卷扬机及卷扬机的驱动控制方法

技术领域

本发明涉及卷扬机及卷扬机的驱动控制方法。

背景技术

卷扬机一般通过将货物挂在挂钩上，对操作开关等进行操作，从而进行货物的升降。相对于此，在卷扬机中，有的不使用操作开关，而是通过将手抵靠于货物并且对货物作用少量的力，从而能够犹如以自身的手轻轻地抬起或卸下重货物的感觉进行使重货物升降的操作。作为这样的卷扬机，例如有专利文献1所示的卷扬机。

在专利文献1中，在控制部检测到卡定部件与装卸物的重量之和施加于重量检测部后对电动机部进行控制以使装卸物平衡时，控制部将卡定部件的送出长度限制在能够预先可变设定的第一长度以下。由此，即使被施加急剧的外力，也能够防止装卸物与地面碰撞。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本专利、特开2019-052007号公报

发明内容

(发明所要解决的课题)

然而，在专利文献1所示的结构中，当装卸物位于超过第一长度L1那样的较低位置时，以落入第一长度L1的方式使装卸物上升。但是，专利文献1中，完全没有公开在对电动机部进行控制以取得平衡的控制部中具体如何进行装卸物的下限位置限制。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供如下的卷扬机及卷扬机的控制方法：在平衡器模式下，能够进行平衡状态的维持、与操作力相应的辅助，并且，在平衡器上限位置和平衡器下限位置，能够在不中断驱动电动机的转矩控制的情况下，限制卷起或解绕的方向。

(用于解决课题的方案)

为了解决上述课题，根据本发明的第一观点，提供一种卷扬机，其通过从卷扬机主体卷起或解绕负载链或绳索，从而进行货物的升降，该卷扬机具有如下特征。

该卷扬机具备：卷起单元、驱动电动机、电动机控制单元以及负载检测单元，卷起单元配置于卷扬机主体，供负载链或绳索挂绕，并且根据旋转进行负载链或绳索的卷起及解绕，驱动电动机产生使卷起单元旋转的驱动力，电动机控制单元控制驱动电动机的驱动，负载检测单元检测由悬挂货物的负载链或绳索施加于卷起单元的负载转矩以及操作者向卷起或解绕方向操作货物的操作力；电动机控制单元能够以基于负载转矩进行转矩控制的平衡器模式对驱动电动机的驱动进行控制，并且，在该平衡器模式中具有第一平衡器模式和第二平衡器模式，第一平衡器模式中，根据加上了辅助操作力的辅助转矩的第一转矩指令值控制驱动电动机的驱动，第二平衡器模式中，根据不辅助操作力的第二转矩指令值控制驱动电动机的驱动；并且，将升降位置范围设定于第一位置范围和第二位置范围，第一位置范围中，不论操作力的方向是卷起方向或解绕方向的哪一方向，都以第一平衡器模式进行控制，第二位置范围中，根据操作力的方向是卷起方向或解绕方向的朝向，而选择性地控制为采用第一平衡器模式还是第二平衡器模式。

另外，在上述发明中，优选：第一位置范围设为平衡器模式下的平衡器上限位置与平衡器下限位置之间的平衡位置范围；第二位置范围设为平衡器上限位置以上的位置范围以及/或者平衡器下限位置以下的位置范围。

另外，在上述发明中，优选：第一平衡器模式的第一转矩指令值设为如下的转矩指令值：根据由卷起单元进行卷起的卷起对象负载，设定登记施加于卷起单元的负载转矩，在该设定登记的负载转矩上加上对操作力进行辅助的辅助转矩而得到的转矩指令值；第二平衡器模式的第二转矩指令值设为对设定登记的负载转矩加上了取消操作力的取消转矩而得到的转矩指令值。

另外，在上述发明中，优选：电动机控制单元能够将平衡器上限位置及平衡器下限位置设定在任意的高度位置。

另外，在上述发明中，优选：具备操作装置，该操作装置具有动作模式切换开关和操作单元，并且根据该操作单元的操作使驱动电动机驱动；电动机控制单元能够根据动作模式切换开关的开关操作，对平衡器模式和开关动作模式进行切换，并且，在开关动作模式下，电动机控制单元根据操作单元的操作对驱动电动机的驱动进行控制。

另外，在上述发明中，优选：驱动电动机是具备编码器的伺服电动机；电动机控制单元具备：输出与控制有关的指令值的控制部、以及将基于指令值而被控制的电力提供给驱动电动机的伺服驱动器；开关单元具备在可滑动的滑动范围内滑动的滑动单元，并且，电动机控制单元根据滑动单元的滑动量，进行控制驱动电动机速度的速度控制。

另外，根据本发明的第二观点，提供一种卷扬机的驱动控制方法，其是通过从卷扬机主体卷起或解绕负载链或绳索，从而进行货物的升降的卷扬机的驱动控制方法，该卷扬机的驱动控制方法具有如下特征。

卷扬机具备：卷起单元、驱动电动机、电动机控制单元、负载检测单元以及操作装置，卷起单元配置于卷扬机主体，供负载链或绳索挂绕，并且根据旋转进行负载链或绳索的卷起或解绕，驱动电动机产生使卷起单元旋转的驱动力，电动机控制单元控制驱动电动机的驱动，负载检测单元检测由悬挂货物的负载链或绳索施加于卷起单元的负载转矩以及操作者向卷起或解绕方向操作货物的操作力，操作装置具有开关单元，并根据该开关单元的开关操作驱动驱动电动机；该卷扬机的驱动控制方法包括：负载转矩检测步骤，其通过负载检测单元检测负载转矩，以及转矩控制步骤，其基于通过负载转矩检测步骤检测出的负载转矩，在预先设定的升降位置范围内，通过电动机控制单元控制驱动电动机的驱动；在转矩控制步骤中，能够以基于负载转矩进行转矩控制的平衡器模式对驱动电动机的驱动进行控制，并且，平衡器模式具有第一平衡器模式和第二平衡器模式，第一平衡器模式中，根据加上了辅助操作力的辅助转矩的第一转矩指令值控制驱动电动机的驱动，第二平衡器模式中，根据不辅助操作力的第二转矩指令值控制驱动电动机的驱动；升降位置范围包括第一位置范围和第二位置范围，第一位置范围中，不论操作力的方向是卷起方向或解绕方向的哪一方向，都以第一平衡器模式进行控制，第二位置范围中，根据操作力的方向是卷起方向或解绕方向的朝向，而选择性地控制为采用第一平衡器模式还是第二平衡器模式。

