(57)【要約】【課題】巻下げ起動時に機械的ショックが小さく、巻下げ方向の速度の飛び出しが少ない可変速巻上・巻下機の起動装置およびその起動方法を提供する。【解決手段】可変速巻上・巻下機モータに三相交流を出力し、その出力周波数を変化させてモータ速度を制御するインバータと、インバータに運転の開始および停止を指令する運転指令手段とを備える巻上げ・巻下げ運転用の可変速巻上・巻下機において、インバータは、運転指令手段から巻下げ運転開始指令を受けると、所定の大きさの出力電流になるように直流電圧を出力し、所定の時間経過後、あるいは、ブレーキ開放のアンサバック信号の入力後に周波数指令を増加させ始めるようにしたものである。【選択図】図１
2006036520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速巻上・巻下機モータに三相交流を出力し、その出力周波数を変化させてモータ速度を制御するインバータと、前記インバータに運転の開始および停止を指令する運転指令手段とを備える巻上げ・巻下げ運転用の可変速巻上・巻下機において、
前記インバータは、前記運転指令手段から巻下げ運転開始指令を受けると、所定の大きさの出力電流になるように直流電圧を出力し、所定の時間経過後、あるいは、ブレーキ開放のアンサバック信号の入力後に周波数指令を増加させ始めることを特徴とする可変速巻上・巻下機の巻下起動方法。
【請求項２】
前記インバータは、前記運転指令手段から巻下げ運転開始指令を受けた際に直流電圧を出力する際の出力電流の大きさは、前記モータと前記インバータの定格電流に基づいて決定することを特徴とする請求項１記載の可変速巻上・巻下機の巻下起動方法。
【請求項３】
前記出力電流の大きさは、前記モータと前記インバータの定格電流に基づき、両定格電流の８０％から１００％としたものである請求項２記載の可変速巻上・巻下機の巻下起動方法。
【請求項４】
可変速巻上・巻下機モータに三相交流を出力し、その出力周波数を変化させてモータ速度を制御するインバータと、前記インバータに運転の開始および停止を指令する運転指令手段とを備える巻上げ・巻下げ運転用の可変速巻上・巻下機において、
前記インバータは、前記運転指令手段から巻下げ運転開始指令を受けると、所定の大きさの出力電流になるように直流電圧を出力し、所定の時間経過後、あるいは、ブレーキ開放のアンサバック信号の入力後に周波数指令を増加させ始める手段を備えたことを特徴とする可変速巻上・巻下機の巻下起動装置。
【請求項５】
前記インバータは、前記運転指令手段から巻下げ運転開始指令を受けた際に直流電圧を出力する際の出力電流の大きさは、前記モータと前記インバータの定格電流に基づいて決定することを特徴とする請求項４記載の可変速巻上・巻下機の巻下起動装置。
【請求項６】
前記出力電流の大きさは、前記モータと前記インバータの定格電流に基づき、両定格電流の８０％から１００％としたものである請求項５記載の可変速巻上・巻下機の巻下起動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度制御装置としてのインバータを備え、巻上用モータに速度センサが取り付けられていない速度制御方法が適用されている場合の可変速巻上・巻下機の起動方法および装置に関し、巻下げ運転の開始を円滑にできるよう工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
モータを使用した巻上げ／巻下げを行う可変速巻上・巻下機は、各種クレーン用に幅広く用いられている。かかる可変速巻上・巻下機の運転方法例としては、押しボタンを押すと直ちに動作を開始できるとともに巻上げ運転開始時および停止時に吊荷が下がることのない可変速巻上機を得ることを目的とした特許文献１（特開平５−１２４７９３号公報）や、巻上・巻下機で停止時に作動させる電磁ブレーキの磨耗と負荷の吊り落としを防止することを目的とした特許文献２（特開平８−２８８４号公報）がある。
【特許文献１】特開平５−１２４７９３号公報
【特許文献２】特開平８−２８８４号公報  速度センサが取り付けられているモータを使用する場合には、インバータの速度制御方法をベクトル制御方法にし、巻下げ時には回生方向のトルク補償を行うことがある。  速度センサが取り付けられていない場合の速度制御方法が適用された場合の動作を、特許文献１（特開平５−１２４７９３号公報）に記載されている従来技術を参考に説明する。
【０００３】
図１は従来の可変速巻上機の回路図である。１はインバータで、給電線Ｒ，Ｓ，Ｔから三相交流が供給される。２は巻上モータでインバータ１から出力される三相交流の相回転方向と周波数に応じた回転方向と速度で回転する。３はブレーキコイルで無通電時は巻上モータ２が回転しないようにロックし、通電時は巻上モータ２が自由に回転できるように開放する。
