JPS5854077B2 - 係船ウインチの張力自動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は係船ウィンチ１駆動電動機のトルクの上限お
よび下限をそれぞれ設定できる係船ウィンチの張力自動
制御装置に関するものである。

従来の係船ウィンチの張力自動制御装置として一般に知
られているものを第１図ないし第３図を参照して説明す
る。

すなわち、第１図は従来の係船ウィンチの概略構成図で
、図中１は巻取ドラム、２は一端が巻取ドラム１に固定
され、このドラム１に巻回され、他端が図示しない係留
装置に固定されたロープ、３は減速歯車カバー、４は減
速歯車、５は接手、６は駆動電動機、７は駆動電動機６
の一端に設けられた制動機である。

第２図は従来の係船ウィンチの張力自動制御装置を示す
ブロック図で、図中６，７は第１図と同様、順に駆動電
動機、制動機で、８は電動機界磁コイル、１１は交流電
源、１２はサイリスク変換装置、１３は分流器、１４は
絶縁増幅器、１５はトルク設定器、１６はサイリスクレ
オナード制御装置である。

第３図は第２図に示した従来装置によるウィンチ特性図
で、横軸Ｔは駆動電動機６がドラム１の軸に与えるトル
ク、縦軸Ｎが電動機６の回転速度で、その正（上）側が
巻込み方向、負（下）側が繰出し方向を示す。

さて、このような従来装置の動作を説明すれば、まず、
張力自動制御運転時は、制動機７は非制動とされ、電動
機６は巻込み方向のトルクを発生している。

このトルクは接手５、減速歯車４を介してドラム１へ伝
達されるので、ロープ２は巻込み方向に張力が与えられ
る。

ところで上記電動機６は、ここではサイリスタレオナー
ド制御装置１６により、交流電源１１をサイリスク変換
装置１２で変換された可変直流電源で駆動される、いわ
ゆるサイリスタレオナード制御方式で運転される。

すなわち、この電動機６の電機子電流は分流器１３で検
出され、増幅器１４で増幅された後、トルク設定器１５
で与えられた電流値信号と上記制御装置１６で比較され
、電動機トルクが上記設定器１５による設定値を保つよ
うにサイリスク変換装置１２を制御する。

なお、制動機７は制御装置１６により制動、非制動制御
が行われると共に、電動機界磁コイル８も制御装置１６
により、張力自動制御運転中は適轟な一定の電流値に保
たれるように制御されている。

ここで張力自動制御運転時の電動機出力軸のトルクＴを
求めれば、 Ｔ ＝Ｋ・φ・Ｉａ 但し、Ｋ ：定数 φ ：電動機の有効磁束 ■ａ：電機子電流 となり、電動機６およびドラム１間の伝達に全く損失が
ないと仮定すれば（実際には損失はあるが）、その特性
は第３図中のＡで示され、トルクはＴＡとなる。

なお、第３図中のＮｈは、この装置で電動機６が出し得
る最高の巻込み回転速度を示し、これによってはトルク
をトルク設定器１５の設定値に保つことが不可能である
こというまでもない。

また、実際にドラム１の軸に伝達されるトルクは、 繰出しトルクＴＢがＴＢ ＝ ＴＡ ／ ｙ７ ｍ巻込
みトルクＴＯが’ｒｏ＝’ｒＡｘηｍ但し、ηｍ：電動
機６とドラム１間の伝達効率となり、その特性は、それ
ぞれ第３図中のＢおよびＣで示すようになる。

そしてロープ２の張力により与えられるドラム１のトル
クがＴｃ以下のときはＴｃ以上となるまで巻込み、ＴＯ
とＴＢ間では停止、ＴＢ以上のときはＴＢ以下になるま
で繰出しするというように先に述べたサイリスクレオナ
ード制御方式により自動的に運転を行い、ロープ２の弛
み過ぎ、過張力を防止するものである。

