KR20120024787A

KR20120024787A - 크레인용 하이브리드 전원장치 및 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법

Info

Publication number: KR20120024787A
Application number: KR1020117030205A
Authority: KR
Inventors: 노리유키 니시야마
Original assignee: 스미도모쥬기가이 엔지니어링 서비스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-03-14
Also published as: MY154760A; JP5580307B2; CN102460949B; WO2010146854A1; TW201111266A; KR101366468B1; US20120089287A1; TWI469911B; SG176817A1; JPWO2010146854A1; CN102460949A; US8670886B2

Abstract

부하가 급격히 증가하였을 때에 있어서도, 엔진발전기의 연비의 악화를 방지할 수 있는 크레인용 하이브리드 전원장치 및 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법을 제공한다.
엔진발전기(10)와, 축전장치(40)와, 축전장치(40) 및 엔진발전기(10)를 제어하는 제어장치(2)를 구비한 크레인용 하이브리드 전원장치(1)로서, 제어장치(2)는, 외부에 대하여 공급하는 요구전력과 축전장치(40)의 충전전력에 근거하여 엔진 부담전력을 구하는 부담전력 산출부(2a)와, 부담전력 산출부(2a)에 의하여 산출된 엔진 부담전력에 근거하여 출력토크 및 회전수를 산출하여, 토크 지령신호 및 회전수 지령신호를 생성하는 지령신호 송신부(2b)를 구비하고 있다.

Description

크레인용 하이브리드 전원장치 및 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법{Hybrid electric power source device for crane and method for controlling hybrid electric power source device for crane}

본 발명은, 크레인용 하이브리드 전원장치 및 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법에 관한 것이다. 갠트리(gantry)크레인이나 타이어마운트식 지브(jib)크레인 등의 엔진발전기를 동력원으로서 가지는 크레인 등에서는, 엔진발전기와 배터리 등의 축전장치를 구비한 하이브리드 전원에 의하여 모터 등을 구동시키는 기구를 구비한 것이 개발되고 있다.

본 발명은, 이러한 갠트리크레인 등의 설비에 사용되는 크레인용 하이브리드 전원장치 및 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법에 관한 것이다.

종래, 크레인 등에 있어서의 모터나 펌프 등의 전동기를 구동시키는 전력원에는, 디젤엔진 등을 구비한 엔진발전기가 사용되고 있다. 이러한 크레인 등에서는, 엔진발전기가 발생하는 전력을 컨버터와 인버터를 통하여 전동기에 공급하고 있고, 이 전동기에 전력을 공급하는 회선에는, 배터리 등의 축전기도 인버터와 병렬로 설치되어 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2).

이러한 특허문헌 1, 2의 기술에서는, 전동기가 필요로 하는 전력이 작을 때에는 잉여전력을 축전기에 축적하여 둘 수 있기 때문에, 에너지의 효율을 높일 수 있다. 그리고, 전동기가 필요로 하는 전력이 클 때에는, 엔진발전기와 축전기의 양방으로부터 전동기에 전력을 공급할 수 있으므로, 엔진발전기를 소형화할 수 있다는 이점이 있다.

일본 특허공개공보 평11－217193호 일본 특허공개공보 평11－285165호

그러나, 특허문헌 1, 2의 기술에서는, 전동기가 필요로 하는 전력에 비례하여 엔진발전기에 가하여지는 부하가 변동된다. 이로 인하여, 전동기가 필요로 하는 전력이 변동되면, 엔진발전기의 작동상태도 변동되기 때문에, 엔진발전기의 운전상태를 최적으로 유지하는 것은 어렵다. 즉, 엔진발전기를 연비가 좋은 상태로 운전시키는 것이 곤란하다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여, 엔진발전기의 연비를 상시 양호한 상태로 유지할 수 있는 크레인용 하이브리드 전원장치 및 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(전원장치)

제1 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 엔진발전기와, 축전장치와, 그 축전장치 및 상기 엔진발전기를 제어하는 제어장치를 구비한 크레인용 하이브리드 전원장치로서, 상기 제어장치는, 외부부하로부터의 요구전력과 상기 축전장치의 충전전력에 근거하여 엔진 부담전력을 산출하는 부담전력 산출부와, 상기 엔진 부담전력에 근거하여 상기 엔진발전기의 출력토크 및 회전수를 산출하고, 상기 엔진발전기에 대하여 상기 출력토크를 지령하는 토크 지령신호와 상기 회전수를 지령하는 회전수 지령신호를 송신하는 지령신호 송신부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

제2 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제1 발명에 있어서, 상기 엔진발전기는, 엔진과 그 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고, 상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 그 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달할 때까지, 상기 발전기에 의하여 상기 엔진을 어시스트운전하는 것을 특징으로 한다.

제3 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제2 발명에 있어서, 상기 발전기는, 그 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달하면, 상기 엔진의 어시스트운전으로부터 상기 엔진에 의한 발전(發電)운전으로 전환되는 것을 특징으로 한다.

제4 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제1 내지 3 발명에 있어서, 외부부하에는 주(主)장치와 보조장치가 포함되어 있고, 상기 엔진의 회전수는, 상기 주장치로부터의 주장치 요구동력이 있는 상태의 엔진의 회전수보다, 그 주장치로부터의 주장치 요구동력이 없는 대기상태의 엔진의 회전수 쪽이 낮은 것을 특징으로 한다.

제5 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제1 내지 4 발명에 있어서, 상기 엔진발전기가, 엔진본체 및 그 엔진본체의 작동을 제어하는 엔진제어부를 구비한 엔진과, 그 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기 및 상기 발전기의 작동을 제어하는 발전기제어부를 구비한 발전부로 이루어지고, 상기 지령신호 송신부는, 상기 엔진의 회전수를 지시하는 정보를 포함한 상기 회전수 지령신호를 상기 엔진제어부에 송신하고, 상기 발전부의 발전기에 발생시킬 토크를 지시하는 정보를 포함한 상기 토크 지령신호를 상기 발전기제어부에 송신하는 것을 특징으로 한다.

제6 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제5 발명에 있어서, 상기 지령신호 송신부는, 상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 상기 엔진 부담전력을 그 엔진이 발생할 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록 상기 발전부의 발전기를 가속시키는 회전수의 시간변동 데이터를 산출하고, 그 회전수의 시간변동 데이터에 근거하여 생성되는 상기 회전수 지령신호를, 상기 엔진제어부 및 상기 발전기제어부에 송신하는 것을 특징으로 한다.

제7 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제1 내지 4 발명에 있어서, 상기 엔진발전기가, 엔진본체 및 그 엔진본체의 작동을 제어하는 엔진제어부를 구비한 엔진과, 그 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기 및 상기 발전기의 작동을 제어하는 발전기제어부를 구비한 발전부로 이루어지고, 상기 제어장치의 지령신호 송신부는, 상기 엔진의 출력토크를 지시하는 정보를 포함한 상기 토크 지령신호를 상기 엔진제어부에 송신하고, 상기 발전부의 발전기의 회전수를 지시하는 정보를 포함한 상기 회전수 지령신호를 상기 발전기제어부에 송신하는 것을 특징으로 한다.

제8 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제7 발명에 있어서, 상기 지령신호 송신부는, 상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 상기 엔진 부담전력을 그 엔진이 발생시킬 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록 상기 발전부의 발전기를 가속시키는 회전수의 시간변동 데이터를 산출하고, 그 회전수의 시간변동 데이터에 근거하여 생성되는 상기 회전수 지령신호를, 상기 발전기제어부에 송신하며, 상기 발전부의 발전기의 가속기간에 있어서, 연소상태가 악화되지 않을 정도로 가속할 수 있는 출력토크를 산출하고, 그 출력토크에 근거하여 생성되는 상기 토크 지령신호를 상기 엔진제어부에 송신하는 것을 특징으로 한다.

제9 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 제1 내지 8 발명에 있어서, 상기 전원장치에 대하여 외부로부터 전력이 공급되는 상태가 되면, 상기 제어장치는, 상기 엔진이, 상기 발전부의 발전기에 의하여 모터링(motoring)상태로 구동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

(제어방법)

제10 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 엔진발전기와 축전장치를 구비한 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법으로서, 외부부하로부터의 요구전력과 상기 축전장치의 충전전력에 근거하여 엔진 부담전력을 산출하고, 엔진 부담전력에 근거하여 상기 엔진발전기의 출력토크 및 회전수를 산출하며, 상기 엔진발전기에 대하여 상기 출력토크를 지령하는 토크 지령신호와 상기 회전수를 지령하는 회전수 지령신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.

제11 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제10 발명에 있어서, 상기 엔진발전기가, 엔진과 그 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고, 외부부하로부터의 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달할 때까지, 그 엔진을 상기 발전기에 의하여 어시스트운전하는 것을 특징으로 한다.

제12 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제11 발명에 있어서, 상기 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달하면, 상기 엔진의 어시스트운전으로부터 상기 엔진에 의한 발전운전으로 전환되는 것을 특징으로 한다.

제13 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제10 내지 12 발명에 있어서, 외부의 부하에는 주장치와 보조장치가 포함되어 있고, 상기 엔진은, 그 회전수가, 상기 주장치로부터의 주장치 요구전력이 있는 상태의 엔진의 회전수보다, 그 주장치로부터의 주장치 요구전력이 없는 대기상태의 엔진의 회전수가 낮아지도록 제어되고 있는 것을 특징으로 한다.

제14 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제10 내지 13 발명에 있어서, 상기 엔진발전기가, 엔진과 그 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고, 상기 엔진의 회전수와 상기 발전부의 발전기에 발생시키는 토크를 제어하여, 상기 엔진발전기가 발전하는 전력을 조정하는 것을 특징으로 한다.

제15 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제14 발명에 있어서, 상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 상기 엔진 부담전력을 그 엔진이 발생할 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록, 상기 엔진의 조속기(調速機)를 기능시킨 상태에서 상기 엔진을 가속하여, 그 엔진과 동일속도로 상기 발전부의 발전기를 가속하는 것을 특징으로 한다.

제16 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제10 내지 13 발명에 있어서, 상기 엔진발전기가, 엔진과 그 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고, 상기 엔진의 출력토크와 상기 발전부의 발전기의 회전수를 제어하여, 상기 엔진발전기가 발전하는 전력을 조정하는 것을 특징으로 한다.

제17 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제16 발명에 있어서, 상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 연소상태가 악화되지 않을 정도의 출력토크를 발생하도록 상기 엔진을 제어하고, 상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 엔진 부담전력을 그 엔진이 발생할 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록, 상기 발전부의 발전기를 가속시키는 것을 특징으로 한다.

제18 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법은, 제10 내지 17 발명에 있어서, 외부로부터 전력이 공급되는 상태가 되면, 상기 발전부의 발전기에 의하여 상기 엔진을 모터링상태로 구동하는 것을 특징으로 한다.

(전원장치)

제1 발명에 의하면, 엔진발전기를, 엔진 부담전력을 발전하는데 있어서 가장 연비가 좋은 상태로 작동시킬 수 있으므로, 가장 효율적으로 전력을 외부에 공급할 수 있다.

제2 발명에 의하면, 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달할 때까지, 엔진을 가속할 때에, 그 가속을 발전부의 발전기에 의하여 어시스트할 수 있으므로, 엔진의 가속기간을 짧게 할 수 있다. 또한, 발전부의 발전기가 엔진의 가속을 어시스트하므로, 가속기간 중이더라도, 연소상태가 비정상상태가 되지 않도록 엔진을 작동시킬 수 있다. 따라서, 부하가 급상승하더라도, 엔진발전기로부터 충분한 전력을 공급할 수 있고, 또한, 엔진발전기의 연비의 악화나 매연의 발생을 막을 수 있다.

제3 발명에 의하면, 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달하면, 엔진에 의한 발전운전으로 신속히 전환되므로, 축전장치의 부하를 경감할 수 있다.

제4 발명에 의하면, 대기상태에 있어서의 엔진발전기의 연비를 향상시킬 수 있다.

제5 발명에 의하면, 발전부의 발전기에 발생시키는 토크를 변화시키는 것만으로도, 엔진발전기의 작동상태를, 외부에 전력을 공급하는 발전상태와 외부로부터의 전력에 의하여 구동되는 상태 사이에서 전환할 수 있다. 따라서, 외부에 공급하는 전력이 약간 변동되더라도, 엔진의 운전상태를 안정된 상태로 유지하여 둘 수 있다.

