JP7337645B2

JP7337645B2 - 制御システムおよびクレーン

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Publication number: JP7337645B2
Application number: JP2019189169A
Authority: JP
Inventors: 大輔久木田; 了田内; 卓成南園; 豊佐藤
Original assignee: Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2023-09-04
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: JP2021062961A

Description

本発明は、制御システムおよびクレーンに関し、より詳しくは、電動機の駆動軸の回転を停止する制御システムおよびクレーンに関する。

機械式ブレーキ装置が電動機の駆動軸の回転を制動することで、駆動軸の回転が停止した状態を保持するクレーンの制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置は機械式ブレーキ装置に電流を供給する回路に問題が生じた場合に機械式ブレーキ装置への電流の供給を強制的に止めることで機械式ブレーキ装置を作動させて電動機の駆動軸の回転が停止した状態を保持している。

特開２０１７－１４３６４８号公報

ところで、機械式ブレーキ装置により駆動軸の回転を制動する場合に、駆動軸の回転速度が零になったタイミングで機械式ブレーキ装置を作動させると所望するタイミングで駆動軸の回転を停止することができない。そこで、駆動軸の回転速度が零になる前に機械式ブレーキ装置を作動させる必要があった。

しかしながら、駆動軸の回転速度が零になる前に機械式ブレーキ装置を作動させると擦り回しによる摩耗が生じる。特許文献１に記載の装置は機械式ブレーキ装置の擦り回しによる摩耗について何ら対策がとられていない。それ故、その摩耗により機械式ブレーキ装置のメンテナンスの頻度や交換頻度が高くなるという問題があった。

本発明の目的は、機械式ブレーキ装置の摩耗を低減する制御システムおよびクレーンを提供することである。

上記の目的を達成する本発明の制御システムは、電動機の駆動を制御するインバータおよび前記電動機の駆動軸の回転を機械的に制動する機械式ブレーキ装置のそれぞれに接続された制御装置を備えた制御システムにおいて、前記電動機の駆動に関する駆動パラメータとして前記駆動軸の位置と前記駆動軸の回転速度を取得する駆動パラメータ取得装置を備え、前記制御装置により前記インバータが制御する前記電動機の駆動状態は、トルクを発生しないで前記駆動軸の回転が停止した停止状態と、前記駆動軸が回転駆動して駆動力を出力する力行駆動状態と、前記駆動軸が回転駆動して制動力を付与する制動駆動状態と、前記駆動パラメータ取得装置が取得した前記駆動パラメータに基づいたトルクが発生して前記駆動軸の回転が停止した予備励磁状態と、からなり、前記電動機の回転を停止させる停止指令を受けると前記制御装置が前記インバータに前記電動機を前記予備励磁状態にさせる制御を前記駆動軸の回転速度が零になるより前に行い、前記電動機を前記予備励磁状態にさせる制御以後に前記機械式ブレーキ装置を作動させる制御を行う構成にし、前記電動機を前記予備励磁状態にさせる制御が、前記駆動パラメータ取得装置が取得した前記駆動軸の回転速度が零になるより前で予め設定された設定速度よりも遅くなったときに行われる構成にしたことを特徴する。

上記の目的を達成する本発明のクレーンは、上記に記載の制御システムを備え、索状体が巻き回されたドラムを前記電動機が回転駆動する構成であることを特徴とする。

本発明によれば、電動機を予備励磁状態にさせる制御以後に機械式ブレーキ装置を作動させる制御を行うことで、電気的なブレーキにより駆動軸の回転が制動された状態で機械式ブレーキ装置が作動して、機械式ブレーキ装置の擦り回しによる摩耗を低減することができる。なお、本開示において予備励磁状態にさせる制御以後とは予備励磁状態にさせる制御と同時を含むものとする。

クレーンの実施形態を例示する構成図とそのクレーンが備える制御システムの実施形態を例示するブロック図とを組み合わせた図である。制御システムによるクレーンの制御方法を例示するフロー図である。図２のＩに続くフロー図である。図３のＩＩに続くフロー図である。図２～図４で示す制御方法と並列で行われる制御方法を例示するフロー図である。

以下、本開示の制御システムおよびクレーンの実施形態について説明する。図中では、電気的な接続は図中の一点鎖線で示されて、信号線を介した有線接続と無線通信機器を介した無線接続とを含むものとする。

図１に例示するように、本実施形態のクレーン１は制御システム１０を備え、コンテナターミナルで荷役作業を行うものである。クレーン１は、吊体２を吊り下げた索状体３が巻き回されたドラム４と、変速機５を介してドラム４を回転駆動する電動機６と、この電動機６の駆動を制御するインバータ７と、電動機６の駆動軸８の回転を機械的に制動する機械式ブレーキ装置９とを備えて構成される。

