JP2017160031A - 電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置、及び過荷重巻上防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】昇降させる荷の重量を簡単な構成で精度よく検出でき、製品定格を超える重量の荷の巻上げを確実に防止できる電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置、及び過荷重巻上防止方法を提供すること。
【解決手段】荷の重量値が定格荷重値以下の所定値の場合、電動補助モータ９の支援力を算出し、制御手段２００の制御によりモータドライバ８から電動補助モータ９に算出した支援力に対応する電流を供給し、トルク制御により電動補助モータ９を運転し、駆動輪２の回転を支援する電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置であって、重量検出手段で検出した荷の重量値が定格荷重値を超える場合、電動補助モータ９の速度をゼロにするゼロ速度制御により電動補助モータ９を運転する。荷の重量値は、回転力センサ７からの検出回転力と電流センサ１８の検出電流値から検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動補助モータを備えた電動補助モータ付き手動巻上機において、所定の製品定格を超える重量の荷の巻上げを防止するための過荷重巻上防止装置、及び過荷重巻上防止方法に関するものである。

従来、工場や建設現場などにおいて、人力では直接持ち上げることが困難な重い荷物を持ち上げ移動させる手段として、手引き力で操作する手動巻上機がある。このような手動巻上機は、ハンドホイール（手動輪）に掛けられた手引き部材（ワイヤーロープやチェーン等）を手引き力で操作することにより、該ハンドホイールを回転させ、この回転力を減速機構を介してロードホイール（駆動輪）に伝達し、該ロードホイールに掛けられた荷吊下げ用のワイヤーロープ又はチェーンを上下方向（巻上げ巻下げ方向）に移動させる。これにより、該ワイヤーロープ又はチェーンに吊り下げられた荷を上下方向に移動させるようになっている。このような手動巻上機において、手引き力の操作では移動させることができない程重い重量の荷物を扱う場合には、ハンドホイールの回転を補助（アシスト）する電動補助モータを設け、該電動補助モータを運転することにより、ハンドホイールの回転を補助する電動補助モータ付き手動巻上機（手動チェーンブロック等）が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。以下、手動巻上機を代表して手動チェーンブロックで説明する。

特開２００２−３６２８８３号公報 特開２００９−２２０９５３号公報

電動補助モータ付き手動チェーンブロックは、後に詳述するように、ハンドホイール、ロードシーブ、減速機構、及びブレーキ機構等の部品やメカニカル機構で構成されている。これらの部品やメカニカル機構はそれぞれ耐久性に限界があることから、チェーンブロックとして扱う荷の重量を制限するため製品定格（許容上限）を設けている。そしてこの製品定格を超える重量の荷を昇降（移動）させた場合、手動チェーンブロックを構成する各メカニカル機構や構成部品の破損や磨耗等により安全性の低下、手動チェーンブロックの寿命の短縮等の問題が発生する。特に電動補助モータ付き手動チェーンブロックでは、電動補助モータによりハンドホイールやロードホイールの回転力を補助するため、操作員は無意識のうちに、製品定格を超える重量の荷物の巻上げを行う虞があるという問題がある。

また、電動補助モータ付き手動チェーンブロック等の巻上機では、昇降させる荷の重量を作業員の手引き力と電動補助モータの回転力で負担するため、ロードチェーンに吊り下げられた荷の重量を容易に且つ精度良く検知することが困難で、簡単で精度良く吊り荷の重量を検知して、過荷重の荷の巻上げを防止できる過荷重巻上防止装置を構成するのが困難であるという問題もあった。

本発明は上述に鑑みてなされたもので、昇降させる荷の重量を簡単な構成で精度よく検出でき、製品定格を超える重量の荷の巻上げを確実に防止できる電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置、及び過荷重巻上防止方法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、荷を吊り下げる荷吊下げ部材が掛けられた駆動輪と、手引き部材が掛けられた手動輪と、該駆動輪の回転を支援する電動補助モータと、荷の重量を検出する重量検出手段と、制御手段とを備え、手引き部材を手引きすることにより発生する手動輪の回転力を駆動軸を介して駆動輪に伝達し、荷吊下げ部材に吊り下げられた荷を巻上げ下げすると共に、荷の巻上げ時に重量検出手段で検出した重量値が定格荷重値（製品定格荷重値）以下の所定重量値の場合、電動補助モータの支援力を算出し、制御手段の制御によりモータドライバから電動補助モータに算出した支援力に対応する回転力を発生する電流を供給するトルク制御により電動補助モータを運転し、駆動輪の回転を支援する電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置であって、制御手段は、重量検出手段で検出した重量値が定格荷重値（製品定格荷重値）を超える場合、電動補助モータの速度をゼロにするゼロ速度制御により電動補助モータを運転する（電動補助モータをブレーキとして作用させる）ことを特徴とする電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置にある。

また、本発明は、上記電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置において、手動輪の回転力を検出する回転力センサと、電動補助モータに供給されるトルク電流を検出する電流センサと、を備え、重量検出手段は、回転力センサからの検出回転力と電流センサの検出電流値から荷の重量を検出することを特徴とする。

また、本発明は、上記電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置において、制御手段は、電動補助モータの制御をゼロ速度制御にした後、荷の巻下げを検知した場合、電動補助モータの回転軸の回転位置をゼロ速度制御にした直後の元の位置にトルク制御にて戻すことを特徴とする。

