电力供给装置、起重机及电力供给方法与流程

本发明涉及对车辆供给电力的电力供给装置、起重机以及电力供给方法。

背景技术：
近年来，在开发装载蓄电装置、通过从蓄电装置供给的电力来驱动电力负载的车辆。作为这样的车辆的例子，可列举如下的起重机(crane)。在港口等的集装箱堆场中，安放有许多向船装载前的集装箱和从船卸下的集装箱。这些集装箱被设为向上方堆积了多个的堆叠集装箱，各堆叠集装箱根据规定排列而排列在每个通道(lane)中。在各通道中，配置RTG(RubberTiredGantrycrane；轮胎式龙门起重机)等自行式的龙门起重机，以跨越通道。通过这种龙门起重机，进行与在通道内行驶的拖车和AGV(AutomaticGuidedVehicle；自动导向车)的集装箱的授受，此外，进行通道内的集装箱的设置等。这样的RTG等的起重机，以往由装载在起重机上的内燃机发电机发电，对起重机的行驶电机和装卸电机供给电力。此外，从近年来的降低环境负载的要求来说，除了内燃机发电机之外，装载了电池的混合电源方式不断实用化。而且，作为推进环境负载降低的方式，有废弃内燃机发电机，从地面设置的供电电源经由供电电缆和电缆卷筒而对起重机供给电力的电缆卷筒式地面供电方式。在专利文献1中，记载有通过来自商用电源和蓄电装置的供电来驱动的起重机。专利文献1中记载的起重机，在蓄电装置的蓄电量超过第1阈值的情况下，在高电压区域及低电压区域都以蓄电装置单体方式驱动电机，在蓄电装置的蓄电量低于第1阈值的情况下，通过同时使用来自蓄电装置的电力和来自商用电源的电力来驱动电机，在蓄电装置的蓄电量低于比第1阈值低的第2阈值的情况下，仅通过来自商用电源的电力来驱动电机。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2007-166775号公报

技术实现要素：
发明要解决的问题这里，RTG等的起重机，吊物的起升需要的电力例如需要150kW(抗过负载量180％时最大270kW)的电力、小车(trolley)的横行行驶需要的电力例如需要22kW(抗过负载量200％时最大44kW)的电力、其他基本负载为最大情况下需要的电力例如需要相对35kW左右的负载的电力，所以需要合计最大350kW左右的电力。另一方面，在将吊物降下的情况下，起重机进行发电机的动作，向商用电源再生电力。于是，若将起重机产生的电力的消耗和发电进行平均，则为数十kW左右，所以也有因起重机而负载变动变大的情况。但是，专利文献1中记载的起重机，由于从商用电源供给不能由蓄电装置补足的电力，所以从商用电源供给的电力根据场合而变动，在适用RTG的情况下，假想为高电压电力(例如，AC6600V)，必须构成用于来自商用电源的供电的电源设备等。而且，在起重机的电力变动大的情况下，还需要过量的电源设备。本发明鉴于这样的情况而完成，目的在于提供使从商用电源向车辆供给的电力成为低电力并可低电压输电的电力供给装置、起重机以及电力供给方法。解决问题的方案为了解决上述课题，本发明的电力供给装置、起重机以及电力供给方法采用以下方式。本发明的第1形态的电力供给装置，为了对车辆具有的电力负载供给电力而装载于该车辆上，该电力供给装置包括：变换单元，将从商用电源供给的交流电力变换为作为第1目标值的电压并以预先确定的电力值为上限的直流电力，并通过导线供给到所述电力负载；可充放电的蓄电装置，通过所述导线与所述电力负载连接，用于对所述电力负载供给直流电力；以及充放电控制单元，使所述蓄电装置以小于所述第1目标值的第2目标值的电压进行充放电。根据该结构，电力供给装置为了对车辆具有的电力负载供给电力而装载在该车辆上。再有，车辆例如是起重机或交通车辆。