WO2012133657A1 - クレーン装置、クレーン装置の電源装置およびクレーン装置の給電方法 - Google Patents

クレーン装置、クレーン装置の電源装置およびクレーン装置の給電方法 Download PDF

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WO2012133657A1
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power
crane
regenerative
bus bar
lane
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PCT/JP2012/058373
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English (en)
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Inventor
正樹 小野
孝二 大井
昌治 川口
信哉 栢菅
Original Assignee
三井造船株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/12—Arrangements of means for transmitting pneumatic, hydraulic, or electric power to movable parts of devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives

Definitions

  • the present invention relates to a crane device that loads and unloads a container with electric power supplied via a bus bar extending along a lane, a power supply device thereof, and a power supply method thereof.
  • the container yard 70 is provided facing the pier 7A of the port, and the container 9 is loaded and unloaded from the ship 7B by the container crane 7C arranged on the pier 7A.
  • a plurality of lanes 71 each having a rectangular area in plan view extending along the longitudinal direction of the container 9 are provided as placement places of the container 9.
  • the crane apparatus 110 travels in the longitudinal direction X of the lane 71 in the lane 71, the containers 9 placed in the lane 71 are efficiently sorted.
  • Each lane 71 is provided with a transformer 7 for supplying electric power to the crane device 110, and a bus bar 8 is extended along the lane 71. Electric power is supplied from the transformer 7 to the crane device 110 via the bus bar 8.
  • the bus bar 8 is composed of a trolley wire installed on a support column. When the current collector mounted on the crane apparatus 110 is in electrical contact with the bus bar 8, the crane apparatus 110 collects electric power from the transformer 7.
  • a gate 73 is provided on the road 72 side.
  • the trailer 75 passes through the gate 73 and carries in and out the container 9.
  • the lane 71 is provided with a passage for the trailer 75.
  • the container 9 is loaded and unloaded by the crane device 110 on the trailer 75 stopped in this passage.
  • the crane device 110 may be arranged in association with each lane 71. However, the cargo can be efficiently handled by moving to another lane 71. In such a case, in the turn lane 74 provided adjacent to the end of the lane 71, the crane device 110 is driven at a right angle in a right angle direction Y orthogonal to the longitudinal direction X.
  • a transformer 7 is provided at the center of the lane, and the transformer 7 is fed at a high voltage with relatively little power loss.
  • a central power feeding method in which the transformer 7 transforms to low voltage power and feeds power to the bus bar 8 can be considered.
  • the average distance from the transformer 7 to the crane apparatus 110 can be reduced by half compared to the end feeding method in which the transformer 7 is provided at the end of the bus bar 8 to feed power. Loss can be suppressed.
  • This invention is for solving such a problem, and it aims at improving the power supply efficiency at the time of supplying to a crane apparatus via a bus bar from a transformer.
  • the power supply device of the crane apparatus switches the alternating current power collected from the bus bar extending along the lane in the container yard by PWM control, A PWM converter that converts AC power into DC power, and a portal crane body that converts the DC power obtained by the PWM converter into AC power for driving, hoisting and lowering the container in the lane, and self-propelled in the container yard And an inverter for supplying AC power for driving to the motor.
  • the crane device performs hoisting and lowering of a container in a desired lane in the container yard, along with a portal crane body that self-propels in the container yard, an electric motor that drives the crane body, and the lane.
  • the PWM converter converts AC power into DC power, and converts the DC power obtained by the PWM converter into AC power for driving.
  • an inverter for supplying driving AC power to the electric motor.
  • the power supply method of the crane apparatus is such that the PWM converter switches the AC power collected from the bus bar extending along the lane in the container yard by PWM control, thereby converting the AC power to DC.
  • the step of converting to electric power, and the inverter converts the DC power into AC power for driving, hoisting and lowering the container in the lane, and driving AC power to the motor of the gate-type crane body that runs in the container yard Providing a step.
  • the power factor at the feeding point (load end) from the bus bar to the crane device can be adjusted, and power loss due to the line reactance of the bus bar can be suppressed. Therefore, even in a crane apparatus that performs cargo handling at a position away from the transformer, the voltage drop rate can be minimized under the condition of the line length from the transformer to the crane apparatus. As a result, it is possible to improve the power supply efficiency when supplying from the transformer to the crane device via the bus bar, and it is high for the entire container yard, such as reducing the power supplied from the transformer or extending the length of the power supply line. Cost performance can be obtained.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a crane apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view of a crane body which is a mechanical configuration of the crane apparatus.
  • FIG. 3 is a basic block diagram of the PWM converter.
  • FIG. 4 is a signal waveform diagram showing the operation of the PWM converter.
  • FIG. 5 is a plan view showing a configuration example of a general container yard.
  • the crane apparatus 10 is a container yard driven by loading and unloading of containers 9 and tire driving by driving various motors with electric power from a transformer 7 fed through a bus bar 8 extending along a lane of the container yard. It is a tire-type portal crane device that performs various crane operations such as running inside.
