JP2008254830A - クレーン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転コストの大幅な削減を実現する。
【解決手段】コントローラ７により、共通母線９に対するエンジン発電装置１からの電力供給状況または当該クレーン装置の運転状況に基づいて、新たなエンジン回転速度を示す運転指示１０Ａをエンジン発電装置１へ出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クレーン装置に関し、特に駆動電力をエンジン駆動で発電するエンジン駆動発電方式のクレーン装置に関する。

港湾などのヤードにおいて、船舶やトレーラに対するコンテナなどの荷物の積み降ろしを行うクレーン装置では、複数の電動機を用いて、荷物の昇降、さらには架台の走行や横行などの動作を行っている。また、これら電動機へ動作電力を供給するため、エンジン駆動発電方式では、ディーゼルエンジンを用いて発電機を駆動するエンジン発電装置を用いて必要な電力を各電動機へ供給する構成となっている。

このようなクレーン装置では、荷物の吊り上げ時などは最大負荷となるが、荷物の吊り下げ時など電力をほとんど必要としない場合もあり、負荷変動が大きい。したがって、最大負荷時に見合った電力を発電機から供給するためにはディーゼルエンジンや発電機として大型のものが必要となるものの、平均負荷を上回る設備規模となるため、設備コストや運転コストの面で非効率であった。

従来、このようなクレーン装置に蓄電装置を設けて、常時、エンジン発電装置で発電するとともに、最大負荷時などに蓄電装置から並列的に電力を供給し、回生時に発生した余剰電力を蓄電装置へ充電するものが提案されている（例えば、特許文献１など参照）。これにより、蓄電装置から電動機に対して電力が一時的に供給されるため、ディーゼルエンジンや発電機の規模を縮小でき、設備コストや運転コストの面で効率を改善可能となる。

特開２００１−１６３５７４号公報

しかしながら、このような従来技術では、蓄電装置自体が比較的高価なものであるため、クレーン動作終了まで長期間にわたり比較的大きな電力を蓄電装置から供給することはできず、エンジン発電装置から最大負荷電力の大部分を供給する必要がある。したがって、負荷が低減している場合でも、エンジン発電装置のディーゼルエンジンを一定回転で運転する必要があり、運転コストの大幅な削減は実現できないという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、運転コストの大幅な削減を実現できるクレーン装置を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかるクレーン装置は、エンジン駆動で発電した電力を共通母線に供給することにより、共通母線にインバータを介して接続された電動機を駆動して荷物の積み降ろしを行うクレーン装置であって、発電機をエンジンで駆動して発電した交流電力を出力するエンジン発電装置と、エンジン発電装置からの交流電力を直流電力へ変換して共通母線側へ出力するインバータと、共通母線に対するエンジン発電装置からの電力供給状況または当該クレーン装置の運転状況に基づきエンジン発電装置の新たなエンジン回転速度を算出してエンジン発電装置へ指示するコントローラとを備えている。

この際、エンジン発電装置として、交流電動機をエンジンで駆動することにより交流電力を発電するエンジン発電装置を設け、インバータで、電動機から共通母線へ出力された回生電力を交流電力に変換してエンジン発電装置へ出力することにより交流電動機を駆動するようにしてもよい。

また、電池やコンデンサなどの蓄電池を有し、エンジン発電装置から共通母線に対する電力供給状況に応じて、共通母線に対して蓄電池による充放電を行う蓄電装置をさらに備えてもよい。

また、電池やコンデンサなどの蓄電池を有し、共通母線の直流電圧が所定の放電しきい値以下に低下した場合に、蓄電池に蓄積されている直流電力を共通母線に供給し、共通母線の直流電圧が所定の充電しきい値以上に上昇した場合に、共通母線から直流電力を蓄電池へ充電する蓄電装置をさらに備えてもよい。

本発明によれば、発電機をエンジンで駆動して発電した交流電力を出力するエンジン発電装置と、エンジン発電装置からの交流電力を直流電力へ変換して共通母線側へ出力するインバータとを設け、コントローラにより、共通母線に対するエンジン発電装置からの電力供給状況または当該クレーン装置の運転状況に基づきエンジン発電装置の新たなエンジン回転速度を算出してエンジン発電装置へ指示するようにしたので、電動機などの負荷側の変動に応じてエンジン回転速度が調整される。このため、運転コストを大幅に削減できるとともに、環境への影響も大幅に削減できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置の構成を示す機能ブロック図である。
このクレーン装置１は、エンジン駆動で発電した電力を共通母線に供給することにより、共通母線に接続された電動機を駆動して荷物の積み降ろしを行う装置であり、主な構成として、エンジン発電装置１、インバータ（ＩＮＶ）１３、主巻電動機３０、走行電動機３１，３２、横行電動機３３、インバータ（ＩＮＶ）４１〜４４、放電装置５、蓄電装置６、コントローラ７、および共通母線９が設けられている。

