JP6382536B2

JP6382536B2 - インバータ式クレーン装置

Info

Publication number: JP6382536B2
Application number: JP2014047879A
Authority: JP
Inventors: 裕吾及川; 勝志飯島
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: TWI572551B; JP2015173531A; TW201536661A

Description

本発明は、インバータ式クレーン装置に係り、特に電源監視装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００１−２５１８９２号公報（特許文献１）がある。この公報は、電動巻上機の制御装置に関し、「供給電源の多相の接続状態が、欠相の場合は運転不可とし、正相か逆相の場合は操作指令の内容に沿った正しい巻き上げまたは巻き下げ運転を行うマイコン制御の電動巻上機の制御装置を提供する。」と記載されている。

特開２００１−２５１８９２号公報

前記特許文献１では、欠相の場合は動作禁止、逆相の場合はスイッチで切り替えることで正相と同様の動作方向にする制御装置について記載されている。また、特許文献１は、商用電源をそのままモータに供給して駆動する電動巻上機について記載している。しかし、インバータを用いてモータ制御する、いわゆる、インバータ式クレーン装置の場合は、電源とモータとの間に複雑な回路を必要とするので、単純な切替えスイッチでは対応できず、例えば、逆相の場合は、正規の接続と異なるため、制御装置の構成により、機器の破損等の想定外の問題が発生する可能性がある。

また、特許文献１では、欠相、逆相を検出しているが、接地相の検出は実施していない。
そのため、電源が接地されていない場合、巻上機に接触すると感電する恐れがあった。

そこで、本発明の目的は、インバータ式クレーン装置において、欠相、逆相を検出した場合、巻上機の動作を禁止し、また、接地相を監視し、接地できていない場合は異常を知らせることで、感電を防止することができる電源監視装置を有したインバータ式クレーン装置を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、３相電源と、巻上用電動機を備えた巻上用装置と、該巻上用電動機の動作を制御する巻上インバータ装置と、前記３相電源の特定の相が接地されているかを検出する検出部とを有し、前記検出部により接地されていないと検出した場合、該接地されていない情報を外部に出力する手段を備える。

本発明によれば、インバータ式クレーン装置において、接地相を監視し、接地できていない場合は異常を知らせることで、感電を防止することができる。

インバータ式クレーン装置の全体構成を示す斜視図である。インバータ式クレーン装置の主要部の構成を示すブロック図である。欠相・違相・接地相検出部の構成を示す回路図である。欠相検出処理を説明するフロー図である。違相検出処理を説明するフロー図である。違相検出処理で正相の判断方法を説明するタイミングチャートである。違相検出処理で違相の判断方法を説明するタイミングチャートである。接地相検出処理を説明するフロー図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は本実施例による電源監視装置を設置するインバータ式クレーン装置の全体構成を示す斜視図、図２はインバータ式クレーン装置の主要部の構成を示すブロック図である。

図１及び図２において、インバータ式クレーン装置は、クレーンフック１、ワイヤーロープ２、巻上誘導電動機３、巻上用装置４、横行誘導電動機５、横行用装置６、横行用ガーダー７、走行誘導電動機８、走行用装置９、走行用ガーダー１０、巻上・横行インバータ装置（主制御部と称す）１１、巻上・横行インバータ制御部１２、操作入力装置１３、巻上用インバータ１４、横行用インバータ１５、誘導電動機用ブレーキ１６、走行用インバータ装置１７、走行インバータ制御部１８および走行用インバータ１９から構成されている。

インバータ式クレーン装置は、クレーンフック１に取り付けた荷物を、巻上誘導電動機３を備えた巻上用装置４によりワイヤーロープ２を巻上巻下することでＺ方向（Ｚ方向、−Ｚ方向の矢印で示す）即ち、上下方向に荷物を移動する。また、Ｘ方向（Ｘ方向、−Ｘ方向の矢印で示す）には、横行誘導電動機５を備えた横行用装置６と、横行用ガーダー７によりＸ方向に移動する。また、Ｙ方向（Ｙ方向、−Ｙ方向の矢印で示す）には、走行誘導電動機８を備えた走行用装置９と走行用ガーダー１０によりＹ方向に移動する。

