(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械に設けられて負荷を動かすように駆動される電動ウィンチを制動するための装置であって、
前記電動ウィンチに制動力を与えながら回生電力を生成する回生動作を行う回生電力生成部と、
この回生電力生成部が生成した前記回生電力を受け入れる回生電力受入部と、
前記回生電力生成部から前記電動ウィンチに与えられる前記制動力とは別に前記電動ウィンチに対して機械的な制動力を与えるとともに当該制動力の調節が可能な制動装置と、
前記回生電力生成部及び前記制動装置に指令を与えることにより前記電動ウィンチの制動を制御する制動制御部と、を備え、
前記制動制御部は、前記電動ウィンチの運転状態に基づき、当該電動ウィンチについて求められる制動動作を達成するために必要な制動能力を算定する必要制動能力算定部と、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部により行われる回生動作の限界である回生能力を算定する回生能力算定部と、前記回生能力算定部により算定される回生能力と前記必要制動能力算定部により算定される必要制動能力とに基いて前記回生電力生成部及び前記制動装置に指令を与える指令部と、を含み、
前記指令部は、前記回生能力が前記必要制動能力以上である場合には、前記制動装置を作動させずに前記回生電力生成部による回生動作のみで前記電動ウィンチの制動を行わせ、前記回生能力算定部により算定される回生能力が前記必要制動能力未満である場合には、前記回生電力生成部にその回生能力の範囲で前記回生動作を行わせるとともに、前記必要制動能力と前記回生能力との差に相当する補助制動力を算定して当該補助制動力で前記制動装置に前記電動ウィンチの制動を行わせるように、前記回生電力生成部及び前記制動装置に指令を与える、電動ウィンチの制動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記回生能力算定部は、前記回生電力生成部のもつ回生電力生成能力及び前記回生電力受入部のもつ回生電力受入れ能力の少なくとも一方に基いて前記回生能力を算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項３】
請求項２記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記回生能力算定部は、前記回生電力生成能力及び前記回生電力受入れ能力のうち低い方の能力の選定に基いて前記回生能力を算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記回生能力算定部は、前記回生能力として、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部により生成されかつ受け入れられることが可能な回生電力の許容値と、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部により生成されかつ受け入れられることが可能な回生エネルギーの許容値と、のうちの少なくとも一方を算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項５】
請求項４記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記回生能力算定部は前記回生電力の許容値及び前記回生エネルギーの許容値の双方を算定し、前記指令部は、前記必要制動能力と前記回生電力の許容値との比較により求められる第１補助制動力と、前記必要制動能力と前記回生エネルギーの許容値との比較により求められる第２補助制動力と、のうち大きい方を最終的な補助制動力として選定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記必要制動能力算定部は、前記負荷によって前記電動ウィンチに加えられている負荷トルクに基いて、求められる制動動作を行うために必要な制動エネルギーを算定し、この制動エネルギーに基いて必要制動能力を算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項７】
請求項６記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記建設機械はクレーンであり、前記電動ウィンチは前記負荷である吊り荷の昇降を行うために前記クレーンに搭載されるものであり、前記必要制動能力算定部は前記吊り荷による吊り荷重に基いて前記負荷トルクを算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項８】
