JP5111775B2

JP5111775B2 - ウインチ駆動装置

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Publication number: JP5111775B2
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Inventors: 悦朗小森
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Publication date: 2013-01-09
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Description

本発明は、ウインチに巻上げ動作および巻下げ動作を行わせるためのウインチ駆動装置に関する。

従来、クレーンに設けられるウインチに巻上げ動作および巻下げ動作を行わせるためのウインチ駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたウインチ駆動装置を備えるクレーンでは、エンジンおよび発電機で構成される発電装置と、この発電装置から供給される電力を逐電するバッテリと、このバッテリの蓄電力によって駆動される複数の電動機とが備えられており、この各電動機により、走行、旋回、ブーム、巻上げの各動作に対応する装置を駆動するようになっている。そして、ウインチ駆動装置における電動機をウインチ巻下げ時に発電機として作用（回生作用）させ、これによって発生する回生電力をバッテリに蓄えることができるようになっている。一般的にウインチでは巻下げ時に制動力を付加しながら巻下げ速度を制御しており、位置エネルギーは熱に変換されて放出されている。しかし、特許文献１に記載のウインチ駆動装置によると、ウインチを電動機で駆動し、この電動機を巻下げ時に発電機として用いることで、エネルギー回生機能を実現している。

特開昭６３−２３５１３５号公報（第３−５頁、第２図）

しかしながら、特許文献１に記載されたウインチ駆動装置においては、高トルクの出力が要求される場合は、ウインチ駆動装置に備えられる電動機や減速機が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、エネルギー回生機能を実現できるとともに小型化を図ることができるウインチ駆動装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び効果

本発明に係るウインチ駆動モータは、ウインチの基部に固定される油圧モータと、前記油圧モータの出力軸に連結される減速機と、前記減速機の出力部に固定され、ロープが巻き掛けられるドラムと、前記基部に固定され、前記減速機の出力部または前記油圧モータの出力軸に連結される入力軸を有する発電機と、を備えているウインチ駆動モータに関する。
そして、本発明に係るウインチ駆動装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。

上記目的を達成するための本発明に係るウインチ駆動装置における第１の特徴は、ウインチの巻下げ時に前記ドラムの回転により前記減速機または前記油圧モータを介して前記発電機を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーに回生することである。

この構成によると、油圧モータと発電機とを備えたウインチ駆動装置として構成されている。そして、ウインチ巻上げ時には小型で高出力を確保することができる油圧モータおよび減速機によりドラムを駆動して巻上げ動作を行い、ウインチ巻下げ時には発電機を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーに回生することができる。したがって、エネルギー回生機能を実現できるとともに小型化を図ることができるウインチ駆動装置を得ることができる。

本発明に係るウインチ駆動装置における第２の特徴は、前記減速機の出力部と前記発電機の入力軸とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられるクラッチを更に備え、ウインチの巻上げ時に前記クラッチを切断状態に切り換えることである。

この構成によると、ウインチ巻上げ時にはクラッチが切断状態に切り換えられて発電機が切り離されるため、巻上げ時の負荷が増加してしまうことを防止できる。したがって、エネルギー回生機能を発揮させるための発電機を設けても、巻上げ時の負荷の増大を招いてしまうことを防ぐことができる。また、巻上げ時にクラッチを切断状態として巻下げ時の回生機能を発揮するときのみ発電機が連結されることになるため、発電機を発電専用として用いることができ、発電機の小型化を図ることができる。また、巻上げ時には、油圧モータおよび減速機によりドラムを駆動するものであるため、電動機で巻上げ動作を行う場合に比して、巻上げ速度の制御精度を高めることができ、良好な操作性が得られることになる。

本発明に係るウインチ駆動装置における第３の特徴は、前記発電機は、電動モータとしても用いられ、前記油圧モータの出力軸と前記減速機とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられるクラッチと、前記クラッチを切断状態に切り換えるとともに前記発電機を電動モータとして用いて前記ドラムを駆動する電動モータ駆動モードにて、前記クラッチおよび前記発電機を制御可能な制御部と、を更に備えていることである。

高出力で小型化を図る観点から油圧モータおよび減速機を備えて構成されるウインチ駆動装置を用いた場合、フック動作のみや荷役が軽い場合の低負荷動作のときには、高負荷に対応して仕様が設定されている油圧モータから出力されるトルクが巻上げ・巻下げ動作においては過大となってしまい、油圧モータの効率が相当に低下することになる。また、このようなウインチ駆動装置にて高速度で巻上げ・巻下げ動作を行う場合、要求されるトルクが低いにも関わらず油圧モータ駆動のために大油量が必要となってしまい、油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数を高く設定しなければならないという制約が生ずる。しかしながら、本発明の構成によると、低負荷動作のときには、電動モータ駆動モードにて制御することで、油圧モータを切り離して発電機の電動モータ機能によりドラムを駆動することができる。このため、低負荷動作等のときにおける効率低下を抑制でき、高速動作のときにエンジンの回転数を高く設定する必要もないウインチ駆動装置を得ることができる。

