JP2010279545A - 引き下げ装置及び引き下げ方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被引き下げ対象物をベルトにより引き下げる場合にベルトの緩みを防止すると共に、被引き下げ対象物を安定して引き下げることができる引き下げ装置及び方法を提供する。
【解決手段】ステップS3において、ベルトの引き下げ速度が予め設定した閾値より大きいか否かを速度判断制御部がカウンタ部からの信号にて判断を行ない、引き下げ速度が閾値以上と判断した場合には、モータの端子間を短絡すべくオンとなるモータ駆動回路のスイッチ要素に対して電気ブレーキのデューティ比(Duty値)を上げるように(スイッチ要素のオン期間が長くなるように)速度判断制御部が制御を行ない(ステップS4)、引き下げ速度が閾値以下の場合には電気ブレーキのデューティ比を下げて、モータに電気ブレーキをかける時間をステップS4の場合よりも短くし、モータの回転速度を徐々に低下させる制御を行なう(ステップS6)構成とする。
【選択図】図5

Description

本発明は、例えば、車椅子や荷をスロープ等に沿って引き下げる場合の引き下げ装置及び引き下げ方法に関するものである。
従来、ウインチ装置により被引き下げ対象物として車椅子をスロープに沿ってベルトにより引き下げる場合、以下に示すような問題点があった。タイプ1としては、モータ等で引き下げ方向へ回転させるもので、操作中に、車椅子の挙動に関わらず一定速度でベルトを出し続けているものである。かかる場合、車椅子が停止しているとベルトが緩んでしまうという問題がある。
タイプ2としては、ゼンマイ等で引き上げ方向へ一定の負荷を掛けるものであり、負荷の大きさに関わらず一定の負荷が掛かってしまう。かかる場合、負荷の大きさにより、引き下げ速度が変動し、その変動分は介護者の負担となるという問題を有している。
ところで、図6は、車室内からスロープを介して地面にまで車椅子1を引き下げる場合の一作動を示しており、車椅子1を車室内から地面まで引き下げる場合、地面と車内のフロアにスロープを掛け渡して、車室内に設置されている補助装置としてのウインチ装置(図示せず)のベルトの先端に設けられているフック等を車椅子1に係止し、ウインチ装置のモータを回転させてベルトを出すことで、車椅子1は介護者に補助されながらスロープを経て地面に引き出されるようになっている。
かかる場合、車室内のフロアの平坦面からスロープの傾斜面を介して地面の平坦面へと引き出されるので、ウインチ装置特有の問題点として、負荷の掛かり方が一作動中にも変動してしまうという問題がある。
なお、下記に示す特許文献1、2には、車椅子をスロープを介して引き上げる場合についての記載があるものの、車椅子を引き下げる場合におけるベルトの緩みの防止についての記載は無い。
特開2006−271662号公報 特開2006−280400号公報
本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、被引き下げ対象物をベルトにより引き下げる場合にベルトの緩みを防止すると共に、被引き下げ対象物を安定して引き下げることができることを目的とした引き下げ装置及び引き下げ方法を提供するものである。
そこで、本発明の引き下げ装置では、高所側に設置されているウインチ装置12のモータ13を回転させることで、該ウインチ装置12から引き出されるベルト11の先端に係止された被引き下げ対象物1を低所側に引き下げる引き下げ装置であって、
前記モータ13を駆動するモータ駆動回路24と、前記ベルト11の引き下げ速度に応じた信号を出力するセンサ14と、前記センサ14からの出力信号から前記ベルト11の引き下げ速度を判断し、該引き下げ速度が予め設定した閾値以上の場合に前記モータ駆動回路24を制御して前記モータ13の端子間を短絡して該モータ13に電気ブレーキを発生させる制御手段21とを備えていることを特徴としている。
本発明の引き下げ方法では、高所側に設置されているウインチ装置12のモータ13を回転させることで、該ウインチ装置12から引き出されるベルト11の先端に係止された被引き下げ対象物1を低所側に引き下げる引き下げ方法であって、