(发明效果)

根据本发明，在平衡器模式下，能够进行平衡状态的维持、与操作力相应的辅助，并且，在平衡器上限位置以及/或者平衡器下限位置，能够在不中断驱动电动机的转矩控制的情况下，限制卷起或解绕的方向。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式涉及的卷扬机的整体结构的立体图。

图2是表示图1所示卷扬机的控制结构的图。

图3是表示图1所示卷扬机的圆筒操作装置的结构的图。

图4是表示图1所示卷扬机的控制流程的一部分的图，且是表示从步骤S0l至步骤S10的图。

图5是表示图1所示卷扬机的控制流程的一部分的图，且是表示从步骤S11至步骤S15的图。

图6是表示图1所示卷扬机的控制流程的一部分的图，且是表示从步骤S16至步骤S23的图。

图7是表示图1所示卷扬机的控制流程的一部分的图，且是表示从步骤S30至步骤S40的图。

图8是表示在图1所示的卷扬机中上限长度及下限长度的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明一实施方式涉及的卷扬机10及卷扬机10的驱动控制方法进行说明。

<1.关于卷扬机10的结构>

图1是表示卷扬机10的整体结构的立体图。图2是表示卷扬机10的控制结构的图。如图1所示，卷扬机10作为主要的结构元件包括：卷扬机主体部20、上部挂钩30、圆筒操作装置(cylindrical operation device)150、保持已卷起的负载链C1的链斗170。

卷扬机主体部20能够经由上部挂钩30悬挂于顶棚等规定的部位。该卷扬机主体部20在壳体21的内部收纳有各种结构。具体而言，在壳体21的内部设置有驱动电动机40、减速机构50、制动机构60、卷起负载链C1的负载滑轮70、上限限位开关80、下限限位开关81、负载传感器90、控制部100以及驱动器110。另外，能够取代负载链C1和负载滑轮70，而形成由未图示的绳索和卷筒构成的卷扬机主体。该情况下，由于已卷绕的绳索由卷筒保持，因此不需要链斗170。另外，负载滑轮70和卷筒对应于卷起单元。

驱动电动机40是赋予驱动负载滑轮70的驱动力的电动机。在本实施方式中，驱动电动机40是具备用于检测位置(未图示的转子的旋转位置)的检测器(编码器41)的伺服电动机，其中优选为交流伺服电动机。另外，作为交流伺服电动机，优选为同步电动机，但也可以是感应式电动机。

另外，减速机构50是将驱动电动机40的旋转减速并传递至负载滑轮70侧的部分。另外，制动机构60是如下部分：在驱动电动机40工作时能够利用电磁力释放制动力的部分，但即使在驱动电动机40不工作的状态下，也产生制动力以保持货物P的部分。

负载滑轮70是将负载链C1卷起及解绕的部分，沿其外周设有多个供负载链C1的金属环进入的链槽。

上限限位开关80是用于检测负载链C1的卷起时的极限位置(机械性或结构性设定的上限位置)的开关。另外，下限限位开关81是用于检测负载链C1的解绕时的极限位置(机械性或结构性设定的下限位置)的开关。

负载传感器90是测量施加于上部挂钩30的载荷负载的负载传感器。即，负载传感器90是对卷扬机主体部20的载荷负载、负载链C1的载荷负载(未着地于地面等的部分)、以及货物P的载荷负载的合计载荷负载进行测量或检测的传感器。通过从使用该负载传感器90测量或检测的合计载荷负载减去主体自重等，能够检测(算出)经由负载链C1施加于负载滑轮70的载荷负载。负载传感器90例如安装在用于将上部挂钩30安装于卷扬机主体部20的安装轴上。

另外，作为负载传感器90，能够使用具备应变计的测力传感器。关于负载传感器90的配置位置，除了上述之外，上部挂钩30与起重机小车之间、下部挂钩160与货物P之间、负载链C1的末端与下部挂钩160之间等的、能够检测或测量通过悬挂货物P的负载链C1施加于负载滑轮70上的负荷的位置，便可以是任意位置。另外，关于负载传感器90，除了测力传感器以外，还能够沿用起重机秤等，但需要具有能够用于平衡器控制的精度和响应性。负载传感器90和根据来自负载传感器90的信号运算施加于负载滑轮70的负载转矩的控制部100的一部分功能，对应于负载检测单元。

控制部100是对驱动器110赋予控制模式(速度控制模式、转矩控制模式)、位置、速度、转矩等的指令值的部分。该控制部100和驱动器110对应于电动机控制单元。作为控制部100，例如，可以举出具备CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、存储器101(RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、内部存储器、外部存储装置等)、输入输出接口等的计算机。在存储器101中存储有用于以后述的开关动作模式和平衡器模式进行动作的控制程序。

另外，驱动器110是根据驱动电动机40的电流值、编码器41的输出以及由控制部100赋予的用于电动机驱动控制的指令值等，将从外部提供的电源控制为适当的电力，并将该电力提供给驱动电动机40而使该驱动电动机40旋转的部分。另外，在本实施方式中，由于驱动电动机40是伺服电动机，因此驱动器110是伺服驱动器，其至少具有速度控制模式和转矩控制模式，根据控制部100的指令选择性地执行速度控制或转矩控制。

