(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶に搭載される陸上電源給電用ケーブルリールであって、
前記船舶が港湾に係留されているときに、前記船舶から陸上に垂直に下ろされると共に陸上電源設備から前記船舶の受電設備に電力を供給する給電ケーブルと、
前記給電ケーブルを巻回する巻取りドラムと、
前記船舶と岸壁の高さ位置の関係が変化することで前記給電ケーブルに弛みや過張力が発生することを防止すべく、前記給電ケーブルにかかる張力が一定となるように制御するオートテンション機構と、
を備え、
前記オートテンション機構は、前記巻取りドラムを駆動するモータと、前記モータを定トルクで駆動するために前記モータに定電流を出力するインバータと、前記モータに直結されたブレーキと、を有し、
前記モータは、巻取りトルクが前記給電ケーブルの重量に基づいて設定され、
前記ブレーキは、前記インバータが完全に動作するまでブレーキ解除しないようにされることを特徴とする陸上電源給電用ケーブルリール。
【請求項２】
前記オートテンション機構は、前記給電ケーブルが前記船舶から陸上に下ろされる引出し時と前記給電ケーブルが陸上から前記船舶に巻上げられる巻取り時においても、前記給電ケーブルにかかる張力が一定となるように制御する請求項１記載の陸上電源給電用ケーブルリール。
【請求項３】
前記オートテンション機構は、前記給電ケーブルに一定の張力を与えて、前記船舶の上下移動に追従して、前記給電ケーブルを自動で送り出し・巻上げする自動モードからなり、手動により前記給電ケーブルの送り出し・巻上げを行う手動モードに切替可能とされる請求項１または２記載の陸上電源給電用ケーブルリール。
【請求項４】
前記オートテンション機構は、前記自動モードにおける送り出し・巻上げ速度が、前記手動モードより早く設定される請求項３記載の陸上電源給電用ケーブルリール。
【請求項５】
前記巻取りドラムに、該巻取りドラムの回転を検出して給電ケーブルの巻き量を検出すると共に、前記給電ケーブルの過巻取り時、過引出し時に前記巻取りドラムの回転を非常停止させるリミットスイッチを設けた請求項１〜４いずれかに記載の陸上電源給電用ケーブルリール。
【請求項６】
前記リミットスイッチは、前記給電ケーブルの巻取り量が所定のしきい値を超えた場合、および前記給電ケーブルの引出し量が所定のしきい値を超えた場合に、プレアラームを出力する警報手段を備える請求項５記載の陸上電源給電用ケーブルリール。
【請求項７】
前記給電ケーブルの先端部にワイヤグリップを取付け、該ワイヤグリップを陸上係留装置に固定する請求項１〜６いずれかに記載の陸上電源給電用ケーブルリール。
【請求項８】
前記給電ケーブルの送り出し部に可倒式のケーブルガイドを設けた請求項１〜７いずれかに記載の陸上電源給電用ケーブルリール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶を港に係留し陸上から船舶に電力を供給する場合に使用する陸上電源給電用ケーブルリール（以下、陸電給電用ケーブルリールと称す）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化等の環境保護運動が活発に行われており、特に大気汚染への関心は高く、内燃機関の稼働時に排出される排気ガス（ＣＯ2、ＮＯｘ、ＳＯｘ等）の削減が注目されている。
【０００３】
船舶を港に係留する場合、船内の発電機を使用して船内に電力を供給しているが、船内の発電機は内燃機関を用いているので、発生する排ガスが環境に悪影響をもたらすという問題がある。
【０００４】
船舶の排気ガスを削減する方法の一つとして、停泊中の船舶の発電機を停止させる代わりに陸上から電力を供給するシステム、いわゆる船舶版アイドリングストップが有望視されている。このシステムは、Cold Ironing SystemまたはＡＭＰ（Alternative Maritime Power）と呼ばれている。
【０００５】
このように、近年、船舶の排気ガスを削減するために、船舶が港に係留中は陸上から電力を受けて船内の発電機を停止させておくことが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
