JP2006280053A - 電力供給装置および電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、電力消費量が大きい場合でも安定的に電力を供給することができる電力供給装置および電力供給方法を提供すること。
【解決手段】ライブラリ装置２０の電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が制御回路３０による制御のもと、原動器２８に発生した回生電力を蓄電器２３に蓄積するよう制御し、原動器２８に電力を供給する場合に、電源２１から供給する電力と蓄電器２３から供給する電力との間の供給量の調整をおこなう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記憶媒体のカートリッジを搬送するロボットを駆動させるモーターに電力を供給する電力供給装置および電力供給方法に関し、特に、回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、電力消費量が大きい場合でも安定的に電力を供給することができ、また、電源の瞬間的な停電にも対応することができる低コストの電力供給装置および電力供給方法に関する。

従来、磁気テープや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどの記憶媒体のカートリッジをラックに格納しておき、そのラックと、記憶媒体にデータの読み書きをおこなうドライブ装置との間のカートリッジの搬送を、ロボットと呼ばれるカートリッジの搬送部がおこなうライブラリ装置が利用されている。

このロボットは、カートリッジを格納するラックの位置が指定されると、あらかじめ設定された動作パターンにしたがって動作し、また、ロボットを駆動させるモーターにはその動作パターンに応じて電流が供給される。

図４は、ロボットの動作とロボットを駆動させるモーターに流れる電流との関係を示す図である。図４に示すように、ロボットがカートリッジをラックからドライブ装置に搬送する場合、あるいは、ドライブ装置からラックに搬送する場合には、ロボットの動作状態は、停止状態から加速状態、定速状態、減速状態、停止状態と遷移する。

加速状態において、ロボットを一定速度で加速させる場合には、ロボットを駆動させるモーターには、一定の電流の供給が必要となる。

また、減速状態においては、モーターを発電機として動作させると、力学的エネルギーが電気エネルギーに変換され、理論的な環境下では、モーターに入力された電流と同じ電流が回生電流として発生する（実際には、エネルギー変換ロスがある）。

従来のライブラリ装置においては、モーターに発生した回生電流を熱に変換して廃棄している。図５は、従来の電力供給システムの機能構成を示す図であり、図６は、ＵＰＳ（無停電電源装置、Uninterruptible Power Supply）を備えた従来の電力供給システムの機能構成を示す図である。

図５に示すように、この電力供給システムは、ＡＣ電源１とライブラリ装置２とからなる。ＡＣ電源１は、ライブラリ装置２に１００Ｖ〜２２０Ｖ等の電圧で電力を供給する電源である。また、ライブラリ装置２は、前述したようなライブラリ装置である。

このライブラリ装置２は、電源３、駆動電力増幅回路４、転流器５、制御回路６、原動器７および抵抗８を有する。

電源３は、ＡＣ電源から電力の供給を受け付け、駆動電力増幅回路４にその電力を供給する電源である。駆動電力増幅回路４は、電源３から供給された電力を増幅する回路である。

転流器５は、電流の流れの方向を変更することにより、後に説明する原動器７の回転方向を変更する転流器である。制御回路６は、転流器５を制御して電流の流れの方向を転流器５に変更させる回路である。

原動器７は、ライブラリ装置２のロボット（図示せず）を駆動させるモーターである。抵抗８は、ロボットが減速している場合に原動器７に発生する回生電流を熱に変換して廃棄するために用いられる抵抗である。

また、図６には、図５の構成に加えて、さらにＵＰＳ９が備えられている。このＵＰＳ９は、電力を蓄積する鉛蓄電池を備えた無停電電源装置であり、ＡＣ電源１が瞬間的に停電したような場合でも、鉛蓄電池に蓄積した電力をライブラリ装置２に供給することにより、ライブラリ装置２が稼動停止になるのを防止する。

しかし、上述したいずれの電力供給システムの構成においても、原動器７に発生する回生電流は熱として廃棄され、利用されることがないため、無駄が生じる。また、ＡＣ電源１が瞬間的に停電したような場合に対処するため、図６に示したようなＵＰＳ９を用いると、電力供給システムのコストが高くなってしまうという問題があった。

