特開 2023-170995 吊荷の旋回制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023170995

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】吊荷の旋回制御装置

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/08 20060101AFI20231124BHJP

【ＦＩ】

B66C13/08 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083148

(22)【出願日】2022-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000154901

【氏名又は名称】株式会社北川鉄工所

(74)【代理人】

【識別番号】100104927

【弁理士】

【氏名又は名称】和泉 久志

(72)【発明者】

【氏名】浅野 均

(72)【発明者】

【氏名】沖田 佳隆

(72)【発明者】

【氏名】可児 幸嗣

(72)【発明者】

【氏名】大河内 孝彦

(72)【発明者】

【氏名】北原 慎也

(72)【発明者】

【氏名】阿藻 徳彦

(72)【発明者】

【氏名】河本 清道

(72)【発明者】

【氏名】夛田 雅次

(57)【要約】

【課題】装置がコンパクト化できるとともに、消費電力を抑えることができ、安定した制御が可能な吊荷の旋回制御装置を提供する。
【解決手段】吊り下げられた吊荷３の姿勢を、回転するフライホイール４の回転軸を傾動させることで生じるジャイロ効果により旋回制御する。前記フライホイール４が複数設けられており、これら複数のフライホイール４が一体に１つの傾動軸（Ｙ軸）で傾動される。これによって、各フライホイール４でジャイロ効果による出力が得られるため、旋回制御装置１の大きさを抑えながら、旋回制御能力が向上できる。また、回転駆動するフライホイール４の数を調整して、吊荷３に見合った旋回制御能力に調整できるため、消費電力を抑えることができる。傾動制御系が１つにでき、安定した制御が可能となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吊り下げられた吊荷の姿勢を、回転するフライホイールの回転軸を傾動させることで生じるジャイロ効果により旋回制御する吊荷の旋回制御装置であって、
前記フライホイールが複数設けられており、これら複数のフライホイールが一体に１つの傾動軸で傾動されることを特徴とする吊荷の旋回制御装置。

【請求項2】

前記フライホイールが２つ設けられており、前記２つのフライホイールが回転軸方向に離隔して配置され、これらフライホイール間の離隔幅の中央位置に前記傾動軸が配置される請求項１記載の吊荷の旋回制御装置。

【請求項3】

複数の前記フライホイールは、同じ方向に同じ回転速度で回転可能となっている請求項１記載の吊荷の旋回制御装置。

【請求項4】

前記複数のフライホイールがそれぞれ別の回転軸に支持され、各回転軸が同軸上に直列配置されている請求項１記載の吊荷の旋回制御装置。

【請求項5】

前記複数のフライホイールが連続する回転軸に支持されている請求項１記載の吊荷の旋回制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クレーンなどで吊り下げられた吊荷の姿勢を、高速回転するフライホイールの回転軸を強制的に傾動させることで生じるジャイロ効果により旋回制御する吊荷の旋回制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、クレーンなどで吊り下げられた吊荷の姿勢を制御する吊荷の旋回制御装置として、高速回転するフライホイールのジャイロ効果を利用して、吊荷を旋回させたり、吊荷を目的の位置で正確に静止させたり、風などの外乱に抵抗して吊荷の姿勢を一定に保ったりして、クレーンを用いた揚重作業の効率化を図ったものが知られている。

【0003】

このような吊荷の旋回制御装置は、１つのフライホイールで構成されたものが広く用いられていたが、近年では、例えば下記の特許文献１に示されるように、複数のフライホイールを備えたものも開発されている。

