JP5725877B2 - 電力供給装置、クレーン、及び電力供給方法。 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、箱型形状のコンテナ（吊荷）が多数設置される港湾のコンテナヤードにてコンテナを搬送するクレーンの電力供給装置、クレーン、及び電力供給方法に関するものである。

港湾等のコンテナヤードでは、船舶へ積み込む前のコンテナや、船舶から積み下ろされたコンテナが多数設置されている。これらコンテナは、上方へ複数積み上げられた段積みコンテナとされ、各段積みコンテナが所定配列に従ってレーンごとに並べられている。各レーンには、レーンを跨ぐように、ＲＴＧ（Rubber Tired Gantry crane）等の自走式の門型クレーンが配置されている。この門型クレーンによって、レーン内を走行するトレーラやＡＧＶ（Automatic Guided Vehicle）とのコンテナの受け渡しが行われ、また、レーン内のコンテナの設置等が行われる。

このようなＲＴＧ等のクレーンは、従来、クレーンに搭載されたエンジン発電機にて発電し、クレーンの走行モータや荷役モータに電力を供給している。また、近年の環境負荷低減の要請から、エンジン発電機に加えてバッテリを搭載したハイブリッド電源方式が実用化されつつある。さらに環境負荷の低減を進める方式として、エンジン発電機を廃し、地上に設けた給電源から給電ケーブルおよびケーブルリールを介してクレーンに電力を供給するケーブルリール式地上給電方式がある。

特許文献１には、商用電源と蓄電装置とからの給電によって駆動するクレーンが記載されている。
特許文献１に記載されているクレーンは、蓄電装置の蓄電量が第１閾値を上回っている場合、高圧領域及び低圧領域共に、蓄電装置単体でモータを駆動させ、蓄電装置の蓄電量が第１閾値を下回っている場合は、蓄電装置からの電力と商用電源からの電力の併用によってモータを駆動させ、蓄電装置の蓄電量が第１閾値よりも低い第２閾値を下回っている場合は、商用電源からの電力のみによってモータを駆動させる。

特開２００７−１６６７７５号公報

ここで、ＲＴＧ等のクレーンは、吊荷の巻き上げに要する電力が例えば１５０ｋＷ（過負荷耐量１８０％時最大２７０ｋＷ）、トロリの横行走行に要する電力が例えば２２ｋＷ（過負荷耐量２００％時最大４４ｋＷ）、その他ベースロードが最大の場合に要する電力が例えば３５ｋＷ程度の負荷に対する電力を必要とするため、合計最大３５０ｋＷ程度の電力を必要とする。

一方、吊荷を巻き下げる場合、クレーンは、発電機の振る舞いをし、商用電源へ電力を回生する。

このように、クレーンによる電力の消費と発電とを平均すると数十ｋＷ程度となることから、クレーンによっては、負荷変動が大きくなる場合もある。

しかし、特許文献１に記載のクレーンは、蓄電装置で補えない電力が商用電源から供給されるので、商用電源から供給される電力は場面に応じて変動するため、ＲＴＧ等に適用する場合は、高圧電力（例えば、ＡＣ６６００Ｖ）となることを想定して、商用電源からの給電のための電源設備等を構成しなければならない。そして、クレーンの電力変動が大きい場合は、さらに過剰な電源設備を必要とする。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる、電力供給装置、クレーン、及び電力供給方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電力供給装置、クレーン、及び電力供給方法は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明に係る電力供給装置は、充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる制御手段と、を備え、前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく。

本発明によれば、本発明の電力供給装置は、充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、を備える。
すなわち、クレーンは、クレーンに備えられた蓄電池から放電される電力と商用電源から供給される電力とでクレーンの電力負荷を駆動させる。なお、電力負荷とは、クレーンを移動させる車輪を回転させるためのモータや補機等である。

そして、算出手段によって、クレーンの電力負荷が消費する電力と商用電源から供給される電力との電力差が算出され、制御手段によって、算出手段で算出された電力差に応じた電力が蓄電池から充放電される。

このため、本発明は、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても（例えば４５ｋＷ）、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。従って、本発明は、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。
また、本発明の電力供給装置は、クレーンが、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、蓄電池の電力容量は、巻き動作によって抑制された電力に基づく。
本発明によれば、クレーンの巻き動作の加速度に応じて消費電力が過大となる場合があるため、巻き動作の加速度を変化させることで、過大な消費電力の発生を抑制させる。これにより、本発明は、蓄電池の電力容量を巻き動作によって抑制された電力に基づいて決定することができるので、より電力容量が低い蓄電池を用いることができる。

