JP2010228838A - 自動着脱カプラ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】雄コネクタ及び雌コネクタのコネクタ軸が大きくずれている場合であっても、コネクタ軸のずれを自動的に調整し、連結することを可能とした自動着脱カプラを提供する。
【解決手段】雄コネクタ２と雌コネクタ３を有するカプラ１において、前記雄コネクタ２及び前記雌コネクタ３に電磁石６を設置し、前記電磁石６の磁力により前記雄コネクタ２と前記雌コネクタ３を吸着して接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、港湾や内陸地のコンテナターミナルなどで、コンテナの荷役に使用される門型クレーンの給電線を接続するカプラに関するものである。

港湾や内陸地等のコンテナターミナルでは、岸壁クレーンや門型クレーンによって、船舶及びトレーラ間のコンテナの荷役を行っている。

図６にコンテナターミナル６０の１例を示しており、コンテナターミナル６０では、コンテナ船６１に搭載されたコンテナ６２を、岸壁クレーン６５で荷揚げし、トレーラ６３に搭載する。トレーラ６３に搭載されたコンテナ６２を、タイヤ式門型クレーン（以下、ＲＴＴという）５０により各レーン６４のコンテナ載置ブロック６６に載置する。

このＲＴＴ５０は、環境への影響や燃料費高騰の問題により、ディーゼル発電機によるエネルギー供給から、陸電供給型に切り替えられてきている（例えば特許文献１参照）。ＲＴＴ５０への給電は、コンテナターミナル６０に設置された給電設備から、走行給電台車５３を介して給電を行っている。ここで、走行給電台車５３はＲＴＴ５０に追従して走行方向ｘに移動可能に構成している。

また、ＲＴＴ５０は荷役量の少ないレーン６４から荷役量の多いレーンへ移動するレーンチェンジを行い、荷役効率を高めるように構成されている。レーンチェンジの際に、ＲＴＴ５０はレーン６４の端部に移動し、搭載している自家発電装置を起動するか、蓄電装置からの給電に切り替えるか、あるいは横行給電台車５４からの給電をうけ、横行方向ｙに移動し、移動先レーンまで移動するように構成されている。

このとき、レーン６４の端部では、ＲＴＴ５０と走行給電台車５３を電気的に接続しているカプラを解除する作業が必要となる。さらに、自家発電装置や蓄電装置を私用しない場合はＲＴＴ５０と横行給電台車５４を電気的に接続する連結作業も必要となる。この連結作業は、作業員により行われており、コストがかかる問題と、流れている電流が高圧なため、感電事故の危険性が問題となっている。なお、ＲＴＴ５０へ供給する電気の電圧は、国や地域により規定が異なるが、例えば日本では６００Ｖ以下であり、給電台車５３、５４にトランスを設置していない場合は、３３００〜１１０００Ｖとなる。

そのため、ＲＴＴ５０と給電台車５３、５４を連結する電源ケーブルのカプラを、自動で着脱したいという要求があり、大電流用の自動着脱コネクタの考案が開示されている（例えば特許文献２参照）。特許文献２に記載のコネクタは、大型電気機器と電源側取付部の位置合わせを、ガイド筒にガイドロッドを嵌挿して行い、その上で、フレキシブル導体に接続したプラグをソケットに自動的に嵌合するように構成している。このとき、プラグのソケットに対する相対的な多少の位置のずれは、プラグの水平方向の摺動により自動的に矯正するように構成されている。このコネクタは、ドッキングする大型電気機器と電源側取付部の軸線が精度よく合っていることが前提となっており、雌雄一対のコネクタ軸も精度が±数ｍｍ以内に保たれている。

しかしながら、コンテナターミナル６０におけるＲＴＴ（タイヤ式門型クレーン）５０と給電台車５３、５４の相対位置は、ＲＴＴ５０の走行位置のずれ等により雌雄一対のコネクタ軸のずれは、およそ±３００ｍｍ程度となり、既存の技術でＲＴＴ５０のカプラを自動着脱することは困難となる。また、カプラの平面方向の位置ずれが合ったとしても、
ねじれ方向のずれが発生していることもあるため、これを調整しなければカプラを接続することはできない。

