JP2020132348A - Cable winch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶に搭載された電動モータにより高圧ケーブルを水中から巻き込んだり水中へ巻き出したりするケーブルウインチに関する。 The present invention relates to a cable winch in which a high-voltage cable is wound in or unwound from water by an electric motor mounted on a ship.
従来、船舶の甲板上には各種ウインチ（アンカー用ウインチ、操船用ウインチ、係船用ウインチ等）が搭載されている。このような各種ウインチは、ワイヤーロープやケーブルを巻回するドラムを回転駆動する駆動装置としてのモータを備えているが、大型でけん引能力が大きいウインチは、駆動装置として油圧モータが好適に用いられている。 Conventionally, various winches (anchor winches, ship maneuvering winches, mooring winches, etc.) have been mounted on the deck of a ship. Such various winches are provided with a motor as a drive device for rotating and driving a drum around which a wire rope or a cable is wound, but for a winch having a large traction capacity, a hydraulic motor is preferably used as a drive device. ing.
駆動装置として油圧モータを利用した、船舶用の油圧装置であって、ドレン配管等の工事を不要とすると共に、機能低下を防止する機能を備えたウインチ等の甲板機械用の星形油圧モータが開示されている（特許文献１参照）。 A hydraulic device for ships that uses a hydraulic motor as a drive device, and is a star-shaped hydraulic motor for deck machines such as winches that eliminates the need for construction work such as drain piping and has the function of preventing functional deterioration. It is disclosed (see Patent Document 1).
また、船舶が接岸して積荷の荷卸しを行うために、駆動装置として油圧モータを備え、船舶の喫水が変化してもワイヤーロープの緩みをなくして乱巻きを防止することができるオートテンション機構を備えたランプウィンチが開示されている（特許文献２参照）。 In addition, in order for the ship to berth and unload the cargo, a hydraulic motor is provided as a drive device, and even if the draft of the ship changes, the wire rope can be prevented from loosening and random winding can be prevented. A lamp winch provided with the above is disclosed (see Patent Document 2).
しかしながら、上述した特許文献１の油圧モータや特許文献２のオートテンション機構付の油圧モータは、油圧モータに付設されている減速機の機械効率の問題、油の温度により油圧モータが作動不安定となる問題等を解消できないため、ケーブルにウインチの巻取能力の限度を超えた張力がかかった場合に、油圧モータによるケーブルのドラムへの巻き込みやドラムからの繰り出し（巻き出しともいう）の動作が不安定となり、最悪ケーブルが断線する恐れがある。
However, in the above-mentioned hydraulic motor of Patent Document 1 and the hydraulic motor with an auto tension mechanism of
また、海底の地形等を調査するための調査船においては、ＲＯＶ（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅの略であり、遠隔操作によって動く無人探査機）を高圧ケーブルで接続し、このＲＯＶを目的の深さまで降ろして使用するために、高圧ケーブルを海中から巻き込んだり海中へ繰り出したりするためのウインチ（以下、ケーブルウインチという）を搭載している。このケーブルウインチのドラムに巻き込みや繰り出しされる高圧ケーブルは、ＲＯＶに対して調査船から電力と各種の指令信号を送り、ＲＯＶから海底の映像や情報をリアルタイムで調査船に伝送するために、ＲＯＶに電気を供給する電線や複数の各種信号線で構成されているためかなり高価なものとなる。このような、高圧ケーブルが破断して喪失すると、損害費用が高価（例えば、一千万単位）となるため、高圧ケーブルが破断する可能性が可及的に小さい従来の油圧モータ以外の駆動装置を備えたケーブルウインチの開発が望まれている。 In addition, in a research vessel for investigating the topography of the seabed, ROV (Remotery Operated Vehicle, an abbreviation for Remotely Operated Vehicle) is connected with a high-pressure cable, and this ROV is lowered to the desired depth. In order to use it, it is equipped with a winch (hereinafter referred to as a cable winch) for winding a high-pressure cable from the sea or feeding it out into the sea. The high-pressure cable that is wound up and unwound on the drum of this cable winch sends power and various command signals from the survey ship to the ROV, and the ROV transmits the image and information of the seabed from the ROV to the survey ship in real time. It is quite expensive because it is composed of electric wires that supply electricity to the vehicle and various signal lines. If such a high-voltage cable breaks and is lost, the damage cost becomes expensive (for example, 10 million units), so that the possibility of the high-voltage cable breaking is as small as possible. It is desired to develop a cable winch equipped with the above.
