JP2018184249A - クレーン - Google Patents

Abstract

【課題】ブーム先端への給電と通信を無線で行うことで、コードリールを不要とし、コードリールの使用に付随する課題を解決する。
【解決手段】多段に伸縮可能な伸縮ブームと、前記伸縮ブームの先端に設けられる通信機器と、を備え、前記通信機器に対して前記伸縮ブームを介して給電及び通信を行うクレーンであって、前記伸縮ブームの段ごとに、前記給電及び通信を無線で行う送受信機を設け、前記伸縮ブームの各段の送受信機によって、前記伸縮ブームの基部側から先端側に順次無線給電及び無線通信を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、クレーンのブーム先端への給電と通信を無線で行う技術に関する。

従来、伸縮自在に構成されるブームの先端に、ワイヤロープの過巻を検出するスイッチや回路等を含んだ過巻検出装置を設けたクレーンが公知である（特許文献１等）。過巻検出装置には、ブーム基端から電源線を介して電力が供給される。ブームは伸縮自在に構成されることから、ブーム先端と電力供給源との長さが可変となるため、ブーム中途部にコードリールを配置して、ブームの伸縮に応じて電源線を繰り出し／巻き取りすることで、電源線の長さをブームの伸縮に追従させている。

特許第４２９８０５６号公報

コードリールを用いて電源線の長さを調整する従来の構成では、次のような課題が残されている。例えば、大型のクレーンでは、ブーム長さも長くなることからコードリールを大型化する必要がある。また、コードリールによる巻き取り／繰り出しを繰り返すことで電源線の屈曲を繰り返すこととなり、断線の可能性が高くなる。さらに、ブーム先端に通信機器を増設する際は、配線類もまとめて追加する必要があり、容易ではない。

多段に伸縮可能な伸縮ブームと、前記伸縮ブームの先端に設けられる通信機器と、を備え、前記通信機器に対して前記伸縮ブームを介して給電及び通信を行うクレーンであって、前記伸縮ブームの段ごとに、前記給電及び通信を無線で行う送受信機を設け、前記伸縮ブームの各段の送受信機によって、前記伸縮ブームの基部側から先端側に順次無線給電及び無線通信を行う。

本発明の第一実施形態では、前記送受信機は、環状に形成される給電線と接続され、前記送受信機から前記給電線に高周波電力を伝送することで、前記給電線は一次コイルとして構成され、伸縮ブームの次の段の送受信機に内装される二次コイルと前記一次コイルとの間で電磁誘導を通じて、前記高周波電力を伝送するとともに、前記高周波電力にデータ信号を重畳することで、前記無線給電及び無線通信を行う。

本発明の第二実施形態では、前記送受信機は、電力を高周波の交流信号（例えばマイクロ波）に変換し、かつ、前記高周波の交流信号を電力に変換する電源変換器と、前記電源変換器によって高周波の交流信号に変換された電力を送受信する給電用アンテナと、データ信号を送受信する通信用アンテナとを備え、前記給電用アンテナを介して無線給電を行い、前記通信用アンテナを介して無線通信を行う。

本発明の第二実施形態において、前記伸縮ブームの先端にバッテリを設け、前記伸縮ブームにおける無線給電によって前記バッテリに蓄電し、バッテリから前記通信機器に電力を供給することが好ましい。

本発明によれば、ブーム先端への給電と通信を無線で行うことで、コードリールを不要にでき、コードリールの使用に付随する課題を解決することができる。

クレーンの側面図 クレーンの伸縮ブーム先端部を示す拡大側面図 クレーンのシステム構成を示す図 第一実施形態に係る伸縮ブームの無線給電及び無線通信のシステム構成を示す図 第一実施形態に係る伸縮ブームの構成例を示す図 第二実施形態に係る伸縮ブームの無線給電及び無線通信のシステム構成を示す図 第二実施形態に係る伸縮ブームの構成例を示す図

図１から図３を参照して、クレーン１の全体構成について説明する。クレーン１は、移動式クレーンであり、車両２とクレーン装置３を備える。なお、本実施形態では、クレーン１として移動式のクレーンを例に挙げて説明するが、ブーム先端に電力を使用する通信機器を備え、その通信機器に対してブームを介した給電及び通信を行うクレーンであれば良い。

