JP4402678B2

JP4402678B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP4402678B2
Application number: JP2006312231A
Authority: JP
Inventors: 恒充辻; 雅史豊永
Original assignee: 辻産業株式会社
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: CN101595028B; WO2008059884A1; JP2008126776A; CN101595028A

Description

本発明は、制御装置に関する。より詳細には、デッキクレーンを備えた船におけるクレーンの動作を制御する制御装置に関する。

船荷役用にデッキクレーンを搭載した船舶がある（例えば、特許文献１）。これらのデッキクレーンは個別に操縦することができ、多くの場合、個別の操縦者により操縦されて独立に動作する。なお、このようなデッキクレーンの多くは、電動機を動力源として、直接にあるいは油圧回路等を介して駆動される。

一方、船は、クレーンの他にも、灯火機器、通信機器、測位装置等の他、ムアリングウインチ、ウインドラス等の多くの電気設備を備える。これらの電気設備を動作させる電力は、接岸中に僅かな電力を陸上の商用電力から供給される場合を除いて、その船の原動機または専用の内燃機関により駆動された発電機で発電して、船内で賄われている。このため、電力消費の増加は燃料消費の増加にもつながる。よって、船内全体として電力消費を低減することが好ましい。

電力消費を低減すべく、太陽電池ユニットを設けた船用電源装置がある（例えば、特許文献２）。この船用電源装置は、配電線を含む配電盤を介して船内負荷に接続された常用発電機を備え、更に、電力供給源として太陽電池ユニットも併せて備える。これにより、船が太陽光線から得たエネルギーを有効活用して発電用の燃料消費を抑制する。水中翼船に容量の大きな燃料電池を搭載して、停泊中の船内電気設備に対する電力を燃料電池から供給するものもある（例えば、特許文献３）。
特開平１０−２５０６７８号公報特開平１０−０３２９４２号公報特開２００４−０６６９１７号公報

しかしながら、太陽電池ユニットまたは燃料電池の搭載には多大なコストがかかり、それらのデバイスが発生する電力によりコストを回収することは難しい。また、太陽電池ユニットの発電効率は低く、太陽電池ユニットにより獲得された電力で船内電気設備の電力を賄うことは難しい。一方、燃料電池は、それ自体のコストが高い上に、全く新しい設備を搭載しなければならないので、決して導入が容易な設備ではない。このように、船上の電力供給システム効率化に対する旧来の提案には搭載へのインセンティブが少なく、実用化には至っていない。

そこで、回生制動機を備えた電動クレーンを搭載した船において、回生制動機が発生した回生電力を２次電池、キャパシタ等の蓄電器に蓄積して利用する電力供給システムが提案される。この電力供給システムは、当初より船に搭載されたクレーンを利用して発電するので初期費用が少なく、コストの回収が容易であると予測される。しかしながら、実際の稼働においては、回生電力と消費電力とが程よく釣り合うとは限らず、蓄電器の過充電あるいは完全放電が発生するという課題がある。

本発明の第１の形態として、荷役対象を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニットを各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンと、回生ユニットが発生した電力を蓄積し、かつ、電動機が消費する電力の少なくとも一部を供給する蓄電器とを備えた船においてクレーンの動作を制御する制御装置であって、クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、指示の各々による動作を実行した場合の回生電力の予測値を算出する指示受付部と、蓄電器に充電できる空き電力容量を蓄電器から獲得して予測値と比較し、予測値が空き電力容量を上回る場合は、空き電力容量が予測値を上回るまでの間、当該予測値に対応する指示を当該クレーンに伝達するよりも、他のクレーンに対する電力消費を伴う動作を当該他のクレーンに先に伝達する指示伝達部とを備える制御装置が提供される。

また、本発明の第２の形態として、荷役対象を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニットを各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンと、回生ユニットが発生した電力を充電されて蓄積し、且つ、電動機が消費する電力の少なくとも一部を供給する蓄電器とを備えた船においてクレーンの動作を制御する制御装置であって、クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、指示の各々による動作を実行した場合の消費電力の予測値を算出する指示受付部と、蓄電器に充電された蓄積電力量を蓄電器から獲得して予測値と比較し、予測値が蓄積電力量を上回る場合は、蓄積電力量が予測値を上回るまでの間、当該予測値に対応する指示を当該クレーンに伝達するよりも、他のクレーンに対する回生電力が発生する動作の指示を当該他のクレーンに先に伝達する指示伝達部とを備える制御装置が提供される。

