JP5615111B2 - 蓄電システム及び船舶 - Google Patents

Description

本発明は、動力発生源として電動機を含むクレーン及び船舶に関する。

クレーン（起重機）は、荷役対象を吊り上げて運ぶ装置である。近年は、荷役対象が降下する際に、巻上装置を駆動する電動機に回生電力を発生させ、これを蓄電器に蓄えるクレーンが提案されている。例えば、特許文献１には、電力の供給を受けて荷役対象を上昇させるとともに、荷役対象を降下させる場合に電力を発生する回生制動機を有する起重機が記載されている。

特開２００８−８１０５４号公報、［０００６］

回生電力を蓄電する蓄電器は、通常二次電池が用いられる。二次電池は、蓄電量によっては耐久性低下を招くことがある。特許文献１には、かかる事項について開示も示唆もなく、改善の余地がある。

本発明は、デッキクレーンの動力発生源である電動機の回生電力を蓄電器へ蓄電する場合に、蓄電器の耐久性低下を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る蓄電システムは、船舶に搭載され、かつ巻上装置と俯仰装置と旋回装置とのうち少なくとも一つは電動機で駆動されるデッキクレーンに適用されるシステムであり、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電する複数の蓄電器と、前記蓄電器の蓄電量を検出する蓄電量検出器と、前記デッキクレーンの回生電力を検出する電力検出器と、前記複数の蓄電器の中から、前記蓄電量検出器が検出した蓄電量が所定の値以下、かつ前記電力検出器が検出した回生電力を蓄電可能な蓄電器を選択して、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させる蓄電制御装置と、を含むことを特徴とする。

本発明は、荷役対象を吊り下げるためのワイヤロープを巻上げる巻上装置と、先端に滑車を有し、当該滑車に前記ワイヤロープを通して荷役対象を吊るジブを俯仰させる俯仰装置と、前記ジブを旋回させる旋回装置と、のうち少なくとも一つは電動機で駆動されるデッキクレーンにおいて、電動機の回生電力を蓄電器に蓄電させる場合に適用される。蓄電器として用いられる二次電池は、蓄電可能な蓄電量の最大値まで蓄電すると、耐久性が低下する傾向がある。このため、二次電池は、耐久性低下を抑制する観点から、前記最大値よりも小さい蓄電量で使用することが好ましい。この蓄電システムは、複数の蓄電器の中から、蓄電量検出器が検出した蓄電量が所定の値以下、かつ電力検出器が検出した回生電力を蓄電可能な蓄電器を選択して、蓄電させる。その結果、蓄電器として二次電池を用いた場合に、蓄電器の耐久性低下を抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記蓄電制御装置は、前記所定の値から前記蓄電量検出器が検出した蓄電量を減算した値である蓄電可能量と、前記電力検出器が検出した回生電力との差が最も小さい蓄電器を選択し、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させることが好ましい。このようにすることで、複数の蓄電器を、最も高寿命で使用できる状態に維持しやすくなる。その結果、複数の蓄電池の耐久性低下をより効果的に抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記複数の蓄電器は複数の蓄電器群に分けられており、前記蓄電制御装置は、前記複数の蓄電器群の中から、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させる蓄電器群を選択することが好ましい。このようにすると、複数の蓄電器すべてに対して蓄電可能か否かを決定する必要はなく、前記決定の回数を低減することができる。その結果、蓄電制御装置が前記決定をするための処理に要する負荷が軽減されるとともに、処理時間を短縮できる。

本発明の望ましい態様として、前記蓄電量検出器は、それぞれの前記デッキクレーンの回生電力の総量を検出することが好ましい。このようにすることで、複数のデッキクレーンの電力収支を個別に監視し、全体の電力収支を求める必要はないので、蓄電制御が容易になる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る船舶は、前記蓄電システムを搭載したことを特徴とする。この船舶は、上述した蓄電システムを備えるので、蓄電器として二次電池を用いた場合に、蓄電器の耐久性低下を抑制できる。その結果、蓄電器のメンテナンスコストを抑制できる。

本発明は、デッキクレーンの動力発生源である電動機の回生電力を蓄電器へ蓄電する場合に、蓄電器の耐久性低下を抑制できる。

図１は、実施形態１に係る蓄電システムを搭載した船舶の全体図である。 図２は、実施形態１に係るデッキクレーンの構成を示す全体構成図である。 図３は、クレーンの動力発生源として電動機を用いて荷役作業をした場合における消費エネルギの変化を示す説明図である。 図４は、実施形態１に係る蓄電システムの構成図である。 図５は、実施形態１に係る蓄電システムが実行する蓄電制御の手順を示すフローチャートである。 図６は、実施形態１に係る蓄電システムが実行する他の蓄電制御の手順を示すフローチャートである。 図７は、実施形態２に係る蓄電システムの構成図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。以下においては、デッキクレーンをクレーンの一例として説明するが、本発明の適用対象はデッキクレーンに限定されるものではない。なお、デッキクレーンとは、貨物船の甲板上に設置され、海上輸送貨物の積み込み及び陸場作業に使用される荷役機械である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る蓄電システムを搭載した船舶の全体図である。デッキクレーン１は、船舶３０の甲板３１に搭載されて、船舶３０から荷役対象Ｃを下ろしたり、船舶３０に荷役対象Ｃを積み込んだりする際に用いられる。本実施形態において、船舶３０は、貨物船であり、４機のデッキクレーン１を有する。船舶３０が有するデッキクレーン１の数は、４機に限定されるものではない。

