JPH06303788A

JPH06303788A - 電動機速度判定方法

Info

Publication number: JPH06303788A
Application number: JP6037764A
Authority: JP
Inventors: Kevin J Anderson; ケヴィン・ジェイ・アンダーソン
Original assignee: Komatsu Mining Corp
Current assignee: Komatsu Mining Corp
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1994-10-28
Also published as: US5331267A; CA2094552A1; CA2094552C

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷を上下方向に移動させるための電動機の
速度が指令速度に対し所定の許容誤差範囲内にあるか否
かを正確に且迅速に判定する。【構成】それぞれ上昇方向及び下降方向へ定格出力ト
ルクにて回転する電動機により達成可能な最大速度を示
す第一及び第二の電圧信号を選択する工程と、バイアス
電圧を選択する工程とを任意の順序にて含む。電圧信号
の一方がバイアス電圧と加算されて電動機速度を示すフ
ィードバック信号が発生され、フィードバック信号は速
度指令信号と比較されて電動機の実際の速度と指令速度
との間の差を示す偏差信号が発生される。ドライバ装置
は差が所定の範囲外になると消勢される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドライバ装置に係り、
更に詳細には電動機のためのドライバ装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】電動機を使用して最終用途の機能を果す
電気式ドライバ装置は、推進、機械の駆動装置、コンベ
アライン、化学的処理、材料ハンドリングの用途等に於
て広く使用されている。かかるドライバ装置の例として
例えば米国特許第３，８４５，３６６号及び同第４，１
６６，２３８号に記載されたドライバ装置がある。

【０００３】材料ハンドリング機械には、機械をある位
置より他の位置へ移動したり、機械のサブ構造体を機械
それ自身上に移動したり、その機械が取扱う必要のある
負荷を移動させたりするための電動機用ドライバ装置が
設けられたものがある。かかる材料ハンドリング機械の
一例は、工場、鉄鋼ハンドリングベイ等に於て負荷を持
上げて配置するために使用されるオーバヘッド型の走行
クレーン（ＯＴＣ）である。かかるクレーンは一対の高
い位置に設けられたメインレールに沿って移動し、メイ
ンレールは互いに平行に通常数ヤード（数ｍ）隔置され
ている。メインレールの間には一対のブリッジガーダー
（橋桁）が延在しており、ガーダーの両端にはレール上
にクレーンを支持するための従動輪が設けられている。
またガーダーそれ自身にもレールが設けられている。

【０００４】ガーダーのレール上には「トロリー」と呼
ばれるサブ構造体が設けられており、このサブ構造体は
駆動力によってブリッジの幅方向へ移動される。ロード
ホイストがトロリーに設けられており、動力駆動される
昇降ロープドラム、即ちスチールケーブルが螺旋状に巻
掛けられたドラムを含んでいる。

【０００５】ケーブルは負荷持上げフック、掛鎖、バケ
ット、磁石等に接続されている。かかる構成により、オ
ペレータ（通常ブリッジに取付けられブリッジと共に移
動する運転室に乗っている）はクレーンが移動する領域
の任意の位置に於て負荷を持上げ、移動し、配置するこ
とができる。他の幾分か一般的ではない運転態様のクレ
ーンとして、地上又は他の遠隔位置又はブリッジではな
くトロリーに設けられたオペレータ用の運転室より操作
可能な無線制御式のクレーンがある。

【０００６】オーバヘッド型クレーンには二つの電動機
用ドライバ装置、即ちブリッジ用のドライバ装置とトロ
リー用のドライバ装置とが使用されている。第三の電動
機用ドライバ装置が負荷を昇降させるために使用され
る。かかるドライバ装置は直流電流又は交流電流の何れ
かによって駆動される。直流式のドライバ装置は古いス
チールミル等に於て一般的に使用されていたが、少なく
とも一部には正確な制御が可能であり設計上の融通性が
高いという利点から交流式の可変周波数型のドライバ装
置が一般的に使用されるようになってきている。可変周
波数型のドライバ装置に於ては、電動機速度は電動機に
印加される電圧の周波数の関数である。交流式の可変周
波数型のドライバ装置（ホイスト駆動装置に使用され
る）の幾つかの例が米国特許第４，９６５，８４７号及
び同第５，０７７，５０８号に記載されている。オーバ
ヘッド型のクレーン及び交流式のドライバ装置のリーダ
ー的製造業者は、アメリカ合衆国ウイスコンシン州、ミ
ルウォーキー所在のハーニッシュフェガー・インダスト
リーズ・インコーポレイテッド（Harnischfeger Indust
ries, Inc.）である。一つのかかる交流式のドライバ装
置がＳＭＡＲＴＯＲＱＵＥ（登録商標）なる商品名にて
販売されており、本発明はＳＭＡＲＴＯＲＱＵＥ制御装
置を改良することを含んでいる。