更に、本発明の第３の形態として、荷役対象を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニットを各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンを備えた船において、クレーンの動作を制御する制御装置であって、クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、指示の各々による動作を実行した場合に消費電力を伴うか回生電力を伴うかを判断する指示受付部と、指示受付部により、クレーンのひとつに対する指示による動作が消費電力を伴い、かつ、クレーンの他のひとつに対する指示による動作が回生電力を伴うと判断された場合に、ひとつのクレーンの動作の指示と、他のクレーンの動作の指示を、当該動作が実行される期間が重なるタイミングで伝達する指示伝達部とを備える制御装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。上記の特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、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。

図１は、ひとつの実施形態に係る貨物船１００の外観を模式的に示す斜視図である。同図に示すように、この貨物船１００は、船体１１０の内部に複数の貨物室を備え、それぞれの貨物室の天面は開閉できるハッチカバー２３２により封止できる。また、ハッチカバー２３２の各々の近傍には、それぞれ、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が設けられる。このような設備を備えた貨物船１００は、ハッチカバー２３２を開いた状態で、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を稼働させることにより、船体１１０内の船倉に荷役対象１２１を運び込み、また、運び出すことができる。

更に、貨物船１００の船体１１０の後端近傍には、船員が搭乗する居住区を含む船橋１３０が配置される。また、船橋１３０の下方の船体１１０内には、後述する発電機１４０および配電盤１５０が搭載される。配電盤１５０は、後述する母線１５２を介して船内の各部に電力を供給する。

図２は、貨物船１００の船内の電気設備２００を模式的に示す図である。同図に示すように、この貨物船１００の電気設備２００は、複数のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８、ウインドラス２１０、ムアリングウインチ２２０、電動ハッチ２３０、２３２等の電動機器、および、これらの電動機器を関連付けて制御する制御装置４１０を有する。

デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の各々は、船体１１０に対して固定されたベース部３０１の上端に装着された旋回塔３１０旋回塔３１０を備える。旋回塔３１０は旋回できる。更に、旋回塔３１０は、昇降できるジブ３３０をそれぞれ備える。ジブ３３０は、それ自体を昇降させることができると共に、その先端から垂下したワイヤを巻上げまたは巻き下げて、ワイヤの先端に懸架された荷役対象１２１を昇降させることができる。

なお、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が荷役対象１２１を上昇させる場合は、荷役対象１２１の重量に応じて大きな電力が消費される。一方、荷役対象１２１を降下させる場合は、荷役対象１２１およびジブ３３０の重量に対抗して可動部に制動をかけながら、適切な速度で降下させる。

また、この貨物船１００は、ウインドラス２１０、ムアリングウインチ２２０等の大きな電力を消費する設備を備える。ウインドラス２１０は、重量の大きなアンカー２１２を巻上げる場合に大きな電力を消費する。また、ムアリングウインチ２２０も、ムアリングワイヤ２２２（ムアリングチェーン）を巻上げる場合に大きな電力を消費する。これらの電気機器は、この貨物船１００の母線１５２に接続される。

一方、船橋１３０の居住区には、ブロワ２４２、投光機２４４、室内灯２４６、航海灯２４８等の、やはり電力を消費する居住区電気設備２４０を備える。図示は省略したが、居住区電気設備２４０には、通信機器、レーダー、航法装置、調理機器等、他にも多くのものが含まれる。これらの電気機器も、母線１５２に接続されて電力の供給を受けるが、相対的に電力消費が少ないこと、陸上の商用電源を前提として製造された機器が多いことから、居住区電気設備２４０には、１００Ｖ程度の電圧で電源が供給される。

更に、この貨物船１００は、上記のような電力を消費する電気機器に供給する電力を発生または保持する二次電池２５０、蓄電器２６０、発電機１４０等を搭載する。発電機１４０は母線１５２に接続され、母線１５２を介して船内の各部に電力を供給する。このように、船において、母線１５２に接続された発電機１４０を備えることにより、船内の電動機器および電気機器の稼働に大きな電力が求められる場合に、発電機１４０を稼働させて十分な電力を供給できる。

