(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機、制御装置を備え、該制御装置の制御によりインバータを制御し、該巻上下用電動機を起動して巻上下運転を行う巻上機において、
キャパシタと、電源切換器と、充電検出器と、前記商用交流電源の位相を検出する位相検出器とを設け、
前記インバータは、その出力の位相を示す位相信号を出力する機能を備え、
前記制御装置は、巻下運転時に前記充電検出器が前記キャパシタの未充電を検出していることを条件に、前記巻上下用電動機を前記電源切換器を介して前記インバータに接続し、該巻上下用電動機が発電する電力を前記キャパシタに充電すると共に、前記充電検出器が前記キャパシタの満充電を検出していることを条件に前記巻上下用電動機を前記電源切換器を介して前記商用交流電源に接続し、該巻上下用電動機が発電する電力を前記商用交流電源に送電し、巻上運転時に前記充電検出器が検出する前記キャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下になっていないことを条件に前記キャパシタに充電されている電力を前記インバータを介して前記巻上下用電動機に供給すると共に、前記充電検出器が検出する前記キャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下となっていることを条件に前記電源切換器を介して前記商用交流電源からの電力を前記巻上下用電動機に供給する機能と、
巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源の周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から所定減速度で減速する減速巻下運転を行う機能と、前記高速巻下運転時に前記インバータの出力周波数が高速巻下運転時の周波数に達したら前記インバータをその出力周波数を前記商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータからの位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記電源切換器を介して前記巻上下用電動機を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、前記高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータの出力周波数が高速巻下運転時の周波数に達したら前記インバータをその出力周波数を前記商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータからの位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記電源切換器を介して前記商用交流電源から前記インバータに切り換える切換機能と、
を備えたことを特徴とする巻上機。
【請求項２】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機、制御装置を備え、該制御装置の制御によりインバータを制御し、該巻上下用電動機を起動して巻上下運転を行う巻上機において、
キャパシタと、電源切換器と、充電検出器と、前記商用交流電源の位相を検出する位相検出器とを設け、
前記インバータは、前記位相検出器で検出された位相信号を受けて、その出力を前記商用交流電源に同期させ、同期が完了したら前記制御装置に同期完了信号を出力する機能を備え、
前記制御装置は、巻下運転時に前記充電検出器が前記キャパシタの未充電を検出していることを条件に、前記巻上下用電動機を前記電源切換器を介して前記インバータに接続し、該巻上下用電動機が発電する電力を前記キャパシタに充電すると共に、前記充電検出器が前記キャパシタの満充電を検出していることを条件に前記巻上下用電動機を前記電源切換器を介して前記商用交流電源に接続し、該巻上下用電動機が発電する電力を前記商用交流電源に送電し、巻上運転時に前記充電検出器が検出する前記キャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下になっていないことを条件に前記キャパシタに充電されている電力を前記インバータを介して前記巻上下用電動機に供給すると共に、前記充電検出器が検出する前記キャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下となっていることを条件に前記電源切換器を介して前記商用交流電源からの電力を前記巻上下用電動機に供給する機能と、
巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源の周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から所定減速度で減速する減速巻下運転を行う機能と、前記高速巻下運転時に前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、前記高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記商用交流電源から前記インバータに切り換える切換機能と、を備え、
