JP2001206673A

JP2001206673A - 電動移動式クレーン

Info

Publication number: JP2001206673A
Application number: JP2000022403A
Authority: JP
Inventors: Tadao Osuga; 忠男大須賀; Tadao Komoriya; 忠夫小森谷; Takashi Kubo; 隆久保
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】電動移動式クレーンにおいて、各部の駆動源
の応答性を向上すると共に、省エネルギー化を達成す
る。【解決手段】電動移動式クレーンにおいて、各部の駆
動源を電動式にし、旋回部とクレーン部の駆動源を１つ
以上電動発電機とし、これを発電機の機能を奏するよう
に、制御装置により制御して、旋回部及びクレーン部の
制動動作を行わせ、その旋回用電動発電機６及び又はウ
インチ用電動発電機８から回生電力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行部と旋回部と
クレーン部からなり、各部の駆動源を電動式として操作
性および応答性を向上させると共に、旋回部及びクレー
ン部の駆動源を電動発電機とし、制動時のエネルギーを
回生電力として回収して省エネルギー化を達成するよう
にした電動移動式クレーンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の移動式クレーンは、その駆動系を
構成する油圧系が図５に示す構成を備えていた。

【０００３】図５について説明する。移動式クレーンの
全体は、旋回部と走行部と作業系となるクレーン部より
なる。クレーン部は、ブーム、又は油圧伸縮シリンダー
４４、油圧起伏シリンダー４８を備えている。旋回部
は、油圧旋回モータ４３、エンジン４０および油圧ポン
プ４１を含む動力源と主要油圧回路、油圧ウインチ用モ
ータ４５を有する。走行部は油圧走行モータ４６を有す
る。

【０００４】以下、従来の移動式クレーンについて詳述
する。

【０００５】エンジン４０で油圧回路のポンプ４１を駆
動し、この油圧ポンプ４１で発生した油圧で、コントロ
ールバルブ４２を介して、油圧伸縮シリンダー４４、油
圧起伏シリンダー４８、油圧旋回モータ４３、油圧走行
モータ４６及び油圧ウインチモータ４５を駆動してい
た。

【０００６】油圧系は、エンジン４０にカップリングし
た油圧ポンプ４１から直接コントロールバルブ４２に連
結し、コントロールバルブ４２から油圧伸縮シリンダー
４４に給排出する回路、油圧起伏シリンダー４８に給排
出する回路と、油圧旋回モータ４３に給排出する回路、
油圧走行モータ４６に給排出する回路および油圧ウイン
チモータ４５に給排出する回路が接続された回路になっ
ている。なお、４７は作動油タンクである。

【０００７】この回路では、圧力源である油圧ポンプ４
１に対し、負荷を構成する各種油圧モータ４３，４５，
４６及び油圧伸縮シリンダー４４、油圧起伏シリンダー
４８等のアクチュエータの複数対象同時制御を行ってい
た。また、油圧系は駆動力を発生する必要性から高圧回
路部分を有していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の移動式クレーンの油圧回路は、接続部からの油
漏れ、油の膨張伸縮特性に基づく応答性の悪さ、制御お
よび切換の衝撃による制御の困難さ、複数負荷同時制御
時のポンプ流量圧の不十分さに基づく操作性の悪さ、等
の問題点があったと共に、リリーフによる油圧を熱とし
て捨て、低圧側の排出油のエネルギーは無駄になってい
た。

【０００９】本発明は、上記状況に鑑みて、構造が簡単
で、応答性の良い制御が可能になるとともに、省エネル
ギー化を達成した電動移動式クレーンを提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）電動移動式クレーンにおいて、走行部と旋回部と
クレーン部からなり、前記各部の駆動源を電動式にし、
前記旋回部とクレーン部の駆動源を１つ以上電動発電機
とし、該電動発電機を発電機の機能を奏するように制御
装置により制御して前記各部の１つ以上の制動動作を行
わせ、前記電動発電機から回生電力を出力するようにし
たことを特徴とする。

【００１１】（２）上記（１）記載の電動移動式クレー
ンにおいて、前記電動発電機の出力を、１以上の負荷に
接続するとともに制御装置によって制御されて電路の切
換を行う電力コントローラを介してバッテリに接続した
ことを特徴とする。