特開２００７−２２３８０５号公報 実公平７−５３２５８号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、雄コネクタ及び雌コネクタのコネクタ軸が大きくずれている場合であっても、コネクタ軸のずれを自動的に調整し、連結することを可能とした自動着脱カプラを提供することを目的とする。さらに、コネクタ軸を一致させ、雄コネクタ及び雌コネクタのコネクタ軸に対する回転方向の位置を自動的に調整し、連結することを可能とした自動着脱カプラを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る自動着脱カプラは、雄コネクタと雌コネクタを有するカプラにおいて、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタに電磁石を設置し、前記電磁石の磁力により前記雄コネクタと前記雌コネクタを吸着して接続する構成としたことを特徴とする。

上記の自動着脱カプラにおいて、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタに複数の前記電磁石を設置し、かつ、前記複数の電磁石を配列して磁極パターンを形成し、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタの双方の磁極パターンが対応した位置で接続する構成としたことを特徴とする。

上記の自動着脱カプラにおいて、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタを、電源ケーブルに設置し、前記電源ケーブルが複数の電線を有していることを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る自動着脱カプラの接続方法は、複数の電磁石をそれぞれ設置して、複数の電線からなる電源ケーブルに接続した雄コネクタ及び雌コネクタの接続方法において、前記複数の電磁石の磁力により、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタを接近させコネクタ軸をあわせる軸合わせステップと、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタに、前記複数の電磁石で磁極パターンを形成し、前記磁極パターンが対応した位置で前記雄コネクタ及び前記雌コネクタを接続する接続ステップを有していることを特徴とする。

上記の自動着脱カプラの接続方法において、前記接続ステップが、前記磁極パターンを対応させ、前記雄コネクタと前記雌コネクタの複数の電線の位置を互いに対応させる位置合わせステップと、前記雄コネクタと前記雌コネクタを固定装置で固定するカプラ固定ステップと、前記雄コネクタと前記雌コネクタの電線の端子をそれぞれ接触させる通電ステップを有していることを特徴とする。

本発明に係る自動着脱カプラによれば、雄コネクタと雌コネクタのコネクタ軸のずれが大きい場合であっても、電磁石の磁力で自動的に誘導し、接続することができる。なお、雄コネクタ及び雌コネクタのうち、少なくとも一方は磁力の影響により自在に移動可能に構成している。

また、各コネクタに複数の電磁石を設置し、Ｎ極とＳ極の磁極パターンを形成し、この双方の磁極パターンが対応する位置でコネクタを接続することができるため、コネクタ軸のみならず、コネクタの回転方向の向きも合わせて接続することができる。特に、コネクタが複数の電線を有した、例えば３相３線式又は３相４線式の電源ケーブルに設置されている場合、各電線の端子の位置を正確に合わせて接続することができるため、ショートやモータの逆回転等の事故を防止することができる。

また、本発明に係る自動着脱カプラの制御方法により、電源ケーブルの雄コネクタと雌コネクタの接続を、各電線の位置を合わせて確実に行うことができる。

本発明に係る実施の形態の自動着脱カプラを示した図である。 自動着脱カプラの接合面の模式図である。 自動着脱カプラの接合面の模式図である。 自動着脱カプラを門型クレーンに適応した際の概略図である。 自動着脱カプラの回転方向の位置合わせを示した図である。 従来のコンテナターミナルの概略を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の自動着脱カプラについて、図面を参照しながら説明する。図１に、自動着脱カプラ１（以下、カプラという）を示しており、カプラ１を給電側機器４１（例えば給電台車）から、受電側機器４０（例えばタイヤ式門型クレーン）に給電を行う電源ケーブル７に利用した様子を示している。

雄コネクタ２は、電源ケーブル７と接続した本体４ａと、本体４ａの周囲に設置した枠体５ａで構成しており、受電側機器４０に設置したアーム４２からチェーン４３により移動自在に支持されている。また、アーム４２は、スプリング４４を有しており、このスプリング４４により揺動可能に受電側機器４０に設置されている。なお、矢印ＳＷはアーム４２の揺動方向を示している。

雌コネクタ３は、電源ケーブル７と接続した本体４ｂと、本体４ｂの周囲に設置した枠体５ｂで構成しており、本体４ｂは、給電側機器４１に設置した昇降装置４６により昇降自在に支持されている。また、枠体５ａ、５ｂにはそれぞれ電磁石６を設置しており、この電磁石６の引力により、雄コネクタ２は、雌コネクタ３上に誘導され自動的に接触するように構成している。

