驱动控制装置、电气设备以及驱动控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种能够根据负荷特性控制电气设备的转速的驱动控制装置、电气设备以及驱动控制方法。该驱动控制装置包括：物理量检测单元（71），检测与所述电机（20）的输出相关的物理量；转速判断单元（72），判断所述电机（20）的转速是否不小于基本转速；阈值选择单元（73），根据该转速判断单元（72）的判断结果选择物理量的阈值；转速控制单元（74），根据检测到的物理量和选择的阈值的大小关系来控制所述转轴的转速。
【专利说明】驱动控制装置、电气设备以及驱动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种驱动控制装置、具备该驱动控制装置的电气设备以及驱动控制方法，其中所述驱动控制装置用于驱动控制电气设备，该电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转。
【背景技术】
[0002]为了解决环境污染或工业废弃物增加等问题，创建循环型社会变得日益重要。例如，在使用以塑料为代表的合成树脂来制造成型品或成型部件的成型工厂中，通过回收成型过程中产生的被称为流道废料(sprue runner)的废弃部分或成型次品等来提高树脂材料的资源再利用率。
[0003]树脂材料的再循环中将利用粉碎机将回收的流道废料粉碎成规定大小的粉碎材料作为再循环原料。这种粉碎机为了使从进料料斗进入的流道废料(待处理物)容易陷入粉碎刀片内，作为示例，首先用粗碎刀片进行粗碎，然后利用粉碎刀片将粗碎后的材料粉碎成规定的粒状粉碎材料。许多致力于工厂内部再循环的机构广泛应用将粗碎刀片或粉碎刀片等旋转刀片固定于一个转轴上的单轴式粉碎机，因为其驱动转轴的驱动部件数量较少，结构简单。
[0004]在这种粉碎机中，投入的待处理物的种类及用途较多，有时需要将不同的待处理物粉碎成大小不同的粉碎片。为此，已公开有一种粉碎机，其可以通过检测粉碎机的驱动电机的电流，并根据检测出的电流的大小来改变逆变器的频率，以及改变驱动电机的转速来将材料粉碎成所需大小的粉碎片(参照专利文献I)。
[0005]专利文献1:日本专利公开公报特开2000-70749号
[0006]现有的粉碎机中，由于投入的待处理物数量通常不固定，有时会出现负荷状态变化较大的情况。因此，将包括驱动电机、旋转刀片和转轴的粉碎机的驱动系统设计成具有相当大幅度的最大转矩的驱动系统。另外，考虑到负荷变化，粉碎机将以恒定转矩特性运行以便始终保持最大转矩，但在正常运行中其被设计成始终具有一定幅度且极少在最大转矩附近运行。因此，造成以低负荷率运行大容量(大额定容量)驱动驱动电机，从而存在不能充分节能运行的问题。另外，这种处理多种负荷的装置并不限于粉碎机，也适用于产业机械中使用的其他电气设备，而在此类电气设备中也存在如上问题。
【发明内容】
[0007]本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够根据负荷特性控制电气设备转速的驱动控制装置、具备该驱动控制装置的电气设备以及驱动控制方法。
[0008]根据第一方面的一种驱动控制装置是用于控制电气设备的驱动的驱动控制装置，该电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，该驱动控制装置包括:物理量检测单元，检测与所述电动机的输出相关的多个物理量；存储单元，存储物理量的阈值；转速判断单元，判断所述电动机的转速是否不小于基本转速；选择单元，根据该转速判断单元的判断结果选择每个物理量的阈值；控制单元，根据由所述物理量检测单元检测到的物理量与由所述选择单元选择的阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0009]在第二方面中，在根据第一方面的所述驱动控制装置中，所述物理量检测单元检测所述电动机的输出，所述选择单元在所述电动机的转速不小于所述基本转速时选择特定的功率阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测出的输出与所述特定功率阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0010]在第三方面中，在根据第一方面的所述驱动控制装置中，所述物理量检测单元检测与所述电动机转矩相关的特征量，所述选择单元在所述电动机的转速不小于所述基本转速的情况下选择特定的转矩量阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测出的特征量与所述特定的转矩量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0011]根据第四方面的一种驱动控制装置是用于控制电气设备的驱动的驱动控制装置，该电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，该驱动控制装置包括:物理量检测单元，检测与所述电动机的转矩相关的特征量；阈值计算单元，计算针对所述特征量的特征量阈值；控制单元，在所述电动机的转速不小于基本转速时，根据所述物理量检测单元检测出的特征量与所述阈值计算单元计算出的特征量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0012]在第五方面中，根据第四方面的所述驱动控制装置还包括:频率检测单元，对所述逆变器转换的频率进行检测；其中所述阈值计算单元根据所述频率检测单元检测到的频率和对应于所述基本转速的基准阈值来计算特征量阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测到的特征量与所述阈值计算单元计算出的特征量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0013]在第六方面中，在第四方案的所述驱动控制装置中，在所述电动机以不小于所述基本转速的转速运行时、所述物理量检测单元检测出的特征量大于所述特征量阈值的情况下，所述控制单元降低所述转轴的转速。
[0014]在第七方面中，在根据所述第四方面的所述驱动控制装置中，在所述电动机以不小于所述基本转速的转速运行时、所述物理量检测单元检测出的特征量小于所述特征量阈值的情况下，所述控制单元提高所述转轴的转速。
[0015]根据第八方面的一种驱动控制装置是用于控制电气设备的驱动的驱动控制装置，该电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源频率的逆变器来驱动的电动机来带动其旋转，该驱动控制装置包括:物理量检测单元，检测所述电动机的输出；阈值计算单元，计算所述电动机输出的功率阈值；控制单元，在所述电动机的转速不大于基本转速时，根据所述物理量检测单元检测出的输出与所述阈值计算单元计算出的功率阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0016]在第九方面中，根据第八方面的所述驱动控制装置还包括:频率检测单元，对所述逆变器转换的频率进行检测；其中所述阈值计算单元根据所述频率检测单元检测到的频率及对应于所述基本转速的基准阈值来计算功率阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测出的输出与所述阈值计算单元计算出的功率阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。[0017]在第十方面中，在根据第八方面的所述驱动控制装置中，在所述电动机以不大于所述基本转速的转速运行时、所述物理量检测单元检测出的输出大于所述功率阈值的情况下，所述控制单元降低所述转轴的转速。
[0018]在第十一方面中，在根据第八方面的所述驱动控制装置中，在所述电动机以不大于所述基本转速的转速运行时、所述物理量检测单元检测出的输出小于所述功率阈值的情况下，所述控制单元提高所述转轴的转速。
[0019]在第十二方面中，根据第一至第十一方面中的任意一个方面的所述驱动控制装置，还包括:判断单元，其使所述逆变器将交流电源的频率转换为低于该频率的低频率，并使所述旋转体执行所需要的处理以便判断能否由该旋转体进行该处理。
[0020]在第十三方面中，根据第十二方面的所述驱动控制装置，还包括:统计值计算单元，其通过收集与所述物理量检测单元检测出的转矩相关的特征量来计算统计值，并且所述判断单元根据所述统计值计算单元计算出的统计值对能否进行所述处理进行判断。
[0021]根据第十四方面的一种电气设备，包括:转换交流电源的频率的逆变器、由该逆变器驱动的电动机、安装在通过该电动机旋转的转轴上的旋转体，以及根据前述任一方面所述的驱动控制装置，其中所述驱动控制装置控制所述转轴的转速。
[0022]根据第十五方面的一种驱动控制方法是一种包括安装于转轴上的旋转体的电气设备的驱动控制方法，该转轴是由转换交流电源频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，该驱动控制方法包括以下步骤:检测步骤，检测与所述电动机的输出相关的多个物理量；判断步骤，利用存储物理量的阈值，判断所述电动机的转速是否不小于基本转速；选择步骤，根据判断步骤获得的判断结果选择每个物理量的阈值；控制步骤，根据检测到的物理量与选择的阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0023]根据第十六方面的一种驱动控制方法是一种具有安装于转轴上的旋转体的电气设备的驱动控制方法，该转轴是由转换交流电源频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，该驱动控制方法包括以下步骤:检测步骤，检测与所述电动机的转矩相关的特征量；计算步骤，计算针对所述特征量的特征量阈值；控制步骤，当所述电动机的转速不小于所述基本转速时，根据检测到的特征量与计算得出的特征量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0024]根据第十七方面的一种驱动控制方法是一种具有安装于转轴上的旋转体的电气设备的驱动控制方法，该转轴是由转换交流电源频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，该驱动控制方法包括如下步骤:检测步骤，检测所述电动机的输出；计算步骤，计算针对所述电动机的输出的功率阈值；控制步骤，当所述电动机的转速不大于所述基本转速时，根据检测到的输出与计算得出的功率阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
[0025]在第一方面及第十五方面中，包括:物理量检测单元，检测与电动机的输出相关的多个物理量；存储单元，存储针对所述物理量的阈值；转速判断单元，判断电动机的转速是否不小于基本转速；选择单元，根据转速判断单元的判断结果选择针对每个物理量的阈值；控制单元，根据检测到的物理量与选择的阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。与电动机的输出相关的物理量为例如电动机(电机)的转矩、转矩电流、负荷电流或者输出功率(电机输出)等。如果作为物理量检测出的是电动机的转矩电流或电动机的负荷电流，则只要将检测出的转矩电流或负荷电流转换为转矩即可。基本转速为根据由逆变器向电动机输出的基本频率(例如，50Hz或60Hz)及电动机的极数所确定的同步转速。由于确定的电动机的基本转速和逆变器的基本频率是唯一的，因此利用转速判断单元判断电动机的转速是否不小于基本转速等同于判断逆变器的频率是否不小于基本频率。