陸上（岸壁）側の電力設備と船舶側の電力設備とを電気的に接続するために給電ケーブルを用いる場合、陸上から船内に電力を供給する給電ケーブルは、岸壁の高さや船舶の係留場所等によってその長さが変わるので、ケーブルリールを船舶に搭載し、このケーブルリールを介して陸上から受電することも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２３７１５１号公報
【特許文献２】登録実用新案第３１２６６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、船舶では、停泊中の潮の満ち引きや、船舶に積載する積荷の量による上下移動がある。例えば、大型のコンテナ船等は一つの港に停泊する期間が約１週間程度であり、潮の干満によって岸壁と船舶の高さ位置の関係が変化し、給電ケーブルが引っ張られて断線する可能性や、反対にケーブルが弛んで他の構造物と干渉して損傷を受けるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、使用時にケーブルに損傷を与えることなく陸上から船舶へ安定して給電可能な陸電給電用ケーブルリールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、船舶に搭載される陸上電源給電用ケーブルリールであって、前記船舶が港湾に係留されているときに、前記船舶から陸上に垂直に下ろされると共に陸上電源設備から前記船舶の受電設備に電力を供給する給電ケーブルと、前記給電ケーブルを巻回する巻取りドラムと、前記船舶と岸壁の高さ位置の関係が変化することで前記給電ケーブルに弛みや過張力が発生することを防止すべく、前記給電ケーブルにかかる張力が一定となるように制御するオートテンション機構と、を備え、前記オートテンション機構は、前記巻取りドラムを駆動するモータと、前記モータを定トルクで駆動するために前記モータに定電流を出力するインバータと、前記モータに直結されたブレーキと、を有し、前記モータは、巻取りトルクが前記給電ケーブルの重量に基づいて設定され、前記ブレーキは、前記インバータが完全に動作するまでブレーキ解除しないようにされる陸上電源給電用ケーブルリールである。
【００１１】
前記オートテンション機構は、前記給電ケーブルが前記船舶から陸上に下ろされる引出し時と前記給電ケーブルが陸上から前記船舶に巻上げられる巻取り時においても、前記給電ケーブルにかかる張力が一定となるように制御してもよい。
【００１２】
前記オートテンション機構は、前記給電ケーブルに一定の張力を与えて、前記船舶の上下移動に追従して、前記給電ケーブルを自動で送り出し・巻上げする自動モードからなり、手動により前記給電ケーブルの送り出し・巻上げを行う手動モードに切替可能とされてもよい。
【００１３】
前記オートテンション機構は、前記自動モードにおける送り出し・巻上げ速度が、前記手動モードより早く設定されてもよい。
【００１４】
前記巻取りドラムに、該巻取りドラムの回転を検出して給電ケーブルの巻き量を検出すると共に、前記給電ケーブルの過巻取り時、過引出し時に前記巻取りドラムの回転を非常停止させるリミットスイッチを設けてもよい。
【００１５】
前記リミットスイッチは、前記給電ケーブルの巻取り量が所定のしきい値を超えた場合、および前記給電ケーブルの引出し量が所定のしきい値を超えた場合に、プレアラームを出力する警報手段を備えてもよい。
【００１６】
前記給電ケーブルの先端部にワイヤグリップを取付け、該ワイヤグリップを陸上係留装置に固定してもよい。
【００１７】
前記給電ケーブルの送り出し部に可倒式のケーブルガイドを設けてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、使用時にケーブルに損傷を与えることなく陸上から船舶へ安定して給電可能な陸電給電用ケーブルリールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る陸電給電用ケーブルリールを搭載した船舶の概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る陸電給電用ケーブルリールを示す図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は回路図である。
