電動巻上下装置用電源装置
【課題】未使用の電気二重層キャパシタを搭載したときに、電動巻上下装置を通常に運転しながら、電気二重層キャパシタの初期充電を適切に行うことができる電動巻上下装置用電源装置を提供すること。
【解決手段】直流回路１２に開閉器１８を介して電気二重層キャパシタ１７を接続し、昇降用電動機１５の回生電力をインバータ１４により直流に変換し、電気二重層キャパシタに蓄電し、直流回路１２の電圧が所定電圧を超えた場合、制動用開閉素子１９を閉じて直流回路１２から制動用抵抗器２０に通電する充放電と、電気二重層キャパシタ１７の電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい場合、充放電を停止し、制動用開閉素子１９を閉じて初期充電抵抗器２１を通して回生電力を電気二重層キャパシタ１７に蓄電すると共に、電圧ＶEが所定電圧値Ｖになった場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタ１７の充放電を再開する。
【解決手段】直流回路１２に開閉器１８を介して電気二重層キャパシタ１７を接続し、昇降用電動機１５の回生電力をインバータ１４により直流に変換し、電気二重層キャパシタに蓄電し、直流回路１２の電圧が所定電圧を超えた場合、制動用開閉素子１９を閉じて直流回路１２から制動用抵抗器２０に通電する充放電と、電気二重層キャパシタ１７の電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい場合、充放電を停止し、制動用開閉素子１９を閉じて初期充電抵抗器２１を通して回生電力を電気二重層キャパシタ１７に蓄電すると共に、電圧ＶEが所定電圧値Ｖになった場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタ１７の充放電を再開する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動チェーンブロックや電動ホイスト等の電動巻上下装置用電源装置に関し、特に荷巻下時の昇降用電動機が発電する回生電力を効率良く電気二重層キャパシタに蓄電できると共に、電気二重層キャパシタの初期充電や自己放電による蓄電電圧の低下による充電を特別意識することなく通常の運転を行うだけで簡単に行うことのできる省エネルギーに好適な電動巻上下装置用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、全産業分野において省エネルギー化が強く要望されている。電動チェーンブロックや電動ホイスト等の電動巻上下装置においても、荷巻下時に昇降用電動機が発電する回生電力を蓄電器に蓄電し、荷巻上時に利用することが要望されている。
【０００３】
図１は従来のこの種の電動巻上下装置用電源装置の構成例を示す図である。図示するように、電動巻上下装置用電源装置は、整流器１０１と、平滑コンデンサ１０３を備えた直流回路１０２と、インバータ１０４を備えている。そして交流電源（ここでは３相交流電源）１０６からの交流を整流器１０１で直流に変換し、直流回路１０２からインバータ１０４に供給し、該インバータ１０４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機１０５に供給するように構成されている。
【０００４】
直流回路１０２には、開閉器１０７を介して電気二重層キャパシタ１０８が接続されている。交流電源１０６が投入された時に、制御部１０９は、キャパシタ電圧ＶEと電源電圧ＶIを比較し、両者が等しいときには、開閉器１０７の動作コイル１０７Xに作動電流を通電し、開閉器１０７を閉じる。これにより、直流回路１０２に電気二重層キャパシタ１０８が接続され、昇降用電動機１０５の回生時（巻下げ時）の回生電力はインバータ１０４で直流に変換され、該直流に変換された回生電力電流は直流回路１０２から電気二重層キャパシタ１０８に蓄電される。また、制御部１０９は直流回路１０２の電圧ＶDCを監視し、直流回路の電圧ＶDCがキャパシタ上限電圧となった場合、電気二重層キャパシタ１０８の満充電と判断し、制動抵抗用素子（トランジスタ等）１１０を閉じて、回生電力を制動用抵抗器１１１で消費し、電気二重層キャパシタ１０８の過充電を防止する。ここで電源電圧ＶIとは、交流電源（３相交流電源）１０６の電圧をＶACとした場合、ＶI＝√２×ＶACである。
【０００５】
上記電動巻上下装置用電源装置において、電気二重層キャパシタ１０８が新品（未使用）であったり、電気二重層キャパシタ１０８の自己放電などにより電圧が低下していると、運転前に初期充電を行い、電気二重層キャパシタ１０８の電圧ＶEを電源電圧ＶIと等しくしてから、開閉器１０７を閉じる必要がある。運転と同時に初期充電を開始するようにするには、運転時電流と初期充電電流の両電流に耐えられる容量の整流回路１０１を用意する必要があり、コスト低減や装置の小型化が困難になる。よって、従来装置では、初期充電では、開閉器１０７を開、且つ開閉器１１２を閉とし、直流回路１０２から初期充電用抵抗器１１３を通して、所定時間（例えば３分程度）かけて、電気二重層キャパシタ１０８の初期充電を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来の電動巻上下装置用電源装置においては、電気二重層キャパシタ１０８の初期充電を行う場合は、初期充電を意識し、初期充電用の開閉器１１２を閉じて、所定時間かけて行っているが、この初期充電作業が煩わしいという問題があった。また、従来は、電気二重層キャパシタ１０８の初期充電は、三相交流電源からの電力を用いて行なっていたので、運転準備を行なうだけで充電電力を必要とし、消費電力の削減が困難であった。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、未使用の電気二重層キャパシタを搭載したときでも、又電気二重層キャパシタが自己放電等で蓄電電圧が低くなった場合でも、それを意識することなく、電動巻上下装置を通常に運転しながら、電気二重層キャパシタの初期充電や自己放電等による電圧低下の充電を適切に行うことができる電動巻上下装置用電源装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、整流器と、直流回路と、インバータとを備え、交流電源からの交流を前記整流器で直流に変換し、直流回路を介して前記インバータに供給し、該インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給すると共に、該昇降用電動機の回生時に発生する回生電力をインバータにより直流に変換して直流回路に供給し、該回生電力により直流回路電圧が所定電圧Ｖ0に達したら、制動用開閉素子を閉じて直流回路から回生電力電流を制動用抵抗器に通電し消費するように構成した電動巻上下装置用電源装置であって、直流回路に開閉素子を介して接続した電気二重層キャパシタと、昇降用電動機の回生時に開閉素子を閉じて回生電力を直流回路から電気二重層キャパシタに蓄電し、昇降用電動機の力行運転時に電気二重層キャパシタの蓄電電力を直流回路及びインバータを介して昇降用電動機に供給する充放電制御手段と、電気二重層キャパシタの初期充電を行うための所定抵抗値を有する初期充電用抵抗器と、電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい（ＶE＜Ｖ）場合、充放電制御手段による前記電気二重層キャパシタの充放電を停止し、回生電力により直流回路電圧が前記所定電圧Ｖ0に達した場合に制動用開閉素子を閉じて該回生電力を初期充電用抵抗器を通して電気二重層キャパシタに蓄電すると共に、電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖ以上（ＶE≧Ｖ）になった場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタの充放電を再開する充放電・初期充電切替制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記電動巻上下装置用電源装置において、前記所定電圧値Ｖは、交流電源電圧をＶACとした場合、ＶはＶ＝√２×ＶACであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記電動巻上下装置用電源装置において、電動巻上下装置用電源装置は、汎用インバータ制御装置と、該汎用インバータ制御装置に制御指令信号を送る制御部とを備え、汎用インバータ制御装置は、充放電制御手段及び充放電・初期充電切替制御手段が有する機能を除く、インバータの基本的制御及び制動用開閉素子の開閉制御を行うインバータ基本制御部を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、充放電・初期充電切替制御手段を設け、該充放電・初期充電切替制御手段により、電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい（ＶE＜Ｖ）場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタの充放電を停止し、回生電力が発生しているときに制動用開閉素子を閉じて回生電力電流を直流回路から初期充電用抵抗器を通して電気二重層キャパシタに蓄電すると共に、電圧ＶEが所定電圧値Ｖ以上（ＶE≧Ｖ）の場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタの充放電を再開するので、電動巻上下装置用電源装置に未使用の蓄電電圧がゼロの電気二重層キャパシタを搭載した場合、或いは自己放電などにより蓄電電圧が低くなっている場合でも、電動巻上下装置用電源装置の通常の運転を通じて回生電力を使って電気二重層キャパシタを適正に充電することができ、上記のような煩わしい初期充電作業を行う必要がない。また、上記の通り電気二重層キャパシタの初期充電も回生電力のみを使って充電するようにしているので、無駄な電力消費を大幅に削減できる。
【００１２】
また、電動巻上下装置用電源装置を、インバータ基本制御部を備えた汎用インバータ制御装置と、インバータ基本制御部に制御指令信号を送る制御部を備えた構成とすることにより、汎用インバータ制御装置に何ら変更を加えることなく、該汎用インバータ制御装置に制御部を構成する電子部品を実装した基板を搭載するだけで、本発明に係る電動巻上下装置用電源装置を低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて詳細に説明する。図２は本発明に係る電動巻上下装置用電源装置のシステム構成例を示すブロック図である。図示するように、本電動巻上下装置用電源装置は、整流器１１と、平滑コンデンサ１３を備えた直流回路１２と、インバータ１４を備え、交流電源１６からの交流を整流器１１で直流に変換し、直流回路１２からインバータ１４に供給し、該インバータ１４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機１５に供給するように構成されている。直流回路１２には開閉器１８を介して電気二重層キャパシタ１７が接続されている。また、直流回路１２には所定の抵抗値を有する制動用抵抗器２０が開閉器２４と制動用開閉素子（ランジスタ等）１９の直列回路を介して接続されている。また、直流回路１２には所定の抵抗値を有する初期充電用抵抗器２１と開閉器２２と制動用開閉素子１９の直列回路を介して電気二重層キャパシタ１７が接続されている。
【００１４】
制御部２３には、電源電圧ＶI、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEの測定値、及び直流回路１２の直流電圧ＶDCの測定値が入力されるようになっている。また、制御部２３には、開閉器１８の動作コイル１８X、開閉器２２の動コイル２２X、開閉器２４の動コイル２４Xが接続されている。制御部２３は蓄電電圧ＶE、直流電圧ＶDCを監視し、下記の初期充電モード、充放電モードに設定できるようになっている。
【００１５】
〔初期充電モード〕
制御部２３は蓄電電圧ＶEを監視し、該蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さい（ＶE＜ＶI）場合、開閉器１８の動作コイル１８Xに作動電流を通電せず該開閉器１８を開（ＯＦＦ）とし、開閉器２２の動作コイル２２Xに作動電流を通電して開閉器２２を閉（ＯＮ）とし、更に開閉器２４の動作コイル２４Xへの作動電流を通電せず開閉器２４を開（ＯＦＦ）とする。
【００１６】
〔充放電モード〕
制御部２３は蓄電電圧ＶEを監視し、蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより大きい場合、開閉器１８の動作コイル１８Xへ作動電流を通電して開閉器１８を閉（ＯＮ）とし、開閉器２２の動作コイル２２Xへの作動電流を遮断して開閉器２２を開（ＯＦＦ）とし、更に開閉器２４の動作コイル２４Xへの作動電流を通電して開閉器２４を閉（ＯＮ）とする。なお、ここで電源電圧ＶIは、交流電源１６の電圧をＶACとすると、ＶI＝√２×ＶACである。
【００１７】
上記電動巻上下装置用電源装置において、蓄電電圧ＶEがゼロ、即ち、未使用（未充電）の電気二重層キャパシタ１７を搭載した場合、蓄電電圧ＶEは電源電圧ＶIより小さいから、初期充電モードとなり、制御部２３は動作コイル１８X及び動作コイル２４Xへの作動電流を遮断し、開閉器１８及び開閉器２４を開（ＯＦＦ）にし、動作コイル２２Xに作動電流を通電し、開閉器２２を閉（ＯＮ）とする。これにより、昇降用電動機１５の回生時（巻下時）に発生する回生電力はインバータ１４で直流に変換され、直流回路１２に供給される。そして直流回路１２の電圧ＶDCが電源電圧ＶIを超える（ＶDC＞ＶI）と、制御部２３は制動用開閉素子１９をＯＮとする。これにより、直流に変換された回生電力電流は直流回路１２から初期充電用抵抗器２１を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電される。
【００１８】
電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが上昇し、電源電圧ＶIを超えると充放電モードとなり、制御部２３は動作コイル１８Xに作動電流を通電して開閉器１８を閉（ＯＮ）とすると共に、動作コイル２２Xへの作動電流を遮断して開閉器２２を開（ＯＦＦ）とし、更に動作コイル２４Xへの作動電流を通電して開閉器２４を閉（ＯＮ）とする。これにより、昇降用電動機１５の回生時の回生電力はインバータ１４で直流に変換され、直流回路１２に供給されるから、該回生電力電流は開閉器１８を通って電気二重層キャパシタ１７に蓄電されると共に、昇降用電動機１５の力行運転時（巻上運転時）は、該蓄電された電流は直流回路１２を通ってインバータ１４に供給され、該インバータ１４で所定周波数の交流に変化され、昇降用電動機１５に供給される。
【００１９】