船舶３０は、蓄電システム１００を搭載する。蓄電システム１００は、複数のデッキクレーン１に対して適用される。蓄電システム１０は、複数の蓄電器を有する蓄電装置５１と、蓄電制御装置５０と、蓄電装置５１の蓄電量を検出する手段と、デッキクレーン１の回生電力を検出する手段と、を含む。蓄電システム１００の詳細については後述する。船舶３０は、発電機３２と、発電機３２を駆動する原動機３３とを有している。原動機３３は、例えば、ディーゼルエンジンである。発電機３２が発電した電力は、蓄電制御装置５０を介してそれぞれのデッキクレーン１に供給される。それぞれのデッキクレーン１は、発電機３２が生み出す電力によって、荷役対象Ｃを吊り上げたり吊り下げたりする。すなわち、発電機３２が生み出す電力は、それぞれのデッキクレーン１に供給される。次に、デッキクレーン１について説明する。

図２は、実施形態１に係るデッキクレーンの構成を示す全体構成図である。デッキクレーン１は、旋回体２と、巻上装置３と、俯仰装置４と、旋回装置５と、ジブ６とを含む。本実施形態において、巻上装置３と、俯仰装置４とは一体で構成されている。旋回体２は、巻上装置３と、俯仰装置４と、旋回装置５と、ジブ６とを備える。旋回体２は、船舶３０に設けられた架台３４上に据え付けられる。旋回体２は、架台３４の支持面３４Ｐと直交する軸Ｚを中心として回転できるようになっている。

ジブ６は、棒状の部材であり、先端６Ｔｔに滑車８を有している。ジブ６の先端６Ｔｔとは反対側の端部は、取付端６Ｔｌである。ジブ６は、取付端６Ｔｌが旋回体２に取り付けられている。そして、ジブ６は、取付端６Ｔｌの取付部を中心に揺動できるようになっている。ジブ６の揺動方向は、図２の矢印Ｕで示す方向である。滑車８には、荷役対象を吊るためのワイヤロープ９が通されている。ワイヤロープ９の一端部には、荷役対象を掛ける荷掛フック１１が取り付けられる。ワイヤロープ９の他端は、巻上装置３の巻上用ドラム３Ｄに連結され、これに巻き付けられている。

巻上装置３は、動力発生源である巻上装置用電動機（電動機）３Ｍによって巻上用ドラム３Ｄを回転させ、ワイヤロープ９を巻き取る。また、巻上装置３は、巻き取ったワイヤロープ９を繰り出す。巻上装置３の巻上用ドラム３Ｄにワイヤロープ９を巻き取る運動を巻上げといい、繰り出す運動を巻下げという。本実施形態においては、両方の運動を総称して巻上げという。巻上装置３がワイヤロープ９を巻上げすることにより、荷掛フック１１は、鉛直方向と平行な方向（図２の矢印Ｙで示す方向）に移動する。

俯仰装置４は、ジブ６を俯仰させる装置である。俯仰装置４は、俯仰用ワイヤロープ１０が巻き付けられた俯仰用ドラム４Ｄと、動力発生源である俯仰装置用電動機（電動機）４Ｍとを有している。俯仰装置用電動機４Ｍは、俯仰用ドラム４Ｄを回転させ、俯仰用ワイヤロープ１０を巻き取ったり繰り出したりする。俯仰用ワイヤロープ１０は、ジブ６の先端６Ｔｔと取付端６Ｔｌとの間に連結されている。ジブ６は、俯仰装置４が俯仰用ワイヤロープ１０を巻き取ることにより上（鉛直方向とは反対側）を向き、俯仰用ワイヤロープ１０を繰り出すことにより下（鉛直方向側）を向く。

旋回装置５は、架台３４の支持面３４Ｐと直交する軸Ｚを中心として、旋回体２を旋回させる装置である。旋回装置５は、動力発生源として旋回装置用電動機（電動機）５Ｍを有する。旋回体２が旋回する方向は、図２の矢印Ｒで示す方向である。本実施形態において、旋回装置５は、旋回体２に取り付けられている。そして、例えば、架台３４には内歯歯車を設けておき、旋回装置５が有する旋回装置用電動機５Ｍが前記内歯歯車とかみ合う歯車５Ｇを回転させるようにする。このような構造により、旋回装置用電動機５Ｍが歯車５Ｇを回転させると、旋回体２が軸Ｚを中心として旋回する。なお、旋回装置５は、架台３４に設けられていてもよい。

巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の動力発生源は、上述したように電動機である。電動機は、電力によって回転力を発生する装置である。本実施形態においては、巻上装置３と俯仰装置４と旋回装置５との少なくとも一つの動力発生源が電動機であればよく、残りの装置は油圧装置を動力発生源としてもよい。油圧装置は、作動油を加圧して吐出する作動油吐出手段（例えば、ポンプ）と、当該ポンプの動力発生源とを有する装置である。油圧装置から吐出された作動油は、油圧モータに供給されてこれを駆動する。油圧モータは、油圧装置から供給された作動油によって回転力を発生する装置である。次に、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の動力発生源、すなわち、デッキクレーン１の動力発生源として電動機を用いた場合における消費エネルギを説明する。

図３は、クレーンの動力発生源として電動機を用いて荷役作業をした場合における消費エネルギの変化を示す説明図である。図３に示す例は、デッキクレーン１が有する巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５のすべての動力発生源に電動機を用いた場合の一例を示している。この例は、図１に示す船舶３０の船倉から荷役対象Ｃを吊り上げた後、荷役対象Ｃを岸壁等へ下ろす荷役作業の手順の一例を示している。具体的には、この荷役作業は、１：スリング（荷掛）、２及び３：巻上、４及び５：旋回及び俯（ジブ下げ）、６：巻下、７：スリング（荷外し）、８：巻上、９：旋回及び仰（ジブ上げ）、１０：巻下げ、１１：ロスタイム（待機）の手順を有する。

図３の縦軸は、デッキクレーン１の消費エネルギＬであり、横軸は時間ｔである。消費エネルギＬが正（＋）である場合、デッキクレーン１はエネルギを消費している。消費エネルギＬが負（−）である場合、デッキクレーン１はエネルギを発生している。デッキクレーン１の動力発生源に電動機を用いた場合、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５が仕事をする際に電動機はエネルギを消費し、これらが外部から仕事を受ける場合に電動機は電気エネルギを発生する。すなわち、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５が外部から仕事を受けたときに、これらの動力発生源である電動機を発電機として用いることにより、電動機は前記仕事に対応した電気エネルギを発生する。このように、通常は動力発生源として用いている電動機を発電機として作動させ、運動エネルギを電気エネルギに変換して回収することを回生という。

図３に示す例では、デッキクレーン１の電動機は、ジブ下げ、巻下、旋回において電気エネルギを発生している。ジブ下げにおいては、デッキクレーン１のジブ６はジブ６及び荷役対象に作用する重力によって下降するので、この動作が俯仰装置４の電動機に対して仕事を与える。このとき、俯仰装置４の電動機は電気エネルギを発生する。巻下げにおいては、デッキクレーン１のワイヤロープ９は荷役対象に作用する重力によって繰り出されるので、この動作が巻上装置３の電動機に対して仕事を与える。このとき、巻上装置３の電動機は電気エネルギを発生する。また、船舶３０は、前後の質量バランス及び荷役対象のバランスが不均一であることに起因して、甲板３１は水平面に対して傾斜する。このため、デッキクレーン１は、旋回時において、前記傾斜によって回転させられる。前記傾斜によってデッキクレーン１が回転する動作が、旋回装置５の電動機に仕事を与えるので、前記電動機は電気エネルギを発生する。このように、デッキクレーン１の動力発生源に電動機を用いた場合、前記電動機が外部から受けた仕事を電気エネルギとして回収することができる。このようにして得られた電気エネルギを回生電力という。次に、蓄電システム１００を説明する。

図４は、実施形態１に係る蓄電システムの構成図である。蓄電システム１００は、蓄電装置５１と、蓄電制御装置５０と、蓄電装置５１の蓄電量を検出する蓄電量検出器５４と、デッキクレーン１の回生電力を検出する電力検出器５３と、を含む。原動機３３によって駆動された発電機３２が発生した電力は、蓄電制御装置５０を介して複数（本実施形態では４台）のデッキクレーン１に供給される。このとき、電力は、スリップリング３８を介してデッキクレーン１に供給される。

蓄電制御装置５０は、発電機３２と、複数のデッキクレーン１と、蓄電装置５１と、デッキクレーン１以外の電力消費対象６０と電気的に接続されている。例えば、デッキクレーン１以外の電力消費対象６０は、例えば、投光器、室内灯、空調装置等の居住区間電気設備等がある。蓄電制御装置５０は、例えば、ＭＰＵ（Micro Computer Unit）である。蓄電制御装置５０は、処理部５０Ｃと電力分配部５０Ｄとを有する。処理部５０Ｃは、蓄電制御装置５０の制御を実行する。電力分配部５０Ｄは、発電機３２から供給される電力をデッキクレーン１に供給したり、電力消費対象６０に供給したりする。また、電力分配部５０Ｄは、デッキクレーン１の回生電力を蓄電装置５１に供給したり、電力消費対象６０に供給したりする。

