JP7800804B2

JP7800804B2 - 単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロック

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Publication number: JP7800804B2
Application number: JP2023505213A
Authority: JP
Inventors: 樹山本; 択真一色
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Description

本発明は、電気チェーンブロック等の荷移動装置のように重量の異なる荷物を移動する装置の駆動部に広く利用される、単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロックに関する。

電気チェーンブロックのように荷を上下方向に移動させる小型の荷巻上下装置には、広く単相誘導モータが使用されている。単相誘導モータには種々の種類があり、図１は本発明で扱う単相誘導モータの概略回路構成を示す図である。単相誘導モータ部１２０は、ステータＳ内に両端にＵ端子とＶ端子を備えた主コイルＭＬと、両端にＸ端子とＹ端子を備えた補助コイルＡＬを備えている。始動時は単相交流電源２００からＳＳＲ（ソリッドステートリレー）動力回路１２１を経由して主コイルＭＬに交流電流を通電すると共に、同時に補助コイルＡＬにもＳＳＲ動力回路１２１及びコンデンサＣを経由して交流電流を通電する。これにより、ステータＳ内には回転磁界が発生し、主コイルＭＬ及び補助コイルＡＬに対向して回転自在に軸支され配置された回転子（図示せず）が回転を開始し、単相誘導モータが起動する。

図２は単相誘導モータの始動からのトルク変化の状態を示す図であり、曲線Ａは主コイルＭＬと補助コイルＡＬへの通電をＯＮとして回転子を回転させた場合のモータのトルク変化を示す曲線で、曲線Ｂは主コイルＭＬへの通電をＯＮとして補助コイルＡＬへの通電をＯＦＦとした場合のトルク変化を示す曲線で、縦軸にトルク、横軸に回転速度を示している。なお、上記主コイルＭＬと補助コイルＡＬの両方への通電をＯＮする単相誘導モータの運転を「コンデンサラン」（図３参照）と記し、上記主コイルＭＬへの通電をＯＮとして補助コイルＡＬへの通電をＯＦＦとする単相誘導モータの運転を「純単相ラン」（図４参照）と記す。なお、この単相誘導モータは、コンデンサ始動型に分類されるものであって、常時補助コイルＡＬに通電し運転するコンデンサラン型に分類されるものではない。

まず、単相誘導モータの始動は、回転速度０の状態からコンデンサランで運転を開始する（図２の曲線ＡのI点）。その後、単相誘導モータのトルクは回転速度に従って頂点に達するまで上昇し（大きくなり）、頂点から急激に下降する（小さくなる）。頂点を所定量過ぎたII点で図４に示すように補助コイルＡＬへの通電をＯＦＦ（通電路１２１ｂの開閉接点部１２１ｅをＯＦＦ）とすることにより、モータは純単相ランへ切替わる（移行する）。その後、更に回転速度が増し、負荷トルクＣと吊り合った状態（III点）で定常運転となる。曲線Ａのコンデンサランから、曲線Ｂの純単相ランへの切替はＳＳＲ動力回路１２１が主コイルＭＬへ流れている電流値を基に判定し、切替を行う。また、図２に示すように、単相誘導モータの出力トルクは、回転速度により決まり、単相誘導モータの出力トルクと電流値とも相関がある。そこで従来のオーバーロードリミッターＯＬＬ（以後、単に「ＯＬＬ」と記す）では、主コイルＭＬに流れる電流値を基に単相誘導モータの出力トルクを判定し、過負荷の判断を行っている。

しかしながら、単相誘導モータはある特定の状況では、電流値を基に単相誘導モータの過出力トルク、即ち過負荷の判定が難しい場合がある。例えば、電気チェーンブロック等の荷巻上下装置で動作保証最低電圧時や高温状態、または低温状態で定格荷重の荷を巻上げた場合がそれに相当する。低い電圧を印加した場合や高温での運転時は、単相誘導モータ自身の出力トルクが低下する。また低温時は機械損の増加により、モータに掛かる負荷トルクが大きくなり、荷の過荷重（過負荷）との判別が難しい。

図５はこのような厳しい条件下での単相誘導モータの加速の様子を示す。始動時は通常時と同様に曲線Ａのコンデンサランで運転開始（I点）し、その後、順調に回転速度が速くなり、主コイルＭＬの電流値が所定の切り替え閾値以下となる（図５のII点）と、曲線Ｂの純単相ランへと切替える。ここまでは通常のコンデンサ始動と同様であるが、この厳しい条件下で、純単相ランに切替えると、負荷トルクＣは単相誘導モータの出力トルクと略等しいか大きいこともある。この状態では単相誘導モータは減速することもあり、主コイルＭＬの電流値がコンデンサランへ切り替える閾値に達すると再び曲線Ａのコンデンサランに切替え（III点）、曲線Ａのコンデンサランで加速して、II点で曲線Ｂの純単相ランに切替え、再び減速して曲線Ａのコンデンサランに切替える。

