電動巻上横行装置用電源装置
【課題】部品点数を増やすことなく、電源投入後蓄電デバイスへの初期充電待ち時間なしに直に昇降・横行運転ができ、昇降用電動機、横行用電動機の回生時には発電する回生電力を蓄電デバイスに蓄電でき、力行時にはこの蓄電した力を昇降用電動機、横行用電動機に供給できる省エネルギー型の電動巻上横行装置用電源装置を提供すること。
【解決手段】交流電源１９の投入時、蓄電デバイス１８の蓄電量がゼロ又は放電により少なくなっている場合横行制動用開閉素子１７及び初期充電用抵抗器１６を介して昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１の回生電力により初期充電を行い、横行制動用開閉素子１７の満充電後は充放電用開閉接点３２を閉じて力行・回生時に蓄電デバイス１８の放電・充電を行い、更に蓄電デバイス１８が過充電になるときは昇降制動用開閉素子２７を介して回生電力電流を昇降制動用抵抗器２９に通電し、発熱消費させる。
【解決手段】交流電源１９の投入時、蓄電デバイス１８の蓄電量がゼロ又は放電により少なくなっている場合横行制動用開閉素子１７及び初期充電用抵抗器１６を介して昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１の回生電力により初期充電を行い、横行制動用開閉素子１７の満充電後は充放電用開閉接点３２を閉じて力行・回生時に蓄電デバイス１８の放電・充電を行い、更に蓄電デバイス１８が過充電になるときは昇降制動用開閉素子２７を介して回生電力電流を昇降制動用抵抗器２９に通電し、発熱消費させる。
【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横行装置用電源装置に関し、特に電源投入後、蓄電デバイスへの初期充電待ち時間なしに直に昇降運転及び横行運転でき、且つ昇降用電動機及び横行用電動機の回生時に発電する回生電力を効率よく電気二重層キャパシタやリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイスに蓄電し、力行時にこの蓄電した電力を昇降用電動機及び横行用電動機に供給することができる省エネルギー型の電動巻上横行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。天井クレーン等に用いられる電動チェーンブロックや電動ホイスト等の電動巻上横行装置用電源装置においても、荷巻下げ時に昇降用電動機が発電する回生電力のみではなく、横行時に荷振れによる短周期で発生する力行・回生時の回生電力も蓄電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横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。図示するように、電動巻上横行装置用電源装置は、横行用電源回路１１０と昇降用電源回路１２０を備えている。横行用電源回路１１０は、整流器１１１と、平滑コンデンサ１１３を備えた直流回路１１２と、横行インバータ１１４を備えている。また、昇降用電源回路１２０は、整流器１２１と、平滑コンデンサ１２３を備えた直流回路１２２と、昇降インバータ１２４を備えている。交流電源１１６は昇降用電源回路１２０の整流器１２１にのみ接続され、該整流器１２１で交流電源１１６からの交流を直流に変換し、直流電力を昇降用電源回路１２０の直流回路１２２と横行用電源回路１１０の直流回路１１２に供給するようになっている。横行用電源回路１１０の直流回路１１２から横行インバータ１１４に供給された直流電力は所定周波数の交流電力に変換され、横行用電動機Ｍ１に供給され、昇降用電源回路１２０の直流回路１２２から昇降インバータ１２４に供給された直流電力は所定周波数の交流電力に変換され、昇降用電動機Ｍ２に供給されるようになっている。
【０００４】
横行用電源回路１１０の直流回路１１２と昇降用電源回路１２０の直流回路１２２とに、共通に１台の蓄電デバイス１１７が接続され、整流器１２１で変換された直流、横行用電動機Ｍ１の回生電力を横行インバータ１１４で変換した直流、及び昇降用電動機Ｍ２の回生電力を昇降インバータ１２４で変換した直流を蓄電デバイス１１７に蓄電するようになっている。また、蓄電デバイス１１７に蓄電された直流は横行用電源回路１１０の直流回路１１２及び昇降用電源回路１２０の直流回路１２２を介して横行インバータ１１４や昇降インバータ１２４に供給され、該横行インバータ１１４や昇降インバータ１２４で交流に変換され、横行用電動機Ｍ１や昇降用電動機Ｍ２に供給するようになっている。
【０００５】
１３４、１３３はそれぞれ横行用電源回路１１０の突入電流抑制抵抗器、及び該突入電流抑制抵抗器１３４をバイパス（無効と）する開閉接点であり、１３６、１３５はそれぞれ昇降用電源回路１２０の突入電流抑制抵抗器、及び該突入電流抑制抵抗器１３６をバイパス（無効と）する開閉接点である。また、蓄電デバイス１１７は初期充電用抵抗器１３７と初期充電用開閉器接点１３８の直列回路と、充放電用開閉接点１３９との並列回路を介して横行用電源回路１１０の直流回路１１２及び昇降用電源回路１２０の直流回路１２２に接続されている。なお、整流器１１１及び横行インバータ１１４を含む横行用電源回路１１０はインバータユニットＩＮＵ１として構成されており、整流器１２１及び昇降インバータ１２４を含む昇降用電源回路１２０はインバータユニットＩＮＵ２として構成されている。インバータユニットＩＮＵ１，ＩＮＵ２の基本的ハード構成はそれぞれ汎用インバータユニットであり、市販されているものを使用することもできる。
【０００６】
上記システム構成の電動巻上横行装置用電源装置において、モータ容量としては、昇降用電動機Ｍ２に例えば定格容量３．７ｋｗ、横行用電動機Ｍ１に例えば定格容量０．４ｋｗのものを用いる。このように横行用電動機Ｍ１の定格容量が昇降用電動機Ｍ２の定格容量に比べて十分小さいことから、横行インバータ１１４の電源を昇降用電源回路１２０から横行用電源回路１１０の直流回路１１２を経由して供給するようにしても容量的に問題ない。また、電源投入時は、制御部１４１、制御部１４４の制御により開閉接点１３３、開閉接点１３５、初期充電用開閉器接点１３８、充放電用開閉接点１３９が開いている状態で交流電源１１６を投入する。これにより突入電流抑制抵抗器１３４、突入電流抑制抵抗器１３６を通して直流回路１１２、直流回路１２２に電流が供給されるから、過大な突入電流は抑制される。突入電流が終了した時点で開閉接点１３３、開閉接点１３５を閉じる。平滑コンデンサ１１３、平滑コンデンサ１２３は電源投入後約１秒で充電される。蓄電デバイス１１７の蓄電量がゼロ又は長時間蓄電されず自然放電により蓄電量が微量となった場合は初期充電用開閉器接点１３８を閉じて初期充電用抵抗器１３７を通して蓄電デバイス１１７を充電する。初期充電は約１８０秒程度で完了となる。初期充電完了となった時点で初期充電用開閉器接点１３８を開いて、充放電用開閉接点１３９を閉じる。これにより横行用電動機Ｍ１や昇降用電動機Ｍ２の力行時及び回生時に蓄電デバイス１１７の充放電が可能となる。
【０００７】