  • the crane device 10 includes a power feeding device 1A, an engine power generation device 1B, a power feeding switching unit 1S, a current collecting device 2, a main winding motor 30, a traveling motor 31, a traversing motor 32, a PWM (Pulse Width Modulation) converter 40, and an inverter (INV). 41, 42, 43, a controller 5, and a common bus B.
  • the PWM converter 40 and the inverters 41 to 43 constitute a power supply device 45 of the crane device 10.
  • the power feeding device 1A feeds power by converting, for example, three-phase alternating current power supplied from a transformer 7 provided for each lane into three-phase alternating current of a predetermined voltage by an AC / AC converter such as a transformer. It has a function to output to the switch.
  • the current collector 2 is attached to the outside of the crane device 10 and collects AC power from the transformer 7 by making electrical contact with a bus bar 8 made of an insulated trolley wire installed on a support pole, and supplies power. It has a function of outputting to the apparatus 1A.
  • the engine generator 1B has a function of generating AC power by driving the generator with a diesel engine and outputting it to the power supply switching device 1S.
  • the power supply switching unit 1S has a function of switching and selecting power supply from either the power supply device 1A or the engine generator 1B in accordance with a power supply switching command 5S from the controller 5 and supplying the power to the PWM converter 40. .
  • the main winding motor 30 is an AC motor for moving the container 9 up and down.
  • the traveling motor 31 is an AC motor for traveling the gantry 6 shown in FIG.
  • the traverse motor 32 is an AC motor for traversing the trolley 6H shown in FIG.
  • the PWM converter 40 is an AC / DC converter that converts AC power supplied from the power supply switching unit 1S into DC power and outputs the DC power to each device such as the inverters 41 to 43 connected to the common bus B.
  • the inverter 41 is a DC / AC converter that converts the DC power output from the PWM converter 40 to the common bus B into driving AC power and supplies it to the main winding motor 30 and the traveling motor 31.
  • the inverter 42 is a DC / AC converter that converts the DC power output from the PWM converter 40 to the common bus B to drive AC power and supplies the AC power to the traverse motor 33.
  • the inverter 43 converts the DC power output from the PWM converter 40 to the common bus B into AC power, and supplies this AC power to various auxiliary equipment including a lighting device, an air conditioner, or a controller such as the controller 5.
  • a DC / AC converter As a DC / AC converter.
  • the controller 5 includes a microprocessor such as a CPU and its peripheral circuits.
  • the controller 5 has various functions for controlling the crane apparatus 10 as a whole by cooperating the program and the hardware by reading and executing the program from a memory provided in the microprocessor or the peripheral circuit. is doing.
  • the main function of the controller 5 is to control the inverters 41 to 43 by exchanging various commands 4A on the basis of an operator command input 5A detected via an operation lever or an operation switch, and to move the container 9 up and down.
  • There is a crane operation function for controlling operations such as traveling of the gantry 6, traveling at right angles, and traversing the trolley 6H.
  • the gantry 6 travels with the electric power from the engine generator 1B during the period when the crane apparatus 10 is disconnected from the bus bar 8.
  • There is also a power supply switching control function for controlling the power supply switching device 1S by the power supply switching command 5S and switching the power supplied to the PWM converter 40 to the power from the engine generator 1B.
  • the crane main body which is the mechanical structure of the crane apparatus 10 shown in FIG. 1 is demonstrated.
  • the crane main body lifts and lowers the container 9 in a desired lane in the container yard, and self-propels in the container yard.
  • the crane apparatus 10 includes a gantry 6 made of a portal frame as a whole.
  • the gantry 6 includes an upper beam 6A, leg portions 6B that support both ends of the beam 6A, and a base 6C that supports the leg portions 6B.
  • a tire 6E is provided below the base 6C via a carriage 6D.
  • the tire 6E is supported by a carriage 6D so that the traveling direction can be changed in a forward direction X along the lane or a right angle Y perpendicular to the lane.
  • the traveling motor 31 shown in FIG. 1 is connected to the tire 6E. By driving the traveling motor 31, the gantry 6 travels in the container yard.
  • the trolley 6H is provided on the beam 6A.
  • a spreader 6I for suspending the upper portion of the container 9 is suspended from the trolley 6H via a wire rope 6J.
  • the main winding motor 30 and the traverse motor 32 shown in FIG. 1 are mounted on the trolley 6H.
  • the wire rope 6J is wound up and down, and the spreader 6I moves up and down. Therefore, the container 9 is wound up and down by attaching the container 9 to the spreader 6I.
  • the trolley 6H travels in the right-angle direction Y on the rail of the beam 6A.
  • the trolley 6H is provided with an electric device such as a driver's cab 6K in which an operator is boarded and a controller 5.
  • the crane body is composed of the beam 6A, the leg 6B, the base 6C, the carriage 6D, the tire 6E, the trolley 6H, the spreader 6I, and the like described above. Therefore, by supplying driving AC power to the various motors 30 to 32 of the crane body and driving the motors 30 to 32, crane operations such as lifting and lowering the container 9, traversing the trolley 6H, traveling in the container yard are performed. Is called.
