装入装置およびその制御方法
【課題】駆動系統を簡略化しつつシュートの傾斜角度を常時検出できる装入装置を提供すること。
【解決手段】フレームに支持されて旋回軸を中心に回転自在な旋回部分であるロータと、ロータに支持されたシュートと、ロータに対する回転角度に応じてシュートの傾斜角度を変化させる調整機構であるホルダと、ロータを回転させる旋回駆動モータと、ホルダを回転させる調整駆動モータとを有するとともに、ロータに、シュートの傾斜角度を検出する調整角度センサ８９と、調整角度センサ８９の検出信号を制御装置に送信する送信装置９２と、調整角度センサ８９に電力を供給する機上電源装置９３とを設け、機上電源装置９３として蓄電池およびこれに充電する充電器を設ける。
【解決手段】フレームに支持されて旋回軸を中心に回転自在な旋回部分であるロータと、ロータに支持されたシュートと、ロータに対する回転角度に応じてシュートの傾斜角度を変化させる調整機構であるホルダと、ロータを回転させる旋回駆動モータと、ホルダを回転させる調整駆動モータとを有するとともに、ロータに、シュートの傾斜角度を検出する調整角度センサ８９と、調整角度センサ８９の検出信号を制御装置に送信する送信装置９２と、調整角度センサ８９に電力を供給する機上電源装置９３とを設け、機上電源装置９３として蓄電池およびこれに充電する充電器を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製銑用の高炉においては、炉内に装入物を装入する設備として装入装置が用いられている。同様な装入装置は、他の反応炉や反応塔、触媒容器など、容器内部に内容物を充填する際にも用いられている。
このような装入装置においては、容器内における装入物の平面分布を均一にする等、装入物を所望の状態とすることが要求される。このために、装入装置においては、装入物の散布方向や散布状態を自由に制御することが求められ、様々な散布機構が開発されている。
【０００３】
特許文献１の装置は、装入物を送り出す円筒状または樋状のシュートを旋回部分に傾斜して設置し、この旋回部分をシュートとともに鉛直な旋回軸まわりに旋回させることで、シュートの先端から放出される装入物をドーナツ状に散布する。さらに、旋回軸に対するシュートの傾斜角度を調整することで、シュートから放出される装入物の到達領域を変更し、これにより散布状態の制御を実現している。
【０００４】
特許文献１の装置では、シュートは傾斜角度の調整機構を介して旋回部分に支持されている。旋回部分を旋回駆動するために旋回駆動モータが用いられ、旋回駆動モータの出力は調整機構にも伝達されている。調整機構と旋回駆動モータとの間には差動機構（遊星歯車）が介在され、差動機構の３つめの軸には調整駆動モータが接続されている。このような構成において、中間歯車の減速比を正しく選択すれば、旋回駆動モータにより調整機構と旋回部分とが一体に回転するようにできる。また、調整駆動モータを作動させることで、差動機構から旋回動作に対する相対回転（相対角度、位相差の変化）が調整機構に伝達され、調整機構においては伝達された相対回転に応じてシュートの傾斜角度の調整動作が行われる。
【０００５】
前述した特許文献１では、シュートの傾斜角度の調整機構と旋回部分を旋回駆動モータの駆動により一体的に旋回させ、調整駆動モータの駆動により調整機構を駆動させるために、差動機構を介在させている。このような差動機構があると、装置としての構造が複雑化し、設備コストも上昇する。さらに、複雑な機構の旋回を維持するために保守点検が煩雑になる。
【０００６】
これに対し、本願の出願人により、シュートの旋回軸まわりに回転するロータと、旋回機構に支持されて旋回軸に対して傾斜した調整軸まわりに回転するホルダとを設置し、このホルダにシュートを支持した構成が提案されている（特許文献２参照）。
特許文献２では、通常はこれらのロータおよびホルダを同期回転させることでシュートを一定の傾斜角度で旋回させるとともに、ロータに対してホルダを相対回転させることにより、シュートの傾斜角度を調整することができる。
【０００７】
このような構成の駆動には、特許文献１と同様に、差動機構と旋回駆動モータおよび調整駆動モータとを用い、通常は旋回駆動モータだけでロータとホルダとを同期回転させ、シュート角度の調整時には調整駆動モータと差動機構とによりロータとホルダとを相対回転させる（特許文献２の段落００４８〜００４９および図１６参照）。
また、ロータおよびホルダに対して個別の駆動モータを用い、各々の回転を個別に制御することで、差動機構を用いずに旋回動作および傾斜角度調整を行うことができる。つまり、ロータおよびホルダを同期回転させることで、シュートを現状角度のまま旋回動作させることができ、あるいはロータとホルダとを相対回転させることでシュートの傾斜角度調整を行うことができる（特許文献２の段落００３８および図１、段落００４７および図１５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭４９−４１２０５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０４３４５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述したロータおよびホルダを有する構成において、例示した二つの駆動方式には次のような問題がある。
前述した駆動系統に差動機構を用いる方式では、駆動力の伝達に耐えられる大型の差動機構が必要になり、装入装置としての軽量化、小型化に適さないという問題がある。
前述した個別の駆動モータを用いる方式では、個々の駆動モータの回転速度および位相により旋回軸に対するシュートの傾斜角度を制御する。この際、旋回軸に対するシュートの傾斜角度は、各駆動モータの回転角度から演算が可能であるが、停電後の復旧など初期位置を設定する必要があり、ロータに設置した角度センサによりホルダおよびシュートの角度を実測することが求められる。
しかし、ロータは固定側のフレーム等に対して旋回するものであるため、角度センサの検出信号の配線あるいは検出回路用の電源配線などの処理が難しいという問題があった。
【００１０】
本発明の主な目的は、駆動系統および検出機構の構造を簡略化しつつシュート角度調整を含む動作制御を適切に行える装入装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の装入装置は、フレームに支持されて旋回軸を中心に回転自在な旋回部分と、前記旋回部分に支持されたシュートと、前記旋回部分に対する回転角度に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記旋回部分を回転させる旋回駆動モータと、前記調整機構を回転させる調整駆動モータとを有するとともに、前記旋回部分に、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度センサと、前記調整角度センサに電力を供給する蓄電池と、前記蓄電池に充電する充電器とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記充電器は、前記旋回部分の外周に設置された誘導コイルと、前記フレームに設置されて前記誘導コイルに対向する磁性体とを有し、前記旋回部分の回転により前記誘導コイルに発生する起電力で前記蓄電池を充電する発電機を備えるものが利用できる。
本発明において、前記充電器は、一方が前記旋回部分の外周に設置されかつ他方が前記フレームに設置された電磁カップリングを有し、前記電磁カップリングを介して外部から供給される電力で前記蓄電池を充電する電力線を備えるものでもよい。
さらに、本発明では、これらの発電機および電力線を両方備えたものとしてもよい。
【００１３】
このような本発明においては、調整角度センサが旋回部分に設置され、シュートの傾斜角度を直接的に検出することができる。このため、調整角度センサがフレーム側に設置され、シュートの傾斜角度を旋回部分の外部から間接的に検出する場合に比べ、検出精度を高めることができるとともに、検出機構の構造を簡略化することができる。
そして、調整角度センサは、旋回部分に設置されてフレームに対して常に移動するが、本発明に基づく蓄電池および充電器により、固定側のフレーム等に対して非接触のまま電力を確実に得ることができる。
【００１４】
本発明において、充電器として発電機を採用するならば、高炉の装入装置など常時旋回する部分に適用された際には定常的に安定した電力が確保できる。
また、充電器として電力線を採用するならば、所定位置で停止した状態で電力供給を受けて充電器に充電することができる。このような電力線では、旋回状態では電力供給が受けられないが、機器構成を簡略化することができる。
これらの発電機および電力線は、スリップリングのような摺動式の電気的接続を用いないため、高炉の装入装置のような塵埃の大量に生じる部分にも使用しても確実な動作が得られる。
【００１５】
本発明において、調整角度センサとしては、旋回部分に対するシュートの傾斜角度を直接検出するもの、調整機構における回転動作等を検出してシュートの傾斜角度を演算するもの等が利用できる。このような調整角度センサにより、シュートの傾斜角度を検出し、調整機構に所望の調整動作を行わせるべく旋回駆動モータと協調するように、調整駆動モータを制御することができる。
本発明において、旋回部分の旋回軸まわりの角度位置を検出するために、旋回角度センサを設置することが望ましい。旋回角度センサとしては、フレームに対する旋回部分の回転を直接検出するもの、旋回駆動モータの回転を検出するもの、あるいは制御装置から旋回駆動モータの動作情報を取得して旋回角度を演算するもの等が利用できる。このような旋回角度センサにより、シュートおよび旋回部分の旋回状態を検出し、旋回部分に所望の旋回動作を行わせるべく、旋回駆動モータを制御することができる。
【００１６】
本発明の装入装置では、旋回部分および調整機構に対して個別に駆動モータが設置されており、旋回部分を旋回駆動モータにより駆動し、調整機構を調整駆動モータにより駆動することで、所期の旋回動作および調整動作を実行することができる。
この際、旋回部分の旋回角度を旋回角度センサ等により検出しつつ、前述した調整角度センサによりシュートの傾斜角度を検出することで、所期の旋回動作および調整動作となるように個々の駆動モータを制御する。
すなわち、旋回駆動モータによる旋回部分の回転と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転とが同じ回転速度である時（相対回転が０の時）、旋回部分と調整機構とは同期して回転され、シュートを含めて一体に旋回する。この状態では、調整機構における旋回部分に対する相対回転が０であるため、シュートの傾斜角度は変化しない（通常の旋回動作）。
【００１７】
一方、旋回駆動モータによる旋回部分の回転速度と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転速度との同期を解除し、互いに異なる回転速度にすると、調整機構においては旋回部分に対する相対回転に応じてシュートの傾斜角度が変化する。すなわち、旋回駆動モータを停止させて調整駆動モータだけ作動させることで、基本的な旋回動作は停止され、シュートの傾斜角度が調整される。あるいは、旋回駆動モータと調整駆動モータとを異なる速度で回転させることで、シュートおよび旋回部分の旋回を行いつつ、相対回転に応じて傾斜角度が調整される（傾斜角度の調整動作）。
従って、本発明では、旋回駆動モータから旋回部分に至る駆動経路および調整駆動モータから調整機構に至る駆動経路は何れも差動機構（特許文献１の駆動機構、特許文献２の段落００４８〜００４９および図１６参照）を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動機構を簡略化することができ、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
【００１８】
本発明において、旋回動作および調整動作を行うための旋回部分および調整機構としては、前述した特許文献１の構造、つまり、旋回部分にシュートを回動自在に支持し、このシュートの回動軸に扇形歯車を接続し、この扇形歯車を調整駆動モータで駆動する構成を用いてもよい。
ただし、本発明において、旋回部分および調整機構としては、前述した特許文献２と同様なロータおよびホルダを有する構成を採用することが望ましい。
【００１９】
本発明の装入装置において、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、前記調整角度センサは、前記ホルダおよび前記ロータの前記調整軸まわりの相対角度から前記旋回軸に対する前記シュートの傾斜角度を検出するものであり、前記蓄電池および前記充電器は、前記ロータまたは前記ホルダに設置されている構成とすることができる。
【００２０】
このような本発明では、フレームにロータが支持され、ロータにホルダが支持され、ホルダにシュートが固定される。旋回駆動モータによりロータを回転させることで、基本的な旋回動作が行われるとともに、調整駆動モータによりホルダをロータに対して回転させることで、シュートの角度を変更できる。
【００２１】
すなわち、調整軸は旋回軸に対して第１角度で交差し、シュートは調整軸に対して第２角度で交差するため、ホルダとロータとが相対回転すると、旋回軸に対するシュートの角度は、第１角度と第２角度との差（最小値）から第１角度と第２角度との和（最大値）までの間で変化する。その結果、フレームおよびロータに対するシュートの角度が前述した最大値から最小値までの範囲で任意に選択することができる。
【００２２】
ここで、本発明では、ホルダ側傘歯歯車と伝達側傘歯歯車とは、ロータが旋回軸を中心に回転しても常に噛み合っており、旋回軸を中心に伝達側傘歯歯車を回転させることにより、ホルダをロータに対して調整軸を中心に回転させることができる。伝達側傘歯歯車は旋回軸を中心に回転するため、歯車列等の伝達経路を介してフレームに固定された調整駆動モータから駆動力を伝達することができる。
【００２３】
本発明では、旋回駆動モータがロータを単独で回転させ、調整駆動モータが伝達側傘歯歯車を単独で回転させ、つまり旋回駆動モータによるロータの駆動と調整駆動モータによる傘歯歯車の駆動とが各々独立している。
このため、通常時は、ロータと伝達側傘歯歯車とを同期回転させることで、シュートの角度が一定の状態でこれらのロータおよびホルダ、シュートを旋回させることができる。一方、調整時には、ロータと伝達側傘歯歯車が異なる回転数で回転するように、調整駆動モータの回転数を制御することで、ロータに対する伝達側傘歯歯車の位相が変更され、ホルダ側傘歯歯車に駆動力が伝達され、ロータに対してホルダが調整軸を中心に回転し、その結果シュートの角度が変更される。
【００２４】
このように、本発明においては、旋回駆動モータでシュートを旋回させることにより基本的な散布動作を行うとともに、調整駆動モータによりロータと伝達側傘歯歯車の位相を調整することで、旋回軸に対するシュートの角度、つまりフレームおよびロータに対するホルダおよびシュートの角度を調整することができ、旋回による散布の半径を調整することができる。
【００２５】
このような本発明では、基本的な旋回動作を継続しつつ、シュートの角度調整を行うことができるため、制御は非常に簡略化される。さらに、電気的に各駆動モータの差分を検出する方式では、信頼性向上ため、シュート傾斜角度のプリセット用センサをシュートに設けるなどの工夫が必要になるところ、本発明では、このような工夫が不要となる。また、ロータやホルダおよびその支持構造、旋回駆動モータからロータに至る伝達経路については機能的にも単純であり、構造の複雑化を回避することができる。調整駆動モータからホルダに至る伝達経路についても、前述の傘歯歯車を利用した簡単な構成で実現することができ、構造の複雑化を回避することができる。
【００２６】
上述のような本発明の装入装置においては、さらに下記のような構成とし、あるいは下記のような制御方法を採用することで、装入動作を高精度に行わせることができる。
【００２７】
本発明の装入装置において、前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００２８】
本発明の装入装置の制御方法は、前述した本発明の装入装置の制御を行う方法であって、入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００２９】
このような本発明の装入装置および装入装置の制御方法では、入力部から入力される所定の角度と、調整角度センサで検出されたシュートの傾斜角度との偏差を、調整駆動モータの回転速度変更前よりも小さくするような補正速度を演算し、この補正速度と旋回駆動モータの回転速度とを加算した回転速度で、調整駆動モータを回転させるため、精度よくシュートの傾斜角度を一定の角度に制御できる。また、補正速度を旋回駆動モータの回転速度に加算するだけの簡単な演算で、調整駆動モータの回転速度を決定することができ、安価な構成でも対応できる。
【００３０】
本発明の装入装置において、前記補正速度演算手段は、前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
本発明の装入装置の制御方法において、前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
【００３１】
このような本発明の装入装置、および装入装置の制御方法では、偏差の絶対値が閾角度以上の場合には、固定値である最大補正速度を補正速度として演算するので、調整駆動モータの回転速度の最大値を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータの負荷を抑制できる。一方、閾角度未満の場合には、偏差の絶対値の大きさに応じて異なる偏差対応補正速度を補正速度として演算するので、偏差をほぼ０にすることができる。
【００３２】
本発明の装入装置において、前記制御装置は、前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することが望ましい。
【００３３】
このような本発明では、第１スイッチによりオフ状態に設定し、第２スイッチによりオン状態に設定することにより、シュートの傾斜角度を作業者の所望の傾斜角度に短時間で変更することができる。さらに、第１スイッチによりオン状態に設定し、第２スイッチによりオフ状態に設定した場合には、シュートの傾斜角度をほぼ一定の角度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図２】前記図１のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図３】前記図１のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図４】前記第１実施形態の駆動系を示す斜視図。
【図５】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す平面図。
【図６】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す側面図。
【図７】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す平面図。
【図８】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す側面図。
【図９】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す平面図。
【図１０】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す側面図。
【図１１】前記第１実施形態の電源装置および制御装置を示すブロック図。
【図１２】前記第１実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１３】前記第１実施形態の発電機および電力線を示す模式平面図。