前述したように、単相誘導モータの出力トルクは回転速度と相関関係があるが、このようにコンデンサランと純単相ランを交互に繰り返している状態では、運転は継続できるものの電流値は安定しない。そのため、このような状態では単相誘導モータの電流値により判定する従来のＯＬＬでは適正に判定が行えないこととなり、製品としての単相誘導モータの使用範囲が制限されるという問題がある。この問題に対処するための最も簡単な解決方法は、どのような状況下でも出力に十分余裕を持った単相誘導モータを使用することであるが、そうすると最悪のレアケースに備えるためだけに単相誘導モータを大型化しなければならないという問題が生じる。

実開昭５６―０６７８９４号公報

特許文献１には電動機の過負荷制御装置に関する技術が開示されている。ここで開示されている技術は本願発明と同様、コンデンサ起（始）動方式の単相誘導モータの過負荷制御装置である点では本願発明と類似するが、下記の点で本願発明と相違する。

特許文献１の発明は、上記のようにコンデンサ起動方式の単相誘導モータの過負荷制御装置であり、過負荷電流が所定時間を超えて連続して流れているか否かを過負荷の判定基準としている。特許文献１記載の単相誘導モータの過負荷制御装置では、本願発明が対象としている厳しい条件下での使用ができなくなるという問題が生じることになる。短時間で純単相ランからコンデンサランに切り替わる運転を頻繁に行っても、ノイズと判定し過負荷と判定しないことがある。

特許文献１の発明は、ノイズや一時的な過負荷などを判定から除外し、不具合なく判定できるとしているのに対して、本発明はこのような、不具合になることを防ぐことではなく、従来の過負荷判定方法では判定できない条件下においても過負荷判定を可能とし、過負荷判定の対応可能範囲を拡大することを目的としている。

更に本発明は、単相誘導モータがコンデンサランであっても、純単相ランであっても該単相誘導モータの過負荷を適正に判定できる単相誘導モータの制御方法、制御装置及び電気チェーンブロックを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記主コイルの負荷電流が大きい時に前記駆動回路を介し且つ前記コンデンサを経由して前記単相交流電源から電流を供給し、前記主コイルに供給される電力が、所定の過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する単相誘導モータの制御方法（Ａ）と併用し、下記（１）乃至（３）に記載のいずれか１又は２以上の過負荷判定方法を採用することを特徴とする単相誘導モータの制御方法である。
（１）前記単相誘導モータの運転時間に対する前記補助コイルに通電される通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに通電される通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
（２）前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
（３）前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値が、該通電時間の積算値に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
上述のように、上記（Ａ）、（１）乃至（３）に記載の過負荷判定方法は、これらの内の何れか１つのみの過負荷判定方法を用いても良いし、これらの内の何れか複数の過負荷判定方法を用いても良い。複数の過負荷判定方法を用いる場合は、それらの内の何れか１つの過負荷判定方法が過負荷と判定することを条件に過負荷であると最終判断しても良いし、それら全ての過負荷判定方法が過負荷と判定することを条件に過負荷であると最終判断しても良い。
本発明によれば、コンデンサ始動型の単相誘導モータの制御方法において、主コイルの電流が不安定な領域でも、単相誘導モータが過負荷であるか否かを精度よく判定できる。
また本発明において、主コイルに供給される電力に過負荷判定閾値を設ける過負荷判定方法（Ａ）と、それ以外の補助コイルに通電される通電時間に関して過負荷判定閾値を設ける過負荷判定方法（１）又は（２）又は（３）とを併用すれば、定格負荷を大きく上回る負荷が作用した場合には、補助コイルの通電時間に関して過負荷を判定する前に、主コイルに供給される電力値で過負荷を判定できるので、より効果的に機器の損傷を防止することが可能となる。

また本発明は、主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記主コイルの負荷電流が大きい時に前記駆動回路を介し且つ前記コンデンサを経由して前記単相交流電源から電流を供給するように構成され、前記主コイルに供給される電力が、所定の過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する過負荷判定手段を備えた単相誘導モータの制御装置において、
下記（１）乃至（３）に記載のいずれか１又は２以上の方法による過負荷判定を行う過負荷判定手段をさらに備えていることを特徴とする。
上記（Ａ）、（１）乃至（３）に記載の方法による過負荷判定手段の内の何れか１つのみの過負荷判定手段を用いても良いし、これらの内の何れか複数の過負荷判定手段を用いても良いことは、上記単相誘導モータの制御方法の場合と同様である。
本発明によれば、コンデンサ始動型の単相誘導モータの制御装置において、主コイルの電流が不安定な領域でも、単相誘導モータが過負荷であるか否かを精度よく判定できる。

