JP5329899B2 - クレーン装置およびクレーン制御方法 - Google Patents

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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)。
特開2001−163574号公報
前述した従来技術では、荷物の巻上時に必要な最大負荷電力を、蓄電装置の蓄電電力で一時的に補うことができるものの、このような最大負荷電力を安定供給するため、常時、エンジン発電装置を一定回転速度で運転している。このため、荷物の巻上動作、架台の走行や横行などの電動機を用いたクレーン動作を行っていない待機時などの低負荷時にも関わらず定格回転速度を維持しなければならず、発電電力が過剰となり、エンジン発電装置の燃費が悪くなる。
このようなエンジン発電装置の燃費を改善する方法として、低負荷時にエンジン発電装置の回転速度を低減する方法が考えられ、回転速度を低くすればするほど、エンジン発電装置の燃費を削減することが可能となる。
しかしながら、このような方法では、エンジン発電装置の回転速度を低下させた場合、規定の電圧や周波数の発電電力を得ることができなくなり、クレーン装置において低負荷時でもエンジン発電装置からの発電電力を利用している、照明装置、空調装置、あるいはコントローラなど、クレーン装置の付帯設備として設けられている各種補機設備の動作が不可能となる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、エンジン回転速度を低下させた場合でも補機設備で必要な電圧を安定供給できるクレーン装置およびクレーン制御方法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、エンジンで発電機を駆動して得られた発電電力を駆動電力として共通母線へ供給するエンジン発電装置と、共通母線を介してエンジン発電装置から供給された駆動電力により駆動されて、荷物の積み降ろしを含む各種クレーン動作を行うための複数の電動機と、クレーン動作を実行している際にはエンジンを当該クレーン動作に必要な動作回転速度で運転するとともに、クレーン動作を停止している際にはエンジンを動作回転速度より低いアイドリング回転速度で運転するコントローラと、駆動電力の駆動電圧を昇圧することにより補機設備を駆動するための補助電力を供給するとともに、エンジンがアイドリング回転速度で運転されて駆動電圧が低下した場合でも、補機設備を駆動するのに十分な電圧の補助電力を供給する電圧昇圧装置と、補助電力の補助電圧が駆動電力の駆動電圧より高い場合にのみ、当該補助電力を共通母線へ供給する整流器とを備えている。
この際、電圧昇圧装置が、エンジン発電装置のエンジン回転速度が、クレーン動作が停止されている状態におけるエンジン発電装置のアイドリング回転速度から、クレーン動作が行われている状態におけるエンジン発電装置の動作回転速度以下の場合に、補助電圧として一定のアイドリング補助電圧VSaを示す補助電力を供給するようにしてもよい。
また、本発明のクレーン制御方法は、エンジンで発電機を駆動して得られた発電電力を駆動電力として共通母線へ供給するエンジン発電装置と、共通母線を介してエンジン発電装置から供給された駆動電力により駆動されて、荷物の積み降ろしを含む各種クレーン動作を行うための複数の電動機と、クレーン動作を実行している際にはエンジンを当該クレーン動作に必要な動作回転速度で運転するコントローラと、駆動電力の駆動電圧を昇圧することにより補機設備を駆動するための補助電力を供給する電圧昇圧装置とを備えるクレーンのクレーン制御方法であって、コントローラは、クレーン動作を停止している際にはエンジンを動作回転速度より低いアイドリング回転速度で運転し、電圧昇圧装置は、エンジンがアイドリング回転速度で運転されて駆動電圧が低下した場合でも、補機設備を駆動するのに十分な電圧の補助電力を供給し、整流器は、補助電力の補助電圧が駆動電力の駆動電圧より高い場合にのみ、当該補助電力を共通母線へ供給する
この際、電圧昇圧装置が、エンジン発電装置のエンジン回転速度が、クレーン動作が停止されている状態におけるエンジン発電装置のアイドリング回転速度から、クレーン動作が行われている状態におけるエンジン発電装置の動作回転速度以下の場合に、補助電圧として一定のアイドリング補助電圧VSaを示す補助電力を供給するようにしてもよい。
本発明によれば、クレーン動作が停止されてエンジン回転速度をアイドリング回転速度まで低下させた場合でも、電圧昇圧装置により、アイドリング時でも補助電力を通常時と同様に補機設備に供給することが可能となる。