このような回生電流を利用するとともに、電源の瞬間的な停電にも対応できる技術として、静電容量が大きい高内部抵抗の第１のコンデンサと、静電容量は比較的小さいが低内部抵抗の第２のコンデンサと、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを接続するＤＣ−ＤＣコンバータとからなる電源がある（特許文献１を参照）。

この電源においては、第１のコンデンサに外部電源から電力が供給されると、その電力がＤＣ−ＤＣコンバータを介して第２のコンデンサに供給され、さらに、第２のコンデンサに接続された負荷にその電力が供給される。

また、負荷に発生した回生電力が第２のコンデンサに供給された場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータによりその電力が第１のコンデンサに供給される。そして、負荷による電力消費により第２のコンデンサの電圧が低下した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータによりその電力が第２のコンデンサに供給され、さらにその電力が負荷に供給される。

特開平７−９９７４０号公報

しかしながら、上述した従来技術では、ロボットが記憶媒体のカートリッジを連続して何度も搬送する場合、外部電源により第１のコンデンサに電力が蓄積される速度よりも、モーターにより電力が消費される速度の方が大きくなり、第１のコンデンサによる第２のコンデンサへの電力供給が追い付かなくなるという問題があった。

前述のように、回生電力を利用すれば、理論的には、モーターが消費した電力と同じ電力が得られるが、実際にはエネルギー変換ロスがあるため、外部電源による電力の供給が必要になる。

そのため、回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、電力消費量が大きい場合でも安定的に電力を供給することができる電力供給システムの開発が重要な課題となっている。

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、電力消費量が大きい場合でも安定的に電力を供給することができる電力供給装置および電力供給方法を提供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、本発明は、記憶媒体のカートリッジを搬送するロボットを駆動させるモーターに電力を供給する電力供給装置であって、前記モーターに発生した回生電力を蓄電部に蓄積するよう制御する制御手段と、前記モーターに電力を供給する場合に、電源から供給する電力と前記蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなう調整手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記制御手段および前記調整手段は、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電力の蓄積および供給をおこなうことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記調整手段は、前記ロボットのあらかじめ予期される動作パターンに基づいて、前記供給量の調整をおこなうことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記制御手段は、回生電力を電気二重層コンデンサに蓄電するよう制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、記憶媒体のカートリッジを搬送するロボットを駆動させるモーターに電力を供給する電力供給方法であって、前記モーターに発生した回生電力を蓄電部に蓄積するよう制御する制御工程と、前記モーターに電力を供給する場合に、電源から供給する電力と前記蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなう調整工程と、を含んだことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記制御工程および前記調整工程は、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣを用いて実行されることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記調整工程は、前記ロボットのあらかじめ予期される動作パターンに基づいて、前記供給量の調整をおこなうことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記制御工程は、回生電力を電気二重層コンデンサに蓄電するよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、モーターに発生した回生電力を蓄電部に蓄積するよう制御し、モーターに電力を供給する場合に、電源から供給する電力と蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなうこととしたので、回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、電力消費量が大きい場合でも安定的に電力を供給することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電力の蓄積および供給をおこなうこととしたので、一定の電流を安定的に出力することができるので、原動器はロボットを一定速度で加速することができ、また、高い効率で回生電力の蓄積を低コストでおこなうことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、ロボットのあらかじめ予期される動作パターンに基づいて、供給量の調整をおこなうこととしたので、ロボットの動作パターンがあらかじめ予測できる場合には、その動作パターンに最適となるよう電源から供給する電力と蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなうことができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、回生電力を電気二重層コンデンサに蓄電するよう制御することとしたので、鉛蓄電池を用いる場合のようにコストが高くなることなく、蓄放電の繰り返しによる蓄電能力の劣化もなく、また、鉛を用いたり電解液として硫酸を用いたりすることがないので環境に悪影響を及ぼさず、また、装置の重量を小さくすることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る電力供給装置および電力供給方法の好適な実施例を詳細に説明する。

まず、図１を用いて、本実施例に係る電力供給システムの構成について説明する。図１は、本実施例に係る電力供給システムの構成を示す図である。

図１に示すように、この電力供給システムは、ＡＣ電源１０とライブラリ装置２０とからなる。ＡＣ電源１０は、図５に示したＡＣ電源１と同様のものである。

ライブラリ装置２０は、記憶媒体のカートリッジをラックに格納しておき、ドライブ装置とラックとの間のカートリッジの搬送をロボットがおこない、ドライブ装置がデータの読み書きをおこなう装置である。