另外，圆筒操作装置150是操作者在用手握住的状态下进行操作用的操作装置，其连结于负载链C1的下端侧。另外，在圆筒操作装置150上连结有用于挂住货物P的下部挂钩160。图3是表示圆筒操作装置150的结构的图。如图3所示，圆筒操作装置150具有动作模式切换开关151、可动把手152、以及位移传感器153。另外，作为操作装置，并不限定于与下部挂钩160连结的操作装置，也可以是从卷扬机的主体部等利用缆绳悬挂的操作装置(悬吊式开关)，还可以是无线遥控装置。

动作模式切换开关151(对应于开关单元)是用于切换驱动电动机40的动作模式的开关，该动作模式切换开关151的开关信号被输出至控制部100。在本实施方式中，动作模式中存在至少开关动作模式和平衡器模式这两个模式。而且，通过按压动作模式切换开关151，控制部100能够将驱动电动机40的动作模式切换为开关动作模式、平衡器模式、或其他模式。控制部100对驱动器110(伺服驱动器)输出速度控制指令或转矩控制指令，使得在开关动作模式下进行速度控制，在平衡器模式下通过转矩控制来控制驱动电动机40。

另外，可动把手152是在以开关动作模式动作时进行操作的部分。该可动把手152设置为能够沿上下方向滑动，并由弹簧等施力部件保持在中立位置，能够使可动把手152抵抗施力部件而从中立位置向上侧及下侧滑动。位移传感器153将与其滑动量相应的检测信号输出至控制部100。由此，控制部100根据上述的检测信号控制驱动电动机40的速度。另外，圆筒操作装置150对应于操作装置，并且可动把手152对应于操作单元以及滑动单元。

另外，链斗170是将隔着负载滑轮70而存在于与下部挂钩160相反的一侧的无负载侧(卷绕完毕)的负载链C1进行收纳并保持的部分。

<2.关于驱动电动机40的控制流程>

接着，根据图4至图7对上述结构的卷扬机10中的、本实施方式涉及的驱动电动机40的控制流程(驱动控制)进行说明。另外，以下的各步骤是控制部100执行或判断的部分。

控制部100判断上限限位开关80是否正在工作(步骤S01)。在此，在上限限位开关80正在工作的情况下，圆筒操作装置150、下部挂钩160以及货物P成为被卷起至上限位置的状态。

因此，在通过上述步骤S01的判断而判断为上限限位开关80未工作的情况下(“否”的情况)，判断为能够进行卷起，将驱动电动机40的向卷起方向的驱动设定为“可”(写入规定的存储器101)(步骤S02)。另一方面，在通过步骤S01的判断而判断为上限限位开关80正在工作的情况下(“是”的情况)，判断为不能再进行进一步的卷起，将驱动电动机40的向卷起方向的驱动设定为“不可”(写入规定的存储器101)(步骤S03)。

在步骤S02、S03的处理之后，控制部100判断下限限位开关81是否正在工作(步骤S04)。在此，在下限限位开关81正在工作的情况下，圆筒操作装置150、下部挂钩160以及货物P成为被解绕(下降)至下限位置的状态。因此，在通过该步骤S04的判断而判断为下限限位开关81未工作的情况下(“否”的情况)，判断为能够解绕，将驱动电动机40的向解绕方向的驱动设定为“可”(写入规定的存储器101)(步骤S05)。另一方面，在通过步骤S04的判断而判断为下限限位开关81正在工作的情况下(“是”的情况)，判断为不能再进行进一步的解绕，将驱动电动机40的向解绕方向的驱动设定为“不可”(写入规定的存储器101)(步骤S06)。

在上述的步骤S05、S06之后，控制部100读入由负载传感器90测量出的载荷负载(步骤S07)。在该步骤S07中，对读入的载荷负载的值进行适当的滤波处理等并写入规定的存储器101。关于滤波处理，也可以不是由控制部100进行，而是由负载传感器90所具备的放大器等进行，或者也可以由两者进行。另外，该步骤S07对应于负载转矩检测步骤。接着，控制部100读入从驱动器110(伺服驱动器)输出的位置信息(步骤S08)。另外，该位置信息是基于来自编码器41的信息，表示驱动器110输出的负载链C1的送出量的位置信息，其中，该编码器41检测驱动电动机40的旋转，以便驱动器110(伺服驱动器)以速度控制模式或转矩控制模式控制驱动电动机40。也可以构成为：将编码器41的输出直接输入到控制部100，并计算负载链C1的送出量。

送出量与升降位置相对应，送出量变多的方向为解绕方向，送出量变少的方向为卷起方向，送出量多，则升降位置为下方，送出量少，则升降位置为上方。

接着，控制部100判断在步骤S07中读入的载荷负载是否为预先设定的过载(步骤S09)。在通过该判断而判断为上述读入的载荷负载不是过载(额定负载的范围)的情况下(“否”的情况)，转移至后述的步骤S11。另一方面，在通过步骤S09的判断而判断为上述读入的载荷负载是过载的情况下(“是”的情况)，判断为过载的状态，执行过载(异常)处理(步骤S10)。另外，过载(异常)处理是指：禁止驱动电动机40的驱动的处理，且是在动作中使其紧急停止的处理。另外，同时通过蜂鸣器、显示或者其他方法警告或通知过载这一情况。在步骤S10的处理之后，转移至后述步骤S23的判断。

在步骤S09中判断为上述读入的载荷负载不是过载(额定负载的范围)的情况下(“否”的情况)，进行动作模式切换开关151的确认处理(步骤S11)。在该步骤S11中，利用来自动作模式切换开关151的信号，以触发器(flip-flop)方式将动作模式存储器(存储器101)改写为“平衡器模式”、“开关动作模式”。在成为了进行该确认处理的状态之后，控制部100读入动作模式存储器(存储器101)并判断是否为平衡器模式(步骤S12)。在该判断中被判断为是平衡器模式的情况下(“是”的情况)，前进至下一步骤S13。另一方面，在通过步骤S12的判断而判断为不是平衡器模式而是开关动作模式的情况下(“否”的情况)，转移至后述的步骤S30。

