JPH0797178A - 昇降装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】正確かつ簡単にワークの着地を検出可能な昇降
装置を提供する。 【構成】第一発明では、ワークＷを着脱自在に保持する
チャック１を昇降させる昇降用誘導電動機３の印加交流
電圧及び通電電流（すなわち皮相電流）から算出された
位相角と皮相電流の絶対値との積から回生電流（又はそ
れに主とする物理量、例えば回生電力、有効電流、有効
電力）が検出される。そして、昇降用誘導電動機３に下
降位相の交流電圧が印加されるにもかかわらず回生電流
が所定のレベル以下に低下する場合にワークが着地した
と判定する。第二発明では、印加交流電圧及び通電電流
間の位相角により着地を判定する。 下降動作時と着地
後の皮相電流の絶対値の変化は小さいが、位相角の変化
はそれよりも大きく、かつ、電源電圧変動の影響も抑止
されるので、高精度の着地検出が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークを移送する昇降
装置の制御装置に関し、特に、ワークの着地を確実に検
出する昇降装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来のホイストにおけるワークの着地検出
法として、下降動作中における昇降用誘導電動機の通電
電流の低下を検出してワークの着地を検出する電流検出
法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
電流検出法では、着地前後における電流変化が小さいと
いう問題、及び、ワーク重量の変化による電流変化によ
り着地前後における電流変化がばらつくという問題のた
めに着地検出精度が低く、重要工程では実用できなかっ
た。

【０００４】本発明者らは上記問題について解析し、従
来の電流検出法の検出感度が低いのは（着地前後の電流
変化が小さいのは）、昇降用誘導電動機への通電電流す
なわち皮相電流を検出するためであることに気がつい
た。すなわち、ホイストなどでは重量物を高速で巻き上
げる必要及び頻繁な起動停止に耐えられるように大型の
昇降用誘導電動機が設置されており、その結果、その励
磁電流すなわち無効電流が大きくなり、そのために下降
動作時における皮相電流（すなわち無効電流と回生電流
との合成ベクトルの絶対値）の変化が小さくなってしま
う。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、正確かつ簡単にワークの着地を検出可能な昇降装
置の制御装置を提供することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第一発明の昇降装置は、
ワークを着脱自在に保持するチャックを昇降させる昇降
用誘導電動機へ印加される交流電圧を検出する電圧検出
手段と、前記昇降用誘導電動機を流れる電流を検出する
電流検出手段と、前記交流電圧及び電流に基づいて前記
チャック下降時の回生電流を算出する回生電流算出手段
と、前記昇降モータに下降位相の前記交流電圧が印加さ
れるにもかかわらず前記回生電流が所定のレベル以下に
低下したかどうかを調べ、低下した場合に前記ワークの
着地と判定する着地判定手段とを備えることを特徴とし
ている。

【０００７】なお、上記回生電流は、励磁電流（無負荷
電流）の無効成分（印加電圧より９０度遅れる電流成
分）を含まない電流成分であればよく、回生電流に比例
する物理量例えば回生電力や、回生電流に励磁電流（無
負荷電流）の有効成分（印加電圧と同相である励磁電流
の抵抗損失成分）を含んでもよい。第二発明の昇降装置
は、ワークを着脱自在に保持するチャックを昇降させる
昇降用誘導電動機へ印加される交流電圧を検出する電圧
検出手段と、前記昇降用誘導電動機を流れる電流を検出
する電流検出手段と、前記交流電圧と電流との位相差を
算出する位相差算出手段と、前記昇降モータに下降位相
の前記交流電圧が印加されるにもかかわらず前記位相差
が所定のレベル以下に低下したかどうかを調べ、低下し
た場合に前記ワークの着地と判定する着地判定手段とを
備えることを特徴とする昇降装置の制御装置。