本実施の形態は、発電機をエンジンで駆動して発電した交流電力を出力するエンジン発電装置１と、エンジン発電装置からの交流電力を直流電力へ変換して共通母線側へ出力するインバータ１３とを設け、コントローラ７により、共通母線９に対するエンジン発電装置１からの電力供給状況または運転状況に基づきエンジンの新たなエンジン回転速度を算出してエンジン発電装置１へ指示するようにしたものである。

以下、本実施の形態にかかるクレーン装置の構成について詳細に説明する。
エンジン発電装置１は、ディーゼルエンジン（ＤＥ）１１と発電機（Ｇ）１２を有し、ディーセルエンジン１１で発電機１２を駆動することにより交流電力を発電して出力する装置であり、エンジン回転速度を示すコントローラ７からの運転指示１０Ａに基づいて、ディーゼルエンジン１１のエンジン回転速度を制御する機能を有している。
インバータ１３は、エンジン発電装置１と共通母線９との間に接続され、エンジン発電装置１からの交流電力を直流電力に変換して共通母線９へ出力する電力変換装置である。

主巻電動機３０は、荷物の昇降を行うための交流電動機である。走行電動機３１，４２は、架台の走行を行うための交流電動機である。横行電動機３３は、架台の横行を行うための交流電動機である。
インバータ４１は、共通母線９上の直流電力を交流電力に変換して主巻電動機３０および走行電動機３１へ供給するＤＣ／ＡＣ変換器である。
インバータ４２は、共通母線９上の直流電力を交流電力に変換して主巻電動機３０および走行電動機３２へ供給するＤＣ／ＡＣ変換器である。
インバータ４３は、共通母線９上の直流電力を交流電力に変換して横行電動機３３へ供給するＤＣ／ＡＣ変換器である。

インバータ４４は、共通母線９上の直流電力を交流電力に変換して照明、空調、および各種補機の電源として供給するＤＣ／ＡＣ変換器である。
放電装置５は、荷物の吊り降ろし時などの回生時に共通母線９上に発生した余剰直流電力を、抵抗器などを用いて放電する回路装置である。
蓄電装置６は、電池やコンデンサなどの蓄電池を内蔵する回路装置であり、エンジン発電装置１から共通母線９に対する電力供給状況に応じて、共通母線９に対して蓄電池による充放電を行う機能を有している。

コントローラ７は、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、マイクロプロセッサまたは周辺回路に設けられたメモリからプログラムを読み込んで実行することにより、プログラムと上記ハードウェアとを協働させて、クレーン装置全体を制御するための各種機能を有している。

コントローラ７の主な機能としては、操作レバーや操作スイッチを介して検出した操作者の指令入力７１に基づいて、インバータ４１〜４４を制御して、荷物の昇降、架台の走行や横行などの運転を制御するクレーン運転機能、共通母線９に対するエンジン発電装置１からの電力供給状況やクレーン装置自体の運転状況を確認する電力供給状況確認機能、および入力された荷重や指令速度、あるいは確認した電力供給状況に基づいて新たなエンジン回転速度を算出し、そのエンジン回転速度を運転指示１０Ａによりエンジン発電装置１へ指示する回転速度制御機能がある。

共通母線９に対するエンジン発電装置１からの電力供給状況は、例えば共通母線９の直流電圧を監視すれば把握できる。指令入力７１に基づき荷物の吊り上げや、架台の走行や横行を行う場合、対応する電動機３０〜３３を駆動した時点で、共通母線９上の直流電力が使用されるため直流電圧が低下する。
したがって、電力供給状況確認機能により、共通母線９の直流電圧を検出し、予めメモリに保存しておいた下限しきい値や上限しきい値を読み出して比較することにより、電力供給状況の過不足を確認できる。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図２および図３を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置の動作としてコントローラ７におけるエンジン回転速度制御について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置のエンジン回転速度制御処理を示すフローチャートである。図３は、エンジン発電装置の発電電力とエンジン回転速度の関係を示す動作特性である。

