JP4791397B2 - 抵抗器、該抵抗器を回生制動用抵抗器として用いた巻上機 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗器に関し、特に昇降用電動機が巻上機の本体に内蔵されているインバータで駆動される電気チェーンブロックやホイスト等の巻上機の回生制動用抵抗器に好適な抵抗器、該抵抗器を回生制動抵抗器として用いた巻上機に関するものである。

電気チェーンブロックやホイスト等の巻上機の荷昇降用電動機として巻上機本体に内蔵しているインバータで駆動するインバータ駆動電動機を用いた巻上機がある。このように巻上機で吊り荷を下降させる際、荷昇降用電動機が発電機となり、その発電する回生電流を回生制動用抵抗器に通電し、熱として消費することにより、該荷昇降用電動機に回生制動をかけている。

図１は従来のこの種の回生制動用抵抗器の構成例を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は右側面図である。図示するように、抵抗器１００は金属板（例えばアルミニウム板）からなる直方体のケーシング１０１内に長尺の抵抗素子（例えば、耐熱性絶縁材からなる棒体にニクロム線を巻回した構成の抵抗素子）１０２を配置し、抵抗素子１０２以外のケーシング１０１内の空間に無機材料からなる耐熱性絶縁材１０３を充填した構成である。また、抵抗素子１０２と抵抗素子１０２はケーシング１０１内で一端がリード線１０５で電気的に直列に接続され、他端に接続されたリード線１０４はケーシング１０１の端部から延びている。

上記のように直方体の金属ケーシング１０１内に抵抗素子１０２を配置した構成の抵抗器を回生制動用抵抗器として用いた場合、巻上機の吊り荷の巻上下動作を高頻度で繰り返した場合、即ち巻上機を高頻度運転（巻上機の運転時間＋休止時間を１００％として、運転時間が６０％以上の運転）を行った場合、吊り荷の下降時に電動機で発電された電流が各抵抗素子１０２に流れ、各抵抗素子１０２から発する熱がケーシング１０１内に滞留し高温となる。特に内蔵するインバータで荷昇降用電動機を駆動するように構成した巻上機では、インバータの温度が所定の温度値（例えば１００℃）以上になれば、安全のためインバータをトリップ（遮断）するようになっている。従って、巻上機を高頻度運転した場合、回生制動抵抗器の放熱が効率良く行われないと、回生制動用抵抗器の温度上昇によりインバータの温度が上昇し、インバータがトリップした巻上機を運転できないとう問題があった。また、電動機が発電する回生電流が大きい場合は、複数の抵抗器１００を用いる必要があり、配線、取付けに手間がかかるという問題もある。

