JP2002084784A - 電動ホイスト等における直流モーターの制動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動ホイスト等において、吊荷を下降させる
場合にモーターの回転数が定格を大幅に越えることがな
いようにする。 【解決手段】 ブリッジ整流回路および上昇スイッチ、
下降スイッチで動作するマグネットスイッチを介してモ
ーターを反転駆動するようにした電動ホイスト等の回路
において、ブリッジ整流回路とマグネットスイッチとを
吊荷の上昇時には全波整流電流が、また吊荷の下降時に
は半波整流電流がモーターに流れるように接続すると共
に、吊荷の下降時に動作する発電制動回路を上記モータ
ーと並列に接続するという手段を採用した。また、上記
制動回路において、下降スイッチの下降動作用コイルと
直列にラッチリレーの接点を接続すると共に、そのリセ
ットコイルを発電制動回路の制動抵抗と接続するという
手段を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電動ホイスト等に
おいて、特に吊荷を下降させる場合にモーターの回転数
が定格を大幅に越えることがないようにした直流モータ
ーの制動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動ホイスト等で吊荷を下降させる場
合、吊荷が重力によって下へ引っ張られるため、モータ
ーの回転を助けることになり、モーターの回転数が定格
より大幅に上回ってしまい、吊荷が急降下してしまうこ
とがある。特にＡＣ電源で直流モーターを動かす場合、
中間に整流ダイオードが介在することが多く、モーター
が発電した電気を電源へ逆流させる回生制動を利用でき
ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、ブレーキギ
ア（ラチェットギア）をブレーキライニングで締め付け
るネジ式ブレーキを併用する場合が多かったが、これは
構造が複雑になったり、スペースやコスト、耐久性等の
点で問題が多かった。

【０００４】本発明は、機械的ブレーキを使用せず、モ
ーターに電源を供給しながら発電制動をかけ、モーター
の回転数が定格を大幅に越えることがないようにした制
動回路を提供することを目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、ブリッジ整流回路および上昇スイッ
チ、下降スイッチで動作するマグネットスイッチを介し
てモーターを反転駆動するようにした電動ホイスト等の
回路において、ブリッジ整流回路とマグネットスイッチ
とを吊荷の上昇時には全波整流電流が、また吊荷の下降
時には半波整流電流がモーターに流れるように接続する
と共に、吊荷の下降時に動作する発電制動回路を上記モ
ーターと並列に接続するという手段を採用した。

【０００６】かかる構成の直流モーターの制動回路は、
吊荷を下降させる場合、ブリッジ整流回路から半波整流
された脈流がモーターに流れ、モーターは逆転して吊荷
を降下させる。この時、半波整流の脈流によって発電制
動回路のトランジスタが断続的に順バイアスとなり、モ
ーターの発電電流が断続的に制動抵抗に流れ、モーター
は電源周波数のサイクルに応じて回転と制動を繰り返
し、モーターの回転数は極端には大きくならないのであ
る。従って、安定した下降が継続できることになる。

【０００７】また、上記制動回路において、下降スイッ
チの下降動作用コイルと直列にラッチリレーの接点を接
続すると共に、そのリセットコイルを発電制動回路の制
動抵抗と接続するという手段を採用した。

【０００８】これは制動抵抗の両端に発生する電圧を速
度センサーのパラメータとして用いるものであり、モー
ターの速度が異常に上昇し制動抵抗の両端電圧が上昇す
ると、リセットコイルが励磁されてラッチリレーの接点
を開き、下降動作用コイルへの電流を遮断するものであ
る。そしてこの時には、モーターが吊荷に引っ張られて
回転を続けるので、発電制動回路のトランジスタは連続
的に順方向にバイアスされ、連続的に制動抵抗に発電電
流が流れ、最大制動をかけながら吊荷を下降させること
になり、吊荷が着地するとモーターが回転を停止するよ
うになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の基本的考え方につ
いて説明する。本回路では吊荷の上昇時には単相交流電
源を全波整流したものを用い、下降時には半波整流した
ものを用いるようにする。これはホイスト等で上昇時に
は吊荷を重力に逆らって持ち上げるため、モーターの能
力を最大限に使う必要があるが、下降時には重力がモー
ターの回転を助けることになるため、モーターの出力は
さほど必要ないからである。

