JP2007267504A - クレーン用蓄電装置及びクレーン電源装置並びにクレーン用電源設備 - Google Patents

Abstract

【課題】クレーン用蓄電装置の故障時においてもクレーンの運転を継続して行うことのできるクレーン用蓄電装置及びクレーン電源装置並びにクレーン用電源設備を提供することを目的とする。
【解決手段】クレーン電源装置１０に対して着脱可能に取り付けられるクレーン用蓄電装置３０であって、電源側接続端子Ｐ、Ｎと一対をなす蓄電側接続端子Ｐ´、Ｎ´と、キャパシタ３１と、キャパシタ３１と蓄電側接続端子Ｐ´、Ｎ´との間に設けられた双方向チョッパ回路３２と、電動機１４の負荷に応じて双方向チョッパ回路３２を制御することにより、キャパシタ３１の充放電を制御する充放電制御装置３３とを具備するクレーン用蓄電装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、港湾にて、トレーラからヤードへのコンテナ等の荷物の積み降ろし、積み込み等の運搬時に用いられるクレーンに好適なクレーン用電源設備に関するものである。

例えば、港湾等のヤードにおいては、クレーンによってヤードからトレーラへのコンテナの積み込み及びトレーラからヤードへのコンテナの積み降ろし等の荷役作業が行われている。この種のクレーンとしては、車輪によって路面上を自走するトランスファークレーンが知られている。

このトランスファークレーンは、上部に昇降装置を有する門型に構成された架台の両下端部に車輪が設けられ、この車輪によって走行可能とされたもので、車輪を駆動させるための走行モータ、コンテナを吊り上げるための巻きモータ、及び吊り上げたコンテナを水平方向へ移動させる横行モータを有している。そして、このトランスファークレーンには、エンジン式発電機が搭載されており、このエンジン式発電機によって発電した電力を各モータへ供給して駆動するようになっている。

このような、トランスファークレーンにあっては、コンテナを吊り上げる巻きモータを起動させる際に、最もパワーを必要（平均パワーの約５倍）とする。このため、従来は、発電機として、巻きモータへ十分に電力を供給してコンテナの吊り上げを行わせることが可能な大容量のもの、つまり、平均的に必要なパワーに対して、極めて大きなパワーをまかなうことが可能な大容量、且つ、大型の発電機が搭載されていた。

しかしながら、このような発電機は、燃料を無駄遣いして余分な二酸化炭素を排出することになり、近年の省エネルギーや環境問題を改善する上でも好ましいことではない。
そこで、近年、電源設備にキャパシタを設け、このキャパシタにクレーンの回生エネルギーを蓄電して有効利用することにより、環境への影響が少なく、しかも燃料消費量の低減、低コスト化、高効率化を図ったクレーンが提案されている（例えば、特許文献１等）。
特許文献１には、フィードバックループを構成する電源設備にキャパシタを含む蓄電装置を組み込み、回生エネルギーを蓄電して有効活用する技術が開示されている。
特開平１１−２８５１６５号公報

しかしながら、上述した従来の電源設備では、電源設備内に組み込まれた蓄電装置に異常が生じた場合に、電源設備自体が利用できなくなり、クレーンの運転が不可能になるという問題があった。
また、既設のクレーンに適用する場合には、蓄電装置が組み込まれた電源設備を既設の電源設備と交換する必要があり、取り付け工事に時間がかかるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、蓄電装置の故障時においてもクレーンの運転を継続して行うことができるとともに、既設のクレーンに対して簡便な作業により短時間で蓄電装置を取り付けることのできるクレーン用蓄電装置及びクレーン電源装置並びにクレーン用電源設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、エンジン発電機と、前記エンジン発電機からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換して電動機へ供給するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間に接続された蓄電装置取り付け用の電源側接続端子とを有するクレーン電源装置に対して着脱可能に取り付けられるクレーン用蓄電装置であって、前記電源側接続端子と一対をなす蓄電側接続端子と、キャパシタと、前記キャパシタと前記蓄電側接続端子との間に設けられた双方向チョッパ手段と、前記電動機の負荷に応じて前記双方向チョッパ手段を制御することにより、前記キャパシタの充放電を制御する充放電制御装置とを具備するクレーン用蓄電装置を提供する。

