JP5705482B2 - クレーン及び船舶 - Google Patents

Description

本発明は、動力発生源として電動機を含むクレーン及び船舶に関する。

クレーン（起重機）は、荷役対象を吊り上げて運ぶ装置である。近年は、荷役対象が降下する際に、巻上装置を駆動する電動機に回生電力を発生させ、これを蓄電器に蓄えるクレーンが提案されている。例えば、特許文献１には、電力の供給を受けて荷役対象を上昇させるとともに、荷役対象を降下させる場合に電力を発生する回生制動機を有する起重機が記載されている。

特開２００８−８１０５４号公報、［０００６］

特許文献１に記載されている発明は、回生制動機が発生した電力を、蓄電器又は起重機以外の電気設備に電力を供給する。しかし、特許文献１に記載されている発明は、回生制動機が発生した電力を消費する対象がない場合や蓄電器に蓄電する余地がない場合等には、回生により得られた電力を電気抵抗等で消費させる等の手段が必要になる。その結果、回生により得られた電力を無駄に消費してしまうことになる。特許文献１には、かかる事項について開示も示唆もなく、改善の余地がある。

本発明は、動力発生源として電動機を含むクレーンにおいて、回生電力の無駄な消費を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るクレーンは、巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とを有するクレーンにおいて、前記巻上装置と前記俯仰装置と前記旋回装置とのうち１つ又は２つに加圧した作動油を供給して駆動する油圧装置と、前記油圧装置の動力発生源の電動機である油圧装置用電動機と、前記油圧装置が駆動しない装置の動力発生源である電動機と、を含み、当該電動機の回生電力は、前記油圧装置用電動機に供給されることを特徴とする。

本発明は、荷役対象を吊り下げるためのワイヤロープを巻上げる巻上装置と、先端に滑車を有し、当該滑車に前記ワイヤロープを通して荷役対象を吊るジブを俯仰させる俯仰装置と、前記ジブを旋回させる旋回装置と、を有するクレーンに適用される。本発明は、このようなクレーンにおいて、巻上装置と俯仰装置と旋回装置とのうち１つ又は２つの動力発生源を油圧装置とし、残りの動力発生源を電動機とする。すなわち、本発明は、巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とのうち１つ又は２つを、加圧された作動油によって駆動し、残りの装置を電動機の軸出力によって駆動する。そして、電動機の回生電力は、油圧装置を駆動する油圧装置用電動機に供給される。

油圧装置は、アイドリング中においても作動油を吐出するため、一定の負荷がある。このため、油圧装置は、運転中には常にエネルギを消費しており、その大きさは、アイドリング中において消費するエネルギの大きさ以上である。本発明に係るクレーンは、巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とのうち１つ又は２つは、油圧装置によって駆動されるので、本発明のクレーンは、荷役作業の有無に関わらず、常にエネルギを消費している。したがって、電動機で駆動される装置の回生電力を油圧装置用電動機へ供給することにより、回生電力を油圧装置用電動機で消費することができる。その結果、電気抵抗で熱に変換して大気中へ放出される回生電力を低減できるので、回生電力の無駄な消費を抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記電動機は、発生する回生電力の総和の最大値が前記油圧装置のアイドリング状態における負荷以下であることが好ましい。このようにすれば、油圧装置を動力発生源としない装置の電動機が発生する回生電力は、確実に油圧装置で消費できる。その結果、回生電力の無駄をより確実に抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記油圧装置は、少なくとも前記巻上装置に加圧した作動油を供給することが好ましい。巻上装置は、巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置との中で最も使用頻度が高いので、これらの中でエネルギを消費する機会が最も多いと考えられる。したがって、巻上装置の動力発生源を油圧装置とすることにより、油圧装置を動力発生源としない装置の電動機が発生する回生電力が消費される機会を多くすることができる。その結果、回生電力の無駄をより確実に抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記油圧装置は、前記俯仰装置にも加圧した作動油を供給することが好ましい。このように、油圧装置が巻上装置及び俯仰装置の両方を駆動することで、油圧装置が消費するエネルギは増加するとともに、油圧装置がエネルギを消費する機会も増加する。また、旋回装置が消費するエネルギは、巻上装置、俯仰装置と比較して小さい。このため、旋回装置の動力発生源である電動機によって得られた回生電力が油圧装置によって消費される機会はさらに増加するとともに、回生電力をすべて油圧装置で消費できる可能性も高くなる。その結果、回生電力の無駄をより確実に抑制できる。

