(57)【要約】【課題】小型の低圧受電設備で稼働で、環境への影響が少なく省エネ化が可能な、電気駆動型建設用タワークレーンの制御システム及びその制御方法の提供。【解決手段】商用電源からの電力とクレーンのモータからの回生電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段の蓄電量と商用電源の電力供給量を監視して蓄電手段への充放電のスイッチングを制御する制御手段と、商用電源からの供給電力とモータからの回生電力を蓄電手段に蓄電可能に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された電力を前記モータに供給し、前記モータからの回生電力を変換手段に供給する電力供給手段と、蓄電手段の自然放電による電圧の印可を防止する安全手段と、を少なくとも具備し、商用電源の電力を一定量以下に制御しながら、回生電力を蓄電し、蓄電手段の蓄電量によってモータの供給電源を制御する。【選択図】図１
2007166775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源とバッテリとのハイブリッド制御を行う、電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムであって、
商用電源からの電力とクレーンのモータからの回生電力を蓄電する蓄電手段と、
蓄電手段の蓄電量と商用電源の電力供給量を監視して蓄電手段への充放電のスイッチングを制御する制御手段と、
商用電源からの供給電力とモータからの回生電力を蓄電手段に蓄電可能に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電力を前記モータに供給し、前記モータからの回生電力を変換手段に供給する電力供給手段と、
蓄電手段と変換手段の間に設けられ、蓄電手段の自然放電による電圧の印可を防止する安全手段と、を少なくとも具備することを特徴とする、
電気駆動型建設用タワークレーンの制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムであって、
前記制御手段は、蓄電手段と商用電源からの電力を検出する検出手段と
複数個の蓄電量のしきい値が記憶される記憶手段と、
蓄電手段の蓄電量の測定値と前記しきい値とを比較する比較手段と、を少なくとも具備することを特徴とする、
電気駆動型建設用タワークレーンの制御システム。
【請求項３】
商用電源からの電力とクレーンのモータからの回生電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段の蓄電量と商用電源の電力供給量を監視して蓄電手段への充放電のスイッチングを制御する制御手段と、商用電源からの供給電力とモータからの回生電力を蓄電手段に蓄電可能に変換する変換手段と、前記変換手段によって直流に変換された電力を前記モータに供給し、前記モータからの回生電力を前記変換手段に供給する電力供給手段と、蓄電手段と変換手段の間に設けられ、蓄電手段の自然放電による電圧の印可を防止する安全手段と、を少なくとも具備する電気駆動型建設用タワークレーン用の制御システムの制御方法であって、
クレーンの起動、巻上、起伏、旋回時には、商用電源の最大使用電力を常に一定値以下に制御し、蓄電手段の蓄電量によって蓄電手段単体でのモータ駆動、あるいは商用電源と蓄電手段の併用によるモータ駆動、あるいは商用電源単体での限定的なモータ駆動へと制御し、
クレーンの巻下時にはクレーンのモータから発生する回生電力を蓄電し、
クレーンの待機時には商用電源の電力を蓄電することを特徴とする、
電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法であって、
前記制御手段には第１しきい値と、第２しきい値と、充電しきい値と、が設定され、
前記蓄電手段の蓄電量が第１しきい値以上である場合には蓄電手段からの電力のみでモータを駆動し、
当該蓄電量が第１しきい値より小さくかつ第２しきい値以上である場合には蓄電手段からの電力と商用電源の電力の併用によってモータを駆動し、
当該蓄電量が第２しきい値より小さい場合には、商用電源からの電力のみによってモータを限定的に駆動し、
当該蓄電量が充電しきい値以下であって、モータの待機時である場合には、商用電源から蓄電手段に蓄電することを特徴とする、
電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムおよびその制御方法に関し、特に商用電源の最大電力を一定以下に制御して不足電力を既存バッテリより供給し、つり荷の降下時に発生する回生電流をバッテリに蓄電して商用電源とバッテリのハイブリッド制御を行うことを特徴とする、電気駆動型建設用タワークレーンのクレーン制御システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築用のクレーンには、大別してエンジン駆動の移動式クレーンと、電気駆動の定置式クレーンが使用されており、どちらのクレーンを使用するかは、建築現場の規模、構造、工期などの条件により検討される。
【０００３】
