巻上機のブレーキ制御装置
【課題】巻上機の電磁ブレーキの温度上昇を抑制しつつ、電磁ブレーキの耐久性を向上させる。
【解決手段】巻上機は、吊荷を巻上げおよび巻下げするスプロケット１３を有し、スプロケット１３は交流の電動モータ２３により駆動され、電動モータ２３の出力軸２４には電磁ブレーキ２７が設けられている。電磁ブレーキ２７は出力軸２４に連結される回転ディスク３２、これに締結される締結ディスク３３を有し、電動モータ２３を駆動させるときには締結ディスク３３を回転ディスク３２から離反する方向に吸引するコイル２８を備えている。締結ディスクを回転ディスク３２から離反させるブレーキ起動時の印加電圧は、ブレーキ吸引状態でのコイル２８に対する印加電圧よりも高められる。
【解決手段】巻上機は、吊荷を巻上げおよび巻下げするスプロケット１３を有し、スプロケット１３は交流の電動モータ２３により駆動され、電動モータ２３の出力軸２４には電磁ブレーキ２７が設けられている。電磁ブレーキ２７は出力軸２４に連結される回転ディスク３２、これに締結される締結ディスク３３を有し、電動モータ２３を駆動させるときには締結ディスク３３を回転ディスク３２から離反する方向に吸引するコイル２８を備えている。締結ディスクを回転ディスク３２から離反させるブレーキ起動時の印加電圧は、ブレーキ吸引状態でのコイル２８に対する印加電圧よりも高められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気チェーンブロック等の巻上機に組み込まれる電磁ブレーキを制御する巻上機のブレーキ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷物つまり吊荷を上下動するための巻上機には、電気チェーンブロックやホイスト等がある。電気チェーンブロックは、ロードチェーンが掛け渡されたスプロケットを駆動することにより、ロードチェーンの一端部に設けられた荷物吊り下げ用の下フックを上下動させて荷物の巻上げと巻下げを行うようにしており、ロードチェーンの他端部は巻上機本体に設けられたチェーン収納器つまりチェーンバケットに収納されるようになっている。ホイストは、ワイヤが巻き付けられるドラムを駆動することにより、ワイヤの下端部に設けられた荷物吊り下げ用の下フックを上下動させて荷物の巻上げと巻下げを行うようにしている。スプロケットやドラムは電動モータにより回転駆動するようにしており、多くの巻上機においては、電動モータとして誘導モータが使用されている。
【０００３】
このような巻上機には、吊荷の巻上げと巻下げとを一定の速度で行うタイプと、それぞれの速度を作業者のスイッチ操作により変化させるようにしたタイプとがある。速度を変化させるタイプにおいては、特許文献１に記載されるように、電動モータの回転数を変化させるために、電動モータはインバータ制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
巻上機本体には電動モータの出力軸をロックするために電磁ブレーキが装着されている。この電磁ブレーキを作動させると、出力軸はロックされることになり、例えば、吊荷を所定の高さまで吊り下げた状態のもとで吊荷の上下動を停止させることができる。電磁ブレーキは、駆動軸に取り付けられる被締結側のブレーキディスクである回転ディスクと、この回転ディスクに対向配置される締結側のブレーキディスクである締結ディスクとを有しており、締結ディスクは回転が規制された状態で回転ディスクに対して接近離反移動する。締結ディスクには、ばね部材により回転ディスクに密着する方向のばね力が加えられている。締結ディスクを回転ディスクから離反させるために、コイルが組み込まれた電磁石が締結ディスクに隣接させて配置されている。これにより、コイルに通電すると、ばね力に抗して締結ディスクは吸引されて回転ディスクから離れて電磁ブレーキは開放状態となる。一方、コイルに対する通電を停止すると、締結ディスクはばね力により回転ディスクに密着されて電磁ブレーキは締結状態となり主力軸はロックされる。
【０００６】
電磁ブレーキとしてはコイルに直流電流を供給するようにした直流電磁ブレーキが使用されている。コイルに対する電力は、外部電源から電動モータに供給される交流電流を分岐し直流電流に整流して供給するようにしている。
【０００７】
巻上機を用いて吊荷の巻上げと巻下げ操作が行われているときには、電磁ブレーキを開放状態とするために、コイルには電流を供給し続けることになるので、締結ディスクを吸引している状態のときには、電磁ブレーキは温度上昇することになる。締結ディスクを吸引して電磁ブレーキを開放状態に保持する際の温度上昇を抑制するために、コイルへの印加電圧を低下させると、回転ディスクに密着された状態の締結ディスクを回転ディスクから離反させるときにおけるブレーキの開放起動時間が長くかかることになる。
【０００８】
開放起動時間が長くなると、吊荷を移動させるために電動モータに通電がなされてから電磁ブレーキが完全に開放状態となるまでに時間を要し、締結ディスクが回転ディスクに接触した状態で電動モータが回転を開始することになる。このため、それぞれのディスクに設けられたブレーキライニングの摩耗が早期に進行してしまい、巻上機の耐久性を低下させるという問題点がある。
【０００９】
本発明の目的は、巻上機の電磁ブレーキの温度上昇を抑制しつつ、電磁ブレーキの耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の巻上機のブレーキ制御装置は、吊荷を巻上げおよび巻下げする回転体を駆動する電動モータを有し、当該電動モータの出力軸を締結状態と締結開放状態とに切り換える巻上機のブレーキ制御装置であって、前記出力軸に連結される回転ディスク、当該回転ディスクに対して接近離反移動自在の締結ディスク、当該締結ディスクに前記回転ディスクに向けてばね力を加えるばね部材、および前記回転体を駆動するときに前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反する方向に吸引するコイルを備えた電磁ブレーキと、前記電動モータに供給される交流を直流に整流して前記コイルに供給する整流回路と、前記締結ディスクが前記回転ディスクからの離反動作を終了したブレーキ吸引状態のもとでは、前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反させるブレーキ起動時よりも整流する交流電流の整流成分を少なくする整流位相切換手段とを有し、前記ブレーキ吸引状態での前記コイルに対する印加電圧よりも前記ブレーキ起動時の印加電圧を高めることを特徴とする。本発明の巻上機のブレーキ制御装置は、前記電動モータに供給される三相交流電流を、前記ブレーキ起動時には半波整流若しくは全波整流するか、又は三相交流のうち単相若しくは二相交流を全波整流して前記コイルに印加し、前記吸引状態のもとでは前記単相交流を半波整流して前記コイルに印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吊荷を巻上げおよび巻下げするための回転体を駆動する電動モータに供給される交流電流を分岐して直流の電磁ブレーキのコイルに整流して供給するようにし、電磁ブレーキの起動時にはコイルに対して印加する電圧を、吸引状態のもとでコイルに対して印加する電圧を高めることにより、電磁ブレーキの開放起動動作を速めることができる。これにより、電動モータと電磁ブレーキの動作ギャップつまり動作遅れが無くなるので、ブレーキライニングの摩耗を低減することが可能となり、電磁ブレーキの耐久性を向上させることができる。また、吸引状態のもとでは起動時よりもコイルに対する印加電圧を低下させることにより、電磁ブレーキの温度上昇を抑制しつつ、電磁ブレーキの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態としての巻上機である電気チェーンブロックを示す正面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１に示された巻上機本体の拡大断面図である。