また本発明は、ロードチェーンが係合するロードシーブと、該ロードシーブを回動する単相誘導モータとを備えた電気チェーンブロックであって、上記単相誘導モータの制御装置を備えたことを特徴とする電気チェーンブロックにある。
この電気チェーンブロックによれば、従来では過荷重の判定が不可能とされる領域においても適正に吊り荷が過荷重か否かを判定でき、過荷重の荷の吊り上げを安全に停止することができる。

本発明によれば、従来の過負荷判定方法では判定できない条件下においても過負荷判定を可能とし、過負荷判定の対応可能範囲を拡大することができる。これによって単相誘導モータの過負荷を適正に判定できる。

本発明に係る単相誘導モータの概略回路構成を示す構成図である。単相誘導モータの始動からのトルク変化の状態を示す図である。単相誘導モータのコンデンサラン時の概略回路構成を示す図である。単相誘導モータの純単相ラン時の概略回路構成を示す図である。単相誘導モータの始動からのトルク変化の状態を示す図である。図６Ａ及び図６Ｂは本発明に係る単相誘導モータの過負荷判定を説明するための図である。本発明に係る単相誘導モータの過負荷判定を説明するための図である。図７の一部を抽出拡大した図である。本発明に係る単相誘導モータの過負荷判定の処理フローを示す図である。本発明を使用する電気チェーンブロックの概略システム構成図である。本発明に係る電気チェーンブロックの電気的接続構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本願発明に係る過負荷判定を実施するための単相誘導モータの概略回路構成を示す図である。単相誘導モータはステータＳ内に両端にＵ端子とＶ端子を有する主コイルＭＬと、両端にＸ端子とＹ端子を有する補助コイルＡＬを備えた単相誘導モータ部１２０と、ＳＳＲ動力回路１２１と、コンデンサＣを具備する構成である。ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）動力回路１２１は３個の通電路１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃを備え、それぞれの通電路１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの中間部に電気的開閉接点部１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆを有し、該開閉接点部１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆをＯＮ，ＯＦＦすることにより、通電路１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃでそれぞれ入力側（単相交流電源２００側）と出力側（単相誘導モータ部１２０側）を電気的に接続・分離されるようになっている。なお、ここでは説明を解り易くするため接点部１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆが機械的にＯＮ・ＯＦＦするイメージで図示しているが、実際は無接点素子（例えばトライアック）で構成されるようになっている。なお、モータの正逆転回路や電流センサ、電圧センサについては後に詳述する。

ＳＳＲ動力回路１２１の通電路１２１ａの入力側と通電路１２１ｂの入力側の端部が電気的に接続され、通電路１２１ａの出力側端部は単相誘導モータ部１２０の主コイルＭＬのＵ端子に接続され、入出力端子１２１ｂの出力側端部は単相誘導モータ部１２０の補助コイルＡＬのＸ端子に接続されている。また、通電路１２１ｃの出力側端部は主コイルＭＬのＶ端子に接続されている。また、コンデンサＣはその一端がＳＳＲ動力回路１２１の通電路１２１ｃの入力側に電気的に接続され、他端は単相誘導モータ部１２０の補助コイルＡＬのＹ端子に接続されている。図１に示す状態、即ちＳＳＲ動力回路１２１の通電路１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの開閉接点部１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆの全てがＯＦＦの状態で単相誘導モータ部１２０は停止の状態である。

図３は単相誘導モータが始動した状態を示し、ＳＳＲ動力回路１２１の全部の通電路１２１ａ～１２１ｃの開閉接点部１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆがＯＮで、単相誘導モータ部１２０に単相電力が供給されている状態を示す。補助コイルＡＬには直列にコンデンサＣが接続されているため、主コイルＭＬを流れる電流と補助コイルＡＬを流れる電流の位相差により、回転速度０からステータＳ内に回転磁界が発生し、該ステータＳ内に対向して回転自在に軸支されて配置された回転子（図示せず）が回転し、単相誘導モータ部１２０は始動する。このように、主コイルＭＬへの通電に加えコンデンサＣを直列に備えた補助コイルＡＬへの通電により単相誘導モータを運転することを、ここでは上記のようにコンデンサランと称する。

図４は単相誘導モータが始動した後、主コイルＭＬの電流が所定値に減少したことを検知して補助コイルＡＬへの通電を停止し、主コイルＭＬへの通電のみで単相誘導モータを運転している状態を示す。即ち、単相誘導モータ部１２０が始動してから所定時間が経過した後、モータの回転速度が増加し主コイルＭＬの電流値が切り替え閾値以下になると通電路１２１ｂの開閉接点部１２１ｅをＯＦＦとし、単相誘導モータが上記に定義したように純単相ランで運転されている状態を示している。

