(57)【要約】【課題】クレーン装置の給電が不能となった場合に、速やかにクレーン装置に非常用の電力を供給できるクレーン用非常電源装置、クレーンシステム及び非常時電力供給方法を提供する。【解決手段】このクレーン用非常電源装置（１）は、エンジン発電機（１０）と、エンジン発電機（１０）の電力を交流電力に変換するインバータ（２２）と、クレーン装置と接続可能でありインバータ（２２）が変換した電力を出力する接続部（３１）と、接続部（３１）からインバータ（２２）に戻される電力を吸収する回生抵抗（２５）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン発電機と、
前記エンジン発電機の電力を交流電力に変換するインバータと、
クレーン装置と接続可能であり前記インバータが変換した電力を出力する接続部と、
前記接続部からインバータに戻される電力を吸収する回生抵抗と、
を備えるクレーン用非常電源装置。
【請求項２】
前記インバータと前記エンジン発電機との間に高調波抑制回路を更に備える、
請求項１記載のクレーン用非常電源装置。
【請求項３】
前記インバータと前記接続部との間に正弦波フィルタを更に備える、
請求項１又は請求項２記載のクレーン用非常電源装置。
【請求項４】
可搬性を有する台に前記エンジン発電機から前記接続部までの構成要素及び前記回生抵抗が搭載されている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のクレーン用非常電源装置。
【請求項５】
前記台を移動する車輪が設けられている、
請求項４記載のクレーン用非常電源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のクレーン用非常電源装置と、
前記クレーン用非常電源装置と接続可能な電力入力部を有するクレーン装置と、
を備えるクレーンシステム。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のクレーン用非常電源装置とクレーン装置とに接続し、前記クレーン用非常電源装置から前記クレーン装置へ電力を供給する非常時電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーン用非常電源装置、クレーンシステム及び非常時電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば港湾において荷役を行う、コンテナクレーン、ジブクレーンなどのクレーン装置がある。従来のクレーン装置では、主な電源として系統電源（商用電源）とエンジン発電機とが利用されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、様々な電気機器に電力を供給できる非常用エンジン発電機が一般にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−００６６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クレーン装置の動作中、系統電源に障害が発生したりエンジン発電機が故障したりして各駆動部への給電が不能となった場合、クレーン装置の吊り具及び吊荷を緊急的に退避させなければならないときかある。
【０００６】
しなしながら、クレーン装置は大きな回生電力が発生する場合があるなど、一般的な非常用エンジン発電機を用いてクレーン装置に給電することは困難である。非常用エンジン発電機から給電を行うには、クレーン装置の配電部に対して非常用エンジン発電機に対応させる改造を行う必要があり、手間と時間がかかり緊急的な退避の妨げとなる。
【０００７】
一方、既設のクレーン装置の配電部を予め改造しておくことを検討できる。しかしながら、このような改造をするには、改造の間、既設のクレーン装置を休止させる必要があり、荷役を行う施設の稼働効率を低下させてしまう。例えば、コンテナ船の荷役を行う施設では、昼夜を問わずクレーン装置が稼働することもあり、クレーン装置を長く休止させることは望ましくない。また、クレーン装置の配電部に普段使用しない回路を設けた場合、給電不能というような稀な状況でしか使用しないにも拘らず、通常の保守管理は必要となり、メンテナンスコストが上昇するという課題が生じる。
【０００８】
本発明は、クレーン装置の給電が不能となった場合に、速やかにクレーン装置に非常用の電力を供給できるクレーン用非常電源装置、クレーンシステム及び非常時電力供給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】
【０００９】
