JP2020200145A - 昇降装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータによって搬送対象物を昇降させる昇降装置において、搬送対象物を支持して上昇を開始した後、早期に、過荷重状態を正確に検出し、上昇運動を緊急停止させることができる昇降装置を提供する。【解決手段】昇降装置１は、ブレーキを備えたモータ４１と、モータ４１に周波数可変の交流を駆動電源として出力する電源部と、搬送対象物を支持し、モータ４１の回転によって昇降される支持具３０と、電源部およびブレーキを制御し、モータ４１の回転を緊急停止させることができる制御部とを有する。支持具３０の上昇の開始時に、電源部は、駆動電源の周波数を徐々に増大させ、制御部は、駆動電源の周波数が所定値に安定した時点で、モータトルクの監視を開始し、モータトルクが閾値を超えたのを検出すると、モータ４１の回転を緊急停止させる。【選択図】図１

Description

本発明は、昇降装置に関し、さらに詳しくは、緊急停止機能を備えた、クレーン等の昇降装置に関するものである。

クレーン等、搬送対象物を支持して昇降させる昇降装置においては、支持した搬送対象物の荷重が大きすぎる場合等に、装置の構成部材に損傷が生じる可能性がある。例えば、特許文献１に開示されたマスト式クレーンは、搬送対象物を支持する荷役治具として、側面視がほぼコの字形で横長のクローが備えられている。図４（ａ）に示すように、この種のクロー３０を用いて、井桁状に積層された長尺状の鋼材Ｂを下方から掬い上げて、搬送することができる。通常は、図４（ａ）のように、井桁状構造の最上段に載置された、所定本数（ここでは３本）の鋼材Ｂの下方にクロー３０を挿入して鋼材Ｂを掬い上げるが、作業者の錯誤等により、図４（ｂ）のように、所定本数を超える鋼材Ｂ（図では右端の鋼材Ｂ）にクロー３０の先端を掛けてしまう場合や、図４（ｃ）のように、下段の鋼材Ｂの下方にクロー３０を挿入してしまう場合が生じうる。これらの事態が生じると、鋼材Ｂが持ち上げられる際に、クロー３０に過剰な荷重が印加され、クロー３０に曲損が発生してしまう可能性がある。

クレーン等の昇降装置において、過剰な負荷の印加を防止するための制御として、インバータ制御されるモータの出力トルクを監視し、オーバートルク状態が発生すると、モータを緊急停止させる形態が用いられる場合がある。例えば、特許文献２に、インバータ制御によるモータを駆動源として使用し、減速停止時にブレーキ機構を作動させるようにしたクレーンにおいて、モータに供給される電流を検出して該モータにおけるオーバートルクの有無を判定する手段を有し、該判定に用いるレベルを、クレーンの減速停止に際してはレベルＡ、それ以外の運転に際してはレベルＢとし、しかもレベルＡをレベルＢよりも高くなるように設定した、クレーンにおけるインバータ制御モータのトルク監視方法が開示されている。

特開２００９−１０２１１６号公報 特開２０００−２７２８７４号公報

クレーン等の昇降装置において、構成部材を過剰な荷重の印加から効果的に保護するためには、搬送対象物を支持具で支持して上昇させる過程において、なるべく早期に、過荷重を検知できるようにすることが好ましい。特に、特許文献１に開示されるようなクローを備えたクレーンにおいては、クローの曲損は、モータに過負荷が生じる荷重よりも小さな荷重でも生じることが多く、図４（ｂ）のように、意図しない箇所にクロー３０を引掛けてしまった場合や、図４（ｃ）のように、過剰量の搬送対象物を掬い上げてしまった場合には、搬送対象物が設置面を離れる瞬間（地切りの瞬間）に、過荷重状態が発生したと検知し、クロー３０の上昇を停止させられることが望ましい。

特許文献２のように、インバータ制御されるモータにおいては、大きな荷重が印加されるほど、モータトルクが大きくなるので、モータトルクを監視し、モータトルクが所定の閾値を超えたことをもって、過荷重状態の発生を検知することができるが、地切りの瞬間に過荷重状態を検出するためには、モータの始動後、できるかぎり早期にモータトルクの監視を開始することが重要となる。しかし、クレーンにおいて上昇運動を開始する際には、通常、ブレーキを閉状態としたままモータを始動するため、図５等に示すように、モータの駆動初期に、モータトルクが急激に上昇し、閾値との比較によって、過荷重状態を正確に検知することが難しくなる。図５中の閾値Ｌのように、モータ駆動初期のモータトルクの上昇値よりも低いレベルに、閾値を設定する場合に、モータ駆動初期のモータトルクの上昇を過荷重状態と誤検知するのを防止するためには、モータトルクの上昇が収束してから、閾値との比較によるトルク監視を開始する必要がある。一方、地切り後なるべく早期に過荷重状態を検知できるようにするためには、モータトルクの上昇が収束した後、早期にトルク監視を開始する必要がある。

特許文献２では、クレーンの減速停止時よりも低いレベル（レベルＢ）に閾値を設けて、モータ駆動初期のモータトルクを監視しており、モータの駆動開始と同時に、レベルＢを閾値としたモータトルクの監視が開始されている。この場合に、レベルＢを、モータ駆動初期のモータトルクの上昇値よりも低いレベルに設定するならば、やはり、モータ駆動初期のモータトルクの上昇を、過荷重状態が発生したと誤検知することになる。

このような誤検知を避けるために、図５（ｂ）に示すように、モータの回転開始から所定の時間（時間ｔａ）が経過してから、閾値との比較によるモータトルクの監視を開始する形態がとられる場合もある。しかし、その場合には、モータトルクの監視を開始するまでの時間が長くなりやすく、地切りの瞬間、あるいは地切りから短時間の間に過荷重状態を検知するのが難しくなる。特に、昇降装置の上昇速度を変更可能である場合には、選択する速度によって、モータ駆動初期のモータトルクの急激な立ち上がりが収束するまでの時間が異なるため、選択した上昇速度によっては、地切り後、過荷重状態を検知できるまでの時間が、他の上昇速度を選択した場合よりも、さらに長くなる場合がある。このように、モータの回転開始からの時間経過を契機として、モータトルクの監視を開始する場合には、過荷重状態が発生していても検知できない時間が長くなりやすく、クローの曲損等、昇降装置の構成部材に損傷が発生するリスクが高くなる。