제6 발명에 의하면, 부하의 증가비율이 소정의 값을 넘었을 때에 있어서, 엔진 부담전력을 공급할 수 있는 회전수까지 엔진을 가속할 때에, 그 가속을 발전부의 발전기에 의하여 어시스트할 수 있으므로, 엔진의 가속기간을 짧게 할 수 있다. 또한, 발전부의 발전기가 엔진의 가속을 어시스트하므로, 가속기간 중이더라도, 연소상태가 비정상상태가 되지 않도록 엔진을 작동시킬 수 있다. 따라서, 부하가 급상승하더라도, 엔진발전기로부터 충분한 전력을 공급할 수 있고, 또한, 엔진발전기의 연비의 악화나 매연의 발생을 방지할 수 있다.

제7 발명에 의하면, 발전부의 발전기의 회전수를 변화시키는 것만으로도, 엔진발전기의 작동상태를, 외부에 전력을 공급하는 발전상태와 외부로부터의 전력에 의하여 구동되는 상태 사이에서 전환할 수 있다. 따라서, 외부에 공급하는 전력이 약간 변동되더라도, 엔진의 운전상태를 안정된 상태에 유지하여 둘 수 있다.

제8 발명에 의하면, 부하의 증가비율이 소정의 값을 넘었을 때에 있어서, 엔진 부담전력을 공급할 수 있는 회전수까지 엔진을 가속할 때에, 그 가속을 발전부의 발전기에 의하여 어시스트할 수 있으므로, 엔진의 가속기간을 짧게 할 수 있다. 또한, 발전부의 발전기가 엔진의 가속을 어시스트하므로, 가속기간 중이더라도, 연소상태가 비정상상태가 되지 않도록 엔진을 작동시킬 수 있다. 따라서, 부하가 급상승하더라도, 엔진발전기로부터 충분한 전력을 공급할 수 있고, 또한, 엔진발전기의 연비의 악화나 매연의 발생을 막을 수 있다.

제9 발명에 의하면, 엔진브레이크를 기능시킬 수 있으므로, 외부로부터 공급되는 전력을 발전부에서 소비할 수 있다. 또한, 엔진브레이크를 기능시키고 있는 동안은, 엔진에 공급하는 연료를 차단할 수도 있으므로, 엔진에서 소비하는 연료를 억제할 수 있다.

(제어방법)

제10 발명에 의하면, 엔진발전기를, 엔진 부담전력을 발전함에 있어서 가장 연비가 좋은 상태로 작동시킬 수 있으므로, 가장 효율적으로 전력을 외부에 공급할 수 있다.

제11 발명에 의하면, 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달할 때까지, 엔진을 가속할 때에, 그 가속을 발전부의 발전기에 의하여 어시스트할 수 있으므로, 엔진의 가속기간을 짧게 할 수 있다. 또한, 발전부의 발전기가 엔진의 가속을 어시스트하므로, 가속기간 중이더라도, 연소상태가 비정상상태가 되지 않도록 엔진을 작동시킬 수 있다. 따라서, 부하가 급상승하더라도, 엔진발전기로부터 충분한 전력을 공급할 수 있고, 또한, 엔진발전기의 연비의 악화나 매연의 발생을 방지할 수 있다.

제12 발명에 의하면, 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달하면, 엔진에 의한 발전운전으로 신속히 전환되므로, 축전장치의 부하를 경감할 수 있다.

제13 발명에 의하면, 대기상태에 있어서의 엔진발전기의 연비를 향상시킬 수 있다.

제14 발명에 의하면, 발전부의 발전기에 발생시키는 토크를 변화시키는 것만으로도, 엔진발전기의 작동상태를, 외부에 전력을 공급하는 발전상태와 외부로부터의 전력에 의하여 구동되는 상태 사이에서 전환할 수 있다. 따라서, 외부에 공급하는 전력이 약간 변동되더라도, 엔진의 운전상태를 안정된 상태로 유지하여 둘 수 있다.

제15 발명에 의하면, 부하의 증가비율이 소정의 값을 넘었을 때에 있어서, 엔진 부담전력을 공급할 수 있는 회전수까지 발전부의 발전기를 가속할 때에, 그 가속을 발전부의 발전기에 의하여 어시스트할 수 있으므로, 엔진의 가속기간을 짧게 할 수 있다. 또한, 발전부의 발전기가 엔진의 가속을 어시스트하므로, 조속기를 작동시켜서 가속하더라도 연소상태가 비정상상태가 되지 않도록 엔진을 작동시킬 수 있다. 따라서, 부하가 급상승하더라도, 엔진발전기로부터 충분한 전력을 공급할 수 있고, 또한, 엔진발전기의 연비의 악화나 매연의 발생을 막을 수 있다.

제16 발명에 의하면, 발전부의 발전기의 회전수를 변화시키는 것만으로도, 엔진발전기의 작동상태를, 외부에 전력을 공급하는 발전상태와 외부로부터의 전력에 의하여 구동되는 상태 사이에서 전환할 수 있다. 따라서, 외부에 공급하는 전력이 약간 변동되더라도, 엔진의 운전상태를 안정된 상태로 유지하여 둘 수 있다.

제17 발명에 의하면, 부하의 증가비율이 소정의 값을 넘었을 때에 있어서, 엔진 부담전력을 공급할 수 있는 회전수까지 발전부의 발전기를 가속할 때에, 그 가속을 발전부의 발전기에 의하여 어시스트할 수 있으므로, 엔진의 가속기간을 짧게 할 수 있다. 또한, 발전부의 발전기가 엔진의 가속을 어시스트하므로, 가속기간 중이더라도, 연소상태가 비정상상태가 되지 않도록 엔진을 작동시킬 수 있다. 따라서, 부하가 급상승하더라도, 엔진발전기로부터 충분한 전력을 공급할 수 있고, 또한, 엔진발전기의 연비의 악화나 매연의 발생을 방지할 수 있다.

제18 발명에 의하면, 엔진브레이크를 기능시킬 수 있으므로, 외부로부터 공급되는 전력을 발전부에서 소비할 수 있다. 또한, 엔진브레이크를 기능시키고 있는 동안은, 엔진에 공급하는 연료를 차단할 수도 있으므로, 엔진에서 소비하는 연료를 억제할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)를 채용한 설비의 개략 블록도이다.
도 2는, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 기동 및 통상운전의 플로우차트이다.
도 3은, 엔진(20)을 회전수 베이스로 제어하고 있는 경우에 있어서, 부하가 급격히 증가하였을 때에 있어서의 운전상태의 플로우차트이다.
도 4는, 엔진(20)을 회전수 베이스로 제어하고 있는 경우에 있어서, 부하가 급격히 증가하였을 때에 있어서의 운전상태의 다른 플로우차트이다.
도 5는, 주장치(MP)가 회생(回生)운전하고 있는 상태에 있어서의 운전상태의 플로우차트이다.
도 6은, 엔진(20)을 토크 베이스로 제어하고 있는 경우에 있어서, 부하가 급격히 증가하였을 때에 있어서의 운전상태의 플로우차트이다.
도 7은, 엔진발전기(10)의 엔진(20)의 특성도의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은, 권상용 모터(MM)의 속도의 시간변화(도 8 (A)), 권상용 모터(MM)를 구동하였을 때의 요구전력의 시간변화(도 8 (B)), 엔진회전수의 시간변화(도 8 (C)), 엔진발전기(10)의 발전(發電)전력의 시간변화(도 8 (D)), 축전장치(40)로부터의 방전(放電)전력의 시간변화(도 8 (E)), 및, 엔진(20)만의 출력과 발전기(30)로부터의 어시스트 출력의 시간변화(도 8 (F))를 나타낸 도면이다.
도 9는, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)가 설치되는 문형(門形) 크레인(C)의 개략 설명도로서, (A)는 정면도이고, (B)는 측면도이다.

본 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 고무타이어 갠트리크레인이나 타이어마운트식 지브크레인 등의 기계에 있어서, 윈치나 횡(橫)주행장치 등의 작업용 액츄에이터에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 엔진발전기와 축전장치를 가지고, 엔진발전기의 운전을 적절히 제어함으로써, 부하의 변동과 관계없이, 엔진발전기를 연비가 좋은 상태로 운전할 수 있도록 한 것에 특징을 가지고 있다.

먼저, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)를 설명하기 전에, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)가 설치되는 크레인의 구성을, 문형(門形) 크레인을 대표로 하여 간단히 설명한다.

도 9에 있어서, 부호(C)는 문형 크레인을 나타내고 있다. 도 9 (A)는 문형 크레인(C)의 정면을 나타내고, 도 9 (B)는 문형 크레인(C)의 측면을 나타내고 있다. 이 문형 크레인(C)은, 거더(K)와 이 거더(K)를 지지하는 기둥(H)을 구비한 문형의 프레임(F)과, 이 프레임(F)에 있어서의 기둥(H)의 하단에 설치된 한 쌍의 주행부(R, R)를 구비하고 있다. 이 한 쌍의 주행부(R, R)는, 각각 차륜(S)과 이 차륜(S)을 구동하는 주행모터(RM)를 구비하고 있고, 이 주행모터(RM)를 구동시키면, 문형 크레인(C)이 주행할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 프레임(F)의 거더에는, 이 거더 위를 주행하는 트롤리(T)가 설치되어 있다. 이 트롤리는, 트롤리(T)를 횡행(橫行) 이동시키는 횡행용 모터(TM)와, 하물(荷物) 등을 매달아 올리는 권상기(M)가 설치되어 있다. 이 권상기(M)는, 선단에 하물을 매달기 위한 훅 등의 매달기 기구(TA)가 장착된 와이어를 감아 올리고 풀어 내리는 권상용 모터(MM)를 구비하고 있다.

또한, 프레임(F)에는, 상술한 주행모터(RM), 횡행용 모터(TM) 및 권상용 모터(MM)에 전력을 공급하는, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)가 설치되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 개략을 설명한다.

도 1에 있어서, 부호(MP)는, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)가 설치되어 있는 문형 크레인(C) 등(이하, 설비라 함)의 주(主)장치를 나타내고 있다. 이 주장치(MP)는, 상술한 주행부(R)의 주행용 모터(RM)나, 트롤리(T)의 횡행용 모터(TM), 권상용 모터(MM) 등의 문형 크레인(C)에 있어서의 작업용 액츄에이터가 포함된다.

또한, 도 1에 있어서, 부호(SP)는, 설비에 있어서의 주장치(MP) 이외의 장치(보조장치)를 나타내고 있다. 이 보조장치(SP)는, 설비에 있어서의 주장치(MP) 이외의 장치, 예컨대, 제어용 전원이나 조명?보안용 전원, 그 외의 보조기기 전동기 등을 나타내고 있다.

다만, 주장치(MP)에 포함되는 각 모터는, 각 모터에 공급하는 교류전력을 제어하는 인버터를 각각 구비하고 있다.

또한, 보조장치(SP)도, 보조장치(SP)에 공급하는 교류전력을 제어하는 보조장치 인버터를 구비하고 있다. 보조장치(SP)도 후술하는 직류모선(La)에 접속되어 있으므로, 엔진발전기의 전압변동에 기인하여, 직류모선(La)으로부터 공급되는 교류전력이 변동할 가능성이 있다. 그러나, 보조장치(SP)를, 보조장치 인버터를 개재하여 직류모선(La)에 접속하고 있으므로, 보조장치(SP)에 공급하는 교류전력은, 보조장치 인버터에 의하여, 안정된 전압으로 제어된다.

여기서, 주장치(MP)와 보조장치(SP)는, 외부부하가 된다.

도 1에 있어서, 부호(La)는, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)로부터 외부로 직류전력을 공급하는 직류모선을 나타내고 있다. 이 직류모선(La)은, 상기 주장치(MP) 및 상기 보조장치(SP)에 접속되어 있고, 이들 장치에 크레인용 하이브리드 전원장치(1)로부터의 전력을 공급할 수 있도록 되어 있다.

반대로, 주장치(MP)의 각 모터가 회생(回生)발전시킴으로써 발생된 전력도, 직류모선(La)을 통하여, 보조장치(SP)나 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에 대하여 공급할 수 있도록 되어 있다.

다만, 이 직류모선(La)은, 설비가 가동되고 있는 상태에서는, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)가 소정의 운전전압이 되도록 조정되고 있다.

(크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 구성 설명)

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)는, 엔진발전기(10)와, 축전장치(40)와, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)의 작동을 제어하는 제어장치(2)를 구비하고 있다.

(엔진발전기(10)의 설명)

먼저, 엔진발전기(10)는, 엔진(20)과, 이 엔진(20)의 출력축에 연결된 발전기(31)를 가지는 발전부(30)를 구비하고 있다.

(엔진(20)의 설명)

엔진(20)은, 터보차저 등의 과급(過給)기구를 구비한 디젤엔진이며, 엔진본체(21)와 이 엔진본체(21)의 작동을 제어하는 엔진제어부(22)를 구비하고 있다. 엔진제어부(22)는, 제어장치(2)로부터의 지령에 근거하여, 엔진본체(21)의 운전상태를 제어하는 것이다.