在通过步骤S12判断为是平衡器模式的情况(“是”的情况)下，参照步骤S02、03中的设定信息(存储器101)，判断驱动电动机40的向卷起方向的驱动是否为“可”(步骤S13)。在该判断中判断为不能进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动的情况下(“否”的情况)，由于不能执行伴随驱动电动机40的卷起以及解绕的平衡器模式(转矩控制)，因此，进行使平衡器模式停止的停止处理(步骤S14)。另外，在该停止处理之后，向后述的步骤S23转移(参照图7)。

另一方面，在步骤S13的判断中判断为能够进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动的情况下(“是”的情况)，参照步骤S05、06中的设定信息(存储器101)，判断驱动电动机40的向解绕方向的驱动是否为“可”(步骤S15)。在该判断中判断为不能进行驱动电动机40的向解绕方向的驱动的情况下(“否”的情况)，由于不能执行伴随驱动电动机40的卷起以及解绕的平衡器模式(转矩控制)，因此进行步骤S14的停止处理。该停止处理中包括将动作模式存储器从“平衡器模式”切换为“开关动作模式”的处理。

在步骤S15中判断为向解绕方向的驱动为“可”的情况下(“是”的情况)，控制部100向驱动器110(伺服驱动器)输出转矩控制模式的指令，并且以平衡器模式执行(继续)驱动控制(步骤S16)。在该平衡器模式执行中，运算下述那样的电动机转矩Tm0、操作者的操作力Ws以及增减电动机转矩Th的各值。该运算基于下式进行。另外，下述中的单位可以适当转换。另外，步骤S16-步骤S22对应于转矩控制步骤，但也可以在转矩控制步骤中包含除此以外的与驱动电动机40的驱动控制相关的步骤。此外，步骤S16还对应于设定步骤。

首先，将已卷绕的负载链C1的重量设为wcm(kg)，将负载链C1的单位重量设为wc0(kg)，将负载链C1的送出长度设为L(m)，将负载链C1的全长设为L0(m)。于是，wcm如以下那样被算出。

wcm＝wc0×(L0－L)……(式1)

另外，将卷扬机主体部20的重量设为wh(kg)。另外，该wh中不包含负载链C1的重量。另外，将由负载传感器90(测力传感器)测量出的载荷负载设为Wl(N)，将重力加速度设为g。于是，使用式1，如以下那样算出卷起对象载荷w。

w＝Wl/g-(wh+wcm)……(式2)

当将平衡器模式开始时存储于存储器101的负载传感器90的载荷负载的值(设定值)设为Wl0(N)时，卷起对象设定载荷w0如以下那样被算出。设定步骤之中的、在平衡器模式开始时将载荷负载的值(设定值)Wl0写入存储器的步骤，是设定载荷设定步骤，可以构成为：在上述步骤S11中确认了来自动作模式切换开关151的信号时、即在通过步骤16切换为平衡器模式之前，将载荷负载的值(设定值)WL0写入存储器，也可以将设定载荷设定步骤也作为设定步骤。

w0＝Wl0/g-(wh+wcm)……(式3)

在此，卷起对象设定载荷w0，通过式1，根据负载链C1的送出长度L而变化。因此，为了使卷起对象设定载荷w0不会根据负载链C1的送出长度L而变动，也可以分成(A)作为载荷变动的部分的“负载链C1中的与送出长度L对应的部分”和(B)剩余的部分这两个部分而存储于存储器101。另外，在相比卷起对象载荷w0而(A)“负载链C1中的与送出长度L对应的部分”的重量小至可以忽略的程度的情况下，也可以忽略该(A)的重量。

在此，将操作者对货物P、圆筒操作装置150或下部挂钩160进行抬起、按下的力设为操作力Ws(N)。该操作力Ws如以下那样被算出。

Ws＝Wl0－W1…(式4)

另外，在(式4)中，操作者想要抬起货物P等，从而由负载传感器90测量出的载荷负载Wl比设定值WL0小(轻)，因此操作力Ws变为正数。另一方面，操作者想要按下货物P等，从而由负载传感器90测量出的载荷负载Wl比WL0大(重)，因此操作力Ws变为负数。

在此，在平衡器模式下，当将减速机构50的减速比设为i、负载滑轮70的作用半径设为r(m)时，与卷起对象设定载荷w0(kg)平衡(balancing)的驱动电动机40的电动机转矩Tm0(Nm)利用下式算出。另外，电动机转矩Tm0对应于平衡转矩。

Tm0＝(1/i)×r×g×w0……(式5)

另外，根据操作力Ws求出驱动电动机40的增减电动机转矩Th(Nm)的算式如下所示。

Th＝(1/i)×r×Ws……(式6)

如以上所述求出与在开始了平衡器模式的时点上设定登记的卷起对象设定载荷w0平衡的电动机转矩Tm0、操作力Ws以及增减电动机转矩Th之后，判断负载链C1的从负载滑轮70送出的长度L是否为平衡器上限长度UL以下(在升降位置基准中为平衡器上限位置以上)(步骤S17)。在此，负载链C1的从负载滑轮70送出的长度L及平衡器上限长度UL是指：如图8所示，从上限限位开关80动作的上限位置MT1至圆筒操作装置150的上端为止的长度(距离)为L，同样地，上限位置MT1与平衡器模式的上限位置即平衡器上限位置MT2之间的长度(距离)为UL。另外，平衡器上限位置MT2是圆筒操作装置150(下部挂钩160和货物P)的上升中的灵活的上限位置。关于该平衡器上限位置MT2，可以通过用户的设定来确定，也可以利用规定的运算式算出。每次通过用户设定来确定时，能够利用后述的开关动作模式进行设定。

