(57)【要約】【課題】吊り荷の位置エネルギを有効利用する。【解決手段】油圧源２からの圧油により巻上げ方向および巻下げ方向に回転する油圧モータ３と、油圧モータ３の回転により巻上駆動および巻下駆動され、吊り荷を昇降するウインチドラムと、油圧モータ３の回転を検出する回転検出手段２１，２２と、油圧モータ３に回転力を付与する電動モータとして機能する一方、油圧モータ３の回転により駆動される発電機として機能するモータ発電機１０と、回転検出手段２１，２２により油圧モータ３の巻上げ回転が検出されると電動モータとして機能し、油圧モータ３の巻下げ回転が検出されると発電機として機能するようにモータ発電機１０を制御する制御手段１１，２０とを備える。【選択図】図１
2007246190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧源からの圧油により巻上げ方向および巻下げ方向に回転する油圧モータと、
前記油圧モータの回転により巻上駆動および巻下駆動され、吊り荷を昇降するウインチドラムと、
前記油圧モータの回転または回転の操作を検出する回転検出手段と、
前記油圧モータの回転により駆動される発電機と、
前記回転検出手段により前記油圧モータの巻下げ回転が検出されると発電し、巻下げ回転が検出されないと発電を停止するように前記発電機を制御する制御手段とを備えることを特徴とする油圧ウインチ装置。
【請求項２】
油圧源からの圧油により巻上げ方向および巻下げ方向に回転する油圧モータと、
前記油圧モータの回転により巻上駆動および巻下駆動され、吊り荷を昇降するウインチドラムと、
前記油圧モータの回転または回転の操作を検出する回転検出手段と、
前記油圧モータに回転力を付与する電動モータとして機能する一方、前記油圧モータの回転により駆動される発電機として機能するモータ発電機と、
前記回転検出手段により前記油圧モータの巻上げ回転が検出されると前記電動モータとして機能し、前記油圧モータの巻下げ回転が検出されると前記発電機として機能するように前記モータ発電機を制御する制御手段とを備えることを特徴とする油圧ウインチ装置。
【請求項３】
油圧源からの圧油により巻上げ方向および巻下げ方向に回転する油圧モータと、
前記油圧モータの回転により巻上駆動および巻下駆動され、吊り荷を昇降するウインチドラムと、
前記油圧モータの回転または回転の操作を検出する回転検出手段と、
前記油圧モータに回転力を付与する電動モータと、
前記回転検出手段により前記油圧モータの巻上げ回転が検出されると前記油圧モータに巻上げ方向の回転力を付加し、巻上げ回転が検出されないと、回転力を付加しないように前記電動モータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする油圧ウインチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧モータの回転により吊り荷を昇降する油圧ウインチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、クローラクレーン等に搭載される油圧ウインチ装置は、油圧ポンプからの圧油により回転する油圧モータを備え、操作レバーの巻上げまたは巻下げ操作により油圧モータを回転し、ウインチドラムを巻上げまたは巻下げ駆動する。ウインチドラムの巻上げ駆動により吊り荷を上昇させ、ウインチドラムの巻下げ駆動により吊り荷を降下させる。この種の油圧ウインチ装置に関する先行技術文献としては以下のものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４８０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の油圧ウインチ装置では、吊り荷が有する位置エネルギーを有効に利用することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による油圧ウインチ装置は、油圧源からの圧油により巻上げ方向および巻下げ方向に回転する油圧モータと、油圧モータの回転により巻上駆動および巻下駆動され、吊り荷を昇降するウインチドラムと、油圧モータの回転または回転の操作を検出する回転検出手段と、油圧モータの回転により駆動される発電機と、回転検出手段により油圧モータの巻下げ回転が検出されると発電し、巻下げ回転が検出されないと発電を停止するように発電機を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