[0026]由逆变器控制的电动机的输出特性，在转速在基本转速以下(S卩，基本频率以下的频率)时具有恒定转矩特性，在转速在基本转速以上(即，基本频率以上的频率)时具有恒定输出特性(恒定输出功率特性)。也就是说，转速判断单元判断电动机是在恒定转矩区域中运行还是在恒定输出区域中运行。选择单元根据转速判断单元的判断结果来选择物理量的阈值。例如，如果判断结果为电动机的转速在基本转速以上时(即，判断电动机在恒定输出区域中运行时)，选择电动机的输出功率(物理量)的功率阈值。而当电动机在恒定输出区域中运行时，由于电动机的输出功率是恒定的，因此可以使用特定(固定值)的功率阈值。另夕卜，如果判断结果为电动机的转速小于基本转速时(即，判断电动机在恒定转矩区域中运行时)，选择电动机的转矩(物理量)的转矩阈值。当电动机在恒定转矩区域中运行时，由于电动机的转矩是恒定的，因此可以使用特定(固定值)的转矩阈值。
[0027]控制单元根据检测出的物理量与选择的阈值之间的大小关系来控制电气设备的转轴的转速。特别地，如果电动机在恒定输出区域中运行，作为物理量检测的是电动机的输出功率(输出)，并根据检测出的输出功率与功率阈值之间的大小关系来控制电动机的转速。电动机的转矩Tm可以用Tm=aXPW/Vf表示。其中，a是根据电动机的结构决定的系数，PW是电动机的输出功率，Vf是电动机的电机轴的转速。在恒定输出区域中运行的电动机的转矩根据负荷状态发生变化时，假设电动机的转速不发生变化时，则电动机的输出功率发生变化。因此，检测出的输出功率(输出)比功率阈值小时，由于负荷较轻，所以通过增加电气设备的转轴的转速来提高粉碎处理能力。可选地，如果检查出的输出功率比功率阈值大时，由于负荷较重，所以通过降低转速来增加转矩，以防止超负荷停止。
[0028]另一方面，如果电动机在恒定转矩区域中运行，作为物理量检测的是电动机的转矩(或者与转矩相关的转矩电流或者负荷电流等)，根据检测出的转矩与转矩阈值之间的大小关系来控制电气设备的转轴的转速。此外，控制电气设备的转轴的转速等同于控制逆变器的输出电压的频率或者控制电动机的电机轴的转速。
[0029]如上所述，如果电动机以基本转速以上的转速运行，在根据负荷状态控制电气设备的转轴的转速的情况下，能够仅通过比较检测出的输出功率(物理量)与功率阈值之间的大小关系就可以按照负荷控制电动机的转速。例如，可以通过使用仅输出电动机的输出功率这样的成本较低的逆变器来控制电气设备的转速。另外，由于电动机的恒定输出区域中的转矩值根据转速而变化，所以当对检测出的转矩和阈值进行比较时，需要根据电动机的转速使用不同的阈值。因此，在控制电动机的转速时，需要计算适应于转速的阈值，计算处理导致了结构的增加，从而造成成本的提高。通过比较检测出的输出功率(物理量)与功率阈值之间的大小关系，不再需要计算转矩的阈值，可以实现降低成本，能够以简单的结构根据负荷特性控制电气设备的转速。
[0030]在第二方面中，物理量检测单元检测电动机的输出(输出功率)，当电动机的转速不小于基本转速时(即，电动机在恒定输出区域中运行时)，选择单元选择特定(固定值)的功率阈值。控制单元根据检测出的输出功率与特定的功率阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。当电动机以不小于基本转速的转速运行时，在根据负荷状态控制转速的情况下，能够仅通过比较检测出的输出功率(物理量)与特定的功率阈值之间的大小关系就可以按照负荷控制电动机的转速。因此，不再需要计算阈值，能够以简单的结构根据负荷特性控制电气设备的转速。
[0031]在第三方面中，检测与电动机的转矩相关的特征量。与转矩相关的特征量是指转矩、转矩电流、负荷电流等。电动机的转速不小于基本转速时(即，电动机在恒定转矩区域中运行时)，选择特定(固定值)的转矩量阈值。控制单元根据检测出的特征量与特定的转矩阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。电动机以不大于基本转速的转速运行时，在根据负荷状态控制转速的情况下，能够仅通过比较检测出的转矩(物理量)相关的特征量与转矩阈值之间的大小关系就可以按照负荷控制电动机的转速。因此，不再需要计算阈值，能够以简单的结构根据负荷特性控制电气设备的转速。
[0032]在第四方面以及第十六方面中，包括:物理量检测单元，检测与电动机的转矩相关的特征量；阈值计算单元，计算针对特征量的特征量阈值；控制单元，当电动机以基本转速以上的转速运行时，根据检测出的特征量与特征量阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。与转矩相关的特征量是指，例如电动机(电机)的转矩本身、转矩电流或者负荷电流。作为特征量检测的是电动机的转矩电流或者电动机的负荷电流时，将检测出的转矩电流或者负荷电流转换为转矩即可。基本转速是根据由逆变器向电动机输出的基本频率(例如，50Hz或60Hz)和电动机的极数来确定的同步转速。换句话说，唯一确定的是电动机的电机轴的基本转速和逆变器的频率。
[0033]由逆变器控制的电动机的输出特征，在转速不大于基本转速时其具有恒定转矩特性，在转速不小于基本转速时则具有恒定输出特性(恒定输出功率特性)。如果电动机以基本转速以上的转速运行，即在恒定输出区域中运行时，控制单元可以根据检测出的与转矩相关的特征量以及特征量阈值(例如，转矩阈值、转矩电流阈值或负荷电流阈值)之间的大小关系来控制转轴的转速。例如，若检测出的与转矩相关的特征量小于特征量阈值，由于负荷较轻，因此通过增加转速来提高粉碎处理能力。可选地，若检测出的与转矩相关的特征量大于特征量阈值，由于负荷较重，因此通过降低转速来增加转矩，进而防止超负荷停止。由此，能够实现适应于负荷特性的转矩特性，并且得到最大处理能力，由于可以根据负荷变化来转换转矩，所以不需要预先设置大容量(大额定容量)的电动机，也不需要大容量的电动机以低负荷率进行运行，因此可使用低价格、低容量的电动机，同时达到节能的目的。此外，根据负荷特性可以控制电气设备的转速。
[0034]在第五方面中，阈值计算单元基于由逆变器转换的频率以及对应于基本转速的基准阈值计算特征量阈值。对应于基本转速(基本频率)的基准阈值Tc是指恒定转矩区域中的恒定的转矩阈值。将由逆变器进行转换了的频率视为F，频率F中的特征量阈值Tf可以根据以下公式来计算=Tf=TcX基本频率/F。也就是说，基本频率(例如，50Hz或60Hz)以上的频率的特征量阈值随着频率的增加而减少，能够根据恒定输出区域中的电动机的转矩曲线求出阈值。控制单元根据检测出的特征量与计算出的特征量阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。由于能够根据电动机的转矩曲线求出阈值，所以即使在电气设备的转轴的转速根据负荷的变化发生变化时，依然可以使用适应于负荷变化的阈值，能够在优化电气设备的转轴的转速的同时输出最佳转矩来进行运行。
[0035]在第六方面中，当电动机以不小于基本转速的转速运行时，即，电动机在恒定输出区域中运行，如果检测出的特征量大于特征量阈值，控制单元降低转轴的转速。例如，如果由于负荷变化造成检测出的转矩(特征量)超过特征量阈值时，通过降低转轴的转速来增加转矩。由此，即使在重负荷的情况下，也可以获得所需要的转矩，使之应对负荷变化，防止超负荷停止。
[0036]在第七方面中，当电动机以不小于基本转速的转速运行时，也就是说，电动机在恒定输出区域中运行，若检测出的特征量小于特征量阈值，控制单元增加转轴的转速。例如，如果由于负荷变化造成检测出的转矩(特征量)小于特征量阈值，通过增加转轴的转速来降低转矩。由此，即使在轻负荷的情况下，也可以在保持所需转矩的同时增加转速，使之应对负荷变化，提高粉碎处理能力。
[0037]在第八方面以及第十七方面中，包括:物理量检测单元，检测电动机的输出(输出功率)；阈值计算单元，计算针对电动机的输出的功率阈值；控制单元，当电动机以不大于基本转速的转速运行时，根据检测出的输出与功率阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。基本转速为根据由逆变器向电动机输出的基本频率(例如，50Hz或60Hz)和电动机的极数所确定的同步转速。换句话说，唯一确定的是电动机的电机轴的基本转速和逆变器的频率。
[0038]由逆变器控制的电动机的输出，在转速不大于基本转速时其具有恒定转矩特性，在转速不小于基本转速时则具有恒定输出特性(恒定输出功率特性)。如果电动机以不高于基本转速的转速运行，也就是说，在恒定转矩区域中运行，控制单元根据检测出的输出功率(输出)与功率阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。电动机的转矩Tm可由Tm=aXPw/Vf表示。其中，a是根据电动机的结构确定的系数，Pw是电动机的输出功率，Vf是电动机的电机轴的转速。在恒定转矩区域中运行的电动机的转矩根据负荷状态发生变化时，假设电动机的转速不发生变化，则电动机的输出功率发生变化。
[0039]因此，如果检测出的输出功率比功率阈值小，由于负荷较轻，所以通过增加转速来提高粉碎处理能力。可选的，如果检测出的输出功率比功率阈值大，由于负荷较重，所以通过降低转速来增加转矩，进而防止超负荷停止。由此，获得适应于负荷特性的转矩的同时，能够实现最佳转速，从而得到最大的处理能力。因此，不再需要预先设置大容量(大额定容量)电动机。另外，也不需要大容量的电动机以低负荷率运行，所以可使用低价格、低容量的电动机，进而实现节能的目的。另外，可以根据负荷特性控制电气设备的转速。
[0040]在第九方面中，阈值计算单元基于由逆变器转换后的频率以及对应于基本转速的基准阈值来计算功率阈值。对应于基本转速(基本频率)的基准阈值Pc是指恒定输出区域中的恒定的功率阈值。如果将由逆变器转换后的频率视为F，则频率F的功率阈值Pf可以通过以下公式来计算=Pf=PcXF/基本频率。具体地，基本频率(例如，50Hz或60Hz)以下的频率的功率阈值随着频率的增加而增加，并且可以根据恒定转矩区域中的电动机的输出功率曲线求出阈值。控制单元根据检测出的输出功率与计算出的功率阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。由于可以根据电动机的输出功率曲线求出阈值，因此即使电气设备的转轴的转速根据负荷变化而变化，依然可以使用适应于负荷变化的阈值。因此，能够在优化电气设备的转轴的转速的同时，输出最佳转矩来进行运行。
[0041]在第十方面中，电动机以基本转速以下的转速运行时，即电动机在恒定转矩区域中运行，如果检测出的输出功率大于功率阈值，控制单元将降低转轴的转速。例如，如果依据负荷变化检测出的输出功率大于功率阈值，通过降低转轴的转速来增加转矩。由此，即使在重负荷的情况下，也可以获得所需要的转矩，使之应对负荷变化，从而防止超负荷停止。
[0042]在第十一方面中，电动机以基本转速以下的转速运行时，即电动机在恒定转矩区域中运行，如果检测出的输出功率小于功率阈值，控制单元将增加转轴的转速。例如，如果依据负荷变化检测出的输出功率低于功率阈值，通过增加转轴的转速来降低转矩。由此，即使在轻负荷的情况下，也可以在维持所需要的转矩的同时增加转速，使之应对负荷变化，从而提高粉碎处理能力。
