专利名称：卷扬机的制作方法
技术领域：
本发明涉及卷扬机。
背景技术：
卷扬机是通过电动机将重物向上方卷扬的装置。卷扬机的动作除了卷扬之外，还 有将货物从上方向下方降下的动作。此时，若令重力加速度为g(m/s2)，则在铅垂向下方向 (降下方向)上移动L(m)的质量m(kg)的货物，失去由重力产生的mXgXL(J)的势能。该 能量成为由电动机所产生的再生能量。例如，在为了控制电动机而使用变频器(inverter)的情况下，该再生能量会引起 元件的过电流，成为故障的原因。因此，需要具有对再生能量进行处理的构造。以往的使用了变频器的卷扬机中，使用了将再生能量供给到电阻器等，将其变换 成焦耳热来消耗的方法。另外，在下述专利文献1中，通过转换器(converter)将再生能量 变换成交流，并使交流返回电源侧。专利文献1 日本专利特开2001-341987号公报
发明内容
以往的使用变频器的卷扬机中，为了消耗在降下动作中产生的再生能量，需要具 有与卷扬机本来的动作无关的电阻器等装置。在所述专利文献1中也同样，除了本来的动 作所需的电路结构之外，另外还需要用于处理再生能量的转换器。如上，除本来的动作所需的电路结构之外还具有用于处理再生能量的装置等的结 构，不仅从卷扬机的结构上来看效率低下，在不能有效利用再生能量这一点上，从卷扬机的 节能化的观点来看也存在问题。本发明为解决上述的问题而完成，其目的在于，通过将降下动作中产生的再生能 量利用在卷扬动作中，得到能够有效利用再生能量以及处理再生能量的电路等的卷扬机。本发明的卷扬机中，具备积蓄电动机在进行降下动作时产生的再生电力的装置。通过本发明的卷扬机，能够积蓄电动机在进行降下动作时产生的再生电力，在进 行作为卷扬机本来的动作的卷扬动作时使用所积蓄的电力。由此，能够有效利用再生能量 以及用于对其进行处理的电路等，实现节能化。
图1是实施方式1的起重装置1000的结构图。图2是卷扬横行变频器装置150和走行用变频器装置230的功能框图。图3是卷扬用变频器151的电路图。图4是表示卷扬用电动机131的动作过程的时序图。附图标记说明100:卷扬机
110:起重机吊钩120:吊索130:卷扬用装置131:卷扬用电动机132:卷扬卷筒140 横行用装置141:横行用电动机150 卷扬横行变频器装置151 卷扬用变频器152 卷扬/横行用变频器控制部153 横行用变频器161 162 电动机理动器200 走行用装置210:走行用电动机220 横行用梁230 走行用变频器装置231 走行变频器控制部232 走行用变频器240 走行用梁250 电动机理动器300 输入装置31 整流部32 整流电容器33 驱动元件部34:再生驱动开关35 再生电阻36:蓄电部37 荷重判别部38:开关 Swr39:开关 SWc40 电压监视部1000 起重装置
具体实施例方式<实施方式1>图1是本发明实施方式1的起重装置1000的结构图。起重装置1000是将重物吊 起并纵横移动的装置，具备卷扬机100、走行用装置200、输入装置300。卷扬机100是将货物沿图1的ζ轴方向卷扬，并使卷扬起的货物在图1的χ轴方 向上移动的装置，具备起重机吊钩110、吊索120、卷扬用装置130、横行用装置140、卷扬横行变频器装置150。起重机吊钩110是用于装上要卷扬的货物的部件。通过在起重机吊钩110上装上 货物并由卷扬用装置130卷绕吊索120，来将货物沿图1的ζ轴方向卷扬或者降下。卷扬用装置130是利用卷扬用电动机131将吊索120卷扬或降下的装置。横行用 装置140是利用横行用电动机141使卷扬机100沿后述的横行用梁220在图1的χ轴方向 上移动的装置。卷扬横行变频器装置150控制下面图2中说明的卷扬用变频器151和横行用变频 器153，驱动卷扬用电动机131和横行用电动机141来执行上述动作。走行用装置200是使卷扬机100在图1的y轴方向上移动的装置，具备走行用电 动机210、横行用梁220、走行用变频器装置230、走行用梁M0。走行用电动机210使走行用装置200沿着走行用梁240在图1的y轴方向移动。 走行用变频器装置230控制下面图2中说明的走行用变频器232，驱动走行用电动机210来 执行上述动作。图2是卷扬横行变频器装置150和走行用变频器装置230的功能框图。下面针对 各装置的结构进行说明。卷扬横行变频器装置150具备卷扬用变频器151、卷扬/横行用变频器控制部 152、横行用变频器153。卷扬用变频器151对卷扬用电动机131施加频率可变的交流电压，以期望的运转 速度驱动卷扬用电动机131。横行用变频器153同样地对横行用电动机141施加频率可变 的交流电压，以期望的运转速度驱动横行用电动机141。