インバータ制御駆動装置およびそれを用いた掘削機
【課題】従来の掘削機械では、複数の汎用モータの各インバータの出力周波数を同じにしてもモータのすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュにより、汎用モータから回生電力が発生する。
【解決手段】２個の汎用モータ５ａ、５ｂを制御するインバータ８ａ、８ｂを、コンバータ部１４ａ、１４ｂと、該コンバータ部１４ａ、１４ｂからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａ、１５ｂと、該コンデンサ部１５ａ、１５ｂにより平滑された直流電圧を三相交流に変換する出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂと、コンバータ部１４ａ、１４ｂとコンデンサ部１５ａ、１５ｂの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂと、該突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂに並列接続された第一スイッチ１９ａ、１９ｂと、を有し、第一スイッチ１９ａ、１９ｂは、コンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧が第一規定電圧に達すればＯＮに切り替わる。
【解決手段】２個の汎用モータ５ａ、５ｂを制御するインバータ８ａ、８ｂを、コンバータ部１４ａ、１４ｂと、該コンバータ部１４ａ、１４ｂからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａ、１５ｂと、該コンデンサ部１５ａ、１５ｂにより平滑された直流電圧を三相交流に変換する出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂと、コンバータ部１４ａ、１４ｂとコンデンサ部１５ａ、１５ｂの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂと、該突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂに並列接続された第一スイッチ１９ａ、１９ｂと、を有し、第一スイッチ１９ａ、１９ｂは、コンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧が第一規定電圧に達すればＯＮに切り替わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ制御駆動装置およびそれを用いた掘削機に関する。詳しくは、回転軸と、該回転軸を回転させる２個の汎用モータと、各汎用モータに対応して設けられ、汎用モータを駆動制御するインバータと、を備えたインバータ制御駆動装置およびそれを用いた掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルをつくる掘削機械として、回転カッタを複数の汎用モータで駆動制御し、各モータには汎用インバータがそれぞれ備えられているものがあった。
【０００３】
この掘削機械は、３台の汎用モータ（三相誘導電動機）の出力軸がそれぞれ減速機を介してピニオンに連結されている。３台のピニオンが回転カッタに連結されているので、３台の汎用モータは同じ回転速度を持つことになる。３台の汎用モータはそれぞれ個別に備えられた汎用インバータ（三相用のインバータ）により駆動制御される。３台のモータの出力軸は同じ負荷に連結されている。この場合、各インバータにおける誤差等に起因して各インバータからの出力周波数に差が生じると同期回転のずれが生じることから、各インバータの出力周波数を同じにし、３台の汎用モータの負荷をバランスさせるものであった(たとえば、特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６５７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の掘削機械では、３台の汎用モータの各インバータの出力周波数を同じにすることにより、３台の汎用モータの出力トルクが同じになるという前提にたったものであるが、実際各インバータの出力周波数を同じにしてもモータのすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュにより、汎用モータの出力トルクが同じにならず、３台の汎用モータに流れる電流差が生じ、汎用モータから回生電力が発生する。さらに、この状態で汎用モータが減速されると汎用モータからさらに大きい回生電力が発生し、その回生電力がインバータ内で整流されて、インバータ直流回路の母線電圧が上昇させてしまう。この回生電力による母線電圧の上昇が、母線に接続された整流器やスイッチング素子の定格を超えると、これらの機器に電圧破壊を生じる恐れがあった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、汎用モータに生ずる回生電力に影響を受けず、汎用モータを確実に回転させるとともに、汎用モータに最大限の出力を発揮させることができるインバータ制御駆動装置およびそれを用いた掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、インバータは、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、を有し、汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、第二スイッチは、２つの汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、第三スイッチは、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とする。
【０００８】
交流電源によりコンデンサ部が充電される初期段階においては、突流電流の影響により、瞬時電圧低下を招くが、本発明によれば、第一スイッチが、第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、突流電流が抑制され瞬時電圧低下が発生することがない。また、第二スイッチが、２つの汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、汎用モータのすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュにより２台の汎用モータに流れる電流差が生じ、一方の汎用モータから回生電力が発生しても、その回生電力を他方の汎用モータにより消費することができ、コンデンサ部のコンデンサ電圧の上昇を軽減することができる。さらに、汎用モータが減速される際には汎用モータからさらに大きい回生電力が発生するが、本発明によれば、第三スイッチが、第二スイッチがＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられるので、その回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができる。また、交流電源の電源電圧が変動したときも、この放電抵抗により熱エネルギーに変換することができる。これにより、母線電圧が上昇しても、母線に接続された整流器やスイッチング素子の電圧破壊を防止することができる。また、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わった後はその後ＯＮを継続するようにしているので、２つの汎用モータのそれぞれに放電抵抗を設ける必要がなく、１つの放電抵抗で２つの汎用モータの回生電力を消費させることができる。
【０００９】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第２の態様に係るものは、２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、インバータ部は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、を有し、汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、第二スイッチは、２つの汎用モータの第一スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わることによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、第三スイッチは、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とする。
【００１０】
交流電源によりコンデンサ部が充電される初期段階においては、突流電流の影響により、瞬時電圧低下を招くが、本発明によれば、第一スイッチが、第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、突流電流が抑制され瞬時電圧低下が発生することがない。また、第二スイッチが、２つの汎用モータの第一スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わることによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、汎用モータのすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュにより２台の汎用モータに流れる電流差が生じ、一方の汎用モータから回生電力が発生しても、その回生電力を他方の汎用モータにより消費することができ、コンデンサ部のコンデンサ電圧の上昇を軽減することができる。さらに、汎用モータが減速される際には汎用モータからさらに大きい回生電力が発生するが、本発明によれば、第三スイッチが、第二スイッチがＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられるので、その回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができる。また、交流電源の電源電圧が変動したときも、この放電抵抗により熱エネルギーに変換することができる。これにより、母線電圧が上昇しても、母線に接続された整流器やスイッチング素子の電圧破壊を防止することができる。また、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わった後はその後ＯＮを継続するようにしているので、２つの汎用モータのそれぞれに放電抵抗を設ける必要がなく、１つの放電抵抗で２つの汎用モータの回生電力を消費させることができる。
【００１１】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置であって、回転軸を回転させる各汎用モータの有効電流を検出するモータ電流検出器と、該モータ電流検出器により検出された２つの汎用モータの電流差を検出する電流差検出手段と、を設け、該電流差検出手段により検出された２つの汎用モータの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータのインバータ出力周波数を増加させるように制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、２台の汎用モータにすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュなどが生ずると、汎用モータの出力トルクが同じにならず、２台の汎用モータに流れる電流差が生じ、電流が少ないほうの汎用モータが多いほうの汎用モータに引っ張られるようになり、汎用モータ全体として最大出力を供給することができない。本発明によれば、電流差検出手段により検出された２つの汎用モータの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータのインバータ出力周波数が増加させるので、各汎用モータの分担割合を均等にすることができ、汎用モータ全体としての最大出力を負荷に与えることができる。
【００１３】
