(57)【要約】【課題】電源電圧が低下した場合や電動機の電圧特性により定格速度で出力電圧が飽和した場合でも、比較的簡易な処理で荷重の落下を回避し、安定したベクトル制御が可能なインバータホイストの駆動制御装置及びインバータホイストの駆動制御方法を提供する。【解決手段】電源電圧低下などによる出力電圧飽和（過変調）を検出したとき、運転速度指令を、所要トルクを出力することができる周波数まで低減することで、誘導電動機２の運転速度を低減する。これにより、低速から高速までの全領域において、ホイストとしての機能を損ねることなく、安全でかつベクトル制御の持つ性能を十分に活用することが可能となる。【選択図】      図４
2012065463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重を昇降させる誘導電動機と、前記誘導電動機をベクトル制御により可変速制御するインバータとを備えるインバータホイストの駆動制御装置であって、
前記インバータの出力電圧が飽和レベルに達している電圧飽和状態を検出する電圧飽和検出手段と、
前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記誘導電動機の運転速度を、前記荷重を吊荷できるだけのトルクを出力可能な運転速度まで低減する速度低減手段と、を備えることを特徴とするインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項２】
前記誘導電動機の運転速度指令を生成する運転速度指令生成手段と、
前記運転速度指令生成手段で生成した運転速度指令と前記誘導電動機の運転速度信号とに基づいて、前記誘導電動機を可変速制御する制御手段と、を備え、
前記速度低減手段は、
前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記運転速度指令生成手段で生成する前記運転速度指令を低減することで、前記誘導電動機の運転速度を低減することを特徴とする請求項１に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項３】
前記速度低減手段は、
前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記誘導電動機のトルク指令及び電流検出値の何れか一方に基づいて前記荷重の大きさを判断し、前記運転速度指令の低減量を設定することを特徴とする請求項２に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項４】
前記誘導電動機の運転速度指令と前記誘導電動機の運転速度信号とに基づいてトルク指令を生成するトルク指令生成手段と、
前記トルク指令生成手段で生成したトルク指令の上限を所定のトルク制限値で制限するトルク指令制限手段と、
前記トルク指令制限手段で制限したトルク指令に基づいて前記誘導電動機を可変速制御する制御手段と、を備え、
前記速度低減手段は、
前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記トルク指令制限手段で使用する前記トルク制限値を小さくすることで、前記誘導電動機の運転速度を低減させることを特徴とする請求項１に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項５】
前記速度低減手段は、
前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記トルク制限値を、インバータホイストが許容する最大荷重相当に設定することを特徴とする請求項４に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項６】
前記トルク制限値は、前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を非検出であるとき、前記インバータが許容する最大電流及び最大電圧で決まる最大トルク相当に設定されることを特徴とする請求項４又は５に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項７】
前記電圧飽和検出手段は、
前記インバータの変調率が所定の電圧飽和判断閾値より大きいとき、電圧飽和状態であると判断することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項８】
前記誘導電動機の回転速度を検出し、前記誘導電動機の運転速度信号として出力する速度センサを備え、
前記インバータを速度センサ付きベクトル制御インバータで構成することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項９】
前記誘導電動機の回転速度を推定し、前記誘導電動機の運転速度信号として出力する速度推定手段を備え、
前記インバータを速度センサレスベクトル制御インバータで構成することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のインバータホイストの駆動制御装置。
【請求項１０】
荷重を昇降させる誘導電動機と、前記誘導電動機を可変速制御するインバータとを備えるインバータホイストの駆動制御方法であって、
