JP6024219B2 - 織機の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、織機の駆動装置に係り、詳しくは織機の運転回転数の変更をインバータ装置で駆動制御される主モータの回転数の変更で行う織機の駆動装置に関する。

一般的な織機の主軸駆動系は、主モータと、織機の各装置の駆動源として機能する主軸と、複数のプーリ及び伝達ベルトからなり主モータの回転を主軸に伝達する減速手段とで構成されている。一方、織布工場では、織機の運転回転数変更のため、プーリの交換作業を行うこと無く、織機の運転回転数を容易に変更（設定）可能にすることが求められている。これを実現するため、織機の主モータ（原動モータ）を交流モータで構成し、織機運転時には、設定された織機回転数に対応する周波数の交流電力をインバータで供給して主モータを駆動し、織機停止時には、主軸に対する制動トルクを主モータから発生させる駆動装置が提案されている（特許文献１）。

また、プーリの交換作業を行うこと無く織機の運転回転数の変更を可能とするため、主モータに三相誘導モータを使用するとともに、起動時には商用電源で三相誘導モータを駆動し、通常運転時には可変周波数型のインバータで駆動する織機用運転装置が提案されている（特許文献２）。特許文献２の装置では、主モータをインバータ制御のみで駆動すると、織機の起動初期において起動トルクが不足し、筬打ち力の不足により織物に織段が発生するのを防止するため、起動時には主モータをデルタ結線で商用電源に接続して駆動する。そして、主モータが所定の回転数に達した時点で、主モータをスター結線でインバータに接続して、以後はインバータの出力周波数によって所定の回転数で回転を継続する。インバータと主モータとの間及び商用電源と主モータとの間にはそれぞれ継電器の常開接点が設けられている。

特開２００７−３３２４７７号公報 実開昭６１−９０８７７号公報

特許文献１では、織機の起動初期からインバータ装置で主モータを制御しているが、織機の起動初期から織物に織段が発生するのを防止可能な駆動トルクで主モータを駆動するためには、インバータ装置の大容量化、即ちインバータ装置の大型化が必要になる。

一方、特許文献２の技術のように、織機の起動時には、主モータを商用電源にデルタ結線で接続して起動させた後、インバータ装置にスター結線で主モータを接続してインバータ装置で制御する構成では、インバータ装置を大型化せずに織機の起動初期から支障なく運転することができる。しかし、織機が高速運転されている状態で織機を支障なく停止させるためには、主モータの直流制動あるいは回生制動を利用して減速させた後、電磁ブレーキで制動させることが好ましい。なぜならば、直流制動あるいは直流制動を利用して減速を行わずに電磁ブレーキのみで支障なく制動を行うためには、大容量の電磁ブレーキが必要になる。また、回転数が大きな状態で電磁ブレーキを掛ける必要があり、ブレーキシューの摩耗が多くなり、耐久性が低下する。

しかし、インバータ装置と主モータとの間に継電器（電磁接触器）の接点を介してインバータから主モータに電力を供給している状態で、停電が生じると、主モータとインバータ装置を接続している結線が開放されるため、回生制動あるいは直流制動ができなくなる。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、大容量のインバータ装置を使用せずに、停電時でも主モータの回生制動あるいは直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる織機の駆動装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、主モータとして三相交流モータを備え、前記主モータは商用電源にデルタ結線回路で接続され、かつ前記商用電源に接続されたインバータ装置にスター結線回路で接続され、前記デルタ結線回路には第１の電磁接触器の常開接点が設けられ、前記スター結線回路には第２の電磁接触器の常開接点が設けられ、前記両電磁接触器の励消磁制御により、織機の起動時には前記商用電源で前記デルタ結線回路を介して前記主モータを駆動し、通常運転時には前記インバータ装置によって前記スター結線回路を介して前記主モータを駆動する織機において、前記インバータ装置として、コンバータ回路、コンデンサ及びインバータ回路を備えた装置が使用され、前記インバータ装置と前記主モータの間には、前記デルタ結線回路又は前記スター結線回路を停電時に通電状態に保持する通電保持手段を備えており、前記インバータ装置から前記デルタ結線回路又は前記スター結線回路を介して前記主モータへ直流制動用の電流を停電時に供給させる制御装置を備えている。