而且，通过变换单元，从商用电源供给的交流电力变换为设为第1目标值的电压并且以预先确定的电力值为上限的直流电力，并通过导线供给到电力负载。而且，通过充放电控制单元，经由导线与电力负载连接，用于对电力负载供给直流电力的可充放电的蓄电装置以小于第1目标值的第2目标值的电压进行充放电。由此，在由电力负载消耗的电力(消耗电力)为上述预先确定的电力值以下的情况下，由于第1目标值大于第2目标值，所以从变换单元供给的电力的电压高于从蓄电装置供给的电力的电压。因此，电力负载仅通过从变换单元供给的直流电力、即来自商用电源的电力来驱动。随着电力负载的消耗电力的增加，从变换单元供给的电力增加，而如果消耗电力超过上述预先确定的电力值，则向电力负载供给电力的导线上的电压下降。若导线上的电压降低至第2目标值，则通过充放电控制单元开始蓄电装置的放电。然后，电力负载由以预先确定的电力值为上限的从变换单元供给的电力和从蓄电装置供给的电力来驱动。因此，使从商用电源向车辆供给的电力成为低电力并可实现低电压输电。此外，在上述第1形态中，优选在所述蓄电装置需要充电，并且由所述电力负载消耗的电力低于所述预先确定的电力值的情况下，所述充放电控制单元利用由所述变换单元变换的直流电力，使所述蓄电装置充电。根据上述结构，在由变换单元变换的直流电力之中，由于没有被电力负载消耗的剩余的电力用于蓄电装置的充电，所以从商用电源向蓄电装置可进行高效率地充电。此外，在上述第1形态中，优选所述电力负载可进行将动能变换为电能并回收的再生，在所述蓄电装置需要充电，并且所述电力负载进行再生，由所述电力负载的再生产生的电力的电压为所述第2目标值以上的情况下，所述充放电控制单元利用该再生产生的电力，使所述蓄电装置充电。根据上述结构，可以通过简易的结构，将由电力负载的再生产生的电力充电给蓄电装置。本发明的第2形态的起重机，包括上述记载的电力供给装置、以及通过从所述电力供给装置供给的电力来驱动的电力负载。本发明的第3形态的电力供给方法用于电力供给装置，该电力供给装置为了对车辆具有的电力负载供给电力而装载于该车辆上，该方法包括：第1步骤，将从商用电源供给的交流电力变换为作为第1目标值的电压并以预先确定的电力值为上限的直流电力，并通过导线供给到所述电力负载；以及第2步骤，使通过所述导线与所述电力负载连接，用于对所述电力负载供给直流电力的可充放电的蓄电装置以小于所述第1目标值的第2目标值的电压进行充放电。发明的效果根据本发明，具有使从商用电源向车辆供给的电力成为低电力并可实现低电压输电的良好效果。附图说明图1是表示本发明的实施方式的起重机的立体图。图2是本发明的实施方式的起重机的电气结构的概略图。图3是表示本发明的实施方式的由起重机的电力负载消耗的电力的时间变化的曲线图。图4是表示本发明的实施方式的仅通过从PWM变换器供给的直流电力来驱动电力负载的情况的示意图。图5是表示本发明的实施方式的以从PWM变换器供给的电力和从电池供给的电力来驱动电力负载的情况的示意图。图6是表示本发明的实施方式的通过由PWM变换器变换的直流电力而将电池充电的情况的示意图。图7是表示本发明的实施方式的通过从电力负载产生的再生电力和PWM变换器变换的直流电力而将电池充电的情况的示意图。标号说明1起重机40电力供给装置41PWM变换器42电池43负载驱动逆变器48电池充放电控制装置49电机50辅机52直流母线具体实施方式以下，参照附图说明本发明的电力供给装置、起重机、起重机的电力供给方法的一实施方式。图1表示本实施方式的起重机1。在图1中，表示在通道R的行驶方向X上设置的起重机1。起重机1设为通过从地面上设置的配电箱31(供电设备)供给的电力进行动作的地面供电方式的电动起重机，不包括内燃机发电机。此外，起重机1包括起重机用供电电缆卷筒装置(以下，仅称为‘电缆卷筒装置’)2。