WO2015145748A1 - クレーン装置、電力供給ユニットおよび改造方法 - Google Patents

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WO2015145748A1
WO2015145748A1 PCT/JP2014/059232 JP2014059232W WO2015145748A1 WO 2015145748 A1 WO2015145748 A1 WO 2015145748A1 JP 2014059232 W JP2014059232 W JP 2014059232W WO 2015145748 A1 WO2015145748 A1 WO 2015145748A1
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WO
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power
storage battery
power supply
generator
output
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PCT/JP2014/059232
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克明 森田
一幸 若杉
伸郎 吉岡
祐紀 古川
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三菱重工マシナリーテクノロジー株式会社
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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
    • B66C19/00—Cranes comprising trolleys or crabs running on fixed or movable bridges or gantries
    • B66C19/007—Cranes comprising trolleys or crabs running on fixed or movable bridges or gantries for containers
    • 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
    • B66C13/23—Circuits for controlling the lowering of the load
    • B66C13/26—Circuits for controlling the lowering of the load by ac motors
    • B66C13/28—Circuits for controlling the lowering of the load by ac motors utilising regenerative braking for controlling descent of heavy loads and having means for preventing rotation of motor in the hoisting direction when load is released

Definitions

  • the present invention relates to a crane device, a power supply unit, and a modification method.
  • the crane hybrid power supply device described in Patent Document 1 is a crane hybrid power supply device including an engine generator, a power storage device, and a control device that controls the power storage device and the engine generator.
  • the apparatus includes a burden power calculation unit that obtains engine burden power based on the required power supplied to the outside and the charging power of the power storage device, and the output torque and rotation speed based on the engine burden power calculated by the burden power calculation unit.
  • a command signal transmission unit that calculates and generates a torque command signal and a rotation speed command signal is provided. According to Patent Document 1, this provides a crane hybrid power supply apparatus and a crane hybrid power supply control method capable of preventing deterioration of the fuel efficiency of the engine generator even when the load suddenly increases. ing.
  • Hybrid RTG using a diesel engine can reduce exhaust gas to a certain extent in that the diesel engine generator can be downsized, but it is desired that the environmental performance be further improved.
  • the present invention provides a crane apparatus and a remodeling method capable of further improving environmental performance.
  • the crane device supplies electric power to the motor, the inverter for operating the motor, the auxiliary machines composed of a plurality of auxiliary machines, and the inverter and the auxiliary machines.
  • a power supply unit that performs power generation using gas fuel, a storage battery, and a charge / discharge that is provided between the storage battery and the power supply to control charge / discharge of the storage battery. And a control unit.
  • the crane device outputs power from the power source between a first rated power that is greater than the maximum required power required by the accessories and a second rated power that is less than the first rated power. You may make it comprise the power supply side output control part switched to either.
  • the power supply unit is attached to a crane apparatus that includes a motor, an inverter that operates the motor, and auxiliary equipment that includes a plurality of auxiliary machines. And a power supply unit for supplying power to the auxiliary equipment, and is provided between a power source that generates power with gaseous fuel, a storage battery, and the storage battery and the power source, and controls charging and discharging of the storage battery. And a charge / discharge control unit.
  • the remodeling method includes an engine generator, a motor, an inverter for operating the motor, auxiliary equipment composed of a plurality of auxiliary machines, and an output from the engine generator. And a power conversion unit that converts the generated power into DC power and outputs the power to the inverter, wherein the engine generator is installed, and a removal process for removing the engine generator is installed.
  • a power supply unit provided with a power source for generating power with gaseous fuel, a storage battery, and a charge / discharge control unit for controlling charging / discharging of the storage battery, provided between the storage battery and the power source.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example of an electric system of a crane device according to a first embodiment of the present invention.
  • the crane apparatus 1 includes a power supply unit 110, inverters 121 and 131, motors 122 and 132, and an auxiliary machine 141.
  • the power supply unit 110 includes a CNG (Compressed Natural Gas) engine 111, a generator 112, a converter 113, a storage battery 114, a DC / DC converter 115, an inverter 116, and a power supply side output control unit 119. It comprises.
  • CNG Compressed Natural Gas
  • the dredge crane apparatus 1 is a hybrid crane apparatus including an engine generator and a storage battery.
  • the crane device 1 may be, for example, an RTG (Rubber Tired Gantry Crane, tire-type transfer crane) installed at a port terminal, but is not limited thereto.
  • RTG Rubber Tired Gantry Crane, tire-type transfer crane
  • the power supply unit 110 supplies power to each unit of the crane device 1.
  • the CNG engine 111 generates a rotational force using compressed natural gas as a fuel, and drives the generator 112 with the generated rotational force (rotates a rotor).
  • the generator 112 is driven by the rotational force from the CNG engine 111 to generate power. In this way, a combination of the CNG engine 111 and the generator 112 constitutes a power source and generates electric power.
  • the power source in the crane apparatus 1 is not limited to the combination of the CNG engine 111 and the generator 112, and may be various power sources that generate power (generate power) using gaseous fuel.
  • the crane apparatus 1 may include an engine generator that uses a gas other than compressed natural gas as a fuel. Or you may make it the crane apparatus 1 equip with the fuel cell which uses gas, such as hydrogen gas, as a fuel, for example.
  • Converter 113 outputs the electric power generated by the power source (combination of CNG engine 111 and generator 112) as DC power.
  • the output side of converter 113 and inverters 116, 121, and 131 and DC / DC converter 115 are connected by a DC bus, and converter 113 outputs power generated by a power source at a predetermined DC bus voltage. To do.
  • the storage battery 114 is connected to the DC bus via the DC / DC converter 115, and performs charging / discharging according to the control of the DC / DC converter 115.
  • the storage battery 114 can be various storage batteries.
  • the storage battery 114 may be a lithium ion battery or a lead storage battery.
  • DC / DC converter 115 is provided between storage battery 114 and the output side (DC bus side) of converter 113, and controls charging / discharging of storage battery 114.
  • the DC / DC converter 115 performs voltage conversion between the DC bus voltage and the voltage of the storage battery 114. At that time, the DC / DC converter 115 causes the storage battery 114 to be charged when the DC bus voltage is relatively high.
  • the DC / DC converter 115 causes the storage battery 114 to discharge when the DC bus voltage is relatively low.
  • the DC / DC converter 115 corresponds to an example of a charge / discharge control unit. Specifically, the DC / DC converter 115 performs constant voltage control so that the DC bus voltage becomes the rated voltage. As a result, in a situation where the storage battery 114 is to be charged, the DC bus voltage rises, so a current flows to the storage battery 114 side, and the storage battery 114 is charged.
