JPH01187197A - クレーン等の過荷重防止方法及び過荷重防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分前） 本発明は°、巻線形陽導電動機を駆動源とする巻上装置
を備えた各濡クレーンやチル八等に利用されるものであ
り、巻線形陽導電動機の負荷電流から吊り荷を地切りし
た後、極めて迅速且つ電源電圧の変動に影噌されること
なく正確に、過荷重状態を検出できるようにしたクレー
ン等の過荷重防止方法とその装置に関する。

（従来の技術） クレーン等の過荷重防止には、ロードセル等の荷重セン
サーを用いて過荷重状態を検知する方式（特願昭６１−
１５２５５２号等）と、！１ＪｌＩ用電動機の負荷電流
を検出して過荷重状態を検知する方式が一般に広く利用
されている。

しかし、前者の荷重センサーを使用する方式にあっては
、荷重センサーに吊り荷重以外の荷重が掛からず、且つ
荷重センサー以外のもので吊り荷重を受けない楢にその
取付樋構を選定しなければならず、クレーン等の設計に
様々な制約を受けるという難点がある。

また、荷重センサーは通常クレーンのクラブ部に設置さ
れるため、ガーダに設置された制御装置との間にケーブ
ル配線が必要となり、その支持や保守管理に様々な問題
が内存する。

一方、後者の駆動用電動機の負荷電流を検出する方式に
あっても、■過荷重状態の検出に時間遅れを生じたり、
■電源電圧の変動により検出精度が著しく低下する等の
問題が残されている０即ち、駆動用電動機がかご形誘導
電動機の場合には、Ｍ３１！１方式が一般に直入れへ動
であるため電動機の加速時間は比較的短かく、電動機の
負荷電流も沈着的早期に所定直へ収斂して過荷重状態を
早期に検出す葛ことが出来る。

これに対して、巻上装置が大形化した場合には、！ｌＫ
動弔電動機に巻線形語導電動機が使用される。

この場合、電動機の起動方式が所謂二次抵抗方式となり
、前記直入れ起動の場合に比較して電動機の起動加速時
間が相当長くなる。その結果、電動機負荷電流が定常値
に落ち着くまでに相当の時間がかかり、過荷重の検出時
期が遅れることになる。

即ち、クレーンが荷を吊って地切りした後、可成りの高
さにまで荷が上昇した時点で過荷重状態が検知されると
いう事態が生ずることになり、クレーンの安全性が十分
にｍｌできないという問題がある。

また、巻上装置の駆動用電動機にかかる電圧が何等かの
原因で変動したような場合には、電動機の負荷が一定で
あっても、その負荷電流が変化することになる。即ち、
従前の電動機の負荷電流から過荷重状態を検出する方式
にあっては、電動機への入力電圧の変動が直接負荷電流
の変動に結びつくことになり、精度の良い過荷重状態の
検出が出来ないという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、巻上装置の駆動源に巻線形陽導電動機を使用
したクレーン等に於ける上述の如き問題、即ち■過荷重
の検出に時間遅れが生じ、クレーンの安全確保が困難に
なること、及び■電源電圧の変動によって過荷重の検出
１度が影フを受け、高精度で且つ安定した過荷重の検出
が出来ないこと等の間だを解決せんとするものであり、
クレーンの過荷重状態を迅速且つ砿実に検出することに
より、クレーンの安全性のより一層の向上を可能とした
クレーン等の過荷重防止方法とその装置を堤供するもの
である。

（問題点を解決するための手段） 本件第１請求項は、二次抵抗制御により起動する巻線形
陽導電動機を駆動源とす゛るクレーン等に於いて、前記
二次抵抗操作の第１ノツチ段階と第２ノツチ段暗の何れ
か一方又は両方の最終期に、ｉｒ：Ｊ儂の電流がほぼ一
定値に落ち着いたあと該電流を検出するための時ｑｔｏ
を設け、前記検出時間ｔｏ内に於け°る検出電流値が予
かじめ定めた設定値を超過した場合に過荷重信号を発信
することを基本構成とするものである。