４は巻上運転用の常開２段押込押しボタンで１段目まで押し込むと押しボタンスイッチ４ａ1が閉じ、２段目まで押し込むと押しボタンスイッチ４ａ2が閉じる。５は巻下運転用の常開２段押込押しボタンで１段目まで押し込むと押しボタンスイッチ５ａ1が閉じ、２段目まで押し込むと押しボタンスイッチ５ａ2が閉じる。なおこの巻上運転用常開２段押込押しボタン４、巻下運転用常開２段押込押しボタン５は機械的インターロックにより結合され、同時には押せないように構成されている。
６は電磁リレーコイルで常開接点６ａを開閉する。この常開接点６ａは、電磁リレーコイル６により閉じられ巻上モータ２が巻上げ方向に回転する相回転方向でインバータ１が三相交流を出力するように指示する。７は電磁リレーコイルで常開接点７ａを開閉する。この常開接点７ａは、電磁リレーコイル７により閉じられ巻上モータ２が巻下げ方向に回転する相回転方向でインバータ１が三相交流を出力するように指示する。８は電磁リレーコイルでインバータ１が三相交流を出力している間、付勢され、常開接点８ａを閉じる。９は電磁リレーコイルで常開接点９ａ1、９ａ2を閉じてブレーキコイル３に通電する。
１０は高速設定器、１１は低速設定器であり、それぞれ可変抵抗器で構成されている。１２は電磁リレーコイルで巻上運転用常開２段押込押しボタン４または巻下運転用常開２段押込押しボタン５を２段目まで押し込むと付勢され、常開接点１２ａ１、１２ａ2を閉じ、常閉接点１２ｂ１、１２ｂ2を開いて低速設定器１１から高速設定器１０への切り替えを行う。
【０００４】
図３は、図１における従来技術での可変速巻上機のインバータ出力周波数の変化を示す動作特性図で、図１の可変速巻上機の動作について巻上げ動作を例にとって説明する。
時刻ｔ１において巻上運転用常開２段押込押しボタン４を１段目まで押すと電磁リレーコイル６の常開接点６ａが閉じ、インバータ１は周波数を０Ｈｚから低速設定器１１で設定している周波数ｆ２まで、予め設定された傾斜で増加させ始める。時刻ｔ２において周波数ｆ１に達するとインバータ１は巻上モータ２に出力を開始すると同時に電磁リレーコイル８を付勢する。この結果常開接点８ａが閉じ、電磁リレーコイル９が付勢されて常開接点９ａ1、９ａ2が閉じる。このため、ブレーキコイル３は通電状態となり、巻上モータ２を開放する。開放された巻上モータ２は巻上げ方向に回転し始めて増速していく。
時刻ｔ３において周波数ｆ２に達すると、インバータ１は周波数の増加を停止するので、巻上モータ２は定速運転される。時刻ｔ４において巻上運転用常開２段押込押しボタン４がさらに２段目まで押されると電磁リレーコイル１２が付勢され、常閉接点１２ｂ1、１２ｂ2を開放して低速設定器１１を切り離すとともに、常開接点１２ａ1、１２ａ2を閉じて高速設定器１０の出力をインバータ１に接続する。この結果、インバータ１は周波数ｆ３まで予め設定された傾斜で増加させ、巻上モータ２を再び増速していく。
時刻ｔ５において周波数ｆ３に達すると、インバータ１は周波数の増加を停止するので、巻上モータ２は高速で定速運転し始める。その後時刻ｔ６において巻上運転用常開２段押込押しボタン４が２段目から１段目に戻されると、速度設定が高速設定器１０から低速設定器１１に切り替わる。この結果、インバータ１は予め設定された傾斜で減少し始める。時刻ｔ７で周波数ｆ２に達すると周波数の減少が停止するので巻上モータ２は低速で定速運転される。
さらに時刻ｔ８において巻上運転用常開２段押込押しボタン４を押すのを完全に止めると電磁リレーコイル６は消勢され、電磁リレーコイル６を開く。この結果、インバータ１の周波数は０Ｈｚになるまで予め設定された傾斜で減少し始める。時刻ｔ９において周波数ｆ１に達するとインバータ１は巻上モータ２への出力を停止すると同時に、電磁リレーコイル８を消勢して増加させ常開接点８ａを開放する。この結果、電磁リレーコイル９が消勢され、常開接点９ａ1，９ａ2が開かれるため、ブレーキコイル３は無通電状態となり、巻上モータ２をロックして停止させる。
