巻上機、巻上機の電源切り換え方法
【課題】インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止という機能を維持しながら簡単な構成で巻下運転中の巻上下用電動機の回生電力の多くを商用交流電源側に返すことができる巻上機、及び巻上機の電源切り換え方法を提供する。
【解決手段】制御装置１３は、巻下運転時に加速巻下運転から高速巻下運転に移行する時及び高速巻下運転から減速巻下運転に移行するとき、インバータ１１をその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器１７で検出した位相検出信号Ｓ１とインバータ１１からの位相信号Ｓ５により、インバータ１１の出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機１２の電源を電源切換器（電磁開閉器１８、１９）を介してインバータ１１から商用交流電源１０又は商用交流電源１０からインバータ１１に切り換える切換機能を備えた。
【解決手段】制御装置１３は、巻下運転時に加速巻下運転から高速巻下運転に移行する時及び高速巻下運転から減速巻下運転に移行するとき、インバータ１１をその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器１７で検出した位相検出信号Ｓ１とインバータ１１からの位相信号Ｓ５により、インバータ１１の出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機１２の電源を電源切換器（電磁開閉器１８、１９）を介してインバータ１１から商用交流電源１０又は商用交流電源１０からインバータ１１に切り換える切換機能を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻上下用電動機がインバータからの駆動電力で駆動される電気ロープホイストや電気チェーンブロック等の巻上機、及び巻上機の電源切り換え方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のようにインバータを備え、巻上下用電動機を駆動をインバータの出力で行うようにした巻上機では、巻下運転時に巻上下用電動機が回生エネルギー（回生電力）を発生する。この回生エネルギーを処理して巻上下用電動機に回生制動をかける方法として、回生電力（回生電流）を制動抵抗器に通電し、熱エネルギーに変える方法が従来より行われている。この方法は制動抵抗器から発生する多量の熱の対策が必要で、巻上下用電動機の容量が大きい場合、巻上下運転が高頻度で行われると、大きい制動抵抗器が必要となる上、発生する熱を効果的に放熱する等の熱対策が難しいという問題がある。
【０００３】
上記制動抵抗器を用いない方法として、回生コンバータを設け、巻下運転時に巻上下用電動機で発生する回生電力を回生コンバータで電源周波数の電力に変換し、電源側に返す方法もある。この方法は、制動抵抗が必要ないし、省エネルギーともなる。しかしながら、回生コンバータの形状寸法が大きい上、且つコストが高い（インバータの２倍以上）という問題がある。
【０００４】
また、特許文献１に示すように、巻上機の下降運転時に巻上下用電動機をインバータ側に接続し、インバータにより回転駆動し、回転速度が商用交流電源の周波数に相当する定格速度になると、巻上下用電動機を商用交流電源側に接続し、商用交流電源により巻上下用電動機を回転駆動するようにしたものもある。
【特許文献１】特開２０００−１７５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記引用文献１に記載の巻上機は、制動抵抗が必要なく、発熱対策も必要なく、コストも安価にでき、巻下運転時に巻上下用電動機が発生する回生電力を商用交流電源側に返すことができるという利点があるが、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止できないという問題がある。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、インバータが備える機能を利用して、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止という機能を維持しながら簡単な構成、方法で巻下運転中の巻上下用電動機の回生電力の多くを商用交流電源側に返すことができる巻上機、及び巻上機の電源切り換え方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、電源切換器と、商用交流電源の位相を検出する位相検出器を備え、インバータはその出力の位相を示す位相信号を出力する機能を備え、制御装置は、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介してインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介して商用交流電源からインバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように制御装置の切換機能により、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介してインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介して前記商用交流電源からインバータに切り換えることにより、極めて簡単な構成で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【０００９】
また、本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、商用交流電源の位相を位相検出器で検出し、該位相検出信号とインバータからのその出力の位相を示す位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相検出信号とインバータから位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることを特徴とする。
【００１０】
上記巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、商用交流電源の位相を位相検出器で検出し、該位相検出信号とインバータからのその出力の位相を示す位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相検出信号とインバータから位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることにより、極めて簡単な方法で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【００１１】
また、本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、電源切換器と、商用交流電源の電力位相を検出する位相検出器と備え、インバータは、位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を商用交流電源に同期させ、同期が完了したら制御装置に同期完了信号を出力する機能を備え、制御装置は、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記のように制御装置の切換機能により、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることにより、極めて簡単な構成で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【００１３】
