CN102139838A - 卷扬机的驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供卷扬机的驱动控制装置，防止对卷扬机进行降下运转时从电动机产生再生电力。卷扬机具有将吊荷卷扬和降下的链轮(13)，链轮(13)被电动机(23)驱动。在链轮(13)设置有机械制动器(50)，用于使电动机(23)的输出轴(24)的旋转在传递至链轮(13)的状态和解除的状态间切换，并且阻止链轮(13)向降下方向旋转。在吊荷的降下运转开始时，输出轴(24)因吊荷的负重而被反转驱动，但是因为直到机械制动器(50)的棘轮(57)与棘爪啮合为止不对电动机(23)进行电力供给，所以能够防止电动机(23)产生再生电压。

Description

卷扬机的驱动控制装置

技术领域

本发明涉及对驱动电动环链葫芦等卷扬机的电动机进行控制的卷扬机的驱动控制装置。

背景技术

用于使货物即吊荷上下移动的卷扬机，有电动环链葫芦和起重机等。电动环链葫芦通过驱动架设有负载链的链轮，使设置在负载链的一端部的悬吊货物用的下钩上下移动来进行货物的卷扬和降下，负载链的另一端部被收纳在设置于卷扬机主体的链条收纳器即链斗中。起重机通过驱动缠绕有线缆的卷筒，使设置在线缆的下端部的悬吊货物用的下钩上下移动来进行货物的卷扬和降下。链轮和卷筒由电动机旋转驱动，在大多数的卷扬机中，使用感应电动机作为电动机。

这样的卷扬机中，存在操作者通过开关操作来改变吊荷的卷扬和降下的速度的类型，为了使电动机的旋转速度变化，如专利文献1记载，在卷扬机的驱动控制装置设置有变频器(inverter，也称逆变器)。

专利文献1：日本特开平10-291783号公报

发明内容

在使用电动环链葫芦等卷扬机进行吊荷的降下运转时，通过吊荷的负重对旋转体施加降下方向的扭矩，因为电动机不需要动力，所以电动机不进行输出，成为发电机状态产生再生电力。当通过变频控制进行降下运转时，发电的电力返回位于变频器直流部的电容器，由于电荷在电容器蓄积导致电压上升，超过电容器和其他元件等电子设备的耐压。为了防止这一点，在达到规定电压时，通过在放电电阻器中流通电流来作为热进行消耗，从而降低电压。为了提高散热性，该放电电阻器尺寸较大，不仅使包含放电电阻器在内的部件个数增加，还存在无法避免卷扬机主体大型化的问题。并且，放电电阻器将升至操作者直接触碰时会烧伤的程度的高温。

本发明的目的在于防止对变频控制的卷扬机进行降下运转时产生再生电力。

本发明的其他目的在于，使卷扬机的驱动控制装置中无需设置放电电阻器，由此使卷扬机小型化。

本发明提供一种卷扬机的驱动控制装置，该卷扬机具有将吊荷卷扬和降下的旋转体，通过电动机驱动该旋转体，该卷扬机的驱动控制装置的特征在于，具有：机械制动器，其包括安装于上述旋转体的制动盘，与该制动盘的螺纹部螺合的制动齿轮，配置在上述制动盘的盘部和上述制动齿轮之间的棘轮，和阻止该棘轮向上述旋转体的降下方向旋转的棘爪；变频器(inverter，或称逆变器)，其将从电源供给的交流电力整流为直流，生成与上述电动机的旋转速度相应的交流；和控制单元，其在开始吊荷的降下运转时，直至上述棘爪通过上述旋转体向降下方向旋转从而与上述棘轮啮合之前，停止上述变频器的输出。本发明的卷扬机的驱动控制装置，具有电磁制动器，该电磁制动器包括：与上述输出轴连结的制动盘；相对该制动盘自由接近远离移动的止动盘；对该止动盘向着上述制动盘施加弹力的弹簧部件；和在驱动上述旋转体时将上述止动盘向远离上述制动盘的方向吸引的线圈，在开始吊荷的降下运转时，使对上述线圈通电，开放上述电磁制动器后启动上述电动机的启动时刻延迟。