荷の下降時に電動機が発電する回生電流が大きい場合の対策として、図２（ａ）に示すように、ケーシング１０１内に配置する抵抗素子１０２の個数を多くする方法もあるが、この場合抵抗素子１０２どうしが放熱しあい、多量の熱を放出するのに対してケーシング１０１の表面積を大きくとれず、放熱性が劣るという問題がある。そこで図２（ｂ）に示すように、抵抗器１００とは別体にヒートシンク１１０を取り付ける方法もあるが、ヒートシンク１１０を含む抵抗器１００の寸法、特に高さ寸法が大きくなるという問題がある。また、ヒートシンク１１０と抵抗器１００の接触状態が良くないと放熱性が劣るという問題がある。また、ヒートシンク１１０の分部品点数が増え、コストが高くなるという問題もある。
特開平５−３９６０３号公報 特開平１０−３２１０１号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、構成が簡単で放熱性に優れた抵抗器、及び該抵抗器を回生制動用抵抗器として用いた巻上機を提供することを目的といる。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、表面を凹凸波形形状に形成すると共に裏面を該凹凸波形形状に対応させて凸凹波形形状に形成した波形金属板と平板金属板とを具備し、該波形金属板と平板金属板を重ね合わせた構成のケーシングを備え、前記波形金属板の両側部の高さ寸法Ｈ１は凹凸部の高さ寸法Ｈ２より大きく（Ｈ１＞Ｈ２）形成されており、前記ケーシング内の波形金属板の裏面の凹部空間の開口部に抵抗素子を配置し、前記波形金属板の裏面凹部空間を含む該波形金属板と平板金属板の間の空間に絶縁材を充填したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の抵抗器において、前記波形金属板及び平板金属板はアルミニウム材からなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の抵抗器において、前記波形金属板はアルミダイカストで成形されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、荷昇降用電動機を具備し、荷の下降時に荷昇降用電動機が発電する電流を回生制動用抵抗器に流して該荷昇降用電動機に回生制動をかけるように構成した巻上機において、前記回生制動用抵抗器に請求項１乃至３のいずれか１項に記載の抵抗器を用いたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の巻上機において、前記抵抗器は前記巻上機のケーシングに前記平板金属板を該ケーシング外表面と当接させて取り付けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の巻上機において、前記抵抗器は前記ケーシングの波形金属板の凹凸波形形状の凹状溝長手方向が上下方向になるように配置されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ケーシング内の波形金属板の裏面の凹部空間の開口部に抵抗素子を配置し、波形金属板の裏面凹部空間を含む該波形金属板と平板金属板の間の空間に絶縁材を充填したので、波形金属板の表面積が大きくなり、この面積の大きい表面が放熱面となるから、抵抗素子からの熱を効果的に外気に放熱することになる。しかも抵抗器とは別途ヒートシンクを設けていないので、抵抗器の寸法、特に高さ寸法が小さく、コンパクトな抵抗器が得られる。また、波形金属板の裏面の凹部空間の開口部に抵抗素子を配置することにより、抵抗素子をケーシング内のどの部分に配置するよりも放熱効果が
向上する。

請求項２に記載の発明によれば、波形金属板及び平板金属板はアルミニウム材からなるので、アルミニウム材は高い熱伝導性を有するから、抵抗素子から発せられた熱が効果的に放熱されることになる。

請求項３に記載の発明によれば、抵抗器ケーシングの波形金属板はアルミダイカストで成形されているので、アルミダイカストはプレスに比べて肉厚を厚くできるから、熱を抵抗器ケーシングの表面全体に速く伝達することで効果的に放熱が出来て温度を下げる作用を有する。

請求項４に記載の発明によれば、回生制動用抵抗器に請求項１乃至３のいずれか１項に記載の抵抗器を用いるので、吊り荷の下降時に荷昇降用電動機が発電機として機能し、発電した電流を抵抗器に通電し熱に変換して効率良く放熱できるから、高頻度運転が可能な巻上機を提供できる。また、回生制動用抵抗器がコンパクトとなるから、その分巻上機もコンパクトとなる。

請求項５に記載の発明によれば、抵抗器は巻上機のケーシングに平板金属板を該ケーシング外表面に当接させて取り付けているので、外気が抵抗器ケーシングの波形金属板の面積の広い表面に接触し、放熱を促進させる。

請求項６に記載の発明によれば、抵抗器はケーシングの波形金属板の凹凸波形形状の凹状溝の長手方向が上下方向になるように配置されているで、波形金属板の表面で熱せられた空気は、凹凸波形の凹状溝を通って上昇する上昇気流となり上端から放出されると同時に、下端から外気を吸引するので、放熱作用を更に促進させる。

以下本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図３は本発明に係る抵抗器の構成例を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。図示するように、本抵抗器１０は波形金属板１２と平板金属板１３からなる抵抗器ケーシング１１を備えている。波形金属板１２はアルミニウム材からなり、ダイカスト成形により表面を凹凸波形形状に形成すると共に、裏面を該凹凸波形形状に対応させた凸凹波形形状に形成した構成である。また、波形金属板１２の両側部の高さ寸法Ｈ１は凹凸部の高さ寸法Ｈ２より大きく（Ｈ１＞Ｈ２）形成されている。平板金属板１３は平坦なアルミニウム材からなる。波形金属板１２と平板金属板１３とを重ね合わせて抵抗器ケーシング１１を構成している。

