特許 6877055 トルク制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6877055

(24)【登録日】2021年4月30日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】トルク制御装置

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/12 20060101AFI20210517BHJP

   B66D 1/50 20060101ALI20210517BHJP

【ＦＩ】

   B66C13/12 D

   B66D1/50 A

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-192477(P2019-192477)

(22)【出願日】2019年10月23日

(65)【公開番号】特開2021-66553(P2021-66553A)

(43)【公開日】2021年4月30日

【審査請求日】2019年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】519363030

【氏名又は名称】海南エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094156

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 民安

(74)【代理人】

【識別番号】100102783

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 高明

(72)【発明者】

【氏名】大島 卓郎

(72)【発明者】

【氏名】藤原 正

(72)【発明者】

【氏名】児玉 達憲

【審査官】 有賀 信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１４３６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２５６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２０８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７０３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６６Ｃ １３／１２

Ｂ６６Ｄ １／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤケーブルによって吊り下げ支持され該ワイヤケーブルの巻き取り及び繰り出しによって昇降操作される吊り具に下端が接続されたケーブルの張力を所定値とするために、該ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を行うトルク制御装置であって、
上記ケーブルリールの回転角度を検出する角度検出手段と、
上記ケーブルリールの巻き取りトルクを可変できる駆動手段と、
上記角度検出手段から検出角度を取得し、上記駆動手段を制御して上記ケーブルリールの巻き取りトルクを制御する制御手段と、を備え、
上記制御手段は、
上記ケーブルの上記ケーブルリールへの最終巻取り位置を該ケーブルリールの原点位置としたときの該ケーブルリールの原点位置からの積算回転角度、及び、該積算回転角度から算出した該ケーブルリールにおける該ケーブルの巻径により、これらに対応する該ケーブルの繰り出し長さに対応する繰り出された該ケーブルの重量を算出し、
上記ケーブルリールの上記原点位置からの積算回転角度に基づいて、上記巻き取りトルクを、繰り出された上記ケーブルの重量及び該ケーブルの巻径に対応した巻き取りトルクに制御する
ことを特徴とするトルク制御装置。

【請求項2】

ワイヤケーブルによって吊り下げ支持され該ワイヤケーブルの巻き取り及び繰り出しによって昇降操作される吊り具に下端が接続されたケーブルの張力を所定値とするために、該ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を行うトルク制御装置であって、
上記ケーブルリールの回転角度を検出する角度検出手段と、
上記ケーブルリールの巻き取りトルクを可変できる駆動手段と、
上記角度検出手段から検出角度を取得し、上記駆動手段を制御して上記ケーブルリールの巻き取りトルクを制御する制御手段と、を備え、
上記制御手段は、数値テーブルを記憶しており、
上記数値テーブルは、上記ケーブルの上記ケーブルリールへの最終巻取り位置を該ケーブルリールの原点位置としたときの該ケーブルリールの原点位置からの積算回転角度に、上記ケーブルリールの巻き取りトルクを対応させた数値テーブルであって、
上記数値テーブルにおける巻き取りトルクは、上記積算回転角度、及び、該積算回転角度から予め算出した該ケーブルリールにおける該ケーブルの巻径により、これらに対応する該ケーブルの繰り出し長さに対応する繰り出された該ケーブルの重量が予め算出され、このケーブルの重量及び該ケーブルの巻径により、予め算出されたものであり、
上記制御手段は、上記数値テーブルを用いて、上記ケーブルリールの上記原点位置からの積算回転角度に基づいて、上記巻き取りトルクを、繰り出された上記ケーブルの重量及び該ケーブルの巻径に対応した巻き取りトルクに制御する
ことを特徴とするトルク制御装置。

【請求項3】

上記吊り具の上昇限界を検出する原点検出手段を備え、
上記制御手段は、上記原点検出手段により検出された上昇限界を、上記ケーブルリールの原点位置とする
ことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のトルク制御装置。

【請求項4】

上記ケーブルは、上記ケーブルリールにおいて、該ケーブルリールの径方向に重ねられて巻き取られ、該ケーブルリールからの繰り出し長さに応じて、巻径が変化する
ことを特徴とする請求項１、２又は３の何れかに記載のトルク制御装置。