このライブラリ装置２０は、単にデータの読み書きをおこなうだけでなく、ロボットの減速時に発生する回生電力を蓄電器２３に蓄積し、ＡＣ電源１０から供給される電力量と蓄電器２３から供給される電力量との間の調整をおこない、ロボットを駆動させる原動器２８に電力を供給する。

これにより、回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、原動器２８の電力消費量が大きい場合でも、ＡＣ電源１０と蓄電器２３とを併用することにより、原動器２８に安定的に電力を供給することができる。

図１に示すように、このライブラリ装置２０は、電源２１、スイッチ２２、蓄電器２３、スイッチ２４、スイッチ２５、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６、転流器２７、原動器２８、整流器２９、制御回路３０を備える。

電源２１は、図５で説明した電源３と同様のものである。スイッチ２２は、電源２１から電力出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２４への電力の供給・供給停止を切り替えるスイッチである。このスイッチ２２のオン・オフは、制御回路２４により制御される。

蓄電器２３は、ロボット（図示せず）の減速時に発生した回生電力の供給を、整流器２９を介して原動器２８から受け、その電力を内蔵する電気二重層コンデンサに蓄積する蓄電器である。

このように、電気二重層コンデンサを用いることにより、鉛蓄電池を用いる場合のようにライブラリ装置２０のコストを高くすることなく、蓄放電の繰り返しによる蓄電能力の劣化もなく、また、鉛を用いたり電解液として硫酸を用いたりすることがないので環境に悪影響を及ぼさず、また、ライブラリ装置２０の重量を小さくすることができる。

スイッチ２４は、ロボットの減速時に発生した回生電力を蓄電器２３に蓄積する際に、オンにされるスイッチである。また、スイッチ２５は、蓄電器２３に蓄積された回生電力を原動器２８に供給する際にオンにされるスイッチである。これらのスイッチ２４，２５のオン・オフは、制御回路２４により制御される。

電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、昇圧動作および降圧動作の双方をおこなうことができるＤＣ−ＤＣコンバータである。この電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、転流器２５を介して原動器２８に電力を供給し、また、ロボットの減速時に原動器２８に発生した回生電力の供給を整流器２９を介して受け、その電力を蓄電器２３に蓄積させる装置である。

蓄電器２３に蓄積された電力を原動器２８に供給する場合には、蓄電器２３の出力電圧はしだいに低下するが、ロボットを一定速度で加速する場合には原動器２８に一定の電流を供給する必要であるため、原動器２８の回転数が増加するとともに原動器２８に必要な電圧は高くなる。

また、回生電力を蓄電器２３に蓄積する場合には、原動器２８の回生電圧は、原動器２８の回転数が現象するとともに低くなるが、高い効率で蓄電器２３に電力を蓄積するには、一定の電流を流す必要がある。

すなわち、定電流で回生電力を蓄電器２３に蓄積する場合には、時間とともに低下する回生電圧を時間とともに電圧が高くなるように変換する必要がある。

そこで、本実施例では、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６を用いて、原動器２８に対して電力を供給し、また、原動器２８に発生した回生電力を蓄電器２３に蓄積するようにしている。

また、この電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、制御回路３０による制御のもと、ロボットの加速時には、電源２１から供給する電力量と、電力が蓄積された蓄電器２３から供給する電力量との間の調整をおこなって、原動器２８に電力を供給する。

この調整は、あらかじめメモリ（図示せず）などに記憶されたロボットの動作パターンを後に説明する制御回路３０が読み出し、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は制御回路３０による制御により、ロボットの動作パターンに応じて必要な電力を電源２１と蓄電器２３とから最適の割合で取り出し、原動器２８に供給する。

たとえば、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、ロボットが加速する場合には、原動器２８の電力消費量が多いため、電源２１からの電力の供給割合が高くなるように制御する。

そして、ロボットが定速運動をおこなう場合には、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、原動器２８の電力消費量が多くないので、蓄電器２３に蓄積された電力の供給割合が高くなるよう制御する。