それぞれのデッキクレーン１は、デッキクレーン１の巻上装置３及び俯仰装置４等を制御したり、デッキクレーン１の回生電力を蓄電制御装置５０に供給したりするクレーン制御装置１Ｃを有する。デッキクレーン１の回生電力は、具体的には、巻上装置３及び俯仰装置４等が有する巻上装置用電動機３Ｍ及び俯仰装置用電動機４Ｍ等が発生する回生電力である。

蓄電装置５１は、複数の蓄電器５２を有する。本実施形態において、蓄電器５２は二次電池であるがこれに限定されるものではなく、例えば、キャパシタ等を蓄電器５２に用いてもよい。蓄電器５２を二次電池とする場合、リチウムイオン電池を用いることが好ましいが、二次電池の種類はこれに限定されるものではない。例えば、ニッケル水素電池や鉛蓄電池を蓄電器５２として用いてもよい。リチウムイオン電池は、エネルギ密度が高いため、高負荷の環境で使用されるデッキクレーン１の電源として好ましい。

デッキクレーン１には三相交流が供給されるため、電力検出器５３は、例えば、三相電力計が用いられる。蓄電量検出器５４は、例えば、蓄電器５２の内部抵抗、端子電圧及び端子間電流から、蓄電器５２に蓄電されている電気の容量を検出する。電力検出器５３及び蓄電量検出器５４はこれらに限定されるものではなく、様々な方式のものを用いることができる。電力検出器５３が検出した回生電力の値（回生電力値）と、蓄電量検出器５４が検出した蓄電器５２の蓄電量とは、蓄電制御装置５０の処理部５０Ｃが取得する。処理部５０Ｃは、取得した回生電力値と蓄電量とを、蓄電装置５１、すなわち複数の蓄電器５２に対する蓄電の制御（蓄電制御）に用いる。本実施形態において、電力検出器５３は、発電機３２が発生した電力が複数のデッキクレーン１へ分配される前に配置される。このようにすることで、電力検出器５３は、複数のデッキクレーン１の回生電力の総量を検出することができる。

蓄電システム１００は、電力検出器５３が検出した回生電力と、蓄電量検出器５４が検出した蓄電器５２の蓄電量とに基づき、デッキクレーン１の回生電力を蓄電させる蓄電器５２を選択する。このとき、蓄電システム１００の蓄電制御装置５０は、複数の蓄電器５２の中から、蓄電量が所定の値よりも小さく、かつ、デッキクレーン１の回生電力を蓄電できる容量を有する蓄電器５２を選択し、これにデッキクレーン１の回生電力を蓄電させる。次に、蓄電システム１００の蓄電制御を説明する。

図５は、実施形態１に係る蓄電システムが実行する蓄電制御の手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１において、蓄電制御装置５０は、電力検出器５３がデッキクレーン１からの回生電力があったことを検出しないことの情報を取得した場合、蓄電制御を終了する（ステップＳ１１、Ｎｏ）。蓄電システム１００の蓄電制御装置５０は、電力検出器５３がデッキクレーン１からの回生電力を検出したことの情報を取得した場合、ステップＳ１２へ進む（ステップＳ１１、Ｙｅｓ）。

ステップＳ１２において、蓄電制御装置５０は、蓄電量検出器５４から、蓄電器５２の蓄電量についての情報を取得する。次に、ステップＳ１３に進み、蓄電制御装置５０は、取得した蓄電量に基づき、蓄電可能な蓄電器（二次電池）５２に、デッキクレーン１の回生電力を蓄電する。蓄電器５２が蓄電可能であるか否かは、次のようにして決定する。二次電池が蓄電可能な蓄電量の最大値を１００％とすると、蓄電量が８０％である状態が、二次電池を最も高寿命で使用できる。本実施形態においては、蓄電器５２に二次電池を用いるので、二次電池を最も高寿命で使用できる蓄電量を、蓄電システム１００において蓄電器５２の最大の蓄電量（蓄電量閾値）とする。このため、本実施形態において、蓄電制御装置５０は、蓄電量が８０％を超える蓄電器５２には回生電力を蓄電させず、蓄電量が８０％以下の蓄電器５２に回生電力を蓄電させる。上述したように、蓄電量閾値は、二次電池を最も高寿命で使用できる蓄電量であり、二次電池の種類によって異なることがあるので、８０％に限定されるものではない。