本発明の望ましい態様として、少なくとも前記巻上装置は、電動機を動力発生源とすることが好ましい。巻上装置は、巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置との中で最も使用頻度が高いので、これらの中でエネルギを消費する機会が最も多いと考えられる。また、巻上装置が荷役対象によって駆動される際のエネルギは、俯仰装置又は旋回装置よりも大きいことが多い。したがって、巻上装置の動力発生源を電動機とすることにより、前記電動機が発生する回生電力を、油圧装置用電動機に必要なエネルギとして充当しやすくなる。

本発明の望ましい態様として、前記油圧装置は、前記俯仰装置と前記旋回装置とに加圧した作動油を供給することが好ましい。このようにすれば、電動機が発生した回生電力をすべて油圧装置用電動機で消費しやすくなるので、発電機へ回生電力が戻るおそれを抑制できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るデッキクレーンは、巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とを有するクレーンにおいて、前記巻上装置と前記俯仰装置と前記旋回装置とのうち１つ又は２つを油圧装置用電動機によって油圧装置を駆動する電動油圧駆動とし、その他を電動機によって直接駆動される電動駆動とし、前記電動機の回生電力を前記電動油圧駆動の駆動電力系に給電することを特徴とする。

このようにすれば、電動機で直接駆動される装置の回生電力を油圧装置用電動機へ給電することにより、回生電力を電動油圧駆動の油圧装置用電動機で消費することができる。その結果、電気抵抗で熱に変換して大気中へ放出される回生電力を低減できるので、回生電力の無駄な消費を抑制できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るデッキクレーンは、巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とを有するクレーンにおいて、前記巻上装置を油圧装置用電動機によって油圧装置を駆動する電動油圧駆動とし、前記俯仰装置と前記旋回装置とを電動機によって直接駆動される電動駆動とし、前記俯仰装置を駆動する電動機の回生電力を前記巻上装置の電動油圧駆動の駆動電力系に給電することを特徴とする。

巻上装置は、デッキクレーンが有する装置の中で最も使用頻度が高いので、これらの中でエネルギを消費する機会が最も多いと考えられる。したがって、巻上装置を電動油圧駆動とすることにより、油圧装置を動力発生源とせず、電動機に直接駆動される装置の電動機が発生する回生電力が消費される機会を多くすることができる。その結果、回生電力の無駄をより確実に抑制できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る船舶は、前記クレーンを搭載したことを特徴とする。この船舶は、上述したクレーンを搭載しているので、回生電力の無駄な消費を抑制できる。その結果、クレーンが消費する電力を低減できるので、船舶全体の電力消費も抑制できる。

本発明は、動力発生源として電動機を含むクレーンにおいて、回生電力の無駄な消費を抑制できる。

図１は、本実施形態に係るクレーンを搭載した船舶の全体図である。 図２は、本実施形態に係るクレーンの構成を示す全体構成図である。 図３は、クレーンの動力発生源として油圧装置を用いて荷役作業をした場合における消費エネルギの変化を示す説明図である。 図４は、クレーンの動力発生源として電動機を用いて荷役作業をした場合における消費エネルギの変化を示す説明図である。 図５は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第１構成例を示す模式図である。 図６は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第２構成例を示す模式図である。 図７は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第３構成例を示す模式図である。 図８は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第４構成例を示す模式図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。以下においては、デッキクレーンをクレーンの一例として説明するが、本発明の適用対象はデッキクレーンに限定されるものではない。なお、デッキクレーンとは、貨物船の甲板上に設置され、海上輸送貨物の積み込み及び陸場作業に使用される荷役機械である。

図１は、本実施形態に係るクレーンを搭載した船舶の全体図である。クレーン１は、船舶３０の甲板３１に搭載されて、船舶３０から荷役対象Ｃを下ろしたり、船舶３０に荷役対象Ｃを積み込んだりする際に用いられる。本実施形態において、船舶３０は、貨物船であり、４機のクレーン１を有する。船舶３０が有するクレーン１の数は、４機に限定されるものではない。