前記モータ13を駆動するモータ駆動回路24と、前記ベルト11の引き下げ速度に応じた信号を出力するセンサ14とを備え、前記被引き下げ対象物1が低所側に下がることによりベルト11が引き出されて前記モータ13が回転し、前記センサ14からの出力信号から前記ベルト11の引き下げ速度を判断し、該引き下げ速度が予め設定した閾値以上の場合に前記モータ駆動回路24を制御して前記モータ13の端子間を短絡して該モータ13に電気ブレーキを発生させるようにしていることを特徴としている。
(1)本発明の引き下げ装置によれば、モータ13の端子間を短絡させることで電気ブレーキを発生させ、車椅子1の引き下げに対して抵抗を発生させており、この抵抗により、勝手にベルト11が緩むことがなく、常にベルト11へテンションをかけることが可能となる。
(2)本発明の引き下げ装置によれば、前記制御手段21により、前記ベルト11の引き下げ速度が閾値以上の場合には、前記モータ駆動回路24のオンしているスイッチ要素のオン期間を長くして前記モータ13に電気ブレーキを発生させるようにしているので、ベルト11の緩みを防止でき、被引き下げ対象物1の引き下げ速度も徐々に低下し、安定した被引き下げ対象物1の引き下げが可能となる。
(3)本発明の引き下げ装置によれば、前記制御手段21により、前記ベルト11の引き下げ速度が閾値以下の場合には、前記モータ駆動回路24のオンしているスイッチ要素のオン期間を短くして前記モータ13に電気ブレーキを発生させるようにしているので、ベルト11の緩みを防止でき、被引き下げ対象物1の引き下げ速度が徐々に増加し、さらに安定した被引き下げ対象物1の引き下げが可能となる。
(4)本発明の引き下げ装置によれば、前記被引き下げ対象物1は、車椅子であり、左右一対のウインチ装置12が設置されており、前記左右のウインチ装置12からのベルト11により前記車椅子が低所側に引き下げられ、前記左右のウインチ装置12に対して、前記モータ駆動回路24と、センサ14と、制御手段21とをそれぞれ設けているので、車椅子を低所側に引き下げる場合、利用する者にとって不安感を与えることがない。
(5)本発明の引き下げ方法によれば、モータ13の端子間を短絡させることで電気ブレーキを発生させ、車椅子1の引き下げに対して抵抗を発生させており、この抵抗により、勝手にベルト11が緩むことがなく、常にベルト11へテンションをかけることが可能となる。
本発明の実施の形態における引き下げ装置にて車椅子を引き下げを行なう場合の図である。 本発明の実施の形態における引き下げ装置のブロック図である。 本発明の実施の形態におけるモータ駆動回路の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態におけるモータ駆動回路の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態における引き下げ作動時における制御動作を示すフローチャートである。 車椅子をスロープを介して引き下げる場合の説明図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、引き下げ装置にて引き下げられる被引き下げ対象物を、一例として車椅子として説明する。図1は本発明の引き下げ装置10の左右のベルト11L、11Rの先端に設けられているフック(図示せず)を車椅子1に係止して、該車椅子1を引き下げている状態を示している。
この引き下げ装置10は、ベルト11L、11Rの引き出し、巻き取りを行なう左右一対のウインチ装置12L、12Rと、これらウインチ装置12L、12Rのモータを回転制御する制御装置20とで構成されている。
図2は引き下げ装置10のブロック図を示しており、主に本発明の関連している部分のブロック図を示している。また、ウインチ装置12は一方のみを示しており、このウインチ装置12を制御する部分も一方のみを示している。なお、車椅子1のように左右に配置したウインチ装置12にて車椅子1を引き下げる場合には、ウインチ装置12や該ウインチ装置12を制御する制御装置20の各部の左右にそれぞれ必要であるが、車椅子1ではなく立体自動倉庫などで荷を引き下げる場合にはベルトが1本で済む場合もあり、かかる場合には、図2に示す構成でも良い。