  • the voltage drop on the line is ⁇ V [V]
  • the line voltage at the load end is V [V]
  • the load current is I [A]
  • the line resistance is R [ ⁇ / m]
  • the load end is Assuming that the phase difference of the current with respect to the voltage is ⁇ [angle]
  • the line reactance is X [ ⁇ / m]
  • the line length is L
  • the voltage drop rate D increases in accordance with the line length L, but when the phase difference ⁇ of the current with respect to the voltage at the load end is zero, that is, when the power factor cos ⁇ is 1, the voltage drop X sin ⁇ due to the line reactance X. Becomes zero and only the voltage drop due to the line resistance R occurs. Therefore, when the phase difference ⁇ is zero, that is, the power factor is 1, the voltage drop rate D can be minimized under the condition of an arbitrary line length L.
  • the PWM converter 40 includes a reactor L, a switching circuit SW, a capacitor C, and a control circuit CON.
  • Reactor L is connected between AC terminal Tac to which an AC signal is input from the outside and AC terminal Sac of switching circuit SW, and has a function of delaying the phase of the AC signal input to switching circuit SW.
  • the switching circuit SW is composed of an AC-DC conversion circuit using a diode or a switching element.
  • the switching circuit SW converts an AC signal applied to the AC terminal Sac into a DC signal by switching at high speed with a variable width pulse, and from the DC terminal Sdc. It has a function of outputting to the DC terminal Tdc.
  • the capacitor C is made of an electrolytic capacitor and has a function of smoothing a DC signal output from the DC terminal Sdc of the switching circuit SW.
  • the control circuit CON is composed of a CPU and a dedicated signal processing circuit, and the pulse width and timing of the variable width pulse according to the AC current Iac of the AC signal flowing through the reactor L and the DC voltage Vdc of the DC signal obtained by the switching circuit SW. It has a function to control.
  • the AC signal input from the AC terminal Tac is input to the AC terminal Sac of the switching circuit SW via the reactor L.
  • the signal voltage Vs at the AC terminal Sac is input to the switching circuit SW with a phase delayed by ⁇ by the voltage generated in the reactor L with respect to the AC voltage Vac of the input AC signal.
  • the voltage vector of AC voltage Vac is equal to the sum of the voltage vector of voltage generated in reactor L and the voltage vector of AC voltage Vs
  • the current vector of AC current Iac is the voltage vector of the voltage generated in reactor L. In an orthogonal relationship. Therefore, by controlling the magnitude and phase of the voltage vector of the AC voltage Vs, the magnitude and phase of the current vector of the AC current Iac can be controlled.
  • control circuit CON can control the magnitude and phase of the current vector of the AC current Iac by controlling the pulse width and timing of the variable width pulse based on the phase of the AC voltage Vac and the phase of the AC current Iac.
  • the phase difference between the AC voltage Vac and the AC current Iac can be made zero, that is, the power factor can be made 1.
  • the voltage drop Xsin ⁇ due to the line reactance X can be made zero, and the voltage drop rate D can be minimized under the condition of an arbitrary line length L.
  • the crane apparatus 10 is provided with the PWM converter 40, and the AC power collected from the bus bar 8 is switched by the PWM control to convert the AC power into the DC power. .
  • the power factor at the feeding point (load end) from the bus bar 8 to the crane apparatus 10 can be adjusted, and the power loss due to the line reactance of the bus bar 8 can be suppressed.
  • the voltage drop rate can be minimized under the condition of the line length from the transformer 7 to the crane apparatus 10.
  • the voltage drop at the bus bar 8 from the transformer 7 to the crane apparatus 10 can be compensated, and the length of the bus bar 8, that is, the length of the lane is extended. can do.
  • relatively low AC power of, for example, about 600 V is supplied from the transformer 7 to the crane apparatus 10 via the bus bar 8.
  • the PWM converter 40 can also reversibly operate the DC-AC conversion. Therefore, when the regenerative power generated in the main winding motor 30 when the container is lowered is converted into regenerative DC power by the inverter 41 and input to the DC terminal Tdc of the PWM converter 40, the PWM converter 40 performs the same as described above. By switching the regenerative DC power by PWM control, the regenerative DC power can be converted into regenerative AC power.
  • the AC power obtained by the PWM converter 40 can be regenerated to the bus bar 8 via the power feeding switch 1S, the power feeding device 1A, and the current collector 2, and can be effectively used by other crane devices 10. Can do. Therefore, compared with the case where the direct current regenerative power converted into direct current power by the inverter 41 is thermally converted by the regenerative resistor and disposed, an extremely high energy saving effect and CO 2 saving effect can be obtained.
  • the inverter 41 is connected to other inverters 42 and 43 through the common bus B. For this reason, the DC regenerative power from the inverter 41 can be supplied to the inverters 42 and 43 connected to the common bus B very efficiently.
