JP2023028913A - クレーン、及びクレーンの停止方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転のためのエネルギーの低減、装置の省スペース化、及び軽量化を図ることができるクレーン、及びクレーンの停止方法を提供する。【解決手段】駆動源32,42が、永久磁石励磁型モータ36,46を有している。この永久磁石励磁型モータ36,46は、減速機を用いて回転数を減速しなくとも、低回転数にて、クレーン1の運転に十分な容量(kW)を確保することが可能である。従って、駆動部31,41の回転軸34,44は、減速機を介することなく、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47と同軸に設けられている。減速機を省略することによって、減速機のためのスペースを省略することができる上、減速機を介して駆動部31,41の回転軸34,44とモータの出力軸37,47をずらして配置しなくともよくなる。駆動部31,41は、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47からの駆動力を効率的に用いることができる。【選択図】図3
Description
本発明は、クレーン、及びクレーンの停止方法に関する。
従来、対象物を吊ることで保持する吊部と、吊部を水平方向に移動させる移動部と、を備えるクレーンが知られている(例えば、特許文献1参照)。このクレーンは、保持対象を目標位置へ移動するために、巻上装置で吊部のワイヤの巻き上げを行ったり、走行装置による走行、及び横行装置による横行を行う。
上述のクレーンでは、巻上装置、走行装置、及び横行装置などの駆動装置は、巻取ドラムや車輪などの駆動部と、当該駆動部の駆動力を発生するモータを備える。そして、駆動部の回転軸と、モータの出力軸とは、減速機を介して接続されている。これにより、クレーンは、モータの回転数を減速機で低減させて、任意の速度にて駆動部を駆動させている。しかしながら、クレーンにおいては、運転のためのエネルギーの低減、装置の省スペース化、及び軽量化を図ることが求められていた。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、運転のためのエネルギーの低減、装置の省スペース化、及び軽量化を図ることができるクレーン、及びクレーンの停止方法を提供することを目的とする。
本発明に係るクレーンは、対象物を吊ることで保持する吊部を有し、当該吊部を移動させるクレーンであって、クレーンを動作させる駆動部と、駆動部の駆動力を発生させる駆動源と、を備え、駆動源は、永久磁石励磁型モータを有し、駆動部の回転軸は、永久磁石励磁型モータの出力軸と同軸に設けられている。
このクレーンでは、駆動部の駆動力を発生させる駆動源が、永久磁石励磁型モータを有している。この永久磁石励磁型モータは、減速機を用いて回転数を減速しなくとも、低回転数にて、クレーンの運転に十分な容量を確保することが可能である。従って、駆動部の回転軸は、減速機を介することなく、永久磁石励磁型モータの出力軸と同軸に設けられている。減速機を省略することによって、減速機のためのスペースを省略することができる上、減速機を介して駆動部の回転軸とモータの出力軸をずらして配置しなくともよくなる。また、駆動部は、永久磁石励磁型モータの出力軸からの駆動力を効率的に用いることができる。以上より、クレーンの運転のためのエネルギーの低減、装置の省スペース化、及び軽量化を図ることができる。
クレーンは、永久磁石励磁型モータに対して電気的に制動力を発生する制御処理を行うことによって、駆動部を制動する電気的制動部と、機械的な制動力によって、駆動部を制動する機械的制動部と、を備え、駆動部は、通常停止モードと、通常停止モードに比して速やかに停止する非常停止モードと、を有し、通常停止モードでは、駆動部は、電気的制動部及び機械的制動部を併用して停止してよい。例えば、停止時に機械的制動部のみを用いて駆動部の制動を行う場合、機械的制動部の劣化が発生する可能性がある。そのため、通常運転モードでは、機械的制動部のみならず、電気的制動部を用いることで、機械的制動部の劣化を抑制することができる。
通常停止モードでは、機械的制動部は、電気的制動部の制御処理開始の後に、動作を開始してよい。この場合、機械的制動部は、電気的制動部で駆動部の速度を十分に低下させた後に、機械的な制動力を付与できるため、劣化を抑制することができる。
