(57)【要約】【課題】ケーブル巻き取りドラムを駆動するモータの小型化を図るとともに、バケット等の吊具の停止時のモータの消費電力を低減することができるクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置を提供すること。【解決手段】ケーブル巻き取りドラム１６と、この巻き取りドラム１６を駆動するモータ２０とを備えたクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置において、モータ２０にロータ磁極位置を検出する回転位置検出器１８を有する同期モータを用いるとともに、このモータ２０のロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、ケーブル巻き取りドラムの所要トルクから定まる実効電流目標値に調節する磁極位相制御部を設ける。【選択図】図２
2005225624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブル巻き取りドラムと、該巻き取りドラムを駆動するモータとを備えたクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置において、前記モータにロータ磁極位置を検出する回転位置検出器を有する同期モータを用いるとともに、該同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、ケーブル巻き取りドラムの所要トルクから定まる実効電流目標値に調節する磁極位相制御部を設けるようにしたことを特徴とするクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置。
【請求項２】
前記ケーブル巻き取りドラムの所要トルクを、給電ケーブルの垂れ下がり長さが最大のときを基準として設定することを特徴とする請求項１記載のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置。
【請求項３】
前記ケーブル巻き取りドラムの所要トルクを、給電ケーブルの垂れ下がり長さが大なるときに大きく、給電ケーブルが巻き取られて給電ケーブルの垂れ下がり長さが小になるに従って小さくなるように設定することを特徴とする請求項１記載のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置。
【請求項４】
前記磁極位相制御部に、同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、速度目標値から定まる実効電流目標値に設定する回路を、切替可能に併設したことを特徴とする請求項１、２又は３記載のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置に関し、特に、クレーンの吊具に配設されたモータ等に対して給電を行うための給電ケーブルを、吊具の昇降に合わせて巻き取ったり、巻き戻したりするためのクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、バケット等の吊具を備えたクレーンは、例えば、図１に示すように、クレーン１０のクラブ１１に、バケット１２の巻上装置１３と、バケット１２に設けられたバケット開閉用油圧モータ１４に対して給電を行うための給電ケーブル１５をバケット１２の昇降に合わせて巻き取ったり、巻き戻したりするためのケーブル巻き取りドラム１６とを設けるようにしている。
【０００３】
このケーブル巻き取りドラム１６を駆動するモータ（図示省略）には、トルクモータが汎用されているが、トルクモータには、通常、連続的に定電圧を印加することによって、トルクモータに常に巻き上げ方向のトルクを発生させて、給電ケーブル１５を常に弛みのない状態に維持するようにしている。
このように、トルクモータに連続的に定電圧を印加した場合、バケット１２の停止時に定格電流の４〜５倍の電流が流れ、消費電力が大きくなるとともに、放熱対策が必要となり、装置の製造コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
この消費電力が大きくなるという問題点に対処するするため、本件出願人は、先に、ケーブル巻き取りドラムを駆動するモータにかご形モータを用いるとともに、このかご形モータをインバータにより制御して、常に巻き上げ方向のトルクを発生させて、給電ケーブルを常に弛みのない状態に維持するようにした常に上方向へのトルクを発生させて、給電ケーブルを常に弛みのない状態に維持して巻上下を行うようにした油圧式バケット付クレーンにおけるバケット開閉モータ給電用ケーブル巻き取り装置を提案した（特許文献１参照）。
このかご形モータをインバータにより制御する装置では、トルクモータに連続的に定電圧を印加する従来の方式と比較して、バケットの停止時の消費電力を約１／１０に抑えることができる反面、かご形モータのメカニズムが、すべりを利用してトルクを発生させるものであるため、無効電流を必要とし、また、応答性を上げるために比較的大容量のかご形モータを必要とし、装置の製造コストが高くなるという問題があった。