【図４】図３に示された電磁ブレーキを示す拡大断面図である。
【図５】メカニカルブレーキのラチェットホイールとラチェットの噛み合いが解かれた状態における図３のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図６】メカニカルブレーキのラチェットホイールとラチェットが噛み合った状態における図５と同様の部分を示す拡大断面図である。
【図７】電磁ブレーキの作動を制御する制御装置を示すブロック図である。
【図８】吊荷の巻上げ運転や巻下げ運転がなされる際における電磁ブレーキと電動モータの作動タイミングを示すタイムチャートである。
【図９】電磁ブレーキの起動時と吸引時とにおける整流回路の入力電流と出力電流を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示されるように、巻上機としての電気チェーンブロックは巻上機本体１０を有している。巻上機本体１０はハウジング１１を有し、このハウジング１１の長手方向中央の上側部には、上フックつまり上吊具１２が装着されており、巻上機本体１０はこの上吊具１２により吊り下げられた状態で使用される。ハウジング１１内には上吊具１２の下側に位置させて回転体としてのスプロケット１３が図２に破線で示されるように装着され回転自在となっており、このスプロケット１３にはロードチェーン１４が掛け渡されている。このロードチェーン１４の一端部には、下フックつまり下吊具１５が設けられており、この下吊具１５には荷物つまり吊荷が引っ掛けられるようになっている。
【００１４】
スプロケット１３を回転駆動することにより下吊具１５に引っ掛けられた吊荷は、巻上げ移動されたり、巻下げ移動されることになる。図１および図２に示されるように、ハウジング１１にはロードチェーン１４の他端部側を収容するためのチェーン収納器つまりチェーンバケット１６が取り付けられており、吊荷が巻き上げられるとロードチェーン１４の他端部側はチェーンバケット１６内に入り込み、吊荷が巻下げられるとチェーンバケット１６内からロードチェーン１４が繰り出されることになる。巻上機本体１０には、操作入力部１７がケーブル１８を介して接続されており、操作入力部１７に設けられた巻上げ用スイッチと巻下げ用スイッチとを作業者が操作することにより吊荷の巻上げ動作と巻下げ動作が行われる。
【００１５】
図３に示されるように、スプロケット１３は中空のスプロケット軸２１に固定されており、このスプロケット軸２１の両端部はハウジング１１に取り付けられた軸受２２により支持され、スプロケット軸２１はハウジング１１内に回転自在に装着されている。ハウジング１１内にはスプロケット１３に対して巻上機本体１０の長手方向一方側に位置させて、誘導型の電動モータ２３が装着されており、電動モータ２３のロータに固定された出力軸２４は電動モータ２３の両端面から外方に突出している。出力軸２４の一方の突出端部２４ａは、ハウジング１１に固定された支持板つまりブラケット２５に設けられた軸受２６によって回転自在に支持され、ブラケット２５には電磁ブレーキ２７が装着されている。
【００１６】
この電磁ブレーキ２７は、図４に示されるように、コイル２８が環状となって組み込まれるソレノイドケース２９を有し、このソレノイドケース２９は複数本の締結ロッド３１によりブラケット２５に取り付けられている。ブラケット２５とソレノイドケース２９との間にはブラケット２５に対向するように被締結側のブレーキディスクつまり回転ディスク３２が配置され、この回転ディスク３２は図３に示されるように出力軸２４の突出端部２４ａにスプライン等の固定手段により固定されている。回転ディスク３２とソレノイドケース２９との間には、回転ディスク３２に対向しこれに対して接近離反移動自在に締結側のブレーキディスクつまり締結ディスク３３が配置されている。この締結ディスク３３に形成された貫通孔３４には締結ロッド３１が貫通しており、締結ディスク３３は締結ロッド３１により回転が規制された状態で締結ロッド３１に案内されて軸方向に移動する。
【００１７】
ソレノイドケース２９の中心部にはばねケース３５が設けられており、このばねケース３５内には、締結ディスク３３に対して回転ディスク３２に向かう方向のばね力を加える圧縮コイルばね３６がばね部材として装着されている。回転ディスク３２の両側には、図４に示されるようにブレーキライニング３７ａ，３７ｂが設けられており、圧縮コイルばね３６のばね力により締結ディスク３３が回転ディスク３２に向けて押し付けられると、ブレーキライニング３７ａ，３７ｂを介して締結ディスク３３と回転ディスク３２がブラケット２５に密着して出力軸２４はロックされる。
【００１８】
したがって、電磁石つまりソレノイドを構成するコイル２８に対して通電を停止させた状態のもとでは、ばね力により締結ディスク３３が回転ディスク３２にブレーキライニング３７ａを介して密着するとともに回転ディスク３２がブレーキライニング３７ｂを介してブラケット２５に密着するので、出力軸２４は回転ディスク３２を介してブラケット２５に締結されてロックされ、電磁ブレーキ２７は締結状態となる。一方、コイル２８に通電すると、締結ディスク３３が磁力によりばね力に抗してコイル２８に向けて吸引され、締結ディスク３３は回転ディスク３２から離れることになり、電磁ブレーキ２７は出力軸２４の回転を許容する開放状態となる。
【００１９】
図３に示されるように、電動モータ２３の出力軸２４の他方の突出端部２４ｂは、ハウジング１１に取り付けられる軸受４１により回転自在に支持され、出力軸２４はスプロケット軸２１の内部に回転自在に組み込まれた駆動軸４２に継手４３を介して連結されている。この駆動軸４２は出力軸２４の一部を構成しており、その先端部はハウジング１１に取り付けられた軸受４４に支持されている。
【００２０】
ハウジング１１には駆動軸４２と平行に減速軸４５が軸受４６を介して回転自在に装着され、駆動軸４２の先端部に設けられた小歯車４７は、減速軸４５の端部に設けられた大歯車４８と噛み合っている。この小歯車４７と大歯車４８により駆動軸４２の回転を減速して減速軸４５に伝達する減速機構４９が形成されている。
【００２１】
スプロケット軸２１の外側にはメカニカルブレーキ５０が装着されている。このメカニカルブレーキ５０は、円筒形状のねじ部５１と、このねじ部５１の一端部に設けられたディスク部５２とが一体となったブレーキディスク５３を有している。ブレーキディスク５３はねじ部５１の内周面に設けられたスプライン等の固定手段によりスプロケット軸２１に固定されている。
【００２２】
メカニカルブレーキ５０は、電磁力により作動する電磁ブレーキ２７に比して大きな制動トルクが得られる。このメカニカルブレーキ５０を、電磁ブレーキ２７に加えて、スプロケット１３側つまり負荷側に設けることにより、大きな負荷がスプロケット１３に加わっても、確実にスプロケット１３の回転を規制することができる。
【００２３】
ねじ部５１の外周面には雄ねじ５４ａが形成されており、この雄ねじ５４ａには、雌ねじ５４ｂが形成されたブレーキ歯車５５がねじ結合されている。このブレーキ歯車５５は、減速軸４５に設けられた連結歯車５６に噛み合っており、駆動軸４２の出力は減速軸４５を介してブレーキ歯車５５に伝達される。連結歯車５６よりもブレーキ歯車５５は大径となっており、減速軸４５の回転は減速されてブレーキ歯車５５に伝達される。
【００２４】
ブレーキ歯車５５の端面はディスク部５２に対向しており、ブレーキ歯車５５とディスク部５２との間には、ラチェットホイール５７が回転自在に装着されている。ディスク部５２にはブレーキライニング５８ａが設けられ、ブレーキ歯車５５の端面にはブレーキライニング５８ｂが設けられており、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３に対して締結方向つまりディスク部５２に接近する方向に相対回転すると、両方のブレーキライニング５８ａ，５８ｂがラチェットホイール５７に密着し、メカニカルブレーキ５０は締結状態となる。これにより、ラチェットホイール５７を介してブレーキディスク５３とブレーキ歯車５５は締結された状態となる。一方、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３に対して締結を解除する方向つまりディスク部５２から離れる方向に相対回転すると、ブレーキディスク５３とブレーキ歯車５５との締結が解除されて、メカニカルブレーキ５０は開放状態となる。