また、本発明に係る電力供給装置は、発電機を備えたクレーン又は既設の発電機を廃したクレーンの電力負荷に交流電力を供給する電力供給装置であって、充放電可能であり、前記クレーンの電力負荷に電力を供給するために前記クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる制御手段と、前記クレーンの電力負荷への給電路へ前記蓄電池及び前記受電手段からの直流電力を交流電力に変換し供給する供給手段と、を備え、前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく。

本発明によれば、本発明の電力供給装置は、発電機を備えたクレーン又は既設の発電機を廃したクレーンの電力負荷に交流電力を供給するためのものであり、充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するためにクレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、クレーンの電力負荷への給電路へ蓄電池及び受電手段からの直流電力を交流電力に変換し供給する供給手段と、を備える。
そして、算出手段によって、クレーンの電力負荷が消費する電力と商用電源から供給される電力との電力差が算出され、制御手段によって、算出手段で算出された電力差に応じた電力が蓄電池から充放電される。

すなわち、本発明に係る電力供給装置は、発電機によって電力負荷へ電力を供給していた既存のクレーンの電力負荷への給電路へ接続されることによって、該既存のクレーンの電力負荷を、蓄電池と商用電源から供給される電力によって駆動させることができる。

そして、本発明は、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても（例えば４５ｋＷ）、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。従って、本発明は、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。

また、本発明の電力供給装置は、前記クレーンが、他のレーンへ移動可能とされ、前記制御手段は、前記クレーンがレーン間を移動する場合、前記商用電源から供給される電力はないものとして前記蓄電池を充放電させる。

本発明によれば、クレーンがレーン間を移動する場合、商用電源から供給される電力はないものとして蓄電池を充放電させるので、クレーンを他のレーンへ移動させるために商用電源から電力を供給されない状態となっても、クレーンを他のレーンへ移動させることができる。なお、蓄電池は、クレーンのレーン間の移動によって消費される電力を賄える電力容量を有するものが予め選択される。

また、本発明の電力供給装置は、前記商用電源から供給される電力が、前記予め定められた電力以下で可変とされる。

本発明によれば、商用電源から供給される電力が、予め定められた電力以下で可変とされるので、電力負荷で消費される電力が少ない場合等に、商用電源から供給される電力をより低くすることができる。

また、本発明の電力供給装置は、前記制御手段が、前記蓄電池の充電状態の履歴に基づいて、前記商用電源から供給される電力を変化させる。

本発明によれば、蓄電池の充電状態の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力を変化させるので、蓄電池の充電量が高い場合に、商用電源から供給される電力をより低くすることができる。

また、本発明の電力供給装置は、前記制御手段が、前記クレーンの前記電力負荷へ供給する電力の履歴に基づいて、前記商用電源から供給される電力を変化させる。

本発明によれば、クレーンの電力負荷へ供給する電力の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力を変化させるので、電力負荷で消費される電力が少ない場合に、商用電源から供給される電力をより低くすることができる。

一方、本発明に係るクレーンは、上記記載の電力供給装置と、前記電力供給装置から供給される電力によって駆動する電力負荷と、を備える。

本発明によれば、上記記載の電力供給装置を備えるので、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても（例えば４５ｋＷ）、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。従って、本発明は、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。

さらに、本発明に係る電力供給方法は、充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、を備えた前記クレーンの電力負荷に電力を供給する電力供給方法であって、前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する第１工程と、前記第１工程によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる第２工程と、を含み、前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく。

本発明によれば、本発明は、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても（例えば４５ｋＷ）、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。従って、本発明は、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。

また、本発明に係る電力供給方法は、充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、前記クレーンの電力負荷への給電路へ前記蓄電池及び前記受電手段からの直流電力を交流電力に変換し供給する供給手段と、を備え、発電機を備えたクレーン又は既設の発電機を廃した前記クレーンの電力負荷に交流電力を供給するための電力供給装置の電力供給方法であって、前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する第１工程と、前記第１工程によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる第２工程と、を含み、前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく。

本発明によれば、発電機によって電力負荷へ電力を供給していた既存のクレーンの給電路へ本発明に係る電力供給装置を接続することによって、該既存のクレーンは、蓄電池と商用電源から供給される電力によって、電力負荷を駆動させることができる。
そして、本発明は、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても（例えば４５ｋＷ）、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。従って、本発明は、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。

