JP2002274226A

JP2002274226A - レールユニット

Info

Publication number: JP2002274226A
Application number: JP2001083637A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Inada; 健一稲田
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触で電力が供給される有軌道台車等の移
動経路に敷設されるレールについて、現場での施工を容
易にすることを課題とする。【解決手段】レール１１をユニットごとに構成し、レ
ールユニット２０を構成する部材と、給電線５・５と、
給電線ホルダ２４とを略同じ長さに形成して、該給電線
５・５と該レールユニット２０を構成する部材とにそれ
ぞれ接続手段２０Ｊ・２０Ｊ・・・、５Ｊ・５Ｊを設け
る。また、各レールユニット２０を構成する給電線５・
５にそれぞれキャパシタ３５を介設し、そして、各レー
ルユニット２０ごとに給電装置２５を取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で電力が供
給される有軌道台車等の移動経路に敷設されたレールに
関し、詳しくは、該レールの構築技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体製造工場等、塵挨の発
生が問題となるクリーンルームでは、物品を搬送するた
めに、レール上に搬送台車を走行させるようにした技術
が知られている。これら搬送台車の駆動源としては、通
常はモータが使用され、このモータへの電力供給は、搬
送台車のレールに沿って架設された給電線からの電磁誘
導によって行われる。すなわち、電源装置と給電線等か
ら成る一次側回路と、搬送台車のモータ等が接続される
二次側回路とは非接触の状態に設けられて、該一次側回
路へ交流電流を流し、電磁作用によって二次側回路へ給
電が行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、給電線には
１０ｋＨｚのような高周波の電流が通電されるため、電
気損失を考慮する必要があり、電気損失の少ないリッツ
線（各々絶縁された素線を束ねた線）が用いられる。こ
のリッツ線は、設置現場の状況に応じて互いに接続する
ことができないため、その各リッツ線の端部を圧着端子
が圧着された状態で製造工場から現場へ出荷されるが、
圧着端子を取り付ける加工をミリ単位で正確に行うこと
が困難である。このため、現場での取り付け位置の調整
作業はどうしても必要であった。しかも、レールとリッ
ツ線は別々に施工され、リッツ線の長さはレールの長さ
と無関係に製造されるため、リッツ線が敷設可能な長さ
になるまでレールが組み上がっているか否かを常に把握
しておかなければならず、その管理工数がさらに必要と
なる上、レールの敷設後にさらにリッツ線の敷設作業が
必要となり、据え付け日数の増加につながっていた。本
発明では、これらの点を鑑み、現場での施工を容易にし
たレールユニットを提供することを課題とする。

【０００４】本発明は以上のような課題を解決すべく、
次のような手段を用いるものである。すなわち、請求項
１記載の如く、給電線と、給電線保持部材と、レール部
材とを略同じ長さに形成することにより非接触給電用の
レールユニットを構成し、該レール部材を接続する接続
手段を設け、レールユニット同士を接続可能とした。

【０００５】また、請求項２記載の如く、前記各レール
ユニットにおける往復給電線間にキャパシタを介設し
た。

【０００６】そして、請求項３記載の如く、前記各レー
ルユニットに給電装置を設けた。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例の非接触
給電システム１について図面を参照しながら説明する。
図１は給電線５・５（図２参照）から非接触で電力を供
給する方式の有軌道台車システムを備えた工場内の平面
図である。同図に示すように、周回軌道１１が半導体の
工場等のクリーンルーム内に敷設され、該周回軌道１１
に沿って、複数の天井搬送車Ｔ１〜Ｔ６が、同方向に周
回するように自動運転されている。天井搬送車Ｔ１〜Ｔ
６は、移載装置を搭載せずに、多数のワークが収納され
たカセットを高速搬送することができる無人搬送車であ
る。

【０００８】前記周回軌道１１に沿って複数の処理装置
Ｅ・Ｅ・・・群が配置され、その各処理装置Ｅ・Ｅ・・
・群にはストッカＳ１〜Ｓ６が配置されている。ストッ
カＳ１〜Ｓ６は、他の工程で処理されたワークを自工程
の処理装置Ｅで処理するために、天井搬送車Ｔ１〜Ｔ６
と無人搬送車との間の搬送時間を調整するためのバッフ
ァとなっている。