【特許文献１】特開平７−１２５９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置の有する問題点に鑑み、ケーブル巻き取りドラムを駆動するモータの小型化を図るとともに、バケット等の吊具の停止時のモータの消費電力を低減することができるクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置は、ケーブル巻き取りドラムと、該巻き取りドラムを駆動するモータとを備えたクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置において、前記モータにロータ磁極位置を検出する回転位置検出器を有する同期モータを用いるとともに、該同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、ケーブル巻き取りドラムの所要トルクから定まる実効電流目標値に調節する磁極位相制御部を設けるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この場合において、前記ケーブル巻き取りドラムの所要トルクを、給電ケーブルの垂れ下がり長さが最大のときを基準として設定することができる。
【０００８】
また、前記ケーブル巻き取りドラムの所要トルクを、給電ケーブルの垂れ下がり長さが大なるときに大きく、給電ケーブルが巻き取られて給電ケーブルの垂れ下がり長さが小になるに従って小さくなるように設定することができる。
【０００９】
さらに、前記磁極位相制御部に、同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、速度目標値から定まる実効電流目標値に設定する回路を、切替可能に併設することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置は、巻き取りドラムを駆動するモータにロータ磁極位置を検出する回転位置検出器を有する同期モータを用いるとともに、該同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、ケーブル巻き取りドラムの所要トルクから定まる実効電流目標値に調節する磁極位相制御部を設けるようにしているので、ケーブル巻き取りドラムを駆動するモータの小型化を図ることができるとともに、バケット等の吊具の停止時のモータの消費電力を低減することができる。
さらに、同期モータを用いることによって、トルクを精度よく制御することが可能となり、給電ケーブルに加わる張力を極力小さくすることによって、給電ケーブルの劣化を防止し、耐久性を向上することができる。
【００１１】
また、前記ケーブル巻き取りドラムの所要トルクを、給電ケーブルの垂れ下がり長さが最大のときを基準として設定することにより、制御機構を簡略化することができる。
【００１２】
また、前記ケーブル巻き取りドラムの所要トルクを、給電ケーブルの垂れ下がり長さが大なるときに大きく、給電ケーブルが巻き取られて給電ケーブルの垂れ下がり長さが小になるに従って小さくなるように設定することにより、モータの消費電力を一層低減することができる。
【００１３】
さらに、前記磁極位相制御部に、同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、速度目標値から定まる実効電流目標値に設定する回路を、切替可能に併設することにより、給電ケーブルの交換作業等において、バケットの昇降に関係なく給電ケーブルを巻き取ったり、巻き戻したりする場合の作業性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
クレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置は、バケット等の吊具を備えたクレーン、例えば、図１に示すような、クレーン１０のクラブ１１に、バケット１２の巻上装置１３と、バケット１２に設けられたバケット開閉用油圧モータ１４に対して給電を行うための給電ケーブル１５をバケット１２の昇降に合わせて巻き取ったり、巻き戻したりするためのケーブル巻き取りドラム１６とを設けるようにしたクレーンに適用される。
【００１５】
そして、本発明は、このような、給電ケーブル１５をバケット１２の昇降に合わせて巻き取ったり、巻き戻したりするためのケーブル巻き取りドラム１６の駆動を行うクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置として、モータにロータ磁極位置を検出する回転位置検出器を有する同期モータを用いるとともに、この同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、ケーブル巻き取りドラムの所要トルクから定まる実効電流目標値に調節する磁極位相制御部を設けるようにしている。
【００１６】
この場合、同期モータには、４極或いはそれより多極のものを用いることができ、特に、多極のものを用いることによって低速回転が可能となり、減速装置を設けることなく、モータの駆動軸をケーブル巻き取りドラム１６に直結して、ケーブル巻き取りドラム１６を回転駆動することができる。
【００１７】
このクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置の磁極位相制御部を含む駆動系統を図２に示す。
図２において、給電ケーブルを吊具の昇降に合わせて巻き取ったり、巻き戻したりする通常運転時には、スイッチＳＷからケーブル巻き取りドラム１６の所要トルクによって定まるトルク目標値を与える制御信号が入力される。
そして、このトルク目標値は、電流制御器２０により、実効電流目標値に交換され、３相座標変換器２１により電流及び周波数の信号がＰＷＭ制御器２２に発せられる。
