(57)【要約】【課題】作業機側の作動が極端に遅くなったり停止したりするのを防止しつつ、騒音防音対策及び燃費低減対策としてエンジンの低速運転を有効に実現し得る自走式リフティングマグネット作業機械を提供する。【解決手段】自走式リフティングマグネット作業機械は、発電機とリフティングマグネットとの間に接続され、リフティングマグネットへの出力電圧を可変制御する電圧制御回路と、エンジン回転数が中・低速域のとき発電機の電圧を昇圧し、リフティングマグネットへの出力電圧がエンジン回転数の低速域ではエンジン回転数に比例して高くなり、エンジン回転数の中速域では一定になるように上記電圧制御回路を制御する制御手段と、発電機の電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段で検出した電流が所定値以上のとき上記制御手段による制御を規制する規制手段５０とを備える。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンにより駆動される複数の油圧ポンプと、そのうちの１つの油圧ポンプの吐出油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータにより駆動されて発電作用を行う発電機と、アーム先端に取り付けられ上記発電機を電源とするリフティングマグネットとを備えた自走式リフティングマグネット作業機械において、
上記発電機とリフティングマグネットとの間に接続され、リフティングマグネットへの出力電圧を可変制御する電圧制御回路と、
エンジン回転数が中・低速域のとき発電機の電圧を昇圧し、リフティングマグネットへの出力電圧がエンジン回転数の低速域ではエンジン回転数に比例して高くなり、エンジン回転数の中速域では一定になるように上記電圧制御回路を制御する制御手段と、
上記発電機の電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段で検出した電流が所定値以上のとき上記制御手段による制御を規制する規制手段とを備えたことを特徴とする自走式リフティングマグネット作業機械。
【請求項２】
エンジンと、このエンジンにより駆動される複数の油圧ポンプと、そのうちの１つの油圧ポンプの吐出油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータにより駆動されて発電作用を行う発電機と、アーム先端に取り付けられ上記発電機を電源とするリフティングマグネットとを備えた自走式リフティングマグネット作業機械において、
上記発電機とリフティングマグネットとの間に接続され、リフティングマグネットへの出力電圧を可変制御する電圧制御回路と、
上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
このエンジン回転数検出手段からの信号を受け、エンジン回転数が低速域のときエンジン回転数に応じて発電機の電圧を昇圧又は降圧するように上記電圧制御回路を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする自走式リフティングマグネット作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アームの先端に取り付けたリフティングマグネットにより鉄などの金属スクラップの選別、積み込みなどの作業を行う自走式リフティングマグネット作業機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の自走式リフティングマグネット作業機械は、例えば特許文献１に開示されるように、上部旋回体に搭載したエンジンと、このエンジンにより駆動される複数の油圧ポンプと、そのうちの１つの油圧ポンプの吐出油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータにより駆動されて発電作用を行う発電機と、アーム先端に取り付けられ上記発電機を電源とするリフティングマグネットとを備え、上記発電機からリフティングマグネットへの通電を制御してリフティングマグネットによる金属スクラップの吸着及び釈放を行うようになっている。尚、発電機用以外の油圧ポンプは、ブームやアームなどの作業機側のアクチュエータを駆動するのに用いられている。
【０００３】
