JP2012111594A

JP2012111594A - 吊物旋回装置及び方法

Info

Publication number: JP2012111594A
Application number: JP2010261584A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Inoue; 文宏井上; Shoichi Shiina; 肖一椎名; Nobuo Kurio; 暢雄栗生; Hiroaki Kamijo; 宏明上條; Kunio Mitsuboshi; 邦史三星; Kazuya Yada; 和也矢田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: JP5644419B2

Abstract

【課題】製造コストや維持管理に要するコストを低減することができると共に、電力消費量を低減することができる吊物旋回装置を提供する。
【解決手段】フライホイルが回転し、ジンバルがフライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して、ワイヤーにより吊られた吊荷を旋回させる吊荷旋回装置１０であって、装置本体に設置されたバッテリユニット４０と、バッテリユニット４０から出力された直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣコンバータ４２と、ＤＣ−ＡＣコンバータ４２から出力された交流を任意の周波数、電圧に変換して出力するインバータ４４と、インバータ４４から出力された交流により作動され、フライホイルを回転させる交流のフライホイル用モータ３４と、インバータ４４から出力された交流により作動され、ジンバルを動作させる交流のジンバル用モータ２４とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、吊材で吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置及び方法に関する。

ワイヤーで吊られた吊荷の旋回方向の位置決めを行うための吊荷旋回装置として、フライホイルが回転すると共にジンバルがフライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して吊荷を旋回させる装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この吊荷旋回装置では、ジンバル用モータの駆動を制御してジンバルの傾き角度を調整することにより、吊荷の旋回角度を調整する。

特開平９―３１５７６１号公報

特許文献１に記載の吊荷旋回装置では、可変抵抗器を用いてフライホイル用モータ及びジンバル用モータの回転数を制御していることから、フライホイル用モータ及びジンバル用モータは、直流モータであると考えられる。ここで、吊荷が大荷重になるほど、より大きなジャイロモーメントを発生させなければならず、フライホイル用モータとジンバル用モータとを大容量化させる必要が生じる。しかしながら、大容量の直流モータは汎用性が低いことから、製造コストが増大する。また、大容量の直流モータはブラシ付モータであることが一般的であり、ブラシの保守・管理が必要となることから、装置の維持管理に要するコストが増大する。さらに、可変抵抗器で電力が消費されることから、電力消費量が増大する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストや維持管理に要するコストを低減することができると共に、電力消費量を低減することができる吊物旋回装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る吊物旋回装置は、フライホイルと、前記フライホイルを傾動させるジンバルとを備え、前記フライホイルが回転すると共に前記ジンバルが前記フライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、装置本体に設置されたバッテリと、前記バッテリから出力された直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣコンバータと、前記ＤＣ−ＡＣコンバータから出力された交流を、その周波数及び電圧を変換して出力するインバータ又はＰＷＭサイクロコンバータと、前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータから出力された交流により駆動され、前記フライホイルを回転させるフライホイル用交流モータと、前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータから出力された交流により駆動され、前記ジンバルを作動させるジンバル用交流モータと、を備える。

上記吊物旋回装置は、前記フライホイルの回転数を上昇させるブーストアップモードを設定するモード設定部と、前記モード設定部により前記ブーストアップモードが設定された場合に、モード設定信号を、前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータに出力するモード設定信号出力部とを備えてもよく、
また、前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータは、前記フライホイル用交流モータの回転数を、前記モード設定信号出力部から前記モード設定信号が入力されない場合は第１の回転数に、前記モード設定信号出力部から前記モード設定信号が入力された場合は前記第１の回転数よりも多い第２の回転数に設定してもよい。

上記吊物旋回装置は、前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータと商用電源とを接続又は切断するための商用電源接続部を備えてもよい。

上記課題を解決するために、本発明に係る吊物旋回方法は、上記吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させる。