発電機の代わりに、油圧モータに回転力を付与する電動モータとして機能する一方、油圧モータの回転により駆動される発電機として機能するモータ発電機を設け、回転検出手段により油圧モータの巻上げ回転が検出されると電動モータとして機能し、油圧モータの巻下げ回転が検出されると発電機として機能するようにモータ発電機を制御するようにしてもよい。
油圧モータに回転力を付与する電動モータを設け、回転検出手段により油圧モータの巻上げ回転が検出されると油圧モータに巻上げ方向の回転力を付加し、巻上げ回転が検出されないと、回転力を付加しないように電動モータを制御することもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、油圧モータの巻下げ回転により駆動される発電機を設けるようにしたので、吊り荷の位置エネルギによって発電することができ、位置エネルギを有効利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜４を参照して本発明による油圧ウインチ装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る油圧ウインチ装置の構成を示す油圧回路図である。この油圧ウインチ装置は例えばクローラクレーンに搭載される。図１に示すようにウインチ装置は、ウインチドラム１と、エンジンにより駆動する油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２からの圧油により回転する油圧モータ３と、油圧ポンプ２から油圧モータ３への圧油の流れを制御する方向制御弁４と、油圧モータ３の回転をウインチドラム１に伝達する遊星減速機構５と、パイロットポンプ６からのパイロット圧を方向制御弁４のパイロットポートに供給するパイロット弁７Ａ，７Ｂと、パイロット弁７Ａ，７Ｂを操作する操作レバー８と、モータ３の巻上げ管路に保持圧を発生させるカウンタバランス弁９と、電動モータおよび発電機として機能するジェネレータモータ１０とを有する。ウインチドラム１にはウインチロープが巻回され、ウインチドラムの巻上げおよび巻下げ駆動によりウインチロープを巻き取りおよび繰り出し、吊り荷を昇降する。
【０００８】
油圧モータ３の出力軸はジェネレータモータ１０に連結され、油圧モータ３の回転はジェネレータモータ１０および遊星減速機構５のサンギア５１、キャリア５２、リングギア５３を介してウインチドラム１に伝達される。ジェネレータモータ１０が電動モータとして機能するときは、ジェネレータモータ１０にはインバータ／コンバータ１１を介してバッテリ１２から駆動電流が供給される。ジェネレータモータ１０が発電機として機能するときは、ジェネレータモータ１０からの電力はインバータ／コンバータ１１を介してバッテリ１２に充電される。インバータ／コンバータ１１にはコントローラ２０からの制御信号が出力され、この制御信号によりジェネレータモータ１０が制御される。
【０００９】
パイロット弁７Ａ，７Ｂから方向制御弁４にパイロット圧を供給する管路には圧力センサ２１，２２が接続され、圧力センサ２１，２２は操作レバー８の操作による巻上げパイロット圧Ｐｉｕおよび巻下げパイロット圧Ｐｉｄをそれぞれ検出する。油圧モータ３の出入口ポートには圧力センサ２３，２４が接続され、圧力センサ２３，２４は油圧モータ３の出入口ポートの圧力Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出する。油圧モータ３の出力軸には回転センサ２５が検出され、回転センサ２５は油圧モータ３の回転速度ωを検出する。なお、回転センサ２５は油圧モータ３に連結されたジェネレータモータ１０の回転速度も検出する。これらセンサ２１〜２５からの信号はコントローラ２０に入力され、コントローラ２０では以下のような処理が実行される。