しかしながら、このような従来の張力自動制御装置では
、以上のような構成上、繰出しおよび巻込み開始のトル
クＴＢおよびＴＯの比率が固定されてしまい、これらを
各々自由に独立して設定することができない。

このため、ロープ張力の変化幅がある程度大きくなると
、実用上要求されている以上に敏感に巻込み、繰出しを
繰返し、ウィンチとしての作動に安定性を欠くという欠
点があった。

この発明は上記のような従来の欠点を除去するためにな
されたもので、電動機の軸の回転角および回転方向を検
出する検出手段と、巻取ドラムの巻込み、繰出し開始時
の電動機トルクを上限および下限のトルクとして任意に
設定する手段と、上記検出手段の出力信号に応じて上記
上限および下限トルクの範囲内で電動機トルクを制御す
る手段とを備えた構成により、ウィンチ機械部に特別な
装置、加工を要さず、従来装置に簡単な検出装置と制御
装置とを付加するだけで、巻込みおよび繰出し開始のウ
ィンチドラムトルりを各々任意に設定できる係船ウィン
チの張力自動制御装置を提供することを目的とする。

以下第４図ないし第７図を参照してこの発明の詳細な説
明する。

第４図はこの発明による係船ウィンチの張力自動制御装
置の一例を適用したウィンチの概略構成図で、この図か
ら分かるように、ここでは、回転角検出器２１が電動機
６の軸端に設けられている以外に、第１図に示した従来
のウィンチと異なるところはない。

なお、上記検出器２１は、電動機６の軸の回転角および
回転方向を検出するもので、パルス発信器からなり、ま
たこれは必ずしも電動機６の軸に設ける必要がある訳で
はなく、例えばドラム１または減速歯車４の軸端に設け
る等により直接または間接的に電動機１の軸の回転角お
よび回転方向が検出できれば良い。

第５図はこの発明装置の一実施例の要部を示すブロック
図で、図中２２は加減算カウンタ、２３は上記加減算カ
ウンタ２２から出力されるデジタル信号をアナログ信号
に変換するデジタル−アナログ変換器、２４はサイリス
クレオナード制御装置１６に内蔵された電流制御器で、
これは上記変換器２３からの信号と、絶縁増幅器１４（
第２図に示す）からの信号とを比較してサイリスク変換
装置１２（第２図に示す）を制御する信号を発生するも
のである。

２５は巻込み開始時のトルクＴＯを電流値で設定し下限
設定信号をデジタル出力する下限設定器、２６は繰出し
開始時のトルクＴＢを設定し上限設定信号をデジタル出
力する上限設定器、２７は上記下限設定器２５からの下
限設定信号と上記カウンタ２２の出力信号とを比較して
カウンタ出力信号の下限を制限する下限制限器、２８は
同様にカウンタ出力信号の上限を制限する上限制限器、
２９はプリセット信号発生器である。

第６図はこの発明装置による電動機制御特性図で、横軸
θはドラム１の回転角、縦軸Ｉａは電動機６の電機子電
流を示す。

第７図は同ウィンチ特性図で、横軸Ｔ１縦軸Ｎおよびそ
の他の符号等、第３図と同様である。

次に上述の構成に基づき、この発明装置の動作を説明す
ると、第５図において、まず回転角検出器２１で検出さ
れた電動機軸の回転角および回転方向の信号は加減算カ
ウンタ２２に送られ、ここで加減算カウントが行われる
。

この時下限制限器２７は、下限設定器２５からの下限設
定信号とカウンタ２２の出力信号とを比較し、この出力
信号が下限設定信号以下になった場合にカウンタ２２に
対し、減算禁止の信号または上記出力信号が下限設定信
号と同じになるまで加算信号を送ってカウンタ２２の出
力信号の下限を制限する。

また、上限制限器２８も同様に上限設定器２６からの上
限設定信号とカウンタ２２の出力信号とを比較し、カウ
ンタ２２へ加算禁止または減算信号を送ってカウンタ２
２の出力信号の上限を制限する。