【０００７】ホイスト、ブリッジ、及びトロリーのドラ
イバ装置は運転室内に設けられオペレータにより操作さ
れるマスタスイッチに接続された電気式制御装置により
制御される。マスタスイッチはニュートラル位置及びニ
ュートラル位置より二方向の一連の複数の位置に切換え
られるハンドルを有している。かくしてハンドルは二方
向の何れについても駆動速度を制御する。また下記の制
約を受けるが、ハンドルがニュートラル位置より遠ざけ
られれば遠ざけられるほどドライバ装置は負荷、例えば
ブリッジ又はトロリー又はホイストより懸垂支持された
負荷を移動させる速度を速くする。逆にマスタスイッチ
がニュートラル位置へ近付けられるほどドライバ装置は
負荷を移動させる速度を低くする。

【０００８】何れにせよ、電動機及び制御装置は変化率
の傾斜角により設定される許容最大変化率よりも速い速
度変化が生じることがないよう、速度変化をなだらかに
する。変化率の傾斜角なる表現は、直交二軸のグラフに
て表現された場合に増速率及び減速率を示す線が傾斜
し、従って傾斜路の如き形状をなすことによる。一般に
制御装置の製造業者がかかる変化率を設定し、変化率は
クレーンの日常的な運転に際しては変更されない。

【０００９】更に従来技術を説明する前に、幾つかの基
本的な事項について理解することが有用である。一つの
かかる基本的な事項は交流電動機に関するものであり、
また特定の型式の交流電動機、即ちかご形電動機の運転
特性の幾つかに関するものである。また他の一つの基本
的な事項は周波数調節可能なインバータとして知られて
いる電動機制御装置の幾つかの動作原理、及びかかる制
御装置が交流かご形電動機に使用される態様に関するも
のである。更に他の一つの基本的な事項は非対称の負荷
として知られているもの、即ち一方の方向については電
動機の回転に抗し他方の方向については電動機の回転を
補助する負荷、及びかご形電動機及び周波数調節可能な
インバータがホイスト駆動装置を駆動するために使用さ
れる場合にかかる非対称の負荷が電動機及び制御装置に
如何なる影響を及ぼすかということに関する。

【００１０】かご形電動機はそのロータ（両端にて互い
に接続された互いに平行な導電体にて形成されている）
の形状が「かご」に似ていることからこの名前が与えら
れている。三相のかご形電動機（クレーンの駆動装置に
使用される型式のもの）に於ては、電動機は三つのステ
ータ端子しか有していない。換言すれば巻線ロータ型の
電動機の場合の如きロータ端子は存在しない。

【００１１】かご形電動機は「ひざ形」の特性曲線を呈
し、ある出力トルクを発生するためにはロータ（アーマ
チュアと呼ばれることも多い）はステータ内に於ける磁
界の回転速度よりも幾分か低い速度にて回転しなければ
ならない。後者の速度は同期速度と呼ばれることが多
い。例えばライン周波数が６０Ｈz である場合に１８０
０ｒｐｍの同期速度を有するかご形電動機に於ては、定
格出力トルクに於ける運転速度は約１７６０ｒｐｍであ
る。同期速度と運転速度との間の差は「滑り」と呼ば
れ、この滑りはパーセントにて表現されることが多い。
本明細書に於て「電動機速度」、「電動機の回転」等の
表現は電動機のロータ要素に関するものである。

【００１２】滑りの大きさは負荷の関数である。上述の
例を使用するならば、ロータを回転させるに十分なトル
クを発生させるために僅かな滑りが必要であるので、完
全に無負荷の電動機は例えば１７８０ｒｐｍの運転速度
を呈する。また電動機がそれ以上のトルクを発生するこ
とができない最大滑り（最小ロータ速度）が電動機毎に
存在する。電動機にかかる点を越える負荷が与えられる
と、電動機は負荷によって引張られて失速し、回転を停
止する。

【００１３】かご形電動機に関連する他の一つの基本的
な事項は、回転速度は一般に電動機に印加される電圧の
周波数の関数であるということである。例えば定格出力
トルク及び６０Ｈz の印加電圧に於て約１７６０ｒｐｍ
の運転速度を有する電動機は、３０Ｈz の電圧が印加さ
れると約８８０ｒｐｍの運転速度を呈する。かご形電動
機のかかる特性を考慮して、上述のＳＭＡＲＴＯＲＱＵ
Ｅ交流式ドライバ装置及びこれと同様の他のドライバ装
置は「インバータ」と呼ばれ、マスタスイッチのハンド
ルの位置を変化させることによって変更可能な出力周波
数（及び電圧）を発生するよう構成されている。

【００１４】クレーンのホイスト用ドライバ装置の如き
電動機用ドライバ装置は幾分か特異な条件下にある。ブ
リッジ用及びトロリー用のドライバ装置とは異なり、ま
たオーバヘッド型の走行クレーン以外の他の多くの型式
のドライバ装置とは異なり、ホイスト用ドライバ装置に
よりハンドリングされる負荷は非対称の負荷と言われて
いる。即ち負荷の移動方向に応じて負荷の重量が電動機
の回転を補助したりこれに抗したりする。より詳細に
は、負荷が上昇されている場合には、重力がかかる上方
への移動に抗し、従って電動機の回転に抗する。これに
対し負荷が下降されている場合には、重力（勿論下向き
に作用している）は電動機の回転を補助し、電動機をよ
り速く回転させるよう作用する。かかる負荷は「オーバ
ーホーリング負荷」と呼ばれることがある。

