JP5517574B2

JP5517574B2 - 巻上機

Info

Publication number: JP5517574B2
Application number: JP2009263473A
Authority: JP
Inventors: 裕吾及川; 智石川
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: JP2011105471A

Description

本発明は、吊上げる荷の質量を判別する巻上機に関する。

ホイスト等の巻上機は吊上げる荷の質量すなわち荷重を移動させた時間で、寿命の推測を行なっている。精度の良い寿命推測を行なう為には、精度の良い荷重情報が必要である。

巻上機において荷重情報を得る手段として、荷重計等の装置を用いたり、モータに通電される電流を検出し荷重情報を得ている。また、ワイヤーロープの伸びを測定することにより荷重情報を得る手段もある（例えば、特許文献１参照）。

開昭５８−２２００８５号公報

前記従来の荷重計やワイヤーロープの伸びを測定し、荷重情報を得る方法では、本来巻上装置に必要のない特別な装置を用いる必要がある。また、電流により荷重情報を得る方法だと、電流値はホイスト等巻上機の個体差や、電源の電圧変動に影響を受け、ばらつきが発生するので、一概に荷重を判断する電流値を決定できず、仮に決定しても電流値は前記条件によりばらつきが発生するので精度の良い荷重情報が得られなかった。

本発明の目的は特別な装置を用いることなく、精度良く荷重情報を得ることのできる巻上機を提供することにある。

上記課題を解決するため、例えば、インバータ制御部と、前記インバータ制御部に制御される巻上用インバータ部と、前記巻上用インバータ部によって駆動させられるクレーンフックの取り付けられたワイヤーロープの巻上動作及び巻下動作を行う巻上誘導電動機と、が備えられた巻上機であって、前記巻上用インバータ部には、周波数変換を行なう駆動素子部と、回生駆動スイッチと、回生抵抗と、直流母線間電圧ＶＤＣを検知する電圧モニタ部と、が備えられ、前記インバータ制御部は、前記回生抵抗の通電率に応じて荷重を算出するという構成をとる。

本発明により、特別な装置を用いることがないので、コストの低減を図ることができる。

また、精度の良い荷重情報が得られるので寿命推測等、荷重の情報により制御を行なう機器の精度向上が図れ、安全性向上を図ることができる。

インバータ式クレーン装置の全体構成を表す斜視図である。インバータ式クレーン装置の制御構成を表すブロック図である。巻上インバータ装置の構成を表すブロック図である。インバータ式クレーン装置の巻上動作及び回生駆動信号のタイミングを表すタイムチャートである。

以下、本発明の最良の形態について図１〜図４を参照して説明する。始めに図１、図２にて、インバータ式クレーン装置１の全体構成と動作を説明する。

インバータ式クレーン装置１はクレーンフック２に取り付けた荷物を、ワイヤーロープ３で巻き取ることでＺ、−Ｚ方向に巻上巻下する為に、巻上誘導電動機４を備えた巻上用装置５を備え、Ｘ、−Ｘ方向に移動させる為の横行誘導電動機６を備えた横行用装置７と、横行用ガーダー８を備え、Ｙ、−Ｙ方向に移動させるために、走行誘導電動機９を備えた走行用装置１０と走行用ガーダー１１を組み合わせたものである。

巻上誘導電動機４と横行誘導電動機６は、巻上・横行用インバータ装置１２に格納された図２の巻上・横行インバータ制御部１３は、入力装置１４からの指示を取り込み、信号を出力することで巻上用インバータ１５と横行用インバータ１６を制御し、巻上用インバータ１５と横行用インバータ１６から必要な周波数、電圧を巻上誘導電動機４と横行誘導電動機６に加え、即座に誘導電動機用ブレーキ１７を解除制御することで、クレーンフック２に取り付けられた荷物が落下することなくＺ、−Ｚ方向に移動させる。横行用装置７の場合、横行用ガーダー８に沿って巻上用装置５をＸ、−Ｘ方向に移動させる。

同様に走行用装置１０に取り付けてある走行誘導電動機９は入力装置１４からの指示を、走行用インバータ装置１８に格納された図２の走行インバータ制御部１９で取り込み信号を出力することで、走行用インバータ２０を制御し、走行用インバータ２０から必要な周波数、電圧を走行誘導電動機９に加え、即座に誘導電動機用ブレーキ１７を解除制御することで、走行用ガーダー１１に沿って巻上用装置５をＹ、−Ｙ方向に移動させる。

インバータ式クレーン装置１の巻上用インバータ１５の構成及び動作について図３、図４を用い説明する。

巻上用インバータ１５は主電源３相交流を直流に変換する整流部２１と、整流コンデンサ２２、周波数変換を行なう駆動素子部２３と回生エネルギーを熱エネルギーにて消費する回生エネルギー処理部２４、回生エネルギー処理部２４内の回生駆動スイッチ２５と回生抵抗２６、直流母線間電圧Ｖ_ＤＣの変化を読取る電圧モニタ部２７で構成される。

入力装置１４からの操作信号に応じ、巻上・横行インバータ制御部１３が駆動素子部２３に対してインバータ駆動制御信号を出力し、巻上誘導電動機４に必要な周波数、電圧を加え、ワイヤーロープ２が巻かれたドラム２８を回転させ荷物を移動させる。巻下げもしくは巻上減速が行われる時、巻上誘導電動機４が発電機になり回生エネルギーが発生し、整流コンデンサ２２に電荷として蓄えられ、直流母線間電圧Ｖ_ＤＣが上昇する。このまま放置すると整流コンデンサ２２に過電圧が印加され、巻上用インバータ１５が破損してしまうので、電圧モニタ部２７が直流母線間電圧Ｖ_ＤＣを監視する電圧モニタ信号を巻上・横行インバータ制御部１３に出力する。