電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIを超えて所定の電圧値になったら、制御部２３は制動用開閉素子１９をＯＮにする。これにより昇降用電動機１５の回生時（巻下時）の直流に変換された回生電力電流を制動用抵抗器２０に通電させて消費し、直流回路１２の過電圧、及び電気二重層キャパシタ１７の過充電を防止している。
【００２０】
上記のように、制御部２３により、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さい（ＶE＜ＶI）場合、開閉器１８を開（ＯＦＦ）とし、昇降用電動機１５の回生時の直流に変換された回生電力電流を電気二重層キャパシタ１７に蓄電し、該蓄電した電力を昇降用電動機１５の力行運転時に供給する充放電を停止し、開閉器２２を閉（ＯＮ）とし、上記昇降用電動機１５の回生時の回生電力により直流回路１２の電圧ＶDCが所定電圧ＶOに達したら、制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とし、回生電力を直流回路１２から初期充電用抵抗器２１を通じて電気二重層キャパシタ１７に蓄電（初期充電）すると共に、蓄電電圧ＶEが所定の電源電圧ＶI以上（ＶE≧ＶI）の場合、開閉器１８を閉じて充放電を再開するので、電動巻上下装置用電源装置に未使用の蓄電電圧がゼロの電気二重層キャパシタ１７を搭載した場合、或いは自己放電で蓄電電圧が低くなっている場合でも、電動巻上下装置用電源装置の通常の運転を通して電気二重層キャパシタ１７を回生電力によって適正に充電することができる。これにより、上記のような煩わしい初期充電作業が不必要になる。更に、初期充電に回生電力のみを使用するようにしているので、消費電力の削減ができる。
【００２１】
図４は図２に示す電動巻上下装置用電源装置の制御部２３の動作の流れを示すフロー図である。ステップＳＴ１で電源投入されると、ステップＳＴ２で蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さいか（ＶI＞ＶE）を判断し、イエス（Ｙ）の場合ステップＳＴ３に移行し、ノー（Ｎ）の場合ステップＳＴ６に移行する。ステップＳＴ３では、開閉器１８を開（ＯＦＦ）、開閉器２２を閉（ＯＮ）、開閉器２４を開（ＯＦＦ）とし、ステップＳＴ４に移行する。また、ステップＳＴ６では、開閉器１８を閉（ＯＮ）、開閉器２２を開（ＯＦＦ）、開閉器２４を閉（ＯＮ）とし、ステップＳＴ４に移行する。ステップＳＴ４では直流回路１２の電圧ＶDCが所定電圧Ｖ0を超えたかを判断し、イエス（Ｙ）の場合はステップＳＴ５に移行し、ノー（Ｎ）場合はステップＳＴ７に移行する。
【００２２】
ステップＳＴ５では制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とし、昇降用電動機１５で発生しインバータ１４で直流に変換し直流回路に供給される回生電力を、ステップＳＴ３にて開閉器２２を閉（ＯＮ）かつ開閉器２４を開（ＯＦＦ）としている場合には初期充電用抵抗器２１を通して電気二重層キャパシタに蓄電し、ステップＳＴ６にて開閉器２２を開（ＯＦＦ）かつ開閉器２４を閉（ＯＮ）としている場合には制動用抵抗器２０に通電し回生電力を消費する。ステップＳＴ７では制動用開閉素子１９を開（ＯＦＦ）として、開閉器２２及び開閉器２４の閉（ＯＮ）開（ＯＦＦ）いずれの場合も直流回路から制動用抵抗器２０及び初期充電用抵抗器２１への通電は遮断される。このように、図２に示す電動巻上下装置用電源装置では、開閉器１８、開閉器２２、開閉器２４、及び制動用開閉素子１９の開閉制御を全て制御部２３で行う。
【００２３】
電源電圧ＶIは、常時交流電源電圧ＶACを測定して前記電源電圧ＶIを算出することが望ましいが、予め定められた電源電圧ＶIを用いるようにしても良い。常時交流電源電圧ＶACを測定し電源電圧ＶIを算出すれば、初期充電モードから充放電モードに切り替える際に、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEと直流回路１２の電圧ＶDCとの差がなく、開閉器１８の接点負荷を減じることが出来る。また、電源電圧ＶIの値に規定値を用いるようにすると、装置を簡略化できコスト低減や小型化に効果がある。また、制動用開閉素子１９は、回生電力が発生しているかどうかを直流回路１２の電圧ＶDCを監視することで判断している。直流回路１２の電圧ＶDCが交流電源電圧ＶACの√２倍を超えたら回生電力が発生していると見なすことができるが、予め定めた交流電源電圧の許容範囲の１割増とすることが現実的である。例えば、ＡＣ２４０Ｖまでを交流電源電圧として許容している装置である場合、制動用開閉素子１９を閉じる直流回路１２の電圧Ｖ0は、１．１×√２×２４０＝３７３Ｖ以上と決められる。この値は、交流電源事情や、制御する昇降用電動機１５、電気二重層キャパシタ１７、その他制御素子の仕様により、適宜決定される。電気二重層キャパシタ１７の蓄電量を多くするには、電圧Ｖ0と電源電圧ＶIの差を大きくすることが望ましい。
【００２４】
図３は本発明に係る電動巻上下装置用電源装置の他のシステム構成例を示すブロック図である。本電動巻上下装置用電源装置が図２に示す電動巻上下装置用電源装置と相違する点は、本電動巻上下装置用電源装置では、インバータ（ＩＮＶ）基本制御部３１を備えた汎用インバータ制御装置３０を使用し、該汎用インバータ制御装置３０を制御部２３で制御する構成を採用している。汎用インバータ制御装置３０のインバータ基本制御部３１に図２の制御部２３が接続され、該制御部２３に巻上巻下を指示する押釦スイッチ３２ａ、３２ｂを備えた操作ボックス３２が接続されている。
【００２５】
制御部２３には、図２と同様、開閉器１８の作動コイル１８X、開閉器２２の作動コイル２２X、開閉器２４の作動コイル２４Xが接続され、開閉器１８、開閉器２２、開閉器２４の開閉制御は該制御部２３で行うようになっている。また、インバータ１４の基本制御、制動用開閉素子１９の開閉制御はインバータ基本制御部３１で行うようになっている。図５は本電動巻上下装置用電源装置の制御部２３及びインバータ基本制御部３１の動作の流れを示す図である。以下、図５に基いて動作を説明する。
【００２６】
先ず、ステップＳＴ１１において、電源スイッチ（図示せず）を操作し、電源を投入する。続いてステップＳＴ１２においては、直流回路１２の電圧ＶDCが３８０Ｖを超えたかを判断し、ステップＳＴ１５においては、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さいかを判断する。ステップＳＴ１２において、イエス（Ｙ）の場合はステップＳＴ１３に移行し、ノー（Ｎ）であればステップＳＴ１４に移行する。また、ステップＳＴ１５において、イエス（Ｙ）の場合はステップＳＴ１６に移行し、ノー（Ｎ）であればステップＳＴ１７に移行する。
【００２７】
ステップＳＴ１３ではインバータ基本制御部３１は制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とし、ステップＳＴ１４ではインバータ基本制御部３１は制動用開閉素子１９を開（ＯＦＦ）とする。また、ステップＳＴ１６では制御部２３は作動コイル１８Xへの作動電流の通電を遮断して開閉器１８を開（ＯＦＦ）、作動コイル２２Xへ作動電流を通電して開閉器２２を閉（ＯＮ）、作動コイル２４Xへの作動電流の通電を遮断して開閉器２４を開（ＯＦＦ）とする。また、ステップＳＴ１７では制御部２３は作動コイル１８Xへ作動電流を通電して開閉器１８を閉（ＯＮ）、作動コイル２２Xへの作動電流の通電を遮断して開閉器２２を開（ＯＦＦ）、作動コイル２４Xへ作動電流を通電して開閉器２４を開（ＯＮ）とする。上記ステップＳＴ１２、ＳＴ１３、ＳＴ１４はインバータ基本制御部３１の処理であり、ステップＳＴ１５、ＳＴ１６、ＳＴ１７は制御部２３の処理である。
