JP6204873B2

JP6204873B2 - 電動ウインチ装置

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Inventors: 稗方　孝之; 孝之稗方; 宏明河合; 山下　俊郎; 俊郎山下; 慎太郎笹井; 直人堀; 下村　耕一; 耕一下村
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Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
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Description

本発明は、クレーンに用いられる電動ウインチ装置に関する。

従来、クレーンに搭載されて吊作業（クレーン作業）を行うためのウインチ装置として、電動機により駆動されて吊作業の対象物の巻上を行う電動ウインチ装置が知られている。そして、電動ウインチ装置として、対象物の巻下時にその対象物の降下による運動エネルギを電気エネルギに変換して回収する回生機能を備えたものが知られている。

下記特許文献１には、このような回生機能を備えた電動ウインチ装置の一例が開示されている。特許文献１に開示された電動ウインチ装置は、フックブロックを吊り下げるワイヤを巻き取る巻取りドラムと、その巻取りドラムをフックブロックの巻上方向に回転させる電動機とを備える。フックブロックの巻下時には、電動機が回生電力を発生し、その発生した回生電力が電動機に接続された電力消費系統で消費されるようになっている。

特開２０１２−１２１６７５号公報

ところで、移動式クレーンでは、対象物を自由落下に近い状態で降下させる対象物のフリーフォールを実施可能な電動ウインチ装置が用いられる場合がある。このような電動ウインチ装置が上記のような回生機能を備えていると、対象物のフリーフォール時に電動機で回生電力が生成される。

対象物のフリーフォール時の降下速度は、対象物の巻上時の速度に比べて大きくなるため、対象物のフリーフォール時に電動機で回生される回生電力は、対象物の巻上時に電動機に供給される力行電力よりも大きくなる。対象物の高さ位置が高いほど、その高さ位置からのフリーフォール時に電動機で回生される回生電力と、その高さ位置へ対象物を巻き上げるのに電動機が必要とする力行電力との差は、より大きくなる。

以上のように対象物のフリーフォール時の回生電力が対象物の巻上時の力行電力よりも大きくなることから、電動機の定格電力や最大電力等の許容電力は対象物のフリーフォール時の回生電力の最大値に基づいて設定せざるを得ない。しかも、上記のように対象物のフリーフォール時の回生電力と対象物の巻上時の力行電力との差が拡大する場合、すなわち対象物のフリーフォール時の回生電力の最大値が増大する場合には、それに対応できるように電動機の許容電力として非常に大きな値が要求される。

従って、フリーフォール機能を備えていない従来の電動ウインチ装置で用いられていた電動機では対応できず、フリーフォール時の回生電力に対応可能な大きな許容電力を有する電動機が必要になる。このような許容電力の大きい電動機は、大型で且つ高価である。また、許容電力の大きい電動機を制御するためには、インバータ等の制御用部品も大型で高価なものが必要となる。従って、電動ウインチ装置が大型化するとともにその製造コストが増大する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回生機能を備えるとともに対象物のフリーフォールを実施可能なクレーンの電動ウインチ装置について大型化及び製造コストの増大を防止することである。

上記目的を達成するため、本発明による電動ウインチ装置は、クレーンに設けられて対象物の巻上及び巻下を行う電動ウインチ装置であって、前記対象物の巻上又は巻下のために回転するウインチドラムと、前記対象物の巻上時に前記ウインチドラムを巻上方向に回転させる一方、前記対象物のフリーフォール時の前記ウインチドラムの巻下方向への回転力が伝達されることにより回生電力を生成する電動機と、前記電動機と前記ウインチドラムとの間で回転力を伝達可能となるように設けられ、前記フリーフォール時における前記ウインチドラムの巻下方向への回転力の前記電動機側への伝達率を変更可能に構成された伝達装置と、前記対象物のフリーフォールによる仕事率を算出する仕事率算出部と、前記伝達装置の前記伝達率の変更のための動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記仕事率算出部によって算出される前記仕事率が前記電動機の許容電力に応じて設定された基準電力を超えている場合には、前記伝達装置に前記電動機側への前記ウインチドラムの回転力の伝達率を前記電動機が生成する回生電力が前記基準電力以下になるような伝達率に変更させる。

この電動ウインチ装置では、対象物のフリーフォールによる仕事率が電動機の許容電力に応じて決まる基準電力を超えている場合には、伝達装置による電動機側へのウインチドラムの回転力の伝達率が、電動機が生成する回生電力が基準電力以下になるような伝達率に変更される。このため、許容電力の大きい大型の電動機を用いなくても、対象物のフリーフォール時に電動機で生成される回生電力が基準電力を超えることはない。このため、電動ウインチ装置の大型化及び製造コストの増大を防止できる。また、許容電力の大きい電動機を制御するための大型で高価な制御用部品も不要となるので、この点でも、電動ウインチ装置の大型化及び製造コストの増大を防止できる。

上記電動ウインチ装置において、前記対象物のフリーフォールを停止させるために操作されるブレーキ操作部と、前記対象物の降下速度を遂次導出する速度導出部とをさらに備え、前記仕事率算出部は、前記対象物のフリーフォールを停止させるための前記ブレーキ操作部の操作が行われたタイミングで前記速度導出部によって導出された降下速度に基づいて、当該タイミングでの前記対象物の仕事率を前記対象物のフリーフォールによる仕事率として算出してもよい。

この構成によれば、対象物のフリーフォールの停止操作時における対象物の正確な降下速度に応じた仕事率をウインチドラムの回転力の電動機側への伝達率の制御に反映できる。このため、フリーフォール中の対象物の実際の降下速度に応じた電動機側へのウインチドラムの回転力の伝達率の正確な制御を実施できる。

上記電動ウインチ装置において、前記対象物のフリーフォールを停止させるために操作されるブレーキ操作部と、前記対象物のフリーフォールの開始時点で当該対象物のフリーフォールの最大距離を導出する距離導出部とをさらに備え、前記仕事率算出部は、前記距離導出部によって導出された前記最大距離に基づいて前記対象物のフリーフォール中の上限の仕事率を前記対象物のフリーフォールによる仕事率として算出し、前記制御部は、前記対象物のフリーフォールを停止させるための前記ブレーキ操作部の操作が行われた後、前記仕事率算出部によって算出された前記上限の仕事率が前記基準電力を超えている場合に、前記伝達装置に前記電動機側への前記ウインチドラムの回転力の伝達率を前記電動機が生成する回生電力が前記基準電力以下になるような伝達率に変更させてもよい。

