JP5665342B2 - 天井クレーン - Google Patents

Description

本発明は、天井クレーンに関する。さらに詳しくは、高圧マトリクスコンバータを用いた電動機制御装置を搭載したレードルクレーンに代表される天井クレーン関する。

レードルクレーンは、製鉄所や製鋼所でレードル（取鍋）を運ぶ、天井クレーンの一種である。電気炉や転炉で作られた溶鋼は、レードルに入れられ、このレードルをレードルクレーンで吊下げてタンディッシュまで運搬し、レードルクレーンを使って内部の溶鋼をタンディッシュに移し替える。そして、タンディッシュから鋳型に注湯して鋳造される。
レードルクレーンは、汎用の天井クレーンと同様に、クレーン本体と走行モータを備えると共に、溶鋼を入れたレードルを吊下げる主フックと、この主フックを上げ下げする主巻き装置と、レードルの下部を持ち上げてレードルを傾斜させる補フックと、この補フックを上げ下げする補巻き装置を備えている。

従来のレードルクレーンを含む天井クレーンは、走行モータや主巻き装置、補巻き装置等の各モータと、これらモータの出力を制御するモータ制御部と、モータ制御部が内部に配置された電気室とが設けられ、電気室がクレーン本体に着脱可能に配置されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

主巻き用の巻上モータはレードルが非常に重いことから200ｋＷを超える容量をもつものも有り、そのような場合3000Ｖ以上の電圧で駆動される高圧モータが使用される場合が多い。クレーン本体に配置された電気室内にはこの巻上モータを駆動する電動機制御装置が設置されるが、この電動機制御装置として巻き下げ時の回生電力を処理できる高圧インバータが適用される。

上記のような高圧インバータとして、交流電源に絶縁トランスを介して接続された複数台のＰＷＭコンバータの直流出力端子を直列接続して高圧直流電圧源とし、この高圧直流電圧源の負荷としてＰＷＭコンバータを有する高圧インバータがある。巻き下げ時の回生電力はＰＷＭインバータ、高圧直流電圧源、ＰＷＭコンバータ、絶縁トランスを介して交流電源に帰還される（例えば特許文献２参照）。

特開２０００−５６４８４号公報（第４〜９頁） 特開平２−２２３３８３号公報（第２〜４頁 第１図）

レードルクレーンに代表される天井クレーンでは主巻きモータ用電動機制御装置は、クレーン本体上の限られたスペースに設置すること、またクレーンと共に走行することから、クレーンの振動に耐えられる耐震構造をもちつつも、小型軽量であることが要求される。特許文献２記載の高圧インバータでは、高圧直流電圧源の電圧が高く、ここに装備される直流平滑コンデンサはその数が膨大なものとなる。また高圧直流電圧の絶縁のため、碍子等の絶縁性部材が多く必要となり、また大きな絶縁距離が必要となる。さらにはＰＷＭインバータ主回路に使用される半導体スイッチング素子も高耐圧の大型のものが必要となる。以上のように使用する部品の寸法・重量双方が大きなものになり、また収容部の寸法も大きくなるので収容箱自体の重量も嵩張るという問題があった。

