(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン発電機と、蓄電装置と、該蓄電装置および前記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、
前記エンジン発電機は、エンジンと該エンジンの出力軸に接続された発電機を有する発電部とからなり、
前記エンジン発電機は、
前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、該エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達するまで、前記発電機により前記エンジンをアシスト運転し、
該エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達すると、前記エンジンのアシスト運転から前記エンジンによる発電運転へ切り替わるものであり、
前記制御装置は、
外部負荷からの要求電力と前記蓄電装置の充電電力とに基づきエンジン負担電力を算出する負担電力算出部と、
前記エンジン負担電力に対し、燃費の良い状態で発電し得る前記エンジン発電機の出力トルク及び回転数を算出し、前記エンジン発電機に対して前記出力トルクを指令するトルク指令信号と前記回転数を指令する回転数指令信号とを送信する指令信号送信部と、を備えている
ことを特徴とするクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項２】
所定のエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数の変化に応じて変化するエンジンの燃費を、所定の値ごとに複数の燃費領域として分けた場合、
前記指令信号送信部は、
複数の前記燃費領域の中から最も燃費が良い燃費領域に対応する出力トルク及び回転数を選択して、前記エンジン負担電力に対応したエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数を算出し、
前記算出した出力トルクを指令するトルク指令信号と、前記算出した回転数を指令する回転数指令信号と、を送信する機能を有している
ことを特徴とする請求項１記載のクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項３】
前記外部負荷には主装置と補助装置とが含まれており、
前記エンジンの回転数は、前記主装置からの主装置要求動力が有る状態のエンジンの回転数より、
該主装置からの主装置要求動力が無い待機状態のエンジンの回転数の方が低い
ことを特徴とする請求項１または２項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項４】
前記エンジンは、エンジン本体及び該エンジン本体の作動を制御するエンジン制御部を備え、
前記指令信号送信部は、
前記エンジンの回転数を指示する情報を含んだ前記回転数指令信号を前記エンジン制御部に送信し、
前記発電部の発電機に発生させるトルクを指示する情報を含んだ前記トルク指令信号を前記発電機制御部に送信する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項５】
前記指令信号送信部は、
前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求される前記エンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように前記発電部の発電機を加速させる回転数の時間変動データを算出し、
該回転数の時間変動データに基づいて生成される前記回転数指令信号を、前記エンジン制御部および前記発電機制御部に送信する
ことを特徴とする請求項４記載のクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項６】
前記エンジンは、エンジン本体及び該エンジン本体の作動を制御するエンジン制御部を備え、
前記制御装置の指令信号送信部は、
前記エンジンの出力トルクを指示する情報を含んだ前記トルク指令信号を前記エンジン制御部に送信し、
前記発電部の発電機の回転数を指示する情報を含んだ前記回転数指令信号を前記発電機制御部に送信する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項７】
前記指令信号送信部は、
前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求される前記エンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように前記発電部の発電機を加速させる回転数の時間変動データを算出して、該回転数の時間変動データに基づいて生成される前記回転数指令信号を、前記発電機制御部に送信し、
前記発電部の発電機の加速期間において、燃焼状態が悪化しない程度で加速し得る出力トルクを算出し、該出力トルクに基づいて生成される前記トルク指令信号を前記エンジン制御部に送信する
ことを特徴とする請求項６記載のクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項８】
前記電源装置に対して外部から電力が供給される状態となると、
前記制御装置は、
前記エンジンが、前記発電部の発電機によってモータリング状態で駆動されるように制御する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置。
【請求項９】
エンジンと該エンジンの出力軸に接続された発電機を有する発電部とからなるエンジン発電機と、蓄電装置と、を備えたクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法であって、
前記エンジン発電機が、
外部負荷からの要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達するまで、該エンジンを前記発電機によりアシスト運転し、
該エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達すると、前記エンジンのアシスト運転から前記エンジンによる発電運転へ切り替わるものであり、外部負荷からの要求電力と前記蓄電装置の充電電力とに基づきエンジン負担電力を算出し、
エンジン負担電力に対し、燃費の良い状態で発電し得る前記エンジン発電機の出力トルクおよび回転数を算出し、
前記エンジン発電機に対して前記出力トルクを指令するトルク指令信号と前記回転数を指令する回転数指令信号とを送信する
ことを特徴とするクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【請求項１０】
所定のエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数の変化に応じて変化するエンジンの燃費を、所定の値ごとに複数の燃費領域として分けた場合、
複数の前記燃費領域の中から最も燃費が良い燃費領域に対応する出力トルク及び回転数を選択して、前記エンジン負担電力に対応したエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数を算出し、
前記エンジン発電機に対して前記算出した出力トルクを指令するトルク指令信号と、前記算出した回転数を指令する回転数指令信号と、を送信する
ことを特徴とする請求項９記載のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【請求項１１】
前記外部の負荷には主装置と補助装置とが含まれており、
前記エンジンの回転数は、
前記主装置からの主装置要求電力がある状態のエンジンの回転数より、
該主装置からの主装置要求電力が無い待機状態のエンジンの回転数の方が低くなるように制御されている
ことを特徴とする請求項９または１０のいずれか一項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【請求項１２】
前記エンジンの回転数と前記発電部の発電機に発生させるトルクとを制御して、前記エンジン発電機の発電する電力を調整する
ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【請求項１３】
前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求される前記エンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように、前記エンジンの調速機を機能させた状態で前記エンジンを加速し、
該エンジンと同じ速度で前記発電部の発電機を加速する
ことを特徴とする請求項１２記載のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【請求項１４】
前記エンジンの出力トルクと前記発電部の発電機の回転数とを制御して、前記エンジン発電機の発電する電力を調整する
ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【請求項１５】
前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、
燃焼状態が悪化しない程度の出力トルクを発生するように前記エンジンを制御し、
前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求されるエンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように、前記発電部の発電機を加速させる
ことを特徴とする請求項１４記載のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【請求項１６】
外部から電力が供給される状態となると、
前記発電部の発電機によって前記エンジンをモータリング状態で駆動する
ことを特徴とする請求項９〜１５のいずれか一項に記載のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーン用ハイブリッド電源装置およびクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法に関する。ガントリークレーンやタイヤマウント式ジブクレーンなどのエンジン発電機を動力源として有するクレーン等では、エンジン発電機とバッテリ等の蓄電装置とを備えたハイブリッド電源によりモータ等を駆動させる機構を備えたものが開発されている。
本発明は、かかるガントリークレーン等の設備に使用されるクレーン用ハイブリッド電源装置およびクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クレーン等におけるモータやポンプ等の電動機を駆動させる電力源には、ディーゼルエンジン等を備えたエンジン発電機が使用されている。かかるクレーン等では、エンジン発電機が発生する電力をコンバータとインバータを介して電動機に供給しており、この電動機に電力を供給する回線には、バッテリ等の蓄電器もインバータと並列に設けられている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
かかる特許文献１，２の技術では、電動機が必要とする電力が小さいときには余剰電力を蓄電器に蓄えておくことができるから、エネルギの効率を高くできる。そして、電動機が必要とする電力が大きいときには、エンジン発電機と蓄電器の両方から電動機に電力を供給できるので、エンジン発電機を小型化できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１７１９３号
