夕暮れの海上にあるナックルブームクレーン。ブーム先端から海面まで1本の吊り索が下がっています

アクティブヒーブ補償（AHC）

アクティブシステムが船体動揺を測定し、荷をその動きと逆方向に駆動する仕組みと、パッシブ補償装置に代えて使用すべき場合を解説します。

執筆 Peter Wang、COO · 2025年10月 · 2026年9月更新 · 読了まで10分

概要

アクティブヒーブ補償（AHC）は、船舶がヒーブ、ロール、ピッチしても、吊り荷を海底に対して一定の高さに保ちます。
多くのAHCはクレーンまたはウインチに組み込まれます。インラインAHCでは、能動装置をフック下の荷重経路に配置します。
パッシブスプリングよりも動きを大きく抑えられますが、動力、センサー、制御装置が必要で、残留動揺をゼロにはできません。
多くのスプラッシュゾーン通過と海中吊り作業には、パッシブヒーブ補償またはアダプティブパッシブヒーブ補償を使用します。パッシブ装置で残留動揺の目標を満たせない場合に、能動制御を検討する価値があります。

アクティブヒーブ補償（AHC）は、船舶の動きに対して吊り荷を安定させます。動揺基準装置（MRU）が船舶のヒーブ、ロール、ピッチを測定し、制御装置がそこからクレーン先端の動きを算出します。通常はクレーンのウインチである動力駆動のアクチュエータがワイヤを繰り出し、巻き取ることで、荷を海底に対して一定の高さに保ちます。AHCは、海中据付や着底、ROV作業、パイプ敷設など、動揺する海上で荷を静止させる必要がある吊り作業に使われます。

アクティブヒーブ補償の仕組み

どのAHCシステムも、次の制御ループを毎秒何度も繰り返します。

測定。 MRUが船舶のヒーブ、ロール、ピッチを測定します。MRUは通常クレーン先端にはないため、制御装置は測量済みのレバーアームを使って先端自体の動きを求めます。詳しくは動揺基準装置.
予測と指令。 駆動装置の応答には時間がかかるため、制御装置は信号をフィルタ処理し、通常は少し先の動きを予測します。そのうえで、アクチュエータに同じ量だけ逆方向へ動くよう指令します。
駆動。 クレーン先端が上がるとウインチがワイヤを繰り出し、下がると巻き取ります。インラインシステムでは、荷重経路内のシリンダーが同じ役割を果たします。ドラムまたはシリンダーの位置センサーが制御ループにフィードバックします。
基準位置の維持。 通常の目標は地球固定座標で、荷を海底に対して一定の高さに保ちます。着底時には、AHCが波による動きを抑えている間にオペレーターがゆっくり降下させます。

図1. 能動駆動装置を配置する2つの位置。 Aでは、MRU信号に従ってクレーンのウインチがワイヤを繰り出し、巻き取ります（実線矢印：信号と指令、破線矢印：ドラム位置のフィードバック）。 Bでは、フック下のインライン装置にセンサー、制御装置、バッテリーを搭載します。ガススプリングが荷重を支え、能動シリンダーが動揺と逆方向にストロークします。どちらもペイロードを海底に対して一定の高さに保ちます。

アクティブヒーブ補償の方式

AHCシステムは、アクチュエータを荷重経路のどこに置くか、何で駆動するかによって異なります。

構成	補償の仕組み	主な用途	確認事項
電動ウインチAHC	電動モーターがウインチドラムを回し、波ごとにワイヤを繰り出し、巻き取ります。	オフショアクレーン、海中用クレーン、据付船。	駆動装置の最大出力、エネルギー回収、運転中のモーター発熱。
油圧ウインチAHC	ドラムの油圧モーターで駆動し、エネルギーを蓄えて戻すアキュムレータを併用することがよくあります。	オフショアクレーン、Aフレーム、進水回収システム。	ポンプ流量、アキュムレータ容量、冷却。
シリンダーまたはシーブ式AHC	油圧シリンダーがワイヤ経路内のシーブを動かし、ドラムを回さずにワイヤ長を変えます。	既存のクレーンやウインチへの後付け。	甲板上の設置スペース、ワイヤの掛け回し、シリンダーのストローク。
甲板上インラインAHC	フック下に装着する能動装置で、独自のセンサーと電源を備えます。	AHCを内蔵しないクレーン。	フック下の有効高さ、ストローク、搭載エネルギー。
海中インラインAHC	インライン装置がペイロードの近くで、水深のある場所において作動します。	長いワイヤの伸びが問題となる深海での着底作業。	対応水深、海中での電源と制御。