また、横行用電源回路１１０、昇降用電源回路１２０にはそれぞれ制御部１４１、制御部１４４が設けられている。制御部１４１には電圧センサ１４３により検出された直流回路１１２の直流電圧ＶＤが入力され、制御部１４４には電圧センサ１４６により検出された直流回路１２２の直流電圧ＶＤが入力されるようになっている。また、１４２は横行制動用開閉素子（トランジスタ）であり、制御部１４１は蓄電デバイス１１７の満充電で、横行用電動機Ｍ１の回生時に該横行制動用開閉素子１４２を閉じて、回生電流を制動抵抗器１４８に通電して発熱消費するようになっている。また、１４５は昇降制動用開閉素子（トランジスタ）であり、制御部１４４は蓄電デバイス１１７が満充電で、昇降用電動機Ｍ２の回生時に該昇降制動用開閉素子１４５を閉じて、回生電流を制動抵抗器１４９に通電して発熱消費するようになっている。このようにして直流回路１１２と直流回路１２２の過電圧、及び蓄電デバイス１１７の過充電を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１００３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術では、蓄電デバイス１１７に、例えば電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等を使用するが、新たな蓄電デバイス１１７が設置されたばかりで蓄電量がゼロ又は長期間の放電により蓄電量が微小になっている場合、所定の抵抗値を有する初期充電用抵抗器１３７を通して昇降用電源回路１２０の直流回路１２２の電圧を印加し所定値の電流で電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイス１１７をその蓄電電圧が所定電圧に達するまで充電（初期充電）する必要がある。そのためこの初期充電の間（例えば１８０秒）電動巻上横行装置の運転ができないという問題がある。
【００１０】
また、日々の電源投入の都度、初期充電のために交流電源１１６からの交流を整流器１２１で直流に変換した電流を使用するため、その分余分な電力を消費するという問題もある。また、初期充電用抵抗器１３７や該初期充電用抵抗器１３７を直流回路１２２と蓄電デバイス１１７の間に接続・開放するための初期充電用開閉器接点１３８、充放電用開閉接点１３９等の部品が必要となり、部品点数が増え、その分電動巻上横行装置の価格が高くなるという問題もある。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、部品点数を増やすことなく、電源投入後蓄電デバイスへの初期充電待ち時間なしに直に昇降・横行運転ができ、昇降用電動機、横行用電動機の回生時には発電する回生電力を蓄電デバイスに蓄電でき、力行時にはこの蓄電した力を昇降用電動機、横行用電動機に供給できる省エネルギー型の電動巻上横行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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、整流器と、直流回路と、昇降インバータとを備え、交流電源からの交流を整流器で直流に変換し直流回路を介して昇降インバータに供給し、該昇降インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給する昇降用電源回路と、横行インバータを備え、直流回路からの直流を横行インバータに供給し、該横行インバータで交流に変換して横行用電動機に供給する横行用電源回路と、昇降用電源回路と横行用電源回路とで共用する蓄電デバイスと、直流回路に該直流回路の電圧値に応じてＯＮ・ＯＦＦする第１制動用開閉素子を介して接続された制動用抵抗器と、直流回路に第１制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧値より低い直流回路の電圧値でＯＮする第２制動用開閉素子を介して接続され蓄電デバイスと接続する初期充電用抵抗器と、直流回路に接続され蓄電デバイスと接続する充放電用開閉素子と、を設けたことを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置にある。
【００１３】
また、本発明は、上記電動巻上横行装置用電源装置において、充放電用開閉素子は、蓄電デバイスの端子間電圧が初期充電完了した初期充電完了電圧値以上でＯＮし、整流器の出力電圧値をＶｏ、蓄電デバイスの初期充電完了電圧値をＶｓ、蓄電デバイスの許容最大電圧値をＶｍａｘ、第２制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ１、第１制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ２とした場合、下記の関係が成立することを特徴とする。
０．９５×Ｖｏ≦Ｖｓ＜Ｖｏ
Ｖｍａｘ／１．０５≦Ｖ２≦Ｖｍａｘ
Ｖｏ＜Ｖ１＜Ｖ２
【００１４】
また、本発明は、上記電動巻上横行装置用電源装置において、蓄電デバイスは電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記電動巻上横行装置用電源装置において、昇降用電源回路と横行用電源回路に、少なくとも整流器、平滑コンデンサを備えた直流回路、インバータ及び制御部を備えた汎用インバータユニットを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、昇降用電源回路と横行用電源回路とで共用する蓄電デバイスと、直流回路に該直流回路の電圧値に応じてＯＮ・ＯＦＦする第１制動用開閉素子を介して接続された制動用抵抗器と、直流回路に第１制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧値より低い直流回路の電圧値でＯＮする第２制動用開閉素子を介して接続され蓄電デバイスと接続する初期充電用抵抗器と、直流回路に接続され蓄電デバイスと接続する充放電用開閉素子と、を設けたので、交流電源を投入時、蓄電デバイスが初期充電を完了していない場合には、充放電用開閉素子をＯＦＦとするので、蓄電デバイスの蓄電量に関係なく、直ちに昇降及び横行運転を行うことができる。
【００１７】
また、蓄電デバイスへの初期充電は、横行用電動機及び昇降用電動機の回生時に発生する回生電力を用いて、第２制動用開閉素子から初期充電用抵抗器を介して蓄電デバイスに充電を行うので、初期充電のための電力を節約できる。また、第２制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧を昇降制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧よりも低く設定した構成としたので、蓄電デバイスへの蓄電によって処理することができる回生電力を超える回生電力が発生した場合には、初期充電中及び充放電運転中に係わらず第１制動用開閉素子を介して制動用抵抗器で熱エネルギーに自動的に変換処理されるので、横行用電動機や昇降用電動機が力行運転か回生運転かを判別する部品等を必要とせず、初期充電、横行・昇降の力行・回生時の放電・充電、蓄電デバイスの過充電防止をするから、必要部品点数が少なくて済み、装置のコストダウン及びコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の電動巻上横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る電動巻上横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。
【図３】充放電用開閉接点３２と昇降制動用開閉素子２７と横行制動用開閉素子１７の動作条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図２は本発明に係る電動巻上横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。図示するように、本電動巻上横行装置用電源装置は、横行用電源回路１０と昇降用電源回路２０を備えている。昇降用電源回路２０は、整流器２１と、平滑コンデンサ２３を備えた直流回路２２と、昇降インバータ２４を備え、交流電源１９からの交流（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電流）を整流器２１で直流に変換し、直流回路２２を介して昇降インバータ２４に供給し、該昇降インバータ２４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機Ｍ２に供給するように構成されている。横行用電源回路１０は、整流器１１と、平滑コンデンサ１３を具備し、昇降用電源回路２０の直流回路２２に接続された直流回路１２を備え、直流回路２２からの直流を該直流回路１２を経由して横行インバータ１４に供給し、該横行インバータ１４で交流に変換して横行用電動機Ｍ１に供給するように構成されている。