非常停止モードでは、駆動部は機械的制動部の動作のみによって停止してよい。非常停止モードでは、速やかに駆動部を停止させなくてはならないが、電気的制動部で急激に制動を行った場合、永久磁石励磁型モータの発熱量が大きくなりダメージを受ける可能性がある。従って、駆動部が機械的制動部の動作のみによって速やかに停止することで、永久磁石励磁型モータのダメージを低減することができる。
クレーンは、機械的な制動力によって、駆動部を制動する機械的制動部を更に備え、駆動部には、外周側へ広がる鍔部が設けられ、機械的制動部は、鍔部に制動力を付与してよい。例えば、巻取ドラムなどにもともと鍔部が設けられていた場合、当該既存の鍔部を機械的制動部が制動力を付与する部材として用いることができる。
永久磁石励磁型モータの極数は、10極より大きくてよい。この場合、低回転数で十分な容量を確保することができる。
本発明に係るクレーンの停止方法は、対象物を吊ることで保持する吊部を有し、当該吊部を移動させるクレーンを停止させるクレーンの停止方法であって、クレーンは、クレーンを動作させる駆動部と、駆動部の駆動力を発生させる駆動源と、を備え、駆動源は、永久磁石励磁型モータを有し、永久磁石励磁型モータに対して電気的に制動力を発生する制御処理を行い、駆動部を制動する。
このクレーンの停止方法によれば、駆動部の駆動力を発生させる駆動源が、永久磁石励磁型モータを有している。この永久磁石励磁型モータは、減速機を用いて回転数を減速しなくとも、低回転数にて、クレーンの運転に十分な容量を確保することが可能である。また、永久磁石励磁型モータに対して電気的に制動力を発生する制御処理が可能となるため、当該制動処理を行い、駆動部を制動することができる。
本発明によれば、運転のためのエネルギーの低減、装置の省スペース化、及び軽量化を図ることができるクレーン、及びクレーンの停止方法を提供する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態に係るクレーン1の概略正面図である。図1に示すように、クレーン1は、天井クレーンであり、対象物を吊部6で保持し、当該吊部6を対象物と共に移動させる装置である。なお、クレーン1は、天井クレーンに限定されず、ホイストクレーン、門型クレーン、ジブクレーン等であってもよい。また、対象物も特に限定されず、コイル、スラブ、結束棒鋼、鉄板など、様々な物品が採用されてもよい。
図1に示すように、クレーン1は、レール2、ガーダ3、トロリ4、吊部6、走行装置7、横行装置8、巻上装置9、及び制御部10を備える。
レール2は、ガーダ3及びトロリ4を介した吊部6の走行方向D1の移動をガイドする部材である。レール2は、横行方向D2に互いに離間すると共に、走行方向D1に平行に延びる一対のガイド部材である。レール2は、クレーン1が設けられる建屋の天井に固定されている。ガーダ3は、トロリ4を介した吊部6の横行方向D2の移動をガイドする一対の部材である。ガーダ3は、走行方向D1に互いに離間すると共に、一対のレール2に架け渡されるように横行方向D2に平行に延びる一対のガイド部材である。ガーダ3は、後述の走行装置7によって、レール2に沿って走行方向D1へ走行可能である。トロリ4は、ガーダ3に支持された状態で、吊部6を吊り下げる。トロリ4は、後述の横行装置8によって、ガーダ3に沿って横行方向D2へ横行可能である。
走行装置7は、ガーダ3をレール2に沿って走行させるための装置である。走行装置7は、ガーダ3の横行方向D2の両端にそれぞれ設けられる。各走行装置7は、車輪21を有する。横行装置8は、トロリ4をガーダ3に沿って横行させるための装置である。横行装置8は、トロリ4に設けられた車輪22を有する。
吊部6は、対象物を吊ることによって保持する。吊部6は、ワイヤ23によってトロリ4から吊り下げられている。吊部6は、トロリ4に設けられた巻上装置9とワイヤ23を介して接続されている。従って、巻上装置9は、ワイヤ23を巻き上げることで、吊部6を上昇させることができる。
ここで、図2を参照して、走行装置7の具体的な構成について説明する。図2は、走行装置7の構成の一例を示す斜視図である。図2に示すように、走行装置7は、駆動部31と、駆動源32と、機械的制動機構33と、を備える。駆動部31は、クレーン1を動作させる機器である。駆動部31は、前述の車輪21(図1も参照)と、車輪21に設けられた回転軸34と、を備える。回転軸34は、車輪21の中心位置に固定されており、横行方向D2と平行に延びている。駆動源32は、駆動部31の駆動力を発生させる機器である。駆動源32は、永久磁石励磁型モータ36を備えている。永久磁石励磁型モータ36は、中心位置から駆動部31側に引き出された出力軸37を有している。出力軸37は、横行方向D2と平行に延びて駆動部31の回転軸34と連結されている。このため、永久磁石励磁型モータ36が回転すると、出力軸37及び回転軸34を介して回転力が伝達されることで、車輪21が回転する。なお、出力軸37と回転軸34との関係については後述する。