起重机1设为所谓的RTG((RubberTiredGantrycrane；轮胎式龙门起重机)，设为通过多个车轮(橡胶轮胎)3自行的龙门式的起重机。起重机1以跨越在上方堆叠了多个集装箱(以下，称为‘吊物’)的堆叠吊物根据规定排列设置的通道R的方式来配置，在通道R的纵向方向(行驶方向X)上行驶。起重机1在各腿部11中包括四个行驶装置5，在各行驶装置5中设有四个车轮3。行驶装置5通过行驶控制装置7来控制其驱动。在行驶装置5中，设有自动转向传感器6。该自动转向传感器6检测来自在通道R的纵向方向上铺设的磁标线15的磁性，由此，使起重机1在行驶方向X上可自动直线运转。在左右方向的行驶方向X上相邻的行驶装置5，通过下梁9连结，在该下横梁9上设置有行驶控制装置7。这里，左右是指起重机1的行驶方向，前后是指小车20的移动方向(横行方向Y)。这是将小车20上设置的驾驶室22内的驾驶员的姿态作为基准而确定的。在下横梁9的中央，设有朝向下方状态的间距传感器8(baysensor)。该间距传感器8检测来自对作为设置的吊物的左右方向的单位的每个间距铺设的磁铁16的磁性，由此，可以使起重机1停止在目标的间距上。在下横梁9的两端，分别设有向上方直立的柱10。各柱10的上端通过大梁12与从另一方的下横梁9直立的柱10的上端连结。大梁12在左右方向上并排设置两根，小车20在这些大梁12上前后方向(横行方向Y)地移动。小车20中设有驾驶室22，驾驶员在该驾驶室22内待命，并进行起重机1的操作。从小车20扩张器(起重设备)24被悬吊，通过该扩张器24，吊物在被把持的状态下被悬吊。具体地说，在扩张器24的四角，前端具有扩大头部的扭锁销(未图示)以向下方突出的状态设置，各扭锁销的扩大头部在插入到吊物的上表面四角设置的孔的状态下通过转动而卡合。于是，通过扩张器24悬吊，吊物随着小车20的移动而被移动到各位置。供电电缆33被设为AC460V的低电压规格，所以与以往的AC6600V级的高电压规格的供电电缆相比为小直径。与此相伴，电缆卷筒35与以往的电缆卷筒相比为小直径而小型化。于是，小型化的电缆卷筒35被设置，以在起重机1的行驶方向X侧伸出。包括了电缆卷筒35的电缆卷筒装置2，对于起重机1可拆装。此外，如图1所示，对于一个起重机1，也可以设置多个。而且，可根据配电箱31的位置，变更电缆卷筒装置2的位置。图2是本实施方式的起重机1的电气结构的概略图。起重机1包括上述电力供给装置40，作为对电力负载供给电力(供电)的电力供给装置，该电力供给装置包括：从商用电源接受预先确定的电力的供给，对电力负载供给电力的PWM变换器41；以及可充放电的、用于对电力负载供给电力的电池42(蓄电装置)。配电箱31通过高压受电盘44从商用电源受电，将受电的交流电力通过变压器45变换为规定的大小的交流电力(例如，将6600V变换为460V)，并向电力供给装置40供电。电力供给装置40从配电箱31被供给交流电力(供电)，将由PWM变换器41从交流电力变换的直流电力，经由作为导线的直流母线52供给到连接到电力负载的负载驱动逆变器43A～43F。此外，电池42通过放电将直流电力与PWM变换器41同样地经由直流母线52供给到连接到电力负载的负载驱动逆变器43A～43F。再有，PWM变换器41经由供电插座46及电缆卷筒47连接到配电箱31所连接的供电电缆33。而且，PWM变换器41将从配电箱31供给的交流电力变换为设为第1目标值(以下，称为‘第1电压目标值’)的电压并且以预先确定的电力值(以下称为‘最大电力目标值’)为上限的直流电力，经由直流母线52供给到电力负载。PWM变换器41具有电流限制功能，将输出的电力保持固定，通过预先设定电流的上限值，将PWM变换器41输出的电力限制在最大电力目标值以下。