巻上誘導電動機３と横行誘導電動機５は、巻上・横行用インバータ装置１１に格納された図２の巻上・横行インバータ制御部１２により制御される。即ち、オペレータが操作入力装置１３からの所定の指示を入力すると、巻上・横行インバータ制御部１２は、巻上用インバータ１４と横行用インバータ１５を制御し、巻上用インバータ１４と横行用インバータ１５から制御に必要な周波数、電圧、電流を巻上誘導電動機３と横行誘導電動機５に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ１６を開放制御することで、クレーンフック１に取り付けられた荷物が落下することなくＺ方向に移動させる。横行用装置６の場合、横行用ガーダー７に沿って巻上用装置４をＸ方向に移動させる。同様に走行用装置９に取り付けてある走行誘導電動機８は、オペレータが操作入力装置１３からの所定の指示を入力すると、走行用インバータ装置１７に格納された図２の走行インバータ制御部１８が走行用インバータ１９を制御し、走行用インバータ１９から制御に必要な周波数、電圧、電流を走行誘導電動機８に加え、同時に誘導電動機用ブレーキ１６を開放制御することで、走行用ガーダー１０に沿って巻上用装置４をＹ方向に移動させる。

また、巻上・横行インバータ制御部１２、走行インバータ制御部１８は、欠相・違相・接地相検出部２０を有する。欠相・違相・接地相検出部２０は、３相電源の欠相、違相、及び、接地相の接地状況を検出する。

欠相・違相・接地相検出部２０の具体的な検出方法を図３〜７を用いて説明する。図３は欠相・違相・接地相検出部２０の回路図、図４は欠相検出処理のフロー図、図５は違相検出処理のフロー図、図６Ａ，６Ｂは違相検出方法を示したタイミングチャート、図７は接地相検出処理のフロー図である。

まず、供給電源の多相の接続状態が未接続である欠相の場合の欠相検出について説明する。欠相検出は、図３のＲ,Ｓ,Ｔ相検出部２１で実施する。Ｒ,Ｓ,Ｔ相検出部２１は、交流電圧を半波整流し、マイコン２２に５Ｖのパルス波形として入力する。よって、マイコン２２へは、「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルが所定の周期で交互に入力されることになる。一方、３相電源接続が断線等で、交流電圧が入力されない場合は、マイコン２２へは常時「Ｈ」レベルの入力がされる。

欠相の判断は、例えば、マイコン２２のタイマ割込処理で実施する。図４の欠相検出処理のフロー図において、まず、Ｒ,Ｓ,Ｔ相の欠相検出済みか確認し（Ｓ１０１）、検出していなければ、Ｒ相検出ポート入力状態を確認する（Ｓ１０２）。Ｒ相検出ポートの入力状態が「Ｌ」ならば、Ｒ相Ｌカウントを＋１する（Ｓ１０３）。Ｒ相検出ポートの入力状態が「Ｈ」ならば、Ｒ相Ｈカウントを＋１する（Ｓ１０４）。次に、Ｒ相ＬカウントとＨカウントの値を合計し、合計値が２０回以上ならば（Ｓ１０５）、Ｒ相Ｌカウント値を確認する（Ｓ１０６）。Ｒ相Ｌカウント値がゼロの場合は、３相電源接続が断線等で、交流電圧が入力されていないので、マイコン２２へパルス波形が入力されていない。よって、Ｒ相の欠相と判断する（Ｓ１０９）。すなわち、断線等で、交流電圧が入力されていない場合は、マイコン２２へ入力は常時「Ｈ」レベルとなるので、Ｈカウントのみが加算されるため、Ｌカウント値はゼロのままであるためである。Ｒ相Ｌカウント値がゼロではない場合は、正常にマイコン２２へパルス波形が入力されていることを示しているので、Ｒ相は正常であると判断する（Ｓ１０７）。また、Ｒ相ＬカウントとＨカウントの値を合計し、合計値が２０回以上の処理（Ｓ１０６）を実施した後、再度、Ｒ相の異常を検出するために、カウントしていたＲ相ＬカウントとＨカウントの値をゼロクリアする（Ｓ１０８、Ｓ１２６）。