又、第２請求項は、二次抵抗制御により起動する巻線形
誘導ｗｔａ機を駆動源とするクレーン等に於いて、マス
ターコントローラからのノツチ信号を受け、運転指令信
号並びに二次抵抗短絡信号を発信する巻上制御装置と；
誘導ＩＫ電動機一次電流と基準設定値とを比較し、一次
電流の超過時に超過信号を発信する比綾器と；前記超過
信号が前記二次抵抗操作の第１ノツチ段階と第２ノツチ
段階の何れか一方又は両方の最終期に設けた電流検出時
間ｔｏ内に発信された場合に、過荷重信号を発信する判
別回路とを基本構成とするものである。

更に、本件第３請求項は、二次抵抗制御により起動する
巻線形訪導電動機を駆動源とするクレーン等に於いて、
前記二次抵抗操作の第１ノツチ段階と第２ノツチ段階の
何れか一方又は両方の最終期に、電動機の電流がほぼ一
定値に落ち着いたあと該電流を検出するための時間ｔｏ
を設け、前記検出時間ｔｏ内に於ける電動機の端子電圧
Ｖと一次電流Ｉの積が予かじめ定めた設定値を越えた場
合に過荷重信号を発信することを基本構成とするもので
ある。

本件第４請求項は、二次抵抗制御により起動する巻線形
誘導電動様を駆動源とするクレーン等に於いて、マスタ
ーコントローラからのノツチ信号を受け、運転指令信号
並びに二次抵抗短絡信号を発信する巻上制御装置と；訪
導電＠機の一次電流と端子電圧の積と基準設定値とを比
較し、前者の超過時に超過信号を発信する比較器と；前
記超過信号が前記二次抵抗操作の第１ノツチ段階と第２
ノツチ段階の何れか一方又は両方の最終期に設けた電流
検出時間ｔｏ内に発信された場合に、過荷重信号を発信
する判別回路とを基本構成とするものである。

（作用） 第１及び第２請求項に於いては、巻線形誘導電動機の起
動操作時の第１ノツチ段階（全２次抵抗挿入）と第２ノ
ツチ段階の何れか一方又は両方の最終期に於いて、一定
値に落ち着いた電動機電流が検出される。そして、この
検出端と設定値とを比較し、該検出端が設定値を越え、
且つ該検出端が前記第１ノツチ段階と第２ノツチ段階の
夫々の最終期に設けた検出時間ｔｏ内に於ける検出端で
ある場合には、クレーン等が過荷重状態にあるとして超
過信号が発信され、警報やクレーン停止等の操作が行な
われる。

また、第３及び第４請求項に於いては、端子電圧Ｖと電
流■が夫々検出され、両者の積と設定値とを比較して、
前記積の値が設定値を越え、且つ電流■の検出が前記第
１ノツチ段階と第２ノツチ段階の夫々の最終期に設けた
検出時間ｔｏ内に於ける検出端である場合には、クレー
ン等が過荷重状態下にあるとして超過信号が発信される
。

尚、端子電圧Ｖと電流Ｉの積を比較要素とすることによ
り、電圧変動時に於ける検出電流値が電動機の発生トル
クに対応する電流値に補正されることになり、より精度
の高い過荷重状態の検出が行なえる。

実施例（１） 第１図乃至第４図は本願部１及び第２請求項に記載の過
荷重防止方法とその装置の実施例を示すものであり、第
１図は前記過荷重防止装置の構成を示すブロック線図で
ある。

第１図に於いて、ｌは巻上装置の駆動用電動機、２は二
次抵抗器、３は二次抵抗器短絡用電磁接触器、４は巻上
制御装置、５はマスターコントローラ、６は正逆運転用
電磁接触器、７は変流器、８は信号変換器、９は比較器
、ｌＯは判別回路、ｌｌは警報器である。

