JP6891273B2 - 建設機械 - Google Patents

Description

本願発明は、たとえば地面を締め固めるために使用されるソイルコンパクタのような建設機械に関する。

特許文献１から、回転軸回りに回転可能に機械フレームに担持された転圧ローラを有するソイルコンパクタが知られている。転圧ローラの内部には、転圧ローラの動作状態についての情報を準備するために、複数の加速度センサと機械フレームに関して不動に担持された信号受信ユニットにセンサの出力信号を伝送するための無線信号伝送構造体とを含むセンサシステムが備わっている。センサおよび無線信号伝送構造体は、転圧ローラの内部に備わっており、転圧ローラの動作から電気エネルギーを得るエネルギー変換ユニットによって電力供給される電気エネルギーの消費体である。

独国特許出願公開第１０２０１１０８８５７６号明細書

本願発明の課題は、建設機械、たとえば回転可能に機械フレームに担持された転圧ローラを有するソイルコンパクタであって、建設機械の回転可能なシステム領域内に備わっている少なくとも１つの電気エネルギー消費体の効率的なエネルギー供給を保証することができる建設機械を備えることである。

本発明によれば、この課題は、建設機械によって解決され、この建設機械は、機械フレームに関して回転軸回りに回転可能なシステム領域と、回転可能なシステム領域には電気エネルギーの少なくとも１つの消費体と、を含み、さらに、回転可能なシステム領域へ無線でエネルギー伝達するための誘導エネルギー伝達構造体を含み、誘導エネルギー伝達構造体は、少なくとも１つの送信コイルを有する送信構造体と、回転可能なシステム領域にある少なくとも１つの受信コイルを有する受信構造体と、を含む。

本願発明は、機械フレームに関してほぼ不動の送信構造体から、回転するシステム領域に備わっている受信構造体へエネルギーを伝達するために、磁気誘導の効果を利用する。送信構造体は、搭載電圧システムたとえば建設機械の１２Ｖ電圧システムに繋げることができるので、原則的に電気エネルギーの確実な供給が準備されている。

一般的には直流電圧が供給されるべき消費体を、回転するシステム領域において使用できるようにするために、提案されるのは、直流電圧を準備するための整流器が、各受信コイルに配設されて備わっていることである。

回転可能なシステム領域の回転運転における電圧変動の発生は、受信構造体が、好適には回転軸回りの周方向に連続して設けられた複数の受信コイルを含むことによって、軽減もしくはほとんど除去できる。その際、特に意図されていてよいのは、受信コイルが電気エネルギーの少なくとも１つの消費体と並列に接続されていることである。

受信構造体の領域におけるほぼ一定の出口電圧はさらに、送信構造体が、好適には回転軸回りの周方向に連続して設けられた少なくとも２つの送信コイルを含むことによって、保証され得る。

建設機械で一般的に直流電圧として存在する供給電圧から、磁気誘導によってエネルギーを伝達するために必要な交流電圧もしくは必要な交流電流を生成できるようにするために、提案されるのは、送信構造体が、周波数ジェネレータの入口に加えられる直流電圧を、少なくとも１つの送信コイルに加えられるべき交流電圧に変換するための周波数ジェネレータを含むことである。

効率的なエネルギー伝達のために、さらに、少なくとも領域的に送信コイルに取り囲まれている、好適には金属材料から成るコアが、各送信コイルに配設されて備わっていてよい。

そのようなコアを活用しつつ磁気相互作用によってエネルギーを効率的に受信構造体に伝達するために、提案されるのは、コアがＥ字形あるいはＵ字形に形成されていることと、送信コイルが、コアのＥ字脚部および／あるいはＥ字ウェブ部あるいはＵ字脚部および／あるいはＵ字ウェブ部を少なくとも領域的に取り囲むこととである。

本発明に従って意図され得る誘導エネルギー伝達構造体の効率は、共振回路が少なくとも１つの送信コイルに配設されて備わっていれば、明らかに向上され得る。そのような共振回路は、共振回路コイルと共振回路コンデンサとを含んでよく、好適には共振回路コイルは、コアを少なくとも領域的に取り囲むように設けられている。

