JP2014045555A - 電動機およびこの電動機を有する電気チェーンブロック - Google Patents

Abstract

【課題】回生電力を消費させるための抵抗器を小型化すること。
【解決手段】永久磁石が内包され、突極性を有するＩＰＭ型のロータＲと、ベクトル制御を実施する制御装置５と、直流電圧を入力し交流電圧に変換するインバータ３と、インバータ３の電圧が上昇したとき回生電力を熱として消費させるための抵抗器１４と、を有する電動機において、制御装置５は、負荷が働く方向に抗する駆動を行う第１状態と、負荷が働く方向に順ずる方向への駆動を行う第２状態とに応じて制御を切り替え、第１状態のときは、リラクタンストルクを考慮した制御を行い、第２状態のときは、第１状態の制御の場合のトータルトルクと同一でかつｄ軸電流成分を増加させ、抵抗器１４で消費される熱を減少させる制御を行う構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機およびこの電動機を有する電気チェーンブロックに関する。

従来、電気チェーンブロックでは、インバータで駆動される誘導電動機によりチェーン巻上機を作動させている。このとき、電気チェーンブロックでは、チェーンが荷重を吊り下げている状態でチェーン巻上機のチェーンを巻き下げるときには、誘導電動機は設定された巻き下げ速度を維持するために、電磁的にブレーキをかける状態になる。誘導電動機は、このような荷重を吊り下げた状態での巻き下げ動作中には回生電力を発生する。このようにして発生する回生電力は、誘導電動機に駆動電力を供給しているインバータの直流母線部の電圧を上昇させる。このとき、インバータの直流母線部の電圧が許容範囲を超えないようにするために、回生電力は、インバータに接続されている抵抗器（制動抵抗器）によって熱として消費される。回生電力を、抵抗器を用いて消費させる従来技術としては、たとえば特許文献１が挙げられる。

特開２００７−２６７５０４号公報

上述したチェーン巻き下げ時に発生する回生電力は、チェーンが吊り下げている荷重に比例して大きくなる。よって、回生電力を消費するための抵抗器は、電気チェーンブロックが吊り下げ可能な最大荷重を想定して用意する必要がある。このような抵抗器は、大きな電流に耐えるためにサイズが大型であり、電気チェーンブロックの筐体内の空間を大きく占有する。これにより筐体内の他の部品の配置が制約されるなどの不都合が生じる。また、抵抗器が発生する熱量も多く、放熱対策や他の部品への熱伝導を避けるための対策などが必要になる。このため大型の抵抗器を電気チェーンブロックの筐体内に配置することは、電気チェーンブロックの小型化や低コスト化を図る上で好ましくない。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、回生電力を消費させるための抵抗器を小型化することができる電動機およびこの電動機を有する電気チェーンブロックを提供することを目的とする。

本発明の電動機は、永久磁石が内包され、突極性を有するＩＰＭ(Interior Permanent
Magnet)型のロータと、ロータに対向して設けられるステータに巻回されるコイルに供給される電流を、コイルが磁束を生成するための励磁分電流であるｄ軸電流成分とモータトルクを発生させるためのトルク分電流であるｑ軸電流成分とに分解して制御するベクトル制御を実施する制御部と、直流電圧を入力し交流電圧に変換するインバータと、インバータの電圧が上昇したとき回生電力を熱として消費させるための抵抗器と、を有する電動機において、制御部は、負荷が働く方向に抗する駆動を行う第１状態と、負荷が働く方向に順ずる方向への駆動を行う第２状態とに応じて制御を切り替え、第１状態のときは、リラクタンストルクを考慮した制御を行い、第２状態のときは、第１状態の制御の場合のトータルトルクと同一でかつｄ軸電流成分を増加させ、抵抗器で消費される熱を減少させる制御を行うものである。

たとえば、リラクタンストルクを考慮した制御を最大効率制御とし、第１状態のときの電流値をＩ_xとし、第２状態のときの電流値をＩ_yとし、コイルが耐え得る最大の電流値をＩ_zとしたとき、
〔（Ｉ_z−Ｉ_x）／５〕＋Ｉ_x≦Ｉ_y≦〔（Ｉ_z−Ｉ_x）×（４／５）〕＋Ｉ_x
とすることが好ましい。