本発明に係るクレーン用非常電源装置は、
エンジン発電機と、
前記エンジン発電機の電力を交流電力に変換するインバータと、
クレーン装置と接続可能であり前記インバータが変換した電力を出力する接続部と、
前記接続部からインバータに戻される電力を吸収する回生抵抗と、
を備える構成とした。
【００１０】
本発明に係るクレーンシステムは、
上記のクレーン用非常電源装置と、
前記クレーン用非常電源装置と接続可能な電力入力部を有するクレーン装置と、
を備える構成とした。
【００１１】
本発明に係る非常時電力供給方法は、
上記のクレーン用非常電源装置とクレーン装置とに接続し、前記クレーン用非常電源装置から前記クレーン装置へ電力を供給する方法とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、クレーン装置の給電が不能となった場合に、速やかにクレーン装置に非常用の電力を供給できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のクレーン用非常電源装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態のクレーン用非常電源装置を示す外観図である。
【図３】実施形態のクレーン用非常電源装置の変形例を示す外観図である。
【図４】実施形態のクレーン装置を示す斜視図である。
【図５】実施形態のクレーン装置の電気設備を示すブロック図である。
【図６】クレーン用非常電源装置の（Ａ）エンジン発電機、（Ｂ）高調波フィルタ、（Ｃ）インバータ及び（Ｄ）正弦波フィルタの各出力の電圧及び電流を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態のクレーン用非常電源装置を示すブロック図である。図２は、実施形態のクレーン用非常電源装置を示す外観図である。
【００１６】
本実施形態のクレーン用非常電源装置１は、港湾で荷役を行うクレーン装置１００（図４）に、非常用の電力を供給可能な装置である。クレーン用非常電源装置１は、エンジン発電機１０と、電力の変換及び伝送を行う電気室２０と、これらが搭載された可搬性を有する台（以下、可搬台と言う）４０（図２）とを有する。
【００１７】
エンジン発電機１０は、例えばディーゼルエンジン発電機であり、燃料を内燃機関で燃焼させて得た動力から交流電力を発生させる。
【００１８】
電気室２０は、第１の伝送系統として、高調波抑制回路としての高調波フィルタ２１、インバータ２２、正弦波フィルタ２３、回生ユニット２４、回生抵抗２５及び断続器２６を備える。第１の伝送系統は、主にクレーン装置１００のモータを駆動する電力を伝送する。第１の伝送系統の出力段（例えば断続器２６の後段）には、クレーン装置１００のモータ系電力ケーブルと接続可能な接続部としてのコネクタ３１が設けられている。
【００１９】
高調波フィルタ２１は、エンジン発電機１０とインバータ２２との間に設けられ、これらの間で伝送される高調波を抑制する。高調波を抑制することで、インバータ２２のスイッチング制御により発生する高調波がエンジン発電機１０に混入することが抑制され、エンジン発電機１０の交流電流及び交流電圧を安定させることができる。これにより、高調波逆相電流を抑制し、エンジン発電機１０の容量増大を抑制できる。高調波フィルタ２１は、例えば、一つの電力線に直列に接続されるインダクタＬ１、Ｌ２と、これらの接続点と別の電力線との間に直列に接続されるインダクタＬ３及び容量Ｃ１、Ｃ２等を含んで構成される。
【００２０】
インバータ２２は、エンジン発電機１０の交流出力を所定周波数の交流電力へ変換する。また、インバータ２２は、出力側から回生電力が入力された場合に、この電力を回生ユニット２４側へ送る機能を有する。
【００２１】
正弦波フィルタ２３は、インバータ２２の矩形波状の出力電圧を正弦波状に変換する。クレーン装置１００では、モータをインバータのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御で駆動するため、電力供給側の電圧が矩形波状であると、正常なＰＷＭ制御に支障か生じる。しかし、正弦波フィルタ２３を介して電力を供給することで、クレーン装置１００側のＰＷＭ制御を正常に遂行することができる。正弦波フィルタ２３は、例えば１つの電力線に設けられるインダクタンスＬＳ１と、複数の電力線間に設けられる容量Ｃ１等を含んで構成される。
【００２２】
回生ユニット２４は、インバータ２２から送られる回生電力を回生抵抗２５で消費可能な電流波形に変換する。
【００２３】
回生抵抗２５は、回生電力を動力又は熱に変換して消費する。
