WO2017209269A1 - 電動ウインチ装置 - Google Patents

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WO2017209269A1
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WO
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torque
speed
electric motor
control
tension
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PCT/JP2017/020551
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English (en)
French (fr)
Inventor
孝之 稗方
浩司 井上
宏明 河合
慎太郎 笹井
徹也 小川
俊郎 山下
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
コベルコ建機株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
    • B66C13/23—Circuits for controlling the lowering of the load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/50—Control devices automatic for maintaining predetermined rope, cable, or chain tension, e.g. in ropes or cables for towing craft, in chains for anchors; Warping or mooring winch-cable tension control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear

Definitions

  • the present invention relates to an electric winch device mounted on a construction machine.
  • Winch drums used for construction machines such as cranes usually wind wire ropes in an aligned state. This prevents the wire rope from being twisted or bent when the wire rope is fed out or fed from the winch drum, prevents unnecessary contact between the wire ropes, and extends the life of the wire rope. ing.
  • Patent Document 1 has a problem that an external device such as a wire rope pressing means is required separately, and it is necessary to secure additional cost and mounting space.
  • An object of the present invention is to provide an electric winch device that prevents turbulence generated in a wire rope during rapid unwinding operation of a suspended load without excessively limiting the unwinding speed of the suspended load.
  • An electric winch device is an electric winch device mounted on a construction machine, and a winch drum around which a wire rope that suspends a suspended load is wound, and the winch drum is wound or wound up
  • the electric motor is driven to move down so that the index value of the tension measured by the tension measuring unit is equal to or greater than a predetermined reference value.
  • a controller that generates a control signal for executing torque control, and an inverter that drives the electric motor in accordance with the control signal.
  • the electric motor when the rapid lowering operation is input to the operation lever, the electric motor is torque-controlled so that the index value of the tension applied to the wire rope does not fall below a predetermined reference value.
  • the occurrence of turbulence can be prevented without excessively limiting the lower speed.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of a structure of the electric winch apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a block diagram which shows an example of the internal structure of the controller shown in FIG. It is a wave form diagram which shows the behavior of the electric winch apparatus when speed control is applied at the time of the input of rapid unwinding operation. It is a wave form diagram which shows the behavior of an electric winch apparatus when torque control is applied at the time of the input of rapid unwinding operation.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an electric winch device according to an embodiment of the present invention.
  • the electric winch device according to the present embodiment is provided on a crane and performs hoisting or lowering of the suspended load 4.
  • This crane is provided with a boom 1 provided so that it can be raised and lowered on a crane body (not shown).
  • a hook 3 is suspended from the tip of the boom 1 via a wire rope 2.
  • the suspended load 4 is suspended by the hook 3.
  • the suspended load 4 also includes the hook 3.
  • the electric winch device is installed in a crane body (not shown), and the hoisting load 4 is wound or unwound through the wire rope 2 by rotating the winch drum 5.
  • the electric winch device includes a winch drum 5, a brake 6, a speed reducer 7, an electric motor 8, an inverter 9, a power source 10, a regenerative resistor 11, a controller 12, an operating lever 13, and a brake pedal 14. , Load meter 15, drum tachometer 16, boom angle meter 17, ammeter 18, and speed meter 19.
  • the wire rope 2 is wound around the winch drum 5.
  • the winch drum 5 is connected to the rotating shaft 8 a of the electric motor 8 via the speed reducer 7, and rotates by the torque of the electric motor 8.
  • a brake 6 for controlling the rotation of the winch drum 5 is connected to the rotation shaft 5 a of the winch drum 5.
  • the brake 6 switches between a braking state in which the winch drum 5 is braked and a released state in which the braking of the winch drum 5 is released under the control of the controller 12.
  • a band type or wet disk type brake can be adopted.
  • the winch drum 5 winds the wire rope 2 and winds the suspended load 4 by rotating in one winding direction, ie, the winding direction. In addition, the winch drum 5 rotates in the lowering direction opposite to the hoisting direction, thereby feeding the wire rope 2 and lowering the suspended load 4.
  • the electric motor 8 is composed of, for example, a three-phase motor, and is driven by electric power supplied from the power supply 10 under the control of the inverter 9 to drive the winch drum 5 to wind or wind.
  • the torque of the electric motor 8 is transmitted to the winch drum 5 via the rotating shaft 8a, the speed reducer 7, and the rotating shaft 5a, and the winch drum 5 is driven to wind or lower.
  • the inverter 9 is constituted by, for example, a three-phase inverter including a total of six switching elements to which two switching elements are assigned for each of the U, V, and W phases, and an electric motor according to a control signal input from the controller 12 8 is driven.
  • the speed reducer 7 decelerates the rotational force of the rotating shaft 8a of the electric motor 8 at a predetermined reduction ratio and transmits it to the rotating shaft 5a of the winch drum 5.
  • the power supply 10 is composed of a battery mounted on a crane, for example. Or the power supply 10 may be comprised by the external power supply connected via the plug-in terminal mounted in the crane.
  • the controller 12 is composed of, for example, a computer including a CPU, a ROM, and a RAM, and controls the inverter 9 so that the electric motor 8 is driven at a rotational speed corresponding to the operation amount of the operation lever 13. Further, the controller 12 operates the brake 6 according to the operation amount of the brake pedal 14.
  • the controller 12 is connected to sensors such as a load meter 15, a drum tachometer 16, a boom angle meter 17, and a speedometer 19, and the controller 12 determines the state of the suspended load 4 according to the measured values of these sensors. To figure out.
  • controller 12 obtains the current supplied from the inverter 9 to the electric motor 8 from the ammeter 18 and calculates the torque generated in the winch drum 5.
  • the operation lever 13 is inputted with an operation by an operator for driving the winch drum 5 to wind up or down.
  • the operation lever 13 is configured to be tiltable back and forth or right and left around the neutral position.
  • the operation lever 13 When the operation lever 13 is tilted in one direction corresponding to the winding direction from the neutral position, the operation lever 13 outputs an operation amount corresponding to the tilting amount to the controller 12 and from the neutral position to the other direction corresponding to the winding direction.
  • an operation amount corresponding to the tilt amount is output to the controller 12.
  • the operation amount takes a negative value when operated in the lowering direction, and takes a positive value when operated in the hoisting direction so that the hoisting or lowering direction can be distinguished. Has been.
  • the brake pedal 14 receives an operator's operation for putting the brake 6 into a braking state or a releasing state. For example, the brake pedal 14 outputs a braking instruction to the controller 12 when it is depressed by the operator, and outputs a release instruction to the controller 12 when the depressed state is released by the operator.