車両２は、車体四隅に配置されるアウトリガ４を備える。アウトリガ４は、車両２の幅方向両側に油圧によって延伸可能な張り出しビームと地面に垂直な方向に延伸可能な油圧式のジャッキシリンダとから構成されている。車両２は、アウトリガ４を車両の幅方向に延伸させるとともにジャッキシリンダを接地させることにより、クレーン１を安定的に支持し、作業可能範囲を広げることができる。

クレーン装置３は、旋回台５、伸縮ブーム６、起伏シリンダ７、ジブ８、メインフック９、サブフック１０、キャビン１１等を備える。

旋回台５は、クレーン装置３を旋回可能に構成するものであり、円環状の軸受けを介して車両２のフレーム上に設けられる。旋回台５上に伸縮ブーム６及び運転席を内装するキャビン１１が配置される。伸縮ブーム６は、入れ子状に配置される複数のブーム部材から構成され、油圧式の伸縮シリンダによって各ブーム部材を移動させることで、伸縮可能に構成される。起伏シリンダ７は、油圧式のシリンダであり、伸縮することによって、伸縮ブーム６を起伏させるとともにその姿勢を保持する。

ジブ８は、伸縮ブーム６の先端に連結されることで、クレーン装置３の作業領域を拡大するものである。クレーン装置３は、メインフック９又はサブフック１０に吊り荷を係止可能であり、係止した状態でワイヤロープを巻き上げ／巻き下げることで、吊り荷を上下動させることができる。

伸縮ブーム６は、吊り荷を吊り上げ可能な状態にワイヤロープを支持する。伸縮ブーム６は、複数のブーム部材を備え、基端から先端に向けてベースブーム２１、セカンドブーム２２、サードブーム２３、フォースブーム２４、フィフスブーム２５、トップブーム２６を順に備える。各ブーム部材は、断面積の大きさの順にその内部に挿入可能な大きさに形成され、基端側から順に入れ子式に挿入されている。

トップブーム２６の先端には、メインブラケット３１とサブブラケット３２が回動自在に取り付けられる。メインブラケット３１の下方には、過巻防止スイッチ３３がぶら下げられている。同様に、サブブラケット３２の下方には、過巻防止スイッチ３４がぶら下げられている。

過巻防止スイッチ３３は、ワイヤロープの過巻を検出するための過巻防止装置の一部を構成する検出スイッチであり、メインフック９との当接を検出する。過巻防止装置は、過巻防止スイッチ３３を含む過巻回路、過巻防止スイッチ３３による検出結果を送信する送信機等を備える。なお、サブフック１０用の過巻防止スイッチ３４を含む過巻防止装置の構成は、メインフック９用の過巻防止装置と同様であり、詳細な説明は省略する。

伸縮ブーム６の先端には、過巻防止装置の他に、伸縮ブーム６に掛かる荷重を検出する荷重検出装置や、伸縮ブーム６から下方の映像を取得する撮影装置等の通信を伴う各種機器４０が設けられている。また、これら各種機器４０に電力を供給するためのバッテリ４１が設けられている。

車両２には、エンジンを制御するエンジンコントローラ５１や、クレーン１の各部に電力を供給する電源装置５２等が設けられる。クレーン装置３は、旋回台５により車両２に対して旋回自在に設けられる。そのため、車両２とクレーン装置３との間、つまり旋回台５には、エンジンコントローラ５１と通信可能、かつ、電源装置５２からの電力の供給が可能なスリップリング５３が設けられる。

クレーン装置３には、クレーン作業を制御するクレーンコントローラ５５が設けられる。また、キャビン１１内には、クレーン１を操作するためのレバーやボタン等の操作手段５６が設けられており、操作手段５６による操作信号がクレーンコントローラ５５に送信される。クレーンコントローラ５５は、受信した操作信号に基づいて各装置や油圧アクチュエータに制御信号を送信し、クレーン１が稼働される。