また、本発明は、荷を吊り下げる荷吊下げ部材が掛けられた駆動輪と、手引き部材が掛けられた手動輪と、該駆動輪の回転を支援する電動補助モータとを備え、手引き部材を手引きすることにより発生する手動輪の回転力を駆動軸を介して駆動輪に伝達し、荷吊下げ部材に吊り下げられた荷を巻上げ下げすると共に、荷の巻上げ時に荷の重量値が定格荷重値以下の所定重量値の場合、電動補助モータの支援力を算出し、電動補助モータに算出した支援力に対応する回転力を発生する電流を供給するトルク制御により電動補助モータを運転し、駆動輪の回転を支援する電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法であって、荷の重量値が定格荷重値を超える場合、電動補助モータをその速度をゼロにするゼロ速度制御にて運転し、荷の巻下げを検知した場合、電動補助モータの回転軸の回転位置をゼロ速度制御にした直後の元の回転位置にトルク制御にて戻すことを特徴とする電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法にある。

また、本発明は、上記電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法において、手動輪の回転力と電動補助モータに供給される電流値から荷の重量を検出することを特徴とする。

また、本発明は、上記電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法において、電動補助モータの制御をゼロ速度制御にした後、荷の巻下げを検知した場合、電動補助モータの回転軸の回転位置をゼロ速度制御にした直後の元の位置にトルク制御にて戻すことを特徴とする。

本発明によれば、荷の重量値が定格荷重値を超える場合、ゼロ速度制御により電動補助モータを運転するので、荷の重量値が定格荷重値を超える場合、直ちに電動補助モータはブレーキとして作用し、荷の位置をその停止位置に維持するので、過荷重の巻上げを防止でき、安全性が向上すると共に、荷の巻上げが停止することから過荷重であることが容易に認識でき、過荷重に対する対策をとることが容易となる。

また、本発明によれば、過荷重で電動補助モータの運転をゼロ速度制御とした場合に外力等により巻下げが発生した場合、電動補助モータの回転軸の回転位置をトルク制御にて元の位置に戻すので、安全性は更に向上する。

本発明に係る電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置の概略システム構成を示すブロック図である。 本発明に係る電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上げ防止フローを示す図である。 本発明に係る過荷重巻上防止装置を用いる電動補助モータ付き手動チェーンブロックの概略構成例を示す側断面図である。 図３の電動補助モータ付き手動チェーンブロックのハンドホイールよりもケース本体側の構成を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本実施形態例では巻上機としてチェーンブロックを例に説明するが、本発明に係る電動補助モータ付き手動巻上機はチェーンブロックに限定されるものではなく、ホイスト等の手引き部材や荷吊下げ部材にワイヤーロープ等を用いる手動巻上機等でもよいことは当然である。

図１は、本発明に係る電動補助モータ付き手動巻上機（電動補助モータ付き手動チェーンブロック１）の過荷重巻上防止装置の概略システム構成を示すブロック図である。図示するように、手動輪であるハンドホイール３が結合された駆動軸５は減速機構４を介してロードシーブ２に接続され、ハンドホイール３に係合する手引き部材であるハンドチェーンＣ２を手引で回転させることにより、その回転力は駆動軸５及び減速機構４を介してロードシーブ２に伝達されるようになっている。ロードシーブ２には荷吊下げ部材であるロードチェーンＣ１が係合しており、ロードシーブ２が回転することにより、ロードチェーンＣ１は上昇（巻上げ）又は下降（巻下げ）方向に移動し、ロードチェーンＣ１に吊り下げられた荷Ｌが昇降する。６は駆動軸５の回転を制動するブレーキ機構である。なお、ここで減速機構４は必須のものではなく、場合によっては駆動軸５を減速機構４を介することなく、直接ロードシーブ２に接続（連結）する場合もある。

駆動軸５には結合部Ｊを介して電動補助モータ９の回転軸が連結されている。電動補助モータ９はインバータを具備するモータドライバ８から駆動電力（交流電力）を得て回転駆動する、例えばＤＣブラシレスモータ等の電動モータである。１７は電動補助モータ９の回転速度を検出する回転速度センサ、１８はモータドライバ８から電動補助モータ９に供給される電流を検出するモータ電流センサ、７はハンドホイール３の回転力（回転トルク）を検出するトルクセンサである。これら回転速度センサ１７、モータ電流センサ１８、及びトルクセンサ７の各検出出力Ｎ_９、Ｉ_９、Ｔ_７は制御部２００に入力される。モータドライバ８はインバータを具備し、該制御部２００の制御により、蓄電池Ｂｔから直流電力又は図示は省略するが交流電源（例えばＡＣ５０Ｈｚ，１００Ｖ電源）からの交流電力を所定周波数の交流電力に変換し、該交流電力を駆動電力としてモータドライバ８から電動補助モータ９に供給し、電動補助モータ９を運転するようになっている。

制御部２００は、モータ電流センサ１８、及びトルクセンサ７からの各検出出力Ｉ_９、Ｔ_７により、後述するように荷Ｌの重量値を算出し、算出した重量値が製品定格重量値以下で且つ所定重量値以上の場合に電動補助モータ９へ供給する支援分電流Ｉ_Ａ９を算出して、該支援分電流Ｉ_Ａ９を電動補助モータ９に供給する。これにより電動補助モータ９から荷Ｌの重量値の所定割合に相当するトルクを発生させ、ハンドホイール３の回転を補助する。これにより本手動チェーンブロック１を操作する操作者のハンドチェーンＣ２の手引き力が軽減され、操作者は比較的小さい手引き力でその何倍もの重量の荷Ｌの上昇（巻上げ）が可能となる。なお、この荷Ｌの上昇時の電動補助モータ９の運転は、制御部２００によるトルク制御にて行う。

