(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガーダと、前記ガーダに設けられた主巻き装置と、
前記主巻き装置にワイヤを介して具備されて、前記主巻き装置への前記ワイヤの巻き上げ巻き戻しによって上下動可能とされたフックと、を備え、
前記ガーダに設置され、前記主巻き装置による前記ワイヤの巻き上げ、又は巻き戻しの速度制御をする電動機制御装置を有し、
前記電動機制御装置は高圧インバータを具備しており、該高圧インバータにより前記速度制御が行われるとともに、前記電動機制御装置は、前記ガーダの全幅に対して中央１／３の範囲内に設置されることを特徴とする天井クレーン。
【請求項２】
前記高圧インバータがマトリクスコンバータであることを特徴とする請求項１に記載の天井クレーン。
【請求項３】
前記電動機制御装置が複数備えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の天井クレーン。
【請求項４】
前記主巻き装置には、かご形誘導電動機が備えられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の天井クレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーン装置に関する。より詳しくは天井クレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業等で使用される大型の移動機械としてレードルクレーン等の天井クレーンがある。レードルクレーンは、鋳鉄鍋運搬用のクレーンとして用いられており、建屋の天井に敷設された複数のレール間を渡すように設けられたガーダを有し、該ガーダが車輪を介してレール上を移動することによりクレーン全体が移動するように構成されている。
【０００３】
レードルクレーンには、上げ下げ可能にフックが設けられ、当該フックに鋳鉄鍋を引っ掛けて持ち上げて移動させることができる。フックはワイヤを介してガーダに配置され、ワイヤの巻き上げ、巻き戻し（巻き下げ）によってフックの上げ下げが可能とされている。
ワイヤの巻き上げ、巻き戻し（巻き下げ）は、ガーダ上に設けられた主巻き装置によって行われる。
【０００４】
主巻き装置には、電動機、ドラム、ギアボックス等が備えられており、ワイヤが、電動機により駆動されたドラムに巻き付くことによりワイヤの巻き上げがされる。当該主巻き装置は、ガーダがレール間に渡された方向（以下、「ガーダ幅方向」と記載することがある。）に移動可能に設けられたトロリに設置され、主巻き装置、及びフックがガーダ幅方向にも移動できるように構成されている。
【０００５】
従来のレードルクレーンの電動機の制御について、例えば特許文献１には２次抵抗制御を用いたものが開示されている。２次抵抗制御を用いた電動機制御の概念を図６に示す。このような２次抵抗制御を用いた従来のレードルクレーンでは、主巻き装置の電動機として高圧の巻線型交流電動機を採用し、これを制御するために１次電圧リアクトル制御装置と２次抵抗制御装置とを併用してモータ速度制御を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１６３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のレードルクレーンでは、上記のように、１次電圧制御装置と２次抵抗制御装置とを併用して電動機を制御する電動機制御装置となるので構成が複雑であった。また、巻線型交流電動機自体の構成も本体の巻線に加えて外部抵抗、接触器等を備えており、電動機と電動機制御装置とを組み合わせたシステムは部品点数の多さや信頼性の観点から改善の要望があった。また、このように複雑な構成により高価なものとならざるを得なかった。
【０００８】
上記のように複雑な構成になっていた理由の１つとして、電動機制御装置がクレーン（ガーダ）上に配置され、該クレーンが移動するという特殊な環境を挙げることができる。すなわち、設置スペースが限られていること、及び移動機械特有の大きな振動に耐え得るものでなければならないと考えられており、従来においてこれを充足する他の構成を得ることができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、構造が簡易であるとともに適切にクレーン上に配置される電動機制御装置を備える天井クレーンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、本発明について説明する。ここでは、わかり易さのため図面の参照符号を括弧書きで記載するが本発明はこれに限定されるものではない。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、ガーダ（２０）と、ガーダに設けられた主巻き装置（４０）と、主巻き装置にワイヤ（３２、３２）を介して具備されて、主巻き装置へのワイヤの巻き上げ巻き戻しによって上下動可能とされたフック（３３、３３）と、を備え、ガーダに設置され、主巻き装置によるワイヤの巻き上げ、又は巻き戻しの速度制御をする電動機制御装置（５０）を有し、電動機制御装置は高圧インバータ（５１、５１）を具備しており、該高圧インバータにより速度制御が行われるとともに、電動機制御装置は、ガーダの全幅に対して中央１／３の範囲内に設置されることを特徴とする天井クレーン（１０）を提供することにより前記課題を解決する。
ここで、高圧インバータとは、６００Ｖ以上で用いられるインバータをいう。また、ガーダの幅は、該ガーダがレール間を渡されて配置される当該渡された方向の大きさを意味する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の天井クレーン（１０）において、高圧インバータが（５１、５１）マトリクスコンバータであることを特徴とする。