これにより、クレーン装置の動作状況に応じてエンジン発電装置のエンジン回転速度をアイドリング回転速度まで大幅に低下させても、補機設備を駆動することが可能となる。このため、クレーン装置の全体的な動作を正常に維持しつつ、エンジン発電装置の燃費を効果的に削減でき、環境への影響も削減することが可能となる。
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。
[一実施の形態の構成]
まず、図1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について説明する。図1は、本発明の一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。
このクレーン装置は、エンジン駆動で発電した駆動電力を共通母線へ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含む各種クレーン動作を行う装置であり、主な構成として、エンジン発電装置1、整流器2、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、電圧昇圧装置51、整流器52、補機設備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、コントローラ7により、クレーン動作を実行している際にはエンジン発電装置1のディーゼルエンジン(DE)11を当該クレーン動作に必要な動作回転速度Nbで運転するとともに、クレーン動作を停止している際にはディーゼルエンジン11を動作回転速度Nbより低いアイドリング回転速度Naで運転し、電圧昇圧装置51により、駆動電力PMの駆動電圧VMを昇圧することにより補機設備6を駆動するための補助電力PSを供給するとともに、ディーゼルエンジン11がアイドリング回転速度Naで運転されて駆動電圧VMが低下した場合でも、補機設備6を駆動するのに十分な電圧の補助電力PSを供給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の発電電力PGを発電する装置であり、コントローラ7からの運転指示10に基づいて、ディーゼルエンジン11のエンジン回転速度Nを制御する機能を有している。
整流器2は、エンジン発電装置1から出力された交流の発電電力PGを整流した直流の駆動電力PMを共通母線9へ供給する機能を有している。
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31,32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上の駆動電力PM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上の駆動電力PM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上の駆動電力PM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。これらインバータ43や横行電動機33は、クレーン頂部のトロリー構造に応じて複数設けられている。
インバータ44は、電圧昇圧装置51から出力された直流の補助電力PSを交流電力に変換して補機設備6へ供給するDC/AC変換器である。
電圧昇圧装置51は、例えば交流昇圧チョッパからなり、発電電力PGの発電電圧VGを昇圧することにより補機設備6を駆動するための補助電力PSを供給する機能と、ディーゼルエンジン11がアイドリング回転速度Naで運転されて発電電圧VGが低下した場合でも、補機設備6を駆動するのに十分な電圧を有する補助電力PSを供給する機能とを有している。
整流器52は、補助電力PSの補助電圧VSが駆動電力PMの駆動電圧VMより高い場合にのみ、補助電力PSを共通母線9へ供給する機能を有している。
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クレーン操作入力に基づいて、各種コマンド4Aをやり取りすることによりインバータ41〜43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を確認する電力供給状況確認機能、および操作者からのクレーン操作入力や指令入力、電力供給状況などから得られる当該クレーン装置の動作状況に応じたエンジン回転速度を、運転指示10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。