前記インバータは、前記高速巻下運転時に前記インバータの出力周波数が高速巻下運転時の周波数に達したらその出力周波数を前記商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータの出力位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で前記制御装置に前記同期完了信号を出力する機能と、前記高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、その出力周波数を前記商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータの出力位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記制御装置に前記同期完了信号を出力する機能と、
を備えたことを特徴とする巻上機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻上下用電動機がインバータからの駆動電力で駆動される電気ロープホイストや電気チェーンブロック等の巻上機に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようにインバータを備え、巻上下用電動機の駆動をインバータの出力で行うようにした巻上機では、巻下運転時に巻上下用電動機が回生エネルギー（回生電力）を発生する。この回生エネルギーを処理して巻上下用電動機に回生制動をかける方法として、回生電力（回生電流）を制動抵抗器に通電し、熱エネルギーに変える方法が従来より行われている。この方法は制動抵抗器から発生する多量の熱の対策が必要で、巻上下用電動機の容量が大きい場合、巻上下運転が高頻度で行われると、大きい容量の制動抵抗器が必要となる上、発生する熱を効果的に放熱する等の熱対策が難しいという問題がある。また、熱エネルギーに変えて放熱することにより、エネルギーが無駄に消費されることにもなる。
【０００３】
上記制動抵抗器を用いない方法として、回生コンバータを設け、巻下運転時に巻上下用電動機で発生する回生電力を回生コンバータで電源周波数の電力に変換し、電源側に返す方法もある。この方法は、制動抵抗が必要ないし、省エネルギーともなる。しかしながら、回生コンバータの形状寸法が大きい上、且つコストが高い（インバータの２倍以上）という問題がある。
【０００４】
また、特許文献１に示すように、巻上機の下降運転時に巻上下用電動機をインバータ側に接続し、インバータによる回転駆動とし、回転速度が商用交流電源の周波数に相当する定格速度になると、巻上下用電動機を商用電源側に接続し、商用交流電源により巻上下用電動機を運転するようにしたものもある。また、特許文献２に示すようにインバータの直流部にキャパシタを接続し、巻上下用電動機の巻き下げ運転時の回生電力を蓄電し、巻き上げ運転時に該蓄電した電力を巻上下用電動機に供給するようにしたものもある。
【特許文献１】特開２０００−１７５４７２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６７５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記引用文献１に記載の巻上機は、制動抵抗が必要なく、発熱対策も必要なく、コストも安価にでき、巻下運転時に巻上下用電動機が発生する回生電力を商用交流電源側に返すことができるという利点があるが、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止できないという問題がある。引用文献２に記載のものでは、キャパシタ容量を最大荷重×最大揚程に設定する必要があり、容量の大きいキャパシタを必要とし、コストが高く、装置寸法も大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、巻上下用電動機の巻下げ運転時の回生電力をキャパシタに蓄電することと商用交流電源に返すことを併用することにより、装置の小型化を図り、エネルギーを無駄なく利用できる巻上機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】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機、制御装置を備え、該制御装置の制御によりインバータを制御し、該巻上下用電動機を起動して巻上下運転を行う巻上機において、キャパシタと、電源切換器と、充電検出器と、商用交流電源の位相を検出する位相検出器とを設け、インバータは、その出力の位相を示す位相信号を出力する機能を備え、制御装置は、巻下運転時に充電検出器がキャパシタの未充電を検出していることを条件に、巻上下用電動機を電源切換器を介してインバータに接続し、該巻上下用電動機が発電する電力をキャパシタに充電すると共に、充電検出器がキャパシタの満充電を検出していることを条件に巻上下用電動機を電源切換器を介して商用交流電源に接続し、該巻上下用電動機が発電する電力を商用交流電源に送電し、巻上運転時に充電検出器が検出するキャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下になっていないことを条件にキャパシタに充電されている電力をインバータを介して巻上下用電動機に供給すると共に、充電検出器が検出するキャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下となっていることを条件に電源切換器を介して商用交流電源からの電力を巻上下用電動機に供給する機能と、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源の