上記のように単相誘導モータをコンデンサランで始動し、所定時間経過後に純単相ランに切替え、単相誘導モータを運転している状態において、例えば低電圧状態や、高温状態や、低温状態の条件下での定格負荷運転では、同条件下での純単相ランの出力可能なトルクの最大出力に近い出力が必要となる。これに対処するため、純単相ランでストールしないように、純単相ランからコンデンサランに切り替える主コイルＭＬの電流値を設定している。ＳＳＲ動力回路１２１は通電路１２１ｂの開閉接点部１２１ｅをＯＮとして、コンデンサランの運転へ切替え、モータの回転速度が上昇し主コイルＭＬの電流が切り替え閾値以下になったら、開閉接点部１２１ｅをＯＦＦとして純単相ラン運転とし、再び主コイルＭＬの電流が切り替え閾値を超えたら、開閉接点部１２１ｅをＯＮとしてコンデンサランとする。このようにコンデンサランと純単相ランを頻繁に切替えながら単相誘導モータを運転することになる。コンデンサランと純単相ランを頻繁に切替えながら単相誘導モータを運転すると、運転は継続できるものの、電流値又は電力値が安定しないことになり、従来の電流値の大小だけから過負荷が判定できない。つまりＯＬＬが使用できる範囲に制限されるという問題がある。

上記従来の単相誘導モータの運転における問題を、図１乃至図５を用いて更に詳細に説明する。図１のＳＳＲ動力回路１２１の通電路１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃの開閉接点部１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆの全部をＯＦＦの状態から、図３に示すように開閉接点部１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆの全部をＯＮの状態にすると、図２のI点で単相誘導モータ部１２０の運転を開始し、図２の曲線Ａのコンデンサランに沿ってその出力トルクは回転速度の増加に伴って大きくなる。そしてコンデンサランの曲線Ａの頂点を所定量超したII点で通電路１２１ｂの開閉接点部１２１ｅをＯＦＦとする。これにより単相誘導モータ部１２０は純単相ランでの定常運転となる。

単相誘導モータを上記のように運転した場合に、動作保証最低電圧時や高温などの環境下での運転を行うと、出力トルクが低下するという問題、また低温下で運転を行った場合、負荷トルクが増加するという問題がある。これを図５で説明すると、低電圧、高温での定格負荷運転では、同条件下で純単相ランの曲線Ｂでの出力可能な最大トルクに近い負荷トルクＣが必要となる。このため、コンデンサランの曲線ＡのII点で純単相ランの曲線Ｂへ切替えると、純単相ランで安定して運転を継続するトルクが出力できない場合、または、低温時にはモータに掛かる負荷が純単相ランの曲線Ｂで想定した出力トルクを上回ることがあり、主コイルＭＬの電流値が切り替え閾値以上に増加し、純単相ランの曲線ＢのIII点でコンデンサランの曲線Ａへ切替えることが必要になり、コンデンサランと純単相ランとを頻繁に切替えながら運転することになる。このため回転速度や電流値または電力値が安定せず、電流値又は電力値の大小だけでは過負荷判定ができなくなるが、定格負荷での運転は可能な状態となっている。この領域においては、コンデンサランの曲線Ａと純単相ランの曲線Ｂの運転時間比率と負荷の大きさとは相関関係があり、この相関関係を利用して過負荷判定を行える。そうすることによって従来のＯＬＬでは過負荷判定ができなかった使用範囲でも過負荷判定をすることが可能となった。

そこで、本実施の形態では、単相誘導モータ部１２０の主コイルＭＬの電力値に閾値、補助コイルＡＬの単位時間当り通電時間に閾値を設け、主コイルＭＬへの電力値が閾値を超えた場合、或いは補助コイルＡＬの単位時間当り通電時間が閾値を超えた場合のいずれかが発生した場合に、単相誘導モータを過負荷と判定し単相誘導モータを停止するように制御することとした。

図６Ａ及び図６Ｂは単相誘導モータ部１２０の過負荷判定するための閾値を説明するための図である。図６Ａの補助コイル通電時間割合は、横軸に単相誘導モータ部１２０に供給される電圧（Ｖ）を、縦軸に補助コイルＡＬへの通電時間割合（％）を示し、定格電圧１１５Ｖの単相交流電源に対応する電気チェーンブロックに採用したものを一例としている。１Ｗ（２５０ｋｇ）は、定格荷重が２５０ｋｇであることを示す。補助コイルＡＬへの通電時間割合（％）は、単相誘導モータ部１２０への通電時間に対する補助コイルＡＬへの通電時間の割合を示す。単相誘導モータ部１２０に通電する場合は、常に主コイルＭＬに通電しているので、補助コイル通電時間割合（％）＝（補助コイルＡＬへの通電時間）／（主コイルＭＬへの通電時間）×１００で求められる。

