JP2818380B2 - 送電線架設用ワインダの張力一定化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は送電線架設用ワインダに
係り、特にインバータワインダに張力一定の機能を持た
せることのできる送電線架設用ワインダの張力一定化方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高圧電流の送電には、地上に列状に設立
される鉄塔にわたって送電線を架設し、目的地へ送電す
るようになされており、この送電線の鉄塔は、市街地を
含み主として山間地を利用して一般には５００ｍ間隔で
設立され、一工区２０本程度の鉄塔間に送電線を架設す
るようになされている。

【０００３】上記のような地形の箇所に設立される鉄塔
にわたって送電線を架設するには、足場が悪いことに加
え高所への架設となるため、通常ヘリコプタを利用し、
軽量で高張力を有する材料、例えばナイロンロープを最
初に各鉄塔に取付け、その後１６〜１８φ程度のワイヤ
ロープを結着して地上に設置されたウインチにより巻取
り、上記ワイヤロープにこれより太いワイヤロープを結
着して同様に巻取って行き、最終的に本来架設すべき送
電線（線径３８φの撚り線）を連結し、前記ワイヤロー
プで牽引して架設するようにしている。

【０００４】したがって上記ナイロンテープから始まっ
て次第に太いワイヤロープを継ぎながらこれを地上にお
いて巻取るには、極めて大きい巻取力を要することか
ら、図３に示すように牽引ロープ１をウインチ（架線
車）２により巻取り、このウインチ２の鼓形の巻取りド
ラム３に数回巻付けたのち巻取り装置４（ワインダ）の
リール５に巻取るようにし、一定量巻取ったのちこのリ
ール５を空のリールと交換して順次巻取るようにして巻
取り装置４には大きな負荷が掛からないようにされてい
る。

【０００５】このような送電線架設において用いられて
いる従来の巻取り装置４は、エンジンまたは通常の電動
モータを駆動源とし、このエンジンまたは電動モータ
に、巻取った牽引ロープ１側からの引張り負荷の速度と
トルク変動に対応するため油圧ポンプ、油圧モータが接
続され、油圧モータから減速機を介してリール５に回転
を与えるように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかして、従来の油圧
モータ駆動のリールワインダの制御について述べると、
このワインダは可変容量形ポンプと固定容量形モータの
組合せであり、電動機の回転数は一定にしておかれる。
そしてこのワインダには油圧によって回転を制御するフ
ィードバック機構があり、リールの巻径の増減に左右さ
れてポンプ側は油圧の上下と押しのけ量（ｃｃ／ｒｅ
ｖ）の増減が逆関係になって馬力一定特性となり、モー
タ側も回転数の増減とトルクの増減が逆関係となって馬
力一定の特性を持つようになる。

【０００７】しかしながらこの機構は構造上正転時のみ
ある程度有効であるが、逆転時になると回転数とトルク
が正関係になって巻径の小さなときより大きな巻径の方
がトルクが小さくなる。また同じようにワイヤ速度の影
響を受ける。

【０００８】このように油圧式ワインダでは多少の不都
合があっても馬力一定の特性上動力の節減が可能であ
る。これに反して電動機直結形のリールワインダでは馬
力一定の特性は基準回転数（１５００ｒｐｍ）以上で発
生するが、それ以下ではトルク一定の性能であるのでこ
のままでは動力節減は出来ない。

【０００９】このことから従来のリールワインダは原動
機のトルクを制御することが困難であり、リールの巻始
めから巻終わり迄をワイヤ速度に関係なくその張力を一
定に保つことができなかった。つまりリールワインダの
設計の初段階ではリールの最大巻径のときの所要張力か
ら原動機のトルク、すなわち大きさを決めているので、
リールの巻径が細くなると必要以上の張力が出て、しか
も同時に原動機の回転数も上げなければならないという
不都合が生ずる。これは可変容量の油圧ポンプ、モータ
でも無段変速機を有する減速機でも速度とトルクを別々
に互いに独立して自由に制御することは実際上不可能で
あるといっても過言ではない。

【００１０】本発明はこれに鑑み、ワイヤの速度に関係
なく張力を一定にして、巻径に正比例したトルク制御が
行える送電線架設用ワインダの張力一定化方法を提供し
て従来技術の持つ欠点の解消を図ることを目的としたも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため本発明の請求項１は、地上に所定の間隔をお
いて設立れる鉄塔にわたり先導の牽引ロープを架設し、
この牽引ロープに結着した送電線を鉄塔上に架設する際
にその牽引ロープを巻き取るワインダにおいて、ロープ
の速度と回転数の比から現時点のロープのリール巻取り
径を算出し、その巻取り径に対応してワインダ駆働用モ
ータのトルクを変えて張力を一定にするとともに前記算
出されたリール巻取り径の最大および最小時を検出して
警告を発生するようにしたこと特徴とする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による一実施例を計算例を参照
して説明する。