巻下運転用常開２段押込押しボタン５を押して巻下げ運転をする場合の動作も巻上げ運転の場合と同様である。ただし、この場合は電磁リレーコイル７が付勢されて常開接点７ａが閉じ巻上モータ２が巻下げ方向に回転する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、可変速巻上・巻下機は上記のように動作するので、運転開始時には電磁ブレーキによりロックされている状態から出力周波数を上げ、巻下げ時には吊荷を引き降ろす方向にトルクを発生させ、電磁ブレーキが開放したことにより荷重がそれに加わるために、急激で、かつ過大な機械的ショックを伴って、巻下げ方向に速度が飛び出すようになる。特に、低速で運転する場合にこの動作は顕著に見える。また、巻上モータに誘導電動機を用いる場合は、モータの磁束が十分に立ち上がっていないために、この現象に拍車がかかる。従来技術には、以上のような課題があったが、前記公報にはこの対策については一切記載されていない。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、巻下げ起動時に機械的ショックが小さく、巻下げ方向の速度の飛び出しが少ない可変速巻上・巻下機の起動装置およびその起動方法を提供することを目的とする。また、機械に与えるストレスを小さくし、特に巻下げ量が小さい場合の操作性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、可変速巻上・巻下機モータに三相交流を出力し、その出力周波数を変化させて電動機の速度を制御するインバータと、前記インバータに運転の開始および停止を指令する運転指令手段とを備える巻上げ・巻下げ運転用の可変速巻上・巻下機において、前記インバータは、前記運転指令手段から巻下げ運転開始指令を受けると、所定の大きさの出力電流になるように直流電圧を出力し、所定の時間経過後に、あるいは、ブレーキ開放のアンサバック信号の入力後に出力周波数を増加させ始めることを特徴とする。
また、前記出力電流の大きさは、前記モータと前記インバータの定格電流に基づき、両定格電流の８０％から１００％としたものである
このようになっているため、ブレーキ開放時には出力周波数は０の状態であるために、巻下げ開始時に巻上モータが発生する吊荷を引き降ろす方向のトルクを抑制でき、巻上モータに誘導電動機を用いる場合には、ブレーキ開放までにモータ磁束を立ち上げることもできるので、巻下げ起動時に発生する機械的なショックを小さくできる。また、巻下げ方向の速度の飛び出し量を少なくできる。
【０００７】
また、前記インバータは、前記運転指令手段から巻下げ運転開始指令を受けた際に直流電圧を出力する際の出力電流の大きさは、前記モータと前記インバータの定格電流に基づいて決定することを特徴とする。
このようになっているため、ブレーキが開放されて直流電圧を与えている間に吊り落としを発生させないのに十分な保持トルクを発生することができる。
【発明の効果】
【０００８】
巻下げの運転開始時は、巻上モータは電磁ブレーキによるロックから開放後に出力周波数は増加し始めるので、巻上モータは吊荷を引き降ろす方向にトルクを発生させることを回避できる。また、巻上モータに誘導電動機を使用する場合、速度制御の開始前にモータ磁束の立ち上げることができる。このため、巻下げ起動時に発生する機械的ショックを小さくでき、また、巻下げ方向の速度の飛び出しを少なくできるので、機械に与えるストレスを小さくでき、特に巻下げ量が小さい場合の操作性向上に大きく貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施例を説明する前に、巻上モータに直流電圧を与えた状態で出力周波数を０にしたときの実際のモータ速度を計算してみることにする。
巻上モータに誘導電動機を用いる場合、出力周波数ｆ１とモータ速度ｆｒの関係は、（１）式で表される。
【００１０】
ｆ１＝ｆｒ±ｆｓ               ・・・（１）式
ただし、ｆｓ：すべり周波数
電動（カ行）時＋、回生時−符号を取る。
また、すべり周波数ｆｓは、（２）式で表される。
ｆｓ＝Ｉｑ／（２π・Ｔ２・Ｉｄ）      ・・・（２）式
ただし、Ｉｄ，Ｉｑ：モータのｄ、ｑ軸電流、Ｔ２：二次回路時定数
【００１１】
ここで、モータ速度の計算を簡単にするために、モータは定格負荷時のすべり量が１Ｈｚ、モータ磁束は定格磁束量になるように直流電圧を与えられていて、荷重が定格の８０％であったとする。このとき、すべり周波数ｆｓ＝０．８Ｈｚ（１Ｈｚの８０％）、出力周波数ｆ１＝０Ｈｚより、（１）式よりモータ速度ｆｒは０．８Ｈｚとなる。モータ停止状態から吊荷の重力負荷（ここでは８０％）がかかった場合、負荷に見合う周波数、この例では０．８Ｈｚという非常に緩やかな速度でモータは巻下げ方向に回転することを示している。