上記のように電動補助モータ付き手動チェーンブロック１は、ロードシーブ２、ハンドホイール３、減速機構４、駆動軸５、ブレーキ機構６、後述する軸受Ｂ１〜Ｂ９等から構成され、これらの部材及び機構はそれぞれ寿命及び耐久性を有することから、電動補助モータ付き手動チェーンブロック１の製品としての安全性及び製品寿命を維持する観点から巻上げする荷Ｌの重量の上限値を製品定格として規定している。特に電動補助モータ９の回転力により、ハンドチェーンＣ２の手引き力を支援するため、製品定格の重量値を超えた荷Ｌの巻上げを行う虞が多く、これが手動チェーンブロック１を構成する各部品及び機構の破損や故障の原因となり、安全性を脅かし、ひいては製品寿命を短縮させるという問題がある。

この問題を解決するため、手動チェーンブロックの所定部位に昇降させる荷Ｌの重量を直接検知する重量センサを設け、該重量センサの重量検出出力を制御部２００に入力し、制御部２００は荷Ｌの重量が所定の上記製品定格の重量値を超えた場合、電動補助モータ９の制御速度をゼロとするゼロ速度制御、即ち電動補助モータ９をブレーキとして作用させる。これによって荷Ｌの巻上げは停止する。但しこのように荷Ｌの重量を直接検知する重量センサを設ける方法は、手動チェーンブロック１の何れかの所定部位に荷Ｌの重量を直接検知する重量センサを設ける必要があり、重量センサにどのような方式のセンサを用いるかのセンサ選定の問題、センサをどの位置に設置するかのセンサ設置部位の選定の問題がある。そして場合によっては手動チェーンブロックの大きな改造を必要とするという問題が生じる。そこで本実施形態では、更に既存の電動補助モータ付き手動チェーンブロックでも制御部２００のソフトウエアの変更のみで容易に装備できる過荷重巻上防止装置を提供する。以下、過荷重巻上防止装置に付いて説明する。

上記電動補助モータ付き手動チェーンブロックにおいて、駆動軸５にはハンドホイール３が連結され、該ハンドホイール３の回転力が駆動軸５に伝達されるようになっている。また、電動補助モータ９の回転軸も結合部Ｊを介して駆動軸５に連結され、その回転力も駆動軸５に伝達されるようになっている。駆動軸５が巻上げ方向に回転している間は、荷Ｌの重量値をＭ、ロードシーブ２の半径をｒ、減速機構４の減速比をｉ（ｉ＝（駆動軸５の回転数）／（ロードシーブ２の回転数））とすると、
Ｍ・ｒ／ｉ＝（ハンドチェーンＣ２の手引き力）＋（電動補助モータ９の回転力）
となる。ハンドホイール３の手引き回転力は、トルクセンサ７の検出出力をＴ_７とすると、Ｋ_１・Ｔ_７となる。電動補助モータ９の回転力はモータ電流センサ１８で検出されるモータ電流をＩ_９とするとＫ_２・Ｉ_９となり、
Ｍ・ｒ／ｉ＝Ｋ_１・Ｔ_７＋Ｋ_２・Ｉ_９
となる。ここでＫ_１：比例定数（トルクセンサ７の検出出力Ｔ_７を回転力に変換する定数）、Ｋ_２：比例定数（モータ電流Ｉ_９を回転力に変換する定数）である。

ここで電動補助モータ９による荷Ｌの重量値Ｍに対する支援率をＫ_３（０≦Ｋ_３≦１）とする（Ｋ_３＝０は電動補助モータ９により回転力支援がない場合、Ｋ_３＝１は電動補助モータ９の回転力のみで巻上げする場合を示す）。支援荷重Ｗａは、
Ｗａ＝Ｋ_３・Ｍ＝Ｋ_３・（Ｋ_１・Ｔ_７＋Ｋ_２・Ｉ_９）・ｉ／ｒ
となり、電動補助モータ９の支援分電流Ｉ_Ａ９は、
Ｉ_Ａ９＝Ｗａ・ｒ／ｉ／Ｋ_２＝（Ｋ_３／Ｋ_２）・（Ｋ_１・Ｔ_７＋Ｋ_２・Ｉ_９）
となる。なお、定数Ｋ_１、Ｋ_２は機械効率等を含め実験から求められる。

制御部２００には前記のようにモータ電流センサ１８で検出した電動補助モータ９へのモータ電流Ｉ_９とトルクセンサ７で検出した検出出力Ｔ_７が入力されている。制御部２００は上記演算を行って、電動補助モータ９の支援分電流Ｉ_Ａ９を算出し、モータドライバ８を介して電動補助モータ９に供給される電流が支援分電流Ｉ_Ａ９になるように制御し、電動補助モータ９の回転力が支援荷重Ｗａとなるようにトルク制御する。即ち荷Ｌの重量値Ｍの一定割合（支援率Ｋ_３）に対応する回転力を電動補助モータ９から出力する。このためモータドライバ８から電動補助モータ９に供給される電流を検出するモータ電流センサ１８を設け、検出されたモータ電流Ｉ_９を制御部２００に入力し、制御部２００はモータドライバ８から電動補助モータ９に供給される電流が支援分電流Ｉ_Ａ９＝（Ｋ_３／Ｋ_２）・（Ｋ_１・Ｔ_７＋Ｋ_２・Ｉ_９）になるようにモータドライバ８を制御するのである。