本発明は上記問題を解決するために、小型軽量な電動機制御装置を有する天井クレーンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の天井クレーンは、ガーダと、前記ガーダに搭載された巻上げ装置と、該巻上げ装置にワイヤを介して吊下げられており、前記巻上げ装置による前記ワイヤの巻き上げ巻き戻しによって昇降可能とされたフックとを有する天井クレーンであって、前記巻上げ装置の電動機による前記ワイヤの巻き上げ巻き戻しの速度制御をする電動機制御装置とを備えており、該電動機制御装置は、複数の低圧二次巻線を有する変圧器と該変圧器の各二次巻線に接続されたセルとからなる高圧マトリクスコンバータであり、前記複数個のセルは、内部が絶縁材料製の縦桟と横桟からなる複数列複数段の棚で複数個の画室に区分されたセル盤の各画室に個別に収納して固定されており、前記棚の各段におけるセルは並びの順番に出力が直列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）電動機制御装置である高圧マトリクスコンバータを構成する複数個のセルは、変圧器の複数の二次巻線から給電されるので、一次側の高圧とは絶縁された低い電圧を供給することが可能であり、低圧部品を低圧に対する小さい絶縁距離で配置することができ、小型の装置とできる。
ｂ）これらのセルを収容する棚は縦桟と横桟を有しており、それが収容画室を構成すると共に、棚自体が絶縁材であるので、碍子等を用いる必要がない。このように、碍子等の絶縁材を用いることなく棚だけでセルの取付けが可能なので重量が軽くなる。また、棚が縦桟と横桟とからなり、それを箱形の収納部に入れると、棚自体が上下方向と左右方向の位置決めと固定ができるので、取付けに特別の部材を用いない。この点からも軽量化が可能である。
ｃ）前記各セルは対アース間に高圧の電位をもつが、同じ段の中で隣接するセルに対しては低圧の電位をもつので、ア）各セルは低圧回路で構成できるため、内部で使用される部品は低圧定格の小型のもので良くなる。また、イ）低圧であるため隣接しているセルの間の絶縁距離を小さくできので、セル盤の幅寸法も縮小することができる。

本発明の一実施形態に係る天井クレーンにおける電動機制御装置の正面図である。 図１の電動機制御装置を収納する筺体の外観図である。 本発明が適用される天井クレーンの正面図である。 本発明が適用される天井クレーンの平面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明は各種の天井クレーンに適用されるが、その一種であるレードルクレーンを例にとって以下の実施形態を説明する。

まず、図３および図４に基づき本発明のレードルクレーンの全体構造を説明する。
レードルクレーンＡは、ガーダ１と車輪２とを備えており、建屋の柱に設置された２本のレール上を走行するようになっている。
ガーダ１上には、走行用の駆動装置のほか、主フック３を巻き上げ下げする主巻上げ装置４が主トロリー５上に搭載されている。主巻上げ装置４は3000Ｖ以上の電圧で駆動される２台の高圧電動機６と２台のドラム７とからなり、ドラム７と主フック３との間には、ワイヤロープが掛けまわされている。このため、高圧電動機６を正逆転させることで、主フック３を上げ下げすることができる。

また、ガーダ１上には、補フック１３を巻き上げ下げする補巻き装置１４が補トロリー１５上に搭載されている。補巻き装置１４は補電動機１６と補ドラム１７とからなり、補ドラム１７と補フック１３との間にはワイヤロープが掛けまわされている。

前記高圧電動機６の回転速度を制御するものとして、電動機制御装置２０が設けられており、この電動機制御装置２０を固定する筺体３０がガーダ１上に設置されている。この電動機制御装置２０は、3000Ｖ以上の電圧を受電し、3000Ｖ以上の電圧を出力する高圧マトリクスコンバータである。

図２に示すように、前記電動機制御装置２０は、主巻上げ装置４を構成する２台の高圧電動機６に対応して２組が設けられており、２組の電動機制御装置２０が、筺体３０に設置されている。また、電動機制御装置２０は、トランス盤２１とセル盤２２とから構成されている。トランス盤２１の内部には二次側に複数巻線を有する多巻線変圧器が設置されている。セル盤２２の内部には、Ｒ相とＳ相とＴ相を構成するセルが、各相につき、複数台取付けられている。

図１は本発明の一実施形態に係る電動機制御装置２０の詳細図である。
トランス盤２１は直方体の枠組みである筐体枠２４を有しており、その内部に変圧器５０とその制御部２５が収納されている。
トランス盤２１内の変圧器５０は電動機制御装置２０が受電する電圧が一次側に印加されるため、一次巻線の定格電圧は3000Ｖ以上の値をもつものである。これに対して二次巻線の定格電圧は一次巻線の定格電圧より低い電圧としている。本実施例では660Ｖ以下の電圧とするが、この電圧から決まる絶縁距離により装置の小型化が実現できる電圧であれば他の電圧でも良い。