【００１０】下降時に用いる半波整流された電源波形は
図２（Ａ）のようになるが、これに直流モーターを接続
すると、図２（Ｂ）のようになる。これは電源波形の山
と山の間ではモーターが発電機として作用し、その発電
電圧が山と山の間に現れているからである。そこで、こ
の山と山の間の発電電流だけを適宜な回路によって抵抗
器に流して電力を消費させ制動に用いると、モーターの
回転は加速と制動を電源周波数のサイクルに応じて繰り
返し、下降時にも極端に回転数が大きくなることが無く
なるのである。

【００１１】次にこの考え方をもとに、基本的な動作原
理を説明するための発電制動回路の回路図を図３
（Ａ）、（Ｂ）に示す。図３（Ａ）において、ａは交流
電源、ｂはこの電源電流を半波整流するダイオード、ｄ
はモーター、ｅはＰＮＰ型トランジスタであり、またｆ
は制動抵抗である。ダイオードｃは通常のモーター通電
時にトランジスタが作用しないように配慮したもので、
トランジスタに逆バイアスを与えている。

【００１２】交流電源が正の半サイクルの時、ダイオー
ドｂ、ｃを電流が流れてモーターｄを駆動すると同時
に、トランジスタｅのベース電極へも正の電圧が加わる
ので逆バイアスとなり、制動抵抗ｆには電流が流れな
い。次の負の半サイクルの時は、ダイオードｂ、ｃによ
ってモーターに電力は供給されず、惰性でモーターは回
転を続けて発電機として機能する。この時ダイオードｃ
があるため、発電電流はトランジスタｅのエミッタから
ベース、ベース抵抗ｇへと流れ、トランジスタｅは順方
向へバイアスされるため制動抵抗ｆに電流が流れ、発電
制動がかかるようになる。これらの動作を電源周波数の
サイクルに応じて繰り返し行うことになり、回転と制動
を繰り返してモーターの回転数が定格より大幅に大きく
なることが無くなるのである。

【００１３】図３（Ｂ）はトランジスタをＮＰＮ型に置
き換えたものであるが、バイアス電流の方向などは変わ
るものの、動作原理は上述したものと基本的に同じもの
であるので説明は省略する。

【００１４】次に、この発電制動回路において制動抵抗
ｆに着目すると、制動抵抗ｆの両端にはモーターｄの回
転速度に応じた電圧が発生している。例えば、電動ホイ
スト等で吊荷が重い場合、制動トルクやギヤの摩擦抵抗
に打ち勝つ力が強くなるので、多少モーターの回転が速
くなり制動抵抗に発生する電圧も変化する。このことは
モーターの速度センサーとして働いていることを意味
し、この電圧を利用して電源のカットオフ等を行うこと
ができる。

【００１５】図１は、上記原理のもと、各機能を備えた
電動ホイストの制動回路の実施形態を示す回路例であ
る。この回路は、交流電源１にブリッジ整流回路２およ
びマグネットスイッチ３を介してモーター４が接続され
ている。マグネットスイッチ３は、上昇動作用の常開接
点３ａ、３ｃと下降動作用の常開接点３ｄ、３ｆ、並び
に、モーター４と並列接続された制動抵抗５を挟んで設
けられる常閉接点３ｂ、３ｅからなり、接点３ａ〜３ｆ
はモーター４の回転を正逆に切り替えできるように結線
されている。ただし、上昇動作用接点３ａ、３ｃと下降
動作用接点３ｄ、３ｆは同時に閉じない構成としてい
る。またこのマグネットスイッチ３はブリッジ整流回路
２によって整流された電流のうち、上昇（正転）時には
全波整流電流が、下降（逆転）時には半波整流電流がモ
ーター４に流れるように接続されている。２４は先に説
明した発電制動回路でＮＰＮ型トランジスタ２４ｃを用
いたものであり、下降時に動作するようにダイオード２
３を介してモーター４と並列接続したものであるが、そ
の作用については後述する。