【００１５】クレーンのホイスト用ドライバ装置は非対
称の負荷をハンドリングしなければならない唯一のドラ
イバ装置ではない。例えば逆転可能な傾斜コンベアによ
り傾斜面に沿って上下に二つの高さ位置の間に負荷を移
動させるための任意のドライバ装置もホイスト用のドラ
イバ装置と同様である。

【００１６】米国特許第４，９６５，８４７号及び同第
５，０７７，５０８号には、オーバヘッド型走行クレー
ン、より詳細にはかかるクレーンのホイスト装置に使用
される電動機用ドライバ装置の幾つかの例が示されてい
る。かかるドライバ装置は電動機に印加される電圧と該
電圧の周波数との間に実質的に一定の比を維持すること
によって電動機を駆動する。その結果電動機は実質的に
一定のステータ電流を有し、従ってその全速度に亘り実
質的に一定のトルクを発生する。

【００１７】かかるドライバ装置にはスカラーインバー
タが使用され、また電動機速度をチェックするための装
置が組込まれることが多い。電動機速度が所定の誤差
（指令速度に対する誤差）の範囲内にない場合には、ま
た電動機速度が所定の時間内に所定の誤差範囲内になら
ない場合には、ドライバ装置は停止される。（これに対
し真のクローズドループシステムは補正動作を行い、ド
ライバ装置を停止させるのではなく電動機速度を所定の
誤差範囲内にもたらすよう構成される）。上述の米国特
許第４，９６５，８４７号は、本発明がこの米国特許に
示された技術を実質的に改善するものであるので、特に
関連性の高いものである。

【００１８】上述の米国特許第４，９６５，８４７号に
記載された型式のドライバ装置の一つの欠点は、実際の
電動機速度が所定の許容誤差範囲内にあるか否かをチェ
ックするに必要な時間が非常に長く、３０秒にもなるこ
とがあるということである。またこのドライバ装置の他
の一つの欠点は、上昇方向か下降方向かによって滑りの
影響が異なるにも拘らず、実際の速度を示す電圧を発生
するバイアスモジュールが上昇方向及び下降方向の何れ
についても一つの電圧−電動機速度比（Ｖ／ｒｐｍ）を
使用しているということである。従って所定の最大許容
誤差範囲は比較的広く、実際の速度と指令速度との間の
最大許容誤差も正確な制御を行うに望ましい値よりも大
きい。本発明はこれらの欠点をユニークな態様にて解消
するものである。

【００１９】

【発明の目的】本発明の一つの目的は、電動機速度を判
定する改善された方法であって、従来技術の問題や欠点
の幾つかを解消する方法を提供することである。

【００２０】本発明の他の一つの目的は、電動機速度を
判定する改善された方法であって、非対称の負荷をハン
ドリングする用途に使用されるに適した方法を提供する
ことである。

【００２１】本発明の更に他の一つの目的は、電動機速
度を判定する改善された方法であって、クレーンのホイ
スト用のドライバ装置に使用されるに適した方法を提供
することである。

【００２２】本発明の更に他の一つの目的は、電動機速
度を判定する改善された方法であって、実際の電動機速
度が指令速度に対し所定の許容誤差範囲内にあるか否か
を判定するに必要な時間を低減する方法を提供すること
である。

【００２３】本発明の更に他の一つの目的は、電動機速
度を判定する改善された方法であって、非対称の負荷を
ハンドリングするドライバに於ける滑りの影響が異なる
ことを考慮に入れた方法を提供することである。

【００２４】本発明の更に他の一つの目的は、電動機速
度を判定する改善された方法であって、所定の許容誤差
範囲の大きさの小さい方法を提供することである。

【００２５】これらの目的及び他の目的が如何に達成さ
れるかは以下の説明及び図面より明らかとなるであろ
う。

【００２６】

【発明の概要】本発明は駆動制御の目的で速度チェック
信号を使用するドライバ装置との関連で使用される。本
明細書に於て、「ドライバ装置」なる用語は当技術分野
に於て一般的に理解されている如く、インバータ型の周
波数調節可能な制御パネルを意味する。

【００２７】ドライバ装置は非対称の負荷を移動させ
る、即ち負荷を上昇方向又は下降方向へ移動させる交流
誘導電動機（例えばかご形電動機）に使用されこれに接
続される。本明細書に於て、非対称の負荷とは一方の方
向については負荷の移動に抵抗し、逆方向については負
荷の移動を補助するような負荷を意味する。

【００２８】非対称の負荷を上昇方向及び下降方向へ移
動させる交流誘導電動機に接続される交流インバータ型
のドライバ装置に於ては、電動機速度を判定する方法
は、上昇方向へ定格出力トルクにて回転する電動機によ
り達成可能な最大速度を示す第一の電圧信号を選択する
工程と、下降方向へ定格出力トルクにて回転する電動機
により達成可能な最大速度を示す第二の電圧信号を選択
する工程と、バイアス電圧を選択する工程とを任意の順
序にて含んでいる。またこの方法は二つの電圧信号の一
方をバイアス電圧と組合せて電動機速度を示すフィード
バック信号を得る工程と、フィードバック信号を速度指
令信号と比較する工程とを含んでいる。