【００１２】（３）上記（２）記載の電動移動式クレー
ンにおいて、前記電力コントローラには、走行用電動
機、旋回用電動発電機、伸縮用電動シリンダー用電動
機、起伏用シリンダー用電動機、ウインチ用電動発電機
を接続するとともに、エンジンと連結された発電装置を
接続したことを特徴とする。

【００１３】（４）上記（２）記載の電動移動式クレー
ンにおいて、前記電力コントローラには、走行用電動
機、旋回用電動発電機、吊り荷揚重用電動ウインチ用電
動発電機、ブーム起伏用電動ウインチ用電動発電機を接
続するとともに、エンジンと連結された発電装置を接続
したことを特徴とする。

【００１４】そこで、上記（１）に係る電動移動式クレ
ーンによれば、旋回部及びクレーン部の制動操作を、旋
回動作させるための旋回用電動発電機及びクレーン部の
駆動源、例えば、ウインチの荷下げ時にクレーン部の駆
動源を電動発電機とし、兼用使用して行わせ、その際発
生する発電電力を回生電力として回収することができ
る。

【００１５】上記（２）記載の電動移動式クレーンによ
れば、上記回生電力をバッテリに充電し、電力コントロ
ーラを介して１以上の負荷に制御装置の制御により供給
することができる。

【００１６】上記（３）記載の電動移動式クレーンによ
れば、バッテリには、制御装置の制御により、エンジン
の制御を介して連結した発電装置から充電電流が供給で
きる。また、制御装置の制御により、電力コントローラ
を介して、発電装置とバッテリと旋回用電動発電機、ウ
インチ用電動発電機からの電力を負荷としての走行用電
動機、伸縮用電動シリンダー用電動機、起伏用シリンダ
ー用電動機等に供給することができる。

【００１７】上記（４）記載の電動移動式クレーンによ
れば、バッテリには、制御装置の制御により、エンジン
の制御を介して連結した発電装置から充電電流が供給で
きる。また、制御装置の制御により、電力コントローラ
を介して、発電装置とバッテリと旋回用電動発電機、吊
り荷揚重用電動ウインチ用電動発電機、ブーム起伏用電
動ウインチ用電動発電機からの電力を負荷としての走行
用電動機等に供給することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を示す
図面に基づいて説明する。（第１の実施の態様）図１は本発明の実施例における電
動移動式クレーンの模式図、図２はその電動移動式クレ
ーンの電力供給系ブロック図、図３は本発明の実施例を
示す電動移動式クレーンの制御系ブロックである。な
お、図２及び図３において、点線部分は他の実施例の部
分を示している。

【００１９】これらの図において、１はエンジンであ
り、その回転数を発電電力との関係で制御できるように
なっている。２は発電装置であり、基本的には、発電機
単体か又はそれと変換装置とからなる。特に、バッテリ
３の充電および各電動モータ等の急変負荷および長時間
稼働に対応するために、低圧大電流を発生する発電機単
体か、又は、高電圧発電機と電流変換器とからなる装置
として構成することが好ましい。バッテリ３は、発電装
置２から各電動モータ等への給電が不足したとき、又は
発電装置２のバックアップのために設けられている。

【００２０】４は電力コントローラであり、発電装置２
で発生させた電力をバッテリ３に充電し、また、負荷と
なる伸縮用電動シリンダー用電動機（アタッチメント用
電動機）７Ａ、起伏用電動シリンダー用電動機７Ｂ、旋
回用電動発電機６、走行用電動機５、ウインチ用電動発
電機８に発電装置２およびバッテリ３の電力を適切に給
電制御し、また、場合により、負荷となる伸縮用電動シ
リンダー用電動機７Ａ、起伏用電動シリンダー用電動機
７Ｂ、走行用電動機５に発電装置２、旋回用電動発電機
６、ウインチ用電動発電機８およびバッテリ３の電力を
適切に給電制御し、また、急激に負荷が大きくなった電
動機等に対し、発電装置２の発電電力を増加又は減少す
るように給電制御する。

【００２１】その際、負荷の緊急性を判断して発電装置
２の電力をバッテリ３へ給電せず、特定の負荷のみに給
電するように制御することもできる。この電力コントロ
ーラ４での各電動機等の制御態様はトルクを重視したも
の、回転精度を重視したもの等種々ある。例えば、交流
機の場合、コンバータ、インバータを用いた位相制御、
周波数制御、パルス幅制御等が予定され、精度良く制御
できるようになる。