船舶３０は、発電機３２と、発電機３２を駆動する原動機３３とを有する。原動機３３は、例えば、ディーゼルエンジンである。発電機３２は、クレーン１を駆動するための電力を発生する。それぞれのクレーン１は、発電機３２が生み出す電力によって、荷役対象Ｃを吊り上げたり吊り下げたりする。すなわち、発電機３２が生み出す電力は、それぞれのクレーン１に供給される。次に、クレーン１について説明する。

図２は、本実施形態に係るクレーンの構成を示す全体構成図である。クレーン１は、旋回体２と、巻上装置３と、俯仰装置４と、旋回装置５と、ジブ６とを含む。本実施形態において、巻上装置３と、俯仰装置４とは一体で構成されている。旋回体２は、巻上装置３と、俯仰装置４と、旋回装置５と、ジブ６とを備える。旋回体２は、船舶３０に設けられた架台３４上に据え付けられる。旋回体２は、架台３４の支持面３４Ｐと直交する軸Ｚを中心として回転できるようになっている。

ジブ６は、棒状の部材であり、先端６Ｔｔに滑車８を有している。ジブ６の先端６Ｔｔとは反対側の端部は、取付端６Ｔｌである。ジブ６は、取付端６Ｔｌが旋回体２に取り付けられている。そして、ジブ６は、取付端６Ｔｌの取付部を中心に揺動できるようになっている。ジブ６の揺動方向は、図２の矢印Ｕで示す方向である。滑車８には、荷役対象を吊るためのワイヤロープ９が通されている。ワイヤロープ９の一端部には、荷役対象を掛ける荷掛フック１１が取り付けられる。ワイヤロープ９の他端は、巻上装置３の巻上用ドラム３Ｄに連結され、これに巻き付けられている。

巻上装置３は、動力発生源によって巻上用ドラム３Ｄを回転させ、ワイヤロープ９を巻き取る。また、巻上装置３は、巻き取ったワイヤロープ９を繰り出す。巻上装置３の巻上用ドラム３Ｄにワイヤロープ９を巻き取る運動を巻上げといい、繰り出す運動を巻下げという。本実施形態においては、両方の運動を総称して巻上げという。巻上装置３がワイヤロープ９を巻上げすることにより、荷掛フック１１は、鉛直方向と平行な方向（図２の矢印Ｙで示す方向）に移動する。

俯仰装置４は、ジブ６を俯仰させる装置である。俯仰装置４は、俯仰用ワイヤロープ１０が巻き付けられた俯仰用ドラム４Ｄを有している。俯仰用ワイヤロープ１０は、ジブ６の先端６Ｔｔと取付端６Ｔｌとの間に連結されている。ジブ６は、俯仰装置４が俯仰用ワイヤロープ１０を巻き取ることにより上（鉛直方向とは反対側）を向き、俯仰用ワイヤロープ１０を繰り出すことにより下（鉛直方向側）を向く。

旋回装置５は、架台３４の支持面３４Ｐと直交する軸Ｚを中心として、旋回体２を旋回させる装置である。旋回体２が旋回する方向は、図２の矢印Ｒで示す方向である。本実施形態において、旋回装置５は、旋回体２に取り付けられている。そして、例えば、架台３４には内歯歯車を設けておき、旋回装置５が前記内歯歯車とかみ合う歯車５Ｇを回転させるようにする。このような構造により、旋回装置５が歯車５Ｇを回転させると、旋回体２が軸Ｚを中心として旋回する。なお、旋回装置５は、架台３４に設けられていてもよい。

巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５は、それぞれ動力発生源が必要である。これらの動力発生源としては、油圧装置と、電動機とがある。油圧装置は、作動油を加圧して吐出する作動油吐出手段（例えば、ポンプ）と、当該ポンプの動力発生源とを有する装置である。電動機は、電力によって回転力を発生する装置である。油圧装置から吐出された作動油は、油圧モータに供給されてこれを駆動する。油圧モータは、油圧装置から供給された作動油によって回転力を発生する装置である。次に、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の動力発生源、すなわち、クレーン１の動力発生源として油圧装置を用いた場合と電動機を用いた場合とにおける消費エネルギを説明する。