NDのアクティブヒーブ補償装置VEGAはインライン設計で、まず甲板上用の VEGA-T を投入し、その後に海中用の VEGA-S が続く予定です。

性能を制限する要因

アクティブシステムでも動揺を完全には除去できません。残る動揺は次の4点に左右されます。

遅延。 測定から動作までにかかる時間で、センサーのフィルタ処理、制御装置、駆動装置の応答を含みます。遅延が長いほど、予測による補正が重要になります。
速度。 アクチュエータの移動速度と方向転換の速さです。周期が短く急峻な波ほど要求が厳しくなります。
ストローク、力、動力。 アクチュエータは、ストロークとワイヤ速度の制限内でクレーン先端の動き全体に追従し、その速度で必要な力を出す必要があります。
ワイヤと荷。 長いワイヤは伸び、水中の荷には付加質量が生じます。水深のある場所では、ペイロードの応答がAHCの制御対象であるフックの動きと異なる場合があります。

サプライヤーは、所定の波周期と振幅に対する補償率または残留ヒーブで性能を示します。数値を比較するときは、周期、振幅、測定位置を同じ条件にそろえてください。

ガススプリング支持のインライン設計で必要動力が小さい理由

荷の全重量を支える駆動装置は、各波の最大速度時に、おおむね重量 × ヒーブ速度に相当する動力を出す必要があります。100 tの荷に対し、クレーン先端が周期10 s、振幅±1 mでヒーブする場合、最大速度は約0.63 m/sで、駆動装置には約 0.6 MWが必要です。下降時にそのエネルギーの多くを回収できる場合でも同様です。

ガススプリング支持のインライン設計では、ガススプリングが静的な重量を支えます。ロッドのストローク中、アクチュエータはスプリング力と重量の差だけを補い、同じ100 tのケースでは最大約37 kNです。機械的な最大出力は 11.6 kWに下がり、10時間連続で補償した場合、理想条件でバッテリーからの正味消費エネルギーは 22.1 kWh です（下記の計算例）。このため、インライン型の能動装置はアンビリカルなしでバッテリー駆動できます。

アクティブ、アダプティブパッシブ、パッシブの比較

いずれも荷に伝わる動揺を低減しますが、その方法と必要な装備が異なります。

項目	パッシブRIGEL、CYGNUS	アダプティブパッシブANTARES	アクティブVEGA、開発中
荷重を支えるもの	ガススプリング	ガススプリング	ガススプリングと能動シリンダー
動揺を低減する仕組み	柔らかいスプリングが荷をクレーン先端の動きから切り離します。減衰は甲板上で設定します。	同じ仕組みに加え、吊り作業中に減衰とガス充填量を自動調整します。	動揺を測定し、荷を逆方向に駆動します。
センサーと電源	外部電源は不要。RIGELは電源不要。CYGNUSは小型バッテリーを使用し、アンビリカルは不要。	センサーを内蔵。バッテリーを使用し、アンビリカルは不要。	MRUと制御装置を搭載。大容量バッテリーを使用し、アンビリカルは不要。
残留動揺	スプリングと減衰が海象にどれだけ適合するかで決まります。	荷重、水深、海象が変わっても低く保たれます。	遅延、速度、ストロークの制限内で達成可能な最小の動揺。
適する作業	多くのスプラッシュゾーン通過と海中吊り作業。	複数段階の吊り作業、荷重や水深が変化する作業、迅速な吊り作業。	パッシブ方式では残留動揺や着底の目標を達成できない場合。

パッシブ装置とアダプティブパッシブ装置は、外部電源、アンビリカル、船側の制御システムを必要とせず、アクティブシステムより保守の負担も小さくなります。プロジェクトの残留動揺目標、着底許容差、または水深のある場所で長時間保持する要件をそれらで満たせない場合に、能動制御が適します。アクティブ方式とパッシブ方式の比較ではそれぞれの利点と制約を詳しく説明し、選定ガイドでは吊り作業に適した装置を示します。

開発中

VEGA、NDのインライン型アクティブヒーブ補償装置

VEGAは、MRUに基づく能動シリンダー制御と自動減衰制御を組み合わせます。大容量の内蔵バッテリーで駆動するため、アンビリカルも外部電源も必要ありません。 VEGA-T を甲板上用として先に投入し、その後に VEGA-S を海中用として投入する予定です。

設計目標：SWL 75–2,500 t、ストローク 2.5–6.0 m。

VEGAを見る →

100 tのインラインAHCの計算例

条件：空中でのペイロード100 tを、ガススプリング支持のインラインAHCで補償します。周期10 s、振幅±1 mの正弦波状の動きを10時間（3,600サイクル）追従させます。ガス対油の比 $R = 10$ （ガス体積 ÷ 押しのけた油の体積）、最大ストローク4 m、理想断熱窒素の比熱比 ( $\gamma = 1.4$ ); 、バッテリーからアクチュエータまでの駆動効率90 %、ガススプリングが戻す仕事の50 %をバッテリーに回収するとします。