この構成によれば、例えば対象物の降下速度を示す速度指標値を計測してその計測した速度指標値に基づいて仕事率を算出する場合に比べて、ブレーキ操作部が操作されてから伝達装置による回転力の伝達率を変更する制御が実行されるまでの応答性を向上できる。具体的に、対象物の速度指標値を実際に計測する場合には、その計測に遅れが生じる場合があり、その結果、仕事率の算出が遅れて仕事率が基準電力を超えているか否かの判断が遅れる。このため、伝達装置に電動機側へのウインチドラムの回転力の伝達率を電動機による回生電力が基準電力以下になるような伝達率に変更させる制御が実行されるのが遅れる。これに対し、本構成では、対象物のフリーフォールの開始時点で導出されたフリーフォールの最大距離に基づいて算出される対象物のフリーフォール中の上限の仕事率が、ブレーキ操作部の操作が行われた後の伝達装置による電動機側への回転力の伝達率の変更制御を行うことを決定する基準として用いられるため、ブレーキ操作部が操作されてから伝達装置による回転力の伝達率を変更する制御が実行されるまでの遅れが大きくなるのを防止できる。このため、ブレーキ操作部が操作されてから伝達装置による回転力の伝達率を変更する制御が実行されるまでの応答性を向上できる。

この場合において、前記仕事率算出部は、前記対象物が前記距離導出部によって導出された前記最大距離だけフリーフォールした場合に達する降下速度である予測最大速度を算出するとともに、その算出した前記予測最大速度に前記対象物が達した場合の当該対象物の仕事率である予測最大仕事率を算出し、前記制御部は、前記予測最大仕事率が前記基準電力以下である場合には、前記伝達装置に前記ウインチドラムの回転力を１００％の伝達率で前記電動機側へ伝達させることが好ましい。

この構成によれば、対象物のフリーフォールの開始時点で予測最大仕事率に基づいて電動機が生成する回生電力が基準電力を超えないことを判断でき、伝達装置に１００％の伝達率でウインチドラムの回転力を電動機側へ伝達させることができる。このため、対象物のフリーフォール中における制御部での複雑な判断処理が不要となり、制御部での処理を簡素化できる。

上記電動ウインチ装置において、前記伝達装置は、前記ウインチドラムと一体的に回転する第１回転部と、前記電動機の駆動軸と共に回転する第２回転部と、前記第１回転部と前記第２回転部との間の結合状態を変更する変更装置とを有し、前記制御部は、前記仕事率算出部によって算出される前記仕事率が前記基準電力を超えている場合には、前記変更装置に前記第１回転部と前記第２回転部との間の結合状態を前記第１回転部が前記第２回転部に対して空転して前記第２回転部の回転速度が前記第１回転部の回転速度よりも低くなる結合状態に変更させることにより前記伝達装置の前記伝達率を低減させてもよい。

この構成によれば、対象物のフリーフォールによる仕事率が電動機の基準電力を超えている場合に電動機側へのウインチドラムの回転力の伝達率を低減して電動機の過負荷を防止するための伝達装置及び制御部の具体的な構成を提供できる。

上記電動ウインチ装置において、前記伝達装置は、前記ウインチドラムと一体的に回転する第１回転部と、前記電動機の駆動軸と共に回転する第２回転部と、前記第１回転部と前記第２回転部との間の結合と分離とを切り換える切換装置とを有し、前記制御部は、前記仕事率算出部によって算出される前記仕事率が前記基準電力を超えている場合には、前記切換装置に前記第１回転部と前記第２回転部とを互いに分離させることにより前記伝達装置の前記伝達率を０％に低減させてもよい。

この構成によれば、対象物のフリーフォールによる仕事率が電動機の基準電力を超えている場合に電動機側へのウインチドラムの回転力の伝達率を低減して電動機の過負荷を防止するための伝達装置及び制御部の具体的な構成を提供できる。また、この構成では、伝達装置の切換装置に第１回転部と第２回転部とが互いに結合された状態からそれらを互いに分離させるだけで電動機側へのウインチドラムの回転力の伝達率を低減させるため、第１回転部と第２回転部との結合状態を徐々に微調節するような制御を行う場合に比べて簡便な制御で電動機の過負荷を防止できる。

上記伝達装置が第１回転部と第２回転部と変更装置又は切換装置とを有する構成において、前記伝達装置は、湿式クラッチであってもよい。

湿式クラッチは、乾式クラッチに比べて耐久性が高いため、この構成によれば、耐久性の高い伝達装置を得ることができる。その結果、電動ウインチ装置の耐久性を向上できる。

以上説明したように、本発明によれば、回生機能を備えるとともに対象物のフリーフォールを実施可能なクレーンの電動ウインチ装置の大型化及び製造コストの増大を防止することができる。

本発明の第１実施形態による電動ウインチ装置の構成の概略図である。第１実施形態による電動ウインチ装置のコントローラの機能ブロック図である。第１実施形態による電動ウインチ装置における対象物のフリーフォールの停止時の動作を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態による電動ウインチ装置の構成を部分的に示す概略図である。第２実施形態による電動ウインチ装置のコントローラの機能ブロック図である。第２実施形態による電動ウインチ装置における対象物のフリーフォールの開始から停止までの動作を示すフローチャートである。第２実施形態の第１変形例による電動ウインチ装置における対象物のフリーフォールの開始から停止までの動作を示すフローチャートである。第２実施形態の第２変形例による電動ウインチ装置における対象物のフリーフォールの開始から停止までの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態による電動ウインチ装置の構成について説明する。

この第１実施形態による電動ウインチ装置は、クレーンに設けられ、吊荷１００（図１参照）の巻上／巻下を行う吊荷用ウインチ装置として用いられるものである。電動ウインチ装置が設けられるクレーンは、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２（図１参照）を備えている。ブーム２の先端からは、ワイヤロープである吊ロープ４を介してフック装置６が吊り下げられ、そのフック装置６によって吊荷１００が吊られるようになっている。以下、フック装置６及びそれに吊られた吊荷１００を一体として巻上／巻下の対象物１０２という。電動ウインチ装置は、図略のクレーン本体に搭載され、吊ロープ４を介して対象物１０２の巻上／巻下を行う。

以下、第１実施形態による電動ウインチ装置の具体的な構成について説明する。

第１実施形態の電動ウインチ装置は、対象物１０２のフリーフォールを実施可能に構成されているとともに、対象物１０２の降下による運動エネルギを電力に変換して回収する回生機能を備える。なお、対象物１０２のフリーフォールとは、対象物１０２を自由落下に近い状態で降下させることをいう。電動ウインチ装置は、図１に示すように、ドラム１２と、電動機１４と、減速機１６と、クラッチ１７と、電源１８と、インバータ２０と、回生抵抗２２と、操作レバー装置２６と、ブレーキペダル装置２８と、コントローラ３０と、荷重計３２と、ドラム回転計３６と、ブーム角度計３８とを備える。

ドラム１２（図１参照）は、電動機１４により駆動されてフック装置６の巻上／巻下のために回転するウインチドラムである。すなわち、ドラム１２は、電動機１４により駆動されて対象物１０２の巻上／巻下を行う。ドラム１２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吊ロープ４を巻き取り、それによって対象物１０２を巻き上げる。また、ドラム１２は、巻上方向と逆の回転方向である巻下方向に回転することにより吊ロープ４を繰り出し、それによって対象物１０２を巻き下げる。対象物１０２のフリーフォール時には、ドラム１２は巻下方向に回転し、対象物１０２を降下させる。ドラム１２には、第１回転軸１２ａが当該ドラム１２と同軸となるように固定されている。第１回転軸１２ａは、ドラム１２と一体的に回転する。また、第１回転軸１２ａのドラム１２と反対側の端部は、クラッチ１７に接続されている。