【００２５】
このように、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３に対して相対回転すると、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３のねじ部５１にねじ結合されているので、ブレーキ歯車５５はブレーキディスク５３に対して締結位置と開放位置との間を軸方向に移動することになる。ブレーキ歯車５５の開放限の位置は、ねじ部５１の先端に取り付けられたストッパ５９により規制されるようになっている。
【００２６】
電動モータ２３を正転方向に回転させて吊荷の巻上げ運転を行うときには、電磁ブレーキ２７を開放し、電動モータ２３によって図３において矢印で示すように出力軸２４は正転方向に回転駆動される。これにより、減速軸４５を介してブレーキ歯車５５は出力軸２４と同方向の締結方向に回転駆動され、ブレーキ歯車５５はブレーキディスク５３にラチェットホイール５７を介して締結されるので、巻上げ方向に駆動される出力軸２４によりスプロケット１３は巻上げ方向に駆動され、下吊具１５に吊り下げられた吊荷は、スプロケット１３に掛け渡されたロードチェーン１４により巻上げられる。
【００２７】
図５および図６はそれぞれ図３におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。電動モータ２３の出力軸２４を正転方向に駆動すると、図５において減速軸４５が矢印Ｕ１で示す巻上げ方向に回転駆動されるので、ブレーキ歯車５５はラチェットホイール５７を介してブレーキディスク５３に締結されて、矢印Ｕ２で示す方向に回転駆動される。これにより、スプロケット１３が巻上げ方向に駆動され、ロードチェーン１４に吊り下げられた吊荷の巻上げ運転が行われる。なお、図５および図６においては、ブレーキ歯車５５と連結歯車５６の外径線が実線で示され、ピッチ線が一点鎖線で示されている。
【００２８】
図５および図６に示されるように、ハウジング１１には、ラチェットホイール５７に噛み合うラチェット６０が揺動自在に装着されており、図示しないばね部材によりラチェット６０にはその先端がラチェットホイール５７の外周面に接触する方向にばね力が加えられている。ラチェット６０は、ラチェットホイール５７が矢印Ｄ２方向つまり巻下げ方向に回転すると、図６に示されるように、ラチェットホイール５７に噛み合ってラチェットホイール５７が矢印Ｄ２で示す方向に回転するのを阻止する。
【００２９】
吊荷を下吊具１５により吊り下げた状態のもとで吊荷の上下動を停止させるときには、電動モータ２３への電力供給を停止させるとともに電磁ブレーキ２７への電力供給を停止させて電磁ブレーキ２７を締結状態とすることになる。このときには、図６に示されるように、ラチェットホイール５７にラチェット６０が噛み合ってスプロケット軸２１はロックされる。つまり、このときには、吊荷の荷重によりスプロケット軸２１には巻下げ方向Ｄ２に回転力が加えられるが、出力軸２４の回転が電磁ブレーキ２７により停止されており、ブレーキ歯車５５によりラチェットホイール５７はディスク部５２に締結された状態となるので、吊荷の荷重により巻下げ方向Ｄ２の回転力がスプロケット軸２１に加わることになる。これにより、図６に示されるように、ラチェット６０がラチェットホイール５７に噛み合ってスプロケット１３はロックされて回転が規制される。このように、メカニカルブレーキ５０によってスプロケット軸２１がロックされるので、電磁ブレーキ２７を開放したとしても吊荷が巻下がることが防止される。
【００３０】
一方、電動モータ２３を逆転させて吊荷の巻下げ運転を行うときには、コイル２８に電力を供給して電磁ブレーキ２７を開放し、電動モータ２３によって出力軸２４を逆転方向に回転駆動する。このときには、吊荷によってスプロケット軸２１には巻下げ方向の回転力が加わった状態のもとで、出力軸２４が巻下げ方向に駆動され、減速軸４５は巻下げ方向Ｄ１に回転駆動される。これにより、ブレーキ歯車５５はブレーキディスク５３に対して締結を解く方向に相対回転してメカニカルブレーキ５０は開放状態となる。したがって、ラチェット６０がラチェットホイール５７に図６に示されるように噛み合った状態となっていても、ラチェットホイール５７に対するディスク部５２とブレーキ歯車５５の密着が解かれ、吊荷の荷重によりスプロケット軸２１は巻下げ方向に回転駆動される。
【００３１】
電動モータ２３の巻下げ方向の回転速度よりも吊荷によりスプロケット軸２１に加わる巻下げ方向の回転速度が高くなると、ブレーキ歯車５５はラチェットホイール５７をディスク部５２に密着する方向に相対回転することになる。これにより、図６に示されるように、ラチェット６０が噛み合った状態のラチェットホイール５７によりスプロケット軸２１は回転が規制されてロックされる。このように、電動モータ２３の巻下げ方向の回転によりメカニカルブレーキ５０の開放動作と、吊荷の荷重によるメカニカルブレーキ５０の制動動作とが繰り返されて、ブレーキライニング５８ａ，５８ｂをラチェットホイール５７に滑らせながら、出力軸２４の回転にほぼ同期した状態となって、吊荷は巻下げられることになる。この巻下げ運動時には、メカニカルブレーキ５０は出力軸２４による開放動作と、吊荷の荷重による制動動作とを繰り返すことになるので、出力軸２４には吊荷による逆転方向の回転力つまり回転トルクが加わることはない。
【００３２】
しかしながら、巻下げ運転を開始するときに、ラチェット６０が図５に示されるようにラチェットホイール５７に噛み合っていない状態となっていると、巻下げ運転によりラチェット６０がラチェットホイール５７に図６に示されるように噛み合うまで、メカニカルブレーキ５０が動作しない状態となって、出力軸２４は逆転方向の回転力つまり回転トルクが加わることになる。
【００３３】
図３に示されるように、この巻上機は電磁ブレーキ２７に加えてメカニカルブレーキ５０を具備しているが、比較的軽量な吊荷を巻上げおよび巻下げ操作するために使用される小型の巻上機においては、電磁ブレーキ２７のみを搭載するようにして、メカニカルブレーキ５０を搭載しない形態とすることもできる。
【００３４】
図７は電磁ブレーキ２７の作動を制御する制御装置を示すブロック図である。三相の交流電流を供給する電源６１はコントローラ６２を介して電動モータ２３に供給されるようになっており、この電動モータ２３は三相の交流電流により駆動される誘導型の交流モータとなっている。コントローラ６２には操作入力部１７からの信号が送られるようになっており、操作入力部１７に設けられた巻上げ用の操作スイッチが作業者により操作されると吊荷の巻上げ運転が行われ、巻下げ用の操作スイッチが操作されると吊荷の巻下げ運転が行われる。巻上げ運転時には電動モータ２３に対しては正転方向に電力が供給され、巻下げ運転時には電動モータ２３に対しては逆転方向に電力が供給される。
【００３５】
電動モータ２３に供給される電力を利用して電磁ブレーキ２７を作動するようにしている。電磁ブレーキ２７は直流電流により作動する直流の電磁ブレーキであり、電動モータ２３に供給される交流電流を整流して電磁ブレーキ２７のコイル２８に供給するために、コントローラ６２には整流回路６３が接続されている。
【００３６】
電磁ブレーキ２７は、上述のように、吊荷の巻上げ運転および巻下げ運転が行われるときには、コイル２８に電力を供給することによって開放状態に設定される。電磁ブレーキ２７の起動時間を電動モータ２３の動作タイミングと同等となるように電磁ブレーキ２７に対する印加電圧を設定すると、電磁ブレーキ２７が締結ディスク３３を吸引し続ける吸引状態のもとではコイル２８には過大電圧となって発生する熱量が増加して電磁ブレーキ２７の温度上昇が大きくなる。このため、電磁ブレーキ２７のサイズを大型化する必要がある。