【００２０】
交流電源１９は図１の従来例と同様、昇降用電源回路２０の整流器２１のみに接続されているが、昇降用電動機Ｍ２、横行用電動機Ｍ１の定格容量は図１の場合と同様、例えば昇降用電動機Ｍ２が３．７ｋｗ、横行用電動機Ｍ１が０．４ｋｗとなっており、昇降用電動機Ｍ２の定格容量が横行用電動機Ｍ１の定格容量に対して十分大きい（通常横行用電動機Ｍ１の容量は昇降用電動機Ｍ２の１／８〜１／４）から昇降用電源回路２０から横行用電源回路１０に電力を供給するようにしても容量的に問題ない。なお、図１の場合と同様、整流器１１及び横行インバータ１４を含む横行用電源回路１０はインバータユニットＩＮＵ１として構成されており、整流器２１及び昇降インバータ２４を含む昇降用電源回路２０はインバータユニットＩＮＵ２として構成されている。インバータユニットＩＮＵ１，ＩＮＵ２のハード構成はそれぞれ汎用インバータユニットであり、市販されているものを使用することもできる。ここで、インバータユニットＩＮＵ１では整流器１１は使用していない。
【００２１】
１８は電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等で構成される蓄電デバイスであり、該蓄電デバイス１８は昇降用電源回路２０と横行用電源回路１０とで共用、即ち、充放電用開閉接点３２を介して、昇降用電源回路２０の直流回路２２と横行用電源回路１０の直流回路１２とに接続されている。また、蓄電デバイス１８は第２制動用開閉素子である横行制動用開閉素子（トランジスタ）１７と初期充電用抵抗器１６を通して直流回路１２に接続されている。インバータユニットＩＮＵ１、インバータユニットＩＮＶＵ２はそれぞれ制御部２５、制御部２６を備えている。制御部２５には電圧センサ１５で検出された直流回路１２の直流電圧ＶＤが入力され、制御部２６には電圧センサ２８で検出された直流回路２２の直流電圧ＶＤが入力されるようになっている。また、制御部２５には蓄電電圧センサ３１で検出された蓄電デバイス１８の蓄電電圧（端子間電圧）ＶＥが入力されるようになっている。３４は横行用電源回路１０の電源投入時の突入電流を抑制する突入電流抑制抵抗器、３３は該突入電流抑制抵抗器３６をバイパス（無効と）する開閉接点、３６は昇降用電源回路２０の電源投入時の突入電流を抑制する突入電流抑制抵抗器、３５は該突入電流抑制抵抗器３６をバイパス（無効と）する開閉接点である。開閉接点３３、３５はそれぞれ制御部２５、制御部２６の制御により電源投入時所定時間（例えば１秒間）開放して突入電流抑制抵抗器３４、３６を有効とし、該突入電流抑制抵抗器３４、３６を通して直流回路２２、１２に電流が供給されるようにし、過大の突入電流を抑制している。
【００２２】
ここで、交流電源１９は３相２００Ｖの商用電源である。初期充電完了電圧ＶＳは、整流器２１が出力する直流電圧ＶＯ（＝２００Ｖ×（２）１／２）の９５％（≒２７０Ｖ）に設定することが好ましい。９５％以下では、充放電用開閉接点３２をＯＮとした時にも過大な突入電流が流れ、蓄電デバイスの寿命が低下する。制御部２５は電圧センサ１５で検出した直流回路１２の直流電圧ＶＤ、蓄電電圧センサ３１で検出した蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥを監視し、図３に示すように、ＶＳ＞ＶＥでは充放電用開閉接点３２をＯＦＦとし、ＶＳ≦ＶＥでは充放電用開閉接点３２をＯＮとする。また、直流回路１２の直流電圧が、横行・昇降用電動機の回生運転によって所定の電圧値（ここでは３７０Ｖ）に達したら横行制動用開閉素子（トランジスタ）１７をＯＮとし直流回路１２と蓄電デバイス１８を初期充電用抵抗器１６を介して接続する。更に、直流回路１２の直流電圧ＶＤが所定電圧値（ここでは３８０Ｖ）に達したら第１制動用開閉素子である昇降制動用開閉素子（トランジスタ）２７をＯＮとし、昇降制動用抵抗器２９を直流回路２２に接続する。なお、初期充電が完了し充放電用開閉接点３２をＯＦＦからＯＮに切り換えるときに直流回路電圧が高すぎる場合には、直流回路電圧が蓄電デバイスの端子間電圧まで下がるのを待ってＯＮすることが好ましい。
【００２３】
上記電動巻上横行装置用電源装置において、予め制御部２５を介して横行制動用開閉素子１７のＯＮする直流回路１２の直流電圧Ｖ１（３７０Ｖ）を昇降制動用開閉素子２７のＯＮする直流回路２２の直流電圧Ｖ２（３８０Ｖ）より低く（Ｖ１＜Ｖ２）設定する。３相２００Ｖの交流電源１９が投入されたら、制御部２５は蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥと初期充電完了電圧ＶＳを比較し、上記のようにＶＳ＞ＶＥでは、充放電用開閉接点３２をＯＦＦとする。続いて操作ボックス（図示せず）の巻上、巻下、及び右横行、左横行の押釦スイッチを操作することにより、電動巻上横行装置の昇降運転及び横行運転を行う。荷巻上の力行時は直流回路２２から直流が昇降インバータ２４に供給され、該昇降インバータ２４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機Ｍ２に供給することにより、荷巻上が行われる。荷巻下の回生時は昇降用電動機Ｍ２が発電する回生交流電力を昇降インバータ２４により直流変換し直流回路２２に供給する。横行運転の力行時は直流回路１２から直流が横行インバータ１４に供給され、該横行インバータ１４で所定周波数の交流に変換して横行用電動機Ｍ１に供給し、回生（減速）運転時には、横行用電動機Ｍ１が発電する回生電力は横行インバータ１４により直流変換し直流回路１２に供給する。昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１の回生電力により、直流回路１２及び直流回路２２の直流電圧は同時に昇圧する。
【００２４】
制御部２５は直流回路１２の直流電圧ＶＤを監視し、該直流電圧ＶＤが横行制動用開閉素子１７をＯＮする直流電圧Ｖ１（ここでは３７０Ｖ）以上になったら、該横行制動用開閉素子１７をＯＮとし、直流回路１２からの直流電流を初期充電用抵抗器１６を通して蓄電デバイス１８に供給し、蓄電する。この初期充電用抵抗器１６は蓄電デバイス１８の初期充電に適する電流値以上の電流が流れないように抵抗値に設定されている。初期充電に適した電流値以上の回生電流（電力）が発生し、直流回路２２（＝直流回路１２）の直流電圧が昇降制動用開閉素子２７をＯＮとする直流電圧値Ｖ２（ここでは３８０Ｖ）以上になったら、昇降制動用開閉素子２７をＯＮとし、昇降制動用抵抗器２９に通電し発熱消費させ、直流回路１２、直流回路２２の過電圧を防止し、巻下げ又は横行運転を継続することができる。
【００２５】
蓄電デバイス１８の回生電力による蓄電が進み、蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥが初期充電完了電圧ＶＳに到達した後に充放電用開閉接点３２をＯＮし、蓄電デバイス１８を直流回路１１及び直流回路２２と接続し、以後、昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１の力行・回生運転に伴い効率的に充放電が繰り返される。
【００２６】