高さが３０ｍ以下の低・中層建物工事には、工事敷地の余裕度にもよるが、現場への搬入・搬出性、組立・解体性などの利便性の点から移動式クレーンが使用されるケースが多く、高さが６０ｍ程度までの高層建物工事にはタワークレーンが多く使用されるが諸条件によっては大型の移動式クレーンが使用され、超高層建物の工事には、揚程の高いタワークレーンが使用される場合が多い。
【０００４】
エンジン駆動の移動式クレーンは、ＣＯ2排出量が多いため、環境への影響が大きいこと、また、車両通行の規制が厳格になり、移動式クレーンであっても、分割して搬送しなければならないため、運行経費と解体・組立の手間がかかること、などの問題があることから、エンジン駆動の移動式クレーンから電気駆動の定置式クレーンへの代替の需要が高まっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、電気駆動の定置式クレーンを採用するにあたっては、以下の問題点があった。
＜１＞高層建物の建設に使用するクレーンは高圧受電が必要になり、受電設備が大型化する。
＜２＞クレーンや建物の解体時のクレーンの降下工程において、回生電流が発生するにも関わらず、当該回生電流を再利用できずに無駄にしていた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、小型の低圧受電設備で稼働でき、環境への影響が少なく、省エネ化が可能な、電気駆動型建設用タワークレーンの制御システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、上記目的を達成するためになされた本願の第１発明は、商用電源とバッテリとのハイブリッド制御を行う、電気駆動型建設用タワークレーン用の制御システムであって、商用電源からの電力とクレーンのモータからの回生電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段の蓄電量と商用電源の電力供給量を監視して蓄電手段への充放電のスイッチングを制御する制御手段と、商用電源からの供給電力とクレーンのモータからの回生電力を蓄電手段に蓄電可能に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された電力を前記モータに供給し、前記モータからの回生電力を変換手段に供給する電力供給手段と、蓄電手段と変換手段の間に設けられ、蓄電手段の自然放電による電圧の印可を防止する安全手段と、を少なくとも具備することを特徴とする、電気駆動型建設用タワークレーン用の制御システムを提供するものである。
また、本願の第２発明は、本願の第１発明に記載の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムであって、前記制御手段は、蓄電手段と商用電源からの電力を検出する検出手段と複数個の蓄電量のしきい値が記憶される記憶手段と、蓄電手段の蓄電量の測定値と前記しきい値とを比較する比較手段と、を少なくとも具備することを特徴とする、電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムを提供するものである。
また、本願の第３発明は、商用電源からの電力とクレーンのモータからの回生電力を蓄電する蓄電手段と、蓄電手段の蓄電量と商用電源の電力供給量を監視して蓄電手段への充放電のスイッチングを制御する制御手段と、商用電源からの供給電力とクレーンのモータからの回生電力を蓄電手段に蓄電可能に変換する変換手段と、前記変換手段によって直流に変換された電力を前記モータに供給し、前記モータからの回生電力を前記変換手段に供給する電力供給手段と、蓄電手段と変換手段の間に設けられ、蓄電手段の自然放電による電圧の印可を防止する安全手段と、を少なくとも具備する電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法であって、クレーンの起動、巻上、起伏、旋回時には、商用電源の最大使用電力を常に一定値以下に制御し、蓄電手段の蓄電量によって蓄電手段単体でのモータ駆動、あるいは商用電源と蓄電手段の併用によるモータ駆動、あるいは商用電源単体での限定的なモータ駆動へと制御することを特徴とし、クレーンの巻下時にはクレーンのモータから発生する回生電力を蓄電し、クレーンの待機時には商用電源の電力を蓄電することを特徴とする、電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法を提供するものである。
また、本願の第４発明は、本願の第３発明に記載の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法であって、前記制御手段には第１しきい値と、第２しきい値と、充電しきい値と、が設定され、前記蓄電手段の蓄電量が第１しきい値以上である場合には蓄電手段からの電力のみでモータを駆動し、当該蓄電量が第１しきい値より小さくかつ第２しきい値以上である場合には蓄電手段からの電力と商用電源の電力の併用によってモータを駆動し、当該蓄電量が第２しきい値より小さい場合には、商用電源からの電力のみによってモータを限定的に駆動し、当該蓄電量が充電しきい値以下であって、モータの待機時である場合には、商用電源から蓄電手段に蓄電することを特徴とする、電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果を同時に達成することができる。
