JP3275422B2 - インバータ制御によるホイスト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインバータで巻上、巻下
用モータを制御するホイストに関し、特に大容量のホイ
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】定格荷重が３５トン以上の大容量ホイス
トにあっては、クラブクレーンと同等の特性が要求され
る。即ち、巻上電動機の回転速度は０〜定格速度までの
広範囲な可変則運転と低速度領域での高トルクが要求さ
れる。

【０００３】そこで、従来はクラブクレーンと同様に、
巻上荷重や使用場所等の用途によって巻上電動機は、直
流電動が使用され、ワードレオード制御方式やサイリス
タレオナード制御方式等によって制御が行われていた。

【０００４】また、巻上用電動機に巻線形誘導電動機を
使用する場合は、その起動は２次調整抵抗器を用い、抵
抗値を最大として１次巻線を直接電源に接続する方法が
とられている。

【０００５】近年は、サイリスタインバータの利用が種
々の分野で普及し、ホイストにおいても、小容量のもの
においては、巻上電動機に堅固で丈夫な交流電動機を使
用し、インバターの出力周波数を制御して巻上電動機の
回数を制御し、巻上速度を可変する方法が採られるに至
っている。図５はかかるインバータ制御による一般的な
ホイストの概略結線図である。

【０００６】図５において１０はホイストの巻上、巻下
用モータ（以下、単にモータと略称する）、１１はイン
バータで、三相交流電源Ｅの電力を直流に変換する順変
換部ＣＯと、この順変換部ＣＯの直流出力を交流に変換
する逆変換部ＩＶと、平滑用コンデンサＣと、該逆変換
部ＩＶのベースを制御して出力電圧、周波数を制御する
ベースドライブ回路および操作用押釦スイッチ１２の操
作によりモータ１０を巻上げと巻下げ等のシーケンス制
御を行う制御回路ＣＳから構成されている。操作用押釦
スイッチ１２は、巻上用および巻下用の釦スイッチ１２
Ｕおよび１２Ｄを有し、またこれら釦スイッチ１２Ｕお
よび１２Ｄには、夫々高速巻上および高速巻下スイッチ
ＵＨ，ＤＨと、定格速度巻上および定格速度巻下スイッ
チＵＲ，ＤＲを有する。なお、操作用押釦スイッチ１２
には上記以外に左右操作用等の押釦スイッチが設けられ
ているが省略した。１３は電磁開閉器で、巻上用接点１
３Ｕと巻下用接点１３Ｄから成り、インバータ１１とモ
ータ１０間に設けられ、これら各接点１３Ｕ，１３Ｄ
は、操作用押釦スイッチ１２の巻上用および巻下用釦ス
イッチ１２Ｕおよび１２Ｄを押したとき閉成され、モー
タ１０の回転方向を切換える。なお、この電磁開閉器１
３は、インバータ１１の制御により、出力電圧の相順を
変えるようにした場合は、必要としない。１４はブレー
キ操作回路で、三相交流電源Ｅから２相を取り出し、ブ
レーキ接点ＣＵ，ＣＤを介してダイオードＤ₁，Ｄ₂で半
波整流し、電磁ブレーキＭＢのブレーキ引外しコイルに
接続されている。この接点ＣＵ，ＣＤは電磁開閉器１３
と連動して開閉され、巻上用又は巻下用接点１３Ｕ又は
１３Ｄが閉成したとき閉じてブレーキを解放する。