また、本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、インバータは、商用交流電源の位相を検出する位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を商用交流電源位相に同期させ、同期が完了したら制御装置に同期完了信号を出力する機能を備えており、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることを特徴とする。
【００１４】
上記のように巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えるより、極めて簡単な構成で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【００１５】
電動の巻上機において、巻下運転時に巻上下用電動機が発電からの回生電力（電流）を制動抵抗器に通電して熱に変換しないで、巻上下用電動機に回生制動を作用させるためには、回生電力を商用電源に返すと制動抵抗器が不必要或いは小さい制動抵抗器で済む。そのためには、巻上下用電動機の電源をインバータから商用電源へ、商用電源からインバータ出力に切り換える必要がある。このとき、インバータ出力と商用電源の位相を合わせないで切り換えた場合、上下用電動機に衝撃が発生する。例えばインバータ出力の位相と商用電源の位相が１８０°ずれた状態で、切り換えた場合、巻上下用電動機に大きな衝撃が発生する、そこで上記のようにインバータ出力の位相と商用電源の位相が合った時点で切り換えることにより、巻上下用電動機になんら衝撃を与えることなく、切り換えることができるのである。
【００１６】
また、インバータは周波数変換装置なので、自ら作り出す出力電圧の位相情報を外部に出力することはインバータの付随的機能として容易なことであるし、また、他の系統の電圧の位相に自ら作り出す出力電圧の位相を合わせ、同期完了と同時に同期完了信号も出力することもインバータの付随的機能として容易なことである。本発明は、上記インバータが備えた付随的機能を利用し、インバータ出力の周波数を商用電源の周波数より若干ずらして運転し、その電圧出力の位相を示す位相信号と、位相検出器で検出された商用電源の電圧の位相とから、両者が同期した時点で巻上下用電動機の電源を、インバータ出力から商用電源へ又は商用電源からインバータ出力へ切り換えるか、或いはインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータ出力から商用電源へ又は商用電源からインバータ出力へ切り換えかえるので、極めて簡単に切り換えができるのである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止という機能を維持しながら、高速巻下運転中に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができるから、省エネルギーであると同時に、小さい容量の制動抵抗器で済み、且つ電源切換時に巻上下用電動機に衝撃を与えない巻上機、及び巻上機の電源切り換え方法を提供するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る巻上機のシステム構成を示す図である。図示するように、本巻上機は、商用交流電源１０、インバータ１１、巻上下用電動機（誘導電動機）１２、制御装置１３を備えている。１４は操作ボックスで、該操作ボックス１４に巻上用押ボタンスイッチ１５と、巻下用押ボタンスイッチ１６を備えている。また、巻上用押ボタンスイッチ１５は、低速巻上用の１段目スイッチ１５ａと高速巻上用の２段目スイッチ１５ｂを備え、巻下用押ボタンスイッチ１６は、低速巻下用の１段目スイッチ１６ａと高速巻下用の２段目スイッチ１６ｂを備えている。
【００１９】
巻上用押ボタンスイッチ１５の１段目スイッチ１５ａ、２段目のスイッチ１５ｂを操作することにより、その信号は制御装置１３に入力され、巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａ、２段目スイッチ１６ｂを操作することにより、その信号は制御装置１３に入力されるようになっている。１７は商用交流電源１０のＲ相・Ｓ相間の電圧位相を検出する位相検出器であり、その位相検出信号Ｓ１は制御装置１３に入力されるようになっている。１８、１９は電源切換用の電磁開閉器で、電磁開閉器１８は巻上下用電動機１２を接点１８ａを介してインバータ１１側に接続する電磁開閉器、電磁開閉器１９は巻上下用電動機１２を接点１９ａを介して商用交流電源１０に接続する電磁開閉器である。
【００２０】
２０は巻上下用電動機１２を拘束する機械式ブレーキであり、インバータ１１の出力のＶ相に接続されたダイオードスタック２１からの直流電流が通電するとブレーキ２０は開放され、電磁開閉器２２の接点２２ａが閉じ、ブレーキ２０への直流電流が遮断されると、ブレーキ２０が作動し、制動力が作用するようになっている。なお、電磁開閉器２２は制御装置１３により制御される。また、２３はインバータ１１に接続された制動抵抗器である。２４は荷重吊り用フック（図示せず）が上限に達したら巻上運転を停止させる上限スイッチ、２５は荷重吊り用フックが下限に達したら巻下運転を停止させる下限スイッチであり、制御装置１３に接続されている。制御装置１３からインバータ１１は正転（巻上）指令信号Ｓ２、逆転（巻下）指令信号Ｓ３、高速指令信号Ｓ４が出力され、インバータ１１から制御装置１３には後に詳述するインバータの出力の位相を示す位相信号Ｓ５が出力される。
【００２１】
上記構成の巻上機において、操作ボックス１４の巻上用押ボタンスイッチ１５の操作により低速巻上用の１段目スイッチ１５ａが閉じると制御装置１３は巻上信号の入力と判断し、インバータ１１に正転（巻上）指令信号Ｓ２を出力し、続いて高速巻上用の２段目スイッチ１５ｂが閉じると高速信号の入力と判断し、インバータ１１に高速指令信号Ｓ４を出力する。また、巻下用押ボタンスイッチ１６の操作により低速巻下用の１段目スイッチ１６ａが閉じると制御装置１３は巻下信号の入力と判断し、インバータ１１に逆転（巻下）指令信号Ｓ３を出力し、続いて高速巻下用の２段目スイッチ１６ｂが閉じると高速信号の入力と判断し、インバータ１１に高速指令信号Ｓ４を出力する。
【００２２】
巻上用押ボタンスイッチ１５の１段目スイッチ１５ａを閉じることにより、インバータ１１に正転（巻上）指令信号Ｓ２が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に正転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が所定の加速度で低速巻上運転速度まで加速される。ここで２段目スイッチ１５ｂを閉じることにより、高速指令信号Ｓ４が入力されると巻上下用電動機１２は更に所定の加速度で商用交流電源周波数での高速巻上運転速度まで加速される。高速巻上運転速度で所定の巻上位置近傍に達した、２段目スイッチ１５ｂを開き低速巻上運転速度で所定の巻上位置で巻き上げ、ここで１段目スイッチ１５ａを開くことにより所定の巻上位置に停止する。
【００２３】
上記所定の巻上位置から巻下げる場合は、巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａを閉じることにより、インバータ１１に逆転（巻下）指令信号Ｓ３が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に逆転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が所定の加速度で低速巻下運転速度まで加速される。ここで２段目スイッチ１６ｂを閉じることにより、高速指令信号Ｓ４が入力されると巻上下用電動機１２は更に所定の加速度で商用交流電源周波数での高速巻下運転速度まで加速される。高速巻下運転速度で所定の巻下位置近傍に達したら、２段目スイッチ１６ｂを開き低速巻下運転速度で所定の巻下位置で巻き下げ、ここで１段目スイッチ１６ａを開くことにより停止する。