上記吊物旋回方法において、前記吊物旋回装置を強風域で使用する場合に、前記モード設定部で前記ブーストアップモードに設定してもよい。

上記吊物旋回方法において、前記吊物旋回装置の起動時に、前記商用電源接続部で前記商用電源から前記吊物旋回装置に電源を供給してもよい。

本発明によれば、製造コストや維持管理に要するコストを低減することができると共に、電力消費量を低減することができる。

一実施形態に係る吊荷旋回装置を示す斜視図である。吊荷旋回装置の内部構造を示す斜視図である。吊荷旋回装置の動作の原理を説明するための図である。吊荷旋回装置の動作の原理を説明するための図である。吊荷旋回装置の動力系統を示すブロック図である。吊荷旋回装置の動作方法を説明するための図である。吊荷旋回装置の動作方法を説明するための図である。吊荷旋回装置の動作方法を説明するための図である。他の実施形態に係る吊荷旋回装置の動力系統を示すブロック図である。参考例に係る吊荷旋回装置の動力系統を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る吊荷旋回装置１０を示す斜視図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０は、高層建築物の高層部に設置されたタワークレーンからワイヤー１で吊り下げられた吊冶具（天秤梁）２に固定された状態で使用され、吊冶具２からワイヤー３で吊り下げられた吊荷４の鉛直軸周りの旋回角度を調整する。なお、吊荷旋回装置１０は、吊冶具２からワイヤーで吊り下げた状態で使用してもよく、また、タワークレーンからワイヤーで吊り下げられた吊荷からワイヤーで吊り下げた状態で使用してもよい。

図２は、吊荷旋回装置１０の内部構造を示す斜視図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０は、直方体状のフレーム１２と、フレーム１２内に設置されたジンバルユニット２０及びフライホイルユニット３０とを備えている。ジンバルユニット２０は、ジンバル２２とジンバル用モータ２４とを備える。ジンバル２２は、長方形状のフレームであり、水平に設定された回転軸２１の周りに回転可能にフレーム１２に支持されている。また、ジンバル用モータ２４は、フレーム１２に支持され、ジンバル２２を回転軸２１の周りに回転させる。

また、フライホイルユニット３０は、フライホイル３２とフライホイル用モータ３４とを備える。フライホール３２は、回転軸２１と直交するように設定された回転軸３１の周りに回転可能にジンバル２２に支持されている。また、フライホイル用モータ３４は、ジンバル２２に支持され、フライホイル３４を回転軸３１の周りに高速で回転させる。

図３及び図４は、吊荷旋回装置１０の動作の原理を説明するための図である。図３に示すように、吊荷旋回装置１０では、フライホイル３２が、回転軸３１の周りに高速で回転し、ジンバル２２が、回転軸３１と直交する回転軸２１を支点としてフライホイル３２を傾動させることにより、回転軸２１及び回転軸３１と直交するモーメント軸１１の周りにジャイロモーメントＭが発生する。吊荷旋回装置１０は、フライホイル３２とジンバル２２とにより発生されたジャイロモーメントＭを受けて鉛直軸の周りに回転し、吊荷４を鉛直軸の周りに旋回させる。

そして、図４に示すように、吊荷旋回装置１０では、ジンバル２２を回転させてフライホイル３２の回転軸３１を鉛直に、モーメント軸１１を水平にすることにより、吊荷４に作用する鉛直軸の周りのトルクが消失する。これにより、旋回していた吊荷４が停止する。

ここで、吊荷４を旋回させるトルクＴは、下記（１）式で示すように、フライホイル３２の慣性モーメントＩｆ、フライホイル３２の角速度ωｆ、ジンバル２２の角速度ωｇに比例する。なお、θは、フライホイル３２の傾斜角度である。
Ｔ＝Ｉｆ×ωｆ×ωｇ×ｃｏｓθ ・・・（１）

図５は、吊荷旋回装置１０の動力系統を示すブロック図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０は、バッテリユニット４０、ＤＣ−ＡＣコンバータ４２、インバータ４４、フライホイル用モータ３４、及びジンバル用モータ２４を備える。バッテリユニット４０は、直列に接続された複数のバッテリを備えており、交換可能なユニットとして吊荷旋回装置１０の本体に設置されている。ＤＣ−ＡＣコンバータ４２は、バッテリユニット４０のバッテリから入力された直流を交流に変換して出力する。

インバータ４４は、コンバータ部４４Ａとインバータ部４４Ｂ、４４Ｃを備えている。コンバータ部４４Ａは、ＤＣ−ＡＣコンバータ４２から出力された交流を直流に変換してインバータ部４４Ｂ、４４Ｃに出力する。インバータ部４４Ｂは、コンバータ部４４Ａから入力された直流を、任意の電圧・周波数の交流に変換してフライホイル用モータ３４に出力する。また、インバータ部４４Ｃは、コンバータ部４４から入力された直流を、任意の電圧・周波数の交流に変換してジンバル用モータ２４に出力する。