  • the load meter 15 is attached to, for example, a member (for example, a hoisting rope) that holds the hoisting posture of the boom 1 and is used for estimating a load applied to the wire rope 2.
  • the controller 12 sequentially acquires the measurement values obtained by the load meter 15 and estimates the tension of the wire rope 2 using a predetermined arithmetic expression for calculating the tension of the wire rope 2 from the acquired measurement values.
  • the load meter 15 does not directly measure the load of the wire rope 2, the measurement accuracy is low.
  • the load meter 15 does not directly measure the load of the wire rope 2 because it is difficult to attach the load meter 15 to the wire rope 2 that moves greatly when the suspended load 4 is wound or unwound.
  • the ammeter 18 is provided on a power line between the inverter 9 and the electric motor 8, and measures a current value that the inverter 9 supplies to the electric motor 8.
  • the ammeter 18 sequentially measures the current value supplied to the electric motor 8 and sequentially outputs the measured current value to the controller 12.
  • the drum tachometer 16 sequentially detects the number of rotations per unit time of the winch drum 5 and sequentially outputs the detected number of rotations to the controller 12.
  • the boom angle meter 17 sequentially detects the undulation angle of the boom 1 and sequentially outputs the detected undulation angle to the controller 12.
  • the speedometer 19 is attached to, for example, a sheave that feeds the wire rope 2 from the tip of the boom 1, and measures the speed of the suspended load 4 from the rotation amount of the sheave.
  • the speed of the suspended load 4 may be obtained using the measured value of the drum tachometer 16. That is, the drum delivery wire rope speed may be calculated from the drum rotation speed measured by the drum tachometer 16, and the speed of the suspended load 4 may be obtained from the drum delivery wire rope speed.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the controller 12 shown in FIG.
  • the controller 12 includes a speed controller 121, a current controller 122, a speed calculator 123, and a winch controller 124.
  • the controller 12 can switch between speed control and torque control.
  • the speed control is control for driving the electric motor 8 at a rotational speed corresponding to the operation amount of the operation lever 13.
  • the torque control is control that maintains the torque of the electric motor 8 at a certain level or higher regardless of the operation amount of the operation lever 13.
  • the speed control unit 121 generates a torque command so that the deviation between the rotation speed of the electric motor 8 input from the speed calculation unit 123 and the speed command input from the winch control unit 124 becomes zero.
  • the rotational speed of the electric motor 8 is, for example, a negative speed when the electric motor 8 drives the winch drum 5 to be lowered, and a speed when the electric motor 8 drives the winch drum 5 to wind up.
  • the lowering speed and the hoisting speed may be distinguished by expressing as a plus.
  • the speed command may be distinguished from the speed command for lowering and the speed command for hoisting by representing the lowering speed as negative and the hoisting speed as positive.
  • the current control unit 122 determines a target current value from the torque command input from the speed control unit 121, and performs control so that the deviation between the determined target current value and the current value measured by the ammeter 18 becomes zero. A signal is generated and output to the inverter 9.
  • control signal is composed of, for example, U, V, and W phase control signals, and is input to the control terminals of the U, V, and W phase switching elements constituting the inverter 9, respectively.
  • control terminal of the switching element for example, a gate or base of a transistor is applicable.
  • the speed calculation unit 123 calculates the rotational speed of the electric motor 8 by differentiating the position information of the rotor of the electric motor 8 sequentially input from the encoder 81.
  • the winch control unit 124 determines a speed command corresponding to the operation amount of the operation lever 13 using a speed command map in which the relationship between the operation amount of the operation lever 13 and the speed command is defined in advance, and the speed control unit It outputs to 121.
  • the winch control unit 124 sets the speed command to 0, and decreases the speed command as the tilting amount of the operation lever 13 in the lowering direction increases.
  • the speed command may be increased in the positive direction as the amount of tilting of the operation lever 13 in the winding direction increases.
  • the winch control unit 124 outputs a brake control signal for operating the brake 6 to the brake 6 when a braking instruction is input from the brake pedal 14, and when the release instruction is input from the brake pedal 14, the winch control unit 124 outputs the brake 6.
  • a brake control signal to be released is output to the brake 6.
  • the winch control unit 124 grasps the state of the suspended load 4 according to the measurement values input from the load meter 15, the drum tachometer 16, the boom angle meter 17, and the speedometer 19.
  • the encoder 81 (an example of a motor tachometer) is composed of, for example, a rotary encoder, and sequentially measures the amount of rotation from the reference position of the rotor of the electric motor 8 as position information and sequentially outputs it to the speed calculation unit 123.
  • controller 12 when performing speed control.
  • controller 12 particularly performs the following torque control.
  • the controller 12 When a rapid lowering operation in which the time change rate of the operation amount is equal to or greater than a predetermined reference change rate is input to the operation lever 13, the controller 12 performs torque corresponding to the tension of the wire rope 2 from the current value measured by the ammeter 18. And a control signal for executing torque control for driving down the electric motor 8 so that the calculated torque is equal to or greater than a predetermined reference torque.
  • the turbulent limit torque which is the minimum torque at which turbulence is expected to occur.
  • This turbulent limit torque is calculated in advance by measuring the tension of the wire rope 2 that generates turbulence when the tension is further reduced, and converting the tension into torque.
  • a torque obtained by adding a slight margin to the turbulent winding limit torque with a margin may be adopted.
  • the controller 12 controls the electric motor 8 without using the speed controller 121 and the speed calculator 123.
  • the winch control unit 124 calculates the torque of the electric motor 8 from the current value of the ammeter 18 when detecting the input of the rapid lowering operation, and if the calculated torque is smaller than the reference torque, the calculated torque A torque command is generated so that the deviation between the reference torque and the reference torque becomes zero, and is output to the current control unit 122. Thereby, the torque of the winch drum 5 is maintained so as not to fall below the reference torque.
  • the current control unit 122 generates a control signal and outputs it to the inverter 9 using a method similar to that used for speed control. This prevents the torque of the electric motor 8 from falling below the reference torque immediately after the input of the rapid lowering operation, and the winch drum 5 applies the suspended load 4 in a state where a certain tension is applied to the wire rope 2. Can be dropped. As a result, the occurrence of random winding can be prevented.
  • the winch control unit 124 may stop the control of the electric motor 8, or the electric motor
  • the inverter 9 may be controlled so that the regenerative power generated at 8 is accumulated in the power source 10 (battery).
  • the winch control unit 124 may stop the control of the electric motor 8 by setting the torque command value to 0, for example.