請求項７記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記クレーンは過負荷防止装置を備え、前記必要制動能力算定部は、前記過負荷防止装置が出力する吊り荷重に基いて前記負荷トルクを算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項９】
請求項７記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記必要制動能力算定部は、前記電動ウィンチを駆動する電動機の出力トルクに基いて前記吊り荷重を算定し、この吊り荷重に基いて前記負荷トルクを算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記制動による前記電動ウィンチの目標速度を指定するための操作を受けて当該操作に対応した目標速度の指令を前記制動制御部に入力する操作装置をさらに備え、前記必要制動能力算定部は、前記操作装置により指定される目標速度をリアルタイムで取り込んで当該目標速度と実際の電動ウィンチの速度との差に基いて前記制動動作に必要な減速度を算定し、この減速度に基いて前記必要制動能力を算定する、電動ウィンチの制動装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記回生電力生成部は、前記電動ウィンチを駆動する電動機動作と前記回生電力を生成する発電機動作とを行うことが可能な電動機と、前記制動制御部からの指令を受けて前記電動機に前記発電機動作を行わせる電動機制御回路と、を含む、電動ウィンチの制動装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の電動ウィンチの制動装置であって、前記回生電力受入部は、前記回生電力生成部により生成された回生電力を蓄える蓄電器を含む、電動ウィンチの制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーン等の建設機械に用いられる電動ウィンチを、回生動作を行いながら制動する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クレーン等に搭載されて吊作業を行うためのウィンチとして、電動機により駆動される電動ウィンチを用いることが検討されている。この電動ウィンチの使用は、回生動作、すなわち、対象物の巻下時にその対象物の降下により発生する運動エネルギー（電動機の回転エネルギー）を電気エネルギーに変換して回収する動作、を行うことができる利点がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電動ウィンチを搭載した移動式クレーンにおいて、当該電動ウィンチを駆動する電動機として発電機能を有する電動発電機が用いられ、かつ、この電動発電機に前記電動ウィンチの制動動作を行わせるとともに回生電力を出力させる制御が行われることが、開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２１６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような電動ウィンチを備えた建設機械においては、運転効率を高めるためになるべく多くの回生電力を生成したいという要請がある反面、高い安全性を確保すべく、前記電動ウィンチに対して適正な制動力（所定の制動動作を実現するために十分な制動力）を加えることが要請される。前記特許文献１には、前記電動発電機を用いて制動及び回生を行うことは開示されているものの、前記のように互いに異なる２つの要請を同時に満たすような制御については何ら提示されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するための手段を提供することを目的とする。すなわち、本発明は、建設機械に設けられて負荷を動かすように駆動される電動ウィンチを制動するための装置であって、なるべく多くの回生電力を生成しながら前記電動ウィンチを十分な制動力で安全確実に制動することが可能な装置を提供することを目的とする。この装置は、前記電動ウィンチに制動力を与えながら回生電力を生成する回生動作を行う回生電力生成部と、この回生電力生成部が生成した前記回生電力を受け入れる回生電力受入部と、前記回生電力生成部から前記電動ウィンチに与えられる前記制動力とは別に前記電動ウィンチに対して機械的な制動力を与えるとともに当該制動力の調節が可能な制動装置と、前記回生電力生成部及び前記制動装置に指令を与えることにより前記電動ウィンチの制動を制御する制動制御部と、を備える。