JP4690014B2

JP4690014B2 - 港湾荷役用クレーン制御装置及び港湾荷役用クレーンシステム

Info

Publication number: JP4690014B2
Application number: JP2004318936A
Authority: JP
Inventors: 大介中村
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-02
Also published as: JP2006131311A

Description

この発明は、自然エネルギーによる発電装置を具備し、その発電電力を他の機器に使用、販売、あるいは蓄電池に充電して有効利用することのできる港湾荷役用クレーン制御装置及び港湾荷役用クレーンシステムに関するものである。

従来の港湾荷役用クレーンにおいて、クレーン主動作用の交流電動機を駆動制御するための装置構成は、例えば、図５に示すように、交流電源１から供給された交流電力Ｐ_Ｓを直流電力Ｐ_ＤＣに変換するコンバータ装置２と、直流電力Ｐ_ＤＣを所望の交流電力Ｐ_ＡＣに変換するインバータ装置３と、クレーン主動作機構を駆動する交流電動機４と、電動機駆動時に閉とする交流電動機駆動動作スイッチ５ａと、等から構成されている。また、港湾荷役用クレーンにおいて、交流電源１からの交流電力Ｐ_Ｓは、様々な用途の補機負荷６ａ、６ｂ、６ｃ・・・にも供給される。ここでは、前記コンバータ装置２及び前記インバータ装置３は、二次側で発生した電力を一次側に返すことができる回生機能を備えた装置を対象としている。
また、実際のクレーンではコンバータ装置、インバータ装置と電動機の組合せ及び台数は多様であるが、図５の構成例では説明を簡易化するために装置各々一台の系統としている。また、スイッチについては発明に関係するものだけを図示しており、系統保護スイッチ等は図示していない。

以上のような構成の従来の港湾荷役用クレーンによれば、コンバータ装置２は常時一定電圧の直流電力Ｐ_ＤＣを出力しており、クレーン主動作の操作入力された時スイッチ５ａは閉となり、インバータ装置３は所望の制御入力に従った可変の交流電力Ｐ_ＡＣを出力することで、交流電動機４は所望の回転速度で駆動される。またその時、交流電動機４の駆動が回生駆動であれば、交流電動機４で生じた発電力はインバータ装置３を介して直流電力Ｐ_ＤＣに変換され、さらにコンバータ装置２を介して電源側交流電力Ｐ_Ｓに変換される。

一方、補機負荷６ａ、６ｂ、６ｃ・・・としては、クレーン荷役作業時にその操作に応じて稼動するブレーキや電動機ファン等と、クレーン荷役作業の無い待機時にも稼動しなければならない航空障害灯や、結露・凍結防止用のヒーター等がある。

また、従来、ハイブリッド充電移動式クレーンとして、風力発電機、太陽電池パネル、バッテリ、ＡＣ−ＤＣ電源部などを有し、揚重作業中は太陽電池パネルを用いて常に充電を行うことができ、これによりディーゼルエンジンを用いずにクレーンによる揚重作業が行え、休車時などには風力発電機や深夜電源を併用してバッテリに電力が充電され、一方、バッテリの不具合などで電気モータが使用不能の事態には、ディーゼルエンジンを予備的に用いて揚重作業を続行することができるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２４６５８６号公報