本発明は、上記課題を解決するために、駆動装置として電動モータを用い、更に、この電動モータをマトリスクコンバータ方式でインバータ制御することにより、ケーブルが破断することなく、ケーブルの張力の変化に応じてケーブルをドラムに巻き込みやドラムからの繰り出しが行えるケーブルウインチを提供することを目的とする。 In the present invention, in order to solve the above problems, an electric motor is used as a drive device, and further, by controlling the electric motor with an inverter by a matrisk converter method, the tension of the cable can be changed without breaking the cable. It is an object of the present invention to provide a cable winch capable of winding a cable into a drum and feeding the cable from the drum accordingly.
上記目的を達成するために、本発明は、船舶に搭載されるケーブルウインチであって、高圧ケーブルを巻き回しするドラムと、前記ドラムを回転駆動する電動モータと、前記高圧ケーブルにかかる張力に応じて前記電動モータを制御する制御手段と、前記電動モータの回転を前記ドラムに伝達するドラム回動手段と、前記高圧ケーブルの前記ドラムへの巻き込みや巻き出しをガイドするケーブルガイド手段と、を備えたことを特徴とするケーブルウインチとした。 In order to achieve the above object, the present invention is a cable winch mounted on a ship according to a drum for winding a high-pressure cable, an electric motor for rotating and driving the drum, and a tension applied to the high-pressure cable. A control means for controlling the electric motor, a drum rotating means for transmitting the rotation of the electric motor to the drum, and a cable guide means for guiding the winding and unwinding of the high-pressure cable to the drum. The cable winch is characterized by this.
また、前記制御手段は、マトリクスコンバータ方式を用いて、前記電動モータをインバータ制御することを特徴とする。 Further, the control means is characterized in that the electric motor is inverter-controlled by using a matrix converter method.
本発明のケーブルウインチは、船舶に搭載されるケーブルウインチであって、高圧ケーブルを巻き回しするドラムと、前記ドラムを回転駆動する電動モータと、前記高圧ケーブルにかかる張力に応じて前記電動モータを制御する制御手段と、前記電動モータの回転を前記ドラムに伝達するドラム回動手段と、前記高圧ケーブルの前記ドラムへの巻き込みや巻き出しをガイドするケーブルガイド手段とを備えたものである。すなわち、本発明によれば、電線や各種信号線で構成された高価な高圧ケーブルを、駆動装置として電動モータを用い、更に、この電動モータを高圧ケーブルにかかる張力に応じて制御することで、高圧ケーブルが破断することなく、高圧ケーブルの張力の変化に応じて、ドラムに高圧ケーブルを巻き込んだり巻き出したりすることができる。 The cable winch of the present invention is a cable winch mounted on a ship, in which a drum for winding a high-pressure cable, an electric motor for rotationally driving the drum, and the electric motor according to tension applied to the high-pressure cable are used. It is provided with a control means for controlling, a drum rotation means for transmitting the rotation of the electric motor to the drum, and a cable guide means for guiding the winding and unwinding of the high-pressure cable to the drum. That is, according to the present invention, an expensive high-voltage cable composed of electric wires and various signal lines is driven by an electric motor, and the electric motor is controlled according to the tension applied to the high-voltage cable. The high-voltage cable can be wound and unwound on the drum according to the change in the tension of the high-voltage cable without breaking the high-voltage cable.