  • the inverter 116 supplies the electric power output from the generator 112 and the storage battery 114 to each of the auxiliary machines 141.
  • inverter 116 converts the power flowing through the DC bus into the rated voltage of auxiliary machine 141 from the DC bus voltage and outputs the converted voltage to auxiliary machine 141.
  • the power supply side output control unit 119 controls the output of the CNG engine 111 based on the charging rate of the storage battery 114.
  • the motors 122 and 132 are both power sources for operating the crane apparatus 1 and operate the crane apparatus 1 by consuming electric power output from the generator 112 and the storage battery 114.
  • the motors 122 and 132 together with the auxiliary machine 141 become a load that consumes power.
  • the motors 122 and 132 each generate regenerative power.
  • the motors 122 and 132 are illustrated to indicate that the crane apparatus 1 may include a plurality of motors, but the crane apparatus 1 includes one or more motors. If it is.
  • the crane apparatus 1 may include three or more motors such as a traveling motor, a traversing motor, and a hoisting motor.
  • Inverter 121 operates motor 122 by outputting electric power flowing through the DC bus to motor 122. Inverter 121 also causes regenerative power generated by motor 122 to flow to the DC bus. Inverter 121 operates motor 132 by outputting electric power flowing through the DC bus to motor 132. Inverter 121 also causes regenerative power generated by motor 132 to flow to the DC bus.
  • the auxiliary machine 141 is a device that is provided in the main body of the crane apparatus 1 and consumes electric power, such as a lighting device, a control device, and communication equipment.
  • the plurality of auxiliary machines 141 included in the crane apparatus 1 are collectively referred to as “auxiliary machines”.
  • FIG. 2 is a graph showing a first example of the power output pattern of the generator 112.
  • the horizontal axis of the graph shown in the figure represents time, and the vertical axis represents power.
  • a line L11 indicates power consumption or regenerative power in the motors 122 and 132 and the auxiliary machines. Specifically, the power consumption is indicated when the value of the line L11 is positive (above the horizontal axis). On the other hand, when the value of the line L11 is negative (below the horizontal axis), it indicates regenerative power.
  • a line L12 indicates the output power of the generator 112. At time T11, the crane apparatus 1 is activated and the auxiliary machinery is consuming electric power.
  • the CNG engine 111 and the generator 112 are not operating, and the storage battery 114 supplies power consumption (base power) of the auxiliary machine.
  • a power source using gas as fuel has low responsiveness, and it is difficult for the power source alone to follow output fluctuations required at the time of startup.
  • the storage battery 114 compensates for characteristics that are weak against load fluctuations of the power source (CNG engine 111 and generator 112). This makes it possible to employ a small power source.
  • the CNG engine 111 and the generator 112 start operating, and the output power is increased in a predetermined pattern.
  • the CNG engine 111 increases the rotation speed at a constant rate
  • the generator 112 increases the output power at a constant rate according to the rotation speed of the CNG engine 111.
  • the operation patterns of the CNG engine 111 and the generator 112 are not limited to increasing the rotational speed and output power at a constant rate.
  • the output power of the generator 112 may be changed in an S shape.
  • power E11 and power E12 are set in advance.
  • the power E11 is set to a power that is larger than the maximum required power for auxiliary machines required by the auxiliary machines.
  • the power E11 corresponds to an example of the first rated power.
  • the electric power E12 corresponds to an example of the second rated power.
  • the power supply side output control part 119 switches the electric power output to the generator 112 to either the electric power E11 or the electric power E12. Specifically, when the power supply side output control unit 119 detects that the charging rate is relatively low (lower than the power increase threshold value) according to the charging rate of the storage battery 114, the power to be output to the generator 112 is converted into electric power. Set to E11.
  • the power supply side output control part 119 detects that the charging rate of the storage battery 114 is comparatively high (it is more than a power reduction threshold value), it will set the electric power output to the generator 112 to the electric power E12.
  • power increase threshold ⁇ power decrease threshold In particular, by providing hysteresis between the power increase threshold and the power decrease threshold, frequent switching of the output of the generator 112 can be suppressed.
  • the power supply side output control part 119 detects that the charging rate of the storage battery 114 is a value lower than a power increase threshold value, and is increasing the output of the generator 112 to the electric power E11.
  • the output power of the generator 112 is less than the required power (the storage battery 114 compensates for the power shortage.
  • the storage battery 114 is charged with the surplus.
  • the storage battery 114 charges the surplus power even when surplus power is generated by the regenerative power.
  • the generator 112 continues to output the power E11 after the output power reaches the power E11 at time T13.
  • the power supply side output control unit 119 detects that the charging rate of the storage battery 114 is equal to or higher than the power reduction threshold, and sets the output of the generator 112 to power E12. As a result, the generator 112 reduces the output in a predetermined pattern, and the output power becomes the power E12 at time T15. Thereafter, the generator 112 continues to output electric power E12.
  • the power supply side output control part 119 switches the output electric power of the generator 112 in two steps.
  • the power supply side output control unit 119 calculates the power to be borne by the generator 112 (burden power), and takes into account the output change pattern of the generator 112 (slope during transition) and the charging rate of the battery. The output pattern of the machine 112 is determined in one of two stages.
  • power supply side output control section 119 causes converter 113 to output the determined output power by power command control.
  • the power supply side output control unit 119 monitors the DC bus voltage V and calculates the output current command value I based on the equation (1).
  • P indicates power to be output to the converter 113.
  • power supply side output control section 119 outputs electric power P by outputting output current command value I obtained to converter 113 and outputting a current corresponding to the output current command value.
  • the generator 112 can generate electric power efficiently by generating electric power with the two output electric powers E11 and E12.
  • a power source such as an engine generator has a relatively efficient output band. Therefore, the output of the power source is set to the power included in the efficient output band like the output of the generator 112, and the power source is caused to generate power with any of the set power. Thereby, the power source can generate power efficiently.
  • the output of the generator 112 since the output of the generator 112 has a predetermined output fluctuation pattern, it is not necessary to perform complicated rotation control on the engine generator (CNG engine 111 and generator 112).
  • FIG. 3 is a graph showing a second example of the power output pattern of the generator 112.
  • the horizontal axis of the graph shown in the figure represents time, and the vertical axis represents power.
  • a line L21 indicates power consumption or regenerative power in the motors 122 and 132 and the auxiliary machines. Specifically, when the value of the line L21 is positive (above the horizontal axis), power consumption is indicated. On the other hand, when the value of the line L21 is negative (below the horizontal axis), it indicates regenerative power.
  • a line L22 indicates the output power of the generator 112.
  • the lower set value (power E22) of the output power of the generator 112 is set to zero.
  • the output of the generator 112 at times T21 to T24 is the same as that at times T11 to T14 of FIG.
