(57)【要約】【課題】本発明は、トルクモータへの印加電圧を連続して調整することができ、急峻なトルク変化の発生を抑制でき、さらに、巻き取り張力の精度向上に寄与することができる巻き取り装置を提供することにある。【解決手段】インバータ制御部４１では、操作パネル１６から入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを基本パターン演算部５１で生成しておき、操作パネル１６から運転指令が入力された場合には、第２運転指令判定部５５に基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、トルクモータ８への印加電圧を目標電圧に向かうように制御する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手物体を巻き取る巻き取り手段と、
印加周波数が固定で印加電圧に応じて出力トルクを変化して前記巻き取り手段を駆動するトルクモータと、
商用電源から供給される交流電力を三相交流電力に変換して前記トルクモータへ印加するインバータ装置とを備えた巻き取り装置であって、
前記インバータ装置は、
操作に応じた指令を入力する操作入力手段と、
該操作入力手段から入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを生成する基本パターン生成手段と、
前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、該基本パターン生成手段から出力された基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に該基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、前記トルクモータへの印加電圧を前記目標電圧に向かうように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする巻き取り装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、前記電圧指令を０Ｖから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを特徴とする請求項１記載の巻き取り装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から０Ｖまで所定時間を掛けて下降するように制御することを特徴とする請求項１記載の巻き取り装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記商用電源の電圧と所定の基準電圧とから求めた差を前記電圧指令に加算して補正する電圧自動調整手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の巻き取り装置。
【請求項５】
前記インバータ装置から前記トルクモータへ印加される交流電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記電流検出手段からの検出値が所定の保護基準値を上回った場合には、前記検出値が該所定の保護基準値以下になるまで前記電圧指令を減少するように制御する過電流保護手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の巻き取り装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、周波数指令を０Ｈｚから所定の周波数に切り替えて固定しておき、前記電圧指令を０Ｖから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御し、前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から０Ｖまで所定時間を掛けて下降するように制御した後に、周波数指令を０Ｈｚに戻すように制御することを特徴とする請求項１記載の巻き取り装置。
【請求項７】
前記制御手段は、
運転途中で停止されている場合に、前記操作入力手段から運転指令が入力されたときには、０Ｖから前回停止直前の電圧指令まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを特徴とする請求項６記載の巻き取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻き取り装置に関し、詳しくはワイヤやケーブル等の線状または帯状の長手物体を巻き取るための巻き取り装置に関し、特に、巻き取り側にトルクモータを使用する巻き取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワイヤやケーブル等の線状または帯状の長手物体を巻き取るために利用される巻き取り装置としては、図１０に示すような、巻き取り装置１００が知られている。
