JP2008150193A

JP2008150193A - リフティングマグネット作業機械

Info

Publication number: JP2008150193A
Application number: JP2006342195A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ito; 学伊藤
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】発電機の回転数の変化に伴う出力電圧の変動を小さくして、リフティングマグネットに対する電力供給を安定させる。
【解決手段】エンジンの動力で駆動される発電機３０を電源とするリフティングマグネットがアームの先端に取り付けられたリフティングマグネット作業機械において、発電機３０を、回転軸３４と該回転軸３４上に一体回転可能に取り付けられ、かつ回転方向に異なる磁極が交互に着磁されている永久磁石３５を備える回転子３２と、回転子３０に対応する複数の極歯と界磁巻線４１を備える固定子３３とで構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁力によって鉄等の金属スクラップの選別や積み込み作業を行うリフティングマグネットをアームの先端に取り付けた油圧ショベル等のリフティングマグネット作業機械に関するものである。

従来、油圧ショベル等の作業機械におけるアームの先端にリフティングマグネットを取り付け、該リフティングマグネットの磁力によって鉄等の金属スクラップの選別や積み込み作業を行うことは知られている(特許文献１)。

また、一般に、リフティングマグネットに給電する方式としては、リフティングマグネット用発電機(以下、「発電機」という)を備え、該発電機をエンジンで駆動している。

そして、このような作業機械におけるリフティングマグネットへの給電は、作業機械にリフティングマグネット用発電機(以下、「発電機」という)を搭載させ、該発電機をエンジンで駆動して電力を起こし、該電力をリフティングマグネットに供給するようにしている。ここでのエンジンは、油圧ショベルの各アクチュエータ等を駆動しているエンジンを共用している。すなわち、１機のエンジンを使用しているため、アクチュエータの複合操作を行うときや作業量に応じてエンジンの回転数を変更するとき等、発電機の回転数変化が頻繁に起こる。

また、現在、作業機械に使用されている発電機は、界磁巻線を備える固定子と界磁巻線を備える回転子とを有する構造の発電機が使用されている。

図６は、従来の油圧ショベルで使用している、界磁巻線を備える固定子と界磁巻線を備える回転子とを有する発電機の回転数(ｎ)と出力電圧(ｖ)との関係を示した特性図である。従来の発電機では、毎分１７００回転(min-1)以上で２００ボルト(Ｖ)の出力電圧が得られるが、１７００回転以下になると出力電圧が急激に低下する。したがって、１７００回転以下では、リフティングマグネットが安定して作業を行うのに必要なだけの量の電力供給が行えなくなる。
特開２００６−２１９２７２号公報。

上述したように、従来の作業機械で使用される発電機は、界磁巻線を備える固定子と界磁巻線を備える回転子とを設けた構造をした発電機が使用されていたが、この発電機は該発電機の回転数が所定の回転数以下になると出力される電圧が急激に低下し、その変動が大きい。このため、１機のエンジンを使用して、油圧ショベルの各アクチュエータの駆動と発電機の駆動を行っている作業機では、発電機の回転数変化が頻繁に起こり、リフティングマグネットに対する電力供給が不安定になりやすかった。リフティングマグネット吸引作業中に発電機の出力電圧が低下すると、リフティングマグネットに対する電力供給が不安定になり、吊り荷の落下やリフティングマグネットの制御機器等に破損を招くおそれがある。

そこで、発電機の回転数の変化に伴う出力電圧の変動を小さくして、リフティングマグネットに対する電力供給を安定させるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、エンジンの動力で駆動される発電機を電源とするリフティングマグネットがアームの先端に取り付けられたリフティングマグネット作業機械において、前記発電機を、回転軸と該回転軸上に一体回転可能に取り付けられ、かつ回転方向に異なる磁極が交互に着磁されている永久磁石を備える回転子と、前記回転子に対応する複数の磁極と界磁巻線を備える固定子とで構成したリフティングマグネット作業機械を提供する。

この構成によれば、永久磁石で構成された回転子を使用することにより、発電機の回転数が一時的に低くなる方向に変化しても、出力電圧が急激に低下せず、徐々に低下するようにすることができる。したがって、出力電圧が急激に低下しないので、アクチュエータの複合操作や作業量に応じて、エンジンの回転数が一時的に低くなる方向に変更され、これに伴って発電機の回転数も一時的に低くなる方向に変化しても、出力電圧は、直ぐにはリフティングマグネットが安定した作業ができなくなるまで低下しない。

請求項１記載の発明は、アクチュエータの複合操作や作業量に応じて、エンジンの回転数が一時的に低くなる方向に変更され、これに伴って発電機の回転数も一時的に低くなる方向に変化しても、出力電圧は、直ぐにはリフティングマグネットが安定した作業をすることができなくなるまで低下することがないので、回転数の多少の変動が頻繁に行われても、リフティングマグネットに対する電力供給が安定し、安定した運転が得られる。