そのような共振回路によって生み出された増幅効果をできる限り効率的に利用できるようにするために、提案されるのは、共振回路の共振周波数が、周波数ジェネレータによって生成された交流電圧の周波数の範囲内にあることである。このために、たとえば、周波数ジェネレータは、その周波数で同調可能であってよい。代替的にあるいは付加的に、共振回路は、その共振周波数で同調可能であってよい。

本願発明の原理は、建設機械がソイルコンパクタであり、かつ回転可能なシステム領域が転圧ローラであれば、特に効率的に使用することができる。転圧ローラ内では有利には、動作状態たとえば周方向あるいは垂直方向での加速度についての情報が生成されて、この情報に基づいて、締め固められるべき地面の締固め状態を推量できる。本発明に従って行われ得る、磁気誘導による電気エネルギーの連結によって、ソイルコンパクタの搭載電圧システムから、そのような転圧ローラ内に設けられた電気エネルギー消費体に、無線でではあるが確実に供給を行うことが保証される。

本願発明は、以下において添付の図に関連して詳細に記述される。図に示されるのは以下である。

ソイルコンパクタである。 図１のソイルコンパクタの転圧ローラに配設されて備わっている誘導エネルギー伝達構造体の原理上の図である。 受信コイルと送信コイルとの協働の原理上の図である。 送信コイルと送信コイルに配設された共振回路とを有する送信構造体の基本的な構造である。

図１において、ソイルコンパクタ１０の形状で実施される建設機械が、側面図で認識できる。ソイルコンパクタ１０は、そこに備わっている駆動アセンブリによって駆動される駆動輪１４を有する車体後部１２を含む。車体後部１２に関して旋回可能な車体前部１６は、機械フレーム１８を備え、ソイルコンパクタ１０が前進する際に地面２２を締め固めるために、当該機械フレーム１８では、転圧ローラ２０が図１の図平面に対してほぼ直交する回転軸回りに回転可能である。

転圧ローラ２０の転動運動に加えて、揺動運動あるいは振動運動を引き起こすために、転圧ローラ２０の内部には様々な機構が備わっていてよい。転圧ローラ２０の動作状態を検知するために、転圧ローラ２０の内部には、動作センサ、たとえば加速度センサが備わっていてよく、当該センサは、たとえば車体後部１２の操縦室２４の領域内に設けられた受信ユニットへ、転圧ローラの動作状態についての情報を送信するために、無線伝送ユニットと接続されている。転圧ローラ２０の内部に設けられたセンサもしくは無線伝送ユニットは、電気エネルギー消費体であり、当該消費体は、センサ信号を準備するためにもしくは無線信号としてセンサ信号を伝送するために、電気エネルギーを供給されなくてはならない。

本願発明の原理に従って、回転するシステム領域つまり例として表わされているソイルコンパクタ１０の転圧ローラ２０において、そのような電気エネルギー消費体にどのようにして電気エネルギーを供給できるのかが、以下において図２から図４に関連して記述される。

図２から図４においてほぼ原理上の図で説明される本発明に係る誘導エネルギー伝達構造体２６は、表わされた例において、２つの送信コイル２８、３０を有する送信構造体２７を含む。これらの送信コイルは、回転可能なシステム領域つまり転圧ローラ２０とともに回転可能ではない組立部品に、たとえば機械フレーム１８に関して不動に担持されている。その際、両送信コイル２８、３０は、回転可能なシステム領域つまり転圧ローラ２０の回転軸回りの周方向に連続して設けられるように、設けられていてよい。