上記構成によれば、クレーン用蓄電装置がクレーン電源装置に対して着脱可能に取り付けられるので、クレーン用蓄電装置が故障した場合には、このクレーン用蓄電装置を新たなクレーン用蓄電装置と容易に交換することが可能となる。これにより、クレーンの運転を継続して行うことが可能となる。
更に、電源装置に設けられた電源側接続端子と、蓄電装置に設けられた蓄電側接続端子とを接続することにより、電源装置に蓄電装置を容易に取り付けることができるので、既設のクレーンに対して電源側接続端子を設けるという簡便な作業を行うだけで、クレーン用蓄電装置を容易に取り付けることが可能となる。

上記のクレーン用蓄電装置は、異常を検知する異常検知手段と、前記異常検知手段により異常が検知された場合に、該異常をクレーンの制御装置に通知する通知手段とを備え、前記充放電制御装置は、前記異常検知手段により異常が検知された場合に、前記双方向チョッパ手段の駆動を停止すると良い。

上記構成によれば、異常を検知する異常検知手段を備え、この異常検知手段により異常が検知された場合には通知手段により異常がクレーンの制御装置へ通知されるので、異常発生を速やかに検知し、適切な措置を早期にとることが可能となる。例えば、電磁開閉器などによって、電気的にクレーン用蓄電装置を切り離す。その結果、異常が検知された場合には、充放電制御装置により双方向チョッパ手段の駆動が停止され、キャパシタへの充放電が停止されるので、異常発生時におけるキャパシタや双方向チョッパ手段の損傷や故障を防止することが可能となる。

本発明は、エンジン発電機と、前記エンジン発電機からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換して電動機へ供給するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間に設けられた蓄電装置取り付け用の電源側接続端子とを具備するクレーン電源装置を提供する。

このような構成によれば、コンバータとインバータとの間に、蓄電装置取り付け用の電源側接続端子が接続されて設けられているので、この電源側接続端子と蓄電装置に設けられている蓄電側接続端子とを接続することにより、蓄電装置を容易に取り付けることが可能となる。
この場合において、蓄電装置は、前記電源側接続端子と一対をなす蓄電側接続端子と、キャパシタと、前記キャパシタと前記蓄電側接続端子との間に接続された双方向チョッパ手段と、前記電動機の負荷に応じて前記双方向チョッパ手段を制御することにより、前記キャパシタの充放電を制御する充放電制御装置とを具備していることが好ましい。

本発明は、電源装置と、前記電源装置に対して着脱可能に取り付けられる蓄電装置とを備えるクレーン用電源設備であって、前記電源装置は、エンジン発電機と、前記エンジン発電機からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換して電動機へ供給するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間に接続された蓄電装置取り付け用の電源側接続端子とを有し、前記蓄電装置は、前記電源側接続端子と一対をなす蓄電側接続端子と、キャパシタと、前記キャパシタと前記蓄電側接続端子との間に設けられた双方向チョッパ手段と、前記電動機の負荷に応じて前記双方向チョッパ手段を制御することにより、前記キャパシタの充放電を制御する充放電制御装置とを具備するクレーン用電源設備を提供する。

上記構成によれば、蓄電装置が電源装置に対して着脱可能に取り付けられるので、蓄電装置が故障した場合には、この蓄電装置を新たな蓄電装置と容易に交換することが可能となる。これにより、クレーンの運転を継続して行うことが可能となる。
更に、電源装置に設けられた電源側接続端子と、蓄電装置に設けられた蓄電側接続端子とを接続することにより、電源装置に蓄電装置を容易に取り付けることができるので、既設のクレーンに対して電源側接続端子を設けるという簡便な作業を行うだけで、蓄電装置を容易に取り付けることが可能となる。特に、接続端子としてコネクタ等を用いることにより、取り付け作業を更に容易にすることができる。また、電源側接続端子は、例えば、コンバータとインバータとの間に設けられた接続点からケーブルを延ばし、そのケーブルの先端にコネクタ等の接続部を取り付けた構造としても良い。
上記クレーン用電源設備においては、電源装置と蓄電装置とを接続する配線に、電磁開閉器を設けることが好ましく、これにより、自動制御によっても電源装置と蓄電装置との電気的接続状態を接続／切断することが可能となる。この結果、蓄電装置に異常が発生した場合には、自動制御によって速やかに電気的な接続を遮断することが可能となる。

本発明によれば、蓄電装置の故障時においてもクレーンの運転を継続して行うことができ、更に、既設のクレーンに対して簡便な作業により短時間で蓄電装置を取り付けることができるという効果を奏する。
また、双方向チョッパを使用することで、キャパシタ電圧と、主回路直流電圧を一致させる必要がなくなるので、キャパシタ使用電圧範囲が広がり、エネルギーを有効に使用できるという効果を有する。