巻上モータに同期電動機を用いる場合、（１）式でのｆｓは０であるので、ｆ１と一致する速度、つまり停止状態となる。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例である可変速巻上・巻下機の回路図である。この実施例の回路構成は従来技術で説明した可変速巻上・巻下機と同じである。ただし、インバータ１は、運転開始状態に直流電圧を巻上モータ２に出力する機能を有し、出力周波数０で運転することができ、また、巻上モータが誘導電動機の場合にはブレーキが開放される前にモータ磁束を立ち上げることができる。また、運転指令手段を構成する巻上運転用常開２段押込押しボタン５が押されると、所定の大きさの出力電流になるように直流電圧を出力し、所定の時間経過後に周波数指令を増加させることができる。
【００１３】
次に図１の可変速巻下げ動作について説明する。図２は図１の可変速巻上・巻下機のインバータ出力周波数の変化を巻下げ運転開始時について示す動作特性図である。
時刻ｔ１において巻下運転用常開２段押込押しボタン５を１段目まで押すと電磁リレーコイル７の常開接点７ａが閉じ、インバータ１は電磁リレーコイル８を付勢し、予め設定された所定時間（Δｔ）が経過するまで直流電圧を出力する。巻上モータ２が誘導電動機であれば、モータ磁束の立ち上がりが開始される。
なお、電磁リレーコイル９等の動作遅れ後常開接点８ａが閉じ、電磁リレーコイル９が付勢されて常開接点９ａ1、９ａ2が閉じる。このため、ブレーキコイル３は通電状態となり、ブレーキコイルの動作遅れ後巻上モータ２を開放する。
開放されると、巻上モータに誘導電動機を用いている場合は、巻上モータ２は負荷に応じた速度で、巻下げ方向に非常に緩やかに回転し始める。
予め設定された所定時間（Δｔ）経過した時刻ｔ２において、インバータ１は周波数を０Ｈｚから予め設定されている周波数ｆ１に瞬時に立ち上げ、低速設定器１１で設定している周波数ｆ２まで、予め設定された傾斜で増加させ始めると、開放された巻上モータ２は巻下げ方向に回転は増速していく。
時刻ｔ３において周波数ｆ２に達すると、インバータ１は周波数の増加を停止するので、巻上モータ２は定速運転される。以後、従来技術と同様に運転される。
【００１４】
ブレーキ開放のアンサバック信号をインバータ１に入力するように可変速巻上・巻下機の回路を変更（図示せず）し、可変速巻下げ動作において、運転指令手段を構成する巻上運転用常開２段押込押しボタン５が押され、所定の大きさの出力電流になるように直流電圧を出力後、予め設定された所定時間（Δｔ）が経過後に実施していた周波数指令の増加開始を、ブレーキ開放のアンサバック信号の入力後に行うようにしてもよい。
また、インバータ１は、ブレーキを緩めるための電磁リレーコイル８の付勢処理を運転指令が入力された直後にする必要はなく、モータ磁束の立ち上げ時間を確保することを重視し、運転指令入力から所定時間経過後に行ってもよい。
なお、周波数指令の増加タイミングが遅れることが問題になる場合は、起動開始直後の周波数増加の傾斜を大きくさせてもよい。この際、既にブレーキは開放されているので、周波数増加の傾斜を大きくしても起動開始時の機械的ショックは、従来よりも小さくできる。
可変速巻下げ動作開始直後に巻上モータ２に与える直流電圧の大きさは、インバータ１の出力電流の大きさを考慮するが、巻上モータ２とインバータ１の定格電流に基づき、ブレーキ開放時のモータの保持トルクとモータとインバータ保護の観点から、両定格電流の８０％から１００％に決定するとよい。
また、制御装置としてのインバータの外部でシーケンス的処理を行ってインバータに指令を与えて動作させても、あるいはインバータに本機能を内蔵させても本発明は実施でき、同様な効果を有することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明および従来技術に係る可変速巻上・巻下機の回路図
【図２】本発明である図１の可変速巻上・巻下機のインバータ出力周波数の変化を巻下げ開始時について示す特性動作図
【図３】従来技術での可変速巻上・巻下機のインバータ出力周波数の変化を示す動作特性図
【符号の説明】
【００１６】
１  インバータ
２  巻上モータ
３  ブレーキコイル
４  巻上運転用常開２段押込押しボタン
４ａ1、４ａ2、５ａ1、５ａ2  押しボタンスイッチ
５  巻下運転用常開２段押込押しボタン
６、７、８、９、１２  電磁リレーコイル
６ａ、６ａ2、６ａ3、７ａ、８ａ、８ａ2、９ａ1、９ａ2、１２ａ1、１２ａ2  常開接点
７ｂ、１２ｂ1、１２ｂ2  常閉接点
１０  高速設定器
１１  低速設定器
【図１】
2006036520.tif 000003
【図２】
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【図３】
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