다만, 엔진(20)은, 상기와 같은 터보차저 등의 과급기구를 구비한 디젤엔진에 한정되지 않는 것은 물론이며, 과급기구를 가지지 않은 디젤엔진 등도 포함된다.

(발전부(30)의 설명)

발전부(30)는, 발전기(31)와, 발전기(31)의 작동을 제어하는 인버터 등의 발전기제어부(32)를 구비하고 있다.

발전기(31)는, 예컨대, 자석내장형 동기모터(IPM 모터) 등을 구비한 것인데, 발전기로서의 기능에 더하여, 모터 기능도 가지는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 이 발전기(31)의 주축은 엔진(20)의 출력축과 직결되어 있다. 즉, 발전기(31)는, 그 회전수와 엔진(20)의 출력축의 회전수(즉, 엔진(20)의 회전수)가, 항상 동일하게 되도록 (또는 항상 일정한 비가 되도록) 연결되어 있는 것이다.

발전기제어부(32)는, 제어장치(2)로부터의 지령신호에 근거하여, 발전기(31)의 작동, 예컨대, 발전기(31)에 발생시키는 토크나 발전기(31)의 회전수 등을 제어하는 기능을 가지고 있다. 구체적으로는, 발전기제어부(32)는, 제어장치(2)로부터 송신되는 지령에 근거하여 발전기(31)에 부여하는 전압이나 주파수를 결정하고, 발전기(31)의 회전속도나 발생토크가 지령치와 일치하도록 제어한다.

그리고, 발전기제어부(32)는, 발전기(31)에 발생시키는 토크나 발전기(31)의 회전수 등을 제어함으로써, 발전기(31)가 발생한 전력을 직류모선(La)에 공급하는 상태와, 직류모선(La)으로부터의 전력공급을 받아서 발전기(31)를 작동시키는 상태를 전환하고 있다.

(축전장치(40)의 설명)

도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 직류모선(La)에는, 상기 엔진발전기(10)와 병렬이 되도록, 축전장치(40)가 접속되어 있다. 이 축전장치(40)는, 승강압 컨버터(42)와 충방전이 가능한 배터리나 커패시터 등의 축전기(41)를 구비하고 있고, 승강압 컨버터(42)를 통하여 축전기(41)가 직류모선(La)에 접속되어 있다. 즉, 축전장치(40)는, 승강압 컨버터(42)와 직류모선(La)을 통하여, 주장치(MP)나 엔진발전기(10)에 대하여 축전기(41)로부터 전력을 공급하거나, 반대로, 주장치(MP)나 엔진발전기(10)로부터의 전력을 축전기(41)에 충전하거나 할 수 있게 되어 있다.

또한, 축전장치(40)는, 축전제어부(43)도 구비하고 있다. 이 축전제어부(43)는, 축전기(41)의 충전율을 감시하는 기능과, 승강압 컨버터(42)의 작동을 제어하는 기능을 가지고 있다. 승강압 컨버터(42)의 작동을 제어하는 기능이란, 제어장치(2)로부터 송신되는 전력지령신호에 근거하여, 승압동작과, 강압동작과, 차단동작을 전환하도록 제어하는 기능이다.

승압동작이란, 축전기(41)로부터 공급되는 직류전력의 전압(이하, 축전기측 전압이라 함)을 승압하여 원하는 타이밍에 원하는 시간만큼 직류모선(La)에 출력시키는 동작이다.

강압동작이란, 직류모선(La)의 전압을 강압하여, 축전기(41)에 직류모선(La)으로부터 전력을 공급하는 동작이고, 차단동작이란, 축전기(41)와 직류모선(La) 사이를 전기적으로 차단하는 동작이다.

이상과 같은 구성을 가지므로, 승강압 컨버터(42)가 승압동작을 하도록 제어하면, 원하는 타이밍에 원하는 시간만큼, 바꾸어 말하면, 원하는 타이밍에 원하는양만큼, 축전기측 전압보다 높은 전압의 직류전력을 축전기(41)로부터 직류모선(La)에 공급할 수 있다.

반대로, 승강압 컨버터(42)가 강압동작을 하도록 제어하면, 직류모선(La)으로부터 축전기(41) 측에 전력을 출력할 수 있기 때문에, 축전기(41)에 직류전력을 공급하여, 축전기(41)를 충전할 수 있다.

다만, 축전제어부(43)는, 통상은, 직류모선(La)의 전압이 소정의 운전전압을 유지하도록 제어하고 있다. 즉, 직류모선(La)의 전압이 소정의 운전전압보다 높아지면 축전기(41)를 충전하고, 반대로, 직류모선(La)의 전압이 소정의 운전전압보다 낮아지면 축전기(41)가 전력을 공급하도록 제어하고 있는 것이다.

(제어장치(2)의 설명)

제어장치(2)는, 상술한 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)의 작동을 제어하는 것이다.

다만, 제어장치(2)에 입력되는 정보(입력정보)는, 예컨대, 상기 주장치(MP)나 보조장치(SP)의 작동상황에 관한 정보, 즉, 주장치(MP)나 보조장치(SP)에 공급되고 있는 전력(전류치 등)에 관한 정보나, 축전장치(40)의 충전율이나 전지 전류치, 전지 전압치 등의 전지정보, 발전기제어부(32)로부터 직류모선(La)에 공급되고 있는 전류치, 엔진(20)의 운전상태 (회전수나 연료분사량) 등이지만, 이들로 한정되지 않는 것은, 말할 필요도 없다.

이 제어장치(2)는, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)가 부담하는 전력을 산출하는 부담전력 산출부(2a)와, 엔진발전기(10)에 송신하는 지령신호를 작성하여 송신하는 지령신호 송신부(2b)를 가지고 있다.

(부담전력 산출부(2a)의 설명)

부담전력 산출부(2a)는, 상기 입력정보에 근거하여, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)로부터 직류모선(La)에 대하여 공급하여야 하는 전체 전력을 산출하는 기능을 가지고 있다. 즉, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)로부터 직류모선(La)에 공급하여야 할 직류전력(이하, 요구전력이라 함)을 산출하는 기능을 가지고 있다. 요구전력은, 구체적으로는, 주장치(MP)의 각 모터의 작동에 필요한 전력을 합한 전력(주장치 요구전력)과, 크레인용 하이브리드 전원장치(1) (어시스트 요구전력) 및 보조장치(SP)의 작동에 필요한 전력(보조장치 요구전력)을 합한 전력이다.

또한, 부담전력 산출부(2a)는, 주장치(MP)가 발전하고 있는 경우에는, 주장치(MP)로부터 직류모선(La)에 공급되고 있는 직류전력(이하, 외부전력이라 함), 바꾸어 말하면, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에 입력되어 있는 전력을 산출하는 기능도 가지고 있다.

또한, 부담전력 산출부(2a)는, 요구전력과, 축전장치(40)의 축전기(41)의 충전율 등에 근거하여, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)가 각각 부담하는 전력의 비율을 결정하는 기능을 가지고 있다. 또한, 이 부담비율에 관한 정보를 포함하는 전력지령신호를, 엔진발전기(10)가 부담하는 전력(엔진 부담전력)의 정보를 포함하는 전력지령신호에 대해서는 지령신호 송신부(2b)에, 또한, 축전장치(40)가 부담하는 전력(축전기 부담전력)의 정보를 포함하는 전력지령신호에 대해서는 축전제어부(43)에, 각각 발신하는 기능도 가지고 있다.

다만, 각 장치가 부담하는 전력의 비율은 적당히 설정하면 되는데, 예컨대, 주장치(MP)가 통상운전상태이면, 요구전력 중, 엔진발전기(10), 및, 축전장치(40)가 모두 50%씩 부담하도록 지시할 수 있다. 또한, 축전기(41)의 충전율이 높은 상태이면, 축전기(41)의 부담비율을 크게 하고, 엔진발전기(10)의 부담을 작게 하거나 할 수 있다. 이 경우에는, 엔진발전기(10)의 부담이 작아지므로 엔진발전기(10)에 에너지절약 운전을 시킬 수 있다. 반대로, 축전기(41)의 충전율이 낮은 상태이면, 축전기(41)의 부담비율을 작게 하여, 축전장치(40)의 충전율의 저하를 억제하도록 작동시킬 수 있다. 이와 같이, 부담전력 산출부(2a)는, 외부부하로부터의 요구전력과 상기 축전장치(40)의 충전전력에 근거하여 엔진 부담전력을 산출한다.

그리고, 부담전력 산출부(2a)는, 요구전력의 급격한 증가가 생기는 것을 검출한 경우에는, 장래 요구되는 최대전력(예측 최대전력)이 어느 정도가 되는지, 또한, 예측 최대전력이 요구되는 타이밍은 언제인지에 대하여 산출하는 기능도 가지고 있다.

다만, 요구전력이 급격히 증가하는 경우란, 크레인이라면 권상동작을 개시하는 경우 등이 해당한다. 또한, 요구전력의 급격한 증가가 발생하는 것을 검출하는 방법은 특별히 한정되지 않는데, 예컨대, 크레인의 권상동작의 경우라면, 권상기를 작동시키는 레버 등이 오퍼레이터에 의하여 어떻게 조작되고 있는지를 검출함으로써 검출할 수 있고, 크레인이 권상동작을 개시할 때에 특징적으로 발생하는 전력의 증가율로부터도 검출할 수도 있다.

예측 최대전력은, 예컨대, 크레인이라면 매달아 올리는 하물의 데이터 등을 사전에 입력하여 둠으로써, 이 하물의 중량과 전력의 증가율에 근거하여 산출할 수도 있고, 크레인에 의하여 하물을 매달아 올리는 시험을 사전에 행하여 두고 그 데이터에 근거하여 추측하도록 하여도 되며, 특별히 한정되지 않는다.

(지령신호 송신부(2b)의 설명)

지령신호 송신부(2b)는, 상술한 부담전력 산출부(2a)가 산출한 엔진 부담전력에 근거하여, 엔진발전기(10)에 대하여 운전상태를 지시하는 신호를 생성하여 송신하는 기능을 가지고 있다. 운전상태를 지시하는 신호란, 엔진발전기(10)가 발생하는 토크를 지시하는 토크 지령신호나, 엔진발전기(10)의 회전수를 지시하는 회전수 지령신호 등이다.

이 지령신호 송신부(2b)는, 토크 지령신호 및 회전수 지령신호를 생성하기 위하여, 엔진 부담전력에 대하여, 연비가 좋은 상태로 발전(發電)할 수 있는 출력토크 및 회전수를 산출하는 기능을 가지고 있다. 이 기능이 출력토크 및 회전수를 산출하는 방법은 특별히 한정되지 않는데, 예컨대, 전력과, 이 전력을 가장 연비가 좋은 상태로 발전할 수 있는 엔진발전기(10)의 출력토크의 관계를 나타낸 맵, 및, 엔진발전기(10)의 출력토크와, 각 출력토크를 가장 연비가 좋은 상태로 출력할 수 있는 엔진회전수나 연료공급량(디젤엔진이면 연료분사량)의 관계를 나타낸 맵에 근거하여, 출력토크 및 회전수를 산출하는 방법 등을 들 수 있다.

상기와 같은 엔진발전기(10)의 출력토크 및 회전수의 산출에 사용할 수 있는 맵의 일례를 도 7에 나타낸다.

도 7은 엔진발전기(10)의 특성도로서, 가로축을 엔진회전수, 세로축을 엔진토크(왼쪽 축) 및 엔진출력(오른쪽 축)으로 한 그래프이며, 등(等)출력선(P1~P8)을 점선으로, 등연비선(α1~α5)을 실선으로 나타낸 것이다. 또한, 등출력선은 P1에서 P8로 감에 따라서 출력이 커지고, 등연비선에 있어서는 α5에서 α1로 감에 따라서 연비가 좋아진다. 또한, 굵은 실선은, 엔진이 출력할 수 있는 능력을 나타내는 최대토크선을 나타내고 있다.

이 맵을 사용하면, 엔진 부담전력으로부터, 가장 연비가 좋은 상태로 발전할 수 있는 엔진토크 및 엔진회전수를 구할 수 있다. 즉, 요구되는 엔진 부담전력이 P3인 경우라면, 엔진회전수에 따라서 연비는, α1 이하에서 α5 이상까지 변화한다. 그러면, 엔진토크와 엔진회전수의 교점이, α1로 둘러싸인 영역 내에 위치하도록 엔진회전수를 선택하면(예컨대, 엔진토크 τ2와 엔진회전수 N2, t1의 상태), 연비가 좋은 상태로 발전할 수 있다. 특히, 이 영역 내에서도, 가장 연비가 좋아지는 영역에 엔진토크와 엔진회전수의 교점이 위치하도록 양자를 선택하면, 가장 연비가 좋은 상태로 발전할 수 있다.