  • harmonics are generated during operation, causing overheating and malfunction of other equipment, generation of noise and vibration, induction failure, and the like.
  • a filter may be provided.
  • harmonics can be removed by adjusting the timing of the variable width pulse in the switching circuit or by parallelizing the switching operation. Therefore, not only when the DC power obtained by the PWM converter 40 is supplied from the common bus B to the other inverters 42 and 43, but also when the power is regenerated from the bus bar 8 to the upstream power supply facility side via the transformer 7. Good electric power with very few harmonics can be regenerated.
  • the bus bar 8 that is a power supply path from the transformer 7 to the crane apparatus 10 has been described as an example of a bus bar made of a trolley wire laid on a support along the lane. It is not limited to.
  • the present invention is similarly applied to a case where a power cable having one end connected to the transformer 7 and the other end wound around a reel of the crane device 10 and connected to the power feeding device 1A is used instead of the bus bar 8. It can be applied to the same, and the same effect can be obtained.
  • SYMBOLS 10 ... Crane apparatus, 30 ... Main winding motor, 31 ... Traveling motor, 32 ... Traverse motor, 40 ... PWM converter, 41, 42, 43 ... Inverter, 8 ... Busbar, 9 ... Container.

Landscapes

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Abstract

　クレーン装置（１０）は、ＰＷＭコンバータ（４０）を備えている。ＰＷＭコンバータ（４０）、バスバー（８）から給電された交流電力の電圧と電流の位相差が小さくなるよう、ＰＷＭ制御により当該交流電力をスイッチングして直流電力に変換する。これにより、変圧器（７）からバスバー（８）を介してクレーン装置（１０）へ供給する際の給電効率を改善することができる。

Description

クレーン装置、クレーン装置の電源装置およびクレーン装置の給電方法
　本発明は、レーンに沿って延設されたバスバーを介して給電された電力により、コンテナの荷役を行うクレーン装置、その電源装置およびその給電方法に関する。
　従来、門型のクレーン装置を用いて、船舶やトレーラーに対するコンテナの積み降ろしなどの荷役を行うコンテナヤードには、地上の電力設備から、レーンに沿って延設したバスバーを介してクレーン装置へ給電する、いわゆる電動化方式のコンテナヤードがある（例えば、特許文献１など参照）。
　図５に示すように、コンテナヤード７０は、港の埠頭７Ａに面して設けられており、埠頭７Ａに配置されたコンテナクレーン７Ｃにより、船舶７Ｂに対するコンテナ９の積み降ろしが行われる。このコンテナヤード７０には、コンテナ９の載置場所として、コンテナ９の長手方向に沿って伸延する平面視長方形状のエリアからなる複数のレーン７１が設けられている。レーン７１内を当該レーン７１の長手方向Ｘにクレーン装置１１０が走行することにより、レーン７１内に載置されているコンテナ９が効率よく仕分けされる。
　各レーン７１には、クレーン装置１１０に対して電力を供給する変圧器７が設けられ、レーン７１に沿ってバスバー８が延設されている。このバスバー８を介して変圧器７から電力がクレーン装置１１０へ供給される。バスバー８は、支柱に架設されたトロリー線からなる。クレーン装置１１０に搭載される集電装置がバスバー８と電気的に接触することにより、クレーン装置１１０が変圧器７から電力を集電する。
　コンテナヤード７０には、道路７２側にゲート７３が設けられている。トレーラー７５は、このゲート７３を通過して、コンテナ９の搬入および搬出を行う。
　レーン７１には、トレーラー７５の通路が設けられている。この通路に停車したトレーラー７５に対して、クレーン装置１１０によるコンテナ９の積み降ろしが行われる。