図３は、クレーンの動力発生源として油圧装置を用いて荷役作業をした場合における消費エネルギの変化を示す説明図である。図４は、クレーンの動力発生源として電動機を用いて荷役作業をした場合における消費エネルギの変化を示す説明図である。図４に示す例は、クレーン１が有する巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５のすべての動力発生源に電動機を用いた場合の一例を示している。

この例は、図１に示す船舶３０の船倉から荷役対象Ｃを吊り上げた後、荷役対象Ｃを岸壁等へ下ろす荷役作業の手順の一例を示している。具体的には、この荷役作業は、１：スリング（荷掛）、２及び３：巻上、４及び５：旋回及び俯（ジブ下げ）、６：巻下、７：スリング（荷外し）、８：巻上、９：旋回及び仰（ジブ上げ）、１０：巻下げ、１１：ロスタイム（待機）の手順を有する。

図３、図４の縦軸は、クレーン１の消費エネルギＬであり、横軸は時間ｔである。消費エネルギＬが正（＋）である場合、クレーン１はエネルギを消費している。消費エネルギＬが負（−）である場合、クレーン１はエネルギを発生している。クレーン１の動力発生源に油圧装置を用いた場合、油圧装置は常に作動油を吐出しているので、ポンプを駆動する電動機は常にエネルギを消費している。このため、図３に示すように、油圧装置を用いた場合は、クレーン１の巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５がエネルギを消費しない場合、すなわち、これらが仕事をしない場合でも、油圧装置はエネルギを消費している。

このように、油圧装置は、クレーン１の動作状況に関わらず一定のエネルギを消費している。このときのエネルギは、油圧装置がアイドリング状態において消費するエネルギに相当する。すなわち、油圧装置は、クレーン１の動作状況に関わらずアイドリング状態におけるエネルギを常に消費している。アイドリング状態において油圧装置が消費するエネルギをアイドリング消費エネルギＬｂという。

クレーン１の動力発生源に電動機を用いた場合、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５が仕事をする際に電動機はエネルギを消費し、これらが外部から仕事を受ける場合に電動機は電気エネルギを発生する。すなわち、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５が外部から仕事を受けたときに、これらの動力発生源である電動機を発電機として用いることにより、電動機は前記仕事に対応した電気エネルギを発生する。このように、通常は動力発生源として用いている電動機を発電機として作動させ、運動エネルギを電気エネルギに変換して回収することを回生という。

図４に示す例では、クレーン１の電動機は、ジブ下げ、巻下、旋回において電気エネルギを発生している。ジブ下げにおいては、クレーン１のジブ６はジブ６及び荷役対象に作用する重力によって下降するので、この動作が俯仰装置４の電動機に対して仕事を与える。このとき、俯仰装置４の電動機は電気エネルギを発生する。巻下げにおいては、クレーン１のワイヤロープ９は荷役対象に作用する重力によって繰り出されるので、この動作が巻上装置３の電動機に対して仕事を与える。このとき、巻上装置３の電動機は電気エネルギを発生する。また、船舶３０は、前後の質量バランス及び荷役対象のバランスが不均一であることに起因して、甲板３１は水平面に対して傾斜する。このため、クレーン１は、旋回時において、前記傾斜によって回転させられる。前記傾斜によってクレーン１が回転する動作が、旋回装置５の電動機に仕事を与えるので、前記電動機は電気エネルギを発生する。このように、クレーン１の動力発生源に電動機を用いた場合、前記電動機が外部から受けた仕事を電気エネルギとして回収することができる。このようにして得られた電気エネルギを回生電力という。

クレーン１の動力発生源に電動機を用いた場合は、電動機が駆動されて回生電力が発生したときに、発生した回生電力を利用する対象があれば、前記回生電力は消費される。しかし、発生した回生電力を利用する対象がない場合、電動機が発生した回生電力は、電気抵抗で消費され、大気中に放熱される。本実施形態では、巻上装置３と、俯仰装置４と、旋回装置５との動力発生源として、油圧装置と電動機とを組み合わせて、電動機が発生した回生電力を有効に利用する。