クレーン１は、インバータ７により制御される電動機６により回転駆動するドラム４により索状体３を巻き取るおよび繰り出すことで吊体２を上下に昇降可能であればよく、その種類が限定されるものではない。クレーン１としては脚構造物の上方に支持された桁とこの桁の延在方向に沿って移動するトロリを備えた門型クレーン、岸壁クレーン、およびアンローダが例示される。門型クレーンは桁がコンテナを蔵置する蔵置レーンを跨ぐように構成されて蔵置レーンと運搬車との間で荷役作業を行うクレーンである。岸壁クレーンは桁が海側に張り出すように構成されて船舶と運搬車との間で荷役作業を行うクレーンである。アンローダは桁が海側に張り出すように構成されて船舶とホッパとの間で鉄鋼石や石炭などのばら荷を荷役作業するクレーンである。なお、クレーン１としては、桁やトロリの無いジブクレーンや脚構造物の無い天井クレーンも例示される。

吊体２は索状体３に吊り下げられた吊具が吊り荷と接合した場合に吊具および吊り荷（例えば、コンテナ）のことであり、吊具が吊り荷と接合していない場合に吊具のことである。吊具としてはコンテナ用のスプレッダが例示されるが、特に限定されるものではなく、グラブバケット、フックやコイルリフタでもよい。

電動機６は駆動軸８の回転速度Ｖｘに加えて駆動軸８の位置θｘを制御可能なサーボモータで構成される。本実施形態の電動機６はサーボモータのうちの誘導電動機で構成される。電動機６は、その駆動状態がインバータ７を介して制御されており、インバータ７により制御される駆動状態が停止状態、力行駆動状態、制動駆動状態、および、予備励磁状態からなる。

停止状態は電動機６がトルクを発生しないで駆動軸８の回転が停止した状態である。また、停止状態は電動機６にインバータ７から電力が供給されない状態である。力行駆動状態は駆動軸８が回転駆動して索状体３を巻き取る方向にドラム４を回転させる駆動力を出力する状態である。また、力行駆動状態は電動機６にインバータ７から電力が供給される状態である。制動駆動状態は索状体３を繰り出す方向にドラム４が回転し、その回転に伴って駆動軸８が回転駆動して制動力を付与する状態である。制動駆動状態としては、駆動軸８が回転駆動して回生発電する回生制動が例示される。制動駆動状態が回生制動の場合は、電動機６で生じた電力が、インバータ７に供給されてクレーン１に搭載された図示しないバッテリに蓄電される状態、クレーン１に設置された制動抵抗器の抵抗で熱として消費される状態、あるいは、バスバーや給電ケーブルを介してクレーン１の外部に設置されたバッテリに蓄電される状態である。なお、制動駆動状態としては、逆相制動や単相制動も例示される。

予備励磁状態は後述する駆動パラメータ取得装置（位置取得装置１３、回転速度取得装置１４）が所得した電動機６の駆動に関する駆動パラメータ（駆動軸８の位置θｘ、回転速度Ｖｘ）に基づいて電動機６がトルクを発生した状態で駆動軸８の回転が停止した状態である。また、予備励磁状態は電動機６にインバータ７から電力が供給される状態である。予備励磁状態としては速度制御（０速制御ともいう）された状態と位置制御（サーボロック制御ともいう）された状態とが例示される。予備励磁状態における速度制御は駆動パラメータとして駆動軸８の回転速度Ｖｘを用いてインバータ７によりその回転速度Ｖｘを零に保持させる制御である。位置制御は駆動パラメータとして駆動軸８の位置（より詳細には角度位置）を用いてインバータ７によりその駆動軸８の位置を保持させるである。予備励磁状態は駆動軸８の回転が停止した状態を保持できればよく、速度制御された状態でもよく、位置制御された状態でもよい。

機械式ブレーキ装置９は摩擦力により電動機６の駆動軸８の回転を制動するブレーキである。本実施形態の機械式ブレーキ装置９は電気油圧式のスラスタディスクブレーキ装置で構成される。電気油圧式のスラスタディスクブレーキ装置は、電力の供給が停止されると油圧が抜けてスラスタが駆動してブレーキライニングを駆動軸８に直に固定されたディスクに押し当てて生じる摩擦力により駆動軸８の回転を制動し、電力が供給されると油圧によりスラスタが駆動してブレーキライニングをディスクから離間させて駆動軸８の回転の制動を解除する。機械式ブレーキ装置９としては、電力の供給が停止されると摩擦力により駆動軸８の回転を制動し、電力が供給されると駆動軸８の回転の制動を解除するものであればよく、電気油圧式のスラスタディスクブレーキに限定されるものではない。