ここで、フライホイル用モータ３４及びジンバル用モータ２４は、交流モータであり、インバータ部４４Ｂ、４４Ｃから入力された交流で駆動される。また、フライホイル用モータ３４及びジンバル用モータ２４は、インバータ４４により回転数を制御される。また、ジンバル用モータ２４は、サーボモータであり、パルスロジックジェネレータ（以下、ＰＬＧという）２６が設けられている。このＰＬＧ２６には、プログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣという）２８が接続されている。ＰＬＧ２６は、ジンバル用モータ２４の回転数を検出してＰＬＣ２８に出力する。ＰＬＣ２８は、入力されたジンバル用モータ２４の回転数に基づいてジンバル用モータ２４の回転数及び回転量の制御信号を生成してインバータ４４へ出力する。

また、インバータ４４には、商用電源（交流）に接続又は切断するための商用電源接続系統４６が接続されている。商用電源接続系統４６には、商用電源に接続された電気コードを接続する開閉接点や、商用電源から商用電源接続系統４６に電源が供給されている場合に点灯するパイロットランプや遮断器等が設けられている。この商用電源接続系統４６でインバータ４４を商用電源に接続することにより、フライホイル用モータ３４及びジンバル用モータ２４を商用電源で駆動させることができる。

また、バッテリユニット４０とＤＣ−ＡＣコンバータ４２との間にはバッテリ接続系統４８が設けられている。バッテリ接続系統４８には、バッテリユニット４０とＤＣ−ＡＣコンバータ４２との接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチや遮断器等が設けられており、スイッチをＯＮにしてＤＣ−ＡＣコンバータ４２をバッテリユニット４０に接続することにより、フライホイル用モータ３４及びジンバル用モータ２４をバッテリユニット４０で駆動させることができる。

図６〜図８は、吊荷旋回装置１０の動作方法を説明するための図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０には、送信器５０と受信器６０とが設けられている。送信器５０には、各種の操作ボタンが設けられており、作業者により送信器５０の操作ボタンが操作されて操作信号が受信器６０に送信される。受信器６０には、ＰＬＣ２８が接続されており、ＰＬＣ２８は、受信器６０が受信した操作信号に基づいて制御信号を生成してインバータ４４へ出力する。

送信器５０の操作ボタンとしては、吊荷４の旋回を指示するための旋回ボタン５２、吊荷４の旋回を停止させるためのストップボタン５４、吊荷４を旋回させるトルクを増大させるためのブーストアップボタン５６、及び、フライホイル３２を回転軸３１が水平になる位置（以下、中立位置という）に復帰させるための中立ボタン５８が設けられている。

作業者により旋回ボタン５２が操作されると、フライホイル用モータ３４が駆動されてフライホイル３２が回転すると共に、ジンバル用モータ２４が駆動されてジンバル２２がフライホイル３２を所定角度αだけ傾動させる。これにより、吊荷旋回装置１０が旋回する。ここで、吊荷旋回装置１０の起動時には、商用電源接続系統４６により商用電源を吊荷旋回装置１０の動力系統に接続し、商用電源とバッテリユニット４０とから吊荷旋回装置１０の動力系統に電源を供給する。

また、図７に示すように、作業者によりストップボタン５４が操作されると、ジンバル用モータ２４が駆動されてジンバル２２がフライホイル３２を回転軸３１が鉛直になる位置まで回転させる。これにより、吊荷旋回装置１０の旋回が停止する。

また、作業者によりブーストアップボタン５６が操作されていない状態では、フライホイル用モータ３４の回転数が、所定の第１回転数（例えば、１８００ｒｐｍ）に設定されるのに対し、作業者によりブーストアップボタン５６が操作されると、フライホイル用モータ３４の回転数が、第１回転数より多い所定の第２回転数（例えば、２３００ｒｐｍ）に設定される。このため、ブーストアップボタン５６が操作されると、モーメント軸１１の周りに作用するジャイロモーメントＭが増大して吊荷４を旋回させるトルクＴが増大する。これにより、強風時等、吊荷４の旋回に対する抵抗力が増大した場合であっても、吊荷４を旋回させるのに十分な大きさのトルクＴを発生させることができる。

