JPH11240693A - Ｖ／ｆ制御インバータ駆動巻上機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻き上げ時であっても巻き下げ時であって
も、また、荷重が変わろうが、荷物を同じ速度で移動さ
せる。 【解決手段】 操作者が望んだ動作速度に応じて予め定
められている基本周波数３３を、インバータ回路７から
誘導電動機４に供給される電力の出力周波数の指令値と
して出力する基本周波数出力部１３と、誘導電動機４の
実回転数を検出するエンコーダ８と、基本周波数に対応
した誘導電動機４の同期回転数とエンコーダ８で検出さ
れた実回転数との偏差を求め、この偏差がなくなる補正
周波数を出力周波数の指令値としてインバータ回路７に
出力する補正周波数出力部１４と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻き上げ及び巻き
下げ動作を行うための誘導電動機と、各種出力周波数の
電力を該誘導電動機に供給するインバータ回路と、を備
えているＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｖ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機
は、トルクの出にくい低速領域において、巻き上げと巻
き下げで同一の周波数指示を行うと、重荷重が加わった
場合に誘導電動機のスリップにより速度に差が生じ、そ
れをを是正するために、巻き上げと巻き下げとでそれぞ
れ独立の速度パラメータを持たせ、巻き上げと巻き下げ
で違う周波数を指示することにより、見掛け上の運転速
度を合わせている。

【０００３】ここで、図６を用いて具体的に従来のＶ／
Ｆ制御インバータ駆動巻上機について説明する。

【０００４】この巻上機は、荷物等を掛けるロードブロ
ック１と、ロードブロック１を吊り下げるためのワイヤ
２と、このワイヤ２が巻き付くドラム３と、このドラム
３を回転させる誘導電動機４と、誘導電動機４の回転数
を落とす減速機５と、誘導電動機４の回転を止めるブレ
ーキ６と、誘導電動機４を任意の回転数で駆動させるイ
ンバータ回路７と、このインバータ回路７を制御する制
御回路１０と、操作者が操作する操作パネル２０と、を
備えている。操作パネル２０には、巻き上げを指示する
巻上ボタン２１と、巻き下げを指示する巻下ボタン２２
と、動作設定ボリューム２３とが設けられている。

【０００５】この従来技術において、例えば、操作パネ
ル２０の速度設定ボリューム２３で誘導電動機４の動作
速度が６Ｈｚ相当に設定されており、このときに操作パ
ネル２０の巻上ボタン２１を押したとする。すると、操
作パネル２０からは、動作方向が「上」で基本周波数が
「６Ｈｚ」の操作指令３０が制御回路１０へ出力され
る。制御回路１０は、この操作指令３０に対応して、予
め設定されている７Ｈｚの周波数指令値を選択し、これ
をインバータ回路７へ運転指令３１として与える。な
お、この７Ｈｚの周波数は、一例で、定格荷重を巻き上
げる場合に誘導電動機４がトルク不足でスリップし、６
Ｈｚ相当で回転する周波数である。インバータ回路７
は、与えられた運転指令３１に対応した、７Ｈｚの出力
周波数の電力を誘導電動機４に供給すると同時に、ブレ
ーキ６を開放する。この結果、誘導電動機４のステータ
には、７Ｈｚ相当の回転磁界が形成されるが、ローター
は、スリップにより６Ｈｚ相当で回転する。