【０００３】
巻き取り装置１００において、巻き出しの元となる給線ボビン１には、多くの電線２が巻かれており、この給線ボビン１が供給側のインバータ装置３等の電源装置で駆動される誘導電動機（ＩＭ）４で回転されることにより給線が行なわれる。なお、供給側のインバータ装置３には、通常、商用電源が供給される。
【０００４】
給線された電線２は中間の回転滑車５，６，７を経てトルクモータ８に駆動されている巻き取りボビン９に巻き取られる。
【０００５】
トルクモータ８には、スライダック１０の出力電圧が印加されており、従来の装置では、このスライダック１０の出力電圧を手動で調整して、巻き取り時の張力を一定に保持していた。なお、スライダック１０には、通常、商用電源が供給される。
【０００６】
トルクモータ８は、汎用誘導電動機と異なり、周波数・電圧を一定比率（Ｖ／ｆ一定）に制御して速度を変化させるというものではなく、周波数は略固定（例えば５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）とし、電圧を変化させることで発生トルクを調節することができるという特長を有するモータである。
【０００７】
つまり、インバータ等が普及していない時代では、このトルクモータ８を使用することで、人間の手動操作により張力の管理調整が可能な構造的に簡素な装置が構成できた。
【０００８】
即ち、巻き取り装置１００の場合、何も制御をしなかったとすると、電線２に掛かる張力は、図１１に示す「無制御時」のグラフのように巻き取り経過時間Ｔの経過と共に減少する。これは、巻き取りボビン９に巻かれる電線量が増加するために回転トルクが不足してくるからである。
【０００９】
このような状態では、張力が減少して線がたるむため、従来は、スライダック１０を調整してトルクモータ８への印加電圧を増加させ、トルクを回復させ、張力一定を保つようにしている。
【００１０】
図１１に、この手動調整時の電線２に掛かる張力の変化のグラフを示す。図１１に示すように、「手動時」には基本的に張力が一定値近くに保たれるが、手動調整のタイミングと量によっては同グラフで示されるように多少変動する。
【００１１】
なお、トルクモータ８を用いた巻き取り装置としては、特許文献１に記載の「張力調節装置」、および、特許文献２に記載の「テイクアップワインダ」が報告されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平２−１８８３５４
【００１３】
【特許文献２】
特開２００１−２２６０３４
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の装置では、トルクモータ８のトルク調整を手動操作で行っていたため、作業者の経験や勘に頼った作業になり易く、手動操作の煩わしさがあるといった問題があった。
【００１５】
また、装置を常時操作して連続して印加電圧を調整することは困難であるから、どうしてもステップ的な調整操作となり、調整時に急峻なトルク変化が発生し、巻き取り張力の精度向上は期待できないといった問題があった。
【００１６】
さらに、トルクモータ８の起動時には、停止時の過渡的な状態や、負荷急変等の異常事態でも、安定した巻き取り制御を実現したいといった要望があった。
【００１７】
また、巻き取り開始時や、途中停止、再起動、停止時の過渡的な状態では、負荷の大きさや、巻き取りボビン９の慣性量や、巻き取り経過時間によりその都度負荷トルク特性が変化するため、このような過渡状態においても、安定した巻き取り制御を実現したいといった要望があった。
【００１８】
さらに、トルクモータ８の起動時や停止時の過励磁や過電流を防止したいといった要望があった。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、トルクモータへの印加電圧を連続して調整することができ、急峻なトルク変化の発生を抑制でき、さらに、巻き取り張力の精度向上に寄与することができる巻き取り装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、長手物体を巻き取る巻き取り手段と、印加周波数が固定で印加電圧に応じて出力トルクを変化して前記巻き取り手段を駆動するトルクモータと、商用電源から供給される交流電力を三相交流電力に変換して前記トルクモータへ印加するインバータ装置とを備えた巻き取り装置であって、前記インバータ装置は、操作に応じた指令を入力する操作入力手段と、該操作入力手段から入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを生成する基本パターン生成手段と、前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、該基本パターン生成手段から出力された基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に該基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、前記トルクモータへの印加電圧を前記目標電圧に向かうように制御する制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００２１】