【特許文献２】特開平１１−２８５１６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１，２の技術では、電動機が必要とする電力に比例してエンジン発電機に加わる負荷が変動する。このため、電動機が必要とする電力が変動すると、エンジン発電機の作動状態も変動するため、エンジン発電機の運転状態を最適に保つことは難しい。つまり、エンジン発電機を燃費の良い状態で運転させることが困難である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、エンジン発電機の燃費を常時良好な状態に維持することができるクレーン用ハイブリッド電源装置およびクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（電源装置）
第１発明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、該蓄電装置および前記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、前記エンジン発電機は、エンジンと該エンジンの出力軸に接続された発電機を有する発電部とからなり、前記エンジン発電機は、前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、該エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達するまで、前記発電機により前記エンジンをアシスト運転し、該エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達すると、前記エンジンのアシスト運転から前記エンジンによる発電運転へ切り替わるものであり、前記制御装置は、外部負荷からの要求電力と前記蓄電装置の充電電力とに基づきエンジン負担電力を算出する負担電力算出部と前記エンジン負担電力に対し、燃費の良い状態で発電し得る前記エンジン発電機の出力トルク及び回転数を算出し、前記エンジン発電機に対して前記出力トルクを指令するトルク指令信号と前記回転数を指令する回転数指令信号とを送信する指令信号送信部と、を備えていることを特徴とする。
第２発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、第１発明において、所定のエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数の変化に応じて変化するエンジンの燃費を、所定の値ごとに複数の燃費領域として分けた場合、前記指令信号送信部は、複数の前記燃費領域の中から最も燃費が良い燃費領域に対応する出力トルク及び回転数を選択して、前記エンジン負担電力に対応したエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数を算出し、前記算出した出力トルクを指令するトルク指令信号と、前記算出した回転数を指令する回転数指令信号と、を送信する機能を有していることを特徴とする。
第３発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、第１または第２発明において、前記外部負荷には主装置と補助装置とが含まれており、前記エンジンの回転数は、前記主装置からの主装置要求動力が有る状態のエンジンの回転数より、該主装置からの主装置要求動力が無い待機状態のエンジンの回転数の方が低いことを特徴とする。
第４発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、第１〜第３発明において、前記エンジンは、エンジン本体及び該エンジン本体の作動を制御するエンジン制御部を備え、前記指令信号送信部は、前記エンジンの回転数を指示する情報を含んだ前記回転数指令信号を前記エンジン制御部に送信し、前記発電部の発電機に発生させるトルクを指示する情報を含んだ前記トルク指令信号を前記発電機制御部に送信することを特徴とする。
第５発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、第４発明において、前記指令信号送信部は、前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求される前記エンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように前記発電部の発電機を加速させる回転数の時間変動データを算出し、該回転数の時間変動データに基づいて生成される前記回転数指令信号を、前記エンジン制御部および前記発電機制御部に送信することを特徴とする。
第６発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、第１〜第３発明において、前記エンジンは、エンジン本体及び該エンジン本体の作動を制御するエンジン制御部を備え、前記制御装置の指令信号送信部は、前記エンジンの出力トルクを指示する情報を含んだ前記トルク指令信号を前記エンジン制御部に送信し、前記発電部の発電機の回転数を指示する情報を含んだ前記回転数指令信号を前記発電機制御部に送信することを特徴とする。
第７発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、第６発明において、前記指令信号送信部は、前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求される前記エンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように前記発電部の発電機を加速させる回転数の時間変動データを算出して、該回転数の時間変動データに基づいて生成される前記回転数指令信号を、前記発電機制御部に送信し、前記発電部の発電機の加速期間において、燃焼状態が悪化しない程度で加速し得る出力トルクを算出し、該出力トルクに基づいて生成される前記トルク指令信号を前記エンジン制御部に送信することを特徴とする。
第８発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、第１〜第７発明において、前記電源装置に対して外部から電力が供給される状態となると、前記制御装置は、前記エンジンが、前記発電部の発電機によってモータリング状態で駆動されるように制御することを特徴とする。
（制御方法）
第９発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、エンジンと該エンジンの出力軸に接続された発電機を有する発電部とからなるエンジン発電機と、蓄電装置と、を備えたクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法であって、前記エンジン発電機が、外部負荷からの要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達するまで、該エンジンを前記発電機によりアシスト運転し、該エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達すると、前記エンジンのアシスト運転から前記エンジンによる発電運転へ切り替わるものであり、外部負荷からの要求電力と前記蓄電装置の充電電力とに基づきエンジン負担電力を算出し、エンジン負担電力に対し、燃費の良い状態で発電し得る前記エンジン発電機の出力トルクおよび回転数を算出し、前記エンジン発電機に対して前記出力トルクを指令するトルク指令信号と前記回転数を指令する回転数指令信号とを送信することを特徴とする。
第１０発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、第９発明において、所定のエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数の変化に応じて変化するエンジンの燃費を、所定の値ごとに複数の燃費領域として分けた場合、複数の前記燃費領域の中から最も燃費が良い燃費領域に対応する出力トルク及び回転数を選択して、前記エンジン負担電力に対応したエンジン発電機出力を得るために必要な出力トルク及び回転数を算出し、前記エンジン発電機に対して前記算出した出力トルクを指令するトルク指令信号と、前記算出した回転数を指令する回転数指令信号と、を送信することを特徴とする。
第１１発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、第９または第１０発明において、前記外部の負荷には主装置と補助装置とが含まれており、前記エンジンの回転数は、
前記主装置からの主装置要求電力がある状態のエンジンの回転数より、該主装置からの主装置要求電力が無い待機状態のエンジンの回転数の方が低くなるように制御されていることを特徴とする。
第１２発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、第９〜第１１発明において、前記エンジンの回転数と前記発電部の発電機に発生させるトルクとを制御して、前記エンジン発電機の発電する電力を調整することを特徴とする。
第１３発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、第１２発明において、  前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求される前記エンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように、前記エンジンの調速機を機能させた状態で前記エンジンを加速し、該エンジンと同じ速度で前記発電部の発電機を加速することを特徴とする。
第１４発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、第９〜第１１発明のいずれか一発明において、前記エンジンの出力トルクと前記発電部の発電機の回転数とを制御して、前記エンジン発電機の発電する電力を調整する
ことを特徴とする。
第１５発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、第１４発明において、前記要求電力の増加割合が所定の値を超えると、燃焼状態が悪化しない程度の出力トルクを発生するように前記エンジンを制御し、前記要求電力が最大電力値となったときに前記エンジン発電機が要求されるエンジン負担電力を該エンジンが発生し得る回転数に、前記要求電力が前記最大電力値となる時間よりも早く到達するように、前記発電部の発電機を加速させることを特徴とする。
第１６発明のクレーン用ハイブリッド電源装置の制御方法は、第９〜第１５発明のいずれか一発明において、外部から電力が供給される状態となると、前記発電部の発電機によって前記エンジンをモータリング状態で駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
（電源装置）
第１発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）エンジン発電機を、エンジン負担電力を発電する上で最も燃費の良い状態で作動させることができるので、最も効率よく電力を外部に供給することができる。
ｂ）エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達するまで、エンジンを加速するときに、その加速を発電部の発電機によってアシストすることができるので、エンジンの加速期間を短くすることができる。しかも、発電部の発電機がエンジンの加速をアシストするので、加速期間中であっても、燃焼状態が異常な状態とならないようにエンジンを作動させることができる。よって、負荷が急上昇しても、エンジン発電機から十分な電力を供給でき、しかも、エンジン発電機の燃費の悪化や黒煙の発生を防ぐことができる。
第２発明によれば、燃費が最も良い燃費領域に対応する出力トルク及び回転数を選択して指令するので、燃費の最も良い状態でエンジン発動機を作動させることができる。
第３発明によれば、待機状態のエンジン回転数が低いので、待機状態におけるエンジン発電機の燃費を向上させることができる。