抵抗器ケーシング１１の波形金属板１２の裏面側の凹部空間１５に抵抗素子１４を配置し、該凹部空間１５を含む波形金属板１２と平板金属板１３の間の空間に絶縁性充填材１６を充填している。この絶縁性充填材１６としては、例えば耐熱シリコンセメント等の耐熱セメントを用いる。また、波形金属板１２と平板金属板１３の接合は、平板金属板１３を貫通してビス１７を波形金属板１２に捩じ込むことにより、平板金属板１３を波形金属板１２に固定する。複数本の抵抗素子１４は電気的に直列に接続し、通電のためのリード端子２０を抵抗器ケーシング１１の側部から外側に導出している。

抵抗素子１４は、通電することによりその電流を効率よく熱に変換できる構成の抵抗体であればどのようなものでもよいが、例えば図４に示すように、セラミック材等の耐熱絶縁材からなる円柱材１８にニクロム線等の抵抗線１９を巻回した構成のものを用いてもよい。

抵抗器１０を上記構成とすることにより、抵抗素子１４に電流を流した場合、発生した熱は絶縁性充填材１６を通して熱伝導性の良いアルミニウム材からなる波形金属板１２に伝わる。波形金属板１２はその表面を凹凸波形形状に形成され、広い表面積を有するから、伝わった熱を効率良く外気に放熱する。また、波形金属板１２はアルミニウムダイカストで成形されているから、プレスに比べ肉厚を厚くでき、熱を抵抗器ケーシングの表面全体に速く伝達することで、効果的に放熱が出来て温度を下げる効果を有する。

図５は、上記構成の抵抗器を荷昇降用電動機の回生制動用抵抗器として用いる電動チェーンブロックの全体構成例を示す平面断面図である。電動チェーンブロック３０は、本体ケーシング３３の一端にモータケーシング３２が連結され他端に制御ボックス３４が連結された構成の巻上機ケーシングを備えている。また、モータケーシング３２の反制御ボックス３４側にはファンカバー３１が連結されている。該ファンカバー３１内には回転軸５５の端部に取り付けたファン翼４３、モータケーシング３２の端部に取付けたブレーキケーシング３５が配置されている。ブレーキケーシング３５内には吊り荷落下防止用機械式ブレーキ４０が、モータケーシング３２内には荷昇降用電動機５０が、本体ケーシング３３内にはロードシーブ６８や後述する減速機構が、制御ボックス３４内にはパネル板８５に実装されたインバータ８０や開閉器８１やトランス８２がそれぞれ配置されている。また、制御ボックス３４の外側面には制動抵抗器として本発明に係る抵抗器１０が取り付けられている。

荷昇降用電動機５０は、ステータ５１とロータ５２を備え、ステータ５１はモータケーシング３２内に嵌合固定されている。ロータ５２は軸受５３及び軸受５４を介してモータケーシング３２に回転自在に支持された回転軸５５に固定され、ステータ５１の中心部を貫通して配置されている。吊り荷落下防止用機械式ブレーキ４０はモータケーシング３２に固定されブレーキ板４１と回転軸５５に固定されたブレーキ板４２を備え、荷昇降用電動機５０の電源が遮断されたときバネにより自動的にブレーキ板４１をブレーキディスクを介してブレーキ板４２に押し付け回転軸５５を拘束し荷の落下を防止すると共に、荷昇降用電動機５０に電源が接続されたとき電磁石の磁気力によりブレーキ板４１を前記バネ力に抗してブレーキ板４２から離間させ、回転軸５５を開放するようになっている。

チェーンブロック本体６０は軸受６１、６２で本体ケーシング３３及び減速機構ケーシング６９に回転自在に支持された駆動軸６３を具備している。該駆動軸６３の一端は荷昇降用電動機５０の回転軸５５に連結され、他端は中空従動軸６４を貫通し延び、その端部外周には大径中間従動歯車６５が噛み合う歯車歯が形成されている。中空従動軸６４はその両端部が軸受７１、７２により本体ケーシング３３に回転自在に支持されている。