ここで、本実施例では、Ｒ相ＬカウントとＨカウントの値を合計し、合計値が２０回以上の場合を判断しているが、これは、タイマ割込処理の回数を２０回と設定しているためである。電源周波数が例えば６０Ｈｚであれば、その時のマイコン２２へのパルス波形周期は、１／６０＝約２０ｍｓとなり、割り込み周期を２ｍｓとすると、２０回で２周期分パルス波形を観測することになる。すなわち、複数周期分観測することで、誤検出を防止している。よって、誤検出を防止するために複数回観測すれば良いので、より確実性を増したければ２０回よりも大きく設定しても良いし、時間短縮を重視したい場合には小さく設定しても良い。

Ｒ相ＬカウントとＨカウントの合計値が２０未満の場合（Ｓ１０５）、または、Ｒ相が正常であると判断（Ｓ１０８）した後は、Ｒ相の欠相判断と同様にＳ相、Ｔ相の欠相判断を実施する（Ｓ１１０以降）。

Ｒ,Ｓ,Ｔ各相いずれかで異常（欠相）と判断した場合、インバータの動作を禁止すると共に、誘導電動機用ブレーキ１６を制動することで、インバータ式クレーン装置の運転を禁止する。

なお、一度、異常（欠相）と判断した場合は、電源遮断で、マイコン２２ＲＡＭエリアのクリアがされない限りは、異常状態が解除されないことは、図４から明らかである。

次に、供給電源の多相の接続状態が正常接続と異なり間違って接続された違相の場合の違相検出について説明する。違相検出は、前記欠相検出と同様に、図３のＲ,Ｓ,Ｔ相検出部２１で実施する。

違相の判断は、例えば、マイコン２２のタイマ割込処理で実施する。図５の違相検出処理のフロー図において、まず、違相検出が終了しているか確認する（Ｓ２０１）。終了していれば違相検出処理を実施しない。終了していなければ、違相検出処理を実施する。ここで、前記違相検出処理実施条件を設定したのは、１度判断終了したら、電源遮断されるまで、違相の状態は変化しないことは明らかなので、マイコン２２の処理量を低減するためである。

違相検出が終了していなければ（Ｓ２０１）、違相検出を開始して良いか確認する（Ｓ２０２）。開始条件は、Ｒ相検出ポート入力状態が「Ｈ」のときである（Ｓ２０３、Ｓ２０４）。ここで、前記開始条件を設定したのは、３相電源入力前の状態で、検出を開始しないようにするためである。

違相検出がスタート（Ｓ２０２）したら、Ｒ相の検出終了を確認する（Ｓ２０５）。検出終了していなければ、Ｒ相検出ポート入力状態を確認（Ｓ２０６）し、「Ｌ」ならば、そのときの、Ｓ相検出ポート入力状態を保存し（Ｓ２０７）、Ｒ相の検出を終了する（Ｓ２０８）。Ｒ相検出処理を終了（Ｓ２０５）したら、Ｓ相検出ポート入力状態を確認し（Ｓ２０９）、「Ｌ」ならば、そのときの、Ｔ相検出ポート入力状態を保存する（Ｓ２１０）。Ｔ相検出ポート入力状態の保存（Ｓ２１０）を終了したら、保存してあるＳ,Ｔ相の入力状態を確認し（Ｓ２１１）、Ｓ,Ｔ相が共に「Ｈ」ならば、正常（正相）と判断する（Ｓ２１２）。Ｓ,Ｔ相が共に「Ｈ」でなければ、異常（違相）と判断する（Ｓ２１３）。正常か異常を判断したら、違相検出を終了する（Ｓ２１４）。