ウインチ装置12は、モータ13と、このモータ13の回転軸に接続されているクラッチ(図示せず)やベルト11を巻回しているドラム(図示せず)と、例えば該ドラムに設けられているモータ13の回転をモニタする回転センサ14等で構成されている。
この回転センサ14は、モータ13の回転数に応じてパルスを出力するものであり、ホール素子等の磁気センサや、光電センサ等から構成されている。
制御装置20は、CPUにて構成される速度判断制御部21と、この速度判断制御部21からの信号により所定のデューティ比の信号を出力するPWM回路23と、このPWM回路23からの出力信号により上記モータ13を回転制御するモータ駆動回路24と、モータ13を回転すべく速度判断制御部21に信号を送る操作スイッチ25等で構成されている。
また、上記速度判断制御部21には、回転センサ14からのパルスをリアルタイムでカウントするカウンタ部22が設けられており、このカウンタ部22によるパルスカウントにより速度判断制御部21がモータ13の速度を所定の時間ごとに判断し、モータ13の回転速度を所定の速度となるようにPWM回路23に信号を所定の時間ごとに送っている。なお、速度判断制御部21によるモータ13の速度の判断とモータ13の回転速度が所定の速度となるようPWM回路23への信号の送信とは、同じ所定時間ごとに行われていることが好ましいが、性能に影響を及ぼさない範囲で、送信間隔を遅らせるなど異なる所定時間で行っても良い。
上記速度判断制御部21からの信号により上述したようにモータ13を所定の回転数に回転制御したり、該モータ13に電気ブレーキをかける信号をPWM回路23に送っている。PWM回路23からの信号によりモータ駆動回路24では所定のデューティ比にてスイッチング素子がスイッチングしてモータ13を所定の回転数に制御したり、上記スイッチング素子を制御してモータ13に電気ブレーキをかけるようになっている。
ここで、上記モータ13は、例えば、ブラシレスDCモータであり、このモータ13を駆動するモータ駆動回路24は、複数のスイッチング素子からなるインバータで構成されている。
操作スイッチ25からのベルト11の巻き取り、引き出しに対応した操作信号にてモータ13が正転または逆転駆動され、モータ13の回転速度を回転センサ14からのパルスをカウンタ部22にてカウントし、このカウント数にてモータ13が所定の回転速度となるように速度判断制御部21が制御を行なう。
上記モータ駆動回路24として、使用するモータや、仕様により半導体(スイッチング素子)を使用したり、機械的なリレーを使用するため、どのような要素にてモータ駆動回路24を構成しても良い。
図3(a)は、モータ13をDCモータとした場合で、該モータ13を駆動するモータ駆動回路24をHブリッジ回路にて構成した例を示している。4個のスイッチ要素SW1〜SW4として、リレーあるいは半導体にて構成される。
図3(b)は、モータを回転制御する場合と、電気ブレーキをかける場合の各スイッチ要素SW1〜SW4の状態を示しており、図中のCW回転を正転とした場合では、スイッチ要素SW1とSW4をオンさせ、他のスイッチ要素SW2とSW3をオフさせる。また、CCW回転を逆転とした場合、スイッチ要素SW2とSW3をオンさせ、スイッチ要素SW1とSW4をオフさせる。
また、モータ13に電気ブレーキをかける場合では、スイッチ要素SW1とSW2をオンさせ、スイッチ要素SW3とSW4をオフさせる。スイッチ要素SW1とSW2をオンさせることで、モータ13の端子間が短絡されて、モータ13に電気ブレーキが発生する。
あるいは、図3(b)に示すように、上記とは逆にスイッチ要素SW3とSW4をオンさせ、スイッチ要素SW1とSW2をオフさせる。スイッチ要素SW3とSW4をオンさせることで、モータ13の端子間が短絡されて、モータ13に電気ブレーキが発生する。