【００２４】
断続器２６は、例えば正弦波フィルタ２３の後段に設けられ、第１の伝送系統の出力の断続を切り替える。
【００２５】
電気室２０は、更に、第２の伝送系統として、断続器２８及び変圧器２９を備える。第２の伝送系統は、大きな回生電力が生じないクレーン装置１００の補機（ブレーキ、照明等）を駆動する電力を伝送する。第２の伝送系統の出力段には、クレーン装置１００の補機用の電力ケーブルと接続可能な接続部としてのコネクタ３２が設けられている。
【００２６】
断続器２８は、第２の伝送系統の出力の断続を切り替える。
【００２７】
変圧器２９は、エンジン発電機１０が出力する交流電圧を補機用の大きさの交流電圧に変換する。
【００２８】
可搬台４０は、床部４１と長手方向両端の側壁部４２とを有し、上部と短手方向の側部とが解放された台であり、床部４１及び側壁部４２はコンテナの対応する部位と同等の寸法を有する。また、側壁部４２の上部には、吊り具をかけるコンテナと同様の被吊り部が設けられている。このような可搬台４０によれば、荷役施設において、クレーン装置１００あるいはトップリフター（コンテナ搬送専用のフォークリフト）を利用して容易にクレーン用非常電源装置１の配置場所を変更することができる。
【００２９】
図３は、実施形態のクレーン用非常電源装置の変形例を示す外観図である。
【００３０】
なお、クレーン用非常電源装置１には、可搬台４０の代わりに、図３に示すように、車輪４５が設けられた被牽引台車４０Ａが適用されてもよい。このような構成によれば、荷役施設において、牽引車を用いてクレーン用非常電源装置１の配置場所を容易に変更することができる。
【００３１】
＜クレーンシステム＞
図４は、実施形態のクレーン装置を示す斜視図である。図５は、実施形態のクレーン装置の電気設備を示すブロック図である。
【００３２】
本発明に係る実施形態のクレーンシステムは、上述したクレーン用非常電源装置１と、図４に示されるようなクレーン装置１００と、を備える。
【００３３】
クレーン装置１００は、例えばコンテナクレーン（ガントリークレーンとも言う）であり、運転室１１０、ブーム部１１２、機械室１１４、吊り具装置（スプレッダー）１１６、レールに沿って走行する走行装置１１８を備える。
【００３４】
機械室１１４は、巻き上げモータを有する巻き上げ装置、吊り具装置１１６を水平方向に移動させる横行装置、ブーム部１１２を起伏させる起伏装置、運転室１１０を移動させる移動装置、これらの各電気部品の制御及び電力供給を行う電気設備２００を収容する。
【００３５】
クレーン装置１００の電気設備２００は、図５に示すように、系統電源から電力を入力して配電する配電部２１０と、開閉器を有し配電部２１０からモータ制御部２１５側に電流を引き込む第１引込部２１２とを備える。さらに、電気設備２００は、開閉器を有し配電部２１０から補機制御部２２４側に電流を引き込む第２引込部２２２を備える。また、電気設備２００は、クレーン用非常電源装置１に接続可能な電力ケーブル２３１、２３２と、電力ケーブル２３１、２３２と第１及び第２引込部２１２、２２２との各接続を切り替える断続装置２３３とを備える。電力ケーブル２３１、２３２は、プラグＰ１、Ｐ２を介してコネクタ３１、３２に接続可能である。電力ケーブル２３１、２３２及びプラグＰ１、Ｐ２は、本発明に係る電力入力部の一例に相当する。
【００３６】
配電部２１０は、系統電源の交流電圧をモータ駆動用の高い交流電圧に変換する変圧器２１０ａと、系統電源の交流電圧を補機用の低い交流電圧に変換する変圧器２１０ｂとを備える。これらを介して、配電部２１０は、系統電源から供給される電力をモータ制御部２１５側と補機制御部２２４側とに分配する。
【００３７】
第１引込部２１２の後段には、突入電流を緩衝するＡＣリアクトル部２１４と、各系統のモータＭを制御するモータ制御部２１５とが設けられる。モータ制御部２１５は、コモンコンバータ２１５Ａ及び複数のインバータ２１５Ｂを備え、複数のインバータ２１５Ｂから複数系統のモータＭにそれぞれ駆動電流が出力される。コモンコンバータ２１５Ａは、複数のインバータ２１５Ｂで同時に力行動作と回生動作とが生じた場合に、複数のインバータ２１５Ｂ間で電力を受け渡して力行電力と回生電力とが相殺されるように電力変換を行う。また、コモンコンバータ２１５Ａは、入力側と複数のインバータ２１５Ｂとの間で相殺されない電力の供給又は回生電力の伝送を行うように電力変換を行う。複数のインバータ２１５Ｂは、運転室１１０からの各モータＭの駆動要求に基づいて、例えばＰＷＭ制御を用いて各モータＭへ駆動電流を出力する。複数系統のモータＭには、巻き上げ装置を駆動する複数の巻き上げモータ、横行装置を駆動する複数の横行モータ、運転室１１０の移動モータ、及び、走行装置１１８の複数の走行モータが含まれる。