以上のような構成の従来の港湾荷役用クレーンでは、クレーン操作中に交流電動機４の回生駆動によって発生した電力は、インバータ装置３及びコンバータ装置２を介して交流電源１側に返されるが、それはクレーン運転中に交流電動機４が回生駆動となったときであるため、一時的で限られたものであり、発生した電力が特別に有効利用されることは殆どなかった。また、港湾荷役用クレーンが荷役作業を行うのは船が岸壁に着いた時だけであり、常時クレーンが運転されているわけではないが、荷役作業が無い時にも、安全法令で定められている航空障害灯の点灯や、クレーン機能維持として結露・凍結防止用ヒーター等の稼動をしなければならないため、電力を常時供給する必要があり、電力コストがかかる。さらに、港湾荷役用クレーンの設置環境として、一般的に港湾の開けた場所に設置されているため、風が強く、日光をさえぎるものがないが、それらはクレーンの運転精度の低下や電気・機械室の温度上昇等、クレーン設置環境としては負の要因とされてきたが、それらの自然エネルギーとしての利点は生かされてこなかった。
なお、自然エネルギーを利用したクレーンとして、特許文献１記載のものがあるが、自然エネルギーによる発電電力を回生電力とともに他の機器に使用、販売、あるいは蓄電池に充電して有効利用することまでは言及していない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、港湾荷役用クレーンが自然エネルギーによる発電装置を具備することで、自然エネルギーを電気エネルギーとして取り込むことができ、その電気エネルギーを蓄電、またはインバータ装置やコンバータ装置の回生機能を利用して電源側に戻してやることで、蓄電電力の活用や、荷役待機時の航空障害灯やヒーター等を稼動するための電力購入の抑制、さらに余分な電力は販売することができるような、自然エネルギーを有効利用できる港湾荷役用クレーン制御装置及び港湾荷役用クレーンシステムを提供することを目的とする。

この発明に係る港湾荷役用クレーン制御装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、直流電力を所望の交流電力に変換するインバータ装置と、クレーン主動作機構を駆動する交流電動機と、電動機駆動時に閉とする交流電動機駆動動作スイッチとを備え、前記交流電源からの交流電力は補機負荷にも供給され、かつ前記コンバータ装置及びインバータ装置は二次側で発生した電力を一次側に返すことができる回生機能付きであるものにおいて、コンバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーを電気エネルギーに変換してコンバータ装置の二次側の直流回路に流すための直流発電装置と、直流発電装置で得られた直流発電力の逆流防止用ダイオードと、荷役作業時と自然エネルギーによる発電利用時とを切り替えるために設けられ、交流電動機の駆動による荷役運転の無い時に閉となる直流発電装置切替スイッチと、コンバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーによる直流発電力を蓄えるための蓄電池と、前記コンバータ装置の二次側に接続され、蓄電池を着脱可能にするための蓄電池着脱用コネクタと、前記コンバータ装置の二次側に接続され、蓄電池への充電と放電のタイミングと電力量を制御できる充電／放電コントローラとを備え、充電／放電コントローラは、直流発電装置で得られる直流発電力が少ない場合は放電することで一定量以上の電力を供給でき、また自然エネルギーによる発電力以上に充電しないように制御することで、交流電源による電力を充電しないようにするものである。

また、この発明に係る港湾荷役用クレーンシステムは、前記のような港湾荷役用クレーン制御装置を備えるクレーンと、ヤード内で船積前、船下ろし後の個々のコンテナを移動するために独立稼動するＲＴＧやＲＭＧ等の小型のクレーン群からなるものにおいて、ＲＴＧやＲＭＧ等の小型のクレーンは、発電装置を備えた前記港湾荷役用クレーン制御装置を備えるクレーンで充電された着脱可能な蓄電池が取り付け可能に構成され、消費した蓄電池は再充電のため前記発電装置を備えたクレーンに戻されるようにしたものである。