前記駆動用電動機ｌには巻線形三相誘導電動機が使用さ
れており、マスターコントローラ５から６段階のノツチ
信号（ＮＯＩ−ＮＯ６）を巻上制御装置４へ入力するこ
とにより、巻上制御装置４から運転指令信号Ｓ１及び二
次抵抗器短絡信号Ｓ２〜Ｓ６が一定のタイミングで発信
され、モータｌの起動並びに二次抵抗器２８〜２ｅの順
次短絡が行なわれる。尚、ＮＯ１ノツチ段階（運転指令
）からＮＯ２ノツチ段階（電磁接触器ＭＣｔ作動）への
切替えは、後述する如く、判別回路１０から巻上制御装
置４へ次ノツチ許可信号Ｑ１が発信された場合にのみ行
なわれ、また、前記次ノツチ許可信号Ｑ１は電動機負荷
電流Ｉの検定が行なわれた後に、判別回路１０から発信
される構成となっている。

第２図は、前記駆動用電動機ｌの速度−電流・トルク特
性を示すものであり、ＮＯ１ノツチ（全抵抗挿入）から
ＮＯ６ノツチ（全二次抵抗短絡）の各ノツチ段階に応じ
て、電動機ｌの負荷電流Ｉ及び発生トルクＴが矢印に沿
って順次変化する状態を示すものである。

又、第３図は前記駆動用電動機ｌの起動時に於ける電流
■の変化状態と後述する判別回路１ＧのタイマーＴ＋　
、　Ｔｓの作動のタイミングを示すものである。

時刻を目と於いて電動機ｌは全二次抵抗２を挿入した状
態で起動（巻上装置）され、電流Ｉはビークｆｉｌ　Ｉ
’に達した後ｍ減し、電流■が所定１ｉａＩＬまで減少
すると、ＮＯ２ノツチ信号Ｓｔが発信され、二次抵抗２
ａが短絡されて電流■は再び■まで増加する。

以後同様な操作を繰し返すことにより、Ｎｏ６ノツチ信
号Ｓｓ　（時刻ｔ６４）の発信により全二次抵抗２が短
絡され、負荷電流！は巻上装置の吊り上げ荷重に見合っ
たｌｉｉ！　Ｉ　Ｌに落ちつくことになる。

本実施例に於いては、吊り荷重を可能な限り早期に検知
するため、ＮＯ１ノツチ段階の最終期に、電流■がピー
ク直■より吊り上げ荷重に見合った１ｍ［Ｉ　Ｌに落ち
着いた後、該電流Ｉｔ、を検出するための時間ｔｏを設
け、この時間ｔｏの間に電流Ｉが所定の設定値Ｉｃを越
えているか否かを検定する。即ち、ＮＯ１ノツチ段階か
らＮＯ２ノツチ段階への切換え操作を時間ｔｏだけ遅ら
せ、その間に電流ＩＬが設定値Ｉｃを越えている場合に
は、過荷重が巻上装置に掛かつていると判断して、警報
及び停止信号を発するように構成されている。

尚、前記実施例に於いては、ＮＯｌノツチ段階の籍終期
に検定時間ｔｏを設定するようにしているが、ＮＯ２ノ
ツチ段階の最終期の方に前記時間ｔｏを設けるようにし
てもよく、或いはＮＯＩとＮＯ２の両ノツチ段階の夫々
に検定時間ｔｏを設け、両方のノチチ段蕩に於いて過荷
重状態の検出を行なうようにしてもよい。また、前記検
定時間ｔｏはより短時間の方が望ましいことは勿論であ
る。

次に、前記実施例に係る過荷重検出装置の作動について
説明する。第１図を参照して、変流器７からのＷｔ＠機
負荷電流Ｉは、信号変換器８に於いて比較器９の入力レ
ベルに合った信号直に変換されたあと、比較器９へ入力
される。

前記比較器９には、予めクレーンが定格荷重を吊り上げ
た戚に電動ａｌに流れる負荷電流に相当する電流値ＩＬ
に近い１ｉｆｅが基準液として設定されており、前記比
較器９への入力ＩＬが設定値■ｃを越えると、比較器９
から超過信号ＩＬが判別回路１０へ出力される。

前記判別回路１０へは、巻上制御装置４から各ノツチｅ
階に対応する起動指令信号ｓｔ及び二次抵抗器短絡信号
Ｓ！〜Ｓ・が入力されており、比較器９からの超過信号
ＩＬを過荷重信号ｓＡとして出方するか否かを判別する
と共に、負荷電流を検定するノツチ段階（ＮＯ１ノツチ
段階）から次のノツチ段階（ＮＯ２ノツチ段階）への切
替を可能にする次ノツチ許可信号Ｑ、を巻上制御装置４
へ発信する。

