JP2012533492A - 荷重を取り扱う装置においてエネルギーを回収するシステム - Google Patents

Abstract

荷重を取り扱う装置においてエネルギーを回収するシステムであって、荷重２がモーター手段Ｍによって垂直方向に移動し、該モーター手段Ｍは、その動作状態に関連して、所定の値よりも大きいか又は小さい量の電気エネルギーを吸収する、システム。該システムは、上記モーター手段Ｍによって吸収されるエネルギーの量を瞬間毎に感知する感知手段と、上記モーターＭによって表されるシャフト６ｍの回転を電気エネルギーに変換する傾向にある少なくとも１つの電気エネルギー発電機Ｇとを備える。感知手段は、モーターＭによって吸収されたエネルギーが所定の値よりも小さい場合には上記少なくとも１つの発電機Ｇの起動を操作し、モーターＭによって吸収されたエネルギーが所定の値よりも大きい場合には上記少なくとも１つの発電機Ｇの起動解除を操作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リフト等の荷重を取り扱う装置、貨物引上げ装置及び同様の装置、又はクレーン等の吊り上げ装置においてエネルギーを回収するシステムに関する。

リフト及び貨物引上げ装置等の装置には通常、荷重を運搬するようになっているキャビン又は部屋（room：積載用室）と、プーリーに巻き付いているケーブルによってキャビン又は部屋に接続されている釣り合い荷重と、プーリーを動かして回転させるようにプーリーに運動学的に接続されているモーターとが想定される。実際には、モーターのエネルギー消費を制限するために、モーターは、必要な動作（運動が摩擦に変化すること等に起因する種々の損失を考慮しない）が、キャビン及びその内容物の全重量には対応せず、キャビン重量の値とその対応する釣り合い荷重との差に対応するような条件下で動作される。

キャビン重量及びその内容物の値が釣り合い荷重の値よりも大きいケースでは、モーターは（キャビンの）上昇運動においてより多くのエネルギーを消費する。同じ荷重条件下では、対応する下降運転において、モーターの動作の代わりに、キャビンが加える重量の力が実質的に用いられる。

逆に、キャビン重量及びその内容物の値が釣り合い荷重の値よりも小さい場合、モーターは下降運動においてより多くのエネルギーを消費する。これらの荷重条件下では、キャビンの上昇運転においては、モーターの動作の代わりに、釣り合い荷重によって加えられる重量の力が実質的に用いられる。

本発明の目的は、特にモーターの動作条件がエネルギー要件に対して有利であるときにエネルギーを回収することであり、実際面では、釣り合い荷重を用いるリフト、貨物引上げ装置のような吊り上げ装置について、キャビンの上昇運転においてキャビンの重量（その荷重を含む）の値が釣り合い荷重の値よりも小さいとき、及びキャビンの下降運転においてキャビンの重量（その荷重を含む）の値が釣り合い荷重の値よりも大きいときにエネルギーを回収することである。同様に、釣り合い荷重を用いない吊り上げ装置のケースでは、下降段階で荷重に作用する重力によってエネルギーが回収される。

これらの結果は、本発明によって、請求項１に記載されている特徴を有するシステムを提供するという着想を採用することによって達成されている。

本発明の更なる特徴は従属請求項の主題である。

本発明の利点は特に以下で説明されるものである：
特許請求の範囲に規定された範囲に明確に含まれる装置を用いることによってエネルギーが比較的高い効率で回収される、
システムは、新たに構成された吊り上げ装置において適用することができるが、クレーン及び同様の装置等の吊り上げ装置を含む既存の装置が必要条件を再び満たすため（requalification）（「改造」）に採用することもできる、
システムは、従来のシステムと比較して追加コストがかなり少なく、そのコストは、該システムを用いることによってエネルギー節減の点から早いうちに償却される、
エネルギーの量が低いという吊り上げ装置の要件によって、全般的に環境へのプラスの効果を伴って消費、エネルギー節減の観点から利点を提供する、
その構造は頑丈であり、その特有の特徴部が、時間経過において、極めて長期間の使用の後であっても変わらないままであることを可能とする。

当業者は各々、限定的な意味でみなされるべきではない本発明の実用に際した説明として与えられる以下の記載及び添付の図面によって、本発明のこれらの特徴、並びに更なる特徴及び利点をより良く理解するであろう。