電動機１４（図１参照）は、電力が供給されることによって作動し、対象物１０２の巻上時にはドラム１２を巻上方向に回転させる。また、電動機１４は、対象物１０２の巻下時にはドラム１２を巻下方向に回転させる。また、電動機１４は、対象物１０２のフリーフォール時には、ドラム１２の巻下方向への回転力が伝達されることにより対象物１０２の巻上時とは逆回転で作動する。電動機１４は、対象物１０２の巻下時及びフリーフォール時には、発電機として機能し、回生電力を生成する。電動機１４の駆動軸１４ａは、減速機１６に接続されている。

減速機１６（図１参照）は、クラッチ１７に接続された第２回転軸１６ａを備えている。減速機１６は、電動機１４の駆動軸１４ａの回転力を所定の減速比で減速して第２回転軸１６ａを介してクラッチ１７及びドラム１２側へ伝達する。

クラッチ１７（図１参照）は、電動機１４とドラム１２との間、具体的には減速機１６とドラム１２との間で回転力を伝達可能となるように設けられている。クラッチ１７は、対象物１０２のフリーフォール時のドラム１２の巻下方向への回転力の電動機１４側への伝達率を変更可能に構成されている。クラッチ１７は、本発明の伝達装置の一例である。

クラッチ１７は、第１クラッチ板１７ａと、第２クラッチ板１７ｂと、クラッチ駆動部１７ｃとを有する。第１クラッチ板１７ａは、第１回転軸１２ａのドラム１２と反対側の端部に固定されており、第１回転軸１２ａ及びドラム１２と一体的に回転する。第２クラッチ板１７ｂは、第２回転軸１６ａの減速機１６と反対側の端部に固定されており、第２回転軸１６ａと一体的に回転する。第２クラッチ板１７ｂは、第２回転軸１６ａと一体的に回転することにより、減速機１６を介して電動機１４の駆動軸１４ａと共に回転する。第１クラッチ板１７ａは、本発明の第１回転部の一例であり、第２クラッチ板１７ｂは、本発明の第２回転部の一例である。

クラッチ駆動部１７ｃ（図１参照）は、第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとの間の結合状態を変更するためのものである。クラッチ駆動部１７ｃは、本発明の変更装置の一例である。クラッチ駆動部１７ｃが第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとの間の結合状態を変更することにより、クラッチ１７による電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達率を変更するようになっている。

具体的に、クラッチ駆動部１７ｃは、第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂを回転軸１２ａ，１６ａの軸方向において互いに接離する方向に駆動可能に構成されている。クラッチ駆動部１７ｃは、コントローラ３０と電気的に接続されており、コントローラ３０の制御部４６からの制御信号に応じて第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとを互いに接離する方向に駆動する。それによって、クラッチ板１７ａ，１７ｂ同士の結合状態を変更する。

対象物１０２の通常の巻上時及び巻下時には、クラッチ１７は第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂが同じ回転速度で一体的に回転する直結状態にされる。一方、対象物１０２のフリーフォール時には、コントローラ３０の制御部４６からの制御信号に応じて第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとの結合状態が調節される。

電源１８（図１参照）は、インバータ２０を介して電動機１４に電気接続されており、インバータ２０を介して電動機１４へ電力を供給する。電源１８としては、クレーンに搭載されたバッテリや、外部電源等が用いられる。

インバータ２０（図１参照）は、コントローラ３０からの指令に応じて電動機１４の作動を制御する。具体的に、インバータ２０は、コントローラ３０からの指令に応じて電動機１４に供給する電流の大きさを変更することにより、電動機１４の回転速度及び回転量を制御し、それによって対象物１０２の巻上速度及び巻上量を制御する。

回生抵抗２２（図１参照）は、インバータ２０に電気接続されている。回生抵抗２２は、対象物１０２の通常の巻下時及びフリーフォール時に電動機１４により生成される回生電力のうち電源１８で吸収しきれない電力を消費する。

操作レバー装置２６（図１参照）は、電動ウインチ装置による対象物１０２の巻上／巻下の動作を操作者が指示するために用いるものである。操作レバー装置２６は、ドラム１２の巻上方向への回転、巻下方向への回転又は回転の停止を指示するために操作者により操作されるレバー２６ａを備える。レバー２６ａは、ドラム１２の回転の停止を指示する中立位置から対象物１０２の巻上方向へのドラム１２の回転を指示するための一方側である巻上側と、中立位置から対象物１０２の巻下方向へのドラム１２の回転を指示するための他方側（巻上側と反対側）である巻下側とに操作可能となっている。操作レバー装置２６は、レバー２６ａの操作方向と中立位置からの操作量とを示す情報をコントローラ３０へ出力する。

ブレーキペダル装置２８（図１参照）は、対象物１０２のフリーフォール時にその対象物１０２の降下を停止させるための指令をコントローラ３０へ出力する装置である。ブレーキペダル装置２８は、対象物１０２のフリーフォールを停止させるために操作者によって操作されるブレーキペダル２８ａを備える。ブレーキペダル２８ａは、本発明によるブレーキ操作部の一例である。以下、ブレーキペダル２８ａを単にペダル２８ａという。

ブレーキペダル装置２８は、ペダル２８ａの操作状態を示す信号をコントローラ３０へ出力する。具体的に、ペダル２８ａは、操作者によって操作されていない状態、すなわち踏み込まれていない状態では最も浮き上がった基準位置に配置されている。この状態では、ブレーキペダル装置２８は、ペダル２８ａの操作量が０であることを示す信号をコントローラ３０へ出力する。そして、ペダル２８ａが操作者によって基準位置から操作される（踏み込まれる）と、ブレーキペダル装置２８は、そのペダル２８ａの基準位置からの操作量（踏込量）を示す信号をコントローラ３０へ出力する。ペダル２８ａが基準位置に配置された状態が対象物１０２のフリーフォールの停止を指示する状態であり、ペダル２８ａが踏み込まれた状態が対象物１０２のフリーフォールの実施を指示する状態である。

電動ウインチ装置では、レバー２６ａの操作に応じて対象物１０２の巻上／巻下が行われる通常操作モードと、対象物１０２のフリーフォールを実施するためのフリーフォールモードとを選択可能になっている。ブレーキペダル装置２８は、フリーフォールモードが選択されているときに用いられる。通常操作モードが選択されているときには、ペダル２８ａが操作されてもその操作は無効になる。

コントローラ３０（図１参照）は、ドラム１２がレバー２６ａの操作に応じた回転を行うように電動機１４の動作を制御するとともに、ペダル２８ａの操作に応じたクラッチ１７の動作制御を行う。具体的には、コントローラ３０は、操作レバー装置２６からレバー２６ａの操作方向及び操作量を示す情報が入力されることに応じて、インバータ２０を制御することにより、電動機１４が操作レバー装置２６から入力された情報に応じた回転をドラム１２に行わせるような電流をインバータ２０から電動機１４に供給させる。また、コントローラ３０は、ブレーキペダル装置２８から入力される信号に応じてクラッチ１７における第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとの間の結合状態を制御する。コントローラ３０の詳細な内部構成については、後述する。