　クレーン装置１１０は、レーン７１ごとに対応付けて配置してもよい。しかし、他のレーン７１へ移動させることにより、効率よく荷役を行うことができる。このような場合、レーン７１の端部に隣接して設けられているターンレーン７４において、長手方向Ｘと直交する直角方向Ｙへクレーン装置１１０を直角走行させる。
特開２００９－０２３８１７号公報
　このようなバスバー８を介してクレーン装置１１０へ給電する場合、レーン端に設けられた変圧器７までは、電力損失が比較的少ない高圧で給電し、変圧器７で低圧電力に変圧して、バスバー８へ給電する端部給電方式が用いられている。この場合、変圧器７とクレーン装置１１０との距離が長くなるにつれて、その間のバスバー８の線路抵抗による電圧降下が発生するため、この電圧降下を予め考慮した電圧を変圧器７からバスバー８へ供給する必要がある。
　しかしながら、変圧器７とクレーン装置１１０と距離が長くなるにつれて、クレーン運転時の力率が低下することにより、バスバー８の線路リアクタンスによる電力損失が顕著となる。このため、変圧器７から最も離れた位置で荷役が行えるよう、バスバー８の線路抵抗による電圧降下に加えて線路リアクタンスによる電力損失を考慮して、より大きな電力を変圧器７からバスバー８へ供給したり、線路抵抗の少ない太いバスバー８を設置したりしなければならないという問題点があった。
　このような端部給電方式に対して、バスバー８での電力損失を抑制するために、レーン中央部に変圧器７を設け、この変圧器７までは電力損失が比較的少ない高圧で給電し、変圧器７で低圧電力に変圧して、バスバー８へ給電する中央給電方式が考えられる。これにより、バスバー８の端に変圧器７を設けて給電する端部給電方式と比較して、変圧器７からクレーン装置１１０までの平均距離を半分に短縮することができ、バスバー８での電力損失を抑制することができる。
　しかしながら、この中央給電方式によれば、レーン７１の中央部に変電設備を設けるために、変圧器７をレーン７１間に設置する必要がある。このため、変圧器７さらにはレーン７１の施工期間が通常より長くなるとともに、変圧器７のメンテナンスが不便となり、変圧器７にコンテナ９が落下して損傷する危険性も高くなり、結果として多くのリスクが発生する。
　本発明はこのような課題を解決するためのものであり、変圧器からバスバーを介してクレーン装置へ供給する際の給電効率を改善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の電源装置は、コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、ＰＷＭコンバータで得られた直流電力を駆動用交流電力に変換し、レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともにコンテナヤード内を自走する門型のクレーン本体の電動機へ駆動用交流電力を供給するインバータとを備えている。
　また、本発明にかかるクレーン装置は、コンテナヤード内の所望レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに、コンテナヤード内を自走する門型のクレーン本体と、クレーン本体を駆動する電動機と、レーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、ＰＷＭコンバータで得られた直流電力を駆動用交流電力に変換し、駆動用交流電力を電動機へ供給するインバータとを備えている。
　また、本発明にかかるクレーン装置の給電方法は、ＰＷＭコンバータが、コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するステップと、インバータが、直流電力を駆動用交流電力に変換し、レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともにコンテナヤード内を自走する門型のクレーン本体の電動機へ駆動用交流電力を供給するステップとを備えている。
　本発明によれば、バスバーからクレーン装置への給電点（負荷端）での力率を調整することができ、バスバーの線路リアクタンスによる電力損失を抑制することができる。したがって、変圧器から離れた位置で荷役を行うクレーン装置でも、その変圧器からクレーン装置までの線路長という条件下において、電圧降下率を最小に抑えることができる。これにより、変圧器からバスバーを介してクレーン装置へ供給する際の給電効率を改善することができ、変圧器から給電する電力の削減、あるいは給電可能な線路長の延長など、コンテナヤード全体について高いコストパフォーマンスを得ることが可能となる。
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。 図２は、クレーン装置の機械的構成であるクレーン本体の正面図である。 図３は、ＰＷＭコンバータの基本ブロック図である。 図４は、ＰＷＭコンバータの動作を示す信号波形図である。 図５は、一般的なコンテナヤードの構成例を示す平面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図１および図２において図５と同一部分または対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
［クレーン装置の構成］
　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の主な構成について説明する。
　クレーン装置１０は、コンテナヤードのレーンに沿って延設されたバスバー８を介して給電された変圧器７からの電力により、各種電動機を駆動してコンテナ９の積み降ろしや、タイヤ駆動によるコンテナヤード内での走行などの各種クレーン動作を行う、タイヤ式の門型クレーン装置である。