本発明によれば、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係るクレーンを示した斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るクレーンの電気的構成の概略図である。 本発明の第１実施形態に係る電力供給装置の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るクレーンの電力負荷で消費される電力の時間変化を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る巻き動作の巻き速度及び消費電力の変化を示すグラフである。 本発明の第４実施形態に係るクレーンの電気的構成の概略図である。

以下に、本発明に係る電力供給装置、クレーン、クレーンの電力供給方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本第１実施形態にかかるクレーン１を示している。
図１には、レーンＲの走行方向Ｘに設置されたクレーン１が示されている。クレーン１は、地上に設置された給電ボックス３１から供給された電力によって動作する地上給電方式の電動クレーンとされており、エンジン発電機を備えていない。また、クレーン１は、クレーン用給電ケーブルリール装置（以下、単に「ケーブルリール装置」という。）２を備えている。

クレーン１は、いわゆるＲＴＧ（Rubber Tired Gantry crane）とされ、複数の車輪（ゴムタイヤ）３によって自走する門型のクレーンとされている。クレーン１は、複数のコンテナ（以下、「吊荷」という。）が上方に段積みされた段積み吊荷が所定配列をもって設置されたレーンＲを跨ぐように配置され、レーンＲの長手方向（走行方向Ｘ）に走行する。

クレーン１は、各脚部１１に４つの走行装置５を備えており、各走行装置５に４つの車輪３が設けられている。走行装置５は、走行制御装置７によって、その駆動が制御されるようになっている。走行装置５には、オートステアセンサ６が設けられている。このオートステアセンサ６は、レーンＲの長手方向に敷設された磁気ガイドライン１５からの磁気を検出するようになっており、これにより、クレーン１を走行方向Ｘに自動で直進運転できるようになっている。

左右方向である走行方向Ｘに隣り合う走行装置５は、下梁９によって連結されており、この下梁９上に走行制御装置７が設置されている。ここで、左右とはクレーン１の走行方向を意味し、前後とはトロリ２０の移動方向（横行方向Ｙ）を意味する。これは、トロリ２０に設置された運転室２２内のオペレータの姿勢を基準として定められたものである。

下梁９の中央には、下方に向けた状態のベイセンサ８が設けられている。このベイセンサ８は、設置された吊荷の左右方向の単位であるベイ毎に敷設された磁石１６からの磁気を検出するようになっており、これにより、クレーン１を目標のベイに停止させることができる。
下梁９の両端には、上方に立設する柱１０がそれぞれ設けられている。各柱１０の上端は、もう一方の下梁９から立設された柱１０の上端とガーダ１２によって連結されている。

ガーダ１２は左右方向に２本並列に設けられており、これらガーダ１２上をトロリ２０が前後方向（横行方向Ｙ）に移動する。トロリ２０には運転室２２が設けられており、この運転室２２内にオペレータが待機し、クレーン１の操作を行う。

トロリ２０からはスプレッダ（吊具）２４が吊り下げられており、このスプレッダ２４によって吊荷が把持された状態で吊り下げられるようになっている。具体的には、スプレッダ２４の四隅に、先端に拡大頭部を有するツイストロックピン（図示せず）が下方に突出した状態で設けられており、各ツイストロックピンの拡大頭部が吊荷の上面四隅に設けられた穴に挿入された状態で回転させられることによって係合するようになっている。このようにスプレッダ２４によって吊り下げられることにより、吊荷はトロリ２０の移動に応じて各位置に移動させられる。

クレーン１は、後述するバッテリ４２（蓄電池）及び充放電装置４８を含む電力供給装置４０（図２，３参照）を備えている。バッテリ４２は、地上に固定設置された給電ボックス３１から給電ケーブル３３及びケーブルリール３５を介して供給された電力を貯蔵する。給電ボックス３１からは、例えばＡＣ４６０Ｖといった低電圧の電力が供給されるようになっている。

給電ケーブル３３は、ＡＣ４６０Ｖといった低電圧仕様とされているので、従来のＡＣ６６００Ｖ級の高電圧仕様の給電ケーブルに比べて小径とされている。これに伴い、ケーブルリール３５は、従来のケーブルリールに比べて小径となり小型化されている。このように小型化されたケーブルリール３５は、クレーン１の走行方向Ｘ側に張り出すように設置されている。