第４発明によれば、発電部の発電機に発生させるトルクを変化させるだけで、エンジン発電機の作動状態を、外部に電力を供給する発電状態と外部からの電力により駆動される状態との間で切り換えることができる。よって、外部に供給する電力が若干変動しても、エンジンの運転状態を安定した状態に維持しておくことができる。
第５発明によれば、負荷の増加割合が所定の値を超えたときにおいて、エンジン負担電力を供給できる回転数までエンジンを加速するときに、その加速を発電部の発電機によってアシストすることができるので、エンジンの加速期間を短くすることができる。しかも、発電部の発電機がエンジンの加速をアシストするので、加速期間中であっても、燃焼状態が異常な状態とならないようにエンジンを作動させることができる。よって、負荷が急上昇しても、エンジン発電機から十分な電力を供給でき、しかも、エンジン発電機の燃費の悪化や黒煙の発生を防ぐことができる。
第６発明によれば、発電部の発電機の回転数を変化させるだけで、エンジン発電機の作動状態を、外部に電力を供給する発電状態と外部からの電力により駆動される状態との間で切り換えることができる。よって、外部に供給する電力が若干変動しても、エンジンの運転状態を安定した状態に維持しておくことができる。
第７発明によれば、負荷の増加割合が所定の値を超えたときにおいて、エンジン負担電力を供給できる回転数までエンジンを加速するときに、その加速を発電部の発電機によってアシストすることができるので、エンジンの加速期間を短くすることができる。しかも、発電部の発電機がエンジンの加速をアシストするので、加速期間中であっても、燃焼状態が異常な状態とならないようにエンジンを作動させることができる。よって、負荷が急上昇しても、エンジン発電機から十分な電力を供給でき、しかも、エンジン発電機の燃費の悪化や黒煙の発生を防ぐことができる。
第８発明によれば、エンジンブレーキを機能させることができるので、外部から供給される電力を発電部で消費することができる。また、エンジンブレーキを機能させている間は、エンジンに供給する燃料をカットすることもできるので、エンジンで消費する燃料を抑えることができる。
（制御方法）
第９発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）エンジン発電機を、エンジン負担電力を発電する上で最も燃費の良い状態で作動させることができるので、最も効率よく電力を外部に供給することができる。
ｂ）エンジンが予め定められたエンジン回転数に到達するまで、エンジンを加速するときに、その加速を発電部の発電機によってアシストすることができるので、エンジンの加速期間を短くすることができる。しかも、発電部の発電機がエンジンの加速をアシストするので、加速期間中であっても、燃焼状態が異常な状態とならないようにエンジンを作動させることができる。よって、負荷が急上昇しても、エンジン発電機から十分な電力を供給でき、しかも、エンジン発電機の燃費の悪化や黒煙の発生を防ぐことができる。
第&shy;１０発明によれば、燃費が最も良い燃費領域に対応する出力トルク及び回転数を選択して指令するので、燃費の最も良い状態でエンジン発動機を作動させることができる。
第１１発明によれば、待機状態のエンジン回転数が低いので、待機状態におけるエンジン発電機の燃費を向上させることができる。
第１２発明によれば、発電部の発電機に発生させるトルクを変化させるだけで、エンジン発電機の作動状態を、外部に電力を供給する発電状態と外部からの電力により駆動される状態との間で切り換えることができる。よって、外部に供給する電力が若干変動しても、エンジンの運転状態を安定した状態に維持しておくことができる。
第１３発明によれば、負荷の増加割合が所定の値を超えたときにおいて、エンジン負担電力を供給できる回転数まで発電部の発電機を加速するときに、その加速を発電部の発電機によってアシストすることができるので、エンジンの加速期間を短くすることができる。しかも、発電部の発電機がエンジンの加速をアシストするので、調速機を作動させて加速しても燃焼状態が異常な状態とならないようにエンジンを作動させることができる。よって、負荷が急上昇しても、エンジン発電機から十分な電力を供給でき、しかも、エンジン発電機の燃費の悪化や黒煙の発生を防ぐことができる。
第１４発明によれば、発電部の発電機の回転数を変化させるだけで、エンジン発電機の作動状態を、外部に電力を供給する発電状態と外部からの電力により駆動される状態との間で切り換えることができる。よって、外部に供給する電力が若干変動しても、エンジンの運転状態を安定した状態に維持しておくことができる。
第１５発明によれば、負荷の増加割合が所定の値を超えたときにおいて、エンジン負担電力を供給できる回転数まで発電部の発電機を加速するときに、その加速を発電部の発電機によってアシストすることができるので、エンジンの加速期間を短くすることができる。しかも、発電部の発電機がエンジンの加速をアシストするので、加速期間中であっても、燃焼状態が異常な状態とならないようにエンジンを作動させることができる。よって、負荷が急上昇しても、エンジン発電機から十分な電力を供給でき、しかも、エンジン発電機の燃費の悪化や黒煙の発生を防ぐことができる。
第１６発明によれば、エンジンブレーキを機能させることができるので、外部から供給される電力を発電部で消費することができる。また、エンジンブレーキを機能させている間は、エンジンに供給する燃料をカットすることもできるので、エンジンで消費する燃料を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１を採用した設備の概略ブロック図である。
【図２】本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１の起動および通常運転のフローチャートである。
【図３】エンジン２０を回転数ベースで制御している場合において、負荷が急激に増加したときにおける運転状態のフローチャートである。
【図４】エンジン２０を回転数ベースで制御している場合において、負荷が急激に増加したときにおける運転状態の他のフローチャートである。
【図５】主装置ＭＰが回生運転している状態における運転状態のフローチャートである。
【図６】エンジン２０をトルクベースで制御している場合において、負荷が急激に増加したときにおける運転状態のフローチャートである。
【図７】エンジン発電機１０のエンジン２０の特性図の一例を示した図である。
【図８】巻上用モータＭＭの速度の時間変化（図８（Ａ））、巻上用モータＭＭを駆動した際の要求電力の時間変化（図８（Ｂ））、エンジン回転数の時間変化（図８（Ｃ））、エンジン発電機１０の発電電力の時間変化（図８（Ｄ））、蓄電装置４０からの放電電力の時間変化（図８（Ｅ））、及び、エンジン２０のみの出力と発電機３０からのアシスト出力の時間変化（図８（Ｆ））を示した図である。
【図９】本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１が設けられる門形クレーンＣの概略説明図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、ラバータヤードガントリークレーンやタイヤマウント式ジブクレーン等の機械において、ウインチや横走行装置等の作業用アクチュエータに電力を供給するための装置であって、エンジン発電機と蓄電装置とを有し、エンジン発電機の運転を適切に制御することによって、負荷の変動に係わらず、エンジン発電機を燃費の良い状態で運転できるようにしたことに特徴を有している。
【００１１】
まず、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１の説明する前に、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１が設けられるクレーンの構成を、門形クレーンを代表として簡単に説明する。
【００１２】
図９において、符号Ｃは門形クレーンを示している。図９（Ａ）は門型クレーンＣの正面を示し、図９（Ｂ）は門型クレーンＣの側面を示している。この門形クレーンＣは、桁Ｋとこの桁Ｋ支える柱Ｈを備えた門形のフレームＦと、このフレームＦにおける柱Ｈの下端に設けられた一対の走行部Ｒ，Ｒとを備えている。この一対の走行部Ｒ，Ｒは、それぞれ車輪Ｓとこの車輪Ｓを駆動する走行モータＲＭを備えており、この走行モータＲＭを駆動させれば、門形クレーンＣが走行できるように構成されている。
一方、フレームＦの桁には、この桁上を走行するトロリーＴが設けられている。このトロリーは、トロリーＴを横行移動させる横行用モータＴＭと、荷物などを釣り上げる巻上機Ｍが設けられている。この巻上機Ｍは、先端に荷物を吊り下げるためのフック等の吊り下げ具ＴＡが取り付けられたワイヤーを巻き上げ繰り出しする巻き上げモータＭＭを備えている。
また、フレームＦには、上述した走行モータＲＭ、横行用モータＴＭおよび巻き上げモータＭＭに電力を供給する、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１が設けられている。
【００１３】
つぎに、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１の概略を説明する。
図１において、符号ＭＰは、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１が設けられている門形クレーンＣ等(以下、設備という)の主装置を示している。この主装置ＭＰは、上述した走行部Ｒの走行用モータＲＭや、トロリーＴの横行用モータＴＭ、巻き上げ用モータＭＭ等の門形クレーンＣにおける作業用アクチュエータが含まれる。
また、図１において、符号ＳＰは、設備における主装置ＭＰ以外の装置（補助装置）を示している。この補助装置ＳＰは、設備における主装置ＭＰ以外の装置、例えば、制御用電源や照明・保安用電源、その他の補機電動機等を示している。
【００１４】
なお、主装置ＭＰに含まれる各モータは、各モータに供給する交流電力を制御するインバータをそれぞれ備えている。
また、補助装置ＳＰも、補助装置ＳＰに供給する交流電力を制御する補助装置インバータを備えている。補助装置ＳＰも後述する直流母線Ｌａに接続されているので、エンジン発電機の電圧変動に起因して、直流母線Ｌａから供給される交流電力が変動する可能性がある。しかし、補助装置ＳＰを、補助装置インバータを介して直流母線Ｌａに接続しているので、補助装置ＳＰに供給する交流電力は、補助装置インバータにより、安定した電圧に制御される。
ここで、主装置ＭＰと補助装置ＳＰとは、外部負荷となる。
【００１５】
図１において、符号Ｌａは、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１から外部に直流電力を供給する直流母線を示している。この直流母線Ｌａは、前記主装置ＭＰおよび前記補助装置ＳＰに接続されており、これらの装置にクレーン用ハイブリッド電源装置１からの電力を供給できるようになっている。
逆に、主装置ＭＰの各モータが回生発電させることによって発生した電力も、直流母線Ｌａを通して、補助装置ＳＰやクレーン用ハイブリッド電源装置１に対して供給できるようにもなっている。
なお、この直流母線Ｌａは、設備が稼動している状態では、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１所定の運転電圧となるように調整されている。
【００１６】
（クレーン用ハイブリッド電源装置１の構成説明）
図１に示すように、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１は、エンジン発電機１０と、蓄電装置４０と、エンジン発電機１０および蓄電装置４０の作動を制御する制御装置２とを備えている。
【００１７】
（エンジン発電機１０の説明）
まず、エンジン発電機１０は、エンジン２０と、このエンジン２０の出力軸に連結された発電機３１を有する発電部３０とを備えている。