二次電池２５０および蓄電器２６０もまた母線１５２に接続され、母線１５２を介して発電機１４０の発生した電力により充電される。また、二次電池２５０および蓄電器２６０は、それぞれ個別の制御装置２５２、２６２を介して母線１５２に接続され、過充電等を防止する。なお、二次電池２５０は、主に停泊中に居住区電気設備２４０に電力を供給する場合に利用される。

蓄電器２６０は、二次電池２５０に対してより大きな容量を有して、後述する回生ユニット３５０が発生した大きな電力も蓄積できる。これにより、より大きな電力を備蓄して船内の電力消費が増大した場合の電力供給を補うことができる。換言すれば、蓄電器２６０を搭載することにより、発電機１４０のピーク発電容量を抑制することができる。

このような用途で用いる蓄電器２６０としては、電気二重層キャパシタを用いた蓄電装置を好ましく使用できる。電気二重層キャパシタは、電極および電解液の境界に発生した電気二重層に電荷が蓄積される。電気二重層は１分子相当という極限まで薄いギャップを形成するので、非常に大きなエネルギー密度で電力を蓄積できる。ただし、印加電圧が耐圧を越えると電気二重層が破れるので、印加電圧を管理する制御装置２６２と組み合わせて蓄電装置が形成される。

図３は、図１および図２に示したデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８として使用する起重機３００の電気的な構造を模式的に示す図である。なお、図３は、旋回塔３１０を抜き出して描かれている。

同図に示すように、旋回塔３１０の外側には、起重機３００の操縦装置が配置された操縦席３２０が設けられる。また、旋回塔３１０の外側には、ジブ３３０が側方に装着される。

一方、旋回塔３１０の内部には、ジブ３３０を昇降させるジブモータ３４２、フックを懸架したワイヤを巻上げるホイストモータ３４４、旋回塔３１０自体を旋回させる旋回モータ３４６がそれぞれ配置される。また、母線１５２から供給される電力を制御してこれらジブモータ３４２、ホイストモータ３４４および旋回モータ３４６に供給するインバータ３４０も装備される。各モータを駆動する電力は、旋回塔３１０の底部に設けられたスリップリング３６０を介して母線１５２より供給される。

更に、旋回塔３１０には、回生ユニット３５０が装備される。回生ユニット３５０は、起重機３００が取り扱う荷役対象１２１が降下する場合に、荷役対象１２１およびジブ３３０の運動エネルギーを電力に変換することにより、荷役対象１２１およびジブ３３０の降下速度を低減させる。回生ユニット３５０により発生した電力は、スリップリング３６０を介して船体１１０内の母線１５２に戻される。

なお、起重機３００は、荷役対象１２１が懸架されていない場合においても、ジブ３３０の重量およびワイヤの先端に装着されたフックの重量によりジブ３３０を降下させて、回生ユニット３５０から電力を発生させることができる。この場合に発生した電力も、二次電池２５０および蓄電器２６０に蓄積させて、船内の他の居住区電気設備２４０において利用することができる。

図４は、貨物船１００の船内の電気設備２００の接続状態を模式的に示す図である。同図に示すように、この電気設備２００において、配電盤１５０に設けられた母線１５２に対して、電気設備２００の各々が遮断器１５６を介して接続される。また、蓄電器２６０および二次電池２５０も、それぞれ制御装置２４１、２５２、２６２を介して母線１５２に接続される。更に、発電機１４０も、遮断器１５４を介して母線１５２に接続される。なお、発電機１４０は、常用発電機１４２および非常用発電機１４４を含み、それぞれ個別に、遮断器１５４を介して母線１５２に接続される。

上記のような電気設備２００において、遮断器１５４、１５６および制御装置２４１、２５２、２６２が電気的な接続を遮断していない限り、電気設備２００の各々は母線１５２に電気的に結合されている。従って、この母線１５２に対する電力源となる発電機１４０、二次電池２５０、蓄電器２６０および回生ユニット３５０のいずれかにより十分な電力が供給されていれば、電気設備２００は稼働できる。