【図１４】本発明の第２実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１５】本発明の第３実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１６】本発明の第４実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１７】本発明の第５実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図１８】前記第５実施形態の同期補正速度と増幅角度偏差との関係を示すグラフ。
【図１９】本発明の第６実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図２０】前記第６実施形態の位置決め補正速度と角度偏差との関係を示すグラフ。
【図２１】前記第６実施例の制御装置における制御状態を表すタイムチャート。
【図２２】本発明の第７実施形態を示す斜視図。
【図２３】前記第７実施形態の電源装置および制御装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図１３には本発明の第１実施形態が示されている。
このうち、図１から図４は、本実施形態の装入装置１の基本構造を示し、図１は本実施形態の装入装置１を示す部分破断した斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面（後述する旋回駆動モータ７０を通る断面）を示す縦断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面（後述する調整駆動モータ８０を通る断面）を示す縦断面図、図４は本実施形態の駆動系を示す斜視図である。図５から図１０は、本実施形態の装入装置１の動作を示し、図５、図７、図９は異なるシュート角度での旋回動作を示す平面図であり、図６、図８、図１０はシュート角度の調整動作を示す側面図である。図１１から図１３は、本実施形態の装入装置１における電源装置および制御装置の構成を示す。
【００３６】
（基本構造）
本実施形態の装入装置１は、高炉２の炉頂部に設置されて炉内に鉄鉱石および石炭を主体とする装入物を散布するものである。
高炉２の炉頂部は円錐台状に形成され、その上部開口にはフレーム３が設置されている。フレーム３には旋回部分としてのロータ４が支持され、ロータ４には調整機構としてのホルダ５が支持され、ホルダ５にはシュート６が支持されている。
【００３７】
本実施形態の装入装置１においては、旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３が設定され、前述したフレーム３、ロータ４、ホルダ５およびシュート６はこれらの各軸に従って設置される（図２および図３参照）。
旋回軸Ｄ１は、鉛直方向の軸線であり、高炉２の中心軸線と一致する。
調整軸Ｄ２は、交点Ｏにおいて旋回軸Ｄ１と交差しており、互いの交差角度は第１角度Ａ１とされている。
シュート中心軸Ｄ３は、前述した交点Ｏにおいて調整軸Ｄ２と交差しており、互いの交差角度は第２角度Ａ２とされている。
【００３８】
シュート中心軸Ｄ３は、シュート６から散布される装入物が炉内に散布される方向を規定するものであり、通常はシュート６の円錐台形状の底面方向とされる。
【００３９】
詳細は後述するが、ホルダ５はロータ４に対して調整軸Ｄ２まわりに回転する。このようなロータ４に対するホルダ５の回転に伴い、シュート中心軸Ｄ３は調整軸Ｄ２に対する第２角度Ａ２を保ったまま調整軸Ｄ２まわりに回転する。この回転により、シュート６の先端開口における点Ｐは、軌跡Ｌ２に沿って円形に移動する。
【００４０】
このような回転により、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する方向（つまりフレーム３に対する方向）が変化し、図２および図３におけるシュート中心軸Ｄ３は、図中一点鎖線で示す状態から交点Ｏを中心に図中左側へと振れることになる。
【００４１】
詳細は後述するが、ホルダ５およびロータ４はフレーム３に対して旋回軸Ｄ１まわりに回転する（旋回部分）。このようなロータ４およびホルダ５の回転に伴い、シュート６の先端の点Ｐは軌跡Ｌ１に沿って旋回する。図２および図３の状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に対して最大角度をなしており、軌跡Ｌ１は最大である。
【００４２】
ここで、ホルダ５をロータ４に対して回転させ、シュート中心軸Ｄ３を調整軸Ｄ２まわりに回転させることで、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する角度が小さくなってゆき、軌跡Ｌ１は徐々に小さくなる。これにより旋回散布および散布半径の調整が可能となる（調整機構）。
【００４３】
本実施形態では、旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２とが交差する第１角度Ａ１が例えば２０度とされ、調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３とが交差する第２角度Ａ２が例えば２０度とされ、つまり第１角度Ａ１と同じとされている。このため、ホルダ５の回転によりシュート中心軸Ｄ３が図２および図３の最も左寄りにある状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に一致し、軌跡Ｌ１の半径が０となる。
【００４４】
（旋回部分と調整機構）
装入装置１は、前述した旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３を基準として、固定部分であるフレーム３に対し、旋回部分および調整機構であるロータ４、ホルダ５およびシュート６を旋回させる。
【００４５】
フレーム３は、扁平な円筒状のケース３０と、その上面を覆う上面板３１と、下面を覆う下面板３２とを有する。上面板３１の中央には供給管３３が設置され、この供給管３３から供給される装入物がシュート６へと引き渡され、シュート６から高炉２内へと散布される。下面板３２の中央には開口３４が形成され、この開口３４内にはロータ４が保持される。
【００４６】
ロータ４は、供給管３３の外周を囲う筒状の部分を有する上ケース４１と、上ケース４１の下側に接続されて内部にホルダ５を収容する下ケース４２と、上ケース４１の上側に接続されて、旋回用軸受４３１に支持されているマウント４３とを備えている。
【００４７】
マウント４３は、上ケース４１の上側に接続され、旋回用軸受４３１に支持され、ロータ４をフレーム３に回転自在に支持するものである。
旋回用軸受４３１は供給管３３の周囲のフレーム３の上面板３１の下面側に固定され、これによりロータ４の全体が旋回軸Ｄ１を中心に回転自在に支持されている。
ロータ４の内部には調整用軸受５５が固定され、これにホルダ５が支持されている。これにより、ホルダ５は、ロータ４に対して調整軸Ｄ２を中心に回転自在に支持されている。
【００４８】
図２、図３および図４に示すように、シュート６は、それぞれ円筒状の基端部６０、本体６１、接続部６２を備えている。
基端部６０は、上端がホルダ５に接続され、中心軸がホルダ５と同様に調整軸Ｄ２に一致されている。本体６１は、基端部６０の下端に接続され、中心軸がシュート中心軸Ｄ３に一致されている。接続部６２は、前述した本体６１と開口３４が干渉するために切り欠いた部分で基端部６０と本体６１を接続させている。
【００４９】
シュート６は、基端部６０がホルダ５に接続され、ホルダ５がロータ４内に収容されることにより、基端部６０に供給管３３の先端が導入された状態とされる。この状態では、供給管３３から装入物が供給されると、この装入物はシュート６を通ってその先端から高炉２内へと散布される。この際、高炉２内へ放出された時点の装入物の方向はシュート６の底面の方向Ｄ３´に沿ったものとされ、シュート６の方向を調整することで高炉２内への散布状態を制御することができる。
【００５０】
より詳しくは、高炉２内へ放出される装入物は、シュート６の底面の方向Ｄ３´に沿って先端へ送られる。従って、高炉２内へ放出される装入物の方向は、シュート６の内面に沿った方向となる。ここで、シュート６の中心軸とシュート６の内面とがなす角度を第３角度Ａ３として、第１角度Ａ１と第２角度Ａ２と第３角度Ａ３との和は、シュート６に要求される最大傾斜角度となるように設定されている。なお、本実施形態では、角度Ａ１と角度Ａ２が同一角度とされている。
【００５１】
本実施形態の装入装置１は、前述のようにシュート６から装入物を散布するにあたり、旋回部分であるロータ４とホルダ５ないしシュート６を一体に旋回させることで、装入物を高炉２内に所定半径の円周状に散布するとともに（旋回動作）、調整機構であるロータ４とホルダ５とを相対回転させることでシュート６の傾きを調整し（調整動作）、これにより散布半径を変化させて高炉２内の全域に装入物を散布できるようにしている。
これらの旋回動作および調整動作を行うために、装入装置１は、ロータ４を回転駆動する旋回駆動機構７と、ホルダ５を回転駆動する調整駆動機構８とを備えている。
【００５２】
（旋回駆動機構と調整駆動機構）
旋回用軸受４３１の外周には歯車７１が形成され、この歯車７１には歯車７２が噛み合わせられ、この歯車７２には歯車７３がかみ合わせられ、この歯車７３はフレーム３の上面板３１の上面に設置された旋回駆動モータ７０により回転駆動される。
これらの旋回駆動モータ７０、歯車７１、７２、７３により旋回駆動機構７が構成されている。
【００５３】
調整用軸受５５の外周にはホルダ側傘歯歯車８１が形成され、このホルダ側傘歯歯車８１には伝達側傘歯歯車８２が噛み合わせられている。
伝達側傘歯歯車８２はフレーム３の上面板３１の下面から延びる支持部材８３により、フレーム３に固定されている調整用動力伝達軸受８４に支持され、旋回軸Ｄ１を中心として回転自在である。ホルダ側傘歯歯車８１はホルダ５と一体に調整軸Ｄ２まわりに回転するが、傘歯歯車とすることで、ホルダ側傘歯歯車８１と伝達側傘歯歯車８２は互いに回転力を伝達可能である。
【００５４】
ホルダ側傘歯歯車８１はロータ４内に収容され、伝達側傘歯歯車８２はロータ４の外部に設置されるが、ロータ４の上ケース４１には伝達用開口が形成されているため、相互の噛み合わせが確保されている。
【００５５】
調整用動力伝達軸受８４の外周には歯車８５が形成され、この歯車８５には歯車８６が噛み合わせられ、この歯車８６には歯車８７が噛み合わせられ、この歯車８７はフレーム３の上面板３１の上面に設置された調整駆動モータ８０により回転駆動される。
これらの調整駆動モータ８０、ホルダ側傘歯歯車８１、伝達側傘歯歯車８２、歯車８５、８６及び８７により調整駆動機構８が構成されている。
【００５６】
（旋回角度センサと調整角度センサ）
装入装置１は、散布にあたってシュート６の旋回角度および傾斜角度を把握するために、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９を備えている。
【００５７】
旋回角度センサ７９は、フレーム３のロータ４に対向する部位に設置された変位センサで構成され、フレーム３に対するロータ４の回転を検出し、旋回部分であるロータ４、ホルダ５およびシュート６の旋回軸Ｄ１まわりの旋回角度を検出するものである。
他の構成として、旋回駆動モータ７０に内蔵されたロータリーエンコーダを用い、旋回駆動モータ７０の駆動軸の回転角度から旋回駆動機構７によるロータ４の旋回状態を演算してもよい。
【００５８】
調整角度センサ８９は、ロータ４のホルダ５に対向する部位に設置された変位センサで構成され、ロータ４に対するホルダ５の回転を検出し、調整機構としてのロータ４に対するホルダ５の調整軸Ｄ２まわりの回転角度を検出するものである。
【００５９】
従って、旋回角度センサ７９で検出される回転角度から、シュート６を含む旋回部分の旋回軸Ｄ１を中心とした回転角度を割り出すことができる。
また、調整角度センサ８９で検出される回転角度から、ロータ４に対するホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転角度を割り出すことができ、このホルダ５の回転角度からシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を演算して取得することができる。
【００６０】
（旋回動作と調整動作）
本実施形態の装入装置１は、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を動作させ、旋回駆動機構７および調整駆動機構８を協調動作させることにより、旋回軸Ｄ１まわりの旋回散布を行う。
そして、調整軸Ｄ２まわりにロータ４とホルダ５とを相対回転させることにより、シュート６の傾斜角度の調整により装入物の散布半径を調整し、複数の同心円状に旋回散布を繰り返してゆく。
この際、前述した旋回駆動機構７および調整駆動機構８の協調動作にあたっては、旋回角度センサ７９により旋回状態を検出するとともに、調整角度センサ８９によりシュート６の傾斜角度を検出し、シュート６が散布に必要な傾斜角度となるように制御を行う。
【００６１】
図５および図６において、シュート６を旋回軸Ｄ１に対して最も傾いた状態（角度Ａ１＋Ａ２）では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１から最も離れた状態（半径Ｒｘ）となる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させると、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｘの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
ロータ４およびホルダ５を一体に回転させるためには、調整角度センサ８９で検出される角度が一定となるように調整駆動モータ８０を制御して、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを同期させ、ロータ４およびホルダ５を同じ速度で回転させればよい。
【００６２】
ロータ４に対してホルダ５を相対回転させるためには、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との同期をずらし、例えばホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも遅くする、あるいは一時的に停止させる等とすればよい。逆にホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも速くしてもよい。この際、調整角度センサ８９で検出される角度が所望の角度まで変化するように調整駆動モータ８０を制御する。
シュート６を、旋回軸を中心とした回転の特定の回転角度で停止するときはシュート６が旋回角度センサ７９の特定の角度で停止するように旋回駆動モータ７０を制御する。
【００６３】
図７および図８において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１との傾き角度を小さくすることで、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径Ｒｔ）も小さくなる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させることで、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｔの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
【００６４】
図９および図１０において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って更に移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１とを一致させることで、互いの傾き角度が０となり、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径）も０となる。この状態では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１位置で旋回する。
このようにしてシュート６の先端Ｐの旋回半径を調整することができ、各旋回半径において旋回しつつ装入物を散布することで、高炉２内に均一にあるいは任意の分布で装入物を散布することができる。
【００６５】
（制御装置と電源装置）
前述した通り、装入装置１は、フレーム３に支持されて旋回軸Ｄ１を中心に回転自在なロータ４およびホルダ５と、ホルダ５に支持されたシュート６とを有し、ロータ４に対するホルダ５の回転角度に応じてシュート６の傾斜角度を変化させる構成とされ、ロータ４を旋回軸Ｄ１まわりに回転させる旋回駆動モータ７０と、ホルダ５を調整軸Ｄ２まわりに回転させる調整駆動モータ８０とを有する。
これらの旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を制御するために、装入装置１は制御装置１０（図１１参照）を備えている。
【００６６】
図１１において、装入装置１はフレーム３の外部、例えば装入装置１が設置される高炉から離れた制御室などに設置された地上装置１１と、フレーム３の内部のロータ４上に設置された機上装置９１とを備えている。
地上装置１１は、前述した制御装置１０と、外部からの通信を受信して制御装置１０に伝達する受信装置１２と、これらの受信装置１２および制御装置１０に電力を供給する地上電源装置１３とを備えている。
制御装置１０は、別途登録された所定の動作プログラムに基づいて、前述した旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９からの検出出力を参照しつつ、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を制御することにより、装入装置１に所期の旋回動作および調整動作（後述）を実行させるものである。
【００６７】
図１１および図１〜図３にも示すように、旋回角度センサ７９、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０は、それぞれ固定側であるフレーム３に設置されており、制御装置１０との間の制御信号および電力供給用の配線はフレーム３を経由して適宜設置される（図示省略）。
しかし、調整角度センサ８９は、ロータ４に設置されており、ロータ４がフレーム３に対して回転するため、制御装置１０に直接接続することができない。このため、ロータ４に設置された機上装置９１を介して制御装置１０に、一部非接触の状態で接続される。
【００６８】
図１１において、機上装置９１は、前述した調整角度センサ８９を含むとともに、調整角度センサ８９の検出信号を地上装置１１の受信装置１２に送信する送信装置９２と、これらの送信装置９２および調整角度センサ８９に電力を供給する機上電源装置９３とを備えている。
図１２において、機上電源装置９３は、充電可能な蓄電池９３１を有するとともに、この蓄電池９３１に充電する充電器として、充電制御回路９３２と、この充電制御回路９３２に充電用の電力を供給する発電機９３３および電力線９３４とを備えている。
【００６９】
蓄電池９３１は、市販されている充電式の二次電池を適宜利用することができる。ただし、本実施形態の装入装置１は高炉に用いられてロータ４が高温に曝されるので、高温のもとでも十分な起電力が得られる形式のものを用いることが望ましい。
充電制御回路９３２は、発電機９３３および電力線９３４からの電力を利用して蓄電池９３１に充電を行うものであり、市販されている充電制御回路等であって、交流を適宜整流したうえで、蓄電池９３１の形式に適した充電用の電流に調整できるものが望ましい。
【００７０】
発電機９３３は、ロータ４に設置される誘導コイル９３３Ｂと、フレーム３に設置されて誘導コイル９３３Ｂに対向する磁性体９３３Ｄとを有する。誘導コイル９３３Ｂにはコア９３３Ａが貫通され、コア９３３Ａは永久磁石９３３Ｃにより励磁されており、ロータ４の回転により磁性体９３３Ｄが接近し、コア９３３Ａの端部に生じる磁束を通過することで、誘導コイル９３３Ｂに起電力を発生させることができる。
【００７１】
図１３および図１〜図３に示すように、誘導コイル９３３Ｂは、ロータ４の歯車８５が設けられたフランジ状部分の歯車８５の裏側に径方向外向きに設置される。磁性体９３３Ｄは、強磁性の鉄製ブロック等であり、フレーム３の内部に設置されたデッキ部分の、歯車８５に臨む内周辺縁に沿って間欠的に複数が配列されている。このような構成により、ロータ４の回転に伴って誘導コイル９３３Ｂが複数の磁性体９３３Ｄを順次廻ってそれぞれ近接離隔することで、誘導コイル９３３Ｂに起電力を発生させ、充電制御回路９３２に供給することができる。