【００２４】
インバータ１１は後述するように、その出力の位相を示す位相信号Ｓ５を出力する機能を有し、該位相信号Ｓ５が制御装置１３に入力されるようになっている。上記巻下運転において、巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂを閉じ、高速巻下運転速度に達したら、インバータ１１はその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量（例えば周波数差２Ｈｚ）ずらして運転する。制御装置１３はインバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０の位相とインバータ１１の出力の位相が同期した瞬間に電磁開閉器１８を不動作として、電磁開閉器１９を動作させる。これにより、電磁開閉１８の接点１８ａが開き、電磁開閉器１９の接点１９ａが閉じて、巻上下用電動機１２の電源がインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換える。
【００２５】
上記商用交流電源１０に切り換え所定の巻下位置近傍に達したら、２段目スイッチ１６ｂを開くことにより、制御装置１３からの高速指令信号Ｓ４が遮断され逆転（巻下）指令信号Ｓ３となる。これにより、インバータ１１はその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量（例えば周波数差２Ｈｚ）ずらして運転する。そして制御装置１３はインバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０の位相とインバータ１１の出力の位相が同期した瞬間に電磁開閉器１８を動作させ、電磁開閉器１９を不動作にする。これにより、電磁開閉器１８の接点１８ａが閉じ、電磁開閉器１９の接点１９ａが開き、巻上下用電動機１２の電源が商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換える。
【００２６】
図２は上記巻下運転時の切換タイミングを示す図である。時刻ｔ１で巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａのＯＮにより、逆転指令信号Ｓ３が出力され、所定の加速度で加速され、時刻ｔ２で低速巻下速度に達する。時刻ｔ３で巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂのＯＮにより、高速指令信号Ｓ４が出力され、所定の加速度で加速され、時刻ｔ４で高速巻下運転速度に達する。ここでインバータ１１をその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量ずらして運転し、インバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０とインバータ１１の出力が同期した時刻ｔ５に巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換え（電磁開閉器１８の接点１８ａをＯＦＦ、電磁開閉器１９の接点１９ａをＯＮ）、交流電源周波数で巻上下用電動機１２の巻下運転を行う。
【００２７】
巻下所定位置に近傍の時刻ｔ６で巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂをＯＦＦとすることにより、インバータ１１をその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量ずらして運転し、インバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０とインバータ１１の出力が同期した時刻ｔ７に巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換え（電磁開閉器１９の接点１９ａをＯＦＦ、電磁開閉器１８の接点１８ａをＯＮ）、時刻ｔ８からインバータ１１の出力周波数を所定減速度で低減させ、時刻ｔ９で低速巻下減速に達する。その所定の巻き下げ位置に達した時刻ｔ１０で巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａのＯＦＦすることにより、逆転指令信号Ｓ３を停止して、巻上下用電動機１２を停止する。
【００２８】
上記のように巻上下用電動機１２の電源を高速巻下運転速度に達した後の時刻ｔ５でインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換え、商用交流電源１０の周波数速度で高速巻下運転を行い、時刻ｔ７で巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換えることにより、時刻ｔ５〜時刻ｔ７までの高速巻下運転で巻上下用電動機１２が発電した回生電力を商用交流電源１０に返すことになる。そしてインバータ１１に接続される制動抵抗器２３で熱に変換する回生電力は商用交流電源１０による高速巻下運転の両側の斜線を施した部分で済むから、制動抵抗器２３の容量を大幅に削減できる（小さい制動抵抗器で済む）と共に、省エネルギーとなる。
【００２９】
図３はインバータ１１のＵ相出力と該インバータ１１から出力されるインバータ出力の位相を示す位相信号Ｓ５の波形例を示す図である。図示するように、（ａ）に示すインバータ１１のＵ相出力の波形に対して、（ｂ）に示すようなＵ相出力の位相を示す位相信号Ｓ５が出力される。このような位相信号Ｓ５を出力することは、インバータ１１が周波数変換装置なので、自ら作り出す出力電圧の位相情報として外部に出力することであり、インバータの機能（インバータの付随的機能）として容易なことである。制御装置１３でインバータ１１からの上記位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された商用交流電源１０の位相検出信号Ｓ１と比較し、両者が一致した時点（同期した時点）で巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に或いは商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換える。
【００３０】
図４は上記巻下運転時の巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切換時の商用交流電源Ｒ相の電圧波形、インバータのＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧波形、負荷電流波形例を示す図である。ここでは商用交流電源周波数とインバータ１１の周波数差を２Ｈｚとして、両電源が同期した瞬間にインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換えている。切換時間（巻上下用電動機１２がインバータ１１及び商用交流電源１０のいずれにも接続されていない時間）ΔＴ≒１２．８ｍｓで、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることなく、切り換えることができることを確認した。
【００３１】
図５は上記巻下運転時の巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切換時の商用交流電源Ｒ相の電圧波形、インバータのＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧波形、負荷電流波形例を示す図である。ここでは商用交流電源周波数とインバータ１１の周波数差を２Ｈｚとして、両電源が同期した瞬間に商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換えている。切換時間ΔＴ≒１３．８ｍｓで、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることなく、切り換えることができることを確認した。