【０００６】また、操作者が操作パネル２０の巻下ボタ
ン２２を押したとすると、操作パネル２０からは、動作
方向が「下」で基本周波数が「６Ｈｚ」の操作指令３０
が制御回路１０へ出力される。制御回路１０は、この操
作指令３０に対応して、予め設定されている５Ｈｚの周
波数指令値を選択し、これをインバータ回路７へ運転指
令３１として与える。なお、この５Ｈｚの周波数は、一
例で、定格荷重を巻き下げる場合に誘導電動機４がトル
ク不足で負の方向にスリップし、６Ｈｚ相当で回転する
周波数である。インバータ回路７は、与えられた運転指
令３１に対応した、５Ｈｚの出力周波数の電力を誘導電
動機４に供給すると同時に、ブレーキ６を開放する。こ
の結果、誘導電動機４のステータには、５Ｈｚ相当の回
転磁界が形成されるが、ローターは、負の方向のスリッ
プにより６Ｈｚ相当で回転する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術では、
定格荷重に対する誘導電動機のスリップを考慮している
ため、巻き上げ時と巻き下げ時で速度の差は少ないもの
の、軽荷重に対しては、誘導電動機のスリップが少なく
なるので、巻き上げ時と巻き下げ時で速度に大きな差が
生じる。また、同一方向の運転でも、荷重の違いで誘導
電動機のスリップが変化するので、荷重に応じて速度が
変わってしまう。このように、荷重に応じて速度が変わ
ってしまうと、例えば、巻上機を二台使用して共吊り作
業を行った場合に、荷重のアンバランスが生じると、二
台の速度に差が生じて、吊り荷が傾いてしまう。

【０００８】すなわち、従来技術では、荷重の違いで、
巻き上げ又は巻き下げ速度が異なるという問題点があ
る。さらに、従来技術では、各々の速度を決定するため
に、機器毎の調整が必要で有り大変煩わしいという問題
点もある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、特に調整を必要
とせず、荷重に左右されずに、定まった速度での運転が
可能なＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機は、巻き上げ及び巻
き下げ動作を行うための誘導電動機と、各種出力周波数
の電力を該誘導電動機に供給するインバータ回路と、を
備えているＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機において、
操作者が望んだ巻き上げ又は巻き下げの動作速度に応じ
て予め定められている基本周波数を、前記出力周波数の
指令値として前記インバータ回路に出力する基本周波数
出力手段と、前記誘導電動機が起動してから加速が終了
して動作速度が安定したと見做される動作安定状態を把
握する動作安定把握手段と、前記誘導電動機の実回転数
を検出する回転数検出手段と、前記動作安定把握手段に
より前記動作安定状態が把握されると、前記基本周波数
に対応した前記誘導電動機の同期回転数と、前記回転数
検出手段で検出された前記実回転数との偏差を求め、該
偏差がなくなる補正周波数を前記出力周波数の指令値と
して前記インバータ回路に出力する補正周波数出力手段
と、を備えていることを特徴とするものである。

【００１１】ここで、以上のＶ／Ｆ制御インバータ駆動
巻上機において、前記動作安定把握手段は、前記インバ
ータ回路からの前記出力周波数を検出する出力周波数検
出手段と、該出力周波数検出手段で検出された該出力周
波数が前記基本周波数と同じくなると、前記動作安定状
態になったとする出力・基本周波数比較手段と、を有す
るものであってもよい。また、前記動作安定把握手段
は、前記回転数検出手段で検出された前記誘導電動機の
実回転数の単位時間当たりの変化量が予め定められた値
以下になると、前記動作安定状態になったとする実回転
数安定判断手段を有するものであってもよい。さらに、
前記動作安定把握手段は、前記誘導電動機が起動してか
ら前記動作安定状態になった想定されるまでの、予め定
められた安定化時間を計測する安定化時間計測手段を有
するものであってもよい。

【００１２】また、以上のいずれかのＶ／Ｆ制御インバ
ータ駆動巻上機において、前記補正周波数出力手段は、
前記基本周波数に対応した前記誘導電動機の同期回転数
と前記回転数検出手段で検出された前記実回転数との偏
差が、該基本周波数に対して予め定められた正常偏差範
囲を超えると、前記インバータ回路に対して該誘電動機
の停止指令を出力するものであってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るＶ／Ｆ制御イ
ンバータ駆動巻上機の一実施形態について、図面を用い
て説明する。