通常、エンジン発電装置1のディーゼルエンジン11には、5段階程度で制御目標となる複数のエンジン回転速度が予め規定値として用意されており、これら規定値のうちのいずれかが各クレーン動作に応じたエンジン回転速度として設定されている。例えば、巻上げ動作には5段階のうち最高回転速度が割り当てられ、横行動作や走行動作には中域回転速度が割り当てられる。コントローラ7は、操作者からのクレーン操作入力や指令入力に応じたエンジン回転速度を選択し、運転指示10によりエンジン発電装置1へ指示する。
また、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の供給電圧を監視すれば把握できる。クレーン操作に基づき荷物の巻き上げや、架台の走行や横行などのクレーン動作を行う場合、対応する電動機30〜33を駆動した時点で、共通母線9上の駆動電力PMが使用されるため供給電圧が低下する。
したがって、電力供給状況確認機能により、例えばエンジン発電装置1から共通母線9までの電力配線上に設けた検出器からの検出値に基づいて共通母線9の駆動電圧VM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し、その比較結果に応じてエンジン回転速度Nを制御することにより、電力供給状況の過不足を制御するようにしてもよい。
[一実施の形態の動作]
次に、図2および図3を参照して、本発明の一実施の形態にかかるクレーン装置の動作について詳細に説明する。図2は、エンジン発電装置のエンジン回転速度と発電電圧との関係を示す動作特性である。図3は、エンジン発電装置のエンジン回転速度と補助電圧との関係を示す動作特性である。
コントローラ7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クレーン操作入力に基づいて、クレーン動作の有無を確認する。ここで、荷物の昇降、架台の走行や横行などのクレーン動作の実行が確認された場合、コントローラ7は、当該クレーン動作に必要な動作回転速度Nbを算出し、そのエンジン回転速度を運転指示10によりエンジン発電装置1へ指示する。これに応じて、ディーゼルエンジン11のエンジン回転速度がNbまで上昇を開始する。
一方、操作レバーや操作スイッチを介して検出した操作者のクレーン操作入力に基づいて、クレーン動作の停止が確認された場合、コントローラ7は、動作回転速度Nbより低いアイドリング回転速度Naを運転指示10によりエンジン発電装置1へ指示する。これに応じて、ディーゼルエンジン11のエンジン回転速度Nがアイドリング回転速度Naへ低下する。
したがって、クレーン装置の動作状況に応じてエンジン回転速度Nを大幅に低下させることができ、結果として、エンジン発電装置1の燃費を効果的に削減でき、環境への影響も削減することが可能となる。
エンジン発電装置1は、エンジン回転速度Nと発電電圧VGについて、図2に示すような動作特性を有している。この動作特性において、エンジン回転速度Nが動作回転速度Nb以下の場合、エンジン回転速度Nの増加に応じて発電電圧VGが単調増加し、エンジン回転速度Nが動作回転速度Nb以上の場合、発電電圧VGが動作発電電圧VGbに収束する。
このため、ディーゼルエンジン11のエンジン回転速度がアイドリング回転速度Naへ低下した場合、発電電圧VGもアイドリング発電電圧VGaまで低下する。
一方、電圧昇圧装置51は、エンジン回転速度Nと補助電圧VSについて、図3に示すような動作特性を有している。この動作特性は、エンジン回転速度Nがアイドリング回転速度Na以下の場合、エンジン回転速度Nの増加に応じて補助電圧VSが単調増加し、エンジン回転速度Nがアイドリング回転速度Naから動作回転速度Nb以下の場合、エンジン回転速度Nに関わらず一定のアイドリング補助電圧VSaとなる。
このため、ディーゼルエンジン11のエンジン回転速度が動作回転速度Nbからアイドリング回転速度Naまで低下した場合でも、補助電圧VSは、アイドリング補助電圧VSaに維持される。
したがって、補機設備6を駆動するのに十分な電圧値を、アイドリング補助電圧VSaとして予め設定しておくことにより、クレーン動作が停止されてエンジン回転速度Nをアイドリング回転速度Naまで低下させた場合でも、補助電圧VSを、アイドリング補助電圧VSa、すなわち補機設備6を駆動するのに十分な電圧に維持することが可能となる。