이 제어장치(2)에는 각 장치로부터의 정보가 입력되어 있고, 제어장치(2)는 이 정보에 근거하여, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)에 지령신호를 송신하여 양 장치의 작동을 제어하고 있다.

또한, 지령신호 송신부(2b)는, 통상운전에서는 통상운전모드에서의 제어를 행하고, 요구전력이 급격히 증가한 경우에는, 가속모드에서의 제어를 행하는 기능을 가지고 있다.

통상운전모드란, 엔진 부담전력에 근거하여, 연비가 좋은 상태로 발전할 수 있는 출력토크 및 회전수로 엔진발전기(10)를 제어하는 제어모드이다.

가속모드는, 주장치(MP)의 요구전력이 급격히 증가하였을 경우에 있어서, 예측 최대전력이 되는 타이밍(예측 타이밍)이 되기 전에, 엔진발전기(10)의 회전수를, 엔진발전기(10)가 엔진 부담전력을 가장 효율적으로 발전할 수 있는 회전수(목표 회전수)에 도달시키는 제어가 행하여지는 제어모드이다.

또한, 가속모드에 있어서 상기와 같은 제어를 행하기 위하여, 지령신호 송신부(2b)는, 회전수의 시간변동 데이터를 작성하고, 이 회전수의 시간변동 데이터에 근거하여 회전수 지령신호를 생성하여 송신하는 기능을 가지고 있다. 회전수의 시간변동 데이터는, 예측 타이밍까지, 현재의 회전수로부터 목표 회전수까지 엔진발전기(10)의 회전수를 상승시키기 위하여 사용되는 데이터로서, 예컨대, 가속모드에 있어서, 엔진발전기(10)의 회전수를 시간변동시키는 비율을 규정한 데이터나, 소정의 시간 간격마다 회전수가 지정된 데이터 등이지만, 특별히 한정되지 않는다.

회전수의 시간변동 데이터를 작성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 현재부터 예측 타이밍까지의 기간, 현재의 회전수와 목표 회전수의 회전수차(差) 등에 근거하여, 지령신호 송신부(2b)에 기억되어 있는 복수의 회전수의 시간변동 데이터로부터, 적절한 데이터를 선택하는 방법을 채용할 수 있다. 또한, 현재부터 예측 타이밍까지의 기간, 현재의 회전수, 목표 회전수 등에 근거하여, 램프함수를 이용하여 회전수의 시간변동 데이터를 작성하는 방법을 채용할 수도 있다.

다만, 목표 회전수는, 예측 최대전력의 값에 관계없이, 엔진발전기(10)의 정격출력을 발생시키는 회전수이어도 된다. 이 경우, 실제의 최대전력이 예측 최대전력을 상회하였을 경우나, 예측 최대전력을 산출한 시점으로부터 더욱 부하가 급증하였을 경우이더라도, 엔진발전기(10)로부터 공급되는 전력이 부족되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 부담전력 산출부(2a)가 예측 타이밍을 산출하는 기능을 가지고 있지 않은 경우에는, 목표 회전수를 엔진발전기(10)의 정격출력을 발생시키는 회전수로 하면, 전력부족이 생기는 것을 방지할 수 있다.

또한, 예측 타이밍을 산출하는 방법은 특별히 한정되지 않는데, 예컨대, 크레인이라면 매달아 올리는 하물의 데이터 등을 사전에 입력하여 둠으로써, 이 하물의 중량과 전력의 증가율에 근거하여 산출할 수도 있고, 크레인에 의하여 하물을 매달아 올리는 시험을 사전에 행하여 두고 그 데이터에 근거하여 추측하도록 하여도 되며, 특별히 한정되지 않는다.

또한, 부담전력 산출부(2a)가 예측 타이밍을 산출하는 기능을 가지고 있지 않은 경우에는, 요구전력의 급격한 증가를 검출한 후, 미리 정한 기간 경과 후에 목표 회전수에 도달하도록 회전수 지령신호를 형성하여도 된다. 예컨대, 터보차저 등의 과급기구를 구비한 디젤엔진의 경우에는, 가속 개시로부터 과급기구의 작동까지의 타임래그(예컨대 3~4초 정도)를 고려하여, 0.5초 정도의 기간에 목표 회전수에 도달하도록 회전수 지령신호를 형성하여도 된다.

또한, 지령신호 송신부(2b)는, 주장치(MP)가 회생운전을 행하고 있는 경우에는, 회생모드에서의 제어를 행하는 기능을 가지고 있다.

회생모드란, 엔진발전기(10)의 엔진(20)을 에너지소비수단으로서 기능시키는 제어모드이다.

회생모드에 있어서 상기와 같은 제어를 행하기 위하여, 제어장치(2)의 지령신호 송신부(2b)는, 엔진(20)의 회전수를 지시하는 엔진회전수 지령신호와, 발전부(30)의 발전기(31)의 회전수를 지시하는 발전기회전수 지령신호를 작성하는 기능을 가지고 있다.

이 기능은, 예컨대, 엔진회전수 지령신호로서, 엔진(20)이 아이들링 속도로 작동하도록 회전수 지령신호(엔진회전수 지령신호)를 작성하고, 발전기회전수 지령신호로서, 엔진(20)의 아이들링 속도＋α의 속도로 발전기(31)를 작동시키도록 회전수 지령신호(발전기회전수 지령신호)를 작성하는 기능이다. 이로써, 엔진이 부하가 되므로, 에너지소비수단으로서 기능한다.

다만, 엔진회전수 지령신호 및 발전기회전수 지령신호는, 상기의 회전수에 한정되지 않고, 엔진회전수 지령신호가 발전기회전수 지령신호보다 조금 낮은 회전수이면 된다.

(크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 동작)

다음으로, 이상과 같은 구성을 가지는 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 작동을 설명한다.

(1) 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 기동 동작

크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 기동을 도 2에 근거하여 설명한다.

1) 엔진(20)의 기동

본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 기동시에는 기동스위치 등에 의하여 기동된다(스텝 S1). 그리고, 엔진발전기(10)의 엔진(20)이 기동된다(스텝 S2). 다만, 기동시에는, 제어장치(2)는 작동하지 않도록 제어되고 있다.

기동된 엔진(20)은, 엔진제어부(22)에 의하여 엔진본체(21)가 아이들링 운전상태가 되도록 제어된다. 즉, 엔진본체(21)의 회전수가 아이들링 속도가 될 때까지 상승된다.

2) 보조장치(SP)의 기동

엔진발전기(10)의 엔진(20)이 기동되면, 발전부(30)의 발전기(31)에 의하여 발전이 개시된다. 그리고, 발전기(31)로부터 공급되는 전력에 의하여, 보조장치(SP)가 운전할 수 있는 최저 운전전압을 직류모선(La)의 전압이 유지할 수 있게 되면, 보조장치(SP) 내의 인버터가 기동된다(스텝 S3).

다만, 발전기제어부(32)가 인버터이면, 발전기(31)가 발전한 전력은 인버터의 다이오드브릿지에 의하여 3상 전파정류되어, 직류모선(La)에 접속되어 있는 인버터의 콘덴서를 충전하는 데에도 사용된다.

또한, 발전부(30)의 발전기(31)가, 계자권선을 가지는 일반적인 발전기인 경우에는, 직류모선(La)에 공급되는 전류의 급격한 증가에 의하여 생기는 문제를 방지하기 위하여, 발전기제어부(32)에 초기충전전류 억제기능을 마련하는 것이 필요하다. 한편, 발전기(31)로서 IPM 모터를 사용하면, 기동시에 있어서 발전기(31)의 발전전압은 엔진본체(21)의 회전수의 상승에 따라서 상승하므로, 초기충전전류 억제기능을 마련하지 않아도 된다는 이점이 있다.

3) 제어장치(2)의 기동

보조장치(SP) 내의 인버터가 기동하면, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 제어에 필요한 전원이 확보되므로, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 제어장치(2)가 기동되어, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)가 작동한다(스텝 S4).

그리고, 기동된 제어장치(2)에 의하여, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)가 제어되고, 엔진발전기(10)와 축전장치(40)의 양방으로부터 공급되는 전력에 의하여, 직류모선(La)이 소정의 운전전압을 유지하도록 조정된다. 그러면, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 기동이 종료되고, 주장치(MP)를 작동할 수 있는 상태가 된다. 즉, 설비가 가동 가능한 상태가 되는 것이다.

여기서, 직류모선(La)의 운전전압은, 엔진발전기(10)로부터 직류모선(La)에 공급하는 전력(전류량)을 제어할 수 없게 되는 것을 방지하기 위하여, 발전기(31)가 통상의 발전을 행함으로써 외부에 공급할 수 있는 전압의 최고치보다 높게 설정되어 있다. 즉, 발전기(31)의 통상의 발전에서는, 직류모선(La)에 대하여 전력을 공급할 수 없게 되어 있다. 그러나, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에서는, 발전기제어부(32)가 발전기(31)를 회생제동(制動) 상태로 제어함으로써, 발전기(31)로부터 직류모선(La)에 대하여 전력을 공급할 수 있다.

다만, 보조장치(SP) 내의 인버터 이외에, 다른 전원(예컨대, 상용전원 등) 등의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 제어에 필요한 전력을 공급할 수 있는 전력공급수단을 설치하면, 보조장치(SP) 내의 인버터를 기동하기 전에 크레인용 하이브리드 전원장치(1)를 기동하는 것도 가능하여진다.

(2) 설비 가동시

본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에서는, 설비 가동시에는, 주장치(MP)의 작동상황, 즉, 주장치(MP)가 요구하는 전력에 따라서 작동상태가 변화한다. 구체적으로는,

1) 대기상태

2) 통상운전상태

3) 주장치(MP)의 요구전력이 급격히 증가하였을 경우

4) 주장치(MP)가 회생운전하고 있는 경우

의 각 상태에 대하여, 각각 적절한 상태로 작동하도록 구성되어 있으므로, 각 상태에 있어서의 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 작동을 설명한다.

다만, 제어장치(2)는, 회전수 지령신호를 엔진제어부(22)에 송신하는 경우에는, 토크 지령신호는 발전기제어부(32)에 송신하고, 반대로, 토크 지령신호를 엔진제어부(22)에 송신하는 경우에는, 회전수 지령신호는 발전기제어부(32)에 송신하도록 구성되어 있다.

따라서, 먼저, 제어장치(2)로부터, 회전수 지령신호가 엔진제어부(22)에 송신되고, 토크 지령신호가 발전기제어부(32)에 송신되는 경우를 설명한다(제1 실시형태).

1) 대기상태

주장치(MP)의 모터가 어느 것도 작동하고 있지 않은 상태(대기상태)에서는, 크레인용 하이브리드 전원장치(1) 및 보조장치(SP)의 작동에만 전력이 소비된다. 이 경우, 이들의 작동에 필요한 전력과, 직류모선(La)을 운전전압으로 유지할 수 있는 정도의 전력이 직류모선(La)에 공급되는 상태가 된다. 이 상태에서는, 크레인용 하이브리드 전원장치(1) 및 보조장치(SP)의 작동에 필요한 전력을 엔진발전기(10)가 대부분 부담하도록 제어된다.

한편, 대기상태에 있어서, 축전장치(40)는, 축전기(41)를 충방전시켜서 직류모선(La)의 전압이 운전전압으로 유지되도록 작동하기 때문에, 충방전에 따라서 축전기(41)의 충전율은 오르내린다.

이로 인하여, 축전장치(40)의 충전율이 일정한 값 이하가 되면, 제어장치(2)는, 엔진발전기(10)에 대하여, 크레인용 하이브리드 전원장치(1) 등의 작동에 필요한 전력에 더하여, 축전장치(40)를 충전 가능한 정도의 전력도 직류모선(La)에 공급할 수 있는 상태가 되도록 제어된다. 즉, 제어장치(2)로부터, 크레인용 하이브리드 전원장치(1) 등의 작동에 필요한 전력과 축전장치(40)의 충전에 필요한 전력을 합한 전력을, 가장 효율적으로 발전할 수 있는 회전수로 엔진발전기(10)가 작동하도록 회전수 지령신호 및 토크 지령신호가 송신되어, 엔진발전기(10)가 작동한다. 그리고, 축전기(41)의 충전율이 소정의 충전율 이상으로 회복하면, 제어장치(2)에 의하여, 엔진발전기(10)가 원래의 운전상태로 복귀된다.

반대로, 충전율이 상승하였을 경우는, 엔진발전기(10)로부터 직류모선(La)에 공급하는 전력이 하이브리드 전원장치(1) 등의 작동에 필요한 전력보다 적어지도록 엔진발전기(10)가 제어되므로, 축전기(41)에서는 방전이 생겨서, 소정의 충전율로 회복한다.