【図３】本発明において、モータの軸トルクと回転数の関係の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る陸電給電用ケーブルリールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその４Ｂ線矢視図、（ｃ）はその４Ｃ線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る陸電給電用ケーブルリールを搭載した船舶の概略図である。
【００２２】
図１に示すように、陸電給電用ケーブルリール１は、コンテナ船等の船舶２に搭載され、船舶２が港湾に係留しているときに、岸壁３に設けられた陸上電源設備４から供給される電力を船舶２内の受電設備５に供給する給電ケーブル６と、給電ケーブル６を巻回する巻取りドラム７とを備えている。
【００２３】
陸電給電用ケーブルリール１は、岸壁３に設けられた陸上電源設備４と船舶２の受電設備５とを給電ケーブル６を介して接続し、陸上から船舶２に給電するものである。
【００２４】
給電ケーブル６の先端にはコネクタ８が設けられており、このコネクタ８により、給電ケーブル６が陸上電源設備４に接続される。また、給電ケーブル６の先端部には、ワイヤグリップ９が取付けられており、このワイヤグリップ９を図示しない陸上係留装置に固定することにより、コネクタ８に張力が加わり損傷を受けることや、給電中にコネクタ８が外れることを防止している。
【００２５】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る陸電給電用ケーブルリール１は、巻取りドラム７に、インバータ１０による定トルク制御により、給電ケーブル６にかかる張力が常時一定となるように制御するオートテンション機構１１を設けてなる。
【００２６】
オートテンション機構１１は、巻取りドラム７を駆動するモータ１２と、モータ１２に定電流を出力することで、モータ１２を定トルクで駆動するインバータ１０とを備えている。巻取りドラム７は、インバータ１０により定トルク制御されたモータ１２により、常時巻取り方向に一定トルクが付与されるようにされ、給電ケーブル６には常時一定の張力が付与される。この張力により、給電ケーブル６の弛みが抑制される。
【００２７】
オートテンション機構１１を設けることにより、給電ケーブル６の引出し時、巻取り時ともにモータ１２の出力トルクを一定にし、給電ケーブル６にかかる張力を一定に保つことが可能となり、モータ１２を定トルクで連続運転することで、給電ケーブル６が弛んだ場合は給電ケーブル６を巻取り、給電ケーブル６が張った場合は給電ケーブル６を送り出す動作を自動で行うことが可能となる。このため、船舶２が変位して船舶２と岸壁３の高さ位置の関係が変化しても、給電ケーブル６が弛んだり、過大な張力が加わることがなく、給電ケーブル６の損傷を防止することが可能となる。
【００２８】
以下、オートテンション機構１１について詳細に説明する。
【００２９】
巻取りドラム７の駆動源であるモータ１２としては、交流三相インダクションモータ（ＩＭ）を用いる。モータ１２は、ベクトル制御を行うインバータ１０により、出力トルクがダイレクトにコントロールされる。モータ１２およびインバータ１０としては、連続定格のものを用いる。
【００３０】
本実施の形態では、インバータ１０により周波数・電圧を制御し、モータ１２に定電流を流すことにより定トルク制御を行っている。したがって、電源電圧に変動があっても、モータ１２の出力トルクは変わらずに一定となり、モータ１２は、専用のインバータ１０によるベクトル制御により、回転数に関係なく設定したトルクを発生するように制御される。モータ１２の軸トルク（出力トルク）と回転数の関係の一例を図３に示す。
【００３１】
モータ１２は、減速機１３に直接取付けられ、減速機１３は巻取りドラム７に取付けられる。モータ１２には、ブレーキ（ＢＲ）１４、ロータリエンコーダ（ＰＬＧ）１５が直結して設けられている。
【００３２】