本実施形態の制御システム１０はクレーン１に備えられ、インバータ７と機械式ブレーキ装置９とを制御してドラム４により吊体２を吊り下げる索状体３を巻き取るおよび繰り出す制御を行うシステムである。なお、制御システム１０はクレーン１において吊体２を吊り下げる索状体３を巻き取るおよび繰り出すドラム４に対して適用したものに限定されず、桁を起伏するドラムやトロリを横行させるドラムに対して適用してもよい。また、制御システム１０は電動機６により回転駆動させる対象がドラムに限定されずに、クレーン１に対して適用したものに限定されない。

制御システム１０は、制御装置１１と操作装置１２と位置取得装置１３と回転速度取得装置１４とブレーキ作動取得装置１５と警告装置１６とからなる。制御装置１１はインバータ７、機械式ブレーキ装置９、操作装置１２、ブレーキ作動取得装置１５、および、警告装置１６のそれぞれに電気的に接続されるとともにインバータ７を介して電動機６、位置取得装置１３および回転速度取得装置１４のそれぞれに電気的に接続される。なお、位置取得装置１３および回転速度取得装置１４のそれぞれはインバータ７を介さずに直に制御装置１１に電気的に接続されてもよい。

制御装置１１は各種情報処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置１１はクレーン１に設置される場合に図示しない機械室やトロリに設置される。なお、制御装置１１はクレーン１に設置されるものに限定されずに、クレーン１から離間した遠隔地に設置されてもよい。

操作装置１２は表示装置１２ａに映る情報に基づいて運転手が操作卓１２ｂを操作し、その操作信号として駆動指令Ｃ１および停止指令Ｃ２を制御装置１１に送信するものである。駆動指令Ｃ１は電動機６を力行駆動状態または制動駆動状態にする操作信号であり、駆動軸８を回転駆動する操作信号である。なお、駆動指令C１は加速指令および減速指令を含むものとする。停止指令Ｃ２は機械式ブレーキ装置９を作動させるとともに電動機６を停止状態にする操作信号であり、駆動軸８の回転を停止し、駆動軸８が停止した状態を保持する操作信号である。なお、本実施形態における停止指令Ｃ２は電動機６を予備励磁状態にする操作信号でもある。操作装置１２は制御装置１１と同様に、クレーン１に設置される場合に図示しない機械室やトロリに設置され、クレーン１から離間した遠隔地に設置されてもよい。なお、運転手により操作される操作装置１２に代えて、クレーン１を自動制御する上位制御装置を備え、その上位制御装置から駆動指令Ｃ１や停止指令Ｃ２を制御装置１１に送信する構成にしてもよい。

位置取得装置１３は駆動パラメータ取得装置として機能し、駆動軸８の位置（より詳細には角度位置）θｘを取得する装置である。位置取得装置１３としてはロータリエンコーダやポテンショメータが例示される。回転速度取得装置１４は駆動パラメータ取得装置として機能し、駆動軸８の回転速度Ｖｘを取得する装置である。回転速度取得装置１４としてはロータリエンコーダやポテンショメータが例示される。なお、駆動パラメータ取得装置としては、位置取得装置１３の機能と回転速度取得装置１４の機能とを有した一つの装置で構成されてもよい。また、クレーン１において、駆動パラメータ取得装置は、索状体３の巻き取り量や繰り出し量、あるいは、ドラム４の位置や回転速度に基づいて、駆動軸８の位置θｘや回転速度Ｖｘを算出する構成にしてもよい。

ブレーキ作動取得装置１５は機械式ブレーキ装置９の作動状態を取得する装置であり、機械式ブレーキ装置９が作動せず、駆動軸８への制動が解除された状態を取得する装置であることが望ましい。本実施形態において、ブレーキ作動取得装置１５はブレーキライニングがディスクから離間したことを検出する装置である。ブレーキ作動取得装置１５としてはリミットスイッチ、レーザ距離計が例示される。例えば、リミットスイッチは機械式ブレーキ装置９の駆動機構に設置されて、ブレーキライニングがディスクから離間するように作動したときの駆動機構の動作状態を検出する。レーザ距離計はブレーキライニングとディスクとの間の距離を検出するように設置される。ブレーキ作動取得装置１５は機械式ブレーキ装置９が作動したことを検出すると作動信号Ｃ３としてオフを出力し、機械式ブレーキ装置９が作動していないことを検出すると作動信号Ｃ３としてオンを出力する。なお、ブレーキ作動取得装置１５としては機械式ブレーキ装置９が駆動軸８に制動力を付与するように作動したことを取得する装置を用いてもよい。

警告装置１６は操作装置１２と一緒に併設される。警告装置１６としては警告音を発する装置が例示されるが、表示装置１２ａや表示装置１２ａとは異なる表示装置であって画面に警告を表示する装置や運転手に振動を与える装置で構成されてもよい。また、警告装置１６は光の明滅で警告する装置で構成されてもよい。