【請求項5】

上記ケーブルは、上記ケーブルリールにおいて、該ケーブルリールの軸方向に所定列数に並列され、並列されたケーブル列が該ケーブルリールの径方向に段重ねされて巻き取られ、
上記ケーブルリールからの繰り出し長さに応じた上記ケーブルの巻径の変化は、上記ケーブル列の段重ねの段数の変化に応じた階段的な変化である
ことを特徴とする請求項４記載のトルク制御装置。

【請求項6】

上記角度検出手段は、上記駆動手段の駆動軸に取り付けられ、
上記制御手段は、インバータを用いたベクトル制御により上記駆動手段のトルク制御を行い、
上記インバータは、上記角度検出手段からの検出角度信号を、上記制御手段へ中継する
ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５の何れかに記載のトルク制御装置。

【請求項7】

上記吊り具は、クレーンバケットを吊り下げ支持しているクレーン吊り具であって、
上記ケーブルは、上記クレーンバケットに給電する給電用ケーブルである
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６の何れかに記載のトルク制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばクレーン吊り具への給電用ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、図１に示すように、例えばクレーン吊り具７への給電用ケーブル９を繰り出すケーブルリール８のトルク制御は、ケーブルリール８から繰り出された給電用ケーブル９の張力を所定値として、この給電用ケーブル９に弛みを生じさせず、また、該給電用ケーブル９に不必要な荷重を与えないようにすることが望ましい。

【0003】

そして、このトルク制御方法には、特許文献１に開示されているように、繰り出された給電用ケーブル９の重量と、この給電用ケーブル９をクレーン吊り具７に固定するために必要な金具等のケーブル付属部品の重量との合計に基づいて制御しているものがある。

【0004】

なお、クレーン吊り具７そのもの、及び、クレーン吊り具７から吊り下げられるクレーンバケット７ａの重量は、給電用ケーブル９ではなく、ワイヤケーブル１０によって支持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５４４２３１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述のような給電用ケーブル９を繰り出すケーブルリール８のトルク制御に必要な重量であるところの該繰り出された給電用ケーブル９の重量は、繰り出された給電用ケーブル９の長さに比例する。繰り出された給電用ケーブル９の長さは、ケーブルリール８の回転角に基づいて算出することができる。

【0007】

ただし、繰り出された給電用ケーブル９の長さは、ケーブルリール８の回転角に比例しない。これは、給電用ケーブル９は、上記ケーブルリール８において重なって巻き取られるので、巻き取られている長さによって、給電用ケーブル９の巻径が変化してしまうからである。

【0008】

したがって、繰り出された給電用ケーブル９の長さを正確に算出するには、給電用ケーブル９の巻径を正しく把握する必要がある。この点、上記特許文献１に開示された従来のトルク制御方法では、上記給電用ケーブル９の巻径が正しく把握されないので、繰り出された長さが正確に算出できず、この結果、上記ケーブルリール８のトルク制御も正確に行うことができなかった。

【0009】

そこで、本発明は、上述したトルク制御方法が有する課題を解決するために提案されたものであって、例えばクレーン吊り具への給電用ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を、ケーブルリールから繰り出された長さが正確に算出できることによって、正確に行うことができるトルク制御装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、第１の発明（請求項１記載の発明）は、ワイヤケーブルによって吊り下げ支持され該ワイヤケーブルの巻き取り及び繰り出しによって昇降操作される吊り具に下端が接続されたケーブルの張力を所定値とするために、該ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を行うトルク制御装置であって、上記ケーブルリールの回転角度を検出する角度検出手段と、上記ケーブルリールの巻き取りトルクを可変できる駆動手段と、上記角度検出手段から検出角度を取得し、上記駆動手段を制御して上記ケーブルリールの巻き取りトルクを制御する制御手段と、を備え、上記制御手段は、上記ケーブルの上記ケーブルリールへの最終巻取り位置を該ケーブルリールの原点位置としたときの該ケーブルリールの原点位置からの積算回転角度、及び、該積算回転角度から算出した該ケーブルリールにおける該ケーブルの巻径により、これらに対応する該ケーブルの繰り出し長さに対応する繰り出された該ケーブルの重量を算出し、上記ケーブルリールの上記原点位置からの積算回転角度に基づいて、上記巻き取りトルクを、繰り出された上記ケーブルの重量及び該ケーブルの巻径に対応した巻き取りトルクに制御することを特徴とするものである。

