CN103534192A - 可变速卷扬机 - Google Patents

Abstract

提供一种可变速卷扬机，使用电动机中具备牵引转子式的制动器的电动机，在不将过电压施加开始时的输出频率降低的情况下，即使是加速度时间较短的电动链滑车等可变速卷扬机也能够在运转开始时对该电动机通以能够可靠地将转子式的制动器打开的电流。在具备具有牵引转子式制动器的电动机以及变换器并对电动机的速度进行缓启动控制的可变速卷扬机中，设定为使变换器以指定的电压-频率（V-F）模式运转，在启动电动机时，使频率从f1达到f2的加速度（输出频率增加率）比频率从f2达到f3的加速度（输出频率增加率）小，并通以能够将牵引转子式制动器打开的足够的电力。

Description

可变速卷扬机

技术领域

本发明涉及在卷扬电动机中使用具备牵引转子式制动器（the pullrotor brake）的电动机、并且从变换器对该电动机供应电力来进行驱动并控制速度的电动链滑车、电动起重机等可变速卷扬机。

背景技术

存在在电动链滑车、电动起重机等卷扬机的卷扬电动机中使用了具备牵引转子式制动器的电动机的卷扬机。该具备牵引转子式制动器的电动机如后面详述那样、在不对马达定子的线圈通电时制动器工作，马达轴成为被限制的状态（被制动的状态），在对马达定子的线圈通电时，由于马达定子上产生的磁通量和牵引转子的作用，制动器被打开，马达轴的限制得以解除，马达转子旋转。

如上所述那样的具备牵引转子式制动器的电动机，具有仅通过对马达定子的线圈通以电流就能够打开制动器并使电动机运转的优点，但在使电动机启动时，为了打开制动器，需要对马达定子通以足够的电流。在为利用变换器进行缓启动的可变速卷扬机的情况下，在启动电动机时未对马达定子通以用于将制动器瞬时地打开的足够的电流，所以存在如下课题：无法打开制动器、或在边拖曳制动器边启动等状态下运转从而寿命由于制动器过热而变短等。

作为解决上述问题的对策，想到了应用专利文献1中记载的变换器驱动的可变速卷扬机的技术。该可变速卷扬机的电动机不是具备牵引转子式制动器的电动机，但卷扬运转开始时，如图1的虚线所示，使变换器在指定电压V0下从频率0的状态起以指定的电压-频率（V-F）模式运转，输出频率变为频率f1的话，在达到频率f2之前的期间，如实线所示，使输出电压为指定的过电压V3并输出至电动机及制动器，对制动器线圈通以产生对使制动器打开而言足够的吸引力的电流，并且在输出频率达到频率f2后，解除过电压V3，按照所述指定的电压-频率（V-F）模式使电压及频率上升并加速运转。

将上述技术应用于具备具有牵引转子式制动器的电动机的可变速卷扬机中，并在卷扬运转开始时从变换器对电动机供应过电压V3的输出达一定时间，由此通以对产生将牵引转子式制动器打开所需的吸引力而言足够的电力。由此，制动器的打开成为可能，但卷扬机的加速度较大的情况下，变换器的输出频率从f1到达f2的时间较短，存在无法对电动机供应将牵引转子式制动器打开所需的电力的问题。例如，如下述所示，从f1＝5Hz起达到f2＝8Hz的加速度时间，相对于电动起重机40msec，电动链滑车的较短，为20msec，若是电动链滑车，在运转开始时从变换器供应过电压电力的时间较短，从而存在达不到打开制动器的程度的问题。

〔电动起重机〕

·加速时间0.8sec（0→60Hz）

·低速频率10Hz（图6的频率f3）

·过电压区区间5Hz→8Hz（图1的f1→f2）

·过电压（图2的V4）施加时间40msec

〔电动链滑车〕

·加速时间0.4sec（0→60Hz）

·低速频率10Hz（图6的频率f3）

·过电压区区间5Hz→8Hz（图1的f1→f2）

·过电压（图2的V4）施加时间20msec

如上所述，为了解决无法充分确保通以将牵引转子式制动器打开所需的电流的时间的问题，也想到了如专利文献2所公开的变换器控制装置那样、通过将过电压施加开始频率降低（将图1的频率f1降低），从而确保牵引转子式制动器的打开维持电流的方法，但在将过电压施加开始时的输出频率f1降低时，存在对构成变换器的开关元件（IGBT）的功率循环带来不良影响（使开关元件的寿命缩短）的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-97399号公报