制御装置１１は電動機６の駆動軸８が停止した状態を保持する各機能要素としてブレーキ制御部１７、電動機制御部１８、および、警告制御部１９を有する。各機能要素は、プログラムとして制御装置１１の内部記憶装置に記憶されて、中央処理装置により読み出されて、適宜実行される。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能する電気回路も例示される。また、各機能要素のそれぞれをプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）で構成して、制御装置１１を複数のＰＬＣの集合体としてもよい。

ブレーキ制御部１７は電動機６が予備励磁状態になった以後に、機械式ブレーキ装置９を作動させる制御を行う機能要素である。電動機６が予備励磁状態になった以後とは、制御装置１１がインバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせる制御以後のことである。つまり、その制御と同時を含み、電動機６が予備励磁状態になった瞬間を含むものとする。本実施形態において、ブレーキ制御部１７は電動機６が予備励磁状態になった後に機械式ブレーキ装置９を作動させる制御を行うことが望ましい。電動機６が予備励磁状態になった後とは、インバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせる制御と同時ではなく、その制御が完了した後のことである。ブレーキ制御部１７は電動機制御部１８から電動機６が予備励磁状態になった予備励磁信号Ｃ４が入力されるとともに回転速度取得装置１４が取得した駆動軸８の回転速度Ｖｘが入力される。また、ブレーキ制御部１７はブレーキ用タイマ１７ａを有する。

ブレーキ制御部１７は、予備励磁信号Ｃ４が入力された場合に、駆動軸８の回転速度Ｖｘが零になってから機械式ブレーキ装置９への電力の供給を停止して機械式ブレーキ装置９を作動するように構成されることが望ましい。さらに、ブレーキ制御部１７は、駆動軸８の回転速度Ｖｘが零になってから経過した時間ｔｘが予め設定された設定期間ｔａに達したときに機械式ブレーキ装置９への電力の供給を停止して機械式ブレーキ装置９を作動するように構成されることがより望ましい。

設定期間ｔａは予め実験や試験により設定された値であり、制御装置１１の内部記憶装置に記憶される。設定期間ｔａは電動機６において駆動軸８の回転駆動と回転の停止とが繰り返し行われる寸動運転で機械式ブレーキ装置９を作動させない値に設定される。寸動運転は電動機６の駆動軸８が小刻みに回転駆動する運転であり、本実施形態において、寸動運転とは吊体２の着床時の位置合わせを行うときに行われるものであり、吊体２の位置を小刻み調節する運転である。設定期間ｔａはクレーン１の運転手の習熟度に応じて変更可能に、各習熟度に応じて複数の値が設定されることが好ましい。

電動機制御部１８は駆動指令Ｃ１が入力されて、その駆動指令Ｃ１に基づいてインバータ７を介して電動機６の駆動状態を制御する機能要素である。また、電動機制御部１８は停止指令Ｃ２が入力されて、その停止指令Ｃ２に基づいて電動機６を予備励磁状態にさせる制御を行い、ブレーキ制御部１７に予備励磁信号Ｃ４を送信する機能要素である。加えて、電動機制御部１８は作動信号Ｃ３が入力されて、その作動信号Ｃ３に基づいて電動機６の予備励磁状態を解除して電動機６を停止状態にする機能要素である。さらに、電動機制御部１８はインバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせている間で、かつ、機械式ブレーキ装置９が作動していない場合に、電動機６の駆動指令Ｃ１以外の指令が入力されても、電動機６によるドラム４の回転駆動以外の動作を禁止する制御を行う機能要素である。電動機制御部１８は位置取得装置１３、回転速度取得装置１４、および、ブレーキ作動取得装置１５が取得した取得値が入力される。電動機制御部１８は電動機用タイマ１８ａを有する。

電動機制御部１８は、停止指令Ｃ２が入力された場合に、駆動軸８の回転速度Ｖｘが予め設定された設定速度Ｖａより遅くなったときに電動機６を予備励磁状態にするように構成されることが望ましい。具体的に、電動機制御部１８は停止指令Ｃ２に加えて回転速度取得装置１４が取得した駆動軸８の回転速度Ｖｘが入力される。電動機制御部１８は停止指令Ｃ２が入力された場合に、入力された駆動軸８の回転速度Ｖｘが設定速度Ｖａ以上の速度のときに、インバータ７に電動機６が力行駆動状態において出力される駆動力を低減させて、あるいは、制動駆動状態において付与される制動力を増加させて、駆動軸８の回転速度Ｖｘを減速させる制御を行わせる。ついで、電動機制御部１８は駆動軸８の回転速度Ｖｘが設定速度Ｖａより遅くなったときにインバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせて駆動軸８に電気的な制動力を付与させる。