また、前記制御手段は、マトリクスコンバータ方式を用いて、前記電動モータをインバータ制御する。このため、高圧ケーブルにかかる張力に応じた電動モータの回転速度や回転トルクを制御することができ、高圧ケーブルが断線する可能性を可及的に低く抑えることができ、安定してドラムに高圧ケーブルを巻き込んだり巻き出したりすることができる。 Further, the control means uses a matrix converter method to control the electric motor by an inverter. Therefore, the rotation speed and rotation torque of the electric motor can be controlled according to the tension applied to the high-voltage cable, the possibility of disconnection of the high-voltage cable can be suppressed as low as possible, and the high voltage can be stably applied to the drum. Cables can be rolled up and unwound.
本発明は、高圧ケーブルを巻き回しするドラムと、前記ドラムを回転駆動する電動モータと、前記高圧ケーブルにかかる張力に応じて前記電動モータを制御する制御手段と、前記電動モータの回転を前記ドラムに伝達するドラム回動手段と、前記高圧ケーブルの前記ドラムへの巻き込みや巻き出しをガイドするケーブルガイド手段とを備えた、船舶に搭載されるケーブルウインチに関するものである。 The present invention includes a drum that winds a high-pressure cable, an electric motor that rotationally drives the drum, a control means that controls the electric motor according to the tension applied to the high-pressure cable, and the drum that rotates the electric motor. The present invention relates to a cable winch mounted on a ship, comprising a drum rotating means for transmitting the high-pressure cable to the drum and a cable guiding means for guiding the winding and unwinding of the high-pressure cable to the drum.
以下、本発明のケーブルウインチの実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のケーブルウインチの船舶への搭載を示す斜視図である。図２は、本実施形態のケーブルウインチの構成を示す斜視図である。図３は、本実施形態のケーブルウインチの構成を示す正面図である。図４は、本実施形態のケーブルウインチの構成を示す側面図である。 Hereinafter, embodiments of the cable winch of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing mounting of the cable winch of the present embodiment on a ship. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the cable winch of the present embodiment. FIG. 3 is a front view showing the configuration of the cable winch of the present embodiment. FIG. 4 is a side view showing the configuration of the cable winch of the present embodiment.
なお、以下の説明では、海底の地形等を調査するための調査船に搭載され、ＲＯＶ（遠隔操作によって動く無人探査機）に接続される高圧ケーブルを水中から巻き込んだり水中に巻き出したりするドラムを電動モータで回動するケーブルウインチを一例として説明する。 In the following explanation, a drum that is mounted on a research vessel for investigating the topography of the seabed and that winds up or unwinds a high-pressure cable connected to an ROV (remotely operated vehicle) from underwater. Will be described as an example of a cable winch that is rotated by an electric motor.
本実施形態におけるケーブルウインチの構成を、図１〜図４を参照して説明する。図１に示すように、調査船Ｓの後部甲板Ｄ上に、ケーブルウインチ１と電動モータＭの回転を制御する制御手段である制御装置１０が搭載されている。制御装置１０は、高圧ケーブルＣにかかる張力に応じて、周知のマトリクスコンバータ方式を用いて、電動モータＭをインバータ制御するものであり、図示はしないが、高圧ケーブルＣを滑らかにドラム２から水中（海中）Ｗから巻き込んだり水中Ｗに巻き出したりするための制御する張力の設定値を設定するための設定部等が設けられたものである。すなわち、制御装置１０は高圧ケーブルＣにかかる張力の設定値を維持するために、電動モータＭの回転速度や回転トルクを制御するためのものである。