本発明に係るウインチ駆動装置における第４の特徴は、前記発電機は、電動モータとしても用いられ、前記減速機の出力部と前記発電機の入力軸とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられる第１クラッチと、前記油圧モータの出力軸と前記減速機とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられる第２クラッチと、前記第１クラッチを切断状態に切り換えるとともに前記油圧モータにより前記ドラムを駆動する油圧モータ駆動モードと、前記第２クラッチを切断状態に切り換えるとともに前記発電機を電動モータとして用いて前記ドラムを駆動する電動モータ駆動モードとのいずれかに切り換えて、前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、および前記発電機を制御可能な制御部と、を更に備えていることである。

この構成によると、高負荷動作時には、油圧モータ駆動モードにて制御することで、発電機を切り離して油圧モータによりドラムを駆動することができる。そして、低負荷動作時には、電動モータ駆動モードにて制御することで、油圧モータを切り離して発電機の電動モータ機能によりドラムを駆動することができる。このため、高負荷での巻上げ動作時には発電機を切り離して巻上げ時の負荷の増加を防いだ状態で高出力の油圧モータにてドラムを駆動し、低負荷での巻上げ動作時には油圧モータを切り離して発電機の電動モータ機能によりドラムを駆動するため、負荷状態に応じて高効率な巻上げ動作を実現することができる。

本発明に係るウインチ駆動装置における第５の特徴は、前記発電機は、電動モータとしても用いられ、前記減速機は、前記油圧モータの出力軸に連結される減速機入力軸と、前記減速機入力軸に連結される第１太陽歯車と、前記第１太陽歯車に噛み合う第１遊星歯車と、前記第１遊星歯車に噛み合うとともに前記発電機の入力軸に連結される第１リング歯車と、前記第１遊星歯車に連結される第２太陽歯車と、前記第２太陽歯車に噛み合う第２遊星歯車と、前記第２遊星歯車に噛み合うとともに前記出力部に固定される第２リング歯車と、前記減速機入力軸を係止可能な第１メカニカルブレーキと、前記第１リング歯車を係止可能な第２メカニカルブレーキと、を備えていることである。

この構成によると、第２メカニカルブレーキで第１リング歯車を係止することで、発電機の回転を停止させて油圧モータにより遊星歯車機構を介してドラムを駆動することができる。また、低負荷動作時には、第１メカニカルブレーキで減速機入力軸を係止することで、油圧モータの回転を停止させて発電機の電動モータ機能により効率よくドラムを駆動することができる。

本発明に係るウインチ駆動装置における第６の特徴は、前記ウインチは、前記油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプを駆動するポンプ用電動機と、当該ポンプ用電動機に供給する電力が逐電される蓄電池とを有するクレーンに設けられ、前記発電機により発電された電力は、前記蓄電池に逐電され、前記油圧ポンプを駆動するために前記ポンプ用電動機に供給されることである。

この構成によると、クレーンに設けられてポンプ用電動機に電力供給する蓄電池に対して、発電機で発電された電力を逐電するため、回生エネルギーの逐電用の蓄電池を別途設ける必要もなく、構成を簡素化することができる。

本発明に係るウインチ駆動装置における第７の特徴は、前記発電機の少なくとも一部が前記ドラム内に配置されることである。

この構成によると、発電機の少なくとも一部がドラム内に配置されるため、ドラム内のスペースを効率よく活用して発電機を配置でき、ウインチ駆動装置がドラムの軸方向に長大となってしまうことを抑制できる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の実施形態に係るウインチ駆動装置は、例えばクレーンにおいて適用することができるが、クレーンの例に限らず、各種用途に用いられるウインチに関して広く適用することができる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るウインチ駆動装置１を備えるウインチ１０を例示した一部断面を含む正面図である。図１に示すウインチ１０は、図示しないクレーンに設けられており、図示しないワイヤーロープの巻上げ動作および巻下げ動作を行うことで荷の昇降動作を行うようになっている。

図２は、クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示したウインチ駆動装置１のブロック図である。この図２に示すように、ウインチ駆動装置１が適用されるクレーンには、蓄電池１１、ポンプ用電動機１２、エンジン１３、油圧ポンプ１４等が備えられている。油圧ポンプ１４は、クレーンにおけるウインチ１０を含む各種荷役装置を駆動する圧油供給源として設けられており、ウインチ駆動装置１における後述の油圧モータ２７にも圧油を供給するようになっている。ポンプ用電動機１２およびエンジン１３は、そのいずれか一方が油圧ポンプ１４と連結されることでこの油圧ポンプ１４を駆動可能に設けられている。ポンプ用電動機１２およびエンジン１３は、油圧ポンプ１４に対して切り換えて連結されるようになっている。蓄電池１１には、ポンプ用電動機１２やクレーンにおけるその他の各種電気機器に供給する電力が逐電されるようになっている。

図１および図２に示すように、ウインチ駆動装置１は、ウインチモータ２１、コントロールバルブ２２、ドラム２３、制御部２４、クラッチ２５、発電機２６等をそなえて構成されている。そして、ウインチモータ２１は、油圧モータ２７、減速機２８、およびメカニカルブレーキ２９を備えて構成されている。