上記リフティングマグネットの磁力は発電機の出力に左右され、発電機の出力はその回転数によって決まる。従って、発電機を駆動する油圧モータの駆動源であるエンジンの回転数によって、発電機出力が影響を受けることになる。それ故、発電機の出力を安定させるために、例えば特許文献２に開示されるように、エンジン回転数を常に一定に維持するように制御することが行われている。また、発電機とリフティングマグネットとの間に接続される電圧制御回路においては、リフティングマグネットによる吸着時に発電機の電圧を変圧してリフティングマグネットの出力電圧を可変制御する場合、図９に示すように、エンジン回転数が中・低速域のとき発電機の電圧Ｃを昇圧し、リフティングマグネットへの出力電圧Ｂがエンジン回転数の低速域ではエンジン回転数に比例して高くなり、エンジン回転数の中速域では一定になり、エンジン回転数が高速域のときリフティングマグネットへの出力電圧Ｂがエンジン回転数の中速域のまま一定に維持されるように発電機の電圧Ｃを降圧するようになっている。尚、エンジン回転数の低速域と中速域との区別は、リフティングマグネットへの出力電圧Ｂがエンジン回転数に応じて変化するか否かを説明するための便宜的なものであり、一般的には昇圧域全体を低速域と呼んでいる。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭５７−９９８８２号公報（全頁、全図）
【特許文献２】
実開平６−４８３９８号公報（全頁、全図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、騒音防止対策及び燃費低減対策として、エンジンを低速運転することが要請されているが、上記従来の如く電圧制御回路においてエンジン回転数の低速域で発電機の電圧Ｃを昇圧する場合には次のような問題がある。
【０００６】
すなわち、エンジン回転数の低速域では動力源の馬力低下により作業機側の作動速度などが低下する。また、エンジン回転数の低速域では発電機の出力電圧が低下するが、電圧制御回路で発電機電圧Ｃを昇圧するとその分発電機電流が増え、それに伴い発電機の吸収トルクが増え、作業機側のトルクが減少して作業機側の作動速度などに影響を与える。これらのことから、作業機側の作動が極端に遅くなるか、停止してしまう虞がある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、電圧制御回路におけるエンジン回転数の低速域での電圧制御を適切に行うことにより、作業機側の作動が極端に遅くなったり停止したりするのを防止しつつ、騒音防音対策及び燃費低減対策としてエンジンの低速運転を有効に実現し得る自走式リフティングマグネット作業機械を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、自走式リフティングマグネット作業機械として、エンジンと、このエンジンにより駆動される複数の油圧ポンプと、そのうちの１つの油圧ポンプの吐出油によって駆動される油圧モータと、この油圧モータにより駆動されて発電作用を行う発電機と、アーム先端に取り付けられ上記発電機を電源とするリフティングマグネットとを備えることを前提とする。そして、上記発電機とリフティングマグネットとの間に接続され、リフティングマグネットへの出力電圧を可変制御する電圧制御回路と、エンジン回転数が中・低速域のとき発電機の電圧を昇圧し、リフティングマグネットへの出力電圧がエンジン回転数の低速域ではエンジン回転数に比例して高くなり、エンジン回転数の中速域では一定になるように上記電圧制御回路を制御する制御手段と、上記発電機の電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段で検出した電流が所定値以上のとき上記制御手段による制御を規制する規制手段とを備える構成にする。
【０００９】
この構成では、発電機の電流が所定値以上になるエンジン回転数の低速域のときには、規制手段によって制御手段による制御、つまり電圧制御回路を介して発電機の電圧を昇圧することが規制され、リフティングマグネットへの出力電圧は発電機の電圧のまま供給される。このため、従来の如く発電機電圧の昇圧に起因して作業機側の作動が極端に遅くなったり停止したりすることはなく、騒音防音対策及び燃費低減対策としてエンジンの低速運転が有効に実現される。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明と同じ前提の自走式リフティングマグネット作業機械において、発電機とリフティングマグネットとの間に接続され、リフティングマグネットへの出力電圧を可変制御する電圧制御回路と、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、このエンジン回転数検出手段からの信号を受け、エンジン回転数が低速域のときエンジン回転数に応じて発電機の電圧を昇圧又は降圧するように上記電圧制御回路を制御する制御手段とを備える構成にする。