以下に、本発明に係るクレーン用電源設備の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、ここでは、クレーンとして、自走式のトランスファークレーンを例にとって説明する。

図１において、符号１は、トランスファークレーンである。このトランスファークレーン１は、水平方向に配設されたガータ４１の両端部に柱状の脚構造体４２ａ、４２ｂを連結してなる門型構造体２を有している。
門型構造体２を構成する脚構造体４２ａ、４２ｂには、それぞれその下端部に、複数の車輪４３が設けられており、これら車輪４３によってトランスファークレーン１が走行可能とされている。それぞれの脚構造体４２ａ、４２ｂの下端には、走行モータ（図示略）が設けられており、これら走行モータによって、それぞれの脚構造体４２ａ、４２ｂの下端部に設けられた車輪４３の内の少なくとも一つが駆動されるようになっている。すなわち、走行モータによって車輪４３が回転駆動されることにより、トランスファークレーン１が自走するようになっている。

ガータ４１には、ガータ４１の長手方向へ沿って移動可能に支持されたトロリ４４が設けられており、このトロリ４４には、コンテナ等の搬送品を吊り上げる吊具４５がワイヤ４６によって吊り下げられている。
トロリ４４には、ワイヤ４６の巻取り、送り出しを行う昇降装置４７が設けられている。この昇降装置４７は、巻きモータによってワイヤ４６が巻回されたドラムを回転させることにより、ワイヤ４６のドラムへの巻取り及び送り出しを行い、吊具４５を昇降させるようになっている。さらに、トロリ４４には、横行モータ（図示略）によってトロリ４４をガータ４１の長手方向に沿って移動させるトロリ装置（図示略）が設けられている。

また、門型構造体２を構成する脚構造体４２ａには、その下端側にディーゼルエンジン式の発電機１１が設けられており、隣接して設けられた燃料タンク（図示略）からの燃料によって駆動するようになっている。また、対向側の脚構造体４２ｂには、クレーン用蓄電装置（以下、単に「蓄電装置」という。）３０及び電気室２０が設けられている。電気室２０には、配電盤や制御盤が内蔵されている。配電盤は、発電機１１から供給される電力を上述した各モータ（走行モータ、巻きモータ、横行モータ等）に対して供給するためのものであり、その構成については後述する。制御盤２０は、クレーンの各部の制御（例えば、クレーンの走行制御、トロリの横行制御、昇降装置４７による昇降制御等）を行うものである。

上記構成を備えるトランスファークレーン１において、その電源設備は、図２に示すように、電源装置１０と、電源装置１０に対して着脱可能に取り付けられる蓄電装置３０とを備えて構成されている。
電源装置１０は、上記発電機１１と、発電機１１からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ１２と、コンバータ１２からの直流電力を３相交流電力に変換して電動機１４へ供給するインバータ１３と、コンバータ１２とインバータ１３との間に接続された蓄電装置取り付け用の電源側接続端子Ｐ、Ｎとを有している。上記コンバータ１２、インバータ１３等の電気回路については、例えば、図１に示した電気室２０内に設けられている。

上記電源装置１０において、コンバータ１２とインバータ１３との間には、コンデンサからの直流電圧を平滑するための平滑コンデンサ１５が設けられている。更に、平滑コンデンサ１５と並列に、過電圧を防止するための制動回路１６が設けられている。制動回路１６は、制動抵抗１６１とトランジスタ１６２とを直列に接続した構成をとり、直流電圧が過電圧レベルに近づいたときにトランジスタ１６２をオンすることにより電圧抑制を図る。

インバータ１３は、例えば、パワートランジスタとフライホイールダイオードとをアームとして３相ブリッジ接続した回路構成をとり、例えば、各アームが所定の速度に応じた周期とそれに比例した電圧の変調度を持つＰＷＭ制御によりオンオフ制御される。なお、インバータの回路構成並びにその制御は、上記の例に限定されず、電動機１４の特性に応じて、公知の構成を採用することが可能である。
なお、図２においては、説明の便宜上、１台の電動機１４を示しているが、通常、電動機１４は複数台設けられている。ここで、電動機１４は、例えば、上述の走行モータ、巻きモータ、横行モータ等である。このように、複数台の電動機に対して電力を供給する場合には、電動機の数に対応して複数台のインバータ１３が必要となる。