本発明によるシステムの可能な実施形態に関する図である。 本発明の別の実施形態に関する図である。 本発明によるシステムの更なる実施形態を示す図である。 本発明によるシステムの更なる実施形態を示す図である。 本発明によるシステムの更なる実施形態を示す図である。 本発明によるシステムの更に別の実施形態を示す図である。 本発明によるシステムの更に別の実施形態を示す図である。

添付の図面の図１及び図２を参照すると、本発明によるエネルギーを回収するシステムを、図においてリフトによって概略的に表されている吊り上げ装置と協働させて用いることができる。

吊り上げ装置は、垂直方向に移動される荷重を収容するようになっているキャビン２を備える。

キャビン２は、プーリー５に巻き付いているケーブル３によって釣り合い荷重４に接続されている。既知の方法では、キャビン２の吊り上げは釣り合い重り４の位置低下に対応し、その逆もまた同様である。

キャビン２は、その垂直方向の双方向移動において、図示されていない垂直トラックに沿って駆動され、同様に、本発明とは厳密には関連しない他の詳細は図示されておらず、かつ／又は本明細書において言及されていない。

プーリー５のシャフトがキャビン２の下降移動又は上昇移動に従って一方の方向又は他方の方向へ回転することを可能にするモーターＭがプーリー５に作用する。

モーターＭは対応するシャフト６ｍを駆動し、該シャフト６ｍには、出力シャフト６ｍの回転を電気エネルギーに変換する傾向にある発電機Ｇが接続されており、発電機Ｇは、その出力部において所定の量のバッテリーＢに接続されている。命令に応じてモーターＭのシャフト６ｍを発電機が直接作用するシャフト６ｇに接続する接続手段又はクラッチＦが、モーターＭと発電機Ｇとの間に配置されている。

クラッチＦの機能は、重力に起因する「プラスの動作」に由来するエネルギーを貯蔵する必要がある場合にのみモーターＭのシャフト６ｍを発電機Ｇのシャフト６ｇに接続することである。

クラッチＦは、電気クラッチ、すなわち、モーターＭのエネルギー吸収における所定の閾値の検出によって自動的に電気的に作動することができる接続手段であることが有利である。実際には、接続手段ＦはモーターＭがエネルギーを吸収していないときに２つのシャフト６ｍ及び６ｇを接続する。発電機Ｇに関連する電気的又は機械的な変極スイッチ（change pole switch）（ＩＰ）が、シャフト６ｇの回転方向とは関係なくバッテリーを充電することを可能にすると想定される。

上述したシステムの機能中に、以下の構成を仮定することが可能である：
ａ．釣り合い荷重４の重量よりも小さいキャビン２（及び担持される荷重）の重量；
ｂ．釣り合い荷重４の重量よりも大きいキャビン２（及び担持される荷重）の重量；
ｃ．釣り合い荷重４の重量と等しいキャビン２（及び担持される荷重）の重量。

ケースａ（キャビンの重量が釣り合い荷重の重量よりも小さい）では、キャビンが上方へ移動する場合、キャビン２の上方への推力は釣り合い荷重４に作用する重力によって決まるため、モーターＭはエネルギーを必要としない。このケースでは、接続手段Ｆは発電機ＯをモーターＭのシャフトに接続して、シャフトの機械的エネルギーをバッテリーＢに貯蔵される電気エネルギーに変換することを可能にし、所望のように使用することができるようにする。逆に、キャビンが下方へ移動する場合には（下降）、モーターＭは、既に述べたようにキャビン２に対してより大きい値を有する釣り合い荷重４の重量の力を克服するためにエネルギーを提供しなければならない。このケースでは、接続手段は介在せず、２つのシャフト６ｍ及び６ｇは分離されたままである。

ケースｂ（キャビンの重量が釣り合い荷重の重量よりも大きい）では、キャビンが下方へ移動する場合、キャビン２の下降は釣り合い荷重４よりも大きい重量を有するキャビン２に作用する重力によって決まるため、モーターＭはエネルギーを必要としない。このケースでは、接続手段Ｆは発電機ＧをモーターＭのシャフトに接続し、シャフトの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーＢに貯蔵することを可能にする。逆に、キャビンが上方へ移動する場合には（上昇）、モーターＭは、キャビン２及びその内容物の重量の力を克服するためにエネルギーを提供しなければならない。このケースでは、接続手段Ｆは介在せず、２つのシャフト６ｍ及び６ｇは分離されたままである。