図4はモータ13を3相モータとし、モータ駆動回路24を3相ブリッジ回路で構成した場合である。この3相ブリッジ回路でのモータ13の回転制御は周知のように、スイッチ要素SW1〜SW6をそれぞれオン、オフと随時切り換えることで行なわれる。
また、電気ブレーキをかける場合は、スイッチ要素SW1〜SW3をオンさせることで、モータ13の端子間が短絡されて、モータ13に電気ブレーキが発生する。他のスイッチ要素SW4〜SW6はオフにする。あるいはスイッチ要素SW4〜SW6オンさせることで、モータ13の端子間が短絡されて、モータ13に電気ブレーキが発生する。他のスイッチ要素SW1〜SW3はオフにする。
ここで、図3、図4においてモータ13に電気ブレーキをかける場合、オンにするスイッチ要素に対して所定のデューティ比でもってスイッチ要素をPWM化することで、ブレーキ力を調整することができる。この電気ブレーキをかける場合のPWM信号は速度判断制御部21からPWM回路23に出力される。
次に、図5のフローチャートを用いて車椅子1の引き下げ時の制御動作について説明する。先ず、車室内に設置されている引き下げ装置10のベルト11の先端のフックを車室内の車椅子1に係止する。そして、ステップS1に示すように、操作スイッチ25にて車椅子1が下がることによるベルト11の引き出しによりモータ13が回転して被引き下げ対象物の引き下げ作動を行ない、この引き下げ作動の開始条件が成立すると、速度判断制御部21は所定のデューティ比となるように信号をPWM回路23に送る。PWM回路23ではモータ駆動回路24のスイッチング素子(図3、図4のスイッチ要素SW1・・・に対応)を所定のデューティ比にてスイッチング作動させて、モータ13を所定の回転速度に回転制御する。
このモータ13が回転することで、ベルト11がウインチ装置12から引き出され、車椅子1は介護者の補助により車室内からスロープを介して地面へと降ろされる。モータ13の回転速度は、回転センサ14からのパルスをカウンタ部22が所定の時間毎にカウントすることで、このカウントを速度判断制御部21が判断してリアルタイムに車椅子1の引き下げ速度をモニタしている(ステップS2参照)。
ここで、速度判断制御部21においては、予め設定している引き下げ速度(モータ13の回転速度)であれば、現在の回転数を維持するようにPWM回路23に信号を送り、PWM回路23及びモータ駆動回路24によりモータ13が所定の回転速度にて制御される。
そして、ステップS3において、引き下げ速度が予め設定した閾値より大きいか否かを速度判断制御部21がカウンタ部22からの信号にて判断を行なう。引き下げ速度が予め設定した閾値以上の場合はステップS4に移行する。
速度判断制御部21にて引き下げ速度が閾値以上と判断した場合には、速度判断制御部21からPWM回路23にモータ13の端子間を短絡させて電気ブレーキを発生させるように信号を送る。モータ13に電気ブレーキをかけるべく、モータ駆動回路24の所定のスイッチ要素をオンし、他方のスイッチ要素をオフにすることで、モータ巻き線が短絡してモータ13に回生制動が働きモータ13は減速する。
モータ13に電気ブレーキをかけると、モータ13が停止してベルト11の緩みを防止することができるものの、車椅子1が急激に停止するために、本発明では車椅子1が徐々に停止するように制御を行なっている。すなわち、ステップS4に示すように、モータ13の端子間を短絡すべくオンとなるモータ駆動回路24のスイッチ要素に対して電気ブレーキのデューティ比(Duty値)を上げるように(スイッチ要素のオン期間が長くなるように)速度判断制御部21が制御を行なう。つまり、モータ駆動回路24のスイッチ要素がオンとなる時間を長くしてモータ13に電気ブレーキをかける。
これにより、ベルト11の緩みを防止でき、車椅子1の引き下げ速度も徐々に低下するため、安定して車椅子1の降車が可能となり、利用者に不安感を与えることもない。
電気ブレーキのデューティ比を上げてモータ13に電気ブレーキをかけることで、モータ13の回転速度が低下して引き下げ速度が低下し、モータ13の回転速度が予め設定した速度になれば、電気ブレーキの作動停止条件が成立したとして、電気ブレーキはかけずに通常の回転制御に移行する(ステップS7参照)。