本発明が解決しようとする課題は、モータによって搬送対象物を昇降させる昇降装置において、搬送対象物を支持し、上昇を開始した後、早期に、過荷重状態を正確に検出し、上昇運動を緊急停止させることができる昇降装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかる昇降装置は、ブレーキを備えたモータと、前記モータに周波数可変の交流を駆動電源として出力する電源部と、搬送対象物を支持し、前記モータの回転によって昇降される支持具と、前記電源部および前記ブレーキを制御し、前記モータの回転を緊急停止させることができる制御部とを有し、前記支持具の上昇の開始時に、前記電源部は、前記駆動電源の周波数を徐々に増大させ、前記制御部は、前記駆動電源の周波数が所定値に安定した時点で、モータトルクの監視を開始し、前記モータトルクが閾値を超えたのを検出すると、前記モータの回転を緊急停止させるものである。

ここで、前記昇降装置は、クレーンであるとよい。

前記支持具は、前記搬送対象物に対して重力方向下側に挿入され、前記搬送対象物を重力方向下側から支持するものであるとよい。

前記電源部は、前記駆動電源の周波数および前記モータトルクに応じた電気信号を出力可能であり、前記制御部は、該電気信号を入力されることで、前記モータトルクを監視するとよい。

前記支持具の上昇速度を、複数の設定速度から選択可能であり、選択された設定速度によって、前記支持具の上昇を開始する際に前記駆動電源の周波数が安定するまでの時間が、異なるとよい。

上記発明にかかる昇降装置においては、支持具の上昇を開始する際に、電源部が出力する駆動電源の周波数が、徐々に増大し、所定値に安定した時点で、モータトルクの監視を開始する。そのため、モータ駆動初期にモータトルクが急激に上昇するのを、過荷重状態が発生したと誤検知するのを抑制し、過荷重状態の検出を正確に行うことが可能となる。一方、モータの駆動電源の周波数が徐々に増大している間は、搬送対象物を支持した支持具の上昇距離が小さいので、周波数が所定値に安定した時点でモータトルクの監視を開始することにより、過荷重状態が発生していれば、搬送対象物が大きく上昇される前に、早期に発見し、上昇運動を緊急停止させることができる。このようにして、誤検知による搬送作業の効率低下を避けながら、過荷重状態を早期に発見できるようにすることで、支持具等、昇降装置の構成部材に、過荷重の印加によって損傷が発生するのを、効果的に抑制することができる。

ここで、昇降装置が、クレーンである場合には、過荷重状態が発生しやすく、また過荷重状態が発生した際に、構成部材の損傷等の影響が大きくなりやすいため、搬送対象物を支持具で支持して上昇させる際に、初期に過荷重状態を正確に検出し、上昇を停止させることの効果が、大きくなる。

支持具が、搬送対象物に対して重力方向下側に挿入され、搬送対象物を重力方向下側から支持するものである場合には、支持具がそのような形態をとることにより、他の形態をとる場合よりも、過荷重の印加によって、曲損等の損傷が、支持具に発生しやすい。支持した搬送対象物の荷重が大きすぎる場合には、搬送対象物を支持して上昇を開始した直後から、曲損の可能性が生じる。しかし、駆動電源の周波数が所定値に安定した時点から、モータトルクの監視を開始し、支持具の上昇開始後、早期に、過荷重状態の発生を検出できるようにすることで、支持具の曲損を効果的に抑制することができる。特許文献１に記載されるようなクローが、この形態の支持具に相当する。

電源部が、駆動電源の周波数およびモータトルクに応じた電気信号を出力可能であり、制御部が、該電気信号を入力されることで、モータトルクを監視する場合には、簡素な装置構成で、駆動電源の周波数の安定を契機としたモータトルクの監視を、実行することができる。

支持具の上昇速度を、複数の設定速度から選択可能であり、選択された設定速度によって、支持具の上昇を開始する際に駆動電源の周波数が安定するまでの時間が、異なる形態においては、いずれの設定速度を選択した場合でも、駆動電源の周波数が安定した時点で、モータトルクの監視を開始するので、選択した設定速度によらず、搬送対象物が大きく上昇される前に、過荷重状態を早期に、また正確に検知し、上昇運動を緊急停止させることができる。

本発明の一実施形態にかかるクレーンの構成を示す概略図である。 上記クレーンのクロー部を示す拡大図である。 上記クレーンの駆動制御装置を示すブロック図である。 上記クレーンのクローで井桁状に積層にした鋼材を掬い上げる際の状態を示しており、（ａ）は正常に所定本数の鋼材を掬い上げた状態、（ｂ）はクローの先端を過剰本数の鋼材に引掛けた状態、（ｃ）は下段の鋼材を掬い上げた状態を示している。 上記クレーンにおける過荷重監視方法を説明する図であり、（ａ）は本発明の実施形態にかかる監視方法、（ｂ）は従来の監視方法を示している。 過荷重状態が生じていない場合のクレーンの状態を説明する図であり、（ａ）は駆動電源の周波数とモータトルクの時間変化を示している。（ｂ）は時刻Ｔ０におけるクローの状態、（ｃ）は時刻Ｔ３におけるクローの状態を示している。 過荷重状態が発生する場合のクレーンの状態を説明する図であり、（ａ）は駆動電源の周波数とモータトルクの時間変化を示している。（ｂ）は時刻Ｔ０におけるクローの状態、（ｃ）は時刻Ｔ３’におけるクローの状態、（ｄ）は時刻Ｔ４におけるクローの状態を示している。 クローの上昇速度を変更した際の駆動電源の周波数およびモータトルクの挙動を説明する図であり、（ａ）は低速、（ｂ）は中速、（ｃ）は高速の状態を示している。