本実施形態において、クレーン１は、巻上装置３と俯仰装置４と旋回装置５とのうち１つ又は２つについては油圧装置を動力発生源とし、油圧装置を動力発生源としない装置は電動機を動力発生源とする。すなわち、クレーン１は、巻上装置３と俯仰装置４と旋回装置５とのうち１つ又は２つを油圧装置で駆動し、油圧装置が駆動しない装置を電動機で直接駆動する。なお、油圧装置は電動機（油圧装置用電動機）を動力発生源とし、油圧装置用電動機で駆動される。この駆動方式を電動油圧駆動という。そして、クレーン１は、油圧装置で駆動されない装置を駆動する電動機の回生電力を、油圧装置用電動機に供給（給電）する。

上述したように、油圧装置（より具体的には油圧装置用電動機）は、クレーン１の状態に関わらず、常にアイドリング消費エネルギＬｂ分のエネルギを消費している。巻上装置３と俯仰装置４と旋回装置５との動力発生源を上記のようにすることで、油圧装置用電動機以外の電動機が発生した回生電力のうち、少なくともアイドリング消費エネルギＬｂ分は、必ず油圧装置用電動機が消費できる。その結果、クレーン１は、回生電力のうち、少なくともアイドリング消費エネルギＬｂは確実に消費できるので、その分、回生電力の有効利用を図ることができる。また、油圧装置用電動機以外の電動機が発生する回生電力の総和の最大値を、アイドリング消費エネルギＬｂ以下とすれば、油圧装置用電動機以外の電動機の回生電力は、必ず油圧装置用電動機で消費できる。次に、回生電力をより確実に消費させることに適した、クレーン１の動力発生源の構成をより具体的に説明する。

図５は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第１構成例を示す模式図である。この例において、クレーン１は、動力発生源として油圧装置２０と電動機２４、２５とを有する。油圧装置２０は、動力発生源としての油圧装置用電動機２１と、ポンプ２２（巻上装置用ポンプ２２）とを含む。巻上装置用ポンプ２２は、油圧装置用電動機２１により駆動される。油圧装置２０は、少なくとも巻上装置３に油圧を供給、すなわち、加圧した作動油を供給する。具体的には、油圧装置２０の巻上装置用ポンプ２２は、巻上装置３に備えられる油圧モータ３Ｍに、加圧した作動油を供給してこれを駆動することにより、巻上用ドラム３Ｄを回転させる。

俯仰装置４の動力発生源は電動機２５（俯仰装置用電動機２５）である。したがって、俯仰装置４の俯仰用ドラム４Ｄは、俯仰装置用電動機２５により駆動される。旋回装置５の動力発生源は電動機２４（旋回装置用電動機２４）である。したがって、旋回装置５の歯車５Ｇは、旋回装置用電動機２４により駆動される。

油圧装置用電動機２１と、俯仰装置用電動機２５と、旋回装置用電動機２４とは、それぞれ共通の母線３８に電気的に接続されている。このような構造により、俯仰装置用電動機２５と旋回装置用電動機２４との少なくとも一方が発生した回生電力は、油圧装置用電動機２１に供給されて、これを駆動する。また、船舶３０に搭載される原動機３３が発電機３２を駆動することによって得られた電力は、スリップリング３５を介して油圧装置用電動機２１と、俯仰装置用電動機２５と、旋回装置用電動機２４とに供給される。

巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の中で、巻上装置３は最も使用頻度が多い。すなわち、巻上装置３は、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の中でエネルギを消費する機会が最も多いと考えられる。このため、巻上装置３の動力発生源を油圧装置２０とすることで、俯仰装置４と旋回装置５とをそれぞれ駆動する俯仰装置用電動機２５と旋回装置用電動機２４とが発生する回生電力は、油圧装置用電動機２１によって消費される機会が多くなる。その結果、第１構成例のクレーン１は、回生電力の無駄な消費を抑制できる。また、上述した構成のクレーン１は、発電機３２に接続される他の機器の負荷に関わらず、クレーン１内の装置で回生電力を消費できる。その結果、クレーン１は、余剰の回生電力がクレーン１から発電機３２に戻るおそれを低減できるので、発電機３２の耐久性低下を抑制できる。