本発明のうち第４の態様に係るものは、第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置であって、放電抵抗は、汎用モータの回生電力および交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、放電抵抗が、汎用モータの回生電力および交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力を有するので、放電抵抗により回生電力を十分消費させることができるとともに、交流電源の電源電圧の上昇時にも放電抵抗により消費させることができる。これにより、汎用モータの回生電力だけでなく、交流電源の電源電圧の変動電力によるコンデンサ部のコンデンサ電圧の上昇も軽減することができる。
【００１５】
本発明のうち第５の態様に係るものは、第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置を用いた掘削機であって、回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられたドリルと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、ドリルおよび掘削刃により掘削することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられたドリルと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを有しているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００１７】
本発明のうち第６の態様に係るものは、第第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置を用いた掘削機であって、汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸の回転により回動するドリルと、遊星歯車の公転運動により回動する掘削刃とを、有し、ドリルおよび掘削刃により掘削することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸の回転により回動するドリルと、遊星歯車の公転運動により回動する掘削刃とを有しているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、汎用モータに生ずる回生電力に影響を受けず、モータを確実に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図２】図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置の回路図を示す図である。
【図５】同インバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の地中固結体造成工程を示すフローチャートである。
【図６】図６の地中固結体造成工程のサブルーチンプログラムであるスイッチ制御処理を示す図である。
【図７】（ａ）本発明の第二実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図８】図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】本発明の第二実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第一実施形態）
以下、本発明のインバータ制御駆動装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図１（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図１（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、掘削機１は、内部に汎用モータ５ａ、５ｂを含み断面がＵ字形（御椀状）の上部ケース２と、上部ケース２にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の中部ケース３と、中部ケース３にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の下部ケース４により覆われている。この下部ケース４には中空状の下部部材７が取り付けられている。
【００２３】
出力軸１１は、後述するように汎用モータ５ａ、５ｂにより回転するもので中空状の下部部材７の下部から突出させている。この出力軸１１には、ボルトやピンなどの固着手段（図示略）によりドリル１２が取り付けられている。なお、本実施形態でいう固着手段がボルトの場合には、固着される側にボルトに対応する螺子穴が設けられ、反対側にボルトと螺合するナットを設けるようにしてもよい。ドリル１２は、中空状で円形断面を有し地上からドリル１２の内側の中空部（図示略）にセメントミルクなどを供給することにより、ドリル１２の先端部からそのセメントミルクなどを噴射させることができる。このようにして、ドリル１２を順次接続しながら掘削し、ドリル１２が地中に挿入される。
なお、本実施形態では、ドリル１２を順次接続するとしたが、これに限らず、先端のドリル１２に継ぎ手（図示略）を順次接続しながら掘削するようにしてもよい。
【００２４】
次に、掘削機１の内部構造について図２を用いて説明する。図２は図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ-Ａ断面図であり、図３は図１（ａ）のＢ-Ｂ断面図である。
【００２５】
三相誘導電動機（誘導電動機）からなる汎用モータ５ａ、５ｂは、モータ回転軸６ａ、６ｂを回転させるもので、上部ケース３の内部にそれぞれ備えられている（図１（ａ）および図２参照）。また、汎用モータ５ａ、５ｂは、上部に冷却ファン（図示略）が設けられ、冷却ファン（図示略）は汎用モータ５ａ、５ｂのファン駆動軸（図示略）より回転するように構成されている。この冷却ファン（図示略）は上部ケース２の上部に備えられている。このように、汎用モータ５ａ、５ｂに冷却ファン（図示略）が設けられているので、回転により温度が上がった汎用モータ５ａ、５ｂを冷却することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、説明の便宜上、モータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）を別部材のように説明しているが、もともとモータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）は一体的に構成された汎用モータ５（５ａ、５ｂ）の回転軸であり、この回転軸は汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力により駆動される。
【００２７】
２つの汎用モータ５ａ、５ｂのモータ回転軸６ａ、６ｂには、それぞれにモータ回転軸取付ボス（モータ回転軸取付手段（図示略））を用いて圧入された電動機歯車９ａ、９ｂが固着されている。このように、電動機歯車９ａ、９ｂはモータ回転軸６ａ、６ｂと固着されているので、モータ回転軸６ａ、６ｂと同心で回転することができる。
【００２８】
入力歯車１０は、２つの電動機歯車９ａ、９ｂと外接するように配され、電動機歯車９ａ、９ｂが回転することにより回転することができる（図２および図３参照）。入力歯車１０には、入力軸取付ボス（入力軸取付手段（図示略））を用いて圧入された出力軸１１が固着されている。
【００２９】
次に、本実施形態におけるインバータ制御駆動装置の回路図について図４を参照にして説明する。ここで、図４は、本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置の回路図を示す図である。上述したように、２個の汎用モータ５ａ、５ｂのそれぞれに対応して設けられたインバータ８ａ、８ｂは、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂを駆動制御するものである。
【００３０】
掘削機１に備えられたインバータ制御駆動装置１３は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａ、１４ｂと、該コンバータ部１４ａ、１４ｂからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａ、１５ｂと、該コンデンサ部１５ａ、１５ｂにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａ、５ｂに出力する出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂと、該出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａ、１４ｂとコンデンサ部１５ａ、１５ｂの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂと、該突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂに並列接続された第一スイッチ１９ａ、１９ｂと、該汎用モータ５ａ、５ｂのうちの一方の汎用モータ５（５ａ、５ｂ）のコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）と他方の汎用モータのコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）を並列接続させ、該並列回路内に接続された第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を並列接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２とを、有している。また、このインバータ制御駆動装置１３には、モータ回転軸６ａ、６ｂを回転させる各汎用モータ５ａ、５ｂの有効電流を検出するモータ電流検出器と、該モータ電流検出器により検出された２つの汎用モータ５ａ、５ｂの電流差を検出するための電流差検出手段（図示略）と、コンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段（図示略）が設けられている。このモータ電流検出器は、三相誘導電動機からなる汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流を計測して、各汎用モータ５ａ、５ｂに流れる有効電流を求めるものである。具体的には、汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流の位相差がπ／２であることから、これらの波形のπ／２〜３π／２の範囲を積分することにより、各汎用モータ５ａ、５ｂの有効電流を求めている。ここで、本実施形態では、π／２〜３π／２の範囲を積分したが、これに限らず、π／２＋２ｎπ〜３π／２＋２ｎπ（ｎは整数）の範囲で積分してもよい。なお、本実施形態では、モータ電流検出器をＵ相−Ｖ相間電圧を計測する電圧計測器３５ａ、３５ｂと、Ｗ相を流れる電流を計測する電流計測器３６ａ、３６ｂと、Ｕ相−Ｖ相間電圧値とＷ相を流れる電流値を用いて有効電流値を計算する計算機（図示略）により構成させている。しかしながら、必ずしも、モータ電流検出器を上記のような電圧計測器３５ａ、３５ｂと電流計測器３６ａ、３６ｂと計算機（図示略）により構成する必要はなく、汎用モータ５ａ、５ｂに流れる有効電流を求めるものであれば、他の構成であってもよい。また、モータ電流検出器は、一体として構成してもよいし、別体のものの組み合わせにより構成してもよい。なお、本実施形態では、電流計測器３６ａ、３６ｂとして、５Ｈｚ〜１５０Ｈｚ程度までの周波数帯域において平坦な特性を有するホール素子型の電流計測器を用いている。ここで、このモータ電流検出器（センサー）、電流差検出手段およびコンデンサ電圧検出手段（センサー）の制御処理は、制御装置（図示略）に内蔵されたＣＰＵ（図示略）により行われ、このモータ電流（有効電流）、電流差およびコンデンサ電圧は制御装置（図示略）に内蔵されたメモリ（図示略）に記憶されている。本実施形態における有効電流とは、有効電流の値そのものの他、有効電流の値をｎ倍（ｎは係数）したものも含まれる。