尚、前記次ノツチ許可信号Ｑ１は全てのノツチ段階に対
して必要なものでは無く、負荷電流の検定を必要とする
ノツチ段階（ＮＯ１ノツチとＮＯ２ノツチの何れか一方
又は両方）に対するもののみでよい。また、前記巻上制
御装置４は、前記次ノツチ許可信号Ｑ１を受信したとき
にのみ、次ノツチ段階へのノツチ切替えが可能な構成と
されていることは勿論である。

第４図は前記判別回路ｌＯの回路構成図であり、図に於
いてＰｏ＝Ｐｔｏは入出力端子、ＴＩ−ｒ６はタイマー
、ＮＯＴ、ＡＮＤ、ＯＲは論理回路、Ｆ、Ｆ、はフロツ
プフリッでである。

端子Ｐｏへは比較器９から超過信号ＩＬが、端子Ｐ１〜
Ｐ−へは巻上制御装置４から運転指令信号Ｓｓ及びノツ
チ切替信号Ｓ２〜Ｓ・が、端子Ｐｒｏへは巻上制御装置
４からリセット信号（巻下げ信号）ＱＲが夫々入力され
る。。

また、端子Ｐ７からはｔ報器１１へ警報信号ＳＡが、端
子Ｐｇからは停止信号ＳＡが巻上制御装置４へ、端子Ｐ
９からは次ノツチ許可信号Ｑｓが巻上制御装置４へ夫々
出力される。

前記判別回路１０に於いては、比較器９から１過信号Ｉ
Ｌが入力され、タイマーＴＩが作動してＮＯＩノツチ段
階の最終期の電流検定時間ｔｏのｆＡ囲内に達しており
、且つＮＯ２ノツチ信号Ｓｓが０（Ｎ０１ノツチ段階で
運転中）でＮ　ＯＴｓ回路の出力が１の時に、ＡＮＤ１
回路の出力がｌとなり、その結果ＯＲ回路を通してフリ
ップフロップへの入力が１となり、端子Ｐｙ、Ｐｇへ夫
々警報信号ＳＡ及び巻上停止信号ＳＡが出力される。

また、タイマーＴ８が電流検定時間ｔｏの径過後に作動
し且つフリップフロップの出力が０（Ｎ。

Ｔｚの出力が１）のとき、ＡＮＤ２の出力が１となりて
、次ノツチ許可信号Ｑ１が端子Ｐ９より発信され、ＮＯ
２ノツチ段階への切換えが可能となる。即ち、次ノツチ
許可信号Ｑ言ま過荷重状態でないことを条件として出力
される。

（実施例２） 第５図及び第６図は本件筒３及び第４請求項の実施例を
示すものである。

巻線形誘導電動機１への印加電圧が変化した場合、その
回転速度Ｎと発生トルクＴ及び負荷電流Ｉの関係は第５
図の如き曲線となる。

尚、５５図に於いて実線Ｔ、Ｔはモータの発生トルクを
、破線Ａ、Ａ、Ａはモータの負荷電流Ｉを夫々表わし、
且つ縦軸（トルクＴ％、及び電流■％）と横軸（回転数
Ｎ％）のスケールは、夫々定格値に対する％で表わされ
ている０ 前記第５図に於いて、点ａは定格電圧Ｖ　Ｂ　％負荷ト
ルクＸ％でクレーンが運転されている時の、モータトル
クＴ％と負荷トルクＸ％とが釣り合った状態を示す点で
あり、定格電圧ｖＲの状態下では、モルタトルク曲線Ｔ
と電流曲線Ａとは、定格負荷の近傍に於いてほぼ一致し
ている。

今、電圧Ｖが定格電圧ＶＢから変動し、定格電圧ＶＢの
Ｅ％の埴に下降したと仮定すると、定格電圧ｖＲに於け
る一鋺曲線Ａが曲線Ａのように変化すると共に、定格電
圧ｖＲに於けるトルク曲線Ｔは曲線Ｔのように変化する
。即ち、曲線Ａは曲線Ａの（Ｅ／）倍トナリ、また曲線
Ｔは曲ｍ　Ｔ　（Ｆ）　（Ｅ／１００）”倍となる。