前記制動制御部は、前記電動ウィンチの運転状態に基づき、当該電動ウィンチについて求められる制動動作を達成するために必要な制動能力を算定する必要制動能力算定部と、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部により行われる回生動作の限界である回生能力を算定する回生能力算定部と、前記回生能力算定部により算定される回生能力と前記必要制動能力算定部により算定される必要制動能力とに基いて前記回生電力生成部及び前記制動装置に指令を与える指令部と、を含む。指令部は、前記回生能力が前記必要制動能力以上である場合には、前記制動装置を作動させずに前記回生電力生成部による回生動作のみで前記電動ウィンチの制動を行わせ、前記回生能力算定部により算定される回生能力が前記必要制動能力未満である場合には、前記回生電力生成部にその回生能力の範囲で前記回生動作を行わせるとともに、前記必要制動能力と前記回生能力との差に相当する補助制動力を算定して当該補助制動力で前記制動装置に前記電動ウィンチの制動を行わせるように、前記回生電力生成部及び前記制動装置に指令を与える。
【０００７】
この装置によれば、回生電力生成部及び回生電力受入部のもつ回生能力を最大限に活かして多くの回生電力の生成及び受入れを行うことができるとともに、電動ウィンチについて求められる制動動作を達成するのに十分な制動力でもって当該電動ウィンチを制動させることが可能である。具体的に、前記回生能力が前記必要制動能力以上である場合には、制動装置を用いることなく、前記回生能力の範囲内での回生動作のみによって、求められる制動動作を行うことが可能である一方、前記回生能力が前記必要制動能力に満たない場合にはその不足分だけ（つまり両能力の差に相当する補助制動力で）制動装置による制動を行わせることにより、前記回生能力をフルに活かしながら前記電動ウィンチを確実に制動させることが可能である。
【０００８】
ここで、前記回生能力算定部は、前記回生電力生成部のもつ回生電力生成能力及び前記回生電力受入部のもつ回生電力受入れ能力の少なくとも一方に基いて前記回生能力を算定するのが、よい。前記回生能力算定部は、さらに、前記回生電力生成能力及び前記回生電力受入れ能力のうち低い方の能力の選定に基いて前記回生能力を算定することにより、前記回生電力生成能力及び前記回生電力受入れ能力の双方に制限がある場合にも、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部の双方を安全に運転することを可能にする。
【０００９】
また、前記回生能力算定部は、前記回生能力として、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部により生成されかつ受け入れられることが可能な回生電力の許容値と、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部により生成されかつ受け入れられることが可能な回生エネルギーの許容値と、のうちの少なくとも一方を算定するのが、よい。さらに、当該回生能力算定部が前記回生電力の許容値及び前記回生エネルギーの許容値の双方を算定するものである場合、前記指令部は、前記必要制動能力と前記回生電力の許容値との比較により求められる第１補助制動力と、前記必要制動能力と前記回生エネルギーの許容値との比較により求められる第２補助制動力と、のうち大きい方を最終的な補助制動力として選定することにより、求められる制動動作に必要な制動力をより適正に設定することができる。
【００１０】
前記必要制動能力算定部は、例えば、前記負荷によって前記電動ウィンチに加えられている負荷トルクに基いて、求められる制動動作を行うために必要な制動エネルギーを算定し、この制動エネルギーに基いて必要制動能力を算定するのが、好ましい。
【００１１】
さらに、前記建設機械がクレーンであり、前記電動ウィンチが前記負荷である吊り荷の昇降を行うために前記クレーンに搭載されるものである場合、前記必要制動能力算定部は前記吊り荷による吊り荷重に基いて前記負荷トルクを算定することが可能である。ここで、前記クレーンが過負荷防止装置を備える場合、前記必要制動能力算定部は、前記過負荷防止装置が出力する吊り荷重に基いて前記負荷トルクを算定することが可能である。あるいは、当該必要制動能力算定部は、前記電動ウィンチを駆動する電動機の出力トルクに基いて前記吊り荷重を算定し、この吊り荷重に基いて前記負荷トルクを算定することも可能である。
【００１２】
