JP5778922B2 - 作業車 - Google Patents

Description

本発明は、走行体に旋回体が搭載された作業車に関する。

従来、旋回体と走行体を有するクレーンや高所作業車等の作業車では、スリップリングを介して電気を伝達したり、スイベルジョイントを介して油圧を伝達したりして、動力を伝達していた。

しかしながら、スリップリングを使用すると装置の寸法が大きくなるため旋回中心に装備できなかったり、小型のものにすると大電力を送電することができないという問題があった。また、スイベルジョイントを使用する場合には、圧力損失が大きくなるため効率が悪いという問題があった。

そこで、例えば特許文献１には、走行体側の動力装置の回転をそのまま機械的に旋回体側に伝達し、旋回体では回転によってクレーンの各装置を駆動する発明が開示されている。

実開昭５７−７４３８６号公報

しかしながら、特許文献１の作業車は、走行体に配置された動力装置の回転をそのまま機械的に旋回体へ伝達するものであるため、旋回体で利用しにくいものとなっていた。そして、利用しやすいエネルギー形態としては、電気エネルギーが好ましい。

そこで、本発明は、旋回機構を介した他方において大電力を得ることができる作業車を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の作業車は、走行体に相対的に旋回する旋回体が搭載された作業車であって、前記走行体と前記旋回体との間に形成された円環状のベアリング機構から構成されて前記旋回体を前記走行体に相対的に旋回させる旋回機構と、前記走行体又は前記旋回体のいずれか一方に配置された動力装置と、前記走行体又は前記旋回体の前記動力装置が配置されない他方に配置されたロータ及び当該他方に固定されたステータ、前記旋回機構の回転中心線に沿って前記走行体と前記旋回体とにまたがって配置されて前記ロータに固定され前記動力装置の回転が機械的に伝達される回転軸、を有する発電機と、を備え、前記回転軸は中空部を有する円筒状に形成されるとともに、前記中空部には通信線又は媒体若しくは媒体搬送管が通される。

このように、本発明の作業車は、走行体と旋回体との間に形成された円環状のベアリング機構から構成されて旋回体を走行体に相対的に旋回させる旋回機構と、走行体又は旋回体のいずれか一方に配置された動力装置と、走行体又は旋回体の動力装置が配置されない他方に配置されたロータ及び当該他方に固定されたステータ、旋回機構の回転中心線に沿って走行体と旋回体とにまたがって配置されてロータに固定され動力装置の回転が機械的に伝達される回転軸、を有する発電機と、を備えている。

したがって、走行体又は旋回体のいずれか一方に配置した動力装置の回転によって、他方に配置した発電機のロータを回転させることで、旋回機構を介した他方において大電力を得ることができる。

実施例１のラフテレーンクレーンの全体構成を説明する説明図である。 実施例１の旋回機構及び発電機の構成を詳細に説明する断面図である。 実施例１の負荷の構成を説明するブロック図である。 実施例２のラフテレーンクレーンの全体構成を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（全体構成）
まず、図１を用いて実施例１の作業車としてのラフテレーンクレーン１の全体構成を説明する。本実施例のラフテレーンクレーン１は、図１に示すように、タイヤ１０ａ，１０ｂを有する走行体１０と、走行体１０の上部に旋回機構２を介して旋回自在に搭載される旋回体１１と、を備えている。

走行体１０は、タイヤ１０ａ，１０ｂを回転駆動する動力装置３として、軽油等を燃料とするエンジン３１、歯車によって回転速度を変更するトランスミッション３２、トランスミッション３２から回転動力を取り出すPower Take Off（ＰＴＯ）３３などを備えている。

さらに、ＰＴＯ３３の回転を取り出した出力軸５１には、両端にユニバーサルジョイントを有するプロペラシャフト５２が連結され、プロペラシャフト５２には末端にかさ歯車５４が取り付けられた軸５３が連結されて伝導機構５が構成されている。この伝導機構５によって、水平方向の出力軸５１の回転を、鉛直方向の回転軸４３に方向を変えながら伝達している。加えて、走行体１０は、コントローラ８０からの司令を受ける通信機器８２を備えている。