図６は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第２構成例を示す模式図である。この例において、クレーン１ａは、動力発生源として油圧装置２０ａと旋回装置用電動機２４とを有する。油圧装置２０ａは、油圧装置用電動機２１と、２つのポンプ（巻上装置用ポンプ２２及び俯仰装置用ポンプ２３）とを含む。巻上装置用ポンプ２２及び俯仰装置用ポンプ２３は、油圧装置用電動機２１により駆動される。このような構成により、油圧装置２０ａは、巻上装置３と俯仰装置４とに加圧した作動油を供給する。具体的には、油圧装置２０ａの巻上装置用ポンプ２２は、巻上装置３に備えられる油圧モータ３Ｍに、加圧された作動油を供給してこれを駆動することにより、巻上用ドラム３Ｄを回転させる。また、油圧装置２０ａの俯仰装置用ポンプ２３は、俯仰装置４に備えられる油圧モータ４Ｍに、加圧された作動油を供給してこれを駆動することにより、俯仰用ドラム４Ｄを回転させる。旋回装置５の動力発生源は上述した第１構成例と同様なので、説明を省略する。

油圧装置用電動機２１と旋回装置用電動機２４とは、それぞれ共通の母線３８に電気的に接続されている。このような構造により、旋回装置用電動機２４が発生した回生電力は、油圧装置用電動機２１に供給されて、これを駆動する。また、油圧装置用電動機２１及び旋回装置用電動機２４は、スリップリング３５を介して発電機３２から電力が供給される。

第２構成例のクレーン１ａは、巻上装置３及び俯仰装置４の動力発生源を油圧装置２０ａとする。このようにすることで、油圧装置２０ａが消費するエネルギは第１構成例と比較して増加するとともに、油圧装置２０ａがエネルギを消費する機会も増加する。また、旋回装置５が消費するエネルギは、巻上装置３又は俯仰装置４と比較して小さい。このため、旋回装置５の動力発生源である旋回装置用電動機２４によって得られた回生電力は、油圧装置２０ａによって消費される機会が増加するとともに、すべて油圧装置２０ａが消費できる可能性も高くなる。

このため、第２構成例のクレーン１ａは、旋回装置５を駆動する旋回装置用電動機２４が発生する回生電力を、油圧装置用電動機２１によって、さらに確実に消費させることになる。その結果、第２構成例のクレーン１ａは、回生電力の無駄な消費をさらに抑制できる。また、第２構成例のクレーン１ａは、発電機３２に接続される他の機器の負荷に関わらず、クレーン１ａ内の装置で回生電力をより確実に消費できる。その結果、クレーン１ａは、余剰の回生電力がクレーン１ａから発電機３２に戻るおそれをさらに低減できるので、発電機３２の耐久性低下をさらに抑制できる。上述した第１構成例及び第２構成例は、クレーン１、１ａの回生電力を確実に消費したい場合に有利である。

図７は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第３構成例を示す模式図である。この例において、クレーン１ｂは、動力発生源として油圧装置２０ｂと２台の電動機（俯仰装置用電動機２５及び巻上装置用電動機２８）とを有する。油圧装置２０ｂは、油圧装置用電動機２１と、ポンプ２６（旋回装置用ポンプ２６）とを含む。旋回装置用ポンプ２６は、油圧装置用電動機２１により駆動される。このような構成により、油圧装置２０ｂは、旋回装置５に加圧した作動油を供給する。具体的には、油圧装置２０ｂの旋回装置用ポンプ２６は、旋回装置５に備えられる油圧モータ５Ｍに、加圧された作動油を供給してこれを駆動することにより、歯車５Ｇを回転させる。第３構成例において、巻上装置３の動力発生源は電動機２８（巻上装置用電動機２８）である。したがって、巻上装置３の巻上用ドラム３Ｄは、巻上装置用電動機２８により駆動される。俯仰装置４の動力発生源は上述した第１構成例と同様なので、説明を省略する。

油圧装置用電動機２１と俯仰装置用電動機２５と巻上装置用電動機２８とは、それぞれ共通の母線３８に電気的に接続されている。このような構造により、俯仰装置用電動機２５と巻上装置用電動機２８との少なくとも一方が発生した回生電力は、油圧装置用電動機２１に供給されて、これを駆動する。また、油圧装置用電動機２１と俯仰装置用電動機２５と巻上装置用電動機２８とは、スリップリング３５を介して発電機３２から電力が供給される。

巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の中で、旋回装置５は最も使用頻度が少なく、かつ負荷は最も小さい。すなわち、旋回装置５が消費するエネルギは、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の中で最も小さい。また、巻上装置３及び俯仰装置４は、旋回装置５よりも使用頻度は多く、かつ荷役対象やクレーン１ｂの自重等によって駆動される際のエネルギ（被駆動エネルギ）は大きい。旋回装置５の動力発生源を油圧装置２０ｂとすることで、第３構成例のクレーン１ｂは、俯仰装置用電動機２５及び巻上装置用電動機２８が、油圧装置２０ｂのアイドリング消費エネルギＬｂを超えた回生電力及び当該回生電力を発生する期間を長くすることができる。このため、第３構成例のクレーン１ｂは、回生電力の無駄な消費を抑制できるとともに、油圧装置２０ｂが消費するエネルギに回生電力を充当してこれを駆動しやすくなる。また、第３構成例のクレーン１ｂも、余剰の回生電力がクレーン１ｂから発電機３２に戻るおそれを低減できるので、発電機３２の耐久性低下を抑制できる。

図８は、本実施形態に係るクレーンの動力発生源の第４構成例を示す模式図である。この例において、クレーン１ｃは、動力発生源として油圧装置２０ｃと巻上装置用電動機２８とを有する。油圧装置２０ｃは、油圧装置用電動機２１と、２台のポンプ（俯仰装置用ポンプ２３及び旋回装置用ポンプ２６）とを含む。俯仰装置用ポンプ２３及び旋回装置用ポンプ２６は、それぞれ油圧装置用電動機２１によって駆動されて、それぞれ油圧モータ４Ｍ、５Ｍに加圧された作動油を供給する。巻上装置３の動力発生源は巻上装置用電動機２８である。巻上装置用電動機２８を動力発生源とした巻上装置３については第３構成例で説明した通りである。

油圧装置用電動機２１と巻上装置用電動機２８とは、それぞれ共通の母線３８に電気的に接続されている。このような構造により、巻上装置用電動機２８が発生した回生電力は、油圧装置用電動機２１に供給されて、これを駆動する。また、油圧装置用電動機２１と巻上装置用電動機２８とは、スリップリング３５を介して発電機３２から電力が供給される。

巻上装置３は、クレーン１ｃの装置、すなわち、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の中で最も使用頻度が多いため、回生電力が得られる機会は最も多い。また、巻上装置３が荷役対象によって駆動される際のエネルギ（被駆動エネルギ）は、俯仰装置４の被駆動エネルギ及び旋回装置５の被駆動エネルギよりも大きいことが多い。第４構成例においては、俯仰装置４及び旋回装置５の動力発生源を油圧装置２０ｃとすることで、クレーン１ｃも、巻上装置用電動機２８が、油圧装置２０ｃのアイドリング消費エネルギＬｂを超えた回生電力及び当該回生電力を発生する期間を長くすることができる。このため、第４構成例のクレーン１ｃも、回生電力の無駄な消費を抑制できるとともに、油圧装置２０ｃが消費するエネルギに回生電力を充当してこれを駆動しやすくなる。また、第４構成例のクレーン１ｃも、余剰の回生電力がクレーン１ｃから発電機３２に戻るおそれを低減できるので、発電機３２の耐久性低下を抑制できる。このように、上述した第３構成例及び第４構成例は、クレーン１ｂ、１ｃの回生電力で、クレーン１ｂ、１ｃの消費エネルギをまかないたい場合に有利である。

本実施形態において、クレーン１、１ａ等の回生電力が油圧装置２０、２０ａ等の消費エネルギを上回る場合、余剰の電力（余剰電力）が発生する。余剰電力は、例えば、電気抵抗に消費させて、熱に変換してから大気中に放出してもよい。また、余剰電力は、例えば、二次電池やキャパシタ等の蓄電手段に蓄電させておいてもよい。さらに、余剰電力は、船舶３０の電気機器に供給してもよい。これらの場合、クレーン１、１ａ等は余剰電力が発生したことを検出したら、回生電力の供給先を電気抵抗又は蓄電手段等に切り替える制御装置又は制御回路を備える。