根据本发明，在进行吊荷的降下运转时，在机械制动器的棘轮与棘爪啮合前停止变频器的输出，所以即使因吊荷的负重使电动机的输出轴向降下方向旋转驱动，也能够防止从电动机产生再生电力。由此，无需对变频器设置放电电阻，能够使卷扬机小型化。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施方式的卷扬机的电动环链葫芦的正视图。

图2是图1的右侧视图。

图3是图1所示的卷扬机主体的放大截面图。

图4是表示图3所示的电磁制动器的放大截面图。

图5是机械制动器的棘轮和棘爪的啮合解除的状态下图3的A-A线放大截面图。

图6是表示机械制动器的棘轮和棘爪啮合的状态下与图5相同的部分的放大截面图。

图7是表示卷扬机的驱动控制装置的框图。

图8是表示进行吊荷的降下运动时电磁制动器和电动机的驱动控制算法的流程图。

附图标记说明

10……卷扬机主体，11……外壳，13……链轮(旋转体)，14……负载链，15……下吊具，17……操作输入部，21……链轮轴，23……电动机，24……输出轴，27……电磁制动器，28……线圈，32……旋转盘，33……止动盘，36……压缩盘簧，37a、37b……制动衬片，50……机械制动器，51……螺纹部，52……盘部，53……制动盘，55……制动齿轮，57……棘轮，60……棘爪，61……电源，62……控制器，63……变频器，64……整流电路。

具体实施方式

以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。如图1和图2所示，作为卷扬机的电动环链葫芦具有卷扬机主体10。卷扬机主体10具有外壳11，在该外壳11的长度方向中央的上侧部分，安装有上钩即上吊具12，卷扬机主体10在通过该上吊具12悬吊的状态下使用。在外壳11内，作为旋转体的链轮13如图2中虚线所示地可自由旋转地安装于上吊具12的下侧，在该链轮13上架设有负载链14。在该负载链14的一端部，设置有下钩即下吊具15，在该下吊具15上悬挂货物即吊荷。

通过旋转驱动链轮13，使悬挂在下吊具15上的吊荷卷扬移动或者降下移动。如图1和图2所示，在外壳11安装有用于收容负载链14的另一端部侧的链条收纳器即链斗16，当吊荷被卷扬时，负载链14的另一端部侧进入链斗16内，吊荷被降下时，负载链14从链斗16内抽出。在卷扬机主体10，通过电缆18连接有操作输入部17，操作者通过操作设置在操作输入部17的卷扬用开关和降下用开关，进行吊荷的卷扬动作和降下动作。

如图3所示，链轮13被固定于中空的链轮轴21，该链轮轴21的两端部由安装在外壳11的轴承22支承，链轮轴21可自由旋转地安装在外壳11内。在外壳11内，安装有相对链轮13位于卷扬机主体10的长度方向上的一侧的感应型电动机23，固定在电动机23的转子上的输出轴24从电动机23的两端面向外侧突出。输出轴24的一个突出端部24a以可自由旋转的方式被设置在固定于外壳11的支承板即支架25上的轴承26支承，在支架25安装有电磁制动器27。

该电磁制动器27，如图4所示，线圈28具有呈环状安装的螺线管箱(solenoid case)29，该螺线管箱29通过多根连接杆31安装到支架25上。在支架25和螺线管箱29之间，以与支架25相对的方式配置有被止动侧的制动盘即旋转盘32，该旋转盘32如图3所示通过花键等固定单元固定于输出轴24的突出端部24a。在旋转盘32和螺线管箱29之间，与旋转盘32相对且相对其自由接近远离移动地配置有止动侧的制动盘即止动盘33。在形成于该止动盘33的贯通孔34中贯通连接杆31，止动盘33在通过连接杆31限制旋转的状态下被连接杆31引导，沿轴方向移动。

在螺线管箱29的中心部分设置有弹簧箱35，在该弹簧箱35内，作为弹簧部件安装有对止动盘33施加朝向旋转盘32方向的弹力的压缩盘簧36。在旋转盘32的两侧，设置有制动衬片37a、37b，当通过压缩盘簧36的弹力将止动盘33朝向旋转盘32推压时，止动盘33和旋转盘32隔着制动衬片37a、37b与支架25贴紧，输出轴24被锁定。