マトリクスコンバータは、構造がシンプルで小型化が可能なので、設置スペースが限定された天井クレーンという環境に適用する上で好適である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の天井クレーンにおいて、電動機制御装置が複数備えられることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の天井クレーンにおいて、主巻き装置には、かご形誘導電動機が備えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、構造が簡易であるとともに適切にクレーン上に配置される電動機制御装置を備える天井クレーンを提供することができる。また、このような天井クレーンは、省エネ効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】１つの実施形態に係る天井クレーンの概念を説明する図である。
【図２】電動機制御装置及び主巻き装置を説明するための概念図である。
【図３】電動機制御装置及び主巻き装置の他の例を説明するための概念図である。
【図４】実施例における振動測定箇所を示す図である。
【図５】実施例における振動のチャートを表わした図である。
【図６】従来のレードルクレーンの電動機制御装置及び主巻き装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
図１は１つの実施形態にかかるレードルクレーン１０の構成を模式的に表した図である。レードルクレーン１０は、ガーダ２０と該ガーダ２０の両端に配置された車輪２１、２１とを備えている。図１からわかるように、車輪２１、２１が建屋に敷設された複数のレール１１、１１のそれぞれに対応して配置され、ガーダ２０がレール１１、１１間をわたされるように設置される。これによりレードルクレーン１０は、レール１１、１１に沿って図１の紙面奥／手前方向に移動することが可能となる。
【００２０】
また、ガーダ２０には、トロリ３０が設置されており、該トロリ３０は図１にＡで示した方向である、ガーダ２０の移動方向と直交する方向に移動することができるように構成されている。トロリ３０には主巻き装置４０が配置され、該主巻き装置４０にワイヤ３２、３２及びフック３３、３３が具備されている。従って、主巻き装置４０によるワイヤ３２、３２の巻き上げ巻き戻しにより、フック３３、３３が図１にＢで示した方向に上下動することが可能となる。そして当該主巻き装置４０の巻き上げ巻き戻し、及びその速度制御はガーダ２０上に設けられた電動機制御装置５０によりおこなわれる。
以下、主巻き装置４０及び電動機制御装置５０について詳しく説明する。図２に主巻き装置４０及び電動機制御装置５０の構成、並びに関係を模式的に示した。
【００２１】
主巻き装置４０は、電動機４１、４１、ギアボックス４２、ドラム４３及びパルスジェネレータ（ＰＧ）４４を備えている。
電動機４１、４１は、いわゆる三相誘導電動機であり、その中でもかご形誘導電動機であることが好ましい。かご形誘導電動機は、構造が簡単であることから低コストとすることができるとともに、堅牢で信頼性が高いからである。従来では、速度制御の観点からレードルクレーンのような大型のクレーンの電動機にはほとんど用いることができなかった。しかしながら以下で説明するように、本実施形態の電動機制御装置５０として高圧インバータ、特にマトリクスコンバータ５１、５１（図２参照）を適用して制御することにより、大型のクレーンでもその短所を補い、長所を活かすことができるようになった。ただし、本発明は、電動機の種類をこれに限定するものではなく、従来のような巻線型誘導電動機を用いてもよい。より簡易な構成、及び信頼性の向上の観点から、かご形誘導電動機を好ましい形態として説明した。
【００２２】
ギアボックス４２は、電動機４１、４１の回転を、巻き上げ、巻き戻しに適切な回転に変換してドラム４３に伝える機器であり、歯車列を備える等して構成されている。ギアボックス４２は公知のものを用いることができる。
パルスジェネレータ４４はギアボックス４２に接続されており、パルスジェネレータ４４によりギアボックス４２の回転数を検出してこれを電動機制御装置５０にフィードバックする等により回転数の制御をおこなうように構成されている。なお、図３のように、パルスジェネレータ４４’、４４’を各電動機４１、４１に接続して回転数を制御する構成としてもよい。
【００２３】
ドラム４３は、上記ギアボックス４２を介して伝達された電動機４１、４１からの回転力によって回転し、外周にワイヤ３２、３２を巻きつけることにより該ワイヤ３２、３２を巻き上げることができる機器である。ドラム４３から順次ワイヤ３２、３２を離脱させることにより巻き戻しを行うことができる。当該ドラム４３は通常のドラムを用いることができる。
【００２４】
一方、電動機制御装置５０は、電動機４１、４１に接続され、該電動機４１、４１の始動時の制御や、巻き上げ巻き戻し時の速度制御等の電動機の回転制御をおこなう装置である。電動機制御装置５０は、各種スイッチや制御基板等を備えているが、これに加えてマトリクスコンバータ５１、５１を具備して構成されている。
【００２５】
マトリクスコンバータ５１、５１は、交流電源から交流電圧を直接出力することができるパワー変換の装置である。具体的には双方向スイッチをＰＷＭ制御することにより構成される回路を具備したものである。これにより、従来の一次電圧制御、及び二次抵抗制御に比べてその構造を簡略化することができ、機器の小型化、長寿命化、導通損失の低減等を図ることが可能となる。