卷扬/横行用变频器控制部152通过控制卷扬用变频器151和横行用变频器153 的动作，来驱动控制卷扬用电动机131和横行用电动机141。此外，卷扬/横行用变频器控 制部152使电动机理动器161制动或者解除制动。由此，能够使装在起重机吊钩110上的 货物不会自由落下，安全地在ζ轴方向上移动。同样地，通过使电动机理动器162制动或者 解除制动，能够使卷扬机100安全地在χ轴方向上移动。卷扬/横行用变频器控制部152可使用能实现其功能的电路设备之类的硬件来构 成，也可以使用微型控制器或CPU (Central Processing Unit，中央处理单元)之类的运算 装置和规定其动作的软件来构成。走行用变频器装置230具备走行变频器控制部231、走行用变频器232。走行用变频器232对走行用电动机210施加频率可变的交流电压来驱动走行用电 动机210。走行变频器控制部231通过控制走行用变频器232的动作，来以期望的运转速度 驱动走行用电动机210。此外，通过使电动机理动器250制动或者解除制动，能够使走行用 装置200安全地在y轴方向上移动。走行变频器控制部231可使用能实现其功能的电路设备之类的硬件来构成，也可 以使用微型控制器或CPU之类的运算装置和规定其动作的软件来构成。输入装置300对卷扬/横行用变频器控制部152和走行变频器控制部231输出操 作指令。卷扬/横行用变频器控制部152和走行变频器控制部231基于该操作指令控制各 变频器，由此驱动各电动机来执行期望的动作。
图3是卷扬用变频器151的电路图。卷扬用变频器151具备整流部31、整流电容器 32、驱动元件部33、再生驱动开关34、再生电阻35、蓄电部36、荷重判别部37、开关SWr38、 开关SWc39、电压监视部40。整流部31和整流电容器32将三相交流电变换成直流。驱动元件部33作为变频 器构成，利用开关元件等将直流变换成交流，输出期望频率的交流电。卷扬/横向变频器控制部152基于从输入装置300接收到的操作指令，向驱动元 件部33输出变频器驱动控制信号。驱动元件部33基于变频器驱动控制信号，将用于以期 望的速度和转矩驱动卷扬用电动机131的交流电压施加到卷扬用电动机131上。卷扬用电 动机131由所施加的交流电压驱动，通过卷扬卷筒132将吊索120卷扬或降下，从而使货物 以期望的速度上下移动。蓄电部36例如利用电容器等构成，具有将在卷扬用电动机131进行降下动作时产 生的再生能量作为电能积蓄的功能。卷扬/横行变频器控制部152通过使开关SWc390N(导 通)/OFF (关断)，切换蓄电部36与驱动元件部33之间的连接。积蓄再生能量时使开关 Sffc39为0N，不积蓄使之为OFF。此外，当将积蓄在蓄电部36的电能释放时，使开关SWc39 为0N，将蓄电部36与驱动元件部33连接。作为蓄电部36的具体结构，考虑使用大容量、可高速充放电的双电荷层电容器。 也可以使用其它具有蓄电功能的设备等。但是，蓄电容量、用于充放电的时间等规格，必须 按照卷扬机100实际卷扬的货物的重量、降下动作时产生的再生能量的量等来进行调整。再生电阻35是在蓄电部36不积蓄再生能量时，使再生能量作为热能消耗的电阻。 卷扬/横行变频器控制部152通过使开关SWr38和再生驱动开关340N/0FF，来切换再生电 阻35与驱动元件部33之间的连接。消耗再生能量时使开关SWr38和再生驱动开关34为 0N，不消耗时使至少其中之一为OFF。开关SWr38和再生驱动开关34，可以省略不设置其中 任一个。荷重判别部37，对装在起重机吊钩110上的货物的重量进行判别，并将其判别结 果输出到卷扬/横行变频器控制部152。判别货物的重量的方法可以使用任意的已知技术。 此外，荷重判别部37也可以只将例如电流等的检测值输出到卷扬/横行变频器控制部152， 而实际计算货物的重量的处理由卷扬/横行变频器控制部152执行。电压监视部40监视直流母线间电压Vpn，将其测定值向卷扬/横行变频器控制部 152输出。本发明的“第一开关”相当于开关SWc39。“第二开关”相当于开关SWr38。“第三 开关”相当于再生驱动开关34。以上说明了起重装置1000和卷扬机100的结构。此外，图3中说明了同时具备蓄 电部36和再生电阻35的结构，如果蓄电部36的蓄电容量满足所需的容量，并且充放电所 需的时间足够短，则也可以不设置再生电阻35、开关SWr38、再生驱动开关34。如上所述，本实施方式1的卷扬机100具备积蓄在卷扬用电动机131进行降下动 作时产生的再生能量的蓄电部36。由此，可以不将再生能量全部消耗地积蓄起来，在之后进 行卷扬动作等时能够使用积蓄的电能作为能量源。即，由于能够有效利用再生能量，从卷扬 机100的节能化观点来看较为理想。