【００３７】
一方、電磁ブレーキ２７を小型化して印加電圧を抑えると、電磁ブレーキ２７の起動時間が長くなってしまう。このため、電磁ブレーキ２７の起動時には電動モータ２３の動作に対して電磁ブレーキ２７の開放動作が遅れてしまうことになり、電磁ブレーキ２７が半ブレーキ状態のままで電動モータ２３の出力軸２４が回転され、ブレーキライニング３７ａ，３７ｂの摩耗が進行してしまうことになる。
【００３８】
そこで、電磁ブレーキ２７の起動時つまり締結ディスク３３を回転ディスク３２から離反させるときにコイル２８に印加する起動時印加電圧を、この離反動作を終了して締結ディスク３３をコイル２８により吸引し続ける吸引状態の電圧よりも増加させるようにしている。これにより、起動時間を短くするとともに、吸引状態のもとでコイル２８の発熱を抑制するようにしている。
【００３９】
そのため、図７に示されるように、コントローラ６２から三相の交流電流が供給される整流回路６３は、電磁ブレーキ２７の起動時には三相の半波整流により直流に変換してコイル２８に印加し、吸引状態のもとでは三相交流のうち単相交流を半波整流してコイル２８に印加するようにしている。整流回路６３は半波整流を行うダイオード等を有する整流回路と、三相交流の整流と単相交流の整流とを切り換えるための整流位相切換手段としてのタイマーを有しており、電磁ブレーキ２７の起動が終了してから所定の時間が経過した時には吸引状態に切り換えられる。ただし、締結ディスク３３の位置を検出するスイッチを整流位相切換手段として電磁ブレーキ２７に設けることにより、所定の位相切換時間ｔが経過した後に、締結ディスク３３が回転ディスク３２から離反したことを検出したら吸引状態に切り換えるようにしても良い。
【００４０】
図８は吊荷の巻上げ運転や巻下げ運転がなされる際における電磁ブレーキ２７と電動モータ２３の作動タイミングを示すタイムチャートである。図９は電磁ブレーキ２７の起動時と吸引時とにおける整流回路６３の入力電流と出力電流を示すタイムチャートである。
【００４１】
図８に示されるように、操作入力部１７の巻上げ用スイッチまたは巻下げ用のスイッチが操作されると、電動モータ２３と電磁ブレーキ２７に電力が供給される。これにより、電磁ブレーキ２７が開放された状態のもとで電動モータ２３によりスプロケット１３が駆動される。電磁ブレーキ２７を起動させて、ばね力に抗して回転ディスク３２から締結ディスク３３を離反させる起動時には、図９に示されるように三相交流が整流回路６３により半波整流されて電磁ブレーキ２７のコイル２８に印加される。次いで、締結ディスク３３が回転ディスク３２から離反された後には図９に示されるように単相交流成分が整流回路６３により半波整流されてコイル２８に印加される。整流する位相成分の切換は、整流回路６３内に組み込まれた整流切換手段としてのタイマー６４によって位相切換時間ｔが経過した後に行われる。
【００４２】
このように整流成分を切り換えることよって、電磁ブレーキ２７に対しては起動時には吸引状態よりも高い電圧が印加されることになり、電磁ブレーキ２７の起動時間を短くすることができる。一方、吸引状態のもとでは印加電圧が起動時よりも低くなり、吸引状態のもとでコイル２８の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００４３】
上述した実施の形態においては、起動時には電動モータ２３に電源６１から供給される三相交流を半波整流してコイル２８に印加し、起動後には整流切換手段としてのタイマー６４により所定の位相切換時間ｔが経過したら、単相交流を半波整流してコイル２８に印加する。このように整流成分が少なくして設定された電圧がコイル２８に印加されて吸引状態が保持される。
【００４４】
整流回路６３としては、全波整流回路と半波整流回路とを有する形態がある。そのような形態においては、ブレーキ起動時には三相交流を全波整流してコイル２８に印加するタイプと、三相交流成分のうち二相成分を全波整流してコイル２８に印加するタイプと、単相成分を全波整流してコイル２８に印加するタイプとがある。それぞれの形態においては、吸引状態のもとでは、半波整流回路によってコイル２８には単相交流が半波整流されて印加される。これらの形態のうち、いずれの形態とするかは、巻上げ運転や巻下げ運転が行われる吊荷の最大荷重に応じたモータ出力に応じて選択される。
【００４５】
巻上機の巻上げ速度と巻下げ速度とを変化させるようにした形態においては、電動モータ２３の回転数を変化させるために、制御装置にはインバータが搭載される。インバータを有する巻上機においては、電動モータ２３は図８において二点鎖線で示されるように、電動モータ２３の起動時にはこれに供給される周波数を徐々に高めることにより、出力軸２４の回転数が高められる。電動モータ２３の回転を停止させるときには出力軸２４の回転は徐々に低下されることになる。このように、巻上機としては、電動モータ２３の回転数を変化させるようにした形態もあり、その場合には起動時ないしモータ停止時のみならず、巻上げ運転と巻下げ運転におけるそれぞれの速度は、作業者による操作ボタンの操作に応じて切り換えられる。
【００４６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した巻上機は下吊具１５が設けられた索条としてのロードチェーン１４が掛け渡されるスプロケット１３を回転体とした電気チェーンブロックであるが、ホイストにも本発明を適用することができる。ホイストにおいては、下吊具が設けられた索条としてのワイヤが掛け渡される回転体としてのドラムを有しており、ドラムを駆動するための電動モータの出力軸には、電気チェーンブロックと同様に、電磁ブレーキが設けられることになる。また、電動モータ２３と電磁ブレーキ２７の作動を制御するコントローラの形態としては、マイクロプロセッサを有しＲＯＭに格納されたソフトウエアにより整流位相を切り換えるようにした形態と、マイクロプロセッサを使用することなく、スイッチング機器を有するディスクリート方式とした形態としても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１０…巻上機本体、１１…ハウジング、１３…スプロケット（回転体）、１４…ロードチェーン、１５…下吊具、１７…操作入力部、２１…スプロケット軸、２３…電動モータ、２４…出力軸、２７…電磁ブレーキ、２８…コイル、３２…回転ディスク、３３…締結ディスク、３６…圧縮コイルばね、３７ａ，３７ｂ…ブレーキライニング、５０…メカニカルブレーキ、５１…ねじ部、５２…ディスク部、５３…ブレーキディスク、５５…ブレーキ歯車、５７…ラチェットホイール、６０…ラチェット、６１…電源、６２…コントローラ、６３…整流回路、６４…タイマー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気チェーンブロック等の巻上機に組み込まれる電磁ブレーキを制御する巻上機のブレーキ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷物つまり吊荷を上下動するための巻上機には、電気チェーンブロックやホイスト等がある。電気チェーンブロックは、ロードチェーンが掛け渡されたスプロケットを駆動することにより、ロードチェーンの一端部に設けられた荷物吊り下げ用の下フックを上下動させて荷物の巻上げと巻下げを行うようにしており、ロードチェーンの他端部は巻上機本体に設けられたチェーン収納器つまりチェーンバケットに収納されるようになっている。ホイストは、ワイヤが巻き付けられるドラムを駆動することにより、ワイヤの下端部に設けられた荷物吊り下げ用の下フックを上下動させて荷物の巻上げと巻下げを行うようにしている。スプロケットやドラムは電動モータにより回転駆動するようにしており、多くの巻上機においては、電動モータとして誘導モータが使用されている。
【０００３】
