JP5622211B2 - ハイブリッド式荷役装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえばコンテナの積み降ろしや運搬に使用されるハイブリッド式荷役装置、特にコンテナキャリアに関するものである。

従来のコンテナキャリアの一例が、特許文献１に開示されている。
この開示されているコンテナキャリアは、複数の車輪により支持されたフレーム（車両本体）と、このフレームの上部からワイヤを介して昇降自在に吊り下げられ、コンテナを連結するスプレッダ装置を備え、フレームに、ワイヤの巻き取りドラムとこのドラムを回転駆動する巻上げ用モータ（荷役用モータ）を設け、また左右の前記車輪をそれぞれ駆動する走行用モータを設け、これら走行用モータを正逆駆動することにより、コンテナキャリアを前進・後退し、また左右の各走行用モータの回転数を変えることにより、コンテナキャリアを左行・右行し、また巻上げ用モータを駆動することにより、スプレッダ装置を昇降している。またフレーム上に、エンジン室を設け、このエンジン室の内部に、エンジンとこのエンジンに連結された発電機を設け、発電機からこれら走行用モータと巻上げ用モータへ給電している。

しかし、従来のコンテナキャリアでは、作業のスピードアップのために、荷役速度（巻上げ用モータの駆動によるスプレッダ装置の昇降速度）を高め、さらに移動速度（走行用モータの駆動によるコンテナキャリアの走行速度）を高めていることにより、電力消費が高まり、エンジン（発電機）の燃料消費が多くなっている。

そこで、燃料消費を抑える（省エネルギー）ことを目的として、特許文献２にハイブリッド型クレーン装置（荷役装置の一例）が開示されている。
このクレーン装置は、走行用モータ（走行機）と巻上げ用モータ（巻上機）へ電力を供給する設備として、エンジン発電機およびバッテリ（蓄電装置）を備え、バッテリの充電電流、放電電流を制御できる昇降圧チョッパ回路付きＤＣ／ＤＣコンバータからなる充放電装置を備えている。この充放電装置を制御することにより、走行用モータまたは巻上げ用モータが電動動作によりエネルギーを必要とする場合には、発電機およびバッテリをハイブリッド制御してエネルギーを供給し、回生動作によりエネルギーが回生される場合には、回生動作によるエネルギーをバッテリへ充電させている。このように、電動動作によりエネルギーが必要なとき、バッテリからエネルギーを供給することにより、発電機からのエネルギーの供給量を抑え、エンジンの燃料消費を抑えている。またクレーン装置に制動抵抗器を備え、走行用モータの減速時または巻上げ用モータの巻下時の回生エネルギーを、バッテリに充電し、バッテリに充電できないときにこの制動抵抗器にて消費するようにしている。

特開２００３−３０６２９７号公報 ＷＯ２００８／０５０５５２号公報

しかし、従来のハイブリッド式荷役装置では、バッテリの充放電を行うために、充放電装置により電流の向きを変え、さらに昇降圧制御する必要があるために、昇降圧チョッパ回路付きのＤＣ／ＤＣコンバータからなる充放電装置が必要となり、装置の回路構成が複雑となり、装置が高価にならざるを得ないという問題があった。

また大きな負荷電力が必要なとき、すなわち走行用モータの加速または巻上げ用モータの巻上げのとき、加速または巻上げに必要なエネルギーを、主に、例えば８０％を発電機より供給するように制御しているために（バッテリは補助的に使用している）、ハイブリッド制御しているといってもエンジンに加速または巻上げに伴う急激な負荷がかかり、燃費を悪くしているという問題があった。

そこで、本発明は、充放電装置を必要とせずに簡単な回路構成でバッテリの充放電を制御でき、結果としてコストを低減でき、さらに省エネルギーを実現できるハイブリッド式荷役装置を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するため、本発明のうち請求項１に記載の発明は、エンジンにて駆動される発電機により発生される電力と蓄電装置に蓄電された電力によって、昇降装置を使用して吊り荷の巻上げ・巻下げを行い、走行装置を使用して走行して荷役作業を実行するハイブリッド式荷役装置であって、
前記蓄電装置と前記昇降装置と前記走行装置に接続された直流母線と、前記発電機により発生された交流電圧を任意の直流電圧に変換して前記直流母線へ出力するコンバータを備え、
前記昇降装置により吊り荷の巻上げを行うとき、または前記走行装置により走行の加速を行うとき、前記エンジンの回転数を待機回転数から連続して上昇させて前記発電機の出力電力を増加させるとともに、
前記コンバータにより、前記直流母線へ出力する直流電圧を前記蓄電装置の電圧に一致させて制御することにより、前記発電機よりコンバータを介して出力電力を増加させながら前記昇降装置または前記走行装置へ給電し、不足の電力を前記蓄電装置より給電するようにし、
前記昇降装置により吊り荷の巻下げを行うとき、または前記走行装置により減速を行うとき、前記コンバータにより、前記直流母線へ出力される直流電圧を前記蓄電装置の電圧より高く制御することにより、前記昇降装置および前記走行装置で得られる回生電力を前記蓄電装置に充電するようにしたことを特徴とするものである。