[一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、クレーン動作の開始に応じ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、クレーン動作の停止に応じ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、クレーン動作は行われておらず、エンジン発電装置1のディーゼルエンジン11は、アイドリング回転速度Naで運転されている。このとき、エンジン発電装置1から出力される発電電力PGの発電電圧VGはアイドリング発電電圧VGaを示している。この際、電圧昇圧装置51からは、入力される発電電圧VGがアイドリング発電電圧VGaであることから、補助電力PSの補助電圧VSとして、補機設備6を駆動するのに十分なアイドリング補助電圧VSaが出力されている。
次に、時刻T0において、荷物の巻き上げ指令を示すクレーン操作70が行われた場合、コントローラ7は、その操作指令に応じた動作回転速度Nbを示す運転指示10をエンジン発電装置1へ出力する。これによりエンジン発電装置1のエンジン回転速度がアイドリング回転速度Naから動作回転速度Nbへ徐々に上昇し、エンジン発電装置1からの発電電力PGが増加し、その発電電圧VGも徐々に上昇する。また、負荷電力PLも時刻T0から上昇し、時刻T1で最大負荷電力PLbとなる。
その後、時刻T1に、エンジン回転速度Nが動作回転速度Nbに到達して一定となり、発電電力PGとして最大駆動電力が出力されるとともに、その発電電圧VGも動作発電電圧VGbに達する。この際、電圧昇圧装置51からは、入力される発電電圧VGが動作発電電圧VGbであることから、補助電力PSの補助電圧VSとして、補機設備6を駆動するのに十分なアイドリング補助電圧VSaが出力されている。
また、時刻T2に、荷物の巻き下げ指令を示すクレーン操作70が行われ、時刻T3に巻き下げ動作が完了した場合、時刻T2において、負荷電力PLが巻き下げ時の負荷まで一旦低下した後、時刻T3まで徐々に低下する。
コントローラ7は、そのクレーン動作の停止操作指令に応じて、アイドリング回転速度Naを示す運転指示10をエンジン発電装置1へ出力する。これによりエンジン発電装置1のエンジン回転速度が徐々に低下し、時刻T3に、エンジン回転速度Nがアイドリング回転速度Naに到達して一定となる。
したがって、時刻T3において、電圧昇圧装置51からは、入力される発電電圧VGがアイドリング発電電圧VGaであることから、補助電力PSの補助電圧VSとして、補機設備6を駆動するのに十分なアイドリング補助電圧VSaが出力される。
これにより、クレーン動作が停止されてエンジン回転速度Nがアイドリング回転速度Naまで低下させた場合でも、補助電圧VSを、アイドリング補助電圧VSa、すなわち補機設備6を駆動するのに十分な電圧に維持され、補機設備6の正常動作が維持される。
[一実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、コントローラ7により、クレーン動作を実行している際にはディーゼルエンジン11を当該クレーン動作に必要な動作回転速度Nbで運転するとともに、クレーン動作を停止している際にはディーゼルエンジン11を動作回転速度Nbより低いアイドリング回転速度Naで運転し、電圧昇圧装置51により、発電電力PGの発電電圧VGを昇圧することにより補機設備6を駆動するための補助電力PSを供給するとともに、ディーゼルエンジン11がアイドリング回転速度Naで運転されて発電電圧VGが低下した場合でも、補機設備6を駆動するのに十分な電圧の補助電力PSを供給している。
したがって、クレーン動作が停止されてエンジン回転速度Nをアイドリング回転速度Naまで低下させた場合でも、電圧昇圧装置51により、アイドリング補助電圧VSa、すなわち補機設備6を駆動するのに十分な補助電圧VSを供給することが可能となる。
これにより、クレーン装置の動作状況に応じてエンジン発電装置のエンジン回転速度Nをアイドリング回転速度Naまで大幅に低下させても、補機設備6を安定駆動することが可能となる。このため、クレーン装置の全体的な動作を正常に維持しつつ、エンジン発電装置の燃費を効果的に削減でき、環境への影響も低減することが可能となる。
また、本実施の形態では、整流器52を設けて、補助電力PSの補助電圧VSが駆動電力PMの駆動電圧VMより高い場合にのみ、補助電力PSを共通母線9へ供給するようにしたので、補助電力PSの余剰電力を駆動電力PMとして有効利用することが可能となる。
[実施の形態の拡張]
以上の各実施の形態では、エンジン発電装置1から交流の駆動電力15を供給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から直流の駆動電力を供給する場合でも前述と同様に各実施の形態を適用でき、同様の作用効果を得ることができる。この際、発電機12として直流発電機を用いるとともに、整流器2を取り外して直結し、電圧昇圧装置51として交流昇圧チョッパを用いればよい。