【００２８】
電源投入があって、ステップＳＴ１５で電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さく、ステップＳＴ１６で制御部２３により開閉器１８を開（ＯＦＦ）、開閉器２２を閉（ＯＮ）、開閉器２４を開（ＯＦＦ）とした状態で、ステップＳＴ１２で直流回路１２の電圧ＶDCが３８０Ｖより大きく（＞３８０Ｖ）なり、ステップＳＴ１３において、インバータ基本制御部３１が制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とすると、昇降用電動機１５で発生した回生電力は直流回路１２から初期充電用抵抗器２１を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電される。
【００２９】
電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが上昇し、蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶI以上（ＶE≧ＶI）となり、ステップＳＴ１７で開閉器１８を閉（ＯＮ）、開閉器２２を開（ＯＦＦ）、開閉器２４を閉（ＯＮ）とすると、昇降用電動機１５で発生した回生電力は直流回路１２から開閉器１８を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電される。この状態で電気二重層キャパシタ１７が満充電となり、直流回路１２の電圧ＶDCが３８０Ｖを超える（ＶDC＞３８０Ｖ）。ステップＳＴ１３においてインバータ基本制御部３１により、制動用開閉素子１９が閉じる（ＯＮ）と、昇降用電動機１５で発生した回生電力電流は直流回路１２から制動用抵抗器２０、開閉器２４を通して流れ、該制動用抵抗器２０で消費される。
【００３０】
ステップＳＴ１２においてノー（Ｎ）で、ステップＳＴ１４において制動用開閉素子１９が開（ＯＦＦ）、ステップＳＴ１７で開閉器１８を閉（ＯＮ）、開閉器２２を開（ＯＦＦ）、開閉器２４を閉（ＯＮ）になると、昇降用電動機１５で発生した回生電力は直流回路１２から開閉器１８を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電されると共に、昇降用電動機１５の力行運転時（巻上運転時）に電気二重層キャパシタ１７に蓄電された電力が直流回路１２に供給され、インバータ１４により所定の周波数に変換されて昇降用電動機１５に供給される。即ち、電気二重層キャパシタ１７の充放電が行われる。
【００３１】
上記のように図３に示す構成の電動巻上下装置用電源装置において、制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とするための直流回路１２の電圧ＶDCは、汎用インバータ制御装置毎に決められている。この機能を電気二重層キャパシタ１７の初期充電に利用することで、汎用インバータ制御装置３０の基本構成を変更することなく、該汎用インバータ制御装置３０に制御部２３を構成する電子部品を実装した基板を搭載するだけで、本発明に係る電動巻上下装置用電源装置を低コストで提供できる。
【００３２】
なお、制動用抵抗器２０及び初期充電用抵抗器２１は全部又は一部を兼用することができる。また、上記電動巻上下装置用電源装置は、昇降用電動機１５のみを備えた電動巻上下装置を例に説明したが、昇降用電動機１５の他に、例えば東西方向に移動するための横行用電動機、南北方向に移動するための走行用電動機を備えた複数軸に移動する電動巻上下装置で、電源装置から、昇降用電動機、横行用電動機、走行用電動機等に電力を供給するようにした複数軸移動用の電動巻上下装置の電源装置として利用できる。
【００３３】
電気二重層キャパシタ１７としては、例えば、株式会社明電舎製のバイポーラ型電気二重層キャパシタを使用する。この電気二重層キャパシタは、イオン吸脱着反応で化学反応を伴わないため、応答が早く、大電流の充放電が可能で、サイクル寿命が長く、補水等のメンテナンスが不要という特徴を有する。また、比表面積の大きい活性炭を電極に用いるため、従来型コンデンサに比べて静電容量が大きいという特徴も有している。更に、電解質は重金属を含まず、回収等に規制が無く、環境に優しい電力貯蔵デバイスとされている。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の電動巻上下装置用電源装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電動巻上下装置用電源装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電動巻上下装置用電源装置の他のシステム構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示す電動巻上下装置用電源装置の動作の流れを示す図である。
【図５】図３に示す電動巻上下装置用電源装置の動作の流れを示す図である。
【００３６】
１１ 整流器
１２ 直流回路
１３ 平滑コンデンサ
１４ インバータ
１５ 昇降用電動機
１６ 交流電源
１７ 電気二重層キャパシタ
１８ 開閉器
１９ 制動用開閉素子
２０ 制動用抵抗器
２１ 初期充電用抵抗器
２２ 開閉器
２３ 制御部
２４ 開閉器
３０ 汎用インバータ制御装置
３１ インバータ（ＩＮＶ）基本制御部
３２ 操作ボックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動チェーンブロックや電動ホイスト等の電動巻上下装置用電源装置に関し、特に荷巻下時の昇降用電動機が発電する回生電力を効率良く電気二重層キャパシタに蓄電できると共に、電気二重層キャパシタの初期充電や自己放電による蓄電電圧の低下による充電を特別意識することなく通常の運転を行うだけで簡単に行うことのできる省エネルギーに好適な電動巻上下装置用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、全産業分野において省エネルギー化が強く要望されている。電動チェーンブロックや電動ホイスト等の電動巻上下装置においても、荷巻下時に昇降用電動機が発電する回生電力を蓄電器に蓄電し、荷巻上時に利用することが要望されている。
【０００３】
図１は従来のこの種の電動巻上下装置用電源装置の構成例を示す図である。図示するように、電動巻上下装置用電源装置は、整流器１０１と、平滑コンデンサ１０３を備えた直流回路１０２と、インバータ１０４を備えている。そして交流電源（ここでは３相交流電源）１０６からの交流を整流器１０１で直流に変換し、直流回路１０２からインバータ１０４に供給し、該インバータ１０４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機１０５に供給するように構成されている。
【０００４】