回転するシステム領域、すなわち表わされた例における転圧ローラ２０には、全般的に参照符号３２が付されている受信構造体が備わっている。この受信構造体は、たとえば同様に回転軸Ｄ回りの周方向に連続して設けられた複数の受信コイル３４を含み、当該受信コイル３４は、周方向に長く延伸して形成されている。表わされた例においては、それぞれ３つのそのような受信コイル３４が、円切片状に形成されたキャリア３６に担持されている。全部で４つの円弧状のキャリア３６は、図２において表わされている円形の構成で、回転するシステム領域つまり転圧ローラ２０に、たとえばこの転圧ローラ２０を軸方向に遮断しかつローラ側面３８を担持するディスク４０に固定されてよい。受信コイル３４は、送信コイル２８、３０も配置されている半径方向の領域内にほとんど入るように、回転軸Ｄに関して設けられている。

受信コイル３４と送信構造体２７もしくは送信構造体２７の両送信コイル２８、３０との協働は、図３および図４に関連して記述される。

図３は、例として、好適には金属材料から成る概略的に表わされたコア４２を取り囲む１以上の巻回体を備え得る送信コイル２８を示している。送信コイル２８は、周波数ジェネレータ４４と接続されており、当該周波数ジェネレータ４４は、入口領域４６でソイルコンパクタ１０の搭載電圧システムに繋がっていてよく、この搭載電圧システムによって、たとえば１２Ｖの直流電圧が供給される。周波数ジェネレータ４４は、この直流電圧から、たとえば周波数が１００ｋＨｚの範囲にある高周波数の交流電圧信号を生成し、この信号を送信コイル２８に与える。送信コイル２８は、コア４２によって増幅されて、対応する高周波数の交番磁界を生み出し、当該交番磁界は、図３において送信コイル２８に向かい合う受信コイル３４で、対応する交流電圧もしくは対応する交流電流を誘導する。受信コイル３４に配設された整流器４８は、この交流電圧から、たとえば同様に１２Ｖの直流電圧を生成し、当該直流電圧は、転圧ローラ２０内に備わっている電気エネルギー消費体５０に加えられ得、それで、この消費体に電気エネルギーが供給される。

転圧ローラ２０を回転させると、周方向に連続した受信コイル３４は、回転軸Ｄの方向に開けられた約２０ｍｍの距離Ａを置いて、次々に送信コイル２８、３０を通過して動く。１以上の受信コイル３４が送信コイル２８、３０と磁気的相互作用にある各フェーズの最中には、該当する受信コイル３４において、磁気誘導によって交流電圧もしくは交流電流が生成される。独自の整流器４８が各受信コイル３４に配設されて備わっており、かつすべての受信コイル３４もしくは配設された整流器４８が互いに並列して配置されているので、回転運転においても消費体５０にほぼ一定して供給が行われる。そのために特に貢献しているのは、送信構造体２７が、それぞれ周波数ジェネレータ４４と励起相互作用にある、周方向に連続した複数の、表わされた例では２つの送信コイル２８、３０を含むことであり、その結果、送信構造体２７と受信構造体３２との間で磁気的相互作用が生じる周領域は、常に受信コイル３４の少なくとも１つが、交番磁界によって交流電圧を生成するために励起されるように、広がっている。

図４は、送信コイル２８、３０、たとえば送信コイル２８の構造もしくは配設されたコア４２との相互作用の例を説明している。一般的には金属材料から構成されるこのコア４２は、表わされた例ではＥ字形であり、３つのＥ字脚部５２、５４、５６およびこれらをそれぞれ互いに接続するＥ字ウェブ部５８、６０を備える。中央のＥ字脚部つまりＥ字脚部５４の回りには、１以上の巻回体を含む送信コイル２８が巻回されている。コア４２は、ほぼ、Ｅ字脚部５２、５４、５６がほとんど回転軸Ｄの方向に配向され、かつ転圧ローラ２０もしくはそこに備わっている受信コイル３４へ配向しているように、設けられている。その際、好適には、送信コイル２８によって取り囲まれた中央のＥ字脚部５４は、それぞれの受信コイル３４の半径方向外側のコイル領域６２と半径方向内側のコイル領域６４との間のほとんど中心部に配置されているように、半径方向に配置されている。外側の両Ｅ字脚部５２、５６は、半径方向外側もしくは半径方向内側のこれらのコイル領域６２、６４にほとんど向かい合うように配置されていてよい。