モータ１２に直結したロータリエンコーダ１５は、モータ１２の回転および回転方向を検出して制御回路１６に出力する。制御回路１６は、ロータリエンコーダ１５からの信号に基づき、インバータ１０における設定トルクを決定し、インバータ１０に出力する。これにより、モータ１２の出力トルクが設定トルクに調整され、モータ１２の出力トルクが一定となるように制御される。
【００３３】
本実施の形態に係る陸電給電用ケーブルリール１では、船舶２上から陸上にほぼ垂直に給電ケーブル６を下ろすことになるため（図１参照）、給電ケーブル６の全重量が巻取りドラム７の巻取り荷重となることから、給電ケーブル６の重量に基づき巻取りトルク（モータ１２の出力トルク）を設定する。なお、設定トルクは引出した給電ケーブル６を巻上げるのに十分な大きさであることはもちろんであるが、設定トルクが大きすぎると、給電ケーブル６がピンと張った際、後述するケーブルガイド等で給電ケーブル６に思わぬダメージを与えるおそれがあるため、大きすぎてもいけない。
【００３４】
モータ１２に直結しているブレーキ１４は、インバータ１０が完全に動作するまでブレーキ解除しないようにされる。これにより、万一、給電ケーブル６が引出された状態で電源オフとなり、その後電源が復旧された場合（オートテンション中のブラックアウトからの立上げ時）でも、給電ケーブル６の自重で給電ケーブル６が引出されることがなくなる。
【００３５】
また、オートテンション機構１１では、インバータ１０からモータ１２に出力される電流（モータ１２に入力される電流）を検出する電流検出器１７が設けられる。電流検出器１７からの出力は制御回路１６に出力され、制御回路１６は、モータ１２に出力される電流が予め設定されたしきい値（例えば、モータ１２の最大定格電流）よりも大きい場合、インバータ１０に非常停止信号を出力して、モータ１２を非常停止するようにされる。インバータ１０には、異常が発生した際にアラーム表示するためのタッチパネル１８が設けられている。また、インバータ１０は、異常信号を出力することも可能である。制御回路１６はパッケージ（基板）化され、インバータ１０と共に制御盤１９に搭載される。なお、インバータ１０のパラメータ（制御パラメータ）は、パッケージ化された制御回路１６の基板上の不揮発性メモリに保存されるため、長時間停電しても消えることはない。
【００３６】
オートテンション機構１１は、給電ケーブル６に一定の張力を与えて、船舶２の上下移動に追従して、給電ケーブル６を自動で送り出し・巻上げする自動モードからなり、手動により給電ケーブル６の送り出し・巻上げを行う手動モードに切替可能とされる。手動モードと自動モードの切替え、あるいは手動モードで手動操作を行う際には、制御盤１９に設けられたペンダントスイッチ２０を使用する。
【００３７】
船舶２が港に停泊し、陸上からの給電を開始するため給電ケーブル６を船上から陸上に降ろす場合、あるいは陸上からの給電を終了し給電ケーブル６を巻上げる場合の給電ケーブル６の送出し・巻上げは、ペンダントスイッチ２０を使用した手動モードにより行われる。この場合、給電ケーブル６の送出し・巻上げは、他の構造物に当たり給電ケーブル６が損傷しないよう監視しながらゆっくりと行うため、送出し・巻上げ速度は７．５〜１５ｍ／分程度がよい。
【００３８】
一方、陸上からの給電を開始した後は、自動モードに切替えて無人運転で給電ケーブル６の張力を一定に保つ。このとき、波の振幅、天候等による急激な船舶２の移動、傾きにも追従して給電ケーブル６のケーブル長を調整し、給電ケーブル６がダメージを受けることを防止するために、自動モードでの送出し・巻上げ速度は１８〜２２ｍ／分程度とし、手動モードより早く設定するとよい。
【００３９】
本実施の形態では、巻取り時と引出し時においても、給電ケーブル６にかかる張力をほぼ等しい値（一定の値）としている。つまり、引出し運転時には、制御回路１６が引出し運転であることを検出し、モータ１２のトルクを減速機１３などの逆機械効率分で自動的に軽減している（引出し運転時には、モータ１２より発生する回生エネルギーを回生抵抗器で消費させている）。このため、巻取りドラム７に余分なトルクをかけることがない。
【００４０】