【０００８】

【作用及び発明の効果】第一発明では、ワークを着脱自
在に保持するチャックを昇降させる昇降用誘導電動機の
印加交流電圧及び通電電流（すなわち皮相電流）が検出
される。そして、上記交流電圧及び電流から算出された
位相角と皮相電流の絶対値との積から回生電流が検出さ
れる。そして、昇降用誘導電動機に下降位相の前記交流
電圧が印加されるにもかかわらず回生電流が所定のレベ
ル以下に低下する場合にワークが着地したと判定する。

【０００９】すなわち、ワークを保持したチャックを下
降させる場合、昇降用誘導電動機は発電モードとなって
回生電流（発電電流）が生じ、この回生電流はワークの
着地により０となる。当然、この回生電流はワークの着
地前後で大幅に変化するので、それを検出することによ
り簡単な構成で正確にワークの着地を検出することがで
き、従来のような皮相電流の誤検出によるチャック破
損、昇降用誘導電動機の焼損といった問題を防止するこ
とができる。

【００１０】第二発明では、印加交流電圧及び通電電流
（すなわち皮相電流）間の位相角（位相差）により着地
を判定する。下降動作時と着地後の皮相電流の絶対値の
変化は小さいが、位相角の変化はそれよりも大きく、か
つ、電源電圧変動の影響も抑止されるので、高精度の着
地検出が可能となる。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）以下、図１〜図４を参照して第一発明の一
実施例を具体的に説明する。この昇降装置は、ホイスト
であって図１に示すように、ワークを着脱自在に保持す
るチャック１と、ワイヤ２を通じてチャック１を昇降さ
せる昇降用誘導電動機３と、昇降用誘導電動機３を正転
させる上昇用マグネットスイッチ４と、昇降用誘導電動
機３を逆転させる下降用マグネットスイッチ５と、マグ
ネットスイッチ４、５の開閉を制御する制御装置（本発
明でいう電圧検出手段、回生電流算出手段及び着地判定
手段）６と、昇降用誘導電動機３の電流を検出するＣＴ
（カレントトランスホーマー（電流検出手段）７とを備
えている。

【００１２】チャック１は、約０．５ｔの重量を有し、
昇降用誘導電動機３を水平方向に搬送する不図示のアー
ムの駆動により、約０．５ｔのアルミ材からなるワーク
Ｗを保持してアルミ溶解炉７上に移送する。制御装置６
は、マイコン内蔵のコントローラからなる。昇降用誘導
電動機３は、マグネットスイッチ４、５により起動／停
止及び上昇／下降を制御される定格２．３ｋＷ、１２０
０ｒｐｍの減速機付（ホイストモータ）電動機である
が、昇降速度を制御するための周知の様々な手段例えば
インバータ制御機能を備えることもでき、この場合には
マグネットスイッチ４、５の代わりに半導体電力スイッ
チからなる三相インバータ回路が採用される。

【００１３】以下、この昇降装置の動作を説明する。コ
ントローラ５３は、上昇時にはマグネットスイッチ５を
オフ、マグネットスイッチ４をオンして昇降用誘導電動
機３を正転させ、チャック１及びワークＷを上昇させ、
下降時にはマグネットスイッチ５をオン、マグネットス
イッチ４をオフして昇降用誘導電動機３を逆転させ、チ
ャック１及びワークＷを下降させる。

【００１４】この下降時には昇降用誘導電動機３は発電
動作し、回生電流が電源側へ送られる。下降時に昇降用
誘導電動機３に流れる皮相電流の各成分のベクトル図を
図４に示す。下降時の皮相電流は、励磁電流（無負荷電
流）と回生電流とのベクトル和になり、励磁電流は印加
電圧Ｖより９０度遅れたリアクタンス電流成分と、印加
電圧Ｖと同相の抵抗損失電流成分とのベクトル和とな
る。回生電流は印加電圧Ｖと逆相となる。図２に下降時
の皮相電流の実測値を示し、図３に下降時の有効電力の
実測値を示す。但しこの有効電力は励磁電力（無負荷電
力）中の抵抗損失電力成分と回生電力とのベクトル和
（すなわち算術差）である。