本発明に係る制動装置は、前記制動による前記電動ウィンチの目標速度を指定するための操作を受けて当該操作に対応した目標速度の指令を前記制動制御部に入力する操作装置をさらに備えてもよい。この場合、前記必要制動能力算定部は、前記操作装置により指定される目標速度をリアルタイムで取り込んで当該目標速度と実際の電動ウィンチの速度との差に基いて前記制動動作に必要な減速度を算定し、この減速度に基いて前記必要制動能力を算定することが、好ましい。これにより、オペレータの要望をリアルタイムで考慮したより好ましい制動制御を行うことが可能になる。
【００１３】
前記回生電力生成部は、例えば、回生電力を生成するための専用の発電機を備えたものでもよいが、前記電動ウィンチを駆動する電動機動作と前記回生電力を生成する発電機動作とを行うことが可能な電動機と、前記制動制御部からの指令を受けて前記電動機に前記発電機動作を行わせる電動機制御回路と、を含むものが、好適である。
【００１４】
前記回生電力受入部は、生成された回生電力を運動エネルギーや熱エネルギーに変換するものでもよいが、当該回生電力を蓄える蓄電器を含むことが、好ましい。この蓄電器は、生成された回生電力を蓄えることにより、当該回生電力が必要なときに消費されることを可能にする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、建設機械に設けられて負荷を動かすように駆動される電動ウィンチを制動するための装置であって、なるべく多くの回生電力を生成しながら前記電動ウィンチを十分な制動力で安全確実に制動することが可能な装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るクレーンに搭載される電動ウィンチ及びその制動装置を示す模式図である。
【図２】前記制動装置に含まれるコントローラの機能構成を示すブロック図である。
【図３】前記コントローラが行う演算制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図３に示される演算制御動作に含まれる必要制動能力算定動作の詳細を示すフローチャートである。
【図５】図３に示される演算制御動作に含まれる回生能力算定動作の詳細を示すフローチャートである。
【図６】図３に示される演算制御動作に含まれる補助制動力算定動作の詳細を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、この実施の形態に係る建設機械であるクレーン及び当該クレーンに搭載される電動ウィンチの駆動を制御するウィンチ制動装置の要部を示す。前記クレーンは、起伏可能なブーム２と、吊り用のロープ４と、を備え、前記電動ウィンチは水平軸回りに回転可能なウィンチドラム１０を含む。前記ロープ４のうち、その一方の端を含む部分が前記ウィンチドラム１０に巻き付けられ、他方の端を含む部分が前記ブーム２の先端に設けられたシーブ３から垂下する。当該他方の端にはフック装置６が接続され、これに吊り荷８が係合される。
【００１９】
前記ウィンチドラム１０には、当該ウィンチドラム１０を回転駆動する駆動装置及び当該ウィンチドラム１０を制動する制動装置が接続される。当該駆動装置は、電動機１２と、減速機１４と、を含み、当該制動装置は、前記電動機１２と、電動機制御回路１８と、回生電力受入部１６と、制動装置２０と、操作装置２２と、コントローラ３０と、を含む。
【００２０】
前記電動機１２は、本来の電動機動作と、発電機動作である回生動作と、の双方を行うことが可能である。前記電動機動作は、前記減速機１４を介して前記ウィンチドラム１０にトルクを与えることにより当該ウィンチドラムを回転させる動作である。前記回生動作は、前記ウィンチドラム１０から前記減速機１４を介して負荷トルク、つまり前記吊り荷８による吊り荷重によって前記ウィンチドラム１０に与えられるトルク、の付与を受けることにより当該ウィンチドラム１０と同じ向きに回転し、これにより回生電力を生成する動作である。電動機１２は、当該回生動作においては、前記ウィンチドラム１０に回生エネルギーに相当する制動力を与える。
【００２１】
前記回生電力受入部１６は、前記電動機１２が生成した前記回生電力を受け入れる。この回生電力受入部１６は、前記回生電力を蓄える蓄電器（例えばバッテリーやキャパシタ）を含むことが好ましく、以下の説明は当該回生電力受入部１６がバッテリーを含むことを前提に行われる。前記蓄電器は、生成された回生電力を蓄えることにより、当該回生電力が必要なときに消費されることを可能にする。しかし、本発明に係る回生電力受入部は、蓄電器を含むものに限定されない。当該回生電力受入部は、受け入れた回生電力をその場で消費する（つまり当該回生電力を運動エネルギーや熱エネルギーといった他のエネルギーに変換する）もの、例えば、当該回生電力によって回転する回生用電動機や、空調機器、その他の電気機器であってもよい。
【００２２】
