JP6620242B2 - 巻上機および巻上機の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、インバータ制御を用いた巻上機およびその制御方法に関する
本技術分野の背景技術として、特開２０１０−３５１３号公報（特許文献１）がある。この特許には、「複数の電路に設けられ、各電路に流れる電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段の検出信号にもとづいて各電路ごとの電流実効値を演算する演算手段と、この演算手段が演算した電流実効値にもとづいて各電路の通電電流における変動周期を検出する変動周期検出手段と、各電路を開離する開閉器と、この開閉器が開離したときの演算手段の電流実効値にもとづいて各電路ごとに求めた開閉履歴情報を記憶する開閉履歴情報記憶手段と、演算手段の電流実効値が所定値以上の時、開閉履歴情報記憶手段の開閉履歴情報が最大である電路の電流実効値が小さくなるタイミングを変動周期検出手段の変動周期から求めて開閉器を開離させる引き外し手段とを備えた構成。」（要約）と記載されている。
また、特開平１０−２０８５７５号公報（特許文献２）がある。この公報には、「リレー接点のＯＮ，ＯＦＦタイミングをＡＣゼロクロス手前で動作させるために、接点動作検出回路を設け、マイクロコンピュータでリレーコイルの無励磁，励磁による接点ＯＮ，ＯＦＦまでの時間を計算してタイミングを確定させるようにしたリレー制御方法。」（要約）と記載されている。
インバータ制御を用いた巻上機のブレーキ制御では、巻上および巻下開始時に制御基板からの指令により制御基板上のブレーキリレーを駆動させ、ブレーキを開放させている。巻上機では一般的に、荷の位置を微調整する寸動操作(以下、インチングという。)により、接点の開閉が頻繁に行われる為、接点が引き離される際に発生するアーク放電の影響により、リレーの接点が摩耗するのが早く、万一ブレーキのリレーが溶着した場合は、ブレーキが開放されたままになってしまう。
この問題を解決するために従来から、リレーの接点寿命を向上させる方法として、例えば特許文献１では、電路の電流実効値が小さくなるタイミングで開閉器を開離させている。また、特許文献２では、リレー接点のＯＮ，ＯＦＦタイミングをＡＣゼロクロス手前で動作させている。
前記特許文献１では、各電路ごとに電流実効値を演算し、電流実効値が小さくなるタイミングで開離させるため、演算や制御処理が複雑化する。また、前記特許文献２では、リレー接点のＯＮ，ＯＦＦタイミングをＡＣゼロクロス手前で動作させるために、接点動作検出回路を設けなければならない。
そこで、本発明は、複雑な制御や特別な装置を用いることなく、インバータ制御を用いた巻上機のブレーキ駆動用リレーの接点寿命を向上させることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、ブレーキを駆動する２相の接続線に各１つずつブレーキ駆動用のリレーを設け、リレーの機械的な動作のバラつきを考慮し、２つのリレーの開閉タイミングをずらし、アーク放電によるリレーへのダメージを交互に加えて分散させる制御を行う。
本発明の「巻上機」の一例を挙げるならば、インバータ制御される電動機と、３相電源の２相で駆動され、前記電動機を制動するブレーキと、前記ブレーキを駆動する２相の接続線に各１つずつ設けた２つのブレーキ駆動用リレーと、前記ブレーキ駆動用リレーに制御信号を供給する制御装置とを備え、前記制御装置は、巻上機の操作入力に基づき、前記２つのブレーキ駆動用リレーの開閉タイミングをずらした２通りのブレーキ駆動信号を作成し、前記ブレーキを駆動する毎に、それら２通りのブレーキ駆動信号を交互に前記２つのブレーキ駆動用リレーに供給することを特徴とする巻上機である。
また、本発明の「巻上機の制御方法」の一例を挙げるならば、インバータ制御される電動機と、３相電源の内の２相で駆動され、前記電動機を制動するブレーキと、前記ブレーキを駆動する２相の接続線に各１つずつ設けた２つのブレーキ駆動用リレーと、前記ブレーキ駆動用リレーに制御信号を供給する制御装置とを備える巻上機の制御方法であって、前記制御装置が、巻上機の操作入力に基づき、前記２つのブレーキ駆動用リレーの開閉タイミングをずらした２通りのブレーキ駆動信号を作成し、前記ブレーキを駆動する毎に、それら２通りのブレーキ駆動信号を交互に前記２つのブレーキ駆動用リレーに供給することを特徴とするものである。