発電機の回転数の変化に伴う出力電圧の変動を小さくして、リフティングマグネットに対する電力供給を安定させるという目的を達成するために、エンジンの動力で駆動される発電機を電源とするリフティングマグネットがアームの先端に取り付けられたリフティングマグネット作業機械において、前記発電機を、回転軸と該回転軸上に一体回転可能に取り付けられ、かつ回転方向に異なる磁極が交互に着磁されている永久磁石を備える回転子と、前記回転子に対応する複数の磁極と界磁巻線を備える固定子とで構成したことにより実現した。

以下、本発明のリフティングマグネット作業機械について、好適な実施例をあげて説明する。

図１は、本発明を適用したリフティングマグネット作業機械としての油圧ショベルを示す。図１に示す油圧ショベル１は、自走可能な下部走行体２と、該下部走行体２上に旋回機構３を介して旋回自在に設置された上部旋回体４とよりなる。

下部走行体２は、センターフレーム５と、該センターフレーム５の両側に、互いに平行するように設けられた１対のサイドフレーム６，６よりなるロワーフレーム７を有している。各サイドフレーム６，６の一端側には、アイドラ８が前後移動可能に支承され、他端側には、油圧モータでなる走行モータ９により回転駆動されるスプロケット１０が設けられている。

アイドラ８とスプロケット１０の間には、無端状のトラックシュー１１が捲装され、サイドフレーム６，６の上下部には、複数のトラックローラ１２，１２…が回転自在に支承されている。そして、トラックシュー１１をスプロケット１０で駆動し、トラックローラ１２，１２…でトラックシュー１１の走行を案内することにより、下部走行体２が自走できるようになっている。

前記上部旋回体４は、底部が車体フレーム１３で構成され、この車体フレーム１３の前部中央に作業機１４が装着されている。

作業機１４は、基端が車体フレーム１３に枢着され、ブームシリンダ１５により俯仰自在なブーム１６と、該ブーム１６の先端に基端側が枢着され、アームシリンダ１７により回動可能なアーム１８と、該アーム１８の先端に枢着され、リフティングマグネットシリンダ１９により回動可能なリフティングマグネット２０とより構成されている。なお、リフティングマグネット２０は、油圧ショベル１の使用目的に応じて現場で取り外し、バケット(図示せず)等と交換できるようになっている。

車体フレーム１３の前部には、作業機１４の左側方に位置し、かつ作業機１４に近接してキャブ２１が設置され、車体フレーム１３の後部には、ボンネットカバー２２により覆われたエンジン室２３が設置されている。該エンジン室２３内には動力用のエンジン２４(図２参照)が収容されており、車体フレーム１３の後端にはカウンタウエイト２５が取り付けられている。

図２は、リフティングマグネット２０の駆動制御回路図である。図２において、前記油圧ショベル１に搭載された前記エンジン(ディーゼルエンジン)２４の駆動軸には、発電用油圧ポンプ２６と油圧ショベル１の作業機１４における前記各シリンダー１５，１７，１９等を駆動する作業機用油圧ポンプ２７が取り付けられている。

前記発電機用油圧ポンプ２６から吐出される圧油の油路は、電磁切換弁２８を介して発電用油圧モータ２９に接続されている。発電用油圧モータ２９は、該発電用油圧モータ２９で駆動されて交流電力を発電する発電機３０に連結されている。該発電機３０はリフティングマグネット２０の電源となるもので、該発電機３０の出力端子は、発電された交流電力をリフティングマグネット励磁用の直流電力に変換する整流器３１を介して、前記リフティングマグネット２０に接続されている。

また、前記リフティングマグネット２０の作動を制御するための制御回路として、電磁切換弁２８と直流電源との間に、ヒューズ４４を介してリフマグモード設定スイッチ４３が接続されている。

次に、リフティングマグネット駆動制御回路の作用を説明する。リフマグモード設定スイッチ４３のオン操作時に、電磁切換弁２８のソレノイドが励磁され、該電磁切換弁２８が作動する。この作動により、電磁切換弁２８が切り換わり、発電機用油圧ポンプ２６から吐出された圧油が発電機用油圧モータ２９に供給されて、該発電機用油圧モータ２９が回転を始める。この結果、発電機用油圧モータ２９の駆動で発電機３０が回転し、発電機３０で交流電力が発電される。この交流電力は、整流器３１で直流電力に変換された後、リフティングマグネット２０に供給される。

そして、作業機用油圧ポンプ２７によってブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、及びリフティングマグネットシリンダ１９等の作業機のアクチュエータを駆動しながら、リフティングマグネット２０によって対象物の吸着、運搬等の作業が安全に実行される。

