CN102811939B - 电动环链葫芦的载荷辨别装置以及载荷辨别方法 - Google Patents

Abstract

提供能够根据电动环链葫芦的转矩电流，在提升运转开始后短时间内且高精度地进行载荷的辨别的电动环链葫芦的载荷辨别装置以及载荷辨别方法。一种具有升降电动机（12）和变换器控制装置（11），并通过升降电动机（12）使滑轮（15）转动，升降与该滑轮（15）卡合的环链（16）的电动环链葫芦的载荷辨别装置，具有对从变换器控制装置（11）供给至升降电动机（12）的马达电流进行检测的电流检测元件（21）和载荷辨别部（20），在该载荷辨别部（20），根据检测到的马达电流，将转矩电流、转矩电流的变动周期、变动周期间的平均转矩电流值、移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来进行载荷判断。

Description

电动环链葫芦的载荷辨别装置以及载荷辨别方法

技术领域

本发明涉及一种能够在运转开始后短时间内高精度地对由变换器驱动升降电动机的电动环链葫芦的提升载荷进行辨别的载荷辨别装置以及载荷辨别方法。

背景技术

图1为表示变换器（inverter）驱动的电动环链葫芦的示意构成的图。如图所示，电动环链葫芦具有：变换器控制装置11、升降（巻上下）电动机12、减速器13以及操作箱14。在操作箱14具有二档提升用按钮14a以及下降用按钮14b。通过提升用按钮14a的一档和二档分别向变换器控制装置11输出低速提升信号和高速提升信号，通过下降用按钮14b的一档和二档分别向变换器控制装置11输出低速下降信号和高速下降信号。

变换器控制装置11接收来自操作箱14的低速提升（巻上）信号、高速提升信号、低速下降（巻下）信号以及高速下降信号，并向升降电动机12供给规定频率的低速提升用电力、高速提升用电力、低速下降用电力以及高速下降用电力，升降电动机12以低速或高速进行正转或反转。由此，滑轮15介由减速器13以低速或高速进行正转或反转，与该滑轮15卡合的环链（chain）16以低速或高速被提升或下降，介由钩17悬挂于该环链16下端的载荷18以低速或高速上升或下降。

在上述电动环链葫芦中，从变换器控制装置11供给至升降电动机12的电流（以下称为“马达电流”）根据相对于输出频率和输出电压的各相的电流位相，能够如图2所示地通过矢量运算而分割成励磁电流（产生磁通所需的电流）和转矩电流（与负载转矩成比例的电流）。因此，通过对马达电流进行检测，并通过矢量运算将该马达电流分割成励磁电流和转矩电流，能够通过该转矩电流值高精度地辨别出载荷18的大小。

但是，在专利文献2中所示的电动钢丝绳葫芦（electric rope hoist）的情况下，能够通过转矩电流值来大致正确地辨别载荷的大小，但在电动环链葫芦中，其构成是：如下述所示地，通过多角形的滑轮15来升降由具有相同的大致椭圆形状的纵链节（link）16a和横链节16b交替连接而成的环链16，因此，所存在的问题是：即使载荷相同，负载转矩会变动，转矩电流值也周期性地变动，所以不能进行精度良好的载荷辨别。如图3所示，通过滑轮15的旋转角度，环链16的中心线A、B的位置，即，载荷芯（荷重芯）在规定的范围ΔL内与滑轮15的旋转中心分离/接近。通过该分离/接近，加载于滑轮15的负载转矩在规定范围内变动，通过该负载转矩的变动，从变换器控制装置11供给至升降电动机12的电流值也将变动。另外，在图3中，Lc表示环链16的1个链节的量的长度。