設定速度Ｖａは予め実験や試験により設定された値であり、制御装置１１の内部記憶装置に記憶される。設定速度Ｖａは駆動軸８の回転速度Ｖｘが電動機６により減速し、駆動軸８の回転が停止する直前の状態を判定可能な値に設定される。また、設定速度Ｖａはインバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせたときにインバータ７が過負荷にならない状態を判定可能な値に設定される。設定速度Ｖａは電動機６の定格速度に基づいて設定することが望ましく、定格速度に対して正の相関となる。なお、定格速度は電動機６やインバータ７の種類に応じて予め設定される速度である。設定速度Ｖａが零に設定されると、制御系における応答遅れに伴って電動機６を予備励磁状態にした電気的なブレーキの作動が遅くなり、駆動軸８を所望するタイミングで停止できないおそれがある。また、設定速度Ｖａが定格速度の５％以上の速度に設定されると電動機６を予備励磁状態にした電気的なブレーキを作動させたときにインバータ７が過負荷となり、電気的なブレーキの作動が停止するおそれがある。そこで、設定速度Ｖａは零よりも速い速度で、定格速度の５％よりも遅い速度に設定されることが望ましく、定格速度の１％～３％の速度に設定されることがより望ましい。設定速度Ｖａが定格速度の１％～３％の速度に設定されると、電気的なブレーキの作動遅れやインバータ７の過負荷の回避により有利になる。

電動機制御部１８は、作動信号Ｃ３が入力された場合に、作動信号Ｃ３がオフか否かを判定し、作動信号Ｃ３がオフと判定したときに電動機６の予備励磁状態を解除して電動機６を停止状態にするように構成される。一方で、電動機制御部１８は、作動信号Ｃ３がオンと判定したときに、電動機用タイマ１８ａがカウントした電動機６が予備励磁状態になってから経過した時間ｔｘが予め設定された解除期間ｔｂに達したと判定すると電動機６の予備励磁状態を解除して電動機６を停止状態にするように構成される。

解除期間ｔｂは予め実験や試験により設定された値であり、制御装置１１の内部記憶装置に記憶される。解除期間ｔｂは電動機６を予備励磁状態で駆動した場合のインバータ７の過負荷を判定可能な値に設定される。解除期間ｔｂはインバータ７の容量に基づいて設定することが望ましく、インバータ７の容量に対して正の相関となる。

警告制御部１９は電動機制御部１８で電動機６を予備励磁状態にすると、警告装置１６に運転手に対して警告させ、操作装置１２により駆動指令Ｃ１が入力されると警告装置１６の警告を停止させる制御を行う機能要素である。

図２～図５に例示するように、本実施形態のクレーン１の制御方法を制御システム１０の機能として説明する。この制御方法は操作装置１２の操作により停止指令Ｃ２が発せられると開始される。位置取得装置１３、回転速度取得装置１４、および、ブレーキ作動取得装置１５のそれぞれは予め設定された周期が経過するごとに取得値を取得するものとする。制御フローにおいて順序が上のステップに戻るときやそれらの装置が取得値を取得するときに一周期が経過するものとする。制御フローのスタート時には吊体２の上下動の速度が一定の減速度で減速しているものとする。なお、吊体２の上下動の速度が一定の減速度で減速する状態は、吊体２を上昇する場合に電動機６を力行駆動状態に制御してドラム４が索状体３を巻き取る速度が減速した状態でもよく、吊体２を下降する場合に電動機６を制動駆動状態に制御してドラム４が索状体３を繰り出す速度が減速した状態でもよい。また、図２～図４に例示する制御方法と図５に例示する制御方法とは並列で処理されるものとする。

図２に例示するように、操作装置１２により停止指令Ｃ２が発生られると、回転速度取得装置１４は駆動軸８の回転速度Ｖｘを取得する（Ｓ１１０）。ついで、電動機制御部１８は取得された回転速度Ｖｘが予め設定された設定速度Ｖａよりも遅いか否かを判定する（Ｓ１２０）。回転速度Ｖｘが設定速度Ｖａよりも遅いと判定すると（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、電動機制御部１８はインバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせる制御を行う。一方、回転速度Ｖｘが設定速度Ｖａ以上と判定すると（Ｓ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１１０へリターンする。