【００１４】本実施形態のＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻
上機は、図１に示すように、従来技術と同様、ロードブ
ロック１とワイヤ２とドラム３と誘導電動機４と減速機
５とブレーキ６とインバータ回路７と制御回路１０ａと
操作パネル２０と、を備えている。さらに、本実施形態
では、誘導電動機４の実回転数を検出するエンコーダ
(回転数検出手段）８と、インバータ回路７から誘導電
動機７へ供給される電力の出力周波数を検出する周波数
検出器(出力周波数検出手段）９とを有している。

【００１５】制御回路１０aは、操作パネル２０からの
操作指令３０に含まれている誘導電動機４の動作速度に
応じた基本周波数を出力する基本周波数出力部１３と、
出力周波数検出器９で検出されたインバータ回路７から
の出力周波数と基本周波数とを比較する出力・基本周波
数比較部１５と、エンコーダ８で検出された誘導電動機
４の実回転数に基づいて補正周波数を出力する補正周波
数出力部１４と、ブレーキー等を制御する周辺制御部１
２と、これらを制御する主制御部１６と、を有してい
る。この制御回路１０aからインバータ回路７への運転
指令３１aには、周辺制御部１２から出力される起動・
停止指令３２と、基本周波数出力部１３から出力される
基本周波数指令３３と、補正周波数出力部１４から出力
される補正周波数指令３４と、誘導電動機４の回転方向
等が含まれている。

【００１６】操作パネル２０は、巻上ボタン２１又は巻
下ボタン２２が押されると、制御回路１０aへ操作指令
３０を出力する。巻上ボタン２１及び巻下ボタン２２の
オンは、速度設定ボリューム２３で設定されている誘導
電動機４の動作速度での起動を意味し、これらのボタン
２１，２２のオフは、停止を意味している。したがっ
て、操作指令３０には、起動・停止、巻き上げか巻下げ
か、誘導電動機４の動作速度等が含まれている。

【００１７】次に、本実施形態のＶ／Ｆ制御インバータ
駆動巻上機の制御回路１０aの処理動作について、図２
のフローチャートに従って説明する。

【００１８】制御回路１０の主制御部１６は、操作指令
３０が入力したか否かの判断をし(ステップ１)、操作指
令３０が入力していなければ入力するまで待ち、操作指
令３０が入力すればステップ２に進む。ステップ２で
は、主制御部１６が、この操作指令３０に「起動」又は
「停止」のいずれの情報を含むかを判断し、「停止」を
含む場合にはステップ３に進んで、周辺制御部１２から
インバータ回路７へ停止指令３２が送信される。インバ
ータ回路７は、誘導電動機４及びブレーキ６への電力供
給を断ち、ブレーキ６が誘導電動機４に制動力を加え
る。また、ステップ２の判断において、操作指令３０が
「起動」の情報が含まれていると判断した場合には、ス
テップ４に進んで、補正周波数出力部１４がインバータ
回路７へ補正周波数指令３４を送信したか否かの判断を
し、補正周波数指令３４を送信していれば再び操作指令
３０が入力するまで待ち、補正周波数指令３４を送信し
ていなければステップ５に進む。

【００１９】ステップ５では、基本周波数出力部１３が
インバータ回路７へ基本周波数指令３３を送信すると共
に、周辺制御部１２がインバータ回路７へ起動指令３２
を送信する。インバータ回路７が基本周波数指令３３と
共に起動指令３２を受信すると、ブレーキ６へ電力を供
給して、誘導電動機４を駆動可能に開放すると共に、基
本周波数と同じ周波数(出力周波数）の電力を誘導電動
機４に供給する。

【００２０】ここで、以下の説明の簡略化のために、操
作パネル２０の速度設定ボリューム２３で、４極の誘導
電動機４の動作速度が６Ｈｚ相当に設定されており、こ
のときに操作者が操作パネル２０の巻上ボタン２１を押
したとする。すると、以上の処理のうち、ステップ１、
ステップ２、ステップ４、ステップ５の処理が実行され
る。ステップ５では、操作指令３０に含まれている動作
速度（６Ｈｚ相当）に対応した６Ｈｚの基本周波数指令
３３及び起動指令３２がインバータ回路７へ送信され、
図３（ａ）に示すように、ブレーキ６が誘導電動機４を
開放すると共に、誘導電動機４が駆動し始める。