上記構成によれば、コンバータにより、交流から直流に変換されて直流母線へ出力される直流電圧（直流の印加電圧）を、蓄電装置の電圧と比較しながら調整する。
すなわち、コンバータにより、直流母線へ出力される直流電圧を、蓄電装置の電圧より高く制御すると、蓄電装置から昇降装置と走行装置へ給電できなくなり（放電ができなくなり）、逆に蓄電装置は、発電機よりコンバータを介して充電される。このとき、発電機からのみ、昇降装置と前記走行装置へ給電される。

またコンバータにより、直流母線へ出力される直流電圧を、蓄電装置の電圧に合わせて制御すると、発電機よりコンバータを介して昇降装置と走行装置へ給電され、且つ蓄電装置より昇降装置と走行装置へ給電される（放電される）。
またコンバータによって、従来のような充放電装置が不要となり、さらにコンバータは、電流の向きを変える機能は不要であり、電圧の調整機能があればよく、回路構成が簡易となり、コストの低減を期待できる。

さらに、エンジンは、発電機により最小電力を発生可能な待機回転数で回転して待機しており、燃料の消費を抑制している。
そして、昇降装置により吊り荷の巻上げを行うとき、または走行装置により走行の加速を行うとき、エンジンは待機回転数より上昇される。発電機の電圧と出力電力は、エンジンの回転数が低いときは低く、エンジンの回転数が高くなると上昇する。そして、コンバータにより、直流母線へ出力される直流電圧を蓄電装置の電圧に合わせて制御されると、発電機出力が、増加しながら昇降装置または走行装置へ給電される。このように、必要なときのみエンジンの回転数が上昇される。
巻上げと加速に際して、発電機の出力電力では不足する電力は、蓄電装置より給電（放電）される。
また、吊り荷の巻下げまたは減速により発生する回生電力は、コンバータより直流母線へ出力される直流電圧より電圧が低い蓄電装置に給電され、蓄電装置が充電される。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記走行装置による加速が終了して走行速度が一定となると、前記コンバータにより、前記直流母線へ出力される直流電圧を前記蓄電装置の電圧より高く制御して、前記蓄電装置より走行装置への給電を停止し、走行に必要な電力に合わせて、前記エンジンの回転数を保持して、前記発電機よりコンバータを介して前記走行装置へ給電することを特徴とするものである。

上記構成によれば、走行中に連続して、蓄電装置より電力を供給（放電）すると、蓄電装置の充電量が低下して使用できなくなる恐れがあるので、走行速度が一定となると、コンバータにより、前記直流母線へ出力される直流電圧を、前記蓄電装置の電圧より高く制御して、蓄電装置から昇降装置と走行装置へ給電できなくする（放電ができなくする）。
そして、走行に必要な電力に合わせて、エンジンの回転数を保持して、発電機よりコンバータを介して走行装置へ給電する。

また請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記昇降装置による吊り荷の巻上げ速度が一定となると、前記コンバータにより、必要な電力から一部の電力を除いた電力に合わせて、前記エンジンの回転数を保持して、前記発電機よりコンバータを介して前記昇降装置へ給電し、前記一部の電力を前記蓄電装置より昇降装置へ給電することを特徴とするものである。

上記構成によれば、吊り荷の巻上げ速度が一定となったときに必要な電力は、一部を除いて発電機よりコンバータを介して給電され、前記一部の電力が蓄電装置より給電（放電）される。このように、蓄電装置より放電することにより、吊り荷を降ろす際に発生する回生電力を、無駄なく蓄電装置へ充電することが可能となる。

また請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記直流母線に接続・離脱自在に制動抵抗器を設け、前記蓄電装置の充電量が所定充電量を超えると、前記制動抵抗器を前記直流母線に接続することを特徴とするものである。

上記構成によれば、蓄電装置の充電量が所定充電量を超えると、制動抵抗器を直流母線に接続して、回生電力を消費する。

本発明のハイブリッド式荷役装置は、コンバータにより交流から直流に変換され直流母線へ出力される直流電圧（直流の印加電圧）を、蓄電装置の電圧と比較しながら調整することにより、昇降装置と走行装置への、発電機と蓄電装置からの給電を制御でき、よって蓄電装置の充放電を制御でき、したがって従来のような充放電装置を必要とせずに簡単な回路構成で蓄電装置の充放電を制御でき、結果としてコストを低減でき、さらに省エネルギーを実現できる、という効果を有している。