  • the generator 112 whose output has been reduced from time T24 sets the output to 0 at time T25, unlike the case at time T15 in FIG.
  • the CNG engine 111 and the generator 112 can be stopped. Thereby, the operation efficiency (output with respect to fuel consumption) in the crane apparatus 1 and the exhaust gas reduction effect can be further enhanced.
  • the crane apparatus 1 is provided between the power source (CNG engine 111 and the generator 112) that generates power using gaseous fuel, the storage battery 114, the storage battery 114, and the power source, and charges and discharges the storage battery 114. And a DC / DC converter 115 to be controlled.
  • a power source using gas as fuel, such as the CNG engine 111 and the generator 112 has low responsiveness, but the storage battery 114 compensates for a characteristic that is weak against load fluctuations of the power source (CNG engine 111 and generator 112). It is possible to adopt a small power source.
  • environmental performance can be further improved, for example, CO 2, NOx, and SOx can be reduced by using gas fuel such as compressed natural gas. In this respect, the crane apparatus 1 is not easily affected by environment-related regulations. Compressed natural gas can be supplied at a stable price. In the crane device 1, compressed natural gas can be used, and the fuel cost can be stabilized.
  • the power supply side output control unit 119 outputs the power to be output from the power supply (CNG engine 111 and generator 112) with a first rated power that is greater than the maximum auxiliary power required by the auxiliary equipment, and the first rated power. Switch to one of the second rated powers smaller than the 1 rated power.
  • the generator 112 can generate electric power efficiently by generating electric power with the two output electric powers E11 and E12.
  • the output of the generator 112 since the output of the generator 112 has a predetermined output fluctuation pattern, it is not necessary to perform complicated rotation control on the engine generator (CNG engine 111 and generator 112).
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example of an electric system of the crane apparatus before remodeling.
  • the crane apparatus 2 includes a diesel engine 211, a generator 212, inverters 121 and 131, motors 122 and 132, rectifier circuits 223 and 233, regenerative resistors 224 and 234, and an auxiliary machine 141. It has.
  • portions having the same functions corresponding to the respective portions in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals (121, 122, 131, 132, 141), and description thereof is omitted.
  • the crane apparatus 2 is an existing crane apparatus and does not include a storage battery unlike the crane apparatus 1 (FIG. 1).
  • the crane device 2 may be, for example, an RTG installed at a harbor terminal, but is not limited thereto.
  • the diesel engine 211 generates rotational force using diesel oil as fuel, and drives the generator 212 with the generated rotational force.
  • the generator 212 is driven by the rotational force from the diesel engine 211 to generate power.
  • the combination of the diesel engine 211 and the generator 212 constitutes a power source to generate electric power.
  • the rectifier circuits 223 and 233 respectively rectify the output power of the generator 212 and convert it to DC power.
  • the regenerative resistor 224 consumes power when regenerative power is returned from the motor 122.
  • the regenerative resistor 234 consumes power when regenerative power is returned from the motor 132.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an arrangement example of each unit in the crane device 2.
  • a diesel engine 211 and a generator 212 are provided on one leg of the crane body 12, and inverters 121 and 131 and regenerative resistors 224 and 234 are provided on the other leg.
  • the generator 212 and the inverters 121 and 131 are connected by an electric power path (wiring) passing through the elevated part, and output power from the generator 212 is installed in each part of the inverters 121 and 131 and the crane body 12. Supplied to auxiliary machinery.
  • the inverters 121 and 131 are connected to the regenerative resistors 224 and 234, respectively, and output power to the regenerative resistors 224 and 234 for consumption when returning the regenerative power, such as during braking.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example of the electric system of the crane apparatus after modification.
  • the crane apparatus 3 includes a power supply unit 110, inverters 121 and 131, motors 122 and 132, rectifier circuits 223 and 233, and an auxiliary machine 141.
  • the power supply unit 110 includes a CNG engine 111, a generator 112, a converter 113, a storage battery 114, a DC / DC converter 115, an inverter 116, and a power supply side output control unit 119.
  • the same reference numerals (111 to 116, 119, 121, 122, 131, 132, 141) are assigned to portions having the same functions corresponding to the respective portions in FIG.
  • parts having the same functions corresponding to the parts in FIG. 4 are given the same reference numerals (223, 233), and description thereof is omitted.
  • the crane apparatus 3 includes rectifier circuits 223 and 233 in addition to the configuration of the crane apparatus 1 shown in FIG.
  • the output side of the rectifier circuit 223 is connected to the inverter 121, but nothing is connected to the input side. Accordingly, the rectifier circuit 223 does not function in the state of FIG.
  • the output side of the rectifier circuit 233 is connected to the inverter 121, nothing is connected to the input side. Therefore, the rectifier circuit 233 does not function in the state of FIG. Therefore, the crane apparatus 3 has substantially the same configuration as the crane apparatus 1.
  • the configuration shown in FIG. 6 can be obtained by removing the diesel engine 211, the generator 212, and the regenerative resistors 224 and 234 from the configuration shown in FIG. 4, adding the power supply unit 110, and changing the wiring. Therefore, by remodeling the power supply unit 110 and preparing it as a replacement unit (power supply unit), the crane device can be remodeled more easily and smoothly.
  • the power supply unit 110 in FIG. 6 corresponds to an example of a power supply unit.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an arrangement example of each unit in the crane device 3.
  • each part of the power supply unit 110 is provided on one leg of the crane body 13.
  • a CNG engine 111, a generator 112, and electrical components are provided.
  • inverters 121 and 131 are provided on the other leg.
  • Electrical components (particularly converter 113, DC / DC converter 115 and inverter 116) and inverters 121 and 131 are connected by an electric power path (wiring) passing through the elevated portion, and output from generator 112 or storage battery 114. Electric power is supplied to inverters 121 and 131.
  • the power path forms part of the DC bus.
  • regenerative power generated by the motors 122 and 132 is output from the inverters 121 and 131 to the power path (DC bus).
  • surplus power surplus power is supplied to the storage battery 114 in the electrical component.
  • the inverter 116 is connected to auxiliary equipment installed in each part of the crane body 13 and supplies electric power to the auxiliary equipment.
  • the power supply unit 110 packaged as a power supply unit, and changing the wiring, FIG. It can be arranged.
  • the power supply unit 110 is installed at a location where the diesel engine 211 and the generator 212 were installed.
  • the power supply unit is packaged and applied to an existing crane device, so that the crane device can be remodeled more easily and smoothly.
  • the crane apparatus is remodeled by executing a connecting step of connecting the DC converter 115 to the inverters 121 and 231.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a first modification of the configuration of the power supply unit.