具体的に、回転速度Ｖｘが設定速度Ｖａよりも遅いと判定すると、位置取得装置１３が駆動軸８の位置θｘを取得する（Ｓ１３０）。ついで、電動機制御部１８は取得されたその位置θｘを保持するようにインバータ７に電動機６を予備励磁状態のうちのサーボロック制御の状態にして（Ｓ１４０）、機械式ブレーキ装置９の予備として電動機６の予備励磁状態による電気的なブレーキを作動させる。ついで、電動機制御部１８はブレーキ制御部１７に予備励磁信号Ｃ４を送信する（Ｓ１５０）。なお、インバータ７に電動機６を予備励磁状態のうちの速度制御（０速制御）の状態にしてもよい。また、駆動軸８の回転速度Ｖｘが零になるまでインバータ７に電動機６を予備励磁状態のうちの速度制御の状態にし、回転速度Ｖｘが零になったときに、ステップＳ１３０、Ｓ１４０を行うようにしてもよい。つまり、速度制御により回転速度Ｖｘを零まで減速させた後に位置制御により回転速度Ｖｘが零になったときの駆動軸８の位置θｘを保持するようにしてもよい。

電動機６が予備励磁状態になると、回転速度取得装置１４が駆動軸８の回転速度Ｖｘを取得する（Ｓ１６０）。ついで、予備励磁信号Ｃ４を受信したブレーキ制御部１７は取得された回転速度Ｖｘが零まで減速したか否かを判定する（Ｓ１７０）。回転速度Ｖｘが零まで減速したと判定すると（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、次のステップへ進む。一方、回転速度Ｖｘが零まで減速していないと判定すると（Ｓ１７０：ＮＯ）、ステップＳ１６０へリターンする。

図３に例示するように、回転速度Ｖｘが零まで減速したと判定すると、ブレーキ制御部１７はブレーキ用タイマ１７ａにより回転速度Ｖｘが零になってから経過した時間ｔｘをカウントし、カウントした時間ｔｘが予め設定した設定期間ｔａに達したか否かを判定する（Ｓ２１０、Ｓ２２０）。カウントした時間ｔｘが設定期間ｔａに達したと判定すると（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、ブレーキ制御部１７は機械式ブレーキ装置９への電力の供給を停止して駆動軸８の回転を制動するように機械式ブレーキ装置９を作動させる指令を出す（Ｓ２３０）。一方、カウントした時間ｔｘが設定期間ｔａに達しないと判定すると（Ｓ２２０：ＮＯ）、ステップＳ２１０へリターンする。

機械式ブレーキ装置９を作動させる指令を出すと、ブレーキ作動取得装置１５は機械式ブレーキ装置９の作動状態を取得し、作動信号Ｃ３を送信する（Ｓ２４０）。このステップＳ２４０では、機械式ブレーキ装置９が作動していない場合に作動信号Ｃ３がオンになり、機械式ブレーキ装置９が作動した場合に作動信号Ｃ３がオフとなる。

ついで、電動機制御部１８は作動信号Ｃ３がオフか否かを判定する。（Ｓ２５０）。作動信号Ｃ３がオフと判定すると（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、電動機制御部１８は電動機６を停止状態にして（Ｓ２６０）、この制御フローが終了する。一方、作動信号Ｃ３がオンと判定すると（Ｓ２５０：ＮＯ）、図４のフローへ進む。

図４に例示するように、作動信号Ｃ３がオンと判定して機械式ブレーキ装置９が作動していない状態の場合に、警告制御部１９は警告装置１６により運転手に警告を発する（Ｓ３１０）。ついで、電動機制御部１８は操作装置１２により駆動指令Ｃ１が発せられたか否かを判定する（Ｓ３２０）。また、電動機制御部１８は電動機６が予備励磁状態になってから経過した時間ｔｘをカウントし、カウントした時間ｔｘが予め設定した解除期間ｔｂに達したか否かを判定する（Ｓ３３０、Ｓ３４０）。

駆動指令Ｃ１が発せされたと判定して（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、警告装置１６が警告を停止すると（Ｓ３５０）、電動機制御部１８はインバータ７に電動機６の予備励磁状態を解除させて、駆動指令Ｃ１に基づいてインバータ７に電動機６を力行駆動状態または制動駆動状態にして（Ｓ３６０）、この制御フローが終了する。

一方、カウントした時間ｔｘが解除期間ｔｂに達するまでに（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、駆動指令Ｃ１が発せられないと判定すると（Ｓ３２０：ＮＯ）、警告の停止が行われない状態で、電動機制御部１８はインバータ７に電動機６の予備励磁状態を解除させて、吊体２を下降させるようにインバータ７に電動機６を制動駆動状態にさせる（S３７０）。このステップS３７０により吊体２が下降して、所定の位置に着床する。ついで、電動機制御部１８はインバータ７に電動機６を停止状態にさせる（Ｓ３８０）。ついで、警告装置１６が警告を停止して（Ｓ３９０）、この制御フローが終了する。