旋回体１１には、運転や操作を行うキャビン（不図示）の他に、後述する発電機４と、負荷６としてのブーム６１及びウインチ６２と（図３参照）、発電機４で発電された電気を蓄える蓄電装置７と、を備えている。

ブーム６１は、図３に示すように、油圧ポンプ６４から供給された圧油によって駆動される起伏シリンダ６１ａ、伸縮シリンダ６１ｂ、旋回モータ６１ｃを有することで、起伏自在、伸縮自在、旋回自在となる。油圧ポンプ６４は、発電機４で発電された直流電流又は蓄電装置７に蓄えられた直流電流によって動作する電動のポンプ駆動モータ６３で回転駆動される。

ウインチ６２は、図３に示すように、発電機４で発電された直流電流又は蓄電装置７に蓄えられた直流電流によって動作する電動のウインチモータ６５によって回転駆動される。ウインチモータ６５としては、ウインチ６２に適した能力を有する型式のものを用いる。

旋回体１１は、図１に示すように、ブーム６１等の作業機械のアクチュエータを制御するコントローラ８０、及び、旋回機構２を介した通信を可能とする接触式のスリップリング８１、を備えている。

そして、実施例１の走行体１０と旋回体１１との間には、旋回機構２が形成され、後述するように、旋回機構２の回転中心線Ｃと、発電機４のロータ４２の回転軸と、は一致している。

（旋回機構及び発電機の構成）
次に、図１，２を用いて旋回機構２及び発電機４の構成を説明する。

旋回機構２は、アウタレース２１とインナレース２２がボールを介して組み合わされたベアリング機構によって構成されている。そして、旋回体１１側に取り付けたピニオン（不図示）が走行体１０側に固定されたインナレース２２に形成された内歯車（不図示）に噛み合って回転することで、旋回体１１が走行体１０に相対的に旋回する。

発電機４は、いわゆるジェネレータであり、動力装置３が配置されない旋回体１１に配置されたステータ４１及びロータ４２と、動力装置３の回転が機械的に伝達されるロータ４２の回転軸４３と、を備えている。

ステータ４１は、導線を円筒形に巻き回したコイルによって形成されるもので、内部のロータ４２を取り巻くように配置されて、旋回体１１に固定されている。

ロータ４２は、永久磁石によって形成されるもので、中央を貫通するように設置された回転軸４３の両端が軸受によって回転自在に支持されることで、ステータ４１が固定された旋回体１１に回転自在に設置されている。

ロータ４２の回転軸４３の下端にはかさ歯車４４が取り付けられ、このかさ歯車４４には、伝導機構５の末端のかさ歯車５４から動力装置３の回転が機械的に伝達される。つまり、回転軸４３は、旋回体１１から走行体１０に縦方向に突出する長さに形成され、突出部分には伝導機構５の横方向のかさ歯車５４と直交するように噛み合うかさ歯車４４が取り付けられている。

さらに、ロータ４２の回転軸４３は、中空部を有する円筒状（パイプ状）に形成され、中空部にはスリーブ管４６が挿通され、スリーブ管４６には旋回機構２の両側にあるコントローラ８０と通信機器８２間を接続する通信線としての信号線８３が挿通されている。なお、信号線８３は、旋回体１１に配置したスリップリング８１を経由してコントローラ８０に接続される。

また、図示しないが、回転軸４３の中空部には、圧力媒体搬送管である油圧ホース又は空圧ホースと、温水ホースと、を含む媒体搬送管を挿通することもできる。さらに、中空部には、媒体搬送管を用いずに作動油若しくは圧縮空気又は温水などの媒体を直に流すこともできる。これらの媒体搬送管又は媒体はロータリージョイントを経由して油圧機器等に接続される。

そして、本実施例の発電機４では、ロータ４２の回転軸４３は、旋回機構２の回転中心軸Ｃと一致している。すなわち、旋回機構２の円環状のアウタレース２１及びインナレース２２の中心軸に沿うように、ロータ４２の回転軸４３の中心軸が配置されている。

（作用）
次に、本実施例の作業車としてのラフテレーンクレーン１の作用について説明する。

はじめに、動力装置３で発生された回転動力が機械的に発電機４に伝達される。具体的には、エンジン３１が回転し、トランスミッション３２で回転が変速され、回転をＰＴＯ３３によって取り出す。取り出した回転は、ＰＴＯ３３の出力軸５１、プロペラシャフト５２、かさ歯車５４の軸５３、の順に伝導機構５によって伝導される。