すなわち、蓄電制御装置５０は、複数の蓄電器５２の中から、蓄電量が所定の値、すなわち、二次電池を最も高寿命で使用できる蓄電量である蓄電量閾値以下のものを選択して、回生電力を蓄電させる。この場合、蓄電器５２の蓄電可能量（蓄電量閾値から現在の蓄電量、すなわち、蓄電量検出器５４が検出した蓄電量を減算した値）Ｑが回生電力Ｐｇ以上である場合（Ｐｇ≦Ｑ）には、その蓄電器５２に対して回生電力をすべて蓄電させることができる。しかし、回生電力Ｐｇよりも蓄電器５２の蓄電可能量Ｑの方が小さい場合（Ｐｇ＞Ｑ）には、その蓄電器５２に対して回生電力をすべて蓄電させることはできない。このため、蓄電制御装置５０は、蓄電量が蓄電領域値以下、かつ、デッキクレーン１の回生電力を蓄電できる容量を有する蓄電器５２、すなわち、蓄電可能量Ｑが回生電力Ｐｇ以下の蓄電器５２を選択し、その蓄電器５２に回生電力を蓄電させる。

例えば、蓄電制御装置５０は、回生電力Ｐｇと、蓄電領域値よりも現在の蓄電量が小さい蓄電器５２の蓄電可能量Ｑとを比較し、Ｐｇ＜Ｑである蓄電器５２を選択して、回生電力を蓄電させる。Ｐｇ＜Ｑである蓄電器５２が存在しない場合、蓄電制御装置５０は、蓄電量が蓄電量閾値よりも小さい蓄電器５２の蓄電可能量Ｑの総和ΣＱが回生電力Ｐｇよりも大きくなるように蓄電器５２を選択する。そして、蓄電制御装置５０は、選択された複数の蓄電器５２に回生電力Ｐｇを蓄電させる。このように、蓄電制御装置５０は、電力検出器５３が検出したデッキクレーン１の回生電力と蓄電量検出器５４が検出した蓄電器５２の蓄電量とに基づき、デッキクレーン１の回生電力を蓄電させる蓄電器５２を選択し、蓄電させる。回生電力を蓄電させる蓄電器５２をこのように選択することで、二次電池である蓄電器５２の耐久性低下を抑制してメンテナンスコストを抑えることができるとともに、発生した回生電力を蓄電器５２に蓄電させることができる。

回生電力は、電力検出器５３が検出するが、電力検出器５３は、それぞれのデッキクレーン１の回生電力の総量を検出している。複数のデッキクレーン１は、荷役作業をしているものや、荷役作業をしていないものがある。また、荷役作業をしているデッキクレーン１の中でも、荷下げ又はジブ下げ等によって回生電力を発生しているものと、荷上げ又はジブ上げ等によって電力を消費しているものとがある。電力検出器５３を、発電機３２が発生した電力が複数のデッキクレーン１へ分配される前に配置することにより、蓄電システム１００が有する複数のデッキクレーン１全体の電力収支、すなわち、複数のデッキクレーン１全体でみた場合に、電力を消費しているか又は回生電力を発生しているかを知ることができる。このようにすることで、複数のデッキクレーン１の電力収支を個別に監視し、全体の電力収支を求める必要はないので、蓄電制御が容易になる。また、本実施形態では、電力検出器５３によりデッキクレーン１の回生電力を実測するので、蓄電制御装置５０による蓄電制御の精度が向上する。

上記例では、蓄電制御装置５０は、蓄電装置５１が有するそれぞれの蓄電器５２に対して蓄電可能か否かを決定したが、蓄電装置５１が有する複数の蓄電器５２を、複数の蓄電器群に分けた上で、それぞれの蓄電器群に対して蓄電可能か否かを決定してもよい。例えば、図４に示す例では、蓄電装置５１は１５個の蓄電器５２を有しているが、蓄電器５２をそれぞれ５個ずつ有する３群の蓄電器群Ａ、Ｂ、Ｃに分ける。そして、蓄電制御装置５０は、それぞれの蓄電器群Ａ、Ｂ、Ｃに対して、上述した蓄電制御を実行する。このようにすると、蓄電装置５１が有するすべての蓄電器５２に対して蓄電可能か否かを決定する必要はなく、前記決定の回数を低減することができる。その結果、蓄電制御装置５０が前記決定をするための処理に要する負荷が軽減されるとともに、処理時間を短縮できる。

本実施形態において、蓄電制御装置５０は、蓄電可能量と回生電力の大きさとの差が最も小さい蓄電器５２又は蓄電器群を選択し、回生電力を蓄電させてもよい。このようにすることで、蓄電装置５１が有する複数の蓄電器５２を、最も高寿命で使用できる状態に維持しやすくなる。その結果、蓄電装置５１の耐久性低下をより効果的に抑制できるので、メンテナンスコストをより抑制できる。次に、他の蓄電制御を説明する。

図６は、実施形態１に係る蓄電システムが実行する他の蓄電制御の手順を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、蓄電制御装置５０は、電力検出器５３がデッキクレーン１からの回生電力があったことを検出しないことの情報を取得した場合、蓄電制御を終了する（ステップＳ２１、Ｎｏ）。蓄電システム１００の蓄電制御装置５０は、電力検出器５３がデッキクレーン１からの回生電力を検出したことの情報を取得した場合、ステップＳ２２へ進む（ステップＳ２１、Ｙｅｓ）。