この発明によれば、従来のコンバータ装置とインバータ装置の構成に自然エネルギーによる発電装置を接続して、コンバータ装置とインバータ装置の回生機能によって発電力を交流電源側に戻すことができるように構成したので、荷役作業が無い時に自然エネルギーによる発電力を補機負荷に利用できると共に、余剰電力を販売することによって経済効果が得られる。
また、蓄電／放電手段を設けて必要に応じて電力を蓄電及び放電でき、さらに着脱可能できるようにしたので、補機負荷用の電力をコントロールできるだけでなく、他の設備やクレーンに蓄電装置を受け渡し利用することによって、港湾荷役システム全体として電力を有効活用できる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１における港湾荷役用クレーン制御装置を示すブロック図である。
この発明の港湾荷役用クレーン制御装置は、図１に示すように、交流電源１から供給された交流電力Ｐ_Ｓを直流電力Ｐ_ＤＣに変換するコンバータ装置２と、直流電力Ｐ_ＤＣを所望の交流電力Ｐ_ＡＣに変換するインバータ装置３と、クレーン主動作機構を駆動する交流電動機４と、電動機駆動時に閉とする交流電動機駆動動作スイッチ５ａと、等から構成されている。また、港湾荷役用クレーンにおいて、交流電源１からの交流電力Ｐ_Ｓは、様々な用途の補機負荷６ａ、６ｂ、６ｃ・・・にも供給される。この発明では、前記コンバータ装置２及び前記インバータ装置３は、二次側で発生した電力を一次側に返すことができる回生機能を備えた装置を対象としている。また、実際のクレーンではコンバータ装置、インバータ装置と電動機の組合せ及び台数は多様であるが、図１の構成例では説明を簡易化するために装置各々一台の系統としている。また、スイッチについては発明に関係するものだけを図示しており、系統保護スイッチ等は図示していない。ここまでの構成は、図５の従来装置のものと同様である。
この発明の港湾荷役用クレーン制御装置の特徴とするところは、自然エネルギーを電気エネルギーに変換してコンバータ装置２の二次側の直流回路に流すための直流発電装置７と、この直流発電装置７で得られた直流発電力の逆流防止のためのダイオード８と、荷役作業時と自然エネルギーによる発電利用時とを切り替えるための直流発電装置切替スイッチ５ｂが設けられ、さらに、自然エネルギーによる直流発電力を蓄えるための蓄電池９ａ、９ｂ、・・・と、この蓄電池９ａ、９ｂを着脱可能にするための蓄電池着脱用コネクタ１０ａ、１０ｂ、・・・と、蓄電池９ａ、９ｂへの充電と放電のタイミングと電力量を制御できる充電／放電コントローラ１１とが設けられていることである。