上記電動補助モータ付き手動チェーンブロックにおいて、巻上げ時の荷Ｌの重量値Ｍは、
支援分電流Ｉ_Ａ９による電動補助モータ９の回転力と、ハンドチェーンＣ２の手引き力によるハンドホイール３の回転力との合計であることに着目し、下式を演算して荷Ｌの重量値Ｍを算出する。
Ｍ＝（Ｋ_１・Ｔ_７＋Ｋ_２・Ｉ_９）・ｉ／ｒ
制御部２００には、当該電動補助モータ付き手動チェーンブロック１の製品定格の重量値Ｍｓが記憶されており、制御部２００は上記演算を行い荷Ｌの重量値Ｍを算出し、該算出した重量値Ｍの値が製品定格の重量値Ｍｓを超えた場合（Ｍ≧Ｍｓ）、電動補助モータ９の速度がゼロになるようにゼロ速度制御、即ち電動補助モータ９をブレーキとして作用させる制御を行う。これにより、荷Ｌの巻上げは停止となる。

上記電動補助モータ付き手動巻上機では、電動補助モータによる補助は巻上時のみ行い巻下時には行わないようになっている。図２は上記電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上げ防止フローを示す図である。先ず、ステップＳＴ１で手動巻上機の運転が巻上げか否かを検出（判断）し、巻上げでない場合（Ｎ）の場合は巻上げになるのを待ち、巻上げ検出（Ｙ）の場合、ステップＳＴ２で上記のように荷Ｌの重量値Ｍを算出する。続いてステップＳＴ３でこの算出した重量値Ｍが製品定格の重量値Ｍｓを超えたか（Ｍ＞Ｍｓ）否かの過荷重検出を行い、過荷重検出の場合（Ｙ）は電動補助モータ９の制御をトルク制御から速度制御に切り替えステップＳＴ４に移行する。

ステップＳＴ４では、速度制御の目標速度を「０」に固定する制御、即ちゼロ速度制御を開始し、ステップＳＴ５に移行する。このゼロ速度制御により操作者がハンドホイール３を巻上方向に回すと電動補助モータ９によって速度を「０」に維持しようとする力（電動補助モータ９から定格荷重の例えば０．５倍の力）が作用し、操作者に過荷重以上の負荷を感じるようにしている。通常の速度制御によると実速度と目標速度の乖離が大きいほど、目標速度にしようとトルクを大きくするのが一般的であるが、ここではハンドホイール３が巻上げ方向に回転されたと検知したら電動補助モータ９のトルク（例えば定格荷重の０．５倍のトルク）でハンドホイール３の回転を規制する。また、ここでゼロ速度制御とサーボロックとの違いは、サーボロックは位置制御であり、電動補助モータ９が負荷（荷Ｌ）に負けて回転してしまっても元の位置に回転させるが、ゼロ速度制御では電動補助モータ９が荷Ｌに負けて回転してしまっても元の位置に戻そうとする制御は行わない。

ステップＳＴ５では、巻下げ検出されたか否かを判断し、巻下げ検出されない（Ｎ）場合はステップＳＴ４に移行し、ゼロ速度制御を維持する。巻下げが検出された（Ｙ）場合はステップＳＴ１に移行し、電動補助モータ９の回転軸の回転位置を前記ステップＳＴ４でゼロ速度制御に設定した直後の回転位置に戻す（この電動補助モータ９の回転軸の回転位置を元に戻す制御はトルク制御で行う）。なお、ステップＳＴ３で荷Ｌの重量値Ｍが製品定格の重量値Ｍｓを超えない（Ｍ≦Ｍｓ）場合は、ステップＳＴ６で電動補助モータ９の支援力を算出し、該算出した支援力に相当する電流を電動補助モータ９に供給するトルク制御を行い、荷Ｌを巻上げる。

上記のように、制御部２００により荷Ｌの重量値Ｍの値が製品定格の重量値Ｍｓを超えた場合（Ｍ≧Ｍｓ）に、電動補助モータ９をその速度をゼロとするゼロ速度制御を行うので、電動補助モータ９はブレーキとして作用することになり、電動補助モータ付き手動チェーンブロック１は、製品定格の重量値Ｍｓを超えた荷Ｌの巻上げをすることはない。これにより手動チェーンブロックの安全性や製品寿命が損なわれることがない。また、ハンドホイール３の回転力を検出するためのトルクセンサ７、モータ電流Ｉ_９を検出するためのモータ電流センサ１８及び制御部２００は、この種の電動補助モータ付き手動チェーンブロック１では通常装備されている。また、制御部２００は通常マイクロコンピュータを具備しているから、上記過荷重巻上防止装置は、制御部２００のソフトウエアを変更することで対処できる。従って、荷Ｌの重量値Ｍを測定するための格別な重量測定手段を設ける必要もない。よって、既存の電動補助モータ付き手動チェーンブロック１にも容易に装備することが可能となる。

次に、上記構成の過荷重巻上防止装置を用いる電動補助モータ付き手動チェーンブロックの機械的構成の一例を説明する。図３は本発明に係る電動補助モータ付き手動チェーンブロックの概略構成例を示す側断面図、図４は図３の電動補助モータ付き手動チェーンブロックのハンドホイールよりもケース本体側の構成を示す側断面図である。なお、以下の説明においては、図３において右側をＸ１側（一方側）とし、左側をＸ２側（他方側）とし、ロードチェーンＣ１から見て上フックＦｕが位置する側をＺ１側（上側）、上フックＦｕから見てロードチェーンＣ１が位置する側をＺ２側（下側）とする。