直流回路１０２には、開閉器１０７を介して電気二重層キャパシタ１０８が接続されている。交流電源１０６が投入された時に、制御部１０９は、キャパシタ電圧ＶEと電源電圧ＶIを比較し、両者が等しいときには、開閉器１０７の動作コイル１０７Xに作動電流を通電し、開閉器１０７を閉じる。これにより、直流回路１０２に電気二重層キャパシタ１０８が接続され、昇降用電動機１０５の回生時（巻下げ時）の回生電力はインバータ１０４で直流に変換され、該直流に変換された回生電力電流は直流回路１０２から電気二重層キャパシタ１０８に蓄電される。また、制御部１０９は直流回路１０２の電圧ＶDCを監視し、直流回路の電圧ＶDCがキャパシタ上限電圧となった場合、電気二重層キャパシタ１０８の満充電と判断し、制動抵抗用素子（トランジスタ等）１１０を閉じて、回生電力を制動用抵抗器１１１で消費し、電気二重層キャパシタ１０８の過充電を防止する。ここで電源電圧ＶIとは、交流電源（３相交流電源）１０６の電圧をＶACとした場合、ＶI＝√２×ＶACである。
【０００５】
上記電動巻上下装置用電源装置において、電気二重層キャパシタ１０８が新品（未使用）であったり、電気二重層キャパシタ１０８の自己放電などにより電圧が低下していると、運転前に初期充電を行い、電気二重層キャパシタ１０８の電圧ＶEを電源電圧ＶIと等しくしてから、開閉器１０７を閉じる必要がある。運転と同時に初期充電を開始するようにするには、運転時電流と初期充電電流の両電流に耐えられる容量の整流回路１０１を用意する必要があり、コスト低減や装置の小型化が困難になる。よって、従来装置では、初期充電では、開閉器１０７を開、且つ開閉器１１２を閉とし、直流回路１０２から初期充電用抵抗器１１３を通して、所定時間（例えば３分程度）かけて、電気二重層キャパシタ１０８の初期充電を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来の電動巻上下装置用電源装置においては、電気二重層キャパシタ１０８の初期充電を行う場合は、初期充電を意識し、初期充電用の開閉器１１２を閉じて、所定時間かけて行っているが、この初期充電作業が煩わしいという問題があった。また、従来は、電気二重層キャパシタ１０８の初期充電は、三相交流電源からの電力を用いて行なっていたので、運転準備を行なうだけで充電電力を必要とし、消費電力の削減が困難であった。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、未使用の電気二重層キャパシタを搭載したときでも、又電気二重層キャパシタが自己放電等で蓄電電圧が低くなった場合でも、それを意識することなく、電動巻上下装置を通常に運転しながら、電気二重層キャパシタの初期充電や自己放電等による電圧低下の充電を適切に行うことができる電動巻上下装置用電源装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、整流器と、直流回路と、インバータとを備え、交流電源からの交流を前記整流器で直流に変換し、直流回路を介して前記インバータに供給し、該インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給すると共に、該昇降用電動機の回生時に発生する回生電力をインバータにより直流に変換して直流回路に供給し、該回生電力により直流回路電圧が所定電圧Ｖ0に達したら、制動用開閉素子を閉じて直流回路から回生電力電流を制動用抵抗器に通電し消費するように構成した電動巻上下装置用電源装置であって、直流回路に開閉素子を介して接続した電気二重層キャパシタと、昇降用電動機の回生時に開閉素子を閉じて回生電力を直流回路から電気二重層キャパシタに蓄電し、昇降用電動機の力行運転時に電気二重層キャパシタの蓄電電力を直流回路及びインバータを介して昇降用電動機に供給する充放電制御手段と、電気二重層キャパシタの初期充電を行うための所定抵抗値を有する初期充電用抵抗器と、電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい（ＶE＜Ｖ）場合、充放電制御手段による前記電気二重層キャパシタの充放電を停止し、回生電力により直流回路電圧が前記所定電圧Ｖ0に達した場合に制動用開閉素子を閉じて該回生電力を初期充電用抵抗器を通して電気二重層キャパシタに蓄電すると共に、電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖ以上（ＶE≧Ｖ）になった場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタの充放電を再開する充放電・初期充電切替制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記電動巻上下装置用電源装置において、前記所定電圧値Ｖは、交流電源電圧をＶACとした場合、ＶはＶ＝√２×ＶACであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記電動巻上下装置用電源装置において、電動巻上下装置用電源装置は、汎用インバータ制御装置と、該汎用インバータ制御装置に制御指令信号を送る制御部とを備え、汎用インバータ制御装置は、充放電制御手段及び充放電・初期充電切替制御手段が有する機能を除く、インバータの基本的制御及び制動用開閉素子の開閉制御を行うインバータ基本制御部を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、充放電・初期充電切替制御手段を設け、該充放電・初期充電切替制御手段により、電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい（ＶE＜Ｖ）場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタの充放電を停止し、回生電力が発生しているときに制動用開閉素子を閉じて回生電力電流を直流回路から初期充電用抵抗器を通して電気二重層キャパシタに蓄電すると共に、電圧ＶEが所定電圧値Ｖ以上（ＶE≧Ｖ）の場合、充放電制御手段による電気二重層キャパシタの充放電を再開するので、電動巻上下装置用電源装置に未使用の蓄電電圧がゼロの電気二重層キャパシタを搭載した場合、或いは自己放電などにより蓄電電圧が低くなっている場合でも、電動巻上下装置用電源装置の通常の運転を通じて回生電力を使って電気二重層キャパシタを適正に充電することができ、上記のような煩わしい初期充電作業を行う必要がない。また、上記の通り電気二重層キャパシタの初期充電も回生電力のみを使って充電するようにしているので、無駄な電力消費を大幅に削減できる。
【００１２】
また、電動巻上下装置用電源装置を、インバータ基本制御部を備えた汎用インバータ制御装置と、インバータ基本制御部に制御指令信号を送る制御部を備えた構成とすることにより、汎用インバータ制御装置に何ら変更を加えることなく、該汎用インバータ制御装置に制御部を構成する電子部品を実装した基板を搭載するだけで、本発明に係る電動巻上下装置用電源装置を低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて詳細に説明する。図２は本発明に係る電動巻上下装置用電源装置のシステム構成例を示すブロック図である。図示するように、本電動巻上下装置用電源装置は、整流器１１と、平滑コンデンサ１３を備えた直流回路１２と、インバータ１４を備え、交流電源１６からの交流を整流器１１で直流に変換し、直流回路１２からインバータ１４に供給し、該インバータ１４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機１５に供給するように構成されている。直流回路１２には開閉器１８を介して電気二重層キャパシタ１７が接続されている。また、直流回路１２には所定の抵抗値を有する制動用抵抗器２０が開閉器２４と制動用開閉素子（ランジスタ等）１９の直列回路を介して接続されている。また、直流回路１２には所定の抵抗値を有する初期充電用抵抗器２１と開閉器２２と制動用開閉素子１９の直列回路を介して電気二重層キャパシタ１７が接続されている。