图4为表示电动环链葫芦的低速提升运转时的转矩电流的变化的图，曲线A和曲线B分别表示额定载荷（负载）（1.0W）的转矩电流的变化（电流／额定电流［%］）和额定载荷×1.08（1.08W）的转矩电流的变化的状态。此外，图5为表示电动环链葫芦的高速提升运转时的转矩电流的变化的图，曲线A和曲线B分别表示额定载荷（1.0W）的转矩电流的变化（电流／额定电流［%］）和额定载荷×1.08（1.08W）的转矩电流的变化的状态。在电动提升机中，要求切实地提升载荷至额定载荷，而当超过额定载荷的1.08倍时，必须自动停止升降运转。这样，在要辨别的载荷差小的情况下，存在的问题是：通过电动环链葫芦的多角形滑轮产生的负载变动变得比此负载变动大，而不能辨别负载1.0W与1.08W的界线。此外，即使是低速提升运转，也存在起动时不能辨别负载1.0W与1.08W的界线的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009－29590号公报

专利文献2:日本特开平11－246184号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述各点而成的，其目的在于提供一种能够根据电动环链葫芦的转矩电流，在提升运转开始后短时间内且高精度地进行载荷的辨别的电动环链葫芦的载荷辨别装置以及载荷辨别方法。

用于解决课题的装置

为了解决上述课题，本发明提供一种电动环链葫芦的载荷辨别装置，该电动环链葫芦具有：升降电动机；向该升降电动机供给驱动电力的变换器控制装置，通过升降电动机使滑轮转动，并升降与该滑轮卡合的环链，其特征在于，上述载荷辨别装置具有：马达电流检测机构，对从变换器控制装置供给至升降电动机的马达电流进行检测；转矩电流计算机构，通过矢量运算，根据检测到的马达电流计算转矩电流；移动平均转矩电流值计算机构，对计算出的转矩电流所在的与电动环链葫芦的提升速度对应的规定期间之前的规定期间的转矩电流的平均值连续进行计算；以及载荷判断机构，将移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值。

此外，本发明的特征在于，在上述电动环链葫芦的载荷辨别装置中，移动平均转矩电流值计算机构的规定期间是通过对电动环链葫芦的转矩电流的变动周期进行计算的转矩电流变动周期计算机构来计算的。

此外，本发明的特征在于，在上述电动环链葫芦的载荷辨别装置中，转矩电流变动周期计算机构能够对高速提升时以及低速提升时的转矩电流变动周期进行计算，移动平均转矩电流值计算机构能够对高速提升时以及低速提升时的移动平均转矩电流进行计算，载荷判断机构在高速提升时和低速提升时分别设定不同值的阈值，在高速提升时和低速提升时分别判断提升载荷值是否超过规定超载值。

此外，提供一种电动环链葫芦的载荷辨别方法，其中，电动环链葫芦具有升降电动机和向该升降电动机供给驱动电力的变换器控制装置，通过升降电动机使滑轮转动，并提升/下方与该滑轮卡合的环链，该方法的特征在于，包括以下步骤：对从变换器控制装置供给至升降电动机的马达电流进行检测；通过矢量计算，根据检测到的马达电流计算转矩电流；对转矩电流所在的与电动环链葫芦的提升速度对应的规定期间之前的规定期间的转矩电流的平均值连续进行计算而成为移动平均转矩电流值；将移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值。

此外，其特征在于，在上述电动环链葫芦的载荷辨别方法中，根据电动环链葫芦的提升速度计算提升环链的两个链节的量所需的时间，并将该时间作为计算移动平均转矩电流值的规定期间。

此外，其特征在于，在上述电动环链葫芦的载荷辨别方法中，转矩电流的计算在高速提升时和低速提升时进行，计算移动平均转矩电流值的规定期间在高速提升时和低速提升时分别设定，移动平均转矩电流值的计算在高速提升时和低速提升时进行，将高速提升时的移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值，并将低速提升时的移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载，进行载荷辨别。

此外，其特征在于，在上述电动环链葫芦的载荷辨别方法中，高速提升时的载荷辨别在起动转矩电流结束之后进行，低速提升时的载荷辨别从起动电流结束之前进行。

发明效果

本发明为对电动环链葫芦的变动的转矩电流的移动平均转矩电流值进行计算并进行载荷辨别的发明，对提升环链的两个链节的量的期间之前的提升环链的两个链节的量的期间的平均转矩电流值进行连续计算并形成移动平均转矩电流值，将该移动平均值转矩电流值与已预先设定的阈值进行比较来进行载荷辨别，因此，能够在电动环链葫芦的提升运转开始后短时间内且高精度地进行载荷的辨别。