油圧モータ２７は、ウインチ１０の基部１０ａに固定され（図１参照）、油圧ポンプ１４からの圧油がコントロールバルブ２２を介して供給されるようになっている（図２参照）。なお、コントロールバルブ２２は、油圧ポンプ１４から油圧モータ２７へと供給する圧油の流量を制御部２４からの指令に基づいて調整するようになっている。減速機２８は、油圧モータ２７の出力軸に連結されている。また、メカニカルブレーキ２９は、油圧モータ２７の出力軸とこの出力軸に連結される減速機入力軸とのいずれかに係止可能に設けられている。なお、減速機２８は、各種歯車機構を用いて構成することができ、図１では、遊星歯車機構として形成されてその遊星歯車機構のケース２８ａが減速機２８の出力部として構成されている場合を例示している。

ドラム２３は、筒状に形成されており、減速機２８の出力部であるケース２８ａに固定され（図１参照）、図示しないワイヤーロープが巻き掛けられるようになっている。これにより、減速機２８を介して油圧モータ２７の回転が減速されて伝達され、ワイヤーロープの巻上げ動作および巻下げ動作を行うことができるようになっている。

発電機２６は、ウインチ１０の基部１０ａに固定され（図１参照）、減速機２８のケース２８ａに対してクラッチ２５を介して連結される入力軸２６ａを備えている。すなわち、発電機２６のロータ側が入力軸２６ａに取り付けられ、発電機２６のステータ側がウインチ１０の基部１０ａに取り付けられている。また、この発電機２６は、その一部がドラム２３内に配置されている。なお、減速機２８のケース２８ａには発電機２６側に向かって筒状に突設された部分である突設部２８ｂが形成されており、この突設部２８ｂは、発電機２６のステータ側に対して軸受を介して回転自在に支持されている。
なお、油圧モータ２７で油圧巻上げを行っているときは、発電機２６で発電される電力を蓄電池１１に蓄電するようにしても良い。また、油圧モータ２７で油圧巻上げを行っているときは、発電機２６が負荷にならないように、または、油圧モータ２７を補助するように電動機２６に電力を印加しても良い。

クラッチ２５は、例えば摩擦式のクラッチとして構成されており、減速機２８のケース２８ａと発電機２６の入力軸２６ａとを連結する連結状態と、この連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられるようになっている。そして、クラッチ２５は、制御部２４からの指令がクラッチ駆動部（図示せず）に入力されることで作動し、連結状態と切断状態との切り換えが行われるようになっている。また、このクラッチ２５は、制御部２４からの指令に基づいて、ウインチ１０の巻上げ動作時には切断状態に切り換えられ、ウインチ１０の巻下げ動作時には連結状態に切り換えられるようになっている。ウインチ１０の巻下げ動作時にクラッチ２５が連結状態に切り換えられてケース２８ａと入力軸２６ａとが連結されることで、このウインチ巻下げ時のドラム２３の回転により減速機２８を介して発電機２６を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーとして回生できるようになっている。ウインチ巻下げ時に発電機２６にて発電された電力は、図２に示すように、クレーンの蓄電池１１に逐電され、油圧ポンプ１４を駆動するためにポンプ用電動機１２に供給されるようになっている。

制御部２４は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory））、電流制御回路などを備えて構成されている。この制御部２４からの指令に基づいて、コントロールバルブ２２、クラッチ２５、発電機２６の作動が制御されることになる。

次に、ウインチ駆動装置１の作動について説明する。ウインチ駆動装置１がクレーンの運転者によるウインチ操作レバー（図示せず）の操作に基づいて作動することで、ウインチ１０の巻上げ動作および巻下げ動作が行われるようになっている。なお、ウインチ操作レバーのレバー操作位置は、「中立」、「巻上げ」、「巻下げ」の３つの位置のいずれかに切り換えられるようになっている。なお、レバー操作位置を検知するレバー操作位置センサの信号は、制御部２４に入力されるようになっている。図３は、ウインチ駆動装置１の作動を説明するためのフローチャートを例示したものである。クレーンの電源が投入されている状態では、ウインチ駆動装置１では、図３に示す処理が行われることになる。

クレーンの電源が投入されると、この図３に示すように、ウインチ駆動装置１では、まず、ステップ１０１において（以下、Ｓ１０１という、他のステップも同様）、油圧ポンプ１４の運転が行われているかどうかが制御部２４にて判断される。油圧ポンプ１４の運転が開始されると（Ｓ１０１、ＹＥＳ）、制御部２４にてウインチ操作レバーのレバー操作位置が「中立」であるかどうかが判断される（Ｓ１０２）。レバー操作位置が「中立」の場合（Ｓ１０２、ＹＥＳ）、制御部２４からの指令に基づいて、メカニカルブレーキ２９は減速機入力軸（または油圧モータ２７の出力軸）を係止した状態（メカニカルブレーキＯＮ）となり、且つ、クラッチ２５は連結状態（クラッチＯＮ）となる（Ｓ１０８）。