さらに、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、ロボットが停止している間は、蓄電器２３に蓄積された電力が自然放電により減少するのを補う程度の電流を、電源２１から蓄電器２３に供給する。

図２は、図１に示した電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６の回路について説明する図である。

図２に示すように、この回路においては、トランジスタ４０およびトランジスタ４１のゲートＧ１，Ｇ２を同時にオンにすると、電流はトランジスタ４１を経由してＧＮＤに流れる。

しかし、コイル４２に磁気エネルギーが蓄積される場合の時定数よりも十分短い時間でゲートＧ１，Ｇ２のスイッチングがおこなわれると、ＧＮＤに流れる電流損失が無視できる程度の量になる。

この現象を利用して、昇圧（電圧Ｖｉ＜電圧Ｖｏ）時には、ゲートＧ１，Ｇ２を短い時間でスイッチングし、ゲートＧ１，Ｇ２を同時にオフにすることにより、コイル４２に蓄積された磁気エネルギーを逆起電圧として放出することができ、この回路が昇圧回路として機能するようになる。

また、降圧（電圧Ｖｉ＞電圧Ｖｏ）時には、ゲートＧ２を常にオフにし、ゲートＧ１をスイッチングすることにより、供給電力のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御がおこなわれる。

ここで、上述したようなゲートＧ１，Ｇ２のスイッチングは、図１に示した制御回路３０によりおこなわれる。

このように、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、１つの回路で原動器２８に対する電力の供給回路、蓄電器２３に対する電力の蓄電回路、電圧の昇降圧回路を兼ねることができるため、ライブラリ装置２０のコストを下げることができる。

図１の説明に戻ると、転流器２７は、電流の流れの方向を変更することにより、原動器２８の回転方向を変更する転流器である。図３は、図１に示した転流器２７の回路について説明する図である。

この転流器２７には、４つのトランジスタスイッチからなるＨ−ブリッジが用いられ、各トランジスタ５０〜５３のゲートＧ１〜Ｇ４のスイッチングをおこなうことにより、原動器２８の回転方向を変更する。また、この回路は、原動器２８の駆動電力を増幅する。ゲートＧ１〜Ｇ４のスイッチングの制御は、制御回路３０によりおこなわれる。

原動器２８は、ライブラリ装置２０のロボット（図示せず）を駆動させるモーターである。整流器２９は、原動器２８に発生した回生電流の整流をおこなう整流器である。

制御回路３０は、各スイッチ２２，２４，２５のスイッチングの制御や、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６におけるトランジスタ４０，４１のゲートＧ１，Ｇ２のスイッチング制御、および、転流器２７のトランジスタ５０〜５３のゲートＧ３〜Ｇ６のスイッチング制御などをおこなう回路である。

また、この制御回路３０は、メモリなどに記憶されたロボットの動作パターンに基づいて、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６を制御して、電源２１および蓄電器２３からのそれぞれの電力供給量を調整させ、転流器２７を介して原動器２８に電力を供給させる。

上述してきたように、本実施例では、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が制御回路３０による制御のもと、原動器２８に発生した回生電力を蓄電器２３に蓄積するよう制御し、原動器２８に電力を供給する場合に、電源２１から供給する電力と蓄電器２３から供給する電力との間の供給量の調整をおこなうこととしたので、回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、電力消費量が大きい場合でも安定的に電力を供給することができる。

また、本実施例では、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６を用いて電力の蓄積および供給をおこなうこととしたので、一定の電流を安定的に出力することができるので、原動器２８はロボットを一定速度で加速することができ、また、高い効率で回生電力の蓄積を低コストでおこなうことができる。

また、本実施例では、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が制御回路３０による制御のもと、ロボットのあらかじめ予期される動作パターンに基づいて、供給量の調整をおこなうこととしたので、ロボットの動作パターンがあらかじめ予測できる場合には、その動作パターンに最適となるよう電源２１から供給する電力と蓄電器２３から供給する電力との間の供給量の調整をおこなうことができる。

また、本実施例では、回生電力を電気二重層コンデンサに蓄電するよう制御することとしたので、鉛蓄電池を用いる場合のようにコストが高くなることなく、蓄放電の繰り返しによる蓄電能力の劣化もなく、また、鉛を用いたり電解液として硫酸を用いたりすることがないので環境に悪影響を及ぼさず、また、ライブラリ装置２０の重量を小さくすることができる。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施例にて実施されてもよいものである。

