JP2014033524A

JP2014033524A - 無人搬送車用非接触給電システム

Info

Publication number: JP2014033524A
Application number: JP2012172191A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hori; 智堀; Takahisa Yamamoto; 貴久山本; Takanobu Tabata; 隆伸田端
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-02-20

Abstract

【課題】作業者や搬送車の通行等を妨げずに、無人搬送車の非接触給電を行うことである。
【解決手段】無人搬送車用非接触給電システム１０は、無人搬送車２２の走行経路の床面１２の上に配置され送電面が床面の上方を向く平板状の送電コイル１４と、無人搬送車２２の底面に配置され受電面が走行経路の床面を向く平板状受電コイル２６と、送電コイル１４の送電面と反対側の裏面と走行経路の床面１２との間に配置される床面用磁性体１６と、受電コイル２６の送電面と反対側の裏面と無人搬送車２２の底面との間に配置される搬送車用磁性体２８とを備える。無人搬送車２２は、台車２４の底面の下部に配置され台車２４を搬送する台車搬送車である。
【選択図】図１

Description

本発明は、無人搬送車用の非接触給電システムに関する。

電動機で駆動される無人搬送車は、必要に応じ給電箇所において電力の供給を受ける。例えば、特許文献１には、無人搬送車の自動充電方法として、給電制御装置から電磁誘導結合で受け取った電磁エネルギを直流電力に変換後、キャパシタとバッテリの並列回路に与えて、キャパシタの充電完了で自動充電完了とすることが開示されている。キャパシタはバッテリに比べて急速充電可能であるので、その充電完了信号を用いることで、迅速な充電完了とできる。

また、特許文献２には、非接触充電システムとして、高周波電力が流された一次側コイルから送られる電力を二次側コイルで受信し、整流して直流に変換し、大容量キャパシタに充電し、大容量キャパシタに蓄積した電荷を一定電圧でバッテリ、負荷に供給することが述べられている。

また、特許文献３には、電動車両と車両用給電装置として、一次側は道路等に配置された一次コイルと一次自己共振コイルで構成し、二次側は電動車両の床に配置された二次自己共振コイルと二次コイルで構成することが述べられている。ここでは、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルの間は磁場の共鳴によって磁気的に結合され、一次コイルと一次自己共振コイルの間、二次自己共振コイルと二次コイルの間は電磁誘導で電力を送受電する。

特開２００８−１３７４５１号公報特開２０１１−２３４５５１号公報特開２００９−１０６１３６号公報

無人搬送車の給電方法は、ボックス型等の給電ポートにおいて、接触型の給電プラグが自動的に無人搬送車に係合して給電を行う方式や、無線で電力を供給する非接触型の方式が用いられる。無線で電力を供給する方式は便利であるが、給電ポートと無人搬送車との給電距離が限定される。無人搬送車の走行経路の床に給電部を配置することも考えられるが、走行経路に埋め込むのは工場等のレイアウト上に制約が生じる。埋め込まずに給電部を走行経路に置くのは、作業者や一般運搬車等の通行の妨げになる。

本発明の目的は、作業者や搬送車の通行等を妨げない無人搬送車の非接触給電システムを提供することである。

本発明に係る無人搬送車用非接触給電システムは、無人搬送車の走行経路の床面の上に配置され送電面が床面の上方を向く平板状の送電コイルと、無人搬送車の底面に配置され受電面が走行経路の床面を向く平板状受電コイルと、送電コイルの送電面と反対側の裏面と走行経路の床面との間に配置される床面用磁性体と、受電コイルの送電面と反対側の裏面と無人搬送車の底面との間に配置される搬送車用磁性体と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る無人搬送車用非接触給電システムにおいて、無人搬送車は、台車の底面の下部に配置され台車を搬送する台車搬送車であることが好ましい。