以下、本発明の一実施形態にかかる昇降装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の実施形態にかかる昇降装置は、搬送対象物を支持した支持具を、モータの回転によって昇降させられるものであれば、特にその種類を限定されるものではない。その種の昇降装置としては、搬送対象物を空中で支持して搬送するクレーン、搬送対象物を支持して床面または軌道上を走行する自動搬送装置、搬送対象物や人員を収容して昇降させるリフトやエレベータ等を例示することができる。以下では、昇降装置がクレーンである場合について、詳細に説明する。しかし、以下で説明する過荷重監視にかかる構成は、各種昇降装置に同様に適用することができる。

［クレーンの概略］
図１に、本発明の一実施形態にかかるクレーン１の構成を示す。また、図２に、その支持具であるクロー３０の近傍の拡大図を示す。さらに、図３に、クレーン１の駆動制御装置４０の構成を示す。

本実施形態にかかるクレーン１は、図１に概略を示すように、特許文献１に開示されるマストクレーンと同様の構造を有する。その構造について、簡単に説明する。

本クレーン１は、天井走行式クレーンであり、工場等の建屋の天井に設けられたレール（図略）上を、車輪１１によって走行可能な走行体１０を有している。また、走行体１０の上面には、レール（図略）が設けられており、台車２０が車輪２１によって走行可能となっている。台車２０には、モータ４１を有する巻き揚げ装置２２が搭載されている。

台車２０からは、ワイヤーロープ２３を介して、柱状のマスト２４が垂下されている。ワイヤーロープ２３は、滑車２５を介して、巻き揚げ装置２２によって、繰り出しおよび巻き取り可能となっている。モータ４１を一方向に回転させて、ワイヤーロープ２３を巻き揚げ装置２２から繰り出すことで、マスト２４が下降する。一方、モータ４１を他方向に回転させて、ワイヤーロープ２３を巻き揚げ装置２２に巻き取ることで、マスト２４が上昇する。さらに、台車２０の底面に固定して、トラス構造体２６が垂設されており、マスト２４は、トラス構造体２６に対して回転可能となっている。また、台車２０の下方には、トラス構造体２６に固定されて、作業者が搭乗してクレーン１の操作を行う操作室１２が設けられている。

マスト２４の下端には、搬送対象物を運搬するための長尺状のビーム２７が取り付けられている。ビーム２７の下面には、相互に離間して、支持具としてのクロー３０が複数（図では４つ）取り付けられている。

図２にクロー３０の近傍の構造を示す。クロー３０は、ほぼコの字形の断面形状を有しており、水平方向に延びた取り付け部３１と、取り付け部３１の一端から下方に延びた垂下部３２と、垂下部３２の下端部から取り付け部３１とほぼ平行に延びた支持部３３を有している。クロー３０は、取り付け部３１において、ビーム２７に取り付けられている。クロー３０は、支持部３３の上面に、搬送対象物を載置して支持する。垂下部３２には、支持部３３に載置した搬送対象物に当接させるストッパ３４が設けられている。

クレーン１において、巻き揚げ装置２２のモータ４１を回転させることで、ワイヤーロープ２３を介して、マスト２４に結合されたビーム２７を昇降させることができる。クロー３０にて搬送対象物を支持した状態で、マスト２４を上昇させることで、搬送対象物が空中で支持される。その状態で、天井面に対する走行体１０の移動、また走行体１０に対する台車２０の移動を駆動することで、搬送対象物を移動させることができる。

図３に、モータ４１の制御を行う駆動制御装置４０の概略を示す。駆動制御装置４０は、巻き揚げ装置２２に含まれるモータ４１に加え、電源部４２と、ブレーキ４３と、制御部４４を有している。電源部４２は、巻き揚げ装置２２のモータ４１に駆動電源を供給する電源供給装置であり、周波数可変の交流を駆動電源として出力することで、モータ４１の回転速度およびモータトルクを制御することができる。電源部４２は、商用電源等の交流電源（ＡＣ）から、任意の周波数の交流を生成できるものであればよく、コンバータ回路およびインバータ回路を含むインバータ装置、マトリクスコンバータ等、モータの制御に用いられる公知の電源装置を利用することができる。ブレーキ４３は、モータ４１の軸回転を停止させる機構であり、電磁ブレーキ等、公知の機構を利用することができる。

制御部４４は、シーケンサ、コンピュータ等より構成することができ、制御信号Ｓ１により、電源部４２を介してモータ４１の回転状態を制御できるとともに、制御信号Ｓ２により、ブレーキ４３の開閉を制御することができる。また、電源部４２は、モータ４１に供給する駆動電源の周波数に応じた周波数信号Ｆ、およびモータ４１のモータトルクに応じたトルク信号Ｔを、電気信号として、制御部４４に出力することができる。制御部４４は、それらの電気信号Ｆ，Ｔによって、モータ４１に供給されている駆動電源の周波数、およびモータトルクの大きさを認識することができる。電源部４２としては、モータに出力される駆動電源の周波数やトルク指令値を、電圧値に変換して出力できる出力端子を有するインバータ装置やマトリクスコンバータが、一般に利用可能であり、周波数信号Ｆおよびトルク信号Ｔとして、それらの出力端子からの信号を利用することが好ましい。

制御部４４は、操作室１２の中から、作業者によって操作可能であり、作業者は、制御部４４を介して、マスト２４の昇降／停止の制御や、昇降速度の設定等を、行うことができる。制御部４４は、このような作業者による制御に加え、後に詳しく説明するように、マスト２４の上昇運動中に、周波数信号Ｆおよびトルク信号Ｔに基づいて、自動的に、モータトルクの監視を行う。そして、モータトルクの挙動から、過荷重状態の発生を検知すると、制御信号Ｓ１，Ｓ２を発して、電源部４２からモータ４１への電源供給を遮断させるとともに、ブレーキ４３を閉状態（制動状態）として、モータ４１の回転、およびマスト２４に結合されたクロー３０の上昇運動を、緊急停止させることができる。