专利文献2：日本特开平5-344774号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于上述的点而做出，目的在于提供一种可变速卷扬机，使用在对可变速卷扬机进行驱动的电动机中具备牵引转子式制动器的电动机，在不将过电压施加开始时的输出频率降低的情况下，即使是加速度时间较短的电动链滑车等可变速卷扬机也能够在运转开始时对该电动机通以能够可靠地将转子式的制动器打开的电流。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的可变速卷扬机，具备：电动机，驱动可变速卷扬机，具备牵引转子式的制动器；以及变换器，对所述电动机供应电力并进行驱动，对所述电动机的速度进行缓启动控制，在可变速卷扬机中，设定为使所述变换器以指定的电压-频率（V-F）模式运转，该电压-频率（V-F）模式为，在设对所述电动机输出电力的最低频率为f1、设输出过电压的最大频率为f2、设最高输出频率为f3（f1＜f2＜f3）、并设与频率f1、f2、f3对应的所述变换器输出的电压为V1、V2、V3时，V2为电压V1以下（V2≤V1），伴随着频率从f1增加到f2，输出电压从V1减少到V2，伴随着频率从f2增加到f3，输出电压从V2大致正比例地增加到V3，在启动所述电动机时，使频率从f1达到f2的加速度（输出频率增加率，参照图5的α）比频率从f2达到f3的加速度（输出频率增加率，参照图5的β）小，并通以能够将牵引转子式制动器打开的足够的电力。

另外，本发明的特征在于，在上述可变速卷扬机中，可变速卷扬机是低速和高速这两速运转的卷扬机，使所述频率f2为所述变换器的低速运转用输出频率以下。

另外，本发明的特征在于，在上述可变速卷扬机中，所述可变速卷扬机为电动链滑车。

发明的效果

如上所述，将频率为f1～f2的区间设为施加过电压的区间，并将该区间的加速度设定得（变换器输出频率增加率）较小，从而频率从f1增加到f2的所需时间变长，其结果是，能够充分获得过电压施加时间。换言之，能够在开动时对马达定子供应将牵引转子式制动器打开所需的电力，所以能够提供不存在制动器在半打开的状态下运转从而制动器过热、寿命变短等问题的可变速卷扬机。

另外，通过使输出过电压的频率f2为低速用变换器输出频率以下，从而在低速运转时不对电动机输出过电压，所以低速连续运转成为可能。

附图说明

图1是对以往的可变速卷扬机开动时的变换器输出频率与输出电压的关系进行表示的图。

图2是对本发明涉及的可变速卷扬机的具备牵引转子式制动器的电动机的结构例进行表示的图。

图3是对以往的变换器驱动的可变速卷扬机的V-F模式进行表示的图。

图4是对本发明涉及的可变速卷扬机运转开始时的V-F模式进行表示的图。

图5是对本发明涉及的可变速卷扬机的缓启动控制的加速度模式进行表示的图。

图6是对本发明涉及的卷扬机的系统结构例进行表示的电路图。

图7是对本发明涉及的可变速卷扬机运转开始时的V-F模式的另一例进行表示的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式进行详细地说明。此外，在本实施方式例中作为可变速卷扬机以电动链滑车为例进行说明，但本发明能够广泛应用于被具备牵引转子式制动器的电动机所驱动并且通过变换器的输出电力以可变速的方式控制该电动机并且加速时间较短的可变速卷扬机。

首先，先对本发明涉及的可变速卷扬机的具备牵引转子式制动器的电动机进行说明。图2是对具备牵引转子式制动器的电动机的概略结构进行表示的剖视图。该具备牵引转子式制动器的电动机（感应电动机）1为具备嵌入于马达框架10的马达定子11并在该马达定子11的圆筒状中空部以旋转自如的方式配置有马达转子13的结构。14贯通马达转子13的中心部而配置的马达轴，该马达轴14的两端部通过轴承16、17以旋转自如的方式支承。