【０００７】インバータ制御によるホイスト（以下イン
バータホイストと略称する）においては、モータの速度
が任意に制御できるので、荷物の移動作業の能率を向上
させるため、無負荷時には高速で巻上又は巻下げ制御す
ることが行われている。その操作は操作用押釦スイッチ
１２の高速巻上又は高速巻下スイッチＵＨ又はＤＨを押
すことによって行われる。この高速巻上（巻下）スイッ
チＵＨ又はＤＨの操作は作業者がホイストに取付けられ
た荷重センサ（図示省略）を見て無負荷であると判断し
たときに押釦を押す。高速巻上（巻下）スイッチを押す
と、インバータに制御回路から通常運転時より高い周波
数の制御信号が与えられ、モータ１０は高速運転され、
該モータ１０により駆動されるドラムを介して高速巻上
（巻下）が行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】インバー制御によるホ
イストは、定格荷重の小さいホイストにあっては、さほ
ど問題なく適用できるが、定格荷重が３５トン以上の大
容量のホイストの巻上げ巻下げをインバータで制御運転
する場合は種々の問題が発生し、簡単には適用できな
い。特にクラブクレーンと同等の機能を要求される場合
には、広範囲の速度制御を可能とするとともに、吊り上
げ荷重が大きく、且つ吊り荷の巻上揚程が長い条件下
で、作業効率を上げるために最適な巻上、巻下速度の設
定が問題となる。従来は、機械的な負荷検出器を使用し
て無負荷時高速としているが、この場合、負荷検出器を
必要とし、また、この負荷検出器を取付けると、ホイス
トのＩビーム下からホイストのフックまでの距離が長く
なり、吊り荷を運搬する範囲が挟められる等の問題があ
る。

【０００９】また、大容量のホイストをインバータで制
御する場合、インバータの容量も当然、大容量のものを
使用することになるが、この場合、インバータ内の逆変
換部の入力側に平滑コンデンサが設けられているため、
電源投入後、コンデンサが充電されるまでに所定の時間
が必要となり、このコンデンサが充電される前にインバ
ータを運転しようとして押釦スイッチを押すと、インバ
ータの保護機能がトリップし、運転不能となる。この充
電時間は小容量のインバータの場合は問題とならない
が、大容量で、しかもホイストの操作者は充電時間など
全く考慮することなく押釦スイッチを操作するので問題
となる。

【００１０】更に、インバータには保護機能が備えられ
ており、ホイスト運転中に、故障又は過電流等によって
保護機能が作動してインバータが停止する場合がある。

【００１１】インバータの運転停止後、インバータホイ
ストを再運転するには電源を一旦遮断するか、リセット
しなければならない。通常は操作用押釦スイッチには、
電源入、切の押釦が備えられていないので、電源を遮断
する場合は、給電所（建屋の隅に設置されている場合が
多い）まで行って遮断し、再投入しなければならず、作
業効率が著しく低下させられるという問題がある。

【００１２】そこで、本発明は上記の種々の課題を解決
し、大容量のインバータホイストを実現することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】インバータ回路の直流側
にコンデンサを有するインバータにホイストの巻上、巻
下用モータを接続し、このモータの操作用として２段ア
クションの操作用押釦スイッチを備え、この操作用押釦
スイッチの１段目のアクションで低速運転を、２段目の
アクションで定格速度運転へと速度の切換えを行うよう
にしたホイストにおいて、前記コンデンサの充電が所定
値となったことを検出する手段を設け、この充電値が所
定値となったときに前記インバータの制御回路を動作可
能とすると共に、前記ホイストの巻上，巻下用モータを
流れる負荷電流を検出する電流検出器を設け、この検出
器により検出された値が予め定められた切換設定値と比
較し、前記押釦スイッチが２段目アクションとなってい
ることを条件に、検出器による検出値が切換設定値以下
となったときに無負荷と判定して定格速度以上となるよ
う前記インバータを介してモータを増速し、設定値より
大きいときは負荷有りと判定して定格速度運転に制御す
るようにしたものである。

【００１４】

【００１５】

【００１６】また、前記操作用押釦スイッチの巻下用釦
スイッチに、該スイッチを閉成したときに作動するタイ
マーを設け、このタイマーの出力接点でインバータの保
護機能をリセットするようにしたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明は上記のように構成されているので、ホ
イストの操作者がインバータの直流回路に設置される平
滑コンデンサの充電前に操作用の押釦スイッチを押して
も、インバータの制御回路には電源が接続されないの
で、インバータの保護機能がトリップして運転不能とな
ることはない。また、押釦スイッチが２段目アクション
となっているときのモータの負荷電流を検出し、この検
出値が無負荷設定値以下のときには定格速度以上の増速
運転となり、設定値以上のときには定格速度運転に自動
的に切り換わって運転される。