巻取りドラム７の巻取りトルクの調整（基準トルク（＝設計値）からの調整）については、インバータ１０に接続された図示しないトルク設定用抵抗器を用い、抵抗器を接続換えすることにより、設定トルクを容易に変えることができる。本実施の形態では、２４０Ω（＋１０％）、３８０Ω（＋５％）、５６０Ω（標準トルク）、１ｋΩ（−５％）、２．４ｋΩ（−１０％）の５段階に設定可能とした。なお、トルク設定抵抗器をボリューム仕様とすることで、範囲内で無段階に設定することも可能である。また、手動モードでの速度（送出し・巻上げ速度）は５段階に設定可能であるが、送出し・巻上げ速度が変化しても定トルク制御とされる。
【００４１】
巻取りドラム７には、巻取りドラム７の回転を検出して給電ケーブル６の巻き量を検出するリミットスイッチ３０が設けられる。リミットスイッチ３０は、給電ケーブル６の巻き量を監視し、給電ケーブル６の過巻取り時、過引出し時に巻取りドラム７の回転を非常停止させる。すなわち、リミットスイッチ３０は、給電ケーブル６の引出し限界、巻上げ限界を検出して、異常引出し・巻上げ時に巻取りドラム７の回転を非常停止させて、給電ケーブル６の損傷を防止する。
【００４２】
リミットスイッチ３０は、給電ケーブル６の巻取り量が所定のしきい値を超えた場合、および給電ケーブル６の引出し量が所定のしきい値を超えた場合に、プレアラームを出力する警報手段を備えてもよい。これにより、引出し限界および巻上げ限界の一段階前の状態をリミットスイッチ３０で検出し、それぞれプレアラームとして警報を出力することにより、給電ケーブル６にダメージが加わることを未然に防止することが可能である。
【００４３】
図２（ａ）および図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、巻取りドラム７には、給電ケーブル６が１条または２条（図２，４では２条）巻き付けられる。
【００４４】
給電ケーブル６としては、三相交流を送電する電力用線心３本の他に、アース線１本、信号用線心、通信用光ファイバ線心を複合して１本とした可とう性ケーブルを用いる。信号用線心は、例えば、陸上電源設備４からコネクタ８が外れたことを検知するパイロット信号を伝搬するために用いる。また、通信用光ファイバ線心は、陸上と船上間の双方向通信等に使用する。
【００４５】
電力用線心、およびアース線は、巻取りドラム７と同軸に設けられたスリップリング２１を介して集電ブラシ２２により集電されて、ケーブル２３により船舶２の受電設備５に接続される。また、信号線も同様にスリップリング２１、集電ブラシ２２を介して船舶２の制御装置（図示せず）に接続される。
【００４６】
集電ブラシ２２としては、金属黒鉛ブラシ（メタリックカーボン）が使用されるが、通電電流が大きい場合等、集電部の温度上昇を小さく抑える必要がある場合には、銀入りブラシを使用することも可能である。
【００４７】
光ファイバ線心は、光成端箱２４内で光ファイバコード２５に接続され、光ロータリージョイント２６を介して光コネクタ付コード２７により船舶２の制御装置（図示せず）に接続される。
【００４８】
給電ケーブル６は、給電ケーブル６の送り出し部に設けられたケーブルガイド３１により、他の施設との接触による損傷や過大圧力・屈曲等を受けないようガイドされて、巻取りドラム７から送り出される。
【００４９】
ケーブルガイド３１は、油圧シリンダー式または電動式の可倒式とすることが望ましい。これにより、陸電供給時以外にはケーブルガイド３１を起こしておくことで、船上のスペースを有効に活用することが可能である。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態に係る陸電給電用ケーブルリール１では、巻取りドラム７に、インバータ１０による定トルク制御により、給電ケーブル６にかかる張力が常時一定となるように制御するオートテンション機構１１を設けている。
【００５１】
従来のケーブルリールでは、モータが間欠運転となっており、モータが停止している時間帯は給電ケーブルの引出しはトルクリミッタ等で軸をスリップさせることで可能であるが、巻取りは行えず、その間はケーブルが弛んだ状態のままとなっていた。
【００５２】
本実施の形態では、連続定格のモータ１２およびインバータ１０を使用し、自動運転中は、モータ１２の出力トルクが常に一定となるように制御されているため、給電ケーブル６が弛んだ場合には巻上げ、給電ケーブル６に張力がかかった場合には引出しを行うことができる。
【００５３】