以上のように構成されたこの発明の港湾荷役用クレーン制御装置の動作を説明する。先ず直流発電装置７による直流発電力は切替スイッチ５ｂが閉の時、コンバータ装置２の二次側（インバータ装置３の一次側）の直流回路に供給される。ここで、切替スイッチ５ｂは、交流電動機４の駆動による荷役運転の無い時に閉とするように制御できるものである。前記直流回路に供給された直流発電力Ｐ_ＤＣはコンバータ装置２を介して回生され、回生された電力Ｐ_Ｓは補機負荷６ａ、６ｂ、６ｃに利用することができる。さらに余剰電力は交流電源１に返して販売することができる。
また、前記直流回路に供給された直流発電力Ｐ_ＤＣは、充電／放電コントローラ１１を介して蓄電池９ａ、９ｂに充電することができる。この充電／放電コントローラ１１は蓄電池９ａ、９ｂの電力量を常に監視しており、蓄電池９ａ、９ｂが過充電にならないように充電池９ａ、９ｂへの入力を制御することができる。さらに充電／放電コントローラ１１は充電と放電のタイミングと電力量を外部の情報から制御できるものであり、これにより直流発電装置７で得られる直流発電力が少ない場合は、放電することで常時一定量以上の電力を供給でき、また自然エネルギーによる発電力以上に充電しないように制御することで、交流電源１による電力を充電しないようにすることができる。
以上のようにして、自然エネルギーによる直流発電装置７で得られた直流発電力は、蓄電池９ａ、９ｂ等に蓄えられて必要に応じて充電／放電されると共に、交流電源１側に返されて有効利用できるため、荷役作業が無い時の電力購入を抑制することができる。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。図２はこの発明の実施の形態２における港湾荷役用クレーン制御装置を示すブロック図である。
上記実施の形態１では、直流発電装置７により得られた直流発電力を利用することを述べたが、この実施の形態２では、図２に示すように、インバータ装置３の二次側に交流発電装置１２と荷役作業時と自然エネルギーによる発電利用時を切り替えるための交流発電装置切替スイッチ５ｃとが設けられている。
以上のように構成された実施の形態２の港湾荷役用クレーン制御装置では、交流発電装置１２による交流発電電力は切替スイッチ５ｃが閉の時、インバータ装置３の二次側の交流負荷回路に供給される。ここで、切替スイッチ５ｃは交流電動機４の駆動が無い時に閉となるように制御されなければならない。この時、スイッチ５ａは開である。また交流電動機４が駆動される時は、スイッチ５ａは閉となり、切替スイッチ５ｃは開となる。すなわち、メンテナンス時や交流発電装置１２を使用しない時以外は、切替スイッチ５ｃは常にスイッチ５ａと開／閉逆に制御される。
交流発電装置１２による交流発電電力Ｐ_ＡＣはインバータ装置３を介して回生され、インバータ装置３の一次側（コンバータ装置２の二次側）の直流回路に供給される。そして、この直流電力Ｐ_ＤＣは、実施の形態１と同様に利用することができる。
上記以外については、実施の形態１と同様の動作のため説明を省略する。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図３に基づいて説明する。図３はこの発明の実施の形態３における港湾荷役用クレーン制御装置を示すブロック図である。
上記実施の形態１及び実施の形態２では、直流発電装置７または交流発電装置１２の各々一種類の発電装置により得られた発電力を利用することを述べたが、この実施の形態３では、図３に示すように、直流発電装置７と交流発電装置１２の両方を設け、両方の発電力を利用できるようにしたので、様々な種類の自然エネルギーによる発電装置を導入でき、一つの自然エネルギーでは十分でなかったり、安定しなかったりした発電力を安定して得ることができる。
以上のように構成された実施の形態３の港湾荷役用クレーン制御装置の動作は、実施の形態１と実施の形態２で述べたものを組み合わせたものと同様なため説明を省略する。

実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図３に基づいて説明する。
上記実施の形態３では、発電装置として様々な種類の自然エネルギーを利用できると述べたが、この実施の形態４では自然エネルギーによる発電装置として少なくとも太陽光発電、風力発電、波力発電、海水温度差発電等による発電装置のうち二種類以上を組合せて具備するものとした。例えば、太陽光発電装置は直流発電装置７に適合するため、実施の形態１〜３にあるように発電力を有効利用できる。また、風力発電装置については，直流発電装置７及び交流発電装置１２の両方の場合が考えられるが、どちらにしても前記実施の形態１から３にあるように発電力を有効利用できる。
また、太陽光発電装置と風力発電装置との組合せでは、天気が悪く日射量は少ないが風は強い、天気が良く日射量は多いが風が無い等、のようにお互いの特性を補完しあうことができ、また太陽光発電だけでは、発電量が少なく蓄電池９の充電がなくなりそうなときでも、不定期的な風力発電の大きな発電量によって充電池９の充電が補われるため、比較的安定した電力を供給できる。

実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図４に基づいて説明する。図４はこの発明の実施の形態５における港湾荷役用クレーンシステムを示す概略構成図である。
図５に例示されるような、岸壁につけられた船１３からコンテナ等の荷１４の揚げ降ろしを行う港湾荷役用クレーン１５と荷１４を一時保管するためのヤード１６と、ヤード１６内で荷１４を運搬するために独立稼動するＲＴＧ（Rubber Tire Gantry）やＲＭＧ（Rail Mounted Gantry）等のクレーン１７ａ、１７ｂ、・・・からなる港湾荷役用クレーンシステムにおいて、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギー源１８ａ、１８ｂ・・・は港湾荷役クレーン１５に設置された自然エネルギーによる太陽光発電装置１９ａ、風力発電装置１９ｂ、・・・によって電気エネルギーに変換され、蓄電池９ａに充電される。なお蓄電池９ａは、図３における蓄電池９と同一であり、コネクタ１０ａ、１０ｂ・・・が設けられているので着脱可能である。従って、図４にある蓄電池９ｂ、９ｃ、・・・のように、ＲＴＧやＲＭＧ等のクレーン１７に直接装着することで、クレーン１７の電力を補うことができる。また、クレーン１７で消費した蓄電池９ｂ、９ｃは、港湾荷役クレーン１５に戻して接続することで再び充電することができる。
以上のように、自然エネルギーによる発電力を港湾荷役クレーン１５自体にだけ利用するのではなく、蓄電池９ａ、９ｂ、９ｃを介してクレーン１７等に活用することで、港湾荷役システムとしてヤード内全体の電力消費を抑制することができ、電力コストを抑制し経済効果が得られる。