本発明の実施の形態におけるハイブリッド式荷役装置の側面図である。 同ハイブリッド式荷役装置のスプレッダ装置の昇降機構の斜視図である。 同ハイブリッド式荷役装置の制御構成図である。 同ハイブリッド式荷役装置のコントローラのブロック図である。 同ハイブリッド式荷役装置のコントローラのブロック図である。 同ハイブリッド式荷役装置のコントローラの制御構成図である。 同ハイブリッド式荷役装置の発電機の特性図である。 同ハイブリッド式荷役装置の特性図であり、（ａ）は荷役時の出力電力の特性図、（ｂ）は走行時の出力電力の特性図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるコンテナキャリア（ハイブリッド式荷役装置の一例）の側面図である。コンテナキャリア１１は、コンテナ（吊り荷の一例）Ｃを吊り下げて運搬し、移載、あるいは段積するキャリアであり、主に埠頭などのコンテナヤードにおいて使用される。

［車体フレーム］
図１において、１２はコンテナキャリア１１の車体フレーム（車両本体）であり、車体フレーム１２は、その中央部にコンテナＣを収納しうる空間を形成するように、前進方向（矢視Ｐ方向）に向かって左側部と右側部に、前後に延びる左右一対の下部フレーム１３を有し、左右一対の下部フレーム１３の上面に、左右一対の前方縦フレーム１４と左右一対の中央縦フレーム１５、さらにそれらの縦フレーム１４，１５より短い左右一対の後方縦フレーム１６が立設されている。
ここで、前方とは、コンテナキャリア１１が前進方向（矢視Ｐ方向）に走行する場合、後述する運転室２４がコンテナキャリア１１の後方に位置している方向である。

また前方縦フレーム１４と中央縦フレーム１５との間には、左右一対の上方側部材１７と下方側部材１８、さらに、交差状に設けた左右一対の上方緊張材１９と下方緊張材２０などを連結している。
さらに、天井部には前方縦フレーム１４の左右並びに、中央縦フレーム１５の左右をそれぞれ連結する前方横渡部材２１、中央横渡部材２２を設けて門型構造としている。
また左右の後方縦フレーム１６の上端部には平面視でほぼＵ字状の後方張出し部材２３を連結し、その上面に運転室２４を右側に偏心して固設し、後方張出し部材２３の周囲には手摺り部材２５を立設している。
なお、運転室昇降用梯子として、左側部の中央縦フレーム１５に沿って垂直方向に第１梯子２６を設け、その第１梯子２６の上端部と手摺り部材２５の前端部との間に手摺り付き第２梯子２７を設けている。

［走行装置］
前記左右一対の下部フレーム１３の下部にはそれぞれ、前方部に、第１車輪３１と第２車輪３２と第３車輪３３が前方から順に配設され、後方部に、第３車輪３３から後方に離れて第４車輪３４が配設されている。なお、本実施の形態において第３車輪３３が駆動輪で、その他の各車輪は被駆動輪である。また左右一対の下部フレーム１３上にそれぞれ、これら第３車輪３３をそれぞれ駆動するための走行用モータ３５が設けられている。これら走行用モータ３５が正逆駆動されることにより、コンテナキャリア１１は前進・後退される。

また左右一対の下部フレーム１３の下部で、第３車輪３３の後方にそれぞれステアリングシリンダ３６が配置され、運転室２４に設けたハンドル（図示せず）の回転角度に応じてステアリングシリンダ３６のロッドを出し入れし、ロッドに連結されたリンク機構により各車輪３１〜３４の車軸の向きを変えることによりコンテナキャリア１１を換向（左行・右行）する構成とされている。ステアリング機構についての詳細な説明は省略する。

［昇降装置］
前記前方縦フレーム１４の左右内側並びに、中央縦フレーム１５の左右内側の空間には、４本のワイヤ（吊り荷を支持する索体）３７（図２）に吊設されてコンテナＣを昇降可能に吊り上げるスプレッダ装置３８を配設している。なお、図１において、一点鎖線で示すコンテナＣは、４５フィートコンテナを地上に３段積み重ね、４段目のコンテナＣをスプレッダ装置３８によって吊り上げている状態を示している。

スプレッダ装置３８は、図２に示すように、直方体状の本体３８Ａと、これに対して前後方向に伸縮移動可能に設けられて平面略Ｔ型を呈する前後の伸縮体３８Ｂと、本体３８Ａに対して伸縮体３８Ｂを伸縮移動させる伸縮シリンダ（図示せず）と、各伸縮体３８Ｂに縦軸廻りに旋動可能に設けられてコンテナＣの係合孔（図示せず）に係合し得る連結具３９と、これを旋動させるツイストロックシリンダ（図示せず）とを備えて居り、コンテナＣの大きさに合わせて伸縮体３８Ｂを伸縮できるようになっている。
また、中央縦フレーム１５には、その後方位置に水平な状態で、スプレッダ装置３８の駆動機構を支持する支持枠４０が配設されている。