【００１３】１）巻径の計算：リールにロープを巻き始
めたときの径をｄ1 （最小径）、巻き終わったときの径
をｄ0 （最大径）、途中の径をｄとする（単位ｍｍ）。

【００１４】またロープ速度をｖｍ／ｍｉｎ、リールの
回転数をｎｒｐｍとすると、 ＝πｄｎ／１０００ ｍ／ｎｉｎ ∴ｄ＝１０００／π［ｖ／ｎ］… Ｎの値に減速比ｉをかけてモータの回転数に直すと式は ｄ＝１０００ｉ／ｎ［ｖ／ｎ］… ここで［ｖ／ｎ］の外は定数なので上式のｎの値をモー
タの回転数として差し支えない。

【００１５】この式からｖとｎとが無関係に変化して
も、この両者の比［ｖ／ｎ］からｄの値が一義的に定ま
る。

【００１６】２）張力と巻径との関係： ロープ張力Ｐ ｋｇｆ リール軸トルクＴ ｋｇｆｍ ロープ巻径ｄ ｍｍ とするとロープ張力Ｐ ｋｇｆｐｕｌｌは Ｐ＝２Ｔ×
１０００／ｄ 最大巻径ｄ0 ，設定張力ＰのときのトルクＴ0 は Ｔ0
＝Ｐｄ0 ／２０００ したがって途中の巻径ｄのときのトルクＴは Ｔ＝Ｐｄ／２０００＝Ｔ0 ×Ｐｄ／Ｐｄ0 ×２０００／２０００ ＝Ｔ0 ［ｄ／ｄ0 ］＝Ｔ0 ×［ｖ／ｎ］／［ｖ／ｎ0 ］ … 式のｎ，Ｔ等の値はリール軸での値であるがこのまま
でモータ軸でも成立する。

【００１７】本発明が適用される装置の場合、モータの
軸端につけたパルスエンコーダにより回転数が検出さ
れ、ロープ速度は同時に稼働するウインチ（架線車）２
の速度計から取り出される。その装置の操作盤上にある
トルク設定『つまみ』はその１００％をモータの定格ト
ルク（最大トルク）に合わせている。そして実際の運転
で張力が高すぎると判断した場合、『つまみ』を１００
％以下のところに落として固定しておくことができる。

【００１８】定格トルクをＴ0 とし、低目の設定トルク
をｋＴ0 ｋｇ−ｍとすると（ｋ＝０．〜１．０）最大径
のところでのロープ張力が一定になるように自動的に変
化する途中巻径時のトルクＴは Ｔ＝ｋＴ0 ×｛［ｖ／ｎ］／［ｖ／ｎ0 ］｝ … この式で［ｖ／ｎ0 ］は常数であるからｍとおくと ｍ＝［ｖ／ｎ0 ］＝ｄ0 π／１０００ｉ … よって 式はＴ＝Ｔ0 ｋ／ｍ・［ｖ／ｎ］ … 以上の計算はモータの基準回転数１５００ｒｐｍ以下に
ｎの値があるときに適用できる計算式である。

【００１９】１５００ｒｐｍ以下では出力トルクが一定
であり（定トルク特性）、１５００ｒｐｍを越えると定
馬力特性となって回転数に比例してモータの出力トルク
が落ちてくるので 式のＴ0 の値が設定した値より下が
ってくるとその分だけ補正してやらなければならない。

【００２０】１５００ｒｐｍ以上の定馬力特性では次式
が成立する。

【００２１】 Ｍ＝ｋＷ×９７３．５／ｎ′（ｋｇｆｍ） … 予め『つまみ』で設定したトルクｋＴ0 に対してはｋ
Ｔ′＝ｋＴ0 ×１５００／ｎ′ ｎ′＞１５００と
なる。

【００２２】このように設定した値より低くなっている
出力トルクを補償するには 式にｎ′／１５００の係数
を掛けてやらねばならない。すると 式はつぎのように
なる。

【００２３】 Ｔ＝Ｔ0 ｋ／ｍ［ｖ／ｎ］×ｎ／１５００ （但しｎ＞１５００） … これまで述べてきたことを整理すると、 Ｔ＝Ｔ0 ｋ／ｍ・［ｖ／ｎ］ … 但しｎ≦１５００ Ｔ＝Ｔ0 ｋ／ｍ［ｖ／ｎ］×ｎ／１５００ … 但しｎ＞１５００ ここにＴ，ｎ等はすべて物理量Ｖ（ボルト）で出力され
る。