この発明の実施の形態１における港湾荷役用クレーン制御装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態２における港湾荷役用クレーン制御装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態３における港湾荷役用クレーン制御装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態５における港湾荷役用クレーンシステムを示す概略構成図である。従来の港湾荷役用クレーン制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・交流電源、２・・・コンバータ装置、３・・・インバータ装置、４・・・交流電動機、５ａ・・・交流電動機駆動動作スイッチ、５ｂ・・・直流発電装置切替スイッチ、５ｃ・・・交流発電装置切替スイッチ、６ａ、６ｂ、６ｃ・・・補機負荷、７・・・直流発電装置、８・・・ダイオード、９ａ、９ｂ、９ｃ・・・蓄電池、１０ａ、１０ｂ・・・蓄電池着脱用コネクタ、１１・・・充電／放電コントローラ、１２・・・交流発電装置、１３・・・船、１４・・・コンテナ等の荷、１５・・・港湾荷役クレーン、１６・・・ヤード、１７ａ、１７ｂ・・・ＲＴＧやＲＭＧ等のクレーン、１８ａ、１８ｂ・・・太陽光線や風力等の自然エネルギー源の例、１９ａ、１９ｂ・・・自然エネルギーによる発電装置の例。

Claims

交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、直流電力を所望の交流電力に変換するインバータ装置と、クレーン主動作機構を駆動する交流電動機と、電動機駆動時に閉とする交流電動機駆動動作スイッチとを備え、前記交流電源からの交流電力は補機負荷にも供給され、かつ前記コンバータ装置及びインバータ装置は二次側で発生した電力を一次側に返すことができる回生機能付きである港湾荷役用クレーン制御装置において、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーを電気エネルギーに変換してコンバータ装置の二次側の直流回路に流すための直流発電装置と、
前記直流発電装置で得られた直流発電力の逆流防止用ダイオードと、
荷役作業時と自然エネルギーによる発電利用時とを切り替えるために設けられ、前記交流電動機の駆動による荷役運転の無い時に閉となる直流発電装置切替スイッチと、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーによる直流発電力を蓄えるための蓄電池と、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、前記蓄電池を着脱可能にするための蓄電池着脱用コネクタと、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、前記蓄電池への充電と放電のタイミングと電力量を制御できる充電／放電コントローラとを備え、
前記充電／放電コントローラは、前記直流発電装置で得られる直流発電力が少ない場合は放電することで一定量以上の電力を供給でき、また自然エネルギーによる発電力以上に充電しないように制御することで、交流電源による電力を充電しないようにすることを特徴とする港湾荷役用クレーン制御装置。
交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、直流電力を所望の交流電力に変換するインバータ装置と、クレーン主動作機構を駆動する交流電動機と、電動機駆動時に閉とする交流電動機駆動動作スイッチとを備え、前記交流電源からの交流電力は補機負荷にも供給され、かつ前記コンバータ装置及びインバータ装置は二次側で発生した電力を一次側に返すことができる回生機能付きである港湾荷役用クレーン制御装置において、
前記インバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーを電気エネルギーに変換してインバータ装置の二次側の交流回路に流すための交流発電装置と、