[0043]在第十二方面中，包括:判断单元，其使逆变器将交流电源的频率转换成低于该频率的低频率，并使旋转体执行所需要的处理以具备判断能否由该旋转体进行处理的判断单元。低频率区域是指例如几个Hz至20Hz左右的频率范围。优选的，低频率区域是交流电源(50Hz或60Hz的商用频率)的10%左右，可以是5Hz或6Hz土几Hz (赫兹)。如果电气设备为具有一个或者多个转轴的粉碎机时，所需要的处理是用旋转刀片来粉碎待粉碎物。此夕卜，电气设备不局限于粉碎机。
[0044]以逆变器的输出频率作为商用频率(50Hz或者60Hz)运行时，在执行所需要的处理，例如，在粉碎待粉碎物时，发生过度超负荷导致将大负荷施加到旋转刀片(转轴)上。与转轴相比，由于高速旋转的电机轴(电动机轴)的惯性大，所以在转轴上施加超负荷时，通过高速旋转的电机轴的大惯性，产生远远超过电动机的转矩(由电动机的驱动电流驱动的转矩)的附加惯性转矩(惯性力矩和角加速度的乘积)，实际转矩(实际上施加到负荷的转矩)是电动机的转矩与附加惯性转矩的总值。具体而言，如果用商用频率运行逆变器，实际转矩不只是电动机的转矩，而是将电动机的转矩和附加惯性转矩叠加的巨大的转矩。因此，如现有技术根据电动机的转矩是否在容许范围内来判断可否粉碎待粉碎物的话，由于实际上在负荷上施加了意想不到的大转矩，所以可能会发生实际转矩超过容许范围的情形。
[0045]另一方面，施加在负荷上的转矩(实际转矩)即切断待粉碎物的力是恒定的，而无关于转轴(旋转刀片)的转速(逆变器的输出频率)的大小关系。因此，通过使逆变器在输出频率处于低频率区域的状态下运行，减小(降低)电机轴的转速，从而大大减少附加惯性转矩的影响，以致电动机的转矩在接近实际转矩的状态下粉碎待粉碎物。在此情况下，通过判断电动机的转矩是否在容许范围内，可以大致判断在粉碎待粉碎物时实际转矩是否在容许范围内。由此，即使将逆变器的输出频率设定为商用频率、商用频率以上或者商用频率以下，也会对实际转矩是否在容许范围内进行判断。所以，即使发生过度超负荷，也不会发生实际转矩超过容许范围的现象，可以准确地判断是否可以粉碎该待粉碎物。此外，也可以使用电动机的转矩电流或者负荷电流等来替代电动机的转矩。
[0046]在第十三方面中，包括:统计值计算单元，其通过采集与检测出的转矩相关的特征量来计算统计值。判断单元用来判断是否可以基于算出的统计值进行处理。与转矩相关的特征量，除了电动机的转矩之外，还可以是，例如，电动机的转矩电流或者负荷电流等。统计值可以是，例如，通过检测物理量(例如，转矩)的多个峰值并计算所检测到的峰值的平均值或者最大值而得到。判断单元根据算出的特征量的统计值是否在容许范围内(例如在容许转矩范围内)来判断是否进行所需要的处理，例如判断是否可以粉碎。作为特征量检测的是电动机的转矩电流或者负荷电流时，将检测出的转矩电流或者负荷电流转换为转矩即可。由于是在考虑了根据待粉碎物的粉碎、破碎状态而变化的特征量(例如，转矩)偏差的基础上，判断特征量是否在容许范围内，因此可以通过利用统计值来准确地判断是否可以粉碎待粉碎物。
[0047]在第十四方面中，包括:逆变器，转换交流电源的频率；电动机，由逆变器驱动；旋转体，安装于由电动机带动旋转的转轴上；以及如上所述的驱动控制装置。驱动控制装置控制转轴的转速。由此，可以根据负荷特性来控制转轴的转速。另外，能够在使用低价格、低容量的电动机的同时，实现节能的目的。
[0048]本发明可以根据负荷特性控制电气设备的转速。另外，在使用低价格、低容量的电动机的同时，能够实现节能的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1为示出根据第一实施方式的包括驱动控制装置的粉碎机的设置示例的概况的外观立体图。
[0050]图2为根据第一实施方式的粉碎机主体的一个实施例的主要部分平面图。
[0051]图3为第一实施方式的粉碎机的电路结构的一个实施例的框图。
[0052]图4为示出逆变器的输出电流波形的一个实施例的时序图。
[0053]图5为示出现有粉碎机的转轴的转速与逆变器的频率之间的关系的说明图。
[0054]图6为示出由现有逆变器所控制的电机的输出特性的一个实施例的说明图。
[0055]图7为示出第一实施方式的粉碎机的电机的输出特性的一个实施例的说明图。
[0056]图8为示出第一实施方式的粉碎机的选择阈值的实施例的说明图。
[0057]图9为根据第二实施方式的粉碎机的电路结构的一个实施例的框图。
[0058]图10为示出第二实施方式的粉碎机的转矩阈值的一个实施例的说明图。
[0059]图11为示出第二实施方式的粉碎机的电机的输出特性的一个实施例的说明图。
[0060]图12为示出电动机的负荷率与功率因数之间的关系的说明图。
[0061]图13为示出第二实施方式的粉碎机的运行时的特性的一个实施例的说明图。
[0062]图14为根据第三实施方式的粉碎机的电路结构的一个实施例的框图。
[0063]图15为示出第三实施方式的粉碎机的功率阈值的一个实施例的说明图。
[0064]图16为根据第四实施方式的粉碎机的电路结构的一个实施例的框图。
[0065]图17为当逆变器的输出频率为6Hz时相对额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图。
[0066]图18为当逆变器的输出频率为20Hz时相对额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图。
[0067]图19为当逆变器的输出频率为40Hz时相对额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图。
[0068]图20为当逆变器的输出频率为60Hz时相对额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图。
[0069]图21为示出逆变器的输出频率和负荷率之间的对应关系的一个实施例的说明图。
[0070]图22为示出转矩值的修正的一个实施例的说明图。
[0071]图23为根据第五实施方式的粉碎机主体的一个实施例的主要部分截面图。【具体实施方式】
[0072](第一实施方式)
[0073]下面，将参照示出本发明实施方式的附图对本发明进行说明。图1为示出根据第一实施方式的包括驱动控制装置的粉碎机100的设置示例的概况的外观立体图。以下，以粉碎机100为例对电气设备进行说明。应当注意，电气设备不仅限于粉碎机100。粉碎机100包括粉碎机主体50、逆变器40、电机(电动机)20、减速器30和控制单元70。其中，所述粉碎机主体50装备有壳体，所述逆变器40用于转换由50Hz或者60Hz的商用电源来供电的交流电源的频率(基本频率)并输出转换后频率的交流电压，所述电机(电动机)20由逆变器40输出的交流电压来驱动，所述减速器30对电机20的电机轴的转速进行减速，所述控制单元70是控制粉碎机100运行的驱动控制装置。粉碎机100具有横向放置于壳体内的转轴，该转轴以由减速器30减速后的转速旋转。在粉碎机100中，通过安装于壳体内的转轴上的旋转刀片和配置于壳体内的固定刀片的协作来粉碎待处理物。此外，在下文的说明中，虽然所叙述的结构是将作为驱动控制装置的控制单元70组装于作为电气设备的粉碎机内，但也可以将控制单元70与粉碎机分离，使之作为单独的设备。
[0074]粉碎机主体50装备有上下开口的壳体。粉碎机主体50通过螺栓等固定于中心部分开口的金属制支承台I上。支承台I的下侧配置有安装于粉碎机主体50的下部的材料容纳部分。
[0075]在粉碎机主体50的上方设有近似S型的进料料斗60。进料料斗60的下侧边缘上设有开闭用轴(未图示)，通过使进料料斗60围绕轴旋转约90度，可以打开粉碎机主体50的上方。打开进料料斗60的内部,将从装料口 61投入的待处理物(流道废料(Sprue runner))供给粉碎机主体50。
[0076]图2为第一实施方式的粉碎机主体50的一个实施例的主要部分平面图。如图2所示，在支承台I的上表面相对设置有间隔适当距离的一对金属制固定侧壁2、2，在固定侧壁2、2的两侧上配置有一对由固定侧壁2、2夹住的金属制摆动侧壁3、3，从而固定侧壁2、2和摆动侧壁3、3构成壳体。然后，粉碎机主体50的壳体的上下两侧均开口。
[0077]在一个固定侧壁2的大致中心位置上安装有轴承10，在另一个固定侧壁2上安装有电机20和减速器30。应当注意，图2中省略了逆变器40和控制单元70。减速器30包括小齿轮以及车轮(齿轮)等，以便对电机20的电机轴的转速进行减速，并且以减速后的转速使粉碎机主体50的转轴(未图示)旋转。转轴横向配置于固定侧壁2、2之间。由此，粉碎机主体50的转轴与电机20的电机轴连动地同时旋转。
[0078]由固定侧壁2、2以及摆动侧壁3、3所围成的空间内容纳有作为安装于转轴上的旋转刀片的粗碎刀片4、4以及粉碎刀片6、6、6。粗碎刀片4、4从转轴的圆周面呈圆弧状突出。即，粗碎刀片4、4分别朝向旋转方向呈前端部(刀锋部)弯曲的臂状，以适当的间隔配置于转轴的轴方向上。粉碎刀片6、6、6配置于固定侧壁2和粗碎刀片4之间以及粗碎刀片4、4之间，其沿着转轴方向以特定间隔形成环状凹槽，相邻的环状凹槽间的环状突起部的外圆周面形成齿状。
[0079]摆动侧壁3、3能够围绕与转轴平行的摆动轴(未图示)摆动，通过打开摆动侧壁3、3使壳体内部向上打开。而在摆动侧壁3的内表面，朝内向下倾斜地固定包括矩形板状的第一固定刀片7a和第二固定刀片7b的固定刀片7，其中第一固定刀片7a和第二固定刀片7b与各个粗碎刀片4以及各个粉碎刀片6共同来粉碎待处理物(流道废料)。
[0080]第一固定刀片7a的长度方向的尺寸与粉碎刀片6的轴向方向的尺寸大致相同；第一固定刀片7a在沿长度方向的边缘部分上具有形成凹凸状的齿形部分，使之与粉碎刀片6的刀片边缘相咬合；并且通过螺栓9固定在摆动侧壁3的内表面。另外，在沿宽度方向并接近粗碎刀片4的边缘部分上，第一固定刀片7a具有通过与粗碎刀片4的协作来粉碎待处理物的齿形部分。
[0081 ] 第二固定刀片7b在长度方向的尺寸与摆动侧壁3的轴向方向的尺寸大致相同，第二固定刀片7b在沿长度方向且接近粗碎刀片4的边缘部分处具有通过与粗碎刀片4的协作粉碎待处理物的齿形部分。第二固定刀片7b通过螺栓(未图示)以与第一固定刀片7a的另一个长度方向的边缘部分相抵接的方式固定在摆动侧壁3的内表面。
[0082]在摆动侧壁3的内表面以及固定刀片7的下方设置了粗碎刀片罩(未图示)，从而防止虽被粗碎刀片4、4粗碎但没有被粉碎成规定大小的待处理物被排出。粗碎刀片罩设置有在其内侧形成的圆弧状的凹槽，使得粗碎刀片罩能够覆盖粗碎刀片4、4的旋转轨道。
[0083]在另一摆动侧壁3的内表面上，通过螺栓8、8、8朝内向下倾斜地固定有大致呈矩形的板状刮刀5，其用于将由粉碎刀片6、6、6刮落粉碎成规定大小(粒形)的粉碎材料排出到壳体下方的材料容纳部分。
[0084]刮刀5在粗碎刀片4、4旋转的部分形成矩形切口，而在沿长度方向且接近粉碎刀片6、6、6的一个边缘上形成呈凹凸状的刮落部分使之与粉碎刀片6的刀片边缘咬合。
[0085]在摆动侧壁3的内表面上且在刮刀5的下方设置了粗碎刀片罩，以便防止虽被粗碎刀片4、4粗碎但没有被粉碎成规定大小的待处理物的排出。粗碎刀片罩配置有在其内侧形成的圆弧状的凹槽，该粗碎刀片罩能够覆盖粗碎刀片4、4的旋转轨道。当关闭两侧的摆动侧壁3、3时，各粗碎刀片罩在一端相互抵接而形成覆盖粗碎刀片4、4的旋转轨道的空间，从而防止待处理物的未粉碎部分的排出。