機械的制動機構33は、機械的な制動力によって、駆動部31の回転を制動する機構である。機械的制動機構33は、横行方向D2に往復動作可能なブレーキパッド33aを有する。一方、駆動源32には、出力軸37と同軸に配置され、出力軸37と連動して回転するブレーキディスク板38が設けられている。機械的制動機構33は、ブレーキパッド33aをブレーキディスク板38に押し当てることによって、出力軸37と共に回転するブレーキディスク板38との間で摩擦力を発生させる。当該摩擦力が制動力としてブレーキディスク板38に作用することで、ブレーキディスク板38の回転が減速、または停止する。これにより、機械的制動機構33は、ブレーキディスク板38を介して、駆動部31に対する機械的な制動力を付与することができる。
なお、横行装置8は、駆動部31の回転軸34及び永久磁石励磁型モータ36の出力軸37が走行方向D1に延びる点以外は、走行装置7と同趣旨の構成を有している。
次に、図3を参照して、巻上装置9の具体的な構成について説明する。図3は、巻上装置9の構成の一例を示す斜視図である。図3に示すように、巻上装置9は、駆動部41と、駆動源42と、機械的制動機構43と、を備える。駆動部41は、クレーン1を動作させる機器である。駆動部41は、回転することによってワイヤ23の巻き上げと巻き下げを行う巻取ドラム40と、巻取ドラム40に設けられた回転軸44と、を備える。回転軸44は、巻取ドラム40の中心位置に固定されており、走行方向D1と平行に延びている。駆動源42は、駆動部41の駆動力を発生させる機器である。駆動源42は、永久磁石励磁型モータ46を備えている。永久磁石励磁型モータ46は、中心位置から駆動部41側に引き出された出力軸47を有している。出力軸47は、走行方向D1と平行に延びて駆動部41の回転軸44と連結されている。このため、永久磁石励磁型モータ46が回転すると、出力軸47及び回転軸44を介して回転力が伝達されることで、巻取ドラム40が回転する。なお、出力軸47と回転軸44との関係については後述する。なお、回転軸44及び出力軸47が延びる方向は特に限定されず、横行方向D2に平行に延びてもよい。
機械的制動機構43は、駆動部41に機械的な制動力を付与することによって、駆動部41の回転を制動する機構である。機械的制動機構43は、走行方向D1に往復動作可能なブレーキパッド43aを有する。一方、駆動部41には、外周側へ広がる鍔部49が設けられる。鍔部49は、巻取ドラム40よりも大きい直径を有する円板状の部分である。鍔部49は、巻取ドラム40と連動して回転する。この鍔部49は、機械的制動機構43に対するブレーキディスク板48として機能する。機械的制動機構43は、ブレーキパッド43aをブレーキディスク板48に押し当てることによって、巻取ドラム40と共に回転するブレーキディスク板48との間で摩擦力を発生させる。当該摩擦力が制動力としてブレーキディスク板48に作用することで、ブレーキディスク板48の回転が減速、または停止する。これにより、機械的制動機構43は、ブレーキディスク板48を介して、駆動部41に対する機械的な制動力を付与することができる。ブレーキディスク板48として用いられる巻取ドラム40の鍔部49は、既存の鍔部をそのままブレーキディスク板48として流用してもよく、既存の鍔部よりも径を拡大した上でブレーキディスク板48として使用してもよい。
次に、永久磁石励磁型モータ36,46について詳細に説明する。「永久磁石励磁型モータ」は、回転子として永久磁石を用いるモータである。回転子は、固定子巻線に印加される交流電圧と永久磁石とにより生じる回転磁界と同期して回転する。永久磁石励磁型モータ36,46は、PM(Permanent Magnet)モータとも称される。永久磁石励磁型モータ36,46として、例えば、回転子の中に永久磁石を埋め込んだIPMモータ、回転子の表面に永久磁石を貼り付けたSPMモータなどが採用される。永久磁石励磁型モータ36,46の極数(ステータの電磁石の数)は、10極より大きいことが好ましく、例えば、20極以上、24極以上、40極以上であってよい。なお、極数の上限値は特に限定されない。