周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から所定減速度で減速する減速巻下運転を行う機能と、高速巻下運転時にインバータの出力周波数が高速巻下運転時の周波数に達したらインバータをその出力周波数を商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、電源切換器を介して巻上下用電動機をインバータから商用交流電源に切り換え、高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータの出力周波数が高速巻下運転時の周波数に達したらインバータをその出力周波数を商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介して商用交流電源からインバータに切り換える切換機能と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように、巻下運転時にキャパシタの未充電である（満充電でない）ことを条件に巻上下用電動機が発電する電力をキャパシタに充電すると共に、キャパシタの満充電であることを条件に巻上下用電動機が発電する電力を商用交流電源に送電し、巻上運転時にキャパシタの完放電又は充電電力が所定量以下を検出していないことを条件にキャパシタに充電されている電力を巻上下用電動機に供給すると共に、キャパシタの完放電又は充電電力が所定量以下となっていることを条件に商用交流電源からの電力を巻上下用電動機に供給するので、巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を無駄にすることなく、有効に利用することができる。
【００１０】
また、制御装置の切換機能により、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になった時、キャパシタが満充電であったら、インバータをその出力周波数が商用交流電源の周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介してインバータから商用交流電源に切り換える。また、高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数が商用交流電源の周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換える。これにより、巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を無駄にすることなく、有効に利用することができる。また、極めて簡単な構成で、巻上下用電動機をインバータ出力から商用交流電源へ、商用交流電源からインバータに切り換えたとき、巻上下用電動機に衝撃を与えることなく、スムーズに切り換えることができる。
【００１１】
また、本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機、制御装置を備え、該制御装置の制御によりインバータを制御し、該巻上下用電動機を起動して巻上下運転を行う巻上機において、キャパシタと、電源切換器と、充電検出器と、商用交流電源の位相を検出する位相検出器とを設け、インバータは、位相検出器で検出された位相信号を受けて、その出力を商用交流電源に同期させ、同期が完了したら制御装置に同期完了信号を出力する機能を備え、制御装置は、巻下運転時に充電検出器がキャパシタの未充電を検出していることを条件に、巻上下用電動機を電源切換器を介してインバータに接続し、該巻上下用電動機が発電する電力をキャパシタに充電すると共に、充電検出器がキャパシタの満充電を検出していることを条件に巻上下用電動機を電源切換器を介して商用交流電源に接続し、該巻上下用電動機が発電する電力を商用交流電源に送電し、巻上運転時に充電検出器が検出するキャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下になっていないことを条件にキャパシタに充電されている電力をインバータを介して巻上下用電動機に供給すると共に、充電検出器が検出するキャパシタの充電電力が完放電又は所定量以下となっていることを条件に電源切換器を介して商用交流電源からの電力を前記巻上下用電動機に供給する機能と、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源の周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から所定減速度で減速する減速巻下運転を行う機能と、高速巻下運転時にインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換える切換機能と、を備え、インバータは、高速巻下運転時にインバータの出力周波数が高速巻下運転時の周波数に達したらその出力周波数を商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、位相検出器で検出した位相信号とインバータの出力位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で制御装置に同期完了信号を出力する機能と、高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、その出力周波数を商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