【００３８】
第２引込部２２２の後段には、各種の補機Ｆ１、Ｆ２を制御する補機制御部２２４が設けられる。補機制御部２２４は、複数の開閉器を有し、運転室１１０からの指令に基づいて開閉器の開閉を切り替えることで、補機Ｆ１、Ｆ２の駆動を制御する。補機Ｆ１、Ｆ２には、走行装置１１８の走行を制動するディスクブレーキ（ＤＢ）及びブレーキユニット（ＢＵ）、各装置を制動するブレーキ（ＴＨ）などが含まれる。
【００３９】
＜通常給電時の動作＞
系統電源からの給電が有る通常給電時、電気設備２００が起動されて第１引込部２１２、第２引込部２２２の断続器が閉じられると、モータ制御部２１５にＡＣリアクトル部２１４を介して所要の交流電力が供給される。また、補機制御部２２４に低電圧の交流電力が供給される。モータ制御部２１５では、運転室１１０からの指令に応じて複数のインバータ２１５Ｂが動作して、各モータＭから要求されたトルクが出力される。また、補機制御部２２４では、運転室１１０からの指令に応じて開閉器が切り替えられて要求された補機Ｆ１、Ｆ２が駆動される。
【００４０】
各モータＭの制動時には比較的に大きな回生電力がインバータ２１５Ｂに戻され、この回生電力を別のインバータ２１５Ｂの力行で消費できない場合には、コモンコンバータ２１５Ａから配電部２１０側へ回生電力が戻される。この回生電力は電力線を介して系統電源に吸収される。
【００４１】
＜非常時の電力供給方法＞
系統電源から電力の供給が不能となった場合、作業員は、先ず、クレーン用非常電源装置１をクレーン装置１００の近傍まで搬送する。次に、作業員は、クレーン装置１００の第１引込部２１２及び第２引込部２２２の断続器を切断し、電力ケーブル２３１、２３２をクレーン用非常電源装置１のコネクタ３１、３２に接続し、断続装置２３３を閉とする。そして、作業員は、クレーン用非常電源装置１を始動させる。
【００４２】
これにより、エンジン発電機１０が駆動して発電を開始する。エンジン発電機１０が発電した電力は、第１の伝送系統において、高調波フィルタ２１、インバータ２２及び正弦波フィルタ２３を介して、第１引込部２１２からクレーン装置１００の電気設備２００へ伝送される。第１引込部２１２から入力された電力は、モータ制御部２１５へ送られて各モータＭを駆動するのに使用される。
【００４３】
図６は、クレーン用非常電源装置の（Ａ）エンジン発電機、（Ｂ）高調波フィルタ、（Ｃ）インバータ及び（Ｄ）正弦波フィルタの各出力の電圧及び電流を示す波形図である。
【００４４】
第１の伝送系統においては、エンジン発電機１０とインバータ２２との間に高調波フィルタ２１があることで、高調波が抑制され、図６（Ａ）に示すように、エンジン発電機１０の出力波形が安定する。これにより、高調波逆相電流を抑制し、エンジン発電機１０の容量増大を抑制できる。
【００４５】
また、第１の伝送系統においては、回生電力を回生抵抗２５側に振り分けるためにインバータ２２を設けている。一方、インバータ２２の出力電圧は、図６（Ｃ）に示すように矩形波状となり、このままではクレーン装置１００のモータ制御部２１５が正常に動作しない。しかし、インバータ２２の後段に正弦波フィルタ２３を設けることで、クレーン装置１００へ出力される交流電圧が正弦波状となり（図６（Ｄ）を参照）、クレーン装置１００のモータ制御部２１５において正常なＰＷＭ制御を実現できる。
【００４６】
各モータＭの制動時、比較的に大きな回生電力がクレーン用非常電源装置１に戻されたときには、インバータ２２が回生電力を回生ユニット２４へ送り、回生抵抗２５で回生電力を消費する。これにより、エンジン発電機１０へ回生電力が入力されてしまうことが回避される。
【００４７】
クレーン用非常電源装置１の第２の伝送系統においては、エンジン発電機１０が発電した電力が、変圧器２９により変圧されて、第２引込部２１３からクレーン装置１００の電気設備２００へ出力される。第２引込部２１３から入力された電力は、補機制御部２２４へ送られて補機Ｆ１、Ｆ２を駆動するのに使用される。
【００４８】
クレーン装置１００の運転員は、クレーン用非常電源装置１からの電力供給により、通常と同様にクレーン装置１００を運転することができ、これにより吊り具又は吊荷を退避させるといった退避動作を遂行できる。
【００４９】
