑り周波数演算器１７に入力されて希望するトルク特性となる滑り周波数ＶＦＳが出力される。次に、加算器１９でその滑り周波数ＶＦＳと電動機速度の周波数換算値ＶＦＭとが加算され、周波数演算器１５と電圧演算器１６とへ出力される。
一方、最高速度の周波数設定器１８では使用条件によって決まる最高速度の周波数ＶＦＴが設定され、周波数演算器１５と電圧演算器１６とに入力されており、最高速度の周波数ＶＦＴと加算値ＶＦ０とからインバータの周波数指令値ＦＩＮＶ及び電圧指令値ＶＩＮＶがそれぞれインバータ４に出力され、インバータ４によって誘導電動機（主モータ）３が駆動されている。
【００２１】
図５には本発明の一実施例での実験結果が示されている。主軸回転用誘導電動機３が３相２００Ｖ、１０Ａ、減速比１／１４０で、本発明の切削刃送り用モータ２１が３相２００Ｖ、２０Ｗ、減速比１／２５０である場合の各回転数における負荷トルクの特性の実験データを示している。この図では、横軸は（モータ、送り）回転数、縦軸は負荷トルクを示しており、実線は特性曲線、２点鎖線（Ａ）は出口電流（モータ電流）が定格値の点（◎印）を結ぶ曲線を示す。送り用モータのインバータ入口電流は前記のようにほぼ一定値を示している。切削径の使用範囲は、１０００〜１５００ｍｍで、負荷トルクは殆ど一定のトルクライン（Ｔ）を示し、またモータの出口電流の定格値も定格以下であって連続運転が可能である。また回転数の変動も極めて少ない（例えば、変動率０．４％）。
【００２２】
次に、本発明による動作について図６の制御盤３０及び操作盤４０の正面図と図７のフローチャートとを参照して説明する。
先ずステップ５０で制御盤３０の電源スイッチ３１をＯＮし、次いでステップ５１で運転準備押ボタン３２を押す。次に、ステップ５２で操作盤４０の主モータスイッチ４１をＯＮし、ステップ５３で速度設定器１６の設定を行えば、ステップ５７でインバータ内部の演算器１５、１６によって演算され、ステップ５８でインバータ４に出力され、ステップ５９で主モータ３が制御運転される。尚、速度は、主として切削径によって決定する。
次に、ステップ５４で操作盤４０の第１の送り用モータ及びステップ５５の第２の送り用モータのそれぞれのスイッチ４５及び４６をＯＮし、ステップ５６で速度設定器２５の設定を行えば、インバータ２３及び２３′内部において演算器２４及び２４′でそれぞれ演算され（ステップ６１、６３）、インバータ２３及び２３′にそれぞれ出力され（ステップ６２及び６４）、モータ２１及び２１′をそれぞれ制御運転する（ステップ６５及び６６）。
なお、図６中の符号４２は非常停止ボタン、４４は送りの正逆設定スイッチである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の舗装路面円形切断装置の切削刃送り用駆動装置によれば、以下の作用効果を奏する。
（ａ）  複数の可変周波数インバータに対して一つの速度設定器の速度設定値で同一且つ同時に設定することで、複数の切削刃の送り量を同じくし、且つ適正回転数と適正負荷トルクとを維持して刃先の異常摩耗や振動発生などによる運転の不安定を除去すると共に、切削径の広範囲の仕様変更にも対応でき、切削効率の向上に寄与するという効果がある。
（ｂ）  また、複数の送り装置は簡単な構造であり、且つ複雑な制御を必要としない。
（ｃ）  更に、主軸回転駆動装置のインバータ駆動との組み合わせによって、より効果的に切削径の広範囲の仕様変更に対応でき、またコンクリート着地時の過大負荷にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】舗装路面円形切断装置の全体構成を示す正面図。
【図２】本発明の切削刃送り用駆動装置の実施形態を示す構成ブロック図。
【図３】本発明の実施形態を説明するための誘導電動機の等価回路図。
【図４】主軸回転駆動装置の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の実施例の回転数と負荷トルクとの関係を示す特性図。
【図６】本発明の一実施形態の制御盤及び換作盤の正面図。
【図７】本発明の実施形態の動作を説明するフローチャート。
【図８】切削径と切削速度との関係の実験データを示すグラフ。
【図９】切削径と送り装置の負荷電流との関係の実験データを示すグラフ。
【符号の説明】
１・・・舗装路面円形切断装置の主軸回転駆動装置
２・・・架台
３・・・主軸回転駆動用誘導電動機（主モータ）
４・・・主モータ用可変周波数インバータ
５・・・主モータの減速機
６・・・主軸
７、７′・・・切削ビーム
８、８′・・・送り装置
１０、１０′・・・切削刃
１１、１１′・・・切削刃ホルダー
１２、１２′・・・ネジ送り機構
１３、１３′・・・切削刃送り用駆動装置
２０、２０′・・・減速機
２１、２１′・・・送り用誘導電動機（送り用モータ）
２２、２２′・・・速度検出器
２３、２３′・・・可変周波数インバータ
２４、２４′・・・演算器
２５・・・速度設定器
２６・・・減速機
ＶＦＴ・・・速度設定信号
ＶＩＮＶ、ＶＩＮＶ′・・・電圧指令値
ＦＩＮＶ、ＦＩＮＶ′・・・周波数指令値
ＶＦＭ、ＶＦＭ′・・・速度信号
ｒ１・・・１次抵抗
ｒ２・・・１次換算の２次抵抗
Ｌ１・・・１次漏れインダクタンス
Ｌ２・・・１次換算の２次漏れインダクタンス
Ｌ０・・・励磁インダクタンス
Ｓ・・・スリップ
Ｉ１・・・電動機電流
Ｖ１・・・端子電圧
ｆ・・・周波数
Ｅ２・・・２次回路に印加される電圧
【図１】
2004225333.tif 000003
【図２】
2004225333.tif 000004
【図３】
2004225333.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004225333.tif 000009
【図８】
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【図９】
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