【0004】

特許文献１には、姿勢制御装置の一実施例として、図４及び図５に示されるように、姿勢制御装置５０が吊荷５１に固定され、この姿勢制御装置５０内に２個のジャイロ５２Ｌ、５２Ｒが収容された形態（特許文献１の図６及び図７）が示されている。その作動として、ジャイロ５２Ｌを軸５３Ｌのまわりに矢印イ方向から見て時計回りに回転させ、同時にジャイロ５２Ｒを軸５３Ｒのまわりに矢印ロ方向から見て時計回りに回転させる。この状態でジャイロ５２Ｌを軸５４Ｌのまわりに矢印ハ方向から見て時計回りに、ジャイロ５２Ｒを軸５４Ｒのまわりに矢印ニ方向から見て反時計回りに同時にある角度だけ回転させると、ジャイロ５２Ｌ、５２Ｒにはそれぞれ軸５５Ｌ、５５Ｒのまわりに矢印ホ及びヘ方向から見て反時計回りにトルクが発生する。そして、このトルクは姿勢制御装置５０を介して吊荷５１に伝わり、これを軸５６のまわりに矢印ト方向から見て反時計回りに回動させ、姿勢を変更する。このように、特許文献１では、複数のジャイロがそれぞれ独立的に異なった動きをすることによって吊荷の姿勢が制御されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７－２５２０８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

吊荷の旋回制御装置の旋回制御能力は、フライホイールの慣性モーメントと回転速度によって決定されるものであり、フライホイールの慣性モーメントは、フライホイールの径の大きさ及び重量によって決定される。このため、装置の能力を向上させるには、フライホイールの径を大きくし、回転速度を上げる必要があるが、回転速度は安全性や駆動装置の能力などから上限があるため、装置の能力向上には、フライホイールの径を大きくせざるを得ず、これに伴い装置が大型化する問題があった。

【0007】

また、制御の複雑化を避けるなどの理由から、フライホイールの回転速度は一定に保持する必要があるため、吊荷の重量などに応じて装置の能力を調整することができず、無駄に電力を消費する問題があった。

【0008】

上記特許文献１記載の装置では、対のジャイロ５２Ｌ、５２Ｒが、それぞれ独立して異なった動きをするように制御されているため、各ジャイロ５２Ｌ、５２Ｒのジャイロ効果による出力がそれぞれ独立的に作用する。このため、両者の制御を精密に同期させないと、つまり両者の出力のタイミングや量が僅かでもずれると、吊荷に揺れが生じ、制御が安定しないことやジャイロ効果による出力にバラツキが生じ最大限の能力を発揮でない問題があった。

【0009】

そこで本発明の主たる課題は、装置をコンパクト化でき、消費電力が抑えられ、安定した制御や最大限の能力発揮が可能な吊荷の旋回制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、吊り下げられた吊荷の姿勢を、回転するフライホイールの回転軸を傾動させることで生じるジャイロ効果により旋回制御する吊荷の旋回制御装置であって、
前記フライホイールが複数設けられており、これら複数のフライホイールが一体に１つの傾動軸で傾動されることを特徴とする吊荷の旋回制御装置が提供される。

【0011】

上記請求項１記載の発明では、吊荷の旋回制御装置において、回転軸を傾動させることでジャイロ効果による出力を発生させるフライホイールが複数設けられているため、旋回制御装置の大きさを抑えながら、旋回制御能力を向上することができる。

【0012】

また、吊荷の重量等に対して旋回制御能力が大きすぎる場合は、回転駆動するフライホイールの数を低減し、吊荷の重量等に見合った旋回制御能力が得られる数のフライホールのみを回転駆動し、残りのフライホイールの回転を停止することで、消費電力を抑えることができる。

【0013】

更に、これら複数のフライホイールが１つの傾動軸で一体に傾動するようになっているため、傾動制御系が１つで済み、制御のズレが生じなくなり、安定した制御や最大限の能力発揮が可能となる。

【0014】

請求項２に係る本発明として、前記フライホイールが２つ設けられており、前記２つのフライホイールが回転軸方向に離隔して配置され、これらフライホイール間の離隔幅の中央位置に前記傾動軸が配置される請求項１記載の吊荷の旋回制御装置が提供される。