즉, 제어장치(2)는, 축전기(41)의 충전율을 소정의 범위 내로 유지할 수 있도록 제어하고 있고, 이러한 축전기(41)의 충전율을 조정하기 위하여 행하여지는 엔진발전기(10)의 운전상태의 변경은, 축전기(41)의 충전율에 따라서 적절히 행하여진다.

또한, 주장치(MP)가 작동하고 있지 않은 상태(대기상태)에서는, 필요한 전력이 적기 때문에, 엔진발전기(10)가, 모든 운전상태 중에서, 가장 발전효율이 높은 운전상태, 즉, 가장 연비가 좋은 상태로 작동하도록 제어하는 것이 바람직하다. 그러면, 엔진발전기(10)의 연료소비를 억제할 수 있으므로, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 운전효율을 높게 유지할 수 있다.

2) 통상운전상태(스텝 S5)

다음으로, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 통상운전시의 작동을, 도 2에 근거하여 설명한다.

다만, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위하여, 도 9의 문형 크레인(C)에 있어서의 통상운전시에 있어서의 작동과 대비하면서 설명한다.

통상운전상태는, 요구전력의 전압은 변동하지만, 그 변동비율, 즉, 요구전압의 증가비율이나 감소비율이 작은 상태이다. 예컨대, 도 9의 문형 크레인(C) 등에서는, 권상용 모터(MM)는 작동하고 있지 않지만, 주행용 모터(RM)나 횡행용 모터(TM)가 구동하고 있는 경우가 상당한다.

통상운전상태에서는, 먼저, 제어장치(2)에 의하여(예컨대, 부담전력 산출부(2a)에 의하여), 주장치(MP)의 각 모터가 구비하고 있는 인버터(구체적으로는, 주행용 인버터, 횡행용 인버터, 보조기기용 인버터, 권상용 인버터)가 필요로 하는 전력이 산출되어, 주장치(MP)의 요구전력이 산출된다(스텝 S6).

그러면, 제어장치(2)는, 요구전력의 증가비율이 미리 정하여진 임계치를 넘었는지 어떤지를 판단하여, 임계치를 넘고 있지 않은 경우는, 제어장치(2)는 주장치(MP)가 통상운전이라고 판단하고(스텝 S7), 통상운전상태를 유지하도록 제어가 행하여진다(스텝 S8).

다만, 주행용 모터(RM)나 횡행용 모터(TM)의 구동에 있어서는, 구동할 때에 영향을 주는 기기의 관성력이 작기 때문에, 통상, 요구전력의 증가의 비율이 미리 정하여진 임계치를 넘는 경우는 없다.

통상운전상태라고 판단하면, 제어장치(2)의 부담전력 산출부(2a)에 의하여 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)가 부담하여야 할 전력이 산출된다. 그러면, 지령신호 송신부(2b)에서는, 엔진 부담전력에 근거하여, 이 엔진 부담전력에 대하여, 연비가 좋은 상태로 발전할 수 있는 출력토크 및 회전수가 산출된다. 그리고, 산출된 출력토크 및 회전수의 정보를 포함하는 회전수 지령신호 및 토크 지령신호가 작성되어, 각각 엔진제어부(22) 및 발전기제어부(32)에 송신된다. 동시에, 부담전력 산출부(2a)로부터는, 축전제어부(43)에 대하여, 축전기 부담전력을 포함하는 전력지령신호가 축전제어부(43)에 발신된다.

엔진(20)의 엔진제어부(22)는, 회전수 지령신호에 포함되어 있는 회전수지령에 근거하여, 엔진(20)이 그 회전수를 유지하도록 엔진본체(21)를 제어한다. 구체적으로는, 거버너(governor) 등의 조속기(調速機)(이하, 단순히 거버너라 함)에 의하여, 지시된 회전수를 유지하도록 엔진본체(21)가 제어된다.

한편, 발전부(30)의 발전기제어부(32)에는, 토크 지령신호로 지시되는 토크가 발전기(31)에 발생하도록 제어된다. 즉, 상술한 엔진회전수에 있어서, 발전기(31)가 엔진 부담전력을 발생할 수 있도록, 발전기(31)의 토크가 제어된다. 그러면, 엔진(20)의 회전수와 발전기(31)의 토크에 대응한 전력이 발전되고, 지시된 엔진 부담전력에 상당하는 전력이 직류모선(La)에 공급된다.

또한, 축전장치(40)로부터는, 전력지령에 근거하여, 축전장치(40)가 부담하여야 할 전력이 직류모선(La)에 공급된다.

따라서, 소정의 요구전력을 만족하도록, 엔진발전기(10)와 축전장치(40)로부터 소정의 전력을 직류모선(La)에 공급할 수 있기 때문에, 직류모선(La)으로부터 주장치(MP)에 대하여, 바꾸어 말하면, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)로부터 주장치(MP)에 대하여 필요한 전력을 공급할 수 있는 것이다.

또한, 엔진발전기(10)의 엔진본체(21)가, 엔진 부담전력에 대하여, 가장 효율 좋게 발전할 수 있는 운전상태가 되도록 제어되므로, 엔진발전기(10)의 연비를 향상시킬 수 있다.

그리고, 제어장치(2)의 부담전력 산출부(2a)는, 요구전력을 상시 감시하고 있어서, 요구전력의 변동에 따라서 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)가 부담하는 전력을 변화시킨다. 그러면, 지령신호 송신부(2b)는, 엔진발전기(10)에 송신하는 지령신호를 변화시키기 때문에, 요구전력이 변화하더라도, 엔진발전기(10)의 운전상태를 최적인 운전상태가 되도록 제어할 수 있는 것이다.

여기서, 도 7에 근거하여, 통상운전에 있어서의, 엔진회전수와 엔진토크의 변화가 연비에 주는 영향을 설명한다.

예컨대, 도 7의 엔진특성도를 이용하여, 지령신호 송신부(2b)가 엔진토크 및 엔진회전수를 산출하고 있었다고 한다. 그리고, 엔진발전기(10)가, 엔진토크 τ1, 엔진회전수 N1의 상태, 즉, 요구전력이 P1 이하의 상태에서 운전되고 있었다고 한다(도 7의 t0).

이 상태로부터, 주장치(MP)가 요구하는 전력이 증가하여, 부담전력 산출부(2a)가 엔진 부담전력으로서 P3를 산출하고, 전력지령신호를 발신하였다고 한다. 전력지령신호를 받은 지령신호 송신부(2b)는, 도 7의 엔진특성도로부터, 엔진 부담전력(P3)을 출력할 수 있고, 또한, 연비가 가장 좋아지는 영역(α1의 내측)에 교점을 가지는 엔진회전수(N2, 목표 회전수)와 엔진토크(τ2)를 산출한다(t1).

그리고, 지령신호 송신부(2b)로부터의 지시에 의하여, 엔진회전수가 N2, 엔진토크가 τ2가 되도록 엔진발전기(10)의 작동이 변경되면, 소정의 타이밍까지, 엔진발전기(10)가, 연비가 좋은 상태로 엔진 부담전력(P3)을 출력할 수 있는 상태로 할 수 있다.

2) 주장치(MP)의 요구전력이 급격히 증가한 경우

크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 장치(MP)의 요구전력이 급격히 증가한 경우를, 도 3에 근거하여 설명한다.

통상운전상태 또는 대기상태로부터, 권상용 모터(MM)가 구동되면, 제어장치(2)에 의하여(예컨대, 부담전력 산출부(2a)에 의하여), 권상용 인버터로부터 요구되는 전력이 산출되고, 통상운전상태와 마찬가지로, 주장치(MP)의 요구전력이 산출되며, 이 요구전력의 증가의 비율이 미리 정하여진 임계치를 초과하였는지 어떤지가 판단된다. 물론, 다른 인버터로부터 요구되는 전력도 산출된다.

여기서, 권상용 모터(MM)의 권상의 가속은, 주행이나 횡행과는 상이하게, 미리 정하여진 시간 내에 행할 필요가 있기 때문에, 제어장치(2)는, 큰 전력을 권상용 인버터에 공급할 필요가 있다. 또한, 권상용 모터(MM)는, 권상 로프용의 플라이휠 등을 회전구동시키기 때문에, 구동할 때에 영향을 주는 기기의 관성력이 크다. 따라서, 권상용 모터(MM)가 구동되면, 통상, 요구전력의 증가비율은 미리 정하여진 임계치를 넘게 된다.

요구전력의 증가비율이 미리 정하여진 임계치를 초과하는 경우, 즉, 요구전력이 급격히 증가한 경우에, 엔진발전기(10)를, 요구전력의 급증에 추종하도록 급가속시키면, 엔진발전기(10)의 연소상태가 악화되어, 매연의 발생이나 연비의 악화가 발생하고, 최악의 경우에는 엔진이 정지하여 시스템 다운된다는 문제가 생긴다.

이로 인하여, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에서는, 주장치(MP)의 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과한 것을 제어장치(2)가 검출한 경우, 엔진발전기(10)의 연소상태의 악화를 방지하기 위하여, 이하의 가속모드에서 작동하도록 구성되어 있다(도 3 참조).

먼저, 주장치(MP)의 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과한 것을 제어장치(2)가 검출하면, 가속모드에서의 제어가 개시되고(스텝 S20), 부담전력 산출부(2a)에 의하여 예측 최대전력 및 예측 최대전력이 되는 타이밍이 산출되며(스텝 S21), 엔진 부담전력이 산출된다. 산출된 엔진 부담전력이 지령신호 송신부(2b)에 송신되면, 지령신호 송신부(2b)에 의하여, 예측 최대전력을 가장 효율적으로 출력할 수 있는 엔진(20)의 회전수(목표 회전수)가 산출된다(스텝 S22).

목표 회전수가 산출되면, 지령신호 송신부(2b)에 의하여 회전수의 시간변동 데이터가 작성되고(스텝 S23), 회전수의 시간변동 데이터에 근거하여, 회전수 지령신호가 순차로 엔진발전기(10)의 엔진제어부(22)에 송신된다(스텝 S24).

한편, 가속모드에서는, 통상운전시에 있어서 토크 지령신호가 송신되고 있었던 발전기제어부(32)에 대해서도, 엔진제어부(22)에 송신되는 회전수 지령신호와 동일한 정보를 가지는 회전수 지령신호가 지령신호 송신부(2b)로부터 송신된다(스텝 S24).

이와 같이, 동일한 회전수의 정보를 포함한 회전수 지령신호가, 엔진제어부(22)와 발전기제어부(32)의 양방에 송신되면, 엔진(20)의 회전수의 상승을 발전기(31)가 엔진 어시스트하도록 작동하므로, 엔진(20)의 연소상태의 악화를 방지하면서, 엔진(20)의 가속기간을 짧게 할 수 있다.

엔진(20)의 회전수의 상승을 발전기(31)가 엔진 어시스트함으로써 엔진(20)의 연소상태의 악화를 방지할 수 있는 이유는, 아래와 같다.

먼저, 엔진(20)의 회전수를 현재의 회전수로부터 목표 회전수까지 가속할 때에는, 거버너는, 연소상태의 악화가 생기지 않을 정도로 연료의 공급량을 증가시키도록 작동한다.

그러나, 요구되는 회전수 상승속도가 빠른 경우, 상기 정도로 연료의 공급량을 증가시켜도 엔진(20)의 출력응답성이 느리기 때문에, 엔진(20)의 회전수 상승이 요구 회전수에 대하여 추종할 수 없다. 보다 구체적으로는, 엔진(20)에의 분사량이 커져도, 공급되는 공기가 부족하기 때문에, 엔진(20)을 가속할 수 없다.

이로 인하여, 엔진(20)의 회전수는 충분히 가속되지 않아서 가속지연이 생긴다. 그러면, 거버너는, 회전수를 상승시키기 위하여 더욱 대량의 연료를 공급하려고 하지만, 이 경우, 연료가 과잉으로 공급된 상태가 되어, 연소상태의 악화가 발생되어 버린다. 이와 같이, 엔진회전수도 과급율도 상승하고 있지 않은 상태에서는, 엔진(20)은 고출력을 발생시킬 수 없기 (과도(過渡)현상) 때문에, 엔진부담이 너무 크면, 엔진(20)이 정지할 우려가 있다.

여기서, 발전기(31)에 대하여 엔진(20)과 동일한 조건으로 회전수를 상승시키도록 지시하여 두면, 발전기(31)도 요구되는 회전수 상승속도로 가속하려고 한다. 이로 인하여, 엔진(20)의 가속지연이 있더라도 발전기(31)의 가속까지도 느려지면, 발전기제어부(32)는 발전기(31)가 지시된 회전수 상승속도로 가속하도록, 발전기(31)의 주축에 가하는 토크를 증가시킨다. 즉, 발전기(31)는 직류모선(La)으로부터 공급되는 직류전력에 의하여 엔진(20)을 구동하는 구동수단으로서 작동된다. 이때 가하여지는 토크는, 거버너에 의하여 연소상태의 악화가 생기지 않을 정도로 연료의 공급량이 증가되었을 때에 엔진(20)이 발생하는 토크와, 엔진(20)의 가속에 본래 필요하였던 토크의 차에 상당한다. 즉, 엔진(20)의 회전수의 상승에 부족한 토크를 발전기(31)가 엔진 어시스트한 상태가 되는 것이다.