【００７２】
図１２に戻って、電力線９３４は、地上装置１１の地上電源装置１３と機上装置９１の充電制御回路９３２とを結ぶ配線であり、フレーム３に対するロータ４の回転を許容するために、途中には非接触式の電磁カップリング９３５を有する。
電磁カップリング９３５は、機上装置９１側にコア９３５Ａに巻かれた誘導コイル９３５Ｂを有し、地上装置１１側にコア９３５Ｃに巻かれた誘導コイル９３５Ｄを有し、誘導コイル９３５Ｄに地上電源装置１３からの交流を通電されることで、誘導コイル９３５Ｂに対応する交流を発生させることができる。
【００７３】
図１３および図１〜図３に示すように、誘導コイル９３５Ｂは、ロータ４の歯車８５が設けられたフランジ状部分の歯車８５の裏側に、前述した発電機９３３の誘導コイル９３３Ｂと並べて径方向外向きに設置される。誘導コイル９３５Ｄは、フレーム３の内部に設置されたデッキ部分の、歯車８５に臨む内周辺縁に沿って設置され、前述した磁性体９３３Ｄの一つと並べて設置されている。このような構成では、ロータ４の回転角度を調節し、誘導コイル９３５Ｂと誘導コイル９３３Ｄとが対向する位置で停止させることで、電磁カップリング９３５が導通状態とされ、地上電源装置１３からの交流を充電制御回路９３２に供給することができる。
【００７４】
（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを協調動作させ、ホルダ５とロータ４とを一体的に同期回転させることで、装入物を旋回散布すること（旋回動作）ができるとともに、ホルダ５とロータ４との相対回転により相対角度を調整することで、旋回軸Ｄ１に対するシュート６の傾きを任意に調整することができ、高炉２内における装入物の散布半径を自由に調整すること（調整動作）ができる。
本実施形態においては、旋回動作において、シュート６の傾きを調整する調整動作を行いたい場合、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御により、ロータ４とホルダ５とを同期回転状態から相対回転状態に切り替えることで簡単に行うことができる。
【００７５】
そして、本実施形態では、ロータ４、ホルダ５、シュート６に対する前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）により、シュート６の傾きを調整するようにしたため、回転方向別の複雑な支持機構などを設ける必要がなく、構成を簡略にすることができる。
さらに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御で旋回および角度調整が自由に行えるため、制御装置１０における制御プログラムの設計により、多様な動作を自由に設定することができる。
【００７６】
本実施形態においては、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる情報を適切に検出することができる。具体的には、旋回角度センサ７９ではシュート６の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度が検出できる。調整角度センサ８９では、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度が検出できる。
これによりシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を読み取ることができ、シュート６の傾斜角度を精度よく制御しながら旋回軸Ｄ１を中心にシュート６を旋回させることができる。
【００７７】
本実施形態では、調整角度センサ８９が旋回部分であるロータ４に設置され、ホルダ５とロータ４との相対回転からシュート６の傾斜角度を直接的に検出することができる。このため、調整角度センサがフレーム３側に設置され、シュート６の傾斜角度を旋回部分の外部から間接的に検出する場合に比べ、検出精度を高めることができるとともに、シュート６からホルダ５、ロータ４、フレーム３に及ぶ複雑な検出機構を必要とせず、装置構造を簡略化することができる。
そして、調整角度センサ８９は、ロータ４に設置されてフレーム３に対して常に移動するが、蓄電池９３１と、充電器である充電制御回路９３２、発電機９３３、電力線９３４とにより、固定側のフレーム３等に対して非接触のまま電力を確実に得ることができる。
【００７８】
そして、充電器として発電機９３３を備えているため、高炉の装入装置１として常時旋回する部分に適用されることで、この旋回動作を利用して定常的に安定した電力が確保できる。
また、充電器として電力線９３４を備えているため、電磁カップリング９３５が機能する所定位置で停止させることで、発電機９３３が発電できない旋回停止状態であっても、地上電源装置１３から電力供給を受けて充電器に充電することができる。
これらの発電機９３３および電力線９３４は、スリップリングのような摺動式の電気的接続を用いないため、高炉の装入装置１のような塵埃の大量に生じる部分にも使用しても確実な動作が得られる。
【００７９】
さらに、本実施形態では、旋回駆動モータ７０からロータ４に至る旋回駆動機構７および調整駆動モータ８０からホルダ５に至る調整駆動機構８の何れにも差動機構を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
また、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９の周辺等においても、遊星歯車等の差動機構を用いる必要はなく、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００８０】
〔第２実施形態〕
図１４には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
前述した第１実施形態では、機上電源装置９３（図１２参照）として、蓄電池９３１を有するとともに、充電器として充電制御回路９３２、発電機９３３および電力線９３４を備えていた。そして、発電機９３３として、ロータ４にコア９３３Ａ、誘導コイル９３３Ｂ、永久磁石９３３Ｃを設置し、フレーム３に磁性体９３３Ｄを配列していた。
これに対し、本実施形態の機上装置９１Ｅ（図１４参照）において、機上電源装置９３Ｅの発電機９３３Ｅでは、ロータ４側の永久磁石９３３Ｃが省略され、フレーム３に配列される磁性体９３３Ｄとして鉄製ブロックではなく永久磁石が採用されている。
このような本実施形態では、ロータ４が回転した際に、ロータ４側のコア９３３Ａ、誘導コイル９３３Ｂが、ロータ４の回転に伴ってフレーム３側の磁性体９３３Ｄに順次近接離隔し、これにより起電力を発生させることができる。
このような本実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８１】
〔第３実施形態〕
図１５には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
前述した第１実施形態では、機上電源装置９３（図１２参照）として、蓄電池９３１を有するとともに、充電器として充電制御回路９３２、発電機９３３および電力線９３４を備えていた。
これに対し、本実施形態の機上装置９１Ｆ（図１５参照）において、機上電源装置９３Ｆは、電力線９３４が省略され、発電機９３３だけで電力供給が行われる構成とされている。発電機９３３は、前述した第１実施形態と同様な構成である。
このような本実施形態では、ロータ４が回転している間に、発電機９３３により電力供給を行うことができる。ロータ４が停止している間は発電機９３３による電力供給は行えず、蓄電池９３１に充電された電力だけで調整角度センサ８９および送信装置９２の動作をまかなうことになるため、蓄電池９３１の容量を大きく確保しておくことが望ましい。
このような本実施形態によっても、電力線９３４による効果を除き、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８２】
〔第４実施形態〕
図１６には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
前述した第１実施形態では、機上電源装置９３（図１２参照）として、蓄電池９３１を有するとともに、充電器として充電制御回路９３２、発電機９３３および電力線９３４を備えていた。
これに対し、本実施形態の機上装置９１Ｇ（図１６参照）において、機上電源装置９３Ｇは、発電機９３３が省略され、電力線９３４だけで電力供給が行われる構成とされている。電力線９３４は、前述した第１実施形態と同様な構成である。
このような本実施形態では、ロータ４が所定位置で停止している間に、電力線９３４を介して地上電源装置１３から電力供給を行うことができる。ロータ４が回転している間は電力線９３４による電力供給は行えず、蓄電池９３１に充電された電力だけで調整角度センサ８９および送信装置９２の動作をまかなうことになるため、蓄電池９３１の容量を大きく確保しておくことが望ましい。
このような本実施形態によっても、発電機９３３による効果を除き、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８３】
〔第５実施形態〕
図１７には、本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
本実施形態の装入装置１は、制御装置として同期モードで動作する制御装置１０Ａを備えたものである。
同期モードとは、シュート傾斜角度（現在のシュート６の旋回軸Ｄ１に対する傾斜角度）が所望の角度（シュート傾斜角度リファレンス）からずれている場合（角度偏差（°）が０でない場合）、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差を生じさせて、角度偏差を小さくする制御を常時行い、角度偏差を０にすることを目標に調整駆動モータ８０を制御することで、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差をなくす（旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させる）フィードバック制御を意味する。
【００８４】
制御装置１０Ａは、入力部１００Ａと、第１モータコントローラ１０１Ａと、傾斜角度検出部１０２Ａと、偏差演算手段１０３Ａと、補正速度演算手段としての速度リミッタ１０６Ａと、加算器１０７Ａと、第２モータコントローラ１０８Ａとを備える。
なお、調整角度センサ８９、傾斜角度検出部１０２Ａ、偏差演算手段１０３Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０は、同期モードでの動作を実現する同期モードループを構成している。
【００８５】
第１モータコントローラ１０１Ａには、入力部１００Ａから、旋回駆動モータ７０の回転速度に応じた大きさの旋回速度指令が入力される。そして、第１モータコントローラ１０１Ａは、旋回速度指令に基づく回転速度（指令旋回速度）Ｇで旋回駆動モータ７０を回転させる。
傾斜角度検出部１０２Ａは、調整角度センサ８９からの電気的な信号に基づいて、旋回軸Ｄ１に対するシュート中心軸Ｄ３の傾斜角度をシュート傾斜角度実績値として検出し、このシュート傾斜角度実績値を偏差演算手段１０３Ａへ出力する。
【００８６】
偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａと、誤差増幅器１０５Ａとを備える。
減算器１０４Ａには、入力部１００Ａから、シュート傾斜角度の目標値であるシュート傾斜角度リファレンス（シュート傾斜角度ＲＥＦ）Ｅｒが入力され、傾斜角度検出部１０２Ａからシュート傾斜角度実績値が入力される。そして、減算器１０４Ａは、シュート傾斜角度リファレンスからシュート傾斜角度実績値を減じた角度偏差、すなわち、シュート傾斜角度の目標値に対する実績値のずれを演算して、誤差増幅器１０５Ａへ出力する。
誤差増幅器１０５Ａは、減算器１０４Ａから入力される角度偏差に対応する電気信号を増幅して、速度リミッタ１０６Ａへ出力する。具体的に、誤差増幅器１０５Ａは、シュート傾斜角度の角度偏差と、増幅のゲインに対応する値とを乗じて得られる増幅角度偏差（°）に対応する電気信号を出力する。
【００８７】
速度リミッタ１０６Ａは、図１８に示す関係に基づいて、最大補正速度または偏差対応補正速度を、同期補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この同期補正速度は、一般的に制御が乱調しない範囲で大きめの速度に設定され、位置制御誤差が小さくなるような回転速度に対応する。
【００８８】
具体的に、速度リミッタ１０６Ａは、増幅角度偏差の絶対値が所定の閾角度以上の場合には、同期補正速度として演算されうる最大の値である最大補正速度を、同期補正速度として出力する。また、増幅角度偏差の絶対値が０よりも大きく、所定の閾角度未満の場合には、増幅角度偏差の大きさに比例する偏差対応補正速度を、同期補正速度として出力する。なお、偏差対応補正速度は、増幅角度偏差が大きくなるにしたがって段階的に大きくなるような速度であってもよい。
なお、増幅角度偏差が正の値の場合には、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスよりも小さいので、調整駆動モータ８０の回転速度を旋回駆動モータ７０の回転速度よりも遅くして、シュート傾斜角度を大きくする必要がある。このため、速度リミッタ１０６Ａは、正の同期補正速度を出力する。一方、増幅角度偏差が負の値の場合には、シュート傾斜角度を小さくする必要があるため、負の同期補正速度を出力する。
【００８９】
加算器１０７Ａには、入力部１００Ａから旋回速度指令が入力されるとともに、速度リミッタ１０６Ａから同期補正速度が入力される。そして、加算器１０７Ａは、旋回速度指令の指令旋回速度と同期補正速度とを加えて得られる回転速度（指令調整速度）Ｇｂを、調整速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。このとき、指令調整速度は、同期補正速度が負の値の場合には、指令旋回速度よりも遅くなり、同期補正速度が正の値の場合には、指令旋回速度よりも速くなる。
第２モータコントローラ１０８Ａは、第２加算器１０７Ａからの調整速度指令に基づいて、指令調整速度で調整駆動モータ８０を回転させる。
【００９０】
以上のような構成により、制御装置１０Ａは、以下のように動作する。
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なる場合、制御装置１０Ａの減算器１０４Ａで演算される角度偏差は、０以外の値となる。このため、同期補正速度として出力される、正または負の最大補正速度、偏差対応補正速度も、０以外の値となる。そして、指令調整速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、旋回駆動モータ７０の回転速度は変化せずに、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、シュート傾斜角度がシュート傾斜角度リファレンスに近づくように、すなわち角度偏差が０に近づくように調整される。
そして、この調整の結果、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくならない場合には、このシュート傾斜角度実績値に基づいて、再度、調整駆動モータ８０を指令旋回速度と異なる指令調整速度で回転させてシュート傾斜角度を調整する。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令調整速度と指令旋回速度とが等しくなる。その結果、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【００９１】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ａは、シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスに基づき演算される増幅角度偏差を従前よりも小さくするような同期補正速度を演算し、この同期補正速度と指令旋回速度とを加算した指令調整速度で調整駆動モータ８０を回転させる。このため、シュート６を精度よく所望のシュート傾斜角度に制御できる。
特に、同期補正速度を指令旋回速度に加算するだけの簡単な演算で指令調整速度を設定できるので、制御装置１０Ａを安価に構成できる。
また、制御装置１０Ａは、図１８に示す関係に基づいて、増幅角度偏差の絶対値が所定の閾角度以上の場合には、最大補正速度を同期補正速度として出力するので、指令旋回速度を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータ８０の負荷を抑制できる。また、所定の閾角度未満の場合には、偏差対応補正速度を同期補正速度として出力するので、回転速度の変更で角度偏差をほぼ０にすることができる。
そして、偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａで得られた角度偏差を、誤差増幅器１０５Ａで増幅して速度リミッタ１０６Ａに出力する。このため、角度偏差の検出感度を高めることができ、精度よく所望のシュート傾斜角度に制御できる。
【００９２】
〔第６実施形態〕
図１９には、本発明の第６実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第５実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
制御装置１０Ｂは、第５実施形態と同様の同期モードで動作するとともに、位置決めモードと、手動モードとで動作する。
【００９３】
位置決めモードとは、同期モードと同様に、角度偏差が０でない場合、調整駆動モータ８０の回転速度を変化させて、角度偏差を小さくする制御を行い、角度偏差が０になった後には旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させるフィードバック制御を意味する。
また、位置決めモードは、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできるという特徴を有している。具体的に、同期モードでは、角度偏差が小さくなってくると、同期補正速度として演算される偏差対応補正速度も小さくなるため、角度偏差が０になるまでの時間が長くなる。そこで、位置決めモードでは、角度偏差が小さい場合でもある程度の大きさの補正速度を調整駆動モータ８０に与えることで、角度偏差が０になるまでの時間を短くしている。
手動モードとは、同期モードや位置決めモードのようなフィードバック制御ではなく、作業者の設定入力に基づく所望のシュート傾斜角度となるように、調整駆動モータ８０の回転速度を１回だけ変化させる制御を意味する。
【００９４】
これらの各モードを切り替えるために、制御装置１０Ｂは、第５実施形態の制御装置１０Ａに設けられた各構成１０１Ａ〜１０８Ａと、第１スイッチとしての同期モードスイッチ１１０Ｂと、多段速位置決め器１１１Ｂと、第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ１１２Ｂと、手動高速スイッチ１１３Ｂと、手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂと、手動逆転スイッチ１１６Ｂと、乗算器１１７Ｂとを備える。
同期モードスイッチ１１０Ｂは、速度リミッタ１０６Ａと加算器１０７Ａとの間に設けられている。この同期モードスイッチ１１０Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１２Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、調整角度センサ８９、傾斜角度検出部１０２Ａ、減算器１０４Ａ、誤差増幅器１０５Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される同期モードループが有効となり、同期モードでの制御可能となる。