【００１８】

【００１９】

【００２０】また、請求項２の発明にあっては、インバ
ータの保護機能が動作してトリップした場合、低速度巻
下げスイッチを押すことにより、タイマが動作し、その
出力接点で保護機能をリセットする。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に示す一実施例に基づい
て説明する。

【００２２】図１は本発明の一実施例のインバータおよ
び操作用押釦スイッチ部分の説明図を示す。なお、制御
回路および操作用押釦スイッチ以外は図５と機能的に同
じであるので、図示を省略してしある。また、図５と同
じ名称の部分には図５と同じ符号を付して説明を省略す
る。

【００２３】図１において、１はインバータで、インバ
ータ回路１ａとシーケンス制御を行うインバータの制御
回路１ｂから成り、インバータ回路１ａは、図示省略し
てあるが図５と同様に交流電力を整流する順変換部と、
整流された直流電力を任意の周波数の交流に変換する逆
変換部および平滑コンデンサとで構成されている。２は
操作用押釦スイッチで、巻上用釦スイッチ２∪と巻下用
釦スイッチ２Ｄとを有し、これら各釦スイッチ２∪およ
び２Ｄは夫々２段アクションの押釦スイッチから成り、
常時は開放していて、１段目のアクションで低速度用の
接点２１を閉じ、２段目のアクションで定格速度用の接
点２２を閉じる。２３，２４はインタロック用接点で例
えば巻上用釦スイッチ２∪を押したとき、接点２４を開
き、巻下用釦スイッチ２Ｄ側の回路を開路する。

【００２４】また、制御回路１内のインバータ制御回路
は、巻上用および巻下用釦スイッチ２∪および２Ｄの１
段目のアクションで低速度用の接点２１が閉じたとき、
インバータ１の出力周波数が例えば６Ｈ_Z（定格周波数
の１／１０）になるように設定し、モータ１０を定格速
度の１／１０の低速運転をするようになし、また、２段
目のアクションで定格速度用の接点２２を閉じたとき、
出力周波数を６０Ｈ_Zにしてモータを定格速度で運転す
るように設定する。３は操作用押釦スイッチ２に設けら
れた軽負荷速度アップ切替スイッチで、該切替スイッチ
３を閉成すると、リレーＲが動作し、その出力接点Ｒｘ
を閉じて端子Ｐ₁とＲｙｏを短絡し速度設定を高速側に
切替える。

【００２５】なお、図１においてＦＲは正回転用信号端
子、ＲＲは逆転用信号端子を示している。

【００２６】次に動作を説明する。通常運転時には、吊
り荷を巻上げる場合は、巻上用釦スイッチ２∪を操作し
て、１段目のアクションで低速度用の接点２１を閉じて
低速で運転し、次に押釦を更に押して２段目のアクショ
ンで定格速度用の接点２２を閉じて定格速度で巻き上げ
運転を行うが、運転時に吊り荷が軽負荷が又は無負荷で
ある場合は、軽負荷速度アップ切替スイッチ３を操作し
て閉じる。しかるときは、定格速度設定が高速側に切替
えられ、巻上又は巻下げ速度が高速となる。

【００２７】図１の実施例においては、軽負荷時に高速
運転に切替える場合、軽負荷の程度を操作者の判断によ
って行うものであるが、軽負荷又は無負荷時に自動的に
高速運転に切替えることが要望される場合がある。従来
は、機械的な負荷検出器を設けて、この検出器の出力信
号によって切替えを行う方法が採られていたが、この方
法は、上述のように吊り荷の運搬範囲を狭めるという問
題があった。そこで、本発明は、機械的な負荷検出器を
用いることなく無負荷時高速に切替えようとするもので
ある。

