特許 7588483 電動式の小型移動式クレーン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】電動式の小型移動式クレーン

(51)【国際特許分類】

   B66C 13/12 20060101AFI20241115BHJP

   B66C 23/40 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

B66C13/12 D

B66C23/40

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020144955

(22)【出願日】2020-08-28

(65)【公開番号】P2022039774

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-06-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000148380

【氏名又は名称】株式会社前田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100090170

【弁理士】

【氏名又は名称】横沢 志郎

(72)【発明者】

【氏名】徳留 慎哉

(72)【発明者】

【氏名】緑川 正和

(72)【発明者】

【氏名】和田 光章

(72)【発明者】

【氏名】西牧 優汰

【審査官】須山 直紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２２５０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００８９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０７９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６６７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２２４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４１０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９３７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０１６８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０１９７１８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６６Ｃ １３／１２

Ｂ６６Ｃ ２３／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行用およびクレーン操作用の油圧アクチュエータを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する電動モータと、
バッテリと、
外部交流電源からの給電がある場合に、前記外部交流電源から供給される電力を規定の電圧範囲の一定電流の直流に変換して出力する充電器と、
オン位置およびオフ位置に操作され、前記オフ位置から前記オン位置に切り替わると、前記バッテリから前記電動モータへの給電ラインが接続状態に切り替わるキースイッチと、
前記電動モータの給電制御および前記バッテリの充電制御を行う制御装置と、
を有しており、
前記制御装置は、
前記外部交流電源からの給電がある場合において、前記キースイッチが操作されて前記オフ位置から前記オン位置に切り替わると、前記充電器の出力電流を前記バッテリおよび前記電動モータに供給し、前記充電器の出力電流によって前記バッテリの充電を開始し、前記充電器の出力電流を前記電動モータの駆動電流として用い、前記電動モータの消費電流が前記充電器の前記出力電流を超えると、前記消費電流と前記出力電流との差である不足電流を、前記バッテリから前記電動モータに供給し、
前記バッテリの前記充電制御においては、
前記キースイッチの状態を監視し、
前記キースイッチが前記オン位置の状態においては、バッテリ残容量が、１００％未満の予め定めた上限値を超えた場合には前記バッテリの充電を終了し、前記残容量が予め定めた下限値を下回った場合には前記バッテリの充電を開始し、
前記キースイッチが前記オン位置の状態から前記オフ位置の状態に切り替わると、前記バッテリ残容量が１００％になるまで充電を行い、制御を終了することを特徴とする小型移動式クレーン。

【請求項2】

請求項１に記載の小型移動式クレーンにおいて、
前記制御装置は、
前記バッテリのセルの最大電圧値が予め定めた設定値以上になった場合には、前記バッテリの充電を停止する小型移動式クレーン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機体サイズが相対的に小さい小型移動式クレーンに関する。更に詳しくは、駆動電源としてバッテリおよび外部交流電源を用いる電動式の小型移動式クレーンに関する。

【背景技術】

【0002】

移動式クレーンとして、バッテリを駆動電源とする電動式のものが知られている。このタイプの移動式クレーンでは、電動モータによって駆動される油圧ポンプから発生する圧油によってクレーン操作用、走行用の油圧アクチュエータが駆動される。バッテリ残量が少なくなると、商用電源を用いて充電される。

【0003】

従来における電動式の移動式建設機械においては、動作モードを、駆動モードと充電モードに選択的に切り替え可能となっている（特許文献１、２）。また、商用電源に電源ケーブルが接続された状態のままで、走行、作業等が行われないように構成されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５７３７５９８号公報

【文献】実開平５－６２１０４号公報

【文献】実開平４－１０８３０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、移動式クレーンの中には、機体サイズが相対的に小さく、吊り下げ荷重が８トン程度以下の小型移動式クレーンがある。小型移動式クレーンは、機体サイズが小さいので、積載できるバッテリのサイズにも自ずと制限があり、したがって、バッテリ容量も限られる。搭載バッテリの容量が小さいと、電動式の小型移動式クレーンの連続運転時間が短くなり、頻繁にバッテリの充電が必要になり、作業効率も低下する。