在上述的步骤S17的判断中，判断为负载链C1的送出长度L为平衡器上限长度UL以下的情况下(“是”的情况)，接着判断通过(式4)求出的操作者的操作力Ws是否大于0(为正数)(步骤S18)。

即，如上述(式4)所述，在操作力Ws为正数的情况下，对货物P朝向操作者抬起货物P的方向(卷起方向)施加力。因此，在步骤S18中，判断为操作者的操作力Ws比0大(为正数)时，控制部100生成以下式(7)表示的转矩指令Tm(步骤S19)。

Tm＝Tm0-Kl×Th……(式7)

如此，设定货物P的升降位置范围为平衡器上限位置MT2以上的位置范围，在该设定的位置范围内根据操作力Ws的朝向判断是否进行限制控制，在需要限制的情况下，将利用式(7)计算出的转矩指令Tm从控制部100输出至驱动器110(伺服驱动器)，并对驱动电动机40进行转矩控制。

然后，控制部100将生成的转矩指令Tm向驱动器110输出，驱动器110以基于该转矩指令Tm的电力使驱动电动机40驱动。另外，通过(式7)计算出的转矩指令Tm对应于第二转矩指令值，(式7)中的“-Kl×Th”的值对应于取消转矩。在此，如在上述(式4)中也描述的那样，“-Kl×Th”的值，在操作者施加了抬起货物P的方向的力时变为负的值，而在操作者施加了按下货物P的方向的力时变为正的值，通过对与卷起对象设定载荷w0平衡的电动机转矩Tm0加上取消转矩“-Kl×Th”，从而能够限制货物P的升降。

在上述式中，Kl是表示放大率的增益，但在增益Kl的值小于机械效率(η)的情况下，相对于操作者的操作力Ws，与驱动电动机40产生的转矩指令Tm中的、“-Kl×Th”的部分的转矩指令对应的电动机转矩的值变小，变得负于操作力Ws，作为位置限制有可能不充分。因此，增益Kl的值优选为机械效率(η)以上的例如“1”，这是可靠的。

另外，在(式7)中，从处于平衡状态的驱动电动机40的电动机转矩Tm0减去与操作者的操作力Ws对应的增减电动机转矩Th。因此，即使操作者想要通过操作力Ws抬起货物P，也能利用取消了该操作力Ws的状态的转矩指令Tm对驱动电动机40进行驱动。因此，货物P呈尽管操作者想要抬起但也不会向抬起方向移动的状态。

另外，根据卷扬机10的规格，也可以将“-Kl×Th”的值在上限侧和下限侧，分别设为操作者能够识别到达了平衡器上限位置MT2或平衡器下限位置MB2的程度、即操作感变重的程度或其以上的固定值。

另外，在步骤S19之后，控制部100进行后述的步骤S23的判断。

另外，在步骤S17的判断中，判断为负载链C1的送出长度L大于上限长度UL(在升降位置基准下为平衡器上限以下)的情况下(“否”的情况)，接着判断负载链C1的送出长度L是否为平衡器下限长度LL以上(在升降位置基准下为平衡器下限以下)(步骤S20)。在此，如图8所示，平衡器下限长度LL是上限限位开关80动作的上限位置MT1与平衡器模式的下限位置即平衡器下限位置MB2之间的长度(距离)。另外，平衡器上限位置MT2与平衡器下限位置MB2之间的范围对应于第一位置范围以及平衡器中间位置范围。另外，上限位置MT1与平衡器上限位置MT2之间以及下限位置MB1与平衡器下限位置MB2之间，对应于第二位置范围。

上述的平衡器下限位置MB2与平衡器上限位置MT2同样，是圆筒操作装置150(下部挂钩160和货物P)的解绕(负载链C1的送出)中的灵活的下限位置。该平衡器下限位置MB2位于比下限限位开关81动作的下限位置MB1靠上方的位置。关于该平衡器下限位置MB2，可以通过用户的设定来确定，也可以利用规定的运算式进行计算。另外，优选：将上限限位开关80或下限限位开关81中的任一者的信号设为负载链C1的送出长度(升降位置)的基准位置的复位信号，但根据卷扬机10的规格，上限限位开关80以及下限限位开关81均不是必须的结构元件，也可以仅设定平衡器上限位置MT2或平衡器下限位置MB2中的任一者。

在上述的步骤S20的判断中，判断为负载链C1的送出长度L为平衡器下限长度LL以上(在升降位置基准下为平衡器下限位置以下)的情况下(“是”的情况)，接着判断操作者的操作力Ws是否小于0(为负数)(步骤S21)。

即，如上述的(式4)所述，在操作力Ws为负数的情况下，对货物P朝向操作者按下货物的方向施加力。因此，在步骤S21中判断为操作者的操作力Ws比0小(为负数)的情况下，控制部100向上述步骤S19前进。即，生成(式7)所示的转矩指令Tm。

然后，控制部100将生成的转矩指令Tm向驱动器110输出，驱动器110以基于该转矩指令Tm的电力使驱动电动机40驱动。

另外，在按下(降低)货物时，Th的符号与抬起(提升)货物的情况相反。因此，在(式7)中，当在处于平衡状态的驱动电动机40的电动机转矩Tm0上加上与操作者的操作力Ws对应的“-Kl×Th”时，以取消了按下该货物的操作力Ws的状态的转矩指令Tm，对驱动电动机40进行驱动。因此，货物P呈尽管操作者想要按下(想要将货物解绕)但也不会向按下方向移动的状态。

如此，将货物P的升降位置范围分别设定于平衡器上限位置MT2以上和平衡器下限位置MB2以下的位置范围、或者设定于任意一方，并通过步骤S17以及步骤S20判断是否处于该设定的位置范围(对应于升降位置范围确认步骤)。然后，在该设定的位置范围内，根据操作力Ws的方向，通过步骤S18以及步骤S21判断是否进行限制控制，在需要限制的情况下，将在步骤S19中通过(式7)计算出的转矩指令Tm，从控制部100输出至驱动器110(伺服驱动器)，并对驱动电动机40进行转矩控制(对应于第一、第二平衡器模式选择步骤)。