【００３１】
次に、本実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の動作について図５および図６を用いて説明する。ここで、図５は、本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の地中固結体造成工程を示すフローチャートであり、図６は、図５の地中固結体造成工程のサブルーチンプログラムであるスイッチ制御処理を示す図である。
【００３２】
図５に示すように、地中固結体造成工程は、まずＳ１により、掘削機１の電源スイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。この電源スイッチ（図示略）は掘削機１の主電源であり、電源スイッチ（図示略）をＯＮすることにより、後述するスタートスイッチ（図示略）をＯＮにすることができる。ここで、電源スイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ１でＮＯと判断され、電源スイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ１の処理が行われる。そして、電源スイッチ（図示略）がＯＮになればＳ１でＹＥＳと判断され、Ｓ２に進む。
【００３３】
Ｓ２において、スタートスイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。このスタートスイッチ（図示略）は、掘削機１による掘削を開始させるためのスイッチである。すなわち、このスタートスイッチ（図示略）がＯＮになることにより、交流電流が供給され汎用モータ５ａ、５ｂによりドリル１２が回転されて掘削が開始される。ここで、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ２でＮＯと判断され、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ２の処理が行われる。そして、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになればＳ２でＹＥＳと判断され、Ｓ３に進む。このようにして、汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力によりドリル１２が地中内に挿入され、掘削が開始される（Ｓ３参照）。そしてＳ４に進む。
【００３４】
Ｓ４ではスイッチ制御処理が行われる。このスイッチ制御処理は、汎用モータ５ａ、５ｂを円滑に回転させ確実に掘削できるようにするための処理である。なお、スイッチ制御処理の具体的内容は、図６を用いて後述する。そしてＳ５に進み、Ｓ５によりドリル１２が所定の深度まで挿入されたかが判断される。ここで、Ｓ５によりドリル１２が所定の深度まで挿入されていないと判断されると、ドリル１２が所定の深度まで挿入されるまでＳ５→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５の処理が繰り返し行われ、ドリル１２により所定の深度まで掘削される。そして、Ｓ５により、ドリル１２が所定の深度まで挿入されるとＳ５でＹＥＳと判断され、Ｓ６に進む。
【００３５】
Ｓ６において、ドリル１２により掘削された削孔からドリル１２が引き上げられる。そしてドリル１２が引き上げられると、Ｓ７に進み、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦにされ、掘削を終了する場合は、Ｓ８により電源スイッチ（図示略）がＯＦＦにされる。なお、本実施形態では、説明を簡略化して、ドリル１２の引き上げ完了（Ｓ６）後に、スタートスイッチ（図示略）をＯＦＦ（Ｓ７）するように説明したが、これに限らず、ドリル１２の引き上げ完了後に、他の場所をドリル１２により掘削する場合は、Ｓ６の処理の後にさらにＳ３の処理が行われる。
【００３６】
次に、図６の地中固結体造成処理のサブルーチンプログラムであるスイッチ制御処理について説明する。
【００３７】
図６のスイッチ制御処置が開始されるのは、スタートスイッチ（図示略）がＯＮ（図５Ｓ２）になり汎用モータ５ａ、５ｂに電流が供給され、ドリル１２により掘削が開始（図５Ｓ３）された後である。
【００３８】
Ｓ２１において、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達したかが判断され、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達したと判断された場合は、Ｓ２２によりその第一規定電圧に達したコンデンサ部１５ａ、１５ｂに対応する第一スイッチ１９ａ、１９ｂ（図４参照）がＯＮにされ、Ｓ２２により第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＮにされた後にＳ２３の処理が行われる。ここで、ＯＮされる第一スイッチ１９ａ、１９ｂは、汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達したと判断された汎用モータ５ａ、５ｂに接続されている第一スイッチ１９ａ、１９ｂである。
【００３９】
このように、交流電源によりコンデンサ部１５ａ、１５ｂが充電される初期段階においては、突流電流の影響により瞬時電圧低下を招くが、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達することにより第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＦＦからＯＮに切り替わるので、突流電流が抑制され瞬時電圧低下をなくすることができる。ここで、Ｓ２１により第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達していないと判断された場合には、スイッチ制御処理は終了する。
【００４０】
Ｓ２３により、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが上述した第一規定電圧より高い第二規定電圧に達したかが判断され、いずれのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖも第二規定電圧に達したと判断された場合は、Ｓ２４により第二スイッチ２０（図４参照）がＯＮにされ、Ｓ２４により第二スイッチ２０がＯＮにされた後にＳ２５の処理が行われる。なお、Ｓ２４により第二スイッチ２０がＯＮにされた後は、電源スイッチがＯＦＦ（図５のＳ８）になるまで、第二スイッチ２０のＯＮは継続される。
【００４１】
このように、２つのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、汎用モータ５ａ、５ｂのすべりや電動機歯車９ａ、９ｂと入力歯車１０（駆動装置（ギア））とのバックラッシュにより２台の汎用モータ５ａ、５ｂに流れる電流差が生じ、一方の汎用モータ５ａ、５ｂのモータから回生電力が発生しても、その回生電力を他方の汎用モータ５ａ、５ｂにより消費させることができ、コンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖの上昇を軽減することができる。これにより、エネルギー効率を高めることができる。ここで、Ｓ２３により、いずれかのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第二規定電圧に達していないと判断された場合には、スイッチ制御処理は終了する。なお、本実施形態では、２つのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧より高い第二規定電圧に達したかを判断し、２つのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第二規定電圧に達したと判断された場合に、Ｓ２４により第二スイッチ２０（図４参照）をＯＮにしたが、これに限らず、２つの第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＦＦからＯＮに切り替わったかを判断し、２つの第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＦＦからＯＮに切り替わった場合に、第二スイッチ２０（図４参照）をＯＦＦからＯＮに切り替えるようにしてもよい。このようにしても、上述した効果と同様の効果を有することになる。
【００４２】
Ｓ２５により、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度（一定時間内の減速速度）が減速規定速度に達したかが判断され、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達したと判断された場合は、Ｓ２６により第三スイッチ２２（図４参照）がＯＦＦからＯＮにされる。そして、Ｓ２６により第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮにされた場合、またはＳ２５により汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達していないと判断された場合には、スイッチ制御処理は終了する。ここで、放電抵抗は、汎用モータ５ａ、５ｂの回生電力および交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力の放電抵抗が用いられている。
【００４３】
このように、汎用モータ５ａ、５ｂが減速される際には汎用モータ５ａ、５ｂからさらに大きい回生電力が発生するが、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達したと判断された場合に、第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるので、その回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができる。これにより、母線電圧が上昇しても、母線に接続された整流器やスイッチング素子の電圧破壊を防止することができる。なお、本実施形態では、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達したと判断された場合に第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにしたが、これに限らず、たとえば、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第二規定電圧より高い第三規定電圧に達したと判断された場合に第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにしてもよいし、また第二スイッチ２０がＯＦＦからＯＮに切り替えられ、所定の時間経過後に第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにしてもよい。すなわち、第二スイッチ２０がＯＦＦからＯＮに切り替えられた後に、第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにすればよい。このようにすることにより、上記同様、回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができ、また交流電源の電源電圧が変動したときも、この放電抵抗により熱エネルギーに変換することができる。
【００４４】
ここで、本実施形態では、回転軸を回転させる各汎用モータ５ａ、５ｂの有効電流を検出するモータ電流検出器と、該モータ電流検出器により検出された２つの汎用モータの電流差を検出する電流差検出手段とが設けられ、該電流差検出手段により検出された２つの汎用モータ５ａ、５ｂの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータ５ａ、５ｂのインバータ出力周波数を増加させるように制御している。
【００４５】