ここで、搬送対象物が長尺状の鋼材Ｂである場合を例に、クレーン１による搬送について説明する。搬送対象の鋼材Ｂは、図４（ａ）に示すように、井桁状に積層されている。つまり、複数の鋼材Ｂが幅方向に並べられた集合体が、長手方向を交互にほぼ直交させて、層状に積み上げられている。操作室１２に搭乗した作業者は、制御部４４を操作して、モータ４１を一方向に回転させることでマスト２４を下降させる。そして、走行体１０や台車２０の座標制御、およびトラス構造体２６に対するマスト２４の回転制御を適宜併用しながら、作業者は、一旦、マスト２４の昇降運動を停止させ、図６（ｂ）に示すように、クロー３０の支持部３３を最上段の鋼材Ｂの下側に挿入する。クロー３０が複数（図では３本）の鋼材Ｂの下側に配置されると、モータ４１の回転が停止され、ブレーキ４３が閉状態とされる。その後、作業者は、制御部４４を制御して、モータ４１を反対方向に回転させ、マスト２４を上昇させる。これにより、図４（ａ）および図６（ｃ）に示すように、クロー３０の支持部３３が、複数の鋼材Ｂを、下側から支持した状態で、掬い上げる。鋼材Ｂは、長手方向に沿って複数の箇所を、それぞれ、共通のビーム２７に取り付けられたクロー３０によって、支持された状態となる。クロー３０によって空中で鋼材Ｂを支持した状態で、作業者が、走行体１０および台車２０の座標を制御することで、クレーン１の可動範囲の任意の位置に、鋼材Ｂを搬送することができる。

［過荷重状態の監視］
（１）監視の形態
本実施形態にかかるクレーン１においては、上記のように、マスト２４を介してクロー３０を上昇させる間、制御部４４が、電源部４２から出力される周波数信号Ｆおよびトルク信号Ｔに基づいて、モータトルクを監視し、過荷重状態が検出されれば、電源部４２およびブレーキ４３を制御信号Ｓ１，Ｓ２によって制御し、モータ４１の回転を緊急停止させる。以下、モータトルクの監視による過荷重の検出について説明する。

まず、検出すべき過荷重状態について説明する。上記で説明したように、井桁状に積層された鋼材Ｂをクレーン１で搬送する際、正常であれば、図４（ａ）に示すように、最上段の鋼材Ｂの下側にクロー３０の支持部３３を挿入し、最上段の鋼材Ｂを、所定本数だけ掬い上げる。図示した形態では、所定本数は３本である。モータ４１のモータトルクの定格をはじめ、クレーンの各構成部材の設計は、このように所定本数の鋼材Ｂを掬い上げる際の荷重に対して、余裕をもたせたものとなっている。

しかし、操作室１２でクレーン１を操作する作業者の錯誤等により、図４（ｂ）のように、所定本数よりも多数（図では４本）の鋼材Ｂの下方にクロー３０の支持部３３を挿入してしまい、支持部３３の先端部を、余剰の鋼材Ｂに引掛けてしまう場合がある。あるいは、最上段の鋼材Ｂではなく、下段の鋼材Ｂの下側にクロー３０の支持部３３を挿入してしまう場合がある。特に、図４（ｃ）のように、最上段の鋼材Ｂと平行に配置された上から３段目の鋼材Ｂの下側に、クロー３０の支持部３３を挿入してしまう事態が起こりやすい。操作室１２は、走行体１０に設けられたレールを走行する台車２０に設置されており、作業者は、井桁状に積層された鋼材Ｂを上方から見てクレーン１の操縦を行うため、積層体の高さ方向の構造を、正確に視覚認識することが難しく、図４（ｂ）のような支持部３３の先端の引掛けや、図４（ｃ）のような下段での掬い上げが起こりやすい。

図４（ｂ）のように、クロー３０の先端を鋼材Ｂに引掛けた状態や、図４（ｃ）のように下段の鋼材Ｂを掬い上げた状態のまま、クロー３０を上昇させようとすると、クロー３０に過大な荷重が印加されることになる。すると、その過荷重によって、クロー３０に曲損が起こる可能性がある。つまり、支持部３３と垂下部３２との境界部や、支持部３３の中途部等が、曲がってしまう可能性がある。クロー３０の曲損は、クロー３０を、固定物に掛けてしまった場合等にも起こりうる。

クロー３０に曲損が起こると、クロー３０の修理や交換が必要となり、鋼材Ｂの搬送を継続することができなくなる。よって、このような過荷重状態を、できるかぎり早期に検出し、曲損が発生する前、あるいは深刻となる前に、クロー３０の上昇を停止させることが重要となる。クロー３０の上昇を停止させれば、次いで、作業者がクロー３０の下降等の措置を取ることで、曲損の発生を抑制することができる。そこで、本実施形態にかかるクレーン１においては、制御部４４が、モータ４１を始動させてクロー３０を上昇させる過程の初期段階から、モータトルクに基づき、過荷重状態の発生の有無を監視する。

図５（ａ）を参照しながら、本実施形態における過荷重状態の監視について説明する。図５（ａ）には、電源部４２から出力される周波数信号Ｆおよびトルク信号Ｔに基づいて、制御部４４にて監視される、モータ４１の駆動電源の周波数（破線）およびモータトルク（実線）の時間変化を、クロー３０の上昇開始前の状態から表示している。併せて、制御部４４によって制御されるブレーキ４３の開閉状態（実線）、および制御部４４で設定されるモータトルクの閾値（監視閾値；一点鎖線）も示している。