再有，PWM变换器41在动力运行时及再生时都将电力限制在最大电力目标值以下。此外，电流的上限值，例如设为直流母线52中被容许的电流值。而且，PWM变换器41构成为在再生时通过电流限制功能不向地面供电侧再生。电力供给装置40包括的电池充放电控制装置48使电池42以小于第1目标值的第2目标值(以下，称为‘第2电压目标值’)的电压来充放电。电力负载是使起重机1包括的小车20横行的横行用的电机49A、使车轮3转动的电机49B～49E及旋转用的电机49F、用于起升吊物的起升用电机49G、以及辅机50等。再有，起升用电机49G可进行将动能变换为电能并回收的再生，在降低起升的吊物的情况下，通过作为发电机的功能来发电。在以下说明中，在区别各电机49的情况下，在标号的末尾附加A～G的其中一个，在不区别各电机49的情况下，省略A～G。此外，在区别各负载驱动用逆变器的情况下，在标号的末尾附加A～F的其中一个，在不区别各负载驱动逆变器43的情况下，省略A～F。而且，在各电机49及辅机50中，如上述那样，通过各个对应的负载驱动逆变器43而将来自电力供给装置40的直流电力变换到交流电力，并对它们供电。而且，由电力负载未消耗掉的电力，通过电阻器51而被消耗。图3是表示一例由电力负载消耗的电力的时间变化的曲线图。图3中，横轴设为时间变化，纵轴设为电力，表示由电力负载消耗的消耗电力的时间变化。再有，电力为正的情况，是电力负载消耗电力的情况，另一方面，电力为负的情况，是起重机1进行吊物的降下的情况，是使起升用电机49G产生电力的情况。而且，直线A表示消耗电力的平均值，在本实施方式中，将PWM变换器41供给到电力负载的电力的最大电力目标值作为一例而设为上述平均值(例如45kW)。下面说明本实施方式的电力供给装置40的作用。再有，在本实施方式中，作为一例，将第1电压目标值设为660V，将最大电力目标值设为45kW，将第2电压目标值设为651V。由此，如以下说明的，PWM变换器41及电池充放电控制装置48各自独立地进行将直流母线52的电压控制为固定的电压控制。首先，在电池42为充满电状态，电力负载(负载驱动逆变器43)消耗电力的情况下，若作为向电力负载供给电力的直流母线52中的电压(以下，称为‘直流母线电压’)下降，则PWM变换器41的第1电压目标值(660V)大于第2电压目标值(651V)，所以如图4所示，仅通过从PWM变换器41供给的直流电力、即来自商用电源的电力来驱动电力负载。这种情况下，直流母线52的电压(实际电压)以660V固定。此外，电池充放电控制装置48被设为运转停止状态。于是，在由电力负载消耗的电力(以下，称为‘消耗电力’)为最大电力目标值以下的情况下，通过仅从PWM变换器41供给的直流电力来驱动电力负载。然后，随着电力负载的消耗电力的增加，从PWM变换器41供给的电力增加，而如果消耗电力超过最大电力目标值(45kW)，则直流母线电压下降。若直流母线电压下降至第2电压目标值(651V)，则如图5所示，电池充放电控制装置48成为运转状态(放电控制)，开始电池42的放电(电池辅助)。然后，电力负载以将最大电力目标值作为上限的PWM变换器41供给的电力和电池42供给的电力来驱动。这种情况下，直流母线52的电压(实际电压)以651V固定。因此，本实施方式的电力供给装置40使从商用电源向起重机1供给的电力成为低电力并可实现低电压输电。另一方面，在直流母线电压高于电池充放电控制装置48的第2电压目标值的情况下，直流母线电压产生将电池42充电的作用。因此，在电力负载的消耗电力低的情况下，在PWM变换器41的最大电力目标值的范围内，可以将未由电力负载消耗的剩余的电力充电在电池中。即，由电力负载消耗的电力和最大电力目标值之差成为被充电在电池42中的电力。