なお、三相２００Ｖの商用電源が投入された時、蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥが初期充電完了電圧ＶＳ以上だったときには、制御部２５は充放電用開閉接点３２をＯＮとする。三相２００Ｖ商用電源又は蓄電デバイス１８からの電力は、突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６を通って直流回路１２、直流回路２２へ供給される。突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６は汎用のインバータユニットに標準的に装備されており、電源投入時から約１秒間は突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６を有効とし、約１秒経過したら開閉接点３３、３５をＯＮとして突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６をバイパスして無効とする。
【００２７】
上記のように充放電用開閉接点３２がＯＮ状態で昇降及び横行運転を行うと、力行時には蓄電デバイス１８に蓄電されている直流電力が直流回路２２の突入電流抑制抵抗器３６又は開閉接点３５、及び直流回路１２の突入電流抑制抵抗器３４又は開閉接点３３を通って、昇降インバータ２４及び横行インバータ１４に供給され、該昇降インバータ２４及び横行インバータ１４でそれぞれ所定周波数の交流に変換され、昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１に供給される。回生時には昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１で発電された交流回生電力はそれぞれ昇降インバータ２４及び横行インバータ１４により直流に変換され直流回路２２及び直流回路１２に供給され、該直流回路２２の突入電流抑制抵抗器３６又は開閉接点３５、及び直流回路１２の突入電流抑制抵抗器３４又は開閉接点３３を通って、蓄電デバイス１８に供給され蓄電される。
【００２８】
直流回路１２（＝直流回路２２）の電圧ＶＤが上昇し、昇降制動用開閉素子２７をＯＮする電圧Ｖ２（ここでは３８０（Ｖ））以上になったら上記のように昇降制動用開閉素子２７がＯＮとなり、直流回路２２及び直流回路１２から昇降制動用抵抗器２９に電流が通電され発熱消費される。これにより、蓄電デバイス１８が満充電になった後の回生電流を昇降制動用抵抗器２９に通電し、発熱消費するから、直流回路１２（＝直流回路２２）の過電圧、電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイス１８の過充電を防止できる。
【００２９】
上記のように昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１を備えた電動巻上横行装置では、通常横行用電動機Ｍ１の容量は昇降用電動機Ｍ２の容量の１／８〜１／４に設定されており、横行用電動機Ｍ１の制動抵抗器である初期充電用抵抗器１６の容量も昇降制動用抵抗器２９の１／８〜１／４である。蓄電デバイス１８への初期充電には、巻上制動用開閉素子２７より容量の小さい横行制動用開閉素子１７を用いて（ＯＮすることによって）、初期充電用抵抗器１６を介して充電を行うようにし、蓄電デバイス１８への蓄電によって消費しきれない回生電力は昇行制動用開閉素子２７を介して横行電動機Ｍ１と昇降電動機Ｍ２の回生電力を発熱消費可能な容量の昇降制動用抵抗器２９に通電させ発熱消費させるから蓄電デバイス１８の過充電、及び直流回路１２、直流回路２２の過電圧を防止することができる。また、横行用のインバータユニットＩＮＵ１の制御部２５に、蓄電デバイス１８を接続するための上記制御機能を備え、昇降用のインバータユニットＩＮＵ２は、横行用のインバータユニットＩＮＵ１の直流回路１２と並列接続するだけで、特別に蓄電デバイス１８を接続するための改良を必要としないので、装置が簡単でコストダウンが可能となる。
【００３０】
また、交流電源１９の投入後、別途設けた初期充電手段により蓄電デバイス１８の初期充電を行うことなく、直ちに電動巻上横行装置の昇降及び横行運転を行うことができる。また、蓄電デバイス１８の初期充電も直流回路１２の直流電圧ＶＤが所定値以上となると横行用制動開閉素子１７がＯＮとなり、初期充電用抵抗器１６を通して直流回路１２からの電流で行うことができるので、電力利用の無駄がない。
【００３１】
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。蓄電デバイス１８として、上記例では電気二重層キャパシタやリチュウムイオンキャパシタを使用できるが、これに限定されるものではなく、充放電特性のよいリチュウムイオン電池等も利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、電気二重層キャパシタやリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイスを搭載し、昇降用電動機及び横行用電動機の回生時の回生電力を蓄電デバイスに蓄電し、昇降用電動機及び横行用電動機の力行時に、蓄電デバイスに蓄電した電力を昇降用電動機及び横行電動機に供給するようにした電動巻上横行装置用電源装置において、昇降用電源回路及び横行用電源回路に整流器及びインバータを備えた市販されている汎用のインバータユニットを用いて、部品点数を増やすことなく、蓄電デバイスの初期充電の待ち時間がなく、電源投入後直ちに運転を実行でき、電動巻上横行装置用電源装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 横行用電源回路
１１ 整流器
１２ 直流回路
１３ 平滑コンデンサ
１４ 横行インバータ
１５ 電圧センサ
１６ 初期充電用抵抗器
１７ 横行制動用開閉素子
１８ 蓄電デバイス
１９ 交流電源
２０ 昇降用電源回路
２１ 整流器
２２ 直流回路
２３ 平滑コンデンサ
２４ 昇降インバータ
２５，２６ 制御部
２７ 昇降制動用開閉素子
２８ 電圧センサ
２９ 昇降制動用抵抗器
３１ 蓄電電圧センサ
３２ 充放電用開閉接点
３３ 開閉接点
３４ 突入電流抑制抵抗器
３５ 開閉接点
３６ 突入電流抑制抵抗器
Ｍ１ 横行用電動機
Ｍ２ 昇降用電動機
ＩＮＵ１ インバータユニット
ＩＮＵ２ インバータユニット
【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横行装置用電源装置に関し、特に電源投入後、蓄電デバイスへの初期充電待ち時間なしに直に昇降運転及び横行運転でき、且つ昇降用電動機及び横行用電動機の回生時に発電する回生電力を効率よく電気二重層キャパシタやリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイスに蓄電し、力行時にこの蓄電した電力を昇降用電動機及び横行用電動機に供給することができる省エネルギー型の電動巻上横行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。天井クレーン等に用いられる電動チェーンブロックや電動ホイスト等の電動巻上横行装置用電源装置においても、荷巻下げ時に昇降用電動機が発電する回生電力のみではなく、横行時に荷振れによる短周期で発生する力行・回生時の回生電力も蓄電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横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。図示するように、電動巻上横行装置用電源装置は、横行用電源回路１１０と昇降用電源回路１２０を備えている。横行用電源回路１１０は、整流器１１１と、平滑コンデンサ１１３を備えた直流回路１１２と、横行インバータ１１４を備えている。また、昇降用電源回路１２０は、整流器１２１と、平滑コンデンサ１２３を備えた直流回路１２２と、昇降インバータ１２４を備えている。交流電源１１６は昇降用電源回路１２０の整流器１２１にのみ接続され、該整流器１２１で交流電源１１６からの交流を直流に変換し、直流電力を昇降用電源回路１２０の直流回路１２２と横行用電源回路１１０の直流回路１１２に供給するようになっている。横行用電源回路１１０の直流回路１１２から横行インバータ１１４に供給された直流電力は所定周波数の交流電力に変換され、横行用電動機Ｍ１に供給され、昇降用電源回路１２０の直流回路１２２から昇降インバータ１２４に供給された直流電力は所定周波数の交流電力に変換され、昇降用電動機Ｍ２に供給されるようになっている。