18是牵引转子（吸引铁芯），安装于马达轴14。19是制动鼓基部（铁芯），通过花键结合以能够沿轴向滑动的方式结合于马达轴14。21是制动鼓，安装于制动鼓基部19。22是制动板，安装于制动鼓21的外周部。24是马达端盖，该马达端盖24的内周面24a成为制动板22滑动连接的制动面。25是在制动鼓基部19与牵引转子18之间存在的制动器弹簧，在不对马达定子11的线圈11a通电时，在该制动器弹簧25的弹性力的作用下，在牵引转子18与制动鼓基部19之间形成间隙G。27是安装于马达轴14一端的风扇，29是风扇罩。

在上述结构的牵引转子型的电动机1中，在不对马达定子11的线圈11a通电时，如上所述那样、在制动器弹簧25的弹性力的作用下，在牵引转子18与制动鼓基部19之间形成间隙G，安装于制动鼓21的制动板22被按压到马达端盖24的内周面24a，马达轴14成为被限制的状态（被制动的状态）。在对马达定子11的线圈11a通以大电流（对线圈11a施加过电压并进行电流通电）时，由于马达定子11中产生的磁通量，制动鼓基部19经由牵引转子18抵抗制动器弹簧25的弹性力而被吸引，安装于制动鼓21的制动板22从马达端盖24的内周面24a离开，马达轴14的限制被解除，马达转子13变得能够旋转。

如上所述，在具备牵引转子式制动器的电动机中，具有能够仅通过对马达定子11的线圈11a通以电流来打开制动器并使电动机运转的优点，但在为从变换器对电动机供应电流来进行缓启动驱动并控制速度的可变速卷扬机的情况下，在运转开始时以低频率启动电动机，以指定的加速度加速到运转频率，并以恒定速度运转。这期间的电流值按照如图3所示的电压-频率（V-F）模式来控制，因此在低频率的情况下，对电动机输出低电压，不会流动如商用电源那样的较大的启动电流。为此，在运转开始时，存在如下问题：无法对电动机通以解除（打开）制动器的足够的电流，制动器以半打开的状态运转从而制动器过热、寿命变短等。

如专利文献1、2所述，若仅仅在频率f从启动时频率f1上升到f2期间输出过电压（过电流）V3（参照图1），在加速时间较短的卷扬机中，存在如下问题：为了确保输出过电压V3的时间，必须增大频率f2，并且必须使低速运转在过电压下运转。或者，在为了在启动时降低使输出开始之时的频率f1并延长输出过电压的时间、或者即使过电压施加时间变短也能够将牵引转子式制动器打开而进一步输出较高电压时，存在变换器的功率元件（IGBT）的功率循环（寿命）变短的问题。

另外，在为了即使是低电压也能够将牵引转子式制动器打开而将牵引转子18与制动鼓基部19间的空气间隙G设定得较小时，需要采用即使制动板22磨损也能够调整为避免空气间隙G扩展为规定值以上的构造，所以具有构造复杂并且需要保养等问题。

因此，为了解决上述问题，在本发明涉及的可变速卷扬机中，如图4所示，使频率从f1起开动，在频率为f1～f2期间输出过电压V1～V2。能够通过该过电压V1～V2来使仅打开牵引转子式制动器的足够的电流流动。相反地，也存在增大频率f2并将过电压区间扩大的方法，但在过电压区间，无法稳态地运转，因此低速运转的最低频率变大，卷扬机的定位性能受损。

本发明回顾了这些问题，如图4所示，电压-频率（V-F）模式为，在设变换器对可变速卷扬机的电动机输出的最低输出频率为f1、设输出过电压的最大频率为f2、设最大输出频率为f3、设与频率f1、f2、f3对应的输出电压为V1、V2、V3时，V2为V1以下（V2≤V1），伴随着频率从f1增加到f2，输出电压从V1减少到V2，伴随着频率从f2增加到f3，输出电压从V2大致正比例地增加到V3。

接着，图5中示出了缓启动控制的加速模式。图5所示的频率f1、f2、f3分别与图4所示的频率f1、f2、f3对应。在将可变速卷扬机的电动机启动时，变换器的输出频率f从f1～f2为止以输出频率增加率（加速度）α使频率增加，同时对电动机输出电力，在频率f从f2～f3为止以输出频率增加率（加速度）β使频率增加，同时对电动机输出电力。如图示那样，输出频率增加率（加速度）α比输出频率增加率（加速度）β小（α＜β），缓慢地加速。