附图说明

图1为表示变换器驱动的电动环链葫芦的示意构成的图。

图2表示电动环链葫芦的马达电流的励磁电流和转矩电流的关系的图。

图3为表示通过电动环链葫芦的滑轮的旋转产生的环链的中心线的摆动状态的图。

图4为表示电动环链葫芦的低速提升运转时的转矩电流的变化的图。

图5为表示电动环链葫芦的高速提升运转时的转矩电流的变化的图。

图6为表示低速时的转矩电流与提升速度变动的图。

图7为表示高速时的转矩电流与提升速度变动的图。

图8为表示低速时的平均转矩电流的变化的图。

图9为表示高速时的平均转矩电流的变化的图。

图10为表示本发明的电动环链葫芦的上述载荷辨别的处理流程的图。

图11为表示具有本发明的载荷辨别装置的变换器驱动的电动环链葫芦的示意构成的图。

具体实施方式

实施例1

以下，对本发明的实施方式详细地加以说明。实施本发明的载荷辨别装置以及载荷辨别方法的电动环链葫芦的示意构成与图1相同，因此省略其图示和说明。在如图1所示的电动环链葫芦中，从变换器控制装置11供给至升降电动机12的马达电流能够通过矢量运算，如图2所示地分割成励磁电流和转矩电流。该转矩电流与升降电动机12的负载（在此为提升载荷18的大小）成比例，因此，将该转矩电流与电动环链葫芦的设定容许值（阈值）进行比较来判断转矩电流是否超过阈值，由此，能够对过载状态进行辨别。

对于电动环链葫芦的提升载荷，要求切实地提升至额定载荷（额定负载），而当超过额定载荷的1.08倍时，必须自动地停止提升。但是，如图4以及图5所示，即使载荷相同，电动环链葫芦的提升运转时的转矩电流也会周期性地变动，存在不能在必须提升的额定载荷（1.0W）与禁止提升的载荷（1.08W）之间设定适当阈值的问题，特别是在起动时，1.0W时的转矩电流与1.08W时的转矩电流位于重复的范围内，因此，不能通过转矩电流进行高精度的载荷判断。

再有，当在低速的情况下和高速的情况下观察转矩电流的变动和提升速度的变动时，分别为图6图7所示。如图所示，可知：在低速提升和高速提升时，速度均以规定周期T（Tdl，Tdh）变动，转矩电流以与该速度变动相同的周期T（Tdl，Tdh）变动。该周期T与通过滑轮15对纵链节16a和横链节16b的1组进行提升的时间一致。在此，当取以各周期T为基准的移动平均电流值时，则成为图8以及图9的曲线C、D所示的状态。即,曲线C和曲线D分别表示1.0W时的转矩电流的移动平均和1.08W时的转矩电流的移动平均。如图8以及图9所示，当从起动时起去除规定期间时，曲线C和D被明确地区分开，通过在此期间设定规定阈值，能够高精度地辨别升降电动机12的负载即载荷18是否已经超过该阈值。

在此，对图8的表示低速时的移动平均转矩电流值的变化的图的移动平均转矩电流值的计算方法加以说明。设F：变换器控制装置11的输出频率（Hz），P：升降电动机12的极数，e：升降电动机12的滑移率，N：升降电动机12的转速（rpm），S：滑轮15的转速（rpm），M：减速器13的减速比，K：滑轮15的角数，T：如图3所示地将环链提升两个链节的长度2Lc的量所需的时间（sec），则:

N＝120×F／P×（1－e）            （1）

S＝N×M                           （2）

T＝60／S／K                       （3）

根据式（1），（2），（3）得出:

T＝P／｛2×F×（1－e）×M×K｝    （4）

设F＝5Hz（低速时输出频率），P＝4，e＝0.05，M＝0.06，K＝5，则根据式（4），变动周期T为1.404秒。当对变换器控制装置11的根据矢量运算按10毫秒计算（取样）出的转矩电流值进行改写，同时将最新的规定个数储存于存储器时，对已储存于存储器的转矩电流值中的之前(直前)的141个（1.404／0.010＝140.4）转矩电流值的平均值进行计算，并作为移动平均转矩电流值。图8为按对转矩电流值进行计算（取样）（按10毫秒）来对该移动平均转矩电流值连续进行计算并曲线化之后的图。另外，从起动时刻起至不满变动周期T（1.404秒）的期间的移动平均转矩电流值也是从起动时起的转矩电流值的累积值除以用变动周期T除以取样间隔（10毫秒）所得的数（141）来进行计算的。

接下来,对图9的表示高速时的移动平均转矩电流值的变化的图的移动平均转矩电流值的计算方法加以说明。与低速时相同地，对变换器控制装置11的根据矢量运算按10毫秒计算（取样）出的转矩电流值进行改写，并将最新的规定个数储存于存储器。设F＝60Hz（高速时输出频率），P＝4，e＝0.05，M＝0.06，K＝5，则根据式（4），变动周期T为0.117秒。对已储存于存储器的转矩电流值中的之前(直前)的12个（0.117／0.010＝11.7）的平均值进行计算，并作为移动平均转矩电流值。图9为按对转矩电流值进行计算（取样）（按10毫秒）来对该移动平均转矩电流值进行连续计算并曲线化之后的图。另外，以从起动时刻起至不满变动周期T（0.117秒）的期间的移动平均转矩电流值也是将从起动时起的转矩电流值的累积值除以用变动周期T除以取样间隔（10毫秒）所得的数（12）来进行计算的。

近年，在变换器驱动的电动环链葫芦中，存在以下构成的电动环链葫芦：通过矢量运算将从变换器控制装置11供给至升降电动机12的马达电流如图2所示地分割成励磁电流和转矩电流，并以使与负载（载荷18）对应的马达电流流动的方式进行电压的补正，由此，以低速获得高转矩。在该电动环链葫芦中具有的功能是：对从变换器控制装置11供给至升降电动机12的马达电流进行检测，并通过矢量运算将该马达电流分割成励磁电流和转矩电流。因此，通过使该变换器控制装置11具有通过上述（1）～（4）对转矩电流变动的周期T进行计算的功能、对以相当于该周期T的时间为基准的移动平均转矩电流值进行计算的功能、通过将该移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来辨别载荷18是否处于过载状态的载荷辨别功能，能够在短时间内且高精度地进行载荷辨别。

在图9的高速时的移动平均转矩值中，表示1.0W的移动平均转矩电流值的曲线C在起动时超过表示1.08W的移动平均转矩电流值的曲线D的平坦部的值，而在图8的低速时的移动平均转矩值中，表示1.0W的移动平均转矩电流值的曲线C即使在起动时也不超过表示1.08W的移动平均转矩电流值的曲线D的平坦部（稳定部）的值，因此，通过将阈值设为比该曲线D的平坦部（稳定部）小规定量的值与表示1.0W的移动平均转矩电流值的曲线C的最高值之间的值，即使从起动时起起动电流未结束，只要载荷在1.0W以下，则移动平均转矩值就不会超过阈值，也不会将1.0W的载荷误认为超载。另一方面，在高速时，若在起动时的规定时间Tnh结束后开始辨别，则也不会将1.0W的载荷误认为超载。

在上述的例子中，将变动周期T的1个周期作为了移动平均转矩电流值的计算基准，而若使用将变动周期T的整数倍作为基准的移动平均转矩电流值，则将进一步使转矩电流值平滑化，且辨别的精度将提高，但由于与以1个周期为基准的方法相比过负载的检测变迟，因此，优选将以1个周期的量作为基准的移动平均转矩电流值作为辨别基准。

在上述（1）～（4）式中，变动周期T是通过从变换器控制装置11输出至升降电动机的输出频率来计算并设定的，但也可以通过计测升降电动机12的输出轴的转速或滑轮15的转速或减速器13的齿轮轴等的转速，或依次计测提升环链16的两个链节的量所需要的时间，来计算变动周期，而根据供给至电动提升装置的输出频率来计算升降电动机12的转速的方法简便且具有足够的精度。或者，也可以将与已为电动环链葫芦预先设定的速度对应的变动周期存储于存储器，从存储器读出与指令速度对应的变动周期来设定为变动周期（对移动平均转矩电流值进行计算的基准期间：计算平均值的取样数）。