【００１１】
この構成では、エンジン回転数の低速域のときには、制御手段の制御の下に電圧制御回路によって、エンジン回転数に応じて発電機の電圧が昇圧又は降圧され、リフティングマグネットへの出力電圧は適切に制御される。このため、請求項１に係る発明の場合と同様に、従来の如く発電機電圧の昇圧に起因して作業機側の作動が極端に遅くなったり停止したりすることはなく、騒音防音対策及び燃費低減対策としてエンジンの低速運転が有効に実現される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る自走式リフティングマグネット作業機械の外観を示し、１はクローラを有してなる下部走行体、２はこの下部走行体１上に旋回自在に設けられた上部旋回体であって、この上部旋回体２の後部にはエンジン２０（図２参照）などが搭載されているとともに、上部旋回体２の前部にはキャビン３が傾斜面４に沿って上下移動可能に設けられている。
【００１３】
また、上記上部旋回体２にはブーム５の基端が支軸６を介して連結されているとともに、このブーム５の先端にはアーム７の基端が支軸８を介して連結され、このアーム７の先端には支軸９などを介してリフティングマグネット１０が取り付けられている。ブーム５は油圧シリンダ１１により支軸６回りに上下揺動するようになっており、アーム７及びリフティングマグネット１０は、それぞれ油圧シリンダ１２，１３により支軸８，９回りに回動するようになっている。そして、リフティングマグネット１０により鉄などの金属スクラップを吸着し、選別や積み込みなどの作業を行うようになっている。
【００１４】
図２は上記自走式リフティングマグネット作業機械の油圧・電気系の概略構成を示し、２０は上部旋回体２に搭載されたエンジンであって、このエンジン２０は複数（図では３つ）の油圧ポンプ２１，２２，２３を駆動するようになっている。そのうちの１つの油圧ポンプ２３は、その吐出油により発電機２４用の油圧モータ２５を駆動するようになっており、他の油圧ポンプ２１，２２の吐出油は、作業機械の他のアクチュエータ、つまりブーム５やアーム７などの駆動用の油圧シリンダ１１〜１３及び油圧モータの回路に供給されるようになっている。
【００１５】
上記発電機２４は、油圧モータ２５により駆動されて発電作用を行うもので、リフティングマグネット１０に対しその電源として電力を供給するようになっている。この発電機２４とリフティングマグネット１０との間には制御盤３０が電気的に接続されており、この制御盤３０は、リフティングマグネット１０への出力電圧を可変制御する電圧制御回路３１と、この電圧制御回路３１に対し制御指令を出力して制御する制御手段としての制御指令回路３２とを備えている。
【００１６】
上記電圧制御回路３１は、図３に示すように、定電圧回路３３と、極性切替回路３４とからなる。定電圧回路３３は、更に全波整流回路３６と、電圧制御用スイッチ回路３７と、平滑化回路３８と、電圧センサ３９とからなる。全波整流回路３６は、発電機２４の三相出力を、各々ダイオードなどの２つの整流素子３６ａ，３６ｂ、３６ｃ，３６ｄ又は３６ｅ，３６ｆを直列してなる３つの全波整流器の整流素子間にそれぞれ接続し、各全波整流器の極性を一致させて並列接続したものである。電圧制御用スイッチ回路３７は、全波整流回路３６の両極間を短絡又は開放するもので、トランジスタなどからなる半導体スイッチング素子３７ａで構成されている。これにより、発電機２４のリーケージインダクタンスを利用した昇圧チョッパが可能となっている。電圧制御用スイッチ回路３７の短絡又は開放の時間比を変化させることにより、平滑化回路３８に現れる電圧を変化させることができる。平滑化回路３８は、逆流を防止するダイオード３８ａとスイッチングによる電圧変化を吸収するコンデンサ３８ｂとからなり、全波整流回路３６の正極にはダイオード３８ａを順方向に介してコンデンサ３８ｂの一端を接続し、全波整流回路３６の負極にはコンデンサ３８ｂの他端を接続したものである。電圧センサ３９は、平滑化回路３８の電圧を検出するように、コンデンサ３８ｂと並列に設けられている。
【００１７】