前記インバータの出力電圧が飽和レベルに達している電圧飽和状態を検出したとき、前記誘導電動機の運転速度を、前記荷重を吊荷できるだけのトルクを出力可能な運転速度まで低減することを特徴とするインバータホイストの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータホイストの駆動制御装置及びインバータホイストの駆動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ駆動ホイストに使用されるインバータは、図８に示すような制御系により、電圧と周波数とを比例的に制御する所謂Ｖ／Ｆ一定制御インバータであった。図８において、符号１３０はインバータ１２０の制御部である。この制御部１３０は、加減速演算部１３１と、トルク（電圧）ブースト演算部１３２と、出力電圧演算部１３３と、変調率演算部１３４と、ＰＷＭ制御部１３５とを備える。
【０００３】
Ｖ／Ｆ一定制御インバータでは、商用周波数の１／１０程度の低周波数において、ホイストが定格負荷状態での巻上げ時と巻下げ時とですべりによる速度差が生じるため、それぞれを補正しなければならない。また、商用周波数の１／１０未満の低周波数領域においては、ホイストの駆動が不可能である。
また、始動時の荷重落下防止のために、図８に示すようにトルク（電圧）ブーストを付加した構成とすると、このトルク（電圧）ブーストにより過励磁となり、低周波数領域で出力電流が増加する。これに対応するためには、インバータ本体の容量を大きくしなければならず、巻上電動機の定格出力に対して大型化してしまう。
【０００４】
そこで、速度センサレスベクトル制御インバータを用いて巻上電動機を駆動するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、精度の良いフック位置検出や長尺の重量物の共吊りを行うために、速度センサ付きベクトル制御インバータを用いるものもある。
ところが、これら速度センサレス又は速度センサ付きベクトル制御インバータをホイストに適用した場合、ベクトル制御の持つ制御要素である電流調節器（ＡＣＲ）の出力が電源電圧以上、つまり過変調状態となると、電動機の定格電流を越える電流が流れて電動機が過熱し、運転の継続が困難となる場合がある。最悪の場合には、電流制御が不能となり、荷重を吊荷するのに十分なトルクを確保できなくなり、荷重が落下してしまう。
【０００５】
特に、トロリー給電を行っているホイストにおいて、走行中に荷重の懸架を行っている場合、レールの継ぎ目などを跨いだときの衝撃により給電部とトロリーの接触子とが離れると、一時的に給電がされず、電源電圧の低下が起こり定格速度内においても上記問題が起こりうる。
速度センサ付きベクトル制御の場合は、仮に制御不能となって荷重が落下を始めても、インバータ制御状態とは無関係に速度を検出できることから、速やかにこれを検出してアラームを出力し、機械ブレーキを投入することができる。ところが、速度センサレスベクトル制御の場合には、正しい速度推定ができなくなるため、推定速度では落下を検出できず安全性を確保することができない。
【０００６】
また、制御不能状態で過大電流が流れ、その結果インバータが過電流トリップすれば問題ないが、電動機に対し、枠上の容量のインバータを使用している場合、過電流トリップには至らず、出力トルクのみが低下して荷重が落下してしまうおそれがある。
以上の電源電圧低下などによる出力電圧飽和（過変調）時のベクトル制御における課題の解決方法として、例えば特許文献２に記載の技術がある。この技術は、トルク分電流と励磁分電流の電流配分をインバータ電圧比較器の出力信号に応じて変化させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−６９５８９号公報
【特許文献２】特開平９−２９４３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２に記載の技術では、トルク分電流と励磁分電流との比率をベクトル制御の電流制御部で変えており、励磁分電流が小さく、トルク分電流が大きい特性を持つ電動機の場合、この処理を行うことで所望のトルクを得ることができる。しかしながら、トータルの電流が増加し、電動機の定格電流を超えてしまうという問題がある。
さらに、上記のように電動機の特性を把握していないと、電流配分をどのように決めるべきか判断することができない。そのため、調整にはベクトル制御の専門知識を要する。
そこで、本発明は、電源電圧が低下した場合や電動機の電圧特性により定格速度で出力電圧が飽和した場合でも、比較的簡易な処理で荷重の落下を回避し、安定したベクトル制御が可能なインバータホイストの駆動制御装置及びインバータホイストの駆動制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係るインバータホイストの駆動制御装置は、荷重を昇降させる誘導電動機と、前記誘導電動機をベクトル制御により可変速制御するインバータとを備えるインバータホイストの駆動制御装置であって、前記インバータの出力電圧が飽和レベルに達している電圧飽和状態を検出する電圧飽和検出手段と、前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記誘導電動機の運転速度を、前記荷重を吊荷できるだけのトルクを出力可能な運転速度まで低減する速度低減手段と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
これにより、電源電圧が低下した場合や誘導電動機の電圧特性により定格速度で出力電圧が飽和した場合でも、電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出して、誘導電動機の運転速度を荷重が所望するトルクを出力可能な運転速度まで低減させることができる。したがって、荷重の落下を回避し、安定したベクトル制御を継続することができる。