、位相検出器で検出した位相信号とインバータの出力位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、制御装置に同期完了信号を出力する機能と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記のようにインバータに、高速巻下運転時にインバータの出力周波数が高速巻下運転時の周波数に達したらその出力周波数を商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、位相検出器で検出した位相信号とインバータの出力位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で制御装置に同期完了信号を出力する機能と、高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、その出力周波数を商用交流電源の周波数より所定量ずらして運転し、位相検出器で検出した位相信号とインバータの出力位相信号とによりインバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、制御装置に同期完了信号を出力する機能とを持たせ、制御装置の切換機能により、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になった時、キャパシタが満充電であったら、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換える。また、高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換える。これにより、巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を無駄にすることなく、有効に利用することができる。また、極めて簡単な構成で、巻上下用電動機をインバータ出力から商用交流電源へ、商用交流電源からインバータに切り換えたとき、巻上下用電動機に衝撃を与えることなく、スムーズに切り換えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止という機能を維持しながら、巻下運転中に巻上下用電動機が発電する回生電力を殆ど無駄なく利用でき、地球温暖化の抑制に貢献でき、簡単で安価に構成できる電源切換部で、巻上下用電動機をインバータから商用交流電源へ、商用交流電源からインバータへ切換時に、巻上下用電動機に衝撃を与えることがない巻上機を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る巻上機のシステム構成を示す図である。図示するように、本巻上機は、商用交流電源１０、インバータ１１、巻上下用電動機（誘導電動機）１２、制御装置１３を備えている。１４は操作ボックスで、該操作ボックス１４に巻上用押ボタンスイッチ１５と、巻下用押ボタンスイッチ１６を備えている。また、巻上用押ボタンスイッチ１５は、低速巻上用の１段目スイッチ１５ａと高速巻上用の２段目スイッチ１５ｂを備え、巻下用押ボタンスイッチ１６は、低速巻下用の１段目スイッチ１６ａと高速巻下用の２段目スイッチ１６ｂを備えている。
【００１６】
巻上用押ボタンスイッチ１５の１段目スイッチ１５ａ、２段目のスイッチ１５ｂを操作することにより、その信号は制御装置１３に入力され、巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａ、２段目スイッチ１６ｂを操作することにより、その信号は制御装置１３に入力されるようになっている。１７は商用交流電源１０のＲ相・Ｓ相間の電圧位相を検出する位相検出器であり、その位相検出信号Ｓ１は制御装置１３に入力されるようになっている。１８、１９は電源切換用の電磁開閉器で、電磁開閉器１８は巻上下用電動機１２を接点１８ａを介してインバータ１１側に接続する電磁開閉器、電磁開閉器１９は巻上下用電動機１２を接点１９ａを介して商用交流電源１０に接続する電磁開閉器である。
【００１７】
２３は後に詳述するように、巻上下用電動機１２が巻下運転時に発電する回生電力を充電するためのキャパシタである。該キャパシタ２３は、トランジスタＴ１、Ｔ２を備えた双方向チョッパ回路２６を介してインバータ１１の直流部（図示せず）に接続されている。２７はキャパシタ２３の充電状態を検出する充電検出器であり、該充電検出器２７の充電検出信号Ｓ６は制御装置１３に入力されるようになっている。双方向チョッパ回路２６のトランジスタＴ１、Ｔ２をＯＮ・ＯＦＦする制御信号Ｓ７、Ｓ８は制御装置１３から出力されるようになっている。
【００１８】
２０は巻上下用電動機１２を拘束する機械式ブレーキであり、インバータ１１の出力のＶ相に接続されたダイオードスタック２１からの直流電流が通電するとブレーキ２０は開放され、電磁開閉器２２の接点２２ａが閉じ、ブレーキ２０への直流電流が遮断されると、ブレーキ２０が作動し、制動力が作用するようになっている。なお、電磁開閉器２２は制御装置１３により制御される。２４は荷重吊り用フック（図示せず）が上限に達したら巻上運転を停止させる上限スイッチ、２５は荷重吊り用フックが下限に達したら巻下運転を停止させる下限スイッチであり、制御装置１３に接続されている。制御装置１３からインバータ１１には正転（巻上）指令信号Ｓ２、逆転（巻下）指令信号Ｓ３、高速指令信号Ｓ４が出力され、インバータ１１から制御装置１３には後に詳述するインバータの出力の位相を示す位相信号Ｓ５が出力される。