【0015】

上記請求項２記載の発明では、前記フライホイールを２つ配置した場合の具体的な構造について規定しており、２つのフライホイールが回転軸方向に離隔して配置され、これら２つのフライホイール間の離隔幅の中央位置に前記傾動軸が配置されている。

【0016】

請求項３に係る本発明として、複数の前記フライホイールは、同じ方向に同じ回転速度で回転可能となっている請求項１記載の吊荷の旋回制御装置が提供される。

【0017】

上記請求項３記載の発明では、制御を簡単にするため、複数のフライホイールについては回転方向及び回転速度を同じにしている。

【0018】

請求項４に係る本発明として、前記複数のフライホイールがそれぞれ別の回転軸に支持され、各回転軸が同軸上に直列配置されている請求項１記載の吊荷の旋回制御装置が提供される。

【0019】

上記請求項４記載の発明では、複数のフライホイールがそれぞれ別の回転軸に支持されているため、複数のフライホイールのうち任意のフライホイールのみを回転駆動し、残りのフライホイールの回転を停止することができる。

【0020】

請求項５に係る本発明として、前記複数のフライホイールが連続する回転軸に支持されている請求項１記載の吊荷の旋回制御装置が提供される。

【0021】

上記請求項５記載の発明では、複数のフライホイールが連続する回転軸に支持されているため、複数のフライホイールの回転速度が完全に一致し、ジャイロ効果の出力が同一となり、制御の安定性が高まるとともに、機械損失が低減し、かつ回転軸を回転駆動する駆動装置が１つで済むため、消費エネルギーが低減できる。

【発明の効果】

【0022】

以上詳説のとおり本発明によれば、装置をコンパクト化でき、消費電力が抑えられ、安定した制御や最大限の能力発揮が可能な吊荷の旋回制御装置が提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る旋回制御装置１を用いて吊荷３を吊り上げた状態を示す斜視図である。

【図2】フライホイール４及びジンバル６の配置を示す平面図である。

【図3】他の形態例に係るフライホイール４及びジンバル６の配置を示す平面図である。

【図4】従来の姿勢制御装置５０を用いて吊荷５１を吊り上げた状態を示す斜視図である。

【図5】従来の姿勢制御装置５０を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

【0025】

本発明に係る吊荷の旋回制御装置１は、図１に示されるように、クレーン等の揚重装置のフック２からワイヤロープ等を介して吊り下げられた吊荷３の姿勢を、水平面内で旋回制御するためのものである。

【0026】

前記旋回制御装置１は、フック２と吊荷３との間に配されており、それぞれワイヤロープを介して吊持されている。旋回制御装置１の設置は、吊荷３を旋回制御できればどのような形態、位置としてもよく、例えば旋回制御装置１を吊治具に固定し、この吊治具をワイヤロープを介して吊持してもよいし、旋回制御装置１を吊荷３に直接固定してもよい。

【0027】

前記旋回制御装置１は、回転するフライホイール４の回転軸を強制的に傾動させることで生じるジャイロ効果により吊荷３を水平面内で旋回制御するものである。

【0028】

前記旋回制御装置１は、詳細には、図２及に示されるように、フライホイール４と、このフライホイール４を回転軸（Ｘ軸）回りに回転駆動する回転用駆動装置５と、前記フライホイール４をＸ軸回りの回転とＹ軸回りの傾動とを許容可能に支持するジンバル６（吊枠）と、前記ジンバル６をＹ軸回りに傾動駆動する傾動用駆動装置７と、前記回転用駆動装置５及び傾動用駆動装置７に電力を供給するバッテリー（図示せず）とを備えている。前記回転用駆動装置５及び傾動用駆動装置７としては、通常、電動機（モータ）が用いられ、このうち、傾動用駆動装置７としては、減速機付電動機を好適に用いることができる。前記フライホイール４の回転軸であるＸ軸と傾動軸であるＹ軸とは、非平行な状態とされ、通常、直交した状態とされる。図示例では、傾動用駆動装置７の回転軸が直接ジンバル６に接続されているが、傾動用駆動装置７の動力をベルトやチェーンなどの動力伝達要素によってジンバル６に伝達してもよい。