図３及び図４に示すように、本電動補助モータ付き手動チェーンブロック１は、上フックＦｕと、図示は省略する下フックＦｄと、ロードシーブ２と、ハンドホイール３と、減速機構４と、駆動軸５、ブレーキ機構６、トルクセンサ７と、モータドライバ８、電動補助モータ９とを主要な構成要素としている。ロードシーブ２は第１フレーム１１と第２フレーム１２の間に配置され、ハンドホイール３及びブレーキ機構６は第２フレーム１２と第３フレーム１３の間に配置されている。また、第１フレーム１１のＸ１側にはギヤケース１４が配置され、該ギヤケース１４内に減速機構４が配置されている。また、第３フレーム１３のＸ２側にはカバー１５が配置され、該カバー１５内で第３フレーム１３のＸ２側にはモータドライバ８が配置され、更にそのＸ２側には電動補助モータ９が配置されている。

ロードシーブ２を構成するロードシーブ中空軸２０は、第１フレーム１１及び第２フレーム１２を貫通して配置され、軸受Ｂ１、Ｂ２を介して第１フレーム１１及び第２フレーム１２に軸支されている。ロードシーブ中空軸２０は、一対のフランジ部２１、２１を有し、該一対のフランジ部２１、２１の間にチェーンポケット２２が形成され、該チェーンポケット２２にはロードチェーンＣ１が嵌り込むようになっている。これにより、ロードシーブ中空軸２０の回転に伴って、ロードチェーンＣ１が巻上げ・巻下げ方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に移動し、図示しない下フックＦｄに吊り下げられた荷の昇降が可能となる。また、チェーンポケット２２のＺ１側には、繋ぎ軸１６が位置し、この繋ぎ軸１６を介して上フックＦｕが上側に向かって突出している。

また、ロードシーブ中空軸２０には、中空孔２３が形成されており、該中空孔２３には駆動軸５が挿入されるようになっている。また、中空孔２３の第２フレーム１２側の端部には、軸受配置凹部が形成され、該軸受配置凹部に駆動軸５を軸支する軸受Ｂ３が配置されている。また、ロードシーブ中空軸２０のＸ１側端の部位にはギヤ嵌合部が設けられ、該ギヤ嵌合部には減速機構４を構成するロードギヤ３１がスプライン結合により固定されている。この減速機構４は、前述のようにギヤケース１４内に配置され、ロードギヤ３１以外に、図示は省略する小径ギヤや大径ギヤ３２を備えている。該小径ギヤはロードギヤ３１に噛み合い大径ギヤ３２は駆動軸５のピニオンギヤ３３と噛み合っている。

駆動軸５は、後述するハンドホイール３及び電動補助モータ９の駆動力（回転力）を減速機構４を介してロードシーブ中空軸２０に伝達する部材である。そのため駆動軸５は、ギヤケース１４側（Ｘ１側）からカバー１５側まで延伸している。上述したように、駆動軸５はその中央部をロードシーブ中空軸２０の中空孔２３内で軸受Ｂ３により回転自在に軸支され、駆動軸５のＸ１側の端部は軸受Ｂ４によりギヤケース１４に軸支されている。

また、駆動軸５のロードシーブ中空軸２０の中空孔２３からカバー１５側（Ｘ２側）にはみ出した部分には多条ネジ４２が形成されている。該多条ネジ４２はブレーキ機構６を構成するブレーキ受５１の雌ネジ部５１ａやホイール支持部材５２の雌ネジ部５２ａが捩じ込まれる。この多条ネジ４２よりもＸ１側に向かうと、駆動軸５のうちロードシーブ中空軸２０の手前の位置には、段部４３が設けられており、この段部４３を境に駆動軸５のＸ１側よりＸ２側が小径になっている。多条ネジ４２の捩じ込みにより段部４３にブレーキ受５１が係合（押圧）すると、以後ブレーキ受５１は駆動軸５と一体的に回転するようになっている。

また、駆動軸５のＸ２側端部には嵌合凸部５７が設けられ、該嵌合凸部５７が電動補助モータ９のアウターロータ９２の嵌合凹部９２ｄに嵌り込む。この嵌合凸部５７と嵌合凹部９２ｄで図１の結合部Ｊが構成されている。なお、嵌合凸部５７と嵌合凹部９２ｄは、キー、スプライン、非円形（例えば多角形）の嵌め合い等、電動補助モータ９のアウターロータ９２の回転力が駆動軸５に伝達可能であれば、どのような嵌め合い構造であっても良い。

図３に示すように、ブレーキ機構６はブレーキ受５１、ホイール支持部材５２、一対のブレーキ板５３ａ、５３ｂ及び爪車５４を構成要素としている。ブレーキ受５１は、上述した雌ネジ部５１ａ以外に、フランジ部５１ｂを有しており、該フランジ部５１ｂにはＸ２側からブレーキ板５３ａが接触し、爪車５４との間で該ブレーキ板５３ａを挟持する。

ホイール支持部材５２も図４に示すように、雌ネジ部５２ａ以外に、フランジ部５２ｂを有し、該フランジ部５２ｂにはＸ１側からブレーキ板５３ｂが接触し、爪車５４との間に該ブレーキ板５３ｂを挟持する。また、ホイール支持部材５２は筒状部５２ｃを有し、該筒状部５２ｃはホイールハブ６２のハブ筒部６２ａの内部に位置し、このホイールハブ６２を支持する。なお、筒状部５２ｃのＸ２側端部には、スプライン５２ｄが設けられており、ホイールハブ６２のスプラインと嵌合して、ホイールハブ６２と一体的に回転可能となっている。また、筒状部５２ｃのＸ２側端部は、ハブ筒部６２ａから飛び出している。

