JP6280900B2

JP6280900B2 - 工事用作業車に搭載する電源装置

Info

Publication number: JP6280900B2
Application number: JP2015178351A
Authority: JP
Inventors: 敏雄大麻; 美治木本; 泰彦川西
Original assignee: 株式会社アクティオ
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: JP2017055577A

Description

本発明は、工事用トンネルなどの工事現場で稼働させる、電動型の工事用作業車に搭載する電源装置に関する。

工事現場では、機関車や高所作業車など、種々の電気駆動型の作業車が日々使用されている。
このうち、地下トンネルなどの閉空間では、工事で使用する機材や資材を電気機関車で搬送することが行われている。
この電気機関車には、以下の特許文献１に示すように、電気機関車に備えているバッテリー（蓄電池）を駆動源としているタイプが知られている。

このバッテリーには、従来鉛電池を用いることが一般的である。
その理由は以下の通りである。
（１）長年の使用実績から、信頼性が確立されている。
（２）一般的な工事現場は、１日２交替制で作業を行うため、作業員の交替時に、バッテリーも交換する作業を行うように、サイクル化されている。この交換サイクルにおいて電池の充電時間を十分に確保できることから、鉛電池以上に高容量な二次電池を必要としていなかった。

特開２００２−２６２４０７号公報

しかし、上記した従来技術の場合、以下の様な問題のうち、少なくとも何れか１つの問題を有している。
（１）電池容量の観点。
近年の工事現場では、施工費用を抑えるために、施工区間の延長化が著しく、従来の鉛電池を用いた機関車では、容量不足となる場合がある。
（２）稼働時間の確保の観点。
前記（１）と同様の理由から、機関車１日あたりの稼働時間を長く確保するために、バッテリーの交換作業や保守作業をできる限り減らしたい、という要望がある。
（３）安全性の観点。
鉛電池から発生する可燃性ガスが、静電気や漏電電流、金物の衝突火花、溶接火花などによって引火し、電池自身の破壊事故を引き起こす危険性が残されている。
（４）充電場所の観点。
バッテリーの充電作業が、充電装置のある場所に限られている。

すなわち、本願発明は、従来方法と比較して、長時間の連続使用を可能とし、且つ安全性にも優れる、工事用作業車および該工事用作業車に搭載する電源装置を提供することを目的の１つとする。

上記の課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、工事用作業車を構成する作業車本体に搭載する電源装置であって、前記工事用作業車に着脱自在な、筐体と、前記筐体の後方に収容し、リチウムイオン二次電池で構成した、蓄電池と、前記筐体の前方に収容し、前記蓄電池を充電可能な、充電器と、前記筐体内に収容し、電源装置全体の重量の調整機能を備える、重量体と、を少なくとも具備し、前記重量体は、前記充電器からの熱を受ける面と、前記熱を前記筐体へと導く面とで構成した放熱機能をさらに備え、前記筐体には、商用電源と接続可能な、入力端子と、前記工事用作業車と接続可能な、第１の出力端子と、前記工事用作業車以外の外部機器と接続して給電可能な、第２の出力端子と、を少なくとも設けたことを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記筐体に、前記充電器からの熱を放熱するファンを設けてあることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、前記重量体が鉛製であることを特徴とする。
また、本願の第４発明は、前記第１発明乃至第３発明のうち何れかの発明において、前記作業車本体から延びる電源ケーブルを前記第１の出力端子に接続した際に、前記電源ケーブルでもって前記入力端子の差し込み口が覆われるように構成してあることを特徴とする。

本発明によれば、以下に記載する効果のうち、少なくとも何れか１つの効果を奏する。
（１）電池容量の観点。
蓄電池に、リチウムイオン二次電池を用いることにより、施工区間の延長化にも十分対応可能な電池容量を確保することができる。
（２）稼働時間の確保の観点。
蓄電池の交換・保守に関する作業の頻度が低下するため、電気作業車１日あたりの稼働時間を長く確保することができる。
（３）電池の安全性の観点。
蓄電池から可燃性ガスが生じることが無く、蓄電池に関連した爆発事故が起こる事が無い。
（４）充電場所の観点。
充電器を内蔵したことにより、商用電源のある場所であれば如何なる場所でも充電作業を行うことができる。
（５）汎用性の観点。
第２の出力端子を設けることにより、電気作業車以外の外部機器に給電することが可能となる。
（６）牽引能力の観点。
蓄電池の軽量化によって、機関車とレールとの間の摩擦力が低下し、牽引能力が低下する現象を、重量体によって回避することができる。

本発明に係る電源装置の一実施例を示すブロック図。本発明に係る電源装置を搭載した工事用作業車の側面図。本発明に係る電源装置の背面図。本発明に係る電源装置の内部態様を示すイメージ図。