【００１９】
上記構成の巻上機において、操作ボックス１４の巻上用押ボタンスイッチ１５の操作により低速巻上用の１段目スイッチ１５ａが閉じると制御装置１３は巻上信号の入力と判断し、インバータ１１に正転（巻上）指令信号Ｓ２を出力し、続いて高速巻上用の２段目スイッチ１５ｂが閉じると高速信号の入力と判断し、インバータ１１に高速指令信号Ｓ４を出力する。また、巻下用押ボタンスイッチ１６の操作により低速巻下用の１段目スイッチ１６ａが閉じると制御装置１３は巻下信号の入力と判断し、インバータ１１に逆転（巻下）指令信号Ｓ３を出力し、続いて高速巻下用の２段目スイッチ１６ｂが閉じると高速信号の入力と判断し、インバータ１１に高速指令信号Ｓ４を出力する。
【００２０】
巻上用押ボタンスイッチ１５の１段目スイッチ１５ａを閉じることにより、インバータ１１に正転（巻上）指令信号Ｓ２が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に正転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が所定の加速度で低速巻上運転速度まで加速される。ここで２段目スイッチ１５ｂを閉じることにより、高速指令信号Ｓ４が入力されると巻上下用電動機１２は更に所定の加速度で商用交流電源周波数での高速巻上運転速度まで加速される。高速巻上運転速度で所定の巻上位置近傍に達した、２段目スイッチ１５ｂを開き低速巻上運転速度で所定の巻上位置まで巻き上げ、ここで１段目スイッチ１５ａを開くことにより所定の巻上位置に停止する。
【００２１】
上記所定の巻上位置から巻下げる場合は、巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａを閉じることにより、インバータ１１に逆転（巻下）指令信号Ｓ３が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に逆転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が所定の加速度で低速巻下運転速度まで加速される。ここで２段目スイッチ１６ｂを閉じることにより、高速指令信号Ｓ４が入力されると巻上下用電動機１２は更に所定の加速度で商用交流電源周波数での高速巻下運転速度まで加速される。高速巻下運転速度で所定の巻下位置近傍に達したら、２段目スイッチ１６ｂを開き低速巻下運転速度で所定の巻下位置まで巻き下げ、ここで１段目スイッチ１６ａを開くことにより停止する。
【００２２】
制御装置１３は充電検出器２７からの充電検出信号Ｓ６により、キャパシタ２３の充電状態を監視する。そして制御装置１３は低速巻下運転及び高速巻下運転において、キャパシタ２３が未充電状態（満充電でなく充電できる状態）のときは双方向チョッパ回路２６のトランジスタＴ１、Ｔ２をＯＮ・ＯＦＦする制御信号Ｓ７、Ｓ８を出力し、巻上下用電動機１２が発電した電力をインバータ１１の直流部からキャパシタ２３に充電する。また、制御装置１３は高速巻下運転において、キャパシタ２３が満充電であるときは、後に詳述するような手法により、巻上下用電動機１２が発電した回生電力を商用交流電源１０に送電する。また、制御装置１３は低速巻上運転及び高速巻上運転において、キャパシタ２３が完放電でない状態（放電できる電力がある状態）のときは、双方向チョッパ回路２６のトランジスタＴ１、Ｔ２をＯＮ・ＯＦＦする制御信号Ｓ７、Ｓ８を出力し、キャパシタ２３に充電されている電力をインバータ１１の直流部に供給する。これによりキャパシタ２３に充電電力があるうちは、その電力でインバータ１１を介して巻上下用電動機１２の巻上運転を行い、キャパシタ２３に放電する電力がない場合は、商用交流電源１０からの電力での巻上運転を行う。
【００２３】
上記のように巻下運転時にキャパシタ２３が未充電状態（満充電ではなく充電できる状態）であることを条件に、巻上下用電動機１２の発電電力をキャパシタ２３に充電し、巻上運転時にはキャパシタ２３が完放電になるまで、キャパシタ２３に充電された電力で巻上下用電動機１２を運転するので、巻上下用電動機１２の回生電力を無駄なく利用できる。キャパシタ２３は充放電能力の優れたキャパシタで、例えば株式会社指月電気製作所製の電気二重層コンデンサを用いる。
【００２４】
また、予期せぬ停電に備えて、キャパシタ２３の充電電力を制御用電力として利用して巻き上げた荷物を安全に巻き下げるために、キャパシタ２３の充電電力が完全放電される前、即ちキャパシタ２３に充電電力が所定量残っている状態で、キャパシタ２３の充電電力による巻き上げ運転から、商用交流電源１０による巻上げ運転に切り換えてもよい。この場合のキャパシタ２３に残す充電電力の所定量とは、巻き上げている荷物を巻き下げるのに必要な制御装置１３及びインバータ１１に供給する制御用電力をいう。
【００２５】
このキャパシタ２３に残した所定量の充電電力は、図示しない非常電源回路を経由して制御装置１３及びインバータ１１にキャパシタ２３の充電電力として供給するが、この巻下げ中に発生する巻上下電動機の回生電力をキャパシタ２３に充電しながら巻下げ運転を行うので、キャパシタ２３に残す所定量の充電電力は最小とすることができる。言い換えると、このようにすることにより停電時の非常電源を別途用意する必要なく、且つ、キャパシタ２３の容量を最大限活用することができるので、装置の小型化を向上させることができる。
【００２６】