【０００４】
横行用電源回路１１０の直流回路１１２と昇降用電源回路１２０の直流回路１２２とに、共通に１台の蓄電デバイス１１７が接続され、整流器１２１で変換された直流、横行用電動機Ｍ１の回生電力を横行インバータ１１４で変換した直流、及び昇降用電動機Ｍ２の回生電力を昇降インバータ１２４で変換した直流を蓄電デバイス１１７に蓄電するようになっている。また、蓄電デバイス１１７に蓄電された直流は横行用電源回路１１０の直流回路１１２及び昇降用電源回路１２０の直流回路１２２を介して横行インバータ１１４や昇降インバータ１２４に供給され、該横行インバータ１１４や昇降インバータ１２４で交流に変換され、横行用電動機Ｍ１や昇降用電動機Ｍ２に供給するようになっている。
【０００５】
１３４、１３３はそれぞれ横行用電源回路１１０の突入電流抑制抵抗器、及び該突入電流抑制抵抗器１３４をバイパス（無効と）する開閉接点であり、１３６、１３５はそれぞれ昇降用電源回路１２０の突入電流抑制抵抗器、及び該突入電流抑制抵抗器１３６をバイパス（無効と）する開閉接点である。また、蓄電デバイス１１７は初期充電用抵抗器１３７と初期充電用開閉器接点１３８の直列回路と、充放電用開閉接点１３９との並列回路を介して横行用電源回路１１０の直流回路１１２及び昇降用電源回路１２０の直流回路１２２に接続されている。なお、整流器１１１及び横行インバータ１１４を含む横行用電源回路１１０はインバータユニットＩＮＵ１として構成されており、整流器１２１及び昇降インバータ１２４を含む昇降用電源回路１２０はインバータユニットＩＮＵ２として構成されている。インバータユニットＩＮＵ１，ＩＮＵ２の基本的ハード構成はそれぞれ汎用インバータユニットであり、市販されているものを使用することもできる。
【０００６】
上記システム構成の電動巻上横行装置用電源装置において、モータ容量としては、昇降用電動機Ｍ２に例えば定格容量３．７ｋｗ、横行用電動機Ｍ１に例えば定格容量０．４ｋｗのものを用いる。このように横行用電動機Ｍ１の定格容量が昇降用電動機Ｍ２の定格容量に比べて十分小さいことから、横行インバータ１１４の電源を昇降用電源回路１２０から横行用電源回路１１０の直流回路１１２を経由して供給するようにしても容量的に問題ない。また、電源投入時は、制御部１４１、制御部１４４の制御により開閉接点１３３、開閉接点１３５、初期充電用開閉器接点１３８、充放電用開閉接点１３９が開いている状態で交流電源１１６を投入する。これにより突入電流抑制抵抗器１３４、突入電流抑制抵抗器１３６を通して直流回路１１２、直流回路１２２に電流が供給されるから、過大な突入電流は抑制される。突入電流が終了した時点で開閉接点１３３、開閉接点１３５を閉じる。平滑コンデンサ１１３、平滑コンデンサ１２３は電源投入後約１秒で充電される。蓄電デバイス１１７の蓄電量がゼロ又は長時間蓄電されず自然放電により蓄電量が微量となった場合は初期充電用開閉器接点１３８を閉じて初期充電用抵抗器１３７を通して蓄電デバイス１１７を充電する。初期充電は約１８０秒程度で完了となる。初期充電完了となった時点で初期充電用開閉器接点１３８を開いて、充放電用開閉接点１３９を閉じる。これにより横行用電動機Ｍ１や昇降用電動機Ｍ２の力行時及び回生時に蓄電デバイス１１７の充放電が可能となる。
【０００７】
また、横行用電源回路１１０、昇降用電源回路１２０にはそれぞれ制御部１４１、制御部１４４が設けられている。制御部１４１には電圧センサ１４３により検出された直流回路１１２の直流電圧ＶＤが入力され、制御部１４４には電圧センサ１４６により検出された直流回路１２２の直流電圧ＶＤが入力されるようになっている。また、１４２は横行制動用開閉素子（トランジスタ）であり、制御部１４１は蓄電デバイス１１７の満充電で、横行用電動機Ｍ１の回生時に該横行制動用開閉素子１４２を閉じて、回生電流を制動抵抗器１４８に通電して発熱消費するようになっている。また、１４５は昇降制動用開閉素子（トランジスタ）であり、制御部１４４は蓄電デバイス１１７が満充電で、昇降用電動機Ｍ２の回生時に該昇降制動用開閉素子１４５を閉じて、回生電流を制動抵抗器１４９に通電して発熱消費するようになっている。このようにして直流回路１１２と直流回路１２２の過電圧、及び蓄電デバイス１１７の過充電を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１００３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術では、蓄電デバイス１１７に、例えば電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等を使用するが、新たな蓄電デバイス１１７が設置されたばかりで蓄電量がゼロ又は長期間の放電により蓄電量が微小になっている場合、所定の抵抗値を有する初期充電用抵抗器１３７を通して昇降用電源回路１２０の直流回路１２２の電圧を印加し所定値の電流で電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイス１１７をその蓄電電圧が所定電圧に達するまで充電（初期充電）する必要がある。そのためこの初期充電の間（例えば１８０秒）電動巻上横行装置の運転ができないという問題がある。
【００１０】
また、日々の電源投入の都度、初期充電のために交流電源１１６からの交流を整流器１２１で直流に変換した電流を使用するため、その分余分な電力を消費するという問題もある。また、初期充電用抵抗器１３７や該初期充電用抵抗器１３７を直流回路１２２と蓄電デバイス１１７の間に接続・開放するための初期充電用開閉器接点１３８、充放電用開閉接点１３９等の部品が必要となり、部品点数が増え、その分電動巻上横行装置の価格が高くなるという問題もある。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、部品点数を増やすことなく、電源投入後蓄電デバイスへの初期充電待ち時間なしに直に昇降・横行運転ができ、昇降用電動機、横行用電動機の回生時には発電する回生電力を蓄電デバイスに蓄電でき、力行時にはこの蓄電した力を昇降用電動機、横行用電動機に供給できる省エネルギー型の電動巻上横行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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、整流器と、直流回路と、昇降インバータとを備え、交流電源からの交流を整流器で直流に変換し直流回路を介して昇降インバータに供給し、該昇降インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給する昇降用電源回路と、横行インバータを備え、直流回路からの直流を横行インバータに供給し、該横行インバータで交流に変換して横行用電動機に供給する横行用電源回路と、昇降用電源回路と横行用電源回路とで共用する蓄電デバイスと、直流回路に該直流回路の電圧値に応じてＯＮ・ＯＦＦする第１制動用開閉素子を介して接続された制動用抵抗器と、直流回路に第１制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧値より低い直流回路の電圧値でＯＮする第２制動用開閉素子を介して接続され蓄電デバイスと接続する初期充電用抵抗器と、直流回路に接続され蓄電デバイスと接続する充放電用開閉素子と、を設けたことを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置にある。