結果	値	意味
最大機械出力	11.6 kW	駆動装置の容量を決める出力であり、エネルギー量ではありません
バッテリーから駆動装置への供給エネルギー	40.2 kWh	10 hにわたる値。駆動効率90 %では、このうち36.2 kWhがアクチュエータに届きます
バッテリーへの回収エネルギー	18.1 kWh	ガススプリングが戻す36.2 kWhの半分
バッテリーの正味消費エネルギー	22.1 kWh	摩擦、補機、予備容量を考慮する前のバッテリー容量の基準

図2. 下記のモデルに基づく計算例の1波周期。 Aでは、アクチュエータ力はピストン停止時に最大となり、最大速度とは4分の1周期ずれています。 Bでは出力が力 × 速度であるため、4分の1周期ごとに符号が変わります。塗りつぶし部分では駆動装置がバッテリーからエネルギーを供給し、斜線部分ではガススプリングが同量を戻します。1波あたり36.2 kJで、そのうち50 %を回収すると仮定します。

モデルと式

アクチュエータの運動。振幅 $\zeta = 1\ \text{m}$ , 周期 $T = 10\ \text{s}$ および $\omega = 2\pi/T$ :

S(t) = \zeta\cos\omega t, \qquad \dot{S}(t) = -\zeta\omega\sin\omega t

理想断熱ガススプリングについて、ストローク中央での支持力を基準としたアクチュエータ力：

F(t) = m g \left[ \left( \frac{S_0}{S_0 – S(t)} \right)^{\gamma} – 1 \right]

S_0 = S_{\max}\,(R – 0.5)

機械出力は $P(t) = F(t)\,\dot{S}(t)$ . 正の出力は駆動装置が行う仕事、負の出力は回収可能な仕事を表します。10時間について別々に積分すると、

\begin{aligned} W_{\text{drive}} &= \int \max(P, 0)\,\mathrm{d}t = 130.2\ \text{MJ} \\ W_{\text{return}} &= \int \max(-P, 0)\,\mathrm{d}t = 130.2\ \text{MJ} \end{aligned}

\begin{aligned} E_{\text{batt}} &= \frac{W_{\text{drive}}}{\eta_{\text{drive}}} – \eta_{\text{regen}}\,W_{\text{return}} \\ &= \frac{130.2}{0.90} – 0.50 \times 130.2 \\ &= 79.6\ \text{MJ} = 22.1\ \text{kWh} \end{aligned}

これは理想条件での概算評価です。摩擦、実在気体の挙動、補機、ポンプ、モーター、バッテリーの詳細な特性は含めていません。実際のプロジェクトでは、 CONSTELLATION の吊り作業シミュレーションでこれらをモデル化します。

よくある質問

アクティブヒーブ補償とは何ですか？

アクティブヒーブ補償（AHC）は、船舶が動いても吊り荷を一定の高さに保ちます。動揺基準装置が船体動揺を測定し、制御装置がクレーン先端の動きを算出します。通常はウインチである動力駆動のアクチュエータが、これを打ち消すようにワイヤを繰り出し、巻き取ります。

アクティブヒーブ補償とパッシブヒーブ補償の違いは何ですか？

パッシブヒーブ補償装置は、ガススプリングで荷をクレーン先端の動きから切り離し、補償自体に外部電源を必要としません。アクティブヒーブ補償装置は動揺を測定し、荷を逆方向に駆動します。動揺をより大きく抑えられますが、動力、センサー、制御装置が必要です。アダプティブパッシブ装置は両者の中間で、パッシブ方式で荷を支えながら、搭載バッテリーを使って吊り作業中に自動調整します。

アクティブヒーブ補償は動揺を完全に除去できますか？

いいえ。計測と制御の遅延、アクチュエータの速度、ストローク、出力、長いワイヤの伸びにより、残留動揺が生じます。性能は所定の波周期と振幅に対する補償率または残留ヒーブとして示されるため、同じ条件で数値を比較してください。

アクティブヒーブ補償システムには何が必要ですか？

動揺基準装置、制御装置、位置フィードバックを備えたアクチュエータ（ウインチ駆動装置またはシリンダー）、電源が必要です。クレーンやウインチのシステムは船舶から給電されます。VEGAのようなインライン装置は独自のバッテリーを搭載します。

アクティブヒーブ補償にはどれくらいの動力が必要ですか？

駆動装置が荷の全重量を支える場合、最大出力はおおむね重量 × ヒーブ速度です。100 tの荷を吊り、クレーン先端が周期10 s、振幅±1 mでヒーブする場合は約0.6 MWです。ガススプリング支持のインライン設計ではスプリング力との差だけを補うため、同じ条件で最大約11.6 kW、理想条件で10時間あたり22.1 kWhが必要です。

パッシブ方式よりアクティブ方式を選ぶべきなのはいつですか？

パッシブまたはアダプティブパッシブ装置では、プロジェクトの残留動揺や着底の目標を満たせない場合です。例えば、許容差の厳しい着底や、水深のある場所での長時間保持が該当します。多くのスプラッシュゾーン通過と海中吊り作業は、パッシブ方式で対応できます。