[0086]在由固定侧壁2以及摆动侧壁3构成的壳体的四个角处，设置了锁定部件13，其中每个锁定部件13具有将摆动侧壁3、3固定在固定侧壁2、2上的锥面。这样，通过由锥面夹紧的固定侧壁2和摆动侧壁3的端部来紧固拧入锁定部件13的杠杆12，能够将摆动侧壁
3、3固定在固定侧壁2、2上。各摆动侧壁3可通过抓握固定在摆动侧壁3上的手柄14来开关。
[0087]当粉碎待处理物时，通过紧固杠杆12将摆动侧壁3、3固定在固定侧壁2、2上。在将待处理物投入到配置于壳体上部的进料料斗60中之后，此时接通逆变器40的电源，转轴以规定的转速进行旋转，以转动粗碎刀片4和粉碎刀片6。粗碎刀片4和粉碎刀片6的旋转方向为从上向下与固定刀片7相咬合,且从下向上与刮刀5相咬合的方向。
[0088]由此，首先通过粗碎刀片4和固定刀片7的协作将待处理物粗碎成成容易陷入粉碎刀片6的大小。然后，粗碎后的待处理物由粉碎刀片6和第一固定刀片7a的协作粉碎成规定大小的粉碎材料，并且随着粉碎刀片6的旋转传送到壳体的下方，以便从材料容纳部分排出。另外，被粉碎为规定大小但因静电附着在粉碎刀片6侧面上的一部分粉碎材料通过粉碎刀片6与刮刀5的协作在刮刀5的下表面被刮落，以便被排出到材料容纳部分。
[0089]由粗碎刀片4所粗碎的待处理物的一部分通过粗碎刀片4的旋转被传送到固定刀片7的下方，但由于粗碎刀片罩的阻挡，再次被传送到各粉碎刀片6的上方，并防止了被错误地排出到材料容纳部分。
[0090]图3为第一实施方式的粉碎机100的电路结构的一个实施例的框图。如图3所示，逆变器40将50Hz或60Hz的交流电压转换为所需的频率，并将转换频率后的输出电压提供给电机20。电机20，例如，可以是感应电动机，依据由逆变器40提供的交流电压来驱动。电机20的电机轴的转速通过减速器30减速，粉碎机主体50的转轴以通过减速器30减速后的转速进行旋转。
[0091]逆变器40获取关于电机20的输出的物理量，并将获取的物理量输出到控制单元70。关于电机20的输出的物理量例如是电机20的转矩(驱动转矩)、电机20的转矩电流、电机20的负荷电流、或电机20的输出功率等。如果作为物理量检测到的是电机20的转矩电流或电动机的负荷电流时，可以将检测出的转矩电流或负荷电流转换为转矩。逆变器40不需要输出上述所有物理量，而可以只输出转矩、转矩电流、负荷电流或者和输出功率中的至少一个即可。另外，在下文的说明中，与转矩相关的特征量是指电机20的转矩或转矩电流，或者电机的负荷电流等。
[0092]逆变器40可以依据输出到电机20的输出电流得到电机20的转矩。更具体而言，由于电机20的输出电流是对应于电机20的转矩的转矩电流(有效电流)成分和无助于转矩的无效电流成分的总和，所以可基于从输出电流中减去无效电流成分所获得的转矩电流求出电机20的转矩。
[0093]图4为逆变器40的输出电流波形的一个实施例的时序图。在图4中，横轴表示时间，纵轴表示逆变器40的输出电流。逆变器40的输出电流可以用粉碎机主体50不进行待处理物的粉碎的无负荷状态下的无效电流与进行待处理物的粉碎的负荷状态下的转矩电流(有效电流)之和来示出。在图4所示的例子中，应当理解，转矩电流随时间的变化而变化，从而改变在粉碎待处理物的过程中产生的转矩。应当注意，输出电流的波形仅是一个示例，其波形并不局限于图4所示的示例。
[0094]可用Vf = 120XF/S来表示逆变器40的输出频率和电机轴的转速之间的关系。其中，Vf是电机20的电机轴的转速，S是电机20的极数，F为逆变器40的输出频率。例如，在电机20为4极，逆变器40的输出频率F为50Hz的情况下，电机轴的转速Vf变为1500rpm，在逆变器40的输出频率F为60Hz的情况下，电机轴的转速Vf变为1800rpm。
[0095]减速器30的减速比例如是1/160，与现有减速器的减速比(例如1/80)相比增大了减速的比例。
[0096]接着，对由逆变器控制的电动机的输出特性进行说明。图5为示出了现有粉碎机的转轴的转速与逆变器的频率之间的关系的说明图，图6为示出了现有由逆变器控制的电动机的输出特性的一个实例的说明图。如图5所示，现有减速器使用1/80左右的减速比。如设定逆变器的输出电压的基本频率为50Hz，则4极电机的电机轴的转速(基本转速)为1500rpm,以1/80的减速比进行减速的粉碎机的转轴的转速为18.75rpm。或者，如设定逆变器的输出电压的基本频率为60Hz，4极电机的电机轴的转速(基本转速)为1800rpm，以1/80的减速比进行减速的粉碎机的转轴的转速为22.5rpm。
[0097]在图6中，横轴表不逆变器的频率和粉碎机的转轴的转速,纵轴表不电动机的输出转矩和输出功率。如图6所示，以22.5rpm的转速改变电动机的输出特性，该22.5rpm的转速即是对应于设定逆变器的频率(基本频率)为60Hz时所获得的电机的电机轴的1800rpm基本转动频率的粉碎机的转轴的转速22.5rpm为边界，电动机的输出特性发生改变。在等于或低于基本转速(即对应于转轴的转速为22.5rpm的基本转速)的频率下，呈现恒定转矩特性；在等于或大于基本转速的频率下，呈现恒定输出特性。
[0098]在图6中，如用实线表示的电机的转矩曲线(转矩特性)所示，电机的转矩在恒定转矩区域中是恒定的，在恒定输出区域中则随着逆变器的频率增加而逐渐减小。在恒定输出区域中的电机的转矩曲线上，电机的输出功率是恒定的。
[0099]另外，在图6中，如用虚线表示的电机的功率曲线(输出功率特性)所示，电机的输出功率在恒定转矩区域中随着逆变器的频率增加而逐渐增加，在恒定输出区域中则是恒定的。而在恒定输出区域中随着逆变器的频率增加而逐渐减小。恒定转矩区域中的电机的功率曲线上，电机的转矩是恒定的。
[0100]现有的粉碎机中，为提高粉碎处理能力，使转轴的转速维持在一定程度之上，同时为应对由多种多样的负荷所产生的负荷变化，将减速器的减速比设定为1/80左右以便能够获得足够大的转矩。这是因为，如果进一步增加减速比(即进一步增加减速比例的情况)，对应于电机的基本转速的粉碎机的转轴的转速变小，从而可以获得的恒定转矩特性的频率范围变窄。此外，在增加转轴的转速时，呈现出恒定输出特性，因此无法获得足够大的转矩。
[0101]图7为示出第一实施方式的粉碎机100的电机20的输出特性的一个实施例的说明图。在图7中，横轴表示逆变器40的频率和粉碎机100的转轴的转速，纵轴表示电机20的输出转矩和输出功率。在图7中，实线表不第一实施方式的粉碎机100的电机20的转矩曲线(转矩特性)，虚线表示粉碎机100的电机20的功率曲线(输出功率特性)。另外，细虚线表示图6中例示的现有粉碎机的电机的转矩曲线(转矩特性)。
[0102]如图7中的细虚线所示，现有粉碎机的电机在粉碎机的转轴的转速等于或小于22.5rpm时具有恒定转矩特性，而在粉碎机的转轴的转速等于或大于22.5rpm时具有恒定输出特性，即转矩随着转速的增加而减少。现有粉碎机以恒定转矩特性运行，从而将负荷变化估计在内而始终获得最大的转矩，但现有粉碎机在正常运行中极少在最大转矩附近运行，其被设计成始终运行于一定幅度内。因此，具有大电容(例如，0.75kff)的电机以低负荷率运行，以致不能充分节能。
[0103]另一方面，如图7中的实线所示，第一实施方式中的粉碎机100的电机20包括其减速比为1/160的减速器30，该减速器30的1/160减速比是高于传统的1/80减速比。因此，如果逆变器40的基本频率为60Hz且电机20的电机轴以基本转速为1800rpm旋转，粉碎机100的转轴的转速为11.25rpm。换句话说，第一实施方式的粉碎机100的电机20在粉碎机100的转轴的转速等于或小于11.25rpm时呈现为恒定转矩特性，且可以输出与现有粉碎机的转矩相同的转矩，而在粉碎机100的转轴的转速等于或大于11.25rpm时呈现为恒定输出特性，即转矩随着转速的增加而减少。另外，第一实施方式的电机20的容量(额定容量)为0.4kff,比现有粉碎机中所使用的电机的容量小。应当注意，电机20的容量(额定容量)仅是一个示例，并不局限于0.4kW。
[0104]控制单元70例如包括:物理量检测单元71，用于检测与电机20的输出相关的物理量；转速判断单元72，用于判断电机20的电机轴的转速是否等于或大于基本转速；阈值选择单元73，用于依据转速判断单元72的判断结果来选择针对物理量的阈值；转速控制单元74，用于通过控制由逆变器40输出的交流电源的频率来控制粉碎机主体50的转轴的转速；以及存储单元75，用于存储包括针对物理量的阈值的规定信息。
[0105]物理量检测单元71对逆变器40所输出的物理量进行检测。物理量是如电机20的转矩(驱动转矩)、转矩电流、负荷电流、或输出功率等。应当注意，物理量检测单元71能够检测电机20的转矩、转矩电流、负荷电流和输出功率中的至少一个。另外，如果逆变器40为不输出物理量的结构的情况下，物理量检测单元71能够从逆变器40以外的另一部件(例如电机20)检测出物理量。
[0106]转速判断单元72对电机20的电机轴的转速是否等于或大于基本转速进行判断。基本转速是由逆变器40向电机20输出的基本频率(例如，50Hz或60Hz)以及电机20的极数所确定的同步转速。由于唯一确定的是电机20的基本转速和逆变器40的基本频率，因此由转速判断单元72判断电机20的转速是否等于或大于基本转速，等同于判断逆变器40的频率是否等于或大于基本频率。
[0107]如图7所示，由逆变器40控制的电机20的输出特性，在转速等于或低于基本转速(即频率等于或低于基本频率)的情况下具有恒定转矩特性，而在转速等于或大于基本转速(即频率等于或大于基本频率)的情况下具有恒定输出特性(恒定输出功率特性)。换句话说，转速判断单元72判断电机20是在恒定转矩区域中运行，还是在恒定输出区域中运行。
[0108]此外，判断转速是否等于或大于基本转速(基本频率)，可用基本转速(基本频率)自身作为边界来进行判断，或者可通过以基本转速(基本频率)为中心设置规定的允许范围，从而通过判断转速比该允许范围大还是小来进行判断。例如，假设基本频率为60Hz，可采用以下判断方法中的任意一个方法:判断转速是否等于或大于60Hz的判断方法，判断转速是否等于或大于60Hz-20Hz=40Hz的判断方法,及判断转速是否等于或大于60Hz+20Hz=80Hz的判断方法。
[0109]阈值选择单元73根据转速判断单元72的判断结果来选择针对物理量的阈值。
[0110]图8是示出第一实施方式的粉碎机100的阈值的选择实施例的说明图。如图8所示，例如在判断电机20的转速等于或大于基本转速(例如，逆变器40的频率等于或大于基本频率)(即，判断电机20在恒定输出区域中运行)的情况下，选择电机20的输出功率(物理量)所对应的功率阈值。在电机20在恒定输出区域中运行的情况下，由于电机20的输出功率是恒定的，因此可以使用固定(特定)的功率阈值。
[0111]或者，在判断电机20的转速不等于或大于基本转速(例如，逆变器40的频率等于或大于基本频率)(即，判断电机20在恒定输出区域中运行)的情况下，选择针对电机20的转矩(物理量)的转矩阈值。在电机20在恒定转矩区域中运行的情况下，由于电机20的转矩是恒定的，因此可以使用固定(特定)的转矩阈值。应当注意，将功率阈值和转矩阈值预先存储在存储单元75中。
[0112]转速控制单元74根据物理量检测单元71检测到的物理量与阈值选择单元73选择的阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。具体地，如果电机20在恒定输出区域中运行，检测出作为物理量的电机20的输出功率，从而根据检测出的输出功率与功率阈值之间的大小关系对电机20的转速进行控制。