【００１３】
また、本発明は、上記電動巻上横行装置用電源装置において、充放電用開閉素子は、蓄電デバイスの端子間電圧が初期充電完了した初期充電完了電圧値以上でＯＮし、整流器の出力電圧値をＶｏ、蓄電デバイスの初期充電完了電圧値をＶｓ、蓄電デバイスの許容最大電圧値をＶｍａｘ、第２制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ１、第１制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ２とした場合、下記の関係が成立することを特徴とする。
０．９５×Ｖｏ≦Ｖｓ＜Ｖｏ
Ｖｍａｘ／１．０５≦Ｖ２≦Ｖｍａｘ
Ｖｏ＜Ｖ１＜Ｖ２
【００１４】
また、本発明は、上記電動巻上横行装置用電源装置において、蓄電デバイスは電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記電動巻上横行装置用電源装置において、昇降用電源回路と横行用電源回路に、少なくとも整流器、平滑コンデンサを備えた直流回路、インバータ及び制御部を備えた汎用インバータユニットを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、昇降用電源回路と横行用電源回路とで共用する蓄電デバイスと、直流回路に該直流回路の電圧値に応じてＯＮ・ＯＦＦする第１制動用開閉素子を介して接続された制動用抵抗器と、直流回路に第１制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧値より低い直流回路の電圧値でＯＮする第２制動用開閉素子を介して接続され蓄電デバイスと接続する初期充電用抵抗器と、直流回路に接続され蓄電デバイスと接続する充放電用開閉素子と、を設けたので、交流電源を投入時、蓄電デバイスが初期充電を完了していない場合には、充放電用開閉素子をＯＦＦとするので、蓄電デバイスの蓄電量に関係なく、直ちに昇降及び横行運転を行うことができる。
【００１７】
また、蓄電デバイスへの初期充電は、横行用電動機及び昇降用電動機の回生時に発生する回生電力を用いて、第２制動用開閉素子から初期充電用抵抗器を介して蓄電デバイスに充電を行うので、初期充電のための電力を節約できる。また、第２制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧を昇降制動用開閉素子がＯＮする直流回路の電圧よりも低く設定した構成としたので、蓄電デバイスへの蓄電によって処理することができる回生電力を超える回生電力が発生した場合には、初期充電中及び充放電運転中に係わらず第１制動用開閉素子を介して制動用抵抗器で熱エネルギーに自動的に変換処理されるので、横行用電動機や昇降用電動機が力行運転か回生運転かを判別する部品等を必要とせず、初期充電、横行・昇降の力行・回生時の放電・充電、蓄電デバイスの過充電防止をするから、必要部品点数が少なくて済み、装置のコストダウン及びコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の電動巻上横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る電動巻上横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。
【図３】充放電用開閉接点３２と昇降制動用開閉素子２７と横行制動用開閉素子１７の動作条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図２は本発明に係る電動巻上横行装置用電源装置のシステム構成例を示す図である。図示するように、本電動巻上横行装置用電源装置は、横行用電源回路１０と昇降用電源回路２０を備えている。昇降用電源回路２０は、整流器２１と、平滑コンデンサ２３を備えた直流回路２２と、昇降インバータ２４を備え、交流電源１９からの交流（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電流）を整流器２１で直流に変換し、直流回路２２を介して昇降インバータ２４に供給し、該昇降インバータ２４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機Ｍ２に供給するように構成されている。横行用電源回路１０は、整流器１１と、平滑コンデンサ１３を具備し、昇降用電源回路２０の直流回路２２に接続された直流回路１２を備え、直流回路２２からの直流を該直流回路１２を経由して横行インバータ１４に供給し、該横行インバータ１４で交流に変換して横行用電動機Ｍ１に供給するように構成されている。
【００２０】
交流電源１９は図１の従来例と同様、昇降用電源回路２０の整流器２１のみに接続されているが、昇降用電動機Ｍ２、横行用電動機Ｍ１の定格容量は図１の場合と同様、例えば昇降用電動機Ｍ２が３．７ｋｗ、横行用電動機Ｍ１が０．４ｋｗとなっており、昇降用電動機Ｍ２の定格容量が横行用電動機Ｍ１の定格容量に対して十分大きい（通常横行用電動機Ｍ１の容量は昇降用電動機Ｍ２の１／８〜１／４）から昇降用電源回路２０から横行用電源回路１０に電力を供給するようにしても容量的に問題ない。なお、図１の場合と同様、整流器１１及び横行インバータ１４を含む横行用電源回路１０はインバータユニットＩＮＵ１として構成されており、整流器２１及び昇降インバータ２４を含む昇降用電源回路２０はインバータユニットＩＮＵ２として構成されている。インバータユニットＩＮＵ１，ＩＮＵ２のハード構成はそれぞれ汎用インバータユニットであり、市販されているものを使用することもできる。ここで、インバータユニットＩＮＵ１では整流器１１は使用していない。
【００２１】
１８は電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等で構成される蓄電デバイスであり、該蓄電デバイス１８は昇降用電源回路２０と横行用電源回路１０とで共用、即ち、充放電用開閉接点３２を介して、昇降用電源回路２０の直流回路２２と横行用電源回路１０の直流回路１２とに接続されている。また、蓄電デバイス１８は第２制動用開閉素子である横行制動用開閉素子（トランジスタ）１７と初期充電用抵抗器１６を通して直流回路１２に接続されている。インバータユニットＩＮＵ１、インバータユニットＩＮＶＵ２はそれぞれ制御部２５、制御部２６を備えている。制御部２５には電圧センサ１５で検出された直流回路１２の直流電圧ＶＤが入力され、制御部２６には電圧センサ２８で検出された直流回路２２の直流電圧ＶＤが入力されるようになっている。また、制御部２５には蓄電電圧センサ３１で検出された蓄電デバイス１８の蓄電電圧（端子間電圧）ＶＥが入力されるようになっている。３４は横行用電源回路１０の電源投入時の突入電流を抑制する突入電流抑制抵抗器、３３は該突入電流抑制抵抗器３６をバイパス（無効と）する開閉接点、３６は昇降用電源回路２０の電源投入時の突入電流を抑制する突入電流抑制抵抗器、３５は該突入電流抑制抵抗器３６をバイパス（無効と）する開閉接点である。開閉接点３３、３５はそれぞれ制御部２５、制御部２６の制御により電源投入時所定時間（例えば１秒間）開放して突入電流抑制抵抗器３４、３６を有効とし、該突入電流抑制抵抗器３４、３６を通して直流回路２２、１２に電流が供給されるようにし、過大の突入電流を抑制している。
【００２２】