从而，在对构成电磁铁即螺线管的线圈28停止通电的状态下，在弹力的作用下，止动盘33隔着制动衬片37a与旋转盘32贴紧，并且旋转盘32隔着制动衬片37b与支架25贴紧，所以输出轴24通过旋转盘32被支架25止动从而被锁定，电磁制动器27成为止动状态。另一方面，当线圈28通电时，止动盘33通过磁力与弹力反作用地被向着线圈28吸引，止动盘33远离旋转盘32，电磁制动器27成为允许输出轴24旋转的开放状态。

如图3所示，电动机23的输出轴24的另一个突出端部24b，被可自由旋转地支承在安装于外壳11的轴承41上，输出轴24通过接头43与可自由旋转地安装在链轮轴21的内部的驱动轴42连结。该驱动轴42构成输出轴24的一部分，其前端部被安装于外壳11的轴承44支承。

在外壳11，与驱动轴42平行地通过轴承46安装有可自由旋转的减速轴45，设置在驱动轴42的前端部的小齿轮47与设置在减速轴45的端部的大齿轮48啮合。由该小齿轮47和大齿轮48形成使驱动轴42的旋转减速并传递至减速轴45的减速机构49。

在链轮轴21的外侧安装有机械制动器50。该机械制动器50具有由圆筒形的螺纹部51和设置在该螺纹部51的一端部的盘部52形成为一体的制动盘53。制动盘53通过设置在螺纹部51的内圆周面的花键等固定单元固定于链轮轴21。

机械制动器50与通过电磁力动作的电磁制动器27相比能够获得较大的制动扭矩。通过除电磁制动器27之外，在链轮13侧即负载侧设置该机械制动器50，即使较大的负载被施加到链轮13，也能够可靠地限制链轮13的旋转。

在螺纹部51的外周面形成有公螺纹54a，该公螺纹54a与形成有母螺纹54b的制动齿轮55螺合。该制动齿轮55与设置在减速轴45的连结齿轮56啮合，驱动轴42的输出通过减速轴45传递至制动齿轮55。制动齿轮55比连结齿轮56的直径大，减速轴45的旋转被减速，传递至制动齿轮55。

制动齿轮55的端面与盘部52相对，在制动齿轮55和盘部52之间，可自由旋转地安装有棘轮57。在盘部52设置有制动衬片58a，在制动齿轮55的端面设置有制动衬片58b，当制动齿轮55相对制动盘53向止动方向即接近盘部52的方向相对旋转时，两者的制动衬片58a、58b与棘轮57贴紧，机械制动器50成为止动状态。由此，制动盘53和制动齿轮55通过棘轮57成为止动的状态。另一方面，当制动齿轮55相对制动盘53向解除止动的方向即远离盘部52的方向相对旋转时，制动盘53和制动齿轮55的止动解除，机械制动器50成为开放状态。

这样，当制动齿轮55相对制动盘53相对旋转时，因为制动齿轮55与制动盘53的螺纹部51螺合，所以制动齿轮55相对制动盘53在止动位置和开放位置之间沿轴方向移动。制动齿轮55的开放极限位置，由安装在螺纹部51的前端的挡块59限制。

当使电动机23按正转方向旋转进行吊荷的卷扬运转时，开放电磁制动器27，通过电动机23使输出轴24如图3中箭头所示在正转方向旋转驱动。由此，因为制动齿轮55通过减速轴45向与输出轴24相同方向的止动方向旋转驱动，制动齿轮55通过棘轮57被制动盘53止动，通过向卷扬方向驱动的输出轴24使链轮13向卷扬方向驱动，悬吊在下吊具15上的吊荷被架设在链轮13上的负载链14卷扬。

图5和图6均为图3的A-A线放大截面图。当将电动机23的输出轴24向正转方向驱动时，因为在图5中减速轴45向箭头U1所示的卷扬方向旋转驱动，所以制动齿轮55通过棘轮57相对制动盘53止动，向箭头U2所示的方向旋转驱动。由此，链轮13向卷扬方向驱动，进行被负载链14悬吊的吊荷的卷扬运转。其中，在图5和图6中，用实线表示制动齿轮55和连结齿轮56的外径线，用点划线表示节线。