그리고, 발전기(31)가 엔진 어시스트함으로써, 거버너에 의하여 엔진(20)에 공급된 연료는 연소상태의 악화가 생기지 않을 정도의 양으로 억제된다.

따라서, 엔진(20)의 연소상태의 악화를 방지하면서, 엔진(20)의 가속기간을 짧게 할 수 있는 것이다.

다만, 상술한 발전기(31)에 의한 엔진 어시스트에는, 엔진본체(21)(엔진용 플라이휠도 포함한다)에 동력(토크)을 공급하여 가속을 어시스트하는 경우와, 발전기(31)가 스스로 가속함으로써 엔진본체(21)의 부담을 경감하여 가속을 어시스트하는 경우가 포함된다.

지령신호 송신부(2b)는, 엔진회전수가 목표 회전수에 도달하였는지 아닌지를 검출하고 있고, 엔진회전수가 목표 회전수에 도달할 때까지는, 가속모드에서의 운전을 계속시킨다(스텝 S25).

그리고, 엔진(20)이 목표 회전수에 도달하면, 지령신호 송신부(2b)에 의하여, 요구전력에 대응한 엔진 부담전력을 가장 효율 좋게 발전할 수 있는 운전상태로 엔진(20)이 작동하도록 회전수 지령신호 및 토크 지령신호를 작성하게 된다. 즉, 제어가 통상운전상태로 복귀하는 것이다(스텝 S26).

가속모드에서는 이상과 같이 제어되므로, 예측 최대전력이 요구되기 전에, 엔진발전기(10)가 예측 최대전력에 있어서의 엔진 부담전력을 공급할 수 있는 회전수에 도달시킬 수 있으면, 예측 최대전력이 요구되었을 때에, 엔진 부담전력을 확실히 직류모선(La)에 공급할 수 있다.

다만, 가속모드로 제어가 행하여지고 있는 동안에는, 직류모선(La)을 운전전압으로 유지하도록, 축전기(41)로부터 전력이 공급된다. 즉, 요구전력뿐만이 아니라, 발전기(31)가 작동하기 위하여 필요한 전력을 포함한 모든 전력이 축전기(41)로부터 공급되어, 직류모선(La)은 운전전압으로 유지되는 것이다.

또한, 상기에서는, 가속모드로 제어가 행하여지고 있을 때에, 발전기제어부(32)에 대해서도 회전수 지령신호가 지령신호 송신부(2b)로부터 송신되는 경우를 설명하였다. 그러나, 기지(旣知)의 값인 엔진발전기(10)가 구비하고 있는 관성력과, 미리 정하여진 입상(立上)시간(5초)과, 목표 회전수에 의하여, 필요한 토크를 산출하고, 산출된 토크를, 토크 지령신호로서 발전기제어부(32)에 입력하도록 하여도 되고(도 4의 스텝 S24a), 이 방법에 따라서 발전기(31)가 엔진(20)을 엔진 어시스트하도록 하여도 된다(도 4).

여기서, 도 8에 근거하여, 도 9의 문형 크레인(C)에 있어서 가속모드를 실행하는 경우의 일례를 설명한다.

다만, 도 8에는, 권상용 모터(MM)의 회전수의 시간변화(도 8 (A)), 권상용 모터(MM)를 구동하였을 때의 요구전력의 시간변화(도 8 (B)), 엔진회전수의 시간변화(도 8 (C)), 엔진발전기(10)의 발전전력의 시간변화(도 8 (D)), 축전장치(40)로부터의 방전전력의 시간변화(도 8 (E)), 및, 엔진(20)만의 출력(실선)과, 엔진(20)만의 출력(PE)에 발전기(30)로부터의 어시스트 출력을 추가한 합계출력(일점쇄선)의 시간변화(도 8 (F))를 나타내고 있다.

권상용 모터(MM)에 의하여 권상을 행하는 경우에는, 그 회전수는, 통상, 크레인의 사양(仕樣)상, 미리 정하여진 시간(t2：예컨대 5초)까지, 가속을 완료하고, 등속운전으로 전환할 필요가 있다(도 8 (A)). 이로 인하여, 미리 정하여진 시간(t2：예컨대 5초)에 가속을 끝내도록, 요구전력이 산출된다(도 8 (B)).

그러나, 엔진(20)은, 요구전력의 증가에 대하여 응답성이 좋지 않기 때문에, 요구전력이 급격히 증가한 경우에는, 엔진(20)의 회전수를 요구전력의 증가에 대응하도록 급격히 증가시킬 수 없다(도 8 (C) 내의 파선).

따라서, 엔진(20)의 회전수가 Ne가 될 때까지, 시각 t0~t3의 시간을 필요로 한다. 이와 같이, 엔진회전수(과급기를 가지는 엔진에서는 엔진회전수와 과급율)가 상승하고 있지 않는 상태에서는, 엔진발전기(10)의 출력을 충분히 상승시킬 수 없다(도 8 (F) 내의 시각 t0 이후의 파선).

한편, 엔진회전수(과급기를 가지는 엔진에서는 엔진회전수와 과급율)가 상승하고, 엔진출력을 Pe까지 얻을 수 있게 되면, 엔진(20)만의 출력에 의하여, 요구전력의 증가에 대응하도록 엔진(20)의 회전수를 가속하는 것이 가능하여진다.

이로 인하여, 엔진(20)만의 출력에 의하여 요구전력의 증가에 대응하도록 엔진(20)의 가속이 가능한 회전수(Ne)가 얻어질 때까지(시각 t1까지), 발전기(31)는 엔진을 어시스트하도록 작동하여, 엔진(20)의 가속을 어시스트한다.

즉, 부담전력 산출부(2a)에 의하여 산출된 요구전력의 증가의 비율이, 미리 정하여진 임계치를 초과하였다고 판단되면, 발전기(31)는 발전운전으로부터 전동(電動)운전으로 전환된다. 그리고, 발전기(31)는 축전장치(40)로부터의 방전전력에 의하여, 엔진(20)을 어시스트하는 운전을 행한다(도 8 (D)의 시각 t0~t1에 있어서의 음영부분).

시각 t0~t1에 있어서는, 축전장치(40)로부터의 방전전력은, 발전기(31)에 의한 엔진 어시스트운전과 권상용 모터(MM)에 의한 권상운전에 소비된다. 도 8 (D)의 시각 t0~t1에 있어서, 마이너스부분(음영부분)이 발전기(31)에 의하여 소비되는 방전전력이고, 플러스부분(흰색부분)이 권상용 모터(MM)에 의하여 소비되는 방전전력을 나타낸다.

발전기(31)가 엔진 어시스트운전을 행함으로써, 발전기(31)는 엔진(20)에 대하여, 엔진회전수의 상승에 부족한 토크만큼을 어시스트한다. 이로써, 엔진(20)의 회전수는 급격히 상승한다(도 8 (C) 내의 시각 t0 이후의 실선). 엔진회전수가 급격히 상승하고 있는 동안, 엔진(20)에는 연료가 계속 공급되고 있다. 이 동안, 엔진회전수의 상승과 엔진에의 연료의 공급에 의하여, 엔진에 의한 출력(도 8 (F) 내의 실선부분)은 엔진 어시스트가 없는 경우(도 8 (F) 내의 파선)보다, 신속히 크게 할 수 있다. 그 이후도, 발전기에 의한 엔진 어시스트운전은 시각 t1까지 계속된다(도 8 (F) 내의 일점쇄선부분).

따라서, 엔진회전수는 높은 응답성으로 입상(立上)되므로, 시각 t1까지의 사이에, 엔진(20)은, 자기의 출력만으로 출력을 증대시키는 것이 가능하게 되는 엔진회전수(Ne)에 도달할 수 있다(도 8 (F)：시각 t1).

즉, 시각 t1에 있어서, 엔진(20)은, 엔진(20) 출력을 충분히 상승시킬 수 있는 엔진회전수와 과급율이 얻어진 상태가 된다.

그리고, 시각 t1에 있어서, 엔진(20)은 엔진(20)만의 출력으로 출력을 증대할 수 있는 엔진회전수(Ne)에 도달하여 있으므로, 발전기(31)는 엔진 어시스트운전으로부터 발전운전으로 전환된다(도 8 (D) 내의 시각 t1). 이와 동시에, 발전기(31)가 엔진 어시스트를 행하기 위하여 소비되고 있었던 전력은 없어지기 때문에, 그에 대응하는 만큼의 축전장치(40)로부터의 방전전력도 감소된다.

따라서, 축전장치(40)로부터의 방전전력은, 일시적으로 저하된다(도 8 (E) 내의 시각 t1).

시각 t1 이후도, 권상용 모터(MM)는 가속을 계속하므로, 요구전력은 계속 증대한다. 따라서, 축전장치(40)로부터의 방전전력은 계속 상승한다. 한편, 엔진(20)은 회전수(Ne)에 도달하여 있으므로, 엔진(20)은 엔진(20)만의 출력으로 엔진출력을 급격히 상승시킬 수 있다(도 8 (F) 내의 시각 t1~t2).

그리고, 시각 t2에 있어서, 엔진회전수가 Nl에 도달하면, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)는, 상술한 통상운전으로 전환된다.

이와 같이, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)는, 엔진(20)이 그 출력을 충분히 상승시킬 수 있는 엔진회전수와 과급율이 얻어진 상태로 될 때까지의 동안, 발전기(31)의 출력을 이용하여 엔진 어시스트운전을 행한다. 이로써, 요구전력의 증가에 대하여 응답성의 지연이 있음에도 불구하고, 발전기(31)의 엔진 어시스트운전에 의하여, 단시간에 엔진회전수를 Ne까지 상승시킬 수 있다.

따라서, 연소상태의 악화를 일으키는 일 없이, 엔진회전수를 증가시킬 수 있다. 그리고, 권상용 모터(MM)는, 미리 정하여진 시간(t2)까지 가속을 완료시킬 수 있다. 이로써, 통상의 크레인(예컨대, 도 9의 문형 크레인(C) 등)에서는, 약 50초 이내에, 권상동작을 완료시키는 것이 가능하여진다.

다만, 엔진(20)의 회전수가 목표 회전수에 도달하기 전에, 통상운전모드로 복귀하도록 하여도 된다. 예컨대, 엔진(20)의 회전수가 목표 회전수 마이너스 수%의 회전수가 되었을 때에, 통상운전모드로 복귀하도록 하여도 된다.

3) 주장치(MP)가 회생운전하고 있는 경우(회생모드)

본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)가 설치되어 있는 설비에서는, 주장치(MP)에 있어서 회생발전이 행하여지고 있는 경우, 회생발전된 전력은, 먼저, 보조장치(SP)의 작동에 사용되어 소비된다.

그러나, 회생발전된 전력이 보조장치(SP)의 소비전력을 초과하고 있는 경우에는, 남은 전력은, 직류모선(La)에 공급되게 된다. 즉, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에 대하여 외부로부터 전력이 공급되는 상태가 된다. 그러면, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에 있어서, 보조장치(SP)의 작동을 위하여 직류모선(La)에 공급하고 있던 전력이 남아 버리게 된다.

여기서, 축전장치(40)의 축전기(41)의 충전율에 여유가 있는 경우에는, 외부로부터 공급되는 전력에 의하여 직류모선(La)의 전압이 높아지면, 직류모선(La)의 전압을 운전전압으로 유지하도록, 축전장치(40)는 충전기(41)를 충전하는데, 충전하는 전력량이 커지면, 충전에 기인하는 축전장치(40)의 부하가 커진다.

특히, 도 9의 문형 크레인(C)에 사용되는 권상용 모터(MM)에서는, 통상, 회생운전 시간이 길기 (약 1분) 때문에, 권상용 모터에 의하여 발생한 회생전력을 모두 축전장치(40)에 충전하고 있으면, 축전장치가 과충전상태가 되어 버린다. 또한, 종래, 권상용 모터의 회생운전 중, 엔진(20)은 아이들링 운전을 계속하고 있었기 때문에, 엔진(20)의 연비도 나빠지고 있었다.

그래서, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)에서는, 회생발전된 전력이 보조장치(SP)의 소비전력을 초과하고 있는 경우에는, 발전기(31)가 엔진(20)을 구동하도록 작동하여 회생발전된 전력을 소비하도록 제어하고 있다. 그리고, 엔진(20)을 구동하여도 소비할 수 없었던 전력(잉여전력)만이 축전장치(40)의 축전기(41)에 충전되도록 제어하고 있다(도 5 참조).