ケーブルリール３５を備えたケーブルリール装置２は、クレーン１に対して着脱可能とされている。また、図１に示されているように、１つのクレーン１に対して複数設けることもできる。そして、給電ボックス３１の位置に応じて、ケーブルリール装置２の位置が変更できるようになっている。

図２は、本第１実施形態に係るクレーン１の電気的構成の概略図である。

クレーン１は、電力負荷に電力を供給（給電）する電力供給装置であって、商用電源から予め定められた電力の供給を受け、電力負荷に電力を供給するＰＷＭコンバータ４１、及び充放電可能であり、電力負荷に電力を供給するためのバッテリ４２を含む上述した電力供給装置４０を備えている。

電力供給装置４０は、地上電源設備である給電ボックス３１から交流電力が給電され、ＰＷＭコンバータ４１によって交流電力を直流電力に変換し、電力負荷に接続されている負荷駆動インバータ４３Ａ〜４３Ｆへ給電する。
給電ボックス３１は、高圧受電盤４４によって商用電源から受電し、受電した交流電力を変圧器４５によって所定の大きさの交流電力に変換（例えば、６６００Ｖを４６０Ｖに変換）し、電力供給装置４０へ給電する。

ＰＷＭコンバータ４１は、給電ボックス３１に接続された給電ケーブル３３に給電コネクタ４６及びケーブルリール４７を介して接続されており、給電ボックス３１から給電された交流電力を直流電力に変換する。

また、電力供給装置４０は、充放電装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）４８を備え、バッテリ４２から所定の大きさの直流電力を充放電可能とし、電力負荷に接続されている負荷駆動インバータ４３Ａ〜４３Ｆへ給電する。

クレーン１は、電力負荷として、トロリ２０を横行させる横行用のモータ４９Ａ、車輪３を回転させるモータ４９Ｂ〜４９Ｅ及び旋回用のモータ４９Ｆ、吊荷を巻き上げるための巻き上げ用モータ４９Ｇ、並びに補機５０を備えている。
巻き上げた吊荷を下げる場合、巻き上げ用モータ４９Ｇは、発電機として機能し、発電する。

なお、以下の説明において、各モータ４９を区別する場合は、符号の末尾にＡ〜Ｇの何れかを付し、各モータ４９を区別しない場合は、Ａ〜Ｇを省略する。また、各負荷駆動用インバータを区別する場合は、符号の末尾にＡ〜Ｆの何れかを付し、各負荷駆動インバータ４３を区別しない場合は、Ａ〜Ｆを省略する。

そして、各モータ４９及び補機５０は、各々対応する負荷駆動インバータ４３によって電力供給装置４０からの直流電力が交流電力へ変換され、給電される。

また、電力負荷で消費されなかった電力は、抵抗器５１によって消費される。

図３は、電力供給装置４０の詳細な構成を示すブロック図である。

電力供給装置４０は、ＰＷＭコンバータ４１、バッテリ４２、及び充放電装置４８と共に、充放電制御装置５３を備える。

充放電装置４８は、充放電制御装置５３から出力される充放電電力指令値Ｐ_Tに基づいて、バッテリ４２の充放電を制御すると共に、バッテリ４２の充放電電力フィードバック値Ｐ_Bを充放電制御装置５３へ出力する。

充放電制御装置５３は、電力負荷が消費する電力と商用電源から供給される電力との電力差を算出する。
例えば、充放電制御装置５３には、ＰＷＭコンバータ４１から入力電力を示す値（入力電力フィードバック値Ｐ_I）が入力され、各負荷駆動インバータ４３から電力負荷で消費される電力を示す値（負荷消費電力フィードバック値Ｐ_L）が入力される。なお、負荷消費電力Ｐ_Lは、負荷駆動インバータ４３からの電圧Ｖ及び電流Ｉの積の総和(ｋＷ)から算出され、外乱要素である負荷変動を示している。

なお、入力電力目標値Ｐ_Itargetは、予め定められた値、すなわち固定値とされる。

図４は、電力負荷で消費される電力の時間変化を示すグラフである。
図４は、横軸が時間変化、縦軸が電力とされており、電力負荷で消費される消費電力の時間変化を示している、なお、電力が正の場合は、電力負荷が電力を消費している場合である一方、電力が負の場合は、クレーン１が吊荷の巻き下げを行っている場合であり、巻き上げ用モータ４９Ｇが電力を発生させている場合である。