また、キャパシタ２３の容量は、巻上機毎にその運転パターン（巻上げ運転に必要な電力と巻下げ運転で回収できる回生電力の発生パターン）によって、その容量を適宜選択するようにするので、装置の小型化が容易となる。
【００２７】
インバータ１１は後述するように、その出力の位相を示す位相信号Ｓ５を出力する機能を有し、該位相信号Ｓ５が制御装置１３に入力されるようになっている。上記巻下運転において、巻上用押ボタンスイッチ１５の１段目スイッチ１５ａを閉じることにより、インバータ１１に正転（巻上）指令信号Ｓ２が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に正転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が所定の加速度で低速巻上運転速度まで加速される。ここで２段目スイッチ１５ｂを閉じることにより、高速指令信号Ｓ４が入力されると巻上下用電動機１２は更に所定の加速度で商用交流電源周波数での高速巻上運転速度まで加速される。高速巻上運転速度で所定の巻上位置近傍に達した、２段目スイッチ１５ｂを開き低速巻上運転速度で所定の巻上位置まで巻き上げ、ここで１段目スイッチ１５ａを開くことにより所定の巻上位置に停止する。この低速巻上運転及び高速巻上運転において、キャパシタ２３が完放電となっていないときは、制御装置１３から双方向チョッパ回路２６のトランジスタＴ１、Ｔ２をＯＮ、ＯＦＦする制御信号Ｓ７、Ｓ８を送り、キャパシタ２３に充電されている電力をインバータ１１の直流部に供給する。キャパシタ２３が完放電状態になったら商用交流電源１０からの電力をインバータ１１に供給する。
【００２８】
巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａを閉じることにより、インバータ１１に逆転（巻下）指令信号Ｓ３が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に逆転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が低速巻下運転となり、２段目スイッチ１６ｂを閉じることにより、高速巻下運転速度となり、該高速巻下運転速度で所定の巻下位置近傍に達したら、２段目スイッチ１６ｂを開き低速巻下運転速度で所定の巻下位置まで巻き下げ、ここで１段目スイッチ１６ａを開くことにより停止する。この低速巻下運転及び高速巻下運転において、制御装置１３はキャパシタ２３が未充電の状態にあるときは、双方向チョッパ回路２６のトランジスタＴ１、Ｔ２に制御信号Ｓ７、Ｓ８を送り、巻上下用電動機１２で発電した電力をインバータ１１の直流部からキャパシタ２３に充電する。
【００２９】
また、キャパシタ２３が満充電状態で充電できない場合、巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂを閉じ、高速巻下運転速度に達したら、インバータ１１はその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量（例えば周波数差２Ｈｚ）ずらして運転する。制御装置１３はインバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０の位相とインバータ１１の出力の位相が同期した瞬間に電磁開閉器１８を不動作としてその接点１８ａを開き、電磁開閉器１９を動作としてその接点１９ａを閉じる。これにより、巻上下用電動機１２の電源がインバータ１１から商用交流電源１０に切り換わる。このように、インバータ１１の出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量ずらして運転し、インバータ１１の出力と商用交流電源１０の位相が同期して時にインバータ１１から商用交流電源１０に切り換えるので、この切り換え時に、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることがない。
【００３０】
上記商用交流電源１０に切り換え所定の巻下位置近傍に達したら、２段目スイッチ１６ｂを開くことにより、制御装置１３からの高速指令信号Ｓ４が遮断され逆転（巻下）指令信号Ｓ３となる。これにより、インバータ１１はその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量（例えば周波数差２Ｈｚ）ずらして運転する。そして制御装置１３はインバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０の位相とインバータ１１の出力の位相が同期した瞬間に電磁開閉器１８を動作させ、電磁開閉器１９を不動作にする。これにより、電磁開閉器１８の接点１８ａが閉じ、電磁開閉器１９の接点１９ａが開き、巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換える。これにより、切り換え時に、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることがない。
【００３１】