因此，在电池42需要充电，并且电力负载的消耗电力低于最大电力目标值的情况下，电池充放电控制装置48成为图6所示的运转状态(充电控制)，通过由PWM变换器41变换所得的直流电力而使电池42充电。这种情况下，直流母线52的电压(实际电压)以651V固定。此外，还有从电力负载(起升用电机49G等)通过再生产生电力(以下，称为‘再生电力’)的情况。因此，在电池42需要充电，并且电力负载产生再生的情况下，电池充放电控制装置48如图7所示为运转状态(充电控制)，通过来自电力负载的再生电力和由PWM变换器41变换所得的直流电力而使电池42充电。即，负载驱动逆变器43将再生电力流向直流母线52，以达到第2电压目标值(651V)以上。这种情况下，直流母线52的电压(实际电压)以651V固定。此外，这种情况下，作为一例，PWM变换器41以最大电力目标值向电池42供给电力，但也可以使该电力低于最大电力目标值。如以上说明，本实施方式的电力供给装置40为了对起重机1具有的电力负载供给电力而装载在起重机1中，包括经由直流母线52与电力负载连接，用于对电力负载供给直流电力的可充放电的电池42。而且，电力供给装置40将从商用电源供给的交流电力通过PWM变换器41，变换为作为第1电压目标值的电压并以最大电力目标值为上限的直流电力，经由直流母线52供给到电力负载，通过电池充放电控制装置48，使电池42以小于第1电压目标值的第2电压目标值的电压进行充放电。因此，本实施方式的电力供给装置40，使从商用电源向起重机1供给的电力成为低电力并可实现低电压输电。此外，本实施方式的电力供给装置40，使电池充放电控制装置48以电压控制方式动作，所以在负载驱动逆变器43的控制响应上无延迟，可将电力负载需要的电力从电池42放电，并可将从电力负载产生的再生电力充电给电池42。即，电池充放电控制装置48的电力控制响应的速度快。此外，电力供给装置40例如不是根据某些电力指令值而使电池42进行充放电，而是由电力负载消耗的电力和最大电力目标值之差直接成为从电池42充放电的电力，所以可以直接地控制电池42充放电的电力。此外，负载驱动逆变器43不输出表示电力负载需要的电力的电力指令值等，自主地进行电力控制，所以可以使对电池42的充放电控制逻辑(logic)为简易的结构。此外，在起重机1脱离地面供电(与配电箱31断开)，由电池供电并进行通道变换的情况下，电池充放电控制装置48仅继续电压控制就可以，不需要特别的控制。此外，在通道变换完成，起重机1恢复为地面供电状态的情况下，同样地电池充放电控制装置48仅继续电压控制就可以。此外，在地面供电瞬间停止的情况下，也不需要特别的控制，电池充放电控制装置48可使电池42放电，使起重机1动作。而且，本实施方式的电力供给装置40，在电池42需要充电，并且由电力负载消耗的电力低于最大电力目标值的情况下，通过由PWM变换器41变换所得的直流电力使电池42充电，所以从商用电源对电池42可进行高效率的充电。此外，本实施方式的电力供给装置40，在电池42需要充电，并且电力负载产生再生，电力负载的再生电力的电压为第2电压目标值以上的情况下，通过再生电力使电池42充电，所以可以通过简易的结构，将电力负载的再生电力充电到电池42中。以上，使用上述各实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式所记载的范围。可以在不脱离本发明的宗旨的范围内，对上述各实施方式进行多样的变更或改进，进行了该变更或改进的形态也包含在本发明的技术范围中。例如，在上述各实施方式中，说明了将电力供给装置40适用于起重机1的形态，但本发明不限于此，也可以是将电力供给装置40适用于交通车辆等的其他车辆中的形态。