【００２１】ステップ６では、出力・基本周波数比較部
１５が、周波数検出器９で検出された周波数、つまり、
インバータ回路７から誘導電動機４へ供給される電力の
出力周波数と、基本周波数とが一致したか否かを判断す
る。出力周波数が基本周波数に至っていない場合には、
誘導電動機４が未だ加速中であるとして、出力周波数が
基本周波数に一致するまで待ち、出力周波数が基本周波
数に一致すると、加速が終了して動作安定状態になった
判断してステップ７に進む。この動作安定状態は、図３
（ａ）のA領域で、誘導電動機４が１５０ｒｐｍで安定
していることを示している。

【００２２】ステップ７では、補正周波数出力部１４
が、基本周波数に対する同期回転数と、エンコーダ８で
検出された誘導電動機４の実回転数との偏差を求める。

【００２３】具体的には、基本周波数６Ｈｚに対する同
期回転数は、 （１２０×６Ｈｚ）／４極＝１８０ｒｐｍ となる。

【００２４】また、エンコーダ８で検出された実回転数
は、１５０ｒｐｍであるから、同期回転数と実回転数と
の偏差は、 １８０ｒｐｍ−１５０ｒｐｍ＝３０ｒｐｍ となる。なお、同期回転数と実回転数とに偏差が生じる
のは、誘導電動機４がスリップしているからである。

【００２５】補正周波数出力部１４は、同期回転数と実
回転数との偏差を求めると、ステップ８で、この偏差が
正常範囲内か否かを判断する。この偏差正常範囲は、基
本周波数ごとに決められている。例えば、基本周波数が
６Ｈｚの場合には、＋１Ｈｚ〜−６Ｈｚ相当の同期回転
数、つまり、＋３０ｒｐｍ〜−１８０ｒｐｍが正常範囲
である。また、基本周波数が１２Ｈｚの場合には、＋１
Ｈｚ〜−１２Ｈｚ相当の同期回転数、つまり、＋３０ｒ
ｐｍ〜−３６０ｒｐｍが正常範囲である。偏差が正常範
囲内でなければ、ステップ１０に進んで、補正周波数出
力部１４が周辺制御部１２を介してインバータ回路７へ
停止指令３２を送信して、誘導電動機４を止める。ここ
の例では、基本周波数が６Ｈｚのときの偏差が＋３０ｒ
ｐｍで、この基本周波数に対して定まっている偏差正常
範囲（＋３０ｒｐｍ〜−１８０ｒｐｍ）内に収まってい
るので、ステップ９に進む。

【００２６】ステップ９では、補正周波数出力部１４が
偏差０になるような補正周波数３４を求め、これをイン
バータ回路７へ送信する。

【００２７】具体的には、まず、偏差３０ｒｐｍに対応
した周波数を以下のように逆算する。

【００２８】（４極×３０ｒｐｍ）／１２０＝１Ｈｚ そして、以下のように、この周波数１Ｈｚに基本周波数
６Ｈｚを加算して、補正周波数７Ｈｚを求める。

【００２９】６Ｈｚ＋１Ｈｚ＝７Ｈｚ 求められた補正周波数７Ｈｚは、インバータ回路７へ送
信されて、図３（ａ）に示すように、誘導電送機４が実
回転数１５０ｒｐｍから加速し、基本周波数６Ｈｚに対
する同期回転数と同じ１８０ｒｐｍ(同図（ａ）のB領
域）になる。

【００３０】この実施形態では、ステップ４の処理で理
解できるように、一度、補正周波数指令３４を送信した
後は、新たな操作指令３０が入力するまで、再度、補正
周波数を送信することはない。