  • the winch control unit 124 outputs a torque command for setting the deviation between the torque of the electric motor 8 and the reference torque to 0, and the torque of the electric motor 8 is set.
  • the reference torque may be maintained.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing the behavior of the electric winch device when the speed control is applied at the time of inputting the rapid lowering operation.
  • the first line is a waveform diagram showing the temporal transition of the operation amount
  • the second line is a waveform diagram showing the temporal transition of the tension of the wire rope 2
  • the third line is the brake 6
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing a state
  • the fourth line is a waveform diagram showing the temporal transition of the unwinding speed of the suspended load 4
  • the fifth line is a waveform diagram showing the temporal transition of the position of the suspended load 4. is there.
  • the suspended load 4 Before the time t1, the suspended load 4 is in a stopped state. Therefore, the operation lever 13 is in a neutral state where the operation amount is zero, and the brake 6 is in a braking state. As a result, the unwinding speed of the suspended load 4 is zero.
  • the controller 12 can calculate the tension and mass of the suspended load 4 from the measured value of the load meter 15. Further, in this state, the controller 12 can calculate the torque that the winch drum 5 tries to rotate the suspended load 4 from the tension and the radius of the winch drum 5.
  • a rapid lowering operation of the operation lever 13 is input, and the operation amount changes from 0 to a negative step.
  • the controller 12 starts the speed control of the electric motor 8 so that the rotation speed is in accordance with the operation amount.
  • the inverter 9 outputs a current for generating a necessary torque to the electric motor 8.
  • the winch drum 5 is applied with torque affected by the reduction ratio of the speed reducer 7 and mechanical friction of the speed reducer 7 with respect to the torque of the electric motor 8.
  • the controller 12 calculates the torque generated in the winch drum 5 by the electric motor 8 at a cycle of at least several ms to several tens of ms when an operation is input to the operation lever 13, and the torque is measured by the load meter 15. When the torque becomes larger than the torque calculated from the value, the brake 6 is released to ensure safety. 3 and 4, the controller 12 automatically releases the brake regardless of the operation of the brake pedal 14 by the operator.
  • the torque applied to the winch drum 5 is calculated from the current supplied to the electric motor 8.
  • a method of calculating the torque applied to the winch drum 5 a method of calculating from the measured value of the load cell 15 is also conceivable, but this method cannot obtain an accurate torque value as described above.
  • a load meter such as a load cell is attached to the wire rope 2, the rotating shaft 8a of the electric motor 8 or the rotating shaft 5a of the winch drum 5, and the measurement of this load meter is performed.
  • a method for calculating the torque from the value is also conceivable. However, it is not easy to attach a load meter to the wire rope 2 having a large moving amount or the rotating shafts 5a and 8a that rotate frequently.
  • the torque applied to the winch drum 5 is determined from the torque of the electric motor 8, and the torque of the electric motor 8 is determined by the current supplied from the inverter 9. Therefore, it can be said that the torque calculated from the current value measured by the ammeter 18 represents the torque applied to the winch drum 5 more directly than the torque calculated from the measured value of the load meter.
  • the controller 12 calculates the torque generated in the winch drum 5 from the current value that the inverter 9 supplies to the electric motor 8 while the suspended load 4 is descending.
  • the position of the suspended load 4 is gradually lowered from the time t2, and the suspended load 4 is being unwound.
  • the unwinding speed of the suspended load 4 gradually increases from time t2
  • the tension of the wire rope 2 rapidly decreases from time t2 because it cannot follow the rotation speed of the winch drum 5. It is 0 at t3. At this time, since the winch drum 5 continues to rotate, random winding occurs.
  • the tension of the wire rope 2 returns to the value before the release of the brake 6. Thereby, the electric winch device is in a state in which the unwinding of the suspended load 4 can be controlled, and the suspended load 4 is subsequently unwound at a constant unwinding speed corresponding to the operation amount of the rapid unwinding operation.
  • the winch drum 5 rotates at a high rotational speed corresponding to the operation amount of the rapid unwinding operation immediately after the brake 6 is released.
  • the unwinding speed of the load 4 cannot follow the rotational speed due to the influence of the sheave friction or the like. Therefore, there is a problem that random winding occurs during the period from when the tension of the wire rope 2 becomes zero until the unwinding speed of the suspended load 4 follows the rotational speed of the winch drum 5.
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing the behavior of the electric winch device when torque control is applied at the time of input of the rapid lowering operation.
  • the second line of FIG. 4 is a waveform diagram showing the temporal transition of the control mode set by the controller 12.
  • the control mode includes a speed mode and a torque mode.
  • the speed mode is a mode for executing speed control
  • the torque mode is a mode for executing torque control.
  • the high level indicates the speed mode
  • the low level indicates the torque mode.
  • the controller 12 normally sets the control mode to the speed mode, and sets the control mode to the torque mode when the rapid lowering operation is input.
  • the third line of FIG. 4 is a waveform diagram showing a temporal transition of torque of the electric motor 8.
  • the suspended load 4 Before time t1, as in FIG. 3, the suspended load 4 is in a stopped state, and the control mode is set to the speed mode. At time t1, a rapid lowering operation of the operation lever 13 is input, and the control mode is set to the torque mode. At time t2, the controller 12 releases the brake 6. As a result, the torque of the electric motor 8 decreases toward the reference torque TQ2. At this time, the suspended load 4 is dropped while being held by the torque of the electric motor 8, so that the amount of increase in the unwinding speed is moderate as compared with FIG. Therefore, the amount of decrease in the position of the suspended load 4 is also smaller than that in FIG.
  • the torque of the electric motor 8 reaches the reference torque TQ2, and thereafter, the torque of the electric motor 8 is maintained at the reference torque TQ2 by torque control until time t4.
  • the tension of the wire rope 2 does not become zero, and the occurrence of turbulence is prevented.
  • the controller 12 switches the control mode to the speed mode. Thereafter, the suspended load 4 is unwound at a constant unwinding speed corresponding to the operation amount of the rapid unwinding operation.
  • the controller 12 executes the above-described torque control instead of the speed control, so that the random winding can be prevented.
  • the torque of the winch drum 5 is obtained from the current value of the ammeter 18, the torque of the winch drum 5 can be obtained more accurately.
  • the controller 12 causes the electric motor 8 to be driven to wind down so that the measured value of the load meter 15 is equal to or greater than a predetermined reference value for preventing the occurrence of random winding of the wire rope 2. What is necessary is just to produce
  • the winch control unit 124 may switch from torque control to speed control when the unwinding speed of the suspended load 4 measured by the speedometer 19 reaches the rotational speed of the electric motor 8.