このような巻上機には、吊荷の巻上げと巻下げとを一定の速度で行うタイプと、それぞれの速度を作業者のスイッチ操作により変化させるようにしたタイプとがある。速度を変化させるタイプにおいては、特許文献１に記載されるように、電動モータの回転数を変化させるために、電動モータはインバータ制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
巻上機本体には電動モータの出力軸をロックするために電磁ブレーキが装着されている。この電磁ブレーキを作動させると、出力軸はロックされることになり、例えば、吊荷を所定の高さまで吊り下げた状態のもとで吊荷の上下動を停止させることができる。電磁ブレーキは、駆動軸に取り付けられる被締結側のブレーキディスクである回転ディスクと、この回転ディスクに対向配置される締結側のブレーキディスクである締結ディスクとを有しており、締結ディスクは回転が規制された状態で回転ディスクに対して接近離反移動する。締結ディスクには、ばね部材により回転ディスクに密着する方向のばね力が加えられている。締結ディスクを回転ディスクから離反させるために、コイルが組み込まれた電磁石が締結ディスクに隣接させて配置されている。これにより、コイルに通電すると、ばね力に抗して締結ディスクは吸引されて回転ディスクから離れて電磁ブレーキは開放状態となる。一方、コイルに対する通電を停止すると、締結ディスクはばね力により回転ディスクに密着されて電磁ブレーキは締結状態となり主力軸はロックされる。
【０００６】
電磁ブレーキとしてはコイルに直流電流を供給するようにした直流電磁ブレーキが使用されている。コイルに対する電力は、外部電源から電動モータに供給される交流電流を分岐し直流電流に整流して供給するようにしている。
【０００７】
巻上機を用いて吊荷の巻上げと巻下げ操作が行われているときには、電磁ブレーキを開放状態とするために、コイルには電流を供給し続けることになるので、締結ディスクを吸引している状態のときには、電磁ブレーキは温度上昇することになる。締結ディスクを吸引して電磁ブレーキを開放状態に保持する際の温度上昇を抑制するために、コイルへの印加電圧を低下させると、回転ディスクに密着された状態の締結ディスクを回転ディスクから離反させるときにおけるブレーキの開放起動時間が長くかかることになる。
【０００８】
開放起動時間が長くなると、吊荷を移動させるために電動モータに通電がなされてから電磁ブレーキが完全に開放状態となるまでに時間を要し、締結ディスクが回転ディスクに接触した状態で電動モータが回転を開始することになる。このため、それぞれのディスクに設けられたブレーキライニングの摩耗が早期に進行してしまい、巻上機の耐久性を低下させるという問題点がある。
【０００９】
本発明の目的は、巻上機の電磁ブレーキの温度上昇を抑制しつつ、電磁ブレーキの耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の巻上機のブレーキ制御装置は、吊荷を巻上げおよび巻下げする回転体を駆動する電動モータを有し、当該電動モータの出力軸を締結状態と締結開放状態とに切り換える巻上機のブレーキ制御装置であって、前記出力軸に連結される回転ディスク、当該回転ディスクに対して接近離反移動自在の締結ディスク、当該締結ディスクに前記回転ディスクに向けてばね力を加えるばね部材、および前記回転体を駆動するときに前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反する方向に吸引するコイルを備えた電磁ブレーキと、前記電動モータに供給される交流を直流に整流して前記コイルに供給する整流回路と、前記締結ディスクが前記回転ディスクからの離反動作を終了したブレーキ吸引状態のもとでは、前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反させるブレーキ起動時よりも整流する交流電流の整流成分を少なくする整流位相切換手段とを有し、前記ブレーキ吸引状態での前記コイルに対する印加電圧よりも前記ブレーキ起動時の印加電圧を高めることを特徴とする。本発明の巻上機のブレーキ制御装置は、前記電動モータに供給される三相交流電流を、前記ブレーキ起動時には半波整流若しくは全波整流するか、又は三相交流のうち単相若しくは二相交流を全波整流して前記コイルに印加し、前記吸引状態のもとでは前記単相交流を半波整流して前記コイルに印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吊荷を巻上げおよび巻下げするための回転体を駆動する電動モータに供給される交流電流を分岐して直流の電磁ブレーキのコイルに整流して供給するようにし、電磁ブレーキの起動時にはコイルに対して印加する電圧を、吸引状態のもとでコイルに対して印加する電圧を高めることにより、電磁ブレーキの開放起動動作を速めることができる。これにより、電動モータと電磁ブレーキの動作ギャップつまり動作遅れが無くなるので、ブレーキライニングの摩耗を低減することが可能となり、電磁ブレーキの耐久性を向上させることができる。また、吸引状態のもとでは起動時よりもコイルに対する印加電圧を低下させることにより、電磁ブレーキの温度上昇を抑制しつつ、電磁ブレーキの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態としての巻上機である電気チェーンブロックを示す正面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１に示された巻上機本体の拡大断面図である。
【図４】図３に示された電磁ブレーキを示す拡大断面図である。
【図５】メカニカルブレーキのラチェットホイールとラチェットの噛み合いが解かれた状態における図３のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図６】メカニカルブレーキのラチェットホイールとラチェットが噛み合った状態における図５と同様の部分を示す拡大断面図である。
【図７】電磁ブレーキの作動を制御する制御装置を示すブロック図である。
【図８】吊荷の巻上げ運転や巻下げ運転がなされる際における電磁ブレーキと電動モータの作動タイミングを示すタイムチャートである。
【図９】電磁ブレーキの起動時と吸引時とにおける整流回路の入力電流と出力電流を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示されるように、巻上機としての電気チェーンブロックは巻上機本体１０を有している。巻上機本体１０はハウジング１１を有し、このハウジング１１の長手方向中央の上側部には、上フックつまり上吊具１２が装着されており、巻上機本体１０はこの上吊具１２により吊り下げられた状態で使用される。ハウジング１１内には上吊具１２の下側に位置させて回転体としてのスプロケット１３が図２に破線で示されるように装着され回転自在となっており、このスプロケット１３にはロードチェーン１４が掛け渡されている。このロードチェーン１４の一端部には、下フックつまり下吊具１５が設けられており、この下吊具１５には荷物つまり吊荷が引っ掛けられるようになっている。
【００１４】
スプロケット１３を回転駆動することにより下吊具１５に引っ掛けられた吊荷は、巻上げ移動されたり、巻下げ移動されることになる。図１および図２に示されるように、ハウジング１１にはロードチェーン１４の他端部側を収容するためのチェーン収納器つまりチェーンバケット１６が取り付けられており、吊荷が巻き上げられるとロードチェーン１４の他端部側はチェーンバケット１６内に入り込み、吊荷が巻下げられるとチェーンバケット１６内からロードチェーン１４が繰り出されることになる。巻上機本体１０には、操作入力部１７がケーブル１８を介して接続されており、操作入力部１７に設けられた巻上げ用スイッチと巻下げ用スイッチとを作業者が操作することにより吊荷の巻上げ動作と巻下げ動作が行われる。
【００１５】