前記電動機制御回路１８は、前記電動機１２とともに回生電力生成部を構成する。具体的に、当該電動機制御回路１８は、インバータ等を含み、前記電動機１２が行う前記電動機動作及び前記発電機動作の制御を行う。前記電動機１２は、前記電動機制御回路１８からの信号の入力により、前記電動機動作を行う状態と前記回生動作（発電機動作）を行う状態とに切換えられる。また、電動機制御回路１８は、前記電動機１２の回生動作によって生成された回生電力を前記回生電力受入部１６に供給する動作も行う。
【００２３】
前記制動装置２０は、前記回生動作を行う前記電動機１２から前記ウィンチドラム１０に与えられる制動力とは別に、当該ウィンチドラム１０に機械的な制動力を与える。この制動力は、外部から前記制動装置２０に入力される電気信号（制動指令）によって調節されることが可能である。
【００２４】
前記操作装置２２は、装置本体２４と、操作部材である操作レバー２６と、を有する。操作レバー２６は、前記電動ウインチの目標速度を指定するためのオペレータによる操作を受ける。装置本体２４は、前記操作レバー２６に与えられる操作量θＬに対応する電気信号、つまり前記目標速度の指令、をコントローラ３０に入力する。
【００２５】
なお、前記クレーンは、過負荷防止装置２８を備えており、この過負荷防止装置２８は、前記吊り荷８により前記ウィンチドラム１０に与えられる吊り荷重ＦＬを前記コントローラ３０に入力する。
【００２６】
前記コントローラ３０は、前記各入力を受けて前記電動ウィンチの制動を制御する制動制御部を構成する。具体的に、当該コントローラ３０は、図２に示す目標速度演算部３１、必要制動能力算定部３２、回生能力算定部３４、及び指令部３５を有し、指令部３５は、補助制動力算定部３６、回生指令部３７及び制動指令部３８を有する。
【００２７】
前記目標速度演算部３１は、前記操作装置２２から入力される電気信号、すなわち、前記操作レバー２６の操作量θＬに係る信号、に基づき、当該操作量θＬに対応した目標速度（詳細には目標角速度）ωｒｅｆ、つまりオペレータによって指定される目標速度、を演算する。
【００２８】
前記必要制動能力算定部３２は、前記電動ウィンチの運転状態に基づき、当該電動ウィンチについて求められる制動動作を達成するために必要な制動能力を算定する。
【００２９】
前記回生能力算定部３４は、前記電動機１２及び前記電動機制御回路１８により行われる回生電力生成動作と、前記回生電力受入部１６により行われる回生電力受入れ動作と、を含む回生動作の限界である回生能力を算定する。この実施の形態に係る回生電力受入部１６は、回生能力として、回生エネルギーの許容値及び回生電力の許容値の双方を演算する。また、これらの許容値の算定にあたって、前記回生能力算定部３４は、前記回生電力生成部のもつ回生電力生成能力（具体的には前記電動機１２が生成する回生電力の許容値及び回生エネルギーの許容値）と、前記回生電力受入部１６のもつ回生電力受入れ能力（具体的には前記バッテリーに入力される回生電力及び回生エネルギーの許容値）と、を算定し、そのうち低い方の能力の選定に基いて前記回生能力を算定する。
【００３０】
前記指令部３５の補助制動力算定部３６は、前記必要制動能力算定部３２により算定される必要制動能力と前記回生能力算定部３４により算定される回生能力との対比に基づき、補助制動力Ｆｂｒの算定を行う。当該算定の結果に基づき、回生指令部３７は前記電動機制御回路１８に回生指令を与え、制動指令部３８は制動装置２０に制動指令を与える。
【００３１】
具体的に、前記回生能力が前記必要制動能力以上である場合、前記補助制動力算定部３６は、前記補助制動力Ｆｂｒを０に設定する。このとき、前記制動指令部３８は前記制動装置２０に対する制動指令の出力は行わず、回生指令部３７のみが電動機制御回路１８に対する回生指令を出力する。従って、このときは前記電動機１２による回生動作のみで前記電動ウィンチの制動が行われる。一方、前記回生能力が前記必要制動能力未満である場合、前記補助制動力算定部３６は、両能力の差に対応した補助制動力Ｆｂｒを演算する。このとき、回生指令部３７は前記回生電力生成部にその回生能力の範囲で（つまり回生能力をフルに発揮して）前記回生動作を行わせるように回生指令を出力する一方、制動指令部３８は、前記補助制動力Ｆｂｒで前記電動ウィンチの機械的制動を行うように、前記制動装置２０に対して制動指令を出力する。
【００３２】
次に、このコントローラ３０が行う具体的な演算制御動作を、そのメインルーチンを示す図３のフローチャート及び各サブルーチンを示す図４〜図６のフローチャートを参照しながら説明する。図３のフローチャートは、演算周期にして１周期の間に行われる動作を示すものであり、よって、当該フローチャートに示される動作は演算周期ごとに繰り返される。
【００３３】
１）目標速度ωｒｅｆの演算（図３のステップＳ１，Ｓ２）