  • the torque control may be switched to the speed control.
  • the reference time may be a value measured in advance.
  • the electric winch device is an electric winch device mounted on a construction machine, and a winch drum around which a wire rope for hanging a suspended load is wound, and the winch drum is driven to wind down or wind up
  • a controller that generates a control signal for executing control, and an inverter that drives the electric motor according to the control signal.
  • the tension measuring unit includes an ammeter that sequentially measures a current supplied to the electric motor as an index value of the tension, and the controller uses the current value measured by the ammeter to determine the wire rope.
  • a torque corresponding to the tension may be calculated, and the control signal may be generated so that the calculated torque is equal to or greater than a predetermined torque reference value.
  • ⁇ As the wire rope feeds frequently it is difficult to attach a load meter. Therefore, in construction machines such as cranes, for example, a load meter is attached to a member that supports a boom, and the tension of the wire rope is estimated from the measured value of the load meter. Therefore, since the measured value of the wire rope measured by the load meter does not directly measure the tension of the wire rope, there is a problem that the accuracy is low.
  • the controller can switch between the torque control and a speed control for driving the electric motor to wind down at a rotation speed corresponding to an operation amount of an operation lever, and the rapid lowering operation is performed as the operation.
  • the torque control is changed to the speed control. You may switch.
  • the operator ultimately wants to operate the suspended load at a speed corresponding to the amount of operation of the control lever. Therefore, it is desirable to perform speed control for controlling the rotation speed of the electric motor to the rotation speed intended by the operator in a scene other than immediately after the rapid lowering operation where there is a risk of turbulent winding.
  • the torque control is switched to the speed control when a predetermined reference time has elapsed after the rapid lowering operation is input. Therefore, in this aspect, the operability of the operator can be ensured while preventing random winding.
  • the apparatus further comprises a speedometer that measures the unwinding speed of the suspended load, and a motor tachometer that measures the amount of rotation of the electric motor, and the controller uses the rotation amount measured by the motor tachometer.
  • a speed calculation unit that calculates a rotation speed of the electric motor, a winch control unit that switches between the torque control and a speed control that drives the electric motor to be rolled down at a rotation speed according to an operation amount of an operation lever.
  • the winch control unit after the rapid unwinding operation is input to the operation lever, the unwinding speed of the suspended load measured by the speedometer reaches the rotation speed calculated by the speed calculating unit. Then, the torque control may be switched to the speed control.
  • the torque control is switched to the speed control. Therefore, in this aspect, the operability of the operator can be ensured while preventing random winding.
  • the controller executes the torque control only when the calculated torque is smaller than the torque reference value.
  • torque control is executed only when the torque of the electric motor is smaller than the torque reference value, so that it is possible to suppress the power consumption and at the same time prevent the occurrence of turbulence.