図３に示されるように、スプロケット１３は中空のスプロケット軸２１に固定されており、このスプロケット軸２１の両端部はハウジング１１に取り付けられた軸受２２により支持され、スプロケット軸２１はハウジング１１内に回転自在に装着されている。ハウジング１１内にはスプロケット１３に対して巻上機本体１０の長手方向一方側に位置させて、誘導型の電動モータ２３が装着されており、電動モータ２３のロータに固定された出力軸２４は電動モータ２３の両端面から外方に突出している。出力軸２４の一方の突出端部２４ａは、ハウジング１１に固定された支持板つまりブラケット２５に設けられた軸受２６によって回転自在に支持され、ブラケット２５には電磁ブレーキ２７が装着されている。
【００１６】
この電磁ブレーキ２７は、図４に示されるように、コイル２８が環状となって組み込まれるソレノイドケース２９を有し、このソレノイドケース２９は複数本の締結ロッド３１によりブラケット２５に取り付けられている。ブラケット２５とソレノイドケース２９との間にはブラケット２５に対向するように被締結側のブレーキディスクつまり回転ディスク３２が配置され、この回転ディスク３２は図３に示されるように出力軸２４の突出端部２４ａにスプライン等の固定手段により固定されている。回転ディスク３２とソレノイドケース２９との間には、回転ディスク３２に対向しこれに対して接近離反移動自在に締結側のブレーキディスクつまり締結ディスク３３が配置されている。この締結ディスク３３に形成された貫通孔３４には締結ロッド３１が貫通しており、締結ディスク３３は締結ロッド３１により回転が規制された状態で締結ロッド３１に案内されて軸方向に移動する。
【００１７】
ソレノイドケース２９の中心部にはばねケース３５が設けられており、このばねケース３５内には、締結ディスク３３に対して回転ディスク３２に向かう方向のばね力を加える圧縮コイルばね３６がばね部材として装着されている。回転ディスク３２の両側には、図４に示されるようにブレーキライニング３７ａ，３７ｂが設けられており、圧縮コイルばね３６のばね力により締結ディスク３３が回転ディスク３２に向けて押し付けられると、ブレーキライニング３７ａ，３７ｂを介して締結ディスク３３と回転ディスク３２がブラケット２５に密着して出力軸２４はロックされる。
【００１８】
したがって、電磁石つまりソレノイドを構成するコイル２８に対して通電を停止させた状態のもとでは、ばね力により締結ディスク３３が回転ディスク３２にブレーキライニング３７ａを介して密着するとともに回転ディスク３２がブレーキライニング３７ｂを介してブラケット２５に密着するので、出力軸２４は回転ディスク３２を介してブラケット２５に締結されてロックされ、電磁ブレーキ２７は締結状態となる。一方、コイル２８に通電すると、締結ディスク３３が磁力によりばね力に抗してコイル２８に向けて吸引され、締結ディスク３３は回転ディスク３２から離れることになり、電磁ブレーキ２７は出力軸２４の回転を許容する開放状態となる。
【００１９】
図３に示されるように、電動モータ２３の出力軸２４の他方の突出端部２４ｂは、ハウジング１１に取り付けられる軸受４１により回転自在に支持され、出力軸２４はスプロケット軸２１の内部に回転自在に組み込まれた駆動軸４２に継手４３を介して連結されている。この駆動軸４２は出力軸２４の一部を構成しており、その先端部はハウジング１１に取り付けられた軸受４４に支持されている。
【００２０】
ハウジング１１には駆動軸４２と平行に減速軸４５が軸受４６を介して回転自在に装着され、駆動軸４２の先端部に設けられた小歯車４７は、減速軸４５の端部に設けられた大歯車４８と噛み合っている。この小歯車４７と大歯車４８により駆動軸４２の回転を減速して減速軸４５に伝達する減速機構４９が形成されている。
【００２１】
スプロケット軸２１の外側にはメカニカルブレーキ５０が装着されている。このメカニカルブレーキ５０は、円筒形状のねじ部５１と、このねじ部５１の一端部に設けられたディスク部５２とが一体となったブレーキディスク５３を有している。ブレーキディスク５３はねじ部５１の内周面に設けられたスプライン等の固定手段によりスプロケット軸２１に固定されている。
【００２２】
メカニカルブレーキ５０は、電磁力により作動する電磁ブレーキ２７に比して大きな制動トルクが得られる。このメカニカルブレーキ５０を、電磁ブレーキ２７に加えて、スプロケット１３側つまり負荷側に設けることにより、大きな負荷がスプロケット１３に加わっても、確実にスプロケット１３の回転を規制することができる。
【００２３】
ねじ部５１の外周面には雄ねじ５４ａが形成されており、この雄ねじ５４ａには、雌ねじ５４ｂが形成されたブレーキ歯車５５がねじ結合されている。このブレーキ歯車５５は、減速軸４５に設けられた連結歯車５６に噛み合っており、駆動軸４２の出力は減速軸４５を介してブレーキ歯車５５に伝達される。連結歯車５６よりもブレーキ歯車５５は大径となっており、減速軸４５の回転は減速されてブレーキ歯車５５に伝達される。
【００２４】
ブレーキ歯車５５の端面はディスク部５２に対向しており、ブレーキ歯車５５とディスク部５２との間には、ラチェットホイール５７が回転自在に装着されている。ディスク部５２にはブレーキライニング５８ａが設けられ、ブレーキ歯車５５の端面にはブレーキライニング５８ｂが設けられており、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３に対して締結方向つまりディスク部５２に接近する方向に相対回転すると、両方のブレーキライニング５８ａ，５８ｂがラチェットホイール５７に密着し、メカニカルブレーキ５０は締結状態となる。これにより、ラチェットホイール５７を介してブレーキディスク５３とブレーキ歯車５５は締結された状態となる。一方、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３に対して締結を解除する方向つまりディスク部５２から離れる方向に相対回転すると、ブレーキディスク５３とブレーキ歯車５５との締結が解除されて、メカニカルブレーキ５０は開放状態となる。
【００２５】
このように、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３に対して相対回転すると、ブレーキ歯車５５がブレーキディスク５３のねじ部５１にねじ結合されているので、ブレーキ歯車５５はブレーキディスク５３に対して締結位置と開放位置との間を軸方向に移動することになる。ブレーキ歯車５５の開放限の位置は、ねじ部５１の先端に取り付けられたストッパ５９により規制されるようになっている。
【００２６】
電動モータ２３を正転方向に回転させて吊荷の巻上げ運転を行うときには、電磁ブレーキ２７を開放し、電動モータ２３によって図３において矢印で示すように出力軸２４は正転方向に回転駆動される。これにより、減速軸４５を介してブレーキ歯車５５は出力軸２４と同方向の締結方向に回転駆動され、ブレーキ歯車５５はブレーキディスク５３にラチェットホイール５７を介して締結されるので、巻上げ方向に駆動される出力軸２４によりスプロケット１３は巻上げ方向に駆動され、下吊具１５に吊り下げられた吊荷は、スプロケット１３に掛け渡されたロードチェーン１４により巻上げられる。
【００２７】
図５および図６はそれぞれ図３におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。電動モータ２３の出力軸２４を正転方向に駆動すると、図５において減速軸４５が矢印Ｕ１で示す巻上げ方向に回転駆動されるので、ブレーキ歯車５５はラチェットホイール５７を介してブレーキディスク５３に締結されて、矢印Ｕ２で示す方向に回転駆動される。これにより、スプロケット１３が巻上げ方向に駆動され、ロードチェーン１４に吊り下げられた吊荷の巻上げ運転が行われる。なお、図５および図６においては、ブレーキ歯車５５と連結歯車５６の外径線が実線で示され、ピッチ線が一点鎖線で示されている。
【００２８】
図５および図６に示されるように、ハウジング１１には、ラチェットホイール５７に噛み合うラチェット６０が揺動自在に装着されており、図示しないばね部材によりラチェット６０にはその先端がラチェットホイール５７の外周面に接触する方向にばね力が加えられている。ラチェット６０は、ラチェットホイール５７が矢印Ｄ２方向つまり巻下げ方向に回転すると、図６に示されるように、ラチェットホイール５７に噛み合ってラチェットホイール５７が矢印Ｄ２で示す方向に回転するのを阻止する。