【００２２】走行用電動機５は、クレーンに負荷がかか
った状態でも走行可能となるように、トルクが比較的大
きく、始動特性が良好な電動機となっており、そのため
の制御回路も備えている。従来の油圧モータでは、自動
変速機構付でも２速走行であったが、電動モータでは無
段変速にできるため、操作性能および走行性能が良好に
なる。

【００２３】旋回用電動発電機６は、旋回動作中は電動
機として動作し、旋回終了動作時は電磁ブレーキ作用を
奏する発電機として動作して回生発電し、発生した電力
は電力コントローラ４を介してバッテリ３に充電する。
電動発電機を用いることにより、ブレーキ動作により回
生発電でき、また、微妙な制御ができるようになる。

【００２４】伸縮用電動シリンダー用電動機７Ａは、ブ
ームを伸縮するための駆動源、起伏用電動シリンダー用
電動機７Ｂは、ブームの起伏を行なうための駆動源であ
って、それぞれ従来の油圧系でのピストン・シリンダー
のような伸縮・起伏動作機構を駆動するための駆動源で
ある。前記伸縮・起伏動作機構としては、例えば、ボー
ルネジとボールナットからなり、ボールネジの一方には
駆動軸を有し、この駆動軸の先端は本体にベアリング支
持すると共に歯車機構を介して電動機を連結し、ボール
ナットには摺動筒が一体に結合され、摺動筒を直線方向
に駆動する機構とすることで基本的に構成できる。その
他、電動機の回転運動を直線運動である伸縮動作に変換
する変換機構であれば基本的にどのようなものであって
も適用できる。

【００２５】特に、ウインチ用電動発電機８は吊り上げ
た荷の吊り降ろし時に電力回生モードとして、電力を回
収することができる。

【００２６】電動機としては、直流電動機、交流電動
機、ステッピングモータ、パルスモータ等が適用可能で
ある。特に、交流電動機はインバータ制御ができるので
適用しやすい。

【００２７】図３は、コンソールのパネルに設けられ
る、この電動移動式クレーンシステムの制御系ブロック
図である。制御装置１０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力ポ
ートをバスで接続した構成になっている。

【００２８】入力ポートには、エンジン１の回転数を検
出する回転数検出センサ１３、発電装置２およびバッテ
リ３の出力電圧、電流を検出する電圧・電流検出センサ
１４、上記伸縮動作機構の伸縮状態での長さ、角度等を
検出する伸縮検出センサ１５、クレーンに掛かる荷重を
検出する荷重検出センサ１６、台車に対する旋回装置の
旋回角度等を検出する旋回角度検出センサ１７、走行ス
ピード検出センサ１８等からなる各種のセンサと、操作
レバーおよびキーボード等の操作入力装置１１が接続さ
れている。

【００２９】一方、出力ポートには、電力コントローラ
４、エンジン１の回転数制御を行うエンジン制御装置２
０、モニター装置１２が接続されている。

【００３０】電力コントローラ４には、その制御対象と
して、発電装置２、伸縮用電動シリンダー用電動機７
Ａ、起伏用電動シリンダー用電動機７Ｂ、旋回用電動発
電機６、走行用電動機５、ウインチ用電動発電機８が接
続されている。また、後述の他の実施例では、吊り荷揚
重用電動ウインチ用電動発電機２１、ブーム起伏用電動
ウインチ用電動発電機２２が接続される。制御装置１０
のメモリには、必要な処理プログラム、例えば、過負荷
防止機能を実行するプログラム、定速旋回機能を実行す
るプログラム等、がマイクロプログラムとして記憶され
ている。操作者は、主に操作入力装置１１からの入力デ
ータにより、各種センサ１３〜１８の出力データを取り
込みメモリに記憶すると共に処理プログラムを実行し、
モニター装置１２に表示させながら、操作入力装置１１
を操作して電力コントローラ４並びに各種制御対象を制
御する。なお、マニュアルの設定をすれば、操作入力装
置１１の操作で自由に作業できる。〔動作態様〕（旋回系の動作態様）制御装置１０は、操作入力装置１
１からの操作指令に基づき、各種センサからのデータを
入力し、特に、荷重検出センサ１６のデータを基に、ク
レーンの負荷に応じて巻き上げ速度、旋回速度等を演算
する。これは、特に、旋回時の慣性力を制御可能な一定
範囲内に抑えるように制御する場合、または、ウインチ
ドラム巻き上げと旋回操作を同時に行う状況で、荷振れ
防止と作業効率アップを同時に実現する場合に有効であ
る。