コントローラ７は、操作者による運転開始操作の検出に応じて、図２のエンジン回転速度制御処理を開始する。
コントローラ７は、まず、エンジン回転速度制御機能により、操作者から指令入力７１の有無を確認し（ステップ１００）、指令入力７１があった場合（ステップ１００：ＹＥＳ）、その指令入力７１で入力された荷重および指令速度に応じたエンジン回転速度Ｎを示す運転指示１０Ａをエンジン発電装置１へ出力し（ステップ１０１）、ステップ１００へ戻る。

エンジン発電装置１は、発電電力Ｐとエンジン回転速度Ｎについて、図３に示すような動作特性を有している。この種の動作特性は、一般的に、エンジン回転速度Ｎの増加に応じて発電電力Ｐが単調増加し、所定の最大電力値に達した後に減衰する傾向がある。したがって、コントローラ７のメモリにこのような動作特性を関数や表形式で予め保存しておけば、所望の発電電力Ｐすなわち指令供給電力を供給するのに必要なエンジン回転速度Ｎを算出できる。

したがって、荷重および指令速度から指令供給電力（＝荷重×指令速度）を算出できることから、上記動作特性を参照して、指令供給電力に対応するエンジン回転速度を算出し、運転指示１０Ａによりエンジン発電装置１へ指示すればよい。
これにより、エンジン発電装置１のディーゼルエンジン１１がエンジン回転速度Ｎで運転され、操作者から指令入力された荷重および指令速度に対応する指令供給電力が発電機１２で発電される。

一方、ステップ１００において、操作者からの指令入力７１がなかった場合（ステップ１００：ＮＯ）、コントローラ７は、電力供給状況確認機能により、共通母線９の直流電圧Ｖを検出し（ステップ１０２）、メモリに保存されている下限しきい値ＶＬと比較する（ステップ１０３）。

ここで、直流電圧Ｖが下限しきい値ＶＬより低い場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）、エンジン発電装置１からの運転通知１０Ｂにより取得したエンジン回転速度を所定分だけ増加して新たなエンジン回転速度Ｎを算出し（ステップ１０４）、新たなエンジン回転速度Ｎを示す運転指示１０Ａをエンジン発電装置１へ出力し（ステップ１０５）、ステップ１００へ戻る。
これにより、共通母線９の直流電力が使用されて直流電圧が下限しきい値より低下している場合には、エンジン発電装置１のエンジン回転速度が増やされて、より多くの発電電力が共通母線９へ供給される。

また、ステップ１０５において、直流電圧Ｖが下限しきい値ＶＬより低くない場合（ステップ１０３：ＮＯ）、電力供給状況確認機能は、共通母線９の直流電圧Ｖをメモリに保存されている上限しきい値ＶＨと比較する（ステップ１０６）。

ここで、直流電圧Ｖが上限しきい値ＶＨより低い場合（ステップ１０６：ＹＥＳ）、エンジン発電装置１からの運転通知１０Ｂにより取得したエンジン回転速度を所定分だけ低減して新たなエンジン回転速度Ｎを算出し（ステップ１０７）、新たなエンジン回転速度Ｎを示す運転指示１０Ａをエンジン発電装置１へ出力し（ステップ１０８）、ステップ１００へ戻る。
これにより、共通母線９の直流電力が使用されず直流電圧が上限しきい値より上昇している場合には、エンジン発電装置１のエンジン回転速度が低減されて、共通母線９へ供給される発電電力が抑制される。

［第１の実施の形態の動作例］
次に、図４を参照して、本発明の一実施の形態にかかるクレーン装置の動作例について説明する。図４は、本発明の一実施の形態にかかるクレーン装置の動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、負荷電力３４が増大してエンジン発電装置１のエンジン回転速度が増加した後、負荷電力３４が減少してエンジン発電装置１のエンジン回転速度が低減する場合を例として説明する。

時刻Ｔ０以前においては、クレーン運転は行われておらず、エンジン発電装置１のディーゼルエンジンは、エンジン回転速度Ｎａでアイドル運転されている。このとき、エンジン発電装置１からは規定供給電力ＰＭａが出力されており、共通母線９の直流電圧Ｖは、規定電圧値Ｖａを示している。