【００２８】図２は本発明の第２の実施例で、インバー
タ１の出力電流（モータ１の入力電流）を電流検出器４
で検出し、この検出電流値が、所定の値、即ち、切替え
設定値Ｋ以下の場合は、図１の場合と同様に接点ｘを閉
じて、定格速度設定を高速側、例えば、定格速度の倍速
に設定して切替える。即ち、例えば、巻上げの場合、巻
上用釦スイッチ２∪を押して１段目のアクションで低速
度用の接点２１が閉成されると、巻上用のモータ１０は
低速運転される。この低速時にモータ１０に流れる電流
Ｉは、定格電流に近い値なので、切替設定値Ｋよりも大
きいので、高速側に切替えられない。２段目のアクショ
ンで接点２２が閉成されて加速し検出電流値Ｉが、切替
設定値Ｋ以下になれば、無負荷と判定し、高速切替用の
接点ｘを閉じて定格速度の倍速運転となる。また、Ｋ＜
Ｉの場合は、負荷有りと判断し、定格速度運転となる。

【００２９】この制御方法は、走行用モータをインバー
タ装置で運転する場合で、走行距離が長いクレーンにも
利用できる。

【００３０】図３は本発明の第３の実施例で、大容量の
ホイストの巻上、巻下しをインバータ１で制御する場合
に問題となる始動又はインバータの保護機能が作動して
運転が停止した場合のリセットに関する。

【００３１】この実施例においては、制御回路１ｂの電
源回路に、インバータ１内のコンデンサＣ（図５参照）
が充電完了したときに閉成する接点ＳＯＮを設ける。イ
ンバータ１内には順変換部と逆変換部の間の直流回路に
平滑コンデンサＣを備えており、このコンデンサＣの充
電が完了して始めてインバータ１の運転が可能となる。

【００３２】充電時間は容量の小さいインバータホイス
トでは問題とならないが、大形（大容量）インバータホ
イストになると、５〜６秒程度時間がかかり、充電が完
了しないうちに操作用釦スイッチ２を押すとインバータ
の保護機能がトリップし運転不能となる。

【００３３】インバータには一般に初期充電回路を有
し、電源投入して充電完了後、順変換部と逆変換部間の
直流回路に設けた開閉器ＭＣ（図５）を投入する。前記
の接点ＳＯＮは、この開閉器ＳＯＮを動作させるシーケ
ンス回路（サーボ回路）の接点を使用する。従ってコン
デンサの充電が完了しない限り、制御回路は作動し得な
いので、トリップすることがない。なお、接点ＳＯＮ
は、コンデンサＣの両端の電圧を検出して動作するリレ
ーを設けて、その出力接点としてもよい。

【００３４】図３のＴはタイマーで、巻下用釦スイッチ
２Ｄの低速度用の接点２１と直列に接続され、タイマ出
力接点Ｔｘで保護機能をリセットする。インバータの制
御回路には逆変換部のベースドライブ回路があり、この
ベースドライブ回路には、過電流等を検出してベースド
ライブ回路をトリップ又はリセットする保護回路を有す
る、この保護回路にリセット信号を送るものである。

【００３５】図４はその動作順序の説明図で、インバー
タの保護機能が動作したとき、巻下用釦スイッチ２Ｄを
押し１段目の接点２１が閉じると、タイマーＴが動作
し、接点Ｔｘを所定時間後閉成して保護機能をリセット
する。（ワンショット信号で行われる）このリセットに
よりホイストの巻下げが行われる。

【００３６】インバータホイストの操作中にインバータ
の保護機能が動作する場合は過負荷で巻き上げる場合の
過電流による場合がほとんどであり、従って、巻下用釦
スイッチを使用することで目的が達せられる。また、リ
セットはワンショットの信号でリセットされる。従っ
て、保護機能が動作した場合でも電源を遮断することな
く作業が継続できる。