【００２９】一つの非常に好ましい方法に於ては、上述
の組合せる工程に先立ち、実際の電動機速度を示す速度
信号を発生する工程と、電動機の回転方向を判定する工
程とが先行して行われる。二つの電圧信号の絶対値は実
質的に互いに等しいことが好ましく、バイアス電圧の絶
対値は何れの電圧信号の絶対値よりも高い。

【００３０】本発明の他の局面によれば、フィードバッ
ク信号が許容可能な電動機速度、即ちマスタスイッチが
所定の速度位置に位置決めされることにより設定される
指令信号に対し所定の範囲内にある電動機速度を示すよ
うにすることが好ましい。従って非常に好ましい方法
は、更に他の選択する工程として、フィードバック信号
の速度指令信号よりの最大許容偏差を示す偏差値を選択
する工程と、フィードバック信号を速度指令信号と比較
して速度偏差信号を発生する工程とを含んでいる。速度
偏差信号は偏差値と比較され、これにより偏差が許容し
得る値であるか否かが判定される。速度偏差信号が所定
の偏差値を越えている場合には、ドライバ装置及び電動
機は消勢される。このことにより実際の電動機速度が指
令速度より大きくずれる状態になることが防止される。

【００３１】一つの好ましい実施例に於ては、本発明の
方法には所定の範囲外の速度の偏差が所定の範囲内にな
るための時間が与えられる。従って本発明の方法は、偏
差補正時間を選択する工程と、速度偏差信号が補正時間
よりも長い時間に亘り偏差値を越える場合には電動機を
消勢する工程とを含んでいる。

【００３２】電動機の回転方向を判定すべく、上述の判
定工程は第一及び第二のパルス列を発生する工程と、第
一のパルス列（基準パルス列）に対する第二のパルス列
の位相関係を検出する工程とを含んでいる。二つのパル
ス列は実質的に同一の周波数であることが好ましく、か
かる周波数は電動機の速度に正比例している。

【００３３】上述の方法は最も実施し易いものである
が、電動機速度は他の同様の方法により判定されてもよ
い。この他の一つの方法は、上昇方向に於ける単位電動
機速度当りの電圧を示す第一の定数を選択する工程と、
下降方向に於ける単位電動機速度当りの電圧を示す第二
の定数を選択する工程と、バイアス電圧を選択する工程
とを含んでいる。更にこの方法は、実際の電動機速度及
び回転方向を判定する工程と、電動機速度を前記二つの
定数の一方と乗算する工程とを含んでいる。乗算の積は
バイアス電圧と組合されてフィードバック電圧信号が出
力され、このフィードバック電圧信号はドライバ装置へ
出力される。

【００３４】本発明の他の一つの局面に於ては、二つの
定数の絶対値は互いに異なっている。より詳細には、第
一の定数の絶対値は第二の定数の絶対値よりも高い。

【００３５】第一の定数を選択する工程は、上昇方向へ
定格トルクにて回転する電動機により達成可能な最大速
度を判定する工程を含んでいる。またこの第一の定数を
選択する工程は第一の電圧を選択する工程と、第一の電
圧を上昇方向に於ける上述の最大速度にて除算する工程
とを含んでいる。

【００３６】同様に第二の定数を選択する工程は、下降
方向へ定格トルクにて回転する電動機により達成可能な
最大速度を判定する工程を含んでいる。また第二の定数
を選択する工程は第二の電圧を選択する工程と、第二の
電圧を下降方向に於ける上述の最大速度にて除算する工
程とを含んでいる。

【００３７】（例えば負の方向の速度として下降方向の
電動機速度を指定することにより、或いは第二の定数を
負の定数として指定することにより負の積を得ることが
できる。また例えば上昇方向の速度を負の速度と指定す
ることにより他の符号の取り方が考えられ、これらも良
好に機能するが、かかる符号の取り方は実際に使用する
場合に容易ではない）。電動機速度と定数との積が負で
ある場合にも、フィードバック電圧信号は正に維持され
ることが好ましい。従ってバイアス電圧の絶対値は何れ
の積の絶対値よりも大きい。

【００３８】

【実施例】本発明の方法を説明する前に、本発明の方法
が使用される一つの用途を理解することが有用である。
図１及び図２に於て、オーバヘッド型の走行クレーン１
１は鉄道と同様のフランジ付き車輪１５により両端にて
支持された互いに隔置された一対のブリッジガーダー１
３を含んでいる。車輪１５はレール１７に載置されてお
り、レール１７は三次元的に見て図１の紙面に垂直な方
向に延在している。このレール１７、従ってクレーン１
１全体が、該クレーンによって移動されるべき負荷１８
が配置された面の高さよりも十分に高い位置に存在して
いる。ガーダー１３にはトロリー１９が設けられてお
り、トロリー１９はブリッジガーダー１３の長さ方向に
延在するレール２１上に載置された同様の車輪に支持さ
れている。トロリー１９にはホイスト機構２３が設けら
れており、ホイスト機構はスチールケーブル２７が巻付
けられたシリンダ形のドラム２５を含んでいる。ケーブ
ル２７には負荷１８を持上げるための装置が吊下げられ
ている。この装置としてフック２９が図示されている
が、負荷を持上げるための装置は掛鎖、電磁石又は他の
装置であってよい。ドラム２５がホイスト機構の電動機
により回転されると、フック２９（及びそれに取付けら
れた負荷１８）が上昇又は下降する。