このやり方で、送信コイル２８と周期的に送信コイル２８を通過して動く受信コイル３４との間の非常に効率的な磁気的相互作用が保証され、これらの受信コイル３４は１以上の巻回体を含むが、その巻回体は、必ずしもコアを取り囲むわけではない。

送信構造体２７から受信構造体３２へのエネルギー伝達時の効率を高めるために、好適には、電気共振回路６６が各送信コイル２８、３０に配設されて備わっている。この共振回路６６は、共振回路コイル６８と共振回路コンデンサ７０とを有する電気閉回路を含む。それによって共振回路６６は、共振回路コイル６８のインダクタンスと共振回路コンデンサ７０の容量とによってほぼ定義される共振周波数を備える。共振周波数は、周波数ジェネレータ４４によって準備される、送信コイル２８に加えられるべき交流電圧の周波数に、ほぼ相当する。ここでできる限り正確に同調できるようにするために、たとえば、ジェネレータ４４は、その周波数で同調可能であってよく、この周波数のほんの僅かな変動によって、共振回路６６の共振周波数に合わせることができる。代替的にあるいは付加的に、共振回路６６の共振周波数を、周波数ジェネレータ４４によって準備される交流電圧の周波数に合わせるために、たとえば共振回路コンデンサ７０も、その容量が可変であってよい。

共振回路コイル６８は、コア４２を取り囲んで、送信コイル２８のすぐ近傍に配置されていてよい。たとえば、これらの２つのコイルは、互いに隣り合って、コア４２の同じ領域、すなわち表わされた例では中央のＥ字脚部５４を取り囲んで設けられていてよい。基本的にコイルの１つは、別のコイルをその外周領域で取り囲んで設けられてもよいので、回転軸の方向で非常にコンパクトな構造にすることができる。

周波数ジェネレータ４４によって生成された交流電圧を送信コイル２８に印加する際に、共振回路６６は、励振され、上述した周波数同調に基づいて、共振回路６６は、その共振周波数とひいては非常に高い振幅とで振動させられる。これは、送信コイル２８によって生み出された交番磁界を増幅させる。それぞれの送信コイル２８もしくは３０に配設されたそのような共振回路６６を使用することによって、誘導エネルギー伝達構造体の効率を約４５％に高めることができるので、周波数ジェネレータ４４の入力電力が約１５Ｗの場合には、受信コイル３４に配設された整流器４８は、約７Ｗの出力電力を準備する。

指摘しておくべきは、特に図２から図４においてほぼ原理上の形態で表わされた誘導エネルギー伝達構造体２６は、様々な態様で変えられてよいということである。それでもちろん、表わされたよりも多いあるいは少ない受信コイル３４が、周方向に連続して設けられていてよい。周方向に連続する受信コイル３４が半径方向に段状になっているようなリングが、備わっていてもよく、その場合これらは、好適には周方向に互いにずれている。送信構造体２７の送信コイルの数を変えてもよく、同様に送信コイルもしくは送信コイルと協働するコアの構造も変えてよい。それで、これらのコアは、必ずしもＥ字形である必要はない。Ｕ字形あるいはほぼ半円状の形態のコアが備わっていてもよい。送信コイルは、たとえば、外側のＥ字脚部の１つに備わっていてもよく、あるいは２つのＥ字脚部あるいは２つのＵ字脚部を互いに接続するウェブ領域に備わっていてもよい。

１０ ソイルコンパクタ
１２ 車体後部
１４ 駆動輪
１６ 車体前部
１８ 機械フレーム
２０ 回転可能なシステム領域（転圧ローラ）
２２ 地面
２４ 操縦室
２６ 誘導エネルギー伝達構造体
２８ 送信コイル
３０ 送信コイル
３２ 受信構造体
３４ 受信コイル
３６ キャリア
３８ ローラ側面
４０ ディスク
４２ コア
４４ 周波数ジェネレータ
４６ 入口領域
４８ 整流器
５０ 消費体
５２ Ｅ字脚部
５４ Ｅ字脚部
５６ Ｅ字脚部
５８ Ｅ字ウェブ部
６０ Ｅ字ウェブ部
６２ コイル領域
６４ コイル領域
６６ 共振回路
６８ 共振回路コイル
７０ 共振回路コンデンサ
Ａ 距離
Ｄ 回転軸