また、図８に示すように、フライホイル３２が倒れた状態で、作業者により中立ボタン５８が操作されると、ジンバル用モータ２４が駆動されてジンバル２２がフライホイル３２を中立位置まで回転させる。なお、吊荷旋回装置１０が吊られた状態では、倒れた状態のフライホイル３２の回転の反力を受ける物が存在しないことから、フライホイル３２を起こすことができない。このため、倒れた状態のフライホイル３２を起こす場合には、吊荷旋回装置１０を地面や建築物の上に載置してから、中立ボタン５８を操作することを要する。

以上、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、フライホイル用モータ３４とジンバル用モータ２４とを交流モータにしている。ここで、吊荷４が大荷重になるほど、より大きなジャイロモーメントＭを発生させなければならず、フライホイル用モータ３４とジンバル用モータ２４とを大容量化させる必要があるところ、大容量の交流モータは、大容量の直流モータと比して汎用性が高い。従って、フライホイル用モータ３４とジンバル用モータ２４とを直流モータにする場合と比して、製造コストを低減できる。また、フライホイル用モータ３４とジンバル用モータ２４とを交流モータにすることにより、直流モータの場合に必要とされるブラシの保守・管理が不要となることから、装置の維持管理に要するコストを低減できる。さらに、インバータ４４によりフライホイル用モータ３４とジンバル用モータ２４とを制御することにより、可変抵抗器で直流モータを制御する場合と比して、制御の精度を向上できると共に、電力消費量を低減できる。

また、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、送信器５０のブーストアップボタン５６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、フライホイル３２の回転数を通常時よりも高くするブーストアップモードを設定可能である。これにより、強風領域で吊荷旋回装置１０を使用する場合には、ブーストアップモードに設定して吊荷４を旋回させるトルクＴを増大させることができ、無風領域で吊荷旋回装置１０を使用する場合には、通常モードに設定して電力の消費量を低減させることができる。

また、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、地上等に設置された商用電源を動力系に接続可能であり、商用電源でフライホイル用モータ３４やジンバル用モータ２４等を駆動させることができる。ここで、フライホイル用モータ３４やジンバル用モータ２４を起動させる際に最大に電力を消費するところ、この際には、バッテリユニット４０から電源を供給するのみならず、商用電源から電源を供給することができる。これにより、バッテリユニット４０のバッテリの充電量の消費を抑制でき、バッテリユニット４０の交換や充電等の保守・管理に要するコストを低減させることができる。

また、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、バッテリをユニット化し、ユニット単位で交換可能に構成している。これにより、バッテリの保守・管理を容易化できる。また、バッテリユニット４０を複数台準備しておくことで、吊荷旋回装置１０を連続して稼動させることが可能となる。

図９は、他の実施形態に係る吊荷旋回装置１００の動力系統を示すブロック図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１００は、上述のインバータ４４に替えてＰＷＭサイクロコンバータ（マトリックスコンバータ）１４４を備える。ＰＷＭサイクロコンバータ１４４は、小形の入力フィルタと複数個の双方向スイッチとから構成された主回路部を備えるＡＣ−ＡＣ変換器であり、ＤＣ−ＡＣコンバータ４２から入力された交流を、ＰＷＭ制御により任意の電圧・周波数の交流に直接変換してフライホイル用モータ３４及びジンバル用モータ２４に出力する。そして、交流モータであるフライホイル用モータ３４及びジンバル用モータ２４は、ＰＷＭサイクロコンバータ１４４から入力された交流で駆動される。また、フライホイル用モータ３４は、ＰＷＭサイクロコンバータ１４４により回転数を制御され、ジンバル用モータ２４は、ＰＷＭサイクロコンバータ１４４により回転数及び回転量を制御される。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、上述の各実施形態では、吊荷を旋回させる吊荷旋回装置を例に挙げて本発明を説明したが、ワイヤー等の吊材で吊られたゴンドラ等の他の吊物を旋回させる吊荷旋回装置にも本発明を適用できる。