【００１８】
（エンジン２０の説明）
エンジン２０は、ターボチャージャー等の過給機構を備えたディーゼルエンジンであり、エンジン本体２１とこのエンジン本体２１の作動を制御するエンジン制御部２２とを備えている。エンジン制御部２２は、制御装置２からの指令に基づいて、エンジン本体２１の運転状態を制御するものである。
なお、エンジン２０は、上記のごときターボチャージャー等の過給機構を備えたディーゼルエンジンに限られないのはいうまでもなく、過給機構を有しないディーゼルエンジン等も含まれる。
【００１９】
（発電部３０の説明）
発電部３０は、発電機３１と、発電機３１の作動を制御するインバータ等の発電機制御部３２とを備えている。
発電機３１は、例えば、磁石内蔵型同期モータ（ＩＰＭモータ）等を備えたものであるが、発電機としての機能に加えて、モータ機能も有するものであればとくに限定されない。この発電機３１の主軸はエンジン２０の出力軸と直結されている。つまり、発電機３１は、その回転数とエンジン２０の出力軸の回転数（つまり、エンジン２０の回転数）とが、常に同じ（または常に一定の比）となるように連結されているのである。
発電機制御部３２は、制御装置２からの指令信号に基づいて、発電機３１の作動、例えば、発電機３１に発生させるトルクや発電機３１の回転数等を制御する機能を有している。具体的には、発電機制御部３２は、制御装置２から送信される指令に基づいて発電機３１に与える電圧や周波数を決定して、発電機３１の回転速度や発生トルクが指令値と一致するように制御する。
そして、発電機制御部３２は、発電機３１に発生させるトルクや発電機３１の回転数等を制御することによって、発電機３１が発生した電力を直流母線Ｌａに供給する状態と、直流母線Ｌａからの電力供給を受けて発電機３１を作動させる状態とを切り換えている。
【００２０】
（蓄電装置４０の説明）
図１に示すように、前記直流母線Ｌａには、前記エンジン発電機１０と並列となるように、蓄電装置４０が接続されている。この蓄電装置４０は、昇降圧コンバータ４２と充放電が可能なバッテリやキャパシタ等の蓄電器４１とを備えており、昇降圧コンバータ４２を介して蓄電器４１が直流母線Ｌａに接続されている。つまり、蓄電装置４０は、昇降圧コンバータ４２と直流母線Ｌａを通して、主装置ＭＰやエンジン発電機１０に対して蓄電器４１から電力を供給したり、逆に、主装置ＭＰやエンジン発電機１０からの電力を蓄電器４１に充電したりすることができるようになっている。
【００２１】
また、蓄電装置４０は、蓄電制御部４３も備えている。この蓄電制御部４３は、蓄電器４１の充電率を監視する機能と、昇降圧コンバータ４２の作動を制御する機能とを有している。昇降圧コンバータ４２の作動を制御する機能とは、制御装置２から送信される電力指令信号に基づいて、昇圧動作と、降圧動作と、遮断動作と、を切り換えるように制御する機能である。
昇圧動作とは、蓄電器４１から供給される直流電力の電圧（以下、蓄電器側電圧という）を昇圧して所望のタイミングに所望の時間だけ直流母線Ｌａに出力させる動作である。
降圧動作とは、直流母線Ｌａの電圧を降圧して、蓄電器４１に直流母線Ｌａから電力を供給する動作であり、遮断動作とは、蓄電器４１と直流母線Ｌａとの間を電気的に遮断する動作である。
【００２２】
以上のごとき構成を有するので、昇降圧コンバータ４２が昇圧動作をするように制御すれば、所望のタイミングに所望の時間だけ、言い換えれば、所望のタイミングに所望の量だけ、蓄電器側電圧よりも高い電圧の直流電力を蓄電器４１から直流母線Ｌａに供給することができる。
逆に、昇降圧コンバータ４２が降圧動作をするように制御すれば、直流母線Ｌａから蓄電器４１側に電力を出力することができるから、蓄電器４１に直流電力を供給して、蓄電器４１を充電することができる。
【００２３】
なお、蓄電制御部４３は、通常は、直流母線Ｌａの電圧が所定の運転電圧を維持するように制御している。つまり、直流母線Ｌａの電圧が所定の運転電圧より高くなると蓄電器４１を充電し、逆に、直流母線Ｌａの電圧が所定の運転電圧より低くなると蓄電器４１が電力を供給するよう制御しているのである。
【００２４】
（制御装置２の説明）
制御装置２は、上述したエンジン発電機１０および蓄電装置４０の作動を制御するものである。
【００２５】
なお、制御装置２に入力される情報（入力情報）は、例えば、前記主装置ＭＰや補助装置ＳＰの作動状況に関する情報、つまり、主装置ＭＰや補助装置ＳＰに供給されている電力（電流値等）に関する情報や、蓄電装置４０の充電率や電池電流値、電池電圧値等の電池情報、発電機制御部３２から直流母線Ｌａに供給されている電流値、エンジン２０の運転状態（回転数や燃料噴射量）などであるが、これらに限定されないのは、いうまでもない。
【００２６】
この制御装置２は、エンジン発電機１０および蓄電装置４０が負担する電力を算出する負担電力算出部２ａと、エンジン発電機１０に送信する指令信号を作成し送信する指令信号送信部２ｂとを有している。
【００２７】
（負担電力算出部２ａの説明）
負担電力算出部２ａは、前記入力情報に基づいて、エンジン発電機１０および蓄電装置４０から直流母線Ｌａに対して供給しなければならない全電力を算出する機能を有している。つまり、エンジン発電機１０および蓄電装置４０から直流母線Ｌａに供給すべき直流電力（以下、要求電力という）を算出する機能を有している。要求電力は、具体的には、主装置ＭＰの各モータの作動に必要な電力を合わせた電力（主装置要求電力）と、クレーン用ハイブリッド電源装置１（アシスト要求電力）および補助装置ＳＰの作動に必要な電力（補助装置要求電力）とを合わせた電力である。
【００２８】
また、負担電力算出部２ａは、主装置ＭＰが発電している場合には、主装置ＭＰから直流母線Ｌａに供給されている直流電力（以下、外部電力という）、言い換えれば、クレーン用ハイブリッド電源装置１に入力されている電力を算出する機能も有している。
【００２９】
さらに、負担電力算出部２ａは、要求電力と、蓄電装置４０の蓄電器４１の充電率等に基づいて、エンジン発電機１０および蓄電装置４０がそれぞれ負担する電力の割合を決定する機能を有している。しかも、この負担割合に関する情報を含む電力指令信号を、エンジン発電機１０が負担する電力（エンジン負担電力）の情報を含む電力指令信号については指令信号送信部２ｂに、また、蓄電装置４０が負担する電力（蓄電器負担電力）の情報を含む電力指令信号については蓄電制御部４３に、それぞれ発信する機能も有している。
なお、各装置が負担する電力の割合は適宜設定すればよいが、例えば、主装置ＭＰが通常運転状態であれば、要求電力のうち、エンジン発電機１０、および、蓄電装置４０がともに５０％ずつ負担するように指示することができる。また、蓄電器４１の充電率が高い状態であれば、蓄電器４１の負担割合を大きくして、エンジン発電機１０の負担を小さくしたりすることができる。この場合には、エンジン発電機１０の負担が小さくなるのでエンジン発電機１０に省エネルギ運転をさせることができる。逆に、蓄電器４１の充電率が低い状態であれば、蓄電器４１の負担割合を小さくして、蓄電装置４０の充電率の低下を抑制するように作動させることができる。このように、負担電力算出部２ａは、外部負荷からの要求電力と前記蓄電装置４０の充電電力とに基づきエンジン負担電力を算出する。
そして、負担電力算出部２ａは、要求電力の急激な増加が生じることを検出した場合には、将来要求される最大電力（予測最大電力）がどの程度になるか、また、予測最大電力が要求されるタイミングはいつか、について算出する機能も有している。
【００３０】
なお、要求電力が急激に増加する場合とは、クレーンであれば巻上動作を開始する場合等が該当する。また、要求電力の急激な増加が生じることを検出する方法はとくに限定されないが、例えば、クレーンの巻上動作の場合であれば、巻上機を作動させるレバー等がオペレータによってどのように操作されているかを検出することよって検出することができるし、クレーンが巻上動作を開始するときに特徴的に発生する電力の増加率からでも検出することもできる。
予測最大電力は、例えば、クレーンであれば吊り上げる荷物のデータ等を事前に入力しておくことによって、この荷物の重量と電力の増加率に基づいて算出することもできるし、クレーンによって荷物を吊り上げる試験を事前に行っておきそのデータに基づいて推測するようにしてもよく、とくに限定されない。
【００３１】
（指令信号送信部２ｂの説明）
指令信号送信部２ｂは、前述した負担電力算出部２ａの算出したエンジン負担電力に基づいて、エンジン発電機１０に対して運転状態を指示する信号を生成し送信する機能を有している。運転状態を指示する信号とは、エンジン発電機１０が発生するトルクを指示するトルク指令信号や、エンジン発電機１０の回転数を指示する回転数指令信号等である。
この指令信号送信部２ｂは、トルク指令信号および回転数指令信号を生成するために、エンジン負担電力に対し、燃費の良い状態で発電し得る出力トルクおよび回転数を算出する機能を有している。この機能が出力トルクおよび回転数を算出する方法はとくに限定されないが、例えば、電力と、この電力を最も燃費の良い状態で発電できるエンジン発電機１０の出力トルクとの関係を示したマップ、および、エンジン発電機１０の出力トルクと、各出力トルクを最も燃費の良い状態で出力できるエンジン回転数や燃料供給量（ディーゼルエンジンであれば燃料噴射量）との関係を示したマップ、とに基づいて、出力トルクおよび回転数を算出する方法などを挙げることができる。
【００３２】
上記のごときエンジン発電機１０の出力トルクおよび回転数の算出に使用することができるマップの一例を図７に示す。
図７はエンジン発電機１０の特性図であり、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジントルク（左軸）およびエンジン出力（右軸）としたグラフであり、等出力線Ｐ１〜Ｐ８を点線で、等燃費線α１〜α５を実線で、示したものである。さらに、等出力線はＰ１からＰ８に行くにしたがい出力が大きくなり、等燃費線においてはα５からα１に行くにしたがい燃費が良くなる。また、太い実線は、エンジンの出力し得る能力を示す最大トルク線を示している。
このマップを使用すれば、エンジン負担電力から、最も燃費の良い状態で発電できるエンジントルクおよびエンジン回転数を求めることができる。つまり、要求されるエンジン負担電力がＰ３の場合であれば、エンジン回転数によって燃費は、α１以下からα５以上まで変化する。すると、エンジントルクとエンジン回転数の交点が、α１で囲まれた領域内に位置するようにエンジン回転数を選択すれば（例えば、エンジントルクτ２とエンジン回転数Ｎ２、ｔ１の状態）、燃費の良い状態で発電できる。とくに、この領域内でも、最も燃費の良くなる領域にエンジントルクとエンジン回転数の交点が位置するように両者を選択すれば、最も燃費の良い状態でする発電することができる。
【００３３】
この制御装置２には各装置からの情報が入力されており、制御装置２はこの情報に基づいて、エンジン発電機１０および蓄電装置４０に指令信号を送信して両装置の作動を制御している。
【００３４】
また、指令信号送信部２ｂは、通常運転では通常運転モードでの制御を行い、要求電力が急激に増加した場合には、加速モードでの制御を行う機能を有している。
通常運転モードとは、エンジン負担電力に基づいて、燃費が良い状態で発電し得る出力トルク及び回転数でエンジン発電機１０を制御する制御モードである。
加速モードとは、主装置ＭＰの要求電力が急激に増加した場合において、予測最大電力となるタイミング（予測タイミング）となる前に、エンジン発電機１０の回転数を、エンジン発電機１０がエンジン負担電力を最も効率よく発電できる回転数（目標回転数）に到達させる制御が行われる制御モードである。
【００３５】