【０００９】ストッカＳ１〜Ｓ６にはカセットを載置す
る多数の棚と、カセットを入出庫するスタッカクレーン
と、天井搬送車Ｔ１〜Ｔ６用のステーションＰ１〜Ｐ６
及び、後述する無人搬送車用のステーションが設けられ
ている。この各ステーションＰ１〜Ｐ６には、ステーシ
ョンＰ１〜Ｐ６と天井搬送車Ｔ１〜Ｔ６との間でカセッ
トを載置するための移載装置が設けられている。また、
各処理装置Ｅには、それぞれ一つ乃至複数個のステーシ
ョンが設けられている。

【００１０】この処理装置Ｅ・Ｅ・・・のステーション
と処理装置Ｅ・Ｅ・・・のステーションとの間、及び、
処理装置Ｅ・Ｅ・・・のステーションとストッカのステ
ーションとの間は、移載装置を備えた無軌道の無人搬送
車Ｍ１・Ｍ２・・・によって、カセットを直接移載する
とともに、搬送するようになっている。装置長が長い処
理装置Ｆの場合等には、移載装置を備えるとともに、レ
ール１１を往復走行する有軌道の無人搬送台車Ｋ１〜Ｋ
４が配置され、無軌道の無人搬送車Ｍ１・Ｍ２・・・よ
りも高速で搬送するようになっている。

【００１１】図２は本発明に係るレールユニット２０の
斜視図であり、本発明では、前記レール１１を、ユニッ
トごとに構成し、該ユニットを連結して、搬送台車Ｋ１
〜Ｋ４の移動経路を施工する。

【００１２】前記レールユニット２０は樋型の形状で、
正面視、その底面と、両側面とで、「凹」字型となる。
また、該レールユニット２０の一側面には、正面視、
「コ」字状の給電線ホルダ２４がレールユニット２０の
長手方向に沿って固定されおり、内方向へ凸起した上下
一対の給電線ホルダ２４の先端で、一対の往路と復路と
なす給電線５・５が保持されている。言い換えると、給
電線ホルダ２４は、連続して形成されている基部に、連
続的に形成されている一対の脚部を立設し、その脚部の
自由端に給電線保持部を連続的に形成することで、給電
線５・５を連続的に保持するようになされている。この
ような構成で、本発明では、リアクタとしての性質を有
する給電線５・５の長さを、所定のリアクタンスとなる
ように決定し、その長さに合わせてレールユニット２０
の長さ、及び給電線ホルダ２４の長さを設計して、レー
ルユニット２０と、給電線ホルダ２４と、給電線５・５
とを、略同じ長さに形成している。また、該レールユニ
ット２０の前後端に接続手段２０Ｊ・２０Ｊを設けて、
レールユニット２０・２０同士を構造的に接続可能にす
る。

【００１３】前記接続手段２０Ｊは、レールユニット２
０に形成された溝２０ａと、その溝２０ａに嵌合する連
結部材２０ｂと、連結部材２０ｂとレールユニット２０
とを固定する固定具２０ｃ・２０ｃとを備えている。前
記溝２０ａは、断面Ｃ型でレールユニット２０の長手方
向全体に渡って形成されており、１つのレールユニット
２０の複数箇所設けられている。前記連結部材２０ｂ
は、前記溝２０ａに嵌合する板材で、長孔２０ｄが形成
されている。前記固定具２０ｃは、例えばビスで、前記
溝２０ａの所定位置に形成されたネジ溝に螺合するよう
になっている。一方のレールユニット２０の溝２０ａに
連結部材２０ｂを固定具２０ｃにより固定し、他方のレ
ールユニット２０の溝２０ａに連結部材２０ｂを固定具
２０ｃにより固定し、他方のレールユニット２０の溝２
０ａと、連結部材２０ｂとを嵌合し、固定具２０ｃによ
り固定することで、レールユニット２０・２０同士を接
続する。連結部材２０ｂには、長孔２０ｄが形成されて
いるため、レールユニット２０の製作誤差等により発生
した、レールユニット２０の長手方向の位置のズレを吸
収することができる。