　クレーン装置１０は、給電装置１Ａ、エンジン発電装置１Ｂ、給電切替部１Ｓ、集電装置２、主巻電動機３０、走行電動機３１、横行電動機３２、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータ４０、インバータ（ＩＮＶ）４１，４２，４３、コントローラ５、および共通母線Ｂを備えている。ＰＷＭコンバータ４０とインバータ４１～４３とから、クレーン装置１０の電源装置４５が構成される。
　給電装置１Ａは、レーンごとに設けられている変圧器７から供給される、例えば三相交流からなる交流電力を、トランスなどのＡＣ／ＡＣ変換器により所定電圧の三相交流に変換して給電切替器へ出力する機能を有している。
　集電装置２は、クレーン装置１０の外側に取り付けられて、支柱に架設された絶縁トロリー線からなるバスバー８と電気的に接触することにより、変圧器７からの交流電力を集電し、給電装置１Ａへ出力する機能を有している。
　エンジン発電機１Ｂは、ディーセルエンジンで発電機を駆動することにより交流電力を発電して給電切替器１Ｓへ出力する機能を有している。
　給電切替器１Ｓは、コントローラ５からの給電切替指令５Ｓに応じて、給電装置１Ａおよびエンジン発電機１Ｂのいずれか一方からの給電を切替選択してＰＷＭコンバータ４０へ供給する機能を有している。
　主巻電動機３０は、コンテナ９の昇降を行うための交流電動機である。走行電動機３１は、図２に示す架台６の走行を行うための交流電動機である。横行電動機３２は、図２示すトロリー６Ｈの横行を行うための交流電動機である。
　ＰＷＭコンバータ４０は、給電切替器１Ｓから供給された交流電力を直流電力に変換して、共通母線Ｂに接続されたインバータ４１～４３などの各機器へ出力するＡＣ／ＤＣ変換器である。
　インバータ４１は、ＰＷＭコンバータ４０から共通母線Ｂへ出力された直流電力を駆動用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、ＰＷＭコンバータ４０から共通母線Ｂへ出力された直流電力を駆動用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。
　インバータ４３は、ＰＷＭコンバータ４０から共通母線Ｂへ出力された直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を照明装置、空調装置、あるいはコントローラ５などの制御装置を含む各種補機設備へ電源として供給するＤＣ／ＡＣ変換器である。
　コントローラ５は、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を含む。このコントローラ５は、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１０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５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指令入力５Ａ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、コンテナ９の昇降、架台６の走行、直角走行、トロリー６Ｈの横行などの運転を制御するクレーン運転機能がある。また、クレーン装置１０がターンレーンを通って他のレーンへレーン替えを行う場合、バスバー８からクレーン装置１０が切り離されている期間にエンジン発電機１Ｂからの電力で架台６が走行するために、給電切替指令５Ｓにより給電切替器１Ｓを制御して、ＰＷＭコンバータ４０へ供給する電力をエンジン発電機１Ｂからの電力に切り替える給電切替制御機能もある。
　次に、図２を参照して、図１に示したクレーン装置１０の機械的構成であるクレーン本体について説明する。クレーン本体は、コンテナヤード内の所望レーンでコンテナ９の巻上げ下げを行うとともに、コンテナヤード内を自走するものである。
　クレーン装置１０は、全体として門型の枠体からなる架台６を備えている。この架台６は、上部の梁６Ａ、この梁６Ａの両端を支える脚部６Ｂ、および脚部６Ｂを支える基台６Ｃから構成されている。基台６Ｃの下部には、台車６Ｄを介してタイヤ６Ｅが設けられている。タイヤ６Ｅは、台車６Ｄにより、走行方向をレーンに沿った順方向Ｘあるいはレーンに直交する直角方向Ｙへ変更自在に支持されている。タイヤ６Ｅには、図１に示した走行電動機３１が接続されている。この走行電動機３１を駆動することにより、架台６がコンテナヤード内を走行する。
　梁６Ａには、トロリー６Ｈが設けられている。トロリー６Ｈには、コンテナ９の上部を吊持するためのスプレッダー６Ｉがワイヤーロープ６Ｊを介して吊り下げられている。トロリー６Ｈには、図１に示した主巻電動機３０および横行電動機３２が搭載されている。主巻電動機３０を駆動することにより、ワイヤーロープ６Ｊの巻き上げ下げが行われ、スプレッダー６Ｉが昇降する。したがって、スプレッダー６Ｉにコンテナ９を取り付けることにより、コンテナ９の巻き上げ下げが行われる。また、横行電動機３２を駆動することにより、トロリー６Ｈが梁６Ａのレール上を直角方向Ｙへ走行する。この他、トロリー６Ｈには、オペレータが搭乗する運転室６Ｋや、コントローラ５などの電気機器が設けられている。
　上述した梁６Ａ、脚部６Ｂ、基台６Ｃ、台車６Ｄ、タイヤ６Ｅ、トロリー６Ｈ、スプレッダー６Ｉなどから、クレーン本体が構成される。したがって、クレーン本体の各種電動機３０～３２に駆動用交流電力を供給して電動機３０～３２を駆動することにより、コンテナ９の巻き上げ下げ、トロリー６Ｈの横行、コンテナヤード内の走行といったクレーン動作が行われる。
［クレーン装置の動作］