【００１０】
図２は、コントローラ２０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、コントローラ２０には、予め図３に示すように油圧モータ３の前後差圧ΔＰに対する駆動トルクＴｍ１の特性および発電トルクＴｇ１の特性が記憶されるとともに、図４に示すようにジェネレータモータ１０のトルク性能曲線（定格トルクの曲線）、すなわち油圧モータ３の回転速度ωに対する駆動トルクＴｍ２の特性および発電トルクＴｇ２の特性が記憶されている。図３，４では駆動トルクＴｍ１，Ｔｍ２を正の値で示し、発電トルクＴｇ１，Ｔｇ２を負の値で示している。
【００１１】
図３では、差圧ΔＰの増加に伴い駆動トルクＴｍ１および発電トルクＴｇ１の大きさ（絶対値）がともに増加するように特性が設定されている。この駆動トルクＴｍ１の特性は比例係数Ｋｍを用いてＴｍ１＝Ｋｍ・ΔＰで表すことができ、発電トルクＴｇ１の特性は比例係数Ｋｇを用いてＴｇ１＝Ｋｇ・ΔＰで表すことができる。図４は駆動トルクと発電トルクの上限値を定めるものであり、ジェネレータモータ１０は図４の特性の範囲内で駆動トルクおよび発電トルクを発生することができる。
【００１２】
図２のフローチャートは例えば図示しないエンジンキースイッチのオンによりスタートする。まず、ステップＳ１で圧力センサ２３，２４からの信号により油圧モータ３の前後差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を検出する。ステップＳ２では、圧力センサ２１，２２および回転センサ２５からの信号により、巻上げパイロット圧Ｐｉｕ，巻下げパイロット圧Ｐｉｄ，および回転数速度ωを検出する。
【００１３】
ステップＳ３では、巻上げパイロット圧Ｐｉｕが予め定めた所定値Ｐｉｓｅｔより大きいか否かを判定し、否定されるとステップＳ４に進む。ステップＳ４では、巻下げパイロット圧Ｐｉｄが予め定めた所定値Ｐｉｓｅｔより大きいか否かを判定し、否定されるとリターンする。すなわち操作レバー８の操作量が少ないときはステップＳ５〜ステップＳ８の処理を行わず、リターンする。
【００１４】
一方、ステップＳ３で巻上げパイロット圧Ｐｉｕが所定値Ｐｉｓｅｔより大きいと判定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、図３の上側の特性（第１象限の特性）に基づき、前後差圧の検出値ΔＰに応じた駆動トルクＴｍ１を演算するとともに、図４の上側の特性（第１象限の特性）に基づき、モータ回転速度の検出値ωに応じた駆動トルクＴｍ２を演算する。そして、駆動トルクＴｍ１，Ｔｍ２のうち、小さい方の値を目標駆動トルクＴｍｒｅｆとして設定する。
【００１５】
これにより差圧ΔＰが大きくなるほど目標駆動トルクＴｍｒｅｆ（図３のＴｍ１）は大きくなり、かつ、ジェネレータモータ１０の特性（図４のＴｍ２）を越えないように目標駆動トルクＴｍｒｅｆが制限される。ステップＳ６では、ジェネレータモータ１０がバッテリ１２からの電力により目標駆動トルクＴｍｒｅｆで駆動されるようにインバータ／コンバータ１１に制御信号を出力し、ステップＳ２に戻る。
【００１６】
ステップＳ４で巻下げパイロット圧Ｐｉｄが所定値Ｐｉｓｅｔより大きいと判定されるとステップＳ７に進む。ステップＳ７では、図３の下側の特性（第２象限の特性）に基づき、前後差圧の検出値ΔＰに応じた発電トルクＴｇ１を演算するとともに、図４の下側の特性（第２象限の特性）に基づき、モータ回転速度の検出値ωに応じた発電トルクＴｇ２を演算する。そして、発電トルクＴｇ１，Ｔｇ２のうち、絶対値が小さい方の値を目標発電トルクＴｇｒｅｆとして設定する。
【００１７】
これにより差圧ΔＰが大きくなるほど目標発電トルクＴｇｒｅｆ（図３のＴｇ１）の大きさ（絶対値）は大きくなり、かつ、ジェネレータモータ１０の特性（図４のＴｇ２）を越えないように目標発電トルクＴｇｒｅｆが制限される。ステップＳ８では、ジェネレータモータ１０が油圧モータ３の巻下げ回転により目標発電トルクＴｇｒｅｆで駆動されるようにインバータ／コンバータ１１に制御信号を出力し、ステップＳ２に戻る。