図６Ａでは単相誘導モータ部１２０に供給される電圧が１１０Ｖ以上では定格荷重２５０ｋｇの荷を吊り上げても補助コイルＡＬに通電しなくても運転できることを示している。一方、単相誘導モータ部１２０に供給される電圧が１００Ｖでは、補助コイルＡＬへの通電時間割合（％）が７．５％を要することを示している。ＯＬＬ閾値は、単相誘導モータ部１２０に供給される電圧が１００Ｖでは２７％とし１０７Ｖ以上では１５％としていることを示している。このように、供給電圧ごとに補助コイル通電時間割合によるＯＬＬ閾値（過負荷判定閾値）を決めることによって、コンデンサランと純単相ランを繰り返す負荷領域においても過負荷を判別することが可能となっている。

図６Ｂの主コイル電力値は、横軸に単相誘導モータ部１２０に供給される電圧（Ｖ）を、縦軸に主コイルＭＬの電力（Ｗ）を示し、定格電圧１１５Ｖの単相交流電源に対応する電気チェーンブロックに採用されたものを一例として示している。主コイル電力（Ｗ）は、主コイルＭＬが消費する電力を示している。図示しない電流センサと電圧センサの検出値から図示しないマイクロコンピュータによって算出している。図６Ｂでは、単相誘導モータ部１２０に供給される電圧が１１０Ｖ～１２０Ｖで概ね３５０Ｗの電力を消費し、１００Ｖでは４１０Ｗ、１３０Ｖでは３８０Ｗの電力を消費することを示している。図示を省略した消費電力のばらつきなども考慮して、電圧１００Ｖでは５２０Ｗ、１１０Ｖでは４７０Ｗ、１３０Ｖでは４４０ＷをＯＬＬの閾値としていることを示している。補助コイル通電時間割合だけでは、供給電圧が１１０Ｖを超える範囲では精度良くＯＬＬ判定することが難しいが、供給電圧ごとに主コイル電力による過負荷判定閾値を定めることにより、この範囲でも精度よくＯＬＬ判定することが可能となっている。

供給電圧ごとに主コイル電力による過負荷判定閾値を定めることに替えて、供給電圧ごとに主コイル電流による過負荷判定閾値を定めることとし、ＯＬＬ判定を行うようにしても良い。この場合は、電力値よりも電流値の方が電圧ごとの値の変化が大きいので、測定する電圧を多くした方が良い。図６Ｂでは５Ｖ～１０Ｖごとに負荷電力を測定して閾値を定めているが、例えば２Ｖ～５Ｖごとに負荷電流を測定し閾値を定めるようにしても良い。

電気チェーンブロックでは、ロードチェーンと噛み合うロードシーブが多角形であることにより単相誘導モータ部１２０に掛かる負荷が脈動することを考慮し、この脈動する周期を考慮し消費電力を平均化しＯＬＬ判定に用いることが好ましい。

図７は補助コイルＡＬの通電時間の割合によってＯＬＬ判定する方法を説明するための模式図である。図７（ａ）は主コイルＭＬの電流センサで検知した電流波形を示し、図７（ｂ）はその交流電流実効値（ＲＭＳ）の推移を、図７（ｃ）は補助コイルＡＬの電流を電流センサで検知した波形をそれぞれ示している。また、図７（ｄ）は補助コイルＡＬの通電時間の割合からＯＬＬ判定する一つの手法として、所定時間内の通電時間の積算方法と積算値からＯＬＬ判定する方法を示すためのチャートで、横軸が経過時間で縦軸は所定時間内の通電時間としている。通電時間割合（率）は、補助コイルＡＬに通電した時間を主コイルＭＬに通電した時間で除して算出される割合（率）である。通電時間の割合を、所定時間内の通電時間に置き換えて検知した方が、制御が簡略にできる。その方法を図７に示している。単相誘導モータは、運転中は主コイルＭＬには通電している。一方、補助コイルＡＬには図７に示す通り、通電をＯＮ／ＯＦＦ制御されている。補助コイルＡＬの通電の有無を短い検知周期で検知し、通電を検知した回数を所定の時間内で積算することで、通電時間の割合が過負荷判定閾値に到達したか否かを判定することが可能となる。

図８は図７の（ｃ）、（ｄ）を抽出し拡大して示していて、ＯＬＬ判定方法の説明を加えた図である。図８（ａ）が図７（ｃ）に、図８（ｂ）が図７（ｄ）にそれぞれ対応する。図８（ａ）のｔ_１，ｔ_３，ｔ_５はそれぞれ補助コイルＡＬへの通電開始時刻を、ｔ_２，ｔ_４，ｔ_６はそれぞれ通電停止時刻を示す。

なお、図７ではチャートを簡略化して補助コイルＡＬのＯＮ／ＯＦＦ閾値を一つとしているが、ＯＦＦからＯＮの切り替え閾値とＯＮからＯＦＦの切り替え閾値をそれぞれ設けることが好ましい。また、切り替え直後に主コイルＭＬの電流値が大きく変動することを考慮し、切り替え直後の短時間は電流値による切り替えを無効とすることが好ましい。