次に、時刻Ｔ０において、指令入力７１に応じて任意のクレーン運転が開始された場合、対応する電動機３０〜３３の運転開始に応じて負荷電力３４が増加し始め、この負荷電力３４の増加に対して供給電力１４が追いつかずに電力供給不足となるため、直流電圧Ｖは一時的に低下する。
コントローラ７は、直流電圧Ｖが下限しきい値ＶＬより低下した時点で、図２のエンジン回転速度制御処理により、エンジン回転速度を徐々に増加させ、これによりエンジン発電装置１からの供給電力１４が増加する。

その後、時刻Ｔ１に、負荷電力３４が最大負荷電力ＰＬｂに達した時点で、供給電力１４も最大供給電力ＰＭｂに達して電力供給状況が釣り合う。これにより、直流電圧Ｖが上昇して規定電圧値Ｖａとなり、エンジン回転速度制御処理によるエンジン回転速度の増加が停止され、エンジン回転速度ＮはＮｂ一定となる。

また、時刻Ｔ２に、クレーン運転が終了した場合、負荷電力３４が低下し始め、時刻Ｔ３に電動機３０〜３３から共通母線９に対して回生電力の出力が開始された時点で、直流電圧Ｖは一時的に上昇する。
コントローラ７は、直流電圧Ｖが上限しきい値ＶＬより低下した時点で、図２のエンジン回転速度制御処理により、エンジン回転速度をＮｂからＮａまで徐々に低減させ、これに応じてエンジン発電装置１からの供給電力１４がＰＭｂからＰＭａまで低下する。この際、エンジン回転速度はＮａ以下に低減せず、Ｎａ一定とする。

その後、時刻Ｔ４に、回生電力の出力が終了した時点で、時刻Ｔ０以前と同様に、エンジン発電装置１のディーゼルエンジンは、エンジン回転速度Ｎａでアイドル運転される。これにより、エンジン発電装置１からは規定供給電力ＰＭａが出力され、共通母線９の直流電圧Ｖは、規定電圧値Ｖａとなる。

［第１の実施の形態の効果］
発電機をエンジンで駆動して発電した交流電力を出力するエンジン発電装置１と、エンジン発電装置からの交流電力を直流電力へ変換して共通母線側へ出力するインバータ１３とを設け、コントローラ７により、共通母線９に対するエンジン発電装置１からの電力供給状況に基づきエンジンの新たなエンジン回転速度を算出してエンジン発電装置１へ指示するようにしたので、共通母線９に対する電力供給状況または当該クレーン装置の運転状況に応じてエンジン発電装置１のエンジン回転速度が調整されるため、負荷に見合った回転速度でディーゼルエンジンが運転でき、燃費を改善できる。

特に、架台が走行するような大規模なクレーン装置では、負荷側で必要な最大負荷電力はその平均負荷電力の数倍に相当し、通常、エンジン発電装置１で発電する電力は平均負荷電力以下で十分である。したがって、最大負荷電力が得られる一定のエンジン回転速度によりエンジン発電装置１で発電する場合と比較して、運転コストを大幅に削減できるとともに、環境への影響も大幅に削減できる。

また、本実施の形態において、図１に示すように、蓄電装置６を共通母線９に接続して、エンジン発電装置１から共通母線９に対する電力供給状況に応じて、共通母線９に対して蓄電池による充放電を行うようにしてもよい。

例えば図２に示すように、時刻Ｔ０においてエンジン発電装置１での発電が開始されてから供給電力１４が最大値ＰＭａに達する時刻Ｔ１までの間、エンジン発電装置１から共通母線９に対する電力供給が追いつかない場合がある。このような場合には、蓄電装置６の蓄電池から共通母線９に対して放電し、不足分の電力を補うことができる。また時刻Ｔ２からの回生時や電動機３０〜３３での消費電力が低い期間に共通母線９に発生した余剰電力を蓄電装置６の蓄電池に充電すれば、余剰電力を有効利用できる。

蓄電装置６での充放電制御については、例えば、エンジン発電装置１に対する運転指示と同様にして、コントローラ７により、共通母線９に対するエンジン発電装置１からの電力供給状況に基づいて、蓄電装置６に対する充放電指示を出力するようにしてもよい。
あるいは、蓄電装置６に充放電制御機能を設け、共通母線９の直流電圧が所定の放電しきい値以下に低下した場合に、蓄電池に蓄積されている直流電力を共通母線９に供給し、共通母線９の直流電圧が所定の充電しきい値以上に上昇した場合に、共通母線９上の直流電力を蓄電池へ充電するようにしてもよい。