本発明の他の観点は、本発明の電動機を動力として有し、第１状態をインバータの直流母線部の電圧が所定の値以上の状態とし、第２状態を直流母線部の電圧が所定の値未満の状態とする電気チェーンブロックである。あるいは、本発明の電動機を動力として有し、第１状態をチェーンの巻き上げ時とし、第２状態を前記チェーンの巻き下げ時とする電気チェーンブロックである。

本発明によれば、回生電力を消費させるための抵抗器を小型化することができる電動機およびこの電動機を有する電気チェーンブロックを提供することができる。

本発明の第一の実施の形態に係る電気チェーンブロックの回路主体の全体構成図である。 図１のモータ部のＩＰＭ型のロータを示す図である。 図１のモータ部のステータのコイルに流れる電流Ｉの電流位相角θ_iの状態を示す図である。 図１のモータ部の通常運転時のマグネットトルク、リラクタンストルク、およびトータルトルクを示す図である。 図１の電気チェーンブロックの巻き上げ運転時の最大効率制御による交流電流Ｉ_１と電流位相角θ_１が１２０°のときを示す図である。 図１の電気チェーンブロックの巻き下げ運転時において、ｑ軸電流成分を変えず、ｄ軸電流成分を増加させる制御を行うことを説明するための図である。 図６の電流Ｉ₁，Ｉ_２のトータルトルクを電流位相角に対応させて示す図である。 図１の制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施の形態に係る電気チェーンブロックの回路主体の全体構成図である。 図９の制御装置の動作を示すフローチャートである。

（第一の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態に係る電気チェーンブロック１について図１を参照しながら説明する。図１は、電気チェーンブロック１の主要回路を含む全体構成図である。電気チェーンブロック１は、モータ部２、インバータ３、コンバータ４、制御装置５、電流・電圧検出器７、コンデンサ１２、トランジスタ１３、抵抗器１４、および直流電圧計１５を有する電動機１Ｍを備える。この電動機１Ｍとしての構成に加え、減速機１０およびチェーン巻上機１１を追加したものが電気チェーンブロック１の構成となる。

電気チェーンブロック１の電動機１Ｍは、ロータＲに永久磁石が内包されることで消費電力を削減しているＩＰＭ型の永久磁石式のモータ部２を有する。モータ部２は、インバータ３から供給される電力によって駆動される。なお、以下の説明では、モータ部２の駆動電流を制御する技術について主に説明する。また、モータ部２は、ロータＲに対向してステータＳに巻回されるコイルを有する。以下では、「ステータＳに巻回されるコイル」を、単に、「コイルＳＣ」と称することとする。

インバータ３は、コンバータ４から供給される直流電力を入力とし、制御装置５によって制御された三相の交流電力をモータ部２に供給する。なお、コンバータ４は交流電源６から供給される交流電力を直流電力に変換してインバータ３に出力する。

また、インバータ３とモータ部２との間には、電流・電圧検出器７が入れられている。電流・電圧検出器７は、インバータ３とモータ部２との間に流れる交流電流および交流電圧を検出し、交流電流Ｉとその電流位相および交流電圧Ｖとその電圧位相を、交流電流および交流電圧の情報として制御装置５に伝達する。制御装置５では、電流・電圧検出器７から伝達される交流電流および交流電圧の情報の中の交流電流Ｉ（アンペア）、交流電圧Ｖ（ボルト）、および交流電流Ｉと交流電圧Ｖの位相差θ（°）に基づいて、モータ部２の消費電力Ｐ（ワット）を、
Ｐ＝Ｖ・Ｉ・ｃｏｓθ
として算出する。

また、モータ部２からは制御装置５に対してモータ部２のロータ磁極位置センサ（不図示）によって検出されたロータ磁極位置情報および回転速度情報などが伝達される。なお、回転速度情報については、モータ部２が制御装置５に対して直接伝達する他に、制御装置５がモータ部２から伝達されるロータ磁極位置情報に基づいて算出するようにしてもよい。