このように、電流差検出手段により検出された２つの汎用モータ５ａ、５ｂの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータのインバータ出力周波数が増加させているので、各汎用モータ５ａ、５ｂの分担割合を均等にすることができ、汎用モータ全体としての最大出力を負荷に与えることができる。
【００４６】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。図７（ａ）は本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図７（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図７（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００４７】
本発明の第二実施形態と第一実施形態の異なるところは、第一実施形態の下部ケース４の内部は中空状のものであったのに対し、第二実施形態では、その下部ケース４の内部に遊星歯車装置２４を備え、出力軸１１に取り付けられたドリル１２で掘削するとともに、下部部材７を介し遊星歯車装置２４の内歯車２５に取り付けられた掘削刃２６でも掘削できるようにしたところである。なお、図７では、出力軸１１に取り付けられたドリル１２を省略しているが、第二実施形態でも第一実施形態同様に、ドリル１２で掘削が行われる。以下、具体的に説明する。
【００４８】
図７に示すように、掘削刃２６がボルトとナットからなる固定手段（図示略）により下部部材７に取り付けられている。
【００４９】
次に、下部ケース４の内部に備えられた遊星歯車装置２４について説明する。ここで、図８は、図７（ａ）のＣ-Ｃ断面図であり、図９は図８のＤ-Ｄ断面図である。
【００５０】
図８および図９に示すように、遊星歯車装置２４は、出力軸１１（回転軸）に太陽歯車取付ボス（太陽歯車取付手段（図示略））を用いて圧入された太陽歯車２７と、該太陽歯車２７の外周を覆うように、太陽歯車２７に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車２５と、太陽歯車２７と内歯車２５の間の空隙に配設され、太陽歯車２７及び内歯車２５に噛合し、太陽歯車２７の周囲で自転する遊星歯車２８と、を備えている。遊星歯車２８は、回転軸上に配設された太陽歯車２７の周囲に等間隔で複数個（本実施形態では、３つ）配設されている。
【００５１】
太陽歯車２７は、外周面に歯が形成された略円柱状のギア部２９と、ギア部２９より小径で、出力軸１１と嵌合する嵌合部３０とを有する。ギア部２９は、遊星歯車２８と噛み合うように構成され、嵌合部３０は、出力軸１１の嵌合部３１と嵌合することにより出力軸１１と一体となって回転する。
【００５２】
各遊星歯車２８は、中央部分に軸方向に貫通する貫通孔３２が形成され、この貫通孔３２に挿入されたピン３４の周りを自転することができる。ここで、遊星歯車２８はニードルベアリング（図示略）を介してピン３４に挿入されている。このピン３４は、下部ケース４と一体的に構成されたケーシング５１にニードルベアリング（図示略）を介して回転自在に取り付けられている。
【００５３】
内歯車２５は、下部ケース４にベアリング５０を介し回転自在に取り付けられている。これにより、各遊星歯車２８は、太陽歯車２７の回転に伴ってピン３４を中心として自転し、その遊星歯車２８の自転により内歯車２５を回転させることができる。
【００５４】
下部部材７は、内歯車２５にボルト５２などの固着手段により取り付けられている。また、上述したように内歯車２５には下部部材７を介し掘削刃２６（図１０参照）が取り付けられている。このように、掘削刃２６は、内歯車２５が回転することにより下部部材７を介し内歯車２５と同回転で回転することができ、この掘削刃２６が回転することにより円形の穴を掘削することができる。そして、この円形の穴の内部では、掘削刃２６の内側のドリル１２で土を掻き揚げながら掘削され、円柱型の穴を造成することができる。このようにして、掘削刃２６の継ぎ手を順次接続しながら掘削し、掘削刃２６が地中に挿入される。なお、本実施形態では、掘削刃２６が下部部材７を介し内歯車２５に取り付けられる態様を示したが、これに限らず、掘削刃２６を直接内歯車２５に取り付けられるようにしてもよい。すなわち、掘削刃２６は直接的または間接的に内歯車２５に取り付けられるようにすればよい。ここで、図１０は、本発明の第二実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【００５５】
以上のように、遊星歯車装置２４を設け、その遊星歯車装置２４の内歯車２５に掘削刃２６を設けているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００５６】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について説明する。なお、本発明の第三実施形態と第二実施形態の異なるところは、第二実施形態では、遊星歯車装置２４の遊星歯車２８が自転し内歯車２５が回転する構成にし、その内歯車２５に下部部材７を介し掘削刃２６が取り付けられ、その掘削刃２６により地中を削るようにしたものであるのに対し、第三実施形態では、遊星歯車装置２４の内歯車２５は下部ケース４に固定されて回転せず、遊星歯車２８が自転しながら公転する構成にし、その遊星歯車２８に下部部材７を介し掘削刃２６が取り付け、その掘削刃２６により地中を削るようにしたところである。なお、第二実施形態と同一構成については説明を省略し、異なるところのみ第２実施形態で使用した図８および図９を参照にしながら説明することとする。
【００５７】
図８に示すように、各遊星歯車２８の貫通孔３２に挿入されるピン３４は、下部部材７にニードルベアリング（図示略）を介し回転（自転）可能に取り付けられている。また、下部部材７がベアリング（図示略）を介し下部ケース４に回転可能に取り付けられている。これにより、各遊星歯車２８は太陽歯車２７の回転に伴ってピン３４の位置を中心として自転しながら太陽歯車２７の周りを公転し、その遊星歯車２８に取り付けられた下部部材７が遊星歯車２８の公転速度と同速度で回転される。これにより、下部部材７に取り付けられた掘削刃７が下部部材７と回転速度で回転することができる。
【００５８】
このように、下部部材７に取り付けられた掘削刃２６が回転することにより円形の穴を掘削することができる。そして、この円形の穴の内部では、掘削刃２６の内側のドリル１２で土を掻き揚げながら掘削され、円柱型の穴を造成することができる。
【００５９】
以上説明したように、遊星歯車装置２４を設け、その遊星歯車装置２４の内歯車２５に掘削刃２６を設けているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００６０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。さらに本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲の記載によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６１】
１ 掘削機
２ 上部ケース
３ 中部ケース
４ 下部ケース
５ａ、５ｂ 汎用モータ
６ａ、６ｂ モータ回転軸
７ 下部部材
８ａ、８ｂ インバータ
９ａ、９ｂ 電動機歯車
１０ 入力歯車
１１ 出力軸
１２ ドリル
１３ インバータ制御駆動装置
１４ａ、１４ｂ コンバータ部
１５ａ、１５ｂ コンデンサ部
１６ａ、１６ｂ 出力ブリッジ部
１７ 制御装置
１８ａ、１８ｂ 突入電流抑制抵抗部
１９ａ、１９ｂ 第一スイッチ
２０ 第二スイッチ
２１ 放電抵抗
２２ 第三スイッチ
２４ 遊星歯車機構
２５ 内歯車
２６ 掘削刃
２７ 太陽歯車
２８ 遊星歯車
２９ ギア部
３０ 嵌合部
３１ 嵌合部
３２ 貫通孔
３４ ピン
３５ａ、３５ｂ 電圧計測器
３６ａ、３６ｂ 電流計測器
５０ ベアリング
５１ ケーシング
５２ ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ制御駆動装置およびそれを用いた掘削機に関する。詳しくは、回転軸と、該回転軸を回転させる２個の汎用モータと、各汎用モータに対応して設けられ、汎用モータを駆動制御するインバータと、を備えたインバータ制御駆動装置およびそれを用いた掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルをつくる掘削機械として、回転カッタを複数の汎用モータで駆動制御し、各モータには汎用インバータがそれぞれ備えられているものがあった。
【０００３】
この掘削機械は、３台の汎用モータ（三相誘導電動機）の出力軸がそれぞれ減速機を介してピニオンに連結されている。３台のピニオンが回転カッタに連結されているので、３台の汎用モータは同じ回転速度を持つことになる。３台の汎用モータはそれぞれ個別に備えられた汎用インバータ（三相用のインバータ）により駆動制御される。３台のモータの出力軸は同じ負荷に連結されている。この場合、各インバータにおける誤差等に起因して各インバータからの出力周波数に差が生じると同期回転のずれが生じることから、各インバータの出力周波数を同じにし、３台の汎用モータの負荷をバランスさせるものであった(たとえば、特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６５７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の掘削機械では、３台の汎用モータの各インバータの出力周波数を同じにすることにより、３台の汎用モータの出力トルクが同じになるという前提にたったものであるが、実際各インバータの出力周波数を同じにしてもモータのすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュにより、汎用モータの出力トルクが同じにならず、３台の汎用モータに流れる電流差が生じ、汎用モータから回生電力が発生する。さらに、この状態で汎用モータが減速されると汎用モータからさらに大きい回生電力が発生し、その回生電力がインバータ内で整流されて、インバータ直流回路の母線電圧が上昇させてしまう。この回生電力による母線電圧の上昇が、母線に接続された整流器やスイッチング素子の定格を超えると、これらの機器に電圧破壊を生じる恐れがあった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、汎用モータに生ずる回生電力に影響を受けず、汎用モータを確実に回転させるとともに、汎用モータに最大限の出力を発揮させることができるインバータ制御駆動装置およびそれを用いた掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、インバータは、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、を有し、汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、第二スイッチは、２つの汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、第三スイッチは、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とする。
【０００８】