另外，根据卷扬机10的规格，也可以将“-Kl×Th”的值在上限侧和下限侧，分别设为操作者能够识别到达平衡器上限位置MT2或平衡器下限位置MB2的程度、即操作感变重的程度的固定值。

另外，在上述的步骤S20的判断中，判断为负载链C1的送出长度L比平衡器下限长度LL小(在升降位置基准下，比平衡器下限位置MB2靠上)的情况下(“否”的情况)，控制部100生成如下述(式8)所示的转矩指令Tm，并发送至驱动器110(步骤S22)。另外，下述的(式8)的转矩指令Tm对应于第一转矩指令值。另外，该步骤S22对应于平衡控制步骤。

Tm＝Tm0+Kh×Th……(式8)

另外，在上述的步骤S21的判断中，判断为操作力Ws为0以上(0或正的值)的情况下(“否”的情况)，也执行上述的步骤S22的处理。另外，在上述的(式8)中，“Kh×Th”对应于辅助转矩。

另外，在上述式中，Kh是表示放大率的增益，考虑驱动电动机40等的机械效率、加速度等，通过实验求出。为了使平衡器模式下的操作性良好，该增益Kh设定为充分大于1的值，例如Kh×Th的值与Tm0之比为5％～20％左右。另外，也可以使卷起时的Kh与解绕时的Kh为不同的值，例如使卷起Khu小于解绕Khd。

由该(式8)明确可知，控制部100在与卷起对象设定载荷w0相平衡(balancing)的驱动电动机40的电动机转矩Tm0上，加上对与操作力Ws对应的电动机转矩Th乘以规定的增益Kh而得到的辅助转矩“Kh×Th”，计算转矩指令Tm。因此，能够以较轻的力，使货物P沿上下方向移动。

如此，关于转矩指令Tm，在进行辅助时，利用通过(式8)或后述的(式9)算出的第一平衡器模式，从控制部100向驱动器110输出转矩指令Tm，在不进行辅助时，利用通过(式7)算出的第二平衡器模式，从控制部100向驱动器110输出转矩指令Tm。另外，由于能够设定登记以第一平衡器模式和第二平衡器模式进行控制的升降位置范围，因此，能够在平衡器上限位置MT2和/或平衡器下限位置MB2不中断驱动电动机40的转矩控制的情况下，对卷起、解绕的朝向进行限制。

然后，在执行了上述的步骤S14、步骤S22以及上述的步骤S19的处理之后，控制部100通过异常信号或者未图示的指令的输入，判断是否使由平衡器模式、开关动作模式构成的驱动电动机40的驱动控制停止(步骤S23)。在该判断中，判断为使驱动控制停止的情况下(“是”的情况)，转移至基于各指令等的未图示的例如维护模式等的处理，并且结束作为驱动控制的本程序。另一方面，在步骤S23的判断中，判断为不使本驱动控制停止(继续)的情况下(“否”的情况)，返回上述的步骤S01的判断并继续进行驱动控制。

接下来，对开关动作模式进行说明。在上述的步骤S12中，判断为不是平衡器模式的情况下(“否”的情况)，执行(继续)开关动作模式(步骤S30)。即，从存储器101读入开关动作模式的执行程序，对驱动器110(伺服驱动器)输出速度控制模式的指令。

接着，控制部100进行圆筒操作装置150所具备的位移传感器153的确认(步骤S31)。即，通过位移传感器153确认可动把手152位于哪个位置。然后，成为基于可动把手152的滑动位置的卷起以及解绕的设置状态。

接下来，参照步骤S02、03中的设定信息(存储器101)，判断驱动电动机40的向卷起方向的驱动是否为“可”(步骤S32)。即，进行与步骤S13同样的判断。在通过该步骤S32的判断，判断为不能进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动的情况下(“否”的情况)，控制部100判断是否有进行卷起的指令(步骤S33)。即，根据步骤31的可动把手152是否被向卷起方向滑动的确认结果(存储器101)进行判断。

在此，已通过步骤S32判断为卷起侧的驱动电动机40的驱动不能进行的“不可”。因此，在通过上述步骤S33的判断，判断为存在进行卷起的指令的情况下(“是”的情况)，接着进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动停止和使制动机构60工作的处理(步骤S34)。

另一方面，在通过上述步骤S32判断为能够进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动的情况下(“是”的情况)、以及通过步骤S33判断为不存在进行卷起的指令的情况下(“否”的情况)，接着参照步骤S05、06中的设定信息(存储器101)，判断驱动电动机40的向卷起方向的驱动是否为“可”(步骤S35)。即，进行与步骤S15同样的判断。在通过该步骤S35的判断，判断为不能进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动的“不可”的情况下(“否”的情况)，控制部100判断是否有进行卷起的指令(步骤S36)。即，根据步骤S31中可动把手152是否被向卷起方向滑动的判断结果(存储器101)进行判断。

在此，已通过步骤S35判断为卷起侧的驱动电动机40的驱动不能进行的“不可”。因此，在通过上述步骤S36的判断，判断为存在进行卷起的指令的情况下(“是”的情况)，接着进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动停止和使制动机构60工作的处理(步骤S37)。

另一方面，在通过上述步骤S35判断为能够进行驱动电动机40的向卷起方向的驱动的情况下(“是”的情况)，控制部100生成速度指令并输出至驱动器110(步骤S38)。该速度指令是基于下述值而生成，即，存储有来自在步骤S31中检测可动把手152的滑动位置的位移传感器153的检测信号的存储器101的值。

接着，关于驱动电动机40的驱动范围，判断是否存在设置图8所示那样的上限长度UL和下限长度LL的需要(请求)(步骤S39)。即，根据圆筒操作装置150的操作环境，有时优选变更灵活的上限位置、下限位置的设定。因此，在步骤S39中，例如根据来自切换开关的ON信号的长度来判断是否设置(有再设定的请求)上限长度UL和下限长度LL。