制御装置５は、ｄ軸電流制御部８とｑ軸電流制御部９とを有する。ｄ軸電流とは、コイルＳＣに流れる電流成分のうちで、モータ部２のロータＲを構成する永久磁石によって生成される磁束の方向と同方向の磁束を生み出す電流成分であり、主に、コイルＳＣの磁束を生成する役割を担う。一方、ｑ軸電流とは、コイルＳＣに流れる電流成分のうちで、モータ部２のロータＲを構成する永久磁石によって生成される磁束の方向と直角方向の磁束を生み出す電流成分であり、主に、ロータＲの回転力（トルク）を発生させる役割を担う。

制御装置５のｄ軸電流制御部８およびｑ軸電流制御部９は、制御装置５に対してユーザから指示された要求トルクに見合ったトルクをモータ部２が発生するように、モータ部２から伝達されるロータ磁極位置情報および回転速度情報と、電流・電圧検出部７から伝達される交流電流および交流電圧の情報と、に基づいてインバータ３から出力される駆動電流のｄ軸電流成分およびｑ軸電流成分をそれぞれ制御する。

モータ部２の出力軸には、減速機１０が接続されている。さらに、減速機１０の出力軸には、チェーン巻上機１１が接続されている。減速機１０は、不図示の複数のギアを有し、チェーン巻上機１１の巻き上げまたは巻き下げ動作中には、モータ部２の出力軸の回転速度を減速した回転速度によりチェーン巻上機１１を駆動する。これによりモータ部２の出力軸の回転トルクは、減速機１０を介することによって増大されてチェーン巻上機１１に伝達される。

荷重がチェーン巻上機１１に吊り下げられている状態でのチェーン巻上機１１の巻き下げ動作中は、モータ部２は、設定されている巻き下げ速度を維持するために、電磁的にブレーキをかける状態になる。このような状態では、モータ部２は回生発電を行う。モータ部２が回生発電を行うと、回生電力は、インバータ３を介してコンデンサ１２に流入する。コンデンサ１２に流入した回生電力が蓄積されるにつれて、コンデンサ１２の電圧は徐々に上昇する。また、コンデンサ１２の電圧は、インバータ３の直流母線部の電圧でもあり、直流母線部の電圧には許容される上限値（たとえば３８０ボルト以上）がある。なお、制御装置５は、直流電圧計１５の測定値を監視することによって、コンデンサ１２の電圧、すなわちインバータ３の直流母線部の電圧を知ることができる。

ここでチェーン巻上機１１が巻き下げ動作から巻き上げ動作に転じると、インバータ３からモータ部２に向かって、モータ部２を駆動するための電力が供給される。これによりコンデンサ１２に蓄積された回生電力も放電され、コンデンサ１２の電圧（すなわちインバータ３の直流母線部の電圧）は低下する。

しかしながらコンデンサ１２の電圧が上限値に達しようとしてもなおチェーン巻上機１１の巻き下げ動作が終わらないときには、コンデンサ１２の電圧の上昇を抑えるために、制御装置５は、トランジスタ１３をＯＦＦ状態からＯＮ状態に制御する。これによりコンデンサ１２に蓄積されている回生電力は、トランジスタ１３を介して抵抗器１４に流れ込む。抵抗器１４では、流れ込んだ回生電力を熱として消費する。これによりコンデンサ１２に蓄積された回生電力は、抵抗器１４で消費されるので、コンデンサ１２の電圧は、上限値を超えることなく低下する。

本実施の形態の電気チェーンブロック１では、直流母線部の電圧は通常２８０ボルトとされ、その電圧が３８０ボルトとなるとトランジスタ１３がＯＮ状態となり、抵抗器１４に電流が流れる。この結果、モータ部２によって発生した電力は熱として消費される。この実施の形態では、抵抗器１４を小型化するために、モータ部２の回生電力の一部を抵抗器１４に代わってモータ部２内で熱として消費することを図る。すなわち、電気チェーンブロック１は、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルト未満のときには、最大効率運転を行う。その一方で、電気チェーンブロック１は、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルト以上のときには、故意にモータ部２の効率を低下させる。これにより、回生電力の多くをモータ部２内で熱として消費して抵抗器１４での消費を低減させる。すなわち抵抗器１４を小さなものとしている。