The configuration of the cable winch in this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. As shown in FIG. 1, a
図２に示すように、ケーブルウインチ１は、基台フレーム４、基台フレーム４の表面にドラム２の四隅を囲むように垂直に立設された４本の縦フレーム４ａ、縦フレーム４ａの略中央部を水平に連結する４本の横フレーム４ｂ、４本の縦フレーム４ａと４本の横フレーム４ｂとにより構成された矩形空間に水平方向に回動可能に設置された高圧ケーブルＣを巻き回すドラム２、ドラム２の一側端に設けられた回動部３ａを回転駆動する電動モータＭ、高圧ケーブルＣのドラム２への巻き込みや巻き出しをガイドするケーブルガイド手段であるガイド機構５、高圧ケーブルＣを構成する電線や信号線の基端を接続する接続部７等から構成されている。
As shown in FIG. 2, the cable winch 1 is an abbreviation for the
基台フレーム４は、鋼板やＨ形鋼の組合せで構成され、上部にドラム２やこれに付設する各種構成を載置する。４本の縦フレーム４ａ及び４本の横フレーム４ｂは、矩形の棒状の鋼材が好適に用いられ、水平方向に回動可能に設置されたドラム２を囲繞する矩形空間を形成する。
The
円筒形状のドラム２は、４本の縦フレーム４ａ及び４本の横フレーム４ｂで構成された矩形空間に、前後の横フレーム４ｂ上に、回動軸２ａを水平方向に回動可能に載置されている。ドラム２の外周には高圧ケーブルＣが巻き回される。円筒形状のドラム２の両側端には、巻き回した高圧ケーブルＣがドラム２の外周から脱落しないように薄板鋼板の円盤状の脱落防止枠３がそれぞれ設けられている。
The
接続部７は、矩形箱型であり内部において、高圧ケーブルＣを構成する電線や各種信号線等の基端が接続される。本実施形態の高圧ケーブルＣの他端は、海底の地形等を調査するためのＲＯＶ（図示せず）に接続されている。このため、高圧ケーブルＣは、ＲＯＶに対して調査船Ｓから電力と各種の指令を送り、ＲＯＶから海底の映像や情報をリアルタイムで調査船に伝送するための電線や複数の各種信号線で構成されている。このため、電線や複数の各種信号線との接続を良好に維持するために接続部７がドラム２の一端側（図４の側面図では左側）に連結して設けられている。
The connection portion 7 has a rectangular box shape, and the base ends of the electric wires and various signal lines constituting the high-voltage cable C are connected inside. The other end of the high-voltage cable C of this embodiment is connected to an ROV (not shown) for investigating the topography of the seabed. For this reason, the high-voltage cable C is composed of electric wires and a plurality of various signal lines for sending electric power and various commands from the research vessel S to the ROV and transmitting images and information on the seabed from the ROV to the research vessel in real time. Has been done. Therefore, in order to maintain good connection with the electric wire and a plurality of various signal lines, the connecting portion 7 is provided connected to one end side (left side in the side view of FIG. 4) of the
図３及び図４に示すように、回動部３ａは、ドラム２の他端側（図４の側面図では右側）に設けられた脱落防止枠３と、その外側に脱落防止枠３と同形状であり、所定間隔（例えば、６０ｍｍ）開けて水平方向に側面視で一体に重なるように設けられた回動枠３ｂと、回動枠３ｂの外周縁端近傍に、同じ間隔（例えば、回動枠３ｂの中心から６度ずつ変位する間隔）で同心円状に複数設けられ、脱落防止枠３と回動枠３ｂとを、所定間隔（例えば、６０ｍｍ）で連結する複数のピンＰとにより構成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
電動モータＭは、インバータ制御可能な減速機付きの電動モータが好適に用いられる。電動モータＭは、モータ基台Ｍｃ上に立設された側面視Ｌ字状の取付板Ｍｂに、電動モータＭの回動軸Ｍａの先端に平歯車Ｇを付設した状態で取付けられる。平歯車Ｇの歯幅は、脱落防止枠３と回動枠３ｂとにより構成される回動部３ａの間隔（例えば、６０ｍｍ）より短く、平歯車Ｇの全歯たけは、回動部３ａを構成する複数のピンＰの間に嵌合する長さとしている。