荷重計３２（図１参照）は、吊ロープ４を介してドラム１２に掛かる荷重を検出する。具体的には、荷重計３２は、吊ロープ４の張力を検出する。荷重計３２は、吊ロープ４の張力を逐次検出しており、その検出した張力のデータをコントローラ３０へ逐次出力する。

ドラム回転計３６（図１参照）は、ドラム１２の単位時間当たりの回転数を検出するものである。ドラム回転計３６は、ドラム１２の回転数を逐次検出しており、その検出した回転数のデータをコントローラ３０へ逐次出力する。

図２には、コントローラ３０の内部構成が示されている。次に、図２を参照して、コントローラ３０の内部構成について説明する。

コントローラ３０は、機能ブロックとしての仕事率算出部４２、速度演算部４４及び制御部４６を有する。

仕事率算出部４２は、対象物１０２（図１参照）のフリーフォールによる仕事率を算出する。この第１実施形態では、仕事率算出部４２は、対象物１０２のフリーフォールを停止させるためのペダル２８ａ（図１参照）のブレーキオン操作が行われたタイミングで速度演算部４４によって算出された降下速度に基づいてそのタイミングでの対象物１０２の仕事率を対象物１０２のフリーフォールによる仕事率として算出する。

速度演算部４４（図２参照）は、ドラム回転計３６によって検出されるドラム１２（図１参照）の単位時間当たりの回転数（回転速度）に基づいて対象物１０２の降下速度を遂次算出する。この速度演算部４４とドラム回転計３６によって、対象物１０２の降下速度を遂次導出する速度導出部４８（図２参照）が構成されている。

制御部４６（図２参照）は、対象物１０２のフリーフォールを開始させるためのペダル２８ａ（図１参照）のブレーキオフ操作が行われたことによりブレーキペダル装置２８からコントローラ３０に入力される信号に応じて、クラッチ駆動部１７ｃに第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとを分離させる制御を行う。

また、制御部４６（図２参照）は、対象物１０２のフリーフォールの停止時にはクラッチ１７（図１参照）の回転力の伝達率の変更のための動作を制御する。具体的には、制御部４６（図２参照）は、ペダル２８ａのブレーキオン操作が行われたタイミングで仕事率算出部４２によって算出された仕事率が電動機１４の許容電力に応じて設定された基準電力を超えている場合には、クラッチ１７に電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達率を電動機１４が生成する回生電力が基準電力以下になるような伝達率に低減させる。より具体的には、制御部４６は、仕事率算出部４２によって算出された仕事率が基準電力を超えている場合には、クラッチ駆動部１７ｃに第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとの結合状態を第１クラッチ板１７ａが第２クラッチ板１７ｂに対して摺動しながら空転して第２クラッチ板１７ｂの回転速度が第１クラッチ板１７ａの回転速度よりも低くなるような結合状態に調節させる。その結果、クラッチ１７によるドラム１２の巻下方向への回転力の電動機１４側への伝達率が低減する。

なお、電動機１４の許容電力は、電動機１４の定格電力又は最大電力である。また、電動機１４の基準電力は、予め設定された設定値である。この基準電力は、電動機１４の許容電力に等しい電力値に設定されるか、又は、電動機１４の許容電力に１よりも小さい安全率を掛けて算出された電力値に設定される。

また、制御部４６は、ペダル２８ａのブレーキオン操作が行われたタイミングで仕事率算出部４２によって算出された対象物１０２の仕事率が基準電力以下である場合には、クラッチ１７にドラム１２の回転力を１００％の伝達率で電動機１４側へ伝達させる。具体的には、制御部４６は、仕事率算出部４２によって算出された対象物１０２の仕事率が基準電力以下である場合には、クラッチ駆動部１７ｃに第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとが同じ速度で一体的に回転するように第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとを密着させる。すなわち、クラッチ１７が直結状態にされる。

次に、図３のフローチャートを参照して、第１実施形態による電動ウインチ装置の動作について説明する。具体的には、対象物１０２のフリーフォールを停止させるときの電動ウインチ装置の動作について説明する。

まず、初期状態において、操作者によりブレーキペダル装置２８のペダル２８ａが基準位置からほぼ最大に踏み込まれてクラッチ１７の第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂが互いに分離し、その状態で対象物１０２がフリーフォールするとともにドラム１２が巻下方向にフリーに回転している。この状態から、操作者により対象物１０２のフリーフォールを停止させるためのブレーキオン操作が行われる（ステップＳ１）。すなわち、操作者が踏み込んでいたペダル２８ａを基準位置へ戻す。

このブレーキオン操作が行われたことに応じて、速度導出部４８が対象物１０２の降下速度を導出する（ステップＳ２）。具体的には、ドラム回転計３６により検出されたドラム１２の単位時間当たりの回転数のデータ、換言すればドラム１２からの吊ロープ４の繰り出し速度のデータに基づいて、速度演算部４４が対象物１０２の降下速度を算出する。

その後、仕事率算出部４２は、次式（１）に基づいて、対象物１０２のフリーフォールによる仕事率Ｐ（ｔ）を算出する（ステップＳ３）。

この式（１）において、ｍは対象物１０２の質量であり、ｇは重力加速度である。また、ｖ（ｔ）は、対象物１０２のフリーフォール開始の時点から経過した時間ｔにおける対象物１０２の降下速度である。この降下速度ｖ（ｔ）として、上記ステップＳ２で導出された降下速度が用いられる。

次に、制御部４６は、仕事率算出部４２により算出された仕事率Ｐ（ｔ）が電動機１４の許容電力に応じて予め設定された基準電力を超えているか否かを判断する（ステップＳ４）。

制御部４６は、仕事率Ｐ（ｔ）が基準電力を超えていると判断した場合には、次に、電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達率を調節するためのクラッチ１７の制御を行う（ステップＳ５）。具体的には、制御部４６は、ドラム１２の回転力が所定の小さい伝達率で電動機１４側へ伝達されるようにクラッチ駆動部１７ｃに第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂを相互にわずかに接触させる。これにより、ドラム１２と一体的に回転する第１クラッチ板１７ａが第２クラッチ板１７ｂに対して摺動しながら空転しつつ、第１クラッチ板１７ａの回転力が所定の小さい伝達率で第２クラッチ板１７ｂに伝達される。

第２クラッチ板１７ｂに伝達された回転力は、第２回転軸１６ａ、減速機１６及び駆動軸１４ａを介して電動機１４に伝達され、電動機１４を発電機として作動させる。これにより、電動機１４が前記仕事率Ｐ（ｔ）に比べて非常に小さく且つ前記基準電力よりも小さい回生電力を生成する。この生成された回生電力は、電源１８で吸収されたり、回生抵抗２２で消費されたりし、その結果、電動機１４で回生制動力が生じる。この回生制動力は、駆動軸１４ａから減速機１６、第２回転軸１６ａ、第２クラッチ板１７ｂ、第１クラッチ板１７ａ及び第１回転軸１２ａを介してドラム１２に作用する。このため、ドラム１２の巻下方向への回転にわずかに制動が掛かり、ドラム１２の回転速度がわずかに低下するとともに対象物１０２の降下速度がわずかに低下する。

