JP2010233375A

JP2010233375A - 荷役装置

Info

Publication number: JP2010233375A
Application number: JP2009079211A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kashiwasuga; 信哉栢菅; Hidekazu Harada; 秀和原田; Shoji Kawaguchi; 昌治川口; Soji Sato; 宗史佐藤
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP5226578B2

Abstract

【課題】電力供給装置における発電機の供給電力の周波数及び電圧を維持しつつ、その発電機を駆動するディーゼルエンジンの燃費効率を向上したコンテナ用ヤードクレーンを提供する。
【解決手段】荷役装置の電力供給装置９、１５におけるディーゼルエンジン２１と交流発電機２２との間に変速手段２３を介設する。
【選択図】図５

Description

本発明は、重量貨物の取扱作業を行う荷役装置に関し、詳しくはディーゼルエンジンで回転駆動される発電機からの電力により駆動される荷役装置に関する。

重量貨物を取り扱う荷役装置では、正確に位置を決めかつ起動と停止を頻繁に繰り返すことができるように、電動モータを動力源とするものがある。そのような荷役装置の代表的なものとしては、コンテナヤードにおいてコンテナの積み替え作業を行うヤードクレーンや、重量物の搬送を行う荷役搬送車などがある。電動モータは、荷役装置に搭載された電力供給装置を電源とするが、この電力供給装置は、発電機と、その発電機に機械的に直結されたディーゼルエンジンとから主に構成される（特許文献１を参照）。電動モータを安定して動作させるには、電力供給装置は規定の周波数及び電圧（例えば、６０Ｈｚ、ＡＣ４４０Ｖ）の電力を供給しなければならないが、そのためには発電機の回転子を所定の回転速度（例えば、１８００ｒｐｍ）で回転させる必要がある。従って、発電機と直結されているディーゼルエンジンは、大きな電力を消費している時でも電力をあまり消費していない時であっても、上記回転子の所定の回転速度と同じ回転速度（例えば、１８００ｒｐｍ）で運転されることになる。

ところで、一般にディーゼルエンジンは、低負荷の領域では回転数を下げた方が同じ負荷状態においても燃費効率が良くなる特性を有している（特許文献１を参照）。例えば上記のヤードクレーンに用いられているドイツ社製ＢＦシリーズのディーゼルエンジンは、回転速度が１２００〜１５００ｒｐｍの範囲になると、回転速度が１８００ｒｐｍの場合に比べて同じ出力の時でも燃費効率が約１０％以上も向上する。従って、電力供給装置のディーゼルエンジンの燃費を向上するには、回転速度を下げればよいことになる（図１０を参照）。

しかし、前述のようにディーゼルエンジンと発電機は機械的に直結されているため、ディーゼルエンジンの回転速度を下げると、発電機の回転子の回転速度も低下するので供給電源の周波数や電圧が変化してしまい、重量貨物の荷役作業に支障をきたしてしまうという問題があった。

特開２００５−２１８２２５号公報

本発明の目的は、発電機の供給電力の周波数及び電圧を維持するために発電機を一定回転数で駆動すると共に、大きな電力を消費していない時にはディーゼルエンジンの回転数を下げることにより燃費効率を向上した荷役装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、ディーゼルエンジンで駆動される交流発電機で発電された電力を電源とする電動モータにより駆動される荷役装置において、前記ディーゼルエンジンと前記交流発電機との間に可変速の変速手段を介設したことを特徴とする荷役装置である。

上記の変速手段を、リングギアと、そのリングギアの片面に立設された軸受と、それら軸受に互いに対向して回転自在に取り付けられた一対のピニオンギアと、それらピニオンギアの両方に噛合する一対のサイドギアと、リングギアに噛合する出力ギアとを備えた差動歯車変速機とし、サイドギアの一方をディーゼルエンジンに接続し、他方を電動モータに接続し、かつ出力ギアを交流発電機に接続することが望ましい。