＜１＞商用電源を低圧電圧化することができ、省エネに寄与し経済性が高い。
【０００９】
＜２＞受電設備を縮小することができ、システム全体の軽量化が可能となる。
【００１０】
＜３＞エンジン駆動の移動式クレーンから電気駆動の定置式クレーンへの代替が可能となり、ＣＯ2排出量を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
＜１＞全体構成
図１に本発明の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システム１の構成図を示す。
図１に示すように、本発明の電気駆動型建設用タワークレーン用の制御システム１は、クレーン本体に実装可能であり、商用電源８からの電力とクレーンのモータ７からの回生電力を蓄電する蓄電手段２と、蓄電手段２の蓄電量と商用電源８の電力供給量を監視して蓄電手段２への充放電のスイッチングを制御する制御手段３と、商用電源８からの供給電力とモータ７からの回生電力を蓄電手段に蓄電可能に変換する変換手段４と、前記変換手段４によって変換された電力を前記モータ７に供給し、前記モータ７からの回生電力を前記変換手段に供給する電力供給手段５と、蓄電手段２と変換手段４の間に設けられ、蓄電手段２の自然放電による電圧の印可を防止する安全手段６と、を少なくとも具備して構成される。
以下に各構成手段を説明する。
【００１３】
＜２＞蓄電手段２
蓄電手段２は、リチウム電池などの従来周知のバッテリや電気２重層コンデンサを用いるものとする。
【００１４】
＜３＞制御手段３
制御手段３は、蓄電手段２と商用電源８からの電力を検出する検出手段３１と、数個の蓄電量のしきい値が記憶される記憶手段３２と、蓄電手段の蓄電量の測定値と前記しきい値とを比較する比較手段３３と、を少なくとも具備する電気回路で構成され、蓄電手段２の蓄電量と商用電源８の電力供給量を監視して蓄電手段２への充放電のスイッチングを行う。
蓄電手段２の蓄電量が上限を超えた場合には、制御手段３から蓄電手段２に対して充電を停止させ、過充電を防止する。
また、蓄電手段２の蓄電量が下限を超えた場合、或いは蓄電手段２に何らかの異常が発生した場合には、クレーンの運転最大速度を自動制御し、商用電源８の電力が一定量を超えないように制御する。
商用電源８に何らかの異常が発生した場合は、速やかにクレーンを停止させる。
【００１５】
＜４＞変換手段４
変換手段４は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータからなり、商用電源８からの供給電力とモータ７からの供給電力を蓄電手段２に蓄電可能に変換するように構成される。
【００１６】
＜５＞電力供給手段５
電力供給手段５は、例えばコンバータ・インバータからなり、前記変換手段４によって変換された電力を前記モータ７に供給し、前記モータ７からの回生電流を変換手段４に供給するように構成される。
【００１７】
＜６＞安全手段６
安全手段６は、例えばコンタクタからなり、蓄電手段２と変換手段４の間に設けて、クレーンの不使用時に蓄電手段２の長時間の自然放電による電圧の印可を防止することができるように、電気的に回路の切り離しが可能なように構成する。
【００１８】
次に、本発明にかかる電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法について図２から図５を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
図２に、建築物の建設時における電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法の実施例を示すフロー図を示す。
【００２０】
（１）しきい値の設定
制御手段３の記憶手段３２に、蓄電手段２の蓄電量のしきい値を設定する。本実施例では、第１しきい値、第２しきい値、充電しきい値とする３つの値を設定しておく。
第１しきい値は、クレーンのモータ７を蓄電手段２単体によって駆動させる蓄電量の最低値を示すしきい値であり、第２しきい値は、クレーンのモータ７を蓄電手段２と商用電源８を併用して駆動させる蓄電量の最低値を示すしきい値であり、充電しきい値は、商用電源８から蓄電手段２に充電を行うか否かを判定するしきい値である。
【００２１】
各しきい値の最適値は、クレーンの動作パターンの割合や消費電力の傾向を考慮しながら変更することにより、より効果的に本発明を実施することができる。
【００２２】
（２）クレーン制御方法
図２に、クレーンの駆動時における電力供給及び充放電の切り替えの制御を行うフロー図を示す。
【００２３】
始めに、手順１００において、クレーンが待機中であるかどうかを判定し、ＹＥＳの場合には手順１１０に進み、ＮＯの場合には手順２００に進む。
手順１１０において、当該蓄電量が充電しきい値以下であるかどうかを判定し、ＹＥＳの場合には、制御手段３によって充放電を切り替え、商用電源８から蓄電手段２に規定量になるまで蓄電を行う。蓄電中は、充電しきい値の判定は無視して蓄電を行う。ＮＯの場合には手順１００に戻る。
【００２４】