蓄電装置３０は、上記電源側接続端子Ｐ、Ｎと一対をなす蓄電側接続端子Ｐ´、Ｎ´と、キャパシタ３１と、キャパシタ３１と蓄電側接続端子Ｐ´、Ｎ´との間に設けられた双方向チョッパ回路３２と、電動機１４の負荷に応じて双方向チョッパ回路３２を駆動することにより、キャパシタ３１の充放電を制御する充放電制御装置３３とを備えている。
そして、上記電源装置１０に設けられている電源側接続端子Ｐと蓄電装置３０に設けられている蓄電側接続端子Ｐ´とを接続し、同様に、電源側接続端子Ｎと蓄電側接続端子Ｎ´とを接続することにより、電源装置１０に蓄電装置３０が取り付けられる。

上記電源側接続端子Ｐ，Ｎは、コンバータ１２とインバータ１３との間に設けられた接続点からケーブルを延ばし、その先端にコネクタを設けた構造としても良く、同様に、蓄電側接続端子Ｐ、Ｎは、双方向チョッパ回路３２の入力側に設けられた接続点からケーブルを延ばし、その先端に電源側接続端子Ｐ、Ｎと一対をなすコネクタを設けた構造としても良い。このように構成することで、電源装置１０への蓄電装置３０の取り付けを非常に容易に行うことが可能となる。

更に、電源装置１０と蓄電装置３０とを接続する配線に、電磁開閉器を設けることが好ましく、これにより、自動制御によっても電源装置１０と蓄電装置３０との電気的接続状態を接続／切断することが可能となる。この結果、蓄電装置３０に異常が発生した場合には、自動制御によって速やかに電気的な接続を遮断することが可能となる。この電磁開閉器は、電気室２０の配電盤に設けられていることが好ましい。

双方向チョッパ回路３２は、キャパシタ３１に並列に接続されたスイッチ回路３２１を備えている。スイッチ回路３２１は、直列に接続された２つのトランジスタ３２３、３２４と、各トランジスタ３２３、３２４に逆並列に接続されたダイオード３２５、３２６とを備えている。更に、双方向チョッパ回路３２は、トランジスタ３２３とトランジスタ３２４との接続点とキャパシタのプラス端子とを接続する経路に直列に接続されたリアクトル３２２を備えている。
更に、蓄電装置３０は、リアクトル３２２に流れる電流値を検出するための電流センサ、及びキャパシタの端子間電圧を検出するための電圧センサを備えており、これらのセンサにより検出された電流値及び電圧値が充放電制御装置３３に転送される。充放電制御装置３３は、これらのセンサ値に基づいて双方向チョッパ回路３２の制御を行うとともに、蓄電装置３０の異常判定を行う。このように、充放電制御装置３３は、蓄電装置３０の異常を検知する異常検知機能、及び、異常を検知した場合に異常発生をクレーン側の制御装置に通知する通信機能を備えている。

このような構成を備える蓄電装置３０において、充放電制御装置３３は、電源装置１０のインバータ１３にかかる負荷に応じて、その負荷エネルギーである電力をキャパシタ３１に充電又は放電させるように双方向チョッパ回路３２を駆動する。
具体的には、電動機１４が発電機状態になる場合の負荷エネルギーは、回生電力として、その充電電流Ｉ（リアクトルに流れる電流）及びキャパシタ３１の端子間電圧Ｅに応じて、双方向チョッパ回路３２を駆動することにより、キャパシタ３１への充電を制御する。
一方、電動機１４が駆動或いは加速状態のとき、充放電制御装置３３は、その充電電流Ｉ（リアクトルに流れる電流）及びキャパシタ３１の端子間電圧Ｅに応じて、双方向チョッパ回路３２を駆動することにより、キャパシタからの放電を制御する。

また、上記制御中において、充放電制御装置３３は、電流センサ及び電圧センサからの信号に基づき、過電流、過電圧が印加されているか、キャパシタ３１が過放電或いは過充電状態にあるか否かを判定する。そして、キャパシタ３１が過放電或いは過充電状態になった場合には、双方向チョッパ回路３２の駆動を緩和することにより、キャパシタ３１の充放電状態を正常状態に復帰させる。また、過充電及び過電圧が生じた場合には、異常が発生したと判断し、速やかに双方向チョッパ回路３２の駆動を停止するとともに、異常発生をクレーン側の制御装置に対して通知する。
この異常通知を受けたクレーン側の制御装置は、警報を作動させることにより、異常発生をクレーンのオペレータ等へ報告するとともに、クレーンの運転制御を停止する。また、電源装置１０と蓄電装置３０とを接続するケーブルに電磁開閉器等が設けられていた場合には、クレーン側の制御装置は、電磁開閉器を開状態とすることにより、両者間の電気的接続を切断し、蓄電装置３０を電源装置１０から切り離す。