図５（ａ）の初期状態においては、クロー３０が下降した位置に配置されており、モータ４１の回転は駆動されていない。また、ブレーキ４３は閉状態となっており、モータ４１の回転軸を回転しないように固定している。作業者が、制御部４４を介してクロー３０の上昇を指示すると、まず、時刻ｔ０において、モータ４１がごく低周波数で回転を開始する。ブレーキ４３は閉状態のまま保持される。この際、閉状態となったブレーキ４３に抗って、モータ４１の回転が開始されることになるので、モータトルクが急激に上昇する。このように、ブレーキ４３を閉状態としたままモータ４１の回転を開始するのは、ブレーキ４３を開放した際に、搬送対象物を支持したクロー３０が急に下降すること（ずり下がり）を防止するためである。

その後、時刻ｔ１において、ブレーキ４３が開放されるとともに、駆動電源の周波数の上昇が開始される。ブレーキ４３の開放により、その後、モータトルクは、下降を始める。

駆動電源の周波数は、徐々に増大され、時刻ｔ２において、所定の目標値に達して、その目標値で安定するようになる。周波数の目標値は、制御部４４にて作業者が設定したクロー３０の上昇速度に応じて定められ、上昇速度が大きいほど、目標周波数は大きくなる。時刻ｔ２までは、制御部４４に、周波数信号Ｆとともに、トルク信号Ｔは入力されているものの、制御部４４は、モータトルクの監視を行っていない。しかし、時刻ｔ２において、駆動電源の周波数が目標値に安定した時点で、制御部４４は、モータトルクの監視を開始する。つまり、モータトルクの値と閾値Ｌとの比較を開始する。

時刻ｔ０から上昇し、その後、ブレーキ４３の開放に伴って下降していたモータトルクは、時刻ｔ２までには、低いレベルに落ち着いている。しかし、図示した形態においては、その後、モータトルクは上昇を始め、時刻ｔ３に、閾値Ｌに達している。制御部４４は、時刻ｔ２から閾値Ｌとの比較によるモータトルクの監視を継続しており、時刻ｔ３において、モータトルクが閾値Ｌを超えたのを検出する。すると、制御部４４は、即座に、電源部４２からモータ４１への駆動電源の出力を停止するともに、ブレーキ４３を閉状態に切り替えるべく、制御信号Ｓ１，Ｓ２を発する。そして、制御部４４および電源部４２、ブレーキ４３の動作に要する不可避的な時間経過を経て、時刻ｔ４で、実際に、電源部４２からモータ４１への駆動電源の供給が遮断されるとともに、ブレーキが閉状態となり、モータ４１の緊急停止が完了する。モータ４１の回転の緊急停止に伴い、クロー３０の上昇運動も緊急停止される。ここで、モータトルクは、クロー３０に印加される荷重が大きくなるほど、大きくなり、閾値Ｌは、クロー３０の曲損を避ける観点から、クロー３０に印加してもよい荷重の上限に対応するモータトルク値として定められている。

クロー３０に過荷重状態が発生しておらず、図４（ａ）のように正常に規定本数の鋼材Ｂを掬い上げていれば、モータトルクは、時刻ｔ２までに初期の上昇が収束した後は、閾値Ｌを超えることはない。よって、モータ４１が緊急停止されることはない。しかし、図５（ａ）では、時刻ｔ２の後、モータトルクが上昇する場合を想定している。図４（ｂ），（ｃ）のように、過荷重状態が発生すると、そのように、モータトルクが上昇する。上記のように、図５（ａ）では、時刻ｔ３において、モータトルクが閾値Ｌを超えており、それを即座に検知した制御部４４が、制御信号Ｓ１，Ｓ２を発し、モータ４１の回転を急停止させている。

このように、モータ４１の駆動電源の周波数が所定の目標値に安定したことを検出して、モータトルクの監視を開始することで、過荷重状態が発生していれば、クロー３０の上昇運動の開始後、初期に検出し、モータ４１を緊急停止させることができる。モータ４１の駆動電源の周波数が徐々に増大されている間は、まだクロー３０の上昇速度が目標値に達していないので、クロー３０の上昇量は、それほど大きくなっておらず、鋼材Ｂが高く掬い上げられていない。換言すると、鋼材Ｂは、クロー３０に掬い上げられて、地切りの瞬間、つまり、載置面（１段下層の鋼材Ｂの上面）を離れた瞬間（あるいは載置面を離れた途端の状態；他の箇所においても同様）にある。そのように、地切りの瞬間の状態で過荷重状態を検出し、それ以上のクロー３０の上昇を行わないようにすることにより、過荷重状態のままでクロー３０が上昇するのに伴って、クロー３０に深刻な曲損が発生するのを、抑制することができる。

一方、モータ４１の周波数が所定の目標値に安定しないうちは、モータトルクの監視を行わないようにすることで、時刻ｔ０からブレーキ４３を閉状態としたままモータ４１の回転を開始したことに伴って、初期にモータトルクが閾値Ｌを超えて急上昇する現象を、過荷重状態であると誤検知し、クロー３０の上昇運動の開始を妨げる事態を、避けることができる。誤検知が起こると、異常が発生していない場合でも、搬送対象物の上昇が中断されてしまうため、搬送作業の能率が低下する。

上記のように、モータ４１の回転開始直後のモータトルクの急激な上昇は、ブレーキ４３を閉状態としままモータ４１の回転を開始することによる負荷に起因している。そのように、ブレーキ４３を閉状態としている間は、モータ４１の駆動電源の周波数は、わずかしか上昇されない。その後、時刻ｔ１でブレーキ４３を開放して、ブレーキ４３によるモータ４１への負荷が除去された状態で、目標値に向けた駆動電源の周波数の増大が開始される。よって、駆動電源の周波数が目標値に安定する時刻ｔ２の時点では、ブレーキ４３からの負荷に起因するモータトルクの上昇は、おおむね収束している。従って、駆動電源の周波数の安定を、モータトルクの監視を開始するためのトリガーとすることで、モータ４１の始動時のモータトルクの急激な上昇の影響を避けながら、早期に、過荷重状態の監視を開始することが可能となっている。