一方、制御部４６は、上記ステップＳ４で仕事率Ｐ（ｔ）が基準電力を超えていない、すなわち仕事率Ｐ（ｔ）が基準電力以下であると判断した場合には、クラッチ１７を直結状態にする（ステップＳ６）。すなわち、クラッチ１７がドラム１２の回転力を１００％の伝達率で電動機１４側へ伝達する状態にする。具体的には、制御部４６は、クラッチ駆動部１７ｃに第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂが同じ回転速度で一体的に回転するように両クラッチ板１７ａ，１７ｂ同士を密着させる。この場合、電動機１４側へ１００％の伝達率で伝達された回転力により電動機１４が発電機として作動して回生電力を生成する。しかし、上記ステップＳ３で算出された対象物１０２の仕事率Ｐ（ｔ）が、理論上、生成可能な最大限の回生電力に相当するとともに、上記ステップＳ４で仕事率Ｐ（ｔ）が基準電力を超えていないと判断されていることから、この場合に電動機１４が生成する回生電力が基準電力を超えることはない。

また、クラッチ１７が直結状態になることにより、クラッチ１７は、電動機１４側からの回生制動力を１００％の伝達率でドラム１２側へ伝達する。その結果、ドラム１２の巻下方向への回転速度及び対象物１０２の降下速度が急速に低下し、最終的に対象物１０２のフリーフォールが停止する。

一方、上記ステップＳ５の後、ステップＳ２以降の処理が再度行われる。ステップＳ２〜Ｓ５のプロセスは、仕事率算出部４２によって算出される対象物１０２の仕事率Ｐ（ｔ）が基準電力以下になるまで繰り返し行われる。この繰り返し行われるプロセスの各ステップＳ５では、制御部４６が、クラッチ１７による回転力の伝達率が少しずつ大きくなるようにクラッチ駆動部１７ｃに第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとの密着度を徐々に強くさせる。これにより、電動機１４が生成する回生電力が徐々に増加するが、ステップＳ５で制御部４６がクラッチ駆動部１７ｃにクラッチ板１７ａ，１７ｂ同士を密着させる強さを少しずつ大きくさせることにより、電動機１４が生成する回生電力のピークが基準電力を超えないようにする。

また、クラッチ板１７ａ，１７ｂ同士の密着度が徐々に強くなるにつれて、ドラム１２に伝達される回生制動力が徐々に大きくなり、ドラム１２の巻下方向への回転速度及び対象物１０２の降下速度が徐々に低下する。その結果、ステップＳ３で仕事率算出部４２によって算出される仕事率Ｐ（ｔ）が減少し、最終的にステップＳ４で仕事率Ｐ（ｔ）が基準電力以下であると判断され、ステップＳ６でクラッチ１７が直結状態にされる。従って、この場合も、電動機１４が生成する回生電力が基準電力を超えることはなく、また、電動機１４側からの回生制動力により、ドラム１２の巻下方向への回転及び対象物１０２のフリーフォールが停止される。

以上のようにして、対象物１０２のフリーフォールを停止させるときの電動ウインチ装置の動作が行われる。

この第１実施形態では、対象物１０２のフリーフォールによる仕事率Ｐ（ｔ）が電動機１４の許容電力に応じて決まる基準電力を超えている場合には、クラッチ１７が、ドラム１２の回転力を電動機１４が生成する回生電力が基準電力以下になるような伝達率で電動機１４側へ伝達する。このため、電動機１４として許容電力の大きい大型の電動機を用いなくても、対象物１０２のフリーフォール時に電動機１４で生成される回生電力が電動機１４の基準電力以下に低減される。このため、電動機１４の大型化に伴う電動ウインチ装置の大型化及び製造コストの増大を防止できる。また、許容電力の大きい電動機を制御するための大型で高価な制御用部品も不要となるので、この点でも、電動ウインチ装置の大型化及び製造コストの増大を防止できる。

また、この第１実施形態では、仕事率算出部４２が対象物１０２のフリーフォールを停止させるためのペダル２８ａの操作が行われたタイミングで速度導出部４８によって導出された降下速度での対象物１０２の仕事率Ｐ（ｔ）を対象物１０２のフリーフォールによる仕事率として算出し、その算出された仕事率Ｐ（ｔ）に基づいてクラッチ１７の制御が行われる。このため、対象物１０２のフリーフォールの停止操作時における対象物１０２の正確な降下速度に応じた仕事率Ｐ（ｔ）をクラッチ１７によるドラム１２の回転力の電動機１４側への伝達率の制御に反映できる。その結果、フリーフォール中の対象物１０２の実際の降下速度に応じた電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達率の正確な制御を実施できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による電動ウインチ装置では、対象物１０２のフリーフォール開始時点における高さに基づいて、フリーフォール中の対象物１０２の上限の仕事率を演算によって求め、その求めた仕事率に基づいてクラッチ１７による回転力の伝達率の変更制御を行うか否かを判断する。

図４には、この第２実施形態による電動ウインチ装置の構成が部分的に示されており、図５には、第２実施形態による電動ウインチ装置のコントローラ３０に係る構成が示されている。以下、図４及び図５を参照して、第２実施形態による電動ウインチ装置の構成について説明する。

第２実施形態による電動ウインチ装置は、図４に示すように、ドラム１２に制動力を付与するための補助ブレーキ５２を備える。補助ブレーキ５２としては、機械的な公知の各種ドラムブレーキが用いられる。補助ブレーキ５２は、図５に示すように、コントローラ３０の制御部４６と電気的に接続されており、制御部４６からの制御信号に応じてドラム１２に制動力を付与するオン状態とドラム１２に対して制動力を付与しないオフ状態とに切り換わる。

また、この第２実施形態では、コントローラ３０は、距離算出部５４（図５参照）を有する。

距離算出部５４は、対象物１０２のフリーフォールの開始時点で対象物１０２のフリーフォールの最大距離を算出する。具体的には、距離算出部５４は、対象物１０２のフリーフォールの開始時点での対象物１０２の高さ位置である初期高さ位置から対象物１０２が降下し得る最低の高さ位置である地面までの距離を、対象物１０２のフリーフォールの最大距離として算出する。より具体的には、距離算出部５４は、ブーム角度計３８によって検出されたブーム２の起伏角度のデータと、ドラム回転計３６によって検出されたドラム１２の回転量のデータと、その他の設定値とを用いて、初期高さ位置にある対象物１０２の下面の地面からの高さＨをフリーフォールの最大距離として算出する。従って、この第２実施形態では、距離算出部５４とブーム角度計３８とドラム回転計３６とによって、フリーフォールの開始時点で対象物１０２のフリーフォールの最大距離を導出する距離導出部５５が構成されている。

そして、この第２実施形態では、仕事率算出部４２は、距離算出部５４によって算出されたフリーフォールの最大距離に基づいて、対象物１０２のフリーフォール中の上限の仕事率Ｐ（ｈ）を算出する。