Ｓ１０２において、レバー操作位置が「中立」でない場合（Ｓ１０２、ＮＯ）、続いて、レバー操作位置が「巻上げ」であるかどうかが制御部２４にて判断される。レバー操作位置が「巻上げ」の場合（Ｓ１０３、ＹＥＳ）、制御部２４からの指令に基づいて、メカニカルブレーキ２９は減速機入力軸（または油圧モータ２７の出力軸）の係止を解除した状態（メカニカルブレーキＯＦＦ）となり、且つ、クラッチ２５は切断状態（クラッチＯＦＦ）となる（Ｓ１０９）。そして、制御部２４からの指令に基づいて、コントロールバルブ２２が所定の切換位置に切り換えられ、油圧ポンプ１４から油圧モータ２７へ所定の回転方向（巻上げ動作方向）に回転させるように圧油が供給される。メカニカルブレーキ２９が解除されているため、油圧モータ２７が巻上げ動作方向に回転することで減速機２８を介してドラム２３を駆動し、ウインチ巻上げ動作が行われることになる（Ｓ１１０）。ウインチ巻上げ動作は、レバー操作位置が「巻上げ」の状態から切り換えられるまで継続して行われることになる（Ｓ１１１）。

Ｓ１０３において、レバー操作位置が「巻上げ」でない場合（Ｓ１０３、ＮＯ）、レバー操作位置は「巻下げ」であると制御部２４にて判断される。そして、制御部２４からの指令に基づいて、メカニカルブレーキ２９は減速機入力軸（または油圧モータ２７の出力軸）の係止を解除した状態（メカニカルブレーキＯＦＦ）となり、且つ、クラッチ２５は連結状態（クラッチＯＮ）となる（Ｓ１０４）。メカニカルブレーキＯＦＦでクラッチＯＮの状態になると、ウインチ巻下げ動作が開始され、ウインチ巻下げ動作に伴うドラム２３の駆動により、減速機２８と切り離された発電機２６が駆動されて回生作用による発電が行われることになる（Ｓ１０５）。発電機２６で発電された回生電力は、蓄電池１１に逐電されることになる（図２参照）。ウインチ巻下げ動作と発電機２６による発電とは、レバー操作位置が「巻下げ」の状態から切り換えられるまで継続して行われることになる（Ｓ１０６）。

Ｓ１０８の処理が終了したとき、または、Ｓ１０６にてレバー操作位置が「巻下げ」でないと判断されたとき（Ｓ１０６、ＮＯ）、または、Ｓ１１１にてレバー操作位置が「巻上げ」でないと判断されたとき（Ｓ１１１、ＮＯ）には、油圧ポンプ１４の運転が継続中か判断される（Ｓ１０７）。油圧ポンプ１４の運転が継続中である限りはＳ１０２以降の処理が繰り返され、油圧ポンプ１４の運転が停止されると（Ｓ１０７、ＮＯ）、図３に示すウインチ駆動装置１の作動が終了することになる。

以上説明したように、ウインチ駆動装置１によると、ウインチ巻上げ時には小型で高出力を確保することができる油圧モータ２７および減速機２８によりドラム２３を駆動して巻上げ動作を行い、ウインチ巻下げ時には発電機２６を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーに回生することができる。したがって、エネルギー回生機能を実現できるとともに小型化を図ることができるウインチ駆動装置を得ることができる。

また、ウインチ駆動装置１によると、ウインチ巻上げ時にはクラッチ２５が切断状態に切り換えられて発電機２６が切り離されるため、巻上げ時の負荷が増加してしまうことを防止できる。したがって、エネルギー回生機能を発揮させるための発電機２６を設けても、巻上げ時の負荷の増大を招いてしまうことを防ぐことができる。また、巻上げ時にクラッチ２５を切断状態として巻下げ時の回生機能を発揮するときのみ発電機２６が連結されることになるため、発電機２６を発電専用として用いることができ、発電機２６の小型化を図ることができる。また、巻上げ時には、油圧モータ２７および減速機２８によりドラム２３を駆動するものであるため、電動機で巻上げ動作を行う場合に比して、巻上げ速度の制御精度を高めることができ、良好な操作性が得られることになる。

また、ウインチ駆動装置１によると、クレーンに設けられてポンプ用電動機１２に電力供給する蓄電池１１に対して、発電機２６で発電された電力を逐電するため、回生エネルギーの逐電用の蓄電池を別途設ける必要もなく、構成を簡素化することができる。

また、ウインチ駆動装置１によると、発電機２６の少なくとも一部がドラム２３内に配置されるため、ドラム２３内のスペースを効率よく活用して発電機２６を配置でき、ウインチ駆動装置１がドラム２３の軸方向に長大となってしまうことを抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るウインチ駆動装置について説明する。図４は、クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示した第２実施形態に係るウインチ駆動装置２のブロック図である。図４に示すウインチ駆動装置２は、第１実施形態のウインチ駆動装置１と同様に、蓄電池１１、ポンプ用電動機１２、エンジン１３、油圧ポンプ１４等が備えられているクレーンに設けられている。