（２）過荷重状態の検出例
図６，７に、実測された駆動電源の周波数およびモータトルクの挙動に基づいて、過荷重状態の監視について説明する。図６は、図４（ａ）のように、所定本数の鋼材Ｂを正常に掬い上げる場合を示している。上記で図５（ａ）に基づいて説明したのと同様に、時刻Ｔ０において、ブレーキ４３を閉状態としたまま、モータ４１の回転が開始され、その後、ブレーキ４３を開放するとともに、駆動電源の周波数が徐々に上昇される。時刻Ｔ０におけるクロー３０の状態を図６（ｂ）に示すが、正常に、３本の鋼材Ｂの下方に、支持部３３が挿入されている。

時刻Ｔ２において、周波数が目標値に安定すると、閾値Ｌとの比較によるモータトルクの監視が開始される。その後、時刻Ｔ３において、モータトルクは上昇し始める。これは、図６（ｃ）のように、クロー３０に掬われた鋼材Ｂが、下層の鋼材Ｂによる支持を離れ、地切りが起こったことに対応している。このように、地切りに伴ってモータトルクが上昇するが、クロー３０に印加される荷重は、過荷重とみなされない正常なものであり、モータトルクが閾値Ｌを超えることはない。正常に３本の鋼材Ｂを支持したクロー３０は、上昇を続ける。

その後、鋼材Ｂを支持したクロー３０が所定の高さ位置に達すると、時刻Ｔ５から、駆動電源の周波数が徐々に減少され、モータ４１の回転が停止されるとともに、ブレーキ４３が閉状態とされる。ブレーキ４３が閉状態とされた後も、しばらくはモータ４１が回転を続けるため、モータ４１の駆動初期と同様に、モータトルクが急激に上昇する。しかし、制御部４４は、周波数の減少が開始された後は、閾値Ｌとの比較によるモータトルクの監視を行わないので、この際のモータトルクの急上昇により、閾値Ｌを超えても、モータ４１の回転が緊急停止されることはない。このようにして、正常に掬い上げた鋼材Ｂの上昇が、完了される。

一方、図７には、図４（ｃ）に示したように、下段の鋼材Ｂを掬い上げる場合を示している。時刻Ｔ０において、ブレーキ４３を閉状態としたまま、モータ４１の回転が開始され、その後、ブレーキ４３を開放するとともに、駆動電源の周波数が徐々に上昇される。時刻Ｔ０におけるクロー３０の状態を図７（ｂ）に示すが、図６（ｂ）の正常時とは異なり、最上段ではなく、下段（上から３段目）の鋼材Ｂの下方に、クロー３０の支持部３３が挿入されている。

時刻Ｔ２において、周波数が目標値に安定すると、閾値Ｌとの比較によるモータトルクの監視が開始される。時刻Ｔ３’において、図７（ｃ）のように、鋼材Ｂが地切りの状態となるが、３段分の鋼材Ｂを掬い上げており、３段分の鋼材Ｂに対応する荷重がクロー３０を介してモータ４１に印加されることになる。そのため、モータトルクが急激に上昇し、閾値Ｌを超える。制御部４４は、モータトルクが閾値Ｌを超えたのを検知すると、即座に、制御信号Ｓ１，Ｓ２により、電源部４２とブレーキ４３を制御し、モータ４１の回転を緊急停止させる。そして、時刻Ｔ４において、モータ４１の緊急停止が完了し、クロー３０の上昇が停止される。時刻Ｔ３’から時刻Ｔ４までの間の経過時間は、制御部４４および電源部４２、またブレーキ４３の動作に不可避的に要するごく短い時間のみである。よって、図７（ｄ）に示すように、地切り後、クロー３０の上昇が停止されるまでに、鋼材Ｂが掬い上げられる距離ｄは、ごく短いものである。距離ｄは、例えば、３０ｍｍ以下とすることができる。クロー３０の上昇が緊急停止されたことを認識した作業者は、クロー３０を下降させ、クロー３０への荷重の印加を解放した後、適宜、クロー３０の点検、鋼材Ｂの積層構造へのクロー３０の挿入のやり直し等を行えばよい。

このように、モータ４１の駆動電源の周波数が安定した時点で、閾値Ｌとの比較によるモータトルクの監視を開始することで、モータ４１の駆動開始直後のモータトルクの急激な上昇を、過荷重状態であると誤検知することなく、実際に過荷重状態が発生している場合には、早期に過荷重状態の発生を検知し、モータ４１を緊急停止させることができる。図７に示したように、地切りの瞬間に過荷重状態を検知し、クロー３０の上昇を停止させれば、過荷重状態のまま鋼材Ｂを高く持ち上げることによる曲損から、クロー３０を保護することができる。図７（ａ）に表示した実測のデータで、時刻Ｔ２で、モータトルクの監視を開始してから、時刻Ｔ３’で過荷重状態を検出し、さらに時刻Ｔ４で実際にクロー３０の上昇を停止するまでの経過時間は、最短で０．４秒であった。

（３）従来の形態との比較
従来からも、クレーン１において、モータトルクの監視による過荷重状態からの保護は、行われている。しかし、モータトルクと閾値との比較によって過荷重状態の監視を開始する時期を、上記本発明の実施形態のように、駆動電力の周波数を指標として決定するのではなく、例えば、モータ４１の回転開始から、所定の時間（無監視時間）が経過したことをもって、モータトルクによる過荷重状態の開始を開始していた。