すなわち、オートテンション機構１１により使用時に常に給電ケーブル６に一定の張力を与えることで、船舶２の変位により船舶２と岸壁３の高さ位置の関係が変化しても、給電ケーブル６の弛みや過大な張力を防止することができ、給電ケーブル６に損傷を与えることがなく、安定して陸上から船舶２に給電することが可能となる。
【００５４】
また、陸電給電用ケーブルリール１では、ベクトル制御を行うインバータ１０によりモータ１２に定電流を出力することで、モータ１２を定トルクで駆動している。そのため、モータ１２の出力を最大限に有効に使用することができ、モータ１２の小型化が図れる。よって、モータ１２部分をコンパクトにすることができ、陸電給電用ケーブルリール１全体を小型化することが可能である。また、エネルギーロスが少ないため、省エネルギーである。
【００５５】
陸電給電用ケーブルリール１では、制御回路１６をパッケージ化し、インバータ１０以外の外部回路をほとんど必要としないため、制御部分についても大幅な小型化が可能である。また、メンテナンスは基板の入れ替えにより行えるため、メンテナンスが容易である。
【００５６】
さらに、陸電給電用ケーブルリール１では、自動モードにおける送り出し・巻上げ速度が、手動モードより早く設定されているため、波の振幅、天候等による急激な船舶２の移動、傾きにも追従して給電ケーブル６のケーブル長を調整でき、給電ケーブル６がダメージを受けることを防止できる。
【００５７】
また、陸電給電用ケーブルリール１では、巻取りドラム７に、巻取りドラム７の回転を検出して給電ケーブル６の巻き量を検出すると共に、給電ケーブル６の過巻取り時、過引出し時に巻取りドラム７の回転を非常停止させるリミットスイッチ３０を設けているため、過巻取り、過引出しにより給電ケーブル６がダメージを受けることを防止できる。
【００５８】
さらに、リミットスイッチ３０に、給電ケーブル６の巻取り量が所定のしきい値を超えた場合、および給電ケーブル６の引出し量が所定のしきい値を超えた場合に、プレアラームを出力する警報手段を備えることにより、引出し限界および巻上げ限界の一段階前の状態をリミットスイッチ３０で検出し、それぞれプレアラームとして警報を出力することにより、給電ケーブル６にダメージが加わることを未然に防止できる。
【００５９】
また、陸電給電用ケーブルリール１では、給電ケーブル６の先端部にワイヤグリップ９を取付け、ワイヤグリップ９を陸上係留装置に固定しているため、コネクタ８に張力が加わり損傷を受けることや、給電中にコネクタ８が外れることを防止できる。
【００６０】
さらに、陸電給電用ケーブルリール１では、給電ケーブル６の送り出し部に可倒式のケーブルガイド３１を設けているため、陸電供給時以外にはケーブルガイド３１を起こしておくことで、船上のスペースを有効に活用することが可能である。
【００６１】
上記実施の形態では、給電ケーブル６に常時一定の張力を付与する定張力制御を説明したが、巻取りドラム７に巻き径検出器を設けることにより、定張力制御に加えて、給電ケーブル６のケーブル長に比例した張力を給電ケーブル６に付与するケーブル長比例制御や、給電ケーブル６のケーブル長に応じて段階的にモータ１２の出力トルクを切り替える段階トルク切替制御を行うことも可能である。
【００６２】
本発明の陸電給電用ケーブルリール１は、例えば、コンテナ内に収納されて船舶２に搭載される。陸電給電用ケーブルリール１をコンテナ内に収納した場合、陸電給電用ケーブルリール１を移設する際にコンテナごと移設すればよく、移設および設置が容易となる。これにより、陸電給電用ケーブルリール１を、既設および新設の船舶に適用することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１  陸電給電用ケーブルリール（陸上電源給電用ケーブルリール）
２  船舶
３  岸壁
４  陸上電源設備
５  受電設備
６  給電ケーブル
７  巻取りドラム
８  コネクタ
９  ワイヤグリップ
１０  インバータ
１１  オートテンション機構
１２  モータ
【図１】
0005466896.tif 000002
【図２】
0005466896.tif 000003
【図３】
0005466896.tif 000004
【図４】
0005466896.tif 000005