また、ステップS7において、電気ブレーキの作動停止条件が成立しない場合にはステップS3に戻る。
また、ステップS3において、引き下げ速度が閾値以下の場合にはステップS5に移行し、引き下げ速度が閾値以下の場合はステップS6に進み、電気ブレーキのデューティ比を下げて(モータ駆動回路24のオンしているスイッチ要素のオン期間を短くして)、モータ13に電気ブレーキをかける時間をステップS4の場合よりも短くし、モータ13の回転速度を徐々に低下させる制御を行なう。
これにより、ベルト11の緩みを防止でき、車椅子1の引き下げ速度も徐々に低下するため、さらに安定して車椅子1の降車が可能となり、利用者に不安感を与えることもない。
なお、ステップS5において、引き下げ速度が閾値以下ではない場合は、モータ13の回転速度(引き下げ速度)は車椅子1が自重によって下がる速度となっており、モータ13への電気ブレーキはかけずに、被引き下げ対象物の落下によってベルト11が引き出されてモータ13が回転することによるものである。
また、上述のモータ13の回転制御や電気ブレーキをかける場合の制御は、速度判断制御部21にてソフトウエアにて行なわれる。
ここで、上記の引き下げ速度の「閾値」とは、引き下げ経路の変化による被引き下げ対象物の減速変化によっても被引き下げ対象物の姿勢の維持が可能である被引き下げ対象物の速度値をいう。なお、被引き下げ対象物の姿勢の維持が可能であるとは、例えば、車椅子1がスロープに到達する前後の速度変化によって、車椅子がスロープに到達しても、車椅子の姿勢が変化しないか、ベルトが緩んでスロープの外に車椅子が移動することが無い程度の姿勢変化のことをいう。例えば、通常の車椅子の引き下げについての閾値は、3mで30〜40秒(約10cm/s)程度である。
このように、本実施形態では、引き下げ速度が所定の値より大きい場合には、モータ13の端子間を短絡させることで電気ブレーキを発生させ、車椅子1の引き下げに対して抵抗を発生させており、この抵抗により、勝手にベルト11が緩むことがなく、常にベルト11へテンションをかけることが可能となる。
さらに、短絡の方法をPWM制御にて行なうことで、ブレーキ力を調整することができる。これは、負荷やベルト11の引き出し量、傾斜等が変動しても、一定の力で引き下げることを可能とするものである。例えば、傾斜の大きい場所では重力による下げ方向へ力が増すため、抵抗となる電気ブレーキのPWM Duty
を大きくする。逆に傾斜の小さい場所や平坦な箇所では電気ブレーキのPWM Duty を小さくすることで、さらに安定して車椅子1の降車が可能となる。また、エリア等で閾値を個別に設定することで自由自在な制御が可能となる。
なお、上記実施形態では、モータ13に電気ブレーキをかける場合、PWM化して電気ブレーキをかけるようにしていたが、PWM化をせずに、モータ駆動回路24のスイッチ要素を単にオンしてモータ13の端子間を短絡させて、電気ブレーキをかけるようにしても良い。また、本発明は、当該技術分野の技術常識を用い、記憶部を設け、前記閾値、測定された引き下げ速度、回転速度判断時間及び送信時間等の制御情報を、前記速度判断制御部や別途設けられた制御部により、前記記憶部に適宜読み込み・書き込みをして制御させることができる。
なお、上記の説明では、車椅子1をスロープを介して車室内から地面に引き下げる場合について説明したが、車だけに適用されるものではない。例えば、階段やスロープを介して家の玄関等から出る場合でも本発明を適用できるものであり、玄関先の両側に左右一対のウインチ装置12L、12Rを設置し、上記と同様に車椅子1を引き下げる際に、ベルト11L、11Rの緩みを防止できて、車椅子1を安定して引き下げることができる。また、高さ方向にさらにウインチ装置を配置して3個以上のウインチ装置を用いても良い。また、モータ駆動回路24を備えていることから、本発明の引き下げ装置は、対象物をベルト11を引き上げることもできる。
また、引き下げ装置10にて引き下げる物(被引き下げ対象物を車椅子1として説明したが、車椅子1に限定されるものでもない。例えば、立体自動倉庫において、スロープを介して高い位置からへ荷を下げる場合にも本発明を適用することもできる。また、もちろん、立体自動倉庫に限らず、どのような分野にも適用できるものである。