また、このチャートでは、補助コイルＡＬの通電時間の割合を所定時間内の補助コイルＡＬへの通電時間の積算値に変換して過負荷（ＯＬＬ）と判定をするようにしている。図８に示すように積算する時間を０．３秒とし、この時間内の通電時間の積算値が５５％以上である０．１６５秒以上になると過負荷（ＯＬＬ）と判定する。時刻ｔ_１で補助コイルＡＬへの通電を開始し、０．０９秒経過した時刻ｔ_２で補助コイルＡＬへの通電が終了している。所定の検知周期（例えば交流電源周波数の1周期とし、５０Ｈｚの場合は０．０２秒）間隔で通電の有無を検知し、この所定の検知周期（０．０２秒）単位で通電積算値は増加する。次いで時刻ｔ_３から補助コイルＡＬへ通電しているが、時刻ｔ_２以前は、時刻ｔ_４の時点ではそのほとんどが積算する積算時間外となっているので積算値は１単位（０．０２秒）だけ増加し、時刻ｔ_４から時刻ｔ₅では積算値が時刻ｔ_４の時点より１単位減少し、時刻ｔ₅から時刻ｔ₆に渡って補助コイルＡＬへの通電が継続し、時刻ｔ_３も時刻ｔ₆の時点で積算する積算時間内となっていることから積算値も増加し、時刻ｔ₆で積算値が過負荷判定閾値（ＯＬＬ判定閾値）に達したので過負荷（ＯＬＬ）と判定し、主コイルＭＬと補助コイルＡＬへの通電を停止させている。

このように、補助コイルＡＬへの通電の有無を検知し積算することで過負荷（ＯＬＬ）を判定できるので、補助コイルＡＬの電流センサは、小型で安価なものを使用することが可能となる。あるいは、補助コイルＡＬの電流を検知する電流センサは使用せず、代わりに電気的開閉接点部１２１ｅがＯＮしていることを表す、制御部内の内部信号を用いて判定することも可能である。検知する時間や積算する時間は適宜パラメータ等で変更する。

過負荷を通電時間率で判定する方法は下記のようになる。
（通電時間率）=（補助コイルＡＬ通電時間－定数）÷（主コイルＭＬ通電時間）を算出し、ＯＬＬ閾値と比較し判定する。定数は始動時に強制的補助コイルＡＬに通電する時間を考慮して定めた時間で、適宜パラメータとして設定可能とすることが好ましい。この効果は外来ノイズ等の影響を低減することが可能となる。

また、過負荷（ＯＬＬ）の判定には、所定時間内の通電時間率で判定する方法がある。この方法は、始動時間経過後から補助コイルへの通電を記録し、移動平均によって通電時間率を算出し、所定時間内の通電時間率をＯＬＬ閾値と比較し判定する方法である。電気チェーンブロックのように、周期的に脈動する負荷の場合は、判定精度を向上させる効果がある。

図９は単相誘導モータの過負荷判定を行う処理のフローを示す図である。先ずステップＳＴ１において単相誘導モータを図３に示すコンデンサランで始動する。所定時間が経過した後に、ステップＳＴ２において主コイルＭＬの電力値が閾値を超えているか否を判断し、ＹＥＳであったらステップＳＴ３に移行し単相誘導モータを停止する。また前記ステップＳＴ２において主コイルＭＬの電力値が閾値を超えていなかったら、ステップＳＴ４に移行し、補助コイルＡＬの所定の時間内の通電時間の積算値が過負荷判定閾値を超えているか否かを判断し、ＮＯであったらステップＳＴ２に移行し、上記処理を繰り返す。一方ステップＳＴ４において、補助コイルＡＬの通電時間の積算値が過負荷判定閾値を超えていたら（ＹＥＳ）、ステップＳＴ３に移行し、単相誘導モータを停止する。この処理はＳＳＲ動力回路１２１側に配置しているマイクロコンピュータで実施する。

図１０は本発明に係る単相誘導モータの制御方法及び制御装置を使用する電気チェーンブロック１の概略構成図である。電気チェーンブロック１は荷巻上下用の単相誘導モータ１０、フリクションクラッチ（過負荷防止手段付クラッチ）１１、電磁ブレーキ２７、減速歯車機構１３、ＳＳＲ動力回路１２１、制御部２５等の部品及び機器を備え、これらの部品及び機器はそれぞれがその機能を果たすように調整され、装置ケーシング４内に適切に配置されている。２は装置ケーシング４内に配置されたロードシーブ（回転手段）であり、該ロードシーブ２には荷（図示せず）を巻き上げ・下げするためのロードチェーン３が巻回されている。

電気チェーンブロック１が荷を巻上げ・巻下げ（上昇・下降）するためには、ロードシーブ２を巻上げ方向（正転）及び巻下げ方向（逆転）に回転できることが必要である。ロードシーブ２を正転・逆転させるためには減速歯車機構１３の構成を変更する等の方法も考えられるが、ここではＳＳＲ動力回路１２１が正転・逆転機能を具備している。