また、ブレーキ受５１の外周側には、爪車５４が配置されている。爪車５４は、ブレーキ板５３ａ，５３ｂとの係合によってブレーキ機構６の一部として機能するが、図示しない爪部材と係合してワンウエイクラッチとしても機能する。なお、ロードシーブ中空軸２０が荷を巻下げる方向に回転しようとして、減速機構４を介して駆動軸５を回転させようとしても、爪車５４の爪部材によって回転が阻止される。ここで、ホイール支持部材５２に対して駆動軸５が回転しようとすると、雌ネジ部５２ａと多条ネジ４２との噛合により、フランジ部５２ｂがブレーキ板５３ｂを介して爪車５４を圧接する。その圧接の力は、ブレーキ板５３ａを介してブレーキ受５１にも作用し、ブレーキ受５１は駆動軸５と共にその回転が阻止される。

また、ハンドホイール３は、ホイールリング６１と、該ホイールリング６１を固定しているホイールハブ６２とを有している。環状のホイールリング６１は、チェーンポケット６１ａを有していて、該チェーンポケット６１ａには、ハンドチェーンＣ２が嵌まり込んでいる。これによりハンドチェーンＣ２を手引きすることにより、ハンドホイール３は荷の巻上げ方向または荷の巻下げ方向のいずれかの方向に回転させられる。

ホイールハブ６２は、Ｘ２側に向かって延伸するハブ筒部６２ａを有していて、該ハブ筒部６２ａは、カバー１５の内部に入り込む。ハブ筒部６２ａは、後述する円筒部材８０の内筒側で、軸受Ｂ５、Ｂ６を介して回転自在に支持されている。なお、軸受Ｂ５、Ｂ６は、所定の間隔を隔てて位置し、ホイールハブ６２及びハンドホイール３を回転自在に支持する。また、ハブ筒部６２ａの内筒側には、スプライン５２ｄと噛み合うスプライン６２ｂが設けられている。

ここで、ハブ筒部６２ａの外周側には、磁歪部分６２ｃが設けられている。該磁歪部分６２ｃは、トルクセンサ７を構成する部分である。磁歪部分６２ｃは、軸受Ｂ５、Ｂ６によって、センサコイル７１に対して回転可能に支持されている。磁歪部分６２ｃは少なくとも表面は磁歪材で構成され、同じくトルクセンサ７を構成するセンサコイル７１に非接触で対向している。磁歪部分６２ｃに捩れが生じると、この捩れが生じた部分の透磁率に変化が生じ、この透磁率の変化をセンサコイル７１でインダクタンスの変化として磁歪部分６２ｃに非接触で検出（図１のＴ_７を参照）している。なお、トルクセンサ７はスリップリング方式のような接触式のものでもよい。また、トルクセンサ７としては磁歪方式に限定するものではなく、ホイールリング６１に加わるトルクを検出できるものであればよい。

また、第３フレーム１３には、円筒部材８０が取り付けられている。円筒部材８０の内筒側には、上述した軸受Ｂ５、Ｂ６が所定の間隔を隔てて配置され、該軸受Ｂ５、Ｂ６でホイールハブ６２が回転自在に支持されると共に、軸受Ｂ５、Ｂ６の間にセンサコイル７１も配置されている。これにより円筒部材８０の内筒側では、ホイールハブ６２（ハンドホイール３）が回転自在に支持され、磁歪部分６２ｃはセンサコイル７１に非接触で回転する。なお、円筒部材８０の内筒側には、軸受Ｂ５、Ｂ６を収容する軸受収容部が形成されている。

円筒部材８０のＸ２側には、電動補助モータ９のステータ９１が固定されている。該ステータ９１は、図示は省略するが、ステータコイルが巻回されている。該ステータ９１は周方向に所定の個数が配置されている。また、ステータ９１の径方向の中心には、孔部９１ａが設けられ、該孔部９１ａには電動補助モータ９のアウターロータ９２の中心軸部９２ｃが挿通されている。中心軸部９２ｃは、アウターロータ９２のＸ２側端面よりもＸ１側に向かって延伸部分である。この中心軸部９２ｃは、ネジ９３等を介してアウターロータ９２に固定されている。また、中心軸部９２ｃは、円柱状の部分であり、孔部９１ａに挿入される部分である。そして、この孔部９１ａにおいて、中心軸部９２ｃは、軸受Ｂ７、Ｂ８を介して円筒部材８０に支持されている。

また、中心軸部９２ｃのＸ１側の端部には、Ｘ２側に向かって窪む嵌合凹部９２ｄが設けられている。該嵌合凹部９２ｄは駆動軸５の嵌合凸部５７が嵌まり込む部分であり、かかる嵌まり込みによって電動補助モータ９のアウターロータ９２の駆動力は、ブレーキ機構６の動作により、少なくとも巻上げ時には、ハンドホイール３と一体的に回転する。なお、嵌合凹部９２ｄにおいて、駆動軸５の嵌合凸部５７は、軸線方向に若干の移動を可能としている。それにより、駆動軸５がスラスト方向に大きな荷重を受けた場合に、若干のガタ付き（軸線方向の移動）を可能としている。中心軸部９２ｃのＸ２側端部は、軸受Ｂ９（スラスト軸受）で支持される部分であり、中心軸部９２ｃに駆動軸５側又は筒状部５２ｃ側から押込力が加えられても、その荷重を受け止めることが可能となっている。