そして、マトリクスコンバータ５１、５１を用いることにより、かご形誘導電動機の速度制御を容易におこなうことができるようになり、巻き上げ装置４０の構成、ひいては天井クレーンの構成を相乗的に簡易にすることが可能となった。
【００２６】
なお、回生機能を具備したマトリクスコンバータを用いて制御すれば、さらに従来の２次抵抗制御では困難であった、天井クレーンの巻き戻し動作の間を電源回生領域とすることが可能になる。これにより、クレーンの大きさや使用頻度等の状況によって異なるものの、大きな省電力効果、すなわち温室効果ガスの排出量削減をすることができる。
【００２７】
電動機制御装置５０は、あまり大きいとガーダ２０への設置の自由度が小さくなるので、できるだけコンパクトであるのが好ましい。
【００２８】
電動機制御装置５０は、ガーダ２０が移動している際に該電動機制御装置５０に加わる振動の加速度が１Ｇ以下となるように配置されることが好ましい。これにより、電動機制御装置５０がクレーン運転時の振動から適切に保護される。
【００２９】
さらに好ましくは、電動機制御装置５０は、図１に示したように、ガーダ２０の幅（ガーダ２０がレール１１、１１を渡された方向の大きさ）Ｌに対して、その中央の（１／３）Ｌの範囲内に配置される。大型の天井クレーンにおいては従来振動が非常に大きいと考えられていたが、後で実施例に示すように、クレーンの中央付近は予想に反して、クレーン運転時における振動を比較的小さく、最大加速度が１Ｇ以下を確保することができ、この位置に電動機制御装置５０を設置することによって、振動から保護することができる。
【００３０】
また、電動機制御装置５０は、制振ゴム等の耐振動手段を介してガーダ２０に配置されてもよい。ただし、前述したように、幅方向中央の（１／３）Ｌの範囲内に設置する際には、特殊な耐振動手段を介する必要がなく、設備を単純にすることができる。ただし、これは耐振動手段を設けることを妨げるものではない。
【００３１】
また、本実施形態において、電動機制御装置は１つのみ設けられているが、必ずしもこれに限定されることはなく、２つ以上設けられていてもよい。このときには、同時に両方の電動機制御装置を用いて１つあたりの負荷を減ずるように用いることもできる。または各々で単独でもクレーンを作動可能な仕様としておき、一方に何らかの理由により不具合が生じても他方でクレーンを作動させることができるように構成してもよい。
【００３２】
以上のような天井クレーンの構成により、構造が簡易であるとともに適切にクレーン上に配置される電動機制御装置を備える天井クレーンとすることができる。以下実施例によりさらに詳しく説明する。ただし本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３３】
本実施例では、ガーダを移動させたときに、電動機制御装置が受ける振動を測定した。電動機制御装置の位置を変更してそれぞれについて当該測定をおこなった。具体的には、図４に示した３か所の配置位置（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）のそれぞれにおいて測定した。図４からわかるように、Ｐ１はガーダ（ｅ１）の幅Ｗに対して中央（１／３）Ｗの範囲内に設置した。一方、Ｐ２は当該中央（１／３）Ｗからわずかに外れた位置、Ｐ３はガーダの幅方向端部位置である。
【００３４】
振動の測定は、ＸＹＺ３方向圧電式加速度センサ（型式  ＰＶ−９３、リオン社）をガーダの床面に設置し、クレーン走行中、巻き上げ・巻き戻し等の運転におけるデータを取得した。各位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３にそれぞれ３つのセンサを設置した。具体的には位置Ｐ１についてセンサＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、位置Ｐ２についてＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、及び位置Ｐ３についてセンサＰ３１、Ｐ３２、Ｐ３３である。
【００３５】
図５は、振動状態に関する各センサのチャート出力結果であり横軸のｔは１時間である。表１は、前記各センサにおける所定の時間内で得られた加速度の最大値である。
【００３６】
【表１】
0005640358.tif 000002
【００３７】
図５及び表１からわかるように、Ｐ２、Ｐ３の位置では振動が大きく、加速度が１Ｇを超えることがある。一方、Ｐ１では加速度を１Ｇ以下に維持することが可能である。振動の観点からは、電動機制御装置の配置位置をガーダの全幅Ｗに対して中央（１／３）Ｗの範囲内とすることが好ましいことがわかる。
【００３８】
以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う、天井クレーンも本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【符号の説明】
【００３９】
１０  レードルクレーン（天井クレーン）
１１  レール
２０  ガーダ
２１  車輪
３０  トロリ
３２  ワイヤ
３３  フック
４０  主巻き装置
４１  電動機
４２  ギアボックス
４３  ドラム
４４  パルスジェネレータ
５０  電動機制御装置
５１  高圧インバータ（マトリクスコンバータ）
【図１】
0005640358.tif 000003
【図２】
0005640358.tif 000004
【図３】
0005640358.tif 000005
【図４】
0005640358.tif 000006
【図６】
0005640358.tif 000007
【図５】
0005640358.tif 000008