あるいは、上記の変速手段を、太陽ギアと、その太陽ギアを外囲するリングギアと、遊星キャリアに回転自在に取り付けられ太陽ギア及びリングギアに噛合する複数の遊星ギアと、前記リングギアに噛合する入力ギアとを備えた遊星歯車減速機とし、遊星キャリアをディーゼルエンジンに接続し、該入力ギアを電動モータに接続し、かつ太陽ギアを交流発電機に接続することが望ましい。

また、本発明の荷役装置は、ヤードクレーンや荷役搬送車に好適に用いられる。

本発明の荷役装置によれば、ディーゼルエンジンで駆動される交流発電機で発電された電力を電源とする電動モータにより駆動される荷役装置において、ディーゼルエンジンと回転子との間に可変速の変速手段を介設したので、ディーゼルエンジンの燃費が良い低回転速度でも発電機を定格の回転速度で駆動することができるため、発電機の供給電力の周波数及び電圧を維持しつつディーゼルエンジンの燃費効率を向上することができる。

本発明の実施形態からなる荷役装置の例であるヤードクレーンの正面図である。図１のヤードクレーンの側面図である。本発明の実施形態からなる荷役装置の別の例である荷役搬送車の側面図である。図３の荷役搬送車のＡ−Ａ部の矢視図である。電力供給装置の構成図である。変速手段の構成の第１の例である。変速手段の構成の第２の例である。変速手段の構成の第２の例の作用を説明する正面図である。変速手段の制御システムの一例を示すブロック図である。ディーゼルエンジンにおけるエンジン出力と燃料消費量との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態からなる荷役装置の例を示す。
この荷役装置は、コンテナヤードにおいてコンテナ１の積み替えを行うヤードクレーンである。このヤードクレーンは、２本の脚部２とそれらの上部に渡されたガーダ３からなる門型の形状を有しており、コンテナ１と結合するスプレッダ４を、ヘッドブロック５を介してワイヤ６により巻き上げ又は巻き下げする回転ドラム７を備えたトロリー８が、ガーダ３上に横行可能に載置されている。これらの回転ドラム７やトロリー８などは、図示しない電動モータにより駆動され、その電力は片方の脚部２に設置された電力供給装置９から供給されるようになっている。

図３及び図４は、本発明の実施形態からなる荷役装置の別の例を示す。
この荷役装置は、コンテナヤードや製造工場において重量物の搬送を行う荷役搬送車である。この荷役搬送車は、平板状の架台１１に重量物１２を積載して、複数のタイヤ１３により自在に走行するものである。タイヤ１３の一部は電動モータ１４により駆動され、その電力は車輌中央部に吊設された電力供給装置１５から供給されるようになっている。

これらの荷役装置の電力供給装置９、１５は、図５に示すように、ディーゼルエンジン
２１、交流発電機２２、及びそれらの間に介設された変速手段２３から基本的に構成される。この変速手段２３は、ディーゼルエンジン２１から入力軸に伝達される回転速度（例えば、７００〜１８００ｒｐｍ）を増速して、交流発電機２２が所定の電力（例えば、周波数６０Ｈｚ、ＡＣ４４０Ｖ）を得るのに必要な回転速度（例えば、１８００ｒｐｍ）に変換するものである。

このように、荷役装置の電力供給装置におけるディーゼルエンジンと交流発電機との間に可変速の変速手段を介設することにより、ディーゼルエンジンの回転速度を必要な電力が得られる範囲内でできるだけ低い回転速度に低下させても、発電機を規定の回転速度で運転することができるため、発電機の供給電力の周波数及び電圧を維持しつつディーゼルエンジンの燃費効率の向上を図ることができる。