【0011】

この第１の発明に係るトルク制御装置では、上記ケーブルリールの上記原点位置からの積算回転角度に基づいて、上記巻き取りトルクを、繰り出された上記ケーブルの重量及び該ケーブルの巻径に対応した巻き取りトルクに制御するものである。
第２の発明（請求項２記載の発明）は、ワイヤケーブルによって吊り下げ支持され該ワイヤケーブルの巻き取り及び繰り出しによって昇降操作される吊り具に下端が接続されたケーブルの張力を所定値とするために、該ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を行うトルク制御装置であって、上記ケーブルリールの回転角度を検出する角度検出手段と、上記ケーブルリールの巻き取りトルクを可変できる駆動手段と、上記角度検出手段から検出角度を取得し、上記駆動手段を制御して上記ケーブルリールの巻き取りトルクを制御する制御手段と、を備え、上記制御手段は、数値テーブルを記憶しており、上記数値テーブルは、上記ケーブルの上記ケーブルリールへの最終巻取り位置を該ケーブルリールの原点位置としたときの該ケーブルリールの原点位置からの積算回転角度に、上記ケーブルリールの巻き取りトルクを対応させた数値テーブルであって、上記数値テーブルにおける巻き取りトルクは、上記積算回転角度、及び、該積算回転角度から予め算出した該ケーブルリールにおける該ケーブルの巻径により、これらに対応する該ケーブルの繰り出し長さに対応する繰り出された該ケーブルの重量が予め算出され、このケーブルの重量及び該ケーブルの巻径により、予め算出されたものであり、上記制御手段は、上記数値テーブルを用いて、上記ケーブルリールの上記原点位置からの積算回転角度に基づいて、上記巻き取りトルクを、繰り出された上記ケーブルの重量及び該ケーブルの巻径に対応した巻き取りトルクに制御することを特徴とするものである。
この第２の発明に係るトルク制御装置では、上記数値テーブルを用いて、上記ケーブルリールの上記原点位置からの積算回転角度に基づいて、上記巻き取りトルクを、繰り出された上記ケーブルの重量及び該ケーブルの巻径に対応した巻き取りトルクに制御するものである。

【0012】

また、第３の発明（請求項３記載の発明）は、上記第１又は第２の発明において、上記吊り具の上昇限界を検出する原点検出手段を備え、上記制御手段は、上記原点検出手段により検出された上昇限界を、上記ケーブルリールの原点位置とすることを特徴とするものである。

【0013】

この第３の発明に係るトルク制御装置では、上記ケーブルリールの原点位置を容易に定めることができる。

【0014】

また、第４の発明（請求項４記載の発明）は、上記第１、第２又は第３の発明の何れかにおいて、上記ケーブルは、上記ケーブルリールにおいて、該ケーブルリールの径方向に重ねられて巻き取られ、該ケーブルリールからの繰り出し長さに応じて、巻径が変化することを特徴とするものである。

【0015】

この第４の発明に係るトルク制御装置では、上記ケーブルが上記ケーブルリールの径方向に重ねられて巻き取られ、繰り出し長さに応じて巻径が変化しても、上記ケーブルリールのトルク制御を正確に行うことができる。

【0016】

また、第５の発明（請求項５記載の発明）は、上記第４の発明において、上記ケーブルは、上記ケーブルリールにおいて、該ケーブルリールの軸方向に所定列数に並列され、並列されたケーブル列が該ケーブルリールの径方向に段重ねされて巻き取られ、上記ケーブルリールからの繰り出し長さに応じた上記ケーブルの巻径の変化は、上記ケーブル列の段重ねの段数の変化に応じた階段的な変化であることを特徴とするものである。