ここで、３相座標変換器２１には、同期モータ１７の回転位置検出器１８の信号が入力される。
電流及び周波数の信号を受けたＰＷＭ制御器２２は、ゲートドライバ２３を介して、電源３０に接続されたパワー回路３１に電流及び周波数の信号を発し、同信号に基づいて、同期モータ１７が駆動される。
そして、同期モータ１７の駆動力は、必要に応じて設けられる減速装置１９を介して、ケーブル巻き取りドラム１６に伝達され、ケーブル巻き取りドラム１６を回転駆動する。
【００１８】
また、図２において、同期モータ１７のロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、速度目標値から定まる実効電流目標値に設定する回路２４を、スイッチＳＷにより切替可能に併設することにより、給電ケーブルの交換作業等において、バケットの昇降に関係なく給電ケーブルを巻き取ったり、巻き戻したりする場合の作業性を向上することができる。
【００１９】
ところで、本実施例において、「所要トルク」は、式（１）に基づいて定めることができる。なお、クレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置の関連する構成部材の緒元値を図３に示す。
【００２０】
ＴＭ＝（ｍ×Ｌ×ｒ）／（ｎ×η）＋Ｉｔ    ・・・（１）
ここで、
ＴＭ：理想的な給電ケーブルの張力Ｔを得ることができるケーブル巻き取りドラムのトルク（同期モータの発生トルク）
ｍ：給電ケーブルの重量（ｇ／ｍ）
Ｌ：給電ケーブルの垂れ下がり長さ（ｍ）
ｒ：ケーブル巻き取りドラムの半径（ｍ）
ｎ：減速装置のギヤ比
η：減速装置の機械効率（巻き取り時：η＜１、巻き戻し時：η＞１）
Ｉｔ：加速／減速に要するトルク
である。
【００２１】
上記式（１）は、クレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置の関連する構成部材の緒元値が、給電ケーブルの張力Ｔに与える影響を補正し、理想的な給電ケーブルの張力Ｔを得ることができるケーブル巻き取りドラムのトルク（同期モータの発生トルク）ＴＭを得ることができるようにしたものであるが、上記緒元値のすべてを考慮して補正を行うほか、上記緒元値を適宜選択して補正を行うこともできる。
【００２２】
より具体的には、例えば、給電ケーブルの垂れ下がり長さＬについては、垂れ下がり長さが最大のときを基準として設定したり、給電ケーブルの垂れ下がり長さに応じて段階的に設定（給電ケーブルの垂れ下がり長さが大なるときに大きく、給電ケーブルが巻き取られて給電ケーブルの垂れ下がり長さが小になるに従って小さくなるように設定）することができる。
そして、給電ケーブルの垂れ下がり長さが最大のときを基準として設定することにより、制御機構を簡略化することができ、一方、給電ケーブルの垂れ下がり長さに応じて段階的に設定することにより、モータの消費電力を低減することができる。
【００２３】
このクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置は、巻き取りドラムを駆動するモータにロータ磁極位置を検出する回転位置検出器を有する同期モータを用いるとともに、この同期モータのロータ磁極位置にステータ磁束を作るために供給する電流の大きさを、ケーブル巻き取りドラムの所要トルクから定まる実効電流目標値に調節する磁極位相制御部を設けるようにしているので、ケーブル巻き取りドラムを駆動するモータの小型化を図ることができるとともに、バケット等の吊具の停止時のモータの消費電力を低減することができる。
さらに、同期モータを用いることによって、トルクを精度よく制御することが可能となり、このため、所要トルクを、例えば、上記式（１）に従って制御することによって、給電ケーブルに加わる張力を極力小さくすることが可能となり、給電ケーブルの劣化を防止し、耐久性を向上することができる。
【００２４】
以上、本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置は、ケーブル巻き取りドラムを駆動するモータの小型化を図ることができるとともに、バケット等の吊具の停止時のモータの消費電力を低減することができることから、バケット等の吊具を備えたクレーンに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置を適用するクレーンの一例を示す説明図である。
【図２】本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置の駆動系統の説明図である。
【図３】本発明のクレーンの吊具用給電ケーブル巻き取り装置の関連する構成部材の緒元値を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  クレーン
１１  クラブ
１２  バケット（吊具）
１３  巻上装置
１４  バケット開閉用油圧モータ
１５  給電ケーブル
１６  ケーブル巻き取りドラム
１７  同期モータ
１８  回転位置検出器
１９  減速装置
２０  電流制御器
２１  ３相座標変換器
２２  ＰＷＭ制御器
２３  ゲートドライバ
２４  速度目標値から定まる実効電流目標値に設定する回路
３０  電源
３１  パワー回路
【図１】
2005225624.tif 000003
【図２】
2005225624.tif 000004
【図３】
2005225624.tif 000005