JP2018048009A - 電動ウインチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吊荷を巻き下げて着床したときに発生するワイヤーロープの乱巻を防止可能な電動ウインチ装置を提供する。
【解決手段】電動ウインチ装置は、ワイヤーロープ２が巻回されたウインチドラム５と、ウインチドラム５を回転させる電動モータ８と、操作レバー１３ａと、電動モータ８に供給される電流値を計測する電流計１８と、電動モータ８の作動を制御するコントローラ１２と、を備え、コントローラ１２は、電流計１８により計測された電流値に基づいて所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値を導出し、操作レバー１３ａが巻下操作方向に操作された状態で、導出したワイヤーロープ２の張力の平均値が所定の張力基準値以下になった場合に電動モータ８の作動を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械に搭載される電動ウインチ装置に関するものである。

クレーン等の建設機械に用いられるウインチドラムには、通常、整列状態でワイヤーロープが巻き回されている。これにより、ワイヤーロープがウインチドラムから繰り出されたり、巻き取られたりした場合に、ワイヤーロープのねじれや曲げが防止され、また、ワイヤーロープ同士の不必要な接触が抑制される。その結果、ワイヤーロープの長寿命化が図られている。

従来、吊荷の巻下げ時にウインチドラムにおけるワイヤーロープの整列状態が乱れる現象である乱巻が発生することが知られている。この吊荷の巻下げ時の乱巻は、何らかの要因によってワイヤーロープに弛みが生じ、その状態でウインチドラムが回転することによって発生する。下記特許文献１には、ウインチ装置における吊荷の巻下げ時のワイヤーロープの乱巻を防止するための技術が開示されている。

特許文献１は、ウインチドラムの巻下げ操作の起動時におけるワイヤーロープの乱巻を防止するための乱巻防止装置を開示している。この乱巻防止装置は、ウインチドラムから繰り出されるワイヤーロープに作用する実ロープ張力と予め設定される乱巻発生張力とを比較し、実ロープ張力が乱巻発生張力以下の場合にウインチドラムを回転させる油圧モータの最大回転速度を低く抑えることで実ロープ張力が乱巻発生張力以下にならないようにしてワイヤーロープの弛みを防止し、それによって乱巻の発生を防止している。

特開平１１−１３９７７４号公報

ところで、近年、従来の油圧式ウインチ装置に対して新規なウインチ装置として、電動モータでウインチドラムを駆動する電動ウインチ装置が開発されている。この電動ウインチ装置においても吊荷の巻下げ時にワイヤーロープの乱巻が発生する問題点がある。特に、吊荷を巻き下げて当該吊荷が着床したときにワイヤーロープに弛みが生じて乱巻が発生するという現象が発見されており、この吊荷の着床時に生じるワイヤーロープの乱巻を防止するための技術が求められている。

前記特許文献１の技術は、ウインチドラムの巻下げ操作の起動時に生じる乱巻を防止する技術であり、この技術で吊荷の着床時の乱巻の発生を防止することは難しい。また、当該特許文献１の乱巻防止のための技術は油圧式ウインチ装置における油圧モータの制御を前提としており、当該技術をそもそも電動ウインチ装置に適用することは不可能である。

本発明は、吊荷を巻き下げて着床したときに発生するワイヤーロープの乱巻を防止可能な電動ウインチ装置を提供することを目的とする。

本発明による電動ウインチ装置は、建設機械に搭載される電動ウインチ装置であって、吊荷を吊り下げるワイヤーロープが巻回されたウインチドラムと、前記ウインチドラムを、前記吊荷を巻き上げる回転方向である巻上方向又は前記吊荷を巻き下げる回転方向である巻下方向へ回転させる電動モータと、基準位置から前記吊荷の巻上げを指示するための操作方向である巻上操作方向と前記吊荷の巻下げを指示するための操作方向である巻下操作方向とに操作可能な操作部と、前記ワイヤーロープの張力の指標値である張力指標値を計測する計測部と、前記操作部の操作に応じた前記ウインチドラムの前記巻上方向又は前記巻下方向への回転が行われるように前記電動モータの作動を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記計測部により計測された前記張力指標値に基づいて所定期間における前記ワイヤーロープの張力の平均値を導出し、前記操作部が前記巻下操作方向に操作された状態で、導出した前記ワイヤーロープの張力の平均値が所定の張力基準値以下になった場合に前記電動モータの作動を停止させる停止処理を実行する。

この電動ウインチ装置では、操作部が巻下操作方向に操作されて吊荷が巻き下げられている過程で吊荷が着床し、所定期間におけるワイヤーロープの張力の平均値が張力基準値以下になった場合に、電動モータの作動が停止されてウインチドラムの巻下方向への回転が停止される。このため、この吊荷の着床によるワイヤーロープの張力低下に起因したワイヤーロープの弛みを抑制できる。その結果、当該電動ウインチ装置では、吊荷が着床したときに発生するワイヤーロープの乱巻を防止することができる。

前記電動ウインチ装置において、前記ワイヤーロープには、前記吊荷を吊るすフックが接続され、前記張力基準値は、前記フックの荷重未満の所定の値に設定されていることが好ましい。

この構成によれば、吊荷の着床時のワイヤーロープの乱巻防止のための電動モータの停止処理を確実に実行することができる。すなわち、所定期間におけるワイヤーロープの張力の平均値がフックの荷重未満の値になる場合は、吊荷が着床し、さらにその吊荷を吊るすフックまで着床した状態であるため、当該構成によれば、吊荷が着床したときの乱巻防止のための電動モータの停止処理を確実に実行できる。