これにより、電動機３０〜３３の回転加速時など多くの電力が必要となる期間において、エンジン発電装置１に対して大きな負荷がかかるのを回避することができる。また、蓄電装置６は、このような負荷電力がピークとなる期間だけ一時的に使用されるため、大きな蓄電容量を必要とせず、前述した従来技術と比較して蓄電装置６に必要な設備コストを低減できる。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置の構成を示す機能ブロック図であり、図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
第１の実施の形態では、エンジン発電装置１において、発電機１２をディーゼルエンジンで駆動することにより発電する場合を例として説明したが、本実施の形態では、発電機１２に代えて交流電動機１２Ａを用い、交流電動機１２Ａをディーゼルエンジンで駆動することにより発電するとともに、回生時には回生電力に応じて交流電動機１２Ａでディーゼルエンジン１１を駆動する場合について説明する。

エンジン発電装置１は、ディーゼルエンジン（ＤＥ）１１と交流電動機（ＥＭ）１２Ａを有し、ディーセルエンジン１１で交流電動機１２Ａを駆動することにより交流電力を発電して出力する装置であり、エンジン回転速度を示すコントローラ７からの運転指示１０Ａに基づいて、ディーゼルエンジン１１のエンジン回転速度を制御する機能と、回生電力に基づき交流電動機１２Ａを運転してディーゼルエンジン１１を駆動することにより、ディーゼルエンジン１１を無負荷状態とする機能とを有している。

インバータ１３は、エンジン発電装置１と共通母線９との間に接続され、エンジン発電装置１からの交流電力を直流電力に変換して共通母線９へ出力するとともに、共通母線９に対して電動機３０〜３３から出力された回生電力を、コントローラ７からの運転指示１０Ｃで指定された同期周波数に基づいて交流電力に変換してエンジン発電装置１へ出力する電力変換装置である。

本実施の形態において、コントローラ７は、前述したクレーン運転機能、電力供給状況確認機能、およびエンジン回転速度制御機能に加え、エンジン発電装置１から共通母線９に対する電力供給状況に応じてインバータ１３の同期周波数を算出し、その同期周波数を運転指示１０Ｃによりインバータ１３へ指示する同期周波数制御機能を有している。なお、クレーン装置のその他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第２の実施の形態の動作］
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置の動作としてコントローラ７におけるエンジン回転速度制御処理について詳細に説明する。図６は、本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置のエンジン回転速度制御処理を示すフローチャートであり、図２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。

コントローラ７は、操作者による運転開始操作の検出に応じて、図２のエンジン回転速度制御処理を開始する。
コントローラ７は、まず、エンジン回転速度制御機能により、操作者から指令入力７１の有無を確認し（ステップ１００）、指令入力７１があった場合（ステップ１００：ＹＥＳ）、その指令入力７１で入力された荷重および指令速度に応じたエンジン回転速度Ｎを示す運転指示１０Ａをエンジン発電装置１へ出力し（ステップ１０１）、ステップ１００へ戻る。

エンジン発電装置１は、発電電力Ｐとエンジン回転速度Ｎについて、図３に示すような動作特性を有している。この種の動作特性は、一般的に、エンジン回転速度Ｎの増加に応じて発電電力Ｐが単調増加し、所定の最大電力値に達した後に減衰する傾向がある。したがって、コントローラ７のメモリにこのような動作特性を関数や表形式で予め保存しておけば、所望の発電電力Ｐすなわち指令供給電力を供給するのに必要なエンジン回転速度Ｎを算出できる。

したがって、荷重および指令速度から指令供給電力（＝荷重×指令速度）を算出できることから、上記動作特性を参照して、指令供給電力に対応するエンジン回転速度を算出し、運転指示１０Ａによりエンジン発電装置１へ指示すればよい。
これにより、エンジン発電装置１のディーゼルエンジン１１がエンジン回転速度Ｎで運転され、操作者から指令入力された荷重および指令速度に対応する指令供給電力が発電機１２Ａで発電される。

一方、ステップ１００において、操作者からの指令入力７１がなかった場合（ステップ１００：ＮＯ）、コントローラ７は、電力供給状況確認機能により、共通母線９の直流電圧Ｖを検出し（ステップ１０２）、メモリに保存されている下限しきい値ＶＬと比較する（ステップ１０３）。