交流電源によりコンデンサ部が充電される初期段階においては、突流電流の影響により、瞬時電圧低下を招くが、本発明によれば、第一スイッチが、第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、突流電流が抑制され瞬時電圧低下が発生することがない。また、第二スイッチが、２つの汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、汎用モータのすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュにより２台の汎用モータに流れる電流差が生じ、一方の汎用モータから回生電力が発生しても、その回生電力を他方の汎用モータにより消費することができ、コンデンサ部のコンデンサ電圧の上昇を軽減することができる。さらに、汎用モータが減速される際には汎用モータからさらに大きい回生電力が発生するが、本発明によれば、第三スイッチが、第二スイッチがＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられるので、その回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができる。また、交流電源の電源電圧が変動したときも、この放電抵抗により熱エネルギーに変換することができる。これにより、母線電圧が上昇しても、母線に接続された整流器やスイッチング素子の電圧破壊を防止することができる。また、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わった後はその後ＯＮを継続するようにしているので、２つの汎用モータのそれぞれに放電抵抗を設ける必要がなく、１つの放電抵抗で２つの汎用モータの回生電力を消費させることができる。
【０００９】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第２の態様に係るものは、２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、インバータ部は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、を有し、汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、第二スイッチは、２つの汎用モータの第一スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わることによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、第三スイッチは、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とする。
【００１０】
交流電源によりコンデンサ部が充電される初期段階においては、突流電流の影響により、瞬時電圧低下を招くが、本発明によれば、第一スイッチが、第一スイッチが接続されている汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、突流電流が抑制され瞬時電圧低下が発生することがない。また、第二スイッチが、２つの汎用モータの第一スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わることによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、汎用モータのすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュにより２台の汎用モータに流れる電流差が生じ、一方の汎用モータから回生電力が発生しても、その回生電力を他方の汎用モータにより消費することができ、コンデンサ部のコンデンサ電圧の上昇を軽減することができる。さらに、汎用モータが減速される際には汎用モータからさらに大きい回生電力が発生するが、本発明によれば、第三スイッチが、第二スイッチがＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられるので、その回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができる。また、交流電源の電源電圧が変動したときも、この放電抵抗により熱エネルギーに変換することができる。これにより、母線電圧が上昇しても、母線に接続された整流器やスイッチング素子の電圧破壊を防止することができる。また、第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わった後はその後ＯＮを継続するようにしているので、２つの汎用モータのそれぞれに放電抵抗を設ける必要がなく、１つの放電抵抗で２つの汎用モータの回生電力を消費させることができる。
【００１１】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置であって、回転軸を回転させる各汎用モータの有効電流を検出するモータ電流検出器と、該モータ電流検出器により検出された２つの汎用モータの電流差を検出する電流差検出手段と、を設け、該電流差検出手段により検出された２つの汎用モータの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータのインバータ出力周波数を増加させるように制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、２台の汎用モータにすべりや駆動装置（ギア）のバックラッシュなどが生ずると、汎用モータの出力トルクが同じにならず、２台の汎用モータに流れる電流差が生じ、電流が少ないほうの汎用モータが多いほうの汎用モータに引っ張られるようになり、汎用モータ全体として最大出力を供給することができない。本発明によれば、電流差検出手段により検出された２つの汎用モータの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータのインバータ出力周波数が増加させるので、各汎用モータの分担割合を均等にすることができ、汎用モータ全体としての最大出力を負荷に与えることができる。
【００１３】
本発明のうち第４の態様に係るものは、第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置であって、放電抵抗は、汎用モータの回生電力および交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、放電抵抗が、汎用モータの回生電力および交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力を有するので、放電抵抗により回生電力を十分消費させることができるとともに、交流電源の電源電圧の上昇時にも放電抵抗により消費させることができる。これにより、汎用モータの回生電力だけでなく、交流電源の電源電圧の変動電力によるコンデンサ部のコンデンサ電圧の上昇も軽減することができる。
【００１５】
本発明のうち第５の態様に係るものは、第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置を用いた掘削機であって、回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられたドリルと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、ドリルおよび掘削刃により掘削することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸に取り付けられたドリルと、内歯車に取り付けられた掘削刃とを有しているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００１７】
本発明のうち第６の態様に係るものは、第第１または２の態様に係るインバータ制御駆動装置を用いた掘削機であって、汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸の回転により回動するドリルと、遊星歯車の公転運動により回動する掘削刃とを、有し、ドリルおよび掘削刃により掘削することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、空隙に配設され太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、回転軸の回転により回動するドリルと、遊星歯車の公転運動により回動する掘削刃とを有しているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、汎用モータに生ずる回生電力に影響を受けず、モータを確実に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図２】図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置の回路図を示す図である。
【図５】同インバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の地中固結体造成工程を示すフローチャートである。
【図６】図６の地中固結体造成工程のサブルーチンプログラムであるスイッチ制御処理を示す図である。
【図７】（ａ）本発明の第二実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図である。 （ｂ）同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図である。 （ｃ）同掘削機の上面図である。
【図８】図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】本発明の第二実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第一実施形態）
以下、本発明のインバータ制御駆動装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図１（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図１（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、掘削機１は、内部に汎用モータ５ａ、５ｂを含み断面がＵ字形（御椀状）の上部ケース２と、上部ケース２にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の中部ケース３と、中部ケース３にボルトやピンなどの固着手段（図示略）により固着された中空状の下部ケース４により覆われている。この下部ケース４には中空状の下部部材７が取り付けられている。
【００２３】
出力軸１１は、後述するように汎用モータ５ａ、５ｂにより回転するもので中空状の下部部材７の下部から突出させている。この出力軸１１には、ボルトやピンなどの固着手段（図示略）によりドリル１２が取り付けられている。なお、本実施形態でいう固着手段がボルトの場合には、固着される側にボルトに対応する螺子穴が設けられ、反対側にボルトと螺合するナットを設けるようにしてもよい。ドリル１２は、中空状で円形断面を有し地上からドリル１２の内側の中空部（図示略）にセメントミルクなどを供給することにより、ドリル１２の先端部からそのセメントミルクなどを噴射させることができる。このようにして、ドリル１２を順次接続しながら掘削し、ドリル１２が地中に挿入される。
なお、本実施形態では、ドリル１２を順次接続するとしたが、これに限らず、先端のドリル１２に継ぎ手（図示略）を順次接続しながら掘削するようにしてもよい。
【００２４】
次に、掘削機１の内部構造について図２を用いて説明する。図２は図１（ｂ）および図１（ｃ）のＡ-Ａ断面図であり、図３は図１（ａ）のＢ-Ｂ断面図である。
【００２５】
三相誘導電動機（誘導電動機）からなる汎用モータ５ａ、５ｂは、モータ回転軸６ａ、６ｂを回転させるもので、上部ケース３の内部にそれぞれ備えられている（図１（ａ）および図２参照）。また、汎用モータ５ａ、５ｂは、上部に冷却ファン（図示略）が設けられ、冷却ファン（図示略）は汎用モータ５ａ、５ｂのファン駆動軸（図示略）より回転するように構成されている。この冷却ファン（図示略）は上部ケース２の上部に備えられている。このように、汎用モータ５ａ、５ｂに冷却ファン（図示略）が設けられているので、回転により温度が上がった汎用モータ５ａ、５ｂを冷却することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、説明の便宜上、モータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）を別部材のように説明しているが、もともとモータ回転軸６（６ａ、６ｂ）とファン駆動軸（図示略）は一体的に構成された汎用モータ５（５ａ、５ｂ）の回転軸であり、この回転軸は汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力により駆動される。