ケースｃでは、モーターＭは、種々の摩擦によって与えられる抵抗を克服するために非常に小さいエネルギー要件しか有しない。しかし、前述した「プラスの動作」は得ることができず、したがって接続手段Ｆは２つのシャフト６ｍ及び６ｇを分離したままとする。

例えば、クラッチがシャフト６ｍ及び６ｇを接続しなければならないか否かを判断するには、モーターＭによって吸収される電流の強度を検出し、これを所定の閾値と比較することで、モーターＭによって吸収される電流が所定の閾値よりも小さい場合にのみ上記シャフト間の接続を決定することが可能である。文脈的に、シャフト６ｍの回転方向の検出、すなわちシャフト６ｍの回転方向の制御が可能である。

図２は、発電機Ｇ、Ｇ’が１つよりも多くの複数ある、本発明の別の可能な実施形態を示す。このケースでは、発電機の数は２つであり、発電機は、モーターＭによって表される２つの対応するシャフト６ｍ、６ｍ’の２つの対向する端に接続可能な２つのシャフト６ｇ、６ｇ’に取り付けられている。

上述した両方の可能な実施形態において、「専用の」装置の使用に由来する利点が明らかであり、実際には、モーターＭは、電気エネルギーをプーリー５のシャフトの回転による機械的エネルギーに変換するために用いられ、単数又は複数の発電機Ｇ、Ｇ’は、シャフト６ｇ、６ｇ’の回転の機械的エネルギーを、バッテリーＢＡに蓄積される電気エネルギーに変換するために用いられる。このように、モーター手段の機能は、発電機の機能も果たすモーターＭによって果たされ、したがって、モータ及び単数又は複数の発電機は、果たされるべき機能に関連して（性能及び効率の点からも）最も好適な特徴を有するようにそれぞれ選択することができ、この理由から、システムの全体的な効率は、モーターが発電機としても用いられるシステムの効率よりも高い。

釣り合い荷重を有しない吊り上げ装置のケースでは、モーターのシャフトと発電機のシャフトとの接続は、荷重の下降段階においてのみ行われる。

上記の記載から、更に、モーターＭから発電機Ｇへの連結／連結解除機構の存在によって、発電機Ｇがブレーキとしては作用しないことが明らかである。換言すると、発電機Ｇは、モーターＭの性能及び効率に悪影響を与えることなくその機能を果たす。

システムの更なる実施形態が図３〜図５に示されている。

図３の図面を参照すると、発電機Ｇは、タイミングベルトプーリーＰによってモーターＭに連結されている。この図では、図４及び図５における参照符号と同様に、参照符号「ＦＰ」及び「ＦＣ」が、釣り合い荷重のロープ及びキャビンのロープをそれぞれ示す。

図４の図面を参照すると、モーターＭ及び発電機Ｇを含む群がロードセルＣＣに載っており、発電機Ｇはベルト伝動装置によって減速機Ｒに接続されている。このケースでは、電気クラッチの使用は想定されず、発電機Ｇは、その励磁回路に作用することによって起動又は起動解除される。

図５の図面を参照すると、電気クラッチＦは、４つの三つ組みプーリーによって形成されている群によってキャビンローブＦＣに接続されている（４つの三つ組みであるのは、この実施形態ではロープＦＣの数が４本であるためである）。この図において、上述したプーリーは「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」によって示されている。その軸において電気クラッチが発電機Ｇに接続されているプーリー「Ｂ」はプーリー「Ａ」及び「Ｃ」のそれぞれと係合するが、これらのプーリーは互いに係合しない。キャビンロープＦＣはプーリー「Ａ」及び「Ｃ」の接触によって引っ張られ、これによって更にプーリー「Ｂ」の回転が決まる。この群は、モーター室Ｖ内に位置決めされると共に垂直方向及び水平方向のダンパーを用いてフレームに取り付けられている支持体ＳＣ内に位置付けられており（すなわちロープに垂直方向に作用する）、動作時のロープに特有の振動の妨げを回避する。

図６及び図７に示されている実施形態によると、モーターＭ及び発電機Ｇは同じシャフト６ｍを有し、発電機Ｇは、関連する励磁回路（図中に参照符号「Ｅ」によって概略的に示す）に自動的に作用することによって起動又は起動解除され、それによって、重力のプラスの動作があるときにのみ起動される。実際には、このケースでは、発電機ＧはモーターＭがエネルギーを吸収していないときにのみ起動される。