前記電動ウインチ装置において、前記計測部は、前記電動モータに供給される電流の値を前記張力指標値として逐次計測する電流計であり、前記コントローラは、前記電流計により計測された電流値に基づいて前記電動モータが前記ウインチドラムに付与するトルクを算出するとともに、その算出したトルクの前記所定期間における平均値を前記ワイヤーロープの張力の平均値に相当する値として算出することが好ましい。

この構成によれば、ワイヤーロープの張力の平均値に相当する値を良好な精度で算出することができ、その算出値に基づく電動モータの停止制御の精度を向上できる。具体的には、従来、クレーン等の建設機械では、例えば、ブーム等の起伏部材の姿勢を保持する起伏ロープ等の部材に荷重計を取り付けてその部材に加わる荷重を計測したり、起伏部材を起伏ロープを介して起伏させる起伏ドラムに荷重計を取り付けて起伏ドラムに加わる荷重を計測したりして、その計測した荷重値から吊荷を吊るワイヤーロープの張力を推測するような手法がとられている。この手法では、ワイヤーロープの張力を直接的に計測していないため、得られる張力の推測値の精度が低くなる。これに対し、本構成でコントローラが算出するトルクは、従来のクレーンで得られる荷重値からのワイヤーロープの推測値に比べて、ワイヤーロープの張力値をより直接的に表す値となる。このため、コントローラが、このトルクの所定期間における平均値をワイヤーロープの張力の平均値に相当する値として算出し、その平均値に基づいてワイヤーロープの乱巻防止のための電動モータの停止制御を行うことで、当該停止制御の精度を向上できる。

前記電動ウインチ装置において、前記コントローラは、前記停止処理を実行した後、前記操作部の前記巻下操作方向への操作量が所定の操作量基準値未満になった場合には、前記停止処理を解除してもよい。

この構成によれば、電動モータの停止処理が実行されてウインチドラムの巻下方向への回転が停止された後、操作者が操作部を基準位置側へ戻してその操作部の巻下操作方向への操作量を操作量基準値未満にすることで、電動モータの停止処理を解除して再び電動モータにウインチドラムを巻下方向に回転させてワイヤーロープの繰り出し等を行わせることができる。

前記電動ウインチ装置は、前記停止処理の実行を指示するための停止入力を入力可能な入力装置をさらに備え、前記コントローラは、前記入力装置が前記停止入力を受けた場合には前記停止処理を実行し、前記入力装置が前記停止入力を受けていない場合には前記停止処理を実行しなくてもよい。

この構成によれば、操作者が入力装置に停止入力を入力しないことにより、ワイヤーロープの乱巻防止のための電動モータの停止処理を解除することができる。これにより、例えば建設機械による作業の種類等が電動モータの停止処理を働かせたくないようなものである場合に、操作者がその電動モータの停止処理を自らの意思で解除することができる。

本発明によれば、吊荷を巻き下げて当該吊荷が着床したときに発生するワイヤーロープの乱巻を防止可能な電動ウインチ装置を提供できる。

本発明の一実施形態による電動ウインチ装置の構成を示す図である。 図１に示した電動ウインチ装置のコントローラの内部構成を示すブロック図である。 本実施形態による電動ウインチ装置の乱巻防止のための制御のフローチャートである。 吊荷の巻下操作の過程で吊荷が着床するときに本実施形態による電動ウインチ装置の乱巻防止のための技術が適用されない場合の電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。 吊荷の巻下操作の過程で吊荷が着床するときの本実施形態による電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。

図１には、本発明の一実施形態による電動ウインチ装置の構成が示されている。本実施形態による電動ウインチ装置は、建設機械としてのクレーンに設けられ、吊荷４の巻上又は巻下を行う。

前記クレーンは、図略のクレーン本体に起伏可能となるように設けられたブーム１を備えている。ブーム１の先端からは、ワイヤーロープ２を介してフック３が吊り下げられている。吊荷４はフック３によって吊られる。本実施形態による電動ウインチ装置は、図略のクレーン本体に設置されている。当該電動ウインチ装置は、ウインチドラム５を回転させることで、ワイヤーロープ２を介して吊荷４の巻上又は巻下を行う。

本実施形態による電動ウインチ装置は、ウインチドラム５と、ブレーキ６と、減速機７と、電動モータ８と、インバータ９と、電源１０と、回生抵抗１１と、コントローラ１２と、操作レバー装置１３と、荷重計１５と、ドラム回転計１６と、ブーム角度計１７と、電流計１８と、入力装置２０と、を備える。

ウインチドラム５には、ワイヤーロープ２が巻回されている。ウインチドラム５は、減速機７を介して電動モータ８の回転軸８ａと接続されている。ウインチドラム５は、電動モータ８のトルクにより回転する。また、ウインチドラム５は、回転軸５ａを有しており、この回転軸５ａには、ウインチドラム５の回転を制御するためのブレーキ６が接続されている。

ブレーキ６は、メカニカルブレーキであり、コントローラ１２による制御を受けて、ウインチドラム５の回転を制動する制動状態と、ウインチドラム５の制動を解放する解放状態とに切り換えられる。ブレーキ６としては、例えば、バンド式或いは湿式ディスク式のブレーキが採用できる。

ウインチドラム５は、一方の回転方向である巻上方向に回転することによりワイヤーロープ２を巻き取り、それによって吊荷４を巻き上げる。また、ウインチドラム５は、巻上方向と逆の巻下方向に回転することによりワイヤーロープ２を繰り出し、それによって吊荷４を巻き下げる。