ウインチ駆動装置２は、第１実施形態の場合と同様に、コントロールバルブ２２、ドラム２３、制御部２４ａ、発電機２６、油圧モータ２７、減速機２８、メカニカルブレーキ２９等を備えて構成されている。しかし、第１実施形態の場合とは、第１実施形態におけるクラッチ２５を備えておらず、クラッチ３０を備えている点で異なっており、また、発電機２６が電動モータとしても用いられる点でも異なっている。なお、第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。

図４に示すように、ウインチ駆動装置２においては、ウインチ駆動装置１とは異なってクラッチ２５が設けられていないため、減速部２８の出力部（図１に示すウインチ駆動装置１と同様のケース２８ａ）が直接に発電機２６の入力軸（図１に示すウインチ駆動装置１と同様の入力軸２６ａ）に連結されている。したがって、減速部２８と発電機２６とが常時連結された状態になっているため、ウインチ巻下げ動作時にはドラム２３の回転により減速機２８を介して常時発電機２６が駆動されて回生電力が発生し、蓄電池１１に逐電されるようになっている。

また、ウインチ駆動装置２におけるクラッチ３０は、第１実施形態のクラッチ２５と同様に摩擦式のクラッチとして構成されており、油圧モータ２７の出力軸と減速機２８とを連結する連結状態と、この連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられるようになっている。なお、クラッチ３０は、制御部２４ａからの指令がクラッチ駆動部（図示せず）に入力されることで作動し、連結状態と切断状態との切り換えが行われるようになっている。

また、ウインチ駆動装置２における制御部２４ａは、クラッチ３０を切断状態に切り換えるとともに発電機２６を電動モータとして用いてドラム２３を駆動する電動モータ駆動モードにて、クラッチ３０および発電機２６を制御可能になっている。この制御部２４ａは、巻上げ負荷（荷役の重量）を検知する図示しない荷役負荷センサからの出力信号も入力されるようになっており、この出力信号に基づいて、フック動作のみや荷役（巻上げ負荷）が軽い場合の低負荷動作のときには電動モータ駆動モードにて制御し、低負荷動作以外のとき、すなわち通常負荷動作や高負荷動作のときには電動モータ駆動モードを解除して制御するようになっている。

このウインチ駆動装置２によると、低負荷動作のときには、制御部２４ａが電動モータ駆動モードにて制御するため、油圧モータ２７を切り離して発電機２６の電動モータ機能によりドラム２３を駆動することができる。このため、低負荷動作時には、高負荷に対応して仕様が設定されている油圧モータ２７は作動せず、その出力されるトルクが巻上げ・巻下げ動作においては過大となってしまうこともなく、油圧モータ２７の効率の低下が生じることもない。また、低負荷動作時に高速度で巻上げ・巻下げ動作を行う場合も、油圧モータ２７は作動しないため、要求されるトルクが低いにも関わらず油圧モータ２７の駆動のために大油量が必要となってしまうようなこともなく、油圧モータ２７に圧油を供給する油圧ポンプ１４を駆動するエンジン１３の回転数を高く設定しなければならないという制約も生じない。したがって、低負荷動作等のときにおける効率低下を抑制でき、高速動作のときにエンジンの回転数を高く設定する必要もないウインチ駆動装置２を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るウインチ駆動装置について説明する。図５は、クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示した第３実施形態に係るウインチ駆動装置３のブロック図である。図５に示すウインチ駆動装置３は、第１実施形態のウインチ駆動装置１と同様に、蓄電池１１、ポンプ用電動機１２、エンジン１３、油圧ポンプ１４等が備えられているクレーンに設けられている。

ウインチ駆動装置３は、第１実施形態の場合と同様に、コントロール２２、ドラム２３、制御部２４ｂ、クラッチ２５、発電機２６、油圧モータ２７、減速機２８、メカニカルブレーキ２９等を備えて構成されている。しかし、第１実施形態の場合とは、第２実施形態と同様のクラッチ３０を更に備えている点で異なっている。また、第２実施形態と同様に発電機２６が電動モータとしても用いられる点でも、第１実施形態とは異なっている。なお、第３実施形態の説明では、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。

ウインチ駆動装置３におけるクラッチ２５（第１クラッチ）およびクラッチ３０（第２クラッチ）は、制御部２４ｂからの指令に基づいて作動するようになっている。そして、制御部２４ｂは、油圧モータ駆動モードと電動モータ駆動モードとのいずれかに切り換えて、クラッチ２５、クラッチ３０、および発電機２６を制御可能になっている。油圧モータ駆動モードでは、制御部２４ｂは、クラッチ２５を切断状態に切り換えるとともに油圧モータ２６によりドラム２３を駆動するように、クラッチ２５、クラッチ３０、および発電機２６を制御する。一方、電動モータ駆動モードでは、制御部２４ｂは、クラッチ３０を切断状態に切り換えるとともに発電機２６を電動モータとして用いてドラム２３を駆動するように、クラッチ２５、クラッチ３０、および発電機２６を制御する。