請求項２記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、前記電圧指令を０Ｖから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを要旨とする。
【００２２】
請求項３記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から０Ｖまで所定時間を掛けて下降するように制御することを要旨とする。
【００２３】
請求項４記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記商用電源の電圧と所定の基準電圧とから求めた差を前記電圧指令に加算して補正する電圧自動調整手段を備えたことを要旨とする。
【００２４】
請求項５記載の本発明によれば、前記インバータ装置から前記トルクモータへ印加される交流電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、前記電流検出手段からの検出値が所定の保護基準値を上回った場合には、前記検出値が該所定の保護基準値以下になるまで前記電圧指令を減少するように制御する過電流保護手段を備えたことを要旨とする。
【００２５】
請求項６記載の本発明によれば、前記制御手段は、前記操作入力手段から運転指令が入力された場合には、周波数指令を０Ｈｚから所定の周波数に切り替えて固定しておき、前記電圧指令を０Ｖから基本パターンで示される電圧まで所定時間を掛けて上昇するように制御し、前記操作入力手段から停止指令が入力された場合には、前記電圧指令を基本パターンで示される電圧から０Ｖまで所定時間を掛けて下降するように制御した後に、周波数指令を０Ｈｚに戻すように制御することを要旨とする。
【００２６】
請求項７記載の本発明によれば、前記制御手段は、運転途中で停止されている場合に、前記操作入力手段から運転指令が入力されたときには、０Ｖから前回停止直前の電圧指令まで所定時間を掛けて上昇するように制御することを要旨とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る巻き取り装置の構成を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、巻き出しの元となる給線ボビン１には、多くの電線２が巻かれており、この給線ボビン１が供給側のインバータ装置３等の電源装置で駆動される誘導電動機（ＩＭ）４で回転されることにより給線が行なわれる。なお、供給側のインバータ装置３には、通常、商用電源が供給される。
【００３０】
給線された電線２は中間の回転滑車５，６，７を経てトルクモータ８に駆動されている巻き取りボビン９に巻き取られる。
【００３１】
トルクモータ８は、インバータ装置１１の出力電圧が印加されており、このインバータ装置１１の出力電圧が自動調整され、巻き取り時の張力を一定に保持している。なお、インバータ装置１１には、通常、商用電源が供給される。トルクモータ８は、周波数は略固定（例えば５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）とし、電圧を変化させることで発生トルクを調節することができるという特長を有するモータである。
【００３２】
インバータ装置１１には、後述する各種指令を入力するために操作パネル１６が接続されており、この操作パネル１６により入力された各種指令に応じてインバータ装置１１がトルクモータ８に出力電圧を与え、発生トルクを調節する。
【００３３】
図２は、操作パネル１６の構成を示す図である。
【００３４】
操作パネル１６は、インバータ装置１１の筐体前面に装備されている。操作部分としては、後述するインバータ制御部４１を運転、停止するＤＲＩＶＥキー２１、テンキー２２、小数点キー２３、ＥＮＴＥＲ（実行・確定）キー２４、ステップキー２５、ＰＲＯＧＲＡＭ（プログラム）キー２６、表示切り替え／ＣＬＥＡＲキー２７およびＳＴＯＰキー２８を備えている。
【００３５】
また、表示部分としては、セグメントモニタ３１と８つのランプ（Ｃｔｒｌ、ＭＰａ、Ｖ、％、ｒｐｍ、Ａ、Ｈｚの各表示が付されたランプ及び運転モード表示ランプ３２）を備えている。これらは何れもＬＥＤから成り、セグメントモニタ３１は、操作状態およびパラメータ番号、その設定値、インバータ制御部４１の状態等を表示する。