本発明によれば、ブレーキ駆動用リレーの開閉が頻繁に行われ、接点が摩耗しやすいインバータ制御を用いた巻上機においても、複雑な制御や特別な装置を用いることなく、ブレーキ駆動用リレーの接点寿命を向上させることができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は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制御部の構成を示すブロック図である。
インバータ式クレーン装置（巻上機）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、操作入力装置１３、走行用インバータ装置１８から構成されている。また、巻上誘導電動機３には、誘導電動機用ブレーキ１６、エンコーダ１７が内蔵され、横行誘導電動機５及び走行誘導電動機８には誘導電動機用ブレーキ１６が各々に内蔵される。また、巻上・横行インバータ装置１１には、巻上・横行インバータ制御部１２、巻上用インバータ１４、横行用インバータ１５が、走行用インバータ装置１８には走行インバータ制御部１９及び走行用インバータ２０が内蔵される。
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Ｙ方向（Ｙ方向、−Ｙ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、横行用装置６にある車輪を、横行誘導電動機５が回転させ、横行用ガーダー７に沿ってＸ方向に移動する。また、Ｚ方向（Ｚ方向、−Ｚ方向の矢印で示す。）には、走行用装置９にある車輪を、走行誘導電動機８が回転させ、走行用ガーダー１０に沿ってＺ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、巻上用装置４の場合、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Ｙ方向に移動させる。また、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。
また、巻上・横行インバータ制御部１２は、モータの回転数を検出するエンコーダ１７の情報を取り込み、モータ回転数の情報を巻上用インバータ１４の制御に使用する。
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１８に格納された図２の走行インバータ制御部１９が走行用インバータ２０を制御し、走行用インバータ２０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Ｚ方向に移動させる。
ブレーキ駆動用リレーの接点寿命を向上させる具体的な方法を図３および図４を用いて説明する。図３は、本実施例によるブレーキ駆動回路の構成図である。
巻上誘導電動機等の電動機（モータ）には、電動機を制動するブレーキ３０が設けられ、ブレーキ３０はブレーキ駆動コイル２９により駆動される。ブレーキ駆動コイル２９は、３相電源の２相、例えばＳ相とＴ相で駆動され、各相の接続線にはブレーキ駆動用リレー２４，２５の接点２７，２８が送入されている。リレーの接点２７，２８とブレーキ駆動コイル２９は直列に接続されているので、接点２７および接点２８の両方がＯＮとなった時にブレーキ駆動コイルが動作し、接点２７および接点２８の何れか一方がＯＦＦとなった時にブレーキ駆動コイルが非動作となる。図の例では、ブレーキ駆動コイル２９が非動作時にはブレーキ３０が制動状態となっており、ブレーキ駆動コイル２９が動作するとブレーキ３０が開放される。リレー２４，２５には、それぞれトランジスタ２２，２３が直列に接続され、直流電源２６に接続されている。マイコン２１からトランジスタ２２，２３に制御信号が加えられることにより、リレー２４，２５が動作する。入力装置１３からの操作入力に基づいて、マイコン２１で作成された制御信号がトランジスタ２２，２３に加えられる。なお、２つのブレーキ駆動用リレー２４，２５は、１つの制御基板上に設ければ良い。