　前述のように、バスバー８を介して変圧器７からクレーン装置１０へ給電した場合、バスバー８での電圧降下や力率低下などの電力損失が発生し、変圧器７から離れた位置で荷役を行うクレーン装置１０でも十分な電力が得られない場合がある。特に、コンテナヤードの大型化に伴ってレーン長が長くなる傾向にあり、レーン端に変圧器７を設置する端部給電方式では、バスバーでの電力損失を無視できない。
　一般的には、線路での電圧降下をΔＶ[V]、負荷端での線間電圧をＶ[V]、負荷電流をＩ[A]、線路抵抗をＲ[Ω/m]、負荷端での電圧に対する電流の位相差をθ[角度]、線路リアクタンスをＸ[Ω/m]、線路長をＬとした場合、負荷端での電圧降下率Ｄ[%]は、
　Ｄ＝ΔＶ／Ｖ×１００％
　　＝｛√３×Ｉ×（Ｒｃｏｓθ＋Ｘｓｉｎθ）×Ｌ｝／Ｖ×１００％
で求められる。
　ここで、電圧降下率Ｄは、線路長Ｌに応じて増大するが、負荷端での電圧に対する電流の位相差θがゼロ、すなわち力率ｃｏｓθが１のとき、線路リアクタンスＸによる電圧降下分Ｘｓｉｎθがゼロとなり、線路抵抗Ｒによる電圧降下分だけとなる。したがって、位相差θがゼロ、すなわち力率が１のとき、任意の線路長Ｌという条件下において、電圧降下率Ｄを最小に抑えることができる。
　図３に示すように、ＰＷＭコンバータ４０は、リアクトルＬ、スイッチング回路ＳＷ、コンデンサＣ、および制御回路ＣＯＮを備えている。
　リアクトルＬは、外部から交流信号が入力される交流端子Ｔａｃとスイッチング回路ＳＷの交流端子Ｓａｃとの間に接続されて、スイッチング回路ＳＷへ入力される交流信号の位相を遅延させる機能を有している。
　スイッチング回路ＳＷは、ダイオードやスイッチング素子を用いたＡＣ－ＤＣ変換回路からなり、交流端子Ｓａｃに印加された交流信号を、可変幅パルスで高速スイッチングすることにより直流信号に変換し、直流端子Ｓｄｃから直流端子Ｔｄｃへ出力する機能を有している。
　コンデンサＣは、電解コンデンサからなり、スイッチング回路ＳＷの直流端子Ｓｄｃから出力された直流信号を平滑化する機能を有している。
　制御回路ＣＯＮは、ＣＰＵや専用の信号処理回路からなり、リアクトルＬに流れる交流信号の交流電流Ｉａｃやスイッチング回路ＳＷで得られた直流信号の直流電圧Ｖｄｃに応じて可変幅パルスのパルス幅やタイミングを制御する機能を有している。
　交流端子Ｔａｃから入力された交流信号は、リアクトルＬを介してスイッチング回路ＳＷの交流端子Ｓａｃへ入力される。ここでは、３相交流のうちの任意の位相信号に着目して説明するが、いずれの位相信号についても同様である。
　交流端子Ｓａｃにおける信号電圧Ｖｓは、図４に示すように、入力された交流信号の交流電圧Ｖａｃに対して、リアクトルＬで発生する電圧分により、位相がφだけ遅れてスイッチング回路ＳＷへ入力される。
　ここで、交流電圧Ｖａｃの電圧ベクトルは、リアクトルＬで発生する電圧の電圧ベクトルと、交流電圧Ｖｓの電圧ベクトルの和に等しく、交流電流Ｉａｃの電流ベクトルはリアクトルＬで発生する電圧の電圧ベクトルと直交関係にある。
　したがって、交流電圧Ｖｓの電圧ベクトルの大きさと位相を制御することにより、交流電流Ｉａｃの電流ベクトルの大きさと位相を制御することができる。
　このため、制御回路ＣＯＮにより、交流電圧Ｖａｃの位相と交流電流Ｉａｃの位相に基づいて、可変幅パルスのパルス幅やタイミングを制御することにより、交流電流Ｉａｃの電流ベクトルの大きさと位相を制御でき、交流電圧Ｖａｃと交流電流Ｉａｃの位相差をゼロとする、すなわち力率を１とすることができる。
　これにより、結果として、線路リアクタンスＸによる電圧降下分Ｘｓｉｎθをゼロとすることができ、任意の線路長Ｌという条件下において、電圧降下率Ｄを最小に抑えることができる。
［本実施の形態の効果］
　このように、本実施の形態は、クレーン装置１０にＰＷＭコンバータ４０を設けて、バスバー８から集電された交流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、交流電力を直流電力に変換するようにした。これにより、バスバー８からクレーン装置１０への給電点（負荷端）での力率を調整することができ、バスバー８の線路リアクタンスによる電力損失を抑制することができる。
　したがって、変圧器７から離れた位置で荷役を行うクレーン装置１０でも、その変圧器７からクレーン装置１０までの線路長という条件下において、電圧降下率を最小に抑えることができる。これにより、変圧器７からバスバー８を介してクレーン装置１０へ供給する際、極めて良好な給電効率を得ることができ、変圧器７から給電する電力の削減、あるいは給電可能な線路長の延長など、コンテナヤード全体について高いコストパフォーマンスを得ることが可能となる。
　一般には、変圧器７から高い電圧で電力を給電すれば、変圧器７からクレーン装置１０までのバスバー８での電圧降下を補うことができ、バスバー８の長さ、すなわちレーンの長さを延長することができる。
　しかしながら、本実施の形態にかかるタイヤ式の門型クレーン装置１０では、変圧器７からバスバー８を介してクレーン装置１０へ、例えば６００Ｖ程度の比較的低い交流電力を供給するものとなっている。
　これは、バスバー８を介して供給される電力の電圧が高くなるほど、回路部品の耐圧性などの要因で、この電圧で動作する回路機器の規模は大きくなり、重量も増大する傾向にあり、特に、タイヤ式の場合、タイヤの耐久性などの観点から、クレーン装置１０全体の重量は小さいほうが望ましいからである。
　本実施の形態によれば、このように、変圧器７からバスバー８を介してクレーン装置１０へ供給される電力として、高い電圧を用いることが制限されるような条件であっても、効率よく給電することができ、特に、タイヤ式の門型クレーン装置において、極めて大きな有効が得られる。