【００１４】給電線５は、給電線ホルダ２４にその両端
部を含めて固定されているようになっている。給電線ホ
ルダ２４の給電線５の端部が配置されるそれぞれの位置
には、給電線５と直交する方向に貫通孔が形成され、接
続端子５ａ、５ｂが挿入されるようになっている。接続
端子５ａ、５ｂの一端は、給電線５の端部に取り付けら
れている圧着端子が接続され、他端は、接続部材５ｃに
より接続端子５ａ、５ｂ同士を連結できるようになって
いる。この接続部材５ｃより一対の給電線５・５を短絡
することも、レールユニット２０間の給電線５・５同士
を電気的に接続することもできる。圧着端子には長孔が
形成され、接続端子５ａ、５ｂの両端にはネジ溝が形成
され、接続部材５ｃには長孔が形成されている。圧着端
子に長孔を形成することで、給電線５の長さ方向の製作
誤差等を吸収することができ、レールユニット２０間の
長さ方向の製作誤差等は接続部材５ｃの長孔で吸収する
ことができる。

【００１５】接続端子５ａ、５ｂには、給電装置２５の
給電線も接続できるようになっている。また、接続端子
５ａ、５ｂには、後述するキャパシタも接続できるよう
になっている。圧着端子、接続端子５ａ、５ｂ、及び接
続部材５ｃには、例えば、銅に亜鉛メッキが施された導
電性に優れ、かつ耐食性に優れた部材が使用される。接
続端子５ａ、５ｂは、例えば、給電線ホルダ２４の前記
脚部より、全長を長く形成することで、接続端子５ａ、
５ｂが前記基部より脚部と反対側に突出するように形成
している。このため、接続部材５ｃを給電線ホルダ２４
の給電線５が取り付けられているのと反対側の面から取
り付けることができる。そして、接続端子５ａ、５ｂ、
及び接続部材５ｃを覆うカバー２６が取り付けられてい
る。

【００１６】尚、図２では、給電線５の一方に接続され
た接続端子５ａに給電装置２５からの給電線を接続し、
給電線５の他方に接続された接続端子５ｂに、他のレー
ルユニット２０の接続端子５ａを接続（他のレールユニ
ット２０の給電線と接続）するようにしているが、詳し
くは後述するが、レールユニット２０によって、両方の
接続端子５ａ、５ｂに他のレールユニット２０の接続端
子５ａ、５ｂを接続するようにする場合がある。また、
一方の接続端子５ｂを短絡させるようにする場合もあ
る。

【００１７】前記給電装置２５はレールユニット２０の
外側面に取設されて、所定の周波数で電力を供給できる
ようにしている。前記天井搬送車Ｔ１〜Ｔ６の駆動源と
しては、モータ等が使用され、該モータへの電力供給
は、該給電線５・５からの電磁誘導によって行われる。

【００１８】すなわち、給電線５・５等から成る一次側
回路と、搬送台車Ｋ１〜Ｋ４のモータ等が接続される二
次側回路とは非接触の状態に設けられて、該一次側回路
へ交流電流を流し、電磁作用によって二次側回路へ給電
が行われている。

【００１９】次に、図３は従来における給電線５・５の
回路図である。符号３０は、給電線５・５に定電流を供
給するための給電装置で、インバータ電源３１と、その
出力電圧を電流に変換するインピーダンス変換部３２と
で構成される。インピーダンス変換部３２は、例えば、
リアクタとコンデンサとにより構成される耕地の電圧−
電流変換回路である。また、同図の符号３８、３９はそ
れぞれ給電線５・５の往路と復路とにおけるリアクタを
示したものである。

【００２０】ここで、給電装置３０の端子電圧を
Ｖ_out、周波数をｆ、角周波数をωとし、また、リアク
タ３８、３９（給電線５・５）に流れる電流をＩ、該リ
アクタ３８、３９のリアクタンスをそれぞれＬ_f1、Ｌ_r1
とする。そして、往路と復路とから成る給電線５・５全
体のリアクタンスをＬとすれば、リアクタンスＬ_f1、Ｌ
_r1は以下の式（１）、（２）で表される。