このウインチ駆動装置３によると、高負荷動作時には、油圧モータ駆動モードにて制御することで、発電機２６を切り離して油圧モータ２７によりドラム２３を駆動することができる。そして、低負荷動作時には、電動モータ駆動モードにて制御することで、油圧モータ２７を切り離して発電機２６の電動モータ機能によりドラム２３を駆動することができる。このため、高負荷での巻上げ動作時には発電機２６を切り離して巻上げ時の負荷の増加を防いだ状態で高出力の油圧モータ２７にてドラム２３を駆動し、低負荷での巻上げ動作時には油圧モータ２７を切り離して発電機２６の電動モータ機能によりドラム２３を駆動するため、負荷状態に応じて高効率な巻上げ動作を実現することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るウインチ駆動装置について説明する。図６は、クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示した第４実施形態に係るウインチ駆動装置４のブロック図である。図６に示すウインチ駆動装置４は、第１実施形態のウインチ駆動装置１と同様に、蓄電池１１、ポンプ用電動機１２、エンジン１３、油圧ポンプ１４等が備えられているクレーンに設けられている。

ウインチ駆動装置４は、第１実施形態の場合と同様に、コントロールバルブ２２、ドラム２３、制御部２４ｃ、発電機２６、メカニカルブレーキ２９等を備えて構成されている。しかし、第１実施形態の場合とは、メカニカルブレーキ３１を更に備えている点で異なっている。すなわち、ウインチ駆動装置４には、本発明の第１メカニカルブレーキであるメカニカルブレーキ２９と、本発明の第２メカニカルブレーキであるメカニカルブレーキ３１とが備えられている。そして、ウインチ駆動装置４における減速機３２は、２段の遊星歯車列を備えた遊星歯車減速機として構成されている。なお、ウインチ駆動装置４は、第２および第３実施形態と同様に発電機２６が電動モータとしても用いられる点でも、第１実施形態とは異なっている。この第４実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。

図７は、減速機３２をドラム２３等とともに示した模式図を示したものである。この図７に示すように、減速機３２は、減速機入力軸３３、第１太陽歯車３４、第１遊星歯車３５、第１リング歯車３６、遊星枠３７、第２太陽歯車３８、第２遊星は車３９、第２リング歯車４０、およびケース（出力部）４１を備えて構成されている。

減速機入力軸３３は、油圧モータ２７の出力軸２７ａに連結されており、出力軸２７ａとともに回転駆動されるようになっている。第１太陽歯車３４は、減速機入力軸３３に対してその先端側において連結され、減速機入力軸３３とともに回転するようになっている。第１遊星歯車３５は、第１太陽歯車３４の周囲にその周方向に沿って複数個配設されており、いずれも第１太陽歯車３４に噛み合うように設けられ、第１太陽歯車３４の回転とともに回転駆動されるようになっている。そして、各第１遊星歯車３５は遊星枠３７に対して回転自在に支持されており、第１遊星歯車３５の回転にともなって遊星枠３７が回転して第１遊星歯車３５の公転動作が行われるようになっている。第１リング歯車３６は、リング状部材として形成されておりその内周に形成された内歯が第１遊星歯車３５に噛み合う歯車として設けられている。そして、この第１リング歯車３６は、発電機２６の入力軸２６ａに連結されている。

また、第２太陽歯車３８は、遊星枠３７と形成されている。すなわち、第２太陽歯車３８は、第１遊星歯車３５に対して遊星枠３７を介して連結されており、遊星枠３７の回転とともに回転するようになっている。第２遊星歯車３９は、第２太陽歯車３８の周囲にその周方向に沿って複数個配設されており、いずれも第２太陽歯車３８に噛み合うように設けられ、第２太陽歯車３８の回転とともに回転駆動されるようになっている。なお、各第２遊星歯車３９が回転自在に支持される各回転軸３９ａは、ウインチ１０の基部１０ａに対して固定されている。第２リング歯車４０は、リング状部材として形成されておりその内周に形成された内歯が第２遊星歯車３９に噛み合う歯車として設けられている。そして、この第２リング歯車４０は、減速機３２の出力部であるケース４１に固定されている。ケース４１には、ドラム２３が固定されている。

上述した減速機３２の構成を備えることで、ウインチ駆動装置４においては、油圧モータ２７の入力軸２７ａの回転を２段の遊星歯車列で減速して伝達してドラム２３を駆動できるようになっている。また、巻下げ動作時には、ドラム２３の回転を２段の遊星歯車列を介して発電機２６の入力軸２６ａに伝達して発電機２６を駆動できるようになっている。

また、図７では図示を省略しているが、ウインチ駆動装置４においては、メカニカルブレーキ２９は減速機入力軸３３を係止可能に設けられており、メカニカルブレーキ３１は第１リング歯車３６を係止可能に設けられている（図６参照）。なお、メカニカルブレーキ２９およびメカニカルブレーキ３１は、制御部２４ｃからの指令に基づいて作動するようになっている。