【００２４】ここで実際に具体的な数値を当て嵌めて見
ることにする。

【００２５】 リール最大径 ｄ0 ＝１３００ｍｍφ 〃 最小径 ｄｉ＝ ３６０ 〃 減速比 １／ｉ ｉ＝３２．４ モータ ７．５ＫＷ 定格トルク Ｔ0 ＝４．８７ｋｇｆｍ 基準回転数 １５００ｒｐｍ 最高 〃 ３６００ 〃 機械効率 η＝０．７６ とすると巻径１３００φでのロープ張力 Ｐ＝４．８７×３２．４×０．７６／０．６５＝１８４
ｋｇｆｐｕｌｌ 速度ｖ＝６０ｍ／ｍｉｎの場合 巻径１３００φのときのモータ回転数ｎ0 は ｎ0 ＝６０／１．３π×３２．４＝４７６ｒｐｍ ｍ＝［ｖ／ｎ0 ］＝６０／４７６＝０．１２６ 巻径３６０φに定張力のままだと、 ｎ＝６０／０．３６π×３２．４＝１７１９ｒｐｍ ｋ＝１として設定トルクＴ0 ｋＴ0 ＝１×４．８７＝４．８７ｋｇｆｍ Ｔ＝４．８７／０．１２６×［６０／４７６］＝４．８
７ｋｇｆｍ （巻径１３００φにおいて） Ｔ＝４．８７／０．１２６×［６０／１７１９］＝１．
３５ｋｇｆｍ （巻径３６０φにおいて） ｋ＝０．８ ｖ＝８０ｍ／ｍｉｎ とすると、巻径１
３００φでは Ｐ＝４．８７×０．８×３２．４×０．７６／０．６５ ＝１８４×０．８＝１４７ｋｇｆｐｕｌｌ ｎ＝８０／１．３π×３２．４＝６３５ｒｐｍ 巻径３６０φでは Ｐ＝１４７ｋｇｆ ｎ＝８０／０．３６π×３２．４＝２２９２ｒｐｍ＞１
５００依って Ｔ＝４．８７×０．８／０．１２６×［８０／６３５］ ＝３．９０ｋｇｆｍ（＝４．８７×０．８） （巻径１３００φにおいて） Ｔ＝４．８７×０．８／０．１２６×［８０／２２９
２］×２２９２／１５００＝１．０７９×２２９２／１
５００＝１，６５ｋｇｆｍ （巻径３６０φにおいて） 上式中１．０７９は定トルクのままであると考えたとき
のトルクであるが、実際は定馬力域になっているのでモ
ータの出力トルクは １．０７９×１５００／２２９２＝０．７０６ になっている。これを補償するため１．０７９に２２９
２／１５００を掛けるのである。

【００２６】３）速度０のときの［ｖ／ｎ］ ロープの速度が０のときは［ｖ／ｎ］の分子・分母とも
０になり［ｖ／ｎ］内の数値は不定数となって演算では
エラーとでる。これに対処するため０になる前の演算の
結果の数値を休止時間の終わるまでに（ホールド）にし
て置けばよい。休止時間中に巻径が変わることはない。

【００２７】また、巻始めのときは［ｖ／ｎ］の値がま
だ決まっていないのでトルク設定時は６式および８式の
［ｖ／ｎ］の値が分母と同じ［ｖ／ｎ0 ］＝ｍの値にす
る。

【００２８】トルクが最大の状態で始動するので張力が
不足する恐れはない。そして始動した瞬間に正常値に戻
る。

【００２９】４）ロープ残量信号：［ｖ／ｎ］の値から
巻込み径が判るので警報を発信すべき巻径に相当する
［ｖ／ｎ］の値を予め設定して置くと、その値になった
とき警報が出ることは明らかである。警報が鳴り始めた
らタイマで任意の時間持続させる。

【００３０】５）消費電力の節減：定張力制御の機能を
持たないモータ直結式リールワインダではトルクが回転
数やロープの巻取り径に関係なく一定の範囲があるの
で、リールの巻径が細くなってくるとモータの回転数が
上がり、過大な張力となって現場作業では不都合な状態
となる。定馬力特性の範囲ではモータの回転数の上下と
トルクの増減が逆関係になって好都合のところができる
が、ロープ速度を落とすと自然に張力が上がることにな
って実用上支障がでてくる。理想的な制御方法はロープ
の速度に関係なく張力を一定にすることであり、このた
めに巻径に正比例したトルクの制御を行うことである。
したがって本発明は巻径の変化に対応したトルク制御に
よって馬力を一定にすると動力の節減が可能になり、さ
らにロープの速度に無関係であればより高度の実用性が
得られることになる。