そのような時間の経過を指標としてモータトルクの監視を開始する従来の形態を、図５（ｂ）に示す。ここでは、時刻ｔ０にモータ４１の回転を開始してから、所定の無監視時間ｔａ（例えば４秒）が経過するまでは、制御部４４は、閾値Ｌとの比較によるモータトルクの監視を開始しない。時間ｔａが経過すると、制御部４４は、モータトルクの監視を開始し、以降、モータトルクが閾値Ｌを超えると、モータ４１の回転を緊急停止させる。図５（ｂ）では、図５（ａ）と同様に、時刻ｔ３において、モータトルクが閾値Ｌを超えているが、時刻ｔ３は、時刻ｔ０から無監視時間ｔａが経過するよりも前であり、制御部４４は、時刻ｔ３の時点では、モータトルクが閾値Ｌを超えたことを、検出することができない。そして、無監視時間ｔａが経過した時点（時刻ｔ２’）ではじめて、モータトルクが閾値Ｌを超えていることを検知し、過荷重状態が発生していることを認識して、モータ４１の回転を緊急停止させるための制御信号Ｓ１，Ｓ２を発する。そして、不可避的な動作時間の後、時刻ｔ４’で、実際に、モータ４１の回転が緊急停止される。

この場合、過荷重状態の検知に、時刻ｔ３から時刻ｔ４’にわたる遅延時間が生じる。その遅延時間の間、過荷重状態が発生しているにもかかわらず、モータ４１は回転を続け、鋼材Ｂを支持したクロー３０は、上昇を続ける。その間、クロー３０に大きな負荷が印加され、クロー３０に曲損が発生する可能性がある。モータ４１の駆動開始直後に、ブレーキ４３を閉状態としたままモータ４１を回転させることにより、モータトルクが閾値Ｌを超えて大きくなる現象を、過荷重状態が発生したと誤検知するのを避けるためには、無監視時間ｔａを長めに設定する必要があるが、そうすると、過荷重状態が発生している場合に、それを検知できるまでの遅延時間が、ますます長くなる。一方、その遅延時間を短くすべく、モータ４１の回転開始後、モータトルクの監視を行わない無監視時間ｔａを短くするとすれば、モータ４１の駆動開始直後のモータトルクの急激な上昇を、過荷重状態が発生したと誤検知しやすくなり、搬送作業の能率を低下させることになる。

この従来の形態のように、モータ４１の回転開始から所定の無監視時間の経過を待ってモータトルクの監視を開始する形態においては、過荷重状態を、早期に、また正確に検出するのが難しい。この従来の監視形態は、主に、モータ４１自体を過負荷から保護するために用いられてきた。他にも、モータ４１自体を過負荷から保護するための制御として、モータ４１に流れる電流を監視する形態がある。いずれの形態においても、過荷重状態の発生から検出まで、長い時間、例えば数秒の時間を要するものであった。通常、クレーンにおいては、想定される荷重に対して、かなり余裕をもって、モータの定格が設定されており、過荷重状態が発生した際に、即座にモータの回転を停止させなくても、深刻な故障等には至りにくいこと等が、その理由である。また、クレーン１には、搬送対象物の重量を計測する等の目的で、ワイヤーロープ２３に荷重計（ロードセル）が設けられる場合があり、その荷重計測機構を、過荷重状態の検出に利用することも考えられる。しかし、荷重計を用いて正確に荷重を計測するためには、搬送対象物の支持状態が安定するまで待つ必要があり、過荷重状態が正確に検出できるようになるまでに、長い時間がかかる。

このように、従来から用いられているモータ４１の保護や荷重計測のための機構を、過荷重状態の監視に転用するとすれば、過荷重状態を検知するまでに、長い時間を要することになる。しかし、クロー３０をはじめとする支持具は、モータ４１の定格よりも小さい荷重の印加でも、損傷を起こしやすく、損傷を防ぐためには、過荷重状態が発生してから、早期に運転を停止することが重要となる。特に、上で説明したクロー３０は、板状の支持部３３が、一端を垂下部３２に支持されて、他端がほぼ水平方向に延出しているという構造により、また、鋼材Ｂ等の搬送対象物を、支持部３３で重力方向下方から支持するという機構により、過荷重の印加を受けた際に、容易に曲損を起こしてしまう。そこで、従来のモータ保護や荷重計測のための機構のように、検出までに長い時間を要する監視方法ではなく、本実施形態のように、駆動電源の周波数の安定をトリガーとして、早期にモータトルクの監視を開始し、過荷重状態が発生すると早期に検出できるようにしておくことで、クロー３０をはじめとするクレーン１の構成部材を、過荷重による損傷から効果的に保護することができる。同時に、誤検知による搬送作業の能率低下も、防ぐことができる。

また、本実施形態においては、駆動電源の周波数およびモータトルクに基づく過荷重状態の監視を、インバータ装置やマトリクスコンバータ等よりなる電源部４２から電気信号として出力される、周波数信号Ｆおよびトルク信号Ｔを利用して、行っている。よって、駆動電源の周波数およびモータトルクの監視を安定して行うことができる。また、従来一般に、モータの駆動および制御に用いられている電源装置を、そのまま電源部４２として利用することができるので、過荷重状態の監視にかかる機構を、簡便に、また安価に構築することができる。定期的な点検や校正の頻度も少なくて済む。特許文献２のように、電源装置（インバータユニット）とモータの間に、電流検出器を設けて、モータトルクを読み取る形態も考えられるが、その場合は、読み取られたモータトルクの値が不安定になりやすいとともに、電流計検出器の設置に、装置の改造と費用を要する。

（４）上昇速度の変更と過荷重監視
さらに、本実施形態においては、モータ４１の駆動電源の周波数が安定した時点で、モータトルクの監視を開始することにより、モータ４１の回転速度が変化することがあっても、過荷重状態の検出を、早期に、また正確に行うことができる。クレーン１においては、通常、クロー３０等の支持具を上昇させる際の上昇速度を、複数の設定速度から選択可能となっている。上昇速度の選択は、操作室１２から、作業者が行うことができる。