荷役作業時と自然エネルギーによる発電利用時とを切り替えるために設けられ、前記交流電動機の駆動による荷役運転の無い時に閉となる交流発電装置切替スイッチと、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーによる直流発電力を蓄えるための蓄電池と、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、前記蓄電池を着脱可能にするための蓄電池着脱用コネクタと、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、前記蓄電池への充電と放電のタイミングと電力量を制御できる充電／放電コントローラとを備え、
前記充電／放電コントローラは、前記交流発電装置による交流発電電力が前記インバータ装置を介して回生され、コンバータ装置の二次側の直流回路に供給される直流発電力が少ない場合は放電することで一定量以上の電力を供給でき、また自然エネルギーによる発電力以上に充電しないように制御することで、交流電源による電力を充電しないようにすることを特徴とする港湾荷役用クレーン制御装置。
交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と、直流電力を所望の交流電力に変換するインバータ装置と、クレーン主動作機構を駆動する交流電動機と、電動機駆動時に閉とする交流電動機駆動動作スイッチとを備え、前記交流電源からの交流電力は補機負荷にも供給され、かつ前記コンバータ装置及びインバータ装置は二次側で発生した電力を一次側に返すことができる回生機能付きである港湾荷役用クレーン制御装置において、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーを電気エネルギーに変換してコンバータ装置の二次側の直流回路に流すための直流発電装置と、
前記直流発電装置で得られた直流発電力の逆流防止用ダイオードと、
荷役作業時と自然エネルギーによる発電利用時とを切り替えるために設けられ、前記交流電動機の駆動による荷役運転の無い時に閉となる直流発電装置切替スイッチと、
前記インバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーを電気エネルギーに変換してインバータ装置の二次側の交流回路に流すための交流発電装置と、
荷役作業時と自然エネルギーによる発電利用時とを切り替えるために設けられ、前記交流電動機の駆動による荷役運転の無い時に閉となる交流発電装置切替スイッチと、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、自然エネルギーによる直流発電力を蓄えるための蓄電池と、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、前記蓄電池を着脱可能にするための蓄電池着脱用コネクタと、
前記コンバータ装置の二次側に接続され、前記蓄電池への充電と放電のタイミングと電力量を制御できる充電／放電コントローラとを備え、
前記充電／放電コントローラは、前記直流発電装置で得られる直流発電力が少ない場合は放電することで一定量以上の電力を供給でき、また自然エネルギーによる発電力以上に充電しないように制御することで、交流電源による電力を充電しないようにするとともに、前記交流発電装置による交流発電電力が前記インバータ装置を介して回生され、コンバータ装置の二次側の直流回路に供給される直流発電力が少ない場合は放電することで一定量以上の電力を供給でき、また自然エネルギーによる発電力以上に充電しないように制御することで、交流電源による電力を充電しないようにすることを特徴とする港湾荷役用クレーン制御装置。
自然エネルギーによる直流発電装置及び交流発電装置として少なくとも太陽光発電装置と風力発電装置の二種類以上の発電装置を具備し、荷役作業の無い時間に前記直流発電装置及び交流発電装置による発電電力を、インバータ装置及びコンバータ装置を流用して交流電源側に回生し、他の補機に使用、または販売、あるいは蓄電池に蓄えて有効利用できるようにしたことを特徴とする請求項３記載の港湾荷役用クレーン制御装置。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載された港湾荷役用クレーン制御装置を備えるクレーンと、ヤード内で船積前、船下ろし後の個々のコンテナを移動するために独立稼動するＲＴＧやＲＭＧ等の小型のクレーン群からなる港湾荷役用クレーンシステムにおいて、
ＲＴＧやＲＭＧ等の小型のクレーンは、発電装置を備えた前記港湾荷役用クレーン制御装置を備えるクレーンで充電された着脱可能な蓄電池が取り付け可能に構成され、消費した蓄電池は再充電のため前記発電装置を備えたクレーンに戻されることを特徴とする港湾荷役用クレーンシステム。