ここで、この正相、違相の判断の詳細説明を、図６Ａ，６Ｂのタイミングチャートを用いて説明する。

図６Ａが正相の場合のタイミングチャートである。図６Ａにおいて、（１）の記載が図５の処理Ｓ２０２〜Ｓ２０４、（２）の記載が処理Ｓ２０５,Ｓ２０６、（３）の記載が処理Ｓ２０７、（４）の記載がＳ２０９、（５）の記載がＳ２１０、（６）の記載がＳ２１１〜Ｓ２１２に対応する。すなわち、Ｒ,Ｓ,Ｔ相が正しく接続されている場合は、マイコン２２へのパルス波形入力はＲ,Ｓ,Ｔ相が順番に位相がずれた形となるので、Ｒ相の「Ｈ」から「Ｌ」へのタイミングでＳ相検出ポートのレベルは「Ｈ」であり、また、Ｓ相の「Ｈ」から「Ｌ」へのタイミングでＴ相検出ポートのレベルは「Ｈ」となるので、入力状態を保存したＳ相、Ｔ相が共に「Ｈ」ならば、正常と判断できる。

一方、違相の場合は、図６Ｂに示すタイミングチャートとなる。図６Ｂに示すように、違相のパターンは５パターンあり、Ｒ相の「Ｈ」から「Ｌ」へのタイミングでＳ相検出ポートを保存したレベルと、続くＳ相検出ポートレベルが「Ｌ」のタイミングでＴ相検出ポートを保存したレベルは、図６Ｂに示すように、いずれの場合も両方が「Ｈ」とならない。よって、入力状態を保存したＳ相、Ｔ相が共に「Ｈ」でなければ違相と判断できる。

なお、Ｒ,Ｓ,Ｔ検出ポートへの入力波形は図６の場合ＯＮデューティー５０％で記載しているが、ＯＮデューティーは回路定数で自由に設定でき、また、違相の判断処理をＯＮデューティーの比率により作成する必要があることは言うまでもない。

前記Ｒ,Ｓ,Ｔ各相いずれかで違相と判断した場合、インバータの動作を禁止すると共に、誘導電動機用ブレーキ１６を制動することで、インバータ式クレーン装置の運転を禁止する。

次に、供給電源の多相の接続状態において特定の接地されるべき接地相が接地されているかを検出する接地相検出について説明する。接地相検出は、例えば、図３の接地相検出部２３で実施する。接地相検出部２３は、交流電圧を半波整流し、マイコン２２に５Ｖのパルス波形で入力する。３相電源うちの特定の接地される接地相（通常はＳ相）が接地されていない場合は、電位差が発生するので、交流電圧が入力され、マイコン２２に５Ｖのパルス波形が入力される。よって、マイコン２２へは、「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルが所定の周期で交互に入力されることになる。一方、接地相が接地されている場合は、電位差がゼロなので、交流電圧が入力されず、マイコン２２へ常時「Ｈ」レベルの入力がされる。

接地相の判断は、例えば、マイコン２２のタイマ割込処理で実施する。図７の接地相検出処理のフロー図において、まず、接地相の異常を検出済みか確認し（Ｓ３０１）、異常を検出していなければ、接地相検出ポート入力状態を確認する（Ｓ３０２）。接地相検出ポートの入力状態が「Ｌ」ならば、接地相Ｌカウントを＋１する（Ｓ３０３）。接地相検出ポートの入力状態が「Ｈ」ならば、接地相Ｈカウントを＋１する（Ｓ３０４）。次に、接地相ＬカウントとＨカウントの値を合計し、合計値が２０回以上ならば（Ｓ３０５）、接地相Ｌカウント値を確認する（Ｓ３０６）。接地相Ｌカウント値がゼロでない場合は、接地相が接地されていないので、接地相の異常と判断する（ＳＳ０９）。すなわち、接地相が接地されていない場合は、交流電圧が入力されるので、マイコン２２へ入力は「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルが所定の周期で交互に入力され、接地相Ｌカウント値はゼロにならないためである。接地相Ｌカウント値がゼロの場合は、正常に接地されていることを示しているので、接地相は正常であると判断する（ＳＳ０７）。