【００１５】回生電力は着地により０となり、かつ回生
電力は励磁電力の中の抵抗損失電力成分より大きいの
で、着地前後により有効電力は大幅に変化することがわ
かる。図１を参照して、着地検出動作を説明する。制御
装置６は、電力検出部６１と、ローパスフィルタ６２
と、コンパレータ６３と、マイコン６４とからなる。

【００１６】電力検出部６１は、ここでは簡単のために
Ｒ相の有効電力だけを検出するものであって、ＣＴ７か
らの電流信号と各相電圧とからＲ相電圧と同相の有効電
力（又は有効電流成分）を算出し、この有効電力（又は
有効電流成分）から、既知の励磁電力の中の抵抗損失電
力成分（励磁電流の中の抵抗損失電流成分）を減算し
て、回生電力（回生電流）Ｐｒを算出する。電力検出部
６１はハードウエア回路でも、マイコン構成でもよく、
アナログ有効電力計から出力信号電圧を採取してもよ
い。電力検出部６１から出力される回生電力Ｐｒは、Ｐ
ｒ＝Ｒ相電圧Ｖｒ×Ｒ相電流Ｉｒ×力率ｃｏｓΘ−励磁
電力の中の抵抗損失電力成分Ｐｃとなる。

【００１７】この回生電力Ｐｒは、ローパスフィルタ
（または平滑回路）６２で電源周波数成分やノイズなど
を除去された後、コンパレータ６３で所定のしきい値レ
ベルＶｒｅｆ以下（ここでは回生電流Ｐｒの３０％の値
とする）かどうかを判別し、以下の場合にハイレベルの
信号をマイコン６４に出力する。マイコン６４は、操作
者から下降指令が入力されており（又は、マイコンが下
降用マグネットスイッチ５をオンしており）、かつ、コ
ンパレータ６３からハイレベルの信号が入力する場合
に、ワークＷが着地したと検出する。

【００１８】このように本実施例では回生電力Ｐｅ（回
生電流でもよい）を用いてワークＷの着地を検出するの
で着地検出精度を従来より格段に向上することができ
る。 （実施例２）第二発明の一実施例を図５を参照して説明
する。ＣＴから入力されるＲ相電流Ｉｒの信号電圧はア
ンプ６５で増幅された後、シュミットトリガ６６にて矩
形波信号Ｓｉに変換され、マイコン６９に入力される。
またＲ相−Ｓ相間の相間電圧Ｖｒｓはトランス（又は分
圧回路）６７で圧縮された後、シュミットトリガ６８に
て矩形波信号Ｓｖに変換され、マイコン６９に入力され
る。なお、シュミットトリガ６６に入力されるＲ相電流
Ｉｒの信号電圧の最大値は、シュミットトリガ６７に入
力されるＲ相−Ｓ相間の相間電圧Ｖｒｓの最大値に等し
く設定される。マイコン６９は両信号Ｓｉ、Ｓｖ間の時
間差（すなわち位相角）の大小に基づいて、着地を検出
する。

【００１９】図６を参照してマイコン６９の動作を説明
する。まず電源オンとともに初期化し（１００）、信号
Ｓｉ、Ｓｖを入力する（１０２）。次に、信号Ｓｉ、Ｓ
ｖ間の時間差（すなわち位相角）Ｔを算出する（１０
４）。すなわち、信号Ｓｖがハイレベルになったら内蔵
カウンタをスタートさせ、信号Ｓｉがハイレベルになっ
たら内蔵カウンタの値を読み取るとともにこの内蔵カウ
ンタをリセットする。ここで信号Ｓｖは相間電圧Ｖｒｓ
であり、図４に示すように６０度（ここでは、（６０／
３６０）×（１／６０）＝（１／３６０）秒）進んでい
るものとする。