  • the crane apparatus 4 includes a power supply unit 410, inverters 121 and 131, motors 122 and 132, rectifier circuits 223 and 233, and an auxiliary machine 141.
  • the power supply unit 410 includes a CNG engine 111, a generator 112, a converter 113, a storage battery 114, an inverter 116, and a power supply side output control unit 119.
  • the same reference numerals (111 to 114, 116, 119, 121, 122, 131, 132, 141, 223, 233) are assigned to the parts having the same functions corresponding to the respective parts in FIG. Description is omitted.
  • the crane apparatus 4 is different from the crane apparatus 3 (FIG. 6) in that the DC / DC converter 115 is unnecessary and the storage battery 114 is directly connected to the converter 113 and the inverter 116.
  • the configuration shown in FIG. 8 can be considered.
  • the control performed by the power supply side output control unit 119 is the same as that described for the crane apparatus 1.
  • the charging / discharging of the storage battery 114 can also be controlled by increasing / decreasing the DC bus voltage as in the case of the crane apparatus 1.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a second modification of the configuration of the power supply unit.
  • the crane apparatus 5 includes a power supply unit 510, inverters 121 and 131, motors 122 and 132, rectifier circuits 223 and 233, and an auxiliary machine 141.
  • the power supply unit 510 includes a CNG engine 111, a generator 112, a storage battery 114, a DC / DC converter 115, an inverter 116, and an output control unit 519.
  • FIG. 9 the same reference numerals (111, 112, 113 to 116, 121, 122, 131, 132, 141, 223, 233) are given to the parts having the same functions corresponding to the respective parts in FIG. Description is omitted.
  • the crane apparatus 5 is different from the crane apparatus 3 (FIG. 6) in that the converter 113 is unnecessary and the output power of the generator 112 is input to the rectifier circuits 223 and 233.
  • the configuration of FIG. 9 uses the rectifier circuits 223 and 233.
  • the output control unit 519 controls the output power of the power source (CNG engine 111 and generator 112) in the same manner as the power source side output control unit 119 (FIG. 6).
  • the output control unit 519 controls the output of the DC / DC converter 115.
  • the output control unit 519 measures load power. Specifically, the output control unit 519 measures the power supplied to each of the inverters 116, 121, 131 (power at each of the points P11, P12, P13), and uses the total value of these measured powers as load power. calculate. Moreover, the output control part 519 switches the output electric power of the generator 112 in two steps similarly to the power supply side output control part 119 (FIG. 1). For example, the output control unit 519 calculates the power to be borne by the generator 112 (burden power), and takes into account the output change pattern of the generator 112 (slope during transition) and the battery charge rate, and the generator 112. Are determined in one of two stages.
  • Output control unit 519 causes converter 113 to output the determined output power by power command control, similar to power supply side output control unit 119.
  • the CNG engine 111 monitors the DC bus voltage V and calculates the output current command value I based on the formula (1). Further, the output control unit 519 calculates the difference between the load power and the load power of the generator 112 as the load power of the storage battery 114 (power to be charged by the storage battery 114). Then, the output control unit 519 causes the DC / DC converter 115 to output the calculated burden power of the storage battery 114 by power command control.
  • the output power command value for the DC / DC converter 115 is calculated by dividing the burden power of the storage battery 114 by the DC bus voltage. Then, the output control unit 519 outputs the obtained output current command value to the DC / DC converter 115 and outputs a current corresponding to the output current command value, thereby outputting burden power.