余剰電力が発生しないように、油圧装置を動力発生源としない装置、すなわち、油圧装置が駆動しない装置の電動機によって得られる回生電力が、油圧装置のアイドリング消費エネルギＬｂを超えないようにしてもよい。この場合、油圧装置を動力発生源としない装置の電動機が発生する回生電力の総和を、油圧装置のアイドリング消費エネルギＬｂ以下に設定する。なお、複数のデッキクレーンを搭載した貨物船において、少なくとも一基のデッキクレーンを上述した実施形態に係るデッキクレーンとし、他のデッキクレーンを電動油圧駆動方式のデッキクレーンとしてもよい。

以上のように、本発明に係るクレーン及び船舶は、巻上装置と俯仰装置と旋回装置とのうち１つ又は２つの動力発生源に電動機を用いたクレーンにおいて、回生電力の無駄な消費を抑制することに有用である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ クレーン
２ 旋回体
３ 巻上装置
３Ｄ 巻上用ドラム
３Ｍ 油圧モータ
４ 俯仰装置
４Ｄ 俯仰用ドラム
４Ｍ 油圧モータ
５ 旋回装置
５Ｇ 歯車
５Ｍ 油圧モータ
６ ジブ
６Ｔｌ 取付端
６Ｔｔ 先端
８ 滑車
９ ワイヤロープ
１０ 俯仰用ワイヤロープ
１１ 荷掛フック
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 油圧装置
２１ 油圧装置用電動機
２２ 巻上装置用ポンプ（ポンプ）
２３ 俯仰装置用ポンプ（ポンプ）
２４ 旋回装置用電動機（電動機）
２５ 俯仰装置用電動機（電動機）
２６ 旋回装置用ポンプ（ポンプ）
２８ 巻上装置用電動機（電動機）
３０ 船舶
３１ 甲板
３２ 発電機
３３ 原動機
３４ 架台
３４Ｐ 支持面
３５ スリップリング
３８ 母線

Claims (8)

1. 巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とを有するクレーンにおいて、
   前記巻上装置と前記俯仰装置と前記旋回装置とのうち１つ又は２つに加圧した作動油を供給して駆動する油圧装置と、
   前記油圧装置の動力発生源の電動機である油圧装置用電動機と、
   前記油圧装置が駆動しない装置の動力発生源である電動機と、を含み、
   前記電動機が発生する回生電力の総和の最大値を、前記油圧装置のアイドリング状態における消費エネルギ以下に設定すると共に、前記電動機の回生電力が発生した場合、該回生電力を前記電動機から前記油圧装置用電動機に直接供給することを特徴とするクレーン。
2. 前記油圧装置は、少なくとも前記巻上装置に加圧した作動油を供給する請求項１に記載のクレーン。
3. 前記油圧装置は、前記俯仰装置にも加圧した作動油を供給する請求項２に記載のクレーン。
4. 少なくとも前記巻上装置は、電動機を動力発生源とする請求項１に記載のクレーン。
5. 前記油圧装置は、前記俯仰装置と前記旋回装置とに加圧した作動油を供給する請求項４に記載のクレーン。
6. 巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とを有するクレーンにおいて、
   前記巻上装置と前記俯仰装置と前記旋回装置とのうち１つ又は２つを油圧装置用電動機によって油圧装置を駆動する電動油圧駆動とし、その他を電動機によって直接駆動される電動駆動とし、
   前記電動機が発生する回生電力の総和の最大値を、前記油圧装置のアイドリング状態における消費エネルギ以下に設定すると共に、前記電動機の回生電力が発生した場合、該回生電力を前記電動機から前記電動油圧駆動の駆動電力系に直接給電することを特徴とするクレーン。
7. 巻上装置と、俯仰装置と、旋回装置とを有するクレーンにおいて、
   前記巻上装置を油圧装置用電動機によって油圧装置を駆動する電動油圧駆動とし、前記俯仰装置と前記旋回装置とを電動機によって直接駆動される電動駆動とし、
   前記俯仰装置と前記旋回装置を駆動する電動機が発生する回生電力の総和の最大値を、前記巻上装置の油圧装置のアイドリング状態における消費エネルギ以下に設定すると共に、前記俯仰装置と前記旋回装置を駆動する電動機の回生電力が発生した場合、該回生電力を前記電動機から前記巻上装置の電動油圧駆動の駆動電力系に直接給電することを特徴とするクレーン。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のクレーンを搭載したことを特徴とする船舶。

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