上述のように、蓄電装置３０に異常が発生した場合には、双方向チョッパ回路３２の駆動を速やかに停止させることにより、蓄電装置３０を構成する各電子部品の損傷や故障の拡大を防止することが可能となる。
また、クレーン側の制御装置は、蓄電装置３０の異常発生を速やかにオペレータ等へ通知するので、これを確認したオペレータ等は、蓄電装置３０の交換作業等の適切な措置をとることが可能となる。
なお、本実施形態に係るクレーンが、発電機１１からの電源供給のみによって運転可能なように構成されている場合には、蓄電装置３０を電源装置１０から切り離した状態でクレーンの運転を継続して行うことが可能である。

以上説明してきたように、本実施形態に係るクレーン用電源設備によれば、蓄電装置３０が電源装置１０に対して着脱可能に取り付けられるので、蓄電装置３０が故障した場合には、この蓄電装置３０を新たな蓄電装置３０と容易に交換することが可能となる。これにより、クレーンの運転を継続して行うことが可能となる。
更に、電源装置１０に設けられた電源側接続端子Ｐ、Ｎと、蓄電装置３０に設けられた蓄電側接続端子Ｐ´、Ｎ´とをそれぞれ接続することにより、電源装置１０に蓄電装置３０を容易に取り付けることができるので、既設のクレーンに対して電源側接続端子Ｐ、Ｎを設けるという簡便な作業を行うだけで、蓄電装置３０を容易に取り付けることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、小容量のキャパシタを備える複数台の蓄電装置３０を電源装置１０に接続する構成としても良い。これにより蓄電装置を小型化、軽量化することが可能となるので、クレーンに搭載しやすく、且つ、取り付け作業等を容易にすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るクレーン用電源設備が適用されるトランスファークレーンの構成及び構造を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るクレーン用電源設備の概略構成を示した図である。

符号の説明

１ トランスファークレーン
１０ 電源装置
１１ 発電機
１２ コンバータ
１３ インバータ
１４ 電動機
３０ 蓄電装置
３１ キャパシタ
３２ 双方向チョッパ回路
３２１ スイッチ回路
３２２ リアクトル
３２３、３２４ トランジスタ
３２５、３２６ ダイオード
Ｐ、Ｎ 電源側接続端子
Ｐ´、Ｎ´ 蓄電側接続端子

Claims (5)

1. エンジン発電機と、前記エンジン発電機からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換して電動機へ供給するインバータと、前記コンバータと前記インバータとの間に接続された蓄電装置取り付け用の電源側接続端子とを有するクレーン電源装置に対して着脱可能に取り付けられるクレーン用蓄電装置であって、
   前記電源側接続端子と一対をなす蓄電側接続端子と、
   キャパシタと、
   前記キャパシタと前記蓄電側接続端子との間に設けられた双方向チョッパ手段と、
   前記電動機の負荷に応じて前記双方向チョッパ手段を制御することにより、前記キャパシタの充放電を制御する充放電制御装置と
   を具備するクレーン用蓄電装置。
2. 異常を検知する異常検知手段と、
   前記異常検知手段により異常が検知された場合に、該異常をクレーンの制御装置に通知する通知手段と
   を備え、
   前記充放電制御装置は、前記異常検知手段により異常が検知された場合に、前記双方向チョッパ手段の駆動を停止する請求項１に記載のクレーン用蓄電装置。
3. エンジン発電機と、
   前記エンジン発電機からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換して電動機へ供給するインバータと、
   前記コンバータと前記インバータとの間に接続された蓄電装置取り付け用の電源側接続端子と
   を具備するクレーン電源装置。
4. 前記電源側接続端子がクレーンの電気室の配電盤に設けられている請求項３に記載のクレーン電源装置。
5. 電源装置と、前記電源装置に対して着脱可能に取り付けられる蓄電装置とを備えるクレーン用電源設備であって、
   前記電源装置は、
   エンジン発電機と、
   前記エンジン発電機からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換して電動機へ供給するインバータと、
   前記コンバータと前記インバータとの間に接続された蓄電装置取り付け用の電源側接続端子と
   を有し、
   前記蓄電装置は、
   前記電源側接続端子と一対をなす蓄電側接続端子と、
   キャパシタと、
   前記キャパシタと前記蓄電側接続端子との間に設けられた双方向チョッパ手段と、
   前記電動機の負荷に応じて前記双方向チョッパ手段を制御することにより、前記キャパシタの充放電を制御する充放電制御装置と
   を具備するクレーン用電源設備。

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