また、加速モードにおいて上記のごとき制御を行うために、指令信号送信部２ｂは、回転数の時間変動データを作成し、この回転数の時間変動データに基づいて回転数指令信号を生成し送信する機能を有している。回転数の時間変動データは、予測タイミングまでに、現在の回転数から目標回転数までエンジン発電機１０の回転数を上昇させるために使用されるデータであり、例えば、加速モードにおいて、エンジン発電機１０の回転数を時間変動させる割合を規定したデータや、所定の時間間隔ごとに回転数が指定されたデータなどであるが、特に限定されない。
【００３６】
回転数の時間変動データを作成する方法はとくに限定されず、例えば、現在から予測タイミングまでの期間、現在の回転数と目標回転数との回転数差等に基づいて、指令信号送信部２ｂに記憶されている複数の回転数の時間変動データから、適切なデータを選択する方法を採用することができる。また、現在から予測タイミングまでの期間、現在の回転数、目標回転数等に基づいて、ランプ関数を利用して回転数の時間変動データを作成する方法を採用することもできる。
【００３７】
なお、目標回転数は、予測最大電力の値にかかわらず、エンジン発電機１０の定格出力を発生させる回転数としてもよい。この場合、実際の最大電力が予測最大電力を上回った場合や、予測最大電力を算出した時点からさらに負荷が急増した場合でも、エンジン発電機１０から供給する電力が不足することを防ぐことができる。そして、負担電力算出部２ａが予測タイミングを算出する機能を有していない場合には、目標回転数をエンジン発電機１０の定格出力を発生させる回転数とすれば、電力不足が生じることを防ぐことができる。
また、予測タイミングを算出する方法はとくに限定されないが、例えば、クレーンであれば吊り上げる荷物のデータ等を事前に入力しておくことによって、この荷物の重量と電力の増加率に基づいて算出することもできるし、クレーンによって荷物を吊り上げる試験を事前に行っておきそのデータに基づいて推測するようにしてもよく、とくに限定されない。
さらに、負担電力算出部２ａが予測タイミングを算出する機能を有していない場合には、要求電力の急激な増加を検出した後、予め定めた期間経過後に目標回転数に到達するように回転数指令信号を形成してもよい。例えば、ターボチャージャー等の過給機構を備えたディーゼルエンジンの場合には、加速開始から過給機構の作動までのタイムラグ（例えば３〜４秒程度）を考慮して、0.5秒程度の期間で目標回転数に到達するように回転数指令信号を形成してもよい。
【００３８】
さらに、指令信号送信部２ｂは、主装置ＭＰが回生運転を行っている場合には、回生モードでの制御を行う機能を有している。
回生モードとは、エンジン発電機１０のエンジン２０をエネルギ消費手段として機能させる制御モードである。
回生モードにおいて上記のごとき制御を行うために、制御装置２の指令信号送信部２ｂは、エンジン２０の回転数を指示するエンジン回転数指令信号と、発電部３０の発電機３１の回転数を指示する発電機回転数指令信号とを作成する機能を有している。
この機能は、例えば、エンジン回転数指令信号として、エンジン２０がアイドリング速度で作動するように回転数指令信号（エンジン回転数指令信号）を作成し、発電機回転数指令信号として、エンジン２０のアイドリング速度＋αの速度で発電機３１を作動させるように回転数指令信号（発電機回転数指令信号）を作成する機能である。これにより、エンジンが負荷となるので、エネルギ消費手段として機能する。
【００３９】
なお、エンジン回転数指令信号および発電機回転数指令信号は、上記の回転数に限られず、エンジン回転数指令信号が発電機回転数指令信号よりもわずかに低い回転数であればよい。
【００４０】
（クレーン用ハイブリッド電源装置１の動作）
つぎに、以上のごとき構成を有する本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１の作動を説明する。
【００４１】
（１）クレーン用ハイブリッド電源装置１の起動動作
クレーン用ハイブリッド電源装置１の起動を図２に基づいて説明する。
１）エンジン２０の起動
本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１の起動時には起動スイッチ等によって起動される（ステップＳ１）。そして、エンジン発電機１０のエンジン２０が起動される（ステップＳ２）。なお、起動時には、制御装置２は作動しないように制御されている。
起動されたエンジン２０は、エンジン制御部２２によってエンジン本体２１がアイドリング運転状態となるように制御される。つまり、エンジン本体２１の回転数がアイドリング速度となるまで上昇される。
【００４２】
２）補助装置ＳＰの起動
エンジン発電機１０のエンジン２０が起動されると、発電部３０の発電機３１によって発電が開始される。そして、発電機３１から供給される電力によって、補助装置ＳＰが運転できる最低運転電圧を直流母線Ｌａの電圧が維持できるようになると、補助装置ＳＰ内のインバータが起動される（ステップＳ３）。
【００４３】
なお、発電機制御部３２がインバータであれば、発電機３１が発電した電力はインバータのダイオードブリッヂにより３相全波整流されて、直流母線Ｌａに接続されているインバータのコンデンサを充電することにも使用される。
また、発電部３０の発電機３１が、界磁巻き線を有する一般的な発電機である場合には、直流母線Ｌａに供給される電流の急激な増加により生じる問題を防ぐために、発電機制御部３２に初期充電電流抑制機能を設けることが必要である。一方、発電機３１としてＩＰＭモータを使用すれば、起動時において発電機３１の発電電圧はエンジン本体２１の回転数の上昇に伴って上昇するので、初期充電電流抑制機能を設けなくてもよいという利点がある。
【００４４】
３）制御装置２の起動
補助装置ＳＰ内のインバータが起動すると、クレーン用ハイブリッド電源装置１の制御に必要な電源が確保されるので、クレーン用ハイブリッド電源装置１の制御装置２が起動され、クレーン用ハイブリッド電源装置１が作動する（ステップＳ４）。
そして、起動された制御装置２によって、エンジン発電機１０および蓄電装置４０が制御されて、エンジン発電機１０と蓄電装置４０の両方から供給される電力によって、直流母線Ｌａが所定の運転電圧を維持するように調整される。すると、クレーン用ハイブリッド電源装置１の起動が終了し、主装置ＭＰを作動することができる状態となる。つまり、設備が稼動可能な状態となるのである。
【００４５】
ここで、直流母線Ｌａの運転電圧は、エンジン発電機１０から直流母線Ｌａに供給する電力（電流量）が制御できなくなることを防ぐために、発電機３１が通常の発電を行うことにより外部に供給できる電圧の最高値よりも高く設定されている。つまり、発電機３１の通常の発電では、直流母線Ｌａに対して電力を供給できないようになっている。しかし、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１では、発電機制御部３２が発電機３１を回生制動状態に制御することで、発電機３１から直流母線Ｌａに対して電力を供給することができる。
【００４６】
なお、補助装置ＳＰ内のインバータ以外に、他の電源（例えば、商用電源等）等のクレーン用ハイブリッド電源装置１の制御に必要な電力を供給することができる電力供給手段を設ければ、補助装置ＳＰ内のインバータを起動する前にクレーン用ハイブリッド電源装置１を起動することも可能となる。
【００４７】
（２）設備稼働時
本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１では、設備稼働時では、主装置ＭＰの作動状況、つまり、主装置ＭＰが要求する電力に応じて作動状態が変化する。具体的には、
１）待機状態
２）通常運転状態
３）主装置ＭＰの要求電力が急激に増加した場合
４）主装置ＭＰが回生運転している場合
の各状態について、それぞれ適切な状態で作動するように構成されているので、各状態における本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１の作動を説明する。
【００４８】
なお、制御装置２は、回転数指令信号をエンジン制御部２２に送信する場合には、トルク指令信号は発電機制御部３２に送信し、逆に、トルク指令信号をエンジン制御部２２に送信する場合には、回転数指令信号は発電機制御部３２に送信するように構成されている。
そこで、まず、制御装置２から、回転数指令信号がエンジン制御部２２に送信され、トルク指令信号が発電機制御部３２に送信される場合を説明する（第１実施形態）。
【００４９】
１）待機状態
主装置ＭＰのモータがいずれも作動していない状態（待機状態）では、クレーン用ハイブリッド電源装置１および補助装置ＳＰの作動にのみ電力が消費される。この場合、これらの作動に必要な電力と、直流母線Ｌａを運転電圧に維持することができる程度の電力が直流母線Ｌａに供給される状態となる。この状態では、クレーン用ハイブリッド電源装置１および補助装置ＳＰの作動に必要な電力をエンジン発電機１０がほとんど負担するように制御される。
一方、待機状態において、蓄電装置４０は、蓄電器４１を充放電させて直流母線Ｌａの電圧が運転電圧に維持されるように作動するから、充放電に伴って蓄電器４１の充電率は上下する。
このため、蓄電装置４０の充電率が一定の値以下になると、制御装置２は、エンジン発電機１０に対して、クレーン用ハイブリッド電源装置１等の作動に必要な電力に加えて、蓄電装置４０を充電可能な程度の電力も直流母線Ｌａに供給できる状態となるように制御される。つまり、制御装置２から、クレーン用ハイブリッド電源装置１等の作動に必要な電力と蓄電装置４０の充電に必要な電力を合わせた電力を、最も効率よく発電できる回転数でエンジン発電機１０が作動するように回転数指令信号およびトルク指令信号が送信され、エンジン発電機１０が作動する。そして、蓄電器４１の充電率が所定の充電率以上に回復すると、制御装置２によって、エンジン発電機１０が元の運転状態に復帰される。
逆に、充電率が上昇した場合は、エンジン発電機１０から直流母線Ｌａに供給する電力がハイブリッド電源装置１等の作動に必要な電力よりも少なくなるようにエンジン発電機１０が制御されるので、蓄電器４１では放電が生じ、所定の充電率に回復する。
つまり、制御装置２は、蓄電器４１の充電率を所定の範囲内に維持することができるように制御しており、かかる蓄電器４１の充電率を調整するために行われるエンジン発電機１０の運転状態の変更は、蓄電器４１の充電率に応じて適宜行われる。
【００５０】
また、主装置ＭＰが作動していない（待機状態）では、必要とされる電力が少ないので、エンジン発電機１０が、全ての運転状態の中で、最も発電効率の高い運転状態、つまり、最も燃費が良い状態で作動するように制御することが好ましい。すると、エンジン発電機１０の燃料消費を抑えることができるので、クレーン用ハイブリッド電源装置１の運転効率を高く維持することができる。
【００５１】
２）通常運転状態（ステップＳ５）
つぎに、クレーン用ハイブリッド電源装置１の通常運転時の作動を、図２に基づいて説明する。
なお、説明を分かりやすくするために、図９の門形クレーンＣにおける通常運転時における作動と対比しながら説明する。
【００５２】
通常運転状態は、要求電力の電圧は変動するものの、その変動割合、つまり、要求電圧の増加割合や減少割合が小さい状態である。例えば、図９の門形クレーンＣ等では、巻上用モータＭＭは作動していないが、走行用モータＲＭや横行用モータＴＭが駆動している場合が相当する。
【００５３】
通常運転状態では、まず、制御装置２によって（例えば、負担電力算出部２ａによって）、主装置ＭＰの各モータが備えているインバータ(具体的には、走行用インバータ、横行用インバータ、補機用インバータ、巻上用インバータ)が必要とする電力が算出され、主装置ＭＰの要求電力が算出される（ステップＳ６）。
すると、制御装置２は、要求電力の増加割合が予め定められた閾値を超えたかどうかを判断し、閾値を超えていない場合は、制御装置２は主装置ＭＰが通常運転であると判断し（ステップＳ７）、通常運転状態を維持するように制御が行われる（ステップＳ８）。
なお、走行用モータＲＭや横行用モータＴＭの駆動においては、駆動する際に影響する機器の慣性力が小さいため、通常、要求電力の増加の割合が予め定められた閾値を超えることは無い。