上記構成により、無人搬送車用非接触給電システムは、送電コイルと受電コイルとして平板状のものを用いる。送電コイルの平板状の厚さを適切に薄くすることで、走行経路の床を通る作業者や搬送車の通行等を妨げないようにできる。また、送電コイルと受電コイルのそれぞれの裏面には磁性体を配置するので、送電コイルと受電コイルの近傍に金属製装置や配管等があっても、電磁誘導による電力の送受の効率を低下させることなく維持できる。

また、平板状の受電コイルを用いることで、無人搬送車を低背型とできる。これによって、台車の底面の下部に無人搬送車が配置される台車搬送車に電力を非接触で供給できる。

本発明の実施の形態における無人搬送車用非接触給電システムの構成図である。本発明の実施の形態における無人搬送車用非接触給電システムに用いられる平板状の送受電コイルの平面図と側面図である。本発明の実施の形態における無人搬送車用非接触給電システムの回路構成図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で述べる寸法、形状、材質、周波数、電力値等は、説明のための例示であって、無人搬送車用非接触給電システムの仕様に応じ、適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において一および対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、無人搬送車用非接触給電システム１０の構成図である。以下では特に断らない限り、無人搬送車用非接触給電システム１０を単に給電システム１０と述べることにする。この給電システム１０は、工場内で無線手段を用いて無人搬送車２２を走行させるときに、無人搬送車２２に必要な電力を供給するシステムである。

給電システム１０は、工場内に予め設定された給電箇所を無人搬送車２２の走行経路に組み入れ、床面１２の上に平板状の送電コイル１４を配置する。そして、無人搬送車２２の床面にも平板状の受電コイル２６を配置し、走行経路の床面の送電コイル１４と、無人搬送車２２の床面の受電コイル２６を対向させ、その間で電磁誘導を用いた交流電力の送受を行うものである。

平板状の送電コイル１４は、導体を２次元平面上で渦巻状に形成してコイルとしたものである。図２に送電コイル１４を示す。図２（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。導体の材質としては、銅、鉄、アルミニウム、これらの合金等の金属を用いることができる。送電コイル１４の表面は、適当な絶縁被覆が設けられる。送電コイル１４の両端子は、適当な電力線で、高周波電源１８に接続される。高周波電源１８の内容については後述する。図１では高周波電源１８を送電コイル１４の真下の床下に埋設するものとして示したが、これに代えて、交流電源のコンセントに近い床面１２上の適当な場所に配置するものとしてもよい。

走行経路の床面１２に送電コイル１４が置かれたときに、床面１２の上方を向く面が送電面である。つまり、送電コイル１４からの送電は、床面１２の上方に向かって行われる。床面１２の上方とは、重力方向の逆方向のことで、工場の天井側を指す方向である。

送電コイル１４の渦巻の巻数、導体幅と導体厚の寸法は、給電システム１０において、送受電する電力および送受電時間等の仕様によって設定することができる。一例を上げると、導体幅を約５〜１５ｍｍ程度、導体厚を約５〜１０ｍｍ程度、送電コイル１４の外径を約２００〜３００ｍｍ程度とすることができる。

再び図１に戻り、床面用の磁性体１６は、走行経路の床面１２の上と送電コイル１４の裏面の間に敷設される磁気シートである。送電コイル１４の裏面とは、送電面の反対側の面であり、送電コイル１４が床面１２に対向する面である。磁性体１６は、走行経路の床下に配置される高周波電源１８、配線、配管等の金属敷設物２０によって送電コイル１４からの電磁誘導による送電効率が低下することを抑制するために設けられる。かかる磁性体１６としては、電磁波を遮蔽する能力の高いシートを用いることができる。例えば、フェライトシートを用いることができる。

磁性体１６の厚さは、送受電の電力および送受電周波数等で設定できる。例えば、送受電の電力値を約１〜５ｋＷ、送受電周波数を約１〜３００ｋＨｚとして、磁性体１６の厚さを約１〜数ｍｍ程度とできる。磁性体１６の平面寸法は、送電コイル１４の裏面の平面寸法よりも十分に大きく設定される。送電コイル１４の外径が約３００ｍｍの場合、磁性体１６は、外径が約４００ｍｍの丸形シート、あるいは約４００ｍｍ角の正方形シートを用いることがよい。