  • the present invention comprises a motor, an inverter for operating the motor, auxiliary equipment composed of a plurality of auxiliary machines, and a power supply unit that supplies power to the inverter and the auxiliary machines.
  • a supply part is related with the crane apparatus which comprises the power supply which generates electric power with gaseous fuel, a storage battery, and the charging / discharging control part which is provided between the said storage battery and the said power supply, and controls charging / discharging of the said storage battery. According to the crane apparatus described above, it is possible to further improve environmental performance.

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Abstract

　このクレーン装置は、モータと、前記モータを動作させるインバータと、複数の補機から構成される補機類と、前記インバータおよび前記補機類に電力を供給する電力供給部とを具備し、前記電力供給部は、気体燃料により発電を行う電源と、蓄電池と、前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、を具備する。

Description

クレーン装置、電力供給ユニットおよび改造方法
  本発明は、クレーン装置、電力供給ユニットおよび改造方法に関する。
  環境対応型ＲＴＧ（Rubber Tired Gantry Crane、タイヤ式トランスファークレーン）として、新規港湾ターミナルでは、発電機レスや地上給電方式の電動化ＲＴＧの普及が加速する状況にある。一方、既設の港湾ターミナルでは、地上給電設備工事を行うと荷役操業に大きな影響を及ぼすことから、ディーゼルエンジンを用いたハイブリッドＲＴＧが選択されている。
  ハイブリッドＲＴＧに関連して幾つかの技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置は、エンジン発電機と、蓄電装置と、蓄電装置およびエンジン発電機を制御する制御装置と、を備えたクレーン用ハイブリッド電源装置であって、制御装置は、外部に対して供給する要求電力と蓄電装置の充電電力とに基づきエンジン負担電力を求める負担電力算出部と、負担電力算出部により算出されたエンジン負担電力に基づき出力トルクおよび回転数を算出し、トルク指令信号および回転数指令信号を生成する指令信号送信部を備えている。
　特許文献１では、これにより、負荷が急激に増加したときにおいても、エンジン発電機の燃費の悪化を防ぐことができるクレーン用ハイブリット電源装置およびクレーン用ハイブリット電源装置の制御方法を提供する、とされている。
国際公開ＷＯ２０１０／１４６８５４号
  ディーゼルエンジンを用いたハイブリッドＲＴＧでは、ディーゼルエンジン発電機を小型化できる点で、ある程度の排ガスの低減効果を得られるが、さらに環境性能を向上させられることが望まれる。
  本発明は、環境性能をより向上させることが可能なクレーン装置および改造方法を提供する。
　本発明の第１の態様によれば、クレーン装置は、モータと、前記モータを動作させるインバータと、複数の補機から構成される補機類と、前記インバータおよび前記補機類に電力を供給する電力供給部とを具備し、前記電力供給部は、気体燃料により発電を行う電源と、蓄電池と、前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、を具備する。
　前記クレーン装置が、前記電源から出力させる電力を、前記補機類で要求される補機類最大要求電力よりも大きい第１定格電力と、前記第１定格電力よりも小さい第２定格電力とのいずれかに切り替える電源側出力制御部を具備するようにしてもよい。
  本発明の第２の態様によれば、電力供給ユニットは、モータと、前記モータを動作させるインバータと、複数の補機から構成される補機類とを備えるクレーン装置に取り付けられて、前記インバータおよび前記補機類に電力を供給する電力供給ユニットであって、気体燃料により発電を行う電源と、蓄電池と、前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、を具備する。
  本発明の第３の態様によれば、改造方法は、エンジン発電機と、モータと、前記モータを動作させるインバータと、複数の補機から構成される補機類と、前記エンジン発電機から出力された電力を直流電力に変換して前記インバータに出力する電力変換部とを備えたクレーン装置の改造方法であって、前記エンジン発電機を撤去する撤去工程と、前記エンジン発電機が設置されていた設置部に、気体燃料により発電を行う電源と、蓄電池と、前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部とを備えた電力供給ユニットを設置するユニット設置工程と、前記電力供給ユニットの前記充放電制御部を前記インバータに接続する接続工程とを有する。
  上記したクレーン装置、電力供給ユニットおよび改造方法によれば、環境性能をより向上させることが可能になる。
本発明の第１の実施形態におけるクレーン装置の電気系統の構成例を示す概略構成図である。 同実施形態における発電機の電力出力パターンの第１の例を示すグラフである。 同実施形態における発電機の電力出力パターンの第２の例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態における、改造前のクレーン装置の電気系統の構成例を示す概略構成図である。 同実施形態の改造前のクレーン装置における各部の配置例を示す説明図である。 同実施形態における、改造後のクレーン装置の電気系統の構成例を示す概略構成図である。 同実施形態の改造後のクレーン装置における各部の配置例を示す説明図である。 電力供給部の構成の第１の変形例を示す概略構成図である。 電力供給部の構成の第２の変形例を示す概略構成図である。
  以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
＜第１の実施形態＞
  図１は、本発明の第１の実施形態におけるクレーン装置の電気系統の構成例を示す概略構成図である。同図において、クレーン装置１は、電力供給部１１０と、インバータ１２１および１３１と、モータ１２２および１３２と、補機１４１とを具備する。電力供給部１１０は、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas、圧縮天然ガス）エンジン１１１と、発電機１１２と、コンバータ１１３と、蓄電池１１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５と、インバータ１１６と、電源側出力制御部１１９とを具備する。
  クレーン装置１は、エンジン発電機と蓄電池とを備えたハイブリッド型のクレーン装置である。クレーン装置１は、例えば、港湾ターミナルに設置されたＲＴＧ（Rubber Tired Gantry Crane、タイヤ式トランスファークレーン）であってもよいが、これに限らない。
  電力供給部１１０は、クレーン装置１の各部に電力を供給する。
　ＣＮＧエンジン１１１は、圧縮天然ガスを燃料として回転力を生成し、生成した回転力にて発電機１１２を駆動させる（回転子（Rotor）を回転させる）。
　発電機１１２は、ＣＮＧエンジン１１１からの回転力にて駆動され発電する。
　このように、ＣＮＧエンジン１１１と発電機１１２との組み合わせにて電源を構成し電力を発生させる。
  但し、クレーン装置１における電源は、ＣＮＧエンジン１１１と発電機１１２との組み合わせに限らず、気体燃料により発電を行う（電力を発生させる）様々な電源とすることができる。例えば、クレーン装置１が、圧縮天然ガス以外のガスを燃料とするエンジン発電機を電源として具備するようにしてもよい。あるいは、クレーン装置１が、例えば水素ガスなどガスを燃料とする燃料電池を電源として具備するようにしてもよい。