【００９５】
多段速位置決め器１１１Ｂは、減算器１０４Ａおよび誤差増幅器１０５Ａの接続点と、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点との間に設けられている。この多段速位置決め器１１１Ｂは、図２０に示す関係に基づいて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のうちのいずれか１つを演算して、位置決め補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この位置決め補正速度としては、角度偏差が位置決め完了角度以上の場合には、角度偏差の大きさに応じて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のいずれかが選択され、位置決め完了角度未満の場合には、０が選択されて位置決め動作が完了する。
【００９６】
具体的に、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差の絶対値が高速閾角度以上の場合には、位置決め補正速度として演算されうる最大の値である高速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
また、角度偏差の絶対値が、高速閾角度未満かつ中速閾角度以上の場合には中速補正速度を、中速閾角度未満かつ位置決め完了角度以上の場合には低速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
なお、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差が正の値の場合には、シュート傾斜角度を大きくする必要があるため、正の位置決め補正速度を出力する。一方、角度偏差が負の値の場合には、シュート傾斜角度を小さくする必要があるため、負の位置決め補正速度を出力する。
【００９７】
位置決めモードスイッチ１１２Ｂは、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点と、多段速位置決め器１１１Ｂとの間に設けられている。この位置決めモードスイッチ１１２Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１０Ｂ，１１３Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、調整角度センサ８９、傾斜角度検出部１０２Ａ、減算器１０４Ａ、多段速位置決め器１１１Ｂ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される制御ループ（位置決めモードループ）が有効となり、位置決めモードでの制御可能となる。
手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂは、同期モードスイッチ１１０Ｂおよび位置決めモードスイッチ１１２Ｂの接続点と、手動高速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動高速スイッチ１１３Ｂは、手動正転スイッチ１１４Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。
【００９８】
手動低速スイッチ１１５Ｂ、手動逆転スイッチ１１６Ｂ、および、乗算器１１７Ｂは、位置決めモードスイッチ１１２Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂの接続点と、手動低速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動低速スイッチ１１５Ｂは、手動逆転スイッチ１１６Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。また、手動逆転スイッチ１１６Ｂは、乗算器１１７Ｂよりも手動低速スイッチ１１５Ｂ側に設けられている。さらに、手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂおよび手動逆転スイッチ１１６Ｂとは、電気的に接続されている。
なお、手動高速設定速度は、手動低速設定速度よりも速く設定される。また、手動高速設定速度および手動低速設定速度は、いずれも正の値として設定される。
【００９９】
乗算器１１７Ｂは、正の値として入力される手動高速設定速度や手動低速設定速度に「−１」を乗じることで、負の手動高速設定速度や手動低速設定速度を求め、この求めた速度を加算器１０７Ａに出力する。
そして、同期モードスイッチ１１０Ｂと位置決めモードスイッチ１１２Ｂとがオフの場合における、各スイッチ１１３Ｂ〜１１６Ｂのオンオフ状態と手動モードとの関係は、表１に示すようになる。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
ここで、高速正転モードおよび低速正転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を速くすることで、シュート傾斜角度を小さくするモードである。高速逆転モードおよび低速逆転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を遅くすることで、シュート傾斜角度を大きくするモードである。
高速正転モードおよび高速逆転モードは、短時間でシュート傾斜角度を変化させたい場合に利用される。また、低速正転モードおよび低速逆転モードは、調整駆動モータ８０の負荷を低減するために、多少の時間をかけてシュート傾斜角度を変化させたい場合に利用される。
【０１０２】
以上のような構成により、制御装置１０Ｂは、以下のように動作する。
なお、同期モードでの動作は、第５実施形態と同じなので説明を省略する。
（位置決めモードでの動作）
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なり、かつ、制御装置１０Ｂの減算器１０４Ａで演算される角度偏差が位置決め完了角度以上の場合、位置決め補正速度として、角度偏差量に応じて、正または負の高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度が選択される。そして、指令調整速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、角度偏差が０に近づくようにシュート６の傾きが調整される。
また、角度偏差が位置決め完了角度未満となった場合には、位置決めモードスイッチ１１２Ｂをオフにするとともに、同期モードスイッチ１１０Ｂをオンにして、同期モードでの制御を行う。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令調整速度と指令旋回速度とが等しくなり、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【０１０３】
（手動モードでの動作）
この場合、制御装置１０Ｂの加算器１０７Ａには、正または負の手動高速設定速度あるいは手動低速設定速度が入力される。加算器１０７Ａは、この入力された設定速度と、旋回速度指令の指令旋回速度とを加えて得られる指令調整速度を、調整速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。そして、第２モータコントローラ１０８Ａの制御により、調整駆動モータ８０の回転速度が所定時間だけ変化して、シュート傾斜角度が変化する。
この変化後のシュート傾斜角度は、シュート傾斜角度実績値として傾斜角度検出部１０２Ａで検出され、新しいシュート傾斜角度リファレンスとして設定される。
【０１０４】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ｂは、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度を位置決め補正速度として演算する位置決めモードで動作するので、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできる。
また、制御装置１０Ｂは、手動モードでも動作するので、シュート傾斜角度を大きく変化させたい場合には、迅速に対応できる。
【０１０５】
本実施形態の制御装置における制御状態の具体例について説明する。
図２１は、第６実施形態の制御装置における制御状態を表すタイムチャートであり、（Ａ）は旋回駆動モータ７０の旋回速度、（Ｂ）はシュート６の旋回角度、（Ｃ）は調整駆動モータ８０の調整速度、（Ｄ）はシュート６の傾斜角度を示す。なお、図２３（Ｂ）において、旋回角度が０°のときと３６０°のときには、シュート６は同じ場所に位置している。
本具体例では各種パラメータを以下の通り設定した。
・高速補正速度 ：１５０ｒｐｍ
・中速補正速度 ： ７０ｒｐｍ
・低速補正速度 ： ４０ｒｐｍ
・初期の傾斜角度： ４０°
そして、以下の表２に示す状態でシュート傾斜角度の制御を行った。なお、表２中の経過時間は、おおよその時間を表している。
【０１０６】
【表２】
【０１０７】
その結果、図２１に示すように、制御装置１０Ｂにおける同期モードおよび位置決めモードの切り替えにより、シュート傾斜角度を精度よく所望の角度に変更できることが確認できた。
【０１０８】
〔第７実施形態〕
図２２および図２３には、本発明の第７実施形態が示されている。
前述した第１実施形態ないし第６実施形態は、それぞれ旋回部分としてロータ４、ホルダ５およびシュート６を設け、シュート６の傾斜角度を調整するための調整機構として、ロータ４とホルダ５とを傾斜面に対して相対回転させることでシュート６の傾斜角度を調整する方式であったが、本発明は前述した特許文献１に記載された調整機構、すなわちシュート６を水平な回動軸で支持し、歯車で伝達される回転により傾斜角度を調整するものである。
【０１０９】
図２２および図２３において、フレーム３および供給管３３は前述した第１実施形態と同様であり、供給管３３は図示省略した構成を介して歯車７１と一体に旋回可能である。
供給管３３の下端には円盤状のプレート３３Ａが固定されるとともに、その上面側には供給管３３を直径方向に貫通する回動軸６Ａが配置され、シュート６は基端部をこの回動軸６Ａに固定されて傾斜角度が調整可能である。
回動軸６Ａの端部には扇形の部分歯車６Ｂが固定され、この部分歯車６Ｂには歯車６Ｃが噛み合わせられ、この歯車６Ｃにはウォーム歯車６Ｅが噛み合わせられている。ウォーム歯車６Ｅは供給管３３に回転自在に支持されるとともに、ウォーム歯車６Ｅには歯車６Ｆが固定され、この歯車６Ｆは歯車８５に噛み合わせられている。
【０１１０】
歯車７１には、前記第１実施形態と同様な旋回駆動機構７が接続されており、旋回駆動モータ７０の駆動力により歯車７１および供給管３３が旋回駆動され、これによりシュート６が旋回する。
歯車８５には、前記第１実施形態と同様な調整駆動機構８が接続されており、調整駆動モータ８０の駆動力により歯車８５が回転駆動され、歯車７１との相対回転がウォーム歯車６Ｅに取り出され、回動軸６Ａの回動として伝達され、シュート６の傾斜が変更される。
旋回駆動機構７の回転を検出するために、歯車７１の外周に沿って旋回角度センサ７９が設置されている。この旋回角度センサ７９はフレーム３に支持されている。
調整駆動機構８の回転を検出するために、回動軸６Ａの端部には調整角度センサ８９が設置されている。
【０１１１】
プレート３３Ａの上面には機上装置９１が設置され、その内部には機上電源装置９３が設置されている。プレート３３Ａの下面には機上電源装置９３の誘導コイル９３３Ｂ，９３５Ｂが設置され、対向するフレーム３の部分には磁性体９３３Ｄおよび誘導コイル９３５Ｄが配列されている。
これらの機上装置９１、機上電源装置９３、誘導コイル９３３Ｂ，９３５Ｂ、９３５Ｄおよび磁性体９３３Ｄは、それぞれ前記第１実施形態と同様なものである。
【０１１２】
このような本実施形態においても、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の同期回転動作によりシュート６の旋回が行われるとともに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との相対回転によりシュート６の傾斜角度の調整が行われ、この点で前述した第１実施形態と共通である。
また、本実施形態においても、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。特に、本実施形態では、旋回部分に設置された調整角度センサ８９により、シュート６の傾斜角度を直接検出することができる。
さらに、前記第１実施形態と同様に、機上装置９１および地上装置１１により、調整角度センサ８９を旋回部分であるプレート３３Ａに設置しつつ、調整角度センサ８９からの信号を地上の制御装置１０に接続し、あるいは調整角度センサ８９の電源を供給することができる。
【０１１３】
〔変形例〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部構成などは実施にあたって適宜変形することができる。
前述した各実施形態では、図１あるいは図４に示すように、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を隣接して設置したが、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を離して設置してもよい。
また、ホルダ側傘歯歯車８１を外歯歯車とし、伝達側傘歯歯車８２を内歯歯車としたが、これらの他の歯車であってもよい。
例えば、ホルダ側傘歯歯車８１を内歯歯車、伝達側傘歯歯車８２を外歯歯車としてもよく、このような構成でも、前述した図１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１１４】
また、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａを設けずに、減算器１０４Ａで演算された角度偏差を、直接、速度リミッタ１０６Ａに入力し、速度リミッタ１０６Ａにおいて、角度偏差に基づいて、同期補正速度を演算してもよい。
さらに、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａとして、ゲインを変更できるような増幅器を設けてもよい。
【０１１５】
その他、前述した各実施形態の細部構成などは適宜変更してよく、前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）が得られる構成であれば本発明に適宜利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置として利用できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１…装入装置
２…高炉
３…フレーム
４…旋回部分および調整機構であるロータ
５…旋回部分および調整機構であるホルダ
６…旋回部分であるシュート
７…旋回駆動機構
８…調整駆動機構
１０，１０Ａ，１０Ｂ…制御装置
１１…地上装置
１２…受信装置
１３…地上電源装置
７０…旋回駆動モータ
７９…旋回角度センサ
８０…調整駆動モータ
８９…調整角度センサ
９１，９１Ｅ，９１Ｆ，９１Ｇ…機上装置
９２…送信装置
９３，９３Ｅ，９３Ｆ，９３Ｇ…機上電源装置
９３１…蓄電池
９３２…充電器である充電制御回路
９３３…発電機
９３３Ｂ…誘導コイル
９３３Ｄ…磁性体
９３４…電力線
９３５…電磁カップリング
９３５Ｂ，９３５Ｄ…誘導コイル
１００Ａ…入力部
１０１Ａ…第１モータコントローラ
１０２Ａ…傾斜角度検出部
１０３Ａ…偏差演算手段
１０６Ａ…補正速度演算手段としての速度リミッタ
１０７Ａ…加算器
１０８Ａ…第２モータコントローラ
１１０Ｂ…第１スイッチとしての同期モードスイッチ
１１２Ｂ…第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ
Ａ１…第１角度
Ａ２…第２角度
Ａ３…第３角度
Ｄ１…旋回軸
Ｄ２…調整軸
Ｄ３…シュート中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製銑用の高炉においては、炉内に装入物を装入する設備として装入装置が用いられている。同様な装入装置は、他の反応炉や反応塔、触媒容器など、容器内部に内容物を充填する際にも用いられている。
このような装入装置においては、容器内における装入物の平面分布を均一にする等、装入物を所望の状態とすることが要求される。このために、装入装置においては、装入物の散布方向や散布状態を自由に制御することが求められ、様々な散布機構が開発されている。
【０００３】
特許文献１の装置は、装入物を送り出す円筒状または樋状のシュートを旋回部分に傾斜して設置し、この旋回部分をシュートとともに鉛直な旋回軸まわりに旋回させることで、シュートの先端から放出される装入物をドーナツ状に散布する。さらに、旋回軸に対するシュートの傾斜角度を調整することで、シュートから放出される装入物の到達領域を変更し、これにより散布状態の制御を実現している。
【０００４】
特許文献１の装置では、シュートは傾斜角度の調整機構を介して旋回部分に支持されている。旋回部分を旋回駆動するために旋回駆動モータが用いられ、旋回駆動モータの出力は調整機構にも伝達されている。調整機構と旋回駆動モータとの間には差動機構（遊星歯車）が介在され、差動機構の３つめの軸には調整駆動モータが接続されている。このような構成において、中間歯車の減速比を正しく選択すれば、旋回駆動モータにより調整機構と旋回部分とが一体に回転するようにできる。また、調整駆動モータを作動させることで、差動機構から旋回動作に対する相対回転（相対角度、位相差の変化）が調整機構に伝達され、調整機構においては伝達された相対回転に応じてシュートの傾斜角度の調整動作が行われる。
【０００５】
前述した特許文献１では、シュートの傾斜角度の調整機構と旋回部分を旋回駆動モータの駆動により一体的に旋回させ、調整駆動モータの駆動により調整機構を駆動させるために、差動機構を介在させている。このような差動機構があると、装置としての構造が複雑化し、設備コストも上昇する。さらに、複雑な機構の旋回を維持するために保守点検が煩雑になる。
【０００６】
これに対し、本願の出願人により、シュートの旋回軸まわりに回転するロータと、旋回機構に支持されて旋回軸に対して傾斜した調整軸まわりに回転するホルダとを設置し、このホルダにシュートを支持した構成が提案されている（特許文献２参照）。
特許文献２では、通常はこれらのロータおよびホルダを同期回転させることでシュートを一定の傾斜角度で旋回させるとともに、ロータに対してホルダを相対回転させることにより、シュートの傾斜角度を調整することができる。
【０００７】
このような構成の駆動には、特許文献１と同様に、差動機構と旋回駆動モータおよび調整駆動モータとを用い、通常は旋回駆動モータだけでロータとホルダとを同期回転させ、シュート角度の調整時には調整駆動モータと差動機構とによりロータとホルダとを相対回転させる（特許文献２の段落００４８〜００４９および図１６参照）。
また、ロータおよびホルダに対して個別の駆動モータを用い、各々の回転を個別に制御することで、差動機構を用いずに旋回動作および傾斜角度調整を行うことができる。つまり、ロータおよびホルダを同期回転させることで、シュートを現状角度のまま旋回動作させることができ、あるいはロータとホルダとを相対回転させることでシュートの傾斜角度調整を行うことができる（特許文献２の段落００３８および図１、段落００４７および図１５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭４９−４１２０５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０４３４５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述したロータおよびホルダを有する構成において、例示した二つの駆動方式には次のような問題がある。
前述した駆動系統に差動機構を用いる方式では、駆動力の伝達に耐えられる大型の差動機構が必要になり、装入装置としての軽量化、小型化に適さないという問題がある。