즉, 회생발전된 전력이 보조장치(SP)에 있어서 소비되는 전력을 초과하고 있는 경우에 있어서, 본 실시형태의 크레인용 하이브리드 전원장치(1)는, 발전기(31)에 의하여 엔진(20)을 구동함으로써 직류모선(La)의 전압의 상승을 억제하도록 작동된다. 그리고, 엔진(20)을 구동하는 것만으로는 직류모선(La)의 전압의 상승을 억제할 수 없는 경우에만, 축전장치(40)가 잉여전력을 충전하여, 직류모선(La)의 전압을 운전전압으로 유지하도록 작동하는 것이다.

그러면, 발전기(31)에 의하여 엔진(20)이 구동되고 있으므로, 엔진발전기(10)의 엔진본체(21)에 공급하는 연료를 줄일 수 있고, 잉여전력만을 축전장치(40)에 공급하므로, 충방전에 기인하는 축전장치(40)의 부하를 적게 할 수 있다.

구체적으로는, 외부로부터 공급되는 전력(예컨대, 주장치(MP)에 있어서 회생발전된 전력)이 보조장치(SP)의 작동에 필요한 전력을 초과하고 있는 것을 검출하면, 제어장치(2)의 지령신호 송신부(2b)는, 엔진회전수 지령신호를 작성하여, 이 엔진회전수 지령신호를 엔진(20)의 엔진제어부(22)에 송신한다(스텝 S32).

동시에, 제어장치(2)의 지령신호 송신부(2b)는, 엔진(20)의 아이들링 속도＋α의 속도로 발전기(31)를 작동시키도록 발전기회전수 지령신호를 작성하여, 이 발전기회전수 지령신호를 발전부(30)의 발전기제어부(32)에 송신한다(스텝 S31).

그러면, 엔진본체(21)의 회전수지령이 발전기(31)의 회전수지령보다 낮기 때문에, 발전기(31)가 엔진본체(21)의 회전수를 상승시키도록 작동하고, 엔진브레이크가 걸린 상태가 되기 때문에, 주장치(MP)에 있어서 회생발전된 전력이 소비되게 된다. 이와 같이, 발전기(31)가 엔진(20)을 구동하도록 작동하여 회생발전된 전력을 소비하도록 제어한다. 그리고, 엔진(20)을 구동하여도 소비할 수 없었던 전력(잉여전력)이 축전장치(40)에 충전된다(스텝 S33, S34).

따라서, 주장치(MP)가 회생운전하고 있는 경우에 있어서 상기 제어를 행하면, 엔진발전기(10)의 엔진본체(21)에 공급하는 연료를 줄일 수 있고, 충방전에 기인하는 축전장치(40)의 부하를 적게 할 수 있다.

그리고, 외부로부터 공급된 전력을 저항 등에 의하여 열에너지로서 버리게 되는 경우와 비교하면, 일부의 전력은 엔진(20)의 연비의 향상에 기여하여, 잉여전력은 축전기(41)로부터 직류모선(La)에 공급함으로써 재이용할 수 있으므로, 외부로부터 공급된 전력을 유효하게 이용할 수 있다.

특히, 제어장치(2)에, 회생발전된 전력, 즉, 외부로부터 직류모선(La)에 공급되는 전력에 의하여 엔진본체(21)를 아이들링 속도＋α의 속도로 구동할 수 있는지 아닌지를 판단하는 기능을 마련하는 것이 바람직하다.

이들 기능을 마련하여, 엔진본체(21)를 아이들링 속도＋α의 속도로 구동할 수 있는 전력이 외부로부터 공급되고 있다고 판단한 경우에는, 제어장치(2)로부터 엔진(20)의 엔진제어부(22)에 대하여, 연료차단 지령신호를 송신하도록 한다.

그러면, 엔진(20)이 완전히 모터링상태로 작동되게 되므로, 엔진본체(21)에 공급하는 연료를 완전히 차단할 수 있어서, 대폭으로 엔진발전기의 연비를 향상시킬 수 있다.

(제2 실시형태)

다음으로, 제2 실시형태로서, 제어장치(2)로부터, 토크 지령신호가 엔진제어부(22)에 송신되고, 회전수 지령신호가 발전기제어부(32)에 송신되는 경우를 설명한다.

다만, 1) 대기상태, 4) 주장치(MP)가 회생운전하고 있는 경우에 대해서는, 회전수 지령신호가 엔진제어부(22)에 송신되고, 토크 지령신호가 발전기제어부(32)에 송신되는 경우와 동일하므로, 2) 통상운전상태와, 3) 주장치(MP)의 요구전력이 급격히 증가하였을 경우를 설명한다.

2) 통상운전상태

다음으로, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)의 통상운전시의 작동을 설명한다.

통상운전상태는, 요구전력의 전압은 변동하지만, 그 변동비율, 즉, 요구전압의 증가비율이나 감소비율이 작은 상태이다. 예컨대, 도 9의 문형 크레인(C) 등에서는, 권상용 모터(MM)는 작동하고 있지 않지만, 주행용 모터(RM)나 횡행용 모터(TM)가 구동하고 있는 경우, 또한, 권상용 모터(MM)의 작동에 의한 부하가 작은 경우가 통상운전상태에 상당한다.

통상운전상태에서는, 먼저, 제어장치(2)에 의하여(예컨대, 부담전력 산출부(2a)에 의하여), 주장치(MP)의 각 모터가 구비하고 있는 인버터(구체적으로는, 주행용 인버터, 횡행용 인버터, 보조기기용 인버터, 권상용 인버터)가 필요로 하는 전력이 산출되어, 주장치(MP)의 요구전력이 산출된다.

그러면, 제어장치(2)는, 요구전력의 증가비율이 미리 정하여진 임계치를 초과하였는지 어떤지를 판단하고, 임계치를 초과하고 있지 않은 경우는, 제어장치(2)는 주장치(MP)가 통상운전이라고 판단한다.

다만, 주행용 모터(RM)나 횡행용 모터(TM)의 구동에 있어서는, 구동할 때에 영향을 주는 기기의 관성력이 작기 때문에, 통상, 요구전력의 증가의 비율이 미리 정하여진 임계치를 초과하는 경우는 없다.

통상운전상태라고 판단하면, 제어장치(2)의 부담전력 산출부(2a)에 의하여, 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)가 부담하여야 할 전력이 산출된다. 그러면, 지령신호 송신부(2b)에서는, 엔진 부담전력에 근거하여, 이 엔진 부담전력에 대하여, 연비가 좋은 상태로 발전할 수 있는 출력토크 및 회전수를 산출한다. 그리고, 산출된 출력토크 및 회전수의 정보를 포함하는 회전수 지령신호 및 토크 지령신호가 작성되어, 각각 엔진제어부(22) 및 발전기제어부(32)에 송신된다.

다만, 엔진(20)의 출력토크는, 엔진본체(21)에 공급되는 연료량에 따라서 변화하므로, 지령신호 송신부(2b)는, 토크 지령신호에 있어서, 엔진(20)이 소정의 출력토크를 발생시킬 수 있는, 최저의 연료량을 지시한다.

엔진(20)의 엔진제어부(22)에서는, 토크 지령신호에 포함되어 있는 연료량의 지시에 근거하여, 소정량의 연료가 엔진(20)에 공급되도록 엔진본체(21)를 제어한다. 구체적으로는, 디젤엔진이라면, 연료분사량이 제어된다.

한편, 발전부(30)의 발전기제어부(32)에는, 회전수 지령신호로 지시되는 회전수로 발전기(31)가 회전하도록 제어된다. 즉, 엔진본체(21)가 상술한 출력토크를 발생하고 있는 상태에 있어서, 발전기(31)가 엔진 부담전력, 바꾸어 말하면, 발전기(31)가 엔진 부담전력을 발생할 수 있도록, 발전기(31)의 회전수가 제어된다. 그러면, 엔진(20)의 출력토크와 발전기(31)의 회전수에 대응한 전력이 발전되어, 지시된 엔진 부담전력에 상당하는 전력이 직류모선(La)에 공급된다.

따라서, 소정의 요구전력을 충족시키도록, 엔진발전기(10)와 축전장치(40)로부터 소정의 전력을 직류모선(La)에 공급할 수 있기 때문에, 직류모선(La)으로부터 주장치(MP)에 대하여, 바꾸어 말하면, 크레인용 하이브리드 전원장치(1)로부터 주장치(MP)에 대하여 필요한 전력을 공급할 수 있는 것이다.

또한, 엔진발전기(10)의 엔진본체(21)가, 엔진 부담전력을 가장 효율 좋게 발전할 수 있는 운전상태가 되도록 제어되므로, 엔진발전기(10)의 연비를 향상시킬 수 있다.

그리고, 제어장치(2)의 부담전력 산출부(2a)는, 요구전력을 상시 감시하고 있어서, 요구전력의 변동에 따라서 엔진발전기(10) 및 축전장치(40)가 부담하는 전력을 변화시킨다. 그러면, 지령신호 송신부(2b)는, 엔진발전기(10)에 송신하는 지령신호를 변화시키기 때문에, 요구전력이 변화하더라도, 엔진발전기(10)의 운전상태가 최적인 운전상태가 되도록 제어할 수 있는 것이다.

3) 주장치(MP)의 요구전력이 급격히 증가한 경우(가속모드)

주장치(MP)의 요구전력이 증가한 경우에는, 제어장치(2)는, 통상, 축전기 부담전력과 엔진 부담전력을 모두 증가시켜서 요구전력을 충족시키도록 제어한다. 그러면, 엔진 부담전력의 증가에 대응하기 위하여 엔진발전기(10)는 가속하도록 제어된다.

여기서, 요구전력이 급격히 증가한 경우에, 엔진발전기(10)를, 요구전력의 급증에 추종하도록 급가속시키면, 엔진발전기(10)의 연소상태가 악화되어, 매연의 발생이나 연비의 악화가 생기고, 최악의 경우에는 엔진이 정지하여 시스템 다운된다는 문제가 생긴다.

그래서, 주장치(MP)의 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과한 것을 제어장치(2)가 검출한 경우, 엔진발전기(10)의 연소상태의 악화를 막기 위하여, 이하의 가속모드로 작동하도록 구성되어 있다(도 6 참조).

먼저, 주장치(MP)의 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과한 것을 제어장치(2)가 검출하면, 가속모드에서의 제어가 개시되고(스텝 S40), 부담전력 산출부(2a)에 의하여 예측 최대전력 및 예측 최대전력이 되는 타이밍이 산출되어(스텝 S41), 엔진 부담전력이 산출된다. 산출된 엔진 부담전력이 지령신호 송신부(2b)에 송신되면, 지령신호 송신부(2b)에 의하여, 예측 최대전력을 가장 효율 좋게 출력할 수 있는 엔진(20)의 회전수(목표 회전수)가 산출된다(스텝 S42).

회전수의 시간변동 데이터가 작성되면, 회전수의 시간변동 데이터에 근거하여, 지령신호 송신부(2b)에 의하여 회전수 지령신호가 순차로 발전기제어부(32)에 송신된다(스텝 S43, 스텝 S44).

한편, 지령신호 송신부(2b)에 의하여, 어떤 회전수에 있어서도 연소상태의 악화가 생기지 않는 상태(예컨대, 매연이 발생하지 않는 상태 등)로 운전할 수 있는 최대량의 연료공급량이 산출된다. 그리고, 이들 연료공급량의 정보를 포함하는 토크 지령신호가 지령신호 송신부(2b)에 의하여 작성되어, 엔진제어부(22)에 송신된다(스텝 S43, 스텝 S45).

상기와 같은 토크 지령신호 및 회전수 지령신호가 엔진제어부(22) 및 발전기제어부(32)에 송신되면, 발전기(31)의 가속에 따라서, 엔진(20)도 가속하는 상황이 된다. 이때, 엔진(20)은, 공급되는 연료량으로는 발전기(31)의 회전수 상승에 추종할 수 있는 출력토크를 발생할 수 없기 때문에, 엔진(20)의 회전수의 상승에 부족한 토크를 발전기(31)가 엔진 어시스트한 상태가 된다. 즉, 발전기(31)는, 직류모선(La)으로부터 공급되는 직류전력에 의하여 엔진(20)을 구동하는 구동수단으로서 작동된다.

그러면, 엔진(20)의 연소상태의 악화가 생기지 않는 조건으로 운전시키면서, 발전기(31)가 발생하는 토크에 의하여 엔진(20)의 회전수를 상승시킬 수 있다. 따라서, 가속시에 있어서도, 엔진(20)의 연비의 악화나 매연의 발생을 막을 수 있고, 엔진(20)의 가속기간을 짧게 할 수 있는 것이다.