如图5中用虚线所示，在频率从f1达到f3为止期间的加速度为恒定（β）的情况下，从频率f1起开动并在到达频率f3之前进行了加速的情况下，f1～f2的加速时间为t2’-t1。另一方面，在本发明的情况下，为t2-t1，与加速度恒定的情况相比，能够延长过电压时间。另外，在使过电压时间与t2-t1相应时，此时的频率f2’变得比f2大，在以f2’以下的低速区域进行了运转的情况下，成为过电压运转，在该状态下连续运转不是较为理想的。但是，根据本发明，能够使到频率f2为止能够连续运转的速度降低。

如上所述，根据本发明，能够在不牺牲变换器功率循环（变换器寿命）、卷扬机定位性能（低速运转性能）的情况下，使对牵引转子式制动器的打开而言足够的电流流动。此外，在应用了本发明的情况下，频率变为f3为止的所需时间延迟t2-t2’，但该延迟时间t2-t2’（数十msec）在为电动链滑车的情况下，不构成问题。

图6是对本发明涉及的可变速卷扬机的系统结构进行表示的方框电路图。1是具备上述牵引转子式制动器的电动机（感应电动机），通过整流电路32及平滑电容33将来自三相交流电源31的三相交流转换为直流，并且通过变换器主电路34转换为指定频率的三相交流，并供应给电动机1。变换器主电路34为使六个晶体管与三相交流对应，并且每两个为一对地进行桥接而构成，通过变换器控制部36的控制来控制，将被输入至变换器主电路34的直流转换为指定频率的三相交流。变换器主电路34的六个晶体管通过来自变换器控制部36的被脉冲宽度调制信号（以下称为“PWM信号”）发生电路（未图示）赋予的PWM信号来控制。

为了对上述变换器控制部36输出变换器主电路34的被控制了的输出频率及输出电压的电力，预先设定使变换器运转的输出电压-输出频率的模式（以下称为“电压-频率（V-F）模式”），变换器主电路34按照该电压-频率（V-F）模式来控制。由此，变换器主电路34的各晶体管由变换器控制部36控制，并输出与上述PWM信号对应的三相交流，使作为负载的电动机旋转。

41是卷扬运转用常开两位压力开关，在被按压到第一位时，按钮开关41a1闭合，在被按压到第二位时，按钮开关41a2闭合。42是放下（巻下）运转用常开两位压力开关，被按压到第一位时，按钮开关42a1闭合，在被按压到第二位时，按钮开关42a2闭合。在按钮开关41a1闭合时，卷扬指令信号U_S被输入至变换器控制部36，在按钮开关42a1闭合时，放下指令信号D_S被输入至变换器控制部36，在按钮开关41a2或按钮开关42a2中的某一个闭合时，高速指令信号H_S被输入至变换器控制部36。

基于图5及6对上述系统结构的缓启动两速可变速卷扬机的运转动作进行说明。变换器控制部36中，登记有对图5的缓启动控制进行表示的加速模式，根据压力开关输入，控制变换器主电路34的输出频率、电压。在想要低速运转的情况下，使压力开关41a1闭合。于是，卷扬指令信号Us被输入至变换器控制部36，通过变换器控制部36从变换器主电路34以频率f1输出电压V1的电力，以加速度α（＝（（f2-f1）/（t2-t1）））加速到频率f2，这期间过电流流过，牵引转子式制动器被打开，在加速到频率f2之后，以频率f2继续恒定速运转（低速运转）。之后，在想要打开开关41a1的情况下，变换器控制部36快速地进行输出切断，从而牵引转子式制动器制动。

另外，在想要以频率f2在恒定速运转（低速运转）过程中进行高速运转的情况下，进一步闭合压力开关41a2。由此在被输入卷扬指令信号Us、高速指令信号Hs时，变换器控制部36在以加速度β（＝（（f3-f2）/（t3-t2）））加速到频率f3之后，继续以频率f3恒定速运转（高速运转）。在从压力开关41a1、41a2闭合了的状态起打开压力开关41a2的情况下，从频率f3起以减速度β减速到频率f2，并且以频率f2继续运转（低速运转）。

另外，当在启动时一口气将压力开关41a1、41a2闭合了的情况下，从变换器主电路34输出频率f1、电压V1，以加速度α（＝（（f2-f1）/（t2-t1）））加速到频率f2。这期间过电流流动，牵引转子式制动器被打开。在到达频率f2之后，以加速度β（＝（（f3-f2）/（t3-t2）））继续加速到频率f3，并以频率f3继续恒定速运转（高速运转）。