前述した個別の駆動モータを用いる方式では、個々の駆動モータの回転速度および位相により旋回軸に対するシュートの傾斜角度を制御する。この際、旋回軸に対するシュートの傾斜角度は、各駆動モータの回転角度から演算が可能であるが、停電後の復旧など初期位置を設定する必要があり、ロータに設置した角度センサによりホルダおよびシュートの角度を実測することが求められる。
しかし、ロータは固定側のフレーム等に対して旋回するものであるため、角度センサの検出信号の配線あるいは検出回路用の電源配線などの処理が難しいという問題があった。
【００１０】
本発明の主な目的は、駆動系統および検出機構の構造を簡略化しつつシュート角度調整を含む動作制御を適切に行える装入装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の装入装置は、フレームに支持されて旋回軸を中心に回転自在な旋回部分と、前記旋回部分に支持されたシュートと、前記旋回部分に対する回転角度に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記旋回部分を回転させる旋回駆動モータと、前記調整機構を回転させる調整駆動モータとを有するとともに、前記旋回部分に、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度センサと、前記調整角度センサに電力を供給する蓄電池と、前記蓄電池に充電する充電器とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記充電器は、前記旋回部分の外周に設置された誘導コイルと、前記フレームに設置されて前記誘導コイルに対向する磁性体とを有し、前記旋回部分の回転により前記誘導コイルに発生する起電力で前記蓄電池を充電する発電機を備えるものが利用できる。
本発明において、前記充電器は、一方が前記旋回部分の外周に設置されかつ他方が前記フレームに設置された電磁カップリングを有し、前記電磁カップリングを介して外部から供給される電力で前記蓄電池を充電する電力線を備えるものでもよい。
さらに、本発明では、これらの発電機および電力線を両方備えたものとしてもよい。
【００１３】
このような本発明においては、調整角度センサが旋回部分に設置され、シュートの傾斜角度を直接的に検出することができる。このため、調整角度センサがフレーム側に設置され、シュートの傾斜角度を旋回部分の外部から間接的に検出する場合に比べ、検出精度を高めることができるとともに、検出機構の構造を簡略化することができる。
そして、調整角度センサは、旋回部分に設置されてフレームに対して常に移動するが、本発明に基づく蓄電池および充電器により、固定側のフレーム等に対して非接触のまま電力を確実に得ることができる。
【００１４】
本発明において、充電器として発電機を採用するならば、高炉の装入装置など常時旋回する部分に適用された際には定常的に安定した電力が確保できる。
また、充電器として電力線を採用するならば、所定位置で停止した状態で電力供給を受けて充電器に充電することができる。このような電力線では、旋回状態では電力供給が受けられないが、機器構成を簡略化することができる。
これらの発電機および電力線は、スリップリングのような摺動式の電気的接続を用いないため、高炉の装入装置のような塵埃の大量に生じる部分にも使用しても確実な動作が得られる。
【００１５】
本発明において、調整角度センサとしては、旋回部分に対するシュートの傾斜角度を直接検出するもの、調整機構における回転動作等を検出してシュートの傾斜角度を演算するもの等が利用できる。このような調整角度センサにより、シュートの傾斜角度を検出し、調整機構に所望の調整動作を行わせるべく旋回駆動モータと協調するように、調整駆動モータを制御することができる。
本発明において、旋回部分の旋回軸まわりの角度位置を検出するために、旋回角度センサを設置することが望ましい。旋回角度センサとしては、フレームに対する旋回部分の回転を直接検出するもの、旋回駆動モータの回転を検出するもの、あるいは制御装置から旋回駆動モータの動作情報を取得して旋回角度を演算するもの等が利用できる。このような旋回角度センサにより、シュートおよび旋回部分の旋回状態を検出し、旋回部分に所望の旋回動作を行わせるべく、旋回駆動モータを制御することができる。
【００１６】
本発明の装入装置では、旋回部分および調整機構に対して個別に駆動モータが設置されており、旋回部分を旋回駆動モータにより駆動し、調整機構を調整駆動モータにより駆動することで、所期の旋回動作および調整動作を実行することができる。
この際、旋回部分の旋回角度を旋回角度センサ等により検出しつつ、前述した調整角度センサによりシュートの傾斜角度を検出することで、所期の旋回動作および調整動作となるように個々の駆動モータを制御する。
すなわち、旋回駆動モータによる旋回部分の回転と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転とが同じ回転速度である時（相対回転が０の時）、旋回部分と調整機構とは同期して回転され、シュートを含めて一体に旋回する。この状態では、調整機構における旋回部分に対する相対回転が０であるため、シュートの傾斜角度は変化しない（通常の旋回動作）。
【００１７】
一方、旋回駆動モータによる旋回部分の回転速度と調整駆動モータによる調整機構の旋回軸を中心とした回転速度との同期を解除し、互いに異なる回転速度にすると、調整機構においては旋回部分に対する相対回転に応じてシュートの傾斜角度が変化する。すなわち、旋回駆動モータを停止させて調整駆動モータだけ作動させることで、基本的な旋回動作は停止され、シュートの傾斜角度が調整される。あるいは、旋回駆動モータと調整駆動モータとを異なる速度で回転させることで、シュートおよび旋回部分の旋回を行いつつ、相対回転に応じて傾斜角度が調整される（傾斜角度の調整動作）。
従って、本発明では、旋回駆動モータから旋回部分に至る駆動経路および調整駆動モータから調整機構に至る駆動経路は何れも差動機構（特許文献１の駆動機構、特許文献２の段落００４８〜００４９および図１６参照）を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動機構を簡略化することができ、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
【００１８】
本発明において、旋回動作および調整動作を行うための旋回部分および調整機構としては、前述した特許文献１の構造、つまり、旋回部分にシュートを回動自在に支持し、このシュートの回動軸に扇形歯車を接続し、この扇形歯車を調整駆動モータで駆動する構成を用いてもよい。
ただし、本発明において、旋回部分および調整機構としては、前述した特許文献２と同様なロータおよびホルダを有する構成を採用することが望ましい。
【００１９】
本発明の装入装置において、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、前記調整角度センサは、前記ホルダおよび前記ロータの前記調整軸まわりの相対角度から前記旋回軸に対する前記シュートの傾斜角度を検出するものであり、前記蓄電池および前記充電器は、前記ロータまたは前記ホルダに設置されている構成とすることができる。
【００２０】
このような本発明では、フレームにロータが支持され、ロータにホルダが支持され、ホルダにシュートが固定される。旋回駆動モータによりロータを回転させることで、基本的な旋回動作が行われるとともに、調整駆動モータによりホルダをロータに対して回転させることで、シュートの角度を変更できる。
【００２１】
すなわち、調整軸は旋回軸に対して第１角度で交差し、シュートは調整軸に対して第２角度で交差するため、ホルダとロータとが相対回転すると、旋回軸に対するシュートの角度は、第１角度と第２角度との差（最小値）から第１角度と第２角度との和（最大値）までの間で変化する。その結果、フレームおよびロータに対するシュートの角度が前述した最大値から最小値までの範囲で任意に選択することができる。
【００２２】
ここで、本発明では、ホルダ側傘歯歯車と伝達側傘歯歯車とは、ロータが旋回軸を中心に回転しても常に噛み合っており、旋回軸を中心に伝達側傘歯歯車を回転させることにより、ホルダをロータに対して調整軸を中心に回転させることができる。伝達側傘歯歯車は旋回軸を中心に回転するため、歯車列等の伝達経路を介してフレームに固定された調整駆動モータから駆動力を伝達することができる。
【００２３】
本発明では、旋回駆動モータがロータを単独で回転させ、調整駆動モータが伝達側傘歯歯車を単独で回転させ、つまり旋回駆動モータによるロータの駆動と調整駆動モータによる傘歯歯車の駆動とが各々独立している。
このため、通常時は、ロータと伝達側傘歯歯車とを同期回転させることで、シュートの角度が一定の状態でこれらのロータおよびホルダ、シュートを旋回させることができる。一方、調整時には、ロータと伝達側傘歯歯車が異なる回転数で回転するように、調整駆動モータの回転数を制御することで、ロータに対する伝達側傘歯歯車の位相が変更され、ホルダ側傘歯歯車に駆動力が伝達され、ロータに対してホルダが調整軸を中心に回転し、その結果シュートの角度が変更される。
【００２４】
このように、本発明においては、旋回駆動モータでシュートを旋回させることにより基本的な散布動作を行うとともに、調整駆動モータによりロータと伝達側傘歯歯車の位相を調整することで、旋回軸に対するシュートの角度、つまりフレームおよびロータに対するホルダおよびシュートの角度を調整することができ、旋回による散布の半径を調整することができる。
【００２５】
このような本発明では、基本的な旋回動作を継続しつつ、シュートの角度調整を行うことができるため、制御は非常に簡略化される。さらに、電気的に各駆動モータの差分を検出する方式では、信頼性向上ため、シュート傾斜角度のプリセット用センサをシュートに設けるなどの工夫が必要になるところ、本発明では、このような工夫が不要となる。また、ロータやホルダおよびその支持構造、旋回駆動モータからロータに至る伝達経路については機能的にも単純であり、構造の複雑化を回避することができる。調整駆動モータからホルダに至る伝達経路についても、前述の傘歯歯車を利用した簡単な構成で実現することができ、構造の複雑化を回避することができる。
【００２６】
上述のような本発明の装入装置においては、さらに下記のような構成とし、あるいは下記のような制御方法を採用することで、装入動作を高精度に行わせることができる。
【００２７】
本発明の装入装置において、前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００２８】
本発明の装入装置の制御方法は、前述した本発明の装入装置の制御を行う方法であって、入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することが望ましい。
【００２９】
このような本発明の装入装置および装入装置の制御方法では、入力部から入力される所定の角度と、調整角度センサで検出されたシュートの傾斜角度との偏差を、調整駆動モータの回転速度変更前よりも小さくするような補正速度を演算し、この補正速度と旋回駆動モータの回転速度とを加算した回転速度で、調整駆動モータを回転させるため、精度よくシュートの傾斜角度を一定の角度に制御できる。また、補正速度を旋回駆動モータの回転速度に加算するだけの簡単な演算で、調整駆動モータの回転速度を決定することができ、安価な構成でも対応できる。
【００３０】
本発明の装入装置において、前記補正速度演算手段は、前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
本発明の装入装置の制御方法において、前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することが望ましい。
【００３１】
このような本発明の装入装置、および装入装置の制御方法では、偏差の絶対値が閾角度以上の場合には、固定値である最大補正速度を補正速度として演算するので、調整駆動モータの回転速度の最大値を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータの負荷を抑制できる。一方、閾角度未満の場合には、偏差の絶対値の大きさに応じて異なる偏差対応補正速度を補正速度として演算するので、偏差をほぼ０にすることができる。
【００３２】
本発明の装入装置において、前記制御装置は、前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することが望ましい。
【００３３】
このような本発明では、第１スイッチによりオフ状態に設定し、第２スイッチによりオン状態に設定することにより、シュートの傾斜角度を作業者の所望の傾斜角度に短時間で変更することができる。さらに、第１スイッチによりオン状態に設定し、第２スイッチによりオフ状態に設定した場合には、シュートの傾斜角度をほぼ一定の角度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態を示す部分破断した斜視図。
【図２】前記図１のＡ−Ａ断面を示す縦断面図。
【図３】前記図１のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図。
【図４】前記第１実施形態の駆動系を示す斜視図。
【図５】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す平面図。
【図６】前記第１実施形態の最大散布角での旋回動作を示す側面図。
【図７】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す平面図。
【図８】前記第１実施形態の中間的な散布角での旋回動作を示す側面図。
【図９】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す平面図。
【図１０】前記第１実施形態の最小散布角での旋回動作を示す側面図。
【図１１】前記第１実施形態の電源装置および制御装置を示すブロック図。
【図１２】前記第１実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１３】前記第１実施形態の発電機および電力線を示す模式平面図。
【図１４】本発明の第２実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１５】本発明の第３実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１６】本発明の第４実施形態の電源装置を示すブロック図。
【図１７】本発明の第５実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図１８】前記第５実施形態の同期補正速度と増幅角度偏差との関係を示すグラフ。
【図１９】本発明の第６実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図２０】前記第６実施形態の位置決め補正速度と角度偏差との関係を示すグラフ。
【図２１】前記第６実施例の制御装置における制御状態を表すタイムチャート。
【図２２】本発明の第７実施形態を示す斜視図。
【図２３】前記第７実施形態の電源装置および制御装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図１３には本発明の第１実施形態が示されている。
このうち、図１から図４は、本実施形態の装入装置１の基本構造を示し、図１は本実施形態の装入装置１を示す部分破断した斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面（後述する旋回駆動モータ７０を通る断面）を示す縦断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面（後述する調整駆動モータ８０を通る断面）を示す縦断面図、図４は本実施形態の駆動系を示す斜視図である。図５から図１０は、本実施形態の装入装置１の動作を示し、図５、図７、図９は異なるシュート角度での旋回動作を示す平面図であり、図６、図８、図１０はシュート角度の調整動作を示す側面図である。図１１から図１３は、本実施形態の装入装置１における電源装置および制御装置の構成を示す。
【００３６】
（基本構造）
本実施形態の装入装置１は、高炉２の炉頂部に設置されて炉内に鉄鉱石および石炭を主体とする装入物を散布するものである。
高炉２の炉頂部は円錐台状に形成され、その上部開口にはフレーム３が設置されている。フレーム３には旋回部分としてのロータ４が支持され、ロータ４には調整機構としてのホルダ５が支持され、ホルダ５にはシュート６が支持されている。
【００３７】
本実施形態の装入装置１においては、旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３が設定され、前述したフレーム３、ロータ４、ホルダ５およびシュート６はこれらの各軸に従って設置される（図２および図３参照）。
旋回軸Ｄ１は、鉛直方向の軸線であり、高炉２の中心軸線と一致する。
調整軸Ｄ２は、交点Ｏにおいて旋回軸Ｄ１と交差しており、互いの交差角度は第１角度Ａ１とされている。
シュート中心軸Ｄ３は、前述した交点Ｏにおいて調整軸Ｄ２と交差しており、互いの交差角度は第２角度Ａ２とされている。
【００３８】
シュート中心軸Ｄ３は、シュート６から散布される装入物が炉内に散布される方向を規定するものであり、通常はシュート６の円錐台形状の底面方向とされる。
【００３９】
詳細は後述するが、ホルダ５はロータ４に対して調整軸Ｄ２まわりに回転する。このようなロータ４に対するホルダ５の回転に伴い、シュート中心軸Ｄ３は調整軸Ｄ２に対する第２角度Ａ２を保ったまま調整軸Ｄ２まわりに回転する。この回転により、シュート６の先端開口における点Ｐは、軌跡Ｌ２に沿って円形に移動する。
【００４０】
このような回転により、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する方向（つまりフレーム３に対する方向）が変化し、図２および図３におけるシュート中心軸Ｄ３は、図中一点鎖線で示す状態から交点Ｏを中心に図中左側へと振れることになる。
【００４１】
詳細は後述するが、ホルダ５およびロータ４はフレーム３に対して旋回軸Ｄ１まわりに回転する（旋回部分）。このようなロータ４およびホルダ５の回転に伴い、シュート６の先端の点Ｐは軌跡Ｌ１に沿って旋回する。図２および図３の状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に対して最大角度をなしており、軌跡Ｌ１は最大である。
【００４２】
ここで、ホルダ５をロータ４に対して回転させ、シュート中心軸Ｄ３を調整軸Ｄ２まわりに回転させることで、シュート中心軸Ｄ３の旋回軸Ｄ１に対する角度が小さくなってゆき、軌跡Ｌ１は徐々に小さくなる。これにより旋回散布および散布半径の調整が可能となる（調整機構）。
【００４３】
本実施形態では、旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２とが交差する第１角度Ａ１が例えば２０度とされ、調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３とが交差する第２角度Ａ２が例えば２０度とされ、つまり第１角度Ａ１と同じとされている。このため、ホルダ５の回転によりシュート中心軸Ｄ３が図２および図３の最も左寄りにある状態では、シュート中心軸Ｄ３は旋回軸Ｄ１に一致し、軌跡Ｌ１の半径が０となる。
【００４４】
（旋回部分と調整機構）
装入装置１は、前述した旋回軸Ｄ１、調整軸Ｄ２、シュート中心軸Ｄ３を基準として、固定部分であるフレーム３に対し、旋回部分および調整機構であるロータ４、ホルダ５およびシュート６を旋回させる。
【００４５】
フレーム３は、扁平な円筒状のケース３０と、その上面を覆う上面板３１と、下面を覆う下面板３２とを有する。上面板３１の中央には供給管３３が設置され、この供給管３３から供給される装入物がシュート６へと引き渡され、シュート６から高炉２内へと散布される。下面板３２の中央には開口３４が形成され、この開口３４内にはロータ４が保持される。
【００４６】