【００２１】

【数１】

【００２２】また、端子電圧Ｖ_outは、Ｖ_out ＝ ωＬＩ（３）となり、ここで、角周波数ωは、 ω ＝２πｆ（４）で定義される。

【００２３】次に、上記（３）式、及び（４）式を用い
て、具体的な設計を試みる。諸条件によっても左右され
るが、給電線５・５の往路長さ（復路長さ）が１００
（ｍ）におけるリアクタンスＬを１００（μＨ）とし、
また、給電装置３０の周波数ｆを１０（ｋＨｚ）、通電
する電流Ｉを１００（Ａ）とするとき、前記端子電圧Ｖ
_outは、（３）式、及び（４）式より、Ｖ_out＝２×３．１４×１０⁴×１０^-4×１０²＝６２
８（Ｖ）となる。

【００２４】ところで、前記リアクタンスＬは給電線５
・５の長さに略比例し、該長さが１００（ｍ）にも達す
ると、端子電圧Ｖ_outは６２８（Ｖ）となる。通常は、
端子台の耐圧は６００（Ｖ）程度の設計であるため、給
電装置３０に使用する部品の耐圧を上げねばならない。
また、実際の運用面においても、回路に高電圧の部分が
あると、危険でもあり、これら諸事情を鑑みると、該端
子電圧Ｖ_outは６００（Ｖ）以下に設計するのが妥当で
ある。

【００２５】しかしながら、上記（３）式より、端子電
圧Ｖ_outは、給電線５・５の長さに略比例して上昇する
ものであり、該端子電圧Ｖ_outを６００（Ｖ）以下に設
計するとなると、給電線５・５の長さが制限される。

【００２６】本発明ではこの点を鑑みて、１つの給電設
備で端子電圧Ｖ_outを上昇させずに、給電線５・５の長
さが延長できる方法を開示する。

【００２７】図４は本発明に係る給電線５・５の回路図
であり、図５（ａ）は図４をノートンの定理によって変
換した回路図であり、図５（ｂ）は図４をテブナンの定
理によって変換した回路図である。図４、及び図５に示
すように、給電線５・５はレールユニット２０・２０・
・・を連結して構成され、各レールユニット２０におけ
る給電線５・５にはキャパシタ３５が介設されている。
ここで、該キャパシタ３５のキャパシタンスをＣ、各レ
ールユニット２０において往路と復路とを成す一定長さ
の給電線５・５のリアクタンスをＬとする。

【００２８】前記給電線５・５の長さは、所定のリアク
タンスＬとなるように設計され、これに基づいてレール
ユニット２０の長さが決定される。また、前記キャパシ
タ３５のキャパシタンスＣが以下の（５）式で算定され
る。 ω²ＬＣ＝２（５）

【００２９】尚、図５（ｂ）に示す回路図においては、
レールユニット数は奇数個で構成する。このとき、各ユ
ニットの端子電圧の最大値Ｖ_nは、図５（ａ）、（ｂ）
の等価回路でそれぞれ以下の式（６）、（７）で表され
る。Ｖ_n ＝ ωＬＩ_max （６）Ｖ_n ＝Ｖ_max （７）ここで、Ｉ_maxは等価電流源による通電電流の最大値で
あり、Ｖ_maxは等価電圧源による駆動電圧の最大値であ
る。

【００３０】つまり、（６）式で示すように、リアクタ
３３、３４のリアクタンスＬと、通電電流Ｉ_maxを適切
に設定し、そのリアクタンスＬに基づき、（５）式でキ
ャパシタ３５のキャパシタンスＣを設定することで、レ
ールユニット２０により端子電圧Ｖ_outの等価回路に形
成することができる。このため、レールユニット２０・
２０・・・を多数連結しても、端子電圧の最大値Ｖ_nが
上昇することなく、給電線５・５を自由に延長すること
ができる。

【００３１】より具体的には、図２に示すレールユニッ
ト２０のカバー２６側の上下の前記接続端子５ｂ・５ｂ
間にキャパシタ３５を接続する。例えば、キャパシタ３
５の脚に取付孔を形成した取付部材を半田等により取り
付け、それを接続端子５ｂに取り付ける。このレールユ
ニット２０に、電源装置２５が設けられていないレール
ユニット２０を接続していく。その際に、例えば、後ろ
側の上下の接続端子５ｂ・５ｂ間にキャパシタ３５を取
り付けることが肝心である。