そして、直線Ａが消費電力の平均値を示しており、本第１実施形態では、一例として、入力電力目標値Ｐ_Itargetを上記平均値（例えば４５ｋＷ）とする。

そして、（１）式に示すように、入力電力目標値Ｐ_Itargetと充放電電力指令値Ｐ_Tとの和が負荷消費電力Ｐ_Lとなる。そのため、（２）式に示すように、充放電電力指令値Ｐ_Tが、電力負荷が消費する電力と商用電源から供給される電力との電力差を示す値として、充放電制御装置５３によって算出される。
Ｐ_Itarget＋Ｐ_T＝Ｐ_L ・・・（１）
Ｐ_T=Ｐ_L−Ｐ_Itarget ・・・（２）

（２）式に基づいて算出された充放電電力指令値Ｐ_Tは、充放電装置４８へ出力される。
充放電装置４８は、充放電電力指令値Ｐ_Tに応じた電力をバッテリ４２から充放電させる。
具体的には、充放電装置４８は、充放電電力指令値Ｐ_Tが正の場合、バッテリ４２を放電させる一方、充放電電力指令値Ｐ_Tが負の場合、バッテリ４２を充電させる充放電制御を行う。

このように、充放電制御装置５３から充放電装置４８へ出力される充放電電力指令値Ｐ_Tは、各負荷駆動インバータ４３から出力される負荷消費電力Ｐ_Lに基づいており、バッテリ４２の充放電はフィードバック制御されている。このため、制御遅れが発生する場合は、遅れの影響を下記（３），（４）式に基づいて補償する。

ΔＰ_T=Ｋ×(Ｐ_Itarget−Ｐ_I) ・・・（３）
（３）式のＫは制御ゲインであり予め定められており、Ｐ_IはＰＷＭコンバータ４１から実際に出力される電力の値である。
Ｐ_T=Ｐ_T+ΔＰ_T ・・・（４）

また、本第１実施形態のクレーン１は、現在のレーンＲから他のレーンＲへ移動可能とされており、電力供給装置４０は、クレーン１がレーンＲ間を移動する場合、商用電源から供給される電力はないものとしてバッテリ４２を充放電させる。
すなわち、クレーン１を他のレーンＲへ移動させるために商用電源から電力を供給されない状態となっても、クレーン１を他のレーンＲへ移動させることができる。

より具体的には、充放電制御装置５３が、給電コネクタ４６の着脱信号に基づいて、給電ボックス３１から給電されない状態を検知すると、入力電力目標値Ｐ_Itargetを０（零）とし、（２）式に基づいて、充放電電力指令値Ｐ_Tを算出し、商用電源からの無給電状態の電力負荷に対する電力充放電制御を行う。
なお、バッテリ４２は、クレーン１のレーンＲ間の移動によって消費される電力を賄える電力容量を有するものが予め選択される。

以上説明したように、本第１実施形態に係る電力供給装置４０は、充放電可能であり、クレーン１の電力負荷に電力を供給するためのバッテリ４２と、商用電源から予め定められた電力の供給を受けるＰＷＭコンバータ４１と、を備える。充放電制御装置５３が、電力負荷が消費する電力と商用電源から供給される電力との電力差を算出し、充放電装置４８が、算出された電力差に応じた電力をバッテリ４２から充放電させる。
従って、本第１実施形態に係る電力供給装置４０は、商用電源から供給される予め定められた電力（入力電力目標値Ｐ_Itarget）を低くしても（例えば４５ｋＷ）、蓄電池から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなる。このため、本第１実施形態に係る電力供給装置４０は、商用電源からクレーン１へ供給する電力を低電力とし低圧送電を可能にすることができる。

また、商用電源からクレーン１の電力負荷に供給する電力を低電力にすることによって、クレーン１への給電ケーブル３３のサイズを小さくすることができ、ケーブルリール４７を小型化することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

なお、本第２実施形態に係るクレーン１及び電力供給装置４０の構成は、図１〜３に示す第１実施形態に係るクレーン１及び電力供給装置４０の構成と同様であるので説明を省略する。

本第２実施形態に係る電力供給装置４０は、商用電源から供給される電力、すなわち入力電力目標値Ｐ_Itargetを、予め定められた電力以下で可変とする。

例えば、電力供給装置４０は、バッテリ４２の充電状態の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力（入力電力目標値Ｐ_Itarget）を変化させる。