図６は、変速手段の第１の例を示す。
この変速手段は、リングギア３０と、その片面に設置された互いに対向する２枚の軸受板３１と、それら軸受板３１にピニオンシャフト３２を介して回転自在に取り付けられた一対のピニオンギア３３と、それらピニオンギア３３の双方に噛合する一対のサイドギア３４、及びリングギア３０に噛合する出力ギア３５から主に構成される作動歯車減速機である。

リングギア３０側に配置されたサイドギア３４Ａは入力軸３６に、出力ギア３５は出力軸３７に、それぞれ接続されている。また、もう片方のサイドギア３４Ｂは、電動モータ３８に接続され回転駆動されるようになっている。

この変速手段の作用を以下に説明する。なお、ここでは交流発電機２２を駆動する所定の回転速度が１８００ｒｐｍ、ディーゼルエンジン２１の回転速度が７００〜１８００ｒｐｍの間で負荷に応じて可変速となる条件を例にとる。

ディーゼルエンジン２１から７００〜１８００ｒｐｍの回転速度が入力軸３６に伝達されるとサイドギア３４Ａが回転する。このとき、他方のサイドギア３４Ｂは、電動モータ３８と接続しているため、２つのピニオンギア３３と軸受板３１を介してリングギア３０が入力軸３６の回転速度と電動モータ３８の回転速度を加えた速度で回転する。この回転は噛合する出力ギア３５を通じて出力軸３７に伝達され、電動モータ３８の回転速度を、例えば０〜８００ｒｐｍ（１８００ｒｐｍ−ディーゼルエンジン２１の回転速度）とすることで、リングギア３０に噛合した出力軸３７の回転速度を１８００ｒｐｍの一定回転数とすることができる。従って、交流発電機２２は規定の回転速度で駆動されるため、ディーゼルエンジン２１の回転速度が変化しても荷役装置を駆動するのに必要な周波数６０Ｈｚ、ＡＣ４４０Ｖの電力を安定して供給することができる。

また、このように構成することにより、ディーゼルエンジン２１の回転速度の変動を電動モータ３８により補うことができるため、出力軸３７の回転速度をより安定に保持することができる。

図７及び図８は、変速手段の第２の例を示す。
この変速手段は、太陽ギア４０と、その太陽ギア４０のまわりを噛合しながら公転する複数の遊星ギア４１と、それら遊星ギア４１に内周面が噛合するリングギア４２から主に構成される遊星歯車減速機である。各遊星ギア４１は遊星キャリア４３に回転自在に取り付けられており、その遊星キャリア４３は入力軸４４に接続されている。また、太陽ギア４０は出力軸４５に接続されており、リングギア４２は太陽ギア４０を中心として回転可能であると共に、そのリングギア４２の外周面に噛合し、電動モータ４６で回転する入力ギア４７を設置している。

この変速手段の作用を以下に説明する。なお、第１の例の変速手段の場合と同じ条件を用いる。

ディーゼルエンジン２１から７００〜１８００ｒｐｍの回転速度が入力軸４４に伝達されると、遊星キャリア４３が回転して遊星ギア４１が太陽ギア４０とリングギア４２の間を公転する。このとき、リングギア４２は外周面に噛合し、電動モータ４６で回転する入力ギア４７により回転が与えられるので、遊星ギア４１の自転により入力軸４４の回転速度に電動モータ４６の回転速度が加えた回転速度で太陽ギア４０が回転して交流発電機２２に接続した出力軸４５に回転速度が伝達される。

従って、交流発電機２２は規定の回転速度で駆動されるため、ディーゼルエンジン２１の回転速度が変化しても荷役装置を駆動するのに必要な周波数６０Ｈｚ、ＡＣ４４０Ｖの電力を安定して供給することができる。

また、このように構成することにより、ディーゼルエンジン２１の回転速度の変動を電動モータ４６により補うことができるため、出力軸４５の回転速度をより安定に保持することができる。