こうして上限、下限の制限をうけたカウンタ２２の出力
信号は、デジタル−アナログ変換器２３に送うれて上記
出力信号に比例した電動機電流設定信号（アナログ量）
に変換されてサイリスクレオナード制御装置１６内の電
流制御器２４へ送られる。

そしてこの電流制御器２４により上記電流設定信号と絶
縁増幅器１４（第２図に示す）からの電流帰還信号とを
比較して電動機電機子電流を制御するものである。

このような電動機制御の特性を第６図をも参照して説明
する。

まず、下限設定器２５により下限電流■ｃ′、上限設定
器２６により上限電流■Ｂ′がそれぞれ設定されると共
に、仮に自動運転開始と同時にプリセット信号発生器２
９により電流ＩＡがプリセットされたとする。

このとき、ドラム１においてロープ張力によるドラム１
の繰出し方向トルクと、電流■Ａによる電動機６の巻込
みトルクとが鈎合っていれば、ドラム１は停止したまま
である。

この状態からロープ張力が徐々に増加し、ロープ張力に
よるトルクが電動機巻込みトルクと電動機６−ドラム１
間摩擦トルクとの和を超過すればドラム１は繰出し方向
に回転を始める。

しかしその動きは回転角検出器２１でとらえられてカウ
ンタ２２、変換器２３の出力信号を増加させ、電流増加
して電動機巻込みトルクを増加する。

逆にロープ張力が減少したときはドラム１は巻込み方向
へ回転し、この動きも検出器２１でとらえられて電動機
巻込みトルクを減少させる。

つまりこの場合には、電動機６はドラム１を巻込み方向
へ力を加えるゼンマイバネに似た働きをすることになる
。

このようにしてロープ張力の増減がある程度の範囲内に
収まると、その新しい鈎合い位置でドラム１は再び停止
する。

仮に、この状態からロープ張力が更に増加したときは、
上限制限器２８により電機子電流は■Ｂ′までしか増加
できず、遂にほこの電流■Ｂ′相当の制動トルクを発生
したままドラム１を繰出し方向へ回転させる。

そうしてロープ張力が減少すれば、繰出し方向へ回転中
のドラム１の回転速度は減少し、更にロープ張力が減少
すれば、遂にはドラム１は回転停止する。

この間カウンタ２２の出力信号はθＢ相当に保たれてい
るので電機子電流は■Ｂ′である。

この状態から更にロープ張力が減少すれば、今度はドラ
ム１は巻込み方向へ逆回転し、カウンタ２２の出力信号
は減少を始めて電機子電流も減少するもので、上述と同
様の状態になる。

但しこの場合は、ドラム１の繰出し方向運転からロープ
張力が減少してドラム１の回転が停止した位置が新たな
θＢの位置として記憶されることになる。

ロープ張力が減少し、ドラム回転角θＣ以下となっても
、下限設定器２７により電機子電流は■ｃ′以下には減
少せず、更にロープ張力が減少すれば電流■ｃ′相当の
トルクでドラム１の巻込みを行う。

以下、ロープ張力が増加してドラム１（電動機６）が停
止すれば、その時点で新たなθＣの位置が記憶され、鈎
合い関係に復帰する。

なお、この状態からは、プリセット信号発生器２９によ
るプリセット信号がなくとも、当初に加減算カウンタ２
２が電源リセットされていれば、下限設定器２５の信号
により下限制限器２７が直ちにθＣ相当の信号を上記カ
ウンタ２２に与え、この位置（θｃ 、Ｉｃ’）から自
動運転を開始する。

以上のこの発明装置を適用したウィンチの特性を示せば
第７図のとおりであり、この第７図において、上記電流
■Ｂ′−■ｃ′となるように下限および上限設定器２５
，２６を設定すればＣ，Ｈの特性となり、第３図に示し
た従来装置の場合と同様であるが、下限設定器２５によ
り電流■ｃ′を下げればこのＣは点線左矢印方向へ移動
し、また上限設定器２６により電流１Ｂ′を上げればＢ
は点線右矢印方向へ移動することができる。