一方、電圧が変動した時の電＠橙の回転速度が元のまま
で変化しないとすると、ＺＱｍｌは０点で運転されよう
とするが、０点では負荷トルクＸ％に対して電動機１の
発生トルクＴが不足するため、負荷トルクＸと発生トル
クＴとが釣り合う点ｅまで回転速度が下がり、当該ｅ点
に於いて運転が継続されることになる。

尚、この時、ｅ点に於ける電動機ｌの電流は曲線Ａ上の
ｄ点（電流１直Ａｄ）の値となり、この値Ａｄはｆ点に
於ける曲線Ａの読み×（Ｅ／１００）となる。

また、ｅ点での電動機の発生トルクＴｅはｆ点に於ける
曲線Ｔの読みＸ　（”／１００）”となる。

上述の如く、電動機１へかかる電圧Ｖが定格電圧ｖＲか
らＶ　ｎ　Ｘ　Ｅ％へ下降した際に、第６図の変流器７
で検出される電流Ｉは、前記電流曲線Ａ上の電流値Ａｄ
であり、また検出される電圧Ｖは、その時の電圧Ｖ（定
格電圧ＶＢのＥ％）である。

従って、検出された電流値Ａｄを電圧■で補正して、電
動機１の発生トルク曲線Ｔに相当する電即ち、電動機１
の端子電圧が定格電圧ＶＢからＶに低下したとき、その
時の電圧Ｖと変流器７で検出した電流値Ａｄを乗じるこ
とにより、電圧Ｖにか求められることになる。

従って、前記補正された電流１ｔｌＩＡｅを比較器９へ
入力することにより、前記第１及び第２請求項のように
補正しない電流ｌ！［（即ち電流ｆ＊Ａ’ｄ）を用いる
場合に比咬して、過荷重状態をより正確に検出すること
が出来る。

本件第３及°び第４請求項は前記の如き唄理をその基礎
とするものであり、第６図はその構成を示すブロック線
図である。

尚、第１及び第２請求項と異なる点は、信号変換器８ａ
によって検出電流Ｉを、また信号変換器ｓｂによって検
出電圧Ｖを夫々演算器１２への入カシζ適したレベルの
信号に変換し、演算−４で電圧ｖｘｔ流■を演算してそ
の演算値、即ち電圧が変動した場合の電動機発生トルク
Ｔに相当する電流比校器９へ入力すると共に、比較器９
に予かじめ設定した定格負荷を吊り上げた時の前記演算
器じによる基準演算値■。と比較する点だけであり、そ
の他の構成並びに作動は前記第１及び第２請求項の場合
（第２図の場合）と全く同様である。

即ち、比較器９からの電流超過信号ＩＬは、判別回路ｌ
Ｏへ与えられ、判別回路ｌＯでは、巻上制御値ｒａ４か
らの巻上動作状態を示す信号（運転指令信号Ｓｌ、二次
抵抗短絡信号８１〜Ｓ−等）を受けて警報・停止信号Ｓ
Ａの発信の要・不要が判別され、警報・・停止が必要と
判別された場合には、警報器１１へ警報信号ＳＡが、ま
た巻上制御装置４へ停止信号ＳＡが夫々発信される。

（発明の効果） 本件用１及び第２請求項に於いては、巻線形誘合った一
定の電流値に落ち着いた一次電流を検出するための検出
時間ｔｏを設け、該検出時間ｔ。

内に於ける検出電流値が設定値を越えた場合には、クレ
ーンが過荷重状態にあると判断して超過信号を発信し、
警報やクレーン停止等の必要な深作を行なう構成として
いる。

その結果、クレーンの過荷重状態が第１ノツチ段階（起
動）又は第２ノツチ段階というモータ起動の初期段階に
於いて早期に検出されることになり、クレーンの安全性
が著しく向上する。