ここで、交流電源１９は３相２００Ｖの商用電源である。初期充電完了電圧ＶＳは、整流器２１が出力する直流電圧ＶＯ（＝２００Ｖ×（２）１／２）の９５％（≒２７０Ｖ）に設定することが好ましい。９５％以下では、充放電用開閉接点３２をＯＮとした時にも過大な突入電流が流れ、蓄電デバイスの寿命が低下する。制御部２５は電圧センサ１５で検出した直流回路１２の直流電圧ＶＤ、蓄電電圧センサ３１で検出した蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥを監視し、図３に示すように、ＶＳ＞ＶＥでは充放電用開閉接点３２をＯＦＦとし、ＶＳ≦ＶＥでは充放電用開閉接点３２をＯＮとする。また、直流回路１２の直流電圧が、横行・昇降用電動機の回生運転によって所定の電圧値（ここでは３７０Ｖ）に達したら横行制動用開閉素子（トランジスタ）１７をＯＮとし直流回路１２と蓄電デバイス１８を初期充電用抵抗器１６を介して接続する。更に、直流回路１２の直流電圧ＶＤが所定電圧値（ここでは３８０Ｖ）に達したら第１制動用開閉素子である昇降制動用開閉素子（トランジスタ）２７をＯＮとし、昇降制動用抵抗器２９を直流回路２２に接続する。なお、初期充電が完了し充放電用開閉接点３２をＯＦＦからＯＮに切り換えるときに直流回路電圧が高すぎる場合には、直流回路電圧が蓄電デバイスの端子間電圧まで下がるのを待ってＯＮすることが好ましい。
【００２３】
上記電動巻上横行装置用電源装置において、予め制御部２５を介して横行制動用開閉素子１７のＯＮする直流回路１２の直流電圧Ｖ１（３７０Ｖ）を昇降制動用開閉素子２７のＯＮする直流回路２２の直流電圧Ｖ２（３８０Ｖ）より低く（Ｖ１＜Ｖ２）設定する。３相２００Ｖの交流電源１９が投入されたら、制御部２５は蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥと初期充電完了電圧ＶＳを比較し、上記のようにＶＳ＞ＶＥでは、充放電用開閉接点３２をＯＦＦとする。続いて操作ボックス（図示せず）の巻上、巻下、及び右横行、左横行の押釦スイッチを操作することにより、電動巻上横行装置の昇降運転及び横行運転を行う。荷巻上の力行時は直流回路２２から直流が昇降インバータ２４に供給され、該昇降インバータ２４で所定周波数の交流に変換して昇降用電動機Ｍ２に供給することにより、荷巻上が行われる。荷巻下の回生時は昇降用電動機Ｍ２が発電する回生交流電力を昇降インバータ２４により直流変換し直流回路２２に供給する。横行運転の力行時は直流回路１２から直流が横行インバータ１４に供給され、該横行インバータ１４で所定周波数の交流に変換して横行用電動機Ｍ１に供給し、回生（減速）運転時には、横行用電動機Ｍ１が発電する回生電力は横行インバータ１４により直流変換し直流回路１２に供給する。昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１の回生電力により、直流回路１２及び直流回路２２の直流電圧は同時に昇圧する。
【００２４】
制御部２５は直流回路１２の直流電圧ＶＤを監視し、該直流電圧ＶＤが横行制動用開閉素子１７をＯＮする直流電圧Ｖ１（ここでは３７０Ｖ）以上になったら、該横行制動用開閉素子１７をＯＮとし、直流回路１２からの直流電流を初期充電用抵抗器１６を通して蓄電デバイス１８に供給し、蓄電する。この初期充電用抵抗器１６は蓄電デバイス１８の初期充電に適する電流値以上の電流が流れないように抵抗値に設定されている。初期充電に適した電流値以上の回生電流（電力）が発生し、直流回路２２（＝直流回路１２）の直流電圧が昇降制動用開閉素子２７をＯＮとする直流電圧値Ｖ２（ここでは３８０Ｖ）以上になったら、昇降制動用開閉素子２７をＯＮとし、昇降制動用抵抗器２９に通電し発熱消費させ、直流回路１２、直流回路２２の過電圧を防止し、巻下げ又は横行運転を継続することができる。
【００２５】
蓄電デバイス１８の回生電力による蓄電が進み、蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥが初期充電完了電圧ＶＳに到達した後に充放電用開閉接点３２をＯＮし、蓄電デバイス１８を直流回路１１及び直流回路２２と接続し、以後、昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１の力行・回生運転に伴い効率的に充放電が繰り返される。
【００２６】
なお、三相２００Ｖの商用電源が投入された時、蓄電デバイス１８の蓄電電圧ＶＥが初期充電完了電圧ＶＳ以上だったときには、制御部２５は充放電用開閉接点３２をＯＮとする。三相２００Ｖ商用電源又は蓄電デバイス１８からの電力は、突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６を通って直流回路１２、直流回路２２へ供給される。突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６は汎用のインバータユニットに標準的に装備されており、電源投入時から約１秒間は突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６を有効とし、約１秒経過したら開閉接点３３、３５をＯＮとして突入電流抑制抵抗器３４、突入電流抑制抵抗器３６をバイパスして無効とする。
【００２７】
上記のように充放電用開閉接点３２がＯＮ状態で昇降及び横行運転を行うと、力行時には蓄電デバイス１８に蓄電されている直流電力が直流回路２２の突入電流抑制抵抗器３６又は開閉接点３５、及び直流回路１２の突入電流抑制抵抗器３４又は開閉接点３３を通って、昇降インバータ２４及び横行インバータ１４に供給され、該昇降インバータ２４及び横行インバータ１４でそれぞれ所定周波数の交流に変換され、昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１に供給される。回生時には昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１で発電された交流回生電力はそれぞれ昇降インバータ２４及び横行インバータ１４により直流に変換され直流回路２２及び直流回路１２に供給され、該直流回路２２の突入電流抑制抵抗器３６又は開閉接点３５、及び直流回路１２の突入電流抑制抵抗器３４又は開閉接点３３を通って、蓄電デバイス１８に供給され蓄電される。
【００２８】
直流回路１２（＝直流回路２２）の電圧ＶＤが上昇し、昇降制動用開閉素子２７をＯＮする電圧Ｖ２（ここでは３８０（Ｖ））以上になったら上記のように昇降制動用開閉素子２７がＯＮとなり、直流回路２２及び直流回路１２から昇降制動用抵抗器２９に電流が通電され発熱消費される。これにより、蓄電デバイス１８が満充電になった後の回生電流を昇降制動用抵抗器２９に通電し、発熱消費するから、直流回路１２（＝直流回路２２）の過電圧、電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイス１８の過充電を防止できる。
【００２９】
上記のように昇降用電動機Ｍ２及び横行用電動機Ｍ１を備えた電動巻上横行装置では、通常横行用電動機Ｍ１の容量は昇降用電動機Ｍ２の容量の１／８〜１／４に設定されており、横行用電動機Ｍ１の制動抵抗器である初期充電用抵抗器１６の容量も昇降制動用抵抗器２９の１／８〜１／４である。蓄電デバイス１８への初期充電には、巻上制動用開閉素子２７より容量の小さい横行制動用開閉素子１７を用いて（ＯＮすることによって）、初期充電用抵抗器１６を介して充電を行うようにし、蓄電デバイス１８への蓄電によって消費しきれない回生電力は昇行制動用開閉素子２７を介して横行電動機Ｍ１と昇降電動機Ｍ２の回生電力を発熱消費可能な容量の昇降制動用抵抗器２９に通電させ発熱消費させるから蓄電デバイス１８の過充電、及び直流回路１２、直流回路２２の過電圧を防止することができる。また、横行用のインバータユニットＩＮＵ１の制御部２５に、蓄電デバイス１８を接続するための上記制御機能を備え、昇降用のインバータユニットＩＮＵ２は、横行用のインバータユニットＩＮＵ１の直流回路１２と並列接続するだけで、特別に蓄電デバイス１８を接続するための改良を必要としないので、装置が簡単でコストダウンが可能となる。
【００３０】