[0113]另外，唯一地确定逆变器40的输出电压的频率、电机20的电机轴的转速及粉碎机主体50的转轴的转速，因此在逆变器40的输出电压的频率、电机20的电机轴的转速及粉碎机主体50的转轴的转速中的任何一个发生变化的情况下，其余的也同时发生变化。因此，转速控制单元74控制粉碎机主体50的转轴的转速等同于控制逆变器40的输出电压的频率，或者控制电机20的电机轴的转速。在本实施例中，控制粉碎机主体50的转轴的转速视为等同于控制逆变器40的输出电压的频率，以及等同于控制电机20的电机轴的转速。
[0114]电机20的转矩Tr可用公式Tr=aXPw/Vf来表示。其中，a是依据电机20的结构确定的系数，Pw是电机20的输出功率，Vf是电机20的电机轴的转速。在恒定输出区域中运行的电机20的转矩根据负荷状态而变化的情况下，如果将电机20的转速设为固定值，则电机20的输出功率会发生变化。因此，如果检测出的输出功率比功率阈值小，因为负荷较轻，所以可增加粉碎机主体50的转轴的转速，从而提高粉碎处理能力。可选地，如果检测出的输出功率大于功率阈值，因为负荷较重，所以能够通过降低转速来增加转矩，防止超负荷停止。
[0115]另一方面，如果电机20在恒定转矩区域中运行时，检测出作为物理量的电机20的转矩(或与转矩相关的转矩电流、或负荷电流等)，根据检测出的转矩与转矩阈值之间的大小关系来对粉碎机主体50的转轴的转速进行控制。
[0116]如上所述，当电机20以不小于基本转速的转速运行时，为了根据负荷状态控制转速，能够仅仅通过比较检测出的输出功率(物理量)与功率阈值之间的大小关系就可以按照负荷控制电机20的转速。因此，例如，可以通过使用仅输出电机20的输出功率的较低成本的逆变器来控制电气设备的转速。另外，由于电机20的恒定输出区域中的转矩值根据转速而变化，所以当对检测出的转矩和阈值进行比较时，需要根据电机20的转速使用不同的阈值。因此，为了控制电机20的转速，需要计算适应于转速的阈值，而计算处理将导致了结构的增加进而造成成本的提高。由于比较检测出的输出功率(物理量)与功率阈值之间的大小关系，不再需要计算转矩的阈值，这样可以降低成本，能够采用简单的结构来根据负荷特性控制电气设备的转速。
[0117]阈值选择单元73选择的阈值可以是固定(特定)值。具体地，物理量检测单元71检测电机20的输出功率，并且如果电机20的转速不小于基本转速(即，如果电机20在恒定输出区域中运行)，阈值选择单元73选择固定值的功率阈值。转速控制单元74根据检测出的输出功率与固定值的功率阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。如果电机20以不小于基本转速的转速运行时，为了根据负荷状态来控制转速，能够仅仅通过比较检测出的输出功率(物理量)与固定值的功率阈值之间的大小关系可以按照负荷控制电机20的转速。因此，不需要计算阈值，能够以简单的结构根据负荷特性控制电气设备的转速。
[0118]此外，物理量检测单元71检测与电机20的转矩相关的特征量。与转矩相关的特征量指的是转矩、转矩电流、负荷电流等。电机20的转速小于基本转速时(即，电机20在恒定转矩区域中运行时)，阈值选择单元73选择固定值的转矩量阈值。转速控制单元74根据检测出的特征量与固定值的转矩量阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。电机20以不大于基本转速的转速运行时，在根据负荷状态控制转速的情况下，能够仅仅通过比较检测出的转矩相关的特征量(物理量)与固定值的转矩阈值之间的大小关系就可以按照负荷控制电机20的转速。因此，不再需要计算阈值，能够以简单的结构根据负荷特性控制电气设备的转速。
[0119](第二实施方式)[0120]图9为根据第二实施方式的粉碎机120的电路结构的一个实施例的框图。与第一实施方式的粉碎机100的不同之处在于，本实施方式中的粉碎机包括转矩阈值计算单元76，其替代了转速判断单元72和阈值选择单元73。虽然在第一实施方式中是选择阈值，但是在第二实施方式中则是计算转矩阈值。
[0121]物理量检测单元71检测与电机20的转矩相关的特征量。与转矩相关的特征量是例如电机20的转矩本身、转矩电流或负荷电流等。检测出作为特征量的电机20的转矩电流或电动机的负荷电流时，可以将检测出的转矩电流或负荷电流转换为转矩。
[0122]在电机20以不小于基本转动频率的频率运行时，转速控制单元74根据检测到的特征量和特征量阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。
[0123]由逆变器40控制的电机20的输出特性在转速不高于基本转速时呈现为恒定转矩特性，而在转速不小于基本转速时呈现为恒定输出特性(恒定输出功率特性)。如果电机20以不小于基本转速的转速运行，即，如果电机20在恒定输出区域中运行时，转速控制单元74基于检测到的与转矩相关的特征量与特征量阈值(例如，转矩阈值、转矩电流阈值或负荷电流阈值)之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。另外，转矩阈值可设置在由固定宽度表示的范围内，该固定宽度的范围在包含电气设备的转体惯性的最大瞬间可输出转矩和连续可输出转矩之间。
[0124]例如，如果检测到的与转矩相关的特征量比特征量阈值小，由于负荷轻，所以通过增加粉碎机主体50的转轴的转速来提高粉碎处理能力。可选地，如果检测到的与转矩相关的特征量比特征量阈值大，由于负荷重，所以通过降低转速来增加转矩，进而防止超负荷停止。由此，能够实现适应于负荷的转矩特性，并且能够得到最大粉碎处理能力。由于可以根据负荷变化来改变转矩，所以不需要预先设置大容量(大额定容量)的电动机，也不需要大容量的电动机以低负荷率进行运行，因此可使用低价格、低容量的电动机的同时达到节能的目的。此外，根据负荷特性可以控制电气设备的转速。
[0125]图10为示出第二实施方式的粉碎机120的转矩阈值的一个实施例的说明图。在图10中，横轴表示粉碎机120的转轴的转速，纵轴表示电机20的输出转矩。在图10中，实线表示电机20的连续可输出转矩特性，即所谓额定容量(100%)的转矩特性。另外，在图10中的点划线表示在短时间内能够输出的包含电气设备的转体惯性的最大瞬间可输出转矩特性，例如，额定容量的200%左右的输出。另外，虚线表示转矩阈值，例如，可以设定额定容量的120%?200%左右的值。虽然转矩阈值能够由转矩阈值计算单元76来计算，预先计算出的值也可以存储在存储单元75中。
[0126]另外，如图10所例示的转矩阈值虽由一条曲线(直线)表示，但转矩阈值并不仅限于此。也可以算出上限转矩阈值和小于该上限转矩阈值的下限转矩阈值，并控制粉碎机主体50的转轴的转速使检测出的转矩在上限转矩阈值和下限转矩阈值之间。
[0127]转矩阈值计算单元76基于通过由逆变器40转换后的频率及对应于基本转速的基准阈值Tc计算转矩阈值(特征量阈值)。对应于基本转速(基本频率)的基准阈值Tc为恒定转矩区域内的恒定转矩阈值。若由逆变器40转换后的频率为F，则频率F中的转矩阈值Tf可以通过公式Tf=TcX基本频率/ F来计算。特定地，等于或大于基本频率(例如，50Hz或60Hz)的频率中的转矩阈值随着频率的增加而减少，可以求出沿恒定输出区域中的电机20的转矩曲线的阈值。而在图10所示的例子中基本频率为60Hz。[0128]转速控制单元74根据检测出的转矩(特征量)与计算出的转矩阈值(特征量阈值)之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。由于可以依据电机20的转矩曲线求出阈值，即使在粉碎机主体50的转轴的转速按照负荷变化而变化，也可以使用适应于负荷变化的阈值，因此能够在优化电气设备的转轴的转速的同时，以最佳转矩输出来运行电气设备。
[0129]除上述计算方法以外，还可以通过下述方法计算转矩阈值。
[0130]例如，当电机20以等于或低于基本转速的速度运行时，即在恒定转矩区域中运行时，转矩阈值计算单元76根据由物理量检测单元71在规定时间段内检测出的转矩来计算转矩阈值。规定时间段可以适当地设定为I分钟、2分钟、5分钟等。通过在规定时间段内检测转矩，可以掌握负荷的变化特性。转速控制单元74根据物理量检测单元71检测出的转矩与计算出的转矩阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。由于可以计算出适应于负荷变化的转矩阈值，因此可以提前预测负荷变化，从而使设备以最佳转速和转矩运行。
[0131]更具体而言，转矩阈值计算单元76将物理量检测单元71在规定时间段内(例如，I分钟、2分钟或5分钟等)检测出的转矩的最大值作为转矩阈值来计算。例如，可以将对应于转矩电流的峰值的转矩值作为转矩阈值。这样，可以依据负荷以最佳且最大转速运行。
[0132]可选地，转矩阈值计算单元76可以根据物理量检测单元71在规定时间段内(例如，I分钟、2分钟或5分钟等)检测出的转矩的统计值来计算转矩阈值。统计值可以是平均值，或者也可以是极大值的平均值。由此，使得设备能够以适应于负荷的最佳且最大转速运行。
[0133]另外，也可以在电机20的恒定输出区域内设定固定值的转矩阈值(例如，与恒定转矩区域内的固定值的转矩阈值相同的阈值)，根据电机20在恒定输出区域中运行时的逆变器40的频率和物理量检测单元71所检测出的转矩，校正检测出的转矩，对校正后的转矩和固定值的转矩阈值之间的大小关系进行比较。例如，当逆变器40的频率为F，检测出的转矩为Tm时，校正后的转矩Tma可以通过以下公式来求得:Tma=TcXF /基本频率。在这里，基本频率例如为50Hz或60Hz，Tc为恒定转矩区域内的额定转矩。即，当逆变器40的频率大于基本频率时，则检测到的转矩与额定转矩相比逐渐减少，因此，使校正后的转矩Tma大于检测出的转矩，进而与固定值的转矩阈值相比较。
[0134]图11为第二实施方式的粉碎机120的电机20的输出特性的一个实施例的说明图。在图11中，横轴表示逆变器40的频率和粉碎机100的转轴的转速，纵轴表示电机20的输出转矩。在图11中，实线表示第二实施方式的粉碎机120的电机20的输出特性，虚线表示图6中示例性示出的现有粉碎机的电机的输出特性。另外，图11中示例性示出的电机20的输出特性与图7和图8中所示的电机20的输出特性相同。
[0135]如图11中虚线所示，现有粉碎机的电机在粉碎机的转轴的转速不大于22.5rpm时为恒定转矩特性，而在粉碎机的转轴的转速不小于22.5rpm时则为恒定输出特性，即转矩随着转速的增加而减少。现有粉碎机将负荷变化估计在内以恒定转矩特性运行，以便始终获得最大的转矩，但在正常运行中粉碎机被设计成始终具有一定幅度且极少在最大转矩附近运行。因此，使得大容量(例如，0.75kw)电动机以低负荷率驱动，以致运行不能充分节能。
[0136]另一方面，如图11中的实线所示，第二实施方式的粉碎机120的电机20包括具有I / 160减速比的减速器30，该减速器30的I / 160减速比高于现有I / 80的减速比。因此，在逆变器40的基本频率为60Hz时，电机20的电机轴以1800rpm的基本转速旋转，粉碎机120的转轴的转速为11.25rpm。换句话说，第二实施方式的粉碎机120的电机20在粉碎机120的转轴的转速不大于11.25rpm时为恒定转矩特性并可以输出与现有粉碎机的转矩相同的转矩，而在粉碎机120的转轴的转速不小于11.25rpm时变为恒定输出特性，即转矩随着转速的增加而减少。另外，第二实施方式的电机20的容量(额定容量)为0.4kw,比现有粉碎机使用的电机容量小。