図２は上記巻下運転時の切換タイミングを示す図である。時刻ｔ１で巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａのＯＮにより、逆転指令信号Ｓ３が出力され、所定の加速度で加速され、時刻ｔ２で低速巻下速度に達する。時刻ｔ３で巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂのＯＮにより、高速指令信号Ｓ４が出力され、所定の加速度で加速され、時刻ｔ４で高速巻下運転速度に達する。該高速巻下運転速度で巻下げ所定位置の近傍に到達した時刻ｔ６で巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂをＯＦＦとすることにより、時刻ｔ８からインバータ１１の出力周波数を所定減速度で低減させ、時刻ｔ９で低速巻下減速に達する。その所定の巻き下げ位置に達した時刻ｔ１０で巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａをＯＦＦすることにより、逆転指令信号Ｓ３を停止して、巻上下用電動機１２を停止する。
【００３２】
上記時刻ｔ１から時刻ｔ１１の巻下運転において、キャパシタ２３が満充電でなく充電できる場合は、巻上下用電動機１２で発電する電力をキャパシタ２３に充電する。また、キャパシタ２３が満充電状態で充電できない状態で、高速巻下運転速度で運転されているときは（時刻ｔ５〜時刻ｔ７）、インバータ１１をその出力周波数を商用交流電源１０の周波数より所定量ずらして運転し、インバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０とインバータ１１の出力が同期した時点で巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換え（電磁開閉器１８の接点１８ａをＯＦＦ、電磁開閉器１９の接点１９ａをＯＮ）、巻上下用電動機１２を交流電源周波数で巻下運転を行い、発電する回生電力を商用交流電源１０に返す。また、時刻ｔ６では、インバータ１１をその出力周波数を商用交流電源１０の周波数より所定量ずらして運転し、インバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０とインバータ１１の出力が同期した時刻ｔ７に巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換え（電磁開閉器１９の接点１９ａをＯＦＦ、電磁開閉器１８の接点１８ａをＯＮ）、インバータ１１の出力で巻下運転を行う。
【００３３】
上記巻上機において、キャパシタ２３の容量を適切に設定することにより、回生制動用の抵抗器を必要としないようにできる。なお、図示は省略するが、小容量の回生抵抗器を設けておき、キャパシタ２３が満充電状態で充電できない場合で、巻下運転時の巻下開始から高速巻下運転になるまでの間（図２の時刻ｔ１〜ｔ５の間）、及び高速巻下運転から巻上下用電動機１２をインバータ１１に切り換える停止までの間（図２の時刻ｔ７〜時刻ｔ１１の間）に、巻上下用電動機１２が発電する電力をこの上記回生抵抗器で消費するようにしてもよい。この場合、回生抵抗器で消費する電力（エネルギー）は、図２の斜線を付した部分で、更にキャパシタ２３が満充電状態で充電できない場合であるから、小さい容量の抵抗器で済む。
【００３４】
図３はインバータ１１のＵ相出力と該インバータ１１から出力されるインバータ出力の位相を示す位相信号Ｓ５の波形例を示す図である。図示するように、（ａ）に示すインバータ１１のＵ相出力の波形に対して、（ｂ）に示すようなＵ相出力の位相を示す位相信号Ｓ５が出力される。このような位相信号Ｓ５を出力することは、インバータ１１が周波数変換装置なので、自ら作り出す出力電圧の位相情報として外部に出力することであり、インバータの機能（インバータの付随的機能）として容易なことである。制御装置１３でインバータ１１からの上記位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された商用交流電源１０の位相検出信号Ｓ１と比較し、両者が一致した時点（同期した時点）で巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に或いは商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換える。
【００３５】
図４は上記巻下運転時の巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切換時の商用交流電源Ｒ相の電圧波形、インバータのＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧波形、負荷電流波形例を示す図である。ここでは商用交流電源周波数とインバータ１１の周波数差を２Ｈｚとして、両電源が同期した瞬間にインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換えている。切換時間（巻上下用電動機１２がインバータ１１及び商用交流電源１０のいずれにも接続されていない時間）ΔＴ≒１２．８ｍｓで、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることなく、切り換えることができることを確認した。
【００３６】
図５は上記巻下運転時の巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切換時の商用交流電源Ｒ相の電圧波形、インバータのＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧波形、負荷電流波形例を示す図である。ここでは商用交流電源周波数とインバータ１１の周波数差を２Ｈｚとして、両電源が同期した瞬間に商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換えている。切換時間ΔＴ≒１３．８ｍｓで、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることなく、切り換えることができることを確認した。