【００１４】
制御部２３には、電源電圧ＶI、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEの測定値、及び直流回路１２の直流電圧ＶDCの測定値が入力されるようになっている。また、制御部２３には、開閉器１８の動作コイル１８X、開閉器２２の動コイル２２X、開閉器２４の動コイル２４Xが接続されている。制御部２３は蓄電電圧ＶE、直流電圧ＶDCを監視し、下記の初期充電モード、充放電モードに設定できるようになっている。
【００１５】
〔初期充電モード〕
制御部２３は蓄電電圧ＶEを監視し、該蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さい（ＶE＜ＶI）場合、開閉器１８の動作コイル１８Xに作動電流を通電せず該開閉器１８を開（ＯＦＦ）とし、開閉器２２の動作コイル２２Xに作動電流を通電して開閉器２２を閉（ＯＮ）とし、更に開閉器２４の動作コイル２４Xへの作動電流を通電せず開閉器２４を開（ＯＦＦ）とする。
【００１６】
〔充放電モード〕
制御部２３は蓄電電圧ＶEを監視し、蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより大きい場合、開閉器１８の動作コイル１８Xへ作動電流を通電して開閉器１８を閉（ＯＮ）とし、開閉器２２の動作コイル２２Xへの作動電流を遮断して開閉器２２を開（ＯＦＦ）とし、更に開閉器２４の動作コイル２４Xへの作動電流を通電して開閉器２４を閉（ＯＮ）とする。なお、ここで電源電圧ＶIは、交流電源１６の電圧をＶACとすると、ＶI＝√２×ＶACである。
【００１７】
上記電動巻上下装置用電源装置において、蓄電電圧ＶEがゼロ、即ち、未使用（未充電）の電気二重層キャパシタ１７を搭載した場合、蓄電電圧ＶEは電源電圧ＶIより小さいから、初期充電モードとなり、制御部２３は動作コイル１８X及び動作コイル２４Xへの作動電流を遮断し、開閉器１８及び開閉器２４を開（ＯＦＦ）にし、動作コイル２２Xに作動電流を通電し、開閉器２２を閉（ＯＮ）とする。これにより、昇降用電動機１５の回生時（巻下時）に発生する回生電力はインバータ１４で直流に変換され、直流回路１２に供給される。そして直流回路１２の電圧ＶDCが電源電圧ＶIを超える（ＶDC＞ＶI）と、制御部２３は制動用開閉素子１９をＯＮとする。これにより、直流に変換された回生電力電流は直流回路１２から初期充電用抵抗器２１を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電される。
【００１８】
電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが上昇し、電源電圧ＶIを超えると充放電モードとなり、制御部２３は動作コイル１８Xに作動電流を通電して開閉器１８を閉（ＯＮ）とすると共に、動作コイル２２Xへの作動電流を遮断して開閉器２２を開（ＯＦＦ）とし、更に動作コイル２４Xへの作動電流を通電して開閉器２４を閉（ＯＮ）とする。これにより、昇降用電動機１５の回生時の回生電力はインバータ１４で直流に変換され、直流回路１２に供給されるから、該回生電力電流は開閉器１８を通って電気二重層キャパシタ１７に蓄電されると共に、昇降用電動機１５の力行運転時（巻上運転時）は、該蓄電された電流は直流回路１２を通ってインバータ１４に供給され、該インバータ１４で所定周波数の交流に変化され、昇降用電動機１５に供給される。
【００１９】
電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIを超えて所定の電圧値になったら、制御部２３は制動用開閉素子１９をＯＮにする。これにより昇降用電動機１５の回生時（巻下時）の直流に変換された回生電力電流を制動用抵抗器２０に通電させて消費し、直流回路１２の過電圧、及び電気二重層キャパシタ１７の過充電を防止している。
【００２０】
上記のように、制御部２３により、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さい（ＶE＜ＶI）場合、開閉器１８を開（ＯＦＦ）とし、昇降用電動機１５の回生時の直流に変換された回生電力電流を電気二重層キャパシタ１７に蓄電し、該蓄電した電力を昇降用電動機１５の力行運転時に供給する充放電を停止し、開閉器２２を閉（ＯＮ）とし、上記昇降用電動機１５の回生時の回生電力により直流回路１２の電圧ＶDCが所定電圧ＶOに達したら、制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とし、回生電力を直流回路１２から初期充電用抵抗器２１を通じて電気二重層キャパシタ１７に蓄電（初期充電）すると共に、蓄電電圧ＶEが所定の電源電圧ＶI以上（ＶE≧ＶI）の場合、開閉器１８を閉じて充放電を再開するので、電動巻上下装置用電源装置に未使用の蓄電電圧がゼロの電気二重層キャパシタ１７を搭載した場合、或いは自己放電で蓄電電圧が低くなっている場合でも、電動巻上下装置用電源装置の通常の運転を通して電気二重層キャパシタ１７を回生電力によって適正に充電することができる。これにより、上記のような煩わしい初期充電作業が不必要になる。更に、初期充電に回生電力のみを使用するようにしているので、消費電力の削減ができる。
【００２１】
図４は図２に示す電動巻上下装置用電源装置の制御部２３の動作の流れを示すフロー図である。ステップＳＴ１で電源投入されると、ステップＳＴ２で蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さいか（ＶI＞ＶE）を判断し、イエス（Ｙ）の場合ステップＳＴ３に移行し、ノー（Ｎ）の場合ステップＳＴ６に移行する。ステップＳＴ３では、開閉器１８を開（ＯＦＦ）、開閉器２２を閉（ＯＮ）、開閉器２４を開（ＯＦＦ）とし、ステップＳＴ４に移行する。また、ステップＳＴ６では、開閉器１８を閉（ＯＮ）、開閉器２２を開（ＯＦＦ）、開閉器２４を閉（ＯＮ）とし、ステップＳＴ４に移行する。ステップＳＴ４では直流回路１２の電圧ＶDCが所定電圧Ｖ0を超えたかを判断し、イエス（Ｙ）の場合はステップＳＴ５に移行し、ノー（Ｎ）場合はステップＳＴ７に移行する。
【００２２】
ステップＳＴ５では制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とし、昇降用電動機１５で発生しインバータ１４で直流に変換し直流回路に供給される回生電力を、ステップＳＴ３にて開閉器２２を閉（ＯＮ）かつ開閉器２４を開（ＯＦＦ）としている場合には初期充電用抵抗器２１を通して電気二重層キャパシタに蓄電し、ステップＳＴ６にて開閉器２２を開（ＯＦＦ）かつ開閉器２４を閉（ＯＮ）としている場合には制動用抵抗器２０に通電し回生電力を消費する。ステップＳＴ７では制動用開閉素子１９を開（ＯＦＦ）として、開閉器２２及び開閉器２４の閉（ＯＮ）開（ＯＦＦ）いずれの場合も直流回路から制動用抵抗器２０及び初期充電用抵抗器２１への通電は遮断される。このように、図２に示す電動巻上下装置用電源装置では、開閉器１８、開閉器２２、開閉器２４、及び制動用開閉素子１９の開閉制御を全て制御部２３で行う。
【００２３】