電動モータ８は、例えば、三相モータである。電動モータ８は、インバータ９に電気的に接続され、そのインバータ９は電源１０に電気的に接続されている。すなわち、電動モータ８は、インバータ９を介して電源１０に電気的に接続されている。電動モータ８は、インバータ９による制御の下、電源１０から供給される電力により駆動され、ウインチドラム５を巻下又は巻上駆動する。電動モータ８のトルクは、回転軸８ａ、減速機７、及び回転軸５ａを介してウインチドラム５に伝達され、ウインチドラム５が巻上又は巻下駆動される。

インバータ９は、例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のそれぞれにつき２つのスイッチング素子が割り当てられた合計６個のスイッチング素子を含む三相インバータで構成されている。インバータ９は、コントローラ１２から入力される制御信号にしたがって電動モータ８を駆動させる。

減速機７は、電動モータ８の回転軸８ａの回転力を所定の減速比で減速してウインチドラム５の回転軸５ａへ伝える。

電源１０は、例えば、クレーンに搭載されるバッテリである。或いは、電源１０は、クレーンに搭載されたプラグイン端子を介して接続された外部電源であってもよい。

回生抵抗１１は、インバータ９に電気的に接続されている。この回生抵抗１１は、電源１０が回生しきれない余剰電力を消費し、電力調整を行う。本実施形態では、この回生抵抗１１の機能により電動モータ８に回生ブレーキが掛けられるようになっている。

コントローラ１２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータで構成される。コントローラ１２は、操作レバー装置１３の後述する操作レバー１３ａの操作量に応じた回転速度で電動モータ８が作動するようにインバータ９を制御する。また、コントローラ１２は、操作レバー１３ａが中立位置にあるときにはブレーキ６を制動状態にし、操作レバー１３ａが中立位置から巻下操作方向または巻上操作方向へ操作されたことに応じてブレーキ６を解放状態にする。

また、コントローラ１２には、荷重計１５、ドラム回転計１６、ブーム角度計１７及び電流計１８等のセンサが接続されている。コントローラ１２は、荷重計１５、ドラム回転計１６及びブーム角度計１７の計測値にしたがって、吊荷４の状態を把握する。

また、コントローラ１２は、インバータ９が電動モータ８に供給する電流の計測値を電流計１８から取得し、その取得した電流の計測値からウインチドラム５に発生するトルクを計算する。

操作レバー装置１３は、吊荷４の巻上げ及び巻下げを指示するための装置である。操作レバー装置１３は、ウインチドラム５を吊荷４の巻上方向へ回転させるための操作又はウインチドラム５を吊荷４の巻下方向へ回転させるための操作が入力される操作レバー１３ａを有する。操作レバー１３ａは、本発明における操作部の一例である。操作レバー１３ａは、例えば、中立位置を中心に前後或いは左右に傾倒可能に構成されている。中立位置は、本発明における操作レバーの基準位置の一例である。操作レバー１３ａの中立位置から一方向への操作方向が吊荷４の巻下げを指示するための巻下操作方向であり、操作レバー１３ａの中立位置から巻下操作方向と反対の操作方向が吊荷４の巻上げを指示するための巻上操作方向である。

操作レバー装置１３は、操作レバー１３ａが中立位置から巻下操作方向に傾倒操作されると、その操作レバー１３ａの中立位置からの傾倒量（操作量）を表す信号をコントローラ１２へ出力する。また、操作レバー装置１３は、操作レバー１３ａが中立位置から巻上操作方向に傾倒操作されると、その操作レバー１３ａの中立位置からの傾倒量（操作量）を表す信号をコントローラ１２へ出力する。なお、巻下操作方向への操作レバー１３ａの操作量をマイナスの値とし、巻上操作方向への操作レバー１３ａの操作量をプラスの値とすることで、操作レバー１３ａの操作方向が巻下操作方向と巻上操作方向のいずれであるかの区別が可能となっている。

荷重計１５は、例えば、ブーム１の起伏姿勢を保持する起伏ロープに取り付けられたり、起伏ロープを介してブーム１を起伏させる図略の起伏ドラムに取り付けられる。この荷重計１５は、起伏ロープに加わる荷重や起伏ロープから起伏ドラムに加わる荷重を計測する。この荷重計１５による荷重の計測値は、吊荷４が停止している状態でのワイヤーロープ２の張力や吊荷４及びフック３の重量を推測するために用いられる。コントローラ１２は、荷重計１５による計測値を逐次取得し、取得した計測値から所定の演算式を用いてワイヤーロープ２の張力と吊荷４及びフック３の重量を算出する。

ドラム回転計１６は、ウインチドラム５の単位時間当たりの回転数を逐次検出し、検出した回転数のデータをコントローラ１２へ逐次出力する。

ブーム角度計１７は、ブーム１の起伏角度を逐次検出し、検出した起伏角度のデータをコントローラ１２へ逐次出力する。

電流計１８は、インバータ９と電動モータ８とをそれらの間で繋ぐ電力線に設けられている。電流計１８は、インバータ９から電動モータ８に供給される電流の値を逐次計測し、計測した電流値のデータをコントローラ１２へ逐次出力する。電流計１８は本発明における計測部の一例であり、この電流計１８により計測される電流値は本発明における張力指標値の一例である。

入力装置２０は、電動ウインチ装置の作動モードを入力可能な装置である。この入力装置２０は、例えば、運転室内に設置されたタッチパネル式やその他の方式の入力装置である。電動ウインチ装置の作動モードとしては、クレーンにおいて通常のクレーン作業（吊作業）を行うための通常作業モード、吊荷４の巻下げを目的とせずにウインチドラム５からワイヤーロープ２を繰り出させるための繰り出しモード、吊荷４のフリーフォールを行うためのフリーフォールモードなどが設定されている。入力装置２０は、これらの複数の作動モードのうちいずれか１つの作動モードを選択的に入力可能に構成されている。