クレーン１では、車両２の電源装置５２からスリップリング５３を介してクレーン装置３に電力が供給され、さらに、伸縮ブーム６を介して、伸縮ブーム６の先端のバッテリ４１に電力が供給されて蓄電される。そして、各種機器４０は、バッテリ４１からの給電を受けて作動される。なお、本実施形態では、伸縮ブーム６の先端にバッテリ４１を配して、電力を供給する構成としているが、各種機器４０のそれぞれに直接給電する構成としても良い。

各種機器４０は、伸縮ブーム６を介して、クレーンコントローラ５５と接続される。各種機器４０からの検出値及び測定値は、クレーンコントローラ５５に送信され、クレーンコントローラ５５による制御に用いられる。また、クレーンコントローラ５５は、スリップリング５３を介してエンジンコントローラ５１と接続され、これらの間で相互通信が行われる。

以上のように、クレーン１では、伸縮ブーム６の先端に設けられる各種機器４０に対して、伸縮ブーム６を介した給電及び通信が行われている。

［第一実施形態］
次に、図４及び図５を参照して、伸縮ブーム６の給電及び通信を無線で行うシステム構成について説明する。なお、図４及び図５では、簡単のため、伸縮ブーム６を構成するブーム部材をベースブーム２１、トップブーム２６、及び、ベースブーム２１とトップブーム２６とを繋ぐセカンドブーム２２からフィフスブーム２５までを同様の構成を備えて同様の機能を発揮する中継ブーム２７として示し、三つのブーム部材として説明する。

ベースブーム２１は、第一送受信機６１と第一送受信機６１に接続される給電線６２とを備える。第一送受信機６１は、ブーム基端に設けられる。給電線６２は、ブーム基端から先端にかけて環状に設けられる。

第一送受信機６１は、クレーンコントローラ５５及び電源装置５２と接続されている。第一送受信機６１は、クレーンコントローラ５５とデータ信号の通信を行うとともに、電源装置５２から高周波電力を受信する。第一送受信機６１は、データ信号を変調して高周波電力に重畳することで、給電線６２に高周波電力とデータ信号を伝送する。給電線６２は、第一送受信機６１に接続される一次コイルとして構成され、第一送受信機６１から高周波電力が伝送されることで、磁界を形成する。

中継ブーム２７は、第二送受信機６３と第二送受信機６３に接続される給電線６４とを備える。第二送受信機６３は、ブーム基端に設けられる。給電線６４は、ブーム基端から先端にかけて環状に設けられる。

第二送受信機６３は、内部に二次コイルを有する。一次コイルであるベースブーム２１の給電線６２と第二送受信機６３の二次コイルとの間の電磁誘導を通じて、給電線６２に伝送される高周波電力が第二送受信機６３に伝送される。その際、高周波電力に重畳されたデータ信号も同時に第二送受信機６３に伝送される。このように、電磁誘導方式のワイヤレス給電システムを用いてベースブーム２１から中継ブーム２７にデータ信号を含む高周波電力を伝送することで、ベースブーム２１と中継ブーム２７との間で配線を繋ぐことのない無線給電及び無線通信を可能としている。

第二送受信機６３は、ベースブーム２１から伝送された高周波電力を給電線６４に伝送する。給電線６４は、第二送受信機６３に接続される一次コイルとして構成され、第二送受信機６３から高周波電力が伝送されることで、磁界を形成する。

なお、セカンドブーム２２からフィフスブーム２５までを含む中継ブーム２７内では、ベースブーム２１からセカンドブーム２２、セカンドブーム２２からサードブーム２３、サードブーム２３からフォースブーム２４、フォースブーム２４からフィフスブーム２５、フィフスブーム２５からトップブーム２６へと、ブーム段ごとにそれぞれ同様のシステム構成に基づいてデータ信号を含む高周波電力が無線で伝送される。

トップブーム２６は、第三送受信機６５と第三送受信機６５に接続される給電線６６とを備える。第三送受信機６５は、ブーム基端に設けられる。給電線６６は、各種機器４０に接続される。