また、第３フレーム１３には、カバー１５が取り付けられ、該カバー１５と第３フレーム１３とによって、ケース本体１００を構成している。該ケース本体１００によって外部から気密に閉塞される内部空間Ｐが形成されている。該内部空間Ｐには、上記のように電動補助モータ９、モータドライバ８、及びトルクセンサ７が配置される。カバー１５は外観がカップ状でその周壁端部（Ｘ１側端部）が第３フレーム１３に当接して取り付けられている。カップ状のカバー１５の底部であるＸ２側内壁面には径方向中心に、軸受Ｂ９を収容する軸受支持部が設けられている。

次に、上記構成の電動補助モータ付き手動チェーンブロック１の動作について説明する。図示を省略する下フックＦｄに荷を掛けた状態で、ハンドチェーンＣ２を巻上げ方向に手引き力で操作すると、ハンドホイール３が回転する。該ハンドホイール３の回転に伴い、該ハンドホイール３と一体的に回転するホイールハブ６２とスプライン結合されている、ホイール支持部材５２も回転する。これによりホイール支持部材５２は雌ネジ部５２ａでの多条ネジ４２への噛合により、Ｘ１側に向かって移動する。この移動によりホイール支持部材５２のフランジ部５２ｂは、Ｘ２側のブレーキ板５３ｂを押圧し、更に爪車５４はＸ１側のブレーキ板５３ａを押圧する。この押圧により駆動軸５と共に非回転状態にあるブレーキ受５１は、ホイール支持部材５２及びハンドホイール３と共に回転する状態となる。

ブレーキ受５１は雌ネジ部５１ａでの多状ネジ４２への噛合により、Ｘ１側に向かって移動し、暫くしてブレーキ受５１が段部４３に当接して、これ以上のＸ１側への移動が阻止される。これにより、ブレーキ受５１が駆動軸５と駆動的に結合する状態となり、ハンドホイール３の回転に伴って駆動軸５も回転する。このハンドホイール３の回転により、ハブ筒部６２ａ及び磁歪部分６２ｃが捩じられる。これにより磁歪部分６２ｃの透磁率が変化し、該透磁率の変化に対応するインダクタンスの変化がセンサコイル７１で検出され、図１に示すように、トルクセンサ７から検出出力Ｔ_７として、制御部２００に入力される。

制御部２００には、図１に示すように、モータ電流センサ１８で検出した電動補助モータ９への電流Ｉ_９、トルクセンサ７の検出出力Ｔ_７（センサコイル７１の磁歪部分６２ｃの捩れによる透磁率の変化に起因するインダクタンスの変化）が入力されている。制御部２００は該検出出力Ｔ_７から、ハンドホイール３の回転力が所定以上の場合に電動補助モータ９を起動すると共に、上記のようにモータ電流センサ１８で検出された電動補助モータ９への電流Ｉ_９とトルクセンサ７の検出出力Ｔ_７から上記のように荷Ｌの重量値Ｍを算出する。そして該重量値Ｍに対する支援割合から、電動補助モータ９に供給する支援分電流Ｉ_Ａ９を決定し、モータドライバ８を制御して、電動補助モータ９に支援分電流Ｉ_Ａ９を供給する。

なお、上記例では荷Ｌの重量値Ｍに対する支援割合から支援分電流Ｉ_Ａ９を決定しているが、トルクセンサ７の検出出力Ｔ_７からハンドホイール３の回転力を算出し、この回転力の何割を支援するかで支援分電流Ｉ_Ａ９を決定し、支援分電流Ｉ_Ａ９を電動補助モータ９に供給する場合もある。

上記のように支援分電流Ｉ_Ａ９を電動補助モータ９に通電することにより、電動補助モータ９のアウターロータ９２は、該支援分電流Ｉ_Ａ９に対応したトルクにて回転し、該回転力が駆動軸５に与えられる。この駆動軸５の回転力は、減速機構４を介してロードシーブ中空軸２０に伝達され、ロードシーブ中空軸２０が回転させられる。これによりロードチェーンＣ１は荷Ｌを上昇させる方向（巻上げ方向）に移動する。

次に、吊り上げられている荷を降ろす場合、ハンドチェーンＣ２を荷を上昇させる時とは逆向きに手引きする。これにより、ハンドホイール３と共に回転するホイール支持部材５２は、ブレーキ板５３ｂ、５３ａに対する圧接を緩めることになる。この緩めた分だけ駆動軸５が荷Ｌの重量によって、巻上げ方向とは逆の方向に回転する。これにより荷Ｌが徐々に下降されていく。

ここで、巻上げ時、又は巻下げ時にハンドチェーンＣ２から手を離しても、荷は落下しない。この場合、荷Ｌの重力によって駆動軸５を逆転させようとする回転力が作用しても、ハンドホイール３が回転しない状態では、ホイール支持部材５２も回転しない。またホイール支持部材５２における雌ネジ部５２ａでの多条ネジ４２への噛合により、ホイール支持部材５２がＸ１側に向かって移動しようとする。すると、ホイール支持部材５２がブレーキ板５３ａ，５３ｂを爪車５４に押し付け、更に爪車５４の回転が阻止されるので、ブレーキ受５１は駆動軸５と共に回転せず、ブレーキ受５１は段部４３に当接する。この当接後は駆動軸５の回転は阻止される。これにより荷の落下が防止される。

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。特に、電動補助モータ付き手動チェーンブロックの機械的構成は、図３及び図４に示す構成に限定されるものではない。また、電動補助モータ９にアウターロータ型ＤＣブラシレスモータを用いたが、これに限定されるものではなく、インナーロータ型ＤＣブラシレスモータであってもよい。また、他の電動モータ、例えば誘導型電動モータであってもよい。