【００３９】ドラムの回転（回転方向及び回転速度の両
方）はクレーンの運転室３３内に配置されたマスタスイ
ッチ３１を操作するオペレータにより制御される。オペ
レータがマスタスイッチのハンドル３５をニュートラル
位置、即ち「オフ」位置より一方の方向、例えば「上
昇」又は他方の方向、例えば「下降」へ移動させると、
ドラム２５はそれに対応して回転する。またこの場合ハ
ンドル３５がニュートラル位置より移動される距離によ
って回転速度が制御される。

【００４０】図２はかご形電動機３９を制御する一つの
代表的な周波数調節可能な三相交流インバータ型ドライ
バ装置３７を示している。電動機３９は適当な歯車装置
３１を介してホイストドラム２５に連結されている。ド
ライバ装置３７はメインライン接触器４３と、スカラー
インバータ４５と、一組のダイナミック制動抵抗器４７
とを含んでいる。ドライバ装置３７が遮断されると、た
とえ負荷１８がフック２９より吊下げられた状態にあっ
ても、電磁石式のシューブレーキ４９が電動機３９及び
ドラム２５を固定位置に保持する。

【００４１】図３は四つの象限よりなるグラフであり、
その縦軸５１はロータの周波数及びモータの回転速度を
示し、横軸５３は電動機のトルクを示している。象限I
は電動機３９が「上昇」方向へ回転し負荷１８が上昇移
動している場合に於ける典型的な負荷上昇作動を示して
いる。象限IVは電動機３９が「下降」方向へ回転し負荷
１８が下方へ移動している場合に於ける典型的な負荷下
降作動を示している。上下方向に延在する破線５５及び
５７は定格トルクを示しており、水平線５９及び６１は
電動機３９に印加される電圧の周波数（「同期周波数」
と呼ばれる）を示している。図２のドライバ装置３７に
於ては、この周波数はマスタスイッチのハンドル３５の
位置の変化に応じて変化する。また水平線５９及び６１
は滑りが存在しない場合に於ける同期周波数での電動機
の理論速度（同期速度）を示している。

【００４２】しかし前述の説明から判る如く、出力トル
クを発生するためには、電動機３９はステータに於ける
磁界の回転速度（同期速度）とは異なる速度にて回転し
なければならず、同期速度と実際の回転速度との間の差
は「滑り」と呼ばれる。図３に於て、点６３及び６５は
それぞれ定格トルクに於ける上昇方向及び下降方向の同
期速度を示しており、点６７及び６９はそれぞれ定格ト
ルクに於ける上昇方向及び下降方向の実際の電動機の回
転速度を示している。

【００４３】点６３と点６７との間の速度の差は上昇方
向に於ける電動機の滑りＳｈを示しており、点６５と点
６９との間の速度の差は下降方向に於ける電動機の滑り
Ｓｌを示している。上昇方向に於ては、電動機の速度は
同期速度よりも滑りＳｈだけ低い。これに対し下降方向
に於ては電動機の速度は同期速度よりも滑りＳｌだけ高
い。

【００４４】水平線５９及び６１は勿論互いに逆方向の
１２００ｒｐｍの同期速度を示しているものと仮定す
る。また点６７は定格トルクでの上昇方向の電動機の実
際の速度である１１５０ｒｐｍを示している。この差５
０ｒｐｍは滑りＳｈである。また点６９は下降方向に於
ける電動機の実際の速度を示しているが、この速度、例
えば１２５０ｒｐｍは定格トルクに於ける速度１２００
ｒｐｍよりも高い。この差５０ｒｐｍは滑りＳｌであ
る。更に上昇方向に於ては電動機の速度は同期速度より
も滑りＳｈだけ低く、下降方向に於ては電動機の速度は
同期速度よりも滑りＳｌだけ高い。

【００４５】図４にも示されたエンコーダ７１が電動機
３９の回転速度及び回転方向を判定するために使用され
ている。エンコーダ７１は電動機のシャフト７５（又は
歯車装置のシャフト７７）に連結され電動機の回転速度
にて回転する回転輪形の要素７３を含んでいる。二つの
センサ７９及び８１（それぞれ記号Ａ及びＢによっても
表記される）が要素７３に隣接して配置されており、要
素７３に設けられた歯８３がセンサ７９又は８１に近接
した位置にくると、そのセンサは図５に示された矩形信
号を発生する。電気信号（例えば電圧）は不可視である
ので、本明細書に於ては信号を伝送するラインを示す同
定手段、即ち符号又は記号が使用される。図４は実際の
エンコーダ７１の動作原理を示す説明図である。