【００３６】
図３は、インバータ装置１１の構成を示す図である。
【００３７】
操作パネル１６には、インバータ制御部４１が接続されており、このインバータ制御部４１では、操作パネル１６から入力された各種指令に応じて出力周波数指令と出力電圧指令を生成してＰＷＭ制御部４３に出力する。
【００３８】
ここで、インバータ制御部４１の構成について説明する。
【００３９】
作業者の操作に応じて操作パネル１６から出力された周波数指令は、一旦、第１運転指令判定部５３に入力されて内部に設けられたメモリに記憶される。操作パネル１６に設けられたＤＲＩＶＥキーが押されると、運転指令がこの第１運転指令判定部５３に入力され、記憶されている周波数指令が過電流保護部７１に出力される。なお、ＤＲＩＶＥキーが押された後にＳＴＯＰキーが押されると、運転指令が解除され、第１運転指令判定部５３から出力されていた周波数指令が０に戻る。
【００４０】
操作パネル１６から出力された目標電圧は、一旦、基本パターン演算部５１に入力される。基本パターン演算部５１では、入力された目標電圧に応じてトルクモータ８に供給する電圧の基本パターンを演算し、内部に設けられたメモリに書き込む。図４は、基本パターン演算部５１のメモリに書き込まれた基本パターンを示すグラフである。基本パターン演算部５１は、演算して得られた基本パターンを第２運転指令判定部５５に出力して記憶させる。
【００４１】
操作パネル１６に設けられたＤＲＩＶＥキーが押されると、運転指令がこの第２運転指令判定部５５に入力され、記憶されている基本パターンが経過時間に応じて順次に読み出され電圧指令増加・減少部５７に出力される。
【００４２】
電圧指令増加・減少部５７は、予め操作パネル１６により設定された電圧増加勾配指令に従って、時間勾配を持って基本パターン上の目標電圧まで上昇する。なお、予め操作パネル１６により電圧減少勾配指令が設定されている場合には、この電圧減少勾配を用いて停止動作が行われる。電圧指令増加・減少部５７により増加・減少勾配の加味された電圧指令は、さらに、ＡＶＲ部５９（出力電圧自動調整手段）に入力され、自動電圧制御ＡＶＲが行われる。
【００４３】
このＡＶＲ部５９は、予めインバータ制御部４１に設定された基準電圧と商用電源の電圧値を加算器６５に入力してその偏差を求め、ゲイン６７に入力してゲインを乗算し、その値と現在の電圧指令値とを加算器６９により加算して過電流保護部７１に出力する。このＡＶＲ部５９では、基準電圧に対し、商用電源の変化分を補正するような制御となり、例えば、入力される商用電源の電圧が大きい場合は、その時の偏差分だけ電圧指令を減算し、出力電圧が入力される商用電源の電圧変化に影響されないようにするものである。
【００４４】
一方、実効値変換部６３は、電流センサＣＴ１，ＣＴ２により検出されたトルクモータ８に流れるＵ相，Ｗ相の電流量Ｉｕ，Ｉｗをそれぞれ入力し、これら電流量Ｉｕ，Ｉｗを実効値に変換し、さらに、各相の実効値からトルクモータ８に流れる電流実効値に変換して過電流保護部７１に出力する。
【００４５】
図５は、過電流保護部７１の動作を示すグラフである。
【００４６】
過電流保護部７１は、電流実効値がこの保護基準値を超過または下回ったかどうかを判断して、出力電圧指令に電圧減少勾配または電圧増加勾配を与え、ＰＷＭ制御部４３に出力周波数指令および出力電圧指令を出力することで、インバータ部４７からトルクモータ８へ出力される出力電流を図５に示すように制限して過電流保護を行う。
【００４７】
すなわち、過電流保護部７１では、出力電流の保護基準値を内部に設けられたメモリに記憶しており、電流実効値がこの保護基準値よりも超過した場合には、出力電圧を電圧減少勾配に従って下降させ、一方、電流実効値がこの保護基準値を下回った場合には、電圧増加勾配に従って増加させるという動作を行う。
【００４８】
ＰＷＭ制御部４３には、インバータ部４７が接続されており、インバータ制御部４１により生成された出力周波数指令と出力電圧指令に基づいて、この出力電圧指令で表される振幅と出力周波数指令で表される周期を有する三相のｓｉｎ波形データを生成し、内部で発生されている三角波キャリアと各相のｓｉｎ波形データを比較して３組の互いに逆レベルになるＯＮ／ＯＦＦ信号を生成し、これら３組のＯＮ／ＯＦＦ信号をインバータ部４７に出力する。なお、図面上では、これら３組のＯＮ／ＯＦＦ信号をＵｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎと表すこととする。
【００４９】
一方、商用電源として三相交流Ｒ，Ｓ，Ｔがコンバータ４５に入力されており、コンバータ４５に設けられたダイオードＤ１，Ｄ２にＲ相、Ｄ３，Ｄ４にＳ相、Ｄ５，Ｄ６にＴ相が入力され、各ダイオードとコンデンサＣ１により整流平滑されて直流端子Ｐ，Ｎ（Ｐ：正側端子、Ｎ：負側端子）に直流電力が出力される。