系統電源から電力の供給が不能となった複数のクレーン装置１００が港湾施設に有る場合、作業員は、トップリフターなどを用いて、順に、１台のクレーン用非常電源装置１を各クレーン装置１００の近傍に搬送する。そして、順次、クレーン用非常電源装置１から各クレーン装置１００に電力供給を行って退避動作を行わせる。これにより、１台のクレーン用非常電源装置１により、複数のクレーン装置１００の退避動作を遂行することができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態のクレーン用非常電源装置１は、エンジン発電機１０、インバータ２２及び回生抵抗２５を備えている。したがって、系統電源から電力供給を受けて動作するクレーン装置１００に対して、大きな改造を加えることなく、クレーン用非常電源装置１から電力を供給してクレーン装置１００を動作させることができる。詳細には、一般的なエンジン発電機のみで、クレーン装置１００に電力を供給する場合、クレーン装置１００に回生電力を吸収する回生抵抗と、回生電力が生じたときにこの電力を回生抵抗へ送る切替器とを増設する必要がある。この場合、改造に長い時間を費やし、また、これらの保守を行うためのコストも増加する。しかし、本実施形態のクレーン用非常電源装置１は、クレーン装置１００から戻される回生電力を消費して吸収することができる。したがって、クレーン装置１００の電気設備２００に、クレーン用非常電源装置１から電力を入力する構成のみを設ければ済み、増設のために長い休止期間は生じない。
【００５１】
また、実施形態のクレーン用非常電源装置１によれば、インバータ２２とエンジン発電機１０との間に高調波フィルタ２１が設けられている。これにより、インバータ２２で出力に応じたスイッチング制御が行われても、エンジン発電機１０の出力電圧及び出力電流の波形を安定させることができる。したがって、エンジン発電機１０の電流容量に対してクレーン用非常電源装置１の出力定格を大きく設定することができる。
【００５２】
また、実施形態のクレーン用非常電源装置１によれば、インバータ２２の後段に正弦波フィルタ２３が設けられている。これにより、クレーン装置１００に出力される電圧波形が正弦波状となって、クレーン装置１００のモータＭを駆動するインバータ２１５ＢのＰＷＭ制御を正常に遂行することができる。
【００５３】
また、実施形態のクレーン用非常電源装置１によれば、可搬台４０あるいは被牽引台車４０Ａに各構成要素が搭載されている。したがって、荷役施設に通常備わる搬送手段（トップリフター又は牽引車等）によってクレーン用非常電源装置１を容易に搬送できる。これにより、系統電源の喪失時、クレーン用非常電源装置１を容易にクレーン装置１００の近傍まで搬送し、クレーン装置１００に非常時の電力供給行うことができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明の上記実施形態に限られない。例えば、非常用の電力を供給するクレーン装置１００としては、コンテナクレーン又はジブクレーンに限られず、種々のクレーン装置が適用可能である。また、上記実施形態では、クレーン用非常電源装置１がインバータ２２を介さずに補機用の電力を供給する第２の伝送系統を含む構成を示したが、この第２の伝送系統は省略されてもよい。この場合、補機用の電力を入力する電力入力部として、クレーン装置１００の変圧器２１０ｂよりも上流に、クレーン用非常電源装置と接続可能な電力線の一端を接続すればよい。そして、ここから第１の伝送系統の電力を入力し、補機の電力を供給すればよい。その他、高調波フィルタの具体的な回路構成、正弦波フィルタの具体的な回路構成など、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１  クレーン用非常電源装置
１０  エンジン発電機
２０  電気室
２１  高調波フィルタ（高調波抑制回路）
２２  インバータ
２３  正弦波フィルタ
２４  回生ユニット
２５  回生抵抗
３１、３２  コネクタ（接続部）
４０  可搬台（台）
４２  側壁部
４０Ａ  被牽引台車
４５  車輪
１００  クレーン装置
２００  電気設備
２１０  配電部
２１２  第１引込部
２１４  ＡＣリアクトル部
２１５  モータ制御部
２１５Ａ  コモンコンバータ
２１５Ｂ  インバータ
Ｍ  モータ
２２２  第２引込部
２２４  補機制御部
Ｆ１、Ｆ２  補機
２３３  断続装置
２３１、２３２  電力ケーブル（電力入力部）
Ｐ１、Ｐ２  プラグ（電力入力部）
【図１】
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【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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