【００１１】
また、請求項２に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項１に係る発明において、前記誘導電動機の運転速度指令を生成する運転速度指令生成手段と、前記運転速度指令生成手段で生成した運転速度指令と前記誘導電動機の運転速度信号とに基づいて、前記誘導電動機を可変速制御する制御手段と、を備え、前記速度低減手段は、前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記運転速度指令生成手段で生成する前記運転速度指令を低減することで、前記誘導電動機の運転速度を低減することを特徴としている。
このように、比較的簡易な構成で、電圧飽和時に誘導電動機の運転速度を低減し、荷重の落下を回避することができる。
【００１２】
さらに、請求項３に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項２に係る発明において、前記速度低減手段は、前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記誘導電動機のトルク指令及び電流検出値の何れか一方に基づいて前記荷重の大きさを判断し、前記運転速度指令の低減量を設定することを特徴としている。
このように、誘導電動機のトルク指令又は電流検出値を使用して荷重の大きさを判断するので、比較的簡易な処理で運転速度指令の低減量を設定することができる。このとき、誘導電動機のトルク指令又は電流検出値が大きいほど運転速度指令の低減量を大きく設定すれば、誘導電動機の運転速度を荷重が所望するトルクを出力可能な運転速度まで適切に低減させることができる。
【００１３】
また、請求項４に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項１に係る発明において、前記誘導電動機の運転速度指令と前記誘導電動機の運転速度信号とに基づいてトルク指令を生成するトルク指令生成手段と、前記トルク指令生成手段で生成したトルク指令の上限を所定のトルク制限値で制限するトルク指令制限手段と、前記トルク指令制限手段で制限したトルク指令に基づいて前記誘導電動機を可変速制御する制御手段と、を備え、前記速度低減手段は、前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記トルク指令制限手段で使用する前記トルク制限値を小さくすることで、前記誘導電動機の運転速度を低減させることを特徴としている。
このように、比較的簡易な構成で、電圧飽和時に誘導電動機の運転速度を低減し、荷重の落下を回避することができる。
【００１４】
さらに、請求項５に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項４に係る発明において、前記速度低減手段は、前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を検出したとき、前記トルク制限値を、インバータホイストが許容する最大荷重相当に設定することを特徴としている。
これにより、電圧飽和時には、運転速度指令とは無関係に、誘導電動機の運転速度をインバータホイストが許容する最大荷重相当が出力できる速度まで低減させることができる。
【００１５】
また、請求項６に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項４又は５に係る発明において、前記トルク制限値は、前記電圧飽和検出手段で電圧飽和状態を非検出であるとき、前記インバータが許容する最大電流及び最大電圧で決まる最大トルク相当に設定されることを特徴としている。
これにより、出力電圧が飽和レベルに達していない通常状態では、トルクリミット機能を実質的に無効とすることができる。
【００１６】
さらにまた、請求項７に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項１〜６の何れかに係る発明において、前記電圧飽和検出手段は、前記インバータの変調率が所定の電圧飽和判断閾値より大きいとき、電圧飽和状態であると判断することを特徴としている。
このように、電圧飽和検出手段で過変調状態を検出するので、確実に指令電圧値がインバータの出力可能な電圧以上となっている電圧飽和状態を検出することができる。
【００１７】
また、請求項８に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項１〜７の何れかに係る発明において、前記誘導電動機の回転速度を検出し、前記誘導電動機の運転速度信号として出力する速度センサを備え、前記インバータを速度センサ付きベクトル制御インバータで構成することを特徴としている。
このように、速度センサ付きベクトル制御インバータを適用した場合でも、安定した制御が可能となる。
【００１８】
さらに、請求項９に係るインバータホイストの駆動制御装置は、請求項１〜７の何れかに係る発明において、前記誘導電動機の回転速度を推定し、前記誘導電動機の運転速度信号として出力する速度推定手段を備え、前記インバータを速度センサレスベクトル制御インバータで構成することを特徴としている。
このように、速度センサレスベクトル制御インバータを適用した場合でも、安定した制御が可能となる。
【００１９】