また、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８、ウインドラス２１０、ムアリングウインチ２２０、電動ハッチ２３０のように電力消費の大きな機器が稼働している場合は、発電機１４０を稼働させて消費電力に見合った電力が供給される。また、例えば停泊中で、表示灯等のわずかな電力しか消費しない場合は、二次電池２５０が供給する電力で船内の消費電力を賄うことができることができる。

一方、荷役作業中は４基のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が集中的に可動する。従って、電気設備２００の電気機器には、それに見合った電力を供給することが求められる。そのような電力を発電機１４０から供給するには、発電量の大きな発電機１４０を装備しなければならない。従って、電気設備２００の容量は、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が荷役作業をする場合の消費電力を考慮して決定される。

なお、この船のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８は、図３に示したように、操縦装置が搭載された操縦席３２０に搭乗した操縦者により独立して稼働する。しかしながら、操縦席３２０の各々と、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の各々の間には、制御装置４１０が設けられる。操縦席３２０およびデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８はそれぞれ独立しているが、制御装置４１０は、後述するように、すべてのデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の動作に関連している。また、蓄電器２６０の蓄電状態も監視している。

図５は、図１に示した貨物船１００において、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のいずれかを稼働させた場合の電力量の推移を示すグラフである。なお、蓄電器２６０としては、内部抵抗が十分に小さな電気二重層キャパシタを備えた蓄電装置を用いた。

図５に示すように、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のひとつが荷役対象１２１に対して巻上げ、巻下げおよびジブ３３０の昇降を行った場合、動作開始当初は電動機の突入電流等により消費電力が２５０ｋＷを越える。その後、荷役対象１２１またはジブ３３０を上昇させる動作の場合は電力消費が継続するが、降下させる動作の場合は回生電力が発生する。また、荷役対象１２１またはジブ３３０を上昇させる動作においても、各動作期間の終期に回生電力が発生する。

このように、巻上げ、ジフ上げ、巻下げ、およびジブ下げを含むデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８における一連の動作では、その各々の段階において、電動機の起動当初の突入電力による電力消費と、各段階を停止させる制動による回生電力とが発生する。しかしながら、各段階全体に着目した場合は、巻上げ、ジブ上げ等、荷役対象１２１等の負荷を上昇させる動作では電力が消費される。また、巻下げ等、負荷となる荷役対象１２１等を降下させる動作では、回生電力が発生する。

図６は、制御装置４１０の内部構造を模式的に示すブロック図である。同図に示すように、制御装置４１０は、操縦席３２２、３２４、３２６、３２８とデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８との間に配置され、操縦席３２２、３２４、３２６、３２８の各々から発信された動作の指示を受ける指示受付部４１２と、指示受付部４１２が受け付けた指示をデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に伝達する指示伝達部４１４とを備えている。

ここで、指示受付部４１２は、操縦席３２２、３２４、３２６、３２８の各々から発信された、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の各々に対する指示を受け付けて保持する。従って、指示受付部４１２が指示を保持している期間は、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の動作は保留される。また、指示受付部４１２は、受け付けた指示の内容を判断して、その指示に基づいてデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を動作させた場合には発生する回生電力量の予測値を生成する。後述する指示伝達部４１４が指示を伝達するか否かは、この予測値を用いて判断される。

一方、指示伝達部４１４は、指示受付部４１２から、特定のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対して指示が発生した旨と、その指示に基づく動作の予測値を獲得する。また、蓄電器２６０の制御装置２６２から、そのときの蓄電器２６０に残された空き容量の値を受け取る。これら予測値および空き容量値を比較して、動作を実行した場合に発生する回生電力を蓄電器２６０に無駄なく蓄積できるかどうかを判断する。判断の結果、当該指示を実行すべき場合は、該当するデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対して指示を伝達する。

図７は、上記のような制御装置４１０における制御手順を示す流れ図Ｆ１００である。同図に示すように、操縦席３２２、３２４、３２６、３２８からの指示を制御装置４１０が受け取ると、まず、その指示に基づくデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の動作が、回生電力を発生するかどうかが調べられる（ステップＳ１０１）。その指示による動作が回生電力を発生するものではない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）制御は、図８に示す電力消費を伴う動作の指示に対する別の制御に移る。一方、その指示が回生電力を発生させる動作である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）は、指示受付部４１２にて指示を保持する（ステップＳ１０２）と共に、その動作を実行した場合に発生する回生電力の予測値を算出する（ステップＳ１０３）。