【００２７】
２つの汎用モータ５ａ、５ｂのモータ回転軸６ａ、６ｂには、それぞれにモータ回転軸取付ボス（モータ回転軸取付手段（図示略））を用いて圧入された電動機歯車９ａ、９ｂが固着されている。このように、電動機歯車９ａ、９ｂはモータ回転軸６ａ、６ｂと固着されているので、モータ回転軸６ａ、６ｂと同心で回転することができる。
【００２８】
入力歯車１０は、２つの電動機歯車９ａ、９ｂと外接するように配され、電動機歯車９ａ、９ｂが回転することにより回転することができる（図２および図３参照）。入力歯車１０には、入力軸取付ボス（入力軸取付手段（図示略））を用いて圧入された出力軸１１が固着されている。
【００２９】
次に、本実施形態におけるインバータ制御駆動装置の回路図について図４を参照にして説明する。ここで、図４は、本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置の回路図を示す図である。上述したように、２個の汎用モータ５ａ、５ｂのそれぞれに対応して設けられたインバータ８ａ、８ｂは、それぞれの汎用モータ５ａ、５ｂを駆動制御するものである。
【００３０】
掘削機１に備えられたインバータ制御駆動装置１３は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１４ａ、１４ｂと、該コンバータ部１４ａ、１４ｂからの出力電圧を平滑するコンデンサ部１５ａ、１５ｂと、該コンデンサ部１５ａ、１５ｂにより平滑された直流電圧を三相交流に変換し、汎用モータ（誘導電動機）５ａ、５ｂに出力する出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂと、該出力ブリッジ部１６ａ、１６ｂを駆動制御する制御装置（図示略）と、コンバータ部１４ａ、１４ｂとコンデンサ部１５ａ、１５ｂの間に接続された突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂと、該突入電流抑制抵抗部１８ａ、１８ｂに並列接続された第一スイッチ１９ａ、１９ｂと、該汎用モータ５ａ、５ｂのうちの一方の汎用モータ５（５ａ、５ｂ）のコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）と他方の汎用モータのコンデンサ部１５（１５ａまたは１５ｂ）を並列接続させ、該並列回路内に接続された第二スイッチ２０と、該第二スイッチ２０が設けられた並列回路に放電抵抗２１を並列接続させ、該放電抵抗２１が設けられた並列回路に接続された第三スイッチ２２とを、有している。また、このインバータ制御駆動装置１３には、モータ回転軸６ａ、６ｂを回転させる各汎用モータ５ａ、５ｂの有効電流を検出するモータ電流検出器と、該モータ電流検出器により検出された２つの汎用モータ５ａ、５ｂの電流差を検出するための電流差検出手段（図示略）と、コンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧を検出するコンデンサ電圧検出手段（図示略）が設けられている。このモータ電流検出器は、三相誘導電動機からなる汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流を計測して、各汎用モータ５ａ、５ｂに流れる有効電流を求めるものである。具体的には、汎用モータ５ａ、５ｂのＵ相−Ｖ相間電圧とＷ相を流れる電流の位相差がπ／２であることから、これらの波形のπ／２〜３π／２の範囲を積分することにより、各汎用モータ５ａ、５ｂの有効電流を求めている。ここで、本実施形態では、π／２〜３π／２の範囲を積分したが、これに限らず、π／２＋２ｎπ〜３π／２＋２ｎπ（ｎは整数）の範囲で積分してもよい。なお、本実施形態では、モータ電流検出器をＵ相−Ｖ相間電圧を計測する電圧計測器３５ａ、３５ｂと、Ｗ相を流れる電流を計測する電流計測器３６ａ、３６ｂと、Ｕ相−Ｖ相間電圧値とＷ相を流れる電流値を用いて有効電流値を計算する計算機（図示略）により構成させている。しかしながら、必ずしも、モータ電流検出器を上記のような電圧計測器３５ａ、３５ｂと電流計測器３６ａ、３６ｂと計算機（図示略）により構成する必要はなく、汎用モータ５ａ、５ｂに流れる有効電流を求めるものであれば、他の構成であってもよい。また、モータ電流検出器は、一体として構成してもよいし、別体のものの組み合わせにより構成してもよい。なお、本実施形態では、電流計測器３６ａ、３６ｂとして、５Ｈｚ〜１５０Ｈｚ程度までの周波数帯域において平坦な特性を有するホール素子型の電流計測器を用いている。ここで、このモータ電流検出器（センサー）、電流差検出手段およびコンデンサ電圧検出手段（センサー）の制御処理は、制御装置（図示略）に内蔵されたＣＰＵ（図示略）により行われ、このモータ電流（有効電流）、電流差およびコンデンサ電圧は制御装置（図示略）に内蔵されたメモリ（図示略）に記憶されている。本実施形態における有効電流とは、有効電流の値そのものの他、有効電流の値をｎ倍（ｎは係数）したものも含まれる。
【００３１】
次に、本実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の動作について図５および図６を用いて説明する。ここで、図５は、本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の地中固結体造成工程を示すフローチャートであり、図６は、図５の地中固結体造成工程のサブルーチンプログラムであるスイッチ制御処理を示す図である。
【００３２】
図５に示すように、地中固結体造成工程は、まずＳ１により、掘削機１の電源スイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。この電源スイッチ（図示略）は掘削機１の主電源であり、電源スイッチ（図示略）をＯＮすることにより、後述するスタートスイッチ（図示略）をＯＮにすることができる。ここで、電源スイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ１でＮＯと判断され、電源スイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ１の処理が行われる。そして、電源スイッチ（図示略）がＯＮになればＳ１でＹＥＳと判断され、Ｓ２に進む。
【００３３】
Ｓ２において、スタートスイッチ（図示略）がＯＮかが判断される。このスタートスイッチ（図示略）は、掘削機１による掘削を開始させるためのスイッチである。すなわち、このスタートスイッチ（図示略）がＯＮになることにより、交流電流が供給され汎用モータ５ａ、５ｂによりドリル１２が回転されて掘削が開始される。ここで、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦの場合はＳ２でＮＯと判断され、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになるまでＳ２の処理が行われる。そして、スタートスイッチ（図示略）がＯＮになればＳ２でＹＥＳと判断され、Ｓ３に進む。このようにして、汎用モータ５ａ、５ｂの駆動力によりドリル１２が地中内に挿入され、掘削が開始される（Ｓ３参照）。そしてＳ４に進む。
【００３４】
Ｓ４ではスイッチ制御処理が行われる。このスイッチ制御処理は、汎用モータ５ａ、５ｂを円滑に回転させ確実に掘削できるようにするための処理である。なお、スイッチ制御処理の具体的内容は、図６を用いて後述する。そしてＳ５に進み、Ｓ５によりドリル１２が所定の深度まで挿入されたかが判断される。ここで、Ｓ５によりドリル１２が所定の深度まで挿入されていないと判断されると、ドリル１２が所定の深度まで挿入されるまでＳ５→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５の処理が繰り返し行われ、ドリル１２により所定の深度まで掘削される。そして、Ｓ５により、ドリル１２が所定の深度まで挿入されるとＳ５でＹＥＳと判断され、Ｓ６に進む。
【００３５】
Ｓ６において、ドリル１２により掘削された削孔からドリル１２が引き上げられる。そしてドリル１２が引き上げられると、Ｓ７に進み、スタートスイッチ（図示略）がＯＦＦにされ、掘削を終了する場合は、Ｓ８により電源スイッチ（図示略）がＯＦＦにされる。なお、本実施形態では、説明を簡略化して、ドリル１２の引き上げ完了（Ｓ６）後に、スタートスイッチ（図示略）をＯＦＦ（Ｓ７）するように説明したが、これに限らず、ドリル１２の引き上げ完了後に、他の場所をドリル１２により掘削する場合は、Ｓ６の処理の後にさらにＳ３の処理が行われる。
【００３６】
次に、図６の地中固結体造成処理のサブルーチンプログラムであるスイッチ制御処理について説明する。
【００３７】
図６のスイッチ制御処置が開始されるのは、スタートスイッチ（図示略）がＯＮ（図５Ｓ２）になり汎用モータ５ａ、５ｂに電流が供給され、ドリル１２により掘削が開始（図５Ｓ３）された後である。
【００３８】
Ｓ２１において、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達したかが判断され、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達したと判断された場合は、Ｓ２２によりその第一規定電圧に達したコンデンサ部１５ａ、１５ｂに対応する第一スイッチ１９ａ、１９ｂ（図４参照）がＯＮにされ、Ｓ２２により第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＮにされた後にＳ２３の処理が行われる。ここで、ＯＮされる第一スイッチ１９ａ、１９ｂは、汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達したと判断された汎用モータ５ａ、５ｂに接続されている第一スイッチ１９ａ、１９ｂである。
【００３９】
このように、交流電源によりコンデンサ部１５ａ、１５ｂが充電される初期段階においては、突流電流の影響により瞬時電圧低下を招くが、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達することにより第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＦＦからＯＮに切り替わるので、突流電流が抑制され瞬時電圧低下をなくすることができる。ここで、Ｓ２１により第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧に達していないと判断された場合には、スイッチ制御処理は終了する。
【００４０】
Ｓ２３により、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが上述した第一規定電圧より高い第二規定電圧に達したかが判断され、いずれのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖも第二規定電圧に達したと判断された場合は、Ｓ２４により第二スイッチ２０（図４参照）がＯＮにされ、Ｓ２４により第二スイッチ２０がＯＮにされた後にＳ２５の処理が行われる。なお、Ｓ２４により第二スイッチ２０がＯＮにされた後は、電源スイッチがＯＦＦ（図５のＳ８）になるまで、第二スイッチ２０のＯＮは継続される。
【００４１】