入力装置２０への繰り出しモード以外の作動モードの入力、すなわち通常作業モードやフリーフォールモードなどの入力は、本発明において吊荷４の着床時の電動モータ８の停止処理の実行を指示するための停止入力の一例である。そして、入力装置２０が通常作業モードやフリーフォールモードなどの入力を受けていない場合、換言すれば入力装置２０が繰り出しモードの入力を受けている場合は、本発明において入力装置２０が停止入力を受けていない場合の一例である。

操作者は、設定された複数の作動モードから所望の作動モードを選択し、その選択した作動モードを入力装置２０に入力する。入力装置２０は、入力された作動モードを示す信号をコントローラ１２へ出力する。コントローラ１２は、入力装置２０から入力された信号が示す作動モードに応じた電動モータ８の制御を行う。コントローラ１２は、入力装置２０が繰り出しモード以外の作動モードの入力を受けている場合、すなわち入力装置２０からコントローラ１２に入力される信号が繰り出しモード以外の作動モードを示している場合には、電動モータ８の停止処理を実行する。また、コントローラ１２は、入力装置２０からコントローラ１２に入力される信号が繰り出しモードを示している場合には、電動モータ８の停止処理を実行しない。従って、本実施形態では、電動ウインチ装置の作動モードと電動モータ８の停止処理の実行と非実行とが関連付けられている。

図２は、図１に示した電動ウインチ装置のコントローラ１２の内部構成を示すブロック図である。コントローラ１２は、速度制御部１２１、電流制御部１２２、速度計算部１２３、及びウインチ制御部１２４を備える。コントローラ１２は、操作レバー１３ａの操作量に応じた回転速度で電動モータ８を作動させる電動モータ８の速度制御を行えるようになっている。

速度制御部１２１は、速度計算部１２３から入力される電動モータ８の回転速度と、ウインチ制御部１２４から入力される速度指令値との偏差が０になるようにトルク指令を生成する。本実施形態では、電動モータ８がウインチドラム５を巻下方向に回転させている場合の電動モータ８の回転速度をマイナスで表し、電動モータ８がウインチドラム５を巻上方向に回転させている場合の電動モータ８の回転速度をプラスで表すことで、電動モータ８の回転速度が巻上方向に対応する回転速度と巻下方向に対応する回転速度のいずれであるかを区別できるようになっている。また、これに合わせて、巻下方向の速度指令値をマイナスで表し、巻上方向の速度指令値をプラスで表すことで、速度指令値が巻下方向と巻上方向のいずれの方向の指令値であるかを区別できるようになっている。

電流制御部１２２は、速度制御部１２１から入力されたトルク指令から目標電流値を決定し、決定した目標電流値と、電流計１８により計測された電流値との偏差が０になるように制御信号を生成する。そして、電流制御部１２２は、生成した制御信号をインバータ９へ出力する。

ここで、制御信号は、例えばＵ，Ｖ，Ｗ相の制御信号で構成され、それぞれ、インバータ９を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相のスイッチング素子の制御端子に入力される。スイッチング素子の制御端子としては、例えば、トランジスタのゲートやベースが該当する。

速度計算部１２３は、エンコーダ８１から逐次入力される電動モータ８のロータの位置情報を微分することで、電動モータ８の回転速度を算出する。

ウインチ制御部１２４は、例えば、操作レバー１３ａの操作量と速度指令値との関係が予め規定された速度指令マップを用いて、操作レバー装置１３から入力される信号が表す操作レバー１３ａの操作量に応じた速度指令値を決定し、その決定した速度指令値を速度制御部１２１へ出力する。ここで、ウインチ制御部１２４は、例えば、操作レバー１３ａが中立位置にある場合には速度指令値を０に設定し、操作レバー１３ａの中立位置から巻下操作方向への傾倒量（操作量）が増大するにつれて速度指令値をマイナスの方向に増大させ、操作レバー１３ａの中立位置から巻上方向への傾倒量（操作量）が増大するにつれて速度指令値をプラスの方向に増大させる。

また、ウインチ制御部１２４は、操作レバー１３ａが中立位置にある時、すなわち操作レバー装置１３から入力される信号が表す操作レバー１３ａの操作量が０である時には、ブレーキ６に制動状態になることを指示するためのブレーキ制御信号をブレーキ６へ出力する。また、ウインチ制御部１２４は、操作レバー１３ａが中立位置から巻下操作方向または巻上操作方向へ操作された時、すなわち操作レバー装置１３から入力される信号が表す操作レバー１３ａの操作量の絶対値が０から増加した時には、ブレーキ６に解放状態になることを指示するためのブレーキ制御信号をブレーキ６へ出力する。

更に、ウインチ制御部１２４は、荷重計１５、ドラム回転計１６及びブーム角度計１７から入力される計測値にしたがって、吊荷４の状態を把握する。

エンコーダ８１（モータ回転計の一例）は、例えば、ロータリーエンコーダである。エンコーダ８１は、電動モータ８のロータの基準位置からの回転量を位置情報として逐次計測し、その計測した回転量からなる位置情報を速度計算部１２３へ逐次出力する。

以上が、コントローラ１２の基本構成であるが、本実施形態では、吊荷４の巻下げの過程で吊荷４が着床した場合にウインチドラム５の巻下方向への回転を停止させるための電動モータ８の停止処理を行う。