このウインチ駆動装置４においては、図６に示す上述したブレーキ機構を備えることにより、メカニカルブレーキ３１で第１リング歯車３６を係止することで、発電機２６の回転を停止させて油圧モータ２７により遊星歯車機構を介してドラム２３を駆動することができる。また、低負荷動作時には、メカニカルブレーキ２９で減速機入力軸３３を係止することで、油圧モータ２７の回転を停止させて発電機２６の電動モータ機能により効率よくドラム２３を駆動することができる。また、巻下げ動作による回生時には、メカニカルブレーキ２９で減速機入力軸３３を係止することで、発電機２６のみを駆動させることができるため、油圧モータ２７による油圧ブレーキを作用させることなく回生でき、回生効率を上げることができる。なお、回生時に油圧モータ２７による油圧ブレーキを作動させるときには、メカニカルブレーキ２９の作動を解除することになる。このように、回生時にはメカニカルブレーキ２９の作動を解除して油圧ブレーキを作動させるため、クラッチ機構によって油圧モータの出力軸と減速機入力軸とを連結状態に切り換えて回生時に油圧ブレーキを作動させる場合に比べて、油圧ブレーキの初動時に生じる衝撃を緩和することができる。また、クラッチ等によりドラム２３が油圧モータ２７および発電機２６から切り離されることがないため、クラッチの不具合により落下する恐れがない。なお、減速機入力軸３３に電動機２６を、第１リング歯車３６に油圧モータ２７を接続するようにしても良い。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るウインチ駆動装置について説明する。図８は、第５実施形態に係るウインチ駆動装置５における減速機４２をドラム２３等とともに示した模式図である。このウインチ駆動装置５は、第１乃至第４実施形態と同様に、蓄電池１１、ポンプ用電動機１２、エンジン１３、油圧ポンプ１４等（図８では図示せず）が備えられているクレーンに設けられている。

ウインチ駆動装置５は、第１乃至第４実施形態と同様に、コントロールバルブ２２、ドラム２３、制御部２４、発電機２６、減速機４２等を備えて構成されている。そして、ウインチ駆動装置５の減速機４２は、第４実施形態の減速機３２とほぼ同様の要素を備えて構成されている。しかし、図８に示すように、ウインチ駆動装置５は、油圧モータ２７の出力軸２７ａが発電機２６の入力軸２６ａに連結されている点で第１乃至第４実施形態とは異なっている。なお、第５実施形態の説明では、第１実施形態および第４実施形態と同様の構成要素ついては、同一の符号を付して説明を割愛する。

図８に示すように、ウインチ駆動装置５の減速機４２では、その出力部であるケース４３に対して、第１リング歯車３６および第２リング歯車４０がいずれも固定されている。そして、ウインチ駆動装置５においては、油圧モータ２７の出力軸２７ａは、減速機４２の入力軸を兼ねて構成されており、減速機４２のケース（出力部）４３に対して軸受４４を介して回転自在に支持されている。この出力軸２７ａは、クラッチ４３を介して発電機２６の入力軸２６ａに連結されている。

クラッチ３４は、制御部２４からの指令に基づいて作動するように構成されており、油圧モータ２７の出力軸２７ａと発電機２６の入力軸２６ａとを連結する連結状態と、その連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられるようになっている。例えば、巻上げ動作時にはクラッチ４３を切断状態としておくことで、発電機２６を切り離した状態で発電機２６を駆動する負荷を伴うことなく、油圧モータ２７により減速機４２を介してドラム２３を駆動できる。一方、巻下げ動作時にはクラッチ４３を連結状態としておくことで、ドラム２３の回転により、ケース４３、第１リング歯車３６、第１遊星歯車３５、および第１太陽歯車３４を介して発電機２６を駆動して回生作用により発電できるようになっている。なお、クラッチ４３は必ずしも設けられていなくてもよい。

このウインチ駆動装置５によると、巻下げ動作による回生時においては、ドラム２３の回転が減速機４２における１段の減速歯車列のみの部分と油圧モータ２７の出力軸２７ａとを介して発電機２６の入力軸２６ａに伝達されることになるため、高速回転で発電機２６の入力軸２６ａを駆動して発電を行わせることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。

本発明の第１実施形態に係るウインチ駆動装置を備えるウインチを例示した一部断面を含む正面図である。クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示した図１に示すウインチ駆動装置のブロック図である。図２に示すウインチ駆動装置の作動を説明するためのフローチャートを例示したものである。クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示した本発明の第２実施形態に係るウインチ駆動装置のブロック図である。クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示した本発明の第３実施形態に係るウインチ駆動装置のブロック図である。クレーンに備えられる一部の構成要素とともに例示した本発明の第４実施形態に係るウインチ駆動装置のブロック図である。図６に示すウインチ駆動装置における減速機をドラム等とともに示した模式図である。本発明の第５実施形態に係るウインチ駆動装置における減速機をドラム等とともに示した模式図である。

符号の説明

１可変油圧モータ駆動装置
１０ウインチ
１０ａ基部
２３ドラム
２６発電機
２６ａ発電機の入力軸
２７油圧モータ
２７ａ油圧モータの出力軸
２８減速機
２８ａケース（減速機の出力部）