コントローラ３０の目標速度演算部３１は、操作装置２２から入力される電気信号に基いてその操作レバー２６の操作量θＬについての情報を取り込み（ステップＳ１）、当該操作量θＬに対応する目標速度ωｒｅｆを演算する（ステップＳ２）。当該目標速度ωｒｅｆは、例えば、前記操作量θＬの関数ｆ（θＬ）によって与えられる。具体的な目標速度ωｒｅｆの演算は、予め与えられた演算式に基づいて行われてもよいし、コントローラ３０が記憶するマップまたはテーブルを用いて行われてもよい。コントローラ３０は、前記操作量θＬに関する情報を時々刻々取り込んで目標速度ωｒｅｆをリアルタイムで更新することにより、操作レバー２６を操作するオペレータの意思を尊重した好ましい制動制御を実行することが可能である。
【００３４】
当該目標速度ωｒｅｆの演算後、コントローラ３０は、回生動作を行う場合（主として巻下げ動作を行う場合）にのみ（ステップＳ３でＹＥＳ）以下の演算制御動作を実行する。
【００３５】
２）必要制動能力の算定（図３のステップＳ４、図４のステップＳ４１〜Ｓ４５）
まず、コントローラ３０の必要制動能力算定部３２は、前記目標速度ωｒｅｆと、過負荷防止装置２８から入力される吊り荷重ＦＬと、に基づき、求められる制動動作を行うために必要な制動能力である必要制動能力を算定する（図３のステップＳ４）。
【００３６】
具体的に、前記必要制動能力算定部３２は、現在のウィンチ速度ωを前記目標速度ωｒｅｆまで減速するために要する制御周期Ｔごとの減速度ｄωｂｒを算定する。この減速度ｄωｂｒは次式（１）により与えられる（図４のステップＳ４１）。
【００３７】
ｄωｂｒ＝（ωｒｅｆ−ω）／Ｔ    …（１）
次に、必要制動能力算定部３２は、前記減速度ｄωｂｒに基づき、制動距離に対応するウィンチドラム１０の制動回転量θｂｒを算定する。この制動回転量θｂｒは次式（２）により与えられる（ステップＳ４２）。
【００３８】
θｂｒ＝ω×Ｔ＋（１／２）×ｄωｂｒ×Ｔ２    …（２）
一方、必要制動能力算定部３２は、前記過負荷防止装置２８から入力される前記吊り荷重ＦＬに基づき、当該吊り荷重ＦＬによってウィンチドラム１０さらにはこれに連結される電動機１２に加えられる負荷トルクＴＬを算定する（ステップＳ４３）。この負荷トルクＴＬは、ウィンチドラム１０の半径をＲｄ、減速機１４による減速比をρとすると次式（３）により与えられる。
【００３９】
ＴＬ＝ＦＬ×Ｒｄ／ρ    …（３）
必要制動能力算定部３２は、前記目標速度ωｒｅｆ、前記負荷トルクＴＬ及び前記制動回転量θｂｒに基づき、前記電動機１２の制動に必要なエネルギーＪｂｒｍを算定するとともに、前記負荷トルクＴＬ及び前記吊り荷８の制動距離Δｙ（＝θｂｒ×Ｒｄ）に基いて当該吊り荷８の制動に必要なエネルギーＪｂｒｌを算定し、両エネルギーの和（＝Ｊｂｒｍ＋Ｊｂｒｌ）を必要制動エネルギーＪｂｒとして算定する（ステップＳ４４）。両エネルギーＪｂｒｍ，Ｊｂｒｌはそれぞれ次式（４ａ）（４ｂ）により与えられる。
【００４０】
Ｊｂｒｍ＝（１／２）×Ｉｍ×（ωｒｅｆ２−ω２）＋ＴＬ×θｂｒ  …（４ａ）
Ｊｂｒｌ＝（１／２）×（ＦＬ／ｇ）×（ｖｒｅｆ２−ｖ２）＋ＦＬ×Δｙ  …（４ｂ）
ここで、Ｉｍは前記電動機１２の慣性モーメント、ｇは重力加速度、ｖｒｅｆ及びｖは前記ウィンチドラム１０の目標速度及び実速度（回転角速度）ωｒｅｆ，ωにそれぞれ対応する吊り荷８の移動速度である。
【００４１】
さらに、必要制動能力算定部３２は、前記必要制動エネルギーＪｂｒを制御周期Ｔで除した値を必要制動動力Ｗｂｒとして算定する（ステップＳ４５）。
【００４２】
３）回生能力の算定（図３のステップＳ５、図５のステップＳ５１〜Ｓ５７）
次に、前記コントローラ３０の回生能力算定部３４は、前記電動機１２及び電動機制御回路１８により構成される回生電力生成部の回生電力生成能力（具体的には電動機１２の回生電力の生成能力）と、前記回生電力受入部１６の回生電力受入れ能力（具体的にはバッテリーの回生電力の受入れ能力）と、にそれぞれ基づき、回生能力の算定、具体的には、回生電力許容値Ｗａ及び回生エネルギー許容値Ｊａの算定を行う（ステップＳ５）。
【００４３】
前記回生能力算定部３４は、まず、前記電動機１２の回生電力及び回生エネルギーのそれぞれの許容値Ｗａｍ，Ｊａｍと、前記バッテリーの回生電力及び回生エネルギーのそれぞれの許容値Ｗａｂ，Ｊａｂと、を演算等により取得する（ステップＳ５１）。前記電動機１２の回生電力の許容値Ｗａｍは当該電動機１２により正常に生成することが可能な回生電力の上限であり、例えば当該電動機１２の定格値（定格電流及び定格電圧）に基いて決定することが可能である。前記電動機１２の回生エネルギーの許容値Ｊａｍは、例えば前記回生電力の許容値Ｗａｍに制動時間を乗ずることにより算定が可能である。前記バッテリーの回生電力及び回生エネルギーの許容値Ｗａｂ，Ｊａｂは、当該バッテリーが受け入れることが可能な電力及びエネルギーの上限値、つまり、当該バッテリーを充電するための電力及びエネルギーの上限値、であり、当該バッテリーの充電状態（例えばＳＯＣ）から算定することが可能である。前記コントローラ３０は、例えば、当該充電状態と前記上限値Ｗａｂ，Ｊａｂとの関係について用意されたマップまたはテーブルを記憶しておくことにより、制御動作中に当該上限値Ｗａｂ，Ｊａｂを算定することが、可能である。