ここで、直流電圧Ｖが下限しきい値ＶＬより低い場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）、エンジン発電装置１からの運転通知１０Ｂにより取得したエンジン回転速度を所定分だけ増加して新たなエンジン回転速度Ｎを算出し（ステップ１０４）、新たなエンジン回転速度Ｎを示す運転指示１０Ａをエンジン発電装置１へ出力する（ステップ１０５）。

続いて、コントローラ７は、同期周波数制御機能により、エンジン回転速度Ｎから同期周波数を算出する（ステップ１１０）。この際、電力供給状況を発電状態とするため、エンジン回転速度Ｎと同期周波数Ｆの関係を示すすべりＳ＝（Ｆ−Ｎ）／ＦがＳ＞１となるよう、同期周波数Ｆを決定する。この後、同期周波数制御機能により、新たな同期周波数Ｆを示す運転指示１０Ｃをインバータ１３に対して出力し（ステップ１１１）、ステップ１００へ戻る。

これにより、共通母線９の直流電力が使用されて直流電圧が下限しきい値より低下している場合には、エンジン発電装置１のエンジン回転速度が増やされて、より多くの発電電力が共通母線９へ供給される。また、すべりＳがＳ＞１となり、発電機に代えて交流電動機を用いた場合でも、確実に発電状態に制御される。

また、ステップ１０５において、直流電圧Ｖが下限しきい値ＶＬより低くない場合（ステップ１０３：ＮＯ）、電力供給状況確認機能は、共通母線９の直流電圧Ｖをメモリに保存されている上限しきい値ＶＨと比較する（ステップ１０６）。

ここで、直流電圧Ｖが上限しきい値ＶＨより低い場合（ステップ１０６：ＹＥＳ）、エンジン発電装置１からの運転通知１０Ｂにより取得したエンジン回転速度を所定分だけ低減して新たなエンジン回転速度Ｎを算出し（ステップ１０７）、新たなエンジン回転速度Ｎを示す運転指示１０Ａをエンジン発電装置１へ出力する（ステップ１０８）。

続いて、コントローラ７は、同期周波数制御機能により、エンジン回転速度Ｎから同期周波数を算出する（ステップ１１２）。この際、電力供給状況を回生状態とするため、エンジン回転速度Ｎと同期周波数Ｆの関係を示すすべりＳ＝（Ｆ−Ｎ）／ＦがＳ＜１となるよう、同期周波数Ｆを決定する。この後、同期周波数制御機能により、新たな同期周波数Ｆを示す運転指示１０Ｃをインバータ１３に対して出力し（ステップ１１３）、ステップ１００へ戻る。

これにより、共通母線９の直流電力が使用されず直流電圧が上限しきい値より上昇している場合には、エンジン発電装置１のエンジン回転速度が低減されて、共通母線９へ供給される発電電力が抑制される。また、すべりＳがＳ＜１となり、発電機に代えて交流電動機を用いた場合でも、確実に回生状態に制御される。

［第２の実施の形態の動作例］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置の動作例について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置の動作例を示すタイミングチャートである。ここでは、負荷電力３４が増大してエンジン発電装置１のエンジン回転速度が増加した後、負荷電力３４が減少してエンジン発電装置１のエンジン回転速度が低減する場合を例として説明する。

時刻Ｔ０以前においては、クレーン運転は行われておらず、エンジン発電装置１のディーゼルエンジンは、エンジン回転速度Ｎａでアイドル運転されており、インバータ１３の同期周波数はＦａとなっている。このとき、エンジン発電装置１からは規定供給電力ＰＭａが出力されており、共通母線９の直流電圧Ｖは、規定電圧値Ｖａを示している。

次に、時刻Ｔ０において、指令入力７１に応じて任意のクレーン運転が開始された場合、対応する電動機３０〜３３の運転開始に応じて負荷電力３４が増加し始め、この負荷電力３４の増加に対して供給電力１４が追いつかずに電力供給不足となるため、直流電圧Ｖは一時的に低下する。
コントローラ７は、直流電圧Ｖが下限しきい値ＶＬより低下した時点で、図２のエンジン回転速度制御処理により、エンジン回転速度を徐々に増加させ、これによりエンジン発電装置１からの供給電力１４が増加する。

その後、時刻Ｔ１に、負荷電力３４が最大負荷電力ＰＬｂに達した時点で、供給電力１４も最大供給電力ＰＭｂに達して電力供給状況が釣り合う。これにより、直流電圧Ｖが上昇して規定電圧値Ｖａとなり、エンジン回転速度制御処理によるエンジン回転速度の増加が停止され、エンジン回転速度ＮはＮｂ一定となるとともに、同期周波数ＦもＦｂ一定となる。