在通过上述步骤S39的判断，判断为需要设置上限长度UL和下限长度LL的情况下(“是”的情况)，进行上限长度UL和下限长度LL的设置(步骤S40)。即，圆筒操作装置150的工作范围被灵活地确定。另外，在该步骤S40的处理之后，控制部100如上述步骤S23中所说明的那样，判断是否使驱动电动机40的驱动控制停止(是否继续)。

另外，在通过步骤S39的判断，判断为不需要设置上限长度UL和下限长度LL的情况下(“否”的情况)，控制部100也如在上述步骤S23中所说明的那样，判断是否使驱动电动机40的驱动控制停止(是否继续)。

在使卷扬机10的驱动电动机40驱动时，执行如上的控制流程。

<3.关于效果>

如上所述，在通过从卷扬机主体部20进行负载链C1的卷起及解绕，从而进行货物P的升降的卷扬机10及卷扬机10的控制方法，具有如下特征。

该卷扬机具备：负载滑轮70，其配置于卷扬机主体部20，挂绕有负载链C1，并且根据旋转将负载链C1卷起和解绕；驱动电动机40，其配置于卷扬机主体部20，并产生使负载滑轮70旋转的驱动力；电动机控制单元(控制部100及驱动器110)，其配置于卷扬机主体部20，并对驱动电动机40的驱动进行控制；以及负载检测单元(负载传感器90及控制部100的一部分)，该负载检测单元检测由悬挂货物P的负载链C1施加于负载滑轮70的负载转矩以及操作者向卷起、解绕的方向操作货物的操作力。而且，电动机控制单元(控制部100及驱动器110)能够以基于由负载检测单元(负载传感器90以及控制部100的一部分)检测出的负载转矩进行转矩控制的平衡器模式对驱动电动机40的驱动进行控制，并且，在该平衡器模式中具有第一平衡器模式和第二平衡器模式，第一平衡器模式根据加上了辅助操作力Ws的辅助转矩(Kh×Th)而得到的第一转矩指令值(由上述的(式8)计算出的转矩指令值(Tm))控制驱动电动机40的驱动，第二平衡器模式根据不辅助操作力Ws的第二转矩指令值(由上述(式7)计算出的转矩指令值(Tm))控制驱动电动机40；并且，将升降位置范围设定于第一位置范围和第二位置范围，第一位置范围是不论操作力Ws的方向是卷起方向和解绕方向的哪一方向，都以第一平衡器模式进行控制，第二位置范围是根据操作力Ws的方向，选择性地控制是以第一平衡器模式进行控制还是以第二平衡器模式进行控制。

因此，通过针对驱动电动机40的转矩控制，在平衡器模式下，能够进行平衡状态的维持、与操作力相应的辅助。另外，即使以进行转矩控制的平衡器模式对驱动电动机40进行控制，也能够在不中断转矩控制的情况下，通过升降位置来限制卷起或解绕。

另外，在驱动电动机40的转矩控制中，在平衡位置范围内，基于(式8)算出第一转矩指令值。因此，在货物P的平衡位置范围内，无论货物P的位置如何，都仅利用第一转矩指令值进行控制，因此控制不会复杂化。另外，基于该第一转矩指令值的转矩控制，除了平衡器上限位置MT2及平衡器下限位置MB2以外，无论货物P的位置如何，都能够最佳地维持平衡状态。

另外，在平衡器上限位置MT2及平衡器下限位置MB2中，基于(式7)算出第二转矩指令值。因此，在平衡器上限位置MT2及平衡器下限位置MB2中，也基于包含取消操作力Ws的方向的转矩分量的转矩指令值来驱动驱动电动机40，因而驱动电动机40的控制指令不会复杂化。另外，在驱动电动机40在平衡器上限位置MT2及平衡器下限位置MB2停止时，由于未施加转矩指令值以上的力，因此能够防止对卷扬机主体部20等的结构部位施加多余的冲击。

另外，在本实施方式中，第一位置范围设为平衡器模式下的平衡器上限位置MT2与平衡器下限位置MB2之间的平衡位置范围(平衡器中间位置)，第二位置范围能够设定为平衡器上限位置MT2以上的位置范围和/或平衡器下限位置MB2以下的位置范围。由此，在平衡器上限位置MT2以上的范围内，能够根据仅在操作力Ws的方向为解绕方向时加上了辅助转矩而得到的转矩指令Tm来进行解绕运转，在平衡器下限位置MB2以下的范围内，能够根据仅在操作力Ws的方向为卷起方向时加上了辅助转矩而得到的转矩指令Tm来进行卷起运转。因此，在各个情况下，当操作力Ws为反向时，卷起或解绕运转分别被限制，因此，即使在转矩控制中也能够不中断地进行限制平衡器上限或下限的控制。另外，限制平衡器上限或下限的控制，可以在双方设为有效，但也可以进行仅限制任意一方例如平衡器上限的控制。

另外，在本实施方式中，能够进行如下控制：第一平衡器模式的第一转矩指令值Tm设为转矩指令(Tm)，该转矩指令(Tm)是根据由卷起单元(负载滑轮70)卷起的卷起对象负载(g×w0)设定登记施加于卷起单元(负载滑轮70)的负载转矩(Tm0)，并对该设定登记的负载转矩加上辅助操作力的辅助转矩(Kh×Th)而得到；第二平衡器模式的第二转矩指令值设为对设定登记的负载转矩(Tm0)加上了取消操作力Ws的取消转矩(-Kl×Th)而得到的转矩指令值。

因此，在平衡器模式下，能够进行平衡状态的维持、与操作力相应的辅助。另外，即使以进行转矩控制的平衡器模式对驱动电动机40进行控制，也能够在不中断转矩控制的情况下，通过升降位置对卷起或解绕进行限制。