【００５０】
この直流端子Ｐ，Ｎにはインバータ部４７が接続されており、詳しくは、インバータ部４７に設けられたスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５およびダイオードＤ７，Ｄ９，Ｄ１１には正側端子Ｐが、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６およびダイオードＤ８，Ｄ１０，Ｄ１２には負側端子Ｎが接続されている。さらに、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のベースには、ＰＷＭ制御部４３から出力された３組のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎがそれぞれ入力されている。
【００５１】
インバータ部４７では、直流端子Ｐ，Ｎに入力されている直流電力に対して、ＰＷＭ制御部４３から出力された３組のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎに従って、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６をそれぞれＯＮ／ＯＦＦ制御することで、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点からＵ相が，スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点からＶ相が、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６の接続点からＷ相がそれぞれトルクモータ８の入力端子に出力される。
【００５２】
インバータ部４７からトルクモータ８に接続されているＵ相，Ｗ相の電力供給線には、電流センサＣＴ１，ＣＴ２が磁気結合されており、電流センサＣＴ１，ＣＴ２はトルクモータ８に接続されるＵ相，Ｗ相の電力供給線に流れるそれぞれの電流量Ｉｕ，Ｉｗを検出してインバータ制御部４１に設けられた実効値変換部６３に出力する。
【００５３】
次に、本発明の一実施の形態に係る巻き取り装置の動作を詳細に説明する。
【００５４】
図１に示すように、巻き出しの元となる給線ボビン１には、多くの電線２が巻かれており、この電線２は中間の回転滑車５，６，７を経て巻き取りボビン９に巻き取られるように準備されている。
【００５５】
いま、作業者の操作に従って操作パネル１６から、周波数指令、目標電圧、運転指令、電圧増加勾配指令、電圧減少勾配指令等が生成されてインバータ制御部４１に設けられた各部に出力される。詳しくは、インバータ制御部４１において、操作パネル１６から出力された周波数指令は第１運転指令判定部５３に入力され、目標電圧は基本パターン演算部５１に入力され、運転指令は第１運転指令判定部５３と第２運転指令判定部５５に入力され、電圧増加勾配指令と電圧減少勾配指令は電圧指令増加・減少部５７に入力される。
【００５６】
操作パネル１６から周波数指令を入力した第１運転指令判定部５３は、一旦、この情報を内部メモリに記憶しておき、操作パネル１６に設けられたＤＲＩＶＥキー２１が押されると、運転指令がこの第１運転指令判定部５３に入力され、内部メモリに記憶されている周波数指令が過電流保護部６１に出力される。
【００５７】
操作パネル１６から目標電圧を入力した基本パターン演算部５１は、この目標電圧に応じてトルクモータに供給する電圧指令の基本パターンを演算し、内部に設けられたメモリに書き込む。さらに、基本パターン演算部５１は、演算して得られた基本パターンを第２運転指令判定部５５に出力して記憶させる。ここで、操作パネル１６に設けられたＤＲＩＶＥキーが押されると、運転指令がこの第２運転指令判定部５５に入力され、内部メモリに記憶されている電圧指令の基本パターンが時間経過に応じて順次に読み出され電圧指令増加・減少部５７に出力される。
【００５８】
操作パネル１６から電圧増加勾配指令を入力した電圧指令増加・減少部５７は、この電圧増加勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が基本パターン上の目標電圧まで上昇されるように増加されＡＶＲ部５９に出力される。また、操作パネル１６から電圧減少勾配指令を入力した電圧指令増加・減少部５７は、この電圧減少勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が基本パターン上の目標電圧まで下降されるように減少されＡＶＲ部５９に出力される。
【００５９】