巻上・横行インバータ制御部１３は、電圧モニタ信号を監視し回生駆動電圧まで上昇した場合、回生駆動スイッチ２５を駆動する回生駆動信号を出力し、回生抵抗２６にて電力消費を行なわせ直流母線間電圧Ｖ_ＤＣを降下させる。そして電圧モニタ信号が回生駆動電圧以下に降下したとき回生駆動信号を遮断する。遮断後、再び回生エネルギーが発生すれば、直流母線間電圧Ｖ_ＤＣが上昇する。

回生エネルギーが発生する巻下げもしくは巻上減速は連続動作なので、回生駆動信号は出力・遮断を繰り返す。すなわち、図４のように回生駆動信号は1周期Δ時間のパルス信号の繰り返しとなる。

荷重を判別する方法は、巻上用装置５の個体差や電源の電圧変動に影響を受け、ばらつきが発生する電流により荷重を判断させず、巻上用装置５の個体差や電源の電圧変動の影響を受けず、ばらつきが発生しない回生駆動信号すなわち回生抵抗２６の通電率によって荷重を判断させる。ここで、巻上減速時は回生エネルギーの発生が微小なので無視することができる。

回生抵抗２６の通電率により荷重を判断するメカニズムを以下に説明する。図３のように質量Ｍ[ｋｇ]がｈ[ｍ]巻下げ方向(鉛直方向)に移動すると、下記式の位置エネルギーが回生される。

生じた回生エネルギーＥ_Ｔ[Ｊ]は機械損を含む巻上誘導電動機４の効率損Ｅ_Ｍ[Ｊ]、駆動素子部２３の熱損Ｅ_Ｉ[Ｊ]、回生抵抗２６による熱消費Ｅ_Ｒ[Ｊ]、整流コンデンサ２２の抵抗成分の熱損Ｅ_Ｃ[Ｊ]で消費されるので次式が得られる。

機械損を含む巻上誘導電動機４の効率損ＥＭ[Ｊ]は、次式で求めることができる。

駆動素子部２３の熱損Ｅ_Ｉ[Ｊ]は、次式で求められる。

回生抵抗２６による熱消費Ｅ_Ｒ[Ｊ]は、図２の１周期Δ当たりの消費電力をＰΔとして、次式で求められる。

整流コンデンサ２２の抵抗成分の熱損Ｅ_Ｃ[Ｊ]は、次式で求めることができるが微少なので、計算上は無視する。

（数２）に（数１）、（数５）を代入し、また（数２）のＥ_Ｃは微小なので0として、次式のように質量Ｍで展開する。

すると、次式を得ることができる。

（数８）のＰ_Ｍ、Ｐ_Ｉ、Ｒ_ＢＲ、Ｖ_ＢＲ、ｇはあらかじめ事前に値を得られる。また、Ｖ_ＲＨ、Ｄは巻上・横行インバータ制御部２１にて読み取れるので、質量Ｍすなわち荷重を判断することができる。例えば、ｇ＝9.80[ｍ/ｓ^２]、Ｖ_ＲＨ＝0.1[ｍ/ｓ]、Ｖ_ＢＲ＝700[Ｖ]、Ｒ_ＢＲ＝２０［Ω］、Ｄ＝40[％]、Ｐ_Ｍ＝4700[Ｗ]、Ｐ_Ｉ＝300[Ｗ]の時の荷重は15.1[ｔ]と判断できる。

以上により、巻上用装置５の個体差や電源の電圧変動に影響を受けず、精度の良い荷重情報を得ることができる。

また、特別な装置を用いることがないので、コストの低減を図れる。

さらに、荷重だけではなく、例えば巻上誘導電動機の効率損Ｐ_Ｍ以外のデータが事前に存在すれば、回生抵抗通電率Ｄと巻下げ速度Ｖ_ＲＨを測定することで、巻上誘導電動機の効率損Ｐ_Ｍを測定できる。

１…インバータ式クレーン装置、２…クレーンフック、３…ワイヤーロープ、４…巻上誘導電動機、５…巻上用装置、６…横行誘導電動機、７…横行用装置、８…横行用ガーダー、９…走行誘導電動機、１０…走行用装置、１１…走行用ガーダー、１２…巻上・横行用インバータ装置、１３…巻上・横行インバータ制御部、１４…入力装置、１５…巻上用インバータ、１６…横行用インバータ、１７…誘導電動機用ブレーキ、１８…走行用インバータ装置、１９…走行インバータ制御部、２０…走行用インバータ、２１…整流部、２２…整流コンデンサ、２３…駆動素子部、２４…回生エネルギー処理部、２５…回生駆動スイッチ、２６…回生抵抗、２７…電圧モニタ部、２８…ドラム

Claims

インバータ制御部と、
前記インバータ制御部に制御される巻上用インバータ部と、
前記巻上用インバータ部によって駆動させられるクレーンフックの取り付けられたワイヤーロープの巻上動作及び巻下動作を行う巻上誘導電動機と、
が備えられた巻上機であって、
前記巻上用インバータ部には、
周波数変換を行なう駆動素子部と、
回生駆動スイッチと、
回生抵抗と、
直流母線間電圧ＶＤＣを検知する電圧モニタ部と、
が備えられ、
前記インバータ制御部は、前記回生抵抗の通電率に応じて荷重を算出することを特徴とする巻上機。
前記インバータ制御部は、前記電圧モニタ部が検出した前記直流母線間電圧ＶＤＣが所定値以上になった場合に、前記回生駆動スイッチを駆動させて前記回生抵抗に通電させることを特徴とする請求項１に記載の巻上機。