又、本件用３及び第４請求項に於いては、電動ｔＡｉｉ
Ｅ流と端子電圧の積を検出要素としているため、電圧変
動時に於ける検出電流値が、電動機の発生トルクに対応
した電流値に補正されることになり、より精度の高い過
荷重状態の検出が行なえる。

即ち、第３及び第４請求項に於いては、電圧変動による
影１が補正され、電動機端子電圧が定格電圧より変動し
た場合に於いても、より高精度な過荷重の検出が行なえ
る。

本発明はと述の通り、優れた実用的効用を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は過荷重防止装置の一例を示すブロック線図であ
る。 第２図は巻線形誘導電動機の各ノツチ段階に於ける速度
−電流・トルク特性の一例を示すものであり、第３図は
その時間−電流特性を示す一例である。 第４図は、判別回路の一例を示す回路図である。 第５図は、電圧変動時に於ける巻線形湧導電動機の速度
−トルク・電流特性を示す曲線である。 第６図は過荷重防止装置の他の例を示すブロック線図で
ある。 １　巻線形三相誹導電動機 ２　二次抵抗器 ３　二次抵抗短絡用電磁接触器 ４　巻上制御装置 ５　マスターコントローラ ６　正逆運転用電磁接触器 ７　変流器 ８　信号変換器 ９　比較器 １０　　判別回路 １１　　警報器 １２　　演算器 １３　　変成器 ８１〜Ｓ・　運転及び抵抗短絡信号 特許出願人　　　　川鉄鉄構工業株式会社第１図 第２図 第３図 〇　　七−ｔλ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
−−りｄ）萌も第４図 □ 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）二次抵抗制御により起動する巻線形誘導電動機を
   駆動源とするクレーン等に於いて、前記二次抵抗操作の
   第１ノッチ段階と第２ノッチ段階の何れか一方又は両方
   の最終期に、電動機の電流がほぼ一定値に落ち着いたあ
   と該電流を検出するための時間（ｔｏ）を設け、前記検
   出時間（ｔｏ）内に於ける検出電流値が予かじめ定めた
   設定値を超過した場合に過荷重信号を発信することを特
   徴とするクレーン等の過荷重防止方法。
2. （２）二次抵抗制御により起動する巻線形誘導電動機を
   駆動源とするクレーン等に於いて、マスターコントロー
   ラからのノッチ信号を受け、運転指令信号並びに二次抵
   抗短絡信号を発信する巻上制御装置と、誘導電動機の一
   次電流と基準設定値とを比較し、一次電流の超過時に超
   過信号を発信する比較器と、前記超過信号が前記二次抵
   抗操作の第１ノッチ段階と第２ノッチ段階の何れか一方
   又は両方の最終期に設けた電流検出時間ｔｏ内に発信さ
   れた場合に、過荷重信号を発信する判別回路とから構成
   したクレーン等の過荷重防止装置。
3. （３）二次抵抗制御により起動する巻線形誘導電動機を
   駆動源とするクレーン等に於いて、前記二次抵抗操作の
   第１ノッチ段階と第２ノッチ段階の何れか一方又は両方
   の最終期に電動機の電流がほぼ一定値に落ち着いたあと
   該電流を検出するための時間（ｔｏ）を設け、前記検出
   時間（ｔｏ）内に於ける電動機の端子電圧（Ｖ）と一次
   電流（ I ）の積が予かじめ定めた設定値を越えた場合
   に過荷重信号を発信することを特徴とする過荷重防止方
   法。
4. （４）二次抵抗制御により起動する巻線形誘導電動機を
   駆動源とするクレーン等に於いて、マスターコントロー
   ラからのノッチ信号を受け、運転指令信号並びに二次抵
   抗短絡信号を発信する巻上制御装置と；誘導電動機の一
   次電流と端子電圧の積と基準設定値とを比較し、前者の
   超過時に超過信号を発信する比較器と；前記超過信号が
   前記二次抵抗操作の第１ノッチ段階と第２ノッチ段階の
   何れか一方又は両方の最終期に設けた電流検出時間（ｔ
   ｏ）内に発信された場合に、過荷重信号を発信する判別
   回路とから構成したクレーン等の過荷重防止装置。