【0017】

この第５の発明に係るトルク制御装置では、並列されたケーブル列が上記ケーブルリールの径方向に段重ねされて巻き取られ、上記ケーブル列の段重ねの段数の変化に応じて巻径が階段的に変化しても、上記ケーブルリールのトルク制御を正確に行うことができる。

【0018】

また、第６の発明（請求項６記載の発明）は、上記第１乃至第５の発明の何れかにおいて、上記角度検出手段は、上記駆動手段の駆動軸に取り付けられ、上記制御手段は、インバータを用いたベクトル制御により上記駆動手段のトルク制御を行い、上記インバータは、上記角度検出手段からの検出角度信号を、上記制御手段へ中継することを特徴とするものである。

【0019】

この第６の発明に係るトルク制御装置では、上記角度検出手段は、上記ケーブルリールの回転角度の検出と、上記ケーブルの繰り出し長さの算出とに兼用されており、装置構成を簡素化することができる。

【0020】

また、第７の発明（請求項７記載の発明）は、上記第１乃至第６の発明の何れかにおいて、上記吊り具は、クレーンバケットを吊り下げ支持しているクレーン吊り具であって、上記ケーブルは、上記クレーンバケットに給電する給電用ケーブルであることを特徴とするものである。

【0021】

この第７の発明に係るトルク制御装置では、クレーン吊り具によりクレーンバケットが吊り下げ支持されたクレーンに適用することができる。

【発明の効果】

【0022】

第１の発明（請求項１記載の発明）に係るトルク制御装置によれば、例えばクレーン吊り具への給電用ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を、ケーブルリールから繰り出されたケーブルの重量及び該ケーブルの巻径が正確に算出できることによって、正確に行うことができる。
第２の発明（請求項２記載の発明）に係るトルク制御装置によれば、例えばクレーン吊り具への給電用ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を、数値テーブルを用いることによって、正確に行うことができる。

【0023】

また、第３の発明（請求項３記載の発明）に係るトルク制御装置によれば、上記ケーブルリールの原点位置を容易に定めることができる。

【0024】

また、第４の発明（請求項４記載の発明）に係るトルク制御装置によれば、上記ケーブルが上記ケーブルリールの径方向に重ねられて巻き取られ、繰り出し長さに応じて巻径が変化しても、上記ケーブルリールのトルク制御を正確に行うことができる。

【0025】

また、第５の発明（請求項５記載の発明）に係るトルク制御装置によれば、並列されたケーブル列が上記ケーブルリールの径方向に段重ねされて巻き取られ、上記ケーブル列の段重ねの段数の変化に応じて巻径が階段的に変化しても、上記ケーブルリールのトルク制御を正確に行うことができる。

【0026】

また、第６の発明（請求項６記載の発明）に係るトルク制御装置によれば、上記角度検出手段は、上記ケーブルリールの回転角度の検出と、上記ケーブルの繰り出し長さの算出とに兼用されており、装置構成を簡素化することができる。

【0027】

また、第７の発明（請求項７記載の発明）に係るトルク制御装置によれば、クレーン吊り具によりクレーンバケットが吊り下げ支持されたクレーンに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係るトルク制御装置が適用されるクレーンの構成を示す側面図である。

【図2】上記トルク制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】上記クレーンのケーブルリールの構成（１列巻き）を示す断面図である。

【図4】ケーブル繰り出し長さとケーブルリールの積算回転角度の関係（１列巻き）を示すグラフである。

【図5】上記クレーンのケーブルリールの構成（複数列巻き）を示す断面図である。

【図6】ケーブル繰り出し長さとケーブルリールの積算回転角度の関係（複数列巻き）を示すグラフである。

【図7】ケーブル繰り出し長さと所要巻き取りトルクの関係を示すグラフである。

【図8】上記トルク制御装置の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための最良の形態】

【0029】

以下、本発明に係るトルク制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0030】

本発明に係るトルク制御装置は、ワイヤケーブルによって吊り下げ支持されワイヤケーブルの巻き取り及び繰り出しによって昇降操作される吊り具に下端が接続されたケーブルの張力を所定値とするために、ケーブルを繰り出すケーブルリールのトルク制御を行う装置である。