【0029】

前記旋回制御装置１では、回転用駆動装置５を稼働してフライホイール４をＸ軸回りに回転駆動させている状態で、傾動用駆動装置７を稼働し、フライホイール４をＹ軸回りに傾動駆動させると、ジャイロ効果によりＺ軸回りのジャイロモーメントが発生し、旋回制御装置１がＺ軸回りに旋回する。旋回制御装置１の旋回に伴って、吊荷３も同様にＺ軸回りに旋回する（図１）。吊荷３の旋回方向は、フライホイール４を傾動させる向きによって変化することができる。

【0030】

本発明に係る旋回制御装置１では、前記フライホイール４が複数設けられている。複数のフライホイール４は、回転軸の軸方向（Ｘ軸方向）に互いに所定の間隔を空けて並列して配置されている。これら複数のフライホイール４が配置されたＸ軸方向の区間の中央部に、傾動軸（Ｙ軸）が通っている。複数のフライホイール４は、全て同じ寸法、同じ重量で形成されており、配置間隔も同じ離隔幅で配置されている。

【0031】

前記フライホイール４を設置する数としては２個以上の任意の数とすることができ特に限定されないが、好ましくは２～１０個、特に好ましくは２～５個、図示例では２個である。

【0032】

複数のフライホイール４は、回転駆動する際、同じ方向に同じ回転速度で回転可能なように制御されている。これら複数のフライホイール４は、任意のフライホイール４を単独で回転することもできるし、複数のフライホイール４を同時に回転することも、全てのフライホイール４を同時に回転することもできるようになっている。全てのフライホイール４を同時に回転させたとき以外は、回転駆動するフライホイール４以外のフライホイール４は、回転を停止できるようなっている。

【0033】

これら複数のフライホイール４は、一体に１つの傾動軸（Ｙ軸）で傾動するようになっている。すなわち、複数のフライホイール４は、これらが配置されたＸ軸方向区間の少なくとも両端部で前記ジンバル６に軸支され、このジンバル６が、Ｘ軸方向の中央部でＹ軸回りに傾動可能な状態で旋回制御装置１のフレームＦに軸支されている。

【0034】

従来のように、１つのフライホイールが備えられた旋回制御装置では、旋回制御能力を向上させるには、前述の通り、フライホイールを大径化する必要があり、旋回制御装置が大型化していたが、本発明に係る旋回制御装置１では、フライホイール４が複数設けられているため、旋回制御装置が大型化するのを抑えつつ、旋回制御能力の向上を図ることができる。

【0035】

また、フライホイール４が小型化できるため、フライホイール４の製作精度が向上し、フライホイール４回転時の低騒音化が可能となる。更に、フライホイール４回転時の抵抗が低減するため、省エネルギー化も図れる。

【0036】

フライホイール４の小型化に伴って装置自体もコンパクト化できるため、装置の高さが減少することによるクレーン揚程の損失が減少し、クレーン選定時のサイズダウンが可能となる。また、装置の重量が軽減することによっても、クレーン選定時のサイズダウンが可能となる。

【0037】

複数のフライホイール４は、吊荷３の重量や風などの外乱の受けやすさに応じて、１つ又は複数のフライホイール４を回転駆動させ、残りのフライホイール４を停止した状態とすることができるようになっている。これによって、吊荷３の重量等に見合った最小限の動力でフライホイール４を回転駆動することで、消費電力を抑えることができ、省エネルギー化が実現できる。