また、請求項１０に係るインバータホイストの駆動制御方法は、荷重を昇降させる誘導電動機と、前記誘導電動機を可変速制御するインバータとを備えるインバータホイストの駆動制御方法であって、前記インバータの出力電圧が飽和レベルに達している電圧飽和状態を検出したとき、前記誘導電動機の運転速度を、前記荷重を吊荷できるだけのトルクを出力可能な運転速度まで低減することを特徴としている。
これにより、電圧飽和状態（過変調状態）となった場合でも、荷重を落下させることなく安定したベクトル制御を継続することができるインバータホイストの駆動制御方法とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、誘導電動機の電圧特性や電源電圧低下、荷重の大きさなどにより、インバータ出力電圧が飽和することを検出した場合（過変調状態を検出した場合）には、誘導電動機の運転速度を、荷重を吊荷できるだけのトルクを出力可能な運転速度まで低減するので、比較的簡易な処理で電圧飽和を回避し、荷重の落下を防止することができる。したがって、電圧飽和時における制御の安定性とホイストの安全性の確保とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るインバータ駆動ホイストを示す構成図である。
【図２】制御箱１０の断面図である。
【図３】巻上用インバータ２０の構成を示すブロック図である。
【図４】運転指令速度設定部３１の構成を示す制御ブロック図である。
【図５】運転指令速度設定部３１の変形例を示す制御ブロック図である。
【図６】ベクトル制御演算部３３の構成を示す制御ブロック図である。
【図７】トルクリミッタパターン演算部３３ｃの構成を示す図である。
【図８】従来のＶ／Ｆ一定制御の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本発明に係るインバータ駆動ホイストを示す構成図である。
図中、符号１はインバータ駆動ホイストである。このインバータ駆動ホイスト１は、巻上用電動機２及び横行用電動機３への給電をインバータにより行うものであり、インバータの出力周波数を変化させることで、巻上用電動機２及び横行用電動機３の回転速度を変化させるものである。これにより、巻上速度及び横行速度を制御する。
【００２３】
図２は、制御箱１０の断面図である。
この図２に示すように、制御箱１０には、巻上用電動機２へ電力を供給する巻上用インバータ２０と、横行用電動機３に電力を供給する横行用インバータ２１と、制御回路２２とが格納されている。制御回路２２は、操作部９の操作に基づいて巻上用インバータ２０、横行用インバータ２１に運転指令や設定速度等を与えたり、巻上用インバータ２０、横行用インバータ２１からの信号によってブレーキ、各種ランプの点灯／消灯、警報などの制御を行ったりするものである。なお、ここでは巻上用インバータ２０及び横行用インバータ２１を制御箱１０の中に格納する場合について説明するが、巻上用インバータ２０及び横行用インバータ２１をホイスト本体に直接搭載してもよい。
【００２４】
巻上用インバータ２０から巻上用電動機２へ電力を供給すると、巻上用電動機２が駆動する。そして、この巻上用電動機２の駆動により、図１に示すワイヤロープ４の繰り出し、巻き取りが行われ、フック５が昇降する。このとき、インバータのアラーム発生時、インバータ停止時、速度超過時、逆転検出時等となると、ブレーキユニット６が作動して非常ブレーキがかけられ、吊荷の落下を防止するようになっている。
【００２５】
また、横行用インバータ２１から横行用電動機３へ電力を供給すると、横行用電動機３が駆動する。この横行用電動機３の駆動により、インバータ駆動ホイスト１が図１に示すレール７に沿って横行する。
フック５の昇降指令やインバータ駆動ホイスト１の横行指令等は、作業者が操作部９を操作することで制御回路２２を介して巻上用インバータ２０、横行用インバータ２１へ入力される。
【００２６】
ここで、巻上用インバータ２０は、速度センサ付きベクトル制御および速度センサレスベクトル制御の何れかを用いたインバータとする。本実施形態では、パルスエンコーダ等で構成される速度センサ８を設置し、巻上用インバータ２０を、センサ付きベクトル制御を用いたインバータで構成した場合について説明する。
なお、以下の説明においては、巻上用電動機２を誘導電動機２と称し、巻上用インバータ２０を単にインバータ２０と称する。
【００２７】
次に、センサ付きベクトル制御について具体的に説明する。
図３は、巻上用インバータ２０の構成を示すブロック図である。
この図３に示すように、巻上用インバータ２０の制御部３０は、運転指令速度設定部３１と、加減速演算部３２と、ベクトル制御演算部３３と、変調率演算部３４と、ＰＷＭ制御部３５と、を備える。また、インバータ２０は、三相交流電源１１からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２０ａと、当該直流電圧を可変周波数・可変電圧の交流電圧に変換する出力主回路２０ｂとを備える。出力主回路２２からの出力電圧は誘導電動機２に供給され、これにより誘導電動機２が駆動される。
【００２８】
運転指令速度設定部３１は、図４に示すように、過変調判断部３１ａと、切換スイッチ３１ｂと、速度低減量設定部３１ｃと、減算部３１ｄと、を備える。
過変調判断部３１ａは、変調率演算部３４から出力されるインバータ２０の変調率Ａと、電圧飽和判断閾値である運転速度低減開始変調率Ｂ（例えば、１００％）との大小関係を比較する。ここで、変調率Ａの算出式は次式のとおりである。