【００５４】
通常運転状態と判断すると、制御装置２の負担電力算出部２ａによってエンジン発電機１０および蓄電装置４０が負担すべき電力が算出される。すると、指令信号送信部２ｂでは、エンジン負担電力に基づいて、このエンジン負担電力に対し、燃費の良い状態で発電し得る出力トルクおよび回転数が算出される。そして、算出された出力トルクおよび回転数の情報を含む回転数指令信号およびトルク指令信号が作成され、それぞれエンジン制御部２２および発電機制御部３２に送信される。同時に、負担電力算出部２ａからは、蓄電制御部４３に対して、蓄電器負担電力を含む電力指令信号が蓄電制御部４３に発信される。
【００５５】
エンジン２０のエンジン制御部２２は、回転数指令信号に含まれている回転数指令に基づいて、エンジン２０がその回転数を維持するようにエンジン本体２１を制御する。具体的には、ガバナー等の調速機（以下、単にガバナーという）によって、指示された回転数を維持するようにエンジン本体２１が制御される。
一方、発電部３０の発電機制御部３２には、トルク指令信号で指示されるトルクが発電機３１に発生するように制御される。つまり、前述したエンジン回転数において、発電機３１がエンジン負担電力を発生できるように、発電機３１のトルクが制御される。すると、エンジン２０の回転数と発電機３１のトルクに対応した電力が発電され、指示されたエンジン負担電力に相当する電力が直流母線Ｌａに供給される。
【００５６】
また、蓄電装置４０からは、電力指令に基づいて、蓄電装置４０が負担すべき電力が直流母線Ｌａに供給される。
【００５７】
よって、所定の要求電力を満たすように、エンジン発電機１０と蓄電装置４０とから所定の電力を直流母線Ｌａに供給することができるから、直流母線Ｌａから主装置ＭＰに対して、言い換えれば、クレーン用ハイブリッド電源装置１から主装置ＭＰに対して必要な電力を供給することができるのである。
しかも、エンジン発電機１０のエンジン本体２１が、エンジン負担電力に対し、最も効率のよく発電できる運転状態となるように制御されるので、エンジン発電機１０の燃費を向上させることができる。
【００５８】
そして、制御装置２の負担電力算出部２ａは、要求電力を常時監視しており、要求電力の変動に伴ってエンジン発電機１０および蓄電装置４０が負担する電力を変化させる。すると、指令信号送信部２ｂは、エンジン発電機１０に送信する指令信号を変化させるから、要求電力が変化しても、エンジン発電機１０の運転状態を最適な運転状態となるように制御することができるのである。
【００５９】
ここで、図７に基づいて、通常運転における、エンジン回転数とエンジントルクの変化が燃費に与える影響を説明する。
例えば、図７のエンジン特性図を用いて、指令信号送信部２ｂがエンジントルクおよびエンジン回転数を算出していたとする。そして、エンジン発電機１０が、エンジントルクτ１、エンジン回転数Ｎ１の状態、つまり、要求電力がＰ１以下の状態で運転されていたとする（図７のｔ０）。
この状態から、主装置ＭＰが要求する電力が増加し、負担電力算出部２ａがエンジン負担電力としてＰ３を算出し、電力指令信号を発信したとする。電力指令信号を受けた指令信号送信部２ｂは、図７のエンジン特性図から、エンジン負担電力Ｐ３を出力でき、しかも、燃費の最も良くなる領域（α１の内側）に交点を有するエンジン回転数（Ｎ２、目標回転数）とエンジントルク（τ２）を算出する（ｔ１）。
そして、指令信号送信部２ｂからの指示によって、エンジン回転数がＮ２、エンジントルクがτ２となるようにエンジン発電機１０の作動が変更されれば、所定のタイミングにまでに、エンジン発電機１０が、燃費が良い状態でエンジン負担電力Ｐ３を出力できる状態にすることができる。
【００６０】
２）主装置ＭＰの要求電力が急激に増加した場合
クレーン用ハイブリッド電源装置１の装置ＭＰの要求電力が急激に増加した場合を、図３に基づいて説明する。
なお、説明を分かりやすくするために、図９の門形クレーンＣにおける通常運転時における作動と対比しながら説明する。
【００６１】
通常運転状態または待機状態から、巻上用モータＭＭが駆動されると、制御装置２によって（例えば、負担電力算出部２ａによって）、巻上用インバータより要求される電力が算出され、通常運転状態と同様に、主装置ＭＰの要求電力が算出され、この要求電力の増加の割合が予め定められた閾値を超えたかどうかが判断される。もちろん、他インバータより要求される電力も算出される。
【００６２】
ここで、巻上用モータＭＭの巻き上げの加速は、走行や横行とは異なり、予め定められた時間内に行う必要があるため、制御装置２は、大きな電力を巻上用インバータへ供給する必要がある。しかも、巻上用モータＭＭは、巻上ロープ用のフライホイル等を回転駆動させるため、駆動する際に影響する機器の慣性力が大きい。よって、巻上用モータＭＭが駆動されると、通常、要求電力の増加割合は予め定められた閾値を超えることになる。
【００６３】
要求電力の増加割合が予め定められた閾値を越えるような場合、つまり、要求電力が急激に増加した場合に、エンジン発電機１０を、要求電力の急増に追従するように急加速させると、エンジン発電機１０の燃焼状態が悪化し、黒煙の発生や燃費の悪化が生じ、最悪の場合にはエンジンが停止してシステムダウンするという問題が生じる。
このため、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１では、主装置ＭＰの要求電力の増加割合が所定の値を超えたことを制御装置２が検出した場合、エンジン発電機１０の燃焼状態の悪化を防ぐために、以下の加速モードで作動するように構成されている（図３参照）。
【００６４】
まず、主装置ＭＰの要求電力の増加割合が所定の値を超えたことを制御装置２が検出すると、加速モードでの制御が開始され（ステップＳ２０）、負担電力算出部２ａによって予測最大電力および予測最大電力となるタイミングが算出され（ステップＳ２１）、エンジン負担電力が算出される。算出されたエンジン負担電力が指令信号送信部２ｂに送信されると、指令信号送信部２ｂによって、予測最大電力を最も効率よく出力できるエンジン２０の回転数（目標回転数）が算出される（ステップＳ２２）。
【００６５】
目標回転数が算出されると、指令信号送信部２ｂによって回転数の時間変動データが作成され（ステップＳ２３）、回転数の時間変動データに基づいて、回転数指令信号が順次エンジン発電機１０のエンジン制御部２２に送信される（ステップＳ２４）。
【００６６】
一方、加速モードでは、通常運転時においてトルク指令信号が送信されていた発電機制御部３２に対しても、エンジン制御部２２に送信される回転数指令信号と同じ情報を有する回転数指令信号が指令信号送信部２ｂから送信される（ステップＳ２４）。
【００６７】
このように、同じ回転数の情報を含んだ回転数指令信号が、エンジン制御部２２と発電機制御部３２の両方に送信されると、エンジン２０の回転数の上昇を発電機３１がエンジンアシストするように作動するので、エンジン２０の燃焼状態の悪化を防ぎつつ、エンジン２０の加速期間を短くすることができる。
【００６８】
エンジン２０の回転数の上昇を発電機３１がエンジンアシストすることによってエンジン２０の燃焼状態の悪化を防ぐことができる理由は、以下のとおりである。
【００６９】
まず、エンジン２０の回転数を現在の回転数から目標回転数まで加速するときには、ガバナーは、燃焼状態の悪化が生じない程度に燃料の供給量を増加させるように作動する。
【００７０】
しかし、要求される回転数上昇速度が速い場合、上記程度に燃料の供給量を増加させてもエンジン２０の出力応答性が遅いため、エンジン２０の回転数上昇が要求回転数に対して追随できない。より具体的には、エンジン２０への噴射量が大きくなっても、供給される空気が不足するため、エンジン２０が加速することができない。
【００７１】
このため、エンジン２０の回転数は十分に加速されずに加速遅れが生じる。すると、ガバナーは、回転数を上昇させるためにさらに大量の燃料を供給しようとするが、この場合、燃料が過剰に供給された状態となり、燃焼状態の悪化が生じてしまう。このように、エンジン回転数も過給率も上昇していない状態では、エンジン２０は高出力を発生させることができない（過渡現象）ため、エンジン負担が大きすぎると、エンジン２０が停止する恐れがある。
【００７２】
ここで、発電機３１に対してエンジン２０と同じ条件で回転数を上昇させるように指示しておけば、発電機３１も要求される回転数上昇速度で加速しようとする。このため、エンジン２０の加速遅れがあっても発電機３１の加速も遅くなると、発電機制御部３２は発電機３１が指示された回転数上昇速度で加速するように、発電機３１の主軸に加えるトルクを増加させる。つまり、発電機３１は直流母線Ｌａから供給される直流電力によってエンジン２０を駆動する駆動手段として作動される。このとき加えられるトルクは、ガバナーによって燃焼状態の悪化が生じない程度に燃料の供給量が増加されたときにエンジン２０が発生するトルクと、エンジン２０の加速に本来必要であったトルクとの差に相当する。つまり、エンジン２０の回転数の上昇に不足するトルクを発電機３１がエンジンアシストした状態となるのである。
【００７３】
そして、発電機３１がエンジンアシストすることによって、ガバナーによってエンジン２０に供給された燃料は燃焼状態の悪化が生じない程度の量に抑えられる。
したがって、エンジン２０の燃焼状態の悪化を防ぎつつ、エンジン２０の加速期間を短くすることができるのである。
【００７４】
なお、上述した発電機３１によるエンジンアシストには、エンジン本体２１（エンジン用フライホイルも含む）に動力（トルク）を供給して加速をアシストする場合と、発電機３１が自分で加速することによってエンジン本体２１の負担を軽減して加速をアシストする場合が含まれる。
【００７５】
指令信号送信部２ｂは、エンジン回転数が目標回転数に達したか否かを検出しており、エンジン回転数が目標回転数に達するまでは、加速モードでの運転を継続させる（ステップＳ２５）。
【００７６】
そして、エンジン２０が目標回転数に到達すると、指令信号送信部２ｂによって、要求電力に対応したエンジン負担電力を最も効率のよく発電できる運転状態でエンジン２０が作動するように回転数指令信号およびトルク指令信号を作成するようになる。つまり、制御が通常運転状態に復帰するのである（ステップＳ２６）。
【００７７】
加速モードでは以上のように制御されるので、予測最大電力が要求される前に、エンジン発電機１０が予測最大電力におけるエンジン負担電力を供給できる回転数に到達させることができれば、予測最大電力が要求されたときに、エンジン負担電力を確実に直流母線Ｌａに供給することができる。
【００７８】
なお、加速モードで制御が行われている間には、直流母線Ｌａを運転電圧に維持するように、蓄電器４１から電力が供給される。つまり、要求電力だけでなく、発電機３１が作動するために必要な電力を含めた全ての電力が蓄電器４１から供給されて、直流母線Ｌａは運転電圧に維持されるのである。
【００７９】
また、上記では、加速モードで制御が行われている際に、発電機制御部３２に対しても回転数指令信号が指令信号送信部２ｂから送信される場合を説明した。しかし、既知の値であるエンジン発電機１０が備えている慣性力と、予め定められた立ち上がり時間（５秒）と、目標回転数と、によって、必要なトルクを算出し、算出されたトルクを、トルク指令信号として発電機制御部３２へ入力するようにしてもよく（図４のステップＳ２４ａ）、この方法によって発電機３１がエンジン２０をエンジンアシストするようにしてもよい（図４）。
【００８０】
ここで、図８に基づいて、図９の門形クレーンＣにおいて加速モードを実行する場合の一例を説明する。
なお、図８には、巻上用モータＭＭの回転数の時間変化（図８（Ａ））、巻上用モータＭＭを駆動した際の要求電力の時間変化（図８（Ｂ））、エンジン回転数の時間変化（図８（Ｃ））、エンジン発電機１０の発電電力の時間変化（図８（Ｄ））、蓄電装置４０からの放電電力の時間変化（図８（Ｅ））、及び、エンジン２０のみの出力(実線)と、エンジン２０のみの出力(ＰＥ)に発電機３０からのアシスト出力を追加した合計出力（一点鎖線）の時間変化（図８（Ｆ））を示している。