またスプレッダ装置３８の昇降機構として、スプレッダ装置の本体３８Ａの前後に前後軸廻りに回転可能に設けられた左右一対の二連シーブ（二つの動シーブ）４１と、前後の前方縦フレーム１４と中央縦フレーム１５上にそれぞれ設けられ、横軸廻りに回転可能且つ前後軸廻りに搖動可能に設けられた左右一対の搖動シーブ４２と、搖動シーブ４２近傍前後に前後軸廻りに回転可能に設けられた左右一対の固定シーブ４３と、前側の搖動シーブ４２近傍に縦軸廻りに回転可能に設けられた左右一対の反転シーブ４４とが設けられ、前記４本のワイヤ３７の一端はそれぞれ前後のスプレッダ装置３８上に配置した止め具（図示せず）に固定され、４本のワイヤ３７の他端はそれぞれ、これら二連シーブ４１、固定シーブ４３、搖動シーブ４２あるいは反転シーブ４４を介して、支持枠４０上に配設された４連のドラム４５に接続されている。また支持枠４０上に、荷役用モータ（電動の巻上げモータの一例）４６が設けられ、荷役用モータ４６の回転軸がブレーキ４８および減速機４７を介して、４連のドラム４５に連結されている。この荷役用モータ４６が駆動されることにより４本のワイヤ３７はドラム４５から引き出され、また巻き取られ、各シーブ４１，４２，４３，４４の作用によりスプレッダ装置３８が昇降される。また荷役用モータ４６のブレーキ４８が駆動されることにより、ワイヤ３７の移動はロックされ、スプレッダ装置３８の昇降はロックされる。またドラム４５とブレーキ４８と荷役用モータ４６と減速機４７により、上記駆動機構が構成されている。

［運転機構］
前記運転室２４に、ステアリング・ハンドルなど走行・荷役・コンテナＣの連結に必要な操作装置２９（図３）が配設され、乗員による操作装置２９の操作により走行用モータ３５が駆動されて走行が行われ、荷役用モータ４６が駆動されてコンテナＣの昇降が行われ、連結具によりコンテナＣのスプレッダ装置３８への連結・離脱が行われる。

［駆動源］
左側の下部フレーム１３上には、下方側部材１８の下方位置で、且つ後方位置にエンジン室（図示せず）が設けられ、このエンジン室の内部に、図３に示す、エンジン４９とこのエンジンに連結された発電機５０が設けられている。
また右側の下部フレーム１３上には、下方側部材１８の下方位置で、且つ前方位置に、ハイブリッド盤５１が配設され、後方位置に、制御盤５２が配設されている。

ハイブリッド盤５１の内部に、図３に示す、リチウム電池ユニットからなるバッテリ５３やコンバータ５４等が収納され、また制御盤５２の内部に、図３に示す、各走行用モータ３５を駆動する２台の走行用インバータ５６、荷役用モータ４６を駆動する荷役用インバータ５７、電磁スイッチからなる投入・遮断スイッチ５８と制動抵抗器５９から構成された制動ユニット６０、コントローラ６１等が収納されている。

また図３に示すように、上記走行用モータ３５にはそれぞれ、コンテナキャリア１１の走行速度を検出するためのパルスジェネレータ（ＰＧ）６３が連結され、また荷役用モータ４６にはスプレッダ装置３８の昇降位置を検出するためのパルスジェネレータ６４が連結されている。これらパルスジェネレータ６３，６４のパルス信号はそれぞれ、コントローラ６１に入力されている。

［バッテリ］
バッテリ５３は、図３に示すように、単電池であるリチウムイオンセル（リチウムイオン二次電池）を複数直列に接続して形成された単組電池、およびセルコントローラからなる複数の電池モジュール６６と、各電池モジュール６６を制御するバッテリコントローラ６７とから構成されている。また複数の電池モジュール６６は、直列に接続されている。
前記セルコントローラは、各リチウムイオンセルの電圧や温度などのセル状態を測定、監視する機能と、判断機能（過充電検出機能、過熱検出機能）と、バッテリコントローラ６７との通信機能を有している。
またバッテリコントローラ６７は、各セルコントローラから受信したセル状態により故障を確認するとともに、各電池モジュール６６の電圧制御機能を有し、またバッテリ電圧、充電量を監視、解析し、コントローラ６１へ出力している。

［制御構成］
発電機５０とバッテリ５３によりハイブリッドが構成されている。
図３に示すように、発電機５０により発生した交流電圧は、コンバータ５４により直流電圧に変換・昇圧され、この直流電圧が直流母線（直流電圧母線）７０に印加される。この直流母線７０に、荷役用インバータ５７、２台の走行用インバータ５６、制動ユニット６０の投入・遮断スイッチ５８、およびバッテリ５３が接続されている。

またエンジン４９に付属してエンジンコントローラ４９Ａが設けられ、このエンジンコントローラ４９Ａは、コントローラ６１とコンバータ５４へエンジン４９の回転数を出力し、またコントローラ６１よりエンジン４９の回転数指令（後述する）および回転数保持指令（後述する）が入力される。エンジンコントローラ４９Ａはこの回転数指令および回転数保持指令に基づいて、エンジン４９の回転数を制御している。

［コンバータ５４］
前記コンバータ５４は、上述したように、発電機５０の出力電圧を直流電圧に変換・昇圧して直流母線７０ヘ出力する機能を有しており、この機能を実現するため、３相全波整流回路、昇圧回路、およびこれら回路のコントローラ（コンバータ・コントローラ）から構成されている。