如图5和图6所示，在外壳11，可自由摇动地安装有与棘轮57啮合的棘爪60，通过未图示的弹簧部件对棘爪60的前端在与棘轮57的外周面接触的方向上施加弹力。棘爪60在棘轮57沿箭头D2方向即降下方向旋转时，如图6所示，与棘轮57啮合，阻止棘轮57沿箭头D2所示的方向旋转。

当在吊荷被下吊具15悬吊的状态下停止吊荷的上下移动时，停止对电动机23供给电力，并停止对电磁制动器27供给电力，使电磁制动器27为止动状态。此时，如图6所示，棘爪60与棘轮57啮合，链轮轴21被锁定。即，此时，吊荷的负重对链轮轴21在降下方向D2施加旋转力，输出轴24的旋转被电磁制动器27停止，棘轮57通过制动齿轮55成为相对盘部52止动的状态，因此吊荷的负重对链轮轴21施加降下方向D2的旋转力。由此，如图6所示，棘爪60与棘轮57啮合，链轮13被锁定，旋转受到限制。像这样，通过机械制动器50使链轮轴21锁定，因此即使开放电磁制动器27也能防止吊荷降下。

另一方面，当使电动机23逆转进行吊荷的降下运转时，对线圈28供给电力，开放电磁制动器27，利用电动机23使输出轴24按逆转方向旋转驱动。此时，在由吊荷对链轮轴21施加降下方向的旋转力的状态下，输出轴24被向降下方向驱动，减速轴45被向降下方向D1旋转驱动。由此，制动齿轮55相对制动盘53向解除止动的方向相对旋转，机械制动器50成为开放状态。从而，即使棘爪60成为如图6所示地与棘轮57啮合的状态，也可以解除盘部52和制动齿轮55对棘轮57的贴紧，通过吊荷的负重使链轮轴21向降下方向旋转驱动。

当吊荷对链轮轴21施加的降下方向的旋转速度高于电动机23的降下方向的旋转速度时，制动齿轮55在使棘轮57与盘部52贴紧的方向上相对旋转。由此，如图6所示，通过与棘爪60啮合的状态下的棘轮57来限制链轮轴21的旋转将其锁定。这样，电动机23的降下方向的旋转带来的机械制动器50的开放动作和吊荷的负重引起的机械制动器50的制动动作反复进行，边使制动衬片58a、58b相对棘轮57滑动，边将吊荷以与输出轴24的旋转大致同步的状态降下。在该降下运动时，机械制动器50重复由输出轴24带来的开放动作和由吊荷的负重引起的制动动作，因此不会对输出轴24施加由吊荷引起的逆转方向的旋转力即旋转扭矩。

但是，在开始降下运转时，若棘爪60如图5所示处于没有与棘轮57啮合的状态，则直至通过降下运转使棘爪60与棘轮57如图6所示地啮合为止，机械制动器50都为不动作的状态，对输出轴24施加逆转方向的旋转力即旋转扭矩。

图7是表示卷扬机的驱动控制装置的框图。供给三相交流电流的电源61通过控制器62和变频器63与感应式的电动机23连接，在控制器62连接有操作输入部17。在操作输入部17设置有卷扬运转时操作的卷扬运转指令开关、降下运转时操作的降下运转指令开关和对各个速度发出指令的速度指令开关。

变频器63具有将三相交流变换为直流的直流部即整流电路部、利用被整流电路部整流并由平滑电容器平滑化的直流电流生成三相交流的电源模块(power module)，基于速度指令开关的操作，对电动机23施加与指令速度相对应的频率的交流电流。控制器62基于来自操作输入部17的速度指令开关和运转指令开关的指令信号，输出频率信号和输出电压信号，电源模块通过设置在变频器63的电源模块驱动器开关驱动。

控制器62通过整流电路64与电磁制动器27连接。电磁制动器27是通过直流电流工作的直流的电磁制动器，对电动机23供给的交流电流被整流电路64整流后向电磁制动器27的线圈28供给。

在使用上述卷扬机进行将吊荷卷扬的操作时，操作者通过操作操作输入部17的速度指令开关输入卷扬速度，并操作卷扬运转指令开关。由此，对电磁制动器27的线圈28供给电力，电磁制动器27切换为开放状态，通过向正转方向驱动的电动机23将链轮13向正转方向驱动，吊荷以设定的速度卷扬。