荷昇降用電動機５０の回転軸５５の回転力はチェーンブロック本体６０の駆動軸６３に伝達され、該駆動軸６３に形成された歯車歯に噛み合う大径中間従動歯車６５、小径中間従動歯車６６、大径従動歯車６７を介して中空従動軸６４に伝達され、該中空従動軸６４に連結されたロードシーブ６８に伝達され、図示しないチェーンを巻上げ、巻下ろすようになっている。即ち、荷昇降用電動機５０の回転力は大径中間従動歯車６５、小径中間従動歯車６６及び大径従動歯車６７からなる減速機構を介して中空従動軸６４に伝達され、ロードシーブ６８を回動するようになっている。なお、本体ケーシング３３内には減速機構ケーシング６９が形成されて、該減速機構ケーシング６９内に上記減速機構が収容され、更に潤滑油が収容されている。

荷昇降用電動機５０には図６に示すように、電磁開閉器８３により電源が投入され、制御回路８４からの制御信号により、インバータ８０から正転用（吊り荷上昇用）、逆転用（吊り荷下降用）の電力が供給され、所定の速度で正転、逆転するようになっている。吊り荷の下降に際して荷昇降用電動機５０は発電機として機能し、回生電流を発電する。該回生電流をインバータ８０を介して回生制動用抵抗器である抵抗器１０に流して消費し、荷昇降用電動機５０に回生制動をかける。吊り荷の上昇・下降回数が多くなると、荷昇降用電動機５０の発電量が多くなり、抵抗器１０に多くの回生電流が流れ、抵抗素子１４からの発熱量も多くなる。このように内蔵するインバータ８０で荷昇降用電動機５０を駆動する電動チェーンブロックでは、安全のためインバータ８０の温度が所定温度（例えば１００℃）を超えたら、インバータ８０をトリップ（遮断）して、電気チェーンブロック３０を運転できないようになっている。

図７に示すように、制御ボックス３４の外側面には回生制動用抵抗器として本発明に係る抵抗器１０を取り付け、吊り荷の下降に際して荷昇降用電動機５０が発電する回生電流を該抵抗器１０の抵抗素子１４に流すことにより、発生した熱は絶縁性充填材１６を通してアルミニウム材からなる波形金属板１２に伝わる。抵抗器１０の波形金属板１２は上記のようにアルミダイカストで表面を凹凸波形形状に形成しているので、その表面積が広くなり、抵抗素子からの熱を効率良く放熱できる。特に波形金属板１２はアルミダイカストで成形されているので、プレスに比べ肉厚を厚くできるから、表面温度を下げる効果も有する。なお、図７は図５の制御ボックス３４部分の拡大図である。

図８は本発明に係る電動チェーンブロックの制御ボックス３４部分の他の拡大図である。図示するように制御ボックス３４の側部に凹部８６を形成し、この凹部８６に回生制動用抵抗となる抵抗器１０を配置している。凹部８６の開口部を図９に示すような、複数のスリット８７ａが形成された板体８７で覆っている。このように制御ボックス３４の側部に凹部８６を形成し、この凹部８６内に抵抗器１０を配置することにより、図７に示すように抵抗器１０が制御ボックス３４の側部に突出しないから、外観が良好になる。

また、ここでは図１０に示す抵抗器１０の波形金属板１２の凹状溝１２ａが上下方向になるように配置し、制御ボックス３４の凹部８６の上下縁部には上下方向に溝３４ａを形成している。これにより下側縁部に形成された溝３４ａを通って流入した空気Ａは、板体８７と波形金属板１２の間の空間に流入し、波形金属板１２の表面から放射される熱により昇温され凹状溝１２ａを通って上昇する上昇気流となり、上側縁部に形成された溝３４ａを通って流出すると共に、下方から冷たい新たな空気を吸引する。これにより冷却効果は更に促進する。なお、図１０は板体８７を取り除いた制御ボックス３４の側面を示す図である。