【００４６】第一のパルス列信号８５（基準信号「Ａ」
と表示される）は電動機が何れかの方向に回転している
場合にセンサ７９より出力され、第二のパルス列信号８
７ａ（ＢＨＳＴ）は電動機３９が負荷上昇方向へ回転し
ている場合にセンサ８１より出力される。負荷上昇方向
に於ては、信号８７ａは電気的に９０°基準信号８５よ
り遅れている。信号８７ｂ（ＢＬＷＲ）は電動機３９が
負荷下降方向へ回転している場合にセンサ８１より出力
され、この信号８７ｂは電気的に９０°基準信号８５よ
り進んでいる。電動機が回転している場合に於ける任意
の時点に於て、信号８７ａ又は信号８７ｂが存在する
が、これらの両者が存在することはない。また信号８５
及び信号８７は同一の周波数であるが、これらの信号の
周波数は電動機の速度の変化に応じて変化し、電動機の
速度に比例している。

【００４７】以上の説明より、要素７３の回転方向、従
って電動機３９の回転方向によりセンサ７９又はセンサ
８１の何れが先に信号を出力するかが決定されることが
理解されよう。

【００４８】更に図６のブロック線図により示されたシ
ステム８２に於て、信号８５及び信号８７ａ又は８７ｂ
はフリップフロップ回路８９へ供給される。フリップフ
ロップ回路８９は第一のパルス列信号８５に対する第二
のパルス列信号８７の位相関係を検出するために使用さ
れる二つのＮＯＲゲートよりなっている。換言すれば、
フリップフロップ回路は信号８７が信号８５より進んで
いるか遅れているかを判定する。

【００４９】フリップフロップ回路８９は信号８５及び
８７の一方によりトリガされている間に他方の信号の値
をサンプリングするサンプリング及び保持回路として機
能する。信号８７のサンプリングは信号８５のリーディ
ングエッジ（即ち立上がりエッジ）９１と同一の瞬間に
於て実行される。かくして回路８９は信号８７ａを「ハ
イ」信号として、即ちその最大値に於てサンプリング
し、信号８７ｂを「ロー」信号として、即ちその最小値
に於てサンプリングする。従って回路８９は電動機３９
が上昇方向又は下降方向の何れの方向に回転しているか
を示す信号９３を指示セクション９５へ出力する。

【００５０】次にシステム８２の他の部分について説明
する。システム８２を示すブロック線図はコンピュータ
プログラムにより制御される動作及び電気回路により制
御される動作を示している。またシステム８２はセンサ
７９よりの信号を受けると共にマイクロコントローラよ
りクロック信号を受けるカウンタ９７を含んでいる。カ
ウンタ９７は信号８５が１サイクルを完了するに必要な
時間を計測し、従ってカウンタ９７は信号８５のパルス
継続時間を計測する。

【００５１】パルス継続時間（１秒よりも小さい微小の
時間として計測される）を示す信号は割算回路１０１へ
供給され、割算回路１０１はパルス継続時間を「１」に
割算してロータの周波数に非常に近い電動機速度を出力
する。例えばパルス継続時間が１／３００秒（十進法で
０．００３秒）であると計測されると、電動機速度は約
３００ｒｐｍである。ロータの周波数に比例するこの速
度／ロータ周波数信号１０３は方向信号９３と共に１６
ビットのコンピュータ言語の形態にて指示セクション９
５へ供給される。

【００５２】指示セクション９５は電圧信号＋Ｖ（信号
１０５）又は電圧信号−Ｖ（信号１０７）と呼ばれる８
ビットのコンピュータ言語を出力し、これらの信号の絶
対値は電動機速度を示し、これらの信号の符号は電動機
の回転方向を示している。電圧信号１０５は「上昇」信
号とも呼ばれ、電圧信号１０７は「下降」信号とも呼ば
れる。ゲインセクション１０９及び１１１がそれぞれ信
号１０５及び１０７にゲインを与え、かくしてゲインが
与えられた信号はそれぞれ電圧加算回路１１３及び１１
５へ供給される。これらの加算回路には正のバイアス電
圧１１７が与えられる。他の信号と同様、バイアス電圧
１１７はデジタル言語により表される。加算回路１１３
はバイアス電圧１１７と第一の電圧信号１１０とを加算
し、加算回路１１５はバイアス電圧１１７と第二の電圧
信号１１２とを加算し、これらの加算信号の何れかがデ
ジタルフィードバック信号１１９を出力する。

【００５３】このフィードバック信号１１９はデジタル
−アナログコンバータ１２１へ供給され、コンバータ１
２１はフィードバック信号１１９をアナログ電圧１２３
に変換する。アナログ電圧１２３（後述の如く常に正で
ある）は加算回路１２５へ供給される。加算回路１２５
にはマスタスイッチの設定により指令される電動機速度
を示す負の電圧の速度指令信号１２７も供給される。こ
れら二つの電圧信号１２３及び１２７は加算され、その
加算結果である速度偏差信号１２９はコンパレータ１３
１へ供給される。またコンパレータ１３１には一定の所
定の偏差値信号１３３が供給される。信号１３３は実際
の電動機速度と指令電動機速度との間の最大許容偏差に
対応する値を示している。コンパレータ１３１により速
度偏差信号１２９が偏差値信号１３３を越えていること
が検出されると、ドライバ装置３７は消勢される。