具体的に、コントローラ１２は、電流計１８が計測した電流値から電動モータ８がウインチドラム５に付与するトルクをワイヤーロープ２の張力に相当する値として算出するとともに、所定期間（所定時間長さ）における当該トルクの平均値を所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値に相当する値として算出しており、操作レバー１３ａが巻下操作方向に操作された状態でこの算出した平均値が所定の基準張力値以下になった場合に、インバータ９に電動モータ８の作動を停止させる停止処理を実行する。

コントローラ１２は、電動モータ８からウインチドラム５に付与されるトルクを、例えば、下記のように算出する。電流計１８が、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のそれぞれの電流値を計測するとすれば、ウインチ制御部１２４は、電流計１８から入力されるＵ，Ｖ，Ｗ相の電流値をｄ軸、ｑ軸の電流値に変換し、ｑ軸の電流値に所定の変換係数を乗じた値をワイヤーロープ２の張力に応じたトルクとして算出する。この場合、電流計１８は本発明における計測部の一例に該当する。変換係数は、ｑ軸の電流値をウインチドラム５にかかるトルクに変換するための係数である。当該変換係数としては、減速機７の減速比及び減速機７の機械的な影響を考慮した値が採用される。

図３は、本実施形態による電動ウインチ装置の乱巻防止のための制御のフローチャートである。以下、この図３を参照して、本実施形態による電動ウインチ装置で行われる吊荷４の着床時のワイヤーロープ２の乱巻防止のための制御について説明する。

まず、コントローラ１２は、電動ウインチ装置の作動モードとして繰り出しモードが選択されているか否かを判断する（図３のステップＳ１）。具体的には、コントローラ１２は、入力装置２０から当該コントローラ１２に繰り出しモードの指令が入力されている場合に、電動ウインチ装置の作動モードとして繰り出しモードが選択されていると判断する。一方、コントローラ１２は、入力装置２０から当該コントローラ１２に繰り出しモード以外の作動モードの指令が入力されている場合には、電動ウインチ装置の作動モードとして繰り出しモードが選択されていないと判断する。

コントローラ１２は、電動ウインチ装置の作動モードとして繰り出しモードが選択されていない、すなわち繰り出しモード以外の作動モードが選択されていると判断した場合には、次に、操作レバー１３ａの中立位置から巻下方向への操作量が所定の操作量基準値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。一方、コントローラ１２は、電動ウインチ装置の作動モードとして繰り出しモードが選択されていると判断した場合には、ウインチドラム５の巻下方向への回転を停止させるための電動モータ８の停止処理の解除（後述）を行う（ステップＳ６）。これは、クレーンの状態や作業内容等により、電動モータ８の停止処理を実行させずにウインチドラム５からワイヤーロープ２を繰り出させたい場合に、操作者が繰り出しモードを選択して電動モータ８の停止処理の機能を解除し、ワイヤーロープ２の繰り出しを行えるようにするものである。

前記ステップＳ２の判断では、コントローラ１２は、操作レバー装置１３から入力される信号が示す操作レバー１３ａの操作量を読み取り、その操作量が操作量基準値以上であるか否かを判断する。コントローラ１２は、操作レバー１３ａの操作量が操作量基準値以上であると判断した場合には、次に、所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値が所定の張力基準値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３）。一方、コントローラ１２は、操作レバー１３ａの操作量が操作量基準値以上ではないと判断した場合には、ウインチドラム５の巻下方向への回転を停止させるための電動モータ８の停止処理の解除（後述）を行う（ステップＳ６）。これは、操作レバー１３ａの巻下操作方向への操作量が操作量基準値未満の僅かな量である場合には、電動モータ８の停止処理を実行せず、そのような操作に対応したウインチドラム５の僅かな巻下方向の回転は許容する趣旨である。

図５には記載していないが、コントローラ１２は、前記したように、電流計１８により計測された電流値に基づいて電動モータ８がウインチドラム５に付与するトルクをワイヤーロープ２の張力に相当する値として逐次算出するとともに、所定期間における前記トルクの平均値を当該所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値に相当する値として算出している。前記ステップＳ３では、この算出したトルクの平均値、すなわちワイヤーロープ２の張力の平均値が張力基準値以下であるか否かを判断する。張力基準値は、フック３の荷重未満の所定の値に設定されている。この判断に、ワイヤーロープ２の張力の平均値に相当するトルクの平均値を用いるのは、瞬間的な振動やノイズ、風によるあおり等の原因で負荷が瞬間的に変動する場合があるので、そのような場合に電動モータ８の停止処理が実行される可能性を除外するためである。

コントローラ１２は、前記トルクの平均値、すなわちワイヤーロープ２の張力の平均値が張力基準値以下である場合には、ウインチドラム５の巻下方向の回転を停止させるための電動モータ８の停止処理を開始する（ステップＳ４）。一方、前記トルクの平均値、すなわちワイヤーロープ２の張力の平均値が張力基準値以下でない場合には、コントローラ１２は、前記ステップＳ２以降の処理を再度実行する。

電動モータ８の停止処理では、コントローラ１２は、操作レバー１３ａが巻下操作方向に操作された状態、すなわち操作レバー装置１３からマイナスの操作量を示す信号が入力された状態で、当該コントローラ１２のウインチ制御部１２４が速度制御部１２１へ速度指令値として０を入力する。これにより、電動モータ８の回転速度を０にさせる電動モータ８の速度制御が行われる。これにより、操作レバー１３ａが巻下操作方向に操作されているにも関わらず、電動モータ８の作動が停止される。