　コンバータ１１３は、電源（ＣＮＧエンジン１１１と発電機１１２との組み合わせ）により発電された電力を、直流電力で出力する。特に、コンバータ１１３の出力側とインバータ１１６、１２１および１３１やＤＣ／ＤＣコンバータ１１５とは直流母線にて接続されており、コンバータ１１３は、電源により発電された電力を所定の直流母線電圧にて出力する。
　蓄電池１１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５を介して直流母線に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５の制御に従って充放電を行う。蓄電池１１４は、様々な蓄電池とすることができる。例えば、蓄電池１１４は、リチウムイオン電池であってよいし、鉛蓄電池であってもよい。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、蓄電池１１４とコンバータ１１３の出力側（直流母線側）との間に設けられて、蓄電池１１４の充放電を制御する。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、直流母線電圧と蓄電池１１４の電圧との電圧変換を行う。その際、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、直流母線電圧が比較的高い場合は、蓄電池１１４に充電を行わせる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、直流母線電圧が比較的低い場合は、蓄電池１１４に放電を行わせる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、充放電制御部の例に該当する。
　具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５は、直流母線電圧が定格電圧になるように定電圧制御を行う。これにより、蓄電池１１４に充電を行わせるべき状況では直流母線電圧が上昇するので蓄電池１１４側へ電流が流れ、蓄電池１１４が充電を行うようになる。
　インバータ１１６は、発電機１１２や蓄電池１１４から出力される電力を、補機１４１の各々に供給する。特に、インバータ１１６は、直流母線を流れる電力を、直流母線電圧から補機１４１の定格電圧に変換して当該補機１４１へ出力する。
　電源側出力制御部１１９は、蓄電池１１４の充電率に基づいて、ＣＮＧエンジン１１１の出力を制御する。
　モータ１２２および１３２は、いずれもクレーン装置１を動作させるための動力源であり、発電機１１２や蓄電池１１４から出力される電力を消費してクレーン装置１を動作させる。モータ１２２および１３２は、補機１４１と共に、電力を消費する負荷となる。
　また、モータ１２２、１３２は、それぞれ回生電力を発生させる。
　なお、図１では、モータ１２２および１３２を図示することで、クレーン装置１の具備するモータが複数であってもよいことを示しているが、クレーン装置１の具備するモータの数は１つ以上であればよい。例えば、クレーン装置１が、走行用モータ、横行用モータ、および、巻上用モータを具備するなど、３つ以上のモータを具備していてもよい。
　インバータ１２１は、直流母線を流れる電力を、モータ１２２へ出力することで、モータ１２２を動作させる。また、インバータ１２１は、モータ１２２が生成した回生電力を直流母線へ流す。
　インバータ１２１は、直流母線を流れる電力を、モータ１３２へ出力することで、モータ１３２を動作させる。また、インバータ１２１は、モータ１３２が生成した回生電力を直流母線へ流す。
　補機１４１は、例えば、照明機器や制御装置や通信設備など、クレーン装置１の本体に設けられて電力を消費する機器である。
　以下では、クレーン装置１の具備する複数の補機１４１を総称して「補機類」と称する。
　次に、図２および図３を参照してＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２による発電について説明する。
　図２は、発電機１１２の電力出力パターンの第１の例を示すグラフである。同図に示すグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は電力を示す。また、線Ｌ１１は、モータ１２２および１３２や補機類における消費電力または回生電力を示す。具体的には、線Ｌ１１の値が正（横軸より上）の場合、消費電力を示す。一方、線Ｌ１１の値が負（横軸より下）の場合、回生電力を示す。また、線Ｌ１２は、発電機１１２の出力電力を示している。
　時刻Ｔ１１において、クレーン装置１が起動し、補機類が電力を消費している。この時点ではＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２は動作しておらず、蓄電池１１４が、補機の消費電力（ベース電力）を供給する。
　一般に、気体を燃料とする電源は応答性が低く、当該電源単体では起動時などに要求される出力変動への追従が困難である。これに対し、クレーン装置１では、電源（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）の負荷変動に弱い特性を蓄電池１１４にて補っている。これにより、小型の電源を採用することが可能となっている。
　時刻Ｔ１２に、ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２が動作を開始し、所定のパターンで出力電力を増加させている。例えば、ＣＮＧエンジン１１１が一定の割合で回転速度を増加させ、発電機１１２は、ＣＮＧエンジン１１１の回転速度に応じて一定の割合で出力電力を増加させる。但し、ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２の動作パターンは一定の割合で回転速度や出力電力を増加させるものに限らない。例えば、発電機１１２の出力電力がＳ字で変化するパターンとしてもよい。
　発電機１１２の出力電力として、電力Ｅ１１および電力Ｅ１２（Ｅ１１＞Ｅ１２）が予め設定されている。電力Ｅ１１は、補機類で要求される補機類最大要求電力よりも大きい電力に設定されている。電力Ｅ１１は、第１定格電力の例に該当する。また、電力Ｅ１２は、第２定格電力の例に該当する。
　電源側出力制御部１１９は、発電機１１２に出力させる電力を、電力Ｅ１１と電力Ｅ１２とのいずれかに切り替える。具体的には、電源側出力制御部１１９は、蓄電池１１４の充電率に応じて、充電率が比較的低い（電力増閾値よりも低い）ことを検出すると、発電機１１２に出力させる電力を電力Ｅ１１に設定する。また、電源側出力制御部１１９は、蓄電池１１４の充電率が比較的高い（電力減閾値以上である）ことを検出すると、発電機１１２に出力させる電力を電力Ｅ１２に設定する。なお、電力増閾値≦電力減閾値である。特に、電力増閾値と電力減閾値との間にヒステリシスを設けることで、発電機１１２の出力の切替の頻発を抑制することができる。
　時刻Ｔ１２の場合、電源側出力制御部１１９は、蓄電池１１４の充電率が電力増閾値よりも低い値であることを検出し、発電機１１２の出力を電力Ｅ１１まで増加させている。
　発電機１１２の出力電力が必要電力（に満たない場合、蓄電池１１４が電力不足分を補う。一方、発電機１１２の出力電力が必要電力を超えている場合、蓄電池１１４へ余剰分を充電する。また、蓄電池１１４は、回生電力により余剰電力が生じた場合も、余剰電力を充電する。
　発電機１１２は、時刻Ｔ１３に出力電力が電力Ｅ１１に達し、その後、電力Ｅ１１を出力し続けている。
　時刻Ｔ１４において、電源側出力制御部１１９は、蓄電池１１４の充電率が電力減閾値以上になったことを検出し、発電機１１２の出力を電力Ｅ１２に設定している。これにより、発電機１１２は、所定のパターンで出力を低下させ、時刻Ｔ１５に出力電力が電力Ｅ１２になっている。その後、発電機１１２は、電力Ｅ１２を出力し続けている。
　このように、電源側出力制御部１１９は、発電機１１２の出力電力を２段階で切り替える。例えば、電源側出力制御部１１９は、発電機１１２が負担すべき電力（負担電力）を算出し、発電機１１２の出力変化パターン（過渡時のスロープ）および電池の充電率を考慮して、発電機１１２の出力パターンを２段階のいずれかに決定する。
　そして、電源側出力制御部１１９は、決定した出力電力を、電力指令制御にてコンバータ１１３に出力させる。電力指令制御において、電源側出力制御部１１９は、直流バス電圧Ｖをモニタし、式（１）に基づいて出力電流指令値Ｉを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Ｐは、コンバータ１１３に出力させる電力を示す。そして、電源側出力制御部１１９は、得られた出力電流指令値Ｉをコンバータ１１３に出力して、出力電流指令値に応じた電流を出力させることで、電力Ｐを出力させる。
　このように、発電機１１２が、電力Ｅ１１およびＥ１２の２つの出力電力にて発電を行うことで、効率よく発電することができる。
　ここで、エンジン発電機などの電源には、一般に、比較的効率のよい出力帯があると考えられる。そこで、発電機１１２の出力のように電源の出力を効率のよい出力帯に含まれる電力に設定し、設定したいずれかの電力で電源に発電を行わせる。これにより、当該電源は効率よく発電することができる。