另外，在本实施方式中，电动机控制单元(控制部100及驱动器110)能够将平衡器上限位置MT2以及平衡器下限位置MB2设定为任意的高度位置。因此，由于能够根据操作者使用卷扬机10的环境，将平衡位置范围设定为适当的范围，因此例如货物P不会超过操作者的手能够触及的范围而过度上升，或者货物P不会下降到操作者若不采取弯腰的姿势便不能抬起货物P的范围。因此，能够提高作业的效率。

另外，在本实施方式中，卷扬机10具备操作装置(圆筒操作装置150)，该圆筒操作装置150具有动作模式切换开关151和操作单元(可动把手152)，并且根据操作单元(可动把手152)的操作，使驱动电动机40驱动。另外，电动机控制单元(控制部100及驱动器110)能够根据动作模式切换开关151的开关操作来切换平衡器模式和开关动作模式。另外，在开关动作模式下，电动机控制单元(控制部100及驱动器110)基于操作单元(可动把手152)的操作对驱动电动机40进行控制。

因此，通过动作模式切换开关151的开关操作，能够在平衡器模式与开关动作模式之间切换驱动电动机40的动作模式。即，操作者根据作业内容将驱动电动机40的驱动切换为适当的动作模式，因此能够提高作业性。另外，在切换为开关动作模式的情况下，通过操作单元(可动把手152)的操作，能够使货物P上升或下降到所希望的位置。

另外，在本实施方式中，驱动电动机40是具备编码器41的伺服电动机，电动机控制单元具备输出与控制相关的指令值的控制部100和将基于指令值而被控制的电力供给至驱动电动机40的伺服驱动器110。另外，操作单元具有在能够滑动的滑动范围内滑动的滑动单元(可动把手152)，并且，电动机控制单元(控制部100及伺服驱动器110)根据滑动单元(可动把手152)的滑动量，进行控制驱动电动机40速度的速度控制。

因此，能够根据滑动单元(可动把手152)的滑动量，将驱动电动机40调整为适当的驱动速度。由此，能够提高使货物P上升或下降时的操作性。

＜变形例＞

以上，对本发明的各实施方式进行了说明，但本发明除此之外还能够进行各种变形。以下，对此进行叙述。

在上述实施方式中，也可以在(式1)至(式8)的各式中根据需要而进行算出的各值的校正。例如，若使用驱动电动机40则发热，构成电动机的磁铁或线圈的导线的特性会根据温度而变化。因此，也可以考虑这些由温度引起的特性的变化，对上述(式1)至(式8)的各式进行规定的校正。

另外，在上述实施方式中，控制部100基于(式5)求出与卷起对象设定载荷w0相平衡的驱动电动机40的电动机转矩Tm0。另外，如上所述，卷起对象设定载荷w0如在式(3)中所说明的那样，是在平衡器模式开始时根据存储于存储器101的负载传感器90的载荷(负载)Wl0计算出的值。但是，也可以不是在平衡器模式开始时，而是例如在包含当前的规定的测量时刻，利用根据由负载传感器90测量的载荷(负载)Wl计算出的卷起对象载荷w，求出电动机转矩Tm0。

在使用该卷起对象载荷w的情况下，求出电动机转矩Tm0的算式如下所述。

Tm0＝(1/i)×r×g×w……(式9)

也可以将通过该(式9)计算出的电动机转矩Tm0代入上述的(式7)、(式8)来计算转矩指令Tm。

另外，在上述实施方式中，控制部100基于(式7)来控制在平衡器上限位置MT2及平衡器下限位置MB2的驱动电动机40的驱动。但是，基于卷起对象载荷w通过(式9)计算出的电动机转矩Tm0包含操作力Ws而平衡，因此，在(式7)中，也可以将增益Kl设为0。如此，即使将增益K1设为0，由于机械效率(传递效率)的关系，也能够使货物P的升降停止。

另外，在上述(式8)中，是对电动机转矩Tm0加上辅助转矩“Kh×Th”来计算转矩指令Tm，但也可以以与操作力Ws和电动机转矩Tm0成比例地增减转矩指令的方式，计算转矩指令Tm(式10)。

Tm＝Khr×Ws×Tm0……(式10)

(式10)的转矩指令Tm是将电动机转矩“(Khr×Ws－1)×Tm0”与电动机转矩Tm0相加而得到的，电动机转矩“(Khr×Ws－1)×Tm0”对应于辅助转矩。Khr是表示放大率的增益，是根据卷扬机的规格而预先决定的系数。

通过使用(式10)算出转矩指令Tm，从而与货物P的载荷的大小无关地，能够在驱动电动机40的规格所允许的范围内，以与操作力Ws成比例的加速度使货物P上升或下降。根据货物P的升降作业的内容、或者货物P的载荷，选择(式8)或(式10)或者将它们组合而进行基于平衡器模式的驱动控制即可。另外，驱动电动机40的最大转速(卷起速度)被预先设定登记为规定的值。增益Khr也可以与增益Kh同样地在卷起和解绕上设定为不同的值，也可以根据货物P的载荷的大小进行增减，例如载荷在规定以上时减小加速度的增加等、根据使用卷扬机的作业环境进行设定。

(符号说明)

10…卷扬机、20…卷扬机主体部、21…壳体、30…上部挂钩、40…驱动电动机、41…编码器、50…减速机构、60…制动机构、70…负载滑轮、80…上限限位开关、81…下限限位开关、90…负载传感器、100…控制部(对应于电动机控制单元的一部分)、101…存储器、110…驱动器(对应于电动机控制单元的一部分)、150…圆筒操作装置(对应于操作装置)、151…动作模式切换开关(对应于开关单元)、152…可动把手(对应于操作单元及滑动单元)、153…位移传感器、160…下部挂钩、170…链斗、C1…负载链、LL…下限长度、MT1…上限位置、MT2…平衡器上限位置、MB1…上限位置、MB2…平衡器下限位置、P…货物、UL…上限长度