コンバータ・コントローラ５４Ａは、３相全波整流回路および昇圧回路を実際にスイッチング制御して、発電機電圧を昇圧して直流母線７０ヘ出力する機能を有しており、また図３，図６に示すように、直流母線７０へ出力する出力電流を監視してコントローラ６１へ出力している。

そして、コンバータ・コントローラ５４Ａには、図３，図６に示すように、コントローラ６１より発電機電圧の増幅率が入力され、コンバータ・コントローラ５４Ａは、このコントローラ６１より入力される発電機電圧の増幅率により、バッテリ５３とともにコンバータ５４より電力を負荷（インバータ５６，５７）へ供給する協調給電モード（バッテリ５３では放電モード）と、コンバータ５４からのみ電力を負荷（インバータ５６，５７およびバッテリ５３）へ供給する単独給電モード（バッテリ５３では充電モード）に切り替えて、コンバータ５４より直流母線７０に出力する出力電圧を制御している。

すなわち（バッテリ）放電モード（協調給電モード）のときは、コンバータ５４の出力電圧をバッテリ５３の電圧に合わせて制御する。するとバッテリ５３およびコンバータ５４から電力が、負荷（インバータ５６，５７）の状態に応じて供給される。
また（バッテリ）充電モード（単独給電モード）のときは、コンバータ５４の出力電圧をバッテリ電圧より高く制御する。すると電圧が高いコンバータ５４（発電機５０）からのみ電力が、負荷（インバータ５６，５７）とバッテリ５３へ供給される。

［コントローラ６１］
上記コントローラ６１には、図３に示すように、次の信号・データが入力される。
・運転室２４の操作装置２９の荷役指令または走行指令の信号（走行用前進スイッチ、後進スイッチ、停止スイッチの操作信号、および荷役用巻上スイッチ、巻下スイッチ、ブレーキスイッチの操作信号）
・バッテリコントローラ６７より出力されるバッテリ電圧、充電量、故障データ
・エンジンコントローラ４９Ａより出力されるエンジン回転数
・コンバータ・コントローラ５４Ａより出力されるコンバータ５４の出力電流
・各走行用モータ３５のパルスジェネレータ６３のパルス信号
・荷役用モータ４６のパルスジェネレータ６４のパルス信号
またコントローラ６１より、次の信号・データが出力される。
・荷役用インバータ５７と２台の走行用インバータ５６への指令信号
・エンジンコントローラ４９Ａへの回転数指令および回転数保持指令
・コンバータ・コントローラ５４Ａへの発電機電圧の増幅率
・投入・遮断スイッチ５８への投入指令または遮断指令
・ブレーキ４８のオン指令またはオフ指令

コントローラ６１の動作を、図４〜図６に示す制御ブロックおよび制御構成図に基づいて説明する。
図４に示すように、２台の走行用モータ３５のパルスジェネレータ６３のパルス信号をそれぞれカウントすることにより、左右の第３車輪（駆動輪）３３の走行速度をそれぞれ検出し、これら第３車輪３３の速度の平均値をとることでコンテナキャリア１１の走行速度を検出し、さらにコンテナキャリア１１の走行速度を微分することによりコンテナキャリア１１の加速度を検出し、このコンテナキャリア１１の加速度が、プラスであることによりコンテナキャリア１１が加速中であることを検出して加速検出信号を出力し、またコンテナキャリア１１の加速度が、マイナスであることによりコンテナキャリア１１が減速中であることを検出し、減速検出信号を出力している。

また荷役用モータ４６のパルスジェネレータ６４のパルス信号をカウントすることにより、スプレッダ装置３８の巻上高さを検出し、このスプレッダ装置２８の巻上高さが、スプレッダ装置３８が上限にあることを検出して上限検出信号を出力し、またスプレッダ装置２８の巻上高さが、スプレッダ装置３８が下限にあることを検出して下限検出信号を出力している。

またバッテリコントローラ６７より出力されるバッテリ５３の充電量が、バッテリ５３に充電可能な充電量（上限）以下であり（バッテリは充電可能であり）、且つバッテリ５３が故障ではないことを条件に、充電許可信号を出力し、また充電量が、バッテリ５３より放電可能な充電量（下限）以上であり（バッテリは放電可能であり）、且つバッテリ５３が故障ではないことを条件に、放電許可信号を出力している。

また図５に示すように、操作装置２９の走行用前進スイッチがオンのとき前進指令を形成し、また走行用後進スイッチがオンのとき後進指令を形成し、また走行用停止スイッチがオンのとき停止指令を形成し、走行用インバータ５６へ出力している。また前進指令がオンまたは後進指令がオンのとき、走行指令を形成している。

また操作装置２９の荷役用巻上スイッチがオンで、且つブレーキスイッチがオンではなく、且つスプレッダ装置３８が上限ではないこと（上限検出信号がオンではないこと）を条件に、巻上指令を形成し、また操作装置２９の荷役用巻下スイッチがオンで、且つブレーキスイッチがオンではなく、且つスプレッダ装置３８が下限ではないこと（下限検出信号がオンではないこと）を条件に、巻下指令を形成し、荷役用インバータ５７へ出力している。