つづいて、伝導機構５のかさ歯車５４からかさ歯車４４に回転が伝達され、かさ歯車４４と一体の回転軸４３及びロータ４２も回転する。そして、ロータ４２の回転によって磁界が変動することで、電磁誘導によってステータ４１に直流電流が生じる。生じた直流電流は、一部は負荷６で使用され、残りは蓄電装置７へ蓄電される。

この際、ロータ４２の回転軸４３は、旋回機構２の回転中心線Ｃ上にあるため、旋回体１１の旋回中でもロータ４２の回転軸４３の位置が変化することはなく、スリップリング８１のような回転に対応する摺動機構は必要ない。

さらに、ロータ４２の回転軸４３の回転速度と比べて旋回体１１の旋回速度は遅く、相対速度はほとんど変化しないため、発電機４は旋回状態でも非旋回状態と略同様の電流を発電する。

（効果）
次に、本実施例の作業車としてのラフテレーンクレーン１の効果を列挙して説明する。

（１）このように、本実施例の作業車としてのラフテレーンクレーン１は、走行体１０に相対的に旋回する旋回体１１が搭載された作業車であって、走行体１０と旋回体１１との間に形成された旋回機構２と、走行体１０に配置された動力装置３と、旋回体１１に配置されたステータ４１及びロータ４２、動力装置３の回転が機械的に伝達され旋回機構２の回転中心線Ｃに沿って配置されるロータ４２の回転軸４３、を有する発電機４と、を備えている。

したがって、走行体１０に配置した動力装置３の回転によって、旋回体１１に配置した発電機４のロータ４２を回転させることで、旋回機構２を介した旋回体１１において大電力を得ることができる。

すなわち、従来のように、スリップリングを使用して電気を送電すると装置の寸法が大きくなるため旋回中心に装備できなかったり、小型のものにすると大電力を送電することができず、スイベルジョイントを使用して圧油を供給すると圧力損失が大きくなるため効率が悪いという問題があった。

そこで、動力装置３の回転動力を、回転動力のままで機械的に一方側から他方側へ無接点で伝達し、他方側で回転動力を用いて発電することによって、スリップリングやスイベルジョイントを用いずに、大きなエネルギーを伝達することができる。

しかも、走行中の効率を考慮すると走行体１０側に動力装置３を配置することが好ましいため、動力装置３によって旋回機構２を介した旋回体１１側の作業機械を効率よく動作させる意義は大きい。

加えて、発電機４と同じ旋回体１１に蓄電装置７を配置することで、ブーム６１やウインチ６２などでは、発電機４で発生した電力に加えて蓄電装置７からの電力を補助的に使用できるため、エンジン３１の出力を平準化することができる。

また、旋回体１１での作業を電動化することによって、静音化や省エネにつながる。さらに、容量の大きい蓄電装置７を配置すれば、アイドリング駆動や完全電動駆動が可能となり、いっそう静音化できる。

（２）また、回転軸４３は中空部を有する円筒状に形成されるとともに、中空部には通信線としての旋回機構２の両側に配置された通信機器間を接続する信号線８３又は媒体若しくは媒体搬送管が通されることで、中空部を通じて走行体１０と旋回体１１との間で常時通信できるとともにエネルギー伝達もできる。

つまり、送電にはスリップリング８１を経由させず動力装置３の回転を機械的に伝達して発電機４を回転させる一方、通信用の信号線８３はスリップリング８１を経由させることで、旋回体１１で大電力を得つつ、走行体１０と旋回体１１の間で通信が可能となる。

さらに、中空部に油圧ホース及び空圧ホースといった圧力媒体搬送管や温水ホースなどの媒体搬送管を挿通することで、旋回機構２を介して大電力を得つつも、油圧動力や空圧動力や温水などを送ることもできる。加えて、作動油や圧縮空気や温水などを中空部に直に流して、油圧動力や空圧動力や温水などを送ることもできる。

（３）さらに、動力装置３のＰＴＯ３３の出力軸５１は、軸方向がロータ４２の回転軸４３の軸方向と直交するように形成され、伝導機構５を介して出力軸５１から回転軸４３へ回転が伝達されることで、回転軸４３の延長上に動力装置３が位置しないため、信号線８３や各種配管などを配線・配管しやすくなる。