クロー３０の上昇速度を速くするほど、電源部４２からモータ４１に供給される駆動電源の周波数が高くなる。上記のように、モータ４１の回転を駆動してクロー３０の上昇を開始する際に、電源部４２から出力される周波数は、徐々に増大され、目標値に達するように制御されるが、クロー３０の上昇速度として選択された設定速度によって、駆動電源の周波数が目標値に安定するまでの時間は異なる。つまり、設定速度が大きくなり、目標周波数が高くなると、目標値に達するまでに要する時間が長くなる。また、目標周波数が高くなるほど、モータ４１の回転開始直後のモータトルクの上昇量も大きくなり、上昇が収束するまでの時間も長くなる。

図８に、クロー３０の上昇速度を変更した場合の周波数およびモータトルクの挙動について、実測した例を示す。クロー３０の上昇速度が、（ａ）で低速（１ノッチ）、（ｂ）で中速（２ノッチ）、（ｃ）で高速（３ノッチ）となっている。周波数の時間変化を破線にて表示しているが、クロー３０の上昇速度が速くなるほど、目標周波数、つまり増大後に平坦になる周波数レベルが、高くなっている。また、ガイド線で表示するように、クロー３０の上昇速度が速くなるほど、周波数が増大し、目標周波数に達するまでの時間が、長くなっている。さらに、モータトルクが急激に上昇した後、小さな値に落ち着くまでの時間も、長くなっている。

従来のように、モータ４１の回転開始から所定の無監視時間が経過した時点で、閾値との比較によるモータトルクの監視を開始する場合に、無監視時間を、クロー３０の上昇速度によらず一定とするならば、モータトルクの初期の上昇が収束したにもかかわらず、モータトルクの監視が開始されない時間が、上昇速度が遅い場合ほど、長くなってしまう。また、無監視時間を短くすれば、特に上昇速度が速い場合に、モータトルクの初期の上昇を、過荷重状態が発生したと誤検知しやすくなる。無監視時間を、クロー３０の上昇速度に応じて変更することも考えられるが、それでも、上昇速度の多様な変更に対応し、過荷重状態を早期に、また正確に検出することは難しい。例えば、作業者が、モータ４１の回転開始直後に、上昇速度を切り替えた場合等に、無監視時間を適切に設定することは難しい。

一方、本実施形態においては、周波数が、増大後に、目標値に安定した時点で、閾値との比較によるモータトルクの監視を開始する。図８（ａ）〜（ｃ）のように、クロー３０の上昇速度を変更し、周波数が目標値に安定するまでの時間が変化した場合でも、毎回、周波数の時間変化を監視し、実際に所定の目標値に安定したのを確認して、その時点でモータトルクの監視を開始するので、選択した上昇速度によらず、地切りの瞬間から、過荷重状態の有無を監視し、過荷重状態が発生すると、早期に、クロー３０の上昇を停止させることができる。作業者が、モータ４１の回転開始直後に、上昇速度を切り替える場合等、上昇速度が多様に変更されることがあっても、その変更様式に応じて、実際に周波数が所定値に安定したのを確認してから、モータトルクの監視を開始するので、誤検知を起こさずに、過荷重状態を早期に発見することが可能である。

以上、昇降装置が、支持具としてクロー３０を備えたクレーン１である場合について、モータ４１の駆動電源の周波数とモータトルクを指標として、過荷重状態を監視する形態について、詳細に説明した。上記のように、昇降装置の種類は、クレーンに限られるものではないが、クレーンは、各種昇降装置の中でも、作業者等が十分に認識できないまま、過荷重状態が発生しやすいものであり、また、過荷重状態を早期に検知することが重要であるため、上記のように、モータの駆動電源の周波数とモータトルクを指標として、上昇開始直後に、正確に、また早期に過荷重状態を検出することの意義が大きい。また、支持具も、クロー３０に限定されるものではなく、フックやバスケット等であってもよいが、上記のように、搬送対象物に対して重力方向下方から挿入し、支持する形態のクロー３０等の支持具は、その構造および支持機構から、他種の支持具に比べて、過荷重による損傷が深刻となりやすいので、本実施形態を適用し、早期に過荷重状態を検出することで、過荷重からの保護することの効果を、特に高めることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１ クレーン（昇降装置）
１０ 走行体
２０ 台車
２２ 巻き揚げ装置
２３ ワイヤーロープ
２４ マスト
２７ ビーム
３０ クロー（支持具）
３１ 取り付け部
３２ 垂下部
３３ 支持部
４０ 駆動制御装置
４１ モータ
４２ 電源部
４３ ブレーキ
４４ 制御部
Ｂ 鋼材（搬送対象物）

Claims (5)

1. ブレーキを備えたモータと、
   前記モータに周波数可変の交流を駆動電源として出力する電源部と、
   搬送対象物を支持し、前記モータの回転によって昇降される支持具と、
   前記電源部および前記ブレーキを制御し、前記モータの回転を緊急停止させることができる制御部とを有し、
   前記支持具の上昇の開始時に、前記電源部は、前記駆動電源の周波数を徐々に増大させ、前記制御部は、前記駆動電源の周波数が所定値に安定した時点で、モータトルクの監視を開始し、前記モータトルクが閾値を超えたのを検出すると、前記モータの回転を緊急停止させることを特徴とする昇降装置。
2. 前記昇降装置は、クレーンであることを特徴とする請求項１に記載の昇降装置。
3. 前記支持具は、前記搬送対象物に対して重力方向下側に挿入され、前記搬送対象物を重力方向下側から支持するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の昇降装置。
4. 前記電源部は、前記駆動電源の周波数および前記モータトルクに応じた電気信号を出力可能であり、前記制御部は、該電気信号を入力されることで、前記モータトルクを監視することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の昇降装置。
5. 前記支持具の上昇速度を、複数の設定速度から選択可能であり、
   選択された設定速度によって、前記支持具の上昇を開始する際に前記駆動電源の周波数が安定するまでの時間が、異なることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の昇降装置。

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