以下、図面を参照しながら、本願発明の実施形態について説明する。

＜１＞全体構成
図１に、本発明に係る電源装置の一実施例を示すブロック図を示す。
本発明に係る電源装置Ａは、工事用作業車Ｘを構成する作業車本体Ｂに搭載するものであり、少なくとも、作業車本体Ｂなどに給電可能な蓄電池１０と、前記蓄電池１０を充電可能な充電器２０とを有してなる。
以下、図１を参照しながら、電源装置Ａの各要素の詳細について説明する。

＜２＞蓄電池
蓄電池１０は、作業車本体または外部機器に電力を供給するための装置である。
蓄電池１０は、従来の鉛電池よりも高容量な二次電池を用いるものとし、例えばリチウムイオン二次電池で構成することができる。
リチウムイオン二次電池には、ＳＣｉＢ（Super Charge ion Battery）（登録商標）などがある。
ＳＣｉＢは、短時間で多くの電力を充電可能な二次電池であり、エネルギー密度（体積・重量）は、鉛電池の約１／４程度である。
また、サイクル寿命も１２０００と長寿命で、温度特性にも急速充放電の応答性も良好な蓄電池である。

＜３＞充電器・制御部
充電器２０は、商用電源からの交流電源を蓄電池１０に充電するための装置である。
制御部３０は、蓄電池１０の電圧や残量をリアルタイムに把握し、入出力電流や、蓄電池１０を構成する各セルの電圧や温度を監視して、蓄電池１０を制御する装置である。
充電器２０および制御部３０は、公知技術によって構成可能であるためその他の詳細な説明は省略する。

＜４＞変換器
変換器４０は、蓄電池１０からの直流電源を、昇圧または降圧したり、或いは交流電源へと変換したりする機能を備えた装置である。
変換器４０は、ＤＣ／ＤＣ変換器（変圧器）や、ＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）などを適宜組合せて構成する。
各変換器は、公知技術によって構成可能であるため、その他の詳細な説明は省略する。

＜５＞接続端子
接続端子は、少なくとも以下の端子から構成する。

＜５．１＞入力端子
入力端子５１は、商用電源と接続するための端子である。
主にＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖなどの商用電源と接続することを想定する。

＜５．２＞第１の出力端子
第１の出力端子５２は、作業車本体と接続するための端子である。
作業車が電気機関車である場合には、ＤＣ２４Ｖ、４８Ｖ、７２Ｖなどの直流電流を送電することを想定する。

＜５．３＞第２の出力端子
第２の出力端子５３は、外部機器と接続するための端子である。
外部機器の駆動電源にあわせて、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖ、ＤＣ４８Ｖ、ＤＣ９６Ｖなどの電流を送電することを想定する。図１では、ＤＣ４８Ｖの直流電流を想定する。

＜６＞その他
その他、電源装置Ａには、蓄電池の充放電の状態や蓄電量を示すインジケータ６０などを設けておくこともできる。

＜７＞具体例
以下、図２〜４を参照しながら、工事用作業車として電気機関車を想定した場合の電源装置の具体例について説明する。

＜７．１＞搭載イメージ（図２）
図２に、電源装置を搭載した工事用作業車全体の側面を示す。
電源装置Ａは、作業車本体Ｂの搭載面Ｂ１に載置して搭載する。
電源装置Ａは、筐体Ａ１に蓄電池１０や充電器２０を収容し、蓋Ａ４を閉じた状態で構成する。

この電源装置Ａの第１の出力端子５２と作業車本体Ｂとの間を、電源ケーブルを介して接続することで、作業車本体Ｂへと給電することができる。
筐体Ａ１の側面には、取扱性を向上するために、取っ手Ａ２を設けておくことができる。
また、筐体Ａ１の底面には、取り外した状態から容易に運搬可能とするためにキャスターＡ３を設けておくことができる。
この取っ手Ａ２やキャスターＡ３を設けておくことで、電源装置Ａ単独での運搬性が向上するため、電源装置Ａの交換作業や、充電対象となる外部機器への接近などが容易となる。

なお、作業車本体Ｂの搭載面Ｂ１に、前記キャスターＡ３を収容可能な凹部Ｂ２を設けておくと、前記キャスターＡ３が、電源装置Ａを作業車本体Ｂに搭載する際の障害にならない点で好ましい。

＜７．２＞背面側（図３）
図３に、電源装置Ａの背面側を示す。
本実施例では、入力端子５１、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３、インジケータ６０、スイッチ７０を、電源装置の筐体の背面に集中して配置している。
これは、各接続端子を同一面上に配置しておくことで、作業員による各接続端子の接続状況の把握を容易とし、商用電源からの充電中に、作業車本体Ｂが走行してしまうなどの危険行為が生じないようにするためである。