次に、コントローラ１２は、操作レバー１３ａがまだ巻下操作中であるか否かを判断する（ステップＳ５）。具体的には、コントローラ１２は、操作レバー装置１３から入力される信号が示す操作レバー１３ａの巻下操作方向への操作量が操作量基準値以上であるか否かを判断する。コントローラ１２は、操作レバー１３ａの巻下方向への操作量が操作量基準値以上である場合、すなわち操作レバー１３ａが巻下操作中である場合には、このステップＳ５の処理を繰り返し実行する。一方、コントローラ１２は、操作レバー１３ａの巻下方向への操作量が操作量基準値未満である場合、すなわち操作レバー１３ａが巻下操作中ではない場合には、電動モータ８の停止処理の解除を行う（ステップＳ６）。

この停止処理の解除は、ウインチ制御部１２４が速度制御部１２１へ入力する速度指令値を操作レバー１３ａの中立位置からの操作量に応じた値とすることによって行われ。電動モータ８の停止処理が解除された結果、電動モータ８の回転速度を操作レバー１３ａの操作量に応じた速度にさせる電動モータ８の速度制御が実行されるようになる。そして、ステップＳ６の処理の後、前記ステップＳ１以降の処理が繰り返し行われる。

以上のようにして吊荷４の着床時における乱巻防止のための制御が行われるが、次に、吊荷４の巻下操作の過程でこのような制御が行われる本実施形態の電動ウインチ装置の挙動について図４及び図５を参照して説明する。図４は、比較例としての電動ウインチ装置の挙動を示す波形図であり、具体的には、吊荷４の巻下操作の過程で吊荷４が着床するときに乱巻防止が行われない場合の電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。図５は、吊荷の巻下操作の過程で吊荷が着床するときに乱巻防止のための制御が行われる本実施形態の電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。

図４及び図５において、（Ａ）欄は操作レバー１３ａの操作量の時間的な推移を示す波形図であり、（Ｂ）欄は速度指令値の時間的な推移を示す波形図であり、（Ｃ）欄は所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値の時間的な推移を示す波形図であり、（Ｄ）欄はブレーキ６の状態を示す波形図であり、（Ｅ）欄は吊荷４の巻下時のウインチドラム５の回転速度の時間的な推移を示す波形図であり、（Ｆ）欄は上下方向におけるフック３の位置の時間的な推移を示す波形図である。

巻下操作の開始前、すなわち時刻ｔ０以前は、吊荷４は停止状態にある。このとき、操作レバー１３ａは中立位置にあるとともに、ブレーキ６は制動状態になっており、吊荷４の速度は０である。

この状態から、時刻ｔ０において、操作レバー１３ａが中立位置から巻下操作方向へ操作され、それに応じて、コントローラ１２は、ブレーキ６を制動状態から解放状態にする。また、操作レバー１３ａが巻下操作方向に操作されることによって、操作レバー１３ａの操作量はマイナス方向に変化する。これに応じて、コントローラ１２は、電動モータ８の回転速度が操作レバー１３ａの操作量に応じた回転速度になるように電動モータ８の速度制御を開始する。これにより、インバータ９は、必要なトルクを発生させるための電流を電動モータ８へ出力する。そして、ウインチドラム５には、電動モータ８のトルクに減速機７の減速比及び減速機７の機械的な摩擦などの影響が加味されたトルクが付与される。これにより、時刻ｔ０において、ウインチドラム５の巻下方向への回転が開始され、操作レバー１３ａの中立位置から巻下操作方向への操作量に応じた吊荷４の巻下げが開始されるとともに、フック３の位置の低下が開始される。

以降、コントローラ１２は、吊荷４の降下中、すなわちウインチドラム５の回転中は、インバータ９が電動モータ８に供給している電流値、すなわち電流計１８による計測値からウインチドラム５に発生するトルクをワイヤーロープ２の張力に相当する値として算出するとともに、所定期間におけるトルクの平均値をその所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値として算出する。

そして、時刻ｔ１では、吊荷４の降下速度が目標値に到達する。その後、この到達した目標値の降下速度を維持したまま吊荷４の巻下げが継続される。

時刻ｔ２では、吊荷４が着床する。すなわち、吊荷４が地面に到達し、吊荷４の下端が地面に接触する。このとき、吊荷４の速度が０になる。また、このとき、ワイヤーロープ２に加わる張力から吊荷４の荷重分が抜け、その結果、ワイヤーロープ２の張力が急激に低下する。この状態で吊荷４の巻下げが継続され、時刻ｔ３においてフック３が地面に着床する。なお、フック３は、地面に限らず、吊荷４上に着床してもよい。このフック３の着床により、ワイヤーロープ２にフック３の荷重が掛からなくなるため、ワイヤーロープ２の張力が再度急激に低下する。

通常は、操作者が、吊荷４が着床する前に操作レバー１３ａの巻下操作方向への操作量を低下させて吊荷４の降下を低速状態にしてから吊荷４及びフック３を着床させるため、この場合にはワイヤーロープ２の張力の低下は前記のような急激なものとはならない。しかし、例えば、操作者がよそ見をして操作レバー１３ａの巻下操作方向への操作量を低下させなかったり、操作レバー装置１３のディテント機構により操作レバー１３ａが巻下操作方向に操作された状態で位置止めされていたりして、吊荷４及びフック３が低速状態にされずに着床した場合には、ワイヤーロープ２の張力が前記のように急激に低下する。

この際、図４に示す比較例では、速度指令値が操作レバー１３ａの巻下方向への操作量に応じた値で一定に維持され、その速度指令値に応じてウインチドラム５の巻下方向への回転速度が維持される。その結果、ワイヤーロープ２に弛みが生じてウインチドラム５においてワイヤーロープ２の乱巻が発生する。