Claims (12)

1. 機械フレーム（１８）に関して回転軸（Ｄ）回りに回転可能なシステム領域（２０）と、
   回転可能な該システム領域（２０）には電気エネルギーの少なくとも１つの消費体（５０）と、
   を含み、
   回転可能な前記システム領域（２０）へ無線でエネルギー伝達するための誘導エネルギー伝達構造体（２６）をさらに含む建設機械であって、
   前記誘導エネルギー伝達構造体（２６）は、少なくとも１つの送信コイル（２８、３０）を有する送信構造体（２７）と、回転可能な前記システム領域（２０）にある少なくとも１つの受信コイル（３４）を有する受信構造体（３２）と、を含み、少なくとも領域的に前記送信コイル（２８、３０）に取り囲まれているコア（４２）が、前記送信コイル（２８、３０）それぞれに配設されて備わっている、建設機械において、
   共振回路（６６）が、少なくとも１つの前記送信コイル（２８、３０）に配設されて備わっており、
   前記共振回路（６６）は、前記送信コイル（２８、３０）とは別に形成された共振回路コイル（６８）と共振回路コンデンサ（７０）とを含み、前記共振回路（６６） は、前記共振回路コイル（６８）のインダクタンスと前記共振回路コンデンサ（７０）の容量とによって定義される共振周波数を備える電気閉回路を形成し、 前記共振回路コイル（６８）は、前記送信コイル（２８、３０）により取り囲まれている前記コア（４２）を少なくとも領域的に取り囲んでいることを特徴とする、建設機械。
2. 直流電圧を準備するための整流器（４８）が、前記受信コイル（３４）に配設されて備わっていることを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記受信構造体（３２）は、複数の受信コイル（３４）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械。
4. 前記受信コイル（３４）は前記回転軸（Ｄ）回りの周方向に連続して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の建設機械。
5. 前記受信コイル（３４）は、少なくとも１つの電気エネルギーの消費体（５０）と並列に接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載の建設機械。
6. 前記送信構造体（２７）は、少なくとも２つの前記送信コイル（２８、３０）を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の建設機械。
7. 前記送信コイル（２８、３０）は前記回転軸（Ｄ）回りの周方向に連続して設けられていることを特徴とする請求項６に記載の建設機械。
8. 前記送信構造体（２７）は、周波数ジェネレータ（４４）の入口に加えられる直流電圧を、少なくとも１つの前記送信コイル（２８、３０）に加えられるべき交流電圧に変換するための周波数ジェネレータを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の建設機械。
9. 前記送信コイル（２８、３０）と前記共振回路コイル（６８）とが、互いに隣り合って配設されているか、または、共振回路コイル（６８）及び送信コイル（２８、３０）の一方のコイルが、共振回路コイル（６８）及び送信コイル（２８、３０）のもう一方のコイルを取り囲むように配設されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の建設機械。
10. 前記コア（４２）は、Ｅ字形あるいはＵ字形に形成されており、
    前記送信コイル（２８）は、前記コア（４２）のＥ字脚部（５４）および／あるいはＥ字ウェブ部あるいはＵ字脚部および／あるいはＵ字ウェブ部を少なくとも領域的に取り囲むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の建設機械。
11. 前記共振回路（６６）の共振周波数は、前記周波数ジェネレータ（４４）によって生成された交流電圧の周波数の範囲内にあることを特徴とする請求項８、または請求項８に従属した請求項９もしくは１０に記載の建設機械。
12. 前記建設機械は、ソイルコンパクタ（１０）であり、
    回転可能な前記システム領域は、転圧ローラ（２０）であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の建設機械。

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