手順２００において、前記蓄電手段２の蓄電量が第１しきい値以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳの場合には蓄電手段２からの電力のみでモータ７を駆動する。ＮＯの場合には、次の手順３００に進む。
【００２５】
手順３００において、当該蓄電量が第２しきい値以上であるかどうかを判定し、ＹＥＳの場合には蓄電手段２からの電力と商用電源８の電力の併用によってモータ７を駆動する。ＮＯの場合には、商用電源８からの電力のみによってモータ７を限定的に駆動する。
【００２６】
（３）電力モデル図
図３に、建物の建築時における必要電力と、蓄電池の蓄電量の推移をシミュレーションしたモデル図を示す。
以下、クレーンの作動順序に併せて蓄電池の蓄電量の推移と制御方法を説明する。
（ａ）クレーンの起動・加速時（１回目）
１回目のクレーンの起動・加速時には、蓄電手段２の蓄電量が第１しきい値を上回っている間は、高圧領域・低圧領域共に蓄電手段２単体によってモータ７を駆動して、クレーンの起動・加速を行う。
（ｂ）定格荷重の巻上・起伏・旋回時（１回目）
１回目の定格荷重の巻上・起伏・旋回時の開始時には、未だに蓄電手段２の蓄電量が第１しきい値を上回っているため、高圧領域・低圧領域共に蓄電手段２単体によってモータ７を駆動する。
その後、蓄電手段２の蓄電量が第１しきい値を下回ったところで蓄電手段２からの電力と商用電源８の電力の併用によってモータ７を駆動する。
（ｃ）巻下時（1回目）
１回目のクレーンの巻下時には、モータ７の回生電力を蓄電手段２に蓄電する。
（ｄ）待機状態（1回目）
１回目のクレーン待機時には、未だ蓄電手段２の蓄電量が商用電源からの充電しきい値を下回っていないため、充電作業は行わずに現状で待機する。
（ｅ）クレーンの起動・加速時（２回目）
2回目のクレーンの起動・加速時には、１回目のクレーンの起動・加速時と同様に、高圧領域・低圧領域共に蓄電手段２単体によってモータ７を駆動して、クレーンの起動・加速を行う。
（ｆ）巻上・起伏・旋回時（２回目）
2回目の巻上・起伏・旋回時は、作業途中に蓄電手段２の蓄電量が第２しきい値を下回っるため、その時点から商用電源８からの電力のみによってモータ７を限定的に駆動する。
（ｇ）巻下時（２回目）
2回目のクレーンの巻下時には、モータ７の回生電力を蓄電手段２に蓄電する。
（ｈ）待機状態（２回目）
2回目のクレーンの待機時には、蓄電量と充電しきい値と判定を行い、蓄電手段２の蓄電量が商用電源からの充電しきい値を下回っているため、商用電源８から蓄電手段２に蓄電を行っている。
【００２７】
このように、商用電源８の電力量を一定以下にコントロールし、不足分を蓄電手段２から供給することによって、従来高圧受電の必要なクレーンが低圧受電で使用可能になるほか、クレーン回生運転時の蓄電と、クレーン作業待機時（休止時）を利用して商用電源８から蓄電手段２に急速蓄電することによって、電力設備の簡素化および、省エネ化を図ることができる。
【００２８】
なお、蓄電手段２の容量を十分に確保することで商用電源を省略し、完全なケーブルレス化を図ることもできる。
【実施例２】
【００２９】
図４に本発明の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法のもう一つの実施例によるモデル図を示す。
建物の建築時ではクレーンの上昇時につり荷が存在し、エネルギー消費が大きいため、上述の手順２００を省略、すなわち第１しきい値による判定を省略して、蓄電手段２単体によるモータ駆動を行わず、商用電源８と蓄電手段２を併用する割合を増やしてもよい。
【実施例３】
【００３０】
図５に本発明の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システムの制御方法の更にもう一つの実施例によるモデル図を示す。
建物の解体時にはクレーンの下降時につり荷が存在するため、クレーンの下降作業中の回生電流の発生量の増加が期待できる。図５に示すように、上述の手順３００を省略して商用電源と蓄電手段との併用によるモータ駆動を行わず、蓄電手段単体による駆動の割合を増やしてもよい。
【００３１】
なお、本発明は、上記する実施例に限定されるものではなく、しきい値の設定数や判定方法などは、従来知られる多種多様な技術を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の電気駆動型建設用タワークレーンの制御システム１の構成図。
【図２】本発明の実施例１の制御方法を示すフロー図。
【図３】本発明の実施例１の電力モデル図。
【図４】本発明の実施例２の電力モデル図。
【図５】本発明の実施例３の電力モデル図。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・制御システム
２・・・蓄電手段
３・・・制御手段
３１・・検出手段
３２・・記憶手段
３３・・比較手段
４・・・変換手段
５・・・電力供給手段
６・・・安全手段
７・・・モータ
８・・・商用電源
【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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