【００３１】更に、制御装置１０は上記演算結果を電力
コントローラ４に出力し旋回用電動発電機６を所定のス
ピードの範囲内に制御する。また必要に応じて同時にウ
インチ用電動発電機８を電力コントローラ４を介して制
御する。旋回終了時に制動をかけるときは、制御装置１
０は、旋回用電動発電機６及び場合によりウインチ用電
動発電機８に対し、今までの慣性力により回転を続けよ
うとするモータ軸に設けたロータコイルの回転に対して
遅れた位相となる回転磁界を発生するようにステータコ
イルを通電制御し、その結果、ステータコイルに誘導起
電力を発生させる。その状態でロータを回転させると、
モータ軸に制動力が作用すると共に誘導起電力が回生電
力として発生しバッテリ３等に給電される。

【００３２】その際、制御装置１０は、旋回終了直前の
所定時間間隔での旋回角度検出センサ１７のデータと荷
重検出センサ１６と場合によりウインチの巻き上げ用ド
ラムの回転数センサ１９のデータとを基に制動荷重およ
びその制動荷重を発生するための位相電流を演算し、そ
の演算結果を電力コントローラ４に出力し、旋回用電動
発電機６及び場合によりウインチ用電動発電機８を発電
機として機能させて制動をかける。その結果、慣性力の
大きさの程度に応じて電流の位相を変えることによって
制動荷重を変えることができ、さらには電流の位相に応
じて発電電力を変えることができる。

【００３３】また、強風時や傾斜地での旋回をスムーズ
に行うために、旋回用電動発電機６に制動を掛けながら
旋回動作させるように制御装置１０で制御することもで
きる。また、荷重検出センサ１６が過負荷限界に近づい
た値を出力するときは、制御装置１０は巻き上げ速度や
旋回速度を減速するように制御する。（作業用アタッチメント系）制御装置１０は、操作入力
装置１１からの操作入力に基づいて、希望するブーム長
さを登録し、伸縮検出センサ１５のデータを取り込み、
前記登録したブーム長さと比較しながら、必要な出力デ
ータを演算し、その演算データを電力コントローラ４に
出力して伸縮用電動シリンダー用電動機７Ａ、起伏用電
動シリンダー用電動機７Ｂを駆動する。初期トルクを大
きくしたいときは、駆動電流を大きく制御する。例え
ば、交流モータをインバータのデューテイ比制御などに
より制御する。この系は、伸縮検出センサ１５と制御装
置１０とアタッチメント用電動機７Ａ、起伏用電動シリ
ンダー用電動機７Ｂによってフィードバック系を構成し
ている。ブームの長さが調節できるので、作業範囲、荷
重、作業環境等に関わらず作業ができる。

【００３４】また、ウインチによる荷降ろし時は電力の
回生モードとして、ウインチ用電動発電機８により、上
記旋回用電動発電機６の場合と同様に回生制動させ、そ
の際回生発電する。（走行系）制御装置１０は、操作入力装置１１からの操
作入力に基づいて、走行スピード検出センサ１８のデー
タを取り込み、操作入力と検出データとの偏差に基づい
て走行用電動機５への供給電流を演算し、その演算結果
を電力コントローラ４に出力して走行用電動機５を制御
する。供給電流を連続的に増減することによって、走行
スピードを無段階に連続的に変えることができる。（発電装置・バッテリ）制御装置１０は、バッテリ３の
電圧・電流検出センサ１４の検出データを取り込み、電
圧または電流が所定範囲よりも低下しているときは、エ
ンジン制御装置２０へ指令を出して発電装置２を駆動
し、発生した発電電力を電力コントローラ４を介してバ
ッテリ３に充電する。この系もフィードバック系を構成
する。

【００３５】図４は本発明の他の実施例を示す電動移動
式クレーンの模式図である。なお、この図に示すクロー
ラクレーンにおいて、２１は吊り荷揚重用電動ウインチ
用電動発電機、２２はブーム起伏用電動ウインチ用電動
発電機、２３は旋回用電動発電機、２４は走行用電動
機、２５はブーム、２６はフックである。