次に、駆動部31,41の回転軸34,44と永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47との関係について説明する。図2に示すように、駆動部31の回転軸34は、永久磁石励磁型モータ36の出力軸37と同軸に設けられている。また、図3に示すように、駆動部41の回転軸44は、永久磁石励磁型モータ46の出力軸47と同軸に設けられている。この場合、駆動部31,41の回転軸34,44の中心軸線CL1,CL3は、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47の中心軸線CL2,CL4と一致している。また、駆動部31,41の回転軸34,44と、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47とは、互いに回転数が一致するように連結される。すなわち、駆動部31,41の回転軸34,44は、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47と同じ回転数にて回転する。従って、駆動部31,41の回転軸34,44は、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47と同じ回転数にて回転する。駆動部31,41の回転軸34,44と永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47と連結する継手部材35,45は、両者が回転方向に滑らないように固定している。なお、上記関係を満たしていれば、駆動部31,41の回転軸34,44の直径は、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47の直径と異なっていてよい。
図1に戻り、制御部10について説明する。制御部10は、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信インターフェース及びユーザインターフェースを備え、一般的なコンピュータとして構成されている。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)などの演算器である。メモリは、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの記憶媒体である。ストレージは、HDD(Hard Disk Drive)などの記憶媒体である。通信インターフェースは、データ通信を実現する通信機器である。ユーザインターフェースは、液晶やスピーカなどの出力器、及び、操縦レバー、ボタン、キーボードやタッチパネルやマイクなどの入力器である。プロセッサは、メモリ、ストレージ、通信インターフェース及びユーザインターフェースを統括し、後述する機能を実現する。制御部10では、例えば、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、RAMにロードされたプログラムをCPUで実行することにより各種の機能を実現する。制御部10は、複数のコンピュータから構成されていてもよい。
制御部10は、クレーン1全体を総合的に制御する装置である。制御部10は、モータ制御部11と、制動機構制御部12と、を備える。制御部10は、走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9に電気的に接続されており、各種検出信号を受信すると共に、各種制御信号を送信することができる。モータ制御部11は、走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9の永久磁石励磁型モータ36,46をインバータ制御するユニットである。
モータ制御部11は、駆動制御部13と、電気的制動部14と、を備える。駆動制御部13は、走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9の永久磁石励磁型モータ36,46に対して所定速度の指令値を送信することによって、所定の速度にて永久磁石励磁型モータ36,46を駆動させる。
なお、駆動制御部13は、永久磁石励磁型モータ36,46の運転開始時には、初期磁極検出を行う。駆動制御部13は、初期磁極検出方式として、引き込み電流で回転子を起動させる引き込み方式を採用してよく、高周波をモータに印加して回転子の位置を検出する高周波重畳方式を採用してよく、あるいは、パルス信号をモータに入力して回転子の位置を検出するパルス方式を採用してよい。