【0031】

図１は、本発明に係るトルク制御装置が適用されるクレーンの構成を示す側面図である。そして、この実施の形態に係るトルク制御装置は、本発明をクレーンに適用したものであり、図１に示すように、上記吊り具は、クレーンバケット７ａを吊り下げ支持しているクレーン吊り具７であり、ケーブルは、クレーンバケット７ａに給電する給電用ケーブル９である。

【0032】

そして、クレーン１１においては、上記クレーン吊り具７そのもの、及び、クレーン吊り具７から吊り下げられるクレーンバケット７ａの重量は、給電用ケーブル９ではなく、ワイヤケーブル１０によって支持される。上記クレーン吊り具７は、上記ワイヤケーブル１０によって吊り下げ支持され、該ワイヤケーブル１０の巻き取り及び繰り出しによって昇降操作される。

【0033】

また、上記給電用ケーブル９は、下端が上記クレーン吊り具７の電源入力部に接続され、上記クレーンバケット７ａの開閉等の動作に必要な電源を電源入力部に供給する。また、上記ワイヤケーブル１０を巻き取るケーブルドラム５、及び、上記給電用ケーブル９を巻き取るケーブルリール８は、クレーンガーダ３上に移動可能に設置されたトロリ６に、回転操作可能に設置されている。

【0034】

そして、このトルク制御装置は、クレーン１１において、クレーン吊り具７への給電用ケーブル９を巻き取り及び繰り出すケーブルリール８のトルク制御を行う。このケーブルリール８のトルク制御は、該ケーブルリール８から繰り出された給電用ケーブル９の張力を所定値として、該給電用ケーブル９に弛みを生じさせず、また、該給電用ケーブル９に不必要な荷重を与えないようにするために行う。

【0035】

そして、上記トルク制御装置は、上記ケーブルリール８から繰り出された給電用ケーブル９の重量と、上記給電用ケーブル９をクレーン吊り具７に固定するために必要な金具等のケーブル付属部品の重量との合計に基づいて、ケーブルリール８の回転駆動トルクを制御するものである。

【0036】

図２は、上記トルク制御装置の構成を示すブロック図である。この図２に示すように、上記トルク制御装置１は、インバータ２と、制御手段となる位置変換器４とを備えて構成されている。上記位置変換器４は、記憶装置（ＲＯＭ）４ａを有している。また、この位置変換器４は、記憶装置４ａに記憶された制御プログラムに従い、記憶装置４ａに記憶された演算式や数値テーブルを用いて動作する。

【0037】

また、このトルク制御装置１は、角度検出手段となるパルスジェネレータ（ＰＬＧ）１２と、駆動手段となる電動機１３とを備えている。上記パルスジェネレータ１２は、ロータリーエンコーダである。また、上記電動機１３は、ケーブルリール８を回転操作する駆動源であり、上記ケーブルリール８の巻き取りトルクを可変することができる。上記パルスジェネレータ１２は、上記電動機１３の駆動軸に取り付けられており、上記ケーブルリール８の回転角度を検出した検出角度信号を出力する。

【0038】

そして、パルスジェネレータ１２から出力された検出角度信号は、該インバータ２によって中継され、上記位置変換器４に送られる。この位置変換器４は、パルスジェネレータ１２から検出角度を取得し、演算し、上記インバータ２にアナログ制御信号を入力することにより、上記電動機１３を制御して、上記ケーブルリール８の巻き取りトルクを制御する。また、上記位置変換器４は、トルク電流を高精度に制御できるインバータ２を用いたベクトル制御により、上記電動機１３のトルク制御を行う。

【0039】

また、上記パルスジェネレータ１２は、後述する給電用ケーブル９の繰り出し長さの算出にも使用される。このパルスジェネレータ１２は、上記ケーブルリール８の回転角度の検出と、給電用ケーブル９の繰り出し長さの算出とに兼用されており、このことによって、このトルク制御装置１の装置構成が簡素化されている。

【0040】

そして、このトルク制御装置１は、上記クレーン吊り具７の上昇限界を検出する原点検出手段となる位置センサ１４を備えている。上記位置変換器４は、位置センサ１４により検出された上昇限界を、上記ケーブルリール８の原点位置とする。この位置センサ１４により、上記ケーブルリール８の原点位置の検出を容易に行うことができる。