電圧指令増加・減少部５７から電圧指令を入力したＡＶＲ部５９は、予めインバータ制御部４１に設定された基準電圧と商用電源の電圧値が加算器６５に入力されその偏差が求められ、さらに、その偏差がゲイン６７に入力されて偏差とゲインが乗算され、その乗算結果値と現在の電圧指令値とを加算器６９により加算して補正された電圧指令が過電流保護部７１に出力される。
【００６０】
この結果、ＡＶＲ部５９から出力された電圧指令は、基準電圧に対する商用電源の変化分により電圧指令が補正されるので、電圧指令が商用電源の電圧変化に影響されないようになる。
【００６１】
一方、電流センサＣＴ１，ＣＴ２により検出されたトルクモータ８に流れるＵ相，Ｗ相の電流量Ｉｕ，Ｉｗを入力した実効値変換部６３は、これら電流量Ｉｕ，Ｉｗを実効値に変換し、さらに、各相の実効値からトルクモータ８に流れる電流実効値に変換して過電流保護部７１に出力する。
【００６２】
第１運転指令判定部５３から周波数指令を入力し、ＡＶＲ部５９から電圧指令を入力し、さらに、実効値変換部６３から電流実効値を入力した過電流保護部７１は、内部メモリに記憶されている出力電流の保護基準値と比較して、電流実効値がこの保護基準値よりも超過した場合には、出力電圧指令を電圧減少勾配に従って下降させ、一方、電流実効値がこの保護基準値を下回った場合には、電圧増加勾配に従って増加させるという動作を行い、出力周波数指令と出力電圧指令をＰＷＭ制御部４３に出力する。
【００６３】
この結果、過トルクなどによる過電流状態では、電圧指令を低下してトルクを低下させ、過電流状態から回避することができる。また、通常の過電流値を大幅に上回る例えばインバータ出力短絡時等のような異常状態においては、出力周波数および出力電圧の両者を瞬時に遮断し、インバータ部４７の出力をＯＦＦ制御することで、過電流状態から回避することができる。
【００６４】
過電流保護部７１から出力周波数指令と出力電圧指令を入力したＰＷＭ制御部４３は、この出力周波数指令と出力電圧指令に基づいて、この出力電圧指令で表される振幅と出力周波数指令で表される周期を有する三相のｓｉｎ波形データを生成し、内部で発生されている三角波キャリアと各相のｓｉｎ波形データを比較して３組の互いに逆レベルになるＯＮ／ＯＦＦ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎを生成し、これら３組のＯＮ／ＯＦＦ信号をインバータ部４７に出力する。
【００６５】
一方、商用電源として三相交流Ｒ，Ｓ，Ｔを入力しているコンバータ４５は、三相交流Ｒ，Ｓ，Ｔが各ダイオードとコンデンサＣ１により整流平滑され、直流端子Ｐ，Ｎに直流電力が出力される。
【００６６】
この直流端子Ｐ，Ｎを介して直流電力を入力したインバータ部４７は、ＰＷＭ制御部４３から出力された３組のＯＮ／ＯＦＦ信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎに応じてスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６をそれぞれＯＮ／ＯＦＦ制御することで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相がそれぞれトルクモータ８の入力端子に出力される。
【００６７】
インバータ部４７からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力を入力したトルクモータ８は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力に応じて回転する。この結果、トルクモータ８の発生トルクを調節することができる。
【００６８】
次に、図４〜図９に示すグラフを参照して、巻き取り装置の特徴的な動作を詳細に説明する。
【００６９】
巻き取り装置は、巻き取り時間の経過に従い、巻き取りボビン９が膨らみ重量も増加するため、この重量増加に見合った回転トルクが必要となる。
【００７０】
本実施の形態に係る巻き取り装置では、トルクモータ８でトルクを発生する場合は、図４に示すような基本的パターンに従い、徐々に電圧指令を上昇するように制御している。
【００７１】
すなわち、入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを基本パターン演算部５１で生成しておき、操作パネル１６から運転指令が入力された場合には、第２運転指令判定部５５に基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、トルクモータ８への印加電圧を目標電圧に向かうように制御するので、トルクモータ８への印加電圧を連続して調整することができ、急峻なトルク変化の発生を抑制でき、さらに、巻き取り張力の精度向上に寄与することができる。
【００７２】