【0006】

小型移動式クレーンのクレーン作業は一般にアウトリガを張り出した定置状態で行われる。したがって、電源ケーブルを介して外部電源から駆動電力を得ながらクレーン作業を行うことが考えられる。クレーン作業における作業負荷が大きいと、電動モータの消費電力も多くなり、外部電源のみでは電力不足になり、不足電力をバッテリから供給する場合がある。バッテリ容量が小さいと、バッテリ充電のために動作モードを作業モードから充電モードに頻繁に切り替える必要があるので、長時間に亘ってクレーン作業を行うことができない場合がある。

【0007】

本発明の目的は、このような点に鑑みて、搭載されているバッテリが小型で小容量であってもクレーン作業等を長時間に亘り連続して行うことのできる電動式の小型移動式クレーンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、本発明の小型移動式クレーンは、
走行およびクレーン操作用の油圧アクチュエータを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する電動モータと、
バッテリと、
外部交流電源からの給電がある場合に、前記外部交流電源から供給される電力を規定の電圧範囲の一定電流の直流に変換して出力する充電器と、
オン位置およびオフ位置に操作されるキースイッチと、
前記電動モータの給電制御および前記バッテリの充電制御を行う制御装置と
を有している。

【0009】

前記制御装置は、
前記キースイッチが前記オン位置の状態において、前記外部交流電源からの給電が無い場合には、前記バッテリの出力電流を前記電動モータに供給し、
前記キースイッチが前記オン位置の状態において、前記外部交流電源からの給電がある場合には、前記充電器の出力電流を前記バッテリおよび前記電動モータに供給し、
前記外部交流電源からの給電がある場合に、前記電動モータの消費電流が前記充電器の出力電流を超えると、前記消費電流と前記出力電流との差である不足電流を、前記バッテリから前記電動モータに供給する制御を行うことを特徴としている。

【0010】

本発明の小型移動式クレーンにおいては、外部から電力が供給されない場合には、バッテリを駆動電源として用いて電動モータを駆動して走行等が行われる。外部から電力が供給される場合には、外部電源を駆動電源として用いて電動モータが駆動され、クレーン作業等が行われる。これと並行して、外部電源を用いて搭載されているバッテリの充電が行われる。

【0011】

このように、外部電源に接続された状態では、バッテリの充電量が低下すると、電動モータの駆動とバッテリの充電とが並行して行われる。バッテリの残容量不足が頻繁に発生することを回避でき、これに起因する作業効率の低下を回避できる。また、従来のバッテリ搭載型の移動式クレーンとは異なり、バッテリ充電のために、操作者が、駆動モードを充電モードに切り替えて作業を中断する操作も不要となる。

【0012】

なお、一般的な大型の電動式の移動式クレーンの場合とは異なり、小型移動式クレーンの場合には、走行範囲、作業範囲も狭く、吊り荷作業は一般にアウトリガを張り出して行う定置作業である。よって、外部電源に電源ケーブルを繋げた状態であっても、実際上においてクレーン作業に制約あるいは支障を来すことは少ない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明を適用した小型移動式クレーンを示す側面図および作業状態を示す斜視図である。

【図2】小型移動式クレーンの制御系を示す概略ブロック図である。

【図3】バッテリの充放電制御動作を示す概略フローチャートである。

【図4】バッテリの充放電特性の一例を示す特性曲線図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に、図面を参照して、本発明を適用したバッテリ搭載型の小型移動式クレーンの実施の形態を説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明は、実施の形態の構成に限定することを意図したものではない。

【0015】

図１（ａ）は本実施の形態に係る小型移動式クレーン１の概略側面図であり、図１（ｂ）はクレーン作業のためにアウトリガを張り出した定置状態の一例を示す概略斜視図である。小型移動式クレーン１は、クローラー式の下部走行体２と、この上に搭載された上部フレーム３とを備えている。下部走行体２は例えば油圧駆動式の走行体である。上部フレーム３はクレーンブーム４を備えている。下部走行体２の四隅には４基のアウトリガ５が取り付けられている。下部走行体２の一方の端部には、当該下部走行体２の走行操作部６が配置され、下部走行体２の他方の端部にはモニタ7を備えたクレーン操作部８が配置されている。走行時においては、図1に示すように、操作者は、走行操作部６の側に立って操作レバーなどを操作して、小型移動式クレーン１を走行させる。