また、接地相ＬカウントとＨカウントの値を合計し、合計値が２０回以上の処理（Ｓ３０６）を実施した後、再度、接地相の異常を検出するために、カウントしていた接地相ＬカウントとＨカウントの値をゼロクリアする（Ｓ３０８）。なお、本実施例では、接地相ＬカウントとＨカウントの値を合計し、合計値が２０回以上の場合を判断しているが、誤検出を防止する目的で、２０回に限定されず、他の値に設定しても良い。

接地相が異常（接地されていない）と判断した場合、前記、欠相、違相と同様に、インバータの動作を禁止すると共に、誘導電動機用ブレーキ１６を制動することで、インバータ式クレーン装置の運転を禁止する。

なお、一度、異常（接地されていない）と判断した場合は、電源遮断で、マイコン２２のＲＡＭエリアのクリアがされない限りは、異常状態が解除されないことは、図７からあきらかである。

欠相、違相、接地相の異常検出は前記により実施し、異常と判断した場合、例えば、巻上・横行インバータ制御部１２、走行インバータ制御部１８から信号を出力し、外部に取付けたランプを点灯させることで異常を知ることができる。

また、巻上・横行インバータ制御部１２、走行インバータ制御部１８に表示器を設け、表示器に異常を表示しても良い。

以上のように、本実施例によれば、３相電源と、巻上用電動機を備えた巻上用装置と、該巻上用電動機の動作を制御する巻上インバータ装置と、前記３相電源の特定の相が接地されているかを検出する検出部とを有し、前記検出部により接地されていないと検出した場合、該接地されていない情報を外部に出力する手段を備えるインバータ式クレーン装置により、接地できていない場合は異常を知らせることで、感電を防止することができる。また、検出部により接地されていないと検出した場合、運転を停止する手段を備えることで意図しない動作になることが無く、安全性が向上する。

さらには、３相電源の欠相、違相を検出する検出部を有し、該検出部により３相電源が欠相または違相である場合、異常情報を外部に出力する手段を備えるインバータ式クレーン装置により、欠相、違相を知らせることで、機器の破損等の想定外の問題が発生することを防止できる。また、検出部により３相電源が欠相または違相である場合、運転を停止する手段を備えたことで意図しない動作になることが無く、安全性が向上するインバータ式クレーン装置を提供できる。

また、３相電源の欠相、違相、または特定の相が接地されているかを検出する検出部を有し、該検出部により３相電源が欠相、違相または接地されていないと検出した場合、該異常情報を外部に出力する手段を備えるインバータ式クレーン装置により、機器の破損等の想定外の問題が発生することを防止できる。また、検出部により３相電源が欠相、違相または接地されていないと検出した場合、運転を停止する手段を備えたことで意図しない動作になることが無く、安全性が向上するインバータ式クレーン装置を提供できる。

また、前記検出部は３相電源の波形を検出し、検出した波形から欠相、違相または接地されているかを判断することで、簡単な構成により、異常を検出することが出来る。

すなわち、本実施例により、欠相、違相、接地相の異常を検出することができ、異常を検出した場合、インバータの動作を禁止すると共に、誘導電動機用ブレーキを制動するので、インバータ式クレーン装置の運転を禁止することができ、意図しない動作になることが無く、安全性が向上する。また、欠相、違相、接地相の異常検出状態を外部に出力し、異常を知らせることができるので、異常発生に気付くことができる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、欠相、違相、接地相の異常のうち何れか１つのみ検出しても良いし、いずれかの組み合わせで検出を行っても良い。また、異常検出時、異常を知らせるだけでも良く、動作を禁止するだけでも、両者を組み合わせても良い。