图10为表示上述载荷辨别的处理流程的图。首先，接入电动环链葫芦的电源，在步骤ST1中，通过上述（1）～（4）式对作为高速运转下的转矩电流的变动周期的高速变动周期（Tdh）和作为低速运转下的转矩电流的变动周期的低速变动周期（Tdl）进行计算和设定，并进入步骤ST2。在步骤ST2中，判断是否存在来自操作箱14的提升操作信号，在是（Yes）的情况下，进入步骤ST3。步骤ST2中，在否（No）的情况下，优选进行取样并使已存储于规定数存储器的转矩电流值复位。在步骤ST3中，开始转矩电流的取样（测定/计算），并进入步骤ST4。在步骤ST4中，判断运转信号是高速还是低速，在低速的情况下，进入步骤ST5，在高速的情况下，进入步骤ST8。

在步骤ST5中，对以低速变动周期Tdl为基准的移动平均转矩电流值Dl进行计算，并进入步骤ST6。在步骤ST6中，判断低速运转时间是否已超过低速起动电流忽略时间Tnl（参照图8）（低速运转时间＞Tnl），在否（No）的情况下返回上述步骤ST2，在是（Yes）的情况下进入步骤ST7。在步骤ST7中，判断在步骤ST5中计算出的移动平均转矩电流平均值Dl是否在低速时移动平均阈值Hl以上（Dl＞Hl），在否（No）的情况下，返回上述步骤ST2，在是（Yes）的情况下，进入步骤ST11，并进行提升的停止。

在上述步骤ST8中，对以高速变动周期Tdh为基准的移动平均转矩电流值Dh进行计算，并进入步骤ST9。在步骤ST9中，判断高速运转时间是否已超过高速起动电流忽略时间Tnh（参照图9）（高速运转时间＞Tnh），在否（No）的情况下，返回上述步骤ST2，在是（Yes）的情况下，进入步骤ST10。在步骤ST10中，判断在步骤ST8中计算出的移动平均转矩电流值Dh是否在高速时移动平均阈值Hh以上（Dh＞Hh），在否（No）的情况下，返回上述步骤ST2，在是（Yes）的情况下，进入步骤ST11，并进行提升的停止。另外，通过将上述低速起动电流忽略时间Tnl以及高速起动电流忽略时间Tnh设定为起动电流变小且通过平均阈值能够辨别过负载载荷的最短时间，能够在提升运转开始后的最短时间内进行高精度的载荷辨别。在如上所述的图8所示的情况下，能够将Tnl设为0。

在步骤ST11中进行了提升的停止后，进入步骤ST12，在该步骤ST12中，判断是否存在复位操作，若为否（No），则等待复位操作，若为是（Yes），则返回步骤ST2。复位操作通过按下紧急停止按钮或下降用按钮14b来进行。

另外，上述实施方式例中，通过变换器控制装置来进行对从变换器控制装置11供给至升降电动机12的马达电流进行检测并通过矢量运算将该马达电流分割成励磁电流和转矩电流的处理、通过上述（1）～（4）式对转矩电流变动的周期T进行计算，对以周期T为基准的移动平均转矩电流值进行计算，并将移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较等处理，但是并不限定于此。例如，如图11所示地另外设置不同于变换器控制装置11的载荷辨别部20，向该载荷辨别部20输入通过电流检测元件21检测到的马达电流、来自变换器控制装置11的高速、低速时的转矩电流的变动周期Tdh、Tdl。然后，在载荷辨别部20，通过矢量运算，根据高速、低速时的马达电流计算高速、低速时转矩电流，并对该高速、低速时转矩电流计算以高速、低速时的转矩电流变动周期Tdh、Tdl为基准的、高速、低速时的移动平均转矩电流值，将该高速、低速时的移动平均转矩电路值与设定阈值进行比较，若高速、低速时的移动平均转矩电流值超过阈值，则判断为过载，可以向警报部22输出过载信号来发出警报，或向变换器控制装置11发送停止信号S。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，在权利要求书以及说明书、附图中所记载的技术思想的范围内，可以有各种变形。