その他、例えば、第１の出力端子５２に作業車本体Ｂからの電源ケーブルが接続されている状態の際には、作業車本体Ｂから第１の出力端子５２に向かう電源ケーブルが前記入力端子５１の差し込み口を覆うようにし、商用電源との接続を困難にするような配置態様としておくと、安全性の観点からより好ましい。

＜７．３＞筐体の内部（図４）
図４に、電源装置Ａの筐体Ａ１の内部態様のイメージを示す。
本実施例では、電源装置Ａが、筐体Ａ１の内部のうち、前面側（作業車本体側）に、蓄電池１０を収容し、背面側に、充電器２０及び各接続端子などを収容して、蓋Ａ４を閉じた状態を呈している。
また、充電器２０を挟む両側には、ファンＡ５を設けて、放熱効果を高めている。

［重量体の収容］
蓄電池１０と筐体Ａ１内面との間には、隙間を設けておき、該隙間に重量体Ａ６を配置している。
この重量体Ａ６は、蓄電池１０を従来の鉛電池からＳＣｉＢに置き換えることで蓄電池１０自体が軽量となることに起因して設けるものである。
蓄電池１０の軽量化に伴って作業車全体の重量も軽くなってしまうと、走行レールとの摩擦係数が低下し、牽引能力も低下する恐れがある。
そこで、蓄電池１０の高性能化によって筐体Ａ１の内部容積に余裕のでた箇所に重量体Ａ６を配置することで、作業車全体における牽引能力の低下を抑制するものである。

［重量体の素材］
本実施例では、重量体Ａ６の望ましい例として、鉛を用いている。
これは、比較的比重が大きいこと、融点が低くて溶かしやすいため、前記した隙間に沿った形状に、重量体Ａ６を形成する作業の安全性が高いこと、などの利点を活かすためである。

［重量体の配置態様］
本実施例では、重量体Ａ６を、平面視して蓄電池１０の周囲のうち、筐体Ａ１の前面側を除いた三面に対してコの字状に配置している。
この配置形態によれば、充電器２０が重量体Ａ６の背面側と接することとなり、充電器２０から発生した熱を、ファンＡ４だけでなく、重量体Ａ６を介して筐体Ａ１の外に導くことができ、冷却効果を向上することができる。
なお、作業車本体Ｂの運転席周辺は、元々ウェイトが集中しているため、重量バランスを考慮して、蓄電池１０の前面側には重量体Ａ６を設けないようにした。

前記した実施例１では、蓄電池１０の重量不足に伴う重量体Ａ６を、電源装置Ａのみに収容していたが、本発明は、前記重量体Ａ６を、作業車本体Ｂに設けたり、或いは電源装置Ａおよび作業車本体Ｂの両方に設けたりすることもできる。

前記した実施例１では、工事用作業車として、電気機関車を想定していたが、本発明は、高所作業車など、その他のバッテリー式の作業車にも適用することができる。

Ｘ工事用作業車
Ａ電源装置
１０蓄電池
２０充電器
３０制御部
４０変換器
５１入力端子
５２第１の出力端子
５３第２の出力端子
６０インジケータ
７０スイッチ
Ａ１筐体
Ａ２取っ手
Ａ３キャスター
Ａ４蓋
Ａ５ファン
Ａ６重量体
Ｂ作業車本体
Ｂ１搭載面
Ｂ２凹部

Claims

工事用作業車を構成する作業車本体に搭載する電源装置であって、
前記工事用作業車に着脱自在な、筐体と、
前記筐体の後方に収容し、リチウムイオン二次電池で構成した、蓄電池と、
前記筐体の前方に収容し、前記蓄電池を充電可能な、充電器と、
前記筐体内に収容し、電源装置全体の重量の調整機能を備える、重量体と、
を少なくとも具備し、
前記重量体は、前記充電器からの熱を受ける面と、前記熱を前記筐体へと導く面とで構成した放熱機能をさらに備え、
前記筐体には、
商用電源と接続可能な、入力端子と、
前記工事用作業車と接続可能な、第１の出力端子と、
前記工事用作業車以外の外部機器と接続して給電可能な、第２の出力端子と、
を少なくとも設けたことを特徴とする、
電源装置。
前記筐体に、前記充電器からの熱を放熱するファンを設けてあることを特徴とする、請求項１に記載の電源装置。
前記重量体が鉛製であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電源装置。
前記作業車本体から延びる電源ケーブルを前記第１の出力端子に接続した際に、前記電源ケーブルでもって前記入力端子の差し込み口が覆われるように構成してあることを特徴とする、
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の電源装置。