ロータ４は、供給管３３の外周を囲う筒状の部分を有する上ケース４１と、上ケース４１の下側に接続されて内部にホルダ５を収容する下ケース４２と、上ケース４１の上側に接続されて、旋回用軸受４３１に支持されているマウント４３とを備えている。
【００４７】
マウント４３は、上ケース４１の上側に接続され、旋回用軸受４３１に支持され、ロータ４をフレーム３に回転自在に支持するものである。
旋回用軸受４３１は供給管３３の周囲のフレーム３の上面板３１の下面側に固定され、これによりロータ４の全体が旋回軸Ｄ１を中心に回転自在に支持されている。
ロータ４の内部には調整用軸受５５が固定され、これにホルダ５が支持されている。これにより、ホルダ５は、ロータ４に対して調整軸Ｄ２を中心に回転自在に支持されている。
【００４８】
図２、図３および図４に示すように、シュート６は、それぞれ円筒状の基端部６０、本体６１、接続部６２を備えている。
基端部６０は、上端がホルダ５に接続され、中心軸がホルダ５と同様に調整軸Ｄ２に一致されている。本体６１は、基端部６０の下端に接続され、中心軸がシュート中心軸Ｄ３に一致されている。接続部６２は、前述した本体６１と開口３４が干渉するために切り欠いた部分で基端部６０と本体６１を接続させている。
【００４９】
シュート６は、基端部６０がホルダ５に接続され、ホルダ５がロータ４内に収容されることにより、基端部６０に供給管３３の先端が導入された状態とされる。この状態では、供給管３３から装入物が供給されると、この装入物はシュート６を通ってその先端から高炉２内へと散布される。この際、高炉２内へ放出された時点の装入物の方向はシュート６の底面の方向Ｄ３´に沿ったものとされ、シュート６の方向を調整することで高炉２内への散布状態を制御することができる。
【００５０】
より詳しくは、高炉２内へ放出される装入物は、シュート６の底面の方向Ｄ３´に沿って先端へ送られる。従って、高炉２内へ放出される装入物の方向は、シュート６の内面に沿った方向となる。ここで、シュート６の中心軸とシュート６の内面とがなす角度を第３角度Ａ３として、第１角度Ａ１と第２角度Ａ２と第３角度Ａ３との和は、シュート６に要求される最大傾斜角度となるように設定されている。なお、本実施形態では、角度Ａ１と角度Ａ２が同一角度とされている。
【００５１】
本実施形態の装入装置１は、前述のようにシュート６から装入物を散布するにあたり、旋回部分であるロータ４とホルダ５ないしシュート６を一体に旋回させることで、装入物を高炉２内に所定半径の円周状に散布するとともに（旋回動作）、調整機構であるロータ４とホルダ５とを相対回転させることでシュート６の傾きを調整し（調整動作）、これにより散布半径を変化させて高炉２内の全域に装入物を散布できるようにしている。
これらの旋回動作および調整動作を行うために、装入装置１は、ロータ４を回転駆動する旋回駆動機構７と、ホルダ５を回転駆動する調整駆動機構８とを備えている。
【００５２】
（旋回駆動機構と調整駆動機構）
旋回用軸受４３１の外周には歯車７１が形成され、この歯車７１には歯車７２が噛み合わせられ、この歯車７２には歯車７３がかみ合わせられ、この歯車７３はフレーム３の上面板３１の上面に設置された旋回駆動モータ７０により回転駆動される。
これらの旋回駆動モータ７０、歯車７１、７２、７３により旋回駆動機構７が構成されている。
【００５３】
調整用軸受５５の外周にはホルダ側傘歯歯車８１が形成され、このホルダ側傘歯歯車８１には伝達側傘歯歯車８２が噛み合わせられている。
伝達側傘歯歯車８２はフレーム３の上面板３１の下面から延びる支持部材８３により、フレーム３に固定されている調整用動力伝達軸受８４に支持され、旋回軸Ｄ１を中心として回転自在である。ホルダ側傘歯歯車８１はホルダ５と一体に調整軸Ｄ２まわりに回転するが、傘歯歯車とすることで、ホルダ側傘歯歯車８１と伝達側傘歯歯車８２は互いに回転力を伝達可能である。
【００５４】
ホルダ側傘歯歯車８１はロータ４内に収容され、伝達側傘歯歯車８２はロータ４の外部に設置されるが、ロータ４の上ケース４１には伝達用開口が形成されているため、相互の噛み合わせが確保されている。
【００５５】
調整用動力伝達軸受８４の外周には歯車８５が形成され、この歯車８５には歯車８６が噛み合わせられ、この歯車８６には歯車８７が噛み合わせられ、この歯車８７はフレーム３の上面板３１の上面に設置された調整駆動モータ８０により回転駆動される。
これらの調整駆動モータ８０、ホルダ側傘歯歯車８１、伝達側傘歯歯車８２、歯車８５、８６及び８７により調整駆動機構８が構成されている。
【００５６】
（旋回角度センサと調整角度センサ）
装入装置１は、散布にあたってシュート６の旋回角度および傾斜角度を把握するために、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９を備えている。
【００５７】
旋回角度センサ７９は、フレーム３のロータ４に対向する部位に設置された変位センサで構成され、フレーム３に対するロータ４の回転を検出し、旋回部分であるロータ４、ホルダ５およびシュート６の旋回軸Ｄ１まわりの旋回角度を検出するものである。
他の構成として、旋回駆動モータ７０に内蔵されたロータリーエンコーダを用い、旋回駆動モータ７０の駆動軸の回転角度から旋回駆動機構７によるロータ４の旋回状態を演算してもよい。
【００５８】
調整角度センサ８９は、ロータ４のホルダ５に対向する部位に設置された変位センサで構成され、ロータ４に対するホルダ５の回転を検出し、調整機構としてのロータ４に対するホルダ５の調整軸Ｄ２まわりの回転角度を検出するものである。
【００５９】
従って、旋回角度センサ７９で検出される回転角度から、シュート６を含む旋回部分の旋回軸Ｄ１を中心とした回転角度を割り出すことができる。
また、調整角度センサ８９で検出される回転角度から、ロータ４に対するホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転角度を割り出すことができ、このホルダ５の回転角度からシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を演算して取得することができる。
【００６０】
（旋回動作と調整動作）
本実施形態の装入装置１は、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を動作させ、旋回駆動機構７および調整駆動機構８を協調動作させることにより、旋回軸Ｄ１まわりの旋回散布を行う。
そして、調整軸Ｄ２まわりにロータ４とホルダ５とを相対回転させることにより、シュート６の傾斜角度の調整により装入物の散布半径を調整し、複数の同心円状に旋回散布を繰り返してゆく。
この際、前述した旋回駆動機構７および調整駆動機構８の協調動作にあたっては、旋回角度センサ７９により旋回状態を検出するとともに、調整角度センサ８９によりシュート６の傾斜角度を検出し、シュート６が散布に必要な傾斜角度となるように制御を行う。
【００６１】
図５および図６において、シュート６を旋回軸Ｄ１に対して最も傾いた状態（角度Ａ１＋Ａ２）では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１から最も離れた状態（半径Ｒｘ）となる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させると、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｘの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
ロータ４およびホルダ５を一体に回転させるためには、調整角度センサ８９で検出される角度が一定となるように調整駆動モータ８０を制御して、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを同期させ、ロータ４およびホルダ５を同じ速度で回転させればよい。
【００６２】
ロータ４に対してホルダ５を相対回転させるためには、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との同期をずらし、例えばホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも遅くする、あるいは一時的に停止させる等とすればよい。逆にホルダ５の回転速度をロータ４の回転速度よりも速くしてもよい。この際、調整角度センサ８９で検出される角度が所望の角度まで変化するように調整駆動モータ８０を制御する。
シュート６を、旋回軸を中心とした回転の特定の回転角度で停止するときはシュート６が旋回角度センサ７９の特定の角度で停止するように旋回駆動モータ７０を制御する。
【００６３】
図７および図８において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１との傾き角度を小さくすることで、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径Ｒｔ）も小さくなる。この状態でロータ４およびホルダ５を一体に回転させることで、シュート６の先端Ｐは半径Ｒｔの軌跡Ｌ１に沿って旋回する。
【００６４】
図９および図１０において、シュート６の先端Ｐを軌跡Ｌ２に沿って更に移動させ、シュート６と旋回軸Ｄ１とを一致させることで、互いの傾き角度が０となり、シュート６の先端Ｐの旋回軸Ｄ１からの距離（半径）も０となる。この状態では、シュート６の先端Ｐは旋回軸Ｄ１位置で旋回する。
このようにしてシュート６の先端Ｐの旋回半径を調整することができ、各旋回半径において旋回しつつ装入物を散布することで、高炉２内に均一にあるいは任意の分布で装入物を散布することができる。
【００６５】
（制御装置と電源装置）
前述した通り、装入装置１は、フレーム３に支持されて旋回軸Ｄ１を中心に回転自在なロータ４およびホルダ５と、ホルダ５に支持されたシュート６とを有し、ロータ４に対するホルダ５の回転角度に応じてシュート６の傾斜角度を変化させる構成とされ、ロータ４を旋回軸Ｄ１まわりに回転させる旋回駆動モータ７０と、ホルダ５を調整軸Ｄ２まわりに回転させる調整駆動モータ８０とを有する。
これらの旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を制御するために、装入装置１は制御装置１０（図１１参照）を備えている。
【００６６】
図１１において、装入装置１はフレーム３の外部、例えば装入装置１が設置される高炉から離れた制御室などに設置された地上装置１１と、フレーム３の内部のロータ４上に設置された機上装置９１とを備えている。
地上装置１１は、前述した制御装置１０と、外部からの通信を受信して制御装置１０に伝達する受信装置１２と、これらの受信装置１２および制御装置１０に電力を供給する地上電源装置１３とを備えている。
制御装置１０は、別途登録された所定の動作プログラムに基づいて、前述した旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９からの検出出力を参照しつつ、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を制御することにより、装入装置１に所期の旋回動作および調整動作（後述）を実行させるものである。
【００６７】
図１１および図１〜図３にも示すように、旋回角度センサ７９、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０は、それぞれ固定側であるフレーム３に設置されており、制御装置１０との間の制御信号および電力供給用の配線はフレーム３を経由して適宜設置される（図示省略）。
しかし、調整角度センサ８９は、ロータ４に設置されており、ロータ４がフレーム３に対して回転するため、制御装置１０に直接接続することができない。このため、ロータ４に設置された機上装置９１を介して制御装置１０に、一部非接触の状態で接続される。
【００６８】
図１１において、機上装置９１は、前述した調整角度センサ８９を含むとともに、調整角度センサ８９の検出信号を地上装置１１の受信装置１２に送信する送信装置９２と、これらの送信装置９２および調整角度センサ８９に電力を供給する機上電源装置９３とを備えている。
図１２において、機上電源装置９３は、充電可能な蓄電池９３１を有するとともに、この蓄電池９３１に充電する充電器として、充電制御回路９３２と、この充電制御回路９３２に充電用の電力を供給する発電機９３３および電力線９３４とを備えている。
【００６９】
蓄電池９３１は、市販されている充電式の二次電池を適宜利用することができる。ただし、本実施形態の装入装置１は高炉に用いられてロータ４が高温に曝されるので、高温のもとでも十分な起電力が得られる形式のものを用いることが望ましい。
充電制御回路９３２は、発電機９３３および電力線９３４からの電力を利用して蓄電池９３１に充電を行うものであり、市販されている充電制御回路等であって、交流を適宜整流したうえで、蓄電池９３１の形式に適した充電用の電流に調整できるものが望ましい。
【００７０】
発電機９３３は、ロータ４に設置される誘導コイル９３３Ｂと、フレーム３に設置されて誘導コイル９３３Ｂに対向する磁性体９３３Ｄとを有する。誘導コイル９３３Ｂにはコア９３３Ａが貫通され、コア９３３Ａは永久磁石９３３Ｃにより励磁されており、ロータ４の回転により磁性体９３３Ｄが接近し、コア９３３Ａの端部に生じる磁束を通過することで、誘導コイル９３３Ｂに起電力を発生させることができる。
【００７１】
図１３および図１〜図３に示すように、誘導コイル９３３Ｂは、ロータ４の歯車８５が設けられたフランジ状部分の歯車８５の裏側に径方向外向きに設置される。磁性体９３３Ｄは、強磁性の鉄製ブロック等であり、フレーム３の内部に設置されたデッキ部分の、歯車８５に臨む内周辺縁に沿って間欠的に複数が配列されている。このような構成により、ロータ４の回転に伴って誘導コイル９３３Ｂが複数の磁性体９３３Ｄを順次廻ってそれぞれ近接離隔することで、誘導コイル９３３Ｂに起電力を発生させ、充電制御回路９３２に供給することができる。
【００７２】
図１２に戻って、電力線９３４は、地上装置１１の地上電源装置１３と機上装置９１の充電制御回路９３２とを結ぶ配線であり、フレーム３に対するロータ４の回転を許容するために、途中には非接触式の電磁カップリング９３５を有する。
電磁カップリング９３５は、機上装置９１側にコア９３５Ａに巻かれた誘導コイル９３５Ｂを有し、地上装置１１側にコア９３５Ｃに巻かれた誘導コイル９３５Ｄを有し、誘導コイル９３５Ｄに地上電源装置１３からの交流を通電されることで、誘導コイル９３５Ｂに対応する交流を発生させることができる。
【００７３】
図１３および図１〜図３に示すように、誘導コイル９３５Ｂは、ロータ４の歯車８５が設けられたフランジ状部分の歯車８５の裏側に、前述した発電機９３３の誘導コイル９３３Ｂと並べて径方向外向きに設置される。誘導コイル９３５Ｄは、フレーム３の内部に設置されたデッキ部分の、歯車８５に臨む内周辺縁に沿って設置され、前述した磁性体９３３Ｄの一つと並べて設置されている。このような構成では、ロータ４の回転角度を調節し、誘導コイル９３５Ｂと誘導コイル９３３Ｄとが対向する位置で停止させることで、電磁カップリング９３５が導通状態とされ、地上電源装置１３からの交流を充電制御回路９３２に供給することができる。
【００７４】
（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、旋回駆動機構７と調整駆動機構８とを協調動作させ、ホルダ５とロータ４とを一体的に同期回転させることで、装入物を旋回散布すること（旋回動作）ができるとともに、ホルダ５とロータ４との相対回転により相対角度を調整することで、旋回軸Ｄ１に対するシュート６の傾きを任意に調整することができ、高炉２内における装入物の散布半径を自由に調整すること（調整動作）ができる。
本実施形態においては、旋回動作において、シュート６の傾きを調整する調整動作を行いたい場合、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御により、ロータ４とホルダ５とを同期回転状態から相対回転状態に切り替えることで簡単に行うことができる。
【００７５】
そして、本実施形態では、ロータ４、ホルダ５、シュート６に対する前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）により、シュート６の傾きを調整するようにしたため、回転方向別の複雑な支持機構などを設ける必要がなく、構成を簡略にすることができる。
さらに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との速度制御で旋回および角度調整が自由に行えるため、制御装置１０における制御プログラムの設計により、多様な動作を自由に設定することができる。
【００７６】
本実施形態においては、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる情報を適切に検出することができる。具体的には、旋回角度センサ７９ではシュート６の旋回軸Ｄ１を中心とした回転の回転角度が検出できる。調整角度センサ８９では、ホルダ５の調整軸Ｄ２を中心とした回転の回転角度が検出できる。
これによりシュート６の傾斜角度（角度Ａ１−Ａ２〜角度Ａ１＋Ａ２）を読み取ることができ、シュート６の傾斜角度を精度よく制御しながら旋回軸Ｄ１を中心にシュート６を旋回させることができる。
【００７７】
本実施形態では、調整角度センサ８９が旋回部分であるロータ４に設置され、ホルダ５とロータ４との相対回転からシュート６の傾斜角度を直接的に検出することができる。このため、調整角度センサがフレーム３側に設置され、シュート６の傾斜角度を旋回部分の外部から間接的に検出する場合に比べ、検出精度を高めることができるとともに、シュート６からホルダ５、ロータ４、フレーム３に及ぶ複雑な検出機構を必要とせず、装置構造を簡略化することができる。
そして、調整角度センサ８９は、ロータ４に設置されてフレーム３に対して常に移動するが、蓄電池９３１と、充電器である充電制御回路９３２、発電機９３３、電力線９３４とにより、固定側のフレーム３等に対して非接触のまま電力を確実に得ることができる。
【００７８】
そして、充電器として発電機９３３を備えているため、高炉の装入装置１として常時旋回する部分に適用されることで、この旋回動作を利用して定常的に安定した電力が確保できる。
また、充電器として電力線９３４を備えているため、電磁カップリング９３５が機能する所定位置で停止させることで、発電機９３３が発電できない旋回停止状態であっても、地上電源装置１３から電力供給を受けて充電器に充電することができる。
これらの発電機９３３および電力線９３４は、スリップリングのような摺動式の電気的接続を用いないため、高炉の装入装置１のような塵埃の大量に生じる部分にも使用しても確実な動作が得られる。
【００７９】
さらに、本実施形態では、旋回駆動モータ７０からロータ４に至る旋回駆動機構７および調整駆動モータ８０からホルダ５に至る調整駆動機構８の何れにも差動機構を必要とせず、これらの大きな駆動力が要求される駆動経路の途中に複雑な遊星歯車等を設置しないでよいため、駆動経路中の差動機構に起因する装置の大型化や高コスト化を回避することができる。
また、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９の周辺等においても、遊星歯車等の差動機構を用いる必要はなく、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００８０】
〔第２実施形態〕
図１４には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
前述した第１実施形態では、機上電源装置９３（図１２参照）として、蓄電池９３１を有するとともに、充電器として充電制御回路９３２、発電機９３３および電力線９３４を備えていた。そして、発電機９３３として、ロータ４にコア９３３Ａ、誘導コイル９３３Ｂ、永久磁石９３３Ｃを設置し、フレーム３に磁性体９３３Ｄを配列していた。
これに対し、本実施形態の機上装置９１Ｅ（図１４参照）において、機上電源装置９３Ｅの発電機９３３Ｅでは、ロータ４側の永久磁石９３３Ｃが省略され、フレーム３に配列される磁性体９３３Ｄとして鉄製ブロックではなく永久磁石が採用されている。
このような本実施形態では、ロータ４が回転した際に、ロータ４側のコア９３３Ａ、誘導コイル９３３Ｂが、ロータ４の回転に伴ってフレーム３側の磁性体９３３Ｄに順次近接離隔し、これにより起電力を発生させることができる。