図５に例示するように、作動信号Ｃ３がオンと判定して機械式ブレーキ装置９が作動していない状態で警告装置１６により警告が発せられている場合に（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、電動機制御部１８は操作装置１２の駆動指令Ｃ１のうちの上下動以外の動作を禁止して（Ｓ４２０）、この制御フローが終了する。上下動以外の動作は、例えば、図示しないトロリの横行動作やクレーン１の走行装置による走行動作、あるいは図示しないジブの旋回動作が例示される。よって、このステップＳ４２０では、電動機制御部１８はトロリの横行動作、走行装置の走行動作、ジブの旋回動作などを制御する制御部に対して制御の禁止の指令を出す。

一方、警告が発せられていないと（Ｓ４１０：ＮＯ）、電動機制御部１８は上下動以外の動作の禁止を解除して（Ｓ４３０）、この制御フローが終了する。このステップＳ４３０では、電動機制御部１８はトロリの横行動作、走行装置の走行動作、ジブの旋回動作などを制御する制御部に対して制御の許可の指令を出す。

以上のように、制御システム１０を備えたクレーン１は機械式ブレーキ装置９を作動させるより前に電動機６を予備励磁状態にして電気的なブレーキにより駆動軸８の回転を制動した後に機械式ブレーキ装置９を作動させて駆動軸８の回転が停止した状態を保持する。つまり、駆動軸８の運動エネルギーを電気的なブレーキで減少させてから機械式ブレーキ装置９を作動させることで、機械式ブレーキ装置９の擦り回しによる摩耗を低減することができる。これにより、機械式ブレーキ装置９のメンテナンスの頻度と交換頻度を低減するには有利になり、メンテナンスや交換に掛かるコストを低減することができる。

制御システム１０は電動機６を予備励磁状態にさせる制御より後に機械式ブレーキ装置９を作動させる制御を行う構成が望ましいが、電動機６を予備励磁状態にさせる制御以後に機械式ブレーキ装置９を作動させる制御を行ってもよい。電動機６を予備励磁状態にさせる制御と機械式ブレーキ装置９を作動させる制御とを同時に行っても、電気的なブレーキにより駆動軸８の回転を制動できる分、機械式ブレーキ装置９の擦り回しによる摩耗を低減することができる。

電動機６の予備励磁状態における速度制御は速度をコントロールする制御のために停止させた駆動軸８の位置がずれるおそれがある。一方、位置制御は位置をコントロールする制御のために停止させた駆動軸８の位置のずれを抑制することができる。よって、制御システム１０は電動機６を予備励磁状態にする場合に、取得した駆動軸８の位置θｘを保持するように位置制御を行うことが望ましい。このように、電気的なブレーキとして位置制御された電動機６を用いることで停止位置の精度の向上には有利になる。

制御システム１０は応答遅れを考慮することが望ましい。本実施形態において、応答遅れは制御装置１１からインバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせる指令を出してから実際に電動機６が予備励磁状態になるまでの遅れであり、無駄時間要素と一次遅れ要素や多次遅れ要素との組み合わせで示される伝達特性で示される。よって、制御システム１０はインバータ７に電動機６を予備励磁状態にさせる制御が取得した駆動軸８の回転速度Ｖｘが零になる前に行われることが望ましい。本実施形態において、電動機６を予備励磁状態にするタイミングは、駆動軸８の回転速度Ｖｘが零よりも速い速度に設定された設定速度Ｖａより遅くなったタイミングである。このように、零よりも速い速度に設定された設定速度Ｖａを用いて電動機６を予備励磁状態にするタイミングを図ることで、駆動軸８の回転速度Ｖｘが零になるまえに電動機６を予備励磁状態にすることができる。これにより、応答遅れによる電気的なブレーキの作動の遅れを回避するには有利になる。

制御システム１０は電動機６を予備励磁状態にさせる制御により駆動軸８の回転速度Ｖｘが零になってから機械式ブレーキ装置９を作動させる制御を行うことが望ましい。このように構成することで、電動機６の予備励磁状態による電気的なブレーキにより駆動軸８の回転が停止したタイミングで機械式ブレーキ装置９を作動させることができ、機械式ブレーキ装置９の擦り回しによる摩耗を回避するには有利になる。

機械式ブレーキ装置９は安全性を保持するために機械式ブレーキ装置９の作動回数が予め設定された制限回数を超えた場合にオーバーホールすることが好ましい。しかし、機械式ブレーキ装置９の作動回数が多くなると、オーバーホールの頻度が高くなる。そこで、制御システム１０は駆動軸８の回転速度Ｖｘが零になってから経過した時間ｔｘが予め設定した設定期間ｔａを経過したときに機械式ブレーキ装置９を作動させる制御を行うことがより望ましい。このように構成することで、吊体２の位置をこきざみに調節するような寸動運転が行われたとしても、機械式ブレーキ装置９の作動回数を低減することができる。これにより、機械式ブレーキ装置９のオーバーホールの頻度を低減するには有利になり、オーバーホールに掛かるコストを低減することができる。