１：クレーンフック
２：ワイヤーロープ
３：巻上誘導電動機
４：巻上用装置
５：横行誘導電動機
６：横行用装置
７：横行用ガーダー
８：走行誘導電動機
９：走行用装置
１０：走行用ガーダー
１１：巻上・横行インバータ装置
１２：巻上・横行インバータ制御部
１３：操作入力装置
１４：巻上用インバータ
１５：横行用インバータ
１６：誘導電動機用ブレーキ
１７：走行用インバータ装置
１８：走行インバータ制御部
１９：走行用インバータ
２０：欠相・違相・接地相検出部
２１：Ｒ,Ｓ,Ｔ相検出部
２２：マイコン
２３：接地相検出部

Claims

３相電源と、
巻上用電動機を備えた巻上用装置と、
該巻上用電動機の動作を制御する巻上インバータ装置と、
前記３相電源の特定の相の交流電圧を半波整流しパルス波形として取り込み、前記３相電源の交流電圧が入力されている状態を、所定の周期で交互に入力される「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルとし、入力されない状態を「Ｈ」レベルとしたとき、前記パルス波形の「Ｈ」レベルまたは「Ｌ」レベルを所定周期で取り込み、該取り込み回数が所定数に達した時点で、前記取り込んだレベルの中で「Ｌ」レベルがある場合、接地されていないと検出する検出部とを有し、
前記検出部により接地されていないと検出した場合、該接地されていない情報を外部に出力する手段を備えたことを特徴とするインバータ式クレーン装置。
請求項１に記載のインバータ式クレーン装置であって、
前記検出部により接地されていないと検出した場合、運転を停止する手段を備えたことを特徴とするインバータ式クレーン装置。
３相電源と、
巻上用電動機を備えた巻上用装置と、
該巻上用電動機の動作を制御する巻上インバータ装置と、
前記３相電源の交流電圧を半波整流しパルス波形として取り込み、前記３相電源の交流電圧が入力されている状態を、所定の周期で交互に入力される「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルとし、入力されない状態を「Ｈ」レベルとしたとき、前記３相電源の各相電源ごとに、前記パルス波形の「Ｈ」レベルまたは「Ｌ」レベルを所定周期で取り込み、該取り込み回数が所定数に達した時点で、前記取り込んだレベルの中で「Ｌ」レベルがない場合、該相電源を欠相として検出する検出部とを有し、
前記検出部により前記３相電源が欠相である場合、異常情報を外部に出力する手段を備えたことを特徴とするインバータ式クレーン装置。
請求項３に記載のインバータ式クレーン装置であって、
前記検出部により前記３相電源が欠相である場合、運転を停止する手段を備えたことを特徴とするインバータ式クレーン装置。
３相電源と、
巻上用電動機を備えた巻上用装置と、
該巻上用電動機の動作を制御する巻上インバータ装置と、
前記３相電源の交流電圧を半波整流しパルス波形として取り込み、前記３相電源の交流電圧が入力されている状態を、所定の周期で交互に入力される「Ｈ」レベルと「Ｌ」レベルとし、入力されない状態を「Ｈ」レベルとしたとき、前記３相電源の各相電源ごとに前記パルス波形の「Ｈ」レベルまたは「Ｌ」レベルを所定周期で取り込み、前記３相電源がＲ相、Ｓ相、Ｔ相の場合、Ｒ相の「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへのタイミングでのＳ相のレベルと、Ｓ相の「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルへのタイミングでのＴ相のレベルが、共に「Ｈ」レベルでなければ違相として検出する検出部とを有し、
前記検出部により前記３相電源が違相と検出した場合、該異常情報を外部に出力する手段を備えたことを特徴とするインバータ式クレーン装置。
請求項５に記載のインバータ式クレーン装置であって、
前記検出部により前記３相電源が違相と検出した場合、運転を停止する手段を備えたことを特徴とするインバータ式クレーン装置。
請求項１から６の何れかに記載のインバータ式クレーン装置であって、
さらに、横行用電動機を備えた横行用装置と、
走行用電動機を備えた走行用装置と、
前記横行用電動機の動作を制御する前記巻上インバータ装置と兼用する巻上横行インバータ装置と、
前記走行用電動機の動作を制御する走行用インバータ装置と、
を有することを特徴とするインバータ式クレーン装置。