また、時刻Ｔ２に、クレーン運転が終了した場合、負荷電力３４が低下し始め、時刻Ｔ３に電動機３０〜３３から共通母線９に対して回生電力の出力が開始された時点で、直流電圧Ｖは一時的に上昇する。
コントローラ７は、直流電圧Ｖが上限しきい値ＶＬより低下した時点で、図６のエンジン回転速度制御処理により、エンジン回転速度をＮｂからＮａまで徐々に低減させるとともに、同期周波数をＦｂからＦｃへ低減させる。

この際、同期周波数ＦｃはすべりＳ＜１を満足するため、インバータ１３から共通母線９とは逆方向に出力された回生電力により交流電動機１２Ａが駆動されて、交流電動機１２Ａが無負荷状態となる。これにより、エンジン発電装置１からの供給電力１４がＰＭｂから０まで低下する。

その後、時刻Ｔ４に、回生電力の出力が終了した時点で、共通母線９の直流電圧Ｖは、規定電圧値Ｖａとなるため、同期周波数がＦａに変更される。これにより、時刻Ｔ０以前と同様に、エンジン発電装置１からは規定供給電力ＰＭａが出力され、共通母線９の直流電圧Ｖは、規定電圧値Ｖａとなる。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、エンジン発電装置１として、交流電動機をエンジンで駆動することにより交流電力を発電するエンジン発電装置を設け、インバータ１３により、電動機３０〜３３から共通母線９へ出力された回生電力を交流電力に変換してエンジン発電装置１へ出力することにより交流電動機１２Ａを駆動するようにしたので、回生時においてディーゼルエンジン１１を無負荷とすることができる。これにより、エンジン発電装置１での消費燃料をさらに削減でき、運転コストをさらに削減できる。

また、本実施の形態において、図５に示すように、蓄電装置６を共通母線９に接続して、エンジン発電装置１から共通母線９に対する電力供給状況に応じて、共通母線９に対して蓄電池による充放電を行うようにしてもよい。

例えば図６に示すように、時刻Ｔ０においてエンジン発電装置１での発電が開始されてから供給電力１４が最大値ＰＭａに達する時刻Ｔ１までの間、エンジン発電装置１から共通母線９に対する電力供給が追いつかない場合がある。このような場合には、蓄電装置６の蓄電池から共通母線９に対して放電し、不足分の電力を補うことができる。また時刻Ｔ２からの回生時や電動機３０〜３３での消費電力が低い期間に共通母線９に発生した余剰電力を蓄電装置６の蓄電池に充電すれば、余剰電力を有効利用できる。

蓄電装置６での充放電制御については、例えば、エンジン発電装置１に対する運転指示と同様にして、コントローラ７により、共通母線９に対するエンジン発電装置１からの電力供給状況に基づいて、蓄電装置６に対する充放電指示を出力するようにしてもよい。
あるいは、蓄電装置６に充放電制御機能を設け、共通母線９の直流電圧が所定の放電しきい値以下に低下した場合に、蓄電池に蓄積されている直流電力を共通母線９に供給し、共通母線９の直流電圧が所定の充電しきい値以上に上昇した場合に、共通母線９上の直流電力を蓄電池へ充電するようにしてもよい。

これにより、電動機３０〜３３の回転加速時など多くの電力が必要となる期間において、エンジン発電装置１に対して大きな負荷がかかるのを回避することができる。また、蓄電装置６は、このような負荷電力がピークとなる期間だけ一時的に使用されるため、大きな蓄電容量を必要とせず、前述した従来技術と比較して蓄電装置６に必要な設備コストを低減できる。

［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、コントローラ７により電力供給状況を確認するための具体的構成として、共通母線９の直流電圧の変動を検出する場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、エンジン発電装置１での発電電力と負荷側で使用する負荷電力とを比較することにより、電力供給状況を確認してもよい。

この際、負荷電力については、共通母線９へ供給されている電力の変動、電動機３０〜３３の回転速度（単位時間当たりの回転数）、または操作者による指令入力７１から求める方法が考えられ、少なくともこれら３つの方法のいずれかを用いればよい。