電源電圧ＶIは、常時交流電源電圧ＶACを測定して前記電源電圧ＶIを算出することが望ましいが、予め定められた電源電圧ＶIを用いるようにしても良い。常時交流電源電圧ＶACを測定し電源電圧ＶIを算出すれば、初期充電モードから充放電モードに切り替える際に、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEと直流回路１２の電圧ＶDCとの差がなく、開閉器１８の接点負荷を減じることが出来る。また、電源電圧ＶIの値に規定値を用いるようにすると、装置を簡略化できコスト低減や小型化に効果がある。また、制動用開閉素子１９は、回生電力が発生しているかどうかを直流回路１２の電圧ＶDCを監視することで判断している。直流回路１２の電圧ＶDCが交流電源電圧ＶACの√２倍を超えたら回生電力が発生していると見なすことができるが、予め定めた交流電源電圧の許容範囲の１割増とすることが現実的である。例えば、ＡＣ２４０Ｖまでを交流電源電圧として許容している装置である場合、制動用開閉素子１９を閉じる直流回路１２の電圧Ｖ0は、１．１×√２×２４０＝３７３Ｖ以上と決められる。この値は、交流電源事情や、制御する昇降用電動機１５、電気二重層キャパシタ１７、その他制御素子の仕様により、適宜決定される。電気二重層キャパシタ１７の蓄電量を多くするには、電圧Ｖ0と電源電圧ＶIの差を大きくすることが望ましい。
【００２４】
図３は本発明に係る電動巻上下装置用電源装置の他のシステム構成例を示すブロック図である。本電動巻上下装置用電源装置が図２に示す電動巻上下装置用電源装置と相違する点は、本電動巻上下装置用電源装置では、インバータ（ＩＮＶ）基本制御部３１を備えた汎用インバータ制御装置３０を使用し、該汎用インバータ制御装置３０を制御部２３で制御する構成を採用している。汎用インバータ制御装置３０のインバータ基本制御部３１に図２の制御部２３が接続され、該制御部２３に巻上巻下を指示する押釦スイッチ３２ａ、３２ｂを備えた操作ボックス３２が接続されている。
【００２５】
制御部２３には、図２と同様、開閉器１８の作動コイル１８X、開閉器２２の作動コイル２２X、開閉器２４の作動コイル２４Xが接続され、開閉器１８、開閉器２２、開閉器２４の開閉制御は該制御部２３で行うようになっている。また、インバータ１４の基本制御、制動用開閉素子１９の開閉制御はインバータ基本制御部３１で行うようになっている。図５は本電動巻上下装置用電源装置の制御部２３及びインバータ基本制御部３１の動作の流れを示す図である。以下、図５に基いて動作を説明する。
【００２６】
先ず、ステップＳＴ１１において、電源スイッチ（図示せず）を操作し、電源を投入する。続いてステップＳＴ１２においては、直流回路１２の電圧ＶDCが３８０Ｖを超えたかを判断し、ステップＳＴ１５においては、電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さいかを判断する。ステップＳＴ１２において、イエス（Ｙ）の場合はステップＳＴ１３に移行し、ノー（Ｎ）であればステップＳＴ１４に移行する。また、ステップＳＴ１５において、イエス（Ｙ）の場合はステップＳＴ１６に移行し、ノー（Ｎ）であればステップＳＴ１７に移行する。
【００２７】
ステップＳＴ１３ではインバータ基本制御部３１は制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とし、ステップＳＴ１４ではインバータ基本制御部３１は制動用開閉素子１９を開（ＯＦＦ）とする。また、ステップＳＴ１６では制御部２３は作動コイル１８Xへの作動電流の通電を遮断して開閉器１８を開（ＯＦＦ）、作動コイル２２Xへ作動電流を通電して開閉器２２を閉（ＯＮ）、作動コイル２４Xへの作動電流の通電を遮断して開閉器２４を開（ＯＦＦ）とする。また、ステップＳＴ１７では制御部２３は作動コイル１８Xへ作動電流を通電して開閉器１８を閉（ＯＮ）、作動コイル２２Xへの作動電流の通電を遮断して開閉器２２を開（ＯＦＦ）、作動コイル２４Xへ作動電流を通電して開閉器２４を開（ＯＮ）とする。上記ステップＳＴ１２、ＳＴ１３、ＳＴ１４はインバータ基本制御部３１の処理であり、ステップＳＴ１５、ＳＴ１６、ＳＴ１７は制御部２３の処理である。
【００２８】
電源投入があって、ステップＳＴ１５で電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶIより小さく、ステップＳＴ１６で制御部２３により開閉器１８を開（ＯＦＦ）、開閉器２２を閉（ＯＮ）、開閉器２４を開（ＯＦＦ）とした状態で、ステップＳＴ１２で直流回路１２の電圧ＶDCが３８０Ｖより大きく（＞３８０Ｖ）なり、ステップＳＴ１３において、インバータ基本制御部３１が制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とすると、昇降用電動機１５で発生した回生電力は直流回路１２から初期充電用抵抗器２１を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電される。
【００２９】
電気二重層キャパシタ１７の蓄電電圧ＶEが上昇し、蓄電電圧ＶEが電源電圧ＶI以上（ＶE≧ＶI）となり、ステップＳＴ１７で開閉器１８を閉（ＯＮ）、開閉器２２を開（ＯＦＦ）、開閉器２４を閉（ＯＮ）とすると、昇降用電動機１５で発生した回生電力は直流回路１２から開閉器１８を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電される。この状態で電気二重層キャパシタ１７が満充電となり、直流回路１２の電圧ＶDCが３８０Ｖを超える（ＶDC＞３８０Ｖ）。ステップＳＴ１３においてインバータ基本制御部３１により、制動用開閉素子１９が閉じる（ＯＮ）と、昇降用電動機１５で発生した回生電力電流は直流回路１２から制動用抵抗器２０、開閉器２４を通して流れ、該制動用抵抗器２０で消費される。
【００３０】
ステップＳＴ１２においてノー（Ｎ）で、ステップＳＴ１４において制動用開閉素子１９が開（ＯＦＦ）、ステップＳＴ１７で開閉器１８を閉（ＯＮ）、開閉器２２を開（ＯＦＦ）、開閉器２４を閉（ＯＮ）になると、昇降用電動機１５で発生した回生電力は直流回路１２から開閉器１８を通して電気二重層キャパシタ１７に蓄電されると共に、昇降用電動機１５の力行運転時（巻上運転時）に電気二重層キャパシタ１７に蓄電された電力が直流回路１２に供給され、インバータ１４により所定の周波数に変換されて昇降用電動機１５に供給される。即ち、電気二重層キャパシタ１７の充放電が行われる。
【００３１】
上記のように図３に示す構成の電動巻上下装置用電源装置において、制動用開閉素子１９を閉（ＯＮ）とするための直流回路１２の電圧ＶDCは、汎用インバータ制御装置毎に決められている。この機能を電気二重層キャパシタ１７の初期充電に利用することで、汎用インバータ制御装置３０の基本構成を変更することなく、該汎用インバータ制御装置３０に制御部２３を構成する電子部品を実装した基板を搭載するだけで、本発明に係る電動巻上下装置用電源装置を低コストで提供できる。
【００３２】
なお、制動用抵抗器２０及び初期充電用抵抗器２１は全部又は一部を兼用することができる。また、上記電動巻上下装置用電源装置は、昇降用電動機１５のみを備えた電動巻上下装置を例に説明したが、昇降用電動機１５の他に、例えば東西方向に移動するための横行用電動機、南北方向に移動するための走行用電動機を備えた複数軸に移動する電動巻上下装置で、電源装置から、昇降用電動機、横行用電動機、走行用電動機等に電力を供給するようにした複数軸移動用の電動巻上下装置の電源装置として利用できる。
【００３３】