変調率＝インバータ出力電圧指令÷（インバータ直流電圧÷２）  ………（１）
【００２９】
そして、Ａ＞Ｂであるときには、指令電圧値がインバータ２０の出力可能な電圧以上、即ち過変調状態であると判断して、“ＴＲＵＥ”となる判断結果を切換スイッチ３１ｂに出力する。一方、Ａ≦Ｂであるときには、過変調状態ではない通常状態であると判断して、“ＦＡＬＳＥ”となる判断結果を切換スイッチ３１ｂに出力する。なお、運転速度低減開始変調率Ｂは、パラメータ設定で可変とするようにしてもよい。
【００３０】
切換スイッチ３１ｂは、過変調判断部３１ａから出力される判断結果が“ＴＲＵＥ”であるとき、図４の実線に示す状態となり、過変調判断部３１ａから出力される判断結果が“ＦＡＬＳＥ”であるとき、図４の破線に示す状態となるスイッチである。
速度低減量設定部３１ｃは、吊荷の荷重率［％］を算出し、当該荷重率に応じて速度低減量Ｃを算出する。ここでは、荷重率としてインバータ２０のトルク指令またはインバータ２０の出力電流の検出電流を使用する。
【００３１】
そして、荷重率が速度低減開始トルク・電流に相当する所定の閾値α以下である場合には速度低減量Ｃを零とし、閾値αより大きい場合には荷重率の増加に伴って速度低減率ΔＣで増加する速度低減量Ｃを算出する。ここで、速度低減量Ｃは、誘導電動機２の運転速度を、インバータ２０が自身でそのときの荷重を吊荷できるだけのトルクを出力可能な運転速度まで低減することができる値に設定する。このようにして算出した速度低減量Ｃは、減算部３１ｄに出力する。
【００３２】
なお、閾値αや速度低減率ΔＣは、可変とすることもできる。例えば、電圧飽和に対する運転速度操作により速い応答が必要な場合は、閾値αを小さく設定したり、速度低減率ΔＣを大きく設定したりする。
減算部３１ｄは、予め設定された設定運転速度ωｒ０から低減量Ｃを減算し、その結果を出力する。
このように、運転指令速度設定部３１は、通常状態では設定運転速度ωｒ０を運転指令速度ωｒ０*として出力し、過変調状態では、減算部３１ｄの出力結果を運転指令速度ωｒ０*として出力する。すなわち、過変調状態では、荷重の大きさに応じて通常状態に比して運転指令速度ωｒ０*が低減される。
【００３３】
運転指令速度設定部３１から出力される運転指令速度ωｒ０*は、図３の加減速演算部３２に入力される。加減速演算部３２は、加減速制限値に設定された傾斜で上昇・下降する運転指令速度ωｒ*を出力する。
ベクトル制御演算部３３は、加減速演算部３２から出力される運転指令速度ωｒ*と、速度センサ８で検出した検出速度ωｒと、３相検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとを入力し、公知のベクトル制御を行って３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を出力する。
具体的には、３相検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、トルク分電流検出値と励磁分電流検出値とに分割し、これらの指令値によりトルク分電圧指令と励磁分電圧指令とを算出する。そして、トルク分電圧指令と励磁分電圧指令とを３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に変換し出力する。
【００３４】
変調率演算部３４は、３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*と直流検出電圧Ｖとに基づいて、変調率Ａのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を形成し出力する。
ＰＷＭ制御部３５は、変調率演算部３４から出力されるＰＷＭ信号と３相検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、インバータ２０のＩＧＢＴ等のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするゲート信号を出力する。
なお、過変調判断部３１ａが電圧飽和検出手段に対応し、切換スイッチ３１ｂ、速度低減量設定部３１ｃ及び減算部３１ｄが速度低減手段に対応している。また、運転指令速度設定部３１が運転速度指令生成手段に対応し、加減速演算部３２、ベクトル制御演算部３３、変調率演算部３４及びＰＷＭ制御部３５が制御手段に対応している。
【００３５】
（動作）
次に、第１の実施形態の動作について説明する。
出力電圧が飽和レベルに達していない通常状態では、巻上用インバータ２０の制御部３０内で演算する変調率Ａが運転速度低減開始変調率Ｂ以下となる。そのため、過変調判断部３１ａは、過変調状態ではないと判断して、“ＦＡＬＳＥ”となる判断結果を切換スイッチ３１ｂに出力する。したがって、切換スイッチ３１ｂは図４の破線に示す状態となり、運転指令速度演算部３１は、設定運転速度ωｒ０を運転指令速度ωｒ０*として出力する。そして、運転指令速度ωｒ０*（＝ωｒ０）に基づいてベクトル制御がなされ、誘導電動機２の速度が制御される。
【００３６】
この通常状態から、誘導電動機２の電圧特性、電源電圧の低下、荷重の大きさなどにより出力電圧が飽和レベルに達すると、制御部３０内で演算する変調率Ａが運転速度低減開始変調率Ｂより大きくなる。そのため、過変調判断部３１ａは、過変調状態であると判断して、“ＴＲＵＥ”となる判断結果を切換スイッチ３１ｂに出力する。したがって、切換スイッチ３１ｂは図４の実線に示す状態となり、運転指令速度演算部３１は、減算部３１ｄの出力結果を運転指令速度ωｒ０*として出力する。