制御部４６は、仕事率算出部４２によって算出された上限の仕事率Ｐ（ｈ）に基づいて、クラッチ１７による電動機１４側への回転力の伝達率を直結状態よりも低い伝達率に調節するクラッチ１７の制御と補助ブレーキ５２をオン状態に切り換える制御を行うか、又は、クラッチ１７を直結状態にする制御を行うかを決定する。また、この第２実施形態では、制御部４６は、対象物１０２の実際の降下速度に応じた仕事率Ｐ（ｔ）に基づいてクラッチ１７による回転力の伝達率を徐々に増加させる上記第１実施形態のクラッチ１７の制御は行わない。この第２実施形態での制御部４６によるクラッチ１７の制御の詳細については後述する。

この第２実施形態による電動ウインチ装置の上記以外の構成は、上記第１実施形態による電動ウインチ装置の構成と同様である。

次に、図６のフローチャートを参照して、第２実施形態による電動ウインチ装置の動作について説明する。

まず、初期状態では、クラッチ１７（図４参照）が直結状態になっているとともに補助ブレーキ５２がオン状態になっており、対象物１０２がブーム２の先端部から宙吊りの状態で停止している。その状態から、操作者により、対象物１０２のフリーフォールを開始させるためのブレーキオフ操作が行われる（ステップＳ１１）。具体的には、操作者が基準位置にあるペダル２８ａ（図１参照）を踏み込む。これに応じて、制御部４６（図５参照）が、クラッチ駆動部１７ｃにクラッチ板１７ａ，１７ｂ（図４参照）同士を分離させてクラッチ１７を切断状態にするとともに、補助ブレーキ５２をオフ状態にする。その結果、ドラム１２が巻下方向に回転を開始するとともに対象物１０２のフリーフォールが開始される。

ブレーキオフ操作が行われたことに応じて、コントローラ３０の距離算出部５４（図５参照）は、対象物１０２のフリーフォールの最大距離を算出する（ステップＳ１２）。具体的には、距離算出部５４は、対象物１０２のフリーフォールの最大距離として、対象物１０２が宙吊りで停止していた初期状態におけるその対象物１０２の下面の地面からの高さＨ（図４参照）を算出する。詳しくは、距離算出部５４は、以下のようにして初期高さＨを算出する。

距離算出部５４は、設定値であるブーム２の軸方向の長さ及びブーム２の基端部の地面からの高さと、ブーム角度計３８（図５参照）によって検出されたブーム２の起伏角度とに基づいてブーム２の先端部の地面からの高さを算出する。また、距離算出部５４は、ドラム回転計３６（図５参照）によって検出されたドラム１２の回転量のデータから吊ロープ４のドラム１２からの繰り出し長さを算出し、その算出した繰り出し長さに基づいてブーム２の先端部から下方への対象物１０２の吊下距離を算出する。そして、距離算出部５４は、ブーム２の先端部の高さから対象物１０２の吊下距離と設定値である対象物１０２の上下方向の寸法を減算することによって対象物１０２の初期高さＨを算出する。

次に、仕事率算出部４２が、距離算出部５４によって算出されたフリーフォールの最大距離としての対象物１０２の初期高さＨに基づいて、対象物１０２のフリーフォール中の上限の仕事率Ｐ（ｈ）を算出する（ステップＳ１３）。

具体的には、仕事率算出部４２は、まず、フリーフォール中の対象物１０２の下面の地面からの高さをｈ（０≦ｈ≦Ｈ）（図４参照）として、対象物１０２がその高さｈに達したときの上限の降下速度ｖ（ｈ）をエネルギ保存の法則から次式（２）のように求める。

そして、仕事率算出部４２は、算出した上限の降下速度ｖ（ｈ）に基づいて対象物１０２のフリーフォール中の上限の仕事率Ｐ（ｈ）を算出する。具体的には、仕事率算出部４２は、次式（３）により上限の仕事率Ｐ（ｈ）を算出する。

次に、操作者により対象物１０２のフリーフォールを停止させるためのペダル２８ａのブレーキオン操作が行われる（ステップＳ１４）。すなわち、操作者が踏み込んでいたペダル２８ａを基準位置へ戻す。

この後、制御部４６が、上記ステップＳ１３で仕事率算出部４２により算出された上限の仕事率Ｐ（ｈ）が電動機１４の許容電力に応じて予め設定された基準電力を超えているか否かを判断する（ステップＳ１５）。

制御部４６は、上限の仕事率Ｐ（ｈ）が基準電力を超えていると判断した場合には、次に、電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達率を調節するためのクラッチ１７の制御を行うとともに、補助ブレーキ５２をオン状態に切り換える補助ブレーキ５２の制御を行う（ステップＳ１７）。

具体的には、制御部４６は、クラッチ１７による電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達率が、その回転力が電動機１４に伝達されることによって電動機１４で生成される回生電力が基準電力以下になる伝達率となるようにクラッチ駆動部１７ｃにクラッチ板１７ａ，１７ｂ同士の結合状態を調節させる。すなわち、クラッチ板１７ａ，１７ｂ同士の結合状態が、第２クラッチ板１７ｂに対して第１クラッチ板１７ａが摺動しながら空転するとともに第１クラッチ板１７ａから第２クラッチ板１７ｂへ回転力がある程度伝達される結合状態に調節される。電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達により電動機１４は回生電力を生成する一方、電動機１４側からドラム１２側へ回生制動力が付与される。この場合、電動機１４で生成される回生電力が基準電力を超えることはない。

また、制御部４６が補助ブレーキ５２をオン状態に切り換えることにより、補助ブレーキ５２からドラム１２に制動力が付与される。この補助ブレーキ５２からの制動力と回生制動力とによってドラム１２の巻下方向への回転が制動され、その結果、ドラム１２の回転速度が低下するとともに対象物１０２の降下速度が低下する。最終的にドラム１２の巻下方向への回転及び対象物１０２のフリーフォールが停止される。

一方、上記ステップＳ１５において、制御部４６が、上限の仕事率Ｐ（ｈ）は基準電力を超えていない、すなわち上限の仕事率Ｐ（ｈ）は基準電力以下であると判断した場合には、次に、クラッチ１７を直結状態にする（ステップＳ１６）。すなわち、クラッチ１７がドラム１２の回転力を１００％の伝達率で電動機１４側へ伝達する状態にする。このステップＳ１６の処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ６の処理と同様である。

この場合、理論上、生成可能な最大の回生電力に相当する上限の仕事率Ｐ（ｈ）が上記ステップＳ１５で基準電力を超えていないと判断されていることから、電動機１４が生成する回生電力が基準電力を超えることはない。また、この場合には、電動機１４側からドラム１２に付与される回生制動力のみによってドラム１２の巻下方向への回転速度及び対象物１０２の降下速度が低下され、最終的にドラム１２の巻下方向への回転及び対象物１０２のフリーフォールが停止される。

この第２実施形態では、例えば対象物１０２の降下速度を示すドラム１２の回転速度を計測してその計測したドラム１２の回転速度に基づいて対象物１０２のフリーフォール中の仕事率を算出するような場合に比べて、ペダル２８ａのブレーキオン操作が行われてからクラッチ１７による回転力の伝達率を変更する制御が実行されるまでの応答性を向上できる。