バッテリ４２が満充電に達すると、充電ができない状態となる。そのため、充放電制御装置５３は、上記（２）式に基づくバッテリ４２の充放電制御において、バッテリ４２が満充電となると充放電電力指令値Ｐ_Tが負の場合でもバッテリ４２の充電を一時停止させる。

このような場合、充放電制御装置４３は、充電すべき状態にあるにも関わらずバッテリ４２が満充電のために充電を停止させる発生率ｐ（商用電源から電力を供給された総時間に対する充電の停止時間の割合）をリアルタイムに算出し、入力電力目標値Ｐ_Itargetを算出する。

入力電力目標値Ｐ_Itargetは、例えば（５）式で算出される。
Ｐ_Itarget＝ｋ×（１−ｐ）×Ｐ_{Itarget・Base} ・・・（５）
なお、ｋは予め定められた係数であり、Ｐ_{Itarget・Base}は基準となる入力電力目標値（例えば４５ｋＷ）である。
これにより、発生率ｐが大きい場合は、入力電力目標値Ｐ_Itargetが小さく変化する。

また、電力供給装置４０は、バッテリ４２の充電状態の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力を変化させる他の例として、バッテリ４２の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）の傾きαをリアルタイムに算出し、（６）式から入力電力目標値Ｐ_Itargetを算出する。
傾きαは、例えば、横軸を時間、縦軸を充電率としたグラフから充電率の時間変化の移動平均を算出し、該移動平均の傾きから求められる。

そして、入力電力目標値Ｐ_Itargetは、例えば（６）式で算出される。
Ｐ_Itarget＝ｋ×（１−α）×Ｐ_{Itarget・Base} ・・・（６）
これにより、傾きが正、すなわちバッテリ４２が充電されている割り合いが大きい場合は、入力電力目標値Ｐ_Itargetが小さく変化する。

さらに、他の例として、電力供給装置４０が、電力負荷へ供給する電力の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力を変化させてもよい。
この例では、電力負荷で消費される電力の平均値（現在から所定時間前までの平均値）Ｐ_{Itarget・average}を算出し、（７）式に示すように、入力電力目標値Ｐ_Itargetを平均値Ｐ_{Itarget・average}とする。
Ｐ_Itarget＝Ｐ_{Itarget・average} ・・・（７）

なお、商用電源から供給される電力の可変制御は、例えば、充放電制御装置５３が上記（５）〜（７）式の何れか式を用いて、入力電力目標値Ｐ_Itargetを算出することで、その結果に応じて算出される充放電電力指令値Ｐ_Tを充放電装置４８へ出力し、充放電電力指令値Ｐ_Tに基づいた電力をバッテリ４２から充放電させる。

また、電力供給装置４０は、発生率ｐや充電率の傾きαに応じて異なる入力電力目標値Ｐ_Itargetを予め記憶し、発生率ｐや充電率の傾きαに応じて入力電力目標値Ｐ_Itargetを変更してもよい。なお、入力電力目標値Ｐ_Itargetは、０（零）であってもよいし、負の値としてもよい。入力電力目標値Ｐ_Itargetが負の場合とは、クレーン１が吊荷を巻き下げる場合であって、モータ４９が発電機として機能することによって発電し、該発電した電力を商用電源へ回生させる。

以上説明したように、本第２実施形態に係る電力供給装置４０は、バッテリ４２の充電状態の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力を変化させるので、バッテリ４２の充電量が高い場合に、商用電源から供給される電力をより低くすることができる。
また、電力供給装置４０は、電力負荷へ供給する電力の履歴に基づいて、商用電源から供給される電力を変化させるので、電力負荷で消費される電力が少ない場合に、商用電源から供給される電力をより低くすることができる。
また、本第２実施形態に係る電力供給装置４０は、商用電源からの電力の供給を低くするため、抵抗器５１によって消費される電力を削減することができ、抵抗器５１を備える必要性を低下させることができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。

なお、本第３実施形態に係るクレーン１及び電力供給装置４０の構成は、図１〜３に示す第１実施形態に係るクレーン１及び電力供給装置４０の構成と同様であるので説明を省略する。

電力供給装置４０に備えられているバッテリ４２の電力容量は、電力負荷のピーク電力を賄えなければならない。すなわち、より電力容量の小さなバッテリ４２を用いるためには、電力負荷のピーク電力を低減させることが効果的である。