【００３２】
図６は５０Ｈｚ系と６０Ｈｚ系の同期点周期表を示す図である。図はＡ系周波数をＸとし、Ｂ系周波数Ｙとして、Ａ系Ｂ系とも同期点よりスタートした場合の１サイクル後の時間差（波形のズレ時間）は、
（１／Ｘ）−（１／Ｙ）＝Ｔ1
となり、この時間差Ｔ1により再度、同期点になるまでの時間（同期点の周期）Ｔ2を、
Ｔ２＝｛（１／Ｘ）／Ｔ1｝×（１／Ｘ）
として算出した同期点周期表を示す表である。Ａ系、Ｂ系の周波数差が多い程、同期点の周期は短くなる。Ａ系とＢ系の周波数差を最大２Ｈｚとした場合で位相検出器１７の検出条件で周波数差±２Ｈｚとなるので、同基点の周期は０．５２（ｓｅｃ）となる。これは電源が理想状態での場合であるから、検出途中で電圧、周波数変動により時間Ｔ２が長くなる場合がある。
【００３３】
図７は本発明に係る巻上機の他のシステム構成を示す図である。同図において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すのでその説明は省略する。本巻上機が図１に示す巻上機と異なる点は、位相検出器１７が商用交流電源１０の位相を検出しその位相検出信号Ｓ１をインバータ１１に送り、該インバータ１１は巻下運転時に巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１から商用交流電源１０或いは商用交流電源１０からインバータ１１に切り換える際に、インバータ１１の出力位相を商用交流電源１０の位相に同期するように運転する。そして同期が完了した時点でインバータ１１から制御装置１３に同期完了信号Ｓ６を出力する。このような同期完了信号Ｓ６を出力することも、インバータが周波数変換装置なので、自ら作り出す出力電圧の位相を他の系統の電圧の位相に同期させ、同期完了と同時に同期完了信号Ｓ６を出力することも、インバータの機能（インバータの付随的機能）として容易なことである。
【００３４】
制御装置１３は上記同期完了信号Ｓ６を受けて、巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１から商用交流電源１０にする時は、電磁開閉器１８を不動作としてその接点１８ａを開き、電磁開閉器１９を動作しその接点１９ａを閉じる。また、商用交流電源１０からインバータ１１にする時は、電磁開閉器１８を動作させその接点１８ａを閉じ、電磁開閉器１９を不動作としてその接点１９ａを開く。このように、インバータ１０に位相検出器１７による商用交流電源１０の位相検出信号Ｓ１を受けて、その出力位相を商用交流電源１０に同期させ、同期完了信号Ｓ６を制御装置１３に出力する機能を設けるだけで、商用交流電源１０での高速巻下運転時に巻上下用電動機１２で発電する回生電力を商用交流電源１０に返すことができるから、制動抵抗器２３で熱として消費しなければならない回生エネルギーが少なくなり、制動抵抗器２３の容量を大幅に削減できると共に、省エネルギーとなる。
【００３５】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る巻上機のシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る巻上機の巻下運転時の切換タイミングを示す図である。
【図３】本発明に係る巻上機の巻下運転時のインバータから出力される位相信号を示す図である。
【図４】本発明に係る巻上機の巻下運転時のインバータから商用交流電源に切換時の波形を示す図である。
【図５】本発明に係る巻上機の巻下運転時の商用交流電源からインバータバータに切換時の波形を示す図である。
【図６】５０Ｈｚ系と６０Ｈｚ系の同期点周期表を示す図である。
【図７】本発明に係る巻上機の他のシステム構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 商用交流電源
１１ インバータ
１２ 巻上下用電動機
１３ 制御装置
１４ 操作ボックス
１５ 巻上用押ボタンスイッチ
１６ 巻下用押ボタンスイッチ
１７ 位相検出器
１８ 電磁開閉器
１９ 電磁開閉器
２０ ブレーキ
２１ ダイオードスタック
２２ 電磁開閉器
２３ 制動抵抗器
２４ 上限スイッチ
２５ 下限スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻上下用電動機がインバータからの駆動電力で駆動される電気ロープホイストや電気チェーンブロック等の巻上機、及び巻上機の電源切り換え方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のようにインバータを備え、巻上下用電動機を駆動をインバータの出力で行うようにした巻上機では、巻下運転時に巻上下用電動機が回生エネルギー（回生電力）を発生する。この回生エネルギーを処理して巻上下用電動機に回生制動をかける方法として、回生電力（回生電流）を制動抵抗器に通電し、熱エネルギーに変える方法が従来より行われている。この方法は制動抵抗器から発生する多量の熱の対策が必要で、巻上下用電動機の容量が大きい場合、巻上下運転が高頻度で行われると、大きい制動抵抗器が必要となる上、発生する熱を効果的に放熱する等の熱対策が難しいという問題がある。
【０００３】
上記制動抵抗器を用いない方法として、回生コンバータを設け、巻下運転時に巻上下用電動機で発生する回生電力を回生コンバータで電源周波数の電力に変換し、電源側に返す方法もある。この方法は、制動抵抗が必要ないし、省エネルギーともなる。しかしながら、回生コンバータの形状寸法が大きい上、且つコストが高い（インバータの２倍以上）という問題がある。
【０００４】
また、特許文献１に示すように、巻上機の下降運転時に巻上下用電動機をインバータ側に接続し、インバータにより回転駆動し、回転速度が商用交流電源の周波数に相当する定格速度になると、巻上下用電動機を商用交流電源側に接続し、商用交流電源により巻上下用電動機を回転駆動するようにしたものもある。
【特許文献１】特開２０００−１７５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記引用文献１に記載の巻上機は、制動抵抗が必要なく、発熱対策も必要なく、コストも安価にでき、巻下運転時に巻上下用電動機が発生する回生電力を商用交流電源側に返すことができるという利点があるが、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止できないという問題がある。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、インバータが備える機能を利用して、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止という機能を維持しながら簡単な構成、方法で巻下運転中の巻上下用電動機の回生電力の多くを商用交流電源側に返すことができる巻上機、及び巻上機の電源切り換え方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、電源切換器と、商用交流電源の位相を検出する位相検出器を備え、インバータはその出力の位相を示す位相信号を出力する機能を備え、制御装置は、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介してインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介して商用交流電源からインバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように制御装置の切換機能により、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介してインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数が商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相信号とインバータからの位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を電源切換器を介して前記商用交流電源からインバータに切り換えることにより、極めて簡単な構成で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【０００９】