ステップＳ２２において、蓄電制御装置５０は、蓄電量検出器５４から蓄電器５２又は蓄電器群の蓄電量についての情報を取得するとともに、電力検出器５３からデッキクレーン１の回生電力Ｐｇを取得する。次に、ステップＳ２３において、蓄電制御装置５０は、取得した回生電力Ｐｇと、第１回生電力閾値Ｐｇ１とを比較し、Ｐｇ＜Ｐｇ１でない場合は（ステップＳ２３、Ｎｏ）、処理をステップＳ２４に進める。ステップＳ２４において、蓄電制御装置５０は、取得した回生電力Ｐｇと、第１回生電力閾値Ｐｇ１及び第２回生電力閾値Ｐｇ２とを比較し、Ｐｇ１≦Ｐｇ≦Ｐｇ２でない場合は（ステップＳ２４、Ｎｏ）、処理をステップＳ２５に進める。ここで、Ｐｇ１＜Ｐｇ２である。

ステップＳ２５において、回生電力Ｐｇは、第２回生電力閾値Ｐｇ２よりも大きい。この場合、蓄電制御装置５０は、蓄電可能量Ｑ１の蓄電器５２又は蓄電器群に回生電力Ｐｇを蓄電させる。ステップＳ２４においてＰｇ１≦Ｐｇ≦Ｐｇ２である場合（ステップＳ２４、Ｙｅｓ）、ステップＳ２６に進む。この場合、蓄電制御装置５０は、蓄電可能量Ｑ２の蓄電器５２又は蓄電器群に回生電力Ｐｇを蓄電させる。ステップＳ２３においてＰｇ＜Ｐｇ１である場合（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）、ステップＳ２７に進む。この場合、蓄電制御装置５０は、蓄電可能量Ｑ３の蓄電器５２又は蓄電器群に回生電力Ｐｇを蓄電させる。ここで、Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３である。

この蓄電制御は、回生電力がＰｇ１＜Ｐｇ２の関係にあり、蓄電可能量はＱ１＞Ｑ２＞Ｑ３の関係にある。そして、Ｐｇ＜Ｐｇ１のときには蓄電可能量Ｑ３の蓄電器５２又は蓄電器群が回生電力Ｐｇを蓄電し、Ｐｇ１≦Ｐｇ≦Ｐｇ２のときには蓄電可能量Ｑ２の蓄電器５２又は蓄電器群が回生電力Ｐｇを蓄電する。また、Ｐｇ＞Ｐｇ２のときには蓄電可能量Ｑ１の蓄電器５２又は蓄電器群が回生電力Ｐｇを蓄電する。すなわち、本実施形態の蓄電制御は、回生電力Ｐｇと蓄電可能量Ｑとを対応付けておき、回生電力Ｐｇの大きさに見合った蓄電可能量Ｑの蓄電器５２又は蓄電器群を選択して、回生電力Ｐｇを蓄電させる。この手法は、蓄電可能量と回生電力の大きさとの差が最も小さい蓄電器５２又は蓄電器群を選択し、回生電力を蓄電させる手法を簡略化した手法であるともいえる。

回生電力Ｐｇの大きさに見合った蓄電可能量Ｑの蓄電器５２又は蓄電器群を選択する手法として、本実施形態では、蓄電制御装置５０は、回生電力Ｐｇが大きくなるにしたがって、複数の蓄電器５２又は複数の蓄電器群の中から、蓄電可能量Ｑがより大きい蓄電器５２又は蓄電器群を選択して、回生電力Ｐｇを蓄電させる。このようにすることで、回生電力Ｐｇを蓄電した後における蓄電器５２又は蓄電器群の蓄電量を、蓄電量閾値に近づけることができる。その結果、蓄電装置５１が有する複数の蓄電器５２を、最も高寿命で使用できる状態に維持しやすくなる。このため、蓄電装置５１が有する複数の蓄電器５２の耐久性低下をより効果的に抑制でき、蓄電装置５１のメンテナンスコストをより抑制できる。なお、複数のデッキクレーンを搭載した貨物船において、少なくとも一基のデッキクレーンを上述した実施形態に係るデッキクレーンとし、他のデッキクレーンを電動油圧駆動方式のデッキクレーンとしてもよい（以下同様）。

（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る蓄電システムの構成図である。蓄電システム１００ａは、上述した実施形態１の蓄電システム１００と略同様であるが、デッキクレーンの巻上装置と俯仰装置と旋回装置とのうち一つ又は二つの動力発生源を油圧装置とし、残りの動力発生源を電動機とするとともに、電動機の回生電力は、油圧装置を駆動する油圧装置用電動機に供給できるようにした点が異なる。他の構成は、実施形態１と同様である。次においては、デッキクレーンは１台として説明するが、蓄電システム１００ａが有するデッキクレーンの数は限定されるものではない。