【００３７】
このとき、減算部３１ｄの出力結果は、設定運転速度ωｒ０から荷重の大きさに応じた速度低減量Ｃを減算したものとなっている。すなわち、変調率Ａと荷重の大きさ（トルク指令または検出電流）をもとに、インバータ２０が自身でその荷重を吊荷できるだけのトルクを出力可能な運転速度を判断し、その運転速度まで運転指令速度ωｒ０*を低減する処理を行う。そして、この過変調状態では、低減された運転指令速度ωｒ０*に基づいてベクトル制御がなされ、誘導電動機２の速度が制御される。
【００３８】
ところで、従来の速度センサ付きベクトル制御インバータや速度センサレスベクトル制御インバータをホイストに適用した場合、過変調状態となると誘導電動機の定格電流を超える電流が流れて誘導電動機が過熱し、運転の継続が困難となる。また、最悪の場合には電流制御が不能となり、荷重を吊荷するのに十分なトルクを確保できなくなり、荷重が落下するおそれがある。特に、トロリー給電を行っているホイストにおいて、走行中に荷重の懸架を行っている場合、レールの継ぎ目などを跨いたときの衝撃により給電部とトロリーの接触子とが離れると、一時的に給電がされず、電源電圧の低下が起こり定格速度内においても上記問題が起こりうる。
【００３９】
これに対して、本実施形態では、出力電圧飽和（過変調状態）検出機能を付加し、過変調状態を検出した場合には、運転速度指令を操作して、そのときの電源電圧、荷重で運転可能な速度まで誘導電動機２の運転速度を低減する。一般に、ホイストには定格速度が定められており、出力電圧が飽和するまでの領域ではベクトル制御により定格速度での運転が可能である。ところが、ひとたび出力電圧が飽和した場合は、定格速度を維持し続けることが困難となる。本実施形態のように、過変調状態を検出した場合に、吊荷に必要なトルクを出力可能な速度まで運転速度指令を低減することで、電源電圧が低下した場合や誘導電動機の電圧特性などにより定格速度で出力電圧が飽和した場合でも、荷重の落下を回避しつつ、誘導電動機２の運転を継続させることができる。
【００４０】
（効果）
このように、第１の実施形態では、ベクトル制御インバータをホイストに適用するため、誘導電動機や負荷に合わせた最適な駆動が可能となり、Ｖ／Ｆ制御インバータに対し、出力電流を最適に制御することができる。そのため、巻上電動機の定格出力に適した容量のインバータを使用することができ、大型化を回避することができる。
さらに、誘導電動機の電圧特性、電源電圧低下、荷重の大きさなどにより、定格速度で出力電圧が飽和した場合でもこれを検知し、運転周波数を操作することで電圧飽和時のベクトル制御上の問題を回避することができ、制御の安定性を確保することができる。また、荷重落下を回避することができ、ホイストでの安全性を確保することができる。
したがって、低速から高速までの全領域において、ホイストとしての機能を損ねることなく、安全でかつベクトル制御の持つ性能を十分に活用することが可能である。
【００４１】
特に、定格速度以上の高速領域においては、一般に、無負荷もしくは軽負荷による運転しか行わないため、電圧飽和による制御不能状態、トルク低下は元々問題になることはないが、ホイスト装置の誤設定や誤操作などにより、この領域で定格以上の荷重での運転が行われた場合でも、上記運転速度の低減処理により荷重落下を回避することができる。
本実施形態では、電圧飽和状態（過変調状態）を検出したとき、誘導電動機の運転速度指令を低減させることで、誘導電動機の運転速度を、そのときの荷重を吊荷できるだけのトルクが出力可能な運転速度まで低減させる。したがって、ベクトル制御の専門知識を必要とすることなく、比較的簡易な処理で電圧飽和時における荷重落下を回避することができる。
【００４２】
また、運転速度指令の低減量を荷重の大きさに応じて設定するので、そのときの荷重を吊荷するのに十分なトルクを確保することができるなど、荷重が所望するトルクを出力することが可能となり、安定した運転が可能となる。
さらに、インバータの変調率を用い、当該変調率が所定の電圧飽和判断閾値より大きいときに、電圧飽和状態（過変調状態）であると判断するので、確実に電圧飽和状態（過変調状態）を検出することができる。
【００４３】
（変形例）
なお、上記第１の実施形態においては、運転指令速度設定部３１を、図５に示す構成とすることもできる。すなわち、運転指令速度設定部３１を、過変調判断部３１ａと、スイッチ３１ｅと、速度低減ゲイン演算部３１ｆと、乗算部３１ｇとで構成し、過変調状態を検出したとき、設定運転速度ωｒ０に速度低減ゲインＤ（＜１）を乗算することで運転指令速度ωｒ０*を低減する。
ここで、スイッチ３１ｅは、過変調判断部３１ａから出力される判断結果が“ＴＲＵＥ”であるときＯＮとなり、過変調判断部３１ａから出力される判断結果が“ＦＡＬＳＥ”であるときＯＦＦとなるスイッチである。
【００４４】
速度低減ゲイン演算部３１ｆは、誘導電動機２のトルク指令または検出電流を使用して求めた吊荷の荷重率［％］に応じて、速度低減ゲインＤを算出する。例えば、荷重率が速度低減開始トルク・電流に相当する所定の閾値α以下である場合には速度低減ゲインＤを１とし、閾値αより大きい場合には荷重率の増加に伴って速度低減率ΔＤで減少する速度低減ゲインＤを算出する。この速度低減ゲインＤは乗算部３１ｇに出力する。
【００４５】
乗算部３１ｇは、設定運転速度ωｒ０と速度低減ゲインＤとを乗算し、その結果を運転指令速度ωｒ０*として出力する。
この場合にも、運転指令速度設定部３１を図４に示す構成とした場合と同様の効果が得られる。