また操作装置２９のブレーキスイッチがオンのとき、ブレーキ４８の駆動信号をオンとし、オフのとき、ブレーキ４８の駆動信号をオフとしている。

また走行用に放電が必要な条件｛前記前進指令または後進指令がオンで、且つコンテナキャリア１１が減速中でないとき（減速検出信号がオンでないとき）｝、または荷役用に放電が必要な条件（上記巻上指令がオン）が成立し、放電許可信号がオンのとき、「給電指令｛（バッテリ）放電指令｝」を形成し、同時に、定格回転数（１８００ｒｐｍ）指令をエンジンコントローラ４９Ａへ出力している。

また走行時の回生条件｛前記走行用停止指令がオンで、且つコンテナキャリア１１が加速中でないとき（加速検出信号がオンでないとき）｝、または荷役時の回生条件（上記巻下指令がオン）が成立し、あるいは走行中で定速運転に移行し｛前記前進指令また後進指令がオンで、且つコンテナキャリア１１が減速中でなく（減速検出信号がオンでなく）、且つコンテナキャリア１１が加速中でないとき（加速検出信号がオンでないとき）｝、且つ充電許可信号がオンのとき、「（バッテリ）充電指令」を形成している。また上記走行時の回生条件または荷役時の回生条件が成立して、且つ充電許可信号がオンのとき、待機回転数（１０００ｒｐｍ）指令をエンジンコントローラ４９Ａへ出力している。

また前記走行時の回生条件または荷役時の回生条件が成立しているにもかかわらず、充電許可信号がオフのとき、投入・遮断スイッチ５８へ投入指令を出力し、それ以外では遮断指令を出力している。

また図６に示すように、エンジンコントローラ４９Ａより入力したエンジン回転数により、図７に示す特性図に基づいて、発電機電圧を求め、バッテリコントローラ６７より入力したバッテリ電圧を、求めた発電機電圧により除算することにより、発電機電圧の増幅率を求めており、上記充電指令｛（バッテリ）充電モード｝が形成されると、入力したバッテリ電圧にプラスのバイアスを与えてバッテリ電圧が高いように見せかけることで、増幅率を高めている。（これにより、コンバータ５４の出力電圧をバッテリ電圧より高くする。）

また荷役用モータ４６によるコンテナＣの吊り上げ（巻き上げ）の際、巻上げ速度が定速となると、バッテリ５３から一部の電流（電力）を供給するように、エンジン回転数を制御している。すなわち、すなわち、巻上げ速度が定速のとき（上記巻上げ指令が形成されているとき）に必要な電力の一部を除いた大部分、例えば９５％を発電機出力で賄うとして、必要とする電流（定格電力を直流母線７０の定格電圧で除算して求める電流）に９５％を乗算した値が、コンバータ・コントローラ５４Ａ（スイッチング制御部）により検出されている出力電流を超えると、エンジンコントローラ４９Ａへ回転数保持指令を出力している。

また上記「走行指令」が形成されているとき、コンバータ・コントローラ５４Ａ（スイッチング制御部）により検出されている出力電流が、一定走行速度で走行するときに走行用モータ３５に必要な電流を超えると、エンジンコントローラ４９Ａへ回転数保持指令を出力している。

上記構成による作用を説明する。コンテナＣの昇降時の特性図を図８（ａ）に、コンテナキャリア１１の走行時の特性図を図８（ｂ）に示す。なお、エンジン４９の起動時には、エンジン４９は、発電機５０により最小電力を発生可能な待機回転数（１０００ｒｐｍ）まで、定格回転数（１８００ｒｐｍ）より回転数を下げて待機される。

１．コンテナの巻上げ（スプレッダ装置３８の上昇）・停止
作業者は、操作装置２９の上昇スイッチをオンとする。すると、スプレッダ装置３８が上限位置ではないことを条件に、巻上指令が荷役用インバータ５７へ出力され、荷役用インバータ５７は、４本のワイヤ３７をドラム４５へ巻き取る方向へ、ドラム４５に連結された荷役用モータ４６を駆動し、スプレッダ装置３８を上昇させる。
このとき、荷役用モータ４６に大きな電力を必要とすることにより、「給電指令｛（バッテリ）放電指令｝」がコンバータ・コントローラ５４Ａへ出力され、同時に、定格回転数（１８００ｒｐｍ）指令がエンジンコントローラ４９Ａへ出力される。

これにより、エンジン４９の回転数は待機回転数（１０００ｒｐｍ）から定格回転数（１８００ｒｐｍ）へ向けて上昇される。図７に示すように、１０００ｒｐｍでは、許容できる発電機出力は１５０ｋＶＡ、発電機電圧は３２０Ｖであり、図８（ａ）に示すように、巻上げの加速に必要な発電機出力は２５０ｋＷとすると、不足分は、バッテリ５３より供給される。またコンテナＣの巻上げ速度が一定となったとき（定速となったとき）、必要な電力の一部、数％（例えば、５％）をバッテリ５３により供給し、充電量を減らして、次の回生電力を無駄なく充電できるようにしている。