このように、２つのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わるので、汎用モータ５ａ、５ｂのすべりや電動機歯車９ａ、９ｂと入力歯車１０（駆動装置（ギア））とのバックラッシュにより２台の汎用モータ５ａ、５ｂに流れる電流差が生じ、一方の汎用モータ５ａ、５ｂのモータから回生電力が発生しても、その回生電力を他方の汎用モータ５ａ、５ｂにより消費させることができ、コンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖの上昇を軽減することができる。これにより、エネルギー効率を高めることができる。ここで、Ｓ２３により、いずれかのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第二規定電圧に達していないと判断された場合には、スイッチ制御処理は終了する。なお、本実施形態では、２つのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第一規定電圧より高い第二規定電圧に達したかを判断し、２つのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第二規定電圧に達したと判断された場合に、Ｓ２４により第二スイッチ２０（図４参照）をＯＮにしたが、これに限らず、２つの第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＦＦからＯＮに切り替わったかを判断し、２つの第一スイッチ１９ａ、１９ｂがＯＦＦからＯＮに切り替わった場合に、第二スイッチ２０（図４参照）をＯＦＦからＯＮに切り替えるようにしてもよい。このようにしても、上述した効果と同様の効果を有することになる。
【００４２】
Ｓ２５により、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度（一定時間内の減速速度）が減速規定速度に達したかが判断され、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達したと判断された場合は、Ｓ２６により第三スイッチ２２（図４参照）がＯＦＦからＯＮにされる。そして、Ｓ２６により第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮにされた場合、またはＳ２５により汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達していないと判断された場合には、スイッチ制御処理は終了する。ここで、放電抵抗は、汎用モータ５ａ、５ｂの回生電力および交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力の放電抵抗が用いられている。
【００４３】
このように、汎用モータ５ａ、５ｂが減速される際には汎用モータ５ａ、５ｂからさらに大きい回生電力が発生するが、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達したと判断された場合に、第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるので、その回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができる。これにより、母線電圧が上昇しても、母線に接続された整流器やスイッチング素子の電圧破壊を防止することができる。なお、本実施形態では、汎用モータ５ａ、５ｂの減速速度が減速規定速度に達したと判断された場合に第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにしたが、これに限らず、たとえば、第一スイッチ１９ａ、１９ｂが接続されている汎用モータ５ａ、５ｂのコンデンサ部１５ａ、１５ｂのコンデンサ電圧Ｖが第二規定電圧より高い第三規定電圧に達したと判断された場合に第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにしてもよいし、また第二スイッチ２０がＯＦＦからＯＮに切り替えられ、所定の時間経過後に第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにしてもよい。すなわち、第二スイッチ２０がＯＦＦからＯＮに切り替えられた後に、第三スイッチ２２がＯＦＦからＯＮに切り替えられるようにすればよい。このようにすることにより、上記同様、回生電力を放電抵抗に流して熱エネルギーに変換することができ、また交流電源の電源電圧が変動したときも、この放電抵抗により熱エネルギーに変換することができる。
【００４４】
ここで、本実施形態では、回転軸を回転させる各汎用モータ５ａ、５ｂの有効電流を検出するモータ電流検出器と、該モータ電流検出器により検出された２つの汎用モータの電流差を検出する電流差検出手段とが設けられ、該電流差検出手段により検出された２つの汎用モータ５ａ、５ｂの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータ５ａ、５ｂのインバータ出力周波数を増加させるように制御している。
【００４５】
このように、電流差検出手段により検出された２つの汎用モータ５ａ、５ｂの電流差をなくすように、モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの汎用モータのインバータ出力周波数が増加させているので、各汎用モータ５ａ、５ｂの分担割合を均等にすることができ、汎用モータ全体としての最大出力を負荷に与えることができる。
【００４６】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。図７（ａ）は本発明の一実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の上面図Ｘ軸方向の側面図であり、図７（ｂ）は同掘削機の上面図Ｙ軸方向の側面図であり、図７（ｃ）は同掘削機の上面図である。
【００４７】
本発明の第二実施形態と第一実施形態の異なるところは、第一実施形態の下部ケース４の内部は中空状のものであったのに対し、第二実施形態では、その下部ケース４の内部に遊星歯車装置２４を備え、出力軸１１に取り付けられたドリル１２で掘削するとともに、下部部材７を介し遊星歯車装置２４の内歯車２５に取り付けられた掘削刃２６でも掘削できるようにしたところである。なお、図７では、出力軸１１に取り付けられたドリル１２を省略しているが、第二実施形態でも第一実施形態同様に、ドリル１２で掘削が行われる。以下、具体的に説明する。
【００４８】
図７に示すように、掘削刃２６がボルトとナットからなる固定手段（図示略）により下部部材７に取り付けられている。
【００４９】
次に、下部ケース４の内部に備えられた遊星歯車装置２４について説明する。ここで、図８は、図７（ａ）のＣ-Ｃ断面図であり、図９は図８のＤ-Ｄ断面図である。
【００５０】
図８および図９に示すように、遊星歯車装置２４は、出力軸１１（回転軸）に太陽歯車取付ボス（太陽歯車取付手段（図示略））を用いて圧入された太陽歯車２７と、該太陽歯車２７の外周を覆うように、太陽歯車２７に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車２５と、太陽歯車２７と内歯車２５の間の空隙に配設され、太陽歯車２７及び内歯車２５に噛合し、太陽歯車２７の周囲で自転する遊星歯車２８と、を備えている。遊星歯車２８は、回転軸上に配設された太陽歯車２７の周囲に等間隔で複数個（本実施形態では、３つ）配設されている。
【００５１】
太陽歯車２７は、外周面に歯が形成された略円柱状のギア部２９と、ギア部２９より小径で、出力軸１１と嵌合する嵌合部３０とを有する。ギア部２９は、遊星歯車２８と噛み合うように構成され、嵌合部３０は、出力軸１１の嵌合部３１と嵌合することにより出力軸１１と一体となって回転する。
【００５２】
各遊星歯車２８は、中央部分に軸方向に貫通する貫通孔３２が形成され、この貫通孔３２に挿入されたピン３４の周りを自転することができる。ここで、遊星歯車２８はニードルベアリング（図示略）を介してピン３４に挿入されている。このピン３４は、下部ケース４と一体的に構成されたケーシング５１にニードルベアリング（図示略）を介して回転自在に取り付けられている。
【００５３】
内歯車２５は、下部ケース４にベアリング５０を介し回転自在に取り付けられている。これにより、各遊星歯車２８は、太陽歯車２７の回転に伴ってピン３４を中心として自転し、その遊星歯車２８の自転により内歯車２５を回転させることができる。
【００５４】
下部部材７は、内歯車２５にボルト５２などの固着手段により取り付けられている。また、上述したように内歯車２５には下部部材７を介し掘削刃２６（図１０参照）が取り付けられている。このように、掘削刃２６は、内歯車２５が回転することにより下部部材７を介し内歯車２５と同回転で回転することができ、この掘削刃２６が回転することにより円形の穴を掘削することができる。そして、この円形の穴の内部では、掘削刃２６の内側のドリル１２で土を掻き揚げながら掘削され、円柱型の穴を造成することができる。このようにして、掘削刃２６の継ぎ手を順次接続しながら掘削し、掘削刃２６が地中に挿入される。なお、本実施形態では、掘削刃２６が下部部材７を介し内歯車２５に取り付けられる態様を示したが、これに限らず、掘削刃２６を直接内歯車２５に取り付けられるようにしてもよい。すなわち、掘削刃２６は直接的または間接的に内歯車２５に取り付けられるようにすればよい。ここで、図１０は、本発明の第二実施形態におけるインバータ制御駆動装置が用いられた掘削機の掘削刃を示す図である。
【００５５】
以上のように、遊星歯車装置２４を設け、その遊星歯車装置２４の内歯車２５に掘削刃２６を設けているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００５６】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態について説明する。なお、本発明の第三実施形態と第二実施形態の異なるところは、第二実施形態では、遊星歯車装置２４の遊星歯車２８が自転し内歯車２５が回転する構成にし、その内歯車２５に下部部材７を介し掘削刃２６が取り付けられ、その掘削刃２６により地中を削るようにしたものであるのに対し、第三実施形態では、遊星歯車装置２４の内歯車２５は下部ケース４に固定されて回転せず、遊星歯車２８が自転しながら公転する構成にし、その遊星歯車２８に下部部材７を介し掘削刃２６が取り付け、その掘削刃２６により地中を削るようにしたところである。なお、第二実施形態と同一構成については説明を省略し、異なるところのみ第２実施形態で使用した図８および図９を参照にしながら説明することとする。
【００５７】
図８に示すように、各遊星歯車２８の貫通孔３２に挿入されるピン３４は、下部部材７にニードルベアリング（図示略）を介し回転（自転）可能に取り付けられている。また、下部部材７がベアリング（図示略）を介し下部ケース４に回転可能に取り付けられている。これにより、各遊星歯車２８は太陽歯車２７の回転に伴ってピン３４の位置を中心として自転しながら太陽歯車２７の周りを公転し、その遊星歯車２８に取り付けられた下部部材７が遊星歯車２８の公転速度と同速度で回転される。これにより、下部部材７に取り付けられた掘削刃７が下部部材７と回転速度で回転することができる。
【００５８】
このように、下部部材７に取り付けられた掘削刃２６が回転することにより円形の穴を掘削することができる。そして、この円形の穴の内部では、掘削刃２６の内側のドリル１２で土を掻き揚げながら掘削され、円柱型の穴を造成することができる。
【００５９】
以上説明したように、遊星歯車装置２４を設け、その遊星歯車装置２４の内歯車２５に掘削刃２６を設けているので、少ない歯車数で大きな減速比を得ながら掘削することができ、掘削機の小型化も図ることができる。
【００６０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。さらに本発明の範囲は、上記した説明ではなく特許請求の範囲の記載によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６１】
１ 掘削機
２ 上部ケース
３ 中部ケース
４ 下部ケース
５ａ、５ｂ 汎用モータ
６ａ、６ｂ モータ回転軸
７ 下部部材
８ａ、８ｂ インバータ
９ａ、９ｂ 電動機歯車
１０ 入力歯車
１１ 出力軸
１２ ドリル
１３ インバータ制御駆動装置
１４ａ、１４ｂ コンバータ部
１５ａ、１５ｂ コンデンサ部
１６ａ、１６ｂ 出力ブリッジ部
１７ 制御装置
１８ａ、１８ｂ 突入電流抑制抵抗部
１９ａ、１９ｂ 第一スイッチ
２０ 第二スイッチ
２１ 放電抵抗
２２ 第三スイッチ
２４ 遊星歯車機構
２５ 内歯車
２６ 掘削刃
２７ 太陽歯車
２８ 遊星歯車
２９ ギア部
３０ 嵌合部
３１ 嵌合部
３２ 貫通孔
３４ ピン
３５ａ、３５ｂ 電圧計測器
３６ａ、３６ｂ 電流計測器
５０ ベアリング
５１ ケーシング