この発明では、織機の起動時には、主モータが商用電源にデルタ結線で接続された状態で駆動されるため、起動初期の状態でも必要な筬打ち力が得られる起動トルクで主モータが駆動される。そして、通常運転時には、主モータはインバータ装置にスター結線回路で接続された状態で駆動され、織機の運転条件に対応した回転速度で駆動される。織機の運転中に停電が発生すると、商用電源からインバータ装置への電力供給は遮断され、主モータとインバータ装置とを接続するスター結線回路の常開接点が開放される。

従来の構成では、停電になると、主モータに電力が供給されなくなるため、回生制動あるいは直流制動を行うことができず、織機の停止に支障を来す。しかし、この発明では、商用電源の停電時には、通電保持手段により、デルタ結線回路又は前記スター結線回路が通電状態に保持される。また、インバータ装置に装備されたコンデンサに充電された電力が短時間、インバータ装置から出力されるため、主モータはその電力により回生制動あるいは直流制動を行うことができる。回生制動あるいは直流制動は短時間（例えば、１００ミリ秒）でよいため、コンデンサに充電されていた電力で支障なく回生制動あるいは直流制動が行われ、回生制動あるいは直流制動に続いて行われる電磁ブレーキによる制動で織機は支障なく停止される。したがって、大容量のインバータ装置を使用せずに、停電時でも主モータの回生制動あるいは直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記通電保持手段は、前記スター結線回路を停電時に通電状態に保持する。停電時にスター結線回路又はデルタ結線回路を通電状態に保持すれば、主モータの回生制動あるいは直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができるが、スター結線回路を通電状態に保持した方が、デルタ結線回路を通電状態に保持するのに比べて、効率良く回生制動あるいは直流制動を行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記通電保持手段は、前記デルタ結線回路又は前記スター結線回路の前記常開接点と並列に接続された常閉接点を有する電磁接触器である。この発明では、第１の電磁接触器あるいは第２の電磁接触器の励磁により閉状態に保持されていたデルタ結線回路又はスター結線回路の常開接点が停電時に開放されても、その常開接点と並列に接続されている常閉接点が開状態から閉状態になるため、その常閉接点が設けられたデルタ結線回路又はスター結線回路は通電状態に保持される。したがって、停電時でも主モータの回生制動あるいは直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記通電保持手段は、前記デルタ結線回路及び前記スター結線回路の前記常開接点の電磁接触器の少なくとも一方に接続されたバックアップ用の電源である。この発明では、通常運転時に閉状態に保持される常開接点の電磁接触器にバックアップ用の電源が接続され、停電時でもその電磁接触器にバックアップ用の電源から電力が供給されて、常開接点は閉状態に保持される。したがって、停電時でも主モータの回生制動あるいは直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる。また、織機には、主モータ用のバックアップ用の電源はないが、他の装置用のバックアップ用の電源が装備されているため、そのバックアップ用の電源を使用すれば、請求項３に記載の発明の通電保持手段を設ける場合に比べて、通電保持手段を設けるために必要なスペースを確保し易い。

本発明によれば、大容量のインバータ装置を使用せずに、停電時でも主モータの回生制動あるいは直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる織機の駆動装置を提供することができる。

第１の実施形態の回路図。 第２の実施形態の回路図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１にしたがって説明する。
織機は、左右一対のフレーム間に主軸が回転可能に支持されており、主軸は、主軸の回転に同期して機械的に駆動される織機上の各装置に回転力を伝達する駆動軸として用いられ、いわゆる織機のクランク軸としての機能を有する。主モータは、ベルト伝動装置を介して主軸を回転駆動する。