すなわち、発電機５０から供給する電力を、バッテリ５３から供給する一部の電力を除いた電力とし、この電力に必要な電流の供給を確認すると、エンジン４９の回転数の上昇を停止している（上記回転数保持指令を出力している）。このように、発電機５０の出力電力を抑えることで、バッテリ５３からの供給を促している。

また作業者は、コンテナＣの持ち上げを確認すると、操作装置２９のブレーキスイッチをオンとする。これにより、荷役用モータ４６のブレーキ４８が駆動され、ワイヤ３７の移動はロックされ、スプレッダ装置３８の上昇はロックされる。また上記巻上指令はオフとなり、荷役用インバータ５７は荷役用モータ４６の駆動を停止する。

２．コンテナの巻下げ（スプレッダ装置３８の下降）・停止
作業者は、操作装置２９の下降スイッチをオンとする。すると、スプレッダ装置３８が下限位置ではないことを条件に、巻下指令が荷役用インバータ５７へ出力され、荷役用インバータ５７は、４本のワイヤ３７をドラム４５から引き出す方向へ、ドラム４５に連結された荷役用モータ４６を駆動し、スプレッダ装置３８を下降させる。
このとき、「（バッテリ）充電指令」がコンバータ・コントローラ５４Ａへ出力され、同時に、待機回転数（１０００ｒｐｍ）指令がエンジンコントローラ４９Ａへ出力される。

これにより、コンバータ５４の出力電圧は、バッテリ電圧より高くなり、荷役用モータ４６により発生された回生電力は、電圧の低いバッテリ５３へ流れてバッテリ５３が充電され、またエンジン４９の回転数は定格回転数（１８００ｒｐｍ）から待機回転数（１０００ｒｐｍ）へ向けて下降される。
なお、バッテリ５３の充電量が、上限となっているときは充電を中止し、投入・遮断スイッチ５８を投入して制動抵抗器５９によって回生エネルギーを消費する。
そして、作業者は、コンテナＣの降ろしを確認すると、操作装置２９のブレーキスイッチをオンとする。これにより、荷役用モータ４６のブレーキ４８が駆動され、ワイヤ３７の移動はロックされ、スプレッダ装置３８の下降はロックされる。また上記巻下指令はオフとなり、荷役用インバータ５７は荷役用モータ４６の駆動を停止する。

３．コンテナキャリア１１の加速・走行時
作業者は、走行方向に応じて、操作装置２９の前進または後進スイッチをオンとする。すると、前進指令または後進指令が走行用インバータ５６へ出力され、走行用インバータ５６は、走行方向に応じて走行用モータ３５を駆動し、走行用モータ３５の回転数を上昇させることにより、コンテナキャリア１１を加速させる。
このとき、走行用モータ３５に大きな電力を必要とすることにより、「給電指令｛（バッテリ）放電指令｝」がコンバータ・コントローラ５４Ａへ出力され、同時に、定格回転数（１８００ｒｐｍ）指令がエンジンコントローラ４９Ａへ出力される。

これにより、エンジン４９の回転数は待機回転数（１０００ｒｐｍ）から定格回転数（１８００ｒｐｍ）へ向けて上昇される。図７に示すように、１０００ｒｐｍでは、許容できる発電機出力は１５０ｋＶＡ、発電機電圧は３２０Ｖであり、図８（ｂ）に示すように、加速に必要な発電機出力は２５０ｋＷとすると、不足分は、バッテリ５３より供給される。このとき、走行用モータ３５は応答性がよいために、加速時に必要な電力の殆どが、バッテリ５３より供給される。

次に、コンテナキャリア１１が定速走行に移ると、「（バッテリ）充電指令」がコンバータ・コントローラ５４Ａへ出力される。これによりコンバータ５４の出力電圧は、バッテリ電圧より高くなり、走行用モータ４６へはコンバータ５４からのみ給電され、電圧の低いバッテリ５３からの給電（放電）は停止される。このとき発電機５０から供給する電力を、定速走行に必要な電力とし、この電力に必要な電流の供給を確認すると、エンジン４９の回転数の上昇を停止している（上記回転数保持指令を出力している）。

４．コンテナキャリア１１の減速停止時
作業者は、コンテナキャリア１１を停止するとき、操作装置２９の走行用停止スイッチをオンとする。すると、停止指令が走行用インバータ５６へ出力され、走行用インバータ５６は、走行用モータ３５の駆動を停止し、走行用モータ３５の回転数を下降することにより、コンテナキャリア１１を減速させる。
このとき、「（バッテリ）充電指令」がコンバータ・コントローラ５４Ａへ出力され、同時に、待機回転数（１０００ｒｐｍ）指令がエンジンコントローラ４９Ａへ出力される。