なお、カプラ１は雄雌を逆に設置してもよく、また、本体４ａ、４ｂにキー溝等を設けてもよい。

図２に、雄コネクタ２と雌コネクタ３の接続面の模式図を示している。雄コネクタ２は、三相４線式の電源ケーブル７と接続した本体４ａを有しており、本体４ａは、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｇで示したそれぞれの電線の端子８を有している。また、本体４ａの周囲には枠体５ａを設置しており、枠体５ａには、５つの電磁石（２１〜２５）を設置し、Ｎ極及びＳ極により磁極パターンを形成している。同様に、雌コネクタ３も、本体４ｂと枠体５ｂを有しており、枠体５ｂの５つの電磁石（３１〜３５）も磁極パターンを形成している。

ここで、雄コネクタ２及び雌コネクタ３の磁極パターンは、互いに引力を発生するように構成しており、即ち電磁石の２１と３１、２２と３２、２３と３３、２４と３４、２５と３５が引き合うように対応している。つまり、雄コネクタ２を接続移動方向Ｌに移動す
ると、ちょうど雌コネクタ３と正しい位置で接続するように構成している。この構成により雄コネクタ２及び雌コネクタ３の回転方向Ｍの位置が、電磁石の作用で自動的に合うため、電線の端子８の順序を合わせて接続することができる。

なお、電磁石を永久磁石としても同様の作用効果を得られるが、磁力の強さや磁極を制御できる電磁石の方が望ましい。

図３に、電磁石６の設置個数を増やし、さらに、異なる磁極パターンを形成した際の例を示している。例えば、雄コネクタ２を雌コネクタ３に接近させる（接続移動方向Ｌに移動させる）と、雄コネクタ２が、磁力の働きで正しい位置に回転し、雌コネクタ３と接続する。

ここで、電磁石６の個数を多くすることで、回転方向の位置決めの精度を向上することができる。また、電磁石６の磁力を強化すると、雄コネクタ２と雌コネクタ３の間の引力が強くなるため、コネクタ軸のずれが大きい場合でも自動的に接続することができる。

図４に、カプラ１をＲＴＴ（タイヤ式門型クレーン）５０と給電台車５３、５４の電源ケーブルを接続する際に使用した例を示す。受電側機器４０となるＲＴＴ５０は、走行輪５１と、給電台車５３、５４との連結具５２ａ、５２ｂを有しており、給電側機器４１である給電台車５３、５４は、給電ベルト５５を有している。

ここで、給電ベルト５５は、筒状体を複数連結して構成した多関節ベルト５７の内部に給電ケーブル５６を通して構成し、コンテナターミナル６０の給電設備から供給される高圧電気を給電台車５３、５４に供給するように構成している。また、給電台車５３、５４は給電ベルト５５から供給された高圧電気を、トランスにより変換して低圧電気としてＲＴＴ５０に供給する構成である。なお、高圧電気は例えば３３００〜１１０００Ｖ程度であり、低圧電気は例えば６００Ｖ以下である。

次に、図１及び４を参照して、カプラ１の制御を説明する。ＲＴＴ５０がレーンチェンジを行う際、ＲＴＴ５０は、まず図４に示す横行給電台車５４に接近して連結部５０ｂを連結する。その後、図１に示す様に、雄コネクタ２は、アーム４２の可動及びチェーン４３の揺動と、電磁石６の引力により、雌コネクタ３に接近し（軸合わせステップ）、それとともに、雄コネクタ２が、複数の電磁石のＮ極及びＳ極により形成した磁極パターンが対応するように回転方向Ｍに回転する（位置合わせステップ）。

雄コネクタ２と雌コネクタ３のコネクタ軸と回転方向Ｍの位置が共に合った後に、ロックラッチ（固定装置）４５で雄コネクタ２と雌コネクタ３を固定し（カプラ固定ステップ）、雌コネクタ３の本体４ｂを昇降装置４６で上昇して、それぞれのコネクタ２、３が有する端子８を接続して（接続ステップ）、カプラ１の自動接続の制御を行う。

なお、昇降装置４６は、本体４ｂを上下する機構を有していればよく、シリンダ装置、ピニオンギア等を利用することができる。また、昇降装置４６及びロックラッチ４５の可動は、クレーン操作室等でセンサ等により位置合わせ完了を感知し、クレーンオペレータのスイッチ操作又は自動制御により行うことができる。

その後、ＲＴＴ５０は、図４の走行給電台車５３との連結を解除し、横行給電台車５４から給電され、レーンチェンジを行う。そのため、これまでは人力を介して行っていた電源カプラの着脱が無人で行え、省人化を実現できるとともに、カプラ着脱作業に伴う感電事故のリスクを低減することができる。