図１に示すように、主モータＭは、例えば、２００Ｖの商用電源１１にデルタ結線回路１２で接続され、かつ商用電源１１に接続されたインバータ装置１３にスター結線回路１４で接続されている。デルタ結線回路１２には第１の電磁接触器１５の常開接点１５ａが設けられている。スター結線回路１４には第２の電磁接触器１６の常開接点１６ａが設けられている。 主モータＭには三相誘導モータが使用されている。インバータ装置１３は、コンバータ回路１７、コンデンサ１８及びインバータ回路１９を備えており、コンデンサ１８はコンバータ回路１７とインバータ回路１９との間に設けられている。

インバータ装置１３は配線２０を介して商用電源１１に接続され、配線２１を介して主モータＭに接続されている。配線２０には第３の電磁接触器２２の常開接点２２ａが設けられている。配線２０の常開接点２２ａが設けられた位置よりインバータ装置１３側と、配線２１との間を接続する配線２３には、第４の電磁接触器２４の常開接点２４ａが設けられている。

スター結線回路１４には、第２の電磁接触器１６の常開接点１６ａと並列に接続された常閉接点２５ｂを有する電磁接触器２５が設けられている。電磁接触器２５は、スター結線回路１４を停電時に通電状態に保持する通電保持手段を構成する。

商用電源１１は２００Ｖの交流である。第１の電磁接触器１５、第２の電磁接触器１６、第３の電磁接触器２２、第４の電磁接触器２４及び電磁接触器２５として交流電磁接触器が使用され、それぞれ１００Ｖの交流電源２６に接続されている。各電磁接触器１５，１６，２２，２４，２５の電磁コイル１５ＭＣ，１６ＭＣ，２２ＭＣ，２４ＭＣ，２５ＭＣは制御装置２７により励消磁制御されるようになっている。

制御装置２７は、織機の起動時には商用電源１１で主モータＭを駆動し、通常運転時にはインバータ装置１３によって主モータＭを駆動するように、第１の電磁接触器１５、第２の電磁接触器１６、第３の電磁接触器２２、第４の電磁接触器２４及び電磁接触器２５を励消磁制御する。また、制御装置２７は、織機の運転停止時に、主軸の回転を最終的に図示しない電磁ブレーキで停止させる前に、主モータＭを直流制動で減速させるように、インバータ装置１３を制御する。電磁ブレーキは、停電時にも少なくとも織機の運転停止に必要な時間、図示しないバックアップ用の電源で駆動可能になっている。なお、図１では、制御装置２７とインバータ装置１３との間の信号線及び制御装置２７と各電磁接触器１５，１６，２２，２４，２５との間の配線の図示を省略している。

次に前記のように構成された織機の駆動装置の作用を説明する。
織機を運転する場合は、電磁接触器２５の電磁コイル２５ＭＣは、常に励磁状態に保持され、常閉接点２５ｂは開状態に保持される。また、第３の電磁接触器２２の電磁コイル２２ＭＣも織機の運転中、常に励磁状態に保持され、常開接点２２ａは閉状態に保持される。織機の起動時には、第１の電磁接触器１５の電磁コイル１５ＭＣが励磁されて常開接点１５ａが閉状態に保持され、第２の電磁接触器１６の電磁コイル１６ＭＣが消磁されて常開接点１６ａは開状態に保持される。そして、主モータＭにはデルタ結線回路１２を介して商用電源１１から電力が供給され、主モータＭは大きなトルクで急速に立ち上がる。そのため、起動初期の状態でも必要な筬打ち力が得られる起動トルクで主モータＭが駆動される。