これにより、コンバータ５４の出力電圧は、バッテリ電圧より高くなり、走行用モータ３５により発生された回生電力は、電圧の低いバッテリ５３へ流れてバッテリ５３は充電され、またエンジン４９の回転数は定格回転数（１８００ｒｐｍ）から待機回転数（１０００ｒｐｍ）へ向けて下降される。
なお、バッテリ５３の充電量が、上限となっているときは充電を中止し、投入・遮断スイッチ５８を投入して制動抵抗器５９にて回生エネルギーを消費する。

以上のように、本実施の形態によれば、コンバータ５４によって、コンバータ５４より直流母線７０へ出力される直流電圧を、バッテリ５３の電圧と比較しながら調整することにより、走行用モータ３５と荷役用モータ４６への、発電機５０とバッテリ５３とからの給電を制御でき、よってバッテリ５３の充放電を制御できる。したがって、従来のような充放電装置が不要となり、簡単な回路構成でバッテリ５３の充放電を制御でき、結果としてコストを低減でき、さらに省エネルギーを実現できる。また前記コンバータ５４は、電流の向きを変える機能は不要であり、電圧の調整機能があればよく、回路構成が簡易となり、装置のコストが下がることを期待できる。

また本実施の形態によれば、エンジン４９は、発電機５０により最小電力を発生可能な待機回転数で回転して待機しており、必要なときのみエンジン４９の回転数が上昇されることにより、燃料の消費を抑制でき、ＣＯ_２を削減でき、さらに黒煙の発生を削減できる。

また本実施の形態によれば、エンジン４９の回転数により、発電機５０よりコンバータ５４を介して直流母線７０へ出力される電流を制御することにより、バッテリ５３と協調して電力を、走行用モータ３５と荷役用モータ４６へ給電でき、バッテリ５３の充電量を制御することができる。

なお、本実施の形態では、ハイブリッド式車両として、コンテナキャリア１１を説明しているが、コンテナキャリアに限ることはなく、吊り荷を持ち上げて搬送できる車両であればよく、例えば、トランスファークレーンであってもよい。

１１ コンテナキャリア
２９ 操作装置
３５ 走行用モータ
３８ スプレッダ装置
４５ ドラム
４６ 荷役用モータ
４８ プレーキ
４９ エンジン
４９Ａ エンジンコントローラ
５０ 発電機
５１ ハイブリッド盤
５２ 制御盤
５３ バッテリ
５４ コンバータ
５４Ａ コンバータ・コントローラ
５６ 走行用インバータ
５７ 荷役用インバータ
５８ 投入・遮断スイッチ
５９ 制動抵抗器
６１ コントローラ
６７ バッテリコントローラ

Claims (4)

1. エンジンにて駆動される発電機により発生される電力と蓄電装置に蓄電された電力によって、昇降装置を使用して吊り荷の巻上げ・巻下げを行い、走行装置を使用して走行して荷役作業を実行するハイブリッド式荷役装置であって、
   前記蓄電装置と前記昇降装置と前記走行装置に接続された直流母線と、前記発電機により発生された交流電圧を任意の直流電圧に変換して前記直流母線へ出力するコンバータを備え、
   前記昇降装置により吊り荷の巻上げを行うとき、または前記走行装置により走行の加速を行うとき、前記エンジンの回転数を待機回転数から連続して上昇させて前記発電機の出力電力を増加させるとともに、
   前記コンバータにより、前記直流母線へ出力する直流電圧を前記蓄電装置の電圧に一致させて制御することにより、前記発電機よりコンバータを介して出力電力を増加させながら前記昇降装置または前記走行装置へ給電し、不足の電力を前記蓄電装置より給電するようにし、
   前記昇降装置により吊り荷の巻下げを行うとき、または前記走行装置により減速を行うとき、前記コンバータにより、前記直流母線へ出力される直流電圧を前記蓄電装置の電圧より高く制御することにより、前記昇降装置および前記走行装置で得られる回生電力を前記蓄電装置に充電するようにしたことを特徴とするハイブリッド式荷役装置。
2. 前記走行装置による加速が終了して走行速度が一定となると、前記コンバータにより前記直流母線へ出力される直流電圧を前記蓄電装置の電圧より高く制御して、前記蓄電装置より走行装置への給電を停止し、
   走行に必要な電力に合わせて、前記エンジンの回転数を保持して、前記発電機よりコンバータを介して前記走行装置へ給電することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド式荷役装置。
3. 前記昇降装置による吊り荷の巻上げ速度が一定となると、前記コンバータにより、必要な電力から一部の電力を除いた電力に合わせて、前記エンジンの回転数を保持して、前記発電機よりコンバータを介して前記昇降装置へ給電し、前記一部の電力を前記蓄電装置より昇降装置へ給電することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド式荷役装置。
4. 前記直流母線に接続・離脱自在に制動抵抗器を設け、
   前記蓄電装置の充電量が所定充電量を超えると、前記制動抵抗器を前記直流母線に接続することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド式荷役装置。

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