【００４４】
前記回生能力算定部３４は、次に、前記各許容値に基づき、前記回生能力として、回生電力及び回生エネルギーの許容値Ｗａ，Ｊａを算定する。具体的には、前記電動機１２の回生電力の許容値Ｗａｍと前記バッテリーの回生電力の許容値Ｗａｂを対比して低い方の許容値を回生電力許容値Ｗａとして選定する（ステップＳ５２〜Ｓ５４）。同様に、前記電動機１２の回生エネルギーの許容値Ｊａｍと前記バッテリーの回生エネルギーの許容値Ｊａｂを対比して低い方の許容値を回生エネルギー許容値Ｊａとして選定する（ステップＳ５５〜Ｓ５７）。
【００４５】
４）補助制動力Ｆｂｒの算定（図３のステップＳ６及び図６のステップＳ６１〜Ｓ６７）
前記コントローラ３０の補助制動力算定部３６は、前記ステップＳ４において算定された必要制動能力と、前記ステップＳ５において算定された回生能力と、の対比に基づき、補助制動力Ｆｂｒの算定を行う（図３のステップＳ６）。この補助制動力Ｆｂｒは、前記回生能力が前記必要制動能力に満たない場合にこれを補うための制動力であって、前記制動装置２０により前記ウィンチドラム１０に与えられる機械的な制動力である。
【００４６】
この実施の形態に係る前記補助制動力算定部３６は、前記必要制動動力Ｗｂｒと前記回生電力許容値Ｗａとの対比に基づく第１補助制動力Ｆｗの算定と、前記必要制動エネルギーＪｂｒと前記回生エネルギー許容値Ｊａとの対比に基づく第２補助制動力Ｆｊの算定と、を行い、当該第１及び第２補助制動力Ｆｗ，Ｆｊの対比に基いて実際の補助制動力Ｆｂｒを決定する。
【００４７】
具体的に、当該補助制動力算定部３６は、前記必要制動動力Ｗｂｒと前記回生電力許容値Ｗａとを対比し（図６のステップＳ６１）、前記必要制動動力Ｗｂｒが前記回生電力許容値Ｗａ以下である場合には（ステップＳ６１でＮＯ）前記第１補助制動力Ｆｗを０に設定し（ステップＳ６２）、前記必要制動動力Ｗｂｒが前記回生電力許容値Ｗａを上回る場合には（ステップＳ６１でＹＥＳ）両者の差に対応する制動力を前記第１補助制動力Ｆｗとして算定する（ステップＳ６３）。この第１補助制動力Ｆｗは、制動半径、すなわち、前記制動装置２０による補助制動力が前記ウィンチドラム１０に作用する位置とドラム回転中心軸との半径方向の距離、をＲｂｒとすると、次式（５）により与えられる。
【００４８】
Ｆｗ＝（Ｗｂｒ−Ｗａ）×Ｔ／（Ｒｂｒ×θｂｒ）    …（５）
同様に、当該補助制動力算定部３６は、前記必要制動エネルギーＪｂｒと前記回生エネルギー許容値Ｊａとを対比し（図６のステップＳ６４）、前記必要制動エネルギーＪｂｒが前記回生エネルギー許容値Ｊａ以下である場合には（ステップＳ６４でＮＯ）前記第２補助制動力Ｆｊを０に設定し（ステップＳ６５）、前記必要制動エネルギーＪｂｒが前記回生エネルギー許容値Ｊａを上回る場合には（ステップＳ６４でＹＥＳ）両者の差に対応する制動力を前記第２補助制動力Ｆｊとして算定する（ステップＳ６６）。この第２補助制動力Ｆｊは、次式（６）により与えられる。
【００４９】
Ｆｊ＝（Ｊｂｒ−Ｊａ）／（Ｒｂｒ×θｂｒ）    …（６）
そして、当該補助制動力算定部３６は、前記第１及び第２補助制動力Ｆｗ，Ｆｊを対比し、そのうち大きい方の制動力を実際の補助制動力Ｆｂｒに選定する（ステップＳ６７）。このような補助制動力Ｆｂｒの選定は、求められる制動動作をより確実に実行するための補助制動力の算定を可能にする。
【００５０】
５）回生指令及び制動指令の付与（図３のステップＳ７〜Ｓ９）
前記コントローラ３０の指令部３５は、前記補助制動力算定部３６による算定の結果に基づき、電動機制御回路１８及び制動装置２０にそれぞれ付与すべき回生指令及び制動指令を決定し、これを出力する。具体的に、前記補助制動力算定部３６により算定される補助制動力Ｆｂｒが０である場合（ステップＳ７でＮＯ）、つまり、補助制動力Ｆｂｒが不要である場合は、電動機１２が必要制動能力（必要制動動力Ｗｂｒまたは必要制動エネルギーＪｂｒ）に相当する回生動作を行うように回生指令部３７が電動機制御回路１８に対して回生指令を出力する一方、制動装置２０を非作動状態に維持すべく制動指令部３８は制動装置２０に対する制動指令を出力しない（ステップＳ８）。これに対し、前記補助制動力算定部３６により算定される補助制動力Ｆｂｒが０よりも大きい場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、つまり、補助制動力Ｆｂｒを要する場合は、電動機１２が前記回生能力（回生電力許容値Ｗａまたは回生エネルギー許容値Ｊａ）をフルに発揮した回生動作を行うように回生指令部３７が電動機制御回路１８に対して回生指令を出力する一方、制動指令部３８は前記制動装置２０が前記補助制動力Ｆｂｒに相当する制動力を前記ウィンチドラム１０に与えるように制動装置２０に対して制動指令を出力する（ステップＳ９）。