また、インバータ制御部４１に設けられた基本パターン演算部５１には、目標電圧に応じて算出した基本パターンが予め内部メモリに書き込まれており、巻き取り時間Ｔの経過に伴い自動的にインバータ部４７の出力電圧が変化するように制御される。この基本パターンに従い安定して巻き取り動作が行われると、図６に示すようにトルクモータ８に発生するトルクが一定となり、張力が一定した巻き取り制御が可能となる。このときの巻き取り時間Ｔの経過に伴って変化するトルクモータ８への供給電圧は、図７に示すように変化する。
【００７３】
しかしながら、巻き取り開始時や、途中停止、再起動、停止時の過渡的な状態は、負荷の大きさや、ボビンの慣性質量や、巻き取り時間経過に応じて負荷トルク特性は変化する。そこで、このような過渡状態においても、安定して巻き取り動作を行うための本発明の特徴的な制御方法を以下に説明する。
【００７４】
トルクモータ８の定常状態におけるトルク制御は、トルクモータ８に与える電圧を可変することで実現できる。このとき周波数は固定でも良い。つまり、周波数と電圧をそれぞれ分離独立して制御することが望ましい。
【００７５】
しかし、周波数が小さな状態で大きな電圧を与えるとモータの特性上、過電流、過トルクとなってしまう。そこで、周波数指令が十分に大きくなった状態で、トルクモータ８に与える電圧を徐々に大きくするように制御する。このときの電圧の変化量は、作業者が操作パネル１６を操作してインバータ制御部４１の内部パラメータを書き換えることにより任意に変更可能とする。
【００７６】
（１）図８を参照して、巻き取り時の起動開始、途中停止、途中再起動の動作を説明する。
【００７７】
図８に示す時刻ｔ１において、作業者が操作パネル１６に設けられたＤＲＩＶＥキー２１を押すと、運転指令が第１運転指令判定部５３と第２運転指令判定部５５に入力され起動動作を開始する。
【００７８】
起動時ｔ１では、第１運転指令判定部５３に予め記憶されている周波数指令を過電流保護部７１に出力することで、周波数は電圧と独立して、基底の周波数（５０Ｈｚ  ｏｒ  ６０Ｈｚ）に瞬時に上昇させる。
【００７９】
一方、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、第２運転指令判定部５５に記憶されている電圧指令の基本パターンが時間経過に応じて順次に読み出され電圧指令増加・減少部５７に出力される。
【００８０】
電圧指令増加・減少部５７は、この電圧増加勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が０Ｖから基本パターン上の電圧Ｖ１まで上昇されるように増加されＡＶＲ部５９に出力される。この結果、電圧指令は予め設定された上昇勾配に従い、一定勾配で０Ｖから電圧Ｖ１まで上昇する。
【００８１】
このように、操作パネル１６から運転指令が入力された場合には、電圧指令を０Ｖから基本パターンで示される電圧Ｖ１まで時間を掛けて上昇するように制御することで、起動時の過励磁や過電流を防止することができる。
【００８２】
時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、第２運転指令判定部５５から電圧指令増加・減少部５７に出力され、時間経過につれて電圧指令が基本パターン上の電圧Ｖ１〜Ｖ２まで上昇してＡＶＲ部５９に出力される。
【００８３】
時刻ｔ３において、作業者が操作パネル１６に設けられたＳＴＯＰキー２８を押すと、停止指令が第１運転指令判定部５３と第２運転指令判定部５５に入力され停止動作を開始する。電圧指令増加・減少部５７は、電圧減少勾配指令に従って時間勾配を持って電圧指令が基本パターン上の電圧Ｖ２から０Ｖまで下降されるように減少されＡＶＲ部５９に出力される。この結果、途中停止があった場合、電圧指令は予め設定された減少勾配にしたがい、一定勾配で０Ｖに向かって減少する。この時、電圧指令が０Ｖになった時刻ｔ４で、第１運転指令判定部５３から出力される周波数指令は瞬時に０Ｈｚとなる。
【００８４】
このように、操作パネル１６から停止指令が入力された場合には、電圧指令を基本パターンで示される電圧Ｖ２から０Ｖまで時間を掛けて下降するように制御することで、停止時の過励磁や過電流を防止することができる。
【００８５】
途中起動時ｔ５では、上述した基底の周波数に瞬時に上昇させる。その後、時刻ｔ５〜ｔ６では、上述したように電圧指令は予め設定された上昇勾配に従い、一定勾配で基本パターン上の電圧Ｖ２まで上昇する。
【００８６】
このように、運転途中で停止されている場合に、再度、操作パネル１６から運転指令が入力されたときには、０Ｖから前回停止直前の電圧指令まで時間を掛けて上昇するように制御することで、前回停止直前の電圧指令から運転を開始することができ、停止前後のトルクを同一にでき、巻き取り張力を安定化することができる。
【００８７】
時刻ｔ６〜ｔ７の期間では、電圧指令が基本パターン上の電圧Ｖ２からＶ３まで上昇する。時刻ｔ７において、ＳＴＯＰキー２８が押されると、電圧指令が基本パターン上の電圧Ｖ２から０Ｖまで下降される。この時、電圧指令が０Ｖになった時刻ｔ８で、周波数指令は瞬時に０Ｈｚとなる。