上記極性切替回路３４は、平滑化回路３８の正負の極と２つの負荷用端子４１，４２とをたすき掛け状に接続するもので、平滑化回路３８の正極と負荷用端子４１との間及び平滑化回路３８の負極と負荷用端子４２との間を短絡又は開放する２つの順方向スイッチ回路３４ａ，３４ｂと、平滑化回路３８の正極と負荷用端子４２との間及び平滑化回路３８の負極と負荷用端子４１との間を短絡又は開放する２つの逆方向スイッチ回路３４ｃ，３４ｄとからなる。２つの負荷用端子４１，４２間には、バイパス用スイッチ回路４３と電力消費用の抵抗器４４とが直列に挿入されている。平滑化回路３８の正負いずれかの極（図では負極）には、平滑化回路３８からの入出力電流つまり発電機２４の電流を検出する検出手段としての電流センサ４５が設けられている。各スイッチ回路３４ａ〜３４ｄ，４３は、いずれもトランジスタなどからなる半導体スイッチング素子で構成されている。そして、極性切替回路３４の順方向スイッチ回路３４ａ，３４ｂと逆方向スイッチ回路３４ｃ，３４ｄとの間で短絡・開放を切り替えることにより、リフティングマグネット１０の電磁コイル４６に印加する電圧の電極が反転する。尚、バイパス用スイッチ回路４３は、リフティングマグネット１０によるスクラップの釈放開始時に電磁コイル４６で発生する電力の逆流により電磁コイル４６の両端間の電圧が所定電圧以上になったとき閉じ、それにより、電磁コイル４６の両端間を抵抗器４４で短絡して電力を消費するためのものである。
【００１８】
一方、上記制御指令回路３２は、ＣＰＵやメモリなどを内蔵するマイクロコンピュータで構成されており、この制御指令回路３２には上記電圧制御回路３１の電圧センサ３９、電流センサ４５及びその他図示していないセンサ並びに吸着・釈放スイッチなどのスイッチからの各信号が入力される。そして、制御指令回路３２は、電圧センサ３９が検出する平滑化回路３８の出力電圧と目標電圧との比較に応じて電圧制御用スイッチ回路３７のスイッチング素子３７ａの短絡又は開放の時間比を制御し、これにより、発電機２４のリーケージインダクタンスを利用した昇圧チョッパを構成して定電圧制御を達成する。また、制御指令回路３２は、吸着・釈放スイッチの信号に基づいて極性切替回路３４の各スイッチ回路３４ａ〜３４ｄの短絡又は開放を制御する。
【００１９】
さらに、本発明の特徴点として、上記制御指令回路３２は、エンジン２０の回転数が低速域のとき、図４に示すフローチャートに従って、定電圧制御の実行及び中止を行うようになっている。
【００２０】
すなわち、図４において、先ず、ステップＳ１で電圧センサ３９や電流センサ４０などからの信号を読み込んだ後、ステップＳ２で電流センサ４０が検出した平滑化回路３８の電流値つまり発電機２４の電流値が所定値未満であるか否かを判定し、その判定がＹＥＳのときには、ステップＳ３で定電圧制御を実行する。この定電圧制御は、上述の如く電圧制御用スイッチ回路３７のスイッチング素子３７ａの短絡又は開放の時間比を制御することにより実行されるものであるが、エンジン回転数が低い中・低速域のときには常に発電機２４の電圧を昇圧し、例えば図５に破線Ｂで示すように、平滑化回路３８の電圧つまりリフティングマグネット１０の電磁コイル４６への出力電圧が、特にエンジン回転数の低速域ではエンジン回転数に比例して高くなり、エンジン回転数の中速域では一定になるように制御する。
【００２１】
一方、上記ステップＳ２の判定がＮＯのとき、つまり発電機２４の電流値が所定値を超えるときには、ステップＳ４で定電圧制御を中止する。この定電圧制御の中止のときには、発電機２４の出力電圧がそのままリフティングマグネット１０の電磁コイル４６への出力電圧となる。ステップＳ２，Ｓ４により、発電機２４の電流値が所定値以上のとき定電圧制御を規制する規制手段５０が構成されている。
【００２２】
従って、上記第１の実施形態においては、発電機２４の電流が所定値以上になるエンジン回転数の低速域のときには、規制手段５０によって電圧制御回路３１による定電圧制御が中止され、図５に実線Ａで示すように、発電機２４の電圧は、電圧制御回路３１で昇圧されることなくそのままリフティングマグネット１０の電磁コイル４６への出力電圧として出力される。このため、従来の如く発電機２４電圧の昇圧に起因してブーム５やアーム７などの作動機側の作動が極端に遅くなったり停止したりするのを防止しながら、エンジン２０の低速運転を有効に実現することができ、騒音防止及び燃費低減を共に図ることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態に係る自走式リフティングマグネット作業機械の油圧・電気系の概略構成を示す。この第２の実施形態では、エンジン２０の回転数を検出するエンジン回転数検出手段としての回転数センサ６０を備え、この回転数センサ６０の信号が制御盤３０の制御指令回路３２に入力されて電圧制御回路３１の制御に供されることが第１の実施形態の場合と相違するだけである。その他の構成は、第１の実施形態の場合と同じであるので、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。また、電圧制御回路３１の構成も第１の実施形態の場合と同じであり、以下の説明では図３に示す構成要素及びその符号を適宜引用する。