以下では、上述の制御について詳細に説明する。

モータ部２のロータＲを軸方向から見た状態を図２に示す。ロータＲは、図２に示すように、円柱状の珪素鋼板により形成されるロータ基部２０の内部に永久磁石２１が内包されたＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)型である。ＩＰＭ型のロータＲでは、磁極に突極性を有し、そのためリラクタンストルクが発生する。この結果、制御装置５は、最大効率制御を行う。

ステータＳのコイルＳＣに流れる交流電流Ｉ₁の大きさを一定にして交流電流Ｉ₁の電流位相角θを変化させたとき（図３参照）のモータ部２のロータＲのマグネットトルク、リラクタンストルク、およびトータルトルクを図４に示す。図４に示すように、モータ部２では、電流位相角は１２０°（θ₁）付近が最もトータルトルクが大きくなるため最も効率の良い力行運転が可能な電流位相角であることがわかる。よって、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルト未満であるときには、交流電流Ｉ₁の電流位相角は、１２０°で運転する最大効率制御を行う。このように制御装置５は、図５に示すように、コイルＳＣに供給する交流電流Ｉ₁の電流位相角θをロータＲの突極性に適合するように１２０°（θ₁）に制御することによりｄ軸電流成分およびｑ軸電流成分を制御する。

ここで電流位相角θ_１でモータ部２を運転したときのコイルＳＣに流れる交流電流Ｉを電流Ｉ₁とし、モータ部２において、交流電流Ｉ₁の電流位相角を０°〜１８０°変化させたときのトータルトルクを図７に一点鎖線で示す。このときにモータ部２が最大効率となる電流位相角はθ₁であり、図５の例では、θ₁は１２０°付近である。また、モータ部２のコイルＳＣが耐え得る最大の交流電流Ｉ_Mより小さく、交流電流Ｉ₁より大きい交流電流Ｉ₂の電流位相角を０°〜１８０°変化させたときのトータルトルクを図７に実線で示す。このときのモータ部２が最大効率となる電流位相角は、やはり１２０°（θ₁）付近である。

ここでモータ部２が回生発電する場合を考えると、コイルＳＣに流れる交流電流Ｉ₂の電流位相角をθ₁とすることにより、最も効率の良い回生発電が実施される。しかしコイルＳＣに流れる電流Ｉ₁により発生する最大トルク（一点鎖線の頂点部の高さ）を維持できる電流Ｉ_２線上の位相角を探すと、図７に示すように、電流位相角はθ₂またはθ₃（一点鎖線の頂点部と同じ高さ）となる。よって、交流電流Ｉ₂による電流位相角θ₂またはθ₃での回生発電では、交流電流Ｉによる電流位相角θ₁での回生発電に比べて、電流Ｉ_２（＞Ｉ₁）がコイルＳＣに流れて後者よりも効率の低い回生発電が実施される。すなわち、モータトルクは同じであるがモータ電流は大きくなり、モータ効率は落ちるため回生電力は減少する。

このようにモータ部２で発電した回生電力をモータ部２内で熱としてより多く消費させるためには、回生電力の発電中に、モータ部２のコイルＳＣが耐え得る限り多くの電流Ｉ_２がコイルＳＣに流れる状態であることがよい。このためには回生電力が発生する際は、コイルＳＣに供給する電流の電流位相角を最大効率となるθ₁（＝１２０°）ではなく、たとえば図７に示す低効率となる電流位相角θ₂またはθ₃でモータ部２を回生運転することがよい。これにより、モータ部２で発生した回生電力をモータ部２内で熱として多く消費することができる。このように回生電力をモータ部２内で熱として多く消費することにより抵抗器１４は小さなものとすることができる。

また、このときは、図６に示すように、電流Ｉ₁の電流位相角θ₁を電流Ｉ_２の電流位相角θ₂のそれぞれのトルク、すなわち、ｑ軸電流成分の大きさについては変化していない。すなわち電流Ｉ₂の電流位相角θ₁を電流位相角θ₂に変更し、かつ回生電力の発生効率が低下してもモータ部２が発生するトルクの大きさは変更されない。よって、回生発電中のモータ部２のトルクの大きさ（すなわち回転速度）には影響せず、かつ回生電力をより多く熱としてモータ部２内で消費させることができる。