また、駆動制御部13は、永久磁石励磁型モータ36,46の制御方式として、PM用PGなしベクトル制御を採用してよい。この制御方法は、IPMモータ、SPMモータを制御可能である。この制御方式は、高い応答性や正確な速度制御を要求しない可変速全般向けの制御モードである。速度制御範囲は1:20である。
また、駆動制御部13は、永久磁石励磁型モータ36,46の制御方式として、PM用PGなしアドバンストベクトル制御を採用してよい。この制御方法は、IPMモータを制御可能である。この制御方式は、高精度な速度制御や、トルク制限動作が必要な可変速全般向けの制御モードである。速度制御範囲は1:20である。「高周波重畳選択=あり」に設定すると、速度制御範囲は1:100となる。なお、速度制御範囲1:100は瞬時速度領域である。連続運転を行う場合は、インバータ及びモータの容量を調整する必要がある。
また、駆動制御部13は、永久磁石励磁型モータ36,46の制御方式として、PM用PG付きベクトル制御を採用してよい。この制御方法は、PMモータを制御可能である。この制御方式は、高精度制御を必要とする定トルク用途向けの制御モードである。また、トルク応答性が速く、高性能なトルク制御が必要な可変速全般向けの制御モードである。モータからの速度フィードバック信号が必要である。速度制御範囲は1:1500である。
また、駆動制御部13は、永久磁石励磁型モータ36,46の制御方式として、簡易ベクトル制御を採用してよい。この制御方法は、誘導モータ、PMモータを制御可能である。この制御方式は、より簡単な手順でモータを高効率にドライブすることができる。
駆動制御部13は、低速(定格速度に対する10%速度)領域での電流補償をしてよい。例えば、駆動制御部13は、永久磁石の磁束と回転磁界の角度が90°ずれた時などに、トルク補償を行ってよい。
モーターフリーラン時の電圧発生時の回避は原理的に行えないため、インバータが壊れないような誘起電圧にしてよい。
電気的制動部14は、走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9の永久磁石励磁型モータに対して、電気的に制動力を発生する制動処理を行うことによって、走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9の駆動部31,41を制動するユニットである。すなわち、本実施形態では、クレーン1の各駆動部31,41に対して、インバータ制御が可能な永久磁石励磁型モータ36,46を採用しているため、制動処理を行うことによって電気的な制動力を発生することが可能となっている。
電気的制動部14は、電気的な制動力を発生するための制動処理として、直流制動、短絡制動、ゼロ速制御、およびこれらを組み合わせた処理を行うことができる。直流制動とは、永久磁石励磁型モータ36,46の巻線に直流電流を流して、電力を消費させて回転子に対して制動力を発生させる処理である。短絡制動とは、モータが回転中に発生している誘導起電力を短絡させ、巻線に回転中と逆の方向の電流を流すことで、回転子に対して制動力を発生させる処理である。ゼロ速制御とは、永久磁石励磁型モータ36,46に対する電流と速度を制御することで、永久磁石励磁型モータ36,46の回転速度をゼロ速度、すなわち永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸が停止した状態となるように制御する処理である。ゼロ速制御では、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸に外力がかかる場合でも、出力軸は停止した状態を維持する。なお、電気的制動部14は、直流制動を開始する周波数を設定し、当該設定値以下になったタイミングで、予め設定した直流電流を設定時間だけ永久磁石励磁型モータ36,46に流せばよい。電気的制動部14は、短絡制動を開始する周波数を設定し、当該設定値以下になったタイミングで、予め設定した設定時間だけ短絡制動を行い、短絡制動が完了したら、設定した時間だけ直流制動を行えばよい。電気的制動部14は、ゼロ速制御を開始する周波数を設定し、当該設定値以下になったタイミングで、予め設定した設定時間だけゼロ速制御を行えばよい。
なお、駆動制御部13が、現在の速度よりも低い速度の指令値を出力することで、結果的に永久磁石励磁型モータ36,46の速度が低下したとしても、当該処理は制動力を発生させることによって減速を行ったものではない。従って、速度制御によって減速する制御処理は、電気的な制動力を発生する制動処理には該当しない。