上記のように抵抗器１０の抵抗素子１４はケーシング１１の波形金属板１２の裏面の凹部空間１５に配置するが、その位置は図１１（ａ）に示すように凹部空間１５の開口部、図１１（ｂ）に示すように凹部空間１５の上部、図１１（ｃ）に示すように凹部空間１５の下方に配置するが、図１１（ａ）に示すように凹部空間１５の開口部に配置するのが、放熱効果が一番よい結果が得られた。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書、図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば上記実施形態例では巻上機として電動チェーンブロックを例に説明したが、本発明に係る巻上機は電動チェーンブロックに限定されるものではなく、例えばドラムにワイヤーロープを巻取り巻戻すことにより、吊り荷の上昇・下降を行う電動ホイスト等でもよいことは当然である。

従来の回生制動用抵抗器の構成例を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は右側面図である。 従来の回生制動用抵抗器の構成例を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。 本発明に係る抵抗器の構成例を示す図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。 抵抗素子の構成例を示す図である。 本発明に係る電動チェーンブロックの全体構成例を示す平面断面図である。 電動チェーンブロックの概略駆動回路図である。 本発明に係る電動チェーンブロックの制御ボックス部の拡大平面断面図である。 本発明に係る電動チェーンブロックの制御ボックス部の拡大平面断面図である。 抵抗器カバーの外形を示す図である。 本発明に係る電動チェーンブロックの制御ボックス部の制動用抵抗器の取り付け部を示す図である。 本発明に係る抵抗器の抵抗素子の取り付け位置を示す図である。

符号の説明

１０ 抵抗器
１１ 抵抗器ケーシング
１２ 波形金属板
１３ 平板金属板
１４ 抵抗素子
１５ 凹部空間
１６ 絶縁性充填材
１７ ビス
１８ 円柱材
１９ 抵抗線
３０ 電動チェーンブロック
３１ ブレーキケーシング
３２ モータケーシング
３３ 本体ケーシング
３４ 制御ボックス
３５ ブレーキケーシング
４０ 吊り荷落下防止用機械式ブレーキ
４１ ブレーキ板
４２ ブレーキ板
５０ 荷昇降用電動機
５１ ステータ
５２ ロータ
５３ 軸受
５４ 軸受
５５ 回転軸
６０ チェーンブロック本体
６１ 軸受
６２ 軸受
６３ 駆動軸
６４ 中空従動軸
６５ 大径中間従動歯車
６６ 小径中間従動歯車
６７ 大径従動歯車
６８ ロードシーブ
６９ 減速機構ケーシング
７１ 軸受
７２ 軸受
８０ インバータ
８１ 開閉器
８２ トランス
８５ パネル板
８６ 凹部

Claims (6)

1. 表面を凹凸波形形状に形成すると共に裏面を該凹凸波形形状に対応させて凸凹波形形状に形成した波形金属板と平板金属板とを具備し、該波形金属板と平板金属板を重ね合わせた構成のケーシングを備え、
   前記波形金属板の両側部の高さ寸法Ｈ１は凹凸部の高さ寸法Ｈ２より大きく（Ｈ１＞Ｈ２）形成されており、
   前記ケーシング内の前記波形金属板の裏面の凹部空間の開口部に抵抗素子を配置し、
   前記波形金属板の裏面凹部空間を含む該波形金属板と前記平板金属板の間の空間に絶縁材を充填したことを特徴とする抵抗器。
2. 請求項１記載の抵抗器において、
   前記波形金属板及び平板金属板はアルミニウム材からなることを特徴とする抵抗器。
3. 請求項２に記載の抵抗器において、
   前記波形金属板はアルミダイカストで形成されていることを特徴とする抵抗器。
4. 荷昇降用電動機を具備し、荷の下降時に荷昇降用電動機が発電する電流を回生制動用抵抗器に流して該荷昇降用電動機に回生制動をかけるように構成した巻上機において、
   前記回生制動用抵抗器に請求項１乃至３のいずれか１項に記載の抵抗器を用いたことを特徴とする巻上機。
5. 請求項４に記載の巻上機において、
   前記抵抗器は前記巻上機のケーシングに前記平板金属板を該ケーシング外表面に当接させて取り付けられていることを特徴とする巻上機。
6. 請求項４又は５に記載の巻上機において、
   前記抵抗器は前記ケーシングの波形金属板の凹凸波形形状の凹状溝手長方向が上下方向になるように配置されていることを特徴とする巻上機。

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