Landscapes

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Abstract

コントローラ（１２）は、操作量の時間変化率が所定の基準変化率以上の急速巻下操作が操作レバー（１３）に入力されたとき、電流計（１８）が計測した電流値からワイヤーロープ２の張力に応じたトルクを算出し、算出したトルクが所定の基準トルク以上になるように、電動モータ（８）を巻下駆動させるトルク制御を実行する。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。

Description

電動ウインチ装置
　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は、通常、整列状態でワイヤーロープを巻き回す。これにより、ワイヤーロープをウインチドラムから繰出したり、繰込んだりした場合に、ワイヤーロープのねじれや曲げが防止され、ワイヤーロープ同士の不必要な接触が抑制され、ワイヤーロープの長寿命化が図られている。
　ワイヤーロープの整列状態を乱す操作として、ウインチドラムの急速巻下操作が挙げられる。この場合、ウインチドラムから急速にワイヤーロープを繰出しても、ワイヤーロープの先にあるシーブの静摩擦抵抗等により、吊荷の降下速度がウインチドラムの回転に追従できず、ワイヤーロープに弛みが生じて乱巻が発生する。
　乱巻防止の従来技術として、特許文献１、２がある。特許文献１は、ガイドシーブと押さえローラとで構成されるワイヤーロープ押さえ手段を備え、ウインチの巻き上げ又は巻下げ停止時に、ワイヤーロープ押さえ手段でワイヤーロープを挟持することで乱巻を防止する技術を開示する。
　特許文献２は、ワイヤーロープに作用する実ロープ張力が予め設定される乱巻発生張力以下の条件を満たす場合、油圧モータの最大回転速度の上限値を制限することで、乱巻を防止する技術を開示する。
　しかし、特許文献１は、ワイヤーロープ押さえ手段というような外付け装置が別途必要となり、追加のコストや搭載スペースを確保する必要があるという問題がある。
　特許文献２は、実ロープ張力をフィードバックすることなく、油圧モータの回転速度が一定値以下に制限されているので、必要以上に回転速度が制限され、吊荷の吊り下げ時間が長期化するという問題がある。更に、特許文献２は、油圧モータで駆動される油圧式のウインチ装置が前提となっており、電動モータで駆動される電動ウインチ装置には適用できない。
特開平１１－１７１４７９号公報 特開平１１－１３９７７４号公報
　本発明は、吊荷の巻下速度を過剰に制限することなく、吊荷の急速巻下操作時にワイヤーロープで発生する乱巻を防止する電動ウインチ装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係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巻下又は巻上駆動させる電動モータと、操作者が操作する操作レバーと、前記ウインチドラムから繰り出されている前記ワイヤーロープに加わる張力の指標値を計測する張力計測部と、操作量の時間変化率が所定の基準変化率以上の急速巻下操作が前記操作レバーに入力されたとき、前記張力計測部により計測された張力の指標値が所定の基準値以上になるように、前記電動モータを前記巻下駆動させるトルク制御を実行するための制御信号を生成するコントローラと、前記制御信号にしたがって前記電動モータを駆動させるインバータとを備える。
　本発明によれば、急速巻下操作が操作レバーに入力されたとき、ワイヤーロープに加わる張力の指標値が所定の基準値を下回らないように電動モータがトルク制御されるので、吊荷の巻下速度を過剰に制限することなく、乱巻の発生を防止できる。
本発明の実施の形態に係る電動ウインチ装置の構成の一例を示す図である。 図１に示すコントローラの内部構成の一例を示すブロック図である。 急速巻下操作の入力時に速度制御を適用したときの電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。 急速巻下操作の入力時にトルク制御を適用したときの電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。
　図１は、本発明の実施の形態に係る電動ウインチ装置の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る電動ウインチ装置は、クレーンに設けられ、吊荷４の巻上又は巻下を行う。
　このクレーンは、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。以下、吊荷４はフック３も含むものとする。電動ウインチ装置は、図略のクレーン本体に設置され、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。
　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１３と、ブレーキペダル１４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、速度計１９とを備える。
　ウインチドラム５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、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、コントローラ１２の制御の下、ウインチドラム５を制動させる制動状態と、ウインチドラム５の制動を解放する解放状態とを切り換える。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、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、吊荷４を巻き下げる。
　電動モータ８は、例えば、三相モータで構成され、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させる。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、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構成される。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構成されてもよい。
　回生抵抗１１は、インバータ９に接続され、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。
　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、操作レバー１３の操作量に応じた回転速度で電動モータ８が駆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、ブレーキペダル１４の操作量に応じてブレーキ６を作動させる。
　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、及び速度計１９等のセンサが接続され、コントローラ１２は、これらのセンサ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に供給する電流を電流計１８から取得し、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１３は、ウインチドラム５を巻上駆動又は巻下駆動させるための操作者による操作が入力される。操作レバー１３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。操作レバー１３は、中立位置から巻上方向に対応する一方の方向に傾倒されると、傾倒量に応じた操作量をコントローラ１２に出力し、中立位置から巻下方向に対応する他方の方向に傾倒されると傾倒量に応じた操作量をコントローラ１２に出力する。なお、操作量は巻下方向に操作された場合、マイナスの値を取り、巻上方向に操作された場合、プラスの値を取るというようにして、巻上又は巻下方向が区別可能に構成されている。
　ブレーキペダル１４は、ブレーキ６を制動状態或いは解除状態にするための操作者の操作が入力される。ブレーキペダル１４は、例えば、操作者により踏み込み状態にされると、制動指示をコントローラ１２へ出力し、操作者により踏み込み状態が解除されると、解放指示をコントローラ１２に出力する。