主モータＭの回転数が予め設定された所定回転数に達すると、制御装置２７の指令により、第１の電磁接触器１５の電磁コイル１５ＭＣが消磁されて常開接点１５ａが開放され、第２の電磁接触器１６の電磁コイル１６ＭＣが励磁されて常開接点１６ａが閉状態になる。そして、主モータＭはスター結線回路１４を介してインバータ装置１３に接続され、インバータ装置１３を介して駆動制御される状態になる。インバータ装置１３は制御装置２７により指令された周波数で交流を出力し、主モータＭは運転条件に対応した所定の回転数で駆動される。

織機の運転停止時には、主モータＭの直流制動を利用して主軸の回転速度を減速した後、図示しない電磁ブレーキにより主軸が制動されて、織機の運転が停止される。主モータＭを直流制動する際には、インバータ装置１３から直流制動用の電流が主モータＭに供給されて、直流制動が行われる。

織機の運転中に停電が生じた場合、織機を支障なく停止させる必要がある。停電で商用電源１１からの電力供給が遮断されても、インバータ装置１３は、コンデンサ１８に充電された電力で短時間、例えば、１００ミリ秒程度の間は、電力を出力することができる。また、停電になると、第２の電磁接触器１６の電磁コイル１６ＭＣが消磁されてそれまでスター結線回路１４を通電状態に保持していた常開接点１６ａが開放されるが、電磁接触器２５の電磁コイル２５ＭＣも消磁され、常開接点１６ａと並列に接続された常閉接点２５ｂが閉状態になり、スター結線回路１４は通電状態に保持される。そして、制御装置２７は、停電発生信号を確認すると、インバータ装置１３に主モータＭを直流制動させる出力を行わせる指令を行う。その結果、１００ミリ秒程度の短時間、主モータＭが直流制動されて、主軸の回転が減速された後、主軸が電磁ブレーキにより制動されて織機が支障なく停止される。そのため、停電時でも、主軸が電磁ブレーキで制動される前に、主軸の回転が主モータＭの直流制動により減速されるため、電磁ブレーキには過大な負荷が加わらず、ブレーキシューの摩耗が抑制される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）織機の駆動装置は、主モータＭとして三相交流モータを備え、主モータＭは商用電源１１にデルタ結線回路１２で接続され、かつ商用電源１１に接続されたインバータ装置１３にスター結線回路１４で接続されている。デルタ結線回路１２には第１の電磁接触器１５の常開接点１５ａが設けられ、スター結線回路１４には第２の電磁接触器１６の常開接点１６ａが設けられている。そして、両電磁接触器１５，１６の励消磁制御により、織機の起動時には商用電源１１によってデルタ結線回路１２を介して主モータＭが駆動され、通常運転時にはインバータ装置１３によってスター結線回路１４を介して主モータＭが駆動される。したがって、インバータ装置１３として大容量で大型の装置を使用しなくても、織機の起動初期から織物に織段が発生することを防止できる筬打ち力が確保された起動トルクで、主モータＭが駆動される。

（２）インバータ装置１３として、コンバータ回路１７、コンデンサ１８及びインバータ回路１９を備えた装置が使用され、スター結線回路１４を停電時に通電状態に保持する通電保持手段を備えている。そのため、商用電源１１の停電時には、通電保持手段により、スター結線回路１４が通電状態に保持された状態で、インバータ装置１３に装備されたコンデンサ１８に充電された電力が短時間、インバータ装置１３から出力されるため、主モータＭはその電力により直流制動を行うことができる。したがって、大容量のインバータ装置を使用せずに、停電時でも主モータＭの直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる。また、停電時にデルタ結線回路１２を通電状態に保持しても、主モータＭの直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができるが、スター結線回路１４を通電状態に保持した方が、デルタ結線回路１２を通電状態に保持するのに比べて、効率良く直流制動を行うことができる。

（３）通電保持手段は、スター結線回路１４の常開接点１６ａと並列に接続された常閉接点２５ｂを有する電磁接触器２５である。そのため、織機の運転時に閉状態に保持されていたスター結線回路１４の常開接点１６ａが停電時に開放されても、その常開接点１６ａと並列に接続されている常閉接点２５ｂが開状態から閉状態になるため、スター結線回路１４は通電状態に保持される。したがって、停電時でも主モータＭの直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる。