図１１は上記電気チェーンブロック１の制御部２５、及びＳＳＲ動力回路１２１、電磁ブレーキ２７等の電気的接続構成を示す図である。ここではＳＳＲ動力回路１２１は単相誘導モータ１０を正転・逆転させる機能を備え、且つＯＮ・ＯＦＦ素子に無接点スイッチング素子２１－１～２１－５を使用している。ＳＳＲ動力回路１２１は制御基板２０を備え、該制御基板２０の供給端子Ｒｔ、Ｓｔ、Ｔｔが配置された入力側に、２本の外部配線６１及び６２を備え、外部配線線６１は供給端子Ｒｔと供給端子Ｓｔに接続され、これらを電気的に一体（短絡）にすると共に、一端を単相交流電源２００に接続する電源供給ＳＰ1としている。また外部配線６２は供給端子Ｔｔと始動コンデンサＣに接続され、これらを電気的に一体（短絡）にすると共に、一端を単相交流電源２００に接続する電源供給端子ＳＰ２としている。

制御基板２０の出力端子Ｕｔ、Ｖｔ、Ｗｔが配置された出力側には、単相誘導モータ１０が配置されている。該単相誘導モータ１０は主コイルＭＬと補助コイルＡＬを具備する構成であり、主コイルＭＬの一端Ｕは引出し線６６－１を介して制御基板２０の出力端子Ｕｔに接続され、他端Ｖは引出し線６６－２を介して全波整流回路２６の整流素子Ｄ２の陰極と整流素子Ｄ４の陽極に電気的に接続されている。また該全波整流回路２６の整流素子Ｄ３の陰極と整流素子Ｄ４の陰極は電磁ブレーキ２７の励磁コイル２７ａの一方端に電気的接続され、励磁コイル２７ａの他端は全波整流回路２６の整流素子Ｄ１の陽極と整流素子Ｄ２の陽極に電気的に接続されている。更に全波整流回路２６の整流素子Ｄ１の陰極と整流素子Ｄ３の陽極は引き出し線６７を介して制御基板２０の出力端子Ｗｔに接続されている。また補助コイルＡＬの一端Ｙは引出し線６６－３を介して制御基板２０の出力端子Ｖｔに、他端Ｘは始動用のコンデンサＣの一端に接続されている。無接点スイッチング素子２１－１は供給端子Ｒｔと出力端子Ｕｔ、無接点スイッチング素子２１－２は供給端子Ｓｔと出力端子Ｖｔ、無接点スイッチング素子２１－３は供給端子Ｔｔと出力端子Ｗｔ、無接点スイッチング素子２１－４は供給端子Ｒｔと出力端子Ｗｔ、無接点スイッチング素子２１－５は供給端子Ｔｔと出力端子Ｕｔの電気的接続をそれぞれＯＮ／ＯＦＦ制御する。

制御基板２０には、単相誘導モータ１０の主コイルＭＬに流れる主電流を検出する主電流センサ２８Ｔ、補助コイルＡＬに流れる補助電流を検出する補助電流センサ２８Ｓ等が実装されている。また、制御電源回路２４を具備する制御回路ブロック２５には、マイクロコンピュータ２３が実装され、操作部１９からの各操作信号ＳＵ，ＳＤや、主電流センサ２８Ｔで検出された主電流検出信号ＩＴや、補助電流センサ２８Ｓで検出された補助電流検出信号ＩＳが入力されるようになっている。また、制御電源回路２４には、配線２２－６、２２－７を介して単相交流電源２００から単相交流が入力するようになっている。また、図示しない電源電圧または主コイルＭＬに出力する電圧を検出する電圧センサを備え、同センサで検出した電圧検出信号ＶＴがマイクロコンピュータ２３に入力されるようになっている。