蓄電システム１００ａのデッキクレーン１ａは、動力発生源として油圧装置２０と電動機２４、２５とを有する。油圧装置２０は、動力発生源としての油圧装置用電動機２１と、ポンプ２２とを含む。ポンプ２２は、油圧装置用電動機２１により駆動される。油圧装置２０は、少なくとも巻上装置３に油圧を供給、すなわち、加圧した作動油を供給する。具体的には、油圧装置２０のポンプ２２は、巻上装置３に備えられる油圧モータ３ＭＦに、加圧した作動油を供給してこれを駆動することにより、巻上用ドラム３Ｄを回転させる。

俯仰装置４の動力発生源は電動機２５（俯仰装置用電動機２５）である。したがって、俯仰装置４の俯仰用ドラム４Ｄは、俯仰装置用電動機２５により駆動される。旋回装置５の動力発生源は電動機２４（旋回装置用電動機２４）である。したがって、旋回装置５の歯車５Ｇは、旋回装置用電動機２４により駆動される。

油圧装置用電動機２１と、俯仰装置用電動機２５と、旋回装置用電動機２４とは、それぞれ共通の母線３９に電気的に接続されている。このような構造により、俯仰装置用電動機２５と旋回装置用電動機２４との少なくとも一方が発生した回生電力は、油圧装置用電動機２１に供給されて、これを駆動する。また、船舶に搭載される原動機３３が発電機３２を駆動することによって得られた電力は、スリップリング３８を介して油圧装置用電動機２１と、俯仰装置用電動機２５と、旋回装置用電動機２４とに供給される。

このように、デッキクレーン１ａは、巻上装置３と、俯仰装置４と、旋回装置５とのうち一つ又は二つを、油圧装置２０が加圧した作動油を供給することによって駆動し、残りの装置を電動機の軸出力によって駆動する。そして、蓄電システム１００ａは、電動機の回生電力を、油圧装置２０を駆動する油圧装置用電動機２１に供給できるようにしてある。

デッキクレーン１ａの動力発生源に油圧装置２０を用いた場合、油圧装置２０のポンプ２２は常に作動油を吐出しているので、ポンプ２２を駆動する油圧装置用電動機２１は常にエネルギを消費している。このため、油圧装置２０を用いた場合は、デッキクレーン１ａの巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５がエネルギを消費しない場合、すなわち、これらが仕事をしない場合でも、油圧装置２０はエネルギを消費している。

このように、油圧装置２０は、デッキクレーン１ａの動作状況に関わらず一定のエネルギを消費している。このときのエネルギは、油圧装置２０がアイドリング状態において消費するエネルギに相当する。すなわち、油圧装置２０は、デッキクレーン１ａの動作状況に関わらずアイドリング状態におけるエネルギを常に消費している。アイドリング状態において油圧装置が消費するエネルギをアイドリング消費エネルギという。

デッキクレーン１ａの動力発生源に電動機を用いた場合は、電動機が駆動されて回生電力が発生したときに、発生した回生電力を利用する対象があれば、前記回生電力は消費される。しかし、発生した回生電力を利用する対象がない場合、電動機が発生した回生電力は、電気抵抗で消費され、大気中に放熱される。本実施形態では、巻上装置３と、俯仰装置４と、旋回装置５との動力発生源として、電動機２４、２５と油圧装置２０とを組み合わせて、電動機２４、２５が発生した回生電力を有効に利用する。

上述したように、油圧装置２０（より具体的には油圧装置用電動機２１）は、デッキクレーン１ａの状態に関わらず、常にアイドリング消費エネルギ分のエネルギを消費している。巻上装置３と俯仰装置４と旋回装置５との動力発生源を上記のようにすることで、油圧装置用電動機２１以外の電動機２４、２５が発生した回生電力のうち、少なくともアイドリング消費エネルギ分は、必ず油圧装置用電動機２１が消費できる。その結果、デッキクレーン１ａは、回生電力のうち、少なくともアイドリング消費エネルギは確実に消費できるので、その分、回生電力の有効利用を図ることができる。そして、デッキクレーン１ａの動作状況によって、油圧装置２０でも消費できない程度の回生電力が発生した場合には、蓄電制御装置５０が蓄電装置５１の蓄電器５２に、回生電力を蓄電させる。このときの蓄電制御は、上述した通りである。

図７に示す蓄電システム１００ａのデッキクレーン１ａは、巻上装置３の動力発生源を油圧装置２０とし、俯仰装置４及び旋回装置５の動力発生源は、それぞれ俯仰装置用電動機２５及び旋回装置用電動機２４としている。巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の中で、巻上装置３は最も使用頻度が多い。すなわち、巻上装置３は、巻上装置３、俯仰装置４及び旋回装置５の中でエネルギを消費する機会が最も多いと考えられる。このため、本実施形態では、巻上装置３の動力発生源を油圧装置２０とすることで、俯仰装置４と旋回装置５とをそれぞれ駆動する俯仰装置用電動機２５と旋回装置用電動機２４とが発生する回生電力は、油圧装置用電動機２１によって消費される機会が多くなる。その結果、本実施形態のデッキクレーン１ａは、回生電力の無駄な消費を抑制できる。また、デッキクレーン１ａでは消費できない回生電力が発生した場合、蓄電制御装置５０が蓄電装置５１の蓄電器５２に、回生電力を蓄電させる。その結果、デッキクレーン１ａは、余剰の回生電力がデッキクレーン１ａから発電機３２に戻るおそれを低減できるので、発電機３２の耐久性低下を抑制できる。