【００３１】上述した本発明におけるモータ回転数とモ
ータトルクの関係をグラフに示すと図１のようになる。

【００３２】図２は本発明のワインダの張力一定化方法
をブロック線図で示したもので、つぎの各ブロックから
構成されている。

【００３３】設定部１： （ａ）設定値（ｋＴ0 ）等該作業場で必要とするロープ
張力に対応したロープ巻径最大のときのモータトルクで
ある。（Ｔ0 ：モータ定格トルク、ｋ：トルクの割引
率） （ｂ）ｍ値 例えばリール外径Ｄ＝１３００ｍｍφ 減速比１／ｉ＝１／３２．４とするとモータの位置にお
けるｍは ｍ＝Ｄπ／１０００ｉ＝１３００×π／（１０００×３
２．４）＝０．１２６ この値は当該ワインダを使用している限り変更する必要
のない固有の値であり設定つまみの必要はない。

【００３４】設定部２：ロープ残量警告用巻取り・巻戻
しの何れに拘らず警報を鳴らすべき終点の巻取り径ｄｓ
を設定する。これはｄｓπ／１０００ｉの形にする。

【００３５】調節部操作部（１）：設定部と検出部から
入力されたｋＴ0 ，ｍ，［ｖ／ｎ］とから、刻々変化す
る必要なモータのトルクを算出してこれを操作部でモー
タのトルクを制御する制御量（Ｖ）に変えて制御対象即
モータに出力する。（離散時間系となる） 調節部操作部（２）：巻取り径ｄが予め設定されたｄｓ
に近づきこれと一致したとき警報を鳴らす。すなわち、
［ｖ／ｎ］−［ｖ／ｎｓ］＝０となりこの２個の数値は
アナログ量で連続時間系となる。

【００３６】制御対象：当該リールワインダの制御器を
有するモータであり、その制御の対象となるものは回転
速度ではなく出力トルクである。

【００３７】検出部：検出すべき要素はモータの回転数
ｎとロープ速度ｖｍ／ｍｉｎである。このうちｎはモー
タ軸端のパルスエンコーダから取られロープ速度ｖは同
時に稼働するウインチ（架線車）の速度計から取出され
る。検出部ではこのｎとｖの比［ｖ／ｎ］を算出して調
節部（１），（２）に送られる。その物理量はボルトＶ
である。

【００３８】図２はφ１３００×φ３６０リール、ワイ
ヤ張力１８０ｋｇｆ一定の条件で各一定速度の定張力曲
線を示す。

【００３９】例えば一定速度の８０ｍ／ｍｉｎ巻径１３
００φのところでは電動機回転数は６３５ＲＰＭ、巻径
５５０φのところで１５００ＲＰＭ、巻初の３６０φで
は２２９０ＲＰＭになる。

【００４０】モータは１５００ＲＰＭまでは定トルク
（４．７８ｋｇｍ）の特性を有し、１５００ＲＰＭを超
えると定馬力となるので、Ｍ＝７．５×９７３．５／Ｒ
ＰＭの式によりトルクは減少する。

【００４１】ワイヤ張力１５０ｋｇｆｐｕｌｌ、速度８
０ｍ／ｍｉｎでは図の点線となる。この場合従目盛の巻
径φは合はない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、リ
ールワインダのリールの巻始めから巻終わり迄をロープ
の速度に関係なくその張力を一定に保つことができるか
ら、消費電力の節減と架線工事の安定化が図られる。ま
た、巻径の最大値と最小値とは予め設定してあり、この
値になったときは警報が発せられるようにしてあるので
警報により安全措置を取ることができる。この巻径の検
出は、ワインダの駆動軸の回転数とワイヤ線速度とから
演算される計算値をもって巻取り径としており、他に特
別な電気的、機械的、光学的手段を一切用いることなく
巻径を検出することができ、これによりワインダの運転
中であっても随時計算値を表示することによって巻取り
径を常に監視することができるという利点を有するとと
もに、計算値との論理演算に使用される目標数値を演算
中外部入力することによって任意の巻取り径を容易に設
定することができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック線図。

【図２】本発明によるモータ回転数とモータトルクの関
係を示すグラフ。

【図３】従来の送電線架設時の仕方を示す説明図。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地上に所定の間隔をおいて設立される鉄塔
   にわたり先導の牽引ロープを架設し、この牽引ロープに
   結着した送電線を鉄塔上に架設する際にその牽引ロープ
   を巻き取るワインダにおいて、ロープの速度と回転数の
   比から現時点のロープのリール巻取り径を算出し、その
   巻取り径に対応してワインダ駆働用モータのトルクを変
   えて張力を一定にするとともに前記ロープの算出された
   リール巻取り径の最大、および最小時を検出して警告を
   発生するようにしたことを特徴とする送電線架設用ワイ
   ンダの張力一定化方法。