　荷重計１５は、例えば、ブーム１の起伏姿勢を保持する部材（例えば、起伏ロープ）に取り付けられ、ワイヤーロープ２に加わる荷重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ワイヤーロープ２の張力を算出するための所定の演算式を用いて、ワイヤーロープ２の張力を推測する。このように、荷重計１５は、ワイヤーロープ２の荷重を直接計測していないので、計測精度は低い。なお、荷重計１５がワイヤーロープ２の荷重を直接計測していないのは、吊荷４の巻上又は巻下時に大きく移動するワイヤーロープ２に、荷重計１５を取り付けることが困難だからである。
　電流計１８は、インバータ９と電動モータ８との間の電力線に設けられ、インバータ９が電動モータ８に供給する電流値を計測する。ここで、電流計１８は、電動モータ８に供給される電流値を逐次計測し、計測した電流値をコントローラ１２へ逐次出力する。
　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、検出した回転数をコントローラ１２に逐次出力する。
　ブーム角度計１７は、ブーム１の起伏角度を逐次検出し、検出した起伏角度をコントローラ１２へ逐次出力する。
　速度計１９は、例えば、ワイヤーロープ２をブーム１の先端から繰り出すシーブに取り付けられ、シーブの回転量から吊荷４の速度を計測する。速度計１９を設ける代わりに、ドラム回転計１６の計測値を用いて吊荷４の速度を求めてもよい。すなわち、ドラム回転計１６によって計測されたドラム回転速度からドラム繰り出しワイヤーロープ速度を算出し、そのドラム繰り出しワイヤーロープ速度から吊荷４の速度を求めてもよい。
　図２は、図１に示すコントローラ１２の内部構成の一例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は速度制御とトルク制御とが切り替え可能である。
　ここで、速度制御とは、操作レバー１３の操作量に応じた回転速度で電動モータ８を駆動させる制御である。トルク制御とは、操作レバー１３の操作量とは関係なく、電動モータ８のトルクを一定のトルク以上に維持する制御である。以下、速度制御を行う場合のコントローラ１２の動作について説明する。
　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との偏差が０になるようにトルク指令を生成する。ここで、電動モータ８の回転速度は、例えば、電動モータ８がウインチドラム５を巻下駆動している場合の速度をマイナス、電動モータ８がウインチドラム５を巻上駆動している場合の速度をプラスで表すことで、巻下速度と巻上速度とを区別してもよい。また、これに合わせて、速度指令も巻下速度をマイナス、巻上速度をプラスで表すことで、巻下の速度指令と巻上の速度指令とを区別してもよい。
　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し、インバータ９に出力する。
　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１３の操作量と速度指令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１３の操作量に応じた速度指令を決定し、速度制御部１２１に出力する。ここで、ウインチ制御部１２４は、例えば、操作レバー１３が中立位置にある場合、速度指令を０に設定し、操作レバー１３の巻下方向への傾倒量が増大するにつれて、速度指令をマイナスの方向に増大させ、操作レバー１３の巻上方向への傾倒量が増大するにつれて、速度指令をプラスの方向に増大させればよい。
　また、ウインチ制御部１２４は、ブレーキペダル１４から制動指示が入力されると、ブレーキ６を作動させるブレーキ制御信号をブレーキ６に出力し、ブレーキペダル１４から解放指示が入力されると、ブレーキ６を解放させるブレーキ制御信号をブレーキ６に出力する。
　更に、ウインチ制御部１２４は、荷重計１５、ドラム回転計１６、ブーム角度計１７、及び速度計１９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構成され、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、速度計算部１２３に逐次出力する。
　以上が、速度制御を行う場合のコントローラ１２の基本構成である。本実施の形態では、コントローラ１２は特に以下のトルク制御を行う。
　コントローラ１２は、操作量の時間変化率が所定の基準変化率以上の急速巻下操作が操作レバー１３に入力されたとき、電流計１８が計測した電流値からワイヤーロープ２の張力に応じたトルクを算出し、算出したトルクが所定の基準トルク以上になるように、電動モータ８を巻下駆動させるトルク制御を実行するための制御信号を生成する。
　ここで、基準変化率としては、速度制御を実行した場合、乱巻の発生が予測されるような急激な操作量の時間変化率が採用できる。
　基準トルクとしては、これ以上トルクが小さくなると、ワイヤーロープ２に十分な張力が付与されず、乱巻が発生することが予測される最低トルクである乱巻限界トルクが採用できる。この乱巻限界トルクは、これ以上張力が低下すると乱巻が発生するワイヤーロープ２の張力を計測し、その張力をトルクに換算することで事前に算出されたものである。なお、基準トルクとしては、余裕を見て、この乱巻限界トルクに多少のマージンを加えたトルクが採用されてもよい。
　また、ワイヤーロープ２の張力に応じたトルクは、例えば、下記のように算出される。例えば、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ればよい。この場合、電流計１８が張力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り、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。
　トルク制御を実行する場合、コントローラ１２は、速度制御部１２１及び速度計算部１２３を使用せずに、電動モータ８を制御する。
　詳細には、ウインチ制御部１２４は、急速巻下操作の入力を検知すると、電流計１８の電流値から電動モータ８のトルクを算出し、算出したトルクが基準トルクよりも小さければ、算出したトルクと基準トルクとの偏差が０になるようにトルク指令を生成し、電流制御部１２２に出力する。これにより、ウインチドラム５のトルクが基準トルクを下回らないように維持される。
　電流制御部１２２は、速度制御を行う場合と同様の手法を用いて、制御信号を生成し、インバータ９に出力する。これにより、急速巻下操作の入力直後に、電動モータ８のトルクが基準トルクを下回ることが防止され、ウインチドラム５は、ワイヤーロープ２に対して一定の張力を付与した状態で吊荷４を落下させることができる。その結果、乱巻の発生を防止できる。
　なお、電動モータ８のトルクが基準トルクよりも大きければ、ワイヤーロープ２に十分な張力が加えられているので、ウインチ制御部１２４は、電動モータ８の制御を停止させてもよいし、電動モータ８で発生する回生電力が電源１０（バッテリ）に蓄積されるように、インバータ９を制御してもよい。なお、ウインチ制御部１２４は、例えば、トルク指令値を０にすることで、電動モータ８の制御を停止させればよい。或いは、電動モータ８のトルクが基準トルクよりも大きければ、ウインチ制御部１２４は、電動モータ８のトルクと基準トルクとの偏差を０にするためのトルク指令を出力し、電動モータ８のトルクを基準トルクに維持させてもよい。
　［急速巻下操作］
　図３は、急速巻下操作の入力時に速度制御を適用したときの電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。図３において、１行目は操作量の時間的な推移を示す波形図であり、２行目はワイヤーロープ２の張力の時間的な推移を示す波形図であり、３行目はブレーキ６の状態を示す波形図であり、４行目は吊荷４の巻下速度の時間的な推移を示す波形図であり、５行目は吊荷４の位置の時間的な推移を示す波形図である。
　時刻ｔ１以前は、吊荷４は停止状態にある。そのため、操作レバー１３は操作量が０の中立状態にされ、ブレーキ６は制動状態にされている。これにより、吊荷４の巻下速度は０になっている。この状態では、コントローラ１２は、荷重計１５の計測値から吊荷４の張力及び質量が計算できる。更にこの状態では、コントローラ１２は、ウインチドラム５の張力及び半径からウインチドラム５が吊荷４を回転させようとするトルクを計算することができる。