使用卷扬机进行将吊荷降下的操作时，操作者通过操作操作输入部17的速度指令开关输入降下速度，并操作降下运转指令开关。由此，对电磁制动器27的线圈28供给电力，电磁制动器27切换为开放状态，通过向反转方向驱动的电动机23将链轮13向反转方向驱动，吊荷以设定的速度降下。

在开始降下运转时，如上所述，若棘爪60如图5所示处于没有与棘轮57啮合的状态，则直到因吊荷的负重导致棘爪60与棘轮57如图6所示地啮合为止，输出轴24会受到反转方向的旋转力被反转驱动。这样，若从电磁制动器27开放到机械制动器50动作为止存在动作时间，则吊荷的负重会使电动机23为发电机状态，变频器63会发生过电压跳闸。

对此，在降下运转开始时，根据来自控制器62的信号，使自对线圈28通电开放电磁制动器27到驱动电动机23为止的启动时刻延迟。延迟时间设定为棘爪60可靠地与棘轮57啮合为止的时间。从而，即使电动机23的输出轴24因吊荷的负重而向反转方向驱动，但由于没有对电动机23供给电力，所以可以防止从电动机23产生再生电力。

图8是表示进行吊荷的降下运动时电磁制动器和电动机的驱动控制算法的流程图。当步骤S1中检测到操作者发出降下运转指令时，对线圈28施加电力，电磁制动器27在步骤S2切换为开放状态，并且在步骤S3进行开始运转时刻控制。通过该开始运转时刻控制，在经过直到棘爪60与棘轮57啮合为止的动作时间后，进行用于使电动机23开始运转的电力供给(步骤S4)。通过电动机23开始运转，到步骤S6中判定降下运转结束为止，执行步骤S5的吊荷的降下运转。

这样，通过使从电磁制动器27开放到电动机23启动为止延迟电动机23的启动时刻，不会发生因电动机23的输出轴24在吊荷的负重的作用下反转驱动而产生的再生发电。从而，不需要在变频器63设置放电电阻器，能够减少卷扬机的部件个数，并且能够将卷扬机小型化。

本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，上述卷扬机是以架设了设置有下吊具15的作为钢索的负载链14的链轮13作为旋转体的电动环链葫芦，但对起重机也能够应用本发明。在起重机中，具有卷筒作为架设了设置有下吊具的作为钢索的线缆的旋转体，在用于驱动卷筒的电动机的输出轴，与电动环链葫芦同样地设置电磁制动器。此外，作为控制电动机23和电磁制动器27的动作的控制器的方式，也可以采用具有微处理器、通过存储在ROM内的软件来设定电动机的开始运转时刻的方式，和不使用微处理器、具有开关设备的分立方式。

Claims (2)

1.一种卷扬机的驱动控制装置，该卷扬机具有将吊荷卷扬和降下的旋转体，通过电动机驱动该旋转体，该卷扬机的驱动控制装置的特征在于，具有：

机械制动器，其包括安装于所述旋转体的制动盘，与该制动盘的螺纹部螺合的制动齿轮，配置在所述制动盘的盘部和所述制动齿轮之间的棘轮，和阻止该棘轮向所述旋转体的降下方向旋转的棘爪；

变频器，其将从电源供给的交流电力整流为直流，生成与所述电动机的旋转速度相应的交流；和

控制单元，其在开始吊荷的降下运转时，直至所述棘爪通过所述旋转体向降下方向旋转从而与所述棘轮啮合之前，停止所述变频器的输出。

2.如权利要求1所述的卷扬机的驱动控制装置，其特征在于：

具有电磁制动器，该电磁制动器包括：与所述输出轴连结的制动盘；相对该制动盘自由接近远离移动的止动盘；对该止动盘向着所述制动盘施加弹力的弹簧部件；和在驱动所述旋转体时将所述止动盘向远离所述制动盘的方向吸引的线圈，在开始吊荷的降下运转时，使对所述线圈通电，开放所述电磁制动器后启动所述电动机的启动时刻延迟。

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