次に、指示伝達部４１４において、上記の予測値は、そのときの蓄電器２６０の空き容量と比較される（ステップＳ１０４）。ここで、空き容量が十分に大きく、予測値に係る回生電力をすべて蓄電器２６０に蓄積できる場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、指示伝達部４１４は、当該指示を対応するデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のひとつに伝達して、指示に応じた動作を実行させる（ステップＳ１０５）。この場合、指示に基づく動作により発生した回生電力は、すべて蓄電器２６０に蓄積される。

一方、蓄電器２６０に、発生する回生電力をすべて蓄積できる空き容量がなかった場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、指示伝達部４１４は、他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対して、まず、動作の指示が発生しているかどうかを検索する（ステップＳ１０６）。他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対して発生した指示があった場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）は、その指示に基づく動作が、電力消費を伴うかどうかを調べる（ステップＳ１０７）。ここで、他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に指示された動作が電力消費を伴う場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）は、最初に受けた指示を保留したまま、この電力消費を発生させる指示を、該当するデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に伝達する（ステップＳ１０８）。これにより電力が消費され、蓄電器２６０の空き容量が増加する（ステップＳ１０８）。この後、指示伝達部４１４の処理は、予測値と空き容量を比較するステップ（ステップＳ１０４）に戻り、改めて予測値および空き容量を比較する。

なお、他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対する指示が発生していない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、あるいは、指示は発生している（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）がその指示が指定する動作が電力消費を伴うものではなかった場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）は、そのような指示が発生するのを待つ。こうして、蓄電器２６０の容量に対して過剰な回生電力を発生させて、それを蓄積することなく無駄にしてしまうことが防止される。これにより、この貨物船１００の総合的なエネルギー効率が向上される。

このように、荷役対象１２１を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象１２１の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニット３５０を各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンと、回生ユニット３５０が発生した電力を蓄積し、且つ、電動機が消費する電力の少なくとも一部を供給する蓄電器２６０と、を備えた船において、クレーンの動作を制御する制御装置４１０であって、クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、指示の各々による動作を実行した場合の消費電力または回生電力の予測値を算出する指示受付部４１２と、蓄電器２６０に充電できる空き電力容量を蓄電器２６０から獲得して予測値と比較し、予測値が空き電力容量を上回る回生電力である場合は、空き電力容量が予測値を上回るまでの間は、電力消費を伴う動作を指示する他のクレーンに対する指示をクレーンのいずれかに先に伝達する指示伝達部４１４とを備える制御装置４１０が提供される。これにより、蓄電器２６０の容量を越えて発生した回生電力を熱として無駄に放散することが避けられ、船の閉じたエネルギー系におけるエネルギー効率を向上させることができる。

なお、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８は、制御装置４１０を介して操縦される。しかしながら、操縦席３２２、３２４、３２６、３２８においてデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を操縦する操縦者からは、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を直接に操縦しているように見える。また、上記した制御装置４１０の動作により、指示伝達部４１４がデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に指示を伝達するまでにタイムラグが生じる場合があるが、図５に示した通り、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８は十数秒から数十秒単位で動作するので、数秒程度のタイムラグにより、操縦者が違和感を感じることはほとんどない。

一方、操縦装置を操作してからデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が動作するまでのタイムラグが操縦者に違和感を与えるほど長くなった場合は、操縦性の劣化や荷役作業の効率低下を生じる場合がある。そこで、図７にステップＳ１０９として示すように、制御装置４１０が指示を保留し続ける時間に制限を設け、保留時間が制限時間を越えた場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）は、指示伝達部４１４が強制的に指示をデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に伝達するように制御することが好ましい。これにより、デメリットなしに、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のエネルギー効率を向上させることができる。

このように、指示伝達部４１４は、予測値が空き電力容量を上回る回生電力である場合においても、指示受付部４１２が指示を受け付けてから一定の時間が経過すると、指示をクレーンに対して伝達することができる。これにより、指示に対する動作を保留するデメリットを感じさせることなく、エネルギー効率を向上させることができる。なお、蓄電器２６０の蓄電容量を越えて発生した回生電力は、熱として容易に放散できる。このような過剰な回生電力を放散させる抵抗器は、蓄電器２６０に付随する制御装置２６２に設けることができる。