【0016】

クレーンブーム４は多段ブームであり、起伏シリンダ９、不図示の伸縮シリンダなどの油圧アクチュエータによって起伏、伸縮動作を行う。格納状態からアウトリガ５を、アウトリガ張り出しシリンダなどによって外向きとなるように旋回して張り出して、下部走行体２を接地面から浮き上がらせて安定した状態に固定される。この状態で、クレーンブーム４の起伏、伸長を行って、クレーン作業が行われる。この場合には、作業者は、クレーン操作部８の側に立って、モニタ７の画面入力操作、操作レバーの操作等を行ってアウトリガ５の張出、クレーンブーム４の旋回、起伏、伸縮動作等を行う。

【0017】

下部走行体２には、クレーン操作用の起伏シリンダ９等の油圧アクチュエータを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプ１１、および、油圧ポンプ１１を駆動するための電動モータ１２が搭載されている。上部フレーム３には、電動モータ１２等の駆動電源であるバッテリ１３が搭載されている。また、上部フレーム３の内部には、バッテリ１３の充電を行う充電器１４が搭載されている。充電器１４からは電源ケーブル（図２参照）が引き出されている。充電器１４は、外部交流電源から供給される電力を一定電圧（例えば５４Ｖ）の直流に変換する。充電器１４の出力電流は、バッテリ１３の充電用電流および電動モータ１２の駆動電流として用いられる。また、上部フレーム３の内部には、各部の駆動を制御する制御装置１５が搭載されている。

【0018】

図２は小型移動式クレーン１の制御系の概略ブロック図であり、駆動電力の供給系を中心に示す。制御装置１５は、電動モータ１２の制御機能、走行制御機能、クレーン操作制御機能、電動モータ１２への給電制御機能、バッテリ１３の充電制御機能、その他の制御機能を備えている。走行操作部６あるいはクレーン操作部８に配置されているキースイッチ２１がオンに切り替わると、バッテリ１３から各部に電力が供給され、動作可能な状態になる。給電口２２が電源ケーブル２３を介して外部交流電源に接続されている場合には、電源ケーブル２３を介して供給される交流電流が、充電器１４に供給され、充電器１４において規定の電圧範囲の一定電流（例えば、３８Ｖ～６６Ｖの５０Ａ）の直流に変換される。充電器１４の出力電流によってバッテリ１３が充電される。また、充電器１４の出力電流は、モータドライバ２４を介して、電動モータ１２の駆動電力として利用される。外部交流電源に接続されていない場合には、バッテリ１３が電動モータ１２の駆動電源として用いられる。

【0019】

電動モータ１２によって駆動される油圧ポンプ１１から発生する圧油は、方向切替弁等を備えた油圧制御回路２５を介して、下部走行体２の走行用油圧アクチュエータ群２６、上部フレーム３のブーム起伏シリンダ等のクレーン操作用油圧アクチュエータ群２７等に供給される。走行操作部６、クレーン操作部８に配置されている各種の操作レバーの操作に応じて、制御装置１５により油圧制御回路２５が制御され、必要な油圧アクチュエータが駆動されて、所定の走行動作、クレーン動作が行われる。

【0020】

図３はバッテリ１３の充放電制御動作を示す概略フローチャートであり、図４はバッテリ１３の充放電特性の一例を示す特性曲線図である。

【0021】

これらの図を参照して説明すると、操作者によってキースイッチ２１が操作されてオフ位置からオン位置に切り替わると（図３のＳＴ１）、バッテリ１３から各部への給電ラインが接続状態に切り替わる（図３のＳＴ２）。

【0022】

電源ケーブル２３が外部交流電源に接続されて、外部交流電源からの電力が充電器１４に供給されると（図３のＳＴ３）、キースイッチ２１がオフ位置の場合には制御を終了する（図３のＳＴ４→ＳＴ５）。キースイッチ２１がオン位置の場合には、充電器１４からバッテリ１３に一定電流が供給されて充電が開始する（図３のＳＴ６、図４の時点ｔ１）。また、充電器１４の出力電流が、電動モータ１２の駆動電流の一部として供給可能になる。

【0023】

なお、事前に、商用電源プラグまたはブレーカより、定格電流を読み取り、クレーン操作部８のモニタ７（図２参照）上で、入力電流値を選択し、充電器１４への入力上限電流を設定しておく。