【００２４】
そして、上記制御指令回路３２は、エンジン２０の回転数が低速域のとき、図７に示すフローチャートに従って、電圧制御を行うようになっている。
【００２５】
すなわち、図７において、先ず、ステップＳ１１で電圧センサ３９、電流センサ４５及び回転数センサ６０などの信号を読み込んだ後、ステップＳ１２で回転数センサ６０が検出したエンジン回転数に応じてリフティングマグネット１０の電磁コイル４６への出力電圧としての目標電圧を設定する。この目標電圧は、図８に実線Ａ｀で示すように、エンジン回転数の低速域では発電機２４の出力電圧Ｃに漸近してエンジン回転数に応じて変化し、エンジン回転数の高速域では一定になるように設定されている。
【００２６】
続いて、ステップＳ１３で電圧制御を行う。この電圧制御は、電圧センサ３９が検出する平滑化回路３８の出力電圧と目標電圧との比較に応じて電圧制御用スイッチ回路３７のスイッチング素子３７ａの短絡又は開放の時間比を制御し、平滑化回路３８の出力電圧つまりリフティングマグネット１０の電磁コイル４６への出力電圧が目標電圧Ａ｀となるように制御する。
【００２７】
従って、上記第２の実施形態においては、エンジン回転数の低速域のときには、制御指令回路３２による電圧制御が行われ、リフティングマグネット１０の電磁コイル４６への出力電圧は、図８に実線Ａ｀で示すように、エンジン回転数に応じて発電機２４の電圧を昇圧又は降圧して発電機２４の出力電圧Ｃに漸近するように適切に制御される。このため、第１の実施形態の場合と同様に、従来の如く発電機２４電圧の昇圧に起因してブーム５やアーム７などの作業機側の作動が極端に遅くなったり停止したりするのを防止しながら、エンジン２０の低速運転を有効に実現することができ、騒音防止及び燃費低減を共に図ることができる。
【００２８】
尚、本発明は上記第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。例えば、上記各実施形態では、リフティングマグネット１０への出力電圧を可変制御する電圧制御回路３１として、定電圧回路３３と極性切替回路３４とからなる場合について述べたが、本発明は、これに限らず、正逆２つのサイリスタ整流器を用いてなる場合などにも同様に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の自走式リフティングマグネット作業機械によれば、エンジン回転数の低速域におけるリフティングマグネットへの出力電圧の制御を適切に行うことにより、ブームやアームなどの作業機側の作動が極端に遅くなったり停止したりするのを防止しながら、エンジンの低速運転を有効に実現することができ、騒音防止及び燃費低減を共に図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る自走式リフティングマグネット作業機械の外観を示す側面図である。
【図２】上記作業機械の油圧・電気系の概略構成を示すブロック構成図である。
【図３】図２の電圧制御回路付近の構成を示す電気回路図である。
【図４】制御指令回路の制御内容を示すフローチャート図である。
【図５】エンジン回転数と電圧との関係を示す特性図である。
【図６】第２の実施形態を示す図２相当図である。
【図７】同じく図４相当図である。
【図８】同じく図５相当図である。
【図９】従来の技術を説明するための図４相当図である。
【符号の説明】
７    アーム
１０    リフティングマグネット
２０    エンジン
２１，２２，２３    油圧ポンプ
２４    発電機
２５    油圧モータ
３１    電圧制御回路
３２    制御指令回路（制御手段）
４５    電流センサ（電流検出手段）
５０    規制手段
６０    回転数センサ（エンジン回転数検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004299818.tif 000009
【図８】
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【図９】
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