制御システム１０は機械式ブレーキ装置９が作動せずに電動機６が予備励磁状態になった状態が継続している場合に、警告装置１６により運転手に警告することが望ましい。機械式ブレーキ装置９が作動せずに電動機６を予備励磁状態になってから経過した時間ｔｘが解除期間ｔｂに達するとインバータ７が過負荷となり、電動機６の予備励磁状態が解除される。そこで、警告装置１６により機械式ブレーキ装置９が作動せずに電動機６が予備励磁状態になった状態が継続していることを警告することで、運転手に操作装置１２を操作させて駆動指令Ｃ１を出させることを促進するには有利になる。

なお、時間ｔｘが解除期間ｔｂに達するまでに操作装置１２から駆動指令Ｃ１が発せられない場合は、電動機制御部１８により自動で吊体２を下降させて着床させるように電動機６を制動駆動状態にすることが好ましい。

例えば、機械式ブレーキ装置９が作動せずに電動機６が予備励磁状態になった状態が継続している場合に、トロリを横行動作させると吊体２に振れが生じるおそれがある。この振れにより、電動機６やインバータ７に過負荷が生じると駆動軸８の回転が停止した状態を保持できなくなるおそれがある。そこで、制御システム１０は警告装置１６により警告を発している場合にドラム４の回転駆動以外の動作を禁止することが望ましい。このように、警告を発している場合にドラム４の回転駆動以外の動作を禁止することで、電動機６やインバータ７に過負荷を回避するには有利になり、駆動軸８の回転が停止した状態を保持するには有利になる。

１クレーン
２吊体
３索状体
４ドラム
６電動機
７インバータ
８駆動軸
９機械式ブレーキ装置
１０制御システム
１１制御装置
１３位置取得装置
１４回転速度取得装置
１５ブレーキ作動取得装置

Claims

電動機の駆動を制御するインバータおよび前記電動機の駆動軸の回転を機械的に制動する機械式ブレーキ装置のそれぞれに接続された制御装置を備えた制御システムにおいて、
前記電動機の駆動に関する駆動パラメータとして前記駆動軸の位置と前記駆動軸の回転速度を取得する駆動パラメータ取得装置を備え、
前記制御装置により前記インバータが制御する前記電動機の駆動状態は、トルクを発生しないで前記駆動軸の回転が停止した停止状態と、前記駆動軸が回転駆動して駆動力を出力する力行駆動状態と、前記駆動軸が回転駆動して制動力を付与する制動駆動状態と、前記駆動パラメータ取得装置が取得した前記駆動パラメータに基づいたトルクが発生して前記駆動軸の回転が停止した予備励磁状態と、からなり、
前記電動機の回転を停止させる停止指令を受けると前記制御装置が前記インバータに前記電動機を前記予備励磁状態にさせる制御を前記駆動軸の回転速度が零になるより前に行い、前記電動機を前記予備励磁状態にさせる制御以後に前記機械式ブレーキ装置を作動させる制御を行う構成にし、前記電動機を前記予備励磁状態にさせる制御が、前記駆動パラメータ取得装置が取得した前記駆動軸の回転速度が零になるより前で予め設定された設定速度よりも遅くなったときに行われる構成にしたことを特徴する制御システム。
前記制御装置が前記機械式ブレーキ装置を作動させる制御を前記駆動軸の回転速度が零になるより前に行う構成にした請求項１に記載の制御システム。
前記電動機を前記予備励磁状態にさせる制御により前記駆動軸の回転速度が零になった後に前記制御装置が前記機械式ブレーキ装置を作動させる制御を行う構成にした請求項１に記載の制御システム。
前記駆動軸の回転速度が零になってから経過した時間を数えるブレーキ用タイマを備え、
前記ブレーキ用タイマが数えた時間が予め設定した設定期間を経過したときに前記制御装置が前記機械式ブレーキ装置を作動させる制御を行う構成にした請求項３に記載の制御システム。
前記予備励磁状態は前記駆動パラメータ取得装置が取得した前記駆動軸の位置を保持する位置制御が行われた状態である請求項１～４のいずれか１項に記載の制御システム。
前記電動機の回転を停止させる停止指令を受けると前記制御装置が、前記駆動軸の回転速度が前記設定速度以上の速度のときに、前記インバータに前記電動機が前記力行駆動状態において出力される駆動力を低減させて、あるいは、前記制動駆動状態において付与される制動力を増加させて、前記駆動軸の回転速度を減速させる制御を行う構成にした請求項１～４のいずれか１項に記載の制御システム。
請求項１～６のいずれか１項に記載の制御システムを備え、索状体が巻き回されたドラムを前記電動機が回転駆動する構成であることを特徴とするクレーン。