As the electric motor M, an electric motor with a speed reducer capable of controlling an inverter is preferably used. The electric motor M is attached to a side view L-shaped mounting plate Mb erected on the motor base Mc with a spur gear G attached to the tip of the rotation shaft Ma of the electric motor M. The tooth width of the spur gear G is shorter than the distance (for example, 60 mm) of the
そして、電動モータＭの回動軸Ｍａの回転により、平歯車Ｇの各歯が回動部３ａを構成する複数のピンＰの間に嵌合と離反を繰り返す。つまり、ドラム２の他端側（図４の側面図では右側）に設けられた回動部３ａと電動モータＭの回動軸Ｍａの先端の平歯車Ｇとによりドラム２のドラム回動機構を構成し、電動モータＭの回動軸Ｍａの先端の平歯車Ｇの回転方向とは逆の方向にドラム２が回転することになる。図３に示すように、平歯車Ｇの回転方向が水平方向に右回転の場合は、ドラム２は、高圧ケーブルＣを巻き出す方向に、平歯車Ｇの回転方向が水平方向に左回転の場合は、ドラム２は、高圧ケーブルＣを巻き込む（巻き取る）方向に回転する。
Then, due to the rotation of the rotation shaft Ma of the electric motor M, each tooth of the spur gear G repeats fitting and separation between a plurality of pins P constituting the
本実施形態の電動モータＭの回転をドラム２に伝達するドラム回動手段としてのドラム回動機構は、ラックアンドピニオン型の回動機構といえ、ラックとしての回動部３ａが回動枠３ｂの外周縁端近傍に回動枠３ｂの中心から同心円状に設けられ、ピニオンギアとしての平歯車Ｇの回転を、回動部３ａに伝達することでドラム２を回動させる構成である。
The drum rotation mechanism as a drum rotation means for transmitting the rotation of the electric motor M of the present embodiment to the
本実施形態のケーブルガイド手段であるガイド機構５は、図２及び図３に示すように、ドラム２の他端側（図４の側面図では右側）のドラム回動機構の外側に設けられている。ガイド機構５は、ドラム２の回動軸２ａに連結された平歯車５ａ、ドラム２の高圧ケーブルＣの巻き込み巻き出し側の２本の縦フレーム４ａ間の略中央部に回転自在に配設された円筒形状の回転棒６ｂのドラム２の他端側に連結された平歯車５ｂ、ドラム２の高圧ケーブルＣの巻き込み巻き出し側の２本の縦フレーム４ａの上端に連結された左右の延設フレーム６ｅ、６ｅ間の下端に回転自在に配設された円筒形状の回転棒６ｃのドラム２の他端側に連結された平歯車５ｃ、同じく、左右の延設フレーム６ｅ、６ｅ間の略中央部に回転自在に配設された円筒形状の回転棒６ｄのドラム２の他端側に連結された平歯車５ｄ、平歯車５ａと平歯車５ｂとを同じ回転方向に連結するチェーンＣａ１、平歯車５ｂと平歯車５ｃとを同じ回転方向に連結するチェーンＣａ２、平歯車５ｃと平歯車５ｄとを同じ回転方向に連結するチェーンＣａ３とにより構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
上記構成により、ドラム２の回動軸２ａに連結された平歯車５ａと同じ方向の回転が平歯車５ｂにチェーンＣａ１により伝達され、平歯車５ｂと同じ方向の回転が平歯車５ｃにチェーンＣａ２により伝達され、平歯車５ｃと同じ方向の回転が平歯車５ｄにチェーンＣａ３により伝達される。これにより、ドラム２の回動軸２ａと同じ方向の回転が最終的に平歯車５ｄに伝達される。そして、平歯車５ｄが回転することにより、左右の延設フレーム６ｅ、６ｅ間の略中央部に回転自在に配設された円筒形状の回転棒６ｄがドラム２の回動軸２ａと同じ方向に回転（回動）する。
With the above configuration, the rotation in the same direction as the
このように、ドラム２と同じ向きの回転が回転棒６ｄにも付与され、さらに、図２に示すように、高圧ケーブルＣの下部は回転棒６ｄの上に載置される構成により、図３に示す、ドラム２が高圧ケーブルＣを巻き出す方向に回転する場合は、回転棒６ｄも同じ方向に回転する。また、ドラム２が高圧ケーブルＣを巻き込む（巻き取る）方向に回転する場合は、回転棒６ｄも同じ方向に回転する。
In this way, rotation in the same direction as the
このように、ドラム２の回動軸２ａの回転を、大きさの異なる平歯車５ａ、平歯車５ｂ、平歯車５ｃを介して平歯車５ｄに伝達することで、ギア比の組合せにより、回転棒６ｄの回転速度が、ドラム２の表面（巻き取り面の）の回転速度とほぼ同じになるようにすることができる。つまり、ガイド機構５は、高圧ケーブルＣのドラム２への表面への巻き込みや巻き出しを、回転棒６ｄの回転によりスムーズにガイドすることができる。
In this way, the rotation of the
上述した制御装置１０は、高圧ケーブルＣにかかる張力に応じて、周知のマトリクスコンバータ方式を用いて、電動モータＭをインバータ制御して、高圧ケーブルＣにかかる張力に応じて電動モータＭの回転速度や回転トルクを制御するためのものである。このようにマトリクスコンバータ方式を用いることにより、マトリクスコンバータ回路の直列多重化により、交流電源から電動モータＭを駆動するための電圧を直接出力することができる。これにより、電動モータＭの応答性の良い運転やダイナミックな加減速運転を可能とすることができる。