　また、発電機１１２の出力は出力変動パターンを予め一定に定めておくことで、エンジン発電機（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）に対する複雑な回転制御を行う必要がない。
　図３は、発電機１１２の電力出力パターンの第２の例を示すグラフである。同図に示すグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は電力を示す。また、線Ｌ２１は、モータ１２２および１３２や補機類における消費電力または回生電力を示す。具体的には、線Ｌ２１の値が正（横軸より上）の場合、消費電力を示す。一方、線Ｌ２１の値が負（横軸より下）の場合、回生電力を示す。線Ｌ２２は、発電機１１２の出力電力を示している。
　図２の場合と異なり、図３の例では、発電機１１２の出力電力の低側の設定値（電力Ｅ２２）が０に設定されている。
　図３の例で、時刻Ｔ２１～Ｔ２４における発電機１１２の出力は、図２の時刻Ｔ１１～Ｔ１４の場合と同様である。
　一方、時刻Ｔ２４から出力を低下させた発電機１１２は、時刻Ｔ２５において、図２の時刻Ｔ１５の場合とは異なり出力を０にしている。
　発電機１１２の出力電力がＥ２２（＝０）となる場合、ＣＮＧエンジン１１１や発電機１１２を停止させることができる。これにより、クレーン装置１における運転の効率（燃料消費に対する出力）や、排ガス削減効果をより高めることができる。
　以上のように、クレーン装置１は、気体燃料により発電を行う電源（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）と、蓄電池１１４と、蓄電池１１４と電源との間に設けられて、蓄電池１１４の充放電を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ１１５と、を具備する。
　ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２のように、気体を燃料とする電源は応答性が低いのに対し、電源（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）の負荷変動に弱い特性を蓄電池１１４にて補うことで、小型の電源を採用することが可能となっている。
　クレーン装置１では、例えば圧縮天然ガス等のガス燃料を利用することで、ＣＯ２やＮＯｘやＳＯｘを削減し得るなど、環境性能をより向上させることができる。この点において、クレーン装置１は、環境関連規制等の影響を受けにくい。
　また、圧縮天然ガスは安定した価格で供給を受けることが可能である。クレーン装置１では、圧縮天然ガスを用いることが可能であり、燃料費の安定化を図ることができる。
　また、電源側出力制御部１１９は、電源（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）から出力させる電力を、補機類で要求される補機類最大要求電力よりも大きい第１定格電力と、前記第１定格電力よりも小さい第２定格電力とのいずれかに切り替える。
　このように、発電機１１２が、電力Ｅ１１およびＥ１２の２つの出力電力にて発電を行うことで、効率よく発電することができる。
　また、発電機１１２の出力は出力変動パターンを予め一定に定めておくことで、エンジン発電機（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）に対する複雑な回転制御を行う必要がない。
＜第２の実施形態＞
　第１の実施形態にて説明した構成を既設のクレーン装置に適用する場合、電力供給部１１０（図１）に相当する部分をパッケージ化しておくことで、比較的容易に改造を行い得る。この点について、第２の実施形態で説明する。
　図４は、改造前のクレーン装置の電気系統の構成例を示す概略構成図である。同図において、クレーン装置２は、ディーゼルエンジン２１１と、発電機２１２と、インバータ１２１および１３１と、モータ１２２および１３２と、整流回路２２３および２３３と、回生抵抗２２４および２３４と、補機１４１とを具備する。
　同図において、図１の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１２１、１２２、１３１、１３２、１４１）を付して説明を省略する。
　クレーン装置２は、既設のクレーン装置であり、クレーン装置１（図１）と異なり蓄電池を備えていない。クレーン装置２は、例えば、港湾ターミナルに設置されたＲＴＧであってもよいが、これに限らない。
　ディーゼルエンジン２１１は、ディーゼル油を燃料として回転力を生成し、生成した回転力にて発電機２１２を駆動させる。
　発電機２１２は、ディーゼルエンジン２１１からの回転力にて駆動され発電する。
　このように、ディーゼルエンジン２１１と発電機２１２との組み合わせにて電源を構成し電力を発生させる。
　整流回路２２３、２３３は、それぞれ、発電機２１２の出力電力を整流して直流電力に変換する。
　回生抵抗２２４は、モータ１２２から回生電力が返還される際に電力を消費する。回生抵抗２３４は、モータ１３２から回生電力が返還される際に電力を消費する。
　図５は、クレーン装置２における各部の配置例を示す説明図である。
　同図において、クレーン本体１２の一方の脚部に、ディーゼルエンジン２１１と発電機２１２とが設けられ、他方の脚部に、インバータ１２１および１３１や、回生抵抗２２４および２３４が設けられている。
　発電機２１２とインバータ１２１および１３１とは、高架部を通る電力経路（配線）にて接続されており、発電機２１２からの出力電力がインバータ１２１および１３１や、クレーン本体１２の各部に設置されている補機類に供給される。また、インバータ１２１、１３１は、それぞれ、回生抵抗２２４、２３４に接続されており、ブレーキ時など回生電力返還時に回生抵抗２２４や２３４に電力を出力して消費させる。
　図６は、改造後のクレーン装置の電気系統の構成例を示す概略構成図である。同図において、クレーン装置３は、電力供給部１１０と、インバータ１２１および１３１と、モータ１２２および１３２と、整流回路２２３および２３３と、補機１４１とを具備する。電力供給部１１０は、ＣＮＧエンジン１１１と、発電機１１２と、コンバータ１１３と、蓄電池１１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５と、インバータ１１６と、電源側出力制御部１１９とを具備する。
　図６において、図１の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１１１～１１６、１１９、１２１、１２２、１３１、１３２、１４１）を付して説明を省略する。また、図６において図４の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（２２３、２３３）を付して説明を省略する。
　クレーン装置３は、図１に示すクレーン装置１の構成に加えて、整流回路２２３および２３３を具備している。但し、整流回路２２３は、出力側がインバータ１２１に接続されているものの、入力側には何も接続されていない。従って、図６の状態では整流回路２２３は機能しない。同様に、整流回路２３３は、出力側がインバータ１２１に接続されているものの、入力側には何も接続されていない。従って、図６の状態では整流回路２３３は機能しない。従って、クレーン装置３は、実質的にクレーン装置１と同じ構成となっている。
　図４に示す構成からディーゼルエンジン２１１と、発電機２１２と、回生抵抗２２４および２３４を取り除き、電力供給部１１０を追加し、配線を変更することで、図６に示す構成を得られる。そこで、電力供給部１１０をパッケージ化して交換用ユニット（電力供給ユニット）として用意しておくことで、クレーン装置の改造をより容易に、また、円滑に進めることができる。図６の電力供給部１１０は、電力供給ユニットの例に該当する。
　図７は、クレーン装置３における各部の配置例を示す説明図である。
　同図において、クレーン本体１３の一方の脚部に、電力供給部１１０の各部が設けられている。具体的には、ＣＮＧエンジン１１１と発電機１１２と電気部品（コンバータ１１３、蓄電池１１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５およびインバータ１１６）が設けられている。また、他方の脚部に、インバータ１２１および１３１が設けられている。
　電気部品（特に、コンバータ１１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５およびインバータ１１６）とインバータ１２１および１３１とは、高架部を通る電力経路（配線）にて接続されており、発電機１１２や蓄電池１１４からの出力電力がインバータ１２１および１３１に供給される。当該電力経路は直流母線の一部を構成する。また、モータ１２２や１３２で生じた回生電力は、インバータ１２１や１３１から電力経路（直流母線）へ出力される。電力余剰の場合、余剰電力は電気部品内の蓄電池１１４へ供給される。
　また、インバータ１１６は、クレーン本体１３の各部に設置されている補機類に接続されており、補機類に電力を供給する。