また、本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、商用交流電源の位相を位相検出器で検出し、該位相検出信号とインバータからのその出力の位相を示す位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相検出信号とインバータから位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることを特徴とする。
【００１０】
上記巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、商用交流電源の位相を位相検出器で検出し、該位相検出信号とインバータからのその出力の位相を示す位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータをその出力周波数を商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、位相検出器で検出した位相検出信号とインバータから位相信号とにより、インバータ出力と商用交流電源とが同期した時点で、巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることにより、極めて簡単な方法で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【００１１】
また、本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、電源切換器と、商用交流電源の電力位相を検出する位相検出器と備え、インバータは、位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を商用交流電源に同期させ、同期が完了したら制御装置に同期完了信号を出力する機能を備え、制御装置は、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記のように制御装置の切換機能により、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることにより、極めて簡単な構成で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【００１３】
また、本発明は、商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時にインバータ出力により巻下運転開始から商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、インバータは、商用交流電源の位相を検出する位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を商用交流電源位相に同期させ、同期が完了したら制御装置に同期完了信号を出力する機能を備えており、巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えることを特徴とする。
【００１４】
上記のように巻下運転時に加速巻下運転を経て高速巻下運転になったらインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータから商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から減速巻下運転に移行する際には、インバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源を商用交流電源からインバータに切り換えるより、極めて簡単な構成で高速巻下運転時に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができる。
【００１５】
電動の巻上機において、巻下運転時に巻上下用電動機が発電からの回生電力（電流）を制動抵抗器に通電して熱に変換しないで、巻上下用電動機に回生制動を作用させるためには、回生電力を商用電源に返すと制動抵抗器が不必要或いは小さい制動抵抗器で済む。そのためには、巻上下用電動機の電源をインバータから商用電源へ、商用電源からインバータ出力に切り換える必要がある。このとき、インバータ出力と商用電源の位相を合わせないで切り換えた場合、上下用電動機に衝撃が発生する。例えばインバータ出力の位相と商用電源の位相が１８０°ずれた状態で、切り換えた場合、巻上下用電動機に大きな衝撃が発生する、そこで上記のようにインバータ出力の位相と商用電源の位相が合った時点で切り換えることにより、巻上下用電動機になんら衝撃を与えることなく、切り換えることができるのである。
【００１６】
また、インバータは周波数変換装置なので、自ら作り出す出力電圧の位相情報を外部に出力することはインバータの付随的機能として容易なことであるし、また、他の系統の電圧の位相に自ら作り出す出力電圧の位相を合わせ、同期完了と同時に同期完了信号も出力することもインバータの付随的機能として容易なことである。本発明は、上記インバータが備えた付随的機能を利用し、インバータ出力の周波数を商用電源の周波数より若干ずらして運転し、その電圧出力の位相を示す位相信号と、位相検出器で検出された商用電源の電圧の位相とから、両者が同期した時点で巻上下用電動機の電源を、インバータ出力から商用電源へ又は商用電源からインバータ出力へ切り換えるか、或いはインバータからの同期完了信号を受けて巻上下用電動機の電源をインバータ出力から商用電源へ又は商用電源からインバータ出力へ切り換えかえるので、極めて簡単に切り換えができるのである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、インバータ駆動の巻上機の特徴である緩停止という機能を維持しながら、高速巻下運転中に巻上下用電動機が発電する回生電力を商用交流電源側に返すことができるから、省エネルギーであると同時に、小さい容量の制動抵抗器で済み、且つ電源切換時に巻上下用電動機に衝撃を与えない巻上機、及び巻上機の電源切り換え方法を提供するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る巻上機のシステム構成を示す図である。図示するように、本巻上機は、商用交流電源１０、インバータ１１、巻上下用電動機（誘導電動機）１２、制御装置１３を備えている。１４は操作ボックスで、該操作ボックス１４に巻上用押ボタンスイッチ１５と、巻下用押ボタンスイッチ１６を備えている。また、巻上用押ボタンスイッチ１５は、低速巻上用の１段目スイッチ１５ａと高速巻上用の２段目スイッチ１５ｂを備え、巻下用押ボタンスイッチ１６は、低速巻下用の１段目スイッチ１６ａと高速巻下用の２段目スイッチ１６ｂを備えている。
【００１９】
巻上用押ボタンスイッチ１５の１段目スイッチ１５ａ、２段目のスイッチ１５ｂを操作することにより、その信号は制御装置１３に入力され、巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａ、２段目スイッチ１６ｂを操作することにより、その信号は制御装置１３に入力されるようになっている。１７は商用交流電源１０のＲ相・Ｓ相間の電圧位相を検出する位相検出器であり、その位相検出信号Ｓ１は制御装置１３に入力されるようになっている。１８、１９は電源切換用の電磁開閉器で、電磁開閉器１８は巻上下用電動機１２を接点１８ａを介してインバータ１１側に接続する電磁開閉器、電磁開閉器１９は巻上下用電動機１２を接点１９ａを介して商用交流電源１０に接続する電磁開閉器である。