【００５１】
このような回生指令及び制動指令の出力は、前記必要制動能力が前記回生能力を上回るか否かにかかわらず当該回生能力の範囲内で最大限の回生電力を生成することを可能にしながら、前記必要制動能力が前記回生能力を上回る場合にも適正な補助制動力Ｆｂｒの設定によって適正な制動力でウィンチドラム１０を制動することを可能にする。
【００５２】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような形態を含む。
【００５３】
Ａ）回生能力の算定について
本発明に係る回生能力算定部は、回生電力生成部のもつ回生電力生成能力及び前記回生電力受入部のもつ回生電力受入れ能力のいずれか一方のみに基いて前記回生能力を算定するものでもよい。例えば、前記回生電力受入部の受入れ容量が十分に大きくこれを考慮する必要がない場合は、回生電力生成能力（例えば電動機の回生電力許容値または回生エネルギー許容値）をそのまま回生能力として設定してもよい。逆に、回生電力生成部の生成能力が十分大きくてこれを考慮する必要がない場合は、回生電力受入れ能力（例えばバッテリーの回生電力許容値または回生エネルギー許容値）をそのまま回生能力として設定してもよい。ただし、前記実施の形態のように回生電力生成能力及び回生電力受入れ能力の双方を算定してそのうち低い方の能力の選定に基いて前記回生能力を算定することは、前記回生電力生成能力及び前記回生電力受入れ能力の双方に制限がある場合にも、前記回生電力生成部及び前記回生電力受入部の双方を安全に運転することを可能にする。
【００５４】
また、本発明に係る回生能力算定部は、前記回生能力として、回生電力の許容値及び回生エネルギーの許容値のいずれか一方のみを算定するものでもよい。ただし、前記実施の形態のように回生電力の許容値及び回生エネルギーの許容値の双方を算定した上で、必要制動能力算定部が算定する必要制動能力と前記回生電力の許容値との比較により求められる第１補助制動力と、前記必要制動能力と前記回生エネルギーの許容値との比較により求められる第２補助制動力と、を算定し、そのうち大きい方を最終的な補助制動力として選定することにより、求められる制動動作に必要な制動力をより適正に設定することができる利点がある。
【００５５】
Ｂ）必要制動能力の算定について
前記実施の形態に係る必要制動能力算定部３２は、過負荷防止装置２８から入力される吊り荷重ＦＬに基づいて負荷トルクを算定するが、当該吊り荷重ＦＬは例えば前記電動機１２が実際に出力するトルクから推定されることも可能である。
【００５６】
また、前記実施の形態に係る必要制動能力算定部３２は、操作装置２２により指定される目標速度ωｒｅｆをリアルタイムで取り込んで電動機減速度ｄωｂｒを演算するが、当該目標速度は予め設定された一定の速度であってもよい。例えば、オペレータの巻下げ指令スイッチの操作に伴って予め設定された目標速度に基いて自動的に巻下げ動作が行われるクレーンでは、その目標速度に基いて必要制動能力が算定されればよい。
【００５７】
Ｃ）回生電力生成部について
本発明に係る回生電力生成部は、回生電力を生成するための専用の発電機を備えたものでもよい。例えば、電動ウインチを駆動するための電動機とは別に回生専用の発電機が当該電動ウインチに接続されてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
８    吊り荷（負荷）
１０  ウィンチドラム
１２  電動機（回生電力生成部）
１４  減速機
１６  回生電力受入部
１８  電動機制御回路（回生電力生成部）
２０  制動装置
２８  過負荷防止装置
３０  コントローラ
３１  目標速度演算部
３２  必要制動能力算定部
３４  回生能力算定部
３５  指令部
３６  補助制動力算定部
３７  回生指令部
３８  制動指令部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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