なお、カプラ１の連結解除は、クレーン操作室等からのスイッチ操作で行うことが可能であり、連結解除指示信号を受信したカプラ１は、昇降装置４６の降下と、ロックラッチ４５の解除を行い、連結の解除を行う。枠体５の接合解除は、ＲＴＴ５０の移動等の外力により行ってもよいが、電磁石６への通電を停止して、電磁石６間の引力を消滅させて接合解除する方が望ましい。

図５に、位置合わせステップにおける雄コネクタ２の回転の様子を示している。電磁石の磁極パターンを図３に示す様に構成し、雄コネクタ２にＮ極領域１０を、雌コネクタ３にＳ極領域１１を形成している。

図５Ａに、雄コネクタ２と雌コネクタ３のコネクタ軸Ｈを合わせたときに、回転方向Ｍのずれが生じている様子を示している。Ｎ極領域１０とＳ極領域１１は対応する磁極であり、引力が発生するため、移動自在に支持している雄コネクタ２側が回転方向Ｍに回転して、図５Ｂの状態を経て、Ｎ極領域１０とＳ極領域１１が一致する状態となる。

ここで、図５ではコネクタ軸Ｈの軸合わせが完了後、回転方向Ｍの位置合わせを行っているが、この軸合わせと位置合わせを同時に行うことも可能であり、同時に制御した方がカプラ１の接続作業時間が短縮され、かつ、制御が容易となる。

なお、軸合わせステップにおいて、例えば雄コネクタ２の電磁石を全てＮ極とし、雌コネクタ３の電磁石を全てＳ極として、コネクタの軸合わせを行い、コネクタ軸があった後に、位置合わせステップとして、各コネクタ２、３の電磁石への通電方向を制御して、磁極パターンをそれぞれ形成し、コネクタ２、３の回転方向Ｍの位置合わせを行ってもよい。この構成により、軸合わせステップにおける電磁石の引力を大きくすることができるので、コネクタ軸のずれが特に大きな場合には有効である。

ここで、位置合わせステップで採用する磁極パターンは図３及び５に示したパターンが望ましく、このパターンにより、回転量が最小となる回転方向Ｍが１つに決まり、効率的に回転方向Ｍの位置を合わせることができる。

以上、クレーンの電源カプラの着脱に関して説明を行ったが、この自動着脱カプラ１は、クレーンの電源カプラへの利用に限られず、他の自動着脱を必要とする電源カプラへ利用することができる。

１ カプラ
２ 雄コネクタ
３ 雌コネクタ
４ 本体
４ａ 本体（雄）
４ｂ 本体（雌）
５ 枠体
５ａ 枠体（雄）
５ｂ 枠体（雌）
６ 電磁石
７ 電源ケーブル
８ 電線
２１〜２５ 電磁石
３１〜３５ 電磁石

Claims (5)

1. 雄コネクタと雌コネクタを有するカプラにおいて、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタに電磁石を設置し、前記電磁石の磁力により前記雄コネクタと前記雌コネクタを吸着して接続する構成としたことを特徴とするカプラ。
2. 前記雄コネクタ及び前記雌コネクタに複数の前記電磁石を設置し、かつ、前記複数の電磁石を配列して磁極パターンを形成し、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタの双方の磁極パターンが対応した位置で接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のカプラ。
3. 前記雄コネクタ及び前記雌コネクタを、電源ケーブルに設置し、前記電源ケーブルが複数の電線を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のカプラ。
4. 複数の電磁石をそれぞれ設置して、複数の電線からなる電源ケーブルに接続した雄コネクタ及び雌コネクタの接続方法において、
   前記複数の電磁石の磁力により、前記雄コネクタ及び前記雌コネクタを接近させコネクタ軸をあわせる軸合わせステップと、
   前記雄コネクタ及び前記雌コネクタに、前記複数の電磁石で磁極パターンを形成し、前記磁極パターンが対応した位置で前記雄コネクタ及び前記雌コネクタを接続する接続ステップを有していることを特徴とするカプラの接続方法。
5. 前記接続ステップが、
   前記磁極パターンを対応させ、前記雄コネクタと前記雌コネクタの複数の電線の位置を互いに対応させる位置合わせステップと、
   前記雄コネクタと前記雌コネクタを固定装置で固定するカプラ固定ステップと、
   前記雄コネクタと前記雌コネクタの電線の端子をそれぞれ接触させる通電ステップを有していることを特徴とする請求項４に記載のカプラの接続方法。

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