【００５４】次に幾つかの特定の例について説明する。
上昇方向の最大電動機速度が１１５０ｒｐｍであり下降
方向の最大電動機速度が１２５０ｒｐｍである特定の場
合に於て、第一の電圧信号１１０及び第二の電圧信号１
１２として３．７５Ｖの値が選択されるものとする。こ
れらの値は回転方向、即ち上昇方向又は下降方向を示す
符号を有し、或いは速度信号１０３それ自身に符号が与
えられる。また５Ｖのバイアス電圧１１７が選択される
ものとする。

【００５５】電圧信号１１０及び１１２の一方がバイア
ス電圧１１７と組合されて実際の電動機速度を示すフィ
ードバック信号１１９が出力される。この場合上昇方向
の実際の電動機速度を示すフィードバック信号１１９は
５＋３．７５Ｖ、即ち８．７５Ｖである。また下降方向
の実際の電動機速度を示すフィードバック信号１１９は
５−３．７５Ｖ、即ち１．２５Ｖであり、各フィードバ
ック信号１１９は正の極性を有している。５Ｖ以上のフ
ィードバック信号１１９は方向が上昇方向であることを
示し、５Ｖ未満のフィードバック信号１１９は方向が下
降方向であることを示している。

【００５６】また方向が上昇方向であり、速度指令信号
１２７が−８．８Ｖであるとする。従ってフィードバッ
ク信号１１９と速度指令信号１２７との加算値は−０．
０５Ｖ（８．７５−８．８０Ｖ）であり、速度偏差信号
１２９を発生する。偏差値信号１３３が０．１０Ｖに選
択されると、速度偏差信号１２９は所定の範囲内にな
り、ドライバ装置３７の作動が継続される。

【００５７】上昇方向の電動機の実際の速度を示すフィ
ードバック信号１１９が５＋４．０Ｖ、即ち９．０Ｖで
あり、速度指令信号１２７が−８．８Ｖであるとする。
偏差値信号１３３が０．１０Ｖである場合には速度偏差
信号１２９は所定の範囲外となる。コンパレータ１３１
はこの事実を検出し、好ましくは速度偏差信号１２９が
偏差値１３３よりも小さい値になる機会が与えられる短
い補正時間の経過後にドライバ装置３７を消勢する。

【００５８】本発明の方法を上述の例との関連で説明す
る。この例に於ては、定格トルクに於ける上昇方向及び
下降方向の電動機の最大速度１１５０ｒｐｍ及び１２５
０ｒｐｍが３．７５Ｖの値により示されるものとする。
第一の定数が３．７５を１１５０ｒｐｍにて除算するこ
とにより選択され、その結果上昇方向については単位電
動機速度当りの電圧は０．００３２６になる。同様に第
二の定数が３．７５を１２５０ｒｐｍにて除算すること
により選択され、その結果下降方向について単位電動機
速度当りの電圧が０．００３になる。この場合二つの定
数の絶対値は互いに異なっており、第一の定数の絶対値
は第二の定数の絶対値よりも大きいことが判る。

【００５９】次いで実際の電動機速度及び回転方向が判
定され、電動機が上昇方向へ６３０ｒｐｍにて回転して
いる旨の判定が行われたとする。この電動機速度は０．
００３２６にて乗算され、その積２．０５４が５Ｖのバ
イアス電圧１１７と加算されて７．０５４Ｖのフィード
バック電圧信号１１９が発生される。次いでフィードバ
ック信号１１９が上述の要領にて指令信号１２７と加算
され、その結果得られる偏差信号がコンパレータ１３１
へ供給されて最大許容偏差と比較される。

【００６０】上述の例に於て与えられた特定の電圧値の
理由は、本発明の方法を実施するために使用される要素
の一つの特定の実施例に於ては、デジタル−アナログコ
ンバータ１２１へ供給されるフィードバック電圧信号１
１９の最大許容値が１０Ｖであり、この電圧は正の極性
でなければならないということである。更に容易に得ら
れるバイアス電圧１１７は＋５Ｖである。

【００６１】また例示のドライバ装置３７は正のフィー
ドバック電圧信号１１９のみを受けることができ、容易
に得られるバイアス電圧１１７の値及び極性が＋Ｖであ
るので、第一の電圧信号１１０及び第二の電圧信号１１
２（又は電動機速度と一方の定数との積）は５Ｖ以下で
あることが好ましい。かくしてフィードバック電圧信号
１１９は１０Ｖを越えることもなければ０Ｖ以下になる
こともない。