【００３６】このクローラクレーンの場合は、特に、ウ
インチの巻き上げ用ドラムの回転数センサ１９の検出出
力に基づいて、上記第１の実施の形態で述べたように制
御される。（他の実施の態様）図１及び図２における発電装置とエ
ンジンからなる電源装置を、商用電源（交流電源）と変
換器の組み合わせ、又は燃料電池、付随的に太陽電池と
することができる。

【００３７】このように構成すると、エンジン音の発生
およびエンジンの回転歪みによる出力変動を抑制でき
る。また、電動機および電動発電機に電磁クラッチ、電
磁ブレーキを設けることもできる。そうすれば、確実な
制動および静止位置の保持が可能になる。

【００３８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３９】

【発明の効果】（１）油圧の代わりに電動機、電動発電
機を用いるようにしたので、作動油を不要にでき、環境
に対する負荷を軽減することができる。

【００４０】（２）従来の油圧駆動では困難であったエ
ネルギーの回生が電動発電機の使用により実現すること
で省エネルギー化が達成できる（３）流体の特性により制約があった制御を、電動機、
電動発電機およびそれらの制御手段により、エネルギー
損失の少ない制御に置き換えることができる。

【００４１】（４）流体の特性により制約のあった複数
アクチュエータの同時制御が、電動機および電動発電機
の使用により可能となったことで、操作性が向上した。

【００４２】（５）大きな騒音源であった管路の流体通
過音を抑制できることで、騒音を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す電動移動式クレーンの模
式図である。

【図２】本発明の実施例を示す電動移動式クレーンの電
力供給系ブロック図である。

【図３】本発明の実施例を示す電動移動式クレーンの制
御系ブロックである。

【図４】本発明の他の実施例を示す電動移動式クレーン
の模式図である。

【図５】従来の移動式クレーンの油圧系の配置図であ
る。

【図６】従来の移動式クレーンの油圧系のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１エンジン２発電装置３バッテリ４電力コントローラ５，２４走行用電動機６，２３旋回用電動発電機７Ａ伸縮用電動シリンダー用電動機７Ｂ起伏用電動シリンダー用電動機８ウインチ用電動発電機１０制御装置１１操作入力装置１２モニター装置１３回転数検出センサ１４電圧・電流検出センサ１５伸縮検出センサ１６荷重検出センサ１７旋回角度検出センサ１８走行スピード検出センサ１９ウインチの巻き上げ用ドラムの回転数センサ２０エンジン制御装置２１吊り荷揚重用電動ウインチ用電動発電機２２ブーム起伏用電動ウインチ用電動発電機２５ブーム２６フック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保隆千葉県千葉市稲毛区長沼原町731−１住友建機株式会社内Ｆターム(参考） 3F204 AA01 BA02 CA07 GA01 3F205 AA05 BA06 KA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行部と旋回部とクレーン部からなり、
前記各部の駆動源を電動式にし、前記旋回部とクレーン
部の駆動源を１つ以上電動発電機とし、該電動発電機を
発電機の機能を奏するように制御装置により制御して前
記各部の１つ以上の制動動作を行わせ、前記電動発電機
から回生電力を出力するようにしたことを特徴とする電
動移動式クレーン。
【請求項２】請求項１記載の電動移動式クレーンにお
いて、前記電動発電機の出力を、１つ以上の負荷に接続
するとともに制御装置によって制御されて電路の切換を
行う電力コントローラを介してバッテリに接続したこと
を特徴とする電動移動式クレーン。
【請求項３】請求項２記載の電動移動式クレーンにお
いて、前記電力コントローラには、走行用電動機、旋回
用電動発電機、伸縮用電動シリンダー用電動機、起伏用
電動シリンダー用電動機、ウインチ用電動発電機を接続
するとともに、エンジンと連結された発電装置を接続し
たことを特徴とする電動移動式クレーン。
【請求項４】請求項２記載の電動移動式クレーンにお
いて、前記電力コントローラには、走行用電動機、旋回
用電動発電機、吊り荷揚重用電動ウインチ用電動発電
機、ブーム起伏用電動ウインチ用電動発電機を接続する
とともに、エンジンと連結された発電装置を接続したこ
とを特徴とする電動移動式クレーン。