制動機構制御部12は、走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9の機械的制動機構33,43を制御するユニットである。制動機構制御部12は、機械的制動機構33,43に制御信号を送信することで、ブレーキパッド33a,43aのブレーキディスク板38,48に対する接触、及び非接触を切り替える。機械的制動機構33,43は、油圧機構であってもよく、電磁式の機構であってもよい。以上より、制動機構制御部12及び機械的制動機構33,43の組み合わせによって、機械的な制動力によって、駆動部31,41を制動する機械的制動部50が構成される。
次に、クレーン1の停止時の制御内容について説明する。なお、ここでのクレーン1の停止とは、走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9の何れかが停止することを意味し、必ずしも走行装置7、横行装置8、及び巻上装置9の全てが停止しなくてもよい。走行装置7、横行装置8の駆動部31が停止することとは、車輪21,22の回転が停止することである。巻上装置9が停止することとは、巻取ドラムの動作が停止して、吊部6の動作が停止することである。
駆動部31,41は、通常停止モードと、非常停止モードと、を有する。すなわち、制御部10は、駆動部31,41を通常停止モード、及び非常停止モードの何れかのモードにて停止する。非常停止モードは、通常停止モードに比して速やかに停止させる必要がある停止モードである。例えば、作業者によって非常停止ボタンが押された場合、またはクレーン1の動作に関わる機器の故障(巻上重故障など)などの場合に、速やかにクレーン1の動作を停止する必要がある場合に、非常停止モードが選択される。非常停止モード以外の場合に、通常停止モードが選択される。例えば、作業者の指示や、自動運転における停止制御に従ってクレーン1の動作を停止する場合などは、通常停止モードが選択される。
通常停止モードでは、駆動部31,41は、電気的制動部14及び機械的制動部50を併用して停止する。すなわち、制御部10は、通常停止モードは、電気的制動部14及び制動機構制御部12の協働によって、駆動部31,41を停止させる。例えば、通常停止モードでは、機械的制動部50は、電気的制動部14の制御処理開始の後に、動作を開始する。この場合、電気的制動部14が制動処理を開始することによってある程度の速度まで駆動部31,41を減速させた後、機械的制動部50が機械的な制動力によって、駆動部31,41を完全に停止させる。
非常停止モードでは、駆動部31,41は機械的制動部50の動作のみによって停止する。制御部10がクレーン1の異常を検知した場合、電気的制動部14による制御処理を行うことなく、ただちに機械的制動部50による機械的な制動力によって駆動部31,41を停止する。例えば、機械的制動機構33,43として油圧ブレーキが採用されていた場合、機械的制動部50は、通常時は主回路を入れておくことで電磁弁を動作させてブレーキパッド33a,43aをブレーキディスク板38,48から離間させておき、非常停止モードになったタイミングにて、即時に主回路を切って電磁弁の動作が停止し、ブレーキパッド33a,43aでブレーキディスク板38,48を押さえる。
次に、図4を参照して、クレーン1の動作について説明する。図4は、クレーン1の動作を示すフローチャートである。図4に示す制御処理は、制御部10によって実行される。なお、ここでは、巻上装置9の動作を例にして説明を行うが、走行装置7及び横行装置8においても同趣旨の処理が行われる。まず、制御部10は、運転開始準備のための処理を行う(ステップS110)。S110では、制御部10は、巻上装置9の永久磁石励磁型モータ46に対するインバータ電源をONとする。駆動制御部13は、初期磁極検出を行うと共に、運転指令をONとし、出力周波数を検出する。また、制動機構制御部12は、機械的制動機構43を開放する。
次に、駆動制御部13は、任意の速度の速度指令を永久磁石励磁型モータ46に出力することで、任意の速度にて永久磁石励磁型モータ46の運転を行う(ステップS120)。そして、制御部10は、運転指令がOFFになっているか否かを判定する(ステップS130)。ステップS130において運転指令がOFFではないと判定した場合、制御部10は再びステップS120から処理を繰り返す。
一方、ステップS130において運転指令がOFFになっていると判定した場合、制御部10は、当該停止が通常停止であるか否かを判定する(ステップS140)。このとき、制御部10は、作業者による停止ボタンの状況や、吊部6の落下速度などを検出して判定を行う。