５２ ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、前記汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、
前記インバータは、
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、
該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、前記汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、
前記コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、
該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、
前記汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、
前記第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、
前記第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、
前記第二スイッチは、２つの前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、
前記第三スイッチは、前記第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とするインバータ制御駆動装置。
【請求項２】
２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、前記汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、
前記インバータ部は、
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、
該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、前記汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、
前記コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、
該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、を有し、
前記汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、
前記第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、
前記第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、
前記第二スイッチは、２つの前記汎用モータの第一スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わることによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、
前記第三スイッチは、前記第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とするインバータ制御駆動装置。
【請求項３】
回転軸を回転させる各汎用モータの有効電流を検出するモータ電流検出器と、
該モータ電流検出器により検出された２つの前記汎用モータの電流差を検出する電流差検出手段と、を設け、
該電流差検出手段により検出された２つの前記汎用モータの電流差をなくすように、前記モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの前記汎用モータのインバータ出力周波数を増加させるように制御することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置。
【請求項４】
前記放電抵抗は、前記汎用モータの回生電力および前記交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力を有することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置
【請求項５】
前記汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、
前記太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、
空隙に配設され前記太陽歯車及び前記内歯車に噛合する遊星歯車と、
前記回転軸に取り付けられたドリルと、
前記内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、
前記ドリルおよび前記掘削刃により掘削することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置を用いた掘削機。
【請求項６】
前記汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、
前記太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、
前記空隙に配設され前記太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、
前記回転軸の回転により回動するドリルと、
前記遊星歯車の公転運動により回動する掘削刃とを、有し、
前記ドリルおよび掘削刃により掘削することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置を用いた掘削機。
【請求項１】
２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、前記汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、
前記インバータは、
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、
該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、前記汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、
前記コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、
該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、
前記汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、
前記第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、
前記第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、
前記第二スイッチは、２つの前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧より高い第二規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、
前記第三スイッチは、前記第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とするインバータ制御駆動装置。
【請求項２】
２個の汎用モータに対応してそれぞれ設けられ、前記汎用モータを駆動制御するインバータを備えたインバータ制御駆動装置であって、
前記インバータ部は、
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
該コンバータ部からの出力電圧を平滑するコンデンサ部と、
該コンデンサ部により平滑された直流電圧を三相交流に変換し、前記汎用モータに出力する出力ブリッジ部と、
前記コンバータ部とコンデンサ部の間に接続された突入電流抑制抵抗部と、
該突入電流抑制抵抗部に並列接続された第一スイッチと、を有し、
前記汎用モータのうちの一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部を並列接続させ、該並列回路内の一方の汎用モータのコンデンサ部と他方の汎用モータのコンデンサ部の間に接続された第二スイッチと、
前記第二スイッチが設けられた並列回路に放電抵抗が並列接続され、該放電抵抗が設けられた並列回路に接続された第三スイッチと、を設け、
前記第一スイッチは、該第一スイッチが接続されている前記汎用モータのコンデンサ部のコンデンサ電圧が第一規定電圧に達することによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、
前記第二スイッチは、２つの前記汎用モータの第一スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替わることによりＯＦＦからＯＮに切り替わり、その後ＯＮを継続し、
前記第三スイッチは、前記第二スイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられた後にＯＦＦからＯＮに切り替えられることを特徴とするインバータ制御駆動装置。
【請求項３】
回転軸を回転させる各汎用モータの有効電流を検出するモータ電流検出器と、
該モータ電流検出器により検出された２つの前記汎用モータの電流差を検出する電流差検出手段と、を設け、
該電流差検出手段により検出された２つの前記汎用モータの電流差をなくすように、前記モータ電流検出器により検出された電流値が小さいほうの前記汎用モータのインバータ出力周波数を増加させるように制御することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置。
【請求項４】
前記放電抵抗は、前記汎用モータの回生電力および前記交流電源の電源電圧の変動による変動電力を吸収可能な定格電力を有することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置
【請求項５】
前記汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、
前記太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、
空隙に配設され前記太陽歯車及び前記内歯車に噛合する遊星歯車と、
前記回転軸に取り付けられたドリルと、
前記内歯車に取り付けられた掘削刃とを、有し、
前記ドリルおよび前記掘削刃により掘削することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置を用いた掘削機。
【請求項６】
前記汎用モータにより回転される回転軸と一体に回動する太陽歯車と、
前記太陽歯車の外周を覆うように、該太陽歯車に空隙を介して同軸状に配設されている内歯車と、
前記空隙に配設され前記太陽歯車及び内歯車に噛合する遊星歯車と、
前記回転軸の回転により回動するドリルと、
前記遊星歯車の公転運動により回動する掘削刃とを、有し、
前記ドリルおよび掘削刃により掘削することを特徴とする請求項1または２記載のインバータ制御駆動装置を用いた掘削機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１３９６２０（Ｐ２０１１−１３９６２０Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６０５８（Ｐ２０１０−１０６０５８）
【出願日】平成２２年５月５日（２０１０．５．５）
【出願人】（５０６３４３７０４）株式会社トーメック (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月５日（２０１０．５．５）
【出願人】（５０６３４３７０４）株式会社トーメック (12)
【Ｆターム（参考）】
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