【００２０】
２０は巻上下用電動機１２を拘束する機械式ブレーキであり、インバータ１１の出力のＶ相に接続されたダイオードスタック２１からの直流電流が通電するとブレーキ２０は開放され、電磁開閉器２２の接点２２ａが閉じ、ブレーキ２０への直流電流が遮断されると、ブレーキ２０が作動し、制動力が作用するようになっている。なお、電磁開閉器２２は制御装置１３により制御される。また、２３はインバータ１１に接続された制動抵抗器である。２４は荷重吊り用フック（図示せず）が上限に達したら巻上運転を停止させる上限スイッチ、２５は荷重吊り用フックが下限に達したら巻下運転を停止させる下限スイッチであり、制御装置１３に接続されている。制御装置１３からインバータ１１は正転（巻上）指令信号Ｓ２、逆転（巻下）指令信号Ｓ３、高速指令信号Ｓ４が出力され、インバータ１１から制御装置１３には後に詳述するインバータの出力の位相を示す位相信号Ｓ５が出力される。
【００２１】
上記構成の巻上機において、操作ボックス１４の巻上用押ボタンスイッチ１５の操作により低速巻上用の１段目スイッチ１５ａが閉じると制御装置１３は巻上信号の入力と判断し、インバータ１１に正転（巻上）指令信号Ｓ２を出力し、続いて高速巻上用の２段目スイッチ１５ｂが閉じると高速信号の入力と判断し、インバータ１１に高速指令信号Ｓ４を出力する。また、巻下用押ボタンスイッチ１６の操作により低速巻下用の１段目スイッチ１６ａが閉じると制御装置１３は巻下信号の入力と判断し、インバータ１１に逆転（巻下）指令信号Ｓ３を出力し、続いて高速巻下用の２段目スイッチ１６ｂが閉じると高速信号の入力と判断し、インバータ１１に高速指令信号Ｓ４を出力する。
【００２２】
巻上用押ボタンスイッチ１５の１段目スイッチ１５ａを閉じることにより、インバータ１１に正転（巻上）指令信号Ｓ２が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に正転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が所定の加速度で低速巻上運転速度まで加速される。ここで２段目スイッチ１５ｂを閉じることにより、高速指令信号Ｓ４が入力されると巻上下用電動機１２は更に所定の加速度で商用交流電源周波数での高速巻上運転速度まで加速される。高速巻上運転速度で所定の巻上位置近傍に達した、２段目スイッチ１５ｂを開き低速巻上運転速度で所定の巻上位置で巻き上げ、ここで１段目スイッチ１５ａを開くことにより所定の巻上位置に停止する。
【００２３】
上記所定の巻上位置から巻下げる場合は、巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａを閉じることにより、インバータ１１に逆転（巻下）指令信号Ｓ３が入力されるとインバータ１１から巻上下用電動機１２に逆転位相順の電力が供給され、巻上下用電動機１２が所定の加速度で低速巻下運転速度まで加速される。ここで２段目スイッチ１６ｂを閉じることにより、高速指令信号Ｓ４が入力されると巻上下用電動機１２は更に所定の加速度で商用交流電源周波数での高速巻下運転速度まで加速される。高速巻下運転速度で所定の巻下位置近傍に達したら、２段目スイッチ１６ｂを開き低速巻下運転速度で所定の巻下位置で巻き下げ、ここで１段目スイッチ１６ａを開くことにより停止する。
【００２４】
インバータ１１は後述するように、その出力の位相を示す位相信号Ｓ５を出力する機能を有し、該位相信号Ｓ５が制御装置１３に入力されるようになっている。上記巻下運転において、巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂを閉じ、高速巻下運転速度に達したら、インバータ１１はその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量（例えば周波数差２Ｈｚ）ずらして運転する。制御装置１３はインバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０の位相とインバータ１１の出力の位相が同期した瞬間に電磁開閉器１８を不動作として、電磁開閉器１９を動作させる。これにより、電磁開閉１８の接点１８ａが開き、電磁開閉器１９の接点１９ａが閉じて、巻上下用電動機１２の電源がインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換える。
【００２５】
上記商用交流電源１０に切り換え所定の巻下位置近傍に達したら、２段目スイッチ１６ｂを開くことにより、制御装置１３からの高速指令信号Ｓ４が遮断され逆転（巻下）指令信号Ｓ３となる。これにより、インバータ１１はその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量（例えば周波数差２Ｈｚ）ずらして運転する。そして制御装置１３はインバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０の位相とインバータ１１の出力の位相が同期した瞬間に電磁開閉器１８を動作させ、電磁開閉器１９を不動作にする。これにより、電磁開閉器１８の接点１８ａが閉じ、電磁開閉器１９の接点１９ａが開き、巻上下用電動機１２の電源が商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換える。
【００２６】
図２は上記巻下運転時の切換タイミングを示す図である。時刻ｔ１で巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａのＯＮにより、逆転指令信号Ｓ３が出力され、所定の加速度で加速され、時刻ｔ２で低速巻下速度に達する。時刻ｔ３で巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂのＯＮにより、高速指令信号Ｓ４が出力され、所定の加速度で加速され、時刻ｔ４で高速巻下運転速度に達する。ここでインバータ１１をその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量ずらして運転し、インバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０とインバータ１１の出力が同期した時刻ｔ５に巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換え（電磁開閉器１８の接点１８ａをＯＦＦ、電磁開閉器１９の接点１９ａをＯＮ）、交流電源周波数で巻上下用電動機１２の巻下運転を行う。
【００２７】
巻下所定位置に近傍の時刻ｔ６で巻下用押ボタンスイッチ１６の２段目スイッチ１６ｂをＯＦＦとすることにより、インバータ１１をその出力周波数が商用交流電源１０の周波数より所定量ずらして運転し、インバータ１１からの位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された位相検出信号Ｓ１とにより、商用交流電源１０とインバータ１１の出力が同期した時刻ｔ７に巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換え（電磁開閉器１９の接点１９ａをＯＦＦ、電磁開閉器１８の接点１８ａをＯＮ）、時刻ｔ８からインバータ１１の出力周波数を所定減速度で低減させ、時刻ｔ９で低速巻下減速に達する。その所定の巻き下げ位置に達した時刻ｔ１０で巻下用押ボタンスイッチ１６の１段目スイッチ１６ａのＯＦＦすることにより、逆転指令信号Ｓ３を停止して、巻上下用電動機１２を停止する。
【００２８】