　図５の配置から、ディーゼルエンジン２１１と、発電機２１２と、回生抵抗２２４および２３４とを取り去り、電力供給ユニットとしてパッケージ化された電力供給部１１０を設置し、配線を変更することで、図７の配置とすることができる。電力供給部１１０は、例えば、ディーゼルエンジン２１１および発電機２１２が設置されていた箇所に設置する。
　このように、電力供給ユニットをパッケージ化して既設のクレーン装置に適用することで、クレーン装置の改造をより容易に、また、円滑に進めることができる。
　この場合、例えば、エンジン発電機（ディーゼルエンジン２１１および発電機２１２）を撤去する撤去工程と、エンジン発電機が設置されていた設置部に、気体燃料により発電を行う電源（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）と、蓄電池１１４と、蓄電池１１４と電源との間に設けられて、蓄電池１１４の充放電を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ１１５とを備えた電力供給ユニットを設置するユニット設置工程と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５をインバータ１２１および２３１に接続する接続工程とを実行することでクレーン装置の改造を行う。
　なお、電力供給部の構成は、図６に示すものに限らない。以下、図８および図９を参照して電力供給部の構成の変形例について説明する。これらの変形例は、第１の実施形態にも適用可能である。
　図８は、電力供給部の構成の第１の変形例を示す概略構成図である。
　同図において、クレーン装置４は、電力供給部４１０と、インバータ１２１および１３１と、モータ１２２および１３２と、整流回路２２３および２３３と、補機１４１とを具備する。電力供給部４１０は、ＣＮＧエンジン１１１と、発電機１１２と、コンバータ１１３と、蓄電池１１４と、インバータ１１６と、電源側出力制御部１１９とを具備する。
　図８において、図６の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１１１～１１４、１１６、１１９、１２１、１２２、１３１、１３２、１４１、２２３、２３３）を付して説明を省略する。クレーン装置４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５が不要であり、蓄電池１１４が、コンバータ１１３やインバータ１１６と直接接続されている点で、クレーン装置３（図６）と異なる。蓄電池１１４の電圧変動範囲が直流母線の電圧変動許容範囲に入る場合、図８の構成とすることが考えられる。
　クレーン装置４の構成の場合、電源側出力制御部１１９が行う制御は、クレーン装置１について説明したのと同様である。蓄電池１１４の充放電についても、クレーン装置１の場合と同様、直流母線電圧の上昇／降下により制御することができる。
　図９は、電力供給部の構成の第２の変形例を示す概略構成図である。
　同図において、クレーン装置５は、電力供給部５１０と、インバータ１２１および１３１と、モータ１２２および１３２と、整流回路２２３および２３３と、補機１４１とを具備する。電力供給部５１０は、ＣＮＧエンジン１１１と、発電機１１２と、蓄電池１１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５と、インバータ１１６と、出力制御部５１９とを具備する。
　図９において、図６の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１１１、１１２、１１３～１１６、１２１、１２２、１３１、１３２、１４１、２２３、２３３）を付して説明を省略する。クレーン装置５では、コンバータ１１３が不要であり、発電機１１２の出力電力が整流回路２２３および２３３に入力される点で、クレーン装置３（図６）と異なる。このように、図９の構成は、整流回路２２３および２３３を利用する構成となっている。
　出力制御部５１９は、電源側出力制御部１１９（図６）と同様、電源（ＣＮＧエンジン１１１および発電機１１２）の出力電力を制御する。加えて、出力制御部５１９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５の出力を制御する。
　クレーン装置５の構成の場合、出力制御部５１９は、負荷電力を測定する。具体的には、出力制御部５１９は、インバータ１１６、１２１、１３１の各々に供給される電力（点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の各々における電力）を測定し、これら測定電力の合計値を負荷電力として算出する。
　また、出力制御部５１９は、電源側出力制御部１１９（図１）と同様に、発電機１１２の出力電力を２段階で切り替える。例えば、出力制御部５１９は、発電機１１２が負担すべき電力（負担電力）を算出し、発電機１１２の出力変化パターン（過渡時のスロープ）および電池の充電率を考慮して、発電機１１２の出力パターンを２段階のいずれかに決定する。
　そして、出力制御部５１９は、電源側出力制御部１１９と同様、決定した出力電力を、電力指令制御にてコンバータ１１３に出力させる。電力指令制御において、ＣＮＧエンジン１１１は、直流バス電圧Ｖをモニタし、式（１）に基づいて出力電流指令値Ｉを算出する。
　また、出力制御部５１９は、負荷電力と発電機１１２の負担電力との差を、蓄電池１１４の負担電力（蓄電池１１４が負担すべき電力）として算出する。そして、出力制御部５１９は、算出した蓄電池１１４の負担電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５に電力指令制御にて出力させる。ここでの電力指令制御では、蓄電池１１４の負担電力を直流母線電圧で除算して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１５に対する出力電流指令値を算出する。そして、出力制御部５１９は、得られた出力電流指令値をＤＣ／ＤＣコンバータ１１５に出力して、出力電流指令値に応じた電流を出力させることで、負担電力を出力させる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　本発明は、モータと、前記モータを動作させるインバータと、複数の補機から構成される補機類と、前記インバータおよび前記補機類に電力を供給する電力供給部とを具備し、前記電力供給部は、気体燃料により発電を行う電源と、蓄電池と、前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、を具備するクレーン装置に関する。
　上記したクレーン装置によれば、環境性能をより向上させることが可能になる。
１、３、４、５　クレーン装置
１１１　ＣＮＧエンジン
１１２　発電機
１１３　コンバータ
１１４　蓄電池
１１５　ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１６、１２１、１３１　インバータ
１１９　電源側出力制御部
１２２、１３２　モータ
１４１　補機

Claims (4)

  1.   モータと、
      前記モータを動作させるインバータと、
      複数の補機から構成される補機類と、
      前記インバータおよび前記補機類に電力を供給する電力供給部とを具備し、
      前記電力供給部は、
      気体燃料により発電を行う電源と、
      蓄電池と、
      前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、
      を具備するクレーン装置。
  2.   前記電源から出力させる電力を、前記補機類で要求される補機類最大要求電力よりも大きい第１定格電力と、前記第１定格電力よりも小さい第２定格電力とのいずれかに切り替える電源側出力制御部を具備する請求項１に記載のクレーン装置。
  3. 　モータと、前記モータを動作させるインバータと、複数の補機から構成される補機類とを備えるクレーン装置に取り付けられて、前記インバータおよび前記補機類に電力を供給する電力供給ユニットであって、
    　気体燃料により発電を行う電源と、
    　蓄電池と、
    　前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部と、
    　を具備する電力供給ユニット。
  4. 　エンジン発電機と、
    　モータと、
    　前記モータを動作させるインバータと、
    　複数の補機から構成される補機類と、
    　前記エンジン発電機から出力された電力を直流電力に変換して前記インバータに出力する電力変換部とを備えたクレーン装置の改造方法であって、
    　前記エンジン発電機を撤去する撤去工程と、
    　前記エンジン発電機が設置されていた設置部に、気体燃料により発電を行う電源と、蓄電池と、前記蓄電池と前記電源との間に設けられて、前記蓄電池の充放電を制御する充放電制御部とを備えた電力供給ユニットを設置するユニット設置工程と、
    　前記電力供給ユニットの前記充放電制御部を前記インバータに接続する接続工程とを有する改造方法。
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