【0041】

図３は、上記クレーンのケーブルリールの構成（１列巻き）を示す断面図である。上記給電用ケーブル９は、このケーブルリール８において、図３に示すように、ケーブルリール８の径方向に重ねられて巻き取られる。このとき、給電用ケーブル９の直径をφｄとすると、ケーブルリール８の径方向に隣接する給電用ケーブル９の中心間距離Δｄは、〔Δｄ＝φｄ〕であり、ケーブルリール８の半径をＲ０とすると、第１重の給電用ケーブル９の巻径（半径）Ｒ１は、〔Ｒ１＝Ｒ０＋φｄ／２〕であり、第２重の給電用ケーブル９の巻径（半径）Ｒ２は、〔Ｒ２＝Ｒ１＋φｄ〕であり、第ｎ重の給電用ケーブル９の巻径（半径）Ｒｎは、〔Ｒｎ＝Ｒ（ｎ−１）＋φｄ（∵ｎは２以上の整数）〕である。

【0042】

図４は、ケーブル繰り出し長さとケーブルリールの積算回転角度の関係（１列巻き）を示すグラフである。なお、この図４は、上記ケーブルリール８の巻芯の直径が３０cm、上記ケーブルリール８の巻き出し回転数が０〜２６回転、上記給電用ケーブル９の直径が１cmとして算出したものである。この場合には、上記給電用ケーブル９は、上記ケーブルリール８からの繰り出し長さに応じて、上記ケーブルリール８が３６０°回転（１回転）するごとに巻径が変化する。したがって、図４中のＢに示すように、ケーブルリール８の回転角度のケーブル繰り出し長さに対する変化率（グラフの傾き）は、給電用ケーブル９のケーブルリール８からの繰り出し長さに応じて変化する。

【0043】

なお、図４中のＡは、上記給電用ケーブル９の巻径が、上記ケーブルリール８からの繰り出し長さによって変化しない場合、すなわち、「１段複数列巻」（全てのケーブル９をケーブルリール８の軸方向に並べて巻き、ケーブルリール９の径方向には重ねない）における繰り出し長さと積算回転角度との比例関係を表している。

【0044】

図５は、上記クレーンのケーブルリールの構成（複数列巻き）を示す断面図である。この実施の形態では、上記給電用ケーブル９は、上記ケーブルリール８に巻き取られている状態において、図５に示すように、該ケーブルリール８の軸方向に所定列数に並列され、並列されたケーブル列がケーブルリール８の径方向に段重ねされて巻き取られている。ここで、上記給電用ケーブル９の直径をφｄとすると、ケーブルリール８の径方向に隣接する給電用ケーブル９の中心間距離Δｄは、〔Δｄ＝φｄ・sin６０°＝φｄ・（√３）／２≒０．８６６・φｄ〕であり、ケーブルリール８の半径をＲ０とすると、第１段の給電用ケーブル９の巻径（半径）Ｒ１は、〔Ｒ１＝Ｒ０＋φｄ／２〕であり、第２段の給電用ケーブル９の巻径（半径）Ｒ２は、〔Ｒ２＝Ｒ１＋０．８６６・φｄ〕であり、第ｎ段の給電用ケーブル９の巻径（半径）Ｒｎは、〔Ｒｎ＝Ｒ（ｎ−１）＋０．８６６・φｄ（∵ｎは２以上の整数）〕である。

【0045】

なお、上記給電用ケーブル９は、上記ケーブルリール８に巻き取られている状態において、偶数段と奇数段ではケーブル列の列数が異なる。この条件下で、上記給電用ケーブル９の全長繰り出しから最終巻取り位置まで、巻径と段数が増減する給電用ケーブル９の繰り出し長さを段数ごとに算出する。