図８は、図７に示した制御手順において、指示受付部４１２に受け付けられた指示が、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対して、電力消費を伴う動作を指示するものであった場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）であった場合の、制御装置４１０における制御手順を示す流れ図Ｆ２００である。同図に示すように、指示受付部４１２が受け付けた指示が、電力消費を伴うものであった場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、指示受付部４１２は、指示を保持する（ステップＳ２０２）と共に、その動作を実行した場合の消費電力の予測値を算出する（ステップＳ２０３）。

次に、指示伝達部４１４において、消費電力の予測値が、そのときの蓄電器２６０の蓄電量と比較される（ステップＳ２０４）。ここで、蓄電量が十分に大きく、予測値に係る消費電力をすべて蓄電器２６０で賄うことができる場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）は、指示伝達部４１４は、当該指示を対応するデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のひとつに伝達して、指示に応じた動作を実行させる（ステップＳ２０５）。この場合、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８は、蓄電器２６０から供給された電力で動作を完遂できる。

一方、蓄電器２６０の蓄電量が、指示に基づく動作を完了するには不足する場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、指示伝達部４１４は、まず、他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対して動作の指示が発生しているかどうかを検索する（ステップＳ２０６）。次に、他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対して発生した指示があった場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）は、その指示に基づく動作が回生電力を発生するかどうかを調べる（ステップＳ２０７）。ここで、他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に指示された動作が回生電力を発生する場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）は、最初に受けた指示を保留したまま、この回生電力を発生させる指示を該当するデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に先に伝達する（ステップＳ２０８）。これにより電力が蓄積され、蓄電器２６０の蓄電量が増加する（ステップＳ２０８）。この後、指示伝達部４１４の処理は、予測値と蓄電量を比較するステップ（ステップＳ２０４）に戻り、改めて予測値および蓄電量を比較する。

なお、他のデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に対する指示が発生していない場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、あるいは、指示が発生している（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）がその指示が指定する動作が回生電力を発生しない場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）は、そのような指示が発生するのを待つ。こうして、当初の指示に基づく動作を完遂させ得る電力が蓄電器２６０に蓄積されるまで、回生電力を発生する他の動作をさせる指示を伝達することにより、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の動作を蓄電器２６０に蓄積された電力で完遂できる。

なお、操縦装置を操作してからデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８が動作するまでのタイムラグが操縦者に違和感を与えるほど長くなった場合は、操縦性の劣化や荷役作業の効率低下を生じる場合がある。そこで、ステップＳ２０９として示すように、制御装置４１０が指示を保留し続ける時間に制限を設け、保留時間が制限時間を越えた場合（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）は、蓄電量が不足していても、指示伝達部４１４が強制的に指示をデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に伝達するように制御することが好ましい。これにより、動作遅延のデメリットを感じさせることなく、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８のエネルギー効率を向上させることができる。なお、蓄電器２６０の蓄電量が不足しているにも関わらず電力消費を伴う動作が指示された場合は、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８と共通の母線１５２に接続された発電機１４０から電力を供給することにより、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８を滞りなく動作させることができる。

このようにして、荷役対象１２１を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象１２１の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニット３５０を各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンと、回生ユニット３５０が発生した電力を充電されて蓄積し、且つ、電動機が消費する電力の少なくとも一部を供給する蓄電器２６０と、を備えた船において、クレーンの動作を制御する制御装置４１０であって、クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、指示の各々による動作を実行した場合の消費電力または回生電力の予測値を算出する指示受付部４１２と、蓄電器２６０に充電された蓄積電力量を蓄電器２６０から獲得して予測値と比較し、予測値が蓄積電力量を上回る消費電力である場合は、蓄積電力量が予測値を上回るまでの間は、回生電力が発生する動作を指示する他のクレーンに対する指示をクレーンのいずれかに先に伝達する指示伝達部４１４とを備える制御装置４１０が提供される。これにより、船上の発電機１４０の負荷を軽減し、その船における総合的な燃料消費を低減できる。