セル盤２２は、直方体の枠組みである筐体枠２７を有しており、この筐体枠２７内に棚８０が挿入されている。棚８０は２本の縦桟８１と４本の横桟８２から３列３段の棚構造に組立てられたものであり、３室３段で計９個の画室を有している。そして、各画室に１個づつのセル６１を収容し、計９個のセルが収納されている。各段のセル６１が並びの順番に出力が直列に接続され、電動機制御装置の出力の一相を構成している。このように構成すると、セル６１は対アース間に高圧の電位をもつが、同じ段の中で隣接するセル６１に対しては低圧の電位をもつので、これら隣接しているセル６１の間の絶縁距離を小さくできる。したがってセル盤２２の幅寸法を縮小することができる。

棚８０は絶縁性を有し剛性のある材料で製作されている。各セルはＦＲＰ等の絶縁材で形成した桟に取付けられている。この絶縁材は高電圧に耐えて絶縁性能を発揮できるもので、この絶縁性の桟により、各セルは直列接続して高電圧化できるようになっている。
そして、９個のセル６１は、９個の画室に入れられ、絶縁材製の縦桟８１と横桟８２で囲まれて、周囲の部材である筐体枠２７と絶縁されているので、電気的に安定することになり、かつ碍子を用いてセル６１を筐体枠２７から絶縁するよりも小型化することができる。

棚８０の上端の横桟８２と下端の横桟８２は、セル盤２２の筐体枠２７の上端内壁と下端内壁に密着しており、筐体枠２７内で上下に動くことはない。また各横桟８２の左右両端は、筐体枠２７の左右の内壁に密着しているので、筐体枠２７内で左右に動くこともない。
このように、棚８０がセル盤２２内で固定されているので、その中に収納されている各セルも前後左右に動くことはない。
このように、電動機制御装置２０全体に伝わる振動を減衰するので、内部のセル６１等の個々の精密部品に振動対策をとる必要がなく、装置をコンパクトにできる。

セル盤２２の内部には、Ｒ相とＳ相とＴ相を構成するセルが、各相につき、複数台（本実施例では３台）取付けられている。これらのセルは各々変圧器の二次巻線に接続され、これら二次巻線から660Ｖ以下の三相交流電圧の供給を受け、660Ｖ以下の単相交流を出力する単相マトリクスコンバータである。この単相マトリクスコンバータは入力三相の各相と出力単相の各相を、半導体スイッチング素子で構成する双方向スイッチで接続して、交流電源の交流電圧を直接交流電圧に変換する装置で、インバータのような直流電圧部分の電解コンデンサをもたず、また電源回生が可能な電力変換装置である。

これらのセルは前述のとおり660Ｖ以下の低圧回路で構成されるため、内部で使用される部品はみな低圧定格の小型のもので良く、また低圧であるため絶縁距離も短くなるので、セル全体を小型にまとめることが可能である。

１ ガーダ
２ 車輪
３ 主フック
４ 巻上げ装置
５ 主トロリー
６ 高圧電動機
７ ドラム
１３ 補フック
１４ 補巻き装置
１５ 補トロリー
１６ 補電動機
１７ 補ドラム
２０ 電動機制御装置
２１ トランス盤
２２ セル盤
２３ 変圧器
２４ 筐体枠
２５ 制御部
２７ 筐体枠
３０ 筺体
３１ 下部フレーム
３２ 上部フレーム
３３ 側枠
４０ 防振ゴム
５０ 変圧器
６１ セル
８１ 縦桟
８２ 横桟

Claims (1)

1. ガーダと、前記ガーダに搭載された巻上げ装置と、該巻上げ装置にワイヤを介して吊下げられており、前記巻上げ装置による前記ワイヤの巻き上げ巻き戻しによって昇降可能とされたフックとを有する天井クレーンであって、
   前記巻上げ装置の電動機による前記ワイヤの巻き上げ巻き戻しの速度制御をする電動機制御装置とを備えており、
   該電動機制御装置は、複数の低圧二次巻線を有する変圧器と該変圧器の各二次巻線に接続されたセルとからなる高圧マトリクスコンバータであり、
   前記複数個のセルは、内部が絶縁材料製の縦桟と横桟からなる複数列複数段の棚で複数個の画室に区分されたセル盤の各画室に個別に収納して固定されており、
   前記棚の各段におけるセルは並びの順番に出力が直列に接続されている
   ことを特徴とする天井クレーン。

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