【００８１】
巻上用モータＭＭにより巻上げを行う場合には、その回転数は、通常、クレーンの仕様上、予め定められた時間（ｔ２：例えば５秒）までに、加速を完了し、等速運転へ切り替える必要がある（図８（Ａ））。このため、予め定められた時間（ｔ２：例えば５秒）に加速を終えるように、要求電力が算出される（図８（Ｂ））。
【００８２】
しかしながら、エンジン２０は、要求電力の増加に対して応答性が良くないため、要求電力が急激に増加した場合には、エンジン２０の回転数を要求電力の増加に対応するように急激に増加させることができない（図８（Ｃ）中の破線）。
【００８３】
したがって、エンジン２０の回転数がＮｅになるまで、時刻ｔ０〜ｔ３の時間を必要とする。このように、エンジン回転数（過給機を有するエンジンではエンジン回転数と過給率）が上昇していない状態では、エンジン発電機１０の出力を十分に上昇させることができない（図８（Ｆ）中の時刻ｔ０以降の破線）。
【００８４】
一方、エンジン回転数（過給機を有するエンジンではエンジン回転数と過給率）が上昇し、エンジン出力がＰｅまで得られるようになると、エンジン２０のみの出力によって、要求電力の増加に対応するようにエンジン２０の回転数を加速することが可能となる。
【００８５】
このため、エンジン２０のみの出力によって要求電力の増加に対応するようにエンジン２０の加速ができる回転数Ｎｅが得られるまで（時刻ｔ１まで）、発電機３１はエンジンをアシストするよう作動し、エンジン２０の加速をアシストする。
【００８６】
つまり、負担電力算出部２ａにより算出された要求電力の増加の割合が、予め定められた閾値を超えたと判断されると、発電機３１は発電運転から電動運転へ切り換られる。そして、発電機３１は蓄電装置４０からの放電電力により、エンジン２０をアシストする運転を行う（図８（Ｄ）の時刻ｔ０〜ｔ１における網掛け部分）。
【００８７】
時刻ｔ０〜ｔ１においては、蓄電装置４０からの放電電力は、発電機３１によるエンジンアシスト運転と巻上用モータＭＭによる巻上げ運転に消費される。図８（Ｄ）の時刻ｔ０〜ｔ１において、マイナス部分（網掛け部分）が発電機３１によって消費される放電電力であり、プラス部分（白部分）が巻上用モータＭＭによって消費される放電電力を示す。
【００８８】
発電機３１がエンジンエンジンアシスト運転を行うことで、発電機３１はエンジン２０に対し、エンジン回転数の上昇に不足しているトルク分をアシストする。これにより、エンジン２０の回転数は急激に上昇する（図８（Ｃ）中時刻ｔ０以降の実線）。エンジン回転数が急激に上昇している間、エンジン２０へは燃料が供給は続けられている。この間、エンジン回転数の上昇とエンジンへの燃料の供給により、エンジンによる出力（図８（Ｆ）中実線部分）はエンジンアシストが無い場合（図８（Ｆ）中破線）よりも、迅速に大きくできる。それ以降も、発電機によるエンジンアシスト運転は時刻ｔ１まで続けられる（図８（Ｆ）中一点鎖線部分）。
【００８９】
したがって、エンジン回転数は高い応答性で立ち上げられるので、時刻ｔ１までの間に、エンジン２０は、自己の出力のみで出力を増大させることが可能となるエンジン回転数Ｎｅに到達することができる（図８（Ｆ）：時刻ｔ１）。
つまり、時刻ｔ１において、エンジン２０は、エンジン２０出力を十分に上昇させることができるエンジン回転数と過給率が得られた状態となる。
【００９０】
そして、時刻ｔ１において、エンジン２０はエンジン２０のみの出力で出力を増大できるエンジン回転数Ｎｅに到達しているので、発電機３１はエンジンアシスト運転から発電運転へ切り換られる（図８（Ｄ）中時刻ｔ１）。これと同時に、発電機３１がエンジンアシストを行うために消費されていた電力はなくなるため、それに対応する分の蓄電装置４０からの放電電力も減少する。
したがって、蓄電装置４０からの放電電力は、一時的に低下する（図８（Ｅ）中時刻ｔ１）。
【００９１】
時刻ｔ１以降も、巻上用モータＭＭは加速を続けるので、要求電力は増大し続ける。したがって、蓄電装置４０からの放電電力は上昇し続ける。
一方、エンジン２０は回転数Ｎｅに到達しているので、エンジン２０はエンジン２０のみの出力でエンジン出力を急激に上昇させることができる（図８（Ｆ）中時刻ｔ１〜ｔ２）。
そして、時刻ｔ２において、エンジン回転数がＮｌに到達すると、クレーン用ハイブリッド電源装置１は、上述の通常運転へ切り替えられる。
【００９２】
このように、クレーン用ハイブリッド電源装置１は、エンジン２０がその出力を十分に上昇させることができるエンジン回転数と過給率が得られた状態になるまでの間、発電機３１の出力を用いてエンジンアシスト運転を行う。これにより、要求電力の増加に対して応答性の遅れがあるにもかかわらず、発電機３１のエンジンアシスト運転によって、短時間でエンジン回転数をＮｅまで上昇させることができる。
よって、燃焼状態の悪化を生じることなく、エンジン回転数を増加させることができる。そして、巻上用モータＭＭは、予め定められた時間（ｔ２）までに加速を完了させることができる。これにより、通常のクレーン（例えば、図９の門型クレーンＣ等）では、約５０秒以内で、巻上動作を完了させることが可能となる。
【００９３】
なお、エンジン２０の回転数が目標回転数に到達する前に、通常運転モードに復帰するようにしてもよい。例えば、エンジン２０の回転数が目標回転数マイナス数％の回転数になったときに、通常運転モードに復帰するようにしてもよい。
【００９４】
３）主装置ＭＰが回生運転している場合（回生モード）
本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１が設けられている設備では、主装置ＭＰにおいて回生発電が行われている場合、回生発電された電力は、まず、補助装置ＳＰの作動に使用されて消費される。
しかし、回生発電された電力が補助装置ＳＰの消費電力を超えている場合には、残った電力は、直流母線Ｌａに供給されることになる。つまり、クレーン用ハイブリッド電源装置１に対して外部から電力が供給される状態となる。すると、クレーン用ハイブリッド電源装置１において、補助装置ＳＰの作動のために直流母線Ｌａに供給していた電力が余ってしまうことになる。
【００９５】
ここで、蓄電装置４０の蓄電器４１の充電率に余裕がある場合には、外部から供給される電力によって直流母線Ｌａの電圧が高くなると、直流母線Ｌａの電圧を運転電圧に保つように、蓄電装置４０は充電器４１を充電するが、充電する電力量が大きくなると、充電に起因する蓄電装置４０の負荷が大きくなる。
とくに、図９の門形クレーンＣに使用されるような巻上用モータＭＭでは、通常、回生運転時間が長い（約１分）ので、巻上用モータによって発生した回生電力を全て蓄電装置４０に充電していると、蓄電装置が過充電状態となってしまう。しかも、従来、巻上用モータの回生運転中、エンジン２０はアイドリング運転を続けていたため、エンジン２０の燃費も悪くなっていた。
【００９６】
そこで、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１では、回生発電された電力が補助装置ＳＰの消費電力を超えている場合には、発電機３１がエンジン２０を駆動するように作動して回生発電された電力を消費するように制御している。そして、エンジン２０を駆動しても消費できなかった電力（余剰電力）だけが蓄電装置４０の蓄電器４１に充電されるように制御している（図５参照）。
つまり、回生発電された電力が補助装置ＳＰにおいて消費される電力を超えている場合において、本実施形態のクレーン用ハイブリッド電源装置１は、発電機３１によってエンジン２０を駆動することにより直流母線Ｌａの電圧の上昇を抑えるように作動される。そして、エンジン２０を駆動するだけでは直流母線Ｌａの電圧の上昇を抑えることができない場合にのみ、蓄電装置４０が余剰電力を充電して、直流母線Ｌａの電圧を運転電圧に維持するように作動するのである。
すると、発電機３１によってエンジン２０が駆動されているので、エンジン発電機１０のエンジン本体２１に供給する燃料を減らすことができるし、余剰電力だけを蓄電装置４０に供給するので、充放電に起因する蓄電装置４０の負荷を少なくすることができる。
【００９７】
具体的には、外部から供給される電力（例えば、主装置ＭＰにおいて回生発電された電力）が補助装置ＳＰの作動に必要な電力を超えていることを検出すると、制御装置２の指令信号送信部２ｂは、エンジン回転数指令信号を作成し、このエンジン回転数指令信号をエンジン２０のエンジン制御部２２に送信する（ステップＳ３２）。
同時に、制御装置２の指令信号送信部２ｂは、エンジン２０のアイドリング速度＋αの速度で発電機３１を作動させるように発電機回転数指令信号を作成し、この発電機回転数指令信号を発電部３０の発電機制御部３２に送信する（ステップＳ３１）。
【００９８】
すると、エンジン本体２１の回転数指令が発電機３１の回転数指令よりも低いので、発電機３１がエンジン本体２１の回転数を上昇させるように作動し、エンジンブレーキがかかった状態となるから、主装置ＭＰにおいて回生発電された電力が消費されることになる。このように、発電機３１がエンジン２０を駆動するように作動して回生発電された電力を消費するように制御する。そして、エンジン２０を駆動しても消費できなかった電力（余剰電力）が蓄電装置４０に充電される（ステップＳ３３、Ｓ３４）。
【００９９】
よって、主装置ＭＰが回生運転している場合において上記制御を行えば、エンジン発電機１０のエンジン本体２１に供給する燃料を減らすことができるし、充放電に起因する蓄電装置４０の負荷を少なくすることができる。
そして、外部から供給された電力を抵抗などによって熱エネルギとして捨ててしまう場合と比べると、一部の電力はエンジン２０の燃費の向上に寄与し、余剰電力は蓄電器４１から直流母線Ｌａに供給することにより再利用することができるので、外部から供給された電力を有効に利用することができる。
【０１００】
とくに、制御装置２に、回生発電された電力、つまり、外部から直流母線Ｌａに供給される電力によってエンジン本体２１をアイドリング速度＋αの速度で駆動できるか否かを判断する機能を設けることが好ましい。
かかる機能を設け、エンジン本体２１をアイドリング速度＋αの速度で駆動できる電力が外部から供給されていると判断した場合には、制御装置２からエンジン２０のエンジン制御部２２に対して、燃料カット指令信号を送信するようにする。
すると、エンジン２０が完全にモータリング状態で作動されることになるので、エンジン本体２１に供給する燃料を完全にカットすることができ、大幅にエンジン発電機の燃費を向上させることができる。
【０１０１】
（第２の実施形態）
つぎに、第２の実施形態として、制御装置２から、トルク指令信号がエンジン制御部２２に送信され、回転数指令信号が発電機制御部３２に送信される場合を説明する。
【０１０２】
なお、１）待機状態、４）主装置ＭＰが回生運転している場合、については、回転数指令信号がエンジン制御部２２に送信され、トルク指令信号が発電機制御部３２に送信される場合と同じであるので、２）通常運転状態と、３）主装置ＭＰの要求電力が急激に増加した場合、とを説明する。
【０１０３】
２）通常運転状態
つぎに、クレーン用ハイブリッド電源装置１の通常運転時の作動を説明する。
なお、説明を分かりやすくするために、図９の門形クレーンＣにおける通常運転時における作動と対比しながら説明する。
【０１０４】
通常運転状態は、要求電力の電圧は変動するものの、その変動割合、つまり、要求電圧の増加割合や減少割合が小さい状態である。例えば、図９の門形クレーンＣ等では、巻上用モータＭＭは作動していないが、走行用モータＲＭや横行用モータＴＭが駆動している場合、また、巻上用モータＭＭの作動による負荷が小さい場合が通常運転状態に相当する。
【０１０５】