巻上誘導電動機等の電動機（モータ）には、電動機を制動するブレーキ３０が設けられ、ブレーキ３０はブレーキ駆動コイル２９により駆動される。ブレーキ駆動コイル２９は、３相電源の２相、例えばＳ相とＴ相で駆動され、各相の接続線にはブレーキ駆動用リレー２４，２５の接点２７，２８が送入されている。リレーの接点２７，２８とブレーキ駆動コイル２９は直列に接続されているので、接点２７および接点２８の両方がＯＮとなった時にブレーキ駆動コイルが動作し、接点２７および接点２８の何れか一方がＯＦＦとなった時にブレーキ駆動コイルが非動作となる。図の例では、ブレーキ駆動コイル２９が非動作時にはブレーキ３０が制動状態となっており、ブレーキ駆動コイル２９が動作するとブレーキ３０が開放される。リレー２４，２５には、それぞれトランジスタ２２，２３が直列に接続され、直流電源２６に接続されている。マイコン２１からトランジスタ２２，２３に制御信号が加えられることにより、リレー２４，２５が動作する。入力装置１３からの操作入力に基づいて、マイコン２１で作成された制御信号がトランジスタ２２，２３に加えられる。なお、２つのブレーキ駆動用リレー２４，２５は、１つの制御基板上に設ければ良い。
図４は、ブレーキ駆動用リレーのタイミング制御のチャート図である。
入力装置１３により操作信号が入力されると、巻上・横行インバータ制御部１２内にあるマイコン２１から制御信号を出力し、トランジスタ２２，２３にベース電流を流し、ブレーキ３０を駆動させるリレー１(２４)とリレー２(２５)に通電する。そして、リレー１の接点２７とリレー２の接点２８が閉じることでブレーキ駆動コイル２９に電流が流れ、ブレーキ３０が開放される。このとき、リレー２(２５)がリレー１(２４)よりもＴｄ１時間、例えば２０ｍｓ遅れて動作するよう、マイコン２１から駆動指示を出すタイミングをずらす。そうした場合、リレー２の接点２８が閉じたときにブレーキ３０が開放され、操作信号がなくなったときはリレー１の接点２７が先に引き離されることにより、リレー１の接点２７でアーク放電が発生する。
この次の操作信号が入力された場合は、先ほどとは逆にリレー１(２４)がリレー２(２５)よりもＴｄ１時間、例えば２０ｍｓ遅れて動作するよう、マイコン２１から駆動指示を出すタイミングをずらす。そうすると、リレー１の接点２７が閉じたときにブレーキ３０が開放され、操作信号がなくなったときはリレー２の接点２８が先に引き離されることにより、リレー２の接点２８でアーク放電が発生する。この２通りの制御パターンを交互に繰り返すことで、各接点へのアーク放電によるダメージが分散され、インバータ制御を用いた巻上機のブレーキ駆動用リレーの接点寿命を向上させることができる。ここで、２つのリレーの駆動タイミングの差を２０ｍｓとしたが、この値は採用するリレーの機械的な動作のばらつき等の仕様によって異なり、リレーの機械的な動作時間のばらつきの時間よりも大きくすればよい。
入力装置１３により操作信号が入力されると、巻上・横行インバータ制御部１２内にあるマイコン２１から制御信号を出力し、トランジスタ２２，２３にベース電流を流し、ブレーキ３０を駆動させるリレー１(２４)とリレー２(２５)に通電する。そして、リレー１の接点２７とリレー２の接点２８が閉じることでブレーキ駆動コイル２９に電流が流れ、ブレーキ３０が開放される。このとき、リレー２(２５)がリレー１(２４)よりもＴｄ１時間、例えば２０ｍｓ遅れて動作するよう、マイコン２１から駆動指示を出すタイミングをずらす。そうした場合、リレー２の接点２８が閉じたときにブレーキ３０が開放され、操作信号がなくなったときはリレー１の接点２７が先に引き離されることにより、リレー１の接点２７でアーク放電が発生する。
この次の操作信号が入力された場合は、先ほどとは逆にリレー１(２４)がリレー２(２５)よりもＴｄ１時間、例えば２０ｍｓ遅れて動作するよう、マイコン２１から駆動指示を出すタイミングをずらす。そうすると、リレー１の接点２７が閉じたときにブレーキ３０が開放され、操作信号がなくなったときはリレー２の接点２８が先に引き離されることにより、リレー２の接点２８でアーク放電が発生する。この２通りの制御パターンを交互に繰り返すことで、各接点へのアーク放電によるダメージが分散され、インバータ制御を用いた巻上機のブレーキ駆動用リレーの接点寿命を向上させることができる。ここで、２つのリレーの駆動タイミングの差を２０ｍｓとしたが、この値は採用するリレーの機械的な動作のばらつき等の仕様によって異なり、リレーの機械的な動作時間のばらつきの時間よりも大きくすればよい。
図５に、ブレーキ駆動用リレーのタイミング制御のチャート図の変形例を示す。リレーの接点でアーク放電が発生するのは、リレーの接点が引き離される時、すなわち、リレーが開の時である。この変形例では、操作入力が入るとリレー１とリレー２を同時に閉としてブレーキを動作させ、操作入力が無くなるとリレー１とリレー２をタイミングをずらして開とする。ブレーキを駆動する毎に、タイミングをずらした２通りのブレーキ駆動信号を交互に２つのブレーキ駆動用リレーに供給することにより、各リレー接点へのアーク放電によるダメージが分散され、接点寿命を向上させることができる。