（４）電磁接触器２５として交流用の電磁接触器が使用されている。電磁接触器２５として直流用の電磁接触器を使用することも可能であるが、その場合、第１の電磁接触器１５及び第２の電磁接触器１６も直流用の電磁接触器を使用する必要がある。しかし、直流用の電磁接触器は大電流用のものを入手し難い。この実施形態では、電磁接触器２５に交流用の電磁接触器が使用されているため、そのような問題を回避することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図２にしたがって説明する。
この実施形態の駆動装置は、スター結線回路１４を停電時に通電状態に保持する通電保持手段の構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図２に示すように、通電保持手段を構成する常閉接点２５ｂを有する電磁接触器２５は設けられていない。そして、スター結線回路１４に設けられた第２の電磁接触器１６の電磁コイル１６ＭＣ及びデルタ結線回路１２に設けられた第１の電磁接触器１５の電磁コイル１５ＭＣは、バックアップ回路付きの電源２８から電力を供給可能に構成されている。

この実施形態の駆動装置においては、停電時以外は、第１の実施形態と同様にして主モータＭが駆動されて織機が運転される。
一方、停電が発生すると、第３の電磁接触器２２は消磁され、それまで閉状態に保持されていた常開接点２２ａは開状態になり、商用電源１１からの電力供給は停止される。一方、第１の電磁接触器１５及び第２の電磁接触器１６は、電源２８から電力供給を受けるため、第１の電磁接触器１５の常開接点１５ａは開状態に保持され、第２の電磁接触器１６の常開接点１６ａは閉状態に保持され、主モータＭはスター結線回路１４を介してインバータ装置１３から電力供給を受ける状態に保持される。商用電源１１からインバータ装置１３への電力供給が停止された状態でも、インバータ装置１３は、コンデンサ１８に充電された電力を使用して、１００ミリ秒程度の短時間は出力が可能である。そして、制御装置２７は、停電発生信号を確認すると、インバータ装置１３に主モータＭを直流制動させる出力を行わせる指令を行う。その結果、１００ミリ秒程度の短時間、主モータＭが直流制動されて、主軸の回転が減速された後、主軸が電磁ブレーキにより制動されて織機が支障なく停止される。

この実施形態の駆動装置においても、第１の実施形態の（１），（２）と同様の効果を得ることができる他に次の効果を得ることができる。
（５）商用電源１１の停電時に、デルタ結線回路１２又はスター結線回路１４を通電状態に保持する通電保持手段は、デルタ結線回路１２に設けられた常開接点１５ａの第１の電磁接触器１５及びスター結線回路１４に設けられた常開接点１６ａの第２の電磁接触器１６に接続されたバックアップ用の電源２８である。そのため、通常運転時に閉状態に保持されている常開接点１６ａは、停電時でも閉状態に保持される。そのため、インバータ装置１３から短時間、直流制動用の電力が出力されると、その間、主モータＭは直流制動で減速される。したがって、停電時でも主モータＭの直流制動を利用して支障なく織機の運転を停止することができる。また、織機には、主モータＭ用のバックアップ用の電源はないが、他の装置用のバックアップ用の電源が装備されているため、そのバックアップ用の電源を使用すれば、第１の実施形態のように通電保持手段として常閉接点２５ｂを有する電磁接触器２５を設ける場合に比べて、通電保持手段を設けるために必要なスペースを確保し易い。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 停電時に、インバータ装置１３のコンデンサ１８に充電されている電力を主モータＭに供給して主モータＭの直流制動を行うための回路は、スター結線回路１４に限らず、デルタ結線回路１２を使用してもよい。即ち、第１の実施形態のように、常閉接点２５ｂを有する電磁接触器２５を通電保持手段として用いる構成において、常閉接点２５ｂをデルタ結線回路１２に設けられた第１の電磁接触器１５の常開接点１５ａと並列に接続した構成としてもよい。この場合、停電時には、インバータ装置１３から出力される電力は、デルタ結線回路１２を介して主モータＭに供給され、主モータＭが直流制動される。しかし、スター結線回路１４を介して電力が供給される方が、デルタ結線回路１２を介して電力が供給される場合に比べて、主モータＭが効率良く減速される。