通常運転状態では、まず、制御装置２によって（例えば、負担電力算出部２ａによって）、主装置ＭＰの各モータが備えているインバータ(具体的には、走行用インバータ（、横行用インバータ、補機用インバータ、巻上用インバータ)が必要とする電力が算出され、主装置ＭＰの要求電力が算出される。
すると、制御装置２は、要求電力の増加割合が予め定められた閾値を超えたかどうかを判断し、閾値を超えていない場合は、制御装置２は主装置ＭＰが通常運転であると判断する。
なお、走行用モータＲＭや横行用モータＴＭの駆動においては、駆動する際に影響する機器の慣性力が小さいため、通常、要求電力の増加の割合が予め定められた閾値を超えることは無い。
【０１０６】
通常運転状態と判断すると、制御装置２の負担電力算出部２ａによって、エンジン発電機１０および蓄電装置４０が負担すべき電力が算出される。すると、指令信号送信部２ｂでは、エンジン負担電力に基づいて、このエンジン負担電力に対し、燃費の良い状態で発電し得る出力トルクおよび回転数を算出する。そして、算出された出力トルクおよび回転数の情報を含む回転数指令信号およびトルク指令信号が作成され、それぞれエンジン制御部２２および発電機制御部３２に送信される。
なお、エンジン２０の出力トルクは、エンジン本体２１に供給される燃料量に応じて変化するので、指令信号送信部２ｂは、トルク指令信号において、エンジン２０が所定の出力トルクを発生させることができる、最低の燃料量を指示する。
【０１０７】
エンジン２０のエンジン制御部２２では、トルク指令信号に含まれている燃料量の指示に基づいて、所定量の燃料がエンジン２０に供給されるようにエンジン本体２１を制御する。具体的には、ディーゼルエンジンであれば、燃料噴射量が制御される。
一方、発電部３０の発電機制御部３２には、回転数指令信号で指示される回転数で発電機３１が回転するように制御される。つまり、エンジン本体２１が前述した出力トルクを発生している状態において、発電機３１がエンジン負担電力、言い換えれば、発電機３１がエンジン負担電力を発生できるように、発電機３１の回転数が制御される。すると、エンジン２０の出力トルクと発電機３１の回転数に対応した電力が発電され、指示されたエンジン負担電力に相当する電力が直流母線Ｌａに供給される。
【０１０８】
また、蓄電装置４０からは、電力指令に基づいて、蓄電装置４０が負担すべき電力が直流母線Ｌａに供給される。
【０１０９】
よって、所定の要求電力を満たすように、エンジン発電機１０と蓄電装置４０とから所定の電力を直流母線Ｌａに供給することができるから、直流母線Ｌａから主装置ＭＰに対して、言い換えれば、クレーン用ハイブリッド電源装置１から主装置ＭＰに対して必要な電力を供給することができるのである。
しかも、エンジン発電機１０のエンジン本体２１が、エンジン負担電力を最も効率のよく発電できる運転状態となるように制御されるので、エンジン発電機１０の燃費を向上させることができる。
【０１１０】
そして、制御装置２の負担電力算出部２ａは、要求電力を常時監視しており、要求電力の変動に伴ってエンジン発電機１０および蓄電装置４０が負担する電力を変化させる。すると、指令信号送信部２ｂは、エンジン発電機１０に送信する指令信号を変化させるから、要求電力が変化しても、エンジン発電機１０の運転状態が最適な運転状態となるように制御することができるのである。
【０１１１】
３）主装置ＭＰの要求電力が急激に増加した場合（加速モード）
主装置ＭＰの要求電力が増加した場合には、制御装置２は、通常、蓄電器負担電力とエンジン負担電力とを共に増加させて要求電力を満たすように制御する。すると、エンジン負担電力の増加に対応するためにエンジン発電機１０は加速するように制御される。
ここで、要求電力が急激に増加した場合に、エンジン発電機１０を、要求電力の急増に追従するように急加速させると、エンジン発電機１０の燃焼状態が悪化し、黒煙の発生や燃費の悪化が生じ、最悪の場合にはエンジンが停止してシステムダウンするという問題が生じる。
そこで、主装置ＭＰの要求電力の増加割合が所定の値を超えたことを制御装置２が検出した場合、エンジン発電機１０の燃焼状態の悪化を防ぐために、以下の加速モードで作動するように構成されている（図６参照）。
【０１１２】
まず、主装置ＭＰの要求電力の増加割合が所定の値を超えたことを制御装置２が検出すると、加速モードでの制御が開始され（ステップＳ４０）、負担電力算出部２ａによって予測最大電力および予測最大電力となるタイミングが算出され（ステップＳ４１）、エンジン負担電力が算出される。算出されたエンジン負担電力が指令信号送信部２ｂに送信されると、指令信号送信部２ｂによって、予測最大電力を最も効率よく出力できるエンジン２０の回転数（目標回転数）が算出される（ステップＳ４２）。
【０１１３】
回転数の時間変動データが作成されると、回転数の時間変動データに基づいて、指令信号送信部２ｂによって回転数指令信号が順次発電機制御部３２に送信される（ステップＳ４３、ステップＳ４４）。
【０１１４】
一方、指令信号送信部２ｂによって、どの回転数においても燃焼状態の悪化が生じない状態（例えば、黒煙が発生しない状態等）で運転できる最大量の燃料供給量が算出される。そして、かかる燃料供給量の情報を含んだトルク指令信号が指令信号送信部２ｂによって作成され、エンジン制御部２２に送信される（ステップＳ４３、ステップＳ４５）。
【０１１５】
上記のごときトルク指令信号および回転数指令信号がエンジン制御部２２および発電機制御部３２に送信されると、発電機３１の加速に伴って、エンジン２０も加速する状況となる。このとき、エンジン２０は、供給される燃料量では発電機３１の回転数上昇に追従できる出力トルクを発生できないので、エンジン２０の回転数の上昇に不足するトルクを発電機３１がエンジンアシストした状態となる。つまり、発電機３１は、直流母線Ｌａから供給される直流電力によってエンジン２０を駆動する駆動手段として作動される。
【０１１６】
すると、エンジン２０の燃焼状態の悪化が生じないような条件で運転させつつ、発電機３１の発生するトルクによってエンジン２０の回転数を上昇させることができる。よって、加速時においても、エンジン２０の燃費の悪化や黒煙の発生を防ぐことができるし、エンジン２０の加速期間を短くすることができるのである。
【０１１７】
エンジン２０の回転数の上昇を発電機３１がエンジンアシストすることによってエンジン２０の燃焼状態の悪化を防ぐことができる理由は、以下のとおりである。
【０１１８】
まず、エンジン２０の回転数を現在の回転数から目標回転数まで加速するときには、ガバナーは、燃焼状態の悪化が生じない程度に燃料の供給量を増加させるように作動する。
しかし、要求される回転数上昇速度が速い場合、上記程度に燃料の供給量を増加させてもエンジン２０の出力応答性が遅いため、エンジン２０の回転数上昇が要求回転数に対して追随できない。より具体的には、エンジン２０への噴射量が大きくなっても、供給される空気が不足するため、エンジン２０が加速することができない。
このため、エンジン２０の回転数は十分に加速されずに加速遅れが生じる。すると、ガバナーは、回転数を上昇させるためにさらに大量の燃料を供給しようとするが、この場合、燃料が過剰に供給された状態となり、燃焼状態の悪化が生じてしまう。このように、エンジン回転数も過給率も上昇していない状態では、エンジン２０は高出力を発生させることができない（過渡現象）ため、エンジン負担が大きすぎると、エンジン２０が停止する恐れがある。
【０１１９】
ここで、発電機３１に対してエンジン２０と同じ条件で回転数を上昇させるように指示しておけば、発電機３１も要求される回転数上昇速度で加速しようとする。このため、エンジン２０の加速遅れがあっても発電機３１の加速も遅くなると、発電機制御部３２は発電機３１が指示された回転数上昇速度で加速するように、発電機３１の主軸に加えるトルクを増加させる。つまり、発電機３１は直流母線Ｌａから供給される直流電力によってエンジン２０を駆動する駆動手段として作動される。このとき加えられるトルクは、ガバナーによって燃焼状態の悪化が生じない程度に燃料の供給量が増加されたときにエンジン２０が発生するトルクと、エンジン２０の加速に本来必要であったトルクとの差に相当する。つまり、エンジン２０の回転数の上昇に不足するトルクを発電機３１がエンジンアシストした状態となるのである。
【０１２０】
そして、発電機３１がエンジンアシストすることによって、ガバナーによってエンジン２０に供給された燃料は燃焼状態の悪化が生じない程度の量に抑えられる。
なお、上述した発電機３１によるエンジンアシストには、エンジン本体２１（エンジン用フライホイルも含む）に動力（トルク）を供給して加速をアシストする場合と、発電機３１が自分で加速することによってエンジン本体２１の負担を軽減して加速をアシストする場合が含まれる。
【０１２１】
指令信号送信部２ｂは、エンジン回転数が目標回転数に達したか否かを検出しており、エンジン回転数が目標回転数に達するまでは、加速モードでの運転を継続させる（ステップＳ４６）。
【０１２２】
そして、エンジン２０が目標回転数に到達すると、指令信号送信部２ｂによって、要求電力に対応したエンジン負担電力を最も効率よく発電できる運転状態でエンジン２０が作動するように回転数指令信号およびトルク指令信号を作成するようになる。つまり、制御が通常運転状態に復帰するのである（ステップＳ４７）。
【０１２３】
以上のように加速モードでは制御されるので、予測最大電力が要求される前に、エンジン発電機１０が予測最大電力におけるエンジン負担電力を供給できる回転数に到達させることができれば、予測最大電力が要求されたときに、エンジン負担電力を確実に直流母線Ｌａに供給することができる。
【０１２４】
なお、加速モードで制御が行われている間には、発電機３１が作動するために必要な電力が蓄電装置４０から供給されるように、蓄電制御部４３には電力指令信号が送られる。  つまり、発電機３１が作動するために必要な電力を含めて、要求電力を全て蓄電器４１から供給するように蓄電制御部４３に電力指令信号が送られる。
【０１２５】
また、第２の実施形態においても、図９の門形クレーンＣにおいて加速モードを実行する場合では、巻上用モータＭＭの速度の時間変化、巻上用モータＭＭを駆動した際の要求電力の時間変化、エンジン回転数の時間変化、発電機の発電電力の時間変化）、蓄電装置からの放電電力の時間変化、及び、エンジン出力の時間変化は図８と同様な時間変動となる。
【０１２６】
また、エンジン２０の回転数が目標回転数に到達する前に、通常運転モードに復帰するようにしてもよい。例えば、エンジン２０の回転数が目標回転数マイナス数％の回転数になったときに、通常運転モードに復帰するようにしてもよい。
【０１２７】
（緊急時の制御）
なお、制御装置２の故障等により指令信号が各装置に送信されない状態となった場合において、エンジン発電機１０が自動的に定格速度で作動するようにしておけば、制御装置２にトラブルがあっても、主装置ＭＰや補助装置ＳＰなどへの電力供給を維持することができる。
【０１２８】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明のクレーン用ハイブリッド電源装置は、ガントリークレーンやタイヤマウント式ジブクレーンなどのエンジン発電機を動力源として有するクレーン等のように、インバータの直流母線に電力を供給する設備の電源として適している。
【符号の説明】
【０１３０】
１        クレーン用ハイブリッド電源装置
２        制御装置
２ａ      負担電力算出部
２ｂ      指令信号送信部
１０        エンジン発電機
２０        エンジン
２１        エンジン本体
２２        エンジン制御部
３０        発電部
３１        発電機
３２        発電機制御部
４０        蓄電装置
【図１】
0005580307.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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