【００３７】
図６は５０Ｈｚ系と６０Ｈｚ系の同期点周期表を示す図である。図はＡ系周波数をＸとし、Ｂ系周波数Ｙとして、Ａ系Ｂ系とも同期点よりスタートした場合の１サイクル後の時間差（波形のズレ時間）は、
（１／Ｘ）−（１／Ｙ）＝Ｔ1
となり、この時間差Ｔ1により再度、同期点になるまでの時間（同期点の周期）Ｔ2を、
Ｔ2＝｛（１／Ｘ）／Ｔ1｝×（１／Ｘ）
として算出した同期点周期表を示す表である。Ａ系、Ｂ系の周波数差が多い程、同期点の周期は短くなる。Ａ系とＢ系の周波数差を最大２Ｈｚとした場合で位相検出器１７の検出条件で周波数差±２Ｈｚとなるので、同期点の周期は０．５２（ｓｅｃ）となる。これは電源が理想状態での場合であるから、検出途中で電圧、周波数変動により時間Ｔ2が長くなる場合がある。
【００３８】
図７は本発明に係る巻上機の他のシステム構成を示す図である。同図において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すのでその説明は省略する。巻下運転時にキャパシタ２３が満充電の状態にあり、巻上下用電動機１２で発電した電力をキャパシタ２３に充電できないとき、該電力を商用交流電源１０に送電する必要がある。この場合、ここでは位相検出器１７で検出した商用交流電源１０の位相検出信号Ｓ１をインバータ１１に送り、該インバータ１１はその出力の位相を商用交流電源１０の位相に同期するように運転する。そして同期が完了した時点でインバータ１１から制御装置１３に同期完了信号Ｓ９を出力する。制御装置１３はこの同期完了信号を受けて、電磁開閉器１８の接点１８ａを開き、電磁開閉器１９の接点１９ａを閉じて、巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１から商用交流電源１０に切り換えるようになっている。
【００３９】
上記のように巻下運転に際してキャパシタ２３が満充電の状態にあり、巻上下用電動機１２で発電した電力をキャパシタ２３に充電できないとき、インバータ１１の出力を商用交流電源１０の位相に同期させ、同期が完了した時点で、電磁開閉器１８の接点１８ａを開き、電磁開閉器１９の接点１９ａを閉じるので、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることなく、巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１から商用交流電源１０に切り換えることができる。インバータが周波数変換装置なので、このような同期完了信号Ｓ９を出力することも、自ら作り出す出力電圧の位相を他の系統の電圧の位相に同期させ、同期完了と同時に同期完了信号Ｓ９を出力することも、インバータの機能（インバータの付随的機能）として容易なことである。このように、インバータ１０に位相検出器１７による商用交流電源１０の位相検出信号Ｓ１を受けて、その出力位相を商用交流電源１０に同期させ、同期完了信号Ｓ９を制御装置１３に出力する機能を設けるだけで、商用交流電源１０での高速巻下運転時に巻上下用電動機１２で発電する回生電力を商用交流電源１０に返すことができる。
【００４０】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態例では、２段変速の巻上機を例に説明したが、本発明は１段変速の巻上機にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る巻上機のシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る巻上機の巻下運転時の切換タイミングを示す図である。
【図３】本発明に係る巻上機の巻下運転時のインバータから出力される位相信号を示す図である。
【図４】本発明に係る巻上機の巻下運転時の電源をインバータから商用交流電源に切換時の波形を示す図である。
【図５】本発明に係る巻上機の巻下運転時の電源を商用交流電源からインバータに切換時の波形を示す図である。
【図６】５０Ｈｚ系と６０Ｈｚ系の同期点周期表を示す図である。
【図７】本発明に係る巻上機の他のシステム構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    商用交流電源
１１    インバータ
１２    巻上下用電動機
１３    制御装置
１４    操作ボックス
１５    巻上用押ボタンスイッチ
１６    巻下用押ボタンスイッチ
１７    位相検出器
１８    電磁開閉器
１９    電磁開閉器
２０    ブレーキ
２１    ダイオードスタック
２２    電磁開閉器
２３    キャパシタ
２４    上限スイッチ
２５    下限スイッチ
２６    双方向チョッパ回路
２７    充電検出器
【図１】
0005280081.tif 000002
【図２】
0005280081.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005280081.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005280081.tif 000007
【図７】
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