上述した変速手段を用いるための制御システムの一例を図９に示す。
この制御システムは、ヤードクレーンにおいて用いられ、ディーゼルエンジン２１と交流発電機２２との間に減速機（作動歯車減速機又は遊星歯車減速機）４８が介設されている。交流発電機２２で発生した電力は、複数のインバータ４９に送られ、回転ドラム７やトロリー８の電動モータ５０などを起動する。このような制御システムにおいて、コントローラ５１はコンテナの荷役に必要とされる回転数（回転数指令値）を算出してディーゼルエンジン２１に伝達すると共に、所定の電力（例えば、周波数６０Ｈｚ、ＡＣ４４０Ｖ）を得るのに必要な交流発電機２２の一定回転数（例えば、１８００ｒｐｍ）との差に相当する回転数が電動モータ３８、４６に生じるように専用インバータ５２に回転数の指令を与える。この結果、ディーゼルエンジン２１の回転数と電動モータ３８、４６の回転数とを合わせた一定の回転数（例えば、１８００ｒｐｍ）が交流発電機２２に伝達されることになる。なお、コントローラ５１には、ヤードクレーン本体のコントローラを使用することができる。

また、この制御システムを用いることにより、減速時や荷物の降下時などの回生時に巻上用モータ５０などから回生電力が交流発電機２２に戻り、その回転数を増加させる側に働くような場合には、電動モータ３８の増速度を下げるか又は減速を行うことにより、交流発電機２２の回転を一定に維持したままディーゼルエンジン２１の回転数を回転数指令値よりも上昇させ、エンジンブレーキが動作する領域で運転させることによって、効果的に交流発電機２２の回転数の上昇を抑制することが可能となる。これにより、これまで必要であった回生電力消費用の抵抗を不要とすることができる。

１コンテナ
２脚部
３ガーダ
４スプレッダ
５ヘッドブロック
６ワイヤ
７回転ドラム
８トロリー
９（ヤードクレーンの）電力供給装置
１１架台
１２重量物
１３タイヤ
１４電動モータ
１５（荷役搬送車の）電力供給装置
２１ディーゼルエンジン
２２交流発電機
２３変速手段
３０リングギア
３１軸受板
３２ピニオンシャフト
３３ピニオンギア
３４サイドギア
３５出力ギア
３６入力軸
３７出力軸
３８電動モータ
４０太陽ギア
４１遊星ギア
４２リングギア
４３遊星キャリア
４４入力軸
４５出力軸
４６電動モータ
４７入力ギア
４８減速機
４９インバータ
５０（回転ドラムやトロリーの）電動モータ
５１コントローラ
５２専用インバータ

Claims

ディーゼルエンジンで駆動される交流発電機で発電された電力を電源とする電動モータにより駆動される荷役装置において、
前記ディーゼルエンジンと前記交流発電機との間に可変速の変速手段を介設した荷役装置。
前記変速手段が、リングギアと、該リングギアの片面に立設された軸受と、該軸受に互いに対向して回転自在に取り付けられた一対のピニオンギアと、該ピニオンギアの両方に噛合する一対のサイドギアと、前記リングギアに噛合する出力ギアとを備えた差動歯車減速機であって、前記サイドギアの一方を前記ディーゼルエンジンに接続し、他方を電動モータに接続し、かつ前記出力ギアを前記交流発電機に接続した請求項１に記載の荷役装置。
前記変速手段が、太陽ギアと、該太陽ギアを外囲するリングギアと、遊星キャリアに回転自在に取り付けられ該太陽ギア及び該リングギアに噛合する複数の遊星ギアと、前記リングギアに噛合する入力ギアとを備えた遊星歯車減速機であって、前記遊星キャリアを前記ディーゼルエンジンに接続し、該入力ギアを電動モータに接続し、かつ前記太陽ギアを前記交流発電機に接続した請求項１に記載の荷役装置。
前記荷役装置が、ヤードクレーン又は荷役搬送車である請求項１〜３のいずれかに記載の荷役装置。