また、上記第１の実施形態においては、運転指令速度設定部３１を加減速演算部３２の前段に設ける場合について説明したが、加減速演算部３２の後段に設けるようにしてもよい。この場合、加減速演算部３２では設定運転速度ωｒ０を入力するようにし、その出力に対して、運転指令速度設定部３１で過変調状態であるか否かに応じて運転速度指令の低減を行うようにすればよい。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、過変調状態を検出したときに運転指令速度ωｒ０*を低減することで誘導電動機２の運転速度を低下させているのに対し、トルク指令の制限を行うトルクリミット機能を付加し、過変調状態を検出したときにトルクリミット機能を作動させることで誘導電動機２の運転速度を低下させるようにしたものである。
【００４７】
（構成）
第２の実施形態の巻上用インバータ２０の制御部３０は、図３において運転指令速度設定部３１を削除し、ベクトル制御演算部３３の構成を変更したことを除いては、図３の制御部３０と同様の構成を有する。そのため、ここでは構成の異なる部分を中心に説明する。
図６は、第２の実施形態におけるベクトル制御演算部３３の構成を示す制御ブロック図である。
本実施形態の加減速演算部３２には、運転指令速度ωｒ０*（＝設定運転速度ωｒ０）を入力する。
【００４８】
ベクトル制御演算部３３は、減算部３３ａと、速度調節器３３ｂと、トルクリミッタパターン演算部３３ｃと、トルクリミッタ３３ｄと、トルク分電流指令演算部３３ｅと、減算部３３ｆと、トルク分電流調節器３３ｇと、磁束指令演算部３３ｈと、励磁分電流指令演算部３３ｉと、減算部３３ｊと、励磁分電流調節器３３ｋと、電圧ベクトル変換部３３ｌと、すべり周波数演算部３３ｍと、加算部３３ｎと、角度演算部３３ｏと、電流ベクトル変換部３３ｐとを備える。
【００４９】
減算部３３ａは、加減速演算部３２から出力される運転指令速度ωｒ*と速度センサ８で検出した検出速度ωｒとの偏差を求め、これを速度調節器３３ｂに出力する。
速度調節器３３ｂは、減算部３３ａから出力された速度偏差に基づいて、比例・積分演算あるいは比例・積分・微分演算等により速度偏差を零にする調節演算を行ってトルク指令Ｔｑ０*を算出する。
【００５０】
トルクリミッタパターン演算部３３ｃは、図７に示す構成を有し、図３の変調率演算部３４から出力される変調率Ａに応じたトルクリミット値Ｔｌｉｍを算出する。ここでは、変調率Ａが運転速度低減開始変調率Ｂ以下であるときは、トルクリミット値Ｔｌｉｍをインバータ許容最大トルクに設定して出力する。一方、変調率Ａが運転速度低減開始変調率Ｂより大きいときは、トルクリミット値Ｔｌｉｍをインバータ許容最大トルクよりも小さいトルクリミッタ設定値に設定して出力する。このトルクリミッタ設定値は、例えば、ホイストが許容している最大荷重相当（例えば、１２５％）に設定する。このように、Ａ≦Ｂとなる通常状態では、トルクリミット値Ｔｌｉｍを最大としてトルクリミット機能を実質的に非作動状態（無効）とし、Ａ＞Ｂとなって過変調状態と検出した場合に、トルクリミット機能を作動状態（有効）とする。
【００５１】
トルクリミッタ３３ｄは、トルクリミッタパターン演算部３３ｃから出力されるトルクリミット値Ｔｌｉｍを上限として、速度調節器３３ｂから出力されるトルク指令Ｔｑ０*を制限し、その結果をトルク指令Ｔｑ*として出力する。
トルク分電流指令演算部３３ｅは、トルクリミッタ３３ｄから出力されるトルク指令Ｔｑ*と、後述する磁束指令演算部３３ｈから出力される磁束指令Φ*とに基づいて、トルク分電流指令Ｉｑ*を算出し出力する。
【００５２】
減算部３３ｆは、トルク分電流指令演算部３３ｅから出力されるトルク分電流指令Ｉｑ*と、後述する電流ベクトル変換部３３ｐから出力されるトルク分電流検出値Ｉｑとの偏差を算出し、これをトルク分電流調節器３３ｇに出力する。
トルク分電流調節器３３ｇは、減算部３３ｆから出力されるトルク分電流偏差に基づいて比例・積分演算あるいは比例・積分・微分演算等によりトルク分電流偏差を零にする調節演算を行ってトルク分電圧指令Ｖｑ*を算出し、これを電圧ベクトル変換部３３ｌに出力する。
【００５３】
また、磁束指令演算部３３ｈは、速度センサ８で検出した検出速度ωｒに基づいて、磁束指令Φ*を算出する。
励磁分電流指令演算部３３ｉは、磁束指令演算部３３ｈから出力される磁束指令Φ*に基づいて、励磁分電流指令Ｉｄ*を算出し出力する。
減算部３３ｊは、励磁分電流指令演算部３３ｉから出力される励磁分電流指令Ｉｄ*と、後述する電流ベクトル変換部３３ｐから出力される励磁分電流検出値Ｉｄとの偏差を算出し、これを励磁分電流調節器３３ｋに出力する。
【００５４】
励磁分電流調節器３３ｋは、減算部３３ｊから出力される励磁分電流偏差に基づいて比例・積分演算あるいは比例・積分・微分演算等により励磁分電流偏差を零にする調節演算を行って励磁分電圧指令Ｖｄ*を算出し、これを電圧ベクトル変換部３３ｌに出力する。
電圧ベクトル変換部３３ｌは、トルク分電圧指令Ｖｑ*と励磁分電圧指令Ｖｄ*とを、座標変換を行って３相電圧指令Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に変換し出力する。
【００５５】
さらに、すべり周波数演算部３３ｍは、トルク分電流指令演算部３３ｅから出力されるトルク分電流指令Ｉｑ*と、磁束指令演算部３３ｈから出力される磁束指令Φ*とに基づいて、すべり周波数ωｓ*を算出し、これを加算部３３ｎに出力する。