電動補助モータ付き手動チェーンブロック（電動補助モータ付き手動巻上機も同様）は、上記のように、電動補助モータ９でハンドホイール３の回転を支援することから、巻上機の機械的構成をより簡略化することができる。例えばチェーンブロックの減速機構４を省略することも可能である。この場合は、減速機構４がないことから、手動チェーンブロック（手動巻上機）の機械的構成は更に簡単なものとなる。

１ 手動チェーンブロック
２ ロードシーブ
３ ハンドホイール
４ 減速機構
５ 駆動軸
６ ブレーキ機構
７ トルクセンサ
８ モータドライバ
９ 電動補助モータ
１１ 第１フレーム
１２ 第２フレーム
１３ 第３フレーム
１４ ギヤケース
１５ カバー
１６ 繋ぎ軸
１７ 回転速度センサ
１８ モータ電流センサ
２０ ロードシーブ中空軸
２１ フランジ部
２２ チェーンポケット
２３ 中空孔
３１ ロードギヤ
３２ 大径ギヤ
３３ ピニオンギヤ
４２ 多条ネジ
４３ 段部
５１ ブレーキ受
５１ａ 雌ネジ部
５１ｂ フランジ部
５２ ホイール支持部材
５２ａ 雌ネジ部
５２ｂ フランジ部
５２ｃ 筒状部
５２ｄ スプライン
５３ａ ブレーキ板
５３ｂ ブレーキ板
５４ 爪車
５７ 嵌合凸部
６１ ホイールリング
６１ａ チェーンポケット
６２ ホイールハブ
６２ａ ハブ筒部
６２ｂ スプライン
６２ｃ 磁歪部分
７１ センサコイル
８０ 円筒部材
９１ ステータ
９１ａ 孔部
９２ アウターロータ
９２ｃ 中心軸部
９２ｄ 嵌合凹部
９３ ネジ
１００ ケース本体
２００ 制御部
Ｂ１〜Ｂ９ 軸受
Ｃ１ ロードチェーン
Ｃ２ ハンドチェーン
Ｆｕ 上フック
Ｆｄ 下フック
Ｊ 結合部

Claims (6)

1. 荷を吊り下げる荷吊下げ部材が掛けられた駆動輪と、手引き部材が掛けられた手動輪と、該駆動輪の回転を支援する電動補助モータと、前記荷の重量を検出する重量検出手段と、制御手段とを備え、前記手引き部材を手引きすることにより発生する前記手動輪の回転力を駆動軸を介して前記駆動輪に伝達し、前記荷吊下げ部材に吊り下げられた荷を巻上げ下げすると共に、荷の巻上げ時に前記重量検出手段で検出した重量値が定格荷重値以下の所定重量値の場合、前記電動補助モータの支援力を算出し、前記制御手段の制御によりモータドライバから前記電動補助モータに前記算出した支援力に対応する回転力を発生する電流を供給するトルク制御により前記電動補助モータを運転し、前記駆動輪の回転を支援する電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置であって、
   前記制御手段は、前記重量検出手段で検出した重量値が前記定格荷重値を超える場合、前記電動補助モータの速度をゼロにするゼロ速度制御により前記電動補助モータを運転することを特徴とする電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置。
2. 前記手動輪の回転力を検出する回転力センサと、
   前記電動補助モータに供給されるトルク電流を検出する電流センサと、を備え、
   前記重量検出手段は、前記回転力センサからの検出回転力と前記電流センサの検出電流値から前記荷の重量を検出することを特徴とする請求項１に記載の電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置。
3. 前記制御手段は、前記電動補助モータの制御をゼロ速度制御にした後、荷の巻下げを検知した場合、前記電動補助モータの回転軸の回転位置を前記ゼロ速度制御にした直後の元の位置にトルク制御にて戻すことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止装置。
4. 荷を吊り下げる荷吊下げ部材が掛けられた駆動輪と、手引き部材が掛けられた手動輪と、該駆動輪の回転を支援する電動補助モータとを備え、前記手引き部材を手引きすることにより発生する前記手動輪の回転力を駆動軸を介して前記駆動輪に伝達し、前記荷吊下げ部材に吊り下げられた荷を巻上げ下げすると共に、荷の巻上げ時に前記荷の重量値が定格荷重値以下の所定重量値の場合、前記電動補助モータの支援力を算出し、前記電動補助モータに前記算出した支援力に対応する回転力を発生する電流を供給するトルク制御により前記電動補助モータを運転し、前記駆動輪の回転を支援する電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法であって、
   前記荷の重量値が前記定格荷重値を超える場合、前記電動補助モータをその速度をゼロにするゼロ速度制御にて運転し、前記荷の巻下げを検知した場合、前記電動補助モータの回転軸の回転位置を前記ゼロ速度制御にした直後の元の回転位置に前記トルク制御にて戻すことを特徴とする電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法。
5. 前記手動輪の回転力と前記電動補助モータに供給される電流値から前記荷の重量を検出することを特徴とする請求項４に記載の電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法。
6. 前記電動補助モータの制御をゼロ速度制御にした後、荷の巻下げを検知した場合、前記電動補助モータの回転軸の回転位置を前記ゼロ速度制御にした直後の元の位置にトルク制御にて戻すことを特徴とする請求項４又は５に記載の電動補助モータ付き手動巻上機の過荷重巻上防止方法。

Images