此外，在本实施方式1中，卷扬/横行变频器控制部152通过使开关SWc390N/0FF，能够切换是否在蓄电部36中积蓄再生能量。由此，能够以适合蓄电部36的充电容量的最 佳充电时间来积蓄再生能量。<实施方式2>本发明的实施方式2中，从由卷扬用电动机131的降下动作所产生的再生能量的 观点来详细地探讨卷扬机100的动作。此外，也一起探讨蓄电部36所需的容量。另外，各 装置的结构和实施方式1相同。图4是表示卷扬用电动机131的动作过程的时序图。下面，针对图4的各期间中 产生的再生能量和卷扬动作所需的能量进行探讨。(1)由降下动作产生的再生能量向降下方向移动货物(质量m)时，卷扬用电动机131中产生与重力势能的减少量 相当的再生能量&。若使开关SWc39为0N，则再生能量&作为电荷为蓄电部36充电。该 充电能量能够作为接下来的卷扬动作所需的能量源使用。下面，针对该机理进行说明。如图3的右下角所示，当质量m(kg)的货物从静止状态向降下方向以速度ν (m/s) 移动距离L (m)时，若令重力加速度为g(m/s2)，则根据力学上的能量守恒定律，下述(式1) 成立。mxgxL=BK +〔^·χΜχν2—^·χΜχ02)".(式 1)上述(式1)的右边第一项&表示因重力势能的变化所产生的再生能量(J)的总 量，第二项表示质量m (kg)的动量(J)。产生的再生能量分解为充电到蓄电部36中的充电能量Ea (J)、包含机械损 耗在内的卷扬用电动机131的效率损失(J)、驱动元件部33的热损耗(J)等损耗能量E0 (J) 以及再生电阻35的热损耗Ey (J)。由此，得到下述(式2)。Ek = Εα+Ε0+Εγ...(式 2)在向蓄电部36积蓄再生能量的期间，卷扬/横行变频器控制部152使开关SWr38 为OFF。由此，向再生电阻35的电流通路被切断，再生电阻35不将再生能量作为热能消耗。 即，向蓄电部36积蓄再生能量的期间中Ey = O(J)。因此，在向蓄电部36积蓄再生能量的期间，基于上述(式幻可以导出下述(式 3)。Ea = Ek-E0 ^ Ek ...(式 3)额定质量M(kg)的货物以额定速度Vtl(m/s)以时间tK(s)降下，移动距离Ld(m)时， 根据上述(式1)(式幻，下述(式4)成立。蓄电部36的蓄电容量可以基于下述(式4)的 Ea (J)来确定。
权利要求
1.一种进行货物的卷扬和降下的卷扬机，其特征在于，包括 进行卷扬动作和降下动作的电动机；和积蓄所述电动机进行降下动作时产生的再生电力的蓄电装置。
2.如权利要求1所述的卷扬机，其特征在于，包括对是否将所述蓄电装置和所述电动机连接进行切换的第一开关；和 控制所述第一开关的控制部。
3.如权利要求2所述的卷扬机，其特征在于 所述控制部，在所述电动机进行所述卷扬动作的期间中的所述电动机加速的期间， 使所述第一开关导通，将所述蓄电装置与所述电动机连接，将所述蓄电装置所积蓄的 电力向所述电动机供给。
4.如权利要求3所述的卷扬机，其特征在于 所述蓄电装置，具有能够积蓄在所述电动机进行所述卷扬动作的期间中的所述电动机加速的期间内 所述电动机所需的电力的容量， 所述控制部，在所述电动机进行降下动作时，使所述第一开关导通，将所述再生电力积蓄在所述蓄 电装置中。
5.如权利要求1至4中任一项所述的卷扬机，其特征在于具备消耗所述电动机进行降下动作时产生的再生电力的再生电阻。
6.如权利要求5所述的卷扬机，其特征在于，包括对是否将所述再生电阻和所述电动机连接进行切换的第二开关， 所述控制部，在所产生的所述再生电力超过所述蓄电装置的容量时，使所述第二开关导通，利用所述再生电阻消耗多余的所述再生电力。
7.如权利要求6所述的卷扬机，其特征在于，包括 驱动所述电动机的变频器；在所述第二开关导通的状态下，进一步对是否将所述再生电阻和所述电动机连接进行 切换的第三开关；和检测所述变频器的直流母线间电压的电压监视部，其中， 所述控制部，在所产生的所述再生电力超过所述蓄电装置的容量时，使所述第二开关导通并使所述第三开关关断，由此先将所述再生电阻从所述电动机切断，在所述直流母线间电压达到规定阈值以上时，使所述第三开关导通，利用所述再生电 阻消耗多余的所述再生电力。
全文摘要
本发明提供一种卷扬机，通过在卷扬动作中利用降下动作中产生的再生能量，获得能够利用再生能量和对再生能量进行处理的电路等的卷扬机。本发明的卷扬机具备用于积蓄电动机进行降下动作时产生的再生电力的装置。
文档编号B66D1/12GK102115015SQ20111000386
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月4日 优先权日2010年1月4日
发明者石川智 申请人:株式会社日立产机系统