【００８８】
このように、周波数と電圧は独立制御でありながら、電圧指令に関しては、勾配を持った増加・減少動作を行うことで、起動・停止時の過励磁や過電流を防止することができる。
【００８９】
（２）基本パターンとトルク
基本パターン演算部５１では、図４に示した基本パターンを用いるが、巻き取りボビン９の形状によっては、巻き取り経過時間に応じて張力を変化させたい場合（テーパーテンションと言われる）があり、この場合には図９に示す基本パターンを用いる。
【００９０】
基本パターンでの電圧指令をＶ０に示し、そのときのトルク（張力）はＴ０となり、常に一定張力制御が行われる。これに対し、例えば巻き取り経過時間にしたがい、徐々に張力を上昇させたい場合は、電圧指令としてＶ１に示すような基本パターンを用いる。これは通常の基本パターン（Ｖ０）に比べ、時間経過に対する電圧上昇の割合が大きい。このときの張力はＴ１となる。なお、徐々に張力を低下させる場合は、逆に、基本パターンに比べて、電圧上昇の割合が小さい他の基本パターンを用いればよい。
【００９１】
（変形例）
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば次の変形が可能である。
【００９２】
（１）電圧指令増加・減少部５７では、電圧指令に対する電圧増加勾配および電圧減少勾配は１種類ではなく、操作パネル１６や外部からの切り替え信号により状況に応じて複数組から１組を選ぶようにして切り替えてもよい。
【００９３】
（２）過電流保護部７１で過電流を検出した場合は、電圧指令を減少させるようにしているが、ある最低の基準値まで減少させても電流が基準値を下回らない場合には、緊急事態として、インバータ部４７の出力を遮断し、アラームトリップ停止とするように制御し、装置を保護してもよい。
【００９４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、入力された目標電圧まで連続して上昇する電圧指令で表す基本パターンを生成しておき、運転指令が入力された場合には、基本パターンを記憶するとともに、時間経過に従って順次に基本パターンから読み出した電圧指令に基づいて、トルクモータへの印加電圧を目標電圧に向かうように制御するので、トルクモータへの印加電圧を連続して調整することができ、急峻なトルク変化の発生を抑制でき、さらに、巻き取り張力の精度向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る巻き取り装置の構成を示す図である。
【図２】操作パネル１６の構成を示す図である。
【図３】インバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】トルクモータへ供給される電圧指令の基本パターンを示すグラフである。
【図５】過電流保護部による保護動作特性を示すグラフである。
【図６】巻き取り経過時間によるトルクモータの発生トルクを示すグラフである。
【図７】トルクモータへの供給電圧を示すグラフである。
【図８】過渡状態での電圧指令の加減速（上昇・下降）を示すグラフである。
【図９】巻き取り経過時間による出力電圧と張力の変化を示すグラフである。
【図１０】従来方式のトルクモータ巻き取り装置の模式図である。
【図１１】手動調整時の電線２に掛かる張力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｃ１  コンデンサ
ＣＴ１，ＣＴ２  電流センサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６  ダイオード
Ｄ７，Ｄ９，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２  ダイオード
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６  スイッチ素子
１  給線ボビン
２  電線
３  インバータ装置
５，６，７  回転滑車
８  トルクモータ
９  巻き取りボビン
１１  インバータ装置
１６  操作パネル
４１  インバータ制御部
４３  ＰＷＭ制御部
４５  コンバータ部
４７  インバータ部
５１  基本パターン演算部
５３  第１運転指令判定部
５５  第２運転指令判定部
５７  電圧指令増加・減少部
５９  ＡＶＲ部
６３  実効値変換部
６５  加算器
６７  ゲイン
６９  加算器
７１  過電流保護部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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