【００１８】
本実施の形態に係る油圧ウインチ装置の動作をより具体的に説明する。
（１）巻上げ運転
操作レバー８を巻上げ操作すると、その操作量に応じてパイロット弁７Ａが駆動され、方向制御弁４のパイロットポートにパイロット圧が作用し、方向制御弁４が位置イ側に切り換わる。これにより油圧モータ３が巻上げ方向に回転し、ウインチドラム１が巻上げ駆動され、吊り荷が上昇する。このとき巻上げパイロット圧Ｐｉｕが所定値Ｐｉｓｅｔ以下であれば、ジェネレータモータ１０は駆動トルクを発生せず、油圧モータ３からの出力はジェネレータモータ１０を介してそのままウインチドラム１に伝達される。
【００１９】
巻上げパイロット圧Ｐｉｕが所定値Ｐｉｓｅｔを越えると、ジェネレータモータ１０はバッテリ１２からの電力により駆動され、電動モータとして駆動トルクＴｍｒｅｆを発生する（ステップＳ５，ステップＳ６）。これにより油圧モータ３の巻上げ回転がアシストされ、油圧モータ３の駆動トルクをその分だけ低減することができる。その結果、エンジンの負荷トルクが小さくなり、燃費が向上して運転コストを低減できるとともに、高負荷運転による排気ガスの排出を抑えることができる。この場合、油圧モータ３の前後差圧ΔＰが大きくなるほどジェネレータモータ１０の駆動トルクは大きくなるので（図３）、吊り荷の負荷に応じた適切なアシスト力をモータ３に付加することができる。操作レバー８の巻上げ操作を停止すると、巻上げパイロット圧Ｐｉｕは所定値Ｐｉｓｅｔ以下となり、ジェネレータモータ１０は駆動トルクの発生を停止する。
【００２０】
（２）巻下げ運転
操作レバー８を巻下げ操作すると、その操作量に応じてパイロット弁７Ｂが駆動され、方向制御弁４のパイロットポートにパイロット圧が作用し、方向制御弁４が位置ロ側に切り換わる。これにより油圧モータ３が巻下げ方向に回転して、ウインチドラム１が巻下げ駆動され、吊り荷が下降する（動力巻下げ運転）。このとき巻下げパイロット圧Ｐｉｄが所定値Ｐｉｓｅｔ以下であれば、ジェネレータモータ１０は発電せず、油圧モータ３からの出力はジェネレータモータ１０を介してそのままウインチドラム１に伝達される。
【００２１】
巻下げパイロット圧Ｐｉｄが所定値Ｐｉｓｅｔを越えると、油圧モータ３にはジェネレータモータ１０によって巻下げ回転を阻止するような制動力が作用する。これにより吊り荷の位置エネルギの一部は電力に変換され、ジェネレータモータ１０は発電機として発電トルクＴｇｒｅｆを発生し、ジェネレータモータ１０で発生した電力はバッテリ１２に充電される（ステップＳ７，ステップＳ８）。その結果、巻上げ時にジェネレータモータ１０で消費した電力を一部回収することができ、バッテリ１２の消耗を防ぐことができる。この場合、油圧モータ３の前後差圧ΔＰが大きくなるほどジェネレータモータ１０の発電トルクは大きくなるので（図３）、十分な巻下げ速度を保ちながら、吊り荷の負荷に応じた発電を行うことができる。操作レバー８の巻下げ操作を停止すると、巻下げパイロット圧Ｐｉｄは所定値Ｐｉｓｅｔ以下となり、ジェネレータモータ１０は発電を停止する。
【００２２】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ウインチ駆動用の油圧モータ３にジェネレータモータ１０を連結し、ウインチの巻下げ運転時に油圧モータ３の巻下げ回転によりジェネレータモータ１０から電力を発生させるようにした。これにより吊り荷の位置エネルギの一部をバッテリ１２に回収して、バッテリ１２の消耗を防ぐことができ、位置エネルギを有効利用することができる。
（２）ウインチの巻上げ運転時にバッテリ１２からの電力によりジェネレータモータ１０を駆動するようにしたので、油圧モータ３の駆動トルクを低減することができ、エンジンの負荷を抑えて燃費を向上することができる。
【００２３】