図１０は、参考例に係る吊荷旋回装置２００の動力系統を示すブロック図である。この図に示すように、吊荷旋回装置２００は、直流モータであるフライホイル用モータ２３４、及びジンバル用モータ２２４を備える。吊荷旋回装置２００では、バッテリユニット４０とフライホイル用モータ２３４及びジンバル用モータ２２４との間に、制御器２４４が設けられている。制御器２４４は、電子制御回路とサイリスタやパワートランジスタ等の電力変換器とを備えており、バッテリユニット４０から入力された直流を、ＰＷＭ制御等により任意の電圧に変換してフライホイル用モータ２３４及びジンバル用モータ２２４に出力する。そして、直流モータであるフライホイル用モータ２３４は、制御器２４４により回転数を制御される。また、直流サーボモータであるジンバル用モータ２４の回転数及び回転量がＰＬＣ２８及び制御器２４４により制御される。

ここで、吊荷旋回装置２００においても、フライホイル３２の回転数を第１の回転数から第２の回転数に上げるブーストアップモードが設定可能であり、作業者により送信器５０のブーストアップボタン５６が操作されると、ＰＬＣ２８及び制御器２４４により、フライホイル３２の回転数が第１の回転数から第２の回転数に上げられる。これにより、強風領域で吊荷旋回装置２００を使用する場合には、ブーストアップモードに設定して吊荷４を旋回させるトルクＴを増大させることができ、無風領域で吊荷旋回装置１０を使用する場合には、通常モードに設定して電力の消費量を低減させることができる。

１ワイヤー、２吊冶具、３ワイヤー、４吊荷（吊物）、１０吊荷旋回装置（吊物旋回装置）、１１モーメント軸、１２フレーム、２０ジンバルユニット、２１回転軸、２２ジンバル、２４ジンバル用モータ、２６ＰＬＧ、２８ＰＬＣ（モード設定信号出力部）、３０フライホイルユニット、３１回転軸、３２フライホイル、３４フライホイル用モータ、４０バッテリユニット、４２ＤＣ−ＡＣコンバータ、４４インバータ、４４Ａコンバータ部、４４Ｂ、４４Ｃインバータ部、４６商用電源接続系統（商用電源接続部）、４８バッテリ接続系統、５０送信器（モード設定部）、５２旋回ボタン、５４ストップボタン、５６ブーストアップボタン、５８中立ボタン、６０受信器、１００吊荷旋回装置（吊物旋回装置）、１４４ＰＷＭサイクロコンバータ、２００吊荷旋回装置（吊物旋回装置）、２２４ジンバル用モータ、２３４フライホイル用モータ、２４４制御器

Claims

フライホイルと、前記フライホイルを傾動させるジンバルとを備え、前記フライホイルが回転すると共に前記ジンバルが前記フライホイルを傾動させることにより生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、
装置本体に設置されたバッテリと、
前記バッテリから出力された直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＡＣコンバータから出力された交流を、その周波数及び電圧を変換して出力するインバータ又はＰＷＭサイクロコンバータと、
前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータから出力された交流により駆動され、前記フライホイルを回転させるフライホイル用交流モータと、
前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータから出力された交流により駆動され、前記ジンバルを作動させるジンバル用交流モータと、
を備える吊物旋回装置。
前記フライホイルの回転数を上昇させるブーストアップモードを設定するモード設定部と、
前記モード設定部により前記ブーストアップモードが設定された場合に、モード設定信号を、前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータに出力するモード設定信号出力部とを備え、
前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータは、前記フライホイル用交流モータの回転数を、前記モード設定信号出力部から前記モード設定信号が入力されない場合は第１の回転数に、前記モード設定信号出力部から前記モード設定信号が入力された場合は前記第１の回転数よりも多い第２の回転数に設定する請求項１に記載の吊物旋回装置。
前記インバータ又は前記ＰＷＭサイクロコンバータと商用電源とを接続又は切断するための商用電源接続部を備える請求項１又は請求項２に記載の吊物旋回装置。
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させる吊物旋回方法。
請求項２に記載の吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させる吊物旋回方法であって、
前記吊物旋回装置を強風域で使用する場合に、前記モード設定部で前記ブーストアップモードに設定する吊物旋回方法。
請求項３に記載の吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させる吊物旋回方法であって、
前記吊物旋回装置の起動時に、前記商用電源接続部で前記商用電源から前記吊物旋回装置に電源を供給する吊物旋回方法。