먼저, 엔진(20)의 회전수를 현재의 회전수로부터 목표 회전수까지 가속할 경우에는, 거버너는, 연소상태의 악화가 생기지 않을 정도로 연료의 공급량을 증가시키도록 작동한다.

그러나, 요구되는 회전수 상승속도가 빠른 경우, 상기 정도로 연료의 공급량을 증가시키더라도 엔진(20)의 출력응답성이 느리기 때문에, 엔진(20)의 회전수 상승이 요구 회전수에 대하여 추종할 수 없다. 보다 구체적으로는, 엔진(20)에의 분사량이 커지더라도, 공급되는 공기가 부족하기 때문에, 엔진(20)이 가속할 수 없다.

이로 인하여, 엔진(20)의 회전수는 충분히 가속되지 않아 가속지연이 발생한다. 그러면, 거버너는, 회전수를 상승시키기 위하여 더욱 대량의 연료를 공급하려고 하는데, 이 경우, 연료가 과잉으로 공급된 상태가 되어, 연소상태의 악화가 생겨 버린다. 이와 같이, 엔진회전수도 과급율도 상승되어 있지 않은 상태에서는, 엔진(20)은 고출력을 발생시킬 수 없기 (과도현상) 때문에, 엔진부담이 너무 크면, 엔진(20)이 정지할 우려가 있다.

여기서, 발전기(31)에 대하여 엔진(20)과 동일한 조건으로 회전수를 상승시키도록 지시하여 두면, 발전기(31)도 요구되는 회전수 상승속도로 가속하려고 한다. 이로 인하여, 엔진(20)의 가속지연이 있더라도 발전기(31)의 가속마저도 느려지면, 발전기제어부(32)는 발전기(31)가 지시된 회전수 상승속도로 가속하도록, 발전기(31)의 주축에 가하여지는 토크를 증가시킨다. 즉, 발전기(31)는 직류모선(La)으로부터 공급되는 직류전력에 의하여 엔진(20)을 구동하는 구동수단으로서 작동된다. 이때 가하여지는 토크는, 거버너에 의하여 연소상태의 악화가 생기지 않을 정도로 연료의 공급량이 증가되었을 때에 엔진(20)이 발생하는 토크와, 엔진(20)의 가속에 본래 필요하였던 토크의 차에 상당한다. 즉, 엔진(20)의 회전수의 상승에 부족한 토크를 발전기(31)가 엔진 어시스트한 상태가 되는 것이다.

다만, 상술한 발전기(31)에 의한 엔진 어시스트에는, 엔진본체(21)(엔진용 플라이휠도 포함함)에 동력(토크)을 공급하여 가속을 어시스트하는 경우와, 발전기(31)가 스스로 가속함으로써 엔진본체(21)의 부담을 경감하여 가속을 어시스트하는 경우가 포함된다.

지령신호 송신부(2b)는, 엔진회전수가 목표 회전수에 도달하였는지 아닌지를 검출하고, 엔진회전수가 목표 회전수에 도달할 때까지는, 가속모드에서의 운전을 계속시킨다(스텝 S46).

그리고, 엔진(20)이 목표 회전수에 도달하면, 지령신호 송신부(2b)에 의하여, 요구전력에 대응한 엔진 부담전력을 가장 효율적으로 발전할 수 있는 운전상태로 엔진(20)이 작동하도록 회전수 지령신호 및 토크 지령신호를 작성하게 된다. 즉, 제어가 통상운전상태로 복귀하는 것이다(스텝 S47).

이상과 같이 가속모드에서는 제어되므로, 예측 최대전력이 요구되기 전에, 엔진발전기(10)가 예측 최대전력에 있어서의 엔진 부담전력을 공급할 수 있는 회전수에 도달시킬 수 있으면, 예측 최대전력이 요구되었을 때에, 엔진 부담전력을 확실히 직류모선(La)에 공급할 수 있다.

다만, 가속모드로 제어가 행하여지고 있는 동안에는, 발전기(31)가 작동하기 위하여 필요한 전력이 축전장치(40)로부터 공급되도록, 축전제어부(43)에는 전력지령신호가 보내진다. 즉, 발전기(31)가 작동하기 위하여 필요한 전력을 포함하여, 요구전력을 모두 축전기(41)로부터 공급하도록 축전제어부(43)에 전력지령신호가 보내진다.

또한, 제2 실시형태에 있어서도, 도 9의 문형 크레인(C)에 있어서 가속모드를 실행하는 경우에는, 권상용 모터(MM)의 속도의 시간변화, 권상용 모터(MM)를 구동하였을 때의 요구전력의 시간변화, 엔진회전수의 시간변화, 발전기의 발전전력의 시간변화, 축전장치로부터의 방전전력의 시간변화, 및, 엔진출력의 시간변화는 도 8과 마찬가지의 시간변동이 된다.

또한, 엔진(20)의 회전수가 목표 회전수에 도달하기 전에, 통상운전모드로 복귀하도록 하여도 된다. 예컨대, 엔진(20)의 회전수가 목표 회전수 마이너스 수%의 회전수가 되었을 때에, 통상운전모드로 복귀하도록 하여도 된다.

(긴급시의 제어)

다만, 제어장치(2)의 고장 등에 의하여 지령신호가 각 장치에 송신되지 않는 상태가 된 경우에 있어서, 엔진발전기(10)가 자동적으로 정격속도로 작동하도록 하여 두면, 제어장치(2)에 트러블이 있더라도, 주장치(MP)나 보조장치(SP) 등에의 전력공급을 유지할 수 있다.

다만, 본 발명은 상기한 실시형태로 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.

본 발명의 크레인용 하이브리드 전원장치는, 갠트리크레인이나 타이어마운트식 지브크레인 등의 엔진발전기를 동력원으로서 가지는 크레인 등과 같이, 인버터의 직류모선에 전력을 공급하는 설비의 전원으로서 적합하다.

1 크레인용 하이브리드 전원장치
2 제어장치
2a 부담전력 산출부
2b 지령신호 송신부
10 엔진발전기
20 엔진
21 엔진본체
22 엔진제어부
30 발전부
31 발전기
32 발전기제어부
40 축전장치

Claims

엔진발전기와, 축전장치와, 상기 축전장치 및 상기 엔진발전기를 제어하는 제어장치를 구비한 크레인용 하이브리드 전원장치로서,
상기 제어장치는,
외부부하로부터의 요구전력과 상기 축전장치의 충전전력에 근거하여 엔진 부담전력을 산출하는 부담전력 산출부와,
상기 엔진 부담전력에 근거하여 상기 엔진발전기의 출력토크 및 회전수를 산출하고, 상기 엔진발전기에 대하여 상기 출력토크를 지령하는 토크 지령신호와 상기 회전수를 지령하는 회전수 지령신호를 송신하는 지령신호 송신부
를 구비하고 있는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진발전기는,
엔진과 상기 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고,
상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달할 때까지, 상기 발전기에 의하여 상기 엔진을 어시스트운전하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 2에 있어서,
상기 발전기는,
상기 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달하면, 상기 엔진의 어시스트운전으로부터 상기 엔진에 의한 발전운전으로 전환되는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
외부부하에는 주장치와 보조장치가 포함되어 있고,
상기 엔진의 회전수는,
상기 주장치로부터의 주장치 요구동력이 있는 상태의 엔진의 회전수보다,
상기 주장치로부터의 주장치 요구동력이 없는 대기상태의 엔진의 회전수 쪽이 낮은 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔진발전기가,
엔진본체 및 상기 엔진본체의 작동을 제어하는 엔진제어부를 구비한 엔진과, 상기 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기 및 상기 발전기의 작동을 제어하는 발전기제어부를 구비한 발전부
로 이루어지고,
상기 지령신호 송신부는,
상기 엔진의 회전수를 지시하는 정보를 포함한 상기 회전수 지령신호를 상기 엔진제어부에 송신하고,
상기 발전부의 발전기에 발생시키는 토크를 지시하는 정보를 포함한 상기 토크 지령신호를 상기 발전기제어부에 송신하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 5에 있어서,
상기 지령신호 송신부는,
상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 상기 엔진 부담전력을 상기 엔진이 발생시킬 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록 상기 발전부의 발전기를 가속시키는 회전수의 시간변동 데이터를 산출하고,
상기 회전수의 시간변동 데이터에 근거하여 생성되는 상기 회전수 지령신호를, 상기 엔진제어부 및 상기 발전기제어부에 송신하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔진발전기가,
엔진본체 및 상기 엔진본체의 작동을 제어하는 엔진제어부를 구비한 엔진과, 상기 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기 및 상기 발전기의 작동을 제어하는 발전기제어부를 구비한 발전부로 이루어지고,
상기 제어장치의 지령신호 송신부는,
상기 엔진의 출력토크를 지시하는 정보를 포함한 상기 토크 지령신호를 상기 엔진제어부에 송신하고,
상기 발전부의 발전기의 회전수를 지시하는 정보를 포함한 상기 회전수 지령신호를 상기 발전기제어부에 송신하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 7에 있어서,
상기 지령신호 송신부는,
상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 상기 엔진 부담전력을 상기 엔진이 발생시킬 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록 상기 발전부의 발전기를 가속시키는 회전수의 시간변동 데이터를 산출하고, 상기 회전수의 시간변동 데이터에 근거하여 생성되는 상기 회전수 지령신호를, 상기 발전기제어부에 송신하고,
상기 발전부의 발전기의 가속기간에 있어서, 연소상태가 악화되지 않을 정도로 가속할 수 있는 출력토크를 산출하고, 상기 출력토크에 근거하여 생성되는 상기 토크 지령신호를 상기 엔진제어부에 송신하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원장치에 대하여 외부로부터 전력이 공급되는 상태가 되면,
상기 제어장치는,
상기 엔진이, 상기 발전부의 발전기에 의하여 모터링상태로 구동되도록 제어하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
엔진발전기와 축전장치를 구비한 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법으로서,
외부부하로부터의 요구전력과 상기 축전장치의 충전전력에 근거하여 엔진 부담전력을 산출하고,
엔진 부담전력에 근거하여 상기 엔진발전기의 출력토크 및 회전수를 산출하고,
상기 엔진발전기에 대하여 상기 출력토크를 지령하는 토크 지령신호와 상기 회전수를 지령하는 회전수 지령신호를 송신하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.
청구항 10에 있어서,
상기 엔진발전기가,
엔진과 상기 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고,
외부부하로부터의 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달할 때까지, 상기 엔진을 상기 발전기에 의하여 어시스트운전하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.
청구항 11에 있어서,
상기 엔진이 미리 정하여진 엔진회전수에 도달하면, 상기 엔진의 어시스트운전으로부터 상기 엔진에 의한 발전운전으로 전환되는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.
청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
외부의 부하에는 주장치와 보조장치가 포함되어 있고,
상기 엔진은,
그 회전수가,
상기 주장치로부터의 주장치 요구전력이 있는 상태의 엔진의 회전수보다,
상기 주장치로부터의 주장치 요구전력이 없는 대기상태의 엔진의 회전수가 낮게 되도록 제어되고 있는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치.
청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔진발전기가,
엔진과 상기 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고,
상기 엔진의 회전수와 상기 발전부의 발전기에 발생시키는 토크를 제어하여, 상기 엔진발전기가 발전하는 전력을 조정하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.
청구항 14에 있어서,
상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면, 상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 상기 엔진 부담전력을 상기 엔진이 발생시킬 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록, 상기 엔진의 조속기(調速機)를 기능시킨 상태로 상기 엔진을 가속하고,
상기 엔진과 동일한 속도로 상기 발전부의 발전기를 가속하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.
청구항 10 내지 청구항 13에 있어서,
상기 엔진발전기가,
엔진과 상기 엔진의 출력축에 접속된 모터 기능을 가지는 발전기를 구비한 발전부로 이루어지고,
상기 엔진의 출력토크와 상기 발전부의 발전기의 회전수를 제어하여, 상기 엔진발전기가 발전하는 전력을 조정하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.
청구항 16에 있어서,
상기 요구전력의 증가비율이 소정의 값을 초과하면,
연소상태가 악화되지 않을 정도의 출력토크를 발생하도록 상기 엔진을 제어하고,
상기 요구전력이 최대전력치가 되었을 때에 상기 엔진발전기가 요구되는 엔진 부담전력을 상기 엔진이 발생시킬 수 있는 회전수에, 상기 요구전력이 상기 최대전력치가 되는 시간보다 빨리 도달하도록, 상기 발전부의 발전기를 가속시키는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.
청구항 10 내지 청구항 17에 있어서,
외부로부터 전력이 공급되는 상태가 되면,
상기 발전부의 발전기에 의하여 상기 엔진을 모터링상태로 구동하는 것
을 특징으로 하는 크레인용 하이브리드 전원장치의 제어방법.