具体的に、ドラム１２の回転速度を実際に計測する場合には、その計測に遅延が生じる場合があり、その結果、仕事率の算出が遅れて当該仕事率が基準電力を超えているか否かの判断が遅れる。このため、クラッチ１７に電動機１４側へのドラム１２の回転力の伝達率を電動機１４による回生電力が基準電力以下になるような伝達率に変更させる制御が実行されるのが遅れる。これに対し、この第２実施形態では、対象物１０２のフリーフォールの開始時点で導出されたフリーフォールの最大距離に基づいて算出される対象物１０２のフリーフォール中の上限の仕事率Ｐ（ｈ）が、フリーフォールを停止させるためのペダル２８ａのブレーキオン操作が行われた後のクラッチ１７による電動機１４側への回転力の伝達率の変更制御を行うか否かを判断する基準として用いられるため、上述のようなドラム１２の回転速度の計測の遅延に起因する応答性の遅れの発生を防止できる。このため、ペダル２８ａのブレーキオン操作が行われてからクラッチ１７による回転力の伝達率を変更する制御が実行されるまでの応答性を向上できる。

この第２実施形態による上記以外の効果は、上記第１実施形態による効果と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

例えば、上記第２実施形態におけるステップＳ１７の処理の代わりに、上記第１実施形態のステップＳ２〜Ｓ５に相当する処理を行ってもよい。このような第２実施形態の第１変形例による制御プロセスが図７に示されている。

具体的に、図７に示した当該第１変形例の制御プロセスにおけるステップＳ１１〜Ｓ１６は、図６に示した上記第２実施形態の制御プロセスにおけるステップＳ１１〜Ｓ１６と同様である。そして、当該第１変形例では、制御部４６が、ステップＳ１５において仕事率Ｐ（ｈ）は基準電力を超えていると判断した後、上記第１実施形態の制御プロセスにおけるステップＳ２〜Ｓ５に相当するステップＳ２２〜Ｓ２５の処理が行われる。

また、上記第２実施形態の第２変形例として、対象物１０２のフリーフォールの開始後、フリーフォールを停止させるためのペダル２８ａのブレーキオン操作が行われる前に、仮に対象物１０２が最大距離だけフリーフォールした場合に得られる対象物１０２の予測最大仕事率Ｐ（０）を求め、その予測最大仕事率Ｐ（０）が基準電力以下である場合には、クラッチ１７を直結状態にしてクラッチ１７にドラム１２の回転力を１００％の伝達率で電動機１４側へ伝達させてもよい。このような第２変形例による制御プロセスが図８に示されている。

この第２変形例による制御プロセスは、ステップＳ１３とステップＳ１４との間にステップＳ３０の判断を行う点のみが上記第１変形例による制御プロセスと異なっている。

具体的に、この第２変形例では、仕事率算出部４２が、ステップＳ１３でフリーフォール中の対象物１０２の上限の仕事率Ｐ（ｈ）を算出した後、予測最大仕事率Ｐ（０）を算出するとともに、制御部４６が、予測最大仕事率Ｐ（０）は基準電力を超えているか否かを判断する（ステップＳ３０）。

対象物１０２のフリーフォール時の降下速度は、理論上は、対象物１０２が最大距離だけフリーフォールしたとき、すなわち対象物１０２の下面の地面からの高さｈが０になる瞬間に最大の降下速度になる。そして、その瞬間の仕事率が理論上は最大の仕事率となる。

このため、仕事率算出部４２は、対象物１０２が最大距離だけフリーフォールした場合に達する降下速度である予測最大速度ｖ（０）を次式（４）で算出し、その算出した予測最大速度ｖ（０）に対象物１０２が達した場合の仕事率を予測最大仕事率Ｐ（０）として次式（５）で算出する。

なお、式（４）は、上記第２実施形態において対象物１０２のフリーフォール中の降下速度ｖ（ｈ）を求める式（２）にｈ＝０を代入して得られる式である。

そして、ステップＳ３０において制御部４６が予測最大仕事率Ｐ（０）は基準電力を超えていないと判断した場合には、ステップＳ１６のクラッチ１７を直結状態にする処理を行う。すなわち、予測最大仕事率Ｐ（０）が基準電力を超えていないということは、対象物１０２のフリーフォールによるドラム１２の回転力が全て電動機１４で回生電力に変換されたとしてもその回生電力が基準電力を超えることはないということである。このため、ペダル２８ａのブレーキオン操作にかかわらず、クラッチ１７を直結状態にしてドラム１２の回転力を１００％の伝達率で電動機１４側へ伝達させる。

一方、ステップＳ３０において制御部４６が予測最大仕事率Ｐ（０）は基準電力を超えていると判断した場合には、その後、ペダル２８ａのブレーキオン操作が行われ（ステップＳ１４）、それ以降の上記第１変形例と同様の処理が行われる。

この第２変形例では、対象物１０２のフリーフォールの開始直後の時点で予測最大仕事率Ｐ（０）に基づいて電動機１４が生成する回生電力が基準電力を超えないことを判断でき、クラッチ１７に１００％の伝達率でドラム１２の回転力を電動機１４側へ伝達させることができる。このため、対象物１０２のフリーフォール中における制御部４６での複雑な判断処理が不要となり、制御部４６での処理を簡素化できる。

また、上記各実施形態及び上記変形例の制御プロセスにおいて、仕事率算出部４２によって算出される仕事率Ｐ（ｔ）又はＰ（ｈ）が基準電力を超えている場合には、制御部４６は、クラッチ駆動部１７ｃに第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとを互いに分離させ、それによって電動機１４側への回転力の伝達率を０％に低減させてもよい。この場合には、クラッチ駆動部１７ｃは、クラッチ板１７ａ，１７ｂ同士を密着させて同じ回転速度で一体的に回転させる直結状態と、クラッチ板１７ａ，１７ｂ同士を完全に分離させて相対的に回転自在とさせる切断状態とに切り換える機能しか有していなくてよい。この場合のクラッチ駆動部１７ｃは、本発明の切換装置の一例である。

具体的に、上記各制御プロセスのステップＳ５、Ｓ１７、Ｓ２５において、クラッチ駆動部１７ｃがクラッチ板１７ａ，１７ｂ同士の結合状態を微調節する代わりにクラッチ板１７ａ，１７ｂ同士を完全に分離させて切断状態にする。これにより、ドラム１２の回転力は電動機１４側へ全く伝達されなくなる。このため、電動機１４で回生電力は生成されないので、回生電力が基準電力を超えることもない。ただし、この場合には、回生制動力が得られないため、補助ブレーキ５２（図４参照）を設け、その補助ブレーキ５２からドラム１２に制動力を付与して対象物１０２のフリーフォールを停止させる。

この変形例では、第１クラッチ板１７ａと第２クラッチ板１７ｂとの結合状態を徐々に微調節するような制御を行う場合に比べて簡便なクラッチ駆動部１７ｃの制御で電動機１４の過負荷を防止できる。