产业上的可利用性

本发明具有：马达电流检测机构，对变换器供给至升降电动机的马达电流进行检测；转矩电流计算机构，通过矢量运算，根据该检测到的马达电流计算转矩电流；转矩电流变动周期计算机构，对该转矩电流的变动周期进行计算；移动平均转矩电流值计算机构，根据转矩电流的变动周期间的取样数据计算转矩电流平均值；载荷判断机构，将移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值，因此，本发明能够用作可在提升运转始动时的短时间内且高精度地进行载荷的辨别的电动环链葫芦的载荷辨别装置。

符号的说明

11变换器控制装置

12升降电动机

13减速器

14操作箱

15滑轮

16环链

17钩

18载荷

20载荷辨别部

21电流检测元件

22警报部

Claims (7)

1.一种电动环链葫芦的载荷辨别装置，该电动环链葫芦具有：升降电动机；向该升降电动机供给驱动电力的变换器控制装置，通过升降电动机使滑轮转动，并升降与该滑轮卡合的环链，其特征在于，上述载荷辨别装置具有：

马达电流检测机构，对从上述变换器控制装置供给至上述升降电动机的马达电流进行检测；

转矩电流计算机构，通过矢量运算，根据上述检测到的马达电流计算转矩电流；

移动平均转矩电流值计算机构，对上述计算出的转矩电流所在的与上述电动环链葫芦的提升速度对应的规定期间之前的规定期间的转矩电流的平均值连续进行计算；以及

载荷判断机构，将上述移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值。

2.根据权利要求1所述的电动环链葫芦的载荷辨别装置，其特征在于，

上述移动平均转矩电流值计算机构的规定期间是通过对上述电动环链葫芦的转矩电流的变动周期进行计算的转矩电流变动周期计算机构来计算的。

3.根据权利要求2所述的电动环链葫芦的载荷辨别装置，其特征在于，

上述转矩电流变动周期计算机构能够对高速提升时以及低速提升时的转矩电流变动周期进行计算，上述移动平均转矩电流值计算机构能够对高速提升时以及低速提升时的移动平均转矩电流进行计算，上述载荷判断机构在高速提升时和低速提升时分别设定不同值的阈值，在高速提升时和低速提升时分别判断提升载荷值是否超过规定超载值。

4.一种电动环链葫芦的载荷辨别方法，其中，该电动环链葫芦具有升降电动机和向该升降电动机供给驱动电力的变换器控制装置，通过升降电动机使滑轮转动，并升降与该滑轮卡合的环链，其特征在于，上述载荷辨别方法包括以下步骤：

对从上述变换器控制装置供给至上述升降电动机的马达电流进行检测；

通过矢量运算，根据该检测到的马达电流计算转矩电流；

对上述转矩电流所在的与上述环链葫芦的提升速度对应的规定期间之前的规定期间的转矩电流的平均值连续进行计算而成为移动平均转矩电流值；

将上述移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值，进行载荷辨别。

5.根据权利要求4所述的电动环链葫芦的载荷辨别方法，其特征在于，

根据上述电动环链葫芦的提升速度计算提升上述环链的两个链节的量所需的时间，并将该时间作为计算上述移动平均转矩电流值的上述规定期间。

6.根据权利要求4或5所述的电动环链葫芦的载荷辨别方法，其特征在于，

上述转矩电流的计算在高速提升时和低速提升时进行，计算上述移动平均转矩电流值的规定期间在高速提升时和低速提升时分别设定，

上述移动平均转矩电流值的计算在高速提升时和低速提升时进行，

将上述高速提升时的上述移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值，并将上述低速提升时的移动平均转矩电流值与设定阈值进行比较来判断提升载荷值是否超过规定超载值，进行载荷辨别。

7.根据权利要求6所述的电动环链葫芦的载荷辨别方法，其特征在于，

上述高速提升时的载荷辨别在起动转矩电流结束之后进行，低速提升时的载荷辨别从起动电流结束之前进行。