操作部１９の巻上押釦スイッチ１９ａを押圧すると、マイクロコンピュータ２３に巻上信号ＳＵが出力され、該マイクロコンピュータ２３の処理により、無接点スイッチング素子２１－１、２１－３がＯＮ制御される（この時無接点スイッチング素子２１－４、２１－５はＯＦＦのまま）と同時に、始動時の一定期間は無接点スイッチング素子２１－２もＯＮ制御される。その後、主電流検出信号ＩＴに基づき、補助コイルＡＬへの通電を無接点スイッチング素子２１－２のＯＮ／ＯＦＦで制御し巻上運転を継続する。補助コイルＡＬの通電の切り替え直後は、主コイルＭＬに流れる電流が不安定となるので、主電流検出信号ＩＴによる補助コイルＡＬのＯＮ／ＯＦＦ切り替えを無効とする時間を設けている。巻上押釦スイッチ１９ａを放し巻上信号ＳＵが停止すると、無接点スイッチング素子２１－１、２１－２、２１－３はＯＦＦに制御され、電磁ブレーキ２７への電力供給も遮断され、巻上げ運転中開放されていたブレーキ２７が作動する。巻下押釦スイッチ１９ｂを押圧すると巻下信号ＳＤが出力され、マイクロコンピュータ２３の処理により、無接点スイッチング素子２１－４、２１－５はＯＮに制御される（この時無接点スイッチング素子２１－１、２１－３はＯＦＦのまま）と同時に、始動時の一定期間は無接点スイッチング素子２１－２もＯＮ制御される。その後、主電流検出信号ＩＴに基づき、補助コイルＡＬの通電を無接点スイッチング素子２１－２のＯＮ／ＯＦＦで制御し巻下運転を継続する。補助コイルＡＬの通電の切り替え直後は、主コイルＭＬに流れる電流が不安定となるので、主電流検出信号ＩＴによる補助コイルＡＬのＯＮ／ＯＦＦ切り替えを無効とする時間を設けている。巻下押釦スイッチ１９ｂを放し巻下信号ＳＤが停止すると、無接点スイッチング素子２１－２、２１－４、２１－５はＯＦＦに制御され、電磁ブレーキ２７への電力供給も遮断されるので巻下げ運転中開放されていたブレーキ２７が作動する。

巻上運転中は、図９の過負荷判定を行う処理のフローに基づき、電圧信号ＶＴ、電流検出信号ＩＴ、ＩＳを監視し巻上制御することで、過荷重の吊り上げを防止するようにしている。

巻上信号ＳＵが制御部２５で検知されると、単相誘導モータ１０の主コイルＭＬと補助コイルＡＬに同時に単相電力が供給され、単相誘導モータ１０は正転を開始する。始動１秒後に主コイル電力が電力過負荷閾値を超えているか比較し、超えている場合は単相誘導モータ１０への電力供給を停止する。超えていない場合は、補助コイル通電時間が過負荷閾値を超えているかを比較し、超えている場合は、単相誘導モータ１０への電力供給を停止する。超えていない場合は、主コイル電力が電力過負荷閾値を超えているか比較し、以後巻上信号ＳＵを検知している間はこの制御を繰り返し、巻上信号ＳＵがなくなったら、単相誘導モータ１０への電力供給を停止する。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、電力過負荷閾値及び通電時間割合の過負荷閾値は、主コイルＭＬに掛かる電圧ごとに予め決められている。

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。

１電気チェーンブロック
２ロードシーブ
３ロードチェーン
４装置ケーシング
６フック
１０単相誘導モータ
１１フリクションクラッチ
１３減速歯車機構
１９操作部
２０制御基板
２１－１，２１－２，２１－３，２１－４，２１－５無接点スイッチング素子
２７電磁ブレーキ
１２０単相誘導モータ部
ＭＬ主コイル
ＡＬ補助コイル
１２１ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）動力回路
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ通電路
１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆ開閉接点部
２００単相交流電源（商用電源）
Ｃコンデンサ

Claims

主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記主コイルの負荷電流が大きい時に前記駆動回路を介し且つ前記コンデンサを経由して前記単相交流電源から電流を供給し、前記主コイルに供給される電力が、所定の過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する単相誘導モータの制御方法（Ａ）と併用し、下記（１）乃至（３）に記載のいずれか１又は２以上の過負荷判定方法を採用することを特徴とする単相誘導モータの制御方法。
（１）前記単相誘導モータの運転時間に対する前記補助コイルに通電される通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに通電される通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
（２）前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
（３）前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値が、該通電時間の積算値に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
主コイル、補助コイル、コンデンサ及び駆動回路を備え、前記主コイルには単相交流電源から電流を前記駆動回路を介して通電すると共に、前記補助コイルには前記主コイルの負荷電流が大きい時に前記駆動回路を介し且つ前記コンデンサを経由して前記単相交流電源から電流を供給するように構成され、前記主コイルに供給される電力が、所定の過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する過負荷判定手段を備えた単相誘導モータの制御装置において、
下記（１）乃至（３）に記載のいずれか１又は２以上の方法による過負荷判定を行う過負荷判定手段をさらに備えていることを特徴とする単相誘導モータの制御装置。
（１）前記単相誘導モータの運転時間に対する前記補助コイルに通電される通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに通電される通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
（２）前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の割合が、該通電時間の割合に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
（３）前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値に過負荷判定閾値を設け、前記補助コイルに所定時間内に通電された通電時間の積算値が、該通電時間の積算値に対して設けた前記過負荷判定閾値を超えた場合に過負荷と判定する。
ロードチェーンが係合するロードシーブと、該ロードシーブを回動する単相誘導モータとを備えた電気チェーンブロックであって、
請求項２に記載の単相誘導モータの制御装置を備えたことを特徴とする電気チェーンブロック。