【００３２】次に、具体的な数値を代入し、従来におけ
る回路構成と本発明に係る回路構成とを比較検討する。
給電装置３０の周波数ｆを１０（ｋＨｚ）とし、通電電
流Ｉを１００（Ａ）とすると、端子電圧Ｖ_outを６００
（Ｖ）以下にするための給電線５・５のリアクタンスＬ
_xは、前記（３）式、及び（４）式より、６００＝２×３．１４×１０⁴×１０²×Ｌ_x Ｌ_x ≒ ９５（μＨ）となる。

【００３３】ここで、給電線５・５の単位長さあたりの
リアクタンスＬ₀を１．７（μＨ／ｍ）とすれば、給電
線５・５の長さｌは、ｌ＝Ｌ_x／Ｌ₀ ＝９５／１．７＝５６（ｍ）となり、端子電圧Ｖ_outを６００（Ｖ）以下にするに
は、従来の回路構成では、給電線５・５の長さｌを５６
（ｍ）以下にしなければならない。

【００３４】一方、本発明によれば、レールユニットの
長さを略５０（ｍ）で構成し、このときの給電線５・５
のリアクタンスＬを８５（μＨ）、給電装置３０の周波
数ｆを１０（ｋＨｚ）とすれば、前記（５）式より、キ
ャパシタ３５のキャパシタンスＣを、（２×３．１４×
１０⁴）²×８５×１０^-6×Ｃ＝２Ｃ＝５．９
６（μＦ）に設定する。また、このときの端子電圧の最
大値Ｖ_nは、通電電流の最大値Ｉ_ma _xを１００（Ａ）と
すると、前記（６）式より、Ｖ_n＝２×３．１４×１０⁴×８５×１０^-6×１０² ＝５３４（Ｖ）となって、任意数のレールユニット２０・２０・・・を
連結しても端子電圧Ｖ_ou _{t n}の最大値は５３４（Ｖ）の
ままで、端子電圧Ｖ_outを６００（Ｖ）以下に抑えなが
ら、給電線５・５の長さを延長することができる。

【００３５】次に、前記給電装置２５について説明す
る。各レールユニット２０における給電装置２５は、給
電線５・５の長さに応じて以下のように決定される。図
６は給電装置２５の設計を説明する回路図であり、符号
３０は給電装置、符号３０Ｌ、３０Ｃは給電装置２５内
のリアクタ、キャパシタであり、該リアクタ３０Ｌのリ
アクタンスをＬs 、該キャパシタ３０Ｃのキャパシタン
スをＣs とする。符号３３、３４はそれぞれ給電線５・
５の往路と復路とにおけるリアクタで、符号３５は給電
線５・５に介設したキャパシタである。

【００３６】また、給電装置３０の電源電圧をＶ、角周
波数をω、該給電装置３０からの供給電流をＩ₁、給電
線５・５への通電電流をＩ₂、給電線５・５のリアクタ
ンス（リアクタ３３、３４の総合リアクタンス）をＬと
し、キャパシタ３５のキャパシタンスをＣとする。

【００３７】ここで、給電装置３０におけるリアクタ３
０ＬのインピーダンスをＺ_l、キャパシタ３０Ｃのイン
ピーダンスをＺ_cとし、また、給電線５・５のインピー
ダンスをＺ_Lとし、ｊを虚数単位（ｊ²＝−１）とする
と、該インピーダンスＺ_l、Ｚ_c、Ｚ_Lは以下の（８）
式、（９）式、（１０）式で表される。

【００３８】

【数２】

【００３９】給電線５・５への入出力端子電圧をＶ_out
とすると、前記供給電流Ｉ₁、給電通電電流をＩ₂は、
以下の（１１）式、（１２）式、（１３）式で表され
る。