また、交流電源１９の投入後、別途設けた初期充電手段により蓄電デバイス１８の初期充電を行うことなく、直ちに電動巻上横行装置の昇降及び横行運転を行うことができる。また、蓄電デバイス１８の初期充電も直流回路１２の直流電圧ＶＤが所定値以上となると横行用制動開閉素子１７がＯＮとなり、初期充電用抵抗器１６を通して直流回路１２からの電流で行うことができるので、電力利用の無駄がない。
【００３１】
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。蓄電デバイス１８として、上記例では電気二重層キャパシタやリチュウムイオンキャパシタを使用できるが、これに限定されるものではなく、充放電特性のよいリチュウムイオン電池等も利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、電気二重層キャパシタやリチュウムイオンキャパシタ等からなる蓄電デバイスを搭載し、昇降用電動機及び横行用電動機の回生時の回生電力を蓄電デバイスに蓄電し、昇降用電動機及び横行用電動機の力行時に、蓄電デバイスに蓄電した電力を昇降用電動機及び横行電動機に供給するようにした電動巻上横行装置用電源装置において、昇降用電源回路及び横行用電源回路に整流器及びインバータを備えた市販されている汎用のインバータユニットを用いて、部品点数を増やすことなく、蓄電デバイスの初期充電の待ち時間がなく、電源投入後直ちに運転を実行でき、電動巻上横行装置用電源装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 横行用電源回路
１１ 整流器
１２ 直流回路
１３ 平滑コンデンサ
１４ 横行インバータ
１５ 電圧センサ
１６ 初期充電用抵抗器
１７ 横行制動用開閉素子
１８ 蓄電デバイス
１９ 交流電源
２０ 昇降用電源回路
２１ 整流器
２２ 直流回路
２３ 平滑コンデンサ
２４ 昇降インバータ
２５，２６ 制御部
２７ 昇降制動用開閉素子
２８ 電圧センサ
２９ 昇降制動用抵抗器
３１ 蓄電電圧センサ
３２ 充放電用開閉接点
３３ 開閉接点
３４ 突入電流抑制抵抗器
３５ 開閉接点
３６ 突入電流抑制抵抗器
Ｍ１ 横行用電動機
Ｍ２ 昇降用電動機
ＩＮＵ１ インバータユニット
ＩＮＵ２ インバータユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流器と、直流回路と、昇降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昇降インバータに供給し、該昇降インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給する昇降用電源回路と、
横行インバータを備え、前記直流回路からの直流を前記横行インバータに供給し、該横行インバータで交流に変換して横行用電動機に供給する横行用電源回路と、
前記昇降用電源回路と前記横行用電源回路とで共用する蓄電デバイスと、
前記直流回路に該直流回路の電圧値に応じてＯＮ・ＯＦＦする第１制動用開閉素子を介して接続された制動用抵抗器と、
前記直流回路に前記第１制動用開閉素子がＯＮする前記直流回路の電圧値より低い前記直流回路の電圧値でＯＮする第２制動用開閉素子を介して接続され前記蓄電デバイスと接続する初期充電用抵抗器と、
前記直流回路に接続され前記蓄電デバイスと接続する充放電用開閉素子と、
を設けたことを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動巻上横行装置用電源装置において、
前記充放電用開閉素子は、前記蓄電デバイスの端子間電圧が初期充電完了した初期充電完了電圧値以上でＯＮし、
前記整流器の出力電圧値をＶｏ、前記蓄電デバイスの初期充電完了電圧値をＶｓ、蓄電デバイスの許容最大電圧値をＶｍａｘ、前記第２制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ１、前記第１制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ２とした場合、下記の関係が成立することを特徴とする。
０．９５×Ｖｏ≦Ｖｓ＜Ｖｏ
Ｖｍａｘ／１．０５≦Ｖ２≦Ｖｍａｘ
Ｖｏ＜Ｖ１＜Ｖ２
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動巻上横行装置用電源装置において、
前記蓄電デバイスは電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタであることを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動巻上横行装置用電源装置において、
前記昇降用電源回路と横行用電源回路に少なくとも整流器、平滑コンデンサを備えた直流回路、インバータ及び制御部を備えた汎用インバータユニットを用いることを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置。
【請求項１】
整流器と、直流回路と、昇降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昇降インバータに供給し、該昇降インバータで交流に変換して昇降用電動機に供給する昇降用電源回路と、
横行インバータを備え、前記直流回路からの直流を前記横行インバータに供給し、該横行インバータで交流に変換して横行用電動機に供給する横行用電源回路と、
前記昇降用電源回路と前記横行用電源回路とで共用する蓄電デバイスと、
前記直流回路に該直流回路の電圧値に応じてＯＮ・ＯＦＦする第１制動用開閉素子を介して接続された制動用抵抗器と、
前記直流回路に前記第１制動用開閉素子がＯＮする前記直流回路の電圧値より低い前記直流回路の電圧値でＯＮする第２制動用開閉素子を介して接続され前記蓄電デバイスと接続する初期充電用抵抗器と、
前記直流回路に接続され前記蓄電デバイスと接続する充放電用開閉素子と、
を設けたことを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動巻上横行装置用電源装置において、
前記充放電用開閉素子は、前記蓄電デバイスの端子間電圧が初期充電完了した初期充電完了電圧値以上でＯＮし、
前記整流器の出力電圧値をＶｏ、前記蓄電デバイスの初期充電完了電圧値をＶｓ、蓄電デバイスの許容最大電圧値をＶｍａｘ、前記第２制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ１、前記第１制動用開閉素子をＯＮする電圧値Ｖ２とした場合、下記の関係が成立することを特徴とする。
０．９５×Ｖｏ≦Ｖｓ＜Ｖｏ
Ｖｍａｘ／１．０５≦Ｖ２≦Ｖｍａｘ
Ｖｏ＜Ｖ１＜Ｖ２
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動巻上横行装置用電源装置において、
前記蓄電デバイスは電気二重層キャパシタ又はリチュウムイオンキャパシタであることを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動巻上横行装置用電源装置において、
前記昇降用電源回路と横行用電源回路に少なくとも整流器、平滑コンデンサを備えた直流回路、インバータ及び制御部を備えた汎用インバータユニットを用いることを特徴とする電動巻上横行装置用電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１２１６６４（Ｐ２０１２−１２１６６４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２７８６（Ｐ２０１０−２７２７８６）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（０００１２９３６７）株式会社キトー (101)
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