以上説明した動作は、電気チェーンブロック１の制御装置５が実行する動作である。ここで制御装置５の動作を図８のフローチャートを参照しながら説明する。

制御装置５は、情報処理装置の一例であり、予めインストールされている所定のプログラムを情報処理装置が実行することによって、その情報処理装置に制御装置５の機能が実現される。たとえば情報処理装置は、メモリ、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、入出力ポートなどを有する。情報処理装置のＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、情報処理装置には、制御装置５の機能が実現される。なお、上述したＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよい。

図８のフローチャートにおいて、「ＳＴＡＲＴ」の条件は、電気チェーンブロック１に電源が供給され、上述の情報処理装置が所定のプログラムを実行することにより制御装置５の機能が実現されている状態である。「ＳＴＡＲＴ」条件が満たされると、フローは、ステップＳ１に進む。

ステップＳ１において、制御装置５は、直流電圧計１５の計測値を監視し、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルト（３８０Ｖ）以上か否かを判定する。ステップＳ１において、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルト以上であると判定されると、フローは、ステップＳ２に進む、一方、ステップＳ１において、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルト以上でない（すなわち３８０ボルト未満）であると判定されると、フローは、ステップＳ７に進む。

ステップＳ２において、制御装置５は、電流・電圧検出器７から伝達される交流電流および交流電圧の情報に基づいてモータ部２とインバータ３との間の交流電流Ｉ_ｋ、交流電圧Ｖ_ｋ、および交流電流Ｉ_ｋと交流電圧Ｖ_ｋとの位相差θ_ｋに基づいてモータ部２が発電する回生電力Ｐ_ｋを算出（Ｐ_ｋ＝Ｉ_ｋ・Ｖ_ｋ・ｃｏｓθ_ｋ）する。また、その交流電流Ｉ_ｋ、すなわち回生電流Ｉ_ｋとトータルトルクとから、図７に示すように、最大効率となる電流位相角θ_ｋと最大トルクＴ_ｋ（θ_ｋ）を得る。

ステップＳ３において、制御装置５は、ｄ軸電流を上げる制御を行い、新たな交流電流Ｉ_iを得る。ｄ軸電流のみを上げることで、モータトルクは同じとなる。また、励磁電流が上がることになるので、インバータ３の出力電圧が上がり、過電圧となる。このためステータＳの銅損が増加し、モータ効率が落ちることになる。ここで交流電流Ｉ_iは、コイルＳＣが耐え得る最大電力Ｐ_Mから計算される最大電流Ｉ_M以下で、先ほどの交流電流Ｉ_ｋより大きくされる。すなわち「Ｉ_M≧Ｉ_i＞Ｉ_ｋ」とされる。このＩ_iは、「Ｉ_M−Ｉ_ｋ」をｘとすると、Ｉ_iは、「（ｘ／１０）＋Ｉ_ｋ」から「（９ｘ／１０）＋Ｉ_ｋ」の範囲が好ましく、「（ｘ／５）＋Ｉ_ｋ」から「（４ｘ／５）＋Ｉ_ｋ」の範囲がより好ましい。なお、コイルＳＣが耐え得る最大電流Ｉ_Mと最大電力Ｐ_Mについては、コイルＳＣの仕様から予めわかっているので、制御装置５のメモリ（不図示）に情報として予め格納しておくことができる。

ステップＳ４において、制御装置５は、交流電流Ｉ_ｋにおける最大トルクＴ_ｋ（θ_ｋ）と同一トルクの位相角θ_iを交流電流Ｉ_iにおいて求める。

ステップＳ５において、制御装置５は、求められた交流電流Ｉ_i、電流位相角θ_iでモータ部２を駆動する。この駆動中は、上述のように、トルクが同一であるため荷重の下降速度は同一を維持する。一方、モータ電流は上がることとなり、モータ効率が落ちる。この結果、電力は減少する。電力の減少により、抵抗器１４の抵抗を小さくすることができることとなる。