上記のように巻上下用電動機１２の電源を高速巻下運転速度に達した後の時刻ｔ５でインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換え、商用交流電源１０の周波数速度で高速巻下運転を行い、時刻ｔ７で巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換えることにより、時刻ｔ５〜時刻ｔ７までの高速巻下運転で巻上下用電動機１２が発電した回生電力を商用交流電源１０に返すことになる。そしてインバータ１１に接続される制動抵抗器２３で熱に変換する回生電力は商用交流電源１０による高速巻下運転の両側の斜線を施した部分で済むから、制動抵抗器２３の容量を大幅に削減できる（小さい制動抵抗器で済む）と共に、省エネルギーとなる。
【００２９】
図３はインバータ１１のＵ相出力と該インバータ１１から出力されるインバータ出力の位相を示す位相信号Ｓ５の波形例を示す図である。図示するように、（ａ）に示すインバータ１１のＵ相出力の波形に対して、（ｂ）に示すようなＵ相出力の位相を示す位相信号Ｓ５が出力される。このような位相信号Ｓ５を出力することは、インバータ１１が周波数変換装置なので、自ら作り出す出力電圧の位相情報として外部に出力することであり、インバータの機能（インバータの付随的機能）として容易なことである。制御装置１３でインバータ１１からの上記位相信号Ｓ５と位相検出器１７で検出された商用交流電源１０の位相検出信号Ｓ１と比較し、両者が一致した時点（同期した時点）で巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に或いは商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換える。
【００３０】
図４は上記巻下運転時の巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切換時の商用交流電源Ｒ相の電圧波形、インバータのＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧波形、負荷電流波形例を示す図である。ここでは商用交流電源周波数とインバータ１１の周波数差を２Ｈｚとして、両電源が同期した瞬間にインバータ１１の出力から商用交流電源１０に切り換えている。切換時間（巻上下用電動機１２がインバータ１１及び商用交流電源１０のいずれにも接続されていない時間）ΔＴ≒１２．８ｍｓで、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることなく、切り換えることができることを確認した。
【００３１】
図５は上記巻下運転時の巻上下用電動機１２の電源を商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切換時の商用交流電源Ｒ相の電圧波形、インバータのＵ、Ｖ、Ｗ相の電圧波形、負荷電流波形例を示す図である。ここでは商用交流電源周波数とインバータ１１の周波数差を２Ｈｚとして、両電源が同期した瞬間に商用交流電源１０からインバータ１１の出力に切り換えている。切換時間ΔＴ≒１３．８ｍｓで、巻上下用電動機１２に衝撃を与えることなく、切り換えることができることを確認した。
【００３２】
図６は５０Ｈｚ系と６０Ｈｚ系の同期点周期表を示す図である。図はＡ系周波数をＸとし、Ｂ系周波数Ｙとして、Ａ系Ｂ系とも同期点よりスタートした場合の１サイクル後の時間差（波形のズレ時間）は、
（１／Ｘ）−（１／Ｙ）＝Ｔ1
となり、この時間差Ｔ1により再度、同期点になるまでの時間（同期点の周期）Ｔ2を、
Ｔ２＝｛（１／Ｘ）／Ｔ1｝×（１／Ｘ）
として算出した同期点周期表を示す表である。Ａ系、Ｂ系の周波数差が多い程、同期点の周期は短くなる。Ａ系とＢ系の周波数差を最大２Ｈｚとした場合で位相検出器１７の検出条件で周波数差±２Ｈｚとなるので、同基点の周期は０．５２（ｓｅｃ）となる。これは電源が理想状態での場合であるから、検出途中で電圧、周波数変動により時間Ｔ２が長くなる場合がある。
【００３３】
図７は本発明に係る巻上機の他のシステム構成を示す図である。同図において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示すのでその説明は省略する。本巻上機が図１に示す巻上機と異なる点は、位相検出器１７が商用交流電源１０の位相を検出しその位相検出信号Ｓ１をインバータ１１に送り、該インバータ１１は巻下運転時に巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１から商用交流電源１０或いは商用交流電源１０からインバータ１１に切り換える際に、インバータ１１の出力位相を商用交流電源１０の位相に同期するように運転する。そして同期が完了した時点でインバータ１１から制御装置１３に同期完了信号Ｓ６を出力する。このような同期完了信号Ｓ６を出力することも、インバータが周波数変換装置なので、自ら作り出す出力電圧の位相を他の系統の電圧の位相に同期させ、同期完了と同時に同期完了信号Ｓ６を出力することも、インバータの機能（インバータの付随的機能）として容易なことである。
【００３４】
制御装置１３は上記同期完了信号Ｓ６を受けて、巻上下用電動機１２の電源をインバータ１１から商用交流電源１０にする時は、電磁開閉器１８を不動作としてその接点１８ａを開き、電磁開閉器１９を動作しその接点１９ａを閉じる。また、商用交流電源１０からインバータ１１にする時は、電磁開閉器１８を動作させその接点１８ａを閉じ、電磁開閉器１９を不動作としてその接点１９ａを開く。このように、インバータ１０に位相検出器１７による商用交流電源１０の位相検出信号Ｓ１を受けて、その出力位相を商用交流電源１０に同期させ、同期完了信号Ｓ６を制御装置１３に出力する機能を設けるだけで、商用交流電源１０での高速巻下運転時に巻上下用電動機１２で発電する回生電力を商用交流電源１０に返すことができるから、制動抵抗器２３で熱として消費しなければならない回生エネルギーが少なくなり、制動抵抗器２３の容量を大幅に削減できると共に、省エネルギーとなる。
【００３５】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る巻上機のシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る巻上機の巻下運転時の切換タイミングを示す図である。
【図３】本発明に係る巻上機の巻下運転時のインバータから出力される位相信号を示す図である。
【図４】本発明に係る巻上機の巻下運転時のインバータから商用交流電源に切換時の波形を示す図である。
【図５】本発明に係る巻上機の巻下運転時の商用交流電源からインバータバータに切換時の波形を示す図である。
【図６】５０Ｈｚ系と６０Ｈｚ系の同期点周期表を示す図である。
【図７】本発明に係る巻上機の他のシステム構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 商用交流電源
１１ インバータ
１２ 巻上下用電動機
１３ 制御装置
１４ 操作ボックス
１５ 巻上用押ボタンスイッチ
１６ 巻下用押ボタンスイッチ
１７ 位相検出器
１８ 電磁開閉器
１９ 電磁開閉器
２０ ブレーキ
２１ ダイオードスタック
２２ 電磁開閉器
２３ 制動抵抗器
２４ 上限スイッチ
２５ 下限スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、
電源切換器と、前記商用交流電源の位相を検出する位相検出器を備え、
前記インバータはその出力の位相を示す位相信号を出力する機能を備え、