【００３１】次に、操作パネル２０の速度設定ボリュー
ム２３で、４極の誘導電動機４の動作速度が６Ｈｚ相当
に設定されており、このときに操作者が操作パネル２０
の巻下ボタン２２を押した場合について説明する。この
場合、巻上ボタン２１を押した際とまったく同様に、制
御回路１０が、ステップ１，２，４，５の処理を実行
し、誘導電動機４もまったく同様に動作する。しかしな
がら、巻き下げの場合、誘導電動機４のスリップが負に
なるため、ステップ６で、基本周波数と出力周波数とが
一致したと判断したとき、つまり誘導電動機４が動作安
定状態（図３（ｂ）のＣ領域）になったときの実回転数
は、２１０ｒｐｍとなる。

【００３２】ステップ７では、補正周波数出力部１４
が、基本周波数６Ｈｚに対する同期回転数１８０ｒｐｍ
と、エンコーダ８で検出された実回転数２１０ｒｐｍと
の偏差を以下のように求める。

【００３３】 １８０ｒｐｍ−２１０ｒｐｍ＝−３０ｒｐｍ この偏差−３０ｒｐｍは、６Ｈｚの基本回転数に対する
偏差正常範囲（＋３０ｒｐｍ〜−１８０ｒｐｍ）内に収
まっているので、ステップ８を経てステップ９に進む。

【００３４】ステップ９では、まず、偏差(−)３０ｒｐ
ｍに対応した周波数を以下のように逆算する。

【００３５】 （４極×（−３０ｒｐｍ））／１２０＝−１Ｈｚ そして、以下のように、この周波数(−)１Ｈｚに基本周
波数６Ｈｚを加算して、補正周波数５Ｈｚを求める。

【００３６】６Ｈｚ＋（−）１Ｈｚ＝５Ｈｚ 求められた補正周波数５Ｈｚは、インバータ回路７へ送
信されて、図３（ｂ)に示すように、誘導電送機４が実
回転数２１０ｒｐｍから減速し、基本周波数６Ｈｚに対
する同期回転数と同じ１８０ｒｐｍ(同図（ｂ）のＤ領
域）になる。

【００３７】以上のように、この実施形態では、誘導電
動機４は、基本周波数に対する同期回転数と実回転数と
が一致するように制御されるので、巻き上げ時であって
も巻き下げ時であっても、また、荷重が変わろうが、操
作指令３０に含まれている動作速度に対応した基本周波
数に対する同期回転数で、実際に回転することになる。

【００３８】以上のような基本周波数の補正処理は、基
本周波数が６Ｈｚの場合にのみ有効ではなく、出力トル
クの出にくい低速領域の全ての速度に対して有効であ
る。また、補正周波数は、荷重を少なくとも保持できる
周波数を下限値として設けることが安全上必要である。

【００３９】なお、以上の実施形態では、動作安定把握
手段を周波数検出器９と出力・基本周波数比較部１５と
を有して構成したが、この動作安定把握手段を、例え
ば、図４や図５に示すように構成してもよい。

【００４０】すなわち、動作安定把握手段は、図４に示
すように、エンコーダ８で検出された誘導電動機４の実
回転数の単位時間当たりの変化量が予め定められた値以
下になると、動作安定状態になったとする実回転数安定
判断部１６で構成してもよい。

【００４１】また、動作安定把握手段は、図５に示すよ
うに、誘導電動機４が起動してから動作安定状態になっ
た想定されるまでの、予め定められた安定化時間を計測
する安定化時間計測部(タイマ）１７で構成してもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、誘導電動機は、基本周
波数に対する同期回転数と実回転数とが一致するように
制御されるので、巻き上げ時であっても巻き下げ時であ
っても、また、荷重が変わろうが、操作指令として指定
した動作速度に対応した基本周波数に対する同期回転数
で、実際に回転することになる。このため、二台による
共吊り運転で、荷重のアンバランスによる吊り荷の傾き
を防止することができ、安全性を向上させることができ
る。また、機器ごとの煩わしい速度調整をする必要がな
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるＶ／Ｆ制御インバー
タ駆動巻上機の機能ブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態である制御回路の処理動作
を示すフローチャートである。