【００２０】次に、算出した時間差Ｔをソフトウエアロ
ーパスフィルタによる移動平均処理によりなまして高周
波ノイズを遮断する（１０６）、次に、マグネットスイ
ッチ５をオンする指令がでているかどうかを調べ（１０
８）、でていなければステップ１０２にリターンし、で
ていれば、ステップ１１０にて時間差Ｔが所定レベルＴ
ｔ１より大きいかどうかを調べる。これは、正常な下降
動作が開始されたかどうかを調べるものである。

【００２１】次に、ステップ１１２にて時間差Ｔが所定
レベルＴｔ２より小さいかどうかを調べ、小さくなるま
で待機し、小さくなれば、マグネットスイッチ５をオフ
して下降動作を終了する。すなわち、図４に示すよう
に、下降時にはＲ相電流Ｉｒ（皮相電流）と相間電圧Ｖ
ｒｓとの位相差はΘ２であり、時間差Ｔは大きい。一
方、着地すれば回生電流が０となり、Ｒ相電流Ｉｒ（皮
相電流）と相間電圧Ｖｒｓとの位相差はΘ１となり、時
間差Ｔは小さくなる。したがって、この位相差（時間
差）Ｔを検出することにより、正確に着地を検出するこ
とができる。

【００２２】特に本実施例では、着地を位相差Ｔで検出
するために、電源電圧の変動により着地検出のばらつき
が小さいという利点も得られる。すなわち、電圧が変動
すればそれに応じて電流も変動する。この実施例では時
間差検出であり、電圧の所定瞬時値の時点ｔｖから電流
の所定瞬時値の時点ｔｉまでの時間を測定するが、この
電圧変動によりｔｖ，ｔｉは連動し、時間差Ｔ＝ｔｖ−
ｔｉの変動は抑止又は相殺されるので、高精度の着地検
出が実現する。

【００２３】これに対し、回生電力による検出の場合
は、電源電圧の変動による回生電力の変動は多少大きい
不利がある。ステップ１０２〜１０６は本発明でいう位
相差算出手段を構成し、ステップ１１２は本発明でいう
着地判定手段を構成している。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【００２５】

【図１】本発明の第１実施例の全体構成を示す回路図で
ある。

【００２６】

【図２】下降、着地時の皮相電流の変化を表すタイミン
グチャートである。

【００２７】

【図３】下降、着地時の有効電流の変化を表すタイミン
グチャートである。

【００２８】

【図４】上記皮相電流のベクトル図である。

【００２９】

【図５】第２実施例の構成をしめす回路図である。

【００３０】

【図６】図５のマイコンの動作を示すフローチャートで
ある。

【００３１】

【符号の説明】

１はチャック、３は昇降用誘導電動機、５は下降用マグ
ネットスイッチ（制御装置）、６はコントローラ（制御
装置）、７はＣＴ（電流検出手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを着脱自在に保持するチャックを昇
   降させる昇降用誘導電動機へ印加される交流電圧を検出
   する電圧検出手段と、 前記昇降用誘導電動機を流れる電流を検出する電流検出
   手段と、 前記交流電圧及び電流に基づいて前記チャック下降時の
   回生電流を算出する回生電流算出手段と、 前記昇降モータに下降位相の前記交流電圧が印加される
   にもかかわらず前記回生電流が所定のレベル以下に低下
   したかどうかを調べ、低下した場合に前記ワークの着地
   と判定する着地判定手段とを備えることを特徴とする昇
   降装置の制御装置。
2. 【請求項２】ワークを着脱自在に保持するチャックを昇
   降させる昇降用誘導電動機へ印加される交流電圧を検出
   する電圧検出手段と、 前記昇降用誘導電動機を流れる電流を検出する電流検出
   手段と、 前記交流電圧と電流との位相差を算出する位相差算出手
   段と、 前記昇降モータに下降位相の前記交流電圧が印加される
   にもかかわらず前記位相差が所定のレベル以下に低下し
   たかどうかを調べ、低下した場合に前記ワークの着地と
   判定する着地判定手段とを備えることを特徴とする昇降
   装置の制御装置。