ステップS140において通常停止であると判定した場合、駆動制御部13は、通常停止モードにて停止を行うために、設定減速時間で駆動部41を減速する(ステップS150)。次に、所定の速度まで減速したら(あるいは所定時間経過したら)、電気的制動部14は、永久磁石励磁型モータ46に対して電気的に制動力を発生する制御処理を行い、駆動部41を制動する(ステップS160)。次に、所定の速度まで減速したら(あるいは所定時間経過したら)、制動機構制御部12は、機械的制動機構43を制御して、機械的な制動力によって駆動部41を制動する(ステップS170)。以上により、駆動部41が停止して、図4に示す制御処理が終了する。
一方、制御部10が、ステップS140において通常停止ではないと判定した場合、非常停止モードにて駆動部41を停止する非常停止処理を行う(ステップS180)。制動機構制御部12は、即時に機械的制動機構43を制御して、機械的な制動力によって駆動部41を制動する(ステップS190)。以上により、駆動部41が停止して、図4に示す制御処理が終了する。
次に、本実施形態に係るクレーン1、及びクレーン1の停止方法の作用・効果について説明する。
まず、図5及び図6を参照して、比較例に係るクレーンの走行装置7及び巻上装置9について説明する。図5に示すように、比較例に係るクレーンの走行装置7のモータ136として、永久磁石励磁型モータではなく、かご型モータなどの誘導モータが採用されている。この場合、クレーン1の運転に必要な容量(kW)を確保するために、駆動部31の回転軸34とモータ136の出力軸37との間に減速機135を設ける必要がある。この場合、回転軸34の中心軸線CL1と、出力軸37の中心軸線CL2とは、互いに偏心した状態で配置される。図6に示すように、巻上装置9においても、モータ146としてかご型モータが採用されることで、駆動部41の回転軸とモータ146の出力軸との間に減速機145を設ける必要がある。この場合、回転軸の中心軸線CL3と、出力軸の中心軸線CL4とは、互いに偏心した状態で配置される。
これに対し、本実施形態に係るクレーン1では、駆動部31,41の駆動力を発生させる駆動源32,42が、永久磁石励磁型モータ36,46を有している。この永久磁石励磁型モータ36,46は、減速機を用いて回転数を減速しなくとも、低回転数にて、クレーン1の運転に十分な容量(kW)を確保することが可能である。従って、駆動部31,41の回転軸34,44は、減速機を介することなく、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47と同軸に設けられている。減速機を省略することによって、減速機のためのスペースを省略することができる上、減速機を介して駆動部31,41の回転軸34,44とモータの出力軸37,47をずらして配置しなくともよくなる。また、駆動部31,41は、永久磁石励磁型モータ36,46の出力軸37,47からの駆動力を効率的に用いることができる。以上より、クレーン1の運転のためのエネルギーの低減、装置の省スペース化、及び軽量化を図ることができる。また、減速機をメンテナンスするためのコストを削減することが可能となる。
クレーン1は、永久磁石励磁型モータ36,46に対して電気的に制動力を発生する制御処理を行うことによって、駆動部31,41を制動する電気的制動部14と、機械的な制動力によって、駆動部31,41を制動する機械的制動部50と、を備え、駆動部31,41は、通常停止モードと、通常停止モードに比して速やかに停止する非常停止モードと、を有し、通常停止モードでは、駆動部31,41は、電気的制動部14及び機械的制動部50を併用して停止してよい。例えば、比較的高速で運転している状態から停止する時に機械的制動部50のみを用いて駆動部31,41の制動を行う場合、機械的制動部50のブレーキパッド33a,43a劣化が発生する可能性がある。そのため、通常運転モードでは、機械的制動部50のみならず、電気的制動部14を用いることで、機械的制動部50のブレーキパッド33a,43aの劣化を抑制することができる。
通常停止モードでは、機械的制動部50は、電気的制動部14の制御処理開始の後に、動作を開始してよい。この場合、機械的制動部50は、電気的制動部14で駆動部31,41の速度を十分に低下させた後に、機械的な制動力を付与できるため、ブレーキパッド33a,43aの劣化を抑制することができる。