【図３】本発明の一実施形態であるＶ／Ｆ制御インバー
タ駆動巻上機のタイムチャートである。

【図４】本発明の他の実施形態である制御回路の機能ブ
ロック図である。

【図５】本発明のさらに他の実施形態である制御回路の
機能ブロック図である。

【図６】従来のＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機の機能
ブロック図である。

【符号の説明】

１…ロードブロック、２…ワイヤ、３…ドラム、４…誘
導電動機、５…減速機、６…ブレーキ、７…インバータ
回路、８…エンコーダ、９…周波数検出器、１０，１０
ａ，１０ｂ，１０ｃ…制御回路、１３…基本周波数出力
部、１４…補正周波数出力部、１５…出力・基本周波数
比較部、１６…実回転数安定判断部、１７…安定化時間
計測部、２０…操作パネル、２１…巻上ボタン、２２…
巻下ボタン、２３…動作設定ボリューム、３０…操作指
令、３１，３１ａ…運転指令、３２…起動・停止指令、
３３…基本周波数指令、３４…補正周波数指令。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】巻き上げ及び巻き下げ動作を行うための誘
   導電動機と、各種出力周波数の電力を該誘導電動機に供
   給するインバータ回路と、を備えているＶ／Ｆ制御イン
   バータ駆動巻上機において、 操作者が望んだ巻き上げ又は巻き下げの動作速度に応じ
   て予め定められている基本周波数を、前記出力周波数の
   指令値として前記インバータ回路に出力する基本周波数
   出力手段と、 前記誘導電動機が起動してから加速が終了して動作速度
   が安定したと見做される動作安定状態を把握する動作安
   定把握手段と、 前記誘導電動機の実回転数を検出する回転数検出手段
   と、 前記動作安定把握手段により前記動作安定状態が把握さ
   れると、前記基本周波数に対応した前記誘導電動機の同
   期回転数と、前記回転数検出手段で検出された前記実回
   転数との偏差を求め、該偏差がなくなる補正周波数を前
   記出力周波数の指令値として前記インバータ回路に出力
   する補正周波数出力手段と、 を備えていることを特徴とするＶ／Ｆ制御インバータ駆
   動巻上機。
2. 【請求項２】請求項1に記載のＶ／Ｆ制御インバータ駆
   動巻上機において、 前記動作安定把握手段は、前記インバータ回路からの前
   記出力周波数を検出する出力周波数検出手段と、該出力
   周波数検出手段で検出された該出力周波数が前記基本周
   波数と同じくなると、前記動作安定状態になったとする
   出力・基本周波数比較手段と、を有することを特徴とす
   るＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機。
3. 【請求項３】請求項1に記載のＶ／Ｆ制御インバータ駆
   動巻上機において、 前記動作安定把握手段は、前記回転数検出手段で検出さ
   れた前記誘導電動機の実回転数の単位時間当たりの変化
   量が予め定められた値以下になると、前記動作安定状態
   になったとする実回転数安定判断手段を有することを特
   徴とするＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機。
4. 【請求項４】請求項1に記載のＶ／Ｆ制御インバータ駆
   動巻上機において、 前記動作安定把握手段は、前記誘導電動機が起動してか
   ら前記動作安定状態になった想定されるまでの、予め定
   められた安定化時間を計測する安定化時間計測手段を有
   することを特徴とするＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上
   機。
5. 【請求項５】請求項1から4のいずれかに記載のＶ／Ｆ制
   御インバータ駆動巻上機において、 前記補正周波数出力手段は、前記基本周波数に対応した
   前記誘導電動機の同期回転数と前記回転数検出手段で検
   出された前記実回転数との偏差が、該基本周波数に対し
   て予め定められた正常偏差範囲を超えると、前記インバ
   ータ回路に対して該誘電動機の停止指令を出力すること
   を特徴とするＶ／Ｆ制御インバータ駆動巻上機。