電気二重層キャパシタ１７としては、例えば、株式会社明電舎製のバイポーラ型電気二重層キャパシタを使用する。この電気二重層キャパシタは、イオン吸脱着反応で化学反応を伴わないため、応答が早く、大電流の充放電が可能で、サイクル寿命が長く、補水等のメンテナンスが不要という特徴を有する。また、比表面積の大きい活性炭を電極に用いるため、従来型コンデンサに比べて静電容量が大きいという特徴も有している。更に、電解質は重金属を含まず、回収等に規制が無く、環境に優しい電力貯蔵デバイスとされている。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の電動巻上下装置用電源装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電動巻上下装置用電源装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電動巻上下装置用電源装置の他のシステム構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示す電動巻上下装置用電源装置の動作の流れを示す図である。
【図５】図３に示す電動巻上下装置用電源装置の動作の流れを示す図である。
【００３６】
１１ 整流器
１２ 直流回路
１３ 平滑コンデンサ
１４ インバータ
１５ 昇降用電動機
１６ 交流電源
１７ 電気二重層キャパシタ
１８ 開閉器
１９ 制動用開閉素子
２０ 制動用抵抗器
２１ 初期充電用抵抗器
２２ 開閉器
２３ 制御部
２４ 開閉器
３０ 汎用インバータ制御装置
３１ インバータ（ＩＮＶ）基本制御部
３２ 操作ボックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流器と、直流回路と、インバータとを備え、交流電源からの交流を前記整流器で直流に変換し、前記直流回路を介して前記インバータに供給し、該インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給すると共に、該昇降用電動機の回生時に発生する回生電力を前記インバータにより直流に変換して前記直流回路に供給し、該回生電力により前記直流回路電圧が所定電圧Ｖ0に達したら、制動用開閉素子を閉じて前記直流回路から前記回生電力電流を制動用抵抗器に通電し消費するように構成した電動巻上下装置用電源装置であって、
前記直流回路に開閉素子を介して接続した電気二重層キャパシタと、
前記昇降用電動機の回生時に前記開閉素子を閉じて前記回生電力を前記直流回路から前記電気二重層キャパシタに蓄電し、前記昇降用電動機の力行運転時に前記電気二重層キャパシタの蓄電電力を前記直流回路及び前記インバータを介して前記昇降用電動機に供給する充放電制御手段と、
前記電気二重層キャパシタの初期充電を行うための所定抵抗値を有する初期充電用抵抗器と、
前記電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい（ＶE＜Ｖ）場合、前記充放電制御手段による前記電気二重層キャパシタの充放電を停止し、前記回生電力により前記直流回路電圧が前記所定電圧Ｖ0に達した場合に前記制動用開閉素子を閉じて該回生電力を前記初期充電用抵抗器を通して前記電気二重層キャパシタに蓄電すると共に、前記電気二重層キャパシタの電圧ＶEが前記所定電圧値Ｖ以上（ＶE≧Ｖ）になった場合、前記充放電制御手段による前記電気二重層キャパシタの充放電を再開する充放電・初期充電切替制御手段と、を設けたことを特徴とする電動巻上下装置用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動巻上下装置用電源装置において、
前記所定電圧値Ｖは、前記交流電源電圧をＶACとした場合、ＶはＶ＝√２×ＶACであることを特徴とする電動巻上下装置用電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動巻上下装置用電源装置において、
電動巻上下装置用電源装置は、汎用インバータ制御装置と、該汎用インバータ制御装置に制御指令信号を送る制御部とを備え、
前記汎用インバータ制御装置は、前記充放電制御手段及び前記充放電・初期充電切替制御手段が有する機能を除く、前記インバータの基本的制御及び前記制動用開閉素子の開閉制御を行うインバータ基本制御部を備えていることを特徴とする電動巻上下装置用電源装置。
【請求項１】
整流器と、直流回路と、インバータとを備え、交流電源からの交流を前記整流器で直流に変換し、前記直流回路を介して前記インバータに供給し、該インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給すると共に、該昇降用電動機の回生時に発生する回生電力を前記インバータにより直流に変換して前記直流回路に供給し、該回生電力により前記直流回路電圧が所定電圧Ｖ0に達したら、制動用開閉素子を閉じて前記直流回路から前記回生電力電流を制動用抵抗器に通電し消費するように構成した電動巻上下装置用電源装置であって、
前記直流回路に開閉素子を介して接続した電気二重層キャパシタと、
前記昇降用電動機の回生時に前記開閉素子を閉じて前記回生電力を前記直流回路から前記電気二重層キャパシタに蓄電し、前記昇降用電動機の力行運転時に前記電気二重層キャパシタの蓄電電力を前記直流回路及び前記インバータを介して前記昇降用電動機に供給する充放電制御手段と、
前記電気二重層キャパシタの初期充電を行うための所定抵抗値を有する初期充電用抵抗器と、
前記電気二重層キャパシタの電圧ＶEが所定電圧値Ｖより小さい（ＶE＜Ｖ）場合、前記充放電制御手段による前記電気二重層キャパシタの充放電を停止し、前記回生電力により前記直流回路電圧が前記所定電圧Ｖ0に達した場合に前記制動用開閉素子を閉じて該回生電力を前記初期充電用抵抗器を通して前記電気二重層キャパシタに蓄電すると共に、前記電気二重層キャパシタの電圧ＶEが前記所定電圧値Ｖ以上（ＶE≧Ｖ）になった場合、前記充放電制御手段による前記電気二重層キャパシタの充放電を再開する充放電・初期充電切替制御手段と、を設けたことを特徴とする電動巻上下装置用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動巻上下装置用電源装置において、
前記所定電圧値Ｖは、前記交流電源電圧をＶACとした場合、ＶはＶ＝√２×ＶACであることを特徴とする電動巻上下装置用電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動巻上下装置用電源装置において、
電動巻上下装置用電源装置は、汎用インバータ制御装置と、該汎用インバータ制御装置に制御指令信号を送る制御部とを備え、
前記汎用インバータ制御装置は、前記充放電制御手段及び前記充放電・初期充電切替制御手段が有する機能を除く、前記インバータの基本的制御及び前記制動用開閉素子の開閉制御を行うインバータ基本制御部を備えていることを特徴とする電動巻上下装置用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１４８２４３（Ｐ２０１０−１４８２４３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２２８６２（Ｐ２００８−３２２８６２）
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
【Ｆターム（参考）】
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