例えば、クレーン装置の運転状況を示す電動機３０〜３３の回転速度４５は、それぞれの消費電力と密接な関係があり、各電動機３０〜３３の動作特性として示すことができる。またこれら回転速度４５は、各インバータ４１〜４４から出力する交流電力の周波数と等しい。したがって、コントローラ７において、予めメモリに保存しておいた各電動機３０〜３３の動作特性を参照して、各インバータ４１〜４４から取得した回転速度４５に対応する消費電力を求め、これら消費電力の総和により負荷電力３４を算出すればよい。

また、クレーン装置の運転状況を示す荷物の昇降、さらには架台の走行や横行などの個々のクレーン動作は、それぞれ固有の負荷電力を必要とし、両者の関係はある程度固定的な関係として捉えることができる。したがって、コントローラ７のメモリにクレーン動作とその動作に必要な負荷電力との対応関係を予め保存しておき、指令入力７１に応じて上記対応関係を参照し、操作入力されたクレーン操作に必要なクレーン動作ごとに負荷電力を取得し、これらの総和から操作入力されたクレーン操作に必要な負荷電力を算出すればよい。

また、第２の実施の形態では、インバータ１３における電力の変換方向については、エンジン発電装置１側および共通母線９側からの電力や電圧を比較することにより、インバータ１３で自動的に行われる場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラ７で共通母線９の直流電圧Ｖにより電力供給状況を確認していることから、コントローラ７から電力変換方向を運転指示１０Ｃにより指示し、これに応じてインバータ１３が電力変換動作を行ってもよい。

また、第２の実施の形態では、コントローラ７からインバータ１３に対して同期周波数を指示する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラ７に設けた同期周波数の算出処理を行う機能をインバータ１３に搭載し、エンジン発電装置１から取得したエンジン回転速度に基づいてインバータ１３自身で同期周波数を算出するようにしてもよい。これにより、コントローラ７の処理を簡素化でき、処理負担を軽減できる。

本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置のエンジン回転速度制御処理を示すフローチャートである。 エンジン発電装置の発電電力とエンジン回転速度の関係を示す動作特性である。 本発明の第１の実施の形態にかかるクレーン装置の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置のエンジン回転速度制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態にかかるクレーン装置の動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…エンジン発電装置、１０Ａ，１０Ｃ…運転指示、１０Ｂ…運転通知、１１…ディーゼルエンジン、１２…発電機、１２Ａ…交流電動機、１３…インバータ、１４…供給電力、３０…主巻電動機、３１，３２…走行電動機、３３…横行電動機、３４…負荷電力、４１〜４４…インバータ、４５…回転速度、５…放電装置、６…蓄電装置、７…コントローラ、７１…指令入力、９…共通母線。

Claims (4)

1. エンジン駆動で発電した電力を共通母線に供給することにより、この共通母線にインバータを介して接続された電動機を駆動して荷物の積み降ろしを行うクレーン装置であって、
   発電機をエンジンで駆動して発電した交流電力を出力するエンジン発電装置と、
   前記エンジン発電装置からの交流電力を直流電力へ変換して前記共通母線側へ出力するインバータと、
   前記共通母線に対する前記エンジン発電装置からの電力供給状況または当該クレーン装置の運転状況に基づき前記エンジン発電装置の新たなエンジン回転速度を算出して前記エンジン発電装置へ指示するコントローラと
   を備えることを特徴とするクレーン装置。
2. 請求項１に記載のクレーン装置において、
   前記エンジン発電装置は、交流電動機をエンジンで駆動することにより交流電力を発電するエンジン発電装置からなり、
   前記インバータは、前記電動機から共通母線へ出力された回生電力を交流電力に変換して前記エンジン発電装置へ出力することにより前記交流電動機を駆動する
   ことを特徴とするクレーン装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のクレーン装置において、
   電池やコンデンサなどの蓄電池を有し、前記エンジン発電装置から前記共通母線に対する電力供給状況に応じて、前記共通母線に対して蓄電池による充放電を行う蓄電装置をさらに備えることを特徴とするクレーン装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のクレーン装置において、
   電池やコンデンサなどの蓄電池を有し、前記共通母線の直流電圧が所定の放電しきい値以下に低下した場合に、前記蓄電池に蓄積されている直流電力を前記共通母線に供給し、前記共通母線の直流電圧が所定の充電しきい値以上に上昇した場合に、前記共通母線から直流電力を前記蓄電池へ充電する蓄電装置をさらに備えることを特徴とするクレーン装置。
   

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