非常停止モードでは、駆動部31,41は機械的制動部50の動作のみによって停止してよい。非常停止モードでは、速やかに駆動部31,41を停止させなくてはならないが、電気的制動部14で急激に制動を行った場合、永久磁石励磁型モータ36,46の発熱量が大きくなりダメージを受ける可能性がある。従って、駆動部31,41が機械的制動部50の動作にみによって速やかに停止することで、永久磁石励磁型モータ36,46のダメージを低減することができる。
クレーン1は、機械的な制動力によって、駆動部31,41を制動する機械的制動部50を更に備え、駆動部31,41には、外周側へ広がる鍔部49が設けられ、機械的制動部50は、鍔部49に制動力を付与してよい。例えば、巻取ドラム40などにもともと鍔部49が設けられていた場合、当該既存の鍔部49を機械的制動部50が制動力を付与する部材として用いることができる。
永久磁石励磁型モータ36,46の極数は、10極より大きくてよい。この場合、低回転数で十分な容量を確保することができる。
本実施形態に係るクレーンの停止方法は、対象物を吊ることで保持する吊部6を有し、当該吊部6を移動させるクレーンを停止させるクレーンの停止方法であって、クレーン1は、クレーン1を動作させる駆動部31,41と、駆動部31,41の駆動力を発生させる駆動源32,42と、を備え、駆動源32,42は、永久磁石励磁型モータ36,46を有し、永久磁石励磁型モータ36,46に対して電気的に制動力を発生する制御処理を行い、駆動部31,41を制動する。
このクレーン1の停止方法によれば、駆動部31,41の駆動力を発生させる駆動源32,42が、永久磁石励磁型モータ36,46を有している。この永久磁石励磁型モータ36,46は、減速機を用いて回転数を減速しなくとも、低回転数にて、クレーン1の運転に十分な容量を確保することが可能である。また、永久磁石励磁型モータ36,46に対して電気的に制動力を発生する制御処理が可能となるため、当該制動処理を行い、駆動部31,41を制動することができる。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述のクレーンの構成は一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してもよい。また、図2及び図3に示す各構成要素の構成は一例に過ぎず、適宜変更可能である。
1…クレーン、14…電気的制動部、31,41…駆動部、32,42…駆動源、34,44…回転軸、36,46…永久磁石励磁型モータ、37,47…出力軸、49…鍔部、50…機械的制動部。
Claims (7)
- 対象物を吊ることで保持する吊部を有し、当該吊部を移動させるクレーンであって、
前記クレーンを動作させる駆動部と、
前記駆動部の駆動力を発生させる駆動源と、を備え、
前記駆動源は、永久磁石励磁型モータを有し、
前記駆動部の回転軸は、前記永久磁石励磁型モータの出力軸と同軸に設けられている、クレーン。 - 前記永久磁石励磁型モータに対して電気的に制動力を発生する制御処理を行うことによって、前記駆動部を制動する電気的制動部と、
機械的な制動力によって、前記駆動部を制動する機械的制動部と、を備え、
前記駆動部は、通常停止モードと、前記通常停止モードに比して速やかに停止する非常停止モードと、を有し、
前記通常停止モードでは、前記駆動部は、前記電気的制動部及び前記機械的制動部を併用して停止する、請求項1に記載のクレーン。 - 前記通常停止モードでは、前記機械的制動部は、前記電気的制動部の制御処理開始の後に、動作を開始する、請求項2に記載のクレーン。
- 前記非常停止モードでは、前記駆動部は前記機械的制動部の動作のみによって停止する、請求項2又は3に記載のクレーン。
- 機械的な制動力によって、前記駆動部を制動する機械的制動部を更に備え、
前記駆動部には、外周側へ広がる鍔部が設けられ、
前記機械的制動部は、前記鍔部に制動力を付与する、請求項1~4の何れか一項に記載のクレーン。 - 前記永久磁石励磁型モータの極数は、10極より大きい、請求項1~5の何れか一項に記載のクレーン。
- 対象物を吊ることで保持する吊部を有し、当該吊部を移動させるクレーンを停止させるクレーンの停止方法であって、
前記クレーンは、前記クレーンを動作させる駆動部と、
前記駆動部の駆動力を発生させる駆動源と、を備え、
前記駆動源は、永久磁石励磁型モータを有し、
前記永久磁石励磁型モータに対して電気的に制動力を発生する制御処理を行い、前記駆動部を制動する、クレーンの停止方法。
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