ステップＳ６において、制御装置５は、電源がＯＦＦ状態になったか否かを判定する。ステップＳ６において、電源がＯＦＦ状態になったと判定されると、処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、ステップＳ６において、電源がＯＦＦ状態になっていないと判定されると、フローは、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ７において、制御装置５は、最大効率制御（電流位相角θ₁にて駆動）を行う。

ステップＳ８において、制御装置５は、電源がＯＦＦ状態になったか否かを判定する。ステップＳ８において、電源がＯＦＦ状態になったと判定されると、処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、ステップＳ８において、電源がＯＦＦ状態になっていないと判定されると、フローは、ステップＳ１に戻る。

以上説明したように、モータ部２は、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルト以上のときには、インバータ３の出力電圧を上げ、ステータ銅損を増やし、モータ効率を落とすことで回生電力等を低減する。このように、電気チェーンブロック１では、モータ部２が荷重を吊り下げての巻き下げ時に、回生発電を行っているときには、モータ部２の効率を低下させて回生電力等の電力を低く抑えることで、抵抗器１４の小型化を図ることができる。

このとき、モータ部２は、ｄ軸電流を増加させ、コイルＳＣに流れる電流がコイルＳＣが耐え得る最大の電流となる以下に電流位相角θ_iを制御することで、抵抗器１４のサイズを小型化することができる。また、このような制御は、複雑な演算処理を必要とせず、予め分かっている電流位相角に電流位相角θ_iを制御することができる点でも優れている。

なお、上述の制御において、制御装置５は、モータ部２が力行運転状態か回生運転状態かを判別する制御は行っていない。しかしながら制御装置５が回生運転時に効率を落とす制御を実施している際に、モータ部２が力行運転を行えばコンデンサ１２に蓄積された電力はモータ部２側に送出される。このため、直流電圧計１５の計測値は低下する。これにより、制御装置５は、直ちに効率を落とす制御から最大効率制御に切替えを実施する。このようにしてモータ部２が回生運転から力行運転に移行したときには、速やかに、効率を落とした制御から最大効率制御に切替えが実施される。

また、従来は誘導電動機を採用していたところを電動機１では、永久磁石式電動機を採用したことにより、従来と比べて省電力化を図ることができる。さらに、モータ部２のトルク（回転速度）の特性については、ｑ軸電流成分を変化させないので、上述の制御が実行されているか否かに係わらず同一の特性とすることができる。これによれば上述の制御が実行されることによって、ユーザにトルク（または回転速度）が変化するなどの違和感を与えるといったことがないようにできる。

（第二の実施の形態）
本発明の第二の実施の形態に係る電気チェーンブロック１Ａについて、図９および図１０を参照しながら説明する。電気チェーンブロック１Ａは、既に説明した電気チェーンブロック１とは、一部が異なる。以下では、電気チェーンブロック１Ａが電気チェーンブロック１とは異なる部分について主に説明し、電気チェーンブロック１Ａが電気チェーンブロック１と共通する部分については説明を省略する。

電気チェーンブロック１Ａは、図９に示すように、電気チェーンブロック１が有するインバータ３の直流母線部の電圧を計測するための直流電圧計１５を有さない。すなわち制御装置５Ａは、インバータ３の直流母線部の電圧の如何ではなく、チェーン巻上機１１が巻き上げ運転時か、あるいは巻き下げ運転時かによって、最大効率制御と効率を落とした制御とを切替える制御を実施する。

このような構成の電気チェーンブロック１Ａの制御装置５Ａは、図１０に示すフローチャートの動作を実施する。図１０のフローチャートにおける「ＳＴＡＲＴ」の条件は、図８のフローチャートと同じである。その他にも図８のフローチャートと同じ処理については、図８のフローチャートと同じステップ番号（ステップＳ２〜Ｓ８）を付してある。