このような本実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８１】
〔第３実施形態〕
図１５には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
前述した第１実施形態では、機上電源装置９３（図１２参照）として、蓄電池９３１を有するとともに、充電器として充電制御回路９３２、発電機９３３および電力線９３４を備えていた。
これに対し、本実施形態の機上装置９１Ｆ（図１５参照）において、機上電源装置９３Ｆは、電力線９３４が省略され、発電機９３３だけで電力供給が行われる構成とされている。発電機９３３は、前述した第１実施形態と同様な構成である。
このような本実施形態では、ロータ４が回転している間に、発電機９３３により電力供給を行うことができる。ロータ４が停止している間は発電機９３３による電力供給は行えず、蓄電池９３１に充電された電力だけで調整角度センサ８９および送信装置９２の動作をまかなうことになるため、蓄電池９３１の容量を大きく確保しておくことが望ましい。
このような本実施形態によっても、電力線９３４による効果を除き、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８２】
〔第４実施形態〕
図１６には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
前述した第１実施形態では、機上電源装置９３（図１２参照）として、蓄電池９３１を有するとともに、充電器として充電制御回路９３２、発電機９３３および電力線９３４を備えていた。
これに対し、本実施形態の機上装置９１Ｇ（図１６参照）において、機上電源装置９３Ｇは、発電機９３３が省略され、電力線９３４だけで電力供給が行われる構成とされている。電力線９３４は、前述した第１実施形態と同様な構成である。
このような本実施形態では、ロータ４が所定位置で停止している間に、電力線９３４を介して地上電源装置１３から電力供給を行うことができる。ロータ４が回転している間は電力線９３４による電力供給は行えず、蓄電池９３１に充電された電力だけで調整角度センサ８９および送信装置９２の動作をまかなうことになるため、蓄電池９３１の容量を大きく確保しておくことが望ましい。
このような本実施形態によっても、発電機９３３による効果を除き、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８３】
〔第５実施形態〕
図１７には、本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第１実施形態と同様な構成を備えており、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
本実施形態の装入装置１は、制御装置として同期モードで動作する制御装置１０Ａを備えたものである。
同期モードとは、シュート傾斜角度（現在のシュート６の旋回軸Ｄ１に対する傾斜角度）が所望の角度（シュート傾斜角度リファレンス）からずれている場合（角度偏差（°）が０でない場合）、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差を生じさせて、角度偏差を小さくする制御を常時行い、角度偏差を０にすることを目標に調整駆動モータ８０を制御することで、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０との間に回転速度差をなくす（旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させる）フィードバック制御を意味する。
【００８４】
制御装置１０Ａは、入力部１００Ａと、第１モータコントローラ１０１Ａと、傾斜角度検出部１０２Ａと、偏差演算手段１０３Ａと、補正速度演算手段としての速度リミッタ１０６Ａと、加算器１０７Ａと、第２モータコントローラ１０８Ａとを備える。
なお、調整角度センサ８９、傾斜角度検出部１０２Ａ、偏差演算手段１０３Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０は、同期モードでの動作を実現する同期モードループを構成している。
【００８５】
第１モータコントローラ１０１Ａには、入力部１００Ａから、旋回駆動モータ７０の回転速度に応じた大きさの旋回速度指令が入力される。そして、第１モータコントローラ１０１Ａは、旋回速度指令に基づく回転速度（指令旋回速度）Ｇで旋回駆動モータ７０を回転させる。
傾斜角度検出部１０２Ａは、調整角度センサ８９からの電気的な信号に基づいて、旋回軸Ｄ１に対するシュート中心軸Ｄ３の傾斜角度をシュート傾斜角度実績値として検出し、このシュート傾斜角度実績値を偏差演算手段１０３Ａへ出力する。
【００８６】
偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａと、誤差増幅器１０５Ａとを備える。
減算器１０４Ａには、入力部１００Ａから、シュート傾斜角度の目標値であるシュート傾斜角度リファレンス（シュート傾斜角度ＲＥＦ）Ｅｒが入力され、傾斜角度検出部１０２Ａからシュート傾斜角度実績値が入力される。そして、減算器１０４Ａは、シュート傾斜角度リファレンスからシュート傾斜角度実績値を減じた角度偏差、すなわち、シュート傾斜角度の目標値に対する実績値のずれを演算して、誤差増幅器１０５Ａへ出力する。
誤差増幅器１０５Ａは、減算器１０４Ａから入力される角度偏差に対応する電気信号を増幅して、速度リミッタ１０６Ａへ出力する。具体的に、誤差増幅器１０５Ａは、シュート傾斜角度の角度偏差と、増幅のゲインに対応する値とを乗じて得られる増幅角度偏差（°）に対応する電気信号を出力する。
【００８７】
速度リミッタ１０６Ａは、図１８に示す関係に基づいて、最大補正速度または偏差対応補正速度を、同期補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この同期補正速度は、一般的に制御が乱調しない範囲で大きめの速度に設定され、位置制御誤差が小さくなるような回転速度に対応する。
【００８８】
具体的に、速度リミッタ１０６Ａは、増幅角度偏差の絶対値が所定の閾角度以上の場合には、同期補正速度として演算されうる最大の値である最大補正速度を、同期補正速度として出力する。また、増幅角度偏差の絶対値が０よりも大きく、所定の閾角度未満の場合には、増幅角度偏差の大きさに比例する偏差対応補正速度を、同期補正速度として出力する。なお、偏差対応補正速度は、増幅角度偏差が大きくなるにしたがって段階的に大きくなるような速度であってもよい。
なお、増幅角度偏差が正の値の場合には、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスよりも小さいので、調整駆動モータ８０の回転速度を旋回駆動モータ７０の回転速度よりも遅くして、シュート傾斜角度を大きくする必要がある。このため、速度リミッタ１０６Ａは、正の同期補正速度を出力する。一方、増幅角度偏差が負の値の場合には、シュート傾斜角度を小さくする必要があるため、負の同期補正速度を出力する。
【００８９】
加算器１０７Ａには、入力部１００Ａから旋回速度指令が入力されるとともに、速度リミッタ１０６Ａから同期補正速度が入力される。そして、加算器１０７Ａは、旋回速度指令の指令旋回速度と同期補正速度とを加えて得られる回転速度（指令調整速度）Ｇｂを、調整速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。このとき、指令調整速度は、同期補正速度が負の値の場合には、指令旋回速度よりも遅くなり、同期補正速度が正の値の場合には、指令旋回速度よりも速くなる。
第２モータコントローラ１０８Ａは、第２加算器１０７Ａからの調整速度指令に基づいて、指令調整速度で調整駆動モータ８０を回転させる。
【００９０】
以上のような構成により、制御装置１０Ａは、以下のように動作する。
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なる場合、制御装置１０Ａの減算器１０４Ａで演算される角度偏差は、０以外の値となる。このため、同期補正速度として出力される、正または負の最大補正速度、偏差対応補正速度も、０以外の値となる。そして、指令調整速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、旋回駆動モータ７０の回転速度は変化せずに、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、シュート傾斜角度がシュート傾斜角度リファレンスに近づくように、すなわち角度偏差が０に近づくように調整される。
そして、この調整の結果、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくならない場合には、このシュート傾斜角度実績値に基づいて、再度、調整駆動モータ８０を指令旋回速度と異なる指令調整速度で回転させてシュート傾斜角度を調整する。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令調整速度と指令旋回速度とが等しくなる。その結果、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【００９１】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ａは、シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスに基づき演算される増幅角度偏差を従前よりも小さくするような同期補正速度を演算し、この同期補正速度と指令旋回速度とを加算した指令調整速度で調整駆動モータ８０を回転させる。このため、シュート６を精度よく所望のシュート傾斜角度に制御できる。
特に、同期補正速度を指令旋回速度に加算するだけの簡単な演算で指令調整速度を設定できるので、制御装置１０Ａを安価に構成できる。
また、制御装置１０Ａは、図１８に示す関係に基づいて、増幅角度偏差の絶対値が所定の閾角度以上の場合には、最大補正速度を同期補正速度として出力するので、指令旋回速度を所定速度以下に設定することができ、調整駆動モータ８０の負荷を抑制できる。また、所定の閾角度未満の場合には、偏差対応補正速度を同期補正速度として出力するので、回転速度の変更で角度偏差をほぼ０にすることができる。
そして、偏差演算手段１０３Ａは、減算器１０４Ａで得られた角度偏差を、誤差増幅器１０５Ａで増幅して速度リミッタ１０６Ａに出力する。このため、角度偏差の検出感度を高めることができ、精度よく所望のシュート傾斜角度に制御できる。
【００９２】
〔第６実施形態〕
図１９には、本発明の第６実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第５実施形態と基本構成が同じであり、共通の部分については重複する説明を省略し、以下には異なる部分について説明する。
制御装置１０Ｂは、第５実施形態と同様の同期モードで動作するとともに、位置決めモードと、手動モードとで動作する。
【００９３】
位置決めモードとは、同期モードと同様に、角度偏差が０でない場合、調整駆動モータ８０の回転速度を変化させて、角度偏差を小さくする制御を行い、角度偏差が０になった後には旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０とを同期させるフィードバック制御を意味する。
また、位置決めモードは、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできるという特徴を有している。具体的に、同期モードでは、角度偏差が小さくなってくると、同期補正速度として演算される偏差対応補正速度も小さくなるため、角度偏差が０になるまでの時間が長くなる。そこで、位置決めモードでは、角度偏差が小さい場合でもある程度の大きさの補正速度を調整駆動モータ８０に与えることで、角度偏差が０になるまでの時間を短くしている。
手動モードとは、同期モードや位置決めモードのようなフィードバック制御ではなく、作業者の設定入力に基づく所望のシュート傾斜角度となるように、調整駆動モータ８０の回転速度を１回だけ変化させる制御を意味する。
【００９４】
これらの各モードを切り替えるために、制御装置１０Ｂは、第５実施形態の制御装置１０Ａに設けられた各構成１０１Ａ〜１０８Ａと、第１スイッチとしての同期モードスイッチ１１０Ｂと、多段速位置決め器１１１Ｂと、第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ１１２Ｂと、手動高速スイッチ１１３Ｂと、手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂと、手動逆転スイッチ１１６Ｂと、乗算器１１７Ｂとを備える。
同期モードスイッチ１１０Ｂは、速度リミッタ１０６Ａと加算器１０７Ａとの間に設けられている。この同期モードスイッチ１１０Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１２Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、調整角度センサ８９、傾斜角度検出部１０２Ａ、減算器１０４Ａ、誤差増幅器１０５Ａ、速度リミッタ１０６Ａ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される同期モードループが有効となり、同期モードでの制御可能となる。
【００９５】
多段速位置決め器１１１Ｂは、減算器１０４Ａおよび誤差増幅器１０５Ａの接続点と、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点との間に設けられている。この多段速位置決め器１１１Ｂは、図２０に示す関係に基づいて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のうちのいずれか１つを演算して、位置決め補正速度として、加算器１０７Ａへ出力する。
この位置決め補正速度としては、角度偏差が位置決め完了角度以上の場合には、角度偏差の大きさに応じて、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度のいずれかが選択され、位置決め完了角度未満の場合には、０が選択されて位置決め動作が完了する。
【００９６】
具体的に、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差の絶対値が高速閾角度以上の場合には、位置決め補正速度として演算されうる最大の値である高速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
また、角度偏差の絶対値が、高速閾角度未満かつ中速閾角度以上の場合には中速補正速度を、中速閾角度未満かつ位置決め完了角度以上の場合には低速補正速度を、位置決め補正速度として出力する。
なお、多段速位置決め器１１１Ｂは、角度偏差が正の値の場合には、シュート傾斜角度を大きくする必要があるため、正の位置決め補正速度を出力する。一方、角度偏差が負の値の場合には、シュート傾斜角度を小さくする必要があるため、負の位置決め補正速度を出力する。
【００９７】
位置決めモードスイッチ１１２Ｂは、加算器１０７Ａおよび同期モードスイッチ１１０Ｂの接続点と、多段速位置決め器１１１Ｂとの間に設けられている。この位置決めモードスイッチ１１２Ｂがオンとなるとともに、各スイッチ１１０Ｂ，１１３Ｂ〜１１６Ｂがオフになると、調整角度センサ８９、傾斜角度検出部１０２Ａ、減算器１０４Ａ、多段速位置決め器１１１Ｂ、加算器１０７Ａ、第２モータコントローラ１０８Ａ、調整駆動モータ８０から構成される制御ループ（位置決めモードループ）が有効となり、位置決めモードでの制御可能となる。
手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂは、同期モードスイッチ１１０Ｂおよび位置決めモードスイッチ１１２Ｂの接続点と、手動高速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動高速スイッチ１１３Ｂは、手動正転スイッチ１１４Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。
【００９８】
手動低速スイッチ１１５Ｂ、手動逆転スイッチ１１６Ｂ、および、乗算器１１７Ｂは、位置決めモードスイッチ１１２Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂの接続点と、手動低速設定速度を入力可能な入力部１００Ａとの間に設けられている。手動低速スイッチ１１５Ｂは、手動逆転スイッチ１１６Ｂよりも入力部１００Ａ側に設けられている。また、手動逆転スイッチ１１６Ｂは、乗算器１１７Ｂよりも手動低速スイッチ１１５Ｂ側に設けられている。さらに、手動高速スイッチ１１３Ｂおよび手動正転スイッチ１１４Ｂと、手動低速スイッチ１１５Ｂおよび手動逆転スイッチ１１６Ｂとは、電気的に接続されている。
なお、手動高速設定速度は、手動低速設定速度よりも速く設定される。また、手動高速設定速度および手動低速設定速度は、いずれも正の値として設定される。
【００９９】
乗算器１１７Ｂは、正の値として入力される手動高速設定速度や手動低速設定速度に「−１」を乗じることで、負の手動高速設定速度や手動低速設定速度を求め、この求めた速度を加算器１０７Ａに出力する。
そして、同期モードスイッチ１１０Ｂと位置決めモードスイッチ１１２Ｂとがオフの場合における、各スイッチ１１３Ｂ〜１１６Ｂのオンオフ状態と手動モードとの関係は、表１に示すようになる。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
ここで、高速正転モードおよび低速正転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を速くすることで、シュート傾斜角度を小さくするモードである。高速逆転モードおよび低速逆転モードとは、調整駆動モータ８０の回転速度を遅くすることで、シュート傾斜角度を大きくするモードである。
高速正転モードおよび高速逆転モードは、短時間でシュート傾斜角度を変化させたい場合に利用される。また、低速正転モードおよび低速逆転モードは、調整駆動モータ８０の負荷を低減するために、多少の時間をかけてシュート傾斜角度を変化させたい場合に利用される。
【０１０２】
以上のような構成により、制御装置１０Ｂは、以下のように動作する。
なお、同期モードでの動作は、第５実施形態と同じなので説明を省略する。
（位置決めモードでの動作）
シュート傾斜角度実績値とシュート傾斜角度リファレンスが異なり、かつ、制御装置１０Ｂの減算器１０４Ａで演算される角度偏差が位置決め完了角度以上の場合、位置決め補正速度として、角度偏差量に応じて、正または負の高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度が選択される。そして、指令調整速度は、指令旋回速度よりも速く、または、遅くなり、調整駆動モータ８０の回転速度のみが変化する。
その結果、各モータ７０，８０は、異なる回転速度で回転し、角度偏差が０に近づくようにシュート６の傾きが調整される。
また、角度偏差が位置決め完了角度未満となった場合には、位置決めモードスイッチ１１２Ｂをオフにするとともに、同期モードスイッチ１１０Ｂをオンにして、同期モードでの制御を行う。
一方、シュート傾斜角度実績値がシュート傾斜角度リファレンスと等しくなった場合には、角度偏差が０になるため、指令調整速度と指令旋回速度とが等しくなり、旋回駆動モータ７０と調整駆動モータ８０は、同期する。
【０１０３】
（手動モードでの動作）
この場合、制御装置１０Ｂの加算器１０７Ａには、正または負の手動高速設定速度あるいは手動低速設定速度が入力される。加算器１０７Ａは、この入力された設定速度と、旋回速度指令の指令旋回速度とを加えて得られる指令調整速度を、調整速度指令として、第２モータコントローラ１０８Ａへ出力する。そして、第２モータコントローラ１０８Ａの制御により、調整駆動モータ８０の回転速度が所定時間だけ変化して、シュート傾斜角度が変化する。