【0038】

従来の旋回制御装置では、複数のフライホイールがそれぞれ別個に傾動制御され、これらの傾動制御にズレが生じないように精密に同期させる必要があったが、本発明に係る旋回制御装置１では、複数のフライホイール４が一体に１つの傾動軸（Ｙ軸）で傾動されるため、傾動制御系が１つで済み、制御のズレが生じなくなり、安定した制御が可能となり、制御機器の故障リスクが低減できる。

【0039】

ここで、ジャイロ機構による旋回力Ｔは、次式(1)に示されるように、ジンバル６の傾動角度や傾動速度によって異なるところ、本発明に係る旋回制御装置１では、複数のフライホイール４を一体に１つの傾動軸で傾動しているため、全てのフライホイール４の傾動角度と速度が等しくなり、最大限の旋回力を出力することができる。

【数1】

また、ジンバル６を傾動する傾動用駆動装置６が１つで済み、機械損失が減少するとともに、消費電力を抑えることができる。

【0040】

前記ジンバル６は、複数のフライホイール４を一体に囲う枠体からなり、Ｘ軸と直交する辺部６ａにそれぞれ、フライホイール４の回転軸を軸支する軸受部１０が設けられるとともに、Ｙ軸と直交する辺部６ｂの中央部にそれぞれ、外側に突出する傾動中心となる軸部１１が備えられている。一方の軸部１１には、傾動用駆動装置６が設けられている。前記軸部１１は、旋回制御装置１のフレームＦに設けられた軸受部に回動自在に支持されている。

【0041】

図４に示される形態例では、フライホイール４が２つ設けられており、この２つのフライホイール４がＸ軸方向に離隔して配置され、これらフライホイール４、４間の離隔幅の中央位置に前記軸部１１が配置されることにより、傾動軸（Ｙ軸）が設けられるようになっている。

【0042】

前記複数のフライホイール４は、図４に示されるように、それぞれが別の回転軸１３に軸支され、各回転軸１３が同軸上に直列配置されることにより、回転軸方向（Ｘ軸方向）に間隔を空けて並列して配置されるようになっている。すなわち、各フライホイール４を支持する回転軸１３が独立して回転駆動するように配置されている。

【0043】

隣り合うフライホイール４、４間には、ジンバル６のＹ軸と直交する辺部６ｂ、６ｂ間に跨がる中間フレーム６ｃが設けられており、各回転軸１３がジンバル６のＸ軸と直交する辺部６ａ及び前記中間フレーム６ｃに対して軸受部１０で軸支されている。

【0044】

各回転軸１３には、個別的に回転用駆動装置５が備えられ、各回転軸１３が独立的に回転用駆動装置５によって回転駆動されている。これによって、吊荷３の重量などに応じて回転駆動するフライホイール４の数を任意に調整することができる。

【0045】

〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、複数のフライホイール４がそれぞれ別の回転軸に支持されていたが、図３に示されるように、複数のフライホイール４が連続する回転軸１４に支持されるようにしてもよい。本形態例では、複数のフライホイール４の回転軸１４が連続しているため、吊荷３の重量などに応じて回転駆動するフライホイール４の数を調整することはできないが、複数のフライホイール４の回転速度が完全に一致するため、各フライホイール４の回転軸を傾動させることで生じるジャイロ効果の出力が同一となり、制御の安定性が高まる。また、複数のフライホイール４をそれぞれ別の回転軸で支持した場合に比べて機械損失が低減できるとともに、回転用駆動装置５が１つで済むため、装置の重量が軽減できるとともに消費エネルギーが低減できる。前記回転軸１４は、複数のフライホイール４で連続して形成されていればよく、１本の回転軸で形成してもよいし、各フライホイール４を支持する回転軸同士を連結して連続する回転軸としてもよい。

【符号の説明】

【0046】

１…旋回制御装置、２…フック、３…吊荷、４…フライホイール、５…回転用駆動装置、６…ジンバル、７…傾動用駆動装置、１０…軸受部、１１…軸部、１３・１４…回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】