なお上述実施例では、制御装置のスタート用にプリセッ
ト信号発生器２９を設けたが、この発生器２９がない場
合でも作動上、支障はない。

任意の信号をドラム停止時等、一定時限装置内に入れる
ことにより強制的に電動機６に若干の回転変位を与えれ
ば自動運転が開始され、長時間、通電したまま停止する
ときに起こる直流電動機整流子刷子間の悪影響を除去す
ることができる。

また上述実施例では、電動機制御方式としてサイリスク
レオナード制御方式を用いた場合について述べたが、他
のＭ−Ｇセット付ワードレオナード等の可変速電動機制
御方式を用いても同じこと勿論である。

以上説明したようにこの発明によれば、電動機の軸の回
転角および回転方向を検出する検出手段と、巻取ドラム
の巻込み、繰出し開始時の電動機トルクを上限および下
限のトルクとして任意に設定する手段と、上記検出手段
の出力信号に応じて上記上限および下限トルクの範囲内
で電動機トルクを制御する手段とを備えた構成により、
ウィンチ機械部など特別な装置、加工を要さず、巻込み
および繰出し開始のトルクが各々任意に設定でき、ウィ
ンチ使用条件により設定変更が必要なときも非常に簡単
に、かつ無段階にそれができるという効果がある。

更に、自動運転中、電動機が常に適切な巻込みトルクを
発生するように構成されているので、ロープ張力が突発
的に増減しても応答性良好で、ロープ・ウィンチ機械部
に大きな応力が発生することを防止できる効果もある。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の係船ウィンチの概略構成図、第２図は従
来の係船ウィンチの張力自動制御装置を示すブロック図
、第３図は同装置によるウィンチ特性図、第４図はこの
発明による係船ウィンチの張力自動制御の一例を適用し
た係船ウィンチの概略構成図、第５図は上記この発明装
置の一実施例の要部を示すブロック図、第６図は同装置
による電動機制御特性図、第７図は同ウィンチ特性図で
ある。 １・・・・・・巻取ドラム、２・・・・・・ロープ、３
・・・・・・減速歯車カバー、４・・・・・・減速歯車
、５・・・・・・接手、６・・・・・・駆動電動機、７
・・・・・・制動機、８・・・・・・電動機界磁コイル
、１１・・・・・・交流電源、１２・・・・・・サイリ
スク変換装置、１３・・・・・・分流器、１４・・・・
・・絶縁増幅器、１５・・・・・・トルク設定器、１６
・・・・・・サイリスクレオナード制御装置、２１・・
・・・・回転角検出器、２２・・・・・・加減算カウン
タ、２３・・・・・・ディジタル−アナログ変換器、２
４・・・・・・電流制限器、２５・・・・・・下限設定
器、２６・・・・・・上限設定器、２７・・・・・・下
限制限器、２８・・・・・・上限制限器、２９・・・・
・・プリセット信号発生器。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 巻取ドラムを巻込み、繰出し駆動する為のトルクを
   発生する電動機の軸の回転角および回転方向を検出する
   回転角検出器と、この検出器からの回転角信号を上記回
   転方向に従って加減算する加減算カウンタと、このカウ
   ンタの出力信号を受けて上記電動機トルクを制御する制
   御装置と、上記電動機トルクの上限および下限を各トル
   クに応じた電流値で設定する上限設定器および下限設定
   器と、これら設定器からの上限設定信号および下限設定
   信号と上記カウンタの出力信号とを比較して上記カウン
   タ出力信号の上限および下限を制限する上限制限器およ
   び下限制限器とを具備し、上記巻込み、繰出し開始の各
   トルクを任意に設定・制御したことを特徴とする係船ウ
   ィンチの張力自動制御装置。 ２ 上記回転角検出器はパルス発振器であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の係船ウィンチの張力
   自動制御装置。 ３ 上記上限制限器及び下限制限器はデジタル信号処理
   を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の係船ウィンチの張力自動制御装置