【0024】

充電開始後は、制御装置１５によりバッテリ１３のセル電圧が監視される。セル最大電圧が予め設定した値以上、例えば２．７Ｖ以上になったことが検出されると、充電器１４によるバッテリ１３の充電を停止する（図３のＳＴ７→ＳＴ８）。この後は、モニタ７にエラー表示を出力し、処理を終了する（図３のＳＴ９、ＳＴ１０）。

【0025】

一方、充電が正常に行われている場合には、充電中のキースイッチ２１の状態を監視し（図３のＳＴ１１）、キースイッチ２１がオンの状態の場合には、バッテリ残容量（ＳＯＣ）が一定値になるまで充電し、その後、充電を終了する（図３のＳＴ１２、ＳＴ１３、図４の時点ｔ１～ｔ２）。例えば、バッテリ残容量が９０％になると充電を終了する。

【0026】

ここで、キースイッチ２１がオンの状態において、外部交流電源に接続されている場合には、充電器１４の出力電流が、電動モータ１２に対して駆動電流として供給される。また、電動モータ１２の消費電流が充電器１４から供給される出力電流を上回った場合には、制御装置１５は、不足電流を、バッテリ１３の側から供給する制御を行う。また、キースイッチ２１がオンの状態において、外部交流電源に接続されていない場合には、バッテリ１３の出力電流が、電動モータ１２に対して駆動電流として供給される。

【0027】

例えば、キースイッチ２１がオンの状態で、外部交流電源に接続されている場合において、電動モータ１２が駆動される場合には（図４の時点ｔ３～ｔ５）、充電器１４から電動モータ１２に駆動電流が供給される。また、必要に応じてバッテリ１３から不足電流が補給され、徐々にバッテリ１３の残容量が低下する。バッテリ１３の残容量が予め設定した下限値、例えば、５０％を下回ると（図４の時点ｔ４）、バッテリ１３の充電が再開される（図３のＳＴ１４→ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ６）。

【0028】

一方、キースイッチ２１がオフの状態の場合において、外部交流電源に接続されている場合（図３のＳＴ１１→ＳＴ１５）には、バッテリ残容量が１００％になるまで充電を行い、制御を終了する（図３のＳＴ１６、ＳＴ１７、ＳＴ１８）

【0029】

以上説明したように、小型移動式クレーン１においては、制御装置１５の制御の下でバッテリ１３の充電制御および電動モータ１２の給電制御が行われる。キースイッチ２１がオンに切り替わった電源オンの状態において、外部交流電源からの給電が無い場合には、バッテリ１３を電動モータ１２の駆動電源として用いている。これに対して、電源オンの状態において、外部交流電源からの給電がある場合には、充電器１４によってバッテリ１３を充電すると共に、充電器１４の出力電流を、電動モータ１２の駆動電流として用いている。また、クレーン作業等の高負荷運転時等において電動モータ１２の消費電流が充電器１４の出力電流を超える場合には、不足電流を、バッテリ１３から電動モータ１２に供給している。

【0030】

電動モータ１２の駆動と並行してバッテリ１３の充電動作が自動的に行われる。よって、小容量で小型のバッテリ１３が搭載されていても、クレーン作業を中断することなく行うことができる。

【0031】

また、制御装置１５は、キースイッチ２１がオフに切り替わった電源オフの状態においては、バッテリ１３を残容量が１００％となるまで充電している。これに対して、キースイッチ２１がオンに切り替わった電源オンの状態においては、１００％未満の残容量で充電を終了させている。これにより、バッテリ１３の寿命の低下を抑制できる。

【符号の説明】

【0032】

１ 小型移動式クレーン
２ 下部走行体
３ 上部フレーム
４ クレーンブーム
５ アウトリガ
６ 走行操作部
７ モニタ
８ クレーン操作部
９ 起伏シリンダ
１１ 油圧ポンプ
１２ 電動モータ
１３ バッテリ
１４ 充電器
１５ 制御装置
２１ キースイッチ
２２ 給電口
２３ 電源ケーブル
２４ モータドライバ
２５ 油圧制御回路
２６ 走行用油圧アクチュエータ群
２７ クレーン操作用油圧アクチュエータ群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】