本実施形態において、デッキクレーン１ａは、巻上装置３と俯仰装置４と旋回装置５とのうち一つ又は二つについては油圧装置を動力発生源とし、油圧装置を動力発生源としない装置は電動機を動力発生源とすればよい。すなわち、デッキクレーン１ａは、巻上装置３と俯仰装置４と旋回装置５とのうち一つ又は二つを油圧装置で駆動し、油圧装置が駆動しない装置を電動機で駆動すればよい。このように、本実施形態は、上述した構成に限定されるものではない。

以上のように、本発明に係る蓄電システム及び船舶は、巻上装置と俯仰装置と旋回装置とのうち一つ又は二つの動力発生源に電動機を用いたクレーンにおいて、回生電力の無駄な消費を抑制することに有用である。

１、１ａ デッキクレーン
１Ｃ クレーン制御装置
２ 旋回体
３ 巻上装置
３Ｄ 巻上用ドラム
３Ｍ 巻上装置用電動機
３ＭＦ 油圧モータ
４ 俯仰装置
４Ｄ 俯仰用ドラム
４Ｍ 俯仰装置用電動機
５ 旋回装置
５Ｇ 歯車
５Ｍ 旋回装置用電動機
６ ジブ
９ ワイヤロープ
１０ 俯仰用ワイヤロープ
１１ 荷掛フック
２０ 油圧装置
２１ 油圧装置用電動機
２２ ポンプ
２４ 旋回装置用電動機（電動機）
２５ 俯仰装置用電動機（電動機）
３０ 船舶
３１ 甲板
３２ 発電機
３３ 原動機
３４ 架台
３８ スリップリング
３９ 母線
５０ 蓄電制御装置
５０Ｃ 処理部
５０Ｄ 電力分配部
５１ 蓄電装置
５２ 蓄電器
５３ 電力検出器
５４ 蓄電量検出器
６０ 電力消費対象
１００、１００ａ 蓄電システム

Claims (5)

1. 船舶に搭載され、かつ巻上装置と俯仰装置と旋回装置とのうち少なくとも一つは電動機で駆動されるデッキクレーンに適用されるシステムであり、
   前記デッキクレーンの回生電力を蓄電する複数の蓄電器と、
   前記蓄電器の蓄電量を検出する蓄電量検出器と、
   前記デッキクレーンの回生電力を検出する電力検出器と、
   前記複数の蓄電器の中から、前記蓄電量検出器が検出した蓄電量が所定の値以下、かつ前記電力検出器が検出した回生電力を蓄電可能な蓄電器を選択して、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させる蓄電制御装置と、を含み、
   前記蓄電制御装置は、前記所定の値から前記蓄電量検出器が検出した蓄電量を減算した値である各蓄電器の蓄電可能量と、前記電力検出器が検出した回生電力とを比較し、前記回生電力よりも大きい蓄電可能量を有する蓄電器が存在しない場合、前記蓄電可能量の総和が前記回生電力よりも大きくなるように複数の蓄電器を選択し、選択した各蓄電器に前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させることを特徴とする蓄電システム。
2. 船舶に搭載され、かつ巻上装置と俯仰装置と旋回装置とのうち少なくとも一つは電動機で駆動されるデッキクレーンに適用されるシステムであり、
   前記デッキクレーンの回生電力を蓄電する複数の蓄電器と、
   前記蓄電器の蓄電量を検出する蓄電量検出器と、
   前記デッキクレーンの回生電力を検出する電力検出器と、
   前記複数の蓄電器の中から、前記蓄電量検出器が検出した蓄電量が所定の値以下、かつ前記電力検出器が検出した回生電力を蓄電可能な蓄電器を選択して、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させる蓄電制御装置と、を含み、
   前記蓄電制御装置は、前記所定の値から前記蓄電量検出器が検出した蓄電量を減算した値である蓄電可能量と、前記電力検出器が検出した回生電力との差が最も小さい蓄電器を選択し、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させることを特徴とする蓄電システム。
3. 前記複数の蓄電器は複数の蓄電器群に分けられており、
   前記蓄電制御装置は、前記複数の蓄電器群の中から、前記デッキクレーンの回生電力を蓄電させる蓄電器群を選択する請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記電力検出器は、それぞれの前記デッキクレーンの回生電力の総量を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の蓄電システム。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電システムを搭載したことを特徴とする船舶。

Images