送電コイル１４の厚さを約５〜１０ｍｍ程度、磁性体１６の厚さを約１〜数ｍｍ程度とすれば、送電のために床面１２から張り出す高さは、１０数ｍｍで抑えることができる。この程度の高さであれば、作業者や他の搬送車の通行をほとんど妨げない。もっとも、さらに薄くする設定としてもよい。なお、送電コイル１４と磁性体１６を適当な非磁性体の覆いで保護することがよい。

無人搬送車２２は、台車２４の底面の下部に配置され台車２４を搬送する台車搬送車である。台車２４は、工場内で必要な素材、部品、製品、治工具等を必要な場所に運ぶために用いられる車付の運搬手段である。台車２４の底面と無人搬送車２２との間の接続は着脱可能である。これによって、さまざまな種類の台車２４を目的に応じて選択し、走行経路に沿って目的の所まで搬送することができる。

無人搬送車２２は、その底面に受電コイル２６と搬送車用の磁性体２８が配置される。受電コイル２６は、送電コイル１４と同じものを用いることができる。送受電効率を考えて、受電コイル２６の外径と送電コイル１４の外径を変えて、いずれかが他方に比べ大径としてもよい。受電コイル２６の両端子は、適当な電力線で、受電側制御部３０に接続される。受電側制御部３０は、無人搬送車２２に搭載される。受電側制御部３０の回路構成については後述する。

無人搬送車２２の床面に受電コイル２６が置かれたときに、床面１２を向く面が受電面である。無人搬送車２２が送電コイル１４の配置場所に来ると、送電コイル１４の送電面と受電コイル２６の受電面が対向する。送電コイル１４の送電面と受電コイル２６の受電面との間の間隔は、床面１２の凹凸と無人搬送車２２の床面の平坦度等を考慮して、送電コイル１４の送電面と受電コイル２６の受電面が接触することがない値に設定される。一例を上げると、送電コイル１４の送電面と受電コイル２６の受電面との間の設計上の間隔寸法を１０ｍｍ程度とすることができる。

搬送車用の磁性体２８は、受電コイル２６の裏面と無人搬送車２２の底面との間に敷設される磁気シートである。磁性体１６は、無人搬送車２２内に配置される受電側制御部３０、その他の金属配置物によって受電コイル２６における電磁誘導による受電効率が低下することを抑制するために設けられる。搬送車用の磁性体２８は、床面用の磁性体１６と同じものを用いることができる。寸法は必要に応じて床面用の磁性体１６と異ならせてもよい。

受電コイル２６の厚さを約５〜１０ｍｍ程度、磁性体２８の厚さを約１〜数ｍｍ程度とすれば、無人搬送車２２において受電のために必要な厚さは、１０数ｍｍで抑えることができる。台車２４における床面の高さを部品等の搭載作業性等を考えて約３００ｍｍ程度と考えると、無人搬送車２２の高さを約２００ｍｍとすることが可能である。受電に必要な厚さが１０数ｍｍであれば、無人搬送車２２に受電側制御部３０や搬送用の電動機５０（図３参照）、その他の無線装置等を搭載できる。また、搭載される部品が金属物であっても、磁性体２８によって受電効率が低下することを抑制できる。このように、台車２４の床面の下部に配置される無人搬送車２２の高さを高くせず、低背型のままで、電力の受電を行うことができる。

図３は、高周波電源１８と受電側制御部３０の回路構成を示す図である。高周波電源１８は、入力側を外部の交流電源３２とし、出力側を送電コイル１４として、交流電源３２の交流電力を電磁誘導に適した高周波電力に変換する回路である。高周波電力の周波数は送受電周波数であり、上記の例では約１〜３００ｋＨｚである。外部の交流電源３２は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの系統電源である。系統電源としては、商用系統電源を用いることができ、工場が独自の発電変電機能を有するときは工場の系統電源を用いることができる。