第三送受信機６５は、内部に二次コイルを有する。一次コイルである中継ブーム２７の給電線６４と第三送受信機６５の二次コイルとの間で電磁誘導を通じて、給電線６４に伝送される高周波電力が第三送受信機６５に伝送される。その際、高周波電力に重畳されたデータ信号も同時に第三送受信機６５に伝送される。

そして、第三送受信機６５は、伝送された高周波電力を給電線６６に伝送する。給電線６６に伝送された高周波電力は、各種機器４０に伝送され、電力として利用される。また、このように伝送される高周波電力にデータ信号を重畳することで、各種機器４０との通信が可能である。

以上のように、第一実施形態では、多段の伸縮ブーム６の段ごとに電磁誘導方式のワイヤレス給電を利用した無線給電が行われる。その際、伝送される高周波電力にデータ信号を重畳して給電を行うことで、伸縮ブーム６の先端に設けられる各種機器４０への無線給電と無線通信を実現している。このように、伸縮ブーム６の段ごとに段階的に無線給電及び無線通信を行うことで、配線の物理的損傷を避けることが可能であるとともに、多段のブーム間の配線が不要となり、センサや計測器等の各種機器４０の増設を容易に行うことが可能である。また、伸縮ブーム６の長さが長くなっても、従来のコードリールを用いた配線方式のように、設備自体が大型化することがない。

［第二実施形態］
次に、図６及び図７を参照して、伸縮ブーム６の給電及び通信を無線で行うシステム構成について説明する。第一実施形態では、電磁誘導方式によるワイヤレス給電を利用した無線給電及び無線通信を採用したが、ここでは、高周波の交流信号の一つであるマイクロ波を用いた給電方式によるワイヤレス給電と、無線通信機器を用いたワイヤレス通信を併用する実施形態について説明する。なお、図６及び図７では、図４及び図５と同様に、ベースブーム２１、中継ブーム２７、トップブーム２６の三つのブーム部材として説明する。なお、本実施形態では、高周波の交流信号の一例としてマイクロ波を用いたマイクロ波給電方式について説明しているが、マイクロ波に限定されるものではない。

ベースブーム２１は、第一送受信機７１を備える。第一送受信機７１は、電源装置５２及びクレーンコントローラ５５と接続されている。第一送受信機７１は、電源装置５２から伝送される電力をマイクロ波に変換する電源変換器８１と、電源変換器８１によって変換されたマイクロ波を送信する給電用アンテナ８２と、クレーンコントローラ５５と電気的に接続されるコントローラ８３と、コントローラ８３と接続され、コントローラ８３からのデータ信号を送受信する通信用アンテナ８４を備える。

中継ブーム２７は、第二送受信機７２を備える。第二送受信機７２は、電源変換器８５と、給電用アンテナ８６と、コントローラ８７と、通信用アンテナ８８を備える。

第一送受信機７１の給電用アンテナ８２から伝送されるマイクロ波を給電用アンテナ８６で受信し、受信したマイクロ波を電源変換器８５に伝送する。電源変換器８５内でマイクロ波を電力に変換することで電力として受信する。受信した電力は、ブーム内のコントローラ８７等に伝送される。さらに、次のブームに送信するために、電源変換器８５は、受信した電力をマイクロ波に変換して、給電用アンテナ８６から次のブームにマイクロ波を伝送する。

第一送受信機７１の通信用アンテナ８４から伝送されるデータ信号は、第二送受信機７２の通信用アンテナ８８で受信され、コントローラ８７に入力される。さらに、コントローラ８７から通信用アンテナ８８を介して、次のブームにデータ信号を伝送する。

なお、中継ブーム２７の第二送受信機７２において、電源変換器８５を配して受信したマイクロ波を電力に変換し、さらに、電力をマイクロ波に変換することとしているが、中継ブーム２７に電力を使用する通信機器を配置しない場合は、電源変換器８５を省略し、給電用アンテナ８６で受信したマイクロ波をそのまま送信することも可能である。同様に、コントローラ８７を省略し、通信用アンテナ８８で受信したデータ信号をそのまま送信することも可能である。