図６の図を参照すると、参照符号「ＦＰ」及び「ＦＣ」は、釣り合い荷重のロープ及びキャビンのロープをそれぞれ示し、一方で参照符号「ＦＲ」は、必要なときに荷重にブレーキをかけるために用いることができる、シャフト６ｍに取り付けられている電磁ブレーキを示す。

モーターＭ及び発電機Ｇにより、それらの共通のシャフト６ｍを用いて形成されているユニットは、単一の収容構造体ＳＣ内にあり、これは、モーターＭ及び発電機Ｇを両方とも収容しているため設置作業及び保守作業を簡単にする。

図７において、参照符号「ＳＭ」及び「ＳＧ」はモーターＭのステーター及び発電機Ｇのステーターをそれぞれ示し、一方で参照符号「ＲＭ」及び「ＲＧ」はモーターＭのローター及び発電機Ｇのローターをそれぞれ示す。

発電機の出力は、バッテリーではなく任意の他の種類の電気器具に給電するようになっていることができる。

全ての構成の詳細は、要素の形状、寸法、配置、使用する材料の性質に関する限り、採用される解決策の着想の範囲から逸脱することなく、それによって、本特許に付与される保護の範囲（limits）内にあるままで、任意の均等な方法で変えることができる。

Claims (10)

1. 荷重を取り扱う装置においてエネルギーを回収するシステムであって、荷重（２）が電気モーター手段（Ｍ）によって垂直方向に移動し、該電気モーター手段（Ｍ）は、その動作状態に応じて、レベルが所定の値よりも小さいか又は大きい電気エネルギーを吸収する、システムにおいて、前記電気モーター手段によって吸収される電気エネルギーの量を瞬間毎に感知する感知手段と、前記電気モーター手段（Ｍ）の出力シャフト（６ｍ）の回転を電気エネルギーに変換する傾向にある少なくとも１つの発電機（Ｇ）とを備えること、及び、前記感知手段は、前記電気モーター手段（Ｍ）によって吸収された電気エネルギーが所定の値よりも小さい場合には前記少なくとも１つの発電機（Ｇ）の起動を駆動し、前記電気モーター手段（Ｍ）によって吸収された電気エネルギーが前記所定の値よりも大きい場合には前記少なくとも１つの発電機（Ｇ）の起動解除を駆動することを特徴とする、システム。
2. 前記システムは、前記電気モーター（Ｍ）と前記発電機（Ｇ）との間に位置決めされて該電気モーター（Ｍ）と該発電機（Ｇ）との間で作用する接続手段（Ｆ）を備え、それによって該接続手段（Ｆ）は前記発電機（Ｇ）のシャフトを前記モーターのシャフト（６ｍ）に接続すること、及び、前記感知手段は、前記電気モーター手段（Ｍ）によって吸収された電気エネルギーが所定の値よりも小さい場合には、前記シャフト（６ｇ、６ｍ）を互いに接続し、前記電気モーター手段（Ｍ）によって吸収された電気エネルギーが前記所定の値よりも小さい場合には前記シャフト（６ｇ、６ｍ）を互いから分離するように、前記接続手段（Ｆ）を駆動することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記荷重（２）は、ケーブル（３）の第１の端に懸吊され、該ケーブル（３）は反対の端が釣り合い荷重（４）に接続されており、前記荷重（２）は、前記電気モーターによってプーリー（５）又は前記ケーブル（３）を動かす傾向にある他の好適な要素を通じて垂直方向に移動されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つの発電機（Ｇ）に接続されている変極スイッチ（ＴＰ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの発電機（Ｇ）の電気出力部に接続されている所定の量のバッテリー（ＢＡ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
6. ２つの対応する接続手段（Ｆ、Ｆ’）によって前記電気モーター（Ｍ）の２つのそれぞれのシャフト（６ｍ、６ｍ’）に接続されている２つの発電機（Ｇ、Ｇ’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
7. 前記接続手段は電気クラッチであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記感知手段は、前記電気モーター（Ｍ）によって吸収される電流を感知することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記モーター（Ｍ）のローター及び前記発電機（Ｇ）のローターが同じ前記シャフト（６ｍ）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
10. 前記モーター（Ｍ）及び前記発電機（Ｇ）はそれらの共通のシャフト（６ｍ）と共に単一の収容構造体（ＳＣ）の内部にあることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。

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