　また、本実施の形態では、ＰＷＭコンバータ４０でのＡＣ－ＤＣ変換に着目して説明したが、ＰＷＭコンバータ４０ではＤＣ－ＡＣ変換も可逆的に動作可能である。したがって、コンテナの巻き下げ時に主巻電動機３０で発生した回生電力が、インバータ４１で回生直流電力に変換されて、ＰＷＭコンバータ４０の直流端子Ｔｄｃに入力された場合、ＰＷＭコンバータ４０が前述と同様にして回生直流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、回生直流電力を回生交流電力に変換することができる。
　これにより、ＰＷＭコンバータ４０で得られた交流電力を、給電切替器１Ｓ、給電装置１Ａ、および集電装置２を介してバスバー８へ回生することができ、他のクレーン装置１０で有効利用することができる。したがって、インバータ４１で直流電力に変換された直流回生電力を回生抵抗で熱変換して処分する場合と比較して、極めて高い省エネ効果や省ＣＯ2効果を得ることができる。
　また、インバータ４１は、共通母線Ｂを介して別のインバータ４２，４３と互いに接続されている。このため、共通母線Ｂに接続されたインバータ４２，４３に対しても、インバータ４１からの直流回生電力を、極めて効率よくを供給することができる。
　また、クレーン装置１０のインバータ４１では、運転動作時に高調波が発生して、他の機器の過熱や誤動作、騒音や振動の発生、誘導障害などの原因となるため、高調波を除去するためのフィルタを設ける場合がある。ＰＷＭコンバータ４０では、例えばスイッチング回路での可変幅パルスのタイミング調整や、スイッチング動作の並列化により、高調波を除去することができる。
　このため、ＰＷＭコンバータ４０で得られた直流電力を共通母線Ｂから他のインバータ４２，４３へ供給する場合だけでなく、バスバー８から変圧器７を介して上流の電源設備側へ回生する場合でも、極めて高調波の少ない良好な電力を回生することができる。
［実施の形態の拡張］
　以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
　以上の説明では、変圧器７からクレーン装置１０への給電経路であるバスバー８として、レーンに沿って、支柱に架設されたトロリー線からなるバスバーを例として説明したが、バスバー８については、これに限定されるものではない。例えば、一端が変圧器７に接続されて、他端がクレーン装置１０のリールに巻き取られて給電装置１Ａに接続された電源ケーブルを、バスバー８の代わりとして用いる場合にも、本発明を同様に適用でき、同様の作用効果を得ることができる。
　１０…クレーン装置、３０…主巻電動機、３１…走行電動機、３２…横行電動機、４０…ＰＷＭコンバータ、４１，４２，４３…インバータ、８…バスバー、９…コンテナ。

Claims (5)

  1. 　コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、前記交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、
    　前記ＰＷＭコンバータで得られた前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに前記コンテナヤード内を自走するクレーン本体の電動機へ前記駆動用交流電力を供給するインバータと
    　を備えることを特徴とするクレーン装置の電源装置。
  2. 　請求項１に記載のクレーン装置の電源装置において、
    　前記インバータは、前記電動機で発生した回生電力を回生直流電力に変換し、前記回生直流電力を前記ＰＷＭコンバータへ出力し、
    　前記ＰＷＭコンバータは、前記インバータからの前記回生直流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、前記回生直流電力を回生交流電力に変換し、前記回生交流電力を前記バスバーへ供給する
    　ことを特徴とするクレーン装置の電源装置。
  3. 　請求項１に記載のクレーン装置の電源装置において、
    　前記ＰＷＭコンバータで得られた前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記電動機とは別の電動機へ前記駆動用交流電力を供給する別のインバータをさらに備え、
    　前記インバータは、前記電動機で発生した回生電力を回生直流電力に変換し、前記回生直流電力を前記別のインバータへ供給する
    　ことを特徴とするクレーン装置の電源装置。
  4. 　コンテナヤード内の所望レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに、前記コンテナヤード内を自走するクレーン本体と、
    　前記クレーン本体を駆動する電動機と、
    　前記レーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、前記交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータと、
    　前記ＰＷＭコンバータで得られた前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記駆動用交流電力を前記電動機へ供給するインバータと
    　を備えることを特徴とするクレーン装置。
  5. 　ＰＷＭコンバータが、コンテナヤード内のレーンに沿って延設されたバスバーから集電された交流電力をＰＷＭ制御によりスイッチングすることにより、前記交流電力を直流電力に変換するステップと、
    　インバータが、前記直流電力を駆動用交流電力に変換し、前記レーンでコンテナの巻上げ下げを行うとともに前記コンテナヤード内を自走するクレーン本体の電動機へ前記駆動用交流電力を供給するステップと
    　を備えることを特徴とするクレーン装置の給電方法。
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