当在以频率f3恒定速运转（高速运转）过程中一口气打开压力开关41a1、41a2时，变换器主电路34从频率f3起以减速度β减速到频率f2同时进行输出，若减速到频率f2则切断输出，由此牵引转子式制动器制动。此外，在低速区域的低速运转采用频率f2是较为理想的，但能够适当地设定为比频率f2高的频率。在此情况下，超过频率f2的区域的加速度也能够适当地采用加速度β至加速度β以下。此外，放下运转动作与上述卷扬运转动作大致相同，所以其说明省略。

通过以上所述，以比卷扬机的低速运转频率低的频率施加过电压，并且使过电压施加时的加速度α比其他频率的加速度β小，从而能够在不牺牲变换器功率循环和卷扬机定位性能的情况下可靠地打开牵引转子式制动器。由此消除牵引转子式的制动器在半打开的状态下运转从而制动器过热、寿命变短等问题。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在权利要求书、说明书及附图所记载的技术的思想的范围内进行各种变形。例如在图4的电压-频率（V-F）模式下，即使频率f＝f1～f2期间的电压值V如图7的A所示那样为V1’这一恒定的电压值，也如B、C所示那样、即使f1～f2’、f2″期间的电压值V以指定的比例降低，该期间的卷扬机的加速度也得以缓和，能够确保牵引转子式制动器的打开所需的电流和维持打开所需的电流通电时间。另外，作为可变速卷扬机以电动链滑车为例进行了说明，但本件发明能够广泛利用于加速度时间较短的卷扬机。

产业上的可利用性

本发明为，设定为使变换器以指定的电压-频率（V-F）模式运转，在将运转开始时的变换器输出电力输出至电动机时的频率为f1、并设电压为V1、并设电压V1为使能够打开牵引转子式制动器的足够的电流流动的电压，并且为了充分确保该过电压施加时间（t2-t1），使过电压施加时的频率加速度比其他频率区间小。例如，在如电动链滑车那样、以短时间进行加速的可变速卷扬机中，能够在不牺牲电动机的变换器功率循环、卷扬机的定位性能的情况下在运转开始时通以可靠地打开牵引转子式制动器的电流，并且能够作为不存在制动器在半打开的状态下运转从而制动器过热、寿命变短等问题的可变速卷扬机来利用。

符号说明

1 具备牵引转子式制动器的电动机

10 马达框架

11 马达定子

13 马达转子

14 马达轴

16 轴承

17 轴承

18 牵引转子（吸引铁芯）

19 制动鼓基部（铁芯）

21 制动鼓

22 制动板

24 马达端盖

25 制动器弹簧

27 风扇

29 风扇罩

31 三相交流电源

32 整流电路

33 平滑电容

34 变换器主电路

36 变换器控制部

41 卷扬运转用常开两位压力开关

42 放下运转用常开两位压力开关

Claims (3)

1.一种可变速卷扬机，具备：

电动机，驱动可变速卷扬机，具备牵引转子式的制动器；以及

变换器，对所述电动机供应电力并进行驱动，对所述电动机的速度进行缓启动控制，

所述可变速卷扬机的特征在于，

设定为使所述变换器以指定的电压-频率（V-F）模式运转，该电压-频率（V-F）模式为，在设对所述电动机输出电力的最低频率为f1、设输出过电压的最大频率为f2、设最高输出频率为f3、并设与频率f1、f2、f3对应的所述变换器输出的电压为V1、V2、V3时，V2为电压V1以下，即V2≤V1，伴随着频率从f1增加到f2，输出电压从V1减少到V2，伴随着频率从f2增加到f3，输出电压从V2大致正比例地增加到V3，

在启动所述电动机时，使频率从f1达到f2的加速度（输出频率增加率）比频率从f2达到f3的加速度（输出频率增加率）小，并通以能够将牵引转子式制动器打开的足够的电力，

其中，f1＜f2＜f3。

2.如权利要求1所述的可变速卷扬机，其特征在于，

可变速卷扬机是低速和高速这两速运转的卷扬机，使所述频率f2为所述变换器的低速运转用输出频率以下。

3.如权利要求1或2所述的可变速卷扬机，其特征在于，

所述可变速卷扬机为电动链滑车。

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