そこで、本第３実施形態では、クレーン１が吊荷を巻き上げる巻き動作時に電力負荷で消費される電力ピークを低減させる。

以下、本第３実施形態に係るクレーン１の巻き動作について具体的に説明する。

まず、電力負荷へ供給する電力の制限値（供給電力制限値Ｐ_Llimit）を設定し、供給電力制限値Ｐ_Llimitに基づいて、巻き動作を制限する。

ここで、電力負荷への供給電力制限値Ｐ_Llimitと負荷消費電力Ｐ_Lとの関係は、下記（８）式が成立しなければならない。
Ｐ_L＜Ｐ_Llimit ・・・（８）

そして、負荷消費電力Ｐ_Lは下記（９）式及び（１０）式のように細分化される。
Ｐ_L=Ｐ_MH+Ｐ_AUX ・・・（９）
Ｐ_MH=（９．８×Ｍ×Ｖ＋ａ×（Ｍ＋Ｊ)×Ｖ) ・・・（１０）
（９）式において、Ｐ_MHは巻き動作に必要な電力（巻き動作必要電力（ｋＷ））であり、Ｐ_AUXは補機５０で消費される電力の基準値（ベース電力（ｋＷ））である。
（１０）式において、Ｍは吊荷質量（ｋｇ）、Ｖは巻き速度（ｍ/ｓ）、ａは巻き加速度（m/s²）、Ｊは巻き上げドラムの慣性モーメントを質量相当に変換した値（ｋｇ）である。

そして、（１０）式に基づいて、供給電力制限値Ｐ_Llimitの範囲内で出力できる最大の巻き速度Ｖや加速度ａを算定する。

本第３実施形態に係るクレーン１は、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度ａを変化させることで、電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、バッテリ４２の電力容量を巻き動作によって抑制された電力に基づくものとする。

本第３実施形態に係る巻き動作について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）は、従来の巻き動作の速度（巻き速度）の時間変化を示し、図５（ｂ)は、図５（ａ）に対応する従来の巻き動作で消費される電力の時間変化を示している。

図５（ｂ）に示すように、巻き速度を上昇させ、一定にする場合に電力ピークが現れる。
そこで、本第３実施形態では、図５（ｂ）のように、クレーン１の巻き動作の加速度に応じて消費電力が過大となる場合に、巻き動作の加速度を変化させる。

図５（ｃ）は、本第３実施形態に係る巻き動作の速度（巻き速度）の時間変化を示し、図５（ｄ)は、図５（ｃ）に対応する本第３実施形態に係る巻き動作で消費される電力の時間変化を示している。
本第３実施形態に係る巻き動作では、図５（ｄ）に示すように、消費電力が予め設定された供給電力制限値Ｐ_Llimit以下となるように、図５（ｃ）に示すように、巻き速度を一定にする前における巻き動作の加速度を変化させる。

なお、加速度が低下するように変化させることによって、巻き動作に要する総時間が、加速度を変化させない場合に比べて長くなる。そのため、一定とする巻き速度を、加速度を変化させない場合に比較して速くすることによって、巻き動作に要する総時間が長くなることを防止してもよい。

このように、本第３実施形態では、クレーン１の巻き動作における過大な消費電力の発生を抑制させるので、バッテリ４２の電力容量を、巻き動作によって抑制された電力に基づいて決定することができ、より電力容量が低いバッテリ４２を用いることができる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態について説明する。
図６は、本第４実施形態に係るクレーン１の電気的構成及び電力供給装置４０の電気的構成を示す。なお、図６における図３と同一の構成部分については図３と同一の符号を付して、その説明を省略する。

本第４実施形態に係るクレーン１’は、エンジン６０の駆動によって発電する発電機６１（エンジン発電機６６）を備えた従来のＲＴＧにおいて、既存の発電機６１を廃し、これに代わる電力供給装置４０’を設置した形態を示したものである。従来のＲＴＧでは、発電機６１から出力される交流電力は、負荷駆動インバータ６２を介してモータ４９及び補機５０に供給されており、本第４実施形態に係るクレーン１’では、既存の発電機６１に代わる電力供給装置４０’の出力を交流電力とすることで、従来のＲＴＧを改造する場合に好適な形態となっている。