Claims

ウインチの基部に固定される油圧モータと、
前記油圧モータの出力軸に連結される減速機と、
前記減速機の出力部に固定され、ロープが巻き掛けられるドラムと、
前記基部に固定され、前記減速機の出力部または前記油圧モータの出力軸に連結される入力軸を有する発電機と、
前記減速機の出力部と前記発電機の入力軸とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられるクラッチと、を備え、
ウインチの巻下げ時に前記ドラムの回転により前記減速機または前記油圧モータを介して前記発電機を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーに回生し、
ウインチの巻上げ時に前記クラッチを切断状態に切り換えることを特徴とするウインチ駆動装置。
ウインチの基部に固定される油圧モータと、
前記油圧モータの出力軸に連結される減速機と、
前記減速機の出力部に固定され、ロープが巻き掛けられるドラムと、
前記基部に固定され、前記減速機の出力部または前記油圧モータの出力軸に連結される入力軸を有する発電機と、
前記油圧モータの出力軸と前記減速機とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられるクラッチと、
前記クラッチを切断状態に切り換えるとともに前記発電機を電動モータとして用いて前記ドラムを駆動する電動モータ駆動モードにて、前記クラッチおよび前記発電機を制御可能な制御部と、を備え、
ウインチの巻下げ時に前記ドラムの回転により前記減速機または前記油圧モータを介して前記発電機を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーに回生し、
前記発電機は、電動モータとしても用いられることを特徴とするウインチ駆動装置。
ウインチの基部に固定される油圧モータと、
前記油圧モータの出力軸に連結される減速機と、
前記減速機の出力部に固定され、ロープが巻き掛けられるドラムと、
前記基部に固定され、前記減速機の出力部または前記油圧モータの出力軸に連結される入力軸を有する発電機と、
前記減速機の出力部と前記発電機の入力軸とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられる第１クラッチと、
前記油圧モータの出力軸と前記減速機とを連結する連結状態と、当該連結状態を解除する切断状態とのいずれかに切り換えられる第２クラッチと、
前記第１クラッチを切断状態に切り換えるとともに前記油圧モータにより前記ドラムを駆動する油圧モータ駆動モードと、前記第２クラッチを切断状態に切り換えるとともに前記発電機を電動モータとして用いて前記ドラムを駆動する電動モータ駆動モードとのいずれかに切り換えて、前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、および前記発電機を制御可能な制御部と、を備え、
ウインチの巻下げ時に前記ドラムの回転により前記減速機または前記油圧モータを介して前記発電機を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーに回生し、
前記発電機は、電動モータとしても用いられることを特徴とするウインチ駆動装置。
ウインチの基部に固定される油圧モータと、
前記油圧モータの出力軸に連結される減速機と、
前記減速機の出力部に固定され、ロープが巻き掛けられるドラムと、
前記基部に固定され、前記減速機の出力部または前記油圧モータの出力軸に連結される入力軸を有する発電機と、を備え、
前記減速機は、
前記油圧モータの出力軸に連結される減速機入力軸と、
前記減速機入力軸に連結される第１太陽歯車と、
前記第１太陽歯車に噛み合う第１遊星歯車と、
前記第１遊星歯車に噛み合うとともに前記発電機の入力軸に連結される第１リング歯車と、
前記第１遊星歯車に連結される第２太陽歯車と、
前記第２太陽歯車に噛み合う第２遊星歯車と、
前記第２遊星歯車に噛み合うとともに前記出力部に固定される第２リング歯車と、
前記減速機入力軸を係止可能な第１メカニカルブレーキと、
前記第１リング歯車を係止可能な第２メカニカルブレーキと、を具備し、
前記第２メカニカルブレーキで前記第１リング歯車を係止することで前記発電機の回転を停止させて前記油圧モータにより前記ドラムを駆動する油圧モータ駆動モードと、前記第１メカニカルブレーキで前記減速機入力軸を係止することで前記油圧モータの回転を停止させて前記発電機を電動モータとして用いて前記ドラムを駆動する電動モータ駆動モードとのいずれかに切り換えて、前記第１メカニカルブレーキ、前記第２メカニカルブレーキ、および前記発電機を制御可能な制御部、を更に備え、
ウインチの巻下げ時に前記ドラムの回転により前記減速機または前記油圧モータを介して前記発電機を駆動して位置エネルギーを電気エネルギーに回生し、
前記発電機は、電動モータとしても用いられることを特徴とするウインチ駆動装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のウインチ駆動装置であって、
前記ウインチは、前記油圧モータに圧油を供給する油圧ポンプを駆動するポンプ用電動機と、当該ポンプ用電動機に供給する電力が逐電される蓄電池とを有するクレーンに設けられ、
前記発電機により発電された電力は、前記蓄電池に逐電され、前記油圧ポンプを駆動するために前記ポンプ用電動機に供給されることを特徴とするウインチ駆動装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のウインチ駆動装置であって、
前記発電機の少なくとも一部が前記ドラム内に配置されることを特徴とするウインチ駆動装置。