[0137]如由图11中的A表示的区域所示，当需要重负荷大转矩时，即由物理量检测单元71所检测出的转矩大于转矩阈值的情况下，转速控制单元74通过减小逆变器40的频率来降低粉碎机主体50的转轴的转速。例如，根据负荷变化检测出的转矩超过转矩阈值时，通过降低转轴的转速来增加转矩。从而，即使在重负荷的情况下，也能够得到所需的转矩，使之应对负荷变化提高粉碎处理能力。
[0138]可选地，如由图11中的B表示的区域所示，当无需轻负荷大转矩时，即物理量检测单元71所检测出的转矩小于转矩阈值的情况下，转速控制单元74通过增加逆变器40的频率来提升粉碎机主体50的转轴的转速。例如，如果根据负荷变化检测出的转矩低于转矩阈值时，通过增加转轴的转速使转矩减少。这样，即使在轻负荷的情况下，也能够在维持必要的转矩的同时增加转速，应对负荷变化提高粉碎处理能力。而且，在本实施方式中，作为逆变器40可以采用频率可调的通用逆变器。
[0139]当由物理量检测单元71检测出的转矩大于转矩阈值时，转速控制单元74通过规定的减速斜率降低转速，直至检测出的转矩不大于转矩阈值。规定的减速斜率可以是，例如I秒钟内使逆变器的频率只减速5Hz时所获得的转轴的转速。另外，转速可以对应于时间变化而连续变化，也可以离散(阶段性)变化。因此，转轴的转速不会急速下降而是逐渐降低。应注意，减速斜率不限于上述的5Hz。
[0140]如果在规定时间段内物理量检测单元71所检测出的转矩小于转矩阈值时，转速控制单元74按照规定加速斜率提升转速。规定时间段可以预先设定为，例如10分钟、5分钟等。规定加速斜率可以设定为，例如I秒钟内逆变器的频率只增加5Hz时的转轴的转速的梯度。此外，转速可以对应于时间变化而连续变化，也可以离散(阶段性)变化。因此，转轴的转速不会急速上升而是逐渐增加。应注意，加速斜率不限于上述的5Hz。
[0141]如图11的虚线所示，现有粉碎机通过将减速器的减速比设为，例如I / 80左右，电机的基本转速为1800rpm (逆变器的基本频率为60Hz)，可以得到粉碎机的转轴的转速到达22.5rpm左右的恒定转矩特性。此外，电机的基本转速为1500rpm(逆变器的基本频率为50Hz)时，可以得到粉碎机的转轴的转速达到18.75rpm左右的恒定转矩特性。
[0142]在第二实施方式中，使减速器30的减速比大于现有减速器(例如I / 160等)减速t匕，使电机20以基本转速的转速运行时，粉碎机100的转轴的转速不大于18rpm。在图11所示的示例中，如果逆变器40的基本频率为60Hz，电机20以基本转速获得的粉碎机120的转轴的转速为11.25rpm,如果逆变器40的基本频率为50Hz，电机20以基本转速运行的粉碎机120的转轴的转速为9.375rpm,在上述两种情况下,转速均不大于18rpm。
[0143]由此，相较于现有电机，电机20的恒定转矩区域的范围可以缩小，而电机20的恒定输出区域的范围扩大。因而，对应于负荷变化，能够在更大的范围内对转速及转矩进行调整，从而应对更大的负荷变化。此外，电机20以基本转速运行的粉碎机120的转轴的转速不限于图11中示例性所示的11.25rpm，但是，只要转速不大于18rpm，与现有电机相比，可在转轴的转速的更大范围内运用恒定输出特性。
[0144]在电机20以等于或低于基本转速的转速运行时，即电机20在恒定转矩范围内运行时，如果物理量检测单元71所检测出的转矩大于转矩阈值，转速控制单元74不用控制转速就可以使电机20停止。由于处于恒定转矩范围的转矩值大于处于恒定输出范围的转矩阈值，如果产生这种超过转矩阈值的大转矩时，判断旋转体等中已混入了非预期的金属片等，并使电机20停止。这样，可以防止电气设备破损，从而可以保护电气设备。
[0145]图12为示出电动机的负荷率和功率因数之间的关系的说明图。现有电机和第二实施方式中的电机20具有与图12所示的一般电动机相同的特性。具体地，负荷率越小，功率因数就越小，效率降低。如图6及图11所示，现有电机为应对负荷变化，以低负荷率驱动大容量(例如0.75kw)电机，由于功率因数变小、效率降低，以致运行不能充分节能。由于第二实施方式的电机20具有小容量(例如0.4kw)，可以提升负荷率，从而加大功率因数，因此即使粉碎机120以电机20的恒定转矩特性运行也可以达到节能的目的。
[0146]图13为示出第二实施方式的粉碎机120运行时获得的特性的一个实施例的说明图。图13也以现有粉碎机的特性作为比较例进行了对比。本实施例和比较例均表示以同一负荷状态(对相同的被处理物进行等量粉碎的状态)运行时的情况。本实施例中，逆变器40的频率为120Hz，电机20的额定容量为0.4kw，减速器30的减速比为I / 160，功率因数为0.43，电力消耗为98.3w。与此相对，比较例中逆变器的频率为60Hz，电机的额定容量为
0.75kw，减速器的减速比为I / 80，功率因数为0.23，电力消耗为155.2w。可见，本实施例与现有例相比节能36.7%。
[0147]作为与转矩相关的特征量，可用电机20的转矩电流Ir，或电机20的负荷电流I等代替检测电机20的转矩的结构。具体地，物理量检测单元71可以检测电机20的转矩电流Ir，或者也可以检测电机20的负荷电流，以上均是检测作为电机20的转矩的代用特性的特征量。
[0148]假设电机20的输入电压和输入电流之间的相位角为Θ，则存在以下关系:转矩电流Ir=负荷电流IXcos Θ，其中C0s Θ是功率因数。根据负荷状态，例如，功率因数cos Θ可以采用大约20%?80%的值。
[0149]另外，例如，转矩Tm和转矩电流Ir之间的关系，可以关联为Tm=kXPw/Vf、Pw=VXIrX η。这里，k是由电机20确定的常数，Pw是输出功率，Vf是电机20的转速，V为输入电压，n为效率。即，通过检测电机20的转矩电流Ir或电机20的负荷电流I，能够求出电机20的转矩。
[0150](第三实施方式)
[0151]图14为依据第三实施方式的粉碎机140的电路结构的一个实施例的框图。与第一实施方式的粉碎机100的不同之处在于，本实施方式的粉碎机包括功率阈值计算单元77，其替代了转速判断单元72和阈值选择单元73。在第一实施方式的结构中是选择阈值，而在第二实施方式的结构中是计算电机20的功率阈值(输出功率阈值)。
[0152]物理量检测单元71检测电机20的输出功率(输出)。
[0153]如果电机20以不大于基本转速的转速运行，转速控制单元74根据检测到的输出功率与功率阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。
[0154]由逆变器40控制的电机20的输出特性在转速不大于基本转速时具有恒定转矩特性，而在转速不小于基本转速时则具有恒定输出特性(恒定输出功率特性)。如果电机20以不大于基本转速的转速运行(即，在恒定转矩区域中运行)，转速控制单元74根据检测出的输出功率与功率阈值之间的大小关系来控制转轴的转速。电机20的转矩Tm可以用Tm=aXPw/Vf来表示。其中，a是依据电机20的结构确定的系数，Pw是电机20的输出功率，Vf是电机20的电机轴的转速。在恒定转矩区域中运行的电机20的转矩根据负荷状态发生变化的情况下，如果设定电机20的转速不变，则电机20的输出功率发生变化。
[0155]因此，例如，如果检测到的输出功率小于功率阈值，由于负荷轻，通过增加粉碎机主体50的转速来提高粉碎处理能力。可选地，如果检测出的输出功率大于功率阈值，由于负荷重，所以通过降低粉碎机主体50的转轴的转速来增加转矩，进而防止超负荷停止。这样，在获得适应于负荷特性的转矩的同时，可以实现最佳转速，最大粉碎处理能力。因此，没必要预先设置大容量(大额定容量)的电动机，此外也无需使大容量的电动机以低负荷率运行，所以能够使用低价格、低容量的电动机的同时，还可以实现节能。另外，还可以根据负荷特性来控制电气设备的转速。
[0156]图15为第三实施方式的粉碎机140的功率阈值的一个实施例的说明图。在图15中，横轴表示粉碎机140的转轴的转速，纵轴表示电机20的输出功率。在图15中，实线表示电机20的能够连续输出的功率特性，即所谓的额定容量(100%)的输出功率特性。另外，虚线表示功率阈值，例如，可以设定额定容量的120%?200%左右的值。虽然通过功率阈值计算单元77可以计算功率阈值，也可以将预先算出的值存储在存储单元75中。
[0157]另外，虽然可用一条曲线(直线)来表示在图15中例示的功率阈值，但不仅限于此，也可以算出上限功率阈值、以及小于该上限功率阈值的下限功率阈值。可以通过控制粉碎机主体50的转轴的转速，使检测出的输出功率处于在上限功率阈值和下限功率阈值之间。
[0158]功率阈值计算单元基于由逆变器40转换的频率以及对应于基本转速的基准阈值Pc来计算功率阈值。对应于基本转速(基本频率)的基准阈值Pc是恒定输出区域内的恒定功率阈值。如果将由逆变器40转换后的频率视为F，则频率F所对应的功率阈值Pf可以用以下表达式来计算=Pf=PcX F/基本频率。具体地，在不大于基本频率(例如，50Hz或60Hz)的频率中的功率阈值随着频率的增加而增加，可求出沿恒定转矩区域中的电机20的输出功率曲线的阈值。此外，在图15所示的示例中，将基本频率设定为60Hz。
[0159]转速控制单元74根据检测出的输出功率与计算出的功率阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。因为可以求出沿电机20的输出功率曲线的阈值，所以即使在由于负荷变化而导致的粉碎机主体50的转轴的转速发生变化的情况下，也可以使用适应于负荷变化的阈值，能够在优化电气设备的转轴的转速的同时，以最佳转矩输出来进行运行电气设备。
[0160]在电机20以不大于基本转速的转速运行的情况下，即电机20在恒定转矩区域运行的情况下，如果检测出的输出功率大于功率阈值，转速控制单元74降低粉碎机主体50的转轴的转速。例如，如果由于负荷变化，检测出的输出功率超过功率阈值时，通过降低粉碎机主体50的转轴的转速来增加转矩。由此，即使是在重负荷的情况下，也可以得到所需的转矩，使之应对负荷变化而防止超负荷停止。[0161]在电机20以不大于基本转速的转速运行的情况下，即电机20在恒定转矩区域中运行的情况下，当检测出的输出功率小于功率阈值时，转速控制单元74提升粉碎机主体50的转轴的转速。例如，如果由于负荷变化而检测出的输出功率低于功率阈值，通过提升粉碎机主体50的转轴的转速来减少转矩。由此，即使是在轻负荷的情况下，在维持所需的转矩的同时，也可以增加转速，使之应对负荷变化，进而提高粉碎处理能力。
[0162]此外，在电机20的恒定转矩区域中，预先设定好固定值的功率阈值(例如，与恒定输出区域中的固定值的功率阈值相同的阈值)，在恒定转矩区域中基于电机20运行中获得的逆变器40的频率以及由物理量检测单元71检测出的输出功率来校正检测到的输出功率，也可以对校正后的输出功率与固定值的功率阈值之间的大小关系进行比较。例如，将逆变器40的频率设为F，检测出的输出功率设为Pw，则校正后的输出功率Pwa可以用以下表达式求出:Pwa=PwcXF/基本频率。其中，例如，基本频率为50Hz或60Hz，Pwc为恒定输出区域中的额定输出功率。具体而言，在恒定转矩区域中，若逆变器40的频率变大，检测出的输出功率向额定输出功率逐渐增加。因此，使校正后的输出功率Pwa大于检测出的输出功率，进而与固定值的功率阈值进行比较。
[0163](第四实施方式)