図３及び図４は、前記発電機３０の一実施例を示すもので、図３はその発電機３０の横断面図、図４はその回転子や固定子を示す縦断面図である。

図３及び図４において、発電機３０は、回転子３２と固定子３３等とにより構成されている。回転子３２は、回転軸３４と、永久磁石３５と、鉄材からなる磁石ホルダー３６とよりなる。

前記回転軸３４は、両端部がケーシング３７とエンドブラケット３８に、軸受３９，３９を介して回転可能に支承されている。回転軸３４のケーシング３７から外側に突出している一端側は、発電用油圧モータ２９の駆動軸と直結、またはプーリ及びベルトを介して連結され、発電用油圧モータ２９と一体に回転する。

前記磁石ホルダー３６は、永久磁石３５を保持し、該永久磁石３５を回転軸３４に一体に取り付けている部材で、鉄材をプレス成形してなる。永久磁石３５は、図４に示すように、例えば交互に逆極性となるようにして、回転方向に向かって６分割に着磁されている。

前記固定子３３は、所定厚さの鋼板を重ね、かつ内周側に複数のスロット４０ａ，４０ａ…が形成されている固定子鉄心４０と、該固定子鉄心４０のスロット４０ａに巻回され、回転子３２に対応する複数の磁極を固定子鉄心４０に形成する界磁巻線４１とを備える。

そして、この発電機３０では、永久磁石３５を設けた回転子３２が回転されると、永久磁石３５の回転による回転子３２からの交番磁束により、固定子３３の界磁巻線４１内に起電力を生じる。また、この起電力はリード線４２を介して取り出し、前記整流器３１を介してリフティングマグネット２０に出力することができる。

このように、回転子３２に永久磁石３５を用いた発電機３０では、回転子３２の回転数がエンジンの回転数の変化に比例して変化しても、固定子３２からの出力電圧の変動は小さく、出力電圧は徐々に低下する。

図５は、本実施の形態における界磁巻線４１を備える固定子３３と永久磁石３５を備える回転子３２とを有する発電機３０の回転数(ｎ)と出力電圧(ｖ)との関係を、実験に基づく結果から概略的に示した特性図である。この発電機３０では、回転数と出力電圧との関係はなだらかな直線を描いて変化しており、発電機３０の回転数が低くなる方向に変化しても、出力電圧は急激に低下せず、徐々に低下し、その変動が小さいことがわかる。

例えば、回転子３２の回転数が、毎分２４００回転(min-1)では２５０ボルト(Ｖ)の出力電圧が得られ、毎分１６００回転まで低下すると２００ボルト(Ｖ)、毎分４００回転まで低下しても５０ボルト(Ｖ)の電圧が得られおり、これはリフティングマグネット２０を安定させて作業するのに十分な電圧である。すなわち、毎分４００回転以上では、リフティングマグネット２０が安定して作業をすることができる使用可能領域であることがわかる。

したがって、界磁巻線４１を備える固定子３３と永久磁石３５を備える回転子３２とを有する発電機３０を使用した場合では、エンジン２４の回転数が一時的に低くなる方向に変更されても、図６に示した従来構造のように、毎分１７００回転の近傍で出力電圧が急激に低下するということはなく、変動が小さく徐々に低下し、毎分４００回転位まで低下しても、リフティングマグネット２０は安定して作業をすることができる。

この結果、エンジン２４の回転数が一時的に低くなる方向に変更され、これに伴って発電機３０の回転数も一時的に低くなる方向に変化しても、出力電圧は、直ぐにはリフティングマグネット２０が安定した作業をすることができなくなるまで低下することがないので、回転数の多少の変動が頻繁に行われても、リフティングマグネット２０に対する電力供給が安定し、安定した運転が得られることになる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明を適用した油圧ショベルの側面図。同上油圧ショベルのリフティングマグネットを駆動する駆動制御回路図。同上油圧ショベルの発電機の一実施例を示す横断面図。同上発電機の回転子及び固定子の縦断面図。同上発電機回転数と出力電圧との関係を示す特性図。従来の発電機回転数と出力電圧との関係を示す特性図。

符号の説明

１油圧ショベル(リフティングマグネット作業機械)
２０リフティングマグネット
２４エンジン
２６発電用油圧ポンプ
２９発電用油圧モータ
３０発電機
３１整流器
３２回転子
３３固定子
３４回転軸
３５永久磁石
４０磁極
４１界磁巻線

Claims

エンジンの動力で駆動される発電機を電源とするリフティングマグネットがアームの先端に取り付けられたリフティングマグネット作業機械において、
前記発電機を、回転軸と該回転軸上に一体回転可能に取り付けられ、かつ回転方向に異なる磁極が交互に着磁されている永久磁石を備える回転子と、前記回転子に対応する複数の磁極と界磁巻線を備える固定子とで構成したことを特徴とするリフティングマグネット作業機械。