このように、指示伝達部４１４は、予測値が蓄積電力量を上回る消費電力である場合においても、指示受付部４１２が指示を受け付けてから一定の時間が経過すると、指示をクレーンに対して伝達することができる。これにより、指示に対する動作を保留するデメリットを感じさせることなく上記の効果を享受できる。

これにより、起重機３００において荷役対象１２１を降下させる場合に熱エネルギーとして放散されていたエネルギーを効率よく回収して、船内の電気設備２００の稼働に利用できる。また、電力供給のための燃料消費を低減できるので、燃料費の削減に加えて、炭酸ガス、窒素酸化物、硫黄酸化物等の排出量も抑制でき、環境負荷も低減できる。

更に、上記の一連の制御において、消費電力を発生する動作の指示と、回生電力を発生する動作の指示との両方が指示受付部４１２に入力された場合、指示伝達部４１４は、実行期間が重なるようなタイミングで、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８に指示を伝達してもよい。これにより、消費電力と回生電力は母線１５２上で電力を相殺し、蓄電器２６０に対する充放電のロスなく、回生電力を有効利用できる。また、この場合は蓄電器２６０に対する過充電または過放電が生じる可能性も低くなる。

ただし、デッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の各々が装備する、ジブモータ３４２、ホイストモータ３４４、旋回モータ３４６等の電動機は、起動時には突入電流による消費電力のピークを発生する。また、停止時には、回生制動による回生電力のピークを発生する。そこで、指示伝達部４１４が、同じ種類のピークが重ならないようにタイミングをとって指示を伝達することが好ましい。これにより、電気設備２００の全体のピーク容量の余裕を抑制できる。

なお、制御装置４１０は、各操縦席３２２、３２４、３２６、３２８に配され、電力調整と操作性との間のいずれを優先するかを操縦者から入力する入力部を有してもよい。この入力部の一例は、電力調整優先モードと操作性優先モードとが択一的に入力されるスイッチである。この場合に、特定のデッキクレーン１２２の操縦席３２２の入力部において電力調整優先モードが入力されているときは、制御装置４１０は、上記図７および図８の制御手順に従って、当該デッキクレーン１２２に動作の指示を伝達する。一方、当該デッキクレーン１２２の操縦席３２２の入力部において操作性優先モードが入力されているとき、制御装置４１０は、当該操縦席３２２から動作の指示を受け付けたら、上記図７および図８の制御手順に従わずに、そのまま当該デッキクレーン１２２に対してこの指示を伝達する。これにより、電力調整と操作性との優先順位を選択することができる。さらに、択一的な上記スイッチに代えて、入力部として、電力調整と操作性とのいずれを優先するかの程度を入力させるダイアルを用いてもよい。この場合に、制御装置４１０は、特定のデッキクレーン１２２の操縦席３２２において、電力調整をより優先するダイアル値が入力されているほど、図７のステップＳ１０９および図８のステップＳ２０９の待機時間を長くする。これにより、電力調整と操作性との優先順位をより細かく選択することができる。さらにまた、制御装置４１０は、電力調整と操作性との優先順位を、操縦席の操縦桿、操作ボタンの操作等に基づいて自動的に判断してもよい。例えば、制御装置４１０は、操縦桿が大きく操作されるほど、または、操縦桿の操作の加速度が小さいほど、電力調整の優先順位をより高いと判断してもよい。

以上、本発明を実施の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の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な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得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

ひとつの実施形態に係る貨物船１００の外観を模式的に示す斜視図である。貨物船１００の船内の電気設備２００を模式的に示す図である。起重機３００の電気的な構造を模式的に示す図である。船内の電気設備２００の接続状態を模式的に示す図である。電気設備２００における電力量の推移を示すグラフである。操縦席３２２、３２４、３２６、３２８およびデッキクレーン１２２、１２４、１２６、１２８の間に配置された制御装置４１０の構造を模式的に示す図である。制御装置４１０におけるひとつの制御手順を示す流れ図Ｆ１００である。制御装置４１０における他の制御手順を示す流れ図Ｆ２００である。