なお、車椅子1や荷をスロープを介して高所から下げる場合、ベルト11は1本でも良く、左右一対を設けても良い。
1 車椅子(被引き下げ対象物)
10 引き下げ装置
11 ベルト
12 ウインチ装置
13 モータ
14 回転センサ
20 制御装置
21 速度判断制御部(制御手段)
22 カウンタ部
23 PWM回路
24 モータ駆動回路

Claims (5)

  1. 高所側に設置されているウインチ装置(12)のモータ(13)を回転させることで、該ウインチ装置(12)から引き出されるベルト(11)の先端に係止された被引き下げ対象物(1)を低所側に引き下げる引き下げ装置であって、
    前記モータ(13)を駆動するモータ駆動回路(24)と、
    前記ベルト(11)の引き下げ速度に応じた信号を出力するセンサ(14)と、
    前記センサ(14)からの出力信号から前記ベルト(11)の引き下げ速度を判断し、該引き下げ速度が予め設定した閾値以上の場合に前記モータ駆動回路(24)を制御して前記モータ(13)の端子間を短絡して該モータ(13)に電気ブレーキを発生させる制御手段(21)と
    を備えていることを特徴とする引き下げ装置。
  2. 前記モータ駆動回路(24)は複数のスイッチ要素から構成され、PWM回路(23)にて所定のデューティ比にて前記スイッチ要素がPWM制御されており、所定のスイッチ要素をオンさせることで、前記モータ(13)の端子間が短絡されて該モータ(13)に電気ブレーキを発生させるようになっており、
    前記制御手段(21)により、前記ベルト(11)の引き下げ速度が閾値以上の場合には、前記モータ駆動回路(24)のオンしているスイッチ要素のオン期間を長くして前記モータ(13)に電気ブレーキを発生させるようにしていることを特徴とする請求項1に記載の引き下げ装置。
  3. 前記モータ駆動回路(24)は複数のスイッチ要素から構成され、PWM回路(23)にて所定のデューティ比にて前記スイッチ要素がPWM制御されており、所定のスイッチ要素をオンさせることで、前記モータ(13)の端子間が短絡されて該モータ(13)に電気ブレーキを発生させるようになっており、
    前記制御手段(21)により、前記ベルト(11)の引き下げ速度が閾値以下の場合には、前記モータ駆動回路(24)のオンしているスイッチ要素のオン期間を短くして前記モータ(13)に電気ブレーキを発生させるようにしていることを特徴とする請求項1に記載の引き下げ装置。
  4. 前記被引き下げ対象物(1)は、車椅子であり、左右一対のウインチ装置(12)が設置されており、前記左右のウインチ装置(12)からのベルト(11)により前記車椅子が低所側に引き下げられ、
    前記左右のウインチ装置(12)に対して、前記モータ駆動回路(24)と、センサ(14)と、制御手段(21)とをそれぞれ設けていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の引き下げ装置。
  5. 高所側に設置されているウインチ装置(12)のモータ(13)を回転させることで、該ウインチ装置(12)から引き出されるベルト(11)の先端に係止された被引き下げ対象物(1)を低所側に引き下げる引き下げ方法であって、
    前記モータ(13)を駆動するモータ駆動回路(24)と、前記ベルト(11)の引き下げ速度に応じた信号を出力するセンサ(14)とを備え、
    前記被引き下げ対象物(1)が低所側に下がることによりベルト(11)が引き出されて前記モータ(13)が回転し、
    前記センサ(14)からの出力信号から前記ベルト(11)の引き下げ速度を判断し、該引き下げ速度が予め設定した閾値以上の場合に前記モータ駆動回路(24)を制御して前記モータ(13)の端子間を短絡して該モータ(13)に電気ブレーキを発生させるようにしていることを特徴とする引き下げ方法。
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