本第４実施形態に係る電力供給装置４０’は、バッテリ４２、ＰＷＭコンバータ４１、並びにクレーン１’の電力負荷への給電路６３へバッテリ４２及びＰＷＭコンバータ４１からの電力を供給するための直流電力を交流電力に変換し供給するＤＣ／ＡＣインバータ６５を備え、電力供給装置４０’から供給される電力によってクレーン１’の電力負荷を駆動可能としている。また、本第４実施形態に係る電力供給装置４０’は、ＤＣ／ＡＣインバータ６５から充放電制御装置５３へ負荷消費電力Ｐ_Lが出力される。

すなわち、本第４実施形態に係る電力供給装置４０’は、発電機６１によって電力負荷へ電力を供給していた既存のクレーン１’の電力負荷への給電路へ、接続されることによって、該既存のクレーン１’の電力負荷を、バッテリ４２と商用電源から供給される電力によって駆動させることができる。
そして、本第４実施形態に係る電力供給装置４０’は、商用電源から供給される予め定められた電力を低くしても（例えば４５ｋＷ）、バッテリ４２から放電される電力が商用電源から供給される電力を補うこととなるので、商用電源からクレーンへ供給する電力を低電力にすることができる。

なお、本第４実施形態では、既存の発電機６１をクレーン１’から廃する形態について説明したが、必ずしも既存の発電機６１をクレーン１’から廃する必要はなく、既存の発電機６１をクレーン１’に備えたままで、電力供給装置４０’をクレーン１’に接続してもよい。この場合、クレーン１’は、発電機６１と電力供給装置４０’を併用して電力負荷へ電力を供給してもよい。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１ クレーン
１’ クレーン
４０ 電力供給装置
４０’ 電力供給装置
４１ ＰＷＭコンバータ
４２ バッテリ
４８ 充放電装置
４９ モータ
５０ 補機
５３ 充放電制御装置
６５ ＤＣ／ＡＣインバータ

Claims (9)

1. 充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、
   商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、
   前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる制御手段と、
   を備え、
   前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
   前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給装置。
2. 発電機を備えたクレーン又は既設の発電機を廃したクレーンの電力負荷に交流電力を供給する電力供給装置であって、
   充放電可能であり、前記クレーンの電力負荷に電力を供給するために前記クレーンに備えられる蓄電池と、
   商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、
   前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる制御手段と、
   前記クレーンの電力負荷への給電路へ前記蓄電池及び前記受電手段からの直流電力を交流電力に変換し供給する供給手段と、
   を備え、
   前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
   前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給装置。
3. 前記クレーンは、他のレーンへ移動可能とされ、
   前記制御手段は、前記クレーンがレーン間を移動する場合、前記商用電源から供給される電力はないものとして前記蓄電池を充放電させる請求項１又は請求項２記載の電力供給装置。
4. 前記商用電源から供給される電力は、前記予め定められた電力以下で可変とされる請求項１から請求項３の何れか１項記載の電力供給装置。
5. 前記制御手段は、前記蓄電池の充電状態の履歴に基づいて、前記商用電源から供給される電力を変化させる請求項４記載の電力供給装置。
6. 前記制御手段は、前記クレーンの電力負荷へ供給する電力の履歴に基づいて、前記商用電源から供給される電力を変化させる請求項４記載の電力供給装置。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の電力供給装置と、
   前記電力供給装置から供給される電力によって駆動する電力負荷と、
   を備えたクレーン。
8. 充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、を備えた前記クレーンの電力負荷に電力を供給する電力供給方法であって、
   前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する第１工程と、
   前記第１工程によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる第２工程と、
   を含み、
   前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
   前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給方法。
9. 充放電可能であり、クレーンの電力負荷に電力を供給するために該クレーンに備えられる蓄電池と、商用電源から予め定められた電力の供給を受ける受電手段と、前記クレーンの電力負荷への給電路へ前記蓄電池及び前記受電手段からの直流電力を交流電力に変換し供給する供給手段と、を備え、発電機を備えたクレーン又は既設の発電機を廃した前記クレーンの電力負荷に交流電力を供給するための電力供給装置の電力供給方法であって、
   前記クレーンの電力負荷が消費する電力と前記商用電源から供給される電力との電力差を算出する第１工程と、
   前記第１工程によって算出された電力差に応じた電力を前記蓄電池から充放電させる第２工程と、
   を含み、
   前記クレーンは、吊荷を巻き上げる巻き動作における加速度を変化させることで、前記クレーンの電力負荷で消費される電力を抑制する巻き動作を行い、
   前記蓄電池の電力容量は、前記巻き動作によって抑制された電力に基づく電力供給方法。

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