なお、本実施例では、巻上電動機３のブレーキ１６について説明したが、走行誘導電動機８や横行誘導電動機５のブレーキ１６についても、同様に適用することができる。
本実施例によれば、リレーの接点でのアーク放電が半分となるので、ブレーキ駆動用リレーの接点寿命を向上させることができる。
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：エンコーダ
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：マイコン
２２，２３：トランジスタ
２４，２５：リレー
２６：直流電源
２７，２８：リレー接点
２９：ブレーキ駆動コイル
３０：ブレーキ
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：エンコーダ
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：マイコン
２２，２３：トランジスタ
２４，２５：リレー
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２７，２８：リレー接点
２９：ブレーキ駆動コイル
３０：ブレーキ
Claims (9)
- インバータ制御される電動機と、３相電源の２相で駆動され、前記電動機を制動するブレーキと、前記ブレーキを駆動する２相の接続線に各１つずつ設けた２つのブレーキ駆動用リレーと、前記ブレーキ駆動用リレーに制御信号を供給する制御装置とを備え、
前記制御装置は、巻上機の操作入力に基づき、前記２つのブレーキ駆動用リレーの開閉タイミングをずらした２通りのブレーキ駆動信号を作成し、前記ブレーキを駆動する毎に、それら２通りのブレーキ駆動信号を交互に前記２つのブレーキ駆動用リレーに供給することを特徴とする巻上機。 - インバータ制御される電動機と、３相電源の２相で駆動され、前記電動機を制動するブレーキと、前記ブレーキを駆動する２相の接続線に各１つずつ設けた２つのブレーキ駆動用リレーと、前記ブレーキ駆動用リレーに制御信号を供給する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記２つのブレーキ駆動用リレーの開閉タイミングをずらした２通りのブレーキ駆動パターンを有し、前記ブレーキを駆動する毎に、それら２通りのブレーキ駆動パターンを交互に前記２つのブレーキ駆動用リレーに供給することを特徴とする巻上機。 - 請求項１または請求項２に記載の巻上機において、
前記２通りのブレーキ駆動信号或いは前記２通りのブレーキ駆動パターンは、前記ブレーキ駆動用リレーの開時のタイミングをずらしたものであることを特徴とする巻上機。 - 請求項１または請求項２に記載の巻上機において、
前記電動機は、クレーンフックを上下する巻上用電動機であることを特徴とする巻上機。 - 請求項１または請求項２に記載の巻上機において、
前記電動機は、クレーン装置を前後に、或いは左右に走行させる走行用電動機或いは横行用電動機であることを特徴とする巻上機。 - 請求項１または請求項２に記載の巻上機において、
前記２つのブレーキ駆動用リレーの開閉タイミングをずらす時間は、リレーの機械的な動作時間のばらつきの時間より大きくすることを特徴とする巻上機。 - 請求項１または請求項２に記載の巻上機において、
前記２つのブレーキ駆動用リレーは、制御基板上に設けられていることを特徴とする巻上機。 - インバータ制御される電動機と、３相電源の内の２相で駆動され、前記電動機を制動するブレーキと、前記ブレーキを駆動する２相の接続線に各１つずつ設けた２つのブレーキ駆動用リレーと、前記ブレーキ駆動用リレーに制御信号を供給する制御装置とを備える巻上機の制御方法であって、
前記制御装置が、巻上機の操作入力に基づき、前記２つのブレーキ駆動用リレーの開閉タイミングをずらした２通りのブレーキ駆動信号を作成し、前記ブレーキを駆動する毎に、それら２通りのブレーキ駆動信号を交互に前記２つのブレーキ駆動用リレーに供給することを特徴とする巻上機の制御方法。 - 請求項８に記載の巻上機の制御方法において、
前記２通りのブレーキ駆動パターンは、前記ブレーキ駆動用リレーの開時のタイミングをずらしたものであることを特徴とする巻上機の制御方法。
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