（４）そして、走行体１０に動力装置３を有し、旋回体１１にブーム６１及びウインチ６２を搭載する移動式クレーンとしてのラフテレーンクレーン１であって、ブーム６１は油圧駆動されるとともにウインチ６２は電動駆動されることで、油圧系の構成を簡略にできる。

言い換えると、ブーム６１及びウインチ６２を搭載する移動式クレーンでは、ウインチ６２を電動のウインチモータ６５で駆動すれば、油圧系統の構成を最適化しやすくなる。

つまり、従来は、油圧動力の大部分はウインチ６２によって消費されるため、ウインチ６２の能力に合わせて油圧系統を構成していたが、ウインチ６２を電動化することにより油圧系統をブーム６１のアクチュエータ群の能力に合わせて構成できる。

以下、図４を用いて、前記実施例とは別の形態の作業車としてのラフテレーンクレーン１Ａについて説明する。なお、前記実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

（全体構成）
本実施例のラフテレーンクレーン１Ａは、図４に示すように、走行体１０と、走行体１０の上部に旋回機構２を介して旋回自在に搭載される旋回体１１と、を備えている。そして、実施例２のラフテレーンクレーン１Ａは、実施例１と異なり、旋回体１１側に動力装置３を備えている。

走行体１０は、発電機４と、負荷６と、蓄電装置７と、スリップリング８１と、を備えている。加えて、走行体１０は、コントローラ８０からの司令を受ける通信機器８２を備えている。

旋回体１１には、キャビン（不図示）の他に、負荷６としてのブーム６１及びウインチ６２（図３参照）と、作業機械のアクチュエータを制御するコントローラ８０と、が配置されている。

そして、走行体１０と旋回体１１との間には、旋回機構２が形成され、後述するように、旋回機構２の回転中心線Ｃと、発電機４のロータ４２の回転軸４３と、は一致している。

また、旋回体１１は、動力装置３として、エンジン３１、トランスミッション３２、ＰＴＯ３３などを備えている。さらに、ＰＴＯ３３の出力軸５１には、プロペラシャフト５２が連結され、プロペラシャフト５２にはかさ歯車５４が取り付けられた軸５３が連結されて伝導機構５が構成されている。

（旋回機構及び発電機の構成）
次に、旋回機構２及び発電機４の構成を説明する。

旋回機構２は、旋回体１１側に固定された円環状のアウタレース２１と、走行体１０側に固定された円環状のインナレース２２と、を備えている。そして、アウタレース２１及びインナレース２２がボールを介して組み合わされて、ベアリング機構を構成している。

発電機４は、動力装置３が配置されない走行体１０に配置されたステータ４１及びロータ４２と、動力装置３の回転が機械的に伝達されるロータ４２の回転軸４３と、を備えている。

ステータ４１は、導線を円筒形に巻き回したコイルによって形成されるもので、内部のロータ４２を取り巻くように配置されて、走行体１０に固定されている。

ロータ４２の回転軸４３の上端にはかさ歯車４４が取り付けられ、このかさ歯車４４には、伝導機構５の末端のかさ歯車５４から動力装置３の回転が機械的に伝達される。

さらに、ロータ４２の回転軸４３は、中空部を有する円筒状（パイプ状）に形成され、この中空部には旋回機構２の両側にあるコントローラ８０と通信機器８２間を接続する信号線８３が挿通されている。

そして、本実施例の発電機４では、ロータ４２の回転軸４３は、旋回機構２の回転中心軸Ｃと一致している。すなわち、旋回機構２の円環状のアウタレース２１及びインナレース２２の中心軸に沿うように、ロータ４２の回転軸４３の中心軸が配置されている。

（作用・効果）
次に、本実施例の作業車としてのラフテレーンクレーン１Ａの作用・効果について説明する。

（１）このように、本実施例の作業車としてのラフテレーンクレーン１Ａは、走行体１
０に相対的に旋回する旋回体１１が搭載された作業車であって、走行体１０と旋回体１１
との間に形成された旋回機構２と、旋回体１１に配置された動力装置３と、走行体１０に
配置されたステータ４１及びロータ４２、動力装置３の回転が機械的に伝達され旋回機構
２の回転中心線Ｃに沿って配置されるロータ４２の回転軸４３、を有する発電機４と、を
備えている。