　時刻ｔ１では、操作レバー１３の急速巻下操作が入力され、操作量が０からマイナス方向にステップ状に変化している。このとき、コントローラ１２は、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に出力する。そして、ウインチドラム５には、電動モータ８のトルクに対して、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を受けたトルクが付与される。
　電動モータ８の駆動開始直後は過渡期間であり、電動モータ８のトルクが所望の値に到達するまでにある程度の時間遅れが発生する。そのため、操作レバー１３の操作が入力された直後にブレーキ６を解放状態にすると、吊荷４の落下を制御できない可能性がある。そこで、コントローラ１２は、操作レバー１３に操作が入力されたとき、少なくとも数ｍｓ～数十ｍｓの周期で電動モータ８がウインチドラム５に発生するトルクを計算し、そのトルクが荷重計１５の計測値から計算されたトルクより大きくなったときに、ブレーキ６を解放状態にし、安全を確保する。なお、図３，図４の例では、コントローラ１２は、オペレータによるブレーキペダル１４の操作に拘わらずブレーキの解放を自動的に行っている。
　時刻ｔ２では、電動モータ８で発生するトルクが、荷重計１５の計測値から計算されたトルクよりも大きくなったので、コントローラ１２は、ブレーキ６を解放状態にする。
　以後、ウインチドラム５の回転中は、電動モータ８に供給される電流からウインチドラム５に付与されるトルクが計算される。
　ここで、ウインチドラム５に付与されるトルクを算出する手法として、荷重計１５の計測値から計算する手法も考えられるが、この手法は上述したように、正確なトルクの値が得られない。また、ウインチドラム５に付与されるトルクを算出する手法として、ワイヤーロープ２や電動モータ８の回転軸８ａやウインチドラム５の回転軸５ａにロードセル等の荷重計を貼り付け、この荷重計の計測値からトルクを算出する手法も考えられる。しかし、移動量の大きなワイヤーロープ２や頻繁に回転する回転軸５ａ，８ａに荷重計を取り付けるのは容易ではない。
　一方、ウインチドラム５に付与されるトルクは電動モータ８のトルクから決定され、電動モータ８のトルクはインバータ９から供給される電流によって決定される。そのため、電流計１８が計測する電流値から算出されるトルクは荷重計の計測値から算出されるトルクよりもより直接的にウインチドラム５に付与するトルクを表していると言える。
　そこで、コントローラ１２は、吊荷４の降下中は、インバータ９が電動モータ８に供給している電流値からウインチドラム５に発生するトルクを計算する。
　時刻ｔ２において、ブレーキ６が解放された瞬間、ウインチドラム５の回転が始まるが、速度制御によりウインチドラム５を急速に回転させると、ワイヤーロープ２は繰出されるもののワイヤーロープ２の先にあるシーブの静摩擦抵抗等により吊荷４の降下速度がウインチドラム５の回転速度に追従できない。これにより、ウインチドラム５側のワイヤーロープ２に弛みが生じて乱巻が発生する可能性がある。
　図３の例では、時刻ｔ２から吊荷４の位置が徐々に低下しており、吊荷４の巻下が行われている。時刻ｔ２から吊荷４の巻下速度が徐々に増大しているが、ウインチドラム５の回転速度に追従できていないため、ワイヤーロープ２の張力は、時刻ｔ２から急速に低下していき、時刻ｔ３では０になっている。このとき、ウインチドラム５は回転を継続させているので、乱巻が発生する。
　時刻ｔ４では、吊荷４の巻下速度がウインチドラム５の回転速度に到達したので、ワイヤーロープ２の張力がブレーキ６の解放前の値に戻っている。これにより、電動ウインチ装置は吊荷４の巻下の制御が可能な状態となり、以降、急速巻下操作の操作量に応じた一定の巻下速度で吊荷４は巻下られている。
　このように、急速巻下操作が入力されたとき、速度制御を実行すると、ブレーキ６の解放直後にウインチドラム５は、急速巻下操作の操作量に応じた速い回転速度で回転するが、吊荷４の巻下速度はシーブの摩擦等の影響によりその回転速度に追従することができない。そのため、ワイヤーロープ２の張力が０になってから吊荷４の巻下速度がウインチドラム５の回転速度に追従するまでの期間、乱巻が発生するという問題がある。
　そこで、本実施の形態では、図４に示すように、急速巻下操作が入力されたとき、電動モータ８のトルクが基準トルクＴＱ２（≧乱巻限界トルクＴＱ１）以下にならないようにトルク制御を実行し、乱巻を防止する。
　図４は、急速巻下操作の入力時にトルク制御を適用したときの電動ウインチ装置の挙動を示す波形図である。図４において、２、３行目以外の波形図は、図３と同じである。図４の２行目はコントローラ１２が設定する制御モードの時間的推移を示す波形図である。制御モードには、速度モードとトルクモードとがある。速度モードは速度制御を実行するモードであり、トルクモードはトルク制御を実行するモードである。図４の波形図は、ハイレベルが速度モードを示し、ローレベルがトルクモードを示している。コントローラ１２は、通常、制御モードを速度モードに設定し、急速巻下操作が入力されたとき、制御モードをトルクモードを設定する。図４の３行目は電動モータ８のトルクの時間的推移を示す波形図である。
　時刻ｔ１以前は、図３と同様、吊荷４は停止状態にあり、制御モードは速度モードに設定されている。時刻ｔ１では、操作レバー１３の急速巻下操作が入力され、制御モードがトルクモードに設定される。時刻ｔ２では、コントローラ１２は、ブレーキ６を解放させる。これにより、電動モータ８のトルクは基準トルクＴＱ２に向けて低下していく。このとき、吊荷４は電動モータ８のトルクによって保持されつつ落下されるので、図３に比べて巻下速度の増大量は緩やかになっている。そのため、吊荷４の位置の低下量も図３に比べて少なくなっている。
　時刻ｔ３では、電動モータ８のトルクが基準トルクＴＱ２に到達し、以降、時刻ｔ４まで、トルク制御によって電動モータ８のトルクが基準トルクＴＱ２に維持されている。ここで、吊荷４は、基準トルクＴＱ２で保持されつつ落下するので、ワイヤーロープ２の張力が０にならず、乱巻の発生が防止されている。
　時刻ｔ４では、吊荷４の巻下速度がウインチドラム５の回転速度に到達したので、電動モータ８のトルクがブレーキ６の解放前の値に戻っている。そのため、コントローラ１２は、制御モードを速度モードに切り替える。以降、急速巻下操作の操作量に応じた一定の巻下速度で吊荷４は巻下られている。
　このように、本実施の形態では、コントローラ１２は、急速巻下操作が入力されると、速度制御ではなく、上述のトルク制御を実行するので、乱巻を防止できる。
　また、本実施の形態では、電流計１８の電流値からウインチドラム５のトルクを求めているので、ウインチドラム５のトルクをより正確に求めることができる。但し、これは一例であり、コントローラ１２は、荷重計１５の計測値がワイヤーロープ２の乱巻の発生を防止するための所定の基準値以上になるように電動モータ８を巻下駆動させるトルク制御を実行するための制御信号を生成すればよい。
　詳細には、コントローラ１２は、荷重計１５の計測値であるワイヤーロープ２の張力にウインチドラム５の半径を乗算することでワイヤーロープ２のトルクを算出し、算出したトルクが基準トルク以上となるようにトルク制御を行えばよい。この場合、荷重計１５が張力計測部の一例に相当する。
　［トルク制御の終了］
　操作者は、最終的には操作レバー１３の操作量に応じた速度で吊荷４を操作したいとと考える。そのため、乱巻発生の懸念がある急速巻下操作の直後以外のシーンでは、電動モータ８の回転速度を操作者が意図する回転速度に制御する速度制御をすることが望ましい。
　そこで、本実施の形態では、吊荷４の巻下速度を監視し、吊荷４の巻下速度が急速巻下操作の操作量に応じた速度に到達した時点で、速度制御に切り替えてもよい。
　この場合、ウインチ制御部１２４は、速度計１９が計測した吊荷４の巻下速度が電動モータ８の回転速度に到達したとき、トルク制御から速度制御に切り替えれば良い。
　また、急速巻下操作が入力されてから、吊荷４の巻下速度が電動モータ８の回転速度に到達すると推定される基準時間が経過したとき、トルク制御から速度制御に切り替えても良い。なお、基準時間は、事前に計測された値が採用されればよい。
　（実施の形態の纏め）