[0164]图16为依据第四实施方式的粉碎机160的电路结构的一个实施例的框图。与第一实施方式至第三实施方式的粉碎机的不同之处在于，本实施方式中的粉碎机包括判断单元78、转矩值计算单元79、负荷率确定单元80、转矩值校正单元81、操作单元82、显示单元83等。
[0165]通过由逆变器40将交流电源的频率(例如，可以是额定频率，商用频率)转换为低于原频率的低频率区域之后进行实际粉碎待粉碎物，判断单元78对是否可在电机20的容许转矩范围内粉碎待粉碎物进行判断。例如，如果容许转矩不大于从电机20的连续可输出转矩到短时间段内能够输出的最大瞬间可输出转矩为止的范围之内的期望转矩阈值，就可视为在容许范围内。
[0166]例如，逆变器40的额定频率为50Hz或60Hz，低频率区域为几Hz到20Hz左右。优选地，低频率区域为额定频率的10%左右，可以设为5Hz或6Hz土几Hz。下面，将对是否可对待粉碎物进行粉碎的判断方法进行具体说明。
[0167]图17为逆变器40的输出频率为6Hz时的额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图，图18为逆变器40的输出频率为20Hz时的额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图，图19为逆变器40的输出频率为40Hz时的额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图，图20为逆变器40的输出频率为60Hz时的额定转矩的负荷率的实测值的一个实施例的说明图。
[0168]在图17?图20中，横轴表示待粉碎物(例如，厚度为3mm的聚丙烯板片)的粉碎时间，纵轴表示电机20的对应于额定转矩的负荷率。对应于额定转矩的负荷率是对应于实际转矩T (实际施加于负荷的转矩)的转矩Tm的比例。另外，在图17?图20中使用了相同的待粉碎物。如图17?图20所示，随着逆变器40的输出频率变大(更高)，负荷率逐渐减小。
[0169]图21为示出逆变器40的输出频率与负荷率之间的对应关系的一个实施例的说明图。在图21中，横轴表示逆变器40的输出频率，纵轴表示电机20的额定转矩的负荷率。图21是将图17?图20中所示实际测量值平均化之后绘制而成的。[0170]由图21可知，即使是在施加相同负荷的情况下，如果逆变器40的输出频率变大(更高)，即，待粉碎物的切断速度增加，则由转轴等的惯性所引起的附加惯性转矩成分JXdw/dt (电机20由于惯性而输出的转矩)也增加，从而减少在电机20的转矩Tm的实际转矩T中所占的比例。换句话说，对应于电机20的额定转矩的负荷率减少。并且，实际转矩T可用T= (JXdw/dt)+Tm来表示。在此，J为转轴等的惯性力矩，w为转轴的角速度。因此，(dw/dt)是转轴等的角加速度。
[0171]具体地，在对应于电机20的额定转矩(实际转矩)T的负荷率L与逆变器40的输出频率F之间存在如图21所示的对应关系。例如，图21所示的对应关系可近似于L=87-l.2XF。另外，图21所示的对应关系只是一个示例，该对应关系可根据待粉碎物的形状或材质而变化。例如，在硬材质的情况下，与软质材料相比表示对应关系的直线(或曲线)的倾斜度增加的同时，低频率区域的负荷率也增加。
[0172]在图21中，逆变器40的输出频率为60Hz的情况下，如设定负荷率L可近似为20%，则由物理量检测单元71检测出的转矩Tm在实际转矩T中所占比例为20%。可知，电机20施加于负荷的实际转矩T的大小为转矩Tm的4倍。而且，以往由于附加惯性转矩不会出现在电机20的驱动电流中，从而在现有粉碎机中不能检测出该实际转矩T，因此一直被认为它是由转矩Tm施加于负荷的转矩。
[0173]具体地，将逆变器40的输出频率设定为额定频率(50Hz或60Hz)后运行逆变器40，在粉碎待粉碎物的情况下，会产生过度的超负荷，对旋转刀片(转轴)施加巨大负荷。与粉碎机主体50的转轴相比，由于高速旋转的电机20的电机轴的惯性更大，所以对粉碎机主体50的转轴施加了超负荷的情况下，由于高速旋转的电机轴的巨大惯性而产生远远超过电机20的转矩(由电机的驱动电流弓丨起的转矩)的附加惯性转矩(惯性力矩和角加速度的乘积)，实际转矩(实际施加于负荷的转矩)是电机20的转矩和附加惯性转矩的合计值。即，例如，使逆变器40以额定频率运行时，实际转矩不是电机20的转矩，而是比该转矩更大的转矩，即该转矩与附加惯性转矩的合计值。因此，如以往通过转矩是否在允许范围内来判断是否可以粉碎待粉碎物的情况下，由于实际上对负荷施加了非预期的巨大的转矩，因此有可能会发生实际转矩超出容许范围的情况。
[0174]另一方面，施加于负荷的转矩(实际转矩)T (即切断待粉碎物的力)是恒定的，而与转轴(旋转刀片)的转速(逆变器40的输出频率)的大小无关。因此，使逆变器40以输出频率在低频率范围内的状态运行，通过减小(降低)电机轴的转速，极力减少附加惯性转矩的影响，使转矩在接近实际转矩T的状态下对待粉碎物进行粉碎。当粉碎待粉碎物的情况下，可以通过判断此时转矩Tm是否在容许范围内，可以大致判断出实际转矩T是否在容许范围内。
[0175]由此，无论将逆变器40的输出频率设定为额定频率，不小于额定频率的频率，还是不大于额定频率的频率，都可以判断实际转矩T是否在容许范围内。所以，即便发生过度的超负荷，实际转矩T也不会超过容许范围，可确切地判断可否粉碎该待粉碎物。
[0176]转矩值计算单元79通过收集物理量检测单元71检测出的转矩值来计算统计值。例如，如图17?图20所示，多次检测转矩的峰值，可将检测出的峰值的平均值或最大值等作为统计值。
[0177]判断单元78根据由转矩值计算单元79计算出的转矩统计值是否在允许范围内来判断是否可以进行粉碎待粉碎物。通过运用统计值，在考虑了根据待粉碎物的粉碎、破碎状态而变化的转矩的偏差之后，判断转矩是否在允许范围内，因此可以确切地判断是否能够粉碎待粉碎物。
[0178]可通过收集各种材料的数据来预先确定好如图21所示的对应关系。因此，可将每一材料的逆变器40的输出频率与电机20的转矩之间的对应关系预先存储在存储单元75中。
[0179]基于存储单元75中存储的对应关系，转矩值校正单元81对物理量检测单元71检测出的转矩进行校正。另外，这种情况下只要设置成可由用户设定是否对任何材料进行转矩校正即可。由于随着逆变器40的输出频率变大(更高)，电机轴的转速也变大(更高)，因此实际转矩T中附加惯性转矩所占的比例变大。换句话说，实际转矩T中转矩Tm所占的比例(称为负荷率相对于电机的额定转矩的比率)变小。因此，作为对应关系，存储好对于逆变器40的输出频率的负荷率(对于电机的额定转矩的负荷率)，对检测到的转矩进行校正，以便使检测到的转矩Tm与实际转矩T保持大致相同。由此，作为校正转矩值可求出附加了附加惯性转矩的实际转矩T，该附加惯性转矩是由并未在电机20的驱动电流值中出现而由电机轴的惯性所引起的。
[0180]另外，代替由存储单元75存储逆变器40的输出频率与负荷率之间的对应关系的结构，可以实时确定对应关系。
[0181]负荷率确定单元80使逆变器40在从低频率区域到额定频率附近区域之间运行，基于物理量检测单元71检测出的转矩，确定逆变器40的输出频率与电机20的转矩之间的对应关系(每个频率的负荷率)。
[0182]另外，代替负荷率确定单元80使逆变器40在从低频率区域到额定频率附近之间运行来确定对应关系的方法，可采取其他方法。
[0183]例如，通过使逆变器40以低频率区域的任意的一个频率运行来收集由物理量检测单元71检测到的转矩。运用收集到的转矩通过转矩值计算单元79来计算转矩的统计值(例如平均值、中值、众数等)。基于计算出的统计值，负荷率确定单元80推算对于逆变器40的输出频率(除上述的任意一个频率以外的其他频率)的电机20的转矩，由此确定逆变器40的输出频率与电机20的转矩之间的对应关系(每个频率的负荷率)。
[0184]具体而言，例如，预先使逆变器40的输出频率与电机20的负荷率之间的关系近似直线(或近似曲线)，当已知该直线的斜率或曲线的近似式等的情况下，校正近似直线或曲线使其能贯穿对应于收集到的统计值的坐标，可求出作为对于逆变器40的输出频率的电机20的转矩的校正后的直线或曲线上的点(坐标)。
[0185]基于负荷率确定单元80所确定的对应关系，转矩值校正单元81对物理量检测单元71检测出的转矩进行校正。作为对应关系，确定对于逆变器40的输出频率的负荷率(对于电机的额定转矩的负荷率)，对检测到的转矩Tm进行校正，使得检测出的转矩Tm与实际转矩T大致相等。由此，作为校正转矩值可求出附加了附加惯性转矩的实际转矩T，该附加惯性转矩是由并未在电机20的驱动电流值中出现而由电机轴的惯性所引起的。
[0186]图22为示出校正转矩值的一个实施例的说明图。在图22中，横轴表示逆变器40的输出频率f，纵轴表示校正后的转矩值(校正的驱动转矩值)K (f)XTm。如图22所示，如将在低频率区域(例如，6Hz)中的转矩视为Tm时，任意频率f中的校正转矩可用K (f)XTm求出。其中，K (f)是以频率f为变量的函数，随着频率f的增大，校正转矩值也将大于转矩Tm。另外，K Cf) > I。由此，根据并未在电机20的驱动电流值中出现而由电机轴的惯性所引起的附加惯性转矩成分，可以在全部频率区域中进行使转矩Tm近似于实际转矩T的校正。
[0187]转速控制单元74通过根据校正转矩与规定转矩阈值之间的大小关系控制逆变器40的频率来控制粉碎机主体50的转轴的转速。由于电机20的电机轴通过减速器30连接到转轴，控制转轴的转速等同于通过改变逆变器40的输出频率来控制电机20的电机轴的转速。
[0188]另外，基于物理量检测单元71检测到的转矩或者通过自身频率的指令，转速控制单元74可以预测电机20是以恒定转矩特性还是以恒定输出特性运行。
[0189]例如，使电机20以不小于基本转速的转速运行的情况下，转速控制单元74根据校正转矩和预定转矩阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。由逆变器40控制的电机20的输出特性在转速不高于基本转速时具有恒定转矩特性，在转速不小于基本转速时具有恒定输出特性。如果电机20以不小于基本转速的转速运行的情况下，即，在恒定输出区域运行时，转速控制单元74根据校正转矩与预定转矩阈值之间的大小关系来控制粉碎机主体50的转轴的转速。
[0190]例如，校正转矩小于转矩阈值的情况下，由于负荷较轻，所以通过增加粉碎机主体50的转轴的转速来减少转矩，提高粉碎处理能力。可选地，在校正转矩大于转矩阈值的情况下，由于负荷较重，所以通过降低转速来增加转矩，进而防止发生超负荷停止。由此，可以实现适应于负荷特性的转矩特性，并且可获得最大的处理能力，并能够根据负荷的变化改变转矩。因此，没有必要预先设置大容量(大额定容量)电机，且没有必要使大容量的电机以低负荷率运行，因此可以在使用低价格、低容量的电机的同时实现节能的目的。
[0191]此外，由于利用相当于实际转矩的校正转矩来控制转数，所以即便是根据待粉碎物的粉碎、破碎状态发生过度的超负荷的情况下，也可以防止旋转刀片、固定刀片、转轴、齿轮或者减速器等的破损。
[0192]操作单元82进行判断待粉碎物是否可以粉碎的判断运行或者实际运行的操作。显示单元83用来显示判断运行的结果。
[0193]在实施例4中，起到了如图11所示的相同作用和效果。另外，物理量检测单元71既可以是检测电机20的转矩电流Ir的结构，也可以是检测电机20的负荷电流的结构，均是检测作为电机20的转矩替代特性的特征量。