ステップＳ１０において、制御装置５Ａは、チェーン巻上機１１の運転が巻き下げか否かを判定する。ステップＳ１０において、巻き下げであると判定されると、フローは、ステップＳ２に進む、一方、巻き下げでないと判定されると、フローは、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ２〜Ｓ５は、図８のフローチャートと同じであるので説明は省略する。ただし、チェーン巻上機１１が巻き下げ時であっても荷重を吊り下げていないときには、ほとんど回生電力を発生しない。よって、荷重を吊り下げていないときには、ステップＳ２における回生電力Ｐ_ｋはほぼ０ワットとされる。

ステップＳ１１において、制御装置５Ａは、巻き下げが継続しているか否かを判定する。ステップＳ１１において、巻き下げが継続していると判定されると、フローは、ステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ２において、巻き下げが継続していないと判定されると、フローは、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、制御装置５Ａは、電源がＯＦＦ状態になったか否かを判定する。ステップＳ６において、電源がＯＦＦ状態になったと判定されると、処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、ステップＳ６において、電源がＯＦＦ状態になっていないと判定されると、フローは、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１２において、制御装置５Ａは、チェーン巻上機１１の運転が巻き上げか否かを判定する。ステップＳ１２において、巻き上げと判定されると、フローは、ステップＳ７に進む。一方、ステップＳ１２において、巻き上げでないと判定されると、フローは、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ７において、制御装置５Ａは、最大効率制御（電流位相角θ₁にて駆動）を行う。

ステップＳ１３において、制御装置５Ａは、巻き上げが継続しているか否かを判定する。ステップＳ１３において、巻き上げが継続していると判定されると、フローは、ステップＳ７に戻る。一方、ステップＳ１３において、巻き上げが継続していないと判定されると、フローは、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、制御装置５Ａは、電源がＯＦＦ状態になったか否かを判定する。ステップＳ８において、電源がＯＦＦ状態になったと判定されると、処理を終了する（ＥＮＤ）。一方、ステップＳ８において、電源がＯＦＦ状態になっていないと判定されると、フローは、ステップＳ１０に戻る。

このように、制御装置５Ａは、チェーン巻上機１１の巻き上げ運転時と巻き下げ運転時とで制御を切替えるので、図１の直流電圧計３０を省略することができる。また、制御装置５は、インバータ３の直流母線部の電圧が３８０ボルトを越えるまで待ってから効率の切替え制御を実施するのに対し、制御装置５Ａは、インバータ３の直流母線部の電圧に係わりなく、チェーン巻上機１１の巻き上げ運転時と巻き下げ運転時とで効率の切替え制御を実施える。これによれば、電気チェーンブロック１Ａの実際の運用上では、インバータ３の直流母線部の電圧がさほど上昇しないうちに効率の切替え制御が実施されるので、インバータ３の直流母線部の電圧の上昇を余裕を持って抑えることができる。これによれば、インバータ３を構成する部品の寿命を伸ばすことができる。

なお、上述の制御において、制御装置５Ａは、モータ部２が力行運転状態か回生運転状態かを判別する制御は行っていない。しかしながらチェーン巻上機１１が巻き上げ運転時には、モータ部２は必ず力行運転状態であるので、力行運転状態か回生運転状態かを判別する必要はない。また、チェーン巻上機１１が巻き下げ運転時であってもモータ部２が力行運転を行う場合があるが、この場合は、荷重が吊り下げられていない場合、あるいは荷重がきわめて軽い場合である。このような場合には、モータ部２が力行運転中であっても最大効率制御を実施する必要性および有用性はほとんど無いため、巻き下げ運転時において力行運転状態か回生運転状態かを判別せずに効率を落とす制御を実施しても実用上の問題はない。

（その他の実施の形態）
本発明の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り様々に変更が可能である。たとえば図２に示すＩＰＭ型のロータＲにおけるロータ基部２０および永久磁石２１の形状および極数については、これに限定されることなく自由である。また、上述した最大効率制御は、リラクタンストルクを考慮したトータルトルクが最大となるような最大トルク制御であるが、リラクタンストルクを考慮した制御としてはトータルトルクを最大の９０％以上とする制御など他の制御とすることができる。