　本実施の形態に係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巻下又は巻上駆動させる電動モータと、操作者が操作する操作レバーと、前記ウインチドラムから繰り出されている前記ワイヤーロープに加わる張力の指標値を計測する張力計測部と、操作量の時間変化率が所定の基準変化率以上の急速巻下操作が前記操作レバーに入力されたとき、前記張力計測部により計測された張力の指標値が所定の基準値以上になるように、前記電動モータを前記巻下駆動させるトルク制御を実行するための制御信号を生成するコントローラと、前記制御信号にしたがって前記電動モータを駆動させるインバータとを備える。
　本態様では、乱巻の原因となる急速巻下操作が操作レバーに入力されたとき、乱巻の直接的原因となるワイヤーロープの張力の指標値が監視され、この張力の指標値が所定の基準値を下回らないように電動モータが制御される。これにより、本態様は、ワイヤーロープに一定以上の張力が加わった状態で吊荷を巻下げることができ、乱巻の発生を防止できる。また、本態様では、電動モータの回転速度を一定速度以下にする速度制御ではなく、ワイヤーロープの張力の指標値が基準値を下回らないように電動モータのトルクを制御するトルク制御が実行されている。そのため、電動モータの回転速度が不必要に抑制され、吊荷の巻下げ時間が長期化することを防止できる。
　上記態様において、前記張力計測部は、電動モータに供給される電流を前記張力の指標値として逐次計測する電流計で構成され、前記コントローラは、前記電流計が計測した電流値から前記ワイヤーロープの張力に応じたトルクを算出し、前記算出したトルクが所定のトルク基準値以上になるように、前記制御信号を生成してもよい。
　ワイヤーロープは繰り出し量が頻繁に変動するので、荷重計を取り付けることは困難である。そのため、クレーン等の建設機械では、例えばブームを支持する部材に荷重計を取り付け、その荷重計の計測値からワイヤーロープの張力を推測することが行われている。したがって、荷重計が計測したワイヤーロープの計測値は直接的にワイヤーロープの張力を計測していないので、精度が低いという問題がある。
　本態様では、電動モータに供給される電流を計測することで、ワイヤーロープの張力に応じたトルクが計算されている。ワイヤーロープの張力はウインチドラムに付与されるトルクによって決定されるが、ウインチドラムに付与されるトルクは電動モータのトルクから決定され、電動モータのトルクは電動モータに供給される電流によって決定される。そのため、電動モータに供給される電流から算出されるトルクは、荷重計の計測値から算出されるトルクよりも直接的にワイヤーロープの張力に応じたトルクを表していると言える。そのため、本態様では、荷重計を用いた場合に比べ、トルクの計測精度を向上させることができる。
　上記態様において、前記コントローラは、前記トルク制御と、操作レバーの操作量に応じた回転速度で前記電動モータを前記巻下駆動させる速度制御とが切り替え可能であり、前記急速巻下操作が前記操作レバーに入力された後、前記電動モータの回転速度が前記急速巻下操作の操作量に応じた回転速度に到達すると推測される所定の基準時間が経過したとき、前記トルク制御から前記速度制御に切り替えてもよい。
　操作者は、最終的には操作レバーの操作量に応じた速度で吊荷を操作したいと考える。そのため、乱巻発生の懸念がある急速巻下操作の直後以外のシーンでは、電動モータの回転速度を操作者が意図する回転速度に制御する速度制御をすることが望ましい。本態様によれば、急速巻下操作が入力された後、所定の基準時間が経過したとき、トルク制御から速度制御に切り替えられる。そのため、本態様では、乱巻を防止しつつ、操作者の操作性を確保することができる。
　上記態様において、前記吊荷の巻下速度を計測する速度計と、前記電動モータの回転量を計測するモータ回転計とを更に備え、前記コントローラは、前記モータ回転計で計測された回転量から前記電動モータの回転速度を算出する速度計算部と、前記トルク制御と、操作レバーの操作量に応じた回転速度で前記電動モータを前記巻下駆動させる速度制御とを切り替えるウインチ制御部とを備え、前記ウインチ制御部は、前記急速巻下操作が前記操作レバーに入力された後、前記速度計で計測された前記吊荷の巻下速度が、前記速度計算部で算出された回転速度に到達したとき、前記トルク制御から、前記速度制御に切り替えてもよい。
　本態様によれば、急速巻下操作が入力された後、電動モータの回転速度が、急速巻下操作の操作量に応じた回転速度に到達したとき、トルク制御から速度制御に切り替えられる。そのため、本態様では、乱巻を防止しつつ、操作者の操作性を確保することができる。
　上記態様において、前記コントローラは、前記張力計測部が計測した指標値から前記ワイヤーロープの張力に応じたトルクを算出し、前記算出したトルクと所定のトルク基準値との偏差を０にするためのトルク指令値を算出し、前記トルク指令値から目標電流値を決定し、前記決定した目標値と前記電動モータに供給される電流との偏差が０となるように前記制御信号を生成してもよい。
　本態様によれば、ワイヤーロープに基準値以上の張力を確実に加えることができる。
　上記態様において、前記コントローラは、前記算出したトルクが前記トルク基準値よりも小さい場合のみ前記トルク制御を実行することが好ましい。
　電動モータのトルクが基準トルクよりも大きければ、ワイヤーロープに十分な張力が加えられており、乱巻きが発生しないので、電動モータの制御を停止させても問題はない。本態様では、電動モータのトルクがトルク基準値より小さい場合のみトルク制御が実行されるので、電力消費量を抑制すると同時に乱巻きの発生を防止できる。

Claims (6)

  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巻下又は巻上駆動させる電動モータと、
    　操作者が操作する操作レバーと、
    　前記ウインチドラムから繰り出されている前記ワイヤーロープに加わる張力の指標値を計測する張力計測部と、
    　操作量の時間変化率が所定の基準変化率以上の急速巻下操作が前記操作レバーに入力されたとき、前記張力計測部により計測された張力の指標値が所定の基準値以上になるように、前記電動モータを前記巻下駆動させるトルク制御を実行するための制御信号を生成するコントローラと、
    　前記制御信号にしたがって前記電動モータを駆動させるインバータとを備える電動ウインチ装置。
  2. 　前記張力計測部は、前記電動モータに供給される電流を前記張力の指標値として逐次計測する電流計で構成され、
    　前記コントローラは、前記電流計が計測した電流値から前記ワイヤーロープの張力に応じたトルクを算出し、前記算出したトルクが所定のトルク基準値以上になるように、前記制御信号を生成する請求項１記載の電動ウインチ装置。
  3. 　前記コントローラは、
    　前記トルク制御と、操作レバーの操作量に応じた回転速度で前記電動モータを前記巻下駆動させる速度制御とが切り替え可能であり、
    　前記急速巻下操作が前記操作レバーに入力された後、前記電動モータの回転速度が前記急速巻下操作の操作量に応じた回転速度に到達すると推測される所定の基準時間が経過したとき、前記トルク制御から前記速度制御に切り替える請求項１又は２記載の電動ウインチ装置。
  4. 　前記吊荷の巻下速度を計測する速度計と、
    　前記電動モータの回転量を計測するモータ回転計とを更に備え、
    　前記コントローラは、
    　前記モータ回転計で計測された回転量から前記電動モータの回転速度を算出する速度計算部と、
    　前記トルク制御と、操作レバーの操作量に応じた回転速度で前記電動モータを前記巻下駆動させる速度制御とを切り替えるウインチ制御部とを備え、
    　前記ウインチ制御部は、前記急速巻下操作が前記操作レバーに入力された後、前記速度計で計測された前記吊荷の巻下速度が、前記速度計算部で算出された回転速度に到達したとき、前記トルク制御から、前記速度制御に切り替える請求項１又は２記載の電動ウインチ装置。
  5. 　前記コントローラは、前記張力計測部が計測した指標値から前記ワイヤーロープの張力に応じたトルクを算出し、前記算出したトルクと所定のトルク基準値との偏差を０にするためのトルク指令値を算出し、前記トルク指令値から目標電流値を決定し、前記決定した目標値と前記電動モータに供給される電流との偏差が０となるように前記制御信号を生成する請求項１～４のいずれかに記載の電動ウインチ装置。
  6. 　前記コントローラは、前記算出したトルクが前記トルク基準値よりも小さい場合のみ前記トルク制御を実行する請求項２又は５記載の電動ウインチ装置。
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