また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。

この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、図示したライブラリ装置２０の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。

すなわち、ライブラリ装置２０の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

（付記１）記憶媒体のカートリッジを搬送するロボットを駆動させるモーターに電力を供給する電力供給装置であって、
前記モーターに発生した回生電力を蓄電部に蓄積するよう制御する制御手段と、
前記モーターに電力を供給する場合に、電源から供給する電力と前記蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなう調整手段と、
を備えたことを特徴とする電力供給装置。

（付記２）前記制御手段および前記調整手段は、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電力の蓄積および供給をおこなうことを特徴とする付記１に記載の電力供給装置。

（付記３）前記調整手段は、前記ロボットのあらかじめ予期される動作パターンに基づいて、前記供給量の調整をおこなうことを特徴とする付記１または２に記載の電力供給装置。

（付記４）前記制御手段は、回生電力を電気二重層コンデンサに蓄電するよう制御することを特徴とする付記１、２または３に記載の電力供給装置。

（付記５）記憶媒体のカートリッジを搬送するロボットを駆動させるモーターに電力を供給する電力供給方法であって、
前記モーターに発生した回生電力を蓄電部に蓄積するよう制御する制御工程と、
前記モーターに電力を供給する場合に、電源から供給する電力と前記蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなう調整工程と、
を含んだことを特徴とする電力供給方法。

（付記６）前記制御工程および前記調整工程は、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣを用いて実行されることを特徴とする付記５に記載の電力供給方法。

（付記７）前記調整工程は、前記ロボットのあらかじめ予期される動作パターンに基づいて、前記供給量の調整をおこなうことを特徴とする付記５または６に記載の電力供給方法。

（付記８）前記制御工程は、回生電力を電気二重層コンデンサに蓄電するよう制御することを特徴とする付記５、６または７に記載の電力供給方法。

以上のように、本発明に係る電力供給装置および電力供給方法は、回生電力を利用して消費電力を削減するとともに、電力消費量が大きい場合でも安定的に電力を供給することが必要な電力供給システムに有用である。

本実施例に係る電力供給システムの構成を示す図である。 図１に示した電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２６の回路について説明する図である。 図１に示した転流器２７の回路について説明する図である。 ロボットの動作とロボットを駆動させるモーターに流れる電流との関係を示す図である。 従来の電力供給システムの機能構成を示す図である。 ＵＰＳを備えた従来の電力供給システムの機能構成を示す図である。

符号の説明

１，１０ ＡＣ電源
２，２０ ライブラリ装置
３，２１ 電源
４ 駆動電力増幅回路
５，２７ 転流器
６，３０ 制御回路
７，２８ 原動器
８ 抵抗
９ ＵＰＳ
２２，２４，２５ スイッチ
２３ 蓄電器
２６ 電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ
２９ 整流器
４０，４１，５０，５１，５２，５３ トランジスタ
４２ コイル

Claims (5)

1. 記憶媒体のカートリッジを搬送するロボットを駆動させるモーターに電力を供給する電力供給装置であって、
   前記モーターに発生した回生電力を蓄電部に蓄積するよう制御する制御手段と、
   前記モーターに電力を供給する場合に、電源から供給する電力と前記蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなう調整手段と、
   を備えたことを特徴とする電力供給装置。
2. 前記制御手段および前記調整手段は、電流出力型昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて電力の蓄積および供給をおこなうことを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記調整手段は、前記ロボットのあらかじめ予期される動作パターンに基づいて、前記供給量の調整をおこなうことを特徴とする請求項１または２に記載の電力供給装置。
4. 前記制御手段は、回生電力を電気二重層コンデンサに蓄電するよう制御することを特徴とする請求項１、２または３に記載の電力供給装置。
5. 記憶媒体のカートリッジを搬送するロボットを駆動させるモーターに電力を供給する電力供給方法であって、
   前記モーターに発生した回生電力を蓄電部に蓄積するよう制御する制御工程と、
   前記モーターに電力を供給する場合に、電源から供給する電力と前記蓄電部から供給する電力との間の供給量の調整をおこなう調整工程と、
   を含んだことを特徴とする電力供給方法。

Images