本発明の一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。 エンジン発電装置のエンジン回転速度と発電電圧との関係を示す動作特性である。 エンジン発電装置のエンジン回転速度と補助電圧との関係を示す動作特性である。 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。
符号の説明
1…エンジン発電装置、10…運転指示、11…ディーゼルエンジン、12…発電機、2…整流器、30…主巻電動機、31,32…走行電動機、33…横行電動機、41〜44…インバータ、4A…コマンド、51…電圧昇圧装置、52…整流器、6…補機設備、7…コントローラ、9…共通母線、N…エンジン回転速度、Na…アイドリング回転速度、Nb…動作回転速度、PG…発電電力(交流)、VG…発電電圧、VGa…アイドリング発電電圧、VGb…動作発電電圧、PM…駆動電力(直流)、VM…駆動電圧、PS…補助電力(直流)、VS…補助電圧、VSa…アイドリング補助電圧。

Claims (4)

  1. エンジンで発電機を駆動して得られた発電電力を駆動電力として共通母線へ供給するエンジン発電装置と、
    前記共通母線を介して前記エンジン発電装置から供給された前記駆動電力により駆動されて、荷物の積み降ろしを含む各種クレーン動作を行うための複数の電動機と、
    前記クレーン動作を実行している際には前記エンジンを当該クレーン動作に必要な動作回転速度で運転するとともに、前記クレーン動作を停止している際には前記エンジンを前記動作回転速度より低いアイドリング回転速度で運転するコントローラと、
    前記駆動電力の駆動電圧を昇圧することにより補機設備を駆動するための補助電力を供給するとともに、前記エンジンが前記アイドリング回転速度で運転されて前記駆動電圧が低下した場合でも、前記補機設備を駆動するのに十分な電圧の補助電力を供給する電圧昇圧装置と
    前記補助電力の補助電圧が前記駆動電力の駆動電圧より高い場合にのみ、当該補助電力を前記共通母線へ供給する整流器と
    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、
    前記電圧昇圧装置は、前記エンジン発電装置のエンジン回転速度が、クレーン動作が停止されている状態における前記エンジン発電装置のアイドリング回転速度から、クレーン動作が行われている状態における前記エンジン発電装置の動作回転速度以下の場合に、前記補助電圧として一定のアイドリング補助電圧VSaを示す前記補助電力を供給することを特徴とするクレーン装置。
  3. エンジンで発電機を駆動して得られた発電電力を駆動電力として共通母線へ供給するエンジン発電装置と、
    前記共通母線を介して前記エンジン発電装置から供給された前記駆動電力により駆動されて、荷物の積み降ろしを含む各種クレーン動作を行うための複数の電動機と、
    前記クレーン動作を実行している際には前記エンジンを当該クレーン動作に必要な動作回転速度で運転するコントローラと、
    前記駆動電力の駆動電圧を昇圧することにより補機設備を駆動するための補助電力を供給する電圧昇圧装置と
    を備えるクレーンのクレーン制御方法であって、
    前記コントローラは、前記クレーン動作を停止している際には前記エンジンを前記動作回転速度より低いアイドリング回転速度で運転し、
    電圧昇圧装置は、前記エンジンが前記アイドリング回転速度で運転されて前記駆動電圧が低下した場合でも、前記補機設備を駆動するのに十分な電圧の補助電力を供給し、
    整流器は、前記補助電力の補助電圧が前記駆動電力の駆動電圧より高い場合にのみ、当該補助電力を前記共通母線へ供給する
    ことを特徴とするクレーン制御方法。
  4. 請求項3に記載のクレーン制御方法において、
    前記電圧昇圧装置は、前記エンジン発電装置のエンジン回転速度が、クレーン動作が停止されている状態における前記エンジン発電装置のアイドリング回転速度から、クレーン動作が行われている状態における前記エンジン発電装置の動作回転速度以下の場合に、前記補助電圧として一定のアイドリング補助電圧VSaを示す前記補助電力を供給することを特徴とするクレーン制御方法。
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