(57)【要約】  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。
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／１４６８５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
＜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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
【数１】
2015145748.tif 000003
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
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。
【符号の説明】
【００５３】
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
【図１】
2015145748.tif 000004
【図２】
2015145748.tif 000005
【図３】
2015145748.tif 000006
【図４】
2015145748.tif 000007
【図５】
2015145748.tif 000008
【図６】
2015145748.tif 000009
【図７】
2015145748.tif 000010
【図８】
2015145748.tif 000011
【図９】
2015145748.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月29日(2016.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷役作業を行うクレーン装置であって、
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、を具備し、
前記充放電制御部は、当該クレーン装置が起動して前記補機類が電力を必要とし始めた際から前記電源が動作して必要な電力を出力するまでの間に前記補機類で消費する電力を前記蓄電池が供給するように制御する
クレーン装置。
【請求項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。
【請求項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クレーン装置用の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、
を具備し、
前記充放電制御部は、前記クレーン装置が起動して前記補機類が電力を必要とし始めた際から前記電源が動作して必要な電力を出力するまでの間に前記補機類で消費する電力を前記蓄電池が供給するように制御する
クレーン装置用の電力供給ユニット。
【請求項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であって、前記クレーン装置が起動して前記補機類が電力を必要とし始めた際から前記電源が動作して必要な電力を出力するまでの間に前記補機類で消費する電力を前記蓄電池が供給するように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クレーン装置の改造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、クレーン装置、クレーン装置用の電力供給ユニットおよびクレーン装置の改造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
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、クレーン装置用の電力供給ユニットおよびクレーン装置の改造方法を提供する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、クレーン装置は、荷役作業を行うクレーン装置であって、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、を具備し、前記充放電制御部は、当該クレーン装置が起動して前記補機類が電力を必要とし始めた際から前記電源が動作して必要な電力を出力するまでの間に前記補機類で消費する電力を前記蓄電池が供給するように制御する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、クレーン装置用の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クレーン装置用の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、を具備し、前記充放電制御部は、前記クレーン装置が起動して前記補機類が電力を必要とし始めた際から前記電源が動作して必要な電力を出力するまでの間に前記補機類で消費する電力を前記蓄電池が供給するように制御する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、クレーン装置の改造方法は、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であって、前記クレーン装置が起動して前記補機類が電力を必要とし始めた際から前記電源が動作して必要な電力を出力するまでの間に前記補機類で消費する電力を前記蓄電池が供給するように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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記したクレーン装置、クレーン装置用の電力供給ユニットおよびクレーン装置の改造方法によれば、環境性能をより向上させることが可能になる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
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。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015145748.tif 000013
【国際調査報告】
2015145748.tif 000014
2015145748.tif 000015
2015145748.tif 000016
2015145748.tif 000017