また、図１では、インナーロータ型のモータ部２を図示したが、これに代えて、アウターロータ型のモータ部を採用してもよい。また、電気チェーンブロックに利用される電動機を示したが、他の分野に利用される電動機にも適用できる。たとえば、負荷がバネで引っ張られるようなものにも適用できる。すなわち、負荷が働く方向に抗する駆動と、負荷が働く方向に順ずる方向の駆動という２つまたは３つ以上の駆動性能を有するものに適用することができる。

また、図１、図９の構成では、説明を分かり易くするために、制御装置５，５Ａおよび電流・電圧検出器７を独立したブロック構成として図示したが、これらのブロック構成は、全て制御装置５，５Ａ内に設けてもよい。さらに制御装置５，５Ａをインバータ３内に設けてもよい。また、巻き上げ時に行う最大効率制御を従来から行われているｄ軸電流をゼロにするような制御、トルク線形化制御、鎖交磁束一定制御、力率を１に制御する力率１制御などとしてもよい。

また、図１に示す直流電圧計１５は、インバータ３の内部に設けてもよい。あるいは、インバータ３が直流母線部電圧を外部に出力する機能を有する場合には、直流電圧計１５を省略し、制御装置５は、インバータ３から直接的に、直流母線部電圧の情報を取得してもよい。

また、制御装置５，５Ａを構成する情報処理装置が実行するプログラムは、制御装置５，５Ａの出荷前に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、制御装置５，５Ａの出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、プログラムの一部が、制御装置５，５Ａの出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。制御装置５，５Ａの出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されるプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。

また、プログラムは、情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。

このように、情報処理装置とプログラムによって制御装置５，５Ａの機能を実現することにより、大量生産や仕様変更（または設計変更）に対して柔軟に対応可能となる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。

１，１Ａ…電気チェーンブロック、１Ｍ，１ＭＡ…電動機、２…モータ部、３…インバータ、５，５Ａ…制御装置（制御部）、８…ｄ軸電流制御部（制御部の一部）、９…ｑ軸電流制御部（制御部の一部）、１０…減速機、１１…チェン巻上機、１２…コンデンサ、１３…トランジスタ、１４…抵抗器、２０…ロータ基部、２１…永久磁石、Ｒ…ロータ、Ｓ…ステータ、ＳＣ…コイル

Claims (4)

1. 永久磁石が内包され、突極性を有するＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)型のロータと、前記ロータに対向して設けられるステータに巻回されるコイルに供給される電流を、前記コイルが磁束を生成するための励磁分電流であるｄ軸電流成分とモータトルクを発生させるためのトルク分電流であるｑ軸電流成分とに分解して制御するベクトル制御を実施する制御部と、直流電圧を入力し交流電圧に変換するインバータと、前記インバータの電圧が上昇したとき回生電力を熱として消費させるための抵抗器と、を有する電動機において、
   前記制御部は、負荷が働く方向に抗する駆動を行う第１状態と、負荷が働く方向に順ずる方向への駆動を行う第２状態とに応じて制御を切り替え、前記第１状態のときは、リラクタンストルクを考慮した制御を行い、前記第２状態のときは、前記第１状態の制御の場合のトータルトルクと同一でかつｄ軸電流成分を増加させ、前記抵抗器で消費される熱を減少させる制御を行う、
   ことを特徴とする電動機。
2. 請求項１記載の電動機において、
   前記リラクタンストルクを考慮した制御を最大効率制御とし、前記第１状態のときの電流値をＩ_xとし、前記第２状態のときの電流値をＩ_yとし、前記コイルが耐え得る最大の電流値をＩ_zとしたとき、
   〔（Ｉ_z−Ｉ_x）／５〕＋Ｉ_x≦Ｉ_y≦〔（Ｉ_z−Ｉ_x）×（４／５）〕＋Ｉ_x
   とする、
   ことを特徴とする電動機。
3. 請求項１または２記載の電動機を動力として有し、前記第１状態を前記インバータの直流母線部の電圧が所定の値以上の状態とし、前記第２状態を前記直流母線部の電圧が前記所定の値未満の状態とすることを特徴とする電気チェーンブロック。
4. 請求項１または２記載の電動機を動力として有し、前記第１状態をチェーンの巻き上げ時とし、前記第２状態を前記チェーンの巻き下げ時とすることを特徴とする電気チェーンブロック。

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