The
また、マトリクスコンバータ回路により、電動モータＭの減速時に、電動モータＭを発電機として動作させることで発生する回生電力を有効に活用することができるため、省電力（所謂、省エネ）を図ることが可能となる。 Further, since the matrix converter circuit can effectively utilize the regenerative power generated by operating the electric motor M as a generator when the electric motor M is decelerated, it is possible to save power (so-called energy saving). It will be possible.
上述してきた構成のケーブルウインチ１によれば、電線や各種信号線で構成された高価な高圧ケーブルＣを、駆動装置として電動モータＭを用い、更に、この電動モータＭを高圧ケーブルＣにかかる張力に応じて、マトリクスコンバータ方式で制御することにより、高価な高圧ケーブルＣの破断等の事故を可及的に低く抑えることができ、ドラム２への高圧ケーブルＣの巻き込みやドラム２からの高圧ケーブルＣの巻き出しをスムーズに行うことができるケーブルウインチ１を提供することが可能となる。
According to the cable winch 1 having the above-described configuration, an electric motor M is used as a driving device for an expensive high-pressure cable C composed of electric wires and various signal lines, and the tension applied to the high-pressure cable C by the electric motor M. By controlling with the matrix converter method according to the above, accidents such as breakage of the expensive high-pressure cable C can be suppressed as low as possible, and the high-pressure cable C can be caught in the
以上、上記実施形態を通して本発明を説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、上述した各効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 Although the present invention has been described above through the above embodiments, the present invention is not limited thereto. Further, each of the above-mentioned effects is merely a list of the most preferable effects arising from the present invention, and the effects according to the present invention are not limited to those described in the present embodiment.
１ ケーブルウインチ
２ ドラム
３ 脱落防止枠
３ａ 回動部
４ 基台フレーム
５ ガイド機構
７ 接続部
１０ 制御装置
Ｃ 高圧ケーブル
Ｇ 平歯車
Ｓ 船舶
Ｄ 甲板
Ｍ 電動モータ
1
Claims (2)
高圧ケーブルを巻き回しするドラムと、
前記ドラムを回転駆動する電動モータと、
前記高圧ケーブルにかかる張力に応じて前記電動モータを制御する制御手段と、
前記電動モータの回転を前記ドラムに伝達するドラム回動手段と、
前記高圧ケーブルの前記ドラムへの巻き込みや巻き出しをガイドするケーブルガイド手段と、
を備えたことを特徴とするケーブルウインチ。 A cable winch mounted on a ship
A drum that winds a high-voltage cable and
An electric motor that rotationally drives the drum and
A control means for controlling the electric motor according to the tension applied to the high-voltage cable, and
A drum rotating means for transmitting the rotation of the electric motor to the drum,
A cable guide means for guiding the winding and unwinding of the high-voltage cable to the drum, and
A cable winch featuring a.
マトリクスコンバータ方式を用いて、前記電動モータをインバータ制御することを特徴とする請求項１に記載のケーブルウインチ。 The control means
The cable winch according to claim 1, wherein the electric motor is controlled by an inverter using a matrix converter method.
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