【0046】

図６は、上記ケーブル繰り出し長さとケーブルリールの積算回転角度の関係（複数列巻き）を示すグラフである。なお、この図６は、上記ケーブルリール８の巻芯の直径が３０cm、上記ケーブルリール８の巻き出し回転数が０〜２６回転、上記給電用ケーブル９の直径が４cmとし、図６中のＢは、上記給電用ケーブル９の列数が交互に４列及び５列、段数を６段として算出したものである。この場合には、上記給電用ケーブル９は、ケーブル列の段重ねの段数の変化に応じて巻径が変化する。したがって、図６中のＢに示すように、ケーブルリール８の回転角度のケーブル繰り出し長さに対する変化率（グラフの傾き）は、給電用ケーブル９のケーブル列の段重ねの段数の変化（巻径変化ポイント）において、階段的に変化する。言うまでもなく、巻径変化ポイントと次の巻径変化ポイントとの間は、給電用ケーブル９の巻径は変化しないので、ケーブルリール８の回転角度のケーブル繰り出し長さに対する変化率（グラフの傾き）は一定である（図６において直線である）。なお、図６中のＡは、上記給電用ケーブル９の巻径が、上記ケーブルリール８からの繰り出し長さによって変化しない場合、すなわち、「１段複数列巻」（全てのケーブル９をケーブルリール８の軸方向に並べて巻き、ケーブルリール９の径方向には重ねない）における繰り出し長さと積算回転角度との比例関係を表している。

【0047】

このように、上記給電用ケーブル９の直径と上記ケーブルリール８の巻取り幅から算出される巻取り段数において、該給電用ケーブル９の巻取り段数の変化に伴って巻径も階段的に変化する。そのため、このトルク制御装置１においては、上記給電用ケーブル９の繰り出し長さと、該給電用ケーブル９の巻取り段数の関係を考慮して、ケーブルリール８の回転トルクを制御する。

【0048】

図７は、ケーブル繰り出し長さと所要巻き取りトルクの関係を示すグラフである。先の図５に示したように、上記給電用ケーブル９が上記ケーブルリール８の軸方向に所定列数に並列され、並列されたケーブル列がケーブルリール８の径方向に段重ねされて巻き取られる場合においては、図７に示すように、給電用ケーブル９の繰り出し長さと、ケーブルリール８の所要巻き取りトルクとの関係は、ケーブル列の段重ねの段数の変化（巻径変化ポイント）において、階段的に変化するものとなる。所要巻き取りトルクとは、給電用ケーブル９に弛みが生じず、また、給電用ケーブル９に不必要な荷重がかからないような、ケーブルリール８の回転トルクである。この所要巻き取りトルクは、上記給電用ケーブル９の繰り出し長さに対応する繰り出された該給電用ケーブル９の重量と、該給電用ケーブル９の巻径とによって決定される。図７によれば、段数変化（巻径変化ポイント）において巻径が階段的に変化し、この変化が所要巻き取りトルクに影響すること、また、各段ではそれぞれ巻径が異なるので、上記給電用ケーブル９の繰り出し長さに対する所要巻き取りトルクの変化率（グラフの傾き）が異なることがわかる。

【0049】

なお、所要巻き取りトルクは、上記ケーブルリール８から繰り出された給電用ケーブル９の重量と金具等のケーブル付属部品の重量との合計と、該ケーブルリール８の回転トルクによって生ずる張力とがつり合うトルクである。したがって、所要巻き取りトルクは、上記給電用ケーブル９の巻径と張力とに基づいて算出することもできる。

【0050】

また、上記位置変換器４は、先ず、上記給電用ケーブル９のケーブルリール８への最終巻取り位置を、該ケーブルリールの原点位置とする。次に、上記位置変換器４は、ケーブルリール８の原点位置からの積算回転角度に対応するケーブルリール８における給電用ケーブル９の巻径を算出する。そして、この位置変換器４は、上記ケーブルリール８の積算回転角度及び給電用ケーブル９の巻径に対応する給電用ケーブル９の繰り出し長さを算出する。また、この位置変換器４は、上記給電用ケーブル９の繰り出し長さに対応する繰り出された該給電用ケーブル９の重量を算出する。そして、この位置変換器４は、繰り出された上記給電用ケーブル９の重量及び該給電用ケーブル９の巻径に基づいて、所要巻き取りトルクを算出し、上記ケーブルリール８のトルク制御を行う。