【００２９】
吊荷を下吊具１５により吊り下げた状態のもとで吊荷の上下動を停止させるときには、電動モータ２３への電力供給を停止させるとともに電磁ブレーキ２７への電力供給を停止させて電磁ブレーキ２７を締結状態とすることになる。このときには、図６に示されるように、ラチェットホイール５７にラチェット６０が噛み合ってスプロケット軸２１はロックされる。つまり、このときには、吊荷の荷重によりスプロケット軸２１には巻下げ方向Ｄ２に回転力が加えられるが、出力軸２４の回転が電磁ブレーキ２７により停止されており、ブレーキ歯車５５によりラチェットホイール５７はディスク部５２に締結された状態となるので、吊荷の荷重により巻下げ方向Ｄ２の回転力がスプロケット軸２１に加わることになる。これにより、図６に示されるように、ラチェット６０がラチェットホイール５７に噛み合ってスプロケット１３はロックされて回転が規制される。このように、メカニカルブレーキ５０によってスプロケット軸２１がロックされるので、電磁ブレーキ２７を開放したとしても吊荷が巻下がることが防止される。
【００３０】
一方、電動モータ２３を逆転させて吊荷の巻下げ運転を行うときには、コイル２８に電力を供給して電磁ブレーキ２７を開放し、電動モータ２３によって出力軸２４を逆転方向に回転駆動する。このときには、吊荷によってスプロケット軸２１には巻下げ方向の回転力が加わった状態のもとで、出力軸２４が巻下げ方向に駆動され、減速軸４５は巻下げ方向Ｄ１に回転駆動される。これにより、ブレーキ歯車５５はブレーキディスク５３に対して締結を解く方向に相対回転してメカニカルブレーキ５０は開放状態となる。したがって、ラチェット６０がラチェットホイール５７に図６に示されるように噛み合った状態となっていても、ラチェットホイール５７に対するディスク部５２とブレーキ歯車５５の密着が解かれ、吊荷の荷重によりスプロケット軸２１は巻下げ方向に回転駆動される。
【００３１】
電動モータ２３の巻下げ方向の回転速度よりも吊荷によりスプロケット軸２１に加わる巻下げ方向の回転速度が高くなると、ブレーキ歯車５５はラチェットホイール５７をディスク部５２に密着する方向に相対回転することになる。これにより、図６に示されるように、ラチェット６０が噛み合った状態のラチェットホイール５７によりスプロケット軸２１は回転が規制されてロックされる。このように、電動モータ２３の巻下げ方向の回転によりメカニカルブレーキ５０の開放動作と、吊荷の荷重によるメカニカルブレーキ５０の制動動作とが繰り返されて、ブレーキライニング５８ａ，５８ｂをラチェットホイール５７に滑らせながら、出力軸２４の回転にほぼ同期した状態となって、吊荷は巻下げられることになる。この巻下げ運動時には、メカニカルブレーキ５０は出力軸２４による開放動作と、吊荷の荷重による制動動作とを繰り返すことになるので、出力軸２４には吊荷による逆転方向の回転力つまり回転トルクが加わることはない。
【００３２】
しかしながら、巻下げ運転を開始するときに、ラチェット６０が図５に示されるようにラチェットホイール５７に噛み合っていない状態となっていると、巻下げ運転によりラチェット６０がラチェットホイール５７に図６に示されるように噛み合うまで、メカニカルブレーキ５０が動作しない状態となって、出力軸２４は逆転方向の回転力つまり回転トルクが加わることになる。
【００３３】
図３に示されるように、この巻上機は電磁ブレーキ２７に加えてメカニカルブレーキ５０を具備しているが、比較的軽量な吊荷を巻上げおよび巻下げ操作するために使用される小型の巻上機においては、電磁ブレーキ２７のみを搭載するようにして、メカニカルブレーキ５０を搭載しない形態とすることもできる。
【００３４】
図７は電磁ブレーキ２７の作動を制御する制御装置を示すブロック図である。三相の交流電流を供給する電源６１はコントローラ６２を介して電動モータ２３に供給されるようになっており、この電動モータ２３は三相の交流電流により駆動される誘導型の交流モータとなっている。コントローラ６２には操作入力部１７からの信号が送られるようになっており、操作入力部１７に設けられた巻上げ用の操作スイッチが作業者により操作されると吊荷の巻上げ運転が行われ、巻下げ用の操作スイッチが操作されると吊荷の巻下げ運転が行われる。巻上げ運転時には電動モータ２３に対しては正転方向に電力が供給され、巻下げ運転時には電動モータ２３に対しては逆転方向に電力が供給される。
【００３５】
電動モータ２３に供給される電力を利用して電磁ブレーキ２７を作動するようにしている。電磁ブレーキ２７は直流電流により作動する直流の電磁ブレーキであり、電動モータ２３に供給される交流電流を整流して電磁ブレーキ２７のコイル２８に供給するために、コントローラ６２には整流回路６３が接続されている。
【００３６】
電磁ブレーキ２７は、上述のように、吊荷の巻上げ運転および巻下げ運転が行われるときには、コイル２８に電力を供給することによって開放状態に設定される。電磁ブレーキ２７の起動時間を電動モータ２３の動作タイミングと同等となるように電磁ブレーキ２７に対する印加電圧を設定すると、電磁ブレーキ２７が締結ディスク３３を吸引し続ける吸引状態のもとではコイル２８には過大電圧となって発生する熱量が増加して電磁ブレーキ２７の温度上昇が大きくなる。このため、電磁ブレーキ２７のサイズを大型化する必要がある。
【００３７】
一方、電磁ブレーキ２７を小型化して印加電圧を抑えると、電磁ブレーキ２７の起動時間が長くなってしまう。このため、電磁ブレーキ２７の起動時には電動モータ２３の動作に対して電磁ブレーキ２７の開放動作が遅れてしまうことになり、電磁ブレーキ２７が半ブレーキ状態のままで電動モータ２３の出力軸２４が回転され、ブレーキライニング３７ａ，３７ｂの摩耗が進行してしまうことになる。
【００３８】
そこで、電磁ブレーキ２７の起動時つまり締結ディスク３３を回転ディスク３２から離反させるときにコイル２８に印加する起動時印加電圧を、この離反動作を終了して締結ディスク３３をコイル２８により吸引し続ける吸引状態の電圧よりも増加させるようにしている。これにより、起動時間を短くするとともに、吸引状態のもとでコイル２８の発熱を抑制するようにしている。
【００３９】
そのため、図７に示されるように、コントローラ６２から三相の交流電流が供給される整流回路６３は、電磁ブレーキ２７の起動時には三相の半波整流により直流に変換してコイル２８に印加し、吸引状態のもとでは三相交流のうち単相交流を半波整流してコイル２８に印加するようにしている。整流回路６３は半波整流を行うダイオード等を有する整流回路と、三相交流の整流と単相交流の整流とを切り換えるための整流位相切換手段としてのタイマーを有しており、電磁ブレーキ２７の起動が終了してから所定の時間が経過した時には吸引状態に切り換えられる。ただし、締結ディスク３３の位置を検出するスイッチを整流位相切換手段として電磁ブレーキ２７に設けることにより、所定の位相切換時間ｔが経過した後に、締結ディスク３３が回転ディスク３２から離反したことを検出したら吸引状態に切り換えるようにしても良い。
【００４０】
図８は吊荷の巻上げ運転や巻下げ運転がなされる際における電磁ブレーキ２７と電動モータ２３の作動タイミングを示すタイムチャートである。図９は電磁ブレーキ２７の起動時と吸引時とにおける整流回路６３の入力電流と出力電流を示すタイムチャートである。
【００４１】
図８に示されるように、操作入力部１７の巻上げ用スイッチまたは巻下げ用のスイッチが操作されると、電動モータ２３と電磁ブレーキ２７に電力が供給される。これにより、電磁ブレーキ２７が開放された状態のもとで電動モータ２３によりスプロケット１３が駆動される。電磁ブレーキ２７を起動させて、ばね力に抗して回転ディスク３２から締結ディスク３３を離反させる起動時には、図９に示されるように三相交流が整流回路６３により半波整流されて電磁ブレーキ２７のコイル２８に印加される。次いで、締結ディスク３３が回転ディスク３２から離反された後には図９に示されるように単相交流成分が整流回路６３により半波整流されてコイル２８に印加される。整流する位相成分の切換は、整流回路６３内に組み込まれた整流切換手段としてのタイマー６４によって位相切換時間ｔが経過した後に行われる。