これに対し、図５に示す本実施形態では、ワイヤーロープ２の張力の平均値がフック３の荷重未満の所定値である張力基準値以下になった時点で、ウインチ制御部１２４が、操作レバー１３ａが巻下操作方向へ操作されているにも関わらず、速度制御部１２１へ出力する速度指令値を０にする。その結果、ウインチドラム５の回転速度が０になり、ワイヤーロープ２の弛みが抑制されてウインチドラム５におけるワイヤーロープ２の乱巻の発生が防止される。

［本実施形態の電動ウインチ装置により得られる効果］
本実施形態の電動ウインチ装置では、吊荷４の巻下げ時に操作レバー１３ａが巻下操作方向に操作された状態で所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値が張力基準値以下になった場合に、コントローラ１２がウインチドラム５の巻下方向への回転が停止するようにインバータ９に電動モータ８の作動を停止させる制御を行うため、吊荷４及びフック３が着床してワイヤーロープ２の張力が低下したときにウインチドラム５の巻下方向への回転を停止させてワイヤーロープ２の弛みを抑制できる。このため、当該電動ウインチ装置では、吊荷４及びフック３が着床したときに発生するワイヤーロープ２の乱巻を防止することができる。

また、本実施形態の電動ウインチ装置では、電動モータ８の停止処理を実行するか否かを決定するための判断基準である張力基準値がフック３の荷重未満の所定の値に設定されているため、吊荷４の着床時のワイヤーロープ２の乱巻防止のための電動モータ８の停止処理を確実に実行することができる。具体的に、所定期間におけるワイヤーロープ２の張力の平均値がフック３の荷重未満の値になる場合は、吊荷４が着床し、さらにフック３まで着床した状態である。このため、ワイヤーロープ２の張力の平均値が前記のような値に設定された張力基準値以下になった場合に電動モータ８の停止処理を実行することで、吊荷４の着床時の乱巻を防止するための電動モータ８の停止処理を確実に実行することができる。

また、本実施形態の電動ウインチ装置では、コントローラ１２が、電流計１８により計測された電動モータ８に供給される電流の値に基づいて、電動モータ８がウインチドラム５に付与するトルクをワイヤーロープ２の張力に相当する値として算出する。このため、ワイヤーロープ２の張力に相当する値を良好な精度で算出することができ、その算出値に基づいてワイヤーロープ２の乱巻防止のための電動モータ８の停止制御の精度を向上できる。

具体的に、従来のクレーンでは、例えば、吊荷を先端から吊るすブーム等の起伏部材を起伏ロープにて起伏させるための起伏ドラムに設けた荷重計で起伏ロープから起伏ドラムにかかる荷重を計測したり、吊荷の巻上げ及び巻下げ用のウインチドラムの回転軸に設けたロードセル等によって回転軸にかかる荷重を計測したりして、その計測した荷重値からワイヤーロープ２に加わる張力を間接的に推測する手法がとられている。この手法では、ワイヤーロープ２の張力を直接的に計測していないため、得られる張力の推測値の精度が低くなる。これに対し、本実施形態でコントローラ１２がワイヤーロープ２の張力に相当する値として算出するトルクは、前記のように従来のクレーンで得られる荷重値からのワイヤーロープ２の張力の推測値に比べて、ワイヤーロープ２の張力値をより直接的に表す値となる。このため、前記したようにワイヤーロープ２の乱巻防止のための本実施形態による電動モータ８の停止制御の精度を向上できる。

また、本実施形態の電動ウインチ装置では、コントローラ１２が、ウインチドラム５の巻下方向への回転を停止させるための電動モータ８の停止処理を実行した後、操作レバー１３ａの巻下操作方向への操作量が操作量基準値未満になった場合に、インバータ９による電動モータ８の停止処理を解除する。このため、電動モータ８の停止処理が実行されてウインチドラム５の巻下方向への回転が停止された後、操作者が操作レバー１３ａを中立位置側へ戻して当該操作レバー１３ａの巻下操作方向への操作量を操作量基準値未満にすることで、電動モータ８の停止処理を解除することができ、その後、再び電動モータ８にウインチドラム５を巻下方向に回転させてワイヤーロープ２の繰り出し等を行わせることができる。

また、本実施形態の電動ウインチ装置では、操作者が入力装置２０に停止入力に相当する通常作業モードやフリーフォールモードの入力を行っていない場合、例えば繰り出しモードを入力した場合には、ワイヤーロープ２の乱巻防止のための電動モータ８の停止処理を解除（キャンセル）することができる。これにより、例えばクレーンによる作業の種類等が電動モータ８の停止処理を実行させたくないようなものである場合に、操作者がその電動モータ８の停止処理を自らの意思で解除することができる。

［変形例］
前記実施形態では、電動ウインチ装置がクレーンに搭載される例を示したが、クレーン以外の建設機械であっても吊荷の巻上げ及び巻下げを行う機能を有する建設機械であれば、そのような建設機械に対して本発明による電動ウインチ装置が適用されてもよい。

また、本発明における入力装置は、前記したようなものに必ずしも限定されない。例えば、入力装置は、電動ウインチ装置の作動モードの選択とは関係なく、ワイヤーロープ２の乱巻防止のための電動モータ８の停止処理の実行を指示するための停止入力を入力するための機能のみを備えたものであってもよい。この場合、コントローラ１２は、入力装置が作動モードとは関係のない停止入力を受けた場合に電動モータ８の停止処理を実行し、入力装置が前記停止入力を受けていない場合には電動モータ８の停止処理を実行しないようになっていてもよい。