送電コイル１４が受電コイル２６と対向することで、高周波電力を電磁誘導によって受電コイル２６に無線送電される。送電コイル１４の裏面側に床面用の磁性体１６が敷設され、受電コイル２６の裏面側に搬送車用の磁性体２８が敷設されて、無線による送受電が他の金属物等で効率低下しないようにされる。

受電側制御部３０は、入力側を受電コイル２６とし、出力側を無人搬送車２２の駆動用の電動機５０として、電磁誘導によって受電した高周波電力を電動機５０の駆動信号に変換する回路である。電動機５０としては三相同期型電動機を用いることができる。なお、無人搬送車２２には無線信号の指令によって作動する操舵装置を備え、電動機５０の起動停止も、無線信号の指令によって行われる。無線信号の指令は、無人搬送車２２の走行制御装置から送信される。走行制御装置は、無人搬送車２２の現在位置を検出する各種センサと接続されている。

整流回路３４は、受電した高周波電力を一旦直流電力に変換する整流回路である。整流回路３４としては、ダイオードブリッジ回路等を用いることができる。平滑コンデンサ３６は、整流回路３４から出力される直流電力を平滑化する容量器である。ＤＣ−ＤＣコンバータ３８は、平滑コンデンサ３６に蓄電された直流電力の電圧を２次電池４２に適した電圧に変換する電圧変換器である。ダイオード４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８と２次電池４２の間に設けられ、２次電池４２の側からＤＣ−ＤＣコンバータ３８の側に直流電力が逆流するのを防止するために設けられる。２次電池４２は充放電可能なバッテリである。２次電池４２としては、リチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池等を用いることができる。

電動機駆動回路４４は、２次電池４２の直流電力を用いて三相同期型である電動機５０の三相駆動信号を生成する回路である。電動機駆動回路４４としては、インバータ回路で構成することができる。必要に応じ、昇圧回路を電動機駆動回路４４に設けることができる。

送受電の開始は、無人搬送車２２が送電コイル１４の直上に来たことをセンサ等で検出し、無人搬送車２２の走行制御装置が高周波電源１８に指令する。送受電の終了は、送受電時間の管理、または平滑コンデンサ３６の端子電圧や２次電池４２の端子電圧の検出によって受電側制御部３０が実行する。送受電の終了も無人搬送車２２の走行制御装置の指令によるものとしてもよい。

このように、平板状の送電コイル１４と受電コイル２６を用いるので、作業者や搬送車の通行等を妨げない無人搬送車２２の非接触給電システムとすることができる。また、無人搬送車２２を低背型として、台車２４の底面の下部に配置できる。また、磁性体１６，２８を用いて、金属物の存在による送受電の伝送効率の低下を抑制することが出来る。

１０（無人搬送車用非接触）給電システム、１１無人搬送車、１２床面、１４送電コイル、１６，２８磁性体、１８高周波電源、２０金属敷設物、２２無人搬送車、２４台車、２６受電コイル、３０受電側制御部、３２交流電源、３４整流回路、３６平滑コンデンサ、３８ＤＣ−ＤＣコンバータ、４０ダイオード、４２２次電池、５０電動機。

Claims

無人搬送車の走行経路の床面の上に配置され送電面が床面の上方を向く平板状の送電コイルと、
無人搬送車の底面に配置され受電面が走行経路の床面を向く平板状受電コイルと、
送電コイルの送電面と反対側の裏面と走行経路の床面との間に配置される床面用磁性体と、
受電コイルの送電面と反対側の裏面と無人搬送車の底面との間に配置される搬送車用磁性体と、
を備えることを特徴とする無人搬送車用非接触給電システム。
請求項１に記載の無人搬送車用非接触給電システムにおいて、
無人搬送車は、
台車の底面の下部に配置され台車を搬送する台車搬送車であることを特徴とする無人搬送車用非接触給電システム。