○ 第２の実施形態のように、バックアップ用の電源２８を用いる構成においても、停電時にデルタ結線回路１２を介して主モータＭに電力を供給して直流制動を行ってもよい。この場合は、停電時に主モータＭをスター結線回路１４に代えてデルタ結線回路１２で駆動するように、第１の電磁接触器１５及び第２の電磁接触器１６の励消磁制御を行う必要がある。

○ 第２の実施形態においてバックアップ用の電源２８は、第１の電磁接触器１５には接続されず、第２の電磁接触器１６にのみ接続された構成としてもよい。
○ 停電時にデルタ結線回路１２を利用して主モータＭの直流制動を行う構成においては、バックアップ用の電源２８を第１の電磁接触器１５にのみ接続した構成としてもよい。

○ 停電時に主モータＭの制動を利用して主軸の減速を行う場合、主モータＭを直流制動する代わりに、回生制動を行ってもよい。
○ 電磁ブレーキは、主軸に設けられた構成であっても、主モータＭに設けられた構成であってもよい。

○ 通電保持手段として用いられる常閉接点２５ｂを有する電磁接触器２５は、交流電磁接触器に限らず、直流電磁接触器であってもよい。しかし、電磁接触器２５に直流電磁接触器を使用する場合は、第２の電磁接触器１６も直流電磁接触器を使用する必要があるが、直流電磁接触器は大きな電流が流れるものを入手し難いため、交流電磁接触器の方が好ましい。

Ｍ…主モータ、１１…商用電源、１２…デルタ結線回路、１３…インバータ装置、１４…スター結線回路、１５…第１の電磁接触器、１６…第２の電磁接触器、１７…コンバータ回路、１８…コンデンサ、１９…インバータ回路、２５…通電保持手段を構成する電磁接触器、２５ｂ…同じく常閉接点、２８…通電保持手段を構成する電源。

Claims (4)

1. 主モータとして三相交流モータを備え、前記主モータは商用電源にデルタ結線回路で接続され、かつ前記商用電源に接続されたインバータ装置にスター結線回路で接続され、前記デルタ結線回路には第１の電磁接触器の常開接点が設けられ、前記スター結線回路には第２の電磁接触器の常開接点が設けられ、前記両電磁接触器の励消磁制御により、織機の起動時には前記商用電源で前記デルタ結線回路を介して前記主モータを駆動し、通常運転時には前記インバータ装置によって前記スター結線回路を介して前記主モータを駆動する織機において、
   前記インバータ装置として、コンバータ回路、コンデンサ及びインバータ回路を備えた装置が使用され、前記インバータ装置と前記主モータの間には、前記デルタ結線回路又は前記スター結線回路を停電時に通電状態に保持する通電保持手段を備えており、
   前記インバータ装置から前記デルタ結線回路又は前記スター結線回路を介して前記主モータへ直流制動用の電流を停電時に供給させる制御装置を備えていることを特徴とする織機の駆動装置。
2. 前記通電保持手段は、前記スター結線回路を停電時に通電状態に保持する請求項１に記載の織機の駆動装置。
3. 前記通電保持手段は、前記デルタ結線回路又は前記スター結線回路の前記常開接点と並列に接続された常閉接点を有する電磁接触器である請求項１又は請求項２に記載の織機の駆動装置。
4. 前記通電保持手段は、前記デルタ結線回路及び前記スター結線回路の前記常開接点の電磁接触器の少なくとも一方に接続されたバックアップ用の電源である請求項１又は請求項２に記載の織機の駆動装置。