加算部３３ｎは、すべり周波数ωｓ*と検出速度ωｒとを加算し、その結果を出力角周波数ω１として角度演算部３３ｏに出力する。
【００５６】
角度演算部３３ｏは、出力角周波数ω１に基づいて出力角度θ１を算出し、これを電圧ベクトル変換部３３ｌ及び電流ベクトル変換部３３ｐに出力する。
電流ベクトル変換部３３ｐは、３相検出電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、座標変換を行って２相のトルク分電流検出値Ｉｑ及び励磁分電流検出値Ｉｄに変換し出力する。
なお、速度調節器３３ｂがトルク指令生成手段に対応し、トルクリミッタ３３ｄがトルク指令制限手段に対応している。また、トルクリミッタパターン演算部３３ｃが速度低減手段に対応している。
【００５７】
（動作）
次に、第２の実施形態の動作について説明する。
出力電圧が飽和レベルに達していない通常状態では、巻上用インバータ２０の制御部３０内で演算する変調率Ａが運転速度低減開始変調率Ｂ以下となる。そのため、トルクリミッタパターン演算部３３ｃは、トルクリミット値Ｔｌｉｍを、インバータ２０が許容できる最大電流及び最大電流で決まるトルク相当のインバータ許容最大トルクに設定する。通常の運転では、トルク指令がリミッタの最大値まで到達することは無いため、この通常状態ではトルクリミット機能が実質的に無効となっている状態である。したがって、この場合には、速度調節器３３ｂから出力されるトルク指令Ｔｑ０*が制限されることなく、そのままトルク指令Ｔｑ*として出力される。そして、このトルク指令Ｔｑ*に基づいて誘導電動機２の速度が制御される。
【００５８】
この通常状態から、誘導電動機２の電圧特性、電源電圧の低下、荷重の大きさなどにより出力電圧が飽和レベルに達すると、制御部３０内で演算する変調率Ａが運転速度低減開始変調率Ｂより大きくなる。そのため、トルクリミッタパターン演算部３３ｃは、トルクリミット値Ｔｌｉｍを、上記インバータ許容最大トルクよりも小さいホイストが許容している最大荷重相当に切り替える。すなわち、この過変調状態では、トルクリミット機能を作動して、速度調節器３３ｂから出力されるトルク指令Ｔｑ０*を上記トルクリミット値Ｔｌｉｍで制限し、その結果をトルク指令Ｔｑ*として出力する。そして、低減されたトルク指令Ｔｑ*に基づいて誘導電動機２の速度が制御される。
【００５９】
このように、通常はトルクリミット機能を使用しないが、トルクリミット状態となると出力電流一定のまま運転指令速度とは無関係に電動機速度が低下することを利用して、出力電圧飽和時にのみトルクリミット機能を作動させるようにする。このトルクリミット機能により、設定運転速度とは無関係に、ホイストが許容している最大荷重相当が出力できる速度まで運転速度を自動的に低下させることができる。
【００６０】
（効果）
このように、第２の実施形態では、出力電圧飽和（過変調状態）を検出したとき、トルクリミット機能を作動してトルク指令を通常状態に比して低減させるので、比較的簡易な処理で誘導電動機の運転速度を低減することができ、適切に電圧飽和による不具合を回避することができる。
このとき、出力電圧飽和時には、トルクリミット機能で用いるトルクリミット値をホイストが許容している最大荷重相当に切り替えるので、荷重の落下を回避して安定した運転を継続することができる。
【００６１】
（応用例）
上記各実施形態においては、巻上用インバータ２０を、速度センサ付きベクトル制御を用いたインバータとする場合について説明したが、速度センサ８に代えて、誘導電動機２の回転速度を推定する速度推定手段を設け、速度センサレスベクトル制御を用いたインバータとすることもできる。
また、上記各実施形態においては、誘導電動機２として、定格速度において電源電圧に対し電圧余裕を持って設計されたベクトル制御専用誘導電動機を適用してもよいし、商用電源により駆動されるいわゆる汎用誘導電動機のように、定格速度で電源電圧と等しい電圧特性をもつ誘導電動機を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…インバータ駆動ホイスト、２…巻上用電動機（誘導電動機）、３…横行用電動機、４…ワイヤロープ、５…フック、６…ブレーキユニット、７…レール、８…速度センサ、９…操作部、１０…制御箱、１１…三相交流電源、２０…巻上用インバータ（インバータ）、２１…横行用インバータ、２２…制御回路、３０…制御部、３１…運転指令速度設定部、３１ａ…過変調判断部、３１ｂ…切換スイッチ、３１ｃ…速度低減量設定部、３１ｄ…減算部、３１ｅ…スイッチ、３１ｆ…速度低減ゲイン演算部、３１ｇ…乗算部、３２…加減速演算部、３３…ベクトル制御演算部、３３ａ…減算部、３３ｂ…速度調節器、３３ｃ…トルクリミッタパターン演算部、３３ｄ…トルクリミッタ、３３ｅ…トルク分電流指令演算部、３３ｆ…減算部、３３ｇ…トルク分電流調節器、３３ｈ…磁束指令演算部、３３ｉ…励磁分電流指令演算部、３３ｊ…減算部、３３ｋ…励磁分電流調節器、３３ｌ…電圧ベクトル変換部、３３ｍ…すべり周波数演算部、３３ｎ…加算部、３３ｏ…角度演算部、３３ｐ…電流ベクトル変換部、３４…変調率演算部、３５…ＰＷＭ制御部
【図１】
2012065463.tif 000003
【図２】
2012065463.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012065463.tif 000007
【図６】
2012065463.tif 000008
【図７】
2012065463.tif 000009
【図８】
2012065463.tif 000010