【００４２】
このように整流成分を切り換えることよって、電磁ブレーキ２７に対しては起動時には吸引状態よりも高い電圧が印加されることになり、電磁ブレーキ２７の起動時間を短くすることができる。一方、吸引状態のもとでは印加電圧が起動時よりも低くなり、吸引状態のもとでコイル２８の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００４３】
上述した実施の形態においては、起動時には電動モータ２３に電源６１から供給される三相交流を半波整流してコイル２８に印加し、起動後には整流切換手段としてのタイマー６４により所定の位相切換時間ｔが経過したら、単相交流を半波整流してコイル２８に印加する。このように整流成分が少なくして設定された電圧がコイル２８に印加されて吸引状態が保持される。
【００４４】
整流回路６３としては、全波整流回路と半波整流回路とを有する形態がある。そのような形態においては、ブレーキ起動時には三相交流を全波整流してコイル２８に印加するタイプと、三相交流成分のうち二相成分を全波整流してコイル２８に印加するタイプと、単相成分を全波整流してコイル２８に印加するタイプとがある。それぞれの形態においては、吸引状態のもとでは、半波整流回路によってコイル２８には単相交流が半波整流されて印加される。これらの形態のうち、いずれの形態とするかは、巻上げ運転や巻下げ運転が行われる吊荷の最大荷重に応じたモータ出力に応じて選択される。
【００４５】
巻上機の巻上げ速度と巻下げ速度とを変化させるようにした形態においては、電動モータ２３の回転数を変化させるために、制御装置にはインバータが搭載される。インバータを有する巻上機においては、電動モータ２３は図８において二点鎖線で示されるように、電動モータ２３の起動時にはこれに供給される周波数を徐々に高めることにより、出力軸２４の回転数が高められる。電動モータ２３の回転を停止させるときには出力軸２４の回転は徐々に低下されることになる。このように、巻上機としては、電動モータ２３の回転数を変化させるようにした形態もあり、その場合には起動時ないしモータ停止時のみならず、巻上げ運転と巻下げ運転におけるそれぞれの速度は、作業者による操作ボタンの操作に応じて切り換えられる。
【００４６】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した巻上機は下吊具１５が設けられた索条としてのロードチェーン１４が掛け渡されるスプロケット１３を回転体とした電気チェーンブロックであるが、ホイストにも本発明を適用することができる。ホイストにおいては、下吊具が設けられた索条としてのワイヤが掛け渡される回転体としてのドラムを有しており、ドラムを駆動するための電動モータの出力軸には、電気チェーンブロックと同様に、電磁ブレーキが設けられることになる。また、電動モータ２３と電磁ブレーキ２７の作動を制御するコントローラの形態としては、マイクロプロセッサを有しＲＯＭに格納されたソフトウエアにより整流位相を切り換えるようにした形態と、マイクロプロセッサを使用することなく、スイッチング機器を有するディスクリート方式とした形態としても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１０…巻上機本体、１１…ハウジング、１３…スプロケット（回転体）、１４…ロードチェーン、１５…下吊具、１７…操作入力部、２１…スプロケット軸、２３…電動モータ、２４…出力軸、２７…電磁ブレーキ、２８…コイル、３２…回転ディスク、３３…締結ディスク、３６…圧縮コイルばね、３７ａ，３７ｂ…ブレーキライニング、５０…メカニカルブレーキ、５１…ねじ部、５２…ディスク部、５３…ブレーキディスク、５５…ブレーキ歯車、５７…ラチェットホイール、６０…ラチェット、６１…電源、６２…コントローラ、６３…整流回路、６４…タイマー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吊荷を巻上げおよび巻下げする回転体を駆動する電動モータを有し、当該電動モータの出力軸を締結状態と締結開放状態とに切り換える巻上機のブレーキ制御装置であって、
前記出力軸に連結される回転ディスク、当該回転ディスクに対して接近離反移動自在の締結ディスク、当該締結ディスクに前記回転ディスクに向けてばね力を加えるばね部材、および前記回転体を駆動するときに前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反する方向に吸引するコイルを備えた電磁ブレーキと、
前記電動モータに供給される交流を直流に整流して前記コイルに供給する整流回路と、
前記締結ディスクが前記回転ディスクからの離反動作を終了したブレーキ吸引状態のもとでは、前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反させるブレーキ起動時よりも整流する交流電流の整流成分を少なくする整流位相切換手段とを有し、
前記ブレーキ吸引状態での前記コイルに対する印加電圧よりも前記ブレーキ起動時の印加電圧を高めることを特徴とする巻上機のブレーキ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の巻上機のブレーキ制御装置において、前記電動モータに供給される三相交流電流を、前記ブレーキ起動時には半波整流若しくは全波整流するか、又は三相交流のうち単相若しくは二相交流を全波整流して前記コイルに印加し、前記吸引状態のもとでは前記単相交流を半波整流して前記コイルに印加することを特徴とする巻上機のブレーキ制御装置。
【請求項１】
吊荷を巻上げおよび巻下げする回転体を駆動する電動モータを有し、当該電動モータの出力軸を締結状態と締結開放状態とに切り換える巻上機のブレーキ制御装置であって、
前記出力軸に連結される回転ディスク、当該回転ディスクに対して接近離反移動自在の締結ディスク、当該締結ディスクに前記回転ディスクに向けてばね力を加えるばね部材、および前記回転体を駆動するときに前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反する方向に吸引するコイルを備えた電磁ブレーキと、
前記電動モータに供給される交流を直流に整流して前記コイルに供給する整流回路と、
前記締結ディスクが前記回転ディスクからの離反動作を終了したブレーキ吸引状態のもとでは、前記締結ディスクを前記回転ディスクから離反させるブレーキ起動時よりも整流する交流電流の整流成分を少なくする整流位相切換手段とを有し、
前記ブレーキ吸引状態での前記コイルに対する印加電圧よりも前記ブレーキ起動時の印加電圧を高めることを特徴とする巻上機のブレーキ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の巻上機のブレーキ制御装置において、前記電動モータに供給される三相交流電流を、前記ブレーキ起動時には半波整流若しくは全波整流するか、又は三相交流のうち単相若しくは二相交流を全波整流して前記コイルに印加し、前記吸引状態のもとでは前記単相交流を半波整流して前記コイルに印加することを特徴とする巻上機のブレーキ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４０３８０（Ｐ２０１１−１４０３８０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６４２（Ｐ２０１０−１６４２）
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（５０２１２９９３３）株式会社日立産機システム (1,140)
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