前記制御装置は、巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータをその出力周波数が前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータからの位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記電源切換器を介して前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータをその出力周波数が前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータからの位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記電源切換器を介して前記商用交流電源から前記インバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする巻上機。
【請求項２】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、
前記巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータをその出力周波数を前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記商用交流電源の位相を位相検出器で検出し、該位相検出信号と前記インバータからのその出力の位相を示す位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータをその出力周波数を前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記位相検出器で検出した位相検出信号と前記インバータから位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記商用交流電源から前記インバータに切り換えることを特徴とする巻上機の電源切り換え方法。
【請求項３】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、
電源切換器と、前記商用交流電源の電力位相を検出する位相検出器と備え、
前記インバータは、前記位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を前記商用交流電源に同期させ、同期が完了したら前記制御装置に同期完了信号を出力する機能を備え、
前記制御装置は、巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記商用交流電源から前記インバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする巻上機。
【請求項４】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、
前記インバータは、前記商用交流電源の位相を検出する前記位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を前記商用交流電源位相に同期させ、同期が完了したら前記制御装置に同期完了信号を出力する機能を備えており、
前記巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータからの前記同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記商用交流電源から前記インバータに切り換えることを特徴とする巻上機の電源切り換え方法。
【請求項１】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、
電源切換器と、前記商用交流電源の位相を検出する位相検出器を備え、
前記インバータはその出力の位相を示す位相信号を出力する機能を備え、
前記制御装置は、巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータをその出力周波数が前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータからの位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記電源切換器を介して前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータをその出力周波数が前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記位相検出器で検出した位相信号と前記インバータからの位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記電源切換器を介して前記商用交流電源から前記インバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする巻上機。
【請求項２】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、
前記巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータをその出力周波数を前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記商用交流電源の位相を位相検出器で検出し、該位相検出信号と前記インバータからのその出力の位相を示す位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータをその出力周波数を前記商用交流電源周波数より所定量ずらした状態で運転すると共に、前記位相検出器で検出した位相検出信号と前記インバータから位相信号とにより、前記インバータ出力と前記商用交流電源とが同期した時点で、前記巻上下用電動機の電源を前記商用交流電源から前記インバータに切り換えることを特徴とする巻上機の電源切り換え方法。
【請求項３】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する制御装置を備えた巻上機において、
電源切換器と、前記商用交流電源の電力位相を検出する位相検出器と備え、
前記インバータは、前記位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を前記商用交流電源に同期させ、同期が完了したら前記制御装置に同期完了信号を出力する機能を備え、
前記制御装置は、巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記商用交流電源から前記インバータに切り換える切換機能を備えたことを特徴とする巻上機。
【請求項４】
商用交流電源、インバータ、巻上下用電動機を備え、巻下運転時に前記インバータ出力により巻下運転開始から前記商用交流電源周波数の高速巻下運転まで所定加速度で加速する加速巻下運転を行い、該高速巻下運転から巻下運転停止まで所定減速度で減速する減速巻下運転する巻上機の電源切り換え方法において、
前記インバータは、前記商用交流電源の位相を検出する前記位相検出器で検出された検出位相信号を受けて、その出力を前記商用交流電源位相に同期させ、同期が完了したら前記制御装置に同期完了信号を出力する機能を備えており、
前記巻下運転時に前記加速巻下運転を経て前記高速巻下運転になったら前記インバータからの前記同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記インバータから前記商用交流電源に切り換え、該高速巻下運転から前記減速巻下運転に移行する際には、前記インバータからの同期完了信号を受けて前記巻上下用電動機の電源を前記商用交流電源から前記インバータに切り換えることを特徴とする巻上機の電源切り換え方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１８３１０７（Ｐ２００９−１８３１０７Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３６３（Ｐ２００８−２１３６３）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]