[0194](第五实施方式)
[0195]在上述第一至四实施方式当中，均以所谓的一轴式粉碎机为例进行了说明，但粉碎机不仅仅限于一轴式，也可以是多个转轴以及在各转轴上设置有旋转刀片的粉碎机。
[0196]图23为示出根据第五实施方式的粉碎机主体200的一个实施例的主要部分截面图。与第一至四实施方式的不同点在于，设置有两个转轴，该两个转轴上还固定有旋转刀片。在图23中，在机壳170的内侧横向设置了两个平行的转轴151和161。另外，转轴151和161分别可以具备减速器和电机(未图示)，或者，通过一个电机及减速器使两个转轴151和161旋转。其中，转轴151和161向着图23中的箭头所示的方向以相同速度同步旋转。
[0197]在转轴151上，将大直径的多个旋转刀片153沿着转轴151的轴向按规定的间隔尺寸并排嵌装。相邻的旋转刀片153之间固定有小直径的套环152。在每个旋转刀片153的周围，朝着旋转方向突出设置了前端部(刀尖部)弯曲的臂状刃部154。
[0198]另外，在转轴161上同样地将多个大直径旋转刀片163沿着转轴161的轴向按规定的间隔尺寸并排嵌装。相邻的旋转刀片163之间固定有小直径的套环162。在每个旋转刀片163的周围，朝着旋转方向突出设置了前端部(刀尖部)弯曲的臂状刃部164。
[0199]在机壳170的内壁上设置有导向壁156和166。在导向壁156的下侧设置了刮刀155。刮刀155可滑动地连接于套环152的外周边，且配合旋转刀片153的旋转轨道，前端呈梳子形状。另外，在导向壁166的下侧设置有刮刀165。刮刀165可滑动的接触于套环162的外周边，且配合旋转刀片163的旋转轨道，前端呈梳子形状。
[0200]第五实施方式的粉碎机主体200能够以类似于图3、图9、图14或图16中所示的结构来运行。
[0201]从机壳170上部的开口部171投入待粉碎物时，可由旋转中的旋转刀片153、163的刃部154、164将待粉碎物引入到机壳170的中心部分上，从而能够通过刃部154、164对待粉碎物进行粉碎(切割)。因此，粉碎后的粉碎片伴随旋转刀片153、163的旋转排出到机壳170的下部。
[0202]可用刮刀155、165向下刮落随着旋转刀片153、163的旋转而一起向上移动的粉碎片。
[0203]在上述实施方式中，作为电气设备的例子对粉碎机进行了说明，然而电气设备并不局限于粉碎机，只要是处理多种负荷的装置，则不限于粉碎机也适用于产业机械中使用的电气设备。换句话说，在权利要求中所述的电动机驱动转矩控制装置中的电气设备并不局限于粉碎机，也包括其他电气设备。作为这种电气设备，在旋转轴上具备转体，例如机床、辊轧机、成型加工机、钢铁机械、电梯和吊装起重机。
[0204]在上述各个实施方式中，对独立于电机的减速器的结构进行了说明，但是减速器并不是必须的结构，例如，也可以使用齿轮电机等。
[0205]附图标记说明
[0206]20电机(电动机)
[0207]30减速器
[0208]40逆变器
[0209]50粉碎机主体
[0210]70控制单元
[0211]71物理量检测单元
[0212]72转速判断单元
[0213]73阈值选择单元(选择单元)
[0214]74转速控制单元(控制单元)
[0215]75存储单元
[0216]76转矩阈值计算单元(阈值计算单元)
[0217]77功率阈值计算单元(阈值计算单元)
[0218]78判断单元
[0219]79转矩值计算单元(统计值计算单元)[0220]80负荷率确定单元
[0221]81转矩值校正单元
[0222]82操作单元
[0223]83显示单元
【权利要求】
1.一种驱动控制装置，其用于驱动控制电气设备，该电气设备包括安装在转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源的频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，其特征在于，所述驱动控制装置包括: 物理量检测单元，检测与所述电动机的输出相关的多个物理量； 存储单元，存储所述多个物理量的阈值； 转速判断单元，判断所述电动机的转速是否等于或大于基本转速； 选择单元，根据所述转速判断单元的判断结果为所述多个物理量中的每个物理量选择阈值； 控制单元，根据所述物理量检测单元检测到的物理量与由所述选择单元选择的阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
2.根据权利要求1所述的驱动控制装置，其中，所述物理量检测单元检测所述电动机的输出，所述选择单元在所述电动机的转速不小于所述基本转速时选择特定的功率阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测出的输出与所述特定功率阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
3.根据权利要求1所述的驱动控制装置，其中，所述物理量检测单元检测与所述电动机的转矩相关的特征量，所述选择单元在所述电动机的转速小于所述基本转速的情况下选择特定的转矩量阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测出的特征量与所述特定的转矩量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
4.一种驱动控制装置，其用于驱动控制电气设备，该电气设备包括安装于转轴上的旋体，该转轴是由转换交流电源的频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，其特征在于，所述驱动控制装置包括: 物理量检测单元，检测与所述电动机的转矩相关的特征量； 阈值计算单元，计算针对所述特征量的特征量阈值； 控制单元，在所述电动机的转速不小于基本转速时，根据所述物理量检测单元检测出的所述特征量与所述阈值计算单元计算出的所述特征量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
5.根据权利要求4所述的驱动控制装置，还包括:频率检测单元，对所述逆变器转换的频率进行检测；其中，所述阈值计算单元根据所述频率检测单元检测到的频率和对应于所述基本转速的基准阈值来计算所述特征量阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测到的所述特征量与所述阈值计算单元计算出的所述特征量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
6.根据权利要求4所述的驱动控制装置，其中，在所述电动机以所述基本转速以上的转速运行时，如果所述物理量检测单元检测出的所述特征量大于所述特征量阈值，所述控制单元降低所述转轴的转速。
7.根据权 利要求4所述的驱动控制装置，其中，在所述电动机以所述基本转速以上的转速运行时，如果所述物理量检测单元检测出的所述特征量小于所述特征量阈值，所述控制单元提高所述转轴的转速。
8.—种驱动控制装置，其用于驱动控制电气设备，所述电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源的频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，其特征在于，所述驱动控制装置包括: 物理量检测单元，检测所述电动机的输出； 阈值计算单元，计算针对所述电动机的输出的功率阈值； 控制单元，在所述电动机的转速等于或小于基本转速时，根据所述物理量检测单元检测出的输出与所述阈值计算单元计算出的功率阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
9.根据权利要求8所述的驱动控制装置，还包括:频率检测单元，对所述逆变器转换的频率进行检测；其中，所述阈值计算单元根据所述频率检测单元检测到的频率及对应于所述基本转速的基准阈值来计算功率阈值，所述控制单元根据所述物理量检测单元检测出的输出与所述阈值计算单元计算的功率阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
10.根据权利要求8所述的驱动控制装置，其中，在所述电动机以基本转速以下的转速运行时，在所述物理量检测单元检测出的输出大于所述功率阈值的情况下，所述控制单元降低所述转轴的转速。
11.根据权利要求8所述的驱动控制装置，其中，在所述电动机以基本转速以下的转速运行时，在所述物理量检测单元检测出的输出小于所述功率阈值的情况下，所述控制单元提高所述转轴的转速。
12.根据权利要求1~11中任意一项所述的驱动控制装置，还包括:判断单元，其使得所述逆变器将所述交流电源的频率转换为低于该频率的低频率，并使得所述旋转体执行所需要的处理，以便判断能否由所述旋转体进行处理。
13.根据权利要求12所述的驱动控制装置，还包括:统计值计算单元，其通过收集与所述物理量检测单元检测出的转矩相关的特征量来计算统计值；其中，所述判断单元根据所述统计值计算单元计算出的统计值对能否进行所述处理进行判断。
14.一种电气设备，包括:转换交流电源的频率的逆变器、由所述逆变器驱动的电动机、安装在由所述电动机旋转的转轴上的旋转体，以及如权利要求1~13中任意一项所述的驱动控制装置；其中，所述驱动控制装置控制所述转轴的转速。
15.一种电气设备的驱动控制方法，所述电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源的频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，其特征在于，所述驱动控制方法包括以下步骤: 检测步骤，检测与所述电动机的输出相关的多个物理量； 判断步骤，借助所存储的所述多个物理量的阈值，判断所述电动机的转速是否在基本转速以上； 选择步骤，根据所述判断步骤的判断结果为所述多个物理量中的每个物理量选择阈值； 控制步骤，根据检测到的物理量与选择的阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
16.一种电气设备的驱动控制方法，所述电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源的频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，其特征在于，所述驱动控制方法包括以下步骤: 检测步骤，检测与所述电动机的转矩相关的特征量；计算步骤，计算针对所述特征量的特征量阈值； 控制步骤，当所述电动机的转速不小于基本转速时，根据检测到的特征量与计算得出的特征量阈值之间的大小关系来控制所述转轴的转速。
17.一种电气设备的驱动控制方法，所述电气设备包括安装于转轴上的旋转体，该转轴是由转换交流电源的频率的逆变器所驱动的电动机来带动其旋转，其特征在于，所述驱动控制方法包括以下步骤: 检测步骤，检测所述电动机的输出； 计算步骤，计算针对所述电动机的输出的功率阈值； 控制步骤，当所述电动机的转速不大于基本转速时，根据检测到的输出与计算得出的功率阈值之间的大小关系来控 制所述转轴的转速。
【文档编号】B02C18/24GK103765759SQ201280041846
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月20日 优先权日:2011年9月1日
【发明者】山下宰司, 春稔 申请人:株式会社松井制作所