【００１６】そして、上記交流電源１には、上記マグネ
ットスイッチ３を動作させるために上昇スイッチ７およ
び下降スイッチ８が並列に接続され、それぞれのスイッ
チ７、８の後段には上記マグネットスイッチ３の各接点
に作用する上昇動作用コイル９および下降動作用コイル
１０が接続されている。またこの下降動作用コイル１０
には後に説明するラッチリレー１３の接点１３ａが直列
に接続され、さらにそのリセットコイル１３ｂは上記発
電制動回路２４の制動抵抗２４ｂと接続されている。ま
た６は上記スイッチ７、８に接続されたモーター４の無
励磁電磁ブレーキである。

【００１７】次に上記回路の動作について説明すると、
吊荷を巻き上げする場合、上昇スイッチ７を押してオン
にするとマグネットスイッチ３の上昇動作用コイル９を
励磁し接点３ａ、３ｃを閉じ、接点３ｂを開く。そのた
め、ブリッジ整流回路２から全波整流された脈流がモー
ター４に流れ、それと同時に無励磁電磁ブレーキ６を励
磁してブレーキが解除されるので、モーター４は正転を
開始し吊荷の巻き上げが始まる。

【００１８】上昇スイッチ７から手を離しオフにする
と、上昇動作用コイル９に電流が流れなくなりマグネッ
トスイッチの接点３ａ、３ｃは開き、接点３ｂは閉じる
のでモーター４への電流は遮断される。この時モーター
４は惰性で回転しようとするが、その回転による発電電
流は制動抵抗５で消費されて制動がかかると共に、電磁
ブレーキ６への電流の供給も止まるのでこのブレーキが
閉じモーターは完全に停止する。

【００１９】吊荷を下降させる場合、下降スイッチ８を
押してオンにするとマグネットスイッチ３の下降動作用
コイル１０を励磁し、接点３ｄ、３ｆを閉じ、接点３ｅ
を開くと共に電磁ブレーキ６を励磁するので、ブリッジ
整流回路２から半波整流された脈流がモーター４に流
れ、モーター４は逆転を開始し吊荷の下降が始まる。

【００２０】この時、前記基本的な動作原理を示す回路
で説明したように、半波整流の脈流によってトランジス
タ２４ｃが断続的に順バイアスとなってモーター４の発
電電流が断続的に制動抵抗２４ｂに流れ、モーター４は
電源周波数のサイクルに応じて回転、制動を繰り返し、
モーターの回転数は極端には大きくならず安定した下降
が継続できる。

【００２１】下降スイッチ８から手を離しオフにする
と、下降動作用コイル１０に電流が流れなくなり無励磁
となるので接点３ｄ、３ｆは開き、接点３ｅが閉じるの
でモーター４への電流は遮断される。この時モーターは
電磁ブレーキ６が閉じるまでの間、下降の惰性によって
回転を続けるからモーター４は発電機として連続的に作
動し、トランジスタ２４ｃは連続的に順方向にバイアス
され制動抵抗２４ｂには連続的に電流が流れる。また接
点３ｅも閉じているので発電電流は制動抵抗５にも流れ
ている。よって、この場合には制動抵抗２４ｂと制動抵
抗５の２つで制動をかけることになるため、電流がより
多く流れ、強力な制動力が得られることになる。下降時
には重力が下降方向に作用するため、この大きな制動力
は極めて有効に作用する。

【００２２】吊荷を下降させる場合についてさらに説明
すると、この時制動抵抗２４ｂの両端にはモーター４の
回転速度（吊荷の重量と対応する）に応じた電圧が発生
している。これを重量センサーとして用い、ラッチリレ
ー１３のリセットコイル１３ｂに調節用抵抗２２を介し
て接続する。