【００３７】なお、図３においては、コンデンサ充電完
了後、接点ＳＯＮを閉じて制御回路１ｂに電源を接続す
るようになっているが、この接点ＳＯＮは、リセット回
路には必ずしも必要ではなく、点線で示すように、接点
ＳＯＮを介することなく直接電源と接続してもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明にあって
は、２段アクションの操作用押釦スイッチと、軽負荷時に
高速に切替える軽負荷速度アップ切替スイッチを設けて
あるので、操作用スイッチの１段アクションおよび２段
アクションで低速（例えば定格速度の１／１０）巻上げ
（巻下げ）、定格速度による巻上げ（巻下げ）および軽
負荷時には軽負荷速度アップ切替スイッチで、高速巻上
げ（巻下げ）ができるので、重荷重で吊り上げ揚程が長
い場合でも大容量のインバータホイストでクラブクレー
ンの巻上げ機並みの速度変化ができ、作業効率を１段と
向上させることができる。

【００３９】また、請求項２の発明にあっては、機械的
な荷重検出器を使用することなくインバータの負荷電流
を検出して、この検出電流で無負荷又は有負荷を判定し
て高速（倍速）又は定格速度運転を自動的に選択して運
転するので、作業能率の向上に加え、吊り荷を運搬する
範囲を挟めることがないので、ホイストの寸法は標準品
を変更する必要がなく、利用空間も変わらない。

【００４０】また、請求項３の発明にあっては、インバ
ータの充電完了信号が出ない限り、インバータの制御回
路は電源に接続されないので、作業者がコンデンサの充
電時間を気にする必要がなく、また、充電完了前に操作
用押釦スイッチを操作してもトリップすることがないの
で安心して操作できる。

【００４１】更に、請求項４の発明にあっては、インバ
ータの保護機能が動作してトリップしても、巻下用釦ス
イッチの１段目のアクションで保護機能はリセットされ
るので、一旦電源を遮断して再投入する等の手間が省か
れ、作業を継続できる等種々の効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のインバータおよび操作
用押釦スイッチの動作説明図。

【図２】本発明の第２の実施例のインバータおよび操作
用押釦スイッチの動作説明図。

【図３】本発明の第３の実施例のインバータおよび操作
押釦スイッチの動作説明図。

【図４】本発明の第３の実施例の動作手順説明図。

【図５】従来のインバータ制御によるホイストの概略結
線図。

【符号の説明】

１…インバータ ２…操作用押釦スイッチ ２∪…巻上用釦スイッチ ２Ｄ…巻下用釦スイッチ ２１…低速度用の接点 ２２…定格速度用の接点 ２３…インタロック用接点 ２４…インタロック用接点 ３…軽負荷速度アップ切替スイッチ ４…電流検出器 Ｔ…タイマー

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B66D 1/00 - 3/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インバータ回路の直流側にコンデンサを
   有するインバータにホイストの巻上、巻下用モータを接
   続し、このモータの操作用として２段アクションの操作
   用押釦スイッチを備え、この操作用押釦スイッチの１段
   目のアクションで低速運転を、２段目のアクションで定
   格速度運転へと速度の切換えを行うようにしたホイスト
   において、 前記コンデンサの充電が所定値となったことを検出する
   手段を設け、この充電値が所定値となったときに前記イ
   ンバータの制御回路を動作可能とすると共に、前記ホイ
   ストの巻上，巻下用モータを流れる負荷電流を検出する
   電流検出器を設け、この検出器により検出された値が予
   め定められた切換設定値と比較し、前記押釦スイッチが
   ２段目アクションとなっていることを条件に、検出器に
   よる検出値が切換設定値以下となったときに無負荷と判
   定して定格速度以上となるよう前記インバータを介して
   モータを増速し、設定値より大きいときは負荷有りと判
   定して定格速度運転に制御 することを特徴とするインバ
   ータ制御によるホイスト。
2. 【請求項２】 前記操作用押釦スイッチの巻下用押釦ス
   イッチに、該スイッチを閉成したときに作動するタイマ
   ーを設け、このタイマーの出力接点でインバータの保護
   機能をリセットするようにしたことを特徴とする請求項
   １記載のインバータ制御によるホイスト。