【0051】

なお、これら位置変換器４による算出は、全てを都度行う必要はなく、予め算出しておき、これを数値テーブルにして記憶しておけば（つまり、図７に示したグラフを作成して記憶しておけば）、ケーブルリール８の積算回転角度のみを求め、その積算回転角度に対応した所要巻き取りトルクを数値テーブル（または、グラフ）から決定することができる。このように、上記位置変換器４は、入力された積算回転角度に基づいて所要巻き取りトルクを決定して、電圧や電流等のアナログ量でインバータ２に入力する。

【0052】

また、上記給電用ケーブル９の繰り出し長さは、上記電動機１３の駆動軸に取り付けられたパルスジェネレータ１２により、最終巻取り位置を原点として、この原点からの回転角を積算することで算出する。最終巻取り位置は、クレーン吊り具７の上昇限界となるため、上昇限界到達の検出に合わせて積算回転角度を初期化することにより、回転角の誤差を修正することができる。なお、上記積算回転角度は、振動や歯車のバックラッシュ等の外的要因で誤差が生じる場合があるため、所定条件下で補正することが望ましい。

【0053】

図８は、上記トルク制御装置の動作を示すフローチャートである。上記位置変換器４の動作の一例として、図８に示すように、ステップｓｔ１で動作を開始すると、給電用ケーブル９の全長、直径とケーブルリール８の巻幅との関係より、巻取段数と段ごとの列数を決定する。

【0054】

なお、ここでは、全段数を３段とする。以下の説明において、「ＣＯＵＮＴ」は上記パルスジェネレータ１２からのパルスのカウント積算値、「Ｌ３−２」は３段目から２段目に突入するカウント値、「Ｌ２−１」は２段目から１段目に突入するカウント値である。〔０＜Ｌ３−２＜Ｌ２−１＜最大繰り出し時の「ＣＯＵＮＴ」〕となる。

【0055】

そこで、ステップｓｔ２では、巻数と１巻あたりのカウント増加値より、「Ｌ３−２」と「Ｌ２−１」を算出する。また、ステップｓｔ３では、各段のトルク算出計算式を登録する。トルク算出計算式は、「ＴｎＦ」をｎ段目が全て巻いてある時の所要巻取りトルク、「ＴｎＬ」をｎ段目が全て巻き出された時の所要巻取りトルク、「ＣｎＦ」をｎ段目突入時のカウント値、「ＣｎＬ」をｎ段目終了時のカウント値として、以下の〔式１〕で示される。

【0056】

【数1】

【0057】

そして、ステップｓｔ４では、パルス入力によりカウントを積算する。また、ステップｓｔ５では、「ＣＯＵＮＴ＞Ｌ３−２」か否かを判別し、「ＮＯ」ならばステップｓｔ６に進み、「ＹＥＳ」ならばステップｓｔ８に進む。ステップｓｔ６では、３段目の所要トルクとカウント値の比例直線からトルクを算出して、ステップｓｔ７に進む。ステップｓｔ７では、所要トルクをアナログ量で出力して終了する。

【0058】

また、ステップｓｔ８では、「ＣＯＵＮＴ＞Ｌ２−１」か否かを判別し、「ＮＯ」ならばステップｓｔ９に進み、「ＹＥＳ」ならばステップｓｔ１０に進む。ステップｓｔ９では、２段目の所要トルクとカウント値の比例直線からトルクを算出して、ステップｓｔ７に進む。また、ステップｓｔ１０では、１段目の所要トルクとカウント値の比例直線からトルクを算出して、ステップｓｔ７に進む。

【0059】

以上、本発明に係るトルク制御装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上述の実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、適宜その構成を変更することができる。

【符号の説明】

【0060】

１ トルク制御装置
２ インバータ
３ クレーンガーダ
４ 位置変換器
４ａ 記憶装置
５ ケーブルドラム
６ トロリ
７ ケーブル吊り具
７ａ クレーンバケット
８ ケーブルリール
９ 給電用ケーブル
１０ ワイヤケーブル
１１ クレーン
１２ パルスジェネレータ
１３ 電動機
１４ 位置センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】