また、クラッチ１７は、乾式クラッチに限定されず、湿式クラッチであってもよい。湿式クラッチは、クラッチ板及びクラッチ駆動部がカバーで覆われ、そのカバー内がオイルで満たされた構造を有する。また、湿式クラッチには、複数のクラッチ板を備えていて１枚のクラッチ板当たりに掛かる力を分散させるものが知られているが、このようなものをクラッチ１７として適用してもよい。湿式クラッチは、耐久性、防塵性及び防水性などの面で乾式クラッチよりも優位であるため、移動式クレーンのように電動ウインチ装置のクラッチが頻繁に使用される用途においては、クラッチ１７として湿式クラッチを用いることがメンテナンス性等の面から好適である。

また、本発明におけるフリーフォールは、対象物に掛かる加速度が重力加速度ｇに一致する自由落下に必ずしも限定されるものではない。すなわち、本発明による対象物のフリーフォールは、対象物に重力加速度ｇと異なる値の下方への加速度が掛かる対象物の落下運動であってもよい。また、対象物に掛かる下方への加速度は、必ずしも一定でなくてもよく、落下の過程で経時変化してもよい。

例えば、湿式クラッチを用いた場合には、クラッチが切断状態であっても、湿式クラッチのカバー内に満たされたオイルの粘性抵抗等により、対象物の落下は単純な自由落下とならない。本発明における対象物のフリーフォールは、このような形態での対象物の落下をも含む概念である。

上記各制御プロセスにおいて、操作者がブレーキオン操作のときにペダル２８ａを基準位置まで戻さず、途中の位置まで戻してもよい。この場合には、ステップＳ６，Ｓ１６において、制御部４６がクラッチ１７を直結状態にするのではなく、クラッチ１７のクラッチ板１７ａ，１７ｂ同士の結合状態をペダル２８ａの基準位置からの踏込量（操作量）に応じた結合状態にすればよい。ただし、この場合には、ドラム１２に付与される回生制動力がクラッチ１７が直結状態にされる場合よりも小さくなるので、操作者はそのことを考慮してペダル２８ａの踏込量（戻し量）を調節する。

また、図１に示した上記第１実施形態の電動ウインチ装置において、ドラム１２に制動力を付与する上記第２実施形態の補助ブレーキ５２を追加してもよい。

例えば、巻上／巻下の対象物としては、上述のようなフック装置と吊荷を一体としたものに限定されない。例えば、クラムシェルのようなバケットが対象物であってもよい。そして、そのバケットをフリーフォールさせて掘削作業を行うようなクレーンの電動ウインチ装置に本発明が適用されてもよい。

１２ウインチドラム
１４電動機
１７クラッチ（伝達装置）
１７ａ第１クラッチ板（第１回転部）
１７ｂ第２クラッチ板（第２回転部）
１７ｃクラッチ駆動部（変更装置、切換装置）
２８ａブレーキペダル（ブレーキ操作部）
４２仕事率算出部
４６制御部
４８速度導出部
５５距離導出部
１０２対象物

Claims

クレーンに設けられて対象物の巻上及び巻下を行う電動ウインチ装置であって、
前記対象物の巻上又は巻下のために回転するウインチドラムと、
前記対象物の巻上時に前記ウインチドラムを巻上方向に回転させる一方、前記対象物のフリーフォール時の前記ウインチドラムの巻下方向への回転力が伝達されることにより回生電力を生成する電動機と、
前記電動機と前記ウインチドラムとの間で回転力を伝達可能となるように設けられ、前記フリーフォール時における前記ウインチドラムの巻下方向への回転力の前記電動機側への伝達率を変更可能に構成された伝達装置と、
前記対象物のフリーフォールによる仕事率を算出する仕事率算出部と、
前記伝達装置の前記伝達率の変更のための動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記仕事率算出部によって算出される前記仕事率が前記電動機の許容電力に応じて設定された基準電力を超えている場合には、前記伝達装置に前記電動機側への前記ウインチドラムの回転力の伝達率を前記電動機が生成する回生電力が前記基準電力以下になるような伝達率に変更させる、電動ウインチ装置。
前記対象物のフリーフォールを停止させるために操作されるブレーキ操作部と、
前記対象物の降下速度を遂次導出する速度導出部とをさらに備え、
前記仕事率算出部は、前記対象物のフリーフォールを停止させるための前記ブレーキ操作部の操作が行われたタイミングで前記速度導出部によって導出された降下速度に基づいて、当該タイミングでの前記対象物の仕事率を前記対象物のフリーフォールによる仕事率として算出する、請求項１に記載の電動ウインチ装置。
前記対象物のフリーフォールを停止させるために操作されるブレーキ操作部と、
前記対象物のフリーフォールの開始時点で当該対象物のフリーフォールの最大距離を導出する距離導出部とをさらに備え、
前記仕事率算出部は、前記距離導出部によって導出された前記最大距離に基づいて前記対象物のフリーフォール中の上限の仕事率を前記対象物のフリーフォールによる仕事率として算出し、
前記制御部は、前記対象物のフリーフォールを停止させるための前記ブレーキ操作部の操作が行われた後、前記仕事率算出部によって算出された前記上限の仕事率が前記基準電力を超えている場合に、前記伝達装置に前記電動機側への前記ウインチドラムの回転力の伝達率を前記電動機が生成する回生電力が前記基準電力以下になるような伝達率に変更させる、請求項１に記載の電動ウインチ装置。
前記仕事率算出部は、前記対象物が前記距離導出部によって導出された前記最大距離だけフリーフォールした場合に達する降下速度である予測最大速度を算出するとともに、その算出した前記予測最大速度に前記対象物が達した場合の当該対象物の仕事率である予測最大仕事率を算出し、
前記制御部は、前記予測最大仕事率が前記基準電力以下である場合には、前記伝達装置に前記ウインチドラムの回転力を１００％の伝達率で前記電動機側へ伝達させる、請求項３に記載の電動ウインチ装置。
前記伝達装置は、前記ウインチドラムと一体的に回転する第１回転部と、前記電動機の駆動軸と共に回転する第２回転部と、前記第１回転部と前記第２回転部との間の結合状態を変更する変更装置とを有し、
前記制御部は、前記仕事率算出部によって算出される前記仕事率が前記基準電力を超えている場合には、前記変更装置に前記第１回転部と前記第２回転部との間の結合状態を前記第１回転部が前記第２回転部に対して空転して前記第２回転部の回転速度が前記第１回転部の回転速度よりも低くなる結合状態に変更させることにより前記伝達装置の前記伝達率を低減させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動ウインチ装置。
前記伝達装置は、前記ウインチドラムと一体的に回転する第１回転部と、前記電動機の駆動軸と共に回転する第２回転部と、前記第１回転部と前記第２回転部との間の結合と分離とを切り換える切換装置とを有し、
前記制御部は、前記仕事率算出部によって算出される前記仕事率が前記基準電力を超えている場合には、前記切換装置に前記第１回転部と前記第２回転部とを互いに分離させることにより前記伝達装置の前記伝達率を０％に低減させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動ウインチ装置。
前記伝達装置は、湿式クラッチである、請求項５又は６に記載の電動ウインチ装置。