したがって、旋回体１１に配置した動力装置３の回転によって、走行体１０に配置した発電機４のロータ４２を回転させることで、旋回機構２を介した走行体１０において大電力を得ることができる。

そして、実施例１では走行体１０に動力装置３が搭載される場合について説明したが、実施例２では旋回体１１に動力装置３が搭載される場合について説明した。

なお、この他の構成および作用効果については、前記実施例と略同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例１，２では、作業車としてラフテレーンクレーン１に本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、作業車としてカーゴクレーン、トラッククレーンなどの移動式クレーン、高所作業車など、旋回機構を有する作業車であれば本発明を適用できる。

また、実施例１，２では、作業機械としてのブーム６１は油圧駆動でウインチ６２は電動駆動の場合について説明したが、機器構成はこの組み合せに限定されるものではなく、電動駆動（直動）される作業機械を用いることもできる。

さらに、実施例１，２では、発電機４として直流のジェネレータを用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、発電機４として交流のオルタネータを用いることもできる。

そして、実施例１，２では、発電機４のロータ４２として永久磁石を用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータ４２として電磁石を用いることもできる。

また、実施例１，２では、発電機４によって回転エネルギーを電気エネルギーに変換する場合のみを説明したが、これに限定されるものではなく、発電機４は、蓄電装置７に蓄えられた直流電流によって動作する電動機（モータ）としても使用できる。

さらに、実施例１，２では、動力装置３としてエンジン３１を用いる場合について説明したが、これ限定されるものではなく、動力装置３としてモータを用いることもできる。

そして、旋回機構の回転中心線上に、ロータの回転軸を配置する構成は、移動式クレーンや高所作業車だけでなく、風力発電機におけるナセル部とタワー部との接合箇所や、多関節ロボット等の腕部への送電などにも適用できる。

また、実施例１，２では、中空部には通信線又は媒体若しくは媒体搬送管のいずれか１つが通される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、それぞれ複数の通信線や媒体搬送管であってもよいし、通信線及び媒体、通信線及び媒体搬送管、媒体及び媒体搬送管、通信線及び媒体及び媒体搬送管、のように組み合せてもよい。

Ｃ 回転中心線
１，１Ａ ラフテレーンクレーン（作業車）
１０ 走行体
１１ 旋回体
２ 旋回機構
３ 動力装置
４ 発電機
４１ ステータ
４２ ロータ
４３ 回転軸
４６ スリーブ管
５ 伝導機構
６ 負荷
６１ ブーム
６２ ウインチ
６３ ポンプ駆動モータ
６４ 油圧ポンプ
６５ ウインチモータ
７ 蓄電装置
８０ コントローラ（通信機器）
８１ スリップリング
８２ 通信機器
８３ 信号線

Claims (3)

1. 走行体に相対的に旋回する旋回体が搭載された作業車であって、
   前記走行体と前記旋回体との間に形成された円環状のベアリング機構から構成されて前記旋回体を前記走行体に相対的に旋回させる旋回機構と、
   前記走行体又は前記旋回体のいずれか一方に配置された動力装置と、
   前記走行体又は前記旋回体の前記動力装置が配置されない他方に配置されたロータ及び当該他方に固定されたステータ、前記旋回機構の回転中心線に沿って前記走行体と前記旋回体とにまたがって配置されて前記ロータに固定され前記動力装置の回転が機械的に伝達される回転軸、を有する発電機と、を備え、
   前記回転軸は中空部を有する円筒状に形成されるとともに、前記中空部には通信線又は媒体若しくは媒体搬送管が通されることを特徴とする作業車。
2. 前記動力装置の出力軸は、軸方向が前記回転軸の軸方向と直交するように形成され、伝導機構を介して前記出力軸から前記回転軸へ回転が伝達されることを特徴とする請求項１に記載の作業車。
3. 前記走行体に動力装置を有し、前記旋回体にブーム及びウインチを搭載する移動式クレーンであって、前記ブームは油圧駆動されるとともに前記ウインチは電動駆動されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の作業車。