【００２３】モーター４の速度が上昇し制動抵抗２４ｂ
の両端電圧が上昇すると抵抗２２で調節されたリセット
コイル１３ｂにかかる電圧が最低励磁電圧に達し、リレ
ー１３がリセットされ接点１３ａが開く。そうすると下
降スイッチ８が押されているにもかかわらずマグネット
スイッチ３の下降動作用コイル１０は電流が遮断され、
接点３ｄ、３ｆは開き、接点３ｅは閉じることになる。
そのためモーター４の電源は遮断されるが電磁ブレーキ
は電源が供給され続けているのでモーター４は吊荷に引
っ張られながら回転を続ける。この時、モーター４は発
電をし続けるので、発電制動回路２４のトランジスタ２
４ｃは順方向にバイアスされ連続的に発電電流が制動抵
抗２４ｂに流れると共に、制動抵抗５にも同様に流れる
ので最大制動をかけながら吊荷を下降させることにな
る。そして、吊荷が着地すると、ラッチリレー１３の接
点１３ａは開いたままなのでモーター４の電源は遮断さ
れたままであり、モーター４は回転を停止する。

【００２４】この時、再度上昇スイッチ７か下降スイッ
チ８を押し直すと、ダイオード１１または１２、ダイオ
ード１７、抵抗１８、コンデンサ１６を介してラッチリ
レー１３のコイル１３ｃを励磁し、ラッチリレー１３は
再びセットされ、接点１３ａが閉じ、通常運転を再開す
る。なお、ラッチリレー１３を用いるのは、最低励磁電
圧付近で接点のチャタリングを防止するためである。

【００２５】なお、ダイオード１４、１５はリレーコイ
ルの逆起電力を吸収するためのものである。また、コン
デンサ１６は上昇スイッチ７または下降スイッチ８を押
した瞬間にのみコイル１３ｃに電流を流すためのもので
ある。抵抗１８およびコンデンサ２０はその電流の平滑
のため、抵抗１９はコンデンサ２０、１６に溜まった電
気を逃がすため、ダイオード１７は電磁ブレーキへの影
響をなくすため、抵抗２２、コンデンサ２１は電流平滑
用である。ダイオード２３はトランジスタ２４ｃの保護
用である。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかる電動
ホイスト等における直流モーターの制動回路は、吊荷の
上昇時には全波整流電流を用い、下降時には半波整流電
流を用いてモーターを駆動し、特に下降時に発電制動回
路を介して電源周波数のサイクルに応じて回転と制動を
繰り返すようにしたので、吊荷の下降時にモーターの回
転数が定格より極端に大きくなることを確実に防止でき
るようになった。

【００２７】また、下降スイッチの下降動作用コイルと
直列にラッチリレーの接点を接続すると共に、そのリセ
ットコイルを発電制動回路の制動抵抗と接続するように
したので、制動抵抗の両端電圧を速度センサーのパラメ
ータとして、モーターの速度が異常に上昇した場合に、
モーターへの電流を遮断すると共に発電制動回路によっ
て連続的に最大制動をかけ、安全に吊荷を下降させるこ
とができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる制動回路の例を示す回路図であ
る。

【図２】下降時に用いる電源の波形図である。

【図３】発電制動回路の基本的動作を説明するための回
路図である。

【符号の説明】

２ ブリッジ整流回路 ３ マグネットスイッチ ４ モーター ７ 上昇スイッチ ８ 下降スイッチ １０ 下降動作用コイル １３ ラッチリレー １３ｂ リセットコイル ２４ 発電制動回路 ２４ｂ 制動抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブリッジ整流回路および上昇スイッチ、下
   降スイッチで動作するマグネットスイッチを介してモー
   ターを反転駆動するようにした電動ホイスト等の回路に
   おいて、ブリッジ整流回路とマグネットスイッチとを吊
   荷の上昇時には全波整流電流が、また吊荷の下降時には
   半波整流電流がモーターに流れるように接続すると共
   に、吊荷の下降時に動作する発電制動回路を上記モータ
   ーと並列に接続したことを特徴とする電動ホイスト等に
   おける直流モーターの制動回路。
2. 【請求項２】下降スイッチの下降動作用コイルと直列に
   ラッチリレーの接点を接続すると共に、そのリセットコ
   イルを発電制動回路の制動抵抗と接続した請求項１記載
   の電動ホイスト等における直流モーターの制動回路。