【００４０】

【数３】

【００４１】前記（１２）式、（１３）式より下記の
（１４）式が導かれる。

【００４２】

【数４】

【００４３】また、前記（１１）式を変形すると、Ｖ_out＝Ｖ − Ｉ₁Ｚ_l （１５）となり、該（１５）式を前記（１４）式に代入すると、
以下の（１６）式となり、（１７）式が導かれる。

【００４４】

【数５】

【００４５】このようにして供給電流Ｉ₁が算定され
て、給電線５・５の長さに応じた給電装置２５の電力量
が決定される。

【００４６】ここで、別の実施例を図７を基に説明す
る。レールユニット２８毎に給電装置２５を配置して各
レールユニット２８で電気的に独立するようにし、それ
を連結するのである。

【００４７】具体的には、図２のレールユニット２０と
カバー２６が設けられている側の接続端子５ｂを電気的
に接続する接続部材５ｃが、他のレールユニット２０の
接続端子５ａに接続されるのではなく、上下の接続端子
５ｂ・５ｂを短絡させるようにした点が異なる。また、
キヤパシタ３５も不要となる。

【００４８】このようにレールユニット２８に給電装置
２５をそれぞれ設け、電気的に独立させることで、レー
ルユニット２８を接続手段２０Ｊにより連結するだけで
容易に非接触給電のシステムを組むことができる。ま
た、システムが変更になり、当初予定していない場所に
ステーションが設けられることにより、部分的に給電能
力が多く必要になっても、その部分のレールユニット２
８の給電部分のみをより電力の大きいものに交換するだ
けで良く、システムを容易変更することができる。

【００４９】また、該ユニットを連結するだけなので、
現場で、長さの異なる給電線の調整をしたり、レールの
組付けが終わってから給電線を敷設したりすることが不
要となり、工期の短縮が図れる。

【００５０】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、以下
の効果を奏するものである。すなわち、請求項１のよう
に、給電線と、給電線保持部材と、レール部材とを略同
じ長さに形成することにより非接触給電用のレールユニ
ットを構成し、該レール部材を接続する接続手段を設
け、レールユニット同士を接続可能としたことで、現場
で容易にレールを施工でき、作業性の向上を図ることが
できる。

【００５１】また、請求項２のように、各ユニットにお
ける給電線にキャパシタを介設することで、テブナンの
定理、又はノートンの定理によって変換した等価回路を
形成することが可能となり、１つの電源に対する給電線
長さを、端子電圧を上昇させることなく容易に延長する
ことができる。

【００５２】そして、請求項３のように、各ユニットに
給電設備を設けることで、該ユニットを連結してレール
を構成したときに、給電設備を含めた非接触給電システ
ムの構築ができ、組み付け作業が容易になり、作業性の
向上を図ることができる。また、該ユニットが給電設備
を備えているため、無制限にユニットを繋ぐことがで
き、走行長さの制限が無くなるとともに、その拡張性の
高さ故システム変更などにも容易に対応することができ
る。また、床上に給電装置の設置スペースが不要とな
り、スペースセービングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】給電線５・５から非接触で電力を供給する方式
の有軌道台車システムを備えた工場内の平面図。

【図２】本発明に係るレールユニット２０の斜視図。

【図３】従来における給電線５・５の回路図。

【図４】本発明に係る給電線５・５の回路図。

【図５】（ａ）は図４をノートンの定理によって変換し
た回路図。（ｂ）は図４をテブナンの定理によって変換
した回路図。

【図６】給電装置２５の設計を説明する回路図。

【図７】本発明の別実施例に係るレールユニット２８の
斜視図。

【符号の説明】

５給電線５Ｊ接続手段１２レール２０レールユニット２０Ｊ接続手段２４給電線ホルダ２５給電装置２８レールユニット３５キャパシタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】給電線と、給電線保持部材と、レール部
材とを略同じ長さに形成することにより非接触給電用の
レールユニットを構成し、該レール部材を接続する接続
手段を設け、レールユニット同士を接続可能としたこと
を特徴とするレールユニット。
【請求項２】前記各レールユニットにおける往復給電
線間にキャパシタを介設したことを特徴とする請求項１
記載のレールユニット。
【請求項３】前記各レールユニットに給電装置を設け
たことを特徴とする請求項１記載のレールユニット。