また、入力装置は、停止入力と、電動モータ８の停止処理の実行の禁止を指示するための禁止入力とを入力可能に構成されていて、当該入力装置が停止入力を受けた場合にはコントローラ１２が前記のように電動モータ８の停止処理を実行し、当該入力装置が禁止入力を受けた場合にはコントローラ１２が電動モータ８の停止処理を実行しないようになっていてもよい。なお、入力装置が禁止入力を受けた場合は、本発明において入力装置が停止入力を受けていない場合の一例である。

また、入力装置はタッチパネル式のものでなくてもよく、例えば押しボタンや操作スイッチ等で電動ウインチ装置の作動モードを選択したり、電動モータ８の停止処理の実行と非実行を切り換えたりするものであってもよい。

例えば、ワイヤーロープ２で吊ったバイブロハンマやクラムシェル等を使用して行う土木作業では、操作レバー１３ａの操作量に関わらず、ワイヤーロープ２の張力が激しく変動する。この場合には、所定期間におけるワイヤーロープ２の張力に相当する値の平均値が頻繁に張力基準値以下になってそのたびに電動モータ８が停止すると煩わしい。このため、このような土木作業のときには電動モータ８の停止処理の実行を指示するための停止入力を入力装置２０に入力しないことにより、電動モータ８の停止処理が実行されないようにすることができる。

また、前記実施形態では、電動モータ８に供給される電流値を計測してその電流値から電動モータ８がウインチドラム５に付与するトルクを算出したが、ウインチドラム５に付与されるトルクの導出方法はこのようなものに必ずしも限定されない。例えば、電動モータ８にトルクメータを設けて、そのトルクメータで電動モータ８がウインチドラム５に付与するトルクを計測するようにしてもよい。この場合のトルクメータは本発明における計測部の一例であり、トルクメータによって計測されるトルクは本発明における張力指標値の一例である。

また、電源１０からインバータ９に印加される電流値を電流計で計測してその計測した電流値から電動モータ８がウインチドラム５に付与するトルクを算出することも可能である。この場合の電流計は本発明における計測部の一例であり、その電流計によって計測される電流値は本発明における張力指標値の一例である。

また、電流計１８は、インバータ９に内蔵されているものであったり、電動モータ８に内蔵されているものであってもよい。

また、前記実施形態では、電源１０が回生しきれない余剰電力を回生抵抗１１で消費して電力調整を行うようにしたが、その代わりに、キャパシタンスに余剰電力を充電したり、他の電気機器を作動させるのに当該余剰電力を使用してもよい。

また、乱巻防止のための電動モータ８の停止処理を解除する条件として、電動ウインチ装置の作動モードが繰り出しモードである場合や、操作レバー１３ａの巻下方向への操作量が操作量基準値以上ではない場合以外に他の条件を付加してもよい。例えば、巻下操作方向に操作された操作レバー１３ａを中立位置側へ戻す当該操作レバー１３ａの操作量の変化速度が所定値以上であることを、電動モータ８の停止処理の解除条件として付加してもよい。

また、吊荷の巻上げ／巻下げを指示するために操作される本発明の操作部は、必ずしも操作レバーに限定されない。例えば、操作部は、基準位置から押し操作可能な操作ボタンや、基準位置から回動操作可能な操作ダイヤル、その他のものであってもよい。

２ ワイヤーロープ
３ フック
４ 吊荷
５ ウインチドラム
９ インバータ
１２ コントローラ
１３ａ 操作レバー（操作部）
１８ 電流計（計測部）
２０ 入力装置

Claims (5)

1. 建設機械に搭載される電動ウインチ装置であって、
   吊荷を吊り下げるワイヤーロープが巻回されたウインチドラムと、
   前記ウインチドラムを、前記吊荷を巻き上げる回転方向である巻上方向又は前記吊荷を巻き下げる回転方向である巻下方向へ回転させる電動モータと、
   基準位置から前記吊荷の巻上げを指示するための操作方向である巻上操作方向と前記吊荷の巻下げを指示するための操作方向である巻下操作方向とに操作可能な操作部と、
   前記ワイヤーロープの張力の指標値である張力指標値を計測する計測部と、
   前記操作部の操作に応じた前記ウインチドラムの前記巻上方向又は前記巻下方向への回転が行われるように前記電動モータの作動を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記計測部により計測された前記張力指標値に基づいて所定期間における前記ワイヤーロープの張力の平均値を導出し、前記操作部が前記巻下操作方向に操作された状態で、導出した前記ワイヤーロープの張力の平均値が所定の張力基準値以下になった場合に前記電動モータの作動を停止させる停止処理を実行する、電動ウインチ装置。
2. 前記ワイヤーロープには、前記吊荷を吊るすフックが接続され、
   前記張力基準値は、前記フックの荷重未満の所定の値に設定されている、請求項１に記載の電動ウインチ装置。
3. 前記計測部は、前記電動モータに供給される電流の値を前記張力指標値として逐次計測する電流計であり、
   前記コントローラは、前記電流計により計測された電流値に基づいて前記電動モータが前記ウインチドラムに付与するトルクを算出するとともに、その算出したトルクの前記所定期間における平均値を前記ワイヤーロープの張力の平均値に相当する値として算出する、請求項１又は２に記載の電動ウインチ装置。
4. 前記コントローラは、前記停止処理を実行した後、前記操作部の前記巻下操作方向への操作量が所定の操作量基準値未満になった場合には、前記停止処理を解除する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動ウインチ装置。
5. 前記停止処理の実行を指示するための停止入力を入力可能な入力装置をさらに備え、
   前記コントローラは、前記入力装置が前記停止入力を受けた場合には前記停止処理を実行し、前記入力装置が前記停止入力を受けていない場合には前記停止処理を実行しない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動ウインチ装置。

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