【００６２】実際の速度を得るためには同期速度に対し
滑りＳｌが加算され或いは同期速度に対し滑りＳｈが減
算されることの影響を認識することにより、本発明の方
法はかかる誤差を発生する相違を認識していない従来の
システムに存在する誤差を排除する。従来のシステムは
誤差を発生する相違を認識していないので、実際の速度
と指令速度との間に１０〜２０％程度の非常に高い偏差
を許容せざるを得ない。更に従来のシステムに於ては偏
差を判定するためにかなりの時間を必要とする。本発明
の方法を実行するために使用されるマイクロコントロー
ラをベースとする装置に於ては、この時間は０．１秒程
度に低減される。従って所定の範囲外の速度を遥かに迅
速に検出することができる。

【００６３】以上に於ては本発明の原理を幾つかの例と
の関連で説明したが、これらの例は例示に過ぎず、本発
明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が使用されてよい一つの用途を示すオー
バヘッド型走行クレーンの簡略化された側面図である。

【図２】図１のクレーンのホイスト駆動装置の電気的部
分及び機械的部分の概略構成図である。

【図３】代表的な交流かご形電動機の速度とトルクとの
間の関係を四つの象限について示すグラフである。

【図４】電動機のシャフトに設けられたエンコーダを示
す説明図である。

【図５】図４のエンコーダにより出力されるパルス列信
号を示すグラフである。

【図６】本発明の方法に於て有用なマイクロプロセッサ
をベースとするシステムのブロック線図である。

【符号の説明】

１１…クレーン１８…負荷２３…ホイスト機構３１…マスタースイッチ３７…ドライバ装置３９…電動機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流誘導電動機を使用して負荷を上昇方向
及び下降方向へ移動させるためのドライバ装置に於て電
動機速度を判定する方法にして、上昇方向へ定格出力トルクにて回転する電動機により達
成可能な最大速度を示す第一の電圧信号を選択する工程
と、下降方向へ定格出力トルクにて回転する電動機により達
成可能な最大速度を示す第二の電圧信号を選択する工程
と、バイアス電圧を選択する工程と、を任意の順序にて含む選択工程を含み、前記方法は更に
前記二つの電圧信号の一方を前記バイアス電圧と組合せ
て電動機速度を示すフィードバック信号を得る工程と、前記フィードバック信号を速度指令信号と比較する工程
と、を含む方法。
【請求項２】請求項１の方法に於て、前記選択工程は更
に前記フィードバック信号の前記速度指令信号よりの最
大許容偏差を示す偏差値を選択する工程を含んでいるこ
とを特徴とする方法。
【請求項３】請求項２の方法に於て、更に前記フィード
バック信号を前記速度指令信号と比較して速度偏差信号
を得る工程と、前記速度偏差信号を前記偏差値と比較する工程と、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項４】請求項３の方法に於て、前記速度偏差信号
が所定の偏差値を越えるときには前記ドライバ装置を消
勢する工程を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項５】請求項１の方法に於て、追加の選択工程と
して、前記フィードバック信号と速度指令信号との間の最大許
容偏差を示す偏差値を選択する工程と、偏差補正時間を選択する工程と、を含み、前記方法は更に前記フィードバック信号を前記
速度指令信号と比較して速度偏差信号を得る工程と、前記偏差補正時間よりも長い時間に亘り前記速度偏差信
号が前記偏差値を越えるときには前記電動機を消勢する
工程と、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項６】請求項５の方法に於て、前記二つの電圧信
号の絶対値は実質的に等しいことを特徴とする方法。
【請求項７】請求項６の方法に於て、前記バイアス電圧
の絶対値は前記二つの電圧信号の何れの絶対値よりも大
きいことを特徴とする方法。
【請求項８】請求項１の方法に於て、前記組合せ工程に
先立ち、実際の電動機速度を示す速度信号を与える工程と、前記電動機の回転方向を判定する工程と、が実行されることを特徴とする方法。
【請求項９】請求項８の方法に於て、前記判定工程は第
一及び第二のパルス列を発生する工程と、前記第一のパルス列に対する前記第二のパルス列の位相
関係を検出する工程と、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１０】請求項９の方法に於て、前記二つのパル
ス列は実質的に同一の周波数であることを特徴とする方
法。
【請求項１１】請求項１０の方法に於て、前記二つのパ
ルス列の周波数は前記電動機の速度に正比例しているこ
とを特徴とする方法。
【請求項１２】交流誘導電動機に接続され負荷を上昇方
向及び下降方向へ移動させるための交流インバータ型ド
ライバ装置に於て前記電動機の速度を判定する方法にし
て、前記上昇方向の単位電動機速度当りの電圧を示す第一の
定数を選択する工程と、前記下降方向の単位電動機速度当りの電圧を示す第二の
定数を選択する工程と、バイアス電圧を選択する工程と、を任意の順序にて含み、前記方法は更に前記電動機の実
際の速度及び回転方向を判定する工程と、前記電動機速度を前記二つの定数の一方と乗算する工程
と、前記乗算の積を前記バイアス電圧と組合せてフィードバ
ック電圧信号を得る工程と、前記フィードバック電圧信号を前記ドライバ装置へ供給
する工程と、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１３】請求項１２の方法に於て、前記二つの定
数の絶対値は互いに異っていることを特徴とする方法。
【請求項１４】請求項１３の方法に於て、前記第一の定
数の絶対値は前記第二の定数の絶対値よりも大きいこと
を特徴とする方法。