（３）油圧モータ３の前後差圧ΔＰの増加に伴い駆動トルクおよび発電トルクを増加するようにしたので（図３）、吊り荷の負荷に応じた適切なアシスト力を油圧モータ３に付加することができるとともに、吊り荷の負荷に応じた適切な発電を行うことができる。
（４）パイロット圧Ｐｉｕ，Ｐｉｄが所定値Ｐｉｓｅｔ以下のときはジェネレータモータ１０を駆動しないので、操作レバー８の微操作によるクレーン作業を何ら違和感なく良好に行うことができる。
（５）ジェネレータモータ１０からの駆動トルクおよび発電トルクをトルク性能曲線（図４）により制限するので、ジェネレータモータ１０の能力を超えて駆動されることがなく、ジェネレータモータ１０の故障を防止することができる。
（６）仮に、電気系統のトラブルによって動作不良を起こしても、ジェネレータモータ１０から駆動トルクや発電トルクを発生させないだけで、通常の油圧ウインチ装置として動作させることができ、安全性が高い。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、比例係数Ｋｍ，Ｋｇを一定として駆動トルクＴｍ１および発電トルクＴｇ１を演算したが（ステップＳ５，ステップＳ７）、バッテリ１２の残量に応じて比例係数を可変にしてもよい。例えばバッテリ残量の割合ｅ（０≦ｅ≦１）が低下した場合には、Ｋｍ（一定値）にｅを乗じたもの（Ｋｍ・ｅ）を比例係数として駆動トルクＴｍ１を演算してもよい。これにより目標駆動トルクＴｍｒｅｆが小さくなり、ジェネレータモータ１０の駆動に消費するバッテリ１２のエネルギを抑えることができる。また、バッテリ１２の充電状態が良好である場合には、発電トルクＴｇ１の比例係数Ｋｇ（一定値）をＫｇ・（１−ｅ）に置き換えて発電トルクＴｇ１を演算し、発電トルクＴｇ１を小さくしてもよい。
【００２５】
上記実施の形態では、油圧モータ３の出力軸にジェネレータモータ１０（モータ発電機）を連結し、モータ３の巻上げ時にジェネレータモータ１０を電動モータとして機能させ、巻下げ時に発電機として機能させるようにしたが、巻下げ時に発電を行い、巻下げ時以外に発電を停止する発電機をジェネレータモータ１０の代わりに用いてもよい。また、巻上げ時に油圧モータ３に回転力を付加し、巻上げ時以外に回転力を付与しない電動モータをジェネレータモータ１０の代わりに用いてもよい。ジェネレータモータ１０を油圧モータ３と遊星減速機構５のサンギア５１の間に設けるようにしたが、油圧モータ３の回転により発電し、油圧モータ３に回転力を付加するのであれば、モータ発電機や発電機、電動モータを他の箇所に設けてもよい。蓄電装置はバッテリ１２に限らずキャパシタでもよい。
【００２６】
コントローラ２０からの制御信号をインバータ／コンバータ１１に出力してジェネレータモータ１０を制御するようにしたが、制御手段の構成は上述したものに限らない。圧力センサ２１，２２により油圧モータ３の回転（回転の操作）を検出したが、回転検出手段はいかなるものでもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の油圧ウインチ装置に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る油圧ウインチ装置の構成を示す油圧回路図。
【図２】図１のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。
【図３】油圧モータの前後差圧とジェネレータモータの駆動トルクおよび発電トルクの関係を示す図。
【図４】油圧モータの回転速度とジェネレータモータの駆動トルクおよび発電トルクの関係を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１  ウインチドラム
２  油圧ポンプ
３  油圧モータ
１０  ジェネレータモータ
１１  インバータ／コンバータ
１２  バッテリ
２０  コントローラ
２１，２２  圧力センサ
【図１】
2007246190.tif 000003
【図２】
2007246190.tif 000004
【図３】
2007246190.tif 000005
【図４】
2007246190.tif 000006