この変化後のシュート傾斜角度は、シュート傾斜角度実績値として傾斜角度検出部１０２Ａで検出され、新しいシュート傾斜角度リファレンスとして設定される。
【０１０４】
このような本実施形態によれば、制御装置１０Ｂは、高速補正速度、中速補正速度、低速補正速度を位置決め補正速度として演算する位置決めモードで動作するので、同期モードよりも角度偏差を０にするまでの時間を短くできる。
また、制御装置１０Ｂは、手動モードでも動作するので、シュート傾斜角度を大きく変化させたい場合には、迅速に対応できる。
【０１０５】
本実施形態の制御装置における制御状態の具体例について説明する。
図２１は、第６実施形態の制御装置における制御状態を表すタイムチャートであり、（Ａ）は旋回駆動モータ７０の旋回速度、（Ｂ）はシュート６の旋回角度、（Ｃ）は調整駆動モータ８０の調整速度、（Ｄ）はシュート６の傾斜角度を示す。なお、図２３（Ｂ）において、旋回角度が０°のときと３６０°のときには、シュート６は同じ場所に位置している。
本具体例では各種パラメータを以下の通り設定した。
・高速補正速度 ：１５０ｒｐｍ
・中速補正速度 ： ７０ｒｐｍ
・低速補正速度 ： ４０ｒｐｍ
・初期の傾斜角度： ４０°
そして、以下の表２に示す状態でシュート傾斜角度の制御を行った。なお、表２中の経過時間は、おおよその時間を表している。
【０１０６】
【表２】
【０１０７】
その結果、図２１に示すように、制御装置１０Ｂにおける同期モードおよび位置決めモードの切り替えにより、シュート傾斜角度を精度よく所望の角度に変更できることが確認できた。
【０１０８】
〔第７実施形態〕
図２２および図２３には、本発明の第７実施形態が示されている。
前述した第１実施形態ないし第６実施形態は、それぞれ旋回部分としてロータ４、ホルダ５およびシュート６を設け、シュート６の傾斜角度を調整するための調整機構として、ロータ４とホルダ５とを傾斜面に対して相対回転させることでシュート６の傾斜角度を調整する方式であったが、本発明は前述した特許文献１に記載された調整機構、すなわちシュート６を水平な回動軸で支持し、歯車で伝達される回転により傾斜角度を調整するものである。
【０１０９】
図２２および図２３において、フレーム３および供給管３３は前述した第１実施形態と同様であり、供給管３３は図示省略した構成を介して歯車７１と一体に旋回可能である。
供給管３３の下端には円盤状のプレート３３Ａが固定されるとともに、その上面側には供給管３３を直径方向に貫通する回動軸６Ａが配置され、シュート６は基端部をこの回動軸６Ａに固定されて傾斜角度が調整可能である。
回動軸６Ａの端部には扇形の部分歯車６Ｂが固定され、この部分歯車６Ｂには歯車６Ｃが噛み合わせられ、この歯車６Ｃにはウォーム歯車６Ｅが噛み合わせられている。ウォーム歯車６Ｅは供給管３３に回転自在に支持されるとともに、ウォーム歯車６Ｅには歯車６Ｆが固定され、この歯車６Ｆは歯車８５に噛み合わせられている。
【０１１０】
歯車７１には、前記第１実施形態と同様な旋回駆動機構７が接続されており、旋回駆動モータ７０の駆動力により歯車７１および供給管３３が旋回駆動され、これによりシュート６が旋回する。
歯車８５には、前記第１実施形態と同様な調整駆動機構８が接続されており、調整駆動モータ８０の駆動力により歯車８５が回転駆動され、歯車７１との相対回転がウォーム歯車６Ｅに取り出され、回動軸６Ａの回動として伝達され、シュート６の傾斜が変更される。
旋回駆動機構７の回転を検出するために、歯車７１の外周に沿って旋回角度センサ７９が設置されている。この旋回角度センサ７９はフレーム３に支持されている。
調整駆動機構８の回転を検出するために、回動軸６Ａの端部には調整角度センサ８９が設置されている。
【０１１１】
プレート３３Ａの上面には機上装置９１が設置され、その内部には機上電源装置９３が設置されている。プレート３３Ａの下面には機上電源装置９３の誘導コイル９３３Ｂ，９３５Ｂが設置され、対向するフレーム３の部分には磁性体９３３Ｄおよび誘導コイル９３５Ｄが配列されている。
これらの機上装置９１、機上電源装置９３、誘導コイル９３３Ｂ，９３５Ｂ、９３５Ｄおよび磁性体９３３Ｄは、それぞれ前記第１実施形態と同様なものである。
【０１１２】
このような本実施形態においても、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の同期回転動作によりシュート６の旋回が行われるとともに、旋回駆動機構７と調整駆動機構８との相対回転によりシュート６の傾斜角度の調整が行われ、この点で前述した第１実施形態と共通である。
また、本実施形態においても、旋回角度センサ７９および調整角度センサ８９により、旋回駆動機構７および調整駆動機構８の制御に必要となる状態量を適切に検出することができる。特に、本実施形態では、旋回部分に設置された調整角度センサ８９により、シュート６の傾斜角度を直接検出することができる。
さらに、前記第１実施形態と同様に、機上装置９１および地上装置１１により、調整角度センサ８９を旋回部分であるプレート３３Ａに設置しつつ、調整角度センサ８９からの信号を地上の制御装置１０に接続し、あるいは調整角度センサ８９の電源を供給することができる。
【０１１３】
〔変形例〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、具体的な各部構成などは実施にあたって適宜変形することができる。
前述した各実施形態では、図１あるいは図４に示すように、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を隣接して設置したが、旋回駆動モータ７０および調整駆動モータ８０を離して設置してもよい。
また、ホルダ側傘歯歯車８１を外歯歯車とし、伝達側傘歯歯車８２を内歯歯車としたが、これらの他の歯車であってもよい。
例えば、ホルダ側傘歯歯車８１を内歯歯車、伝達側傘歯歯車８２を外歯歯車としてもよく、このような構成でも、前述した図１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１１４】
また、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａを設けずに、減算器１０４Ａで演算された角度偏差を、直接、速度リミッタ１０６Ａに入力し、速度リミッタ１０６Ａにおいて、角度偏差に基づいて、同期補正速度を演算してもよい。
さらに、前述した第５，第６実施形態において、誤差増幅器１０５Ａとして、ゲインを変更できるような増幅器を設けてもよい。
【０１１５】
その他、前述した各実施形態の細部構成などは適宜変更してよく、前述した傾斜設定（旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２との第１角度Ａ１および調整軸Ｄ２とシュート中心軸Ｄ３との第２角度Ａ２）が得られる構成であれば本発明に適宜利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置として利用できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１…装入装置
２…高炉
３…フレーム
４…旋回部分および調整機構であるロータ
５…旋回部分および調整機構であるホルダ
６…旋回部分であるシュート
７…旋回駆動機構
８…調整駆動機構
１０，１０Ａ，１０Ｂ…制御装置
１１…地上装置
１２…受信装置
１３…地上電源装置
７０…旋回駆動モータ
７９…旋回角度センサ
８０…調整駆動モータ
８９…調整角度センサ
９１，９１Ｅ，９１Ｆ，９１Ｇ…機上装置
９２…送信装置
９３，９３Ｅ，９３Ｆ，９３Ｇ…機上電源装置
９３１…蓄電池
９３２…充電器である充電制御回路
９３３…発電機
９３３Ｂ…誘導コイル
９３３Ｄ…磁性体
９３４…電力線
９３５…電磁カップリング
９３５Ｂ，９３５Ｄ…誘導コイル
１００Ａ…入力部
１０１Ａ…第１モータコントローラ
１０２Ａ…傾斜角度検出部
１０３Ａ…偏差演算手段
１０６Ａ…補正速度演算手段としての速度リミッタ
１０７Ａ…加算器
１０８Ａ…第２モータコントローラ
１１０Ｂ…第１スイッチとしての同期モードスイッチ
１１２Ｂ…第２スイッチとしての位置決めモードスイッチ
Ａ１…第１角度
Ａ２…第２角度
Ａ３…第３角度
Ｄ１…旋回軸
Ｄ２…調整軸
Ｄ３…シュート中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームに支持されて旋回軸を中心に回転自在な旋回部分と、前記旋回部分に支持されたシュートと、前記旋回部分に対する回転角度に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記旋回部分を回転させる旋回駆動モータと、前記調整機構を回転させる調整駆動モータとを有するとともに、
前記旋回部分に、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度センサと、前記調整角度センサに電力を供給する蓄電池と、前記蓄電池に充電する充電器とを有することを特徴とする装入装置。
【請求項２】
請求項１に記載された装入装置において、
前記充電器は、前記旋回部分の外周に設置された誘導コイルと、前記フレームに設置されて前記誘導コイルに対向する磁性体とを有し、前記旋回部分の回転により前記誘導コイルに発生する起電力で前記蓄電池を充電する発電機を備えることを特徴とする装入装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された装入装置において、
前記充電器は、一方が前記旋回部分の外周に設置されかつ他方が前記フレームに設置された電磁カップリングを有し、前記電磁カップリングを介して外部から供給される電力で前記蓄電池を充電する電力線を備えることを特徴とする装入装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載された装入装置において、
前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、
前記調整角度センサは、前記ホルダおよび前記ロータの前記調整軸まわりの相対角度から前記旋回軸に対する前記シュートの傾斜角度を検出するものであり、
前記蓄電池および前記充電器は、前記ロータまたは前記ホルダに設置されていることを特徴とする装入装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載された装入装置において、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、
この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、
前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、
前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置。
【請求項６】
請求項５に記載された装入装置において、
前記補正速度演算手段は、
前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載された装入装置において、
前記制御装置は、
前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、
前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、
前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、
前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することを特徴とする装入装置。
【請求項８】
請求項１から請求項４の何れかに記載された装入装置の制御方法であって、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、
前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、
前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載された装入装置の制御方法において、
前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項１】
フレームに支持されて旋回軸を中心に回転自在な旋回部分と、前記旋回部分に支持されたシュートと、前記旋回部分に対する回転角度に応じて前記シュートの傾斜角度を変化させる調整機構と、前記旋回部分を回転させる旋回駆動モータと、前記調整機構を回転させる調整駆動モータとを有するとともに、
前記旋回部分に、前記シュートの傾斜角度を検出する調整角度センサと、前記調整角度センサに電力を供給する蓄電池と、前記蓄電池に充電する充電器とを有することを特徴とする装入装置。
【請求項２】
請求項１に記載された装入装置において、
前記充電器は、前記旋回部分の外周に設置された誘導コイルと、前記フレームに設置されて前記誘導コイルに対向する磁性体とを有し、前記旋回部分の回転により前記誘導コイルに発生する起電力で前記蓄電池を充電する発電機を備えることを特徴とする装入装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された装入装置において、
前記充電器は、一方が前記旋回部分の外周に設置されかつ他方が前記フレームに設置された電磁カップリングを有し、前記電磁カップリングを介して外部から供給される電力で前記蓄電池を充電する電力線を備えることを特徴とする装入装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載された装入装置において、
前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能なロータと、前記ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能なホルダと、前記ホルダに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記フレームに固定されて前記ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記フレームに支持されて前記旋回軸を中心に回転可能な伝達側傘歯歯車と、前記ホルダに固定されて前記伝達側傘歯歯車に噛み合うホルダ側傘歯歯車と、前記フレームに固定されて前記伝達側傘歯歯車を回転させることで前記ホルダを前記ロータに対して回転させる調整駆動モータと、を有するとともに、
前記調整角度センサは、前記ホルダおよび前記ロータの前記調整軸まわりの相対角度から前記旋回軸に対する前記シュートの傾斜角度を検出するものであり、
前記蓄電池および前記充電器は、前記ロータまたは前記ホルダに設置されていることを特徴とする装入装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載された装入装置において、
前記シュートの傾斜角度を所定の角度とする際に、前記調整角度センサで検出される角度を参照しつつ前記調整駆動モータを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部と、
この入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントローラと、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算手段と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算する加算器と、
前記加算器における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントローラと、を備え、
前記補正速度演算手段は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算手段で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置。
【請求項６】
請求項５に記載された装入装置において、
前記補正速度演算手段は、
前記偏差演算手段で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載された装入装置において、
前記制御装置は、
前記加算器と前記偏差演算手段との間に設けられ、前記加算器に前記補正速度を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第１スイッチと、
前記加算器と前記入力部との間に設けられ、前記加算器に前記入力部からの指令を入力可能なオン状態と入力不可能なオフ状態とを切り替え可能な第２スイッチと、を備え、
前記加算器は、
前記第１スイッチによりオフ状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオン状態に設定された場合、前記入力部からそれぞれ入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記傾斜角度を変更するための回転速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力し、
前記第１スイッチによりオン状態に設定され、かつ、前記第２スイッチによりオフ状態に設定された場合、前記入力部から入力される前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度と、前記補正速度演算手段で演算された補正速度とを加算して、その結果を前記第２モータコントローラに出力することを特徴とする装入装置。
【請求項８】
請求項１から請求項４の何れかに記載された装入装置の制御方法であって、
入力操作に対応する指令を出力可能な入力部から入力される、前記旋回駆動モータに対して設定された回転速度を表す指令に基づいて、前記旋回駆動モータを回転させる第１モータコントロール工程と、
前記入力部から入力される前記所定の角度と前記調整角度センサで検出された前記シュートの傾斜角度との偏差を演算する偏差演算工程と、
前記偏差演算工程で演算された偏差に基づいて、前記調整駆動モータの回転速度を変更するための補正速度を演算する補正速度演算工程と、
前記入力部からの指令に基づく回転速度と前記補正速度演算工程で演算された補正速度とを加算する加算工程と、
前記加算工程における加算で得られた回転速度で、前記調整駆動モータを回転させる第２モータコントロール工程と、を備え、
前記補正速度演算工程は、前記調整駆動モータの回転速度の変更後に前記偏差演算工程で新たに演算される偏差が、回転速度の変更前に演算された偏差よりも小さくなるような補正速度を演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載された装入装置の制御方法において、
前記補正速度演算工程では、
前記偏差演算工程で演算された偏差が予め設定された閾角度以上の場合には、固定された値である最大補正速度を前記補正速度として演算し、
前記閾角度未満の場合には、前記偏差の大きさに応じて異なり、かつ、前記最大補正速度未満の値である偏差対応補正速度を前記補正速度として演算することを特徴とする装入装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−４４０２６（Ｐ２０１３−４４０２６Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３０１５（Ｐ２０１１−１８３０１５）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄住金エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（３９００２２８７３）ＮＳプラント設計株式会社 (275)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄住金エンジニアリング株式会社 (897)
【出願人】（３９００２２８７３）ＮＳプラント設計株式会社 (275)
【Ｆターム（参考）】
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