符号の説明

１００貨物船、１１０船体、１２１荷役対象、１２２、１２４、１２６、１２８デッキクレーン、１３０船橋、１４０発電機、１４２常用発電機、１４４非常用発電機、１５０配電盤、１５２母線、１５４、１５６遮断器、２００電気設備、２１０ウインドラス、２１２アンカー、２２０ムアリングウインチ、２２２ムアリングワイヤ、２３０電動ハッチ、２３２ハッチカバー、２４０居住区電気設備、２４１、２５２、２６２制御装置、２４２ブロワ、２４４投光機、２４６室内灯、２４８航海灯、２５０二次電池、２６０蓄電器、３００起重機、３１０旋回塔、３２０、３２２、３２４、３２６、３２８操縦席、３３０ジブ、３４０インバータ、３４２ジブモータ、３４４ホイストモータ、３４６旋回モータ、３５０回生ユニット、３６０スリップリング、４１０制御装置、４１２指示受付部、４１４指示伝達部

Claims

荷役対象を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニットを各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンと、
前記回生ユニットが発生した電力を蓄積し、かつ、前記電動機が消費する電力の少なくとも一部を供給する蓄電器と
を備えた船において、前記クレーンの動作を制御する制御装置であって、
前記クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、前記指示の各々による動作を実行した場合の回生電力の予測値を算出する指示受付部と、
前記蓄電器に充電できる空き電力容量を前記蓄電器から獲得して前記予測値と比較し、前記予測値が前記空き電力容量を上回る場合は、前記空き電力容量が前記予測値を上回るまでの間、前記予測値に対応する前記指示を前記クレーンに伝達するよりも、他のクレーンに対する電力消費を伴う動作の指示を前記他のクレーンに先に伝達する指示伝達部と
を備える制御装置。
前記指示伝達部は、前記予測値が前記空き電力容量を上回る回生電力である場合においても、前記指示受付部が前記指示を受け付けてから一定の時間が経過すると、前記予測値に対応する前記指示を前記クレーンに対して伝達する請求項１に記載の制御装置。
荷役対象を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニットを各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンと、
前記回生ユニットが発生した電力を充電されて蓄積し、かつ、前記電動機が消費する電力の少なくとも一部を供給する蓄電器と
を備えた船において、前記クレーンの動作を制御する制御装置であって、
前記クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、前記指示の各々による動作を実行した場合の消費電力の予測値を算出する指示受付部と、
前記蓄電器に充電された蓄積電力量を前記蓄電器から獲得して前記予測値と比較し、前記予測値が前記蓄積電力量を上回る場合は、前記蓄積電力量が前記予測値を上回るまでの間、前記予測値に対応する前記指示を前記クレーンに伝達するよりも、他のクレーンに対する回生電力が発生する動作の指示を前記他のクレーンに先に伝達する指示伝達部と
を備える制御装置。
前記指示伝達部は、前記予測値が前記蓄積電力量を上回る消費電力である場合においても、前記指示受付部が前記指示を受け付けてから一定の時間が経過すると、前記予測値に対応する前記指示を前記クレーンに対して伝達する請求項３に記載の制御装置。
荷役対象を移動させる場合に動力源として電力を消費する電動機、および、荷役対象の移動を制動する場合に回生電力を発生させる回生ユニットを各々が有して、外部からの指示に応じて動作する複数のクレーンを備えた船において、前記クレーンの動作を制御する制御装置であって、
前記クレーンの各々に対する動作の指示を受け付けてそれを保持し、前記指示の各々による動作を実行した場合に消費電力を伴うか回生電力を伴うかを判断する指示受付部と、
前記指示受付部により、前記クレーンのひとつに対する指示による動作が消費電力を伴い、かつ、前記クレーンの他のひとつに対する指示による動作が回生電力を伴うと判断された場合に、
前記ひとつのクレーンへの電力消費を伴う動作の指示と、前記他のクレーンへの回生電力を伴う動作の指示を、当該動作が実行される期間が重なることにより、消費電力と回生電力が相殺されるタイミングで伝達する指示伝達部と
を備える制御装置。
前記指示伝達部は、前記クレーンの各々が備える電動機の起動時の突入電流が発生する期間がずれるタイミングで前記指示の各々を伝達する請求項５に記載の制御装置。
前記指示伝達部は、前記クレーンの各々が備える電動機を制動させる場合に回生電力が発生する期間がずれるタイミングで前記指示の各々を伝達する請求項５に記載の制御装置。