トップブーム２６は、第三送受信機７３を備える。第三送受信機７３は、電源変換器８９と、給電用アンテナ９０と、コントローラ９１と、通信用アンテナ９２を備える。給電用アンテナ９０は、バッテリ４１と接続される。コントローラ９１は、各種機器４０と接続される。

第二送受信機７２の給電用アンテナ８６から伝送されるマイクロ波を給電用アンテナ９０で受信し、受信したマイクロ波を電源変換器８９に伝送する。電源変換器８９内でマイクロ波を電力に変換することで電力として受信する。そして、電源変換器８９は、整流回路を通じて直流電流に変換し、バッテリ４１に電力を伝送する。バッテリ４１は、このようにして供給される電力を各種機器４０に伝送するとともに、内部に蓄電する。つまり、トップブーム２６にバッテリ４１を設けることで、伸縮ブーム６を介した給電が行われない状況下でも各種機器４０を使用することが可能となっている。

第二送受信機７２の通信用アンテナ８８から伝送されるデータ信号は、第三送受信機７３の通信用アンテナ９２で受信され、コントローラ９１に入力される。コントローラ９１は、各種機器４０と電気的に接続されており、相互に通信可能である。

以上のように、第二実施形態では、多段の伸縮ブーム６の段ごとにマイクロ波給電方式のワイヤレス給電を利用した無線給電と、無線通信機器を利用した無線通信を行うことで、伸縮ブーム６の先端に設けられる各種機器４０への無線給電と無線通信を実現している。このように、伸縮ブーム６の段ごとに段階的に無線給電及び無線通信を行うことで、配線の物理的損傷を避けることが可能であるとともに、多段のブーム間の配線が不要となり、センサや計測器等の各種機器４０の増設を容易に行うことが可能である。また、伸縮ブーム６の長さが長くなっても、従来のコードリールを用いた配線方式のように、設備自体が大型化することがない。

１：クレーン、２：車両、３：クレーン装置、６：伸縮ブーム、２１：ベースブーム、２６：トップブーム、２７：中継ブーム、４０：各種機器、４１：バッテリ、５２：電源装置、５５：クレーンコントローラ、６１：第一送受信機、６２：給電線、６３：第二送受信機、６４：給電線、６５：第三送受信機、６６：給電線、７１：第一送受信機、７２：第二送受信機、７３：第三送受信機、８２：給電用アンテナ、８４：通信用アンテナ、８６：給電用アンテナ、８８：通信用アンテナ、９０：給電用アンテナ、９２：通信用アンテナ

Claims (4)

1. 多段に伸縮可能な伸縮ブームと、前記伸縮ブームの先端に設けられる通信機器と、を備え、前記通信機器に対して前記伸縮ブームを介して給電及び通信を行うクレーンであって、
   前記伸縮ブームの段ごとに、前記給電及び通信を無線で行う送受信機を設け、
   前記伸縮ブームの各段の送受信機によって、前記伸縮ブームの基部側から先端側に順次無線給電及び無線通信を行うことを特徴とするクレーン。
2. 前記送受信機は、環状に形成される給電線と接続され、
   前記送受信機から前記給電線に高周波電力を伝送することで、前記給電線は一次コイルとして構成され、伸縮ブームの次の段の送受信機に内装される二次コイルと前記一次コイルとの間で電磁誘導を通じて、前記高周波電力を伝送するとともに、
   前記高周波電力にデータ信号を重畳することで、前記無線給電及び無線通信を行う請求項１に記載のクレーン。
3. 前記送受信機は、電力を高周波の交流信号に変換し、かつ、前記高周波の交流信号を電力に変換する電源変換器と、前記電源変換器によって高周波の交流信号に変換された電力を送受信する給電用アンテナと、データ信号を送受信する通信用アンテナとを備え、
   前記給電用アンテナを介して無線給電を行い、前記通信用アンテナを介して無線通信を行う請求項１に記載のクレーン。
4. 前記伸縮ブームの先端にバッテリを設け、
   前記伸縮ブームにおける無線給電によって前記バッテリに蓄電し、バッテリから前記通信機器に電力を供給する請求項３に記載のクレーン。

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