JP4244060B2 - 移動体 - Google Patents

Description

この発明は移動体への給電に関し、特に充放電が自在な補助電源に関する。

スタッカークレーンや天井走行車、有軌道台車等の移動体では、給電線からの消費電力を平準化するため、電気二重層キャパシタやＮｉ−水素電池などの補助電源を用いることが知られている（特許文献１）。しかしながら特許文献１では回生電力を補助電源に充電するだけなので、電力ピーク時に供給することができる電力が小さく、また回生電力が得られない場合、補助電源から取り出し得る電力がさらに小さくなる。
特開２００３−６３６１３

この発明の課題は、主電源の余剰電力と回生電力とで補助電源を充電することにより、主電源の容量をさらに小さくできるようにすることにある。
この発明での追加の課題は、簡単な制御で補助電源を制御し、回生電力を吸収すると共に、主電源の電力を平準化することにある。
この発明での追加の課題は、容量が小さな補助電源でも確実に回生電力を吸収できるようにすることにある。

この発明は、非接触給電線から受電する受電コイルからなる主電源と、充放電可能な補助電源と、電力回生形でかつ動作が異なる複数のモータとを含みかつ前記各電源により動作する負荷を備えた移動体であって、
補助電源と主電源及び負荷との接続を切り替える制御部と、移動体への動作指令から前記複数のモータにより回生されるエネルギーを予測するための予測手段と、前記受電コイルの出力から前記負荷の電力ピーク時であるか否かを判別するための判別手段とを設けて、
前記負荷の電力ピーク時に補助電源と主電源の双方の電力で負荷を駆動し、
前記電力ピーク時以外は、補助電源の充電量が第１の所定値を越えると、補助電源から放電して前記負荷を駆動すると共に、該第１の所定値を予測手段で予測した回生エネルギーに応じて変化させ、
補助電源の充電量が第１の所定値以下でかつ第２の所定値以上では、前記負荷を主電源の電力で駆動すると共に、前記複数のモータ中のいずれかのモータから回生電力が生じると、前記複数のモータ中の他のモータで回生電力を消費し、
補助電源の充電量が第２の所定値未満では、補助電源を主電源により充電すると共に、前記モータからの回生電力で補助電源を充電するようにしたものである。

また第１の所定値は、回生電力を吸収できるだけ補助電源の定格充電量よりも小さな値が好ましく、第２の所定値は電力ピーク時に補助電源からなおも放電できる値が好ましい。

この発明では、補助電源を回生電力と主電源の余剰電力とで充電するので、大きな電力を蓄積できる。特に移動体が回生電力を生じない動作を続ける際にも、電力のピーク以外の時期に補助電源を充電でき、主電源の電力を平準化できる。

ここで、補助電源の充電量が所定値を越えると補助電源を放電させると、回生電力を吸収できるだけの余裕を充電量に持たせることができる。また補助電源の充電量が第２の所定値未満でかつモータの電力ピーク時以外に補助電源を主電源により充電すると、主電源をバックアップするだけの電力を蓄積できる。
さらに移動体への動作指令から前記モータにより回生されるエネルギーを予測するための予測手段を設けて、補助電源の充電量を回生エネルギーを吸収できる値以下に制御すると、補助電源の充電量をなるべく多くし、しかも確実に回生電力を吸収できる。

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図６に、スタッカークレーン２を例に実施例の移動体を示す。移動体としては、スタッカークレーンの他に天井走行車や有軌道台車などがあり、その種類は任意である。４は高周波電源で、高周波給電線５を介して非接触給電により主電源としての受電コイル６に給電し、高周波給電線５はスタッカークレーン２の走行レールに平行に敷設されている。

８は電源制御部で、電気二重層キャパシタ制御部１０は電気二重層キャパシタ１２を制御し、電気二重層キャパシタ以外のコンデンサや充電可能な２次電池などでも良い。電源制御部８は、受電コイル６とキャパシタ制御部１０、並びに各種の制御部１４〜１７と雑電源１８との接続を制御する。受電コイル６から電源制御部８へ供給される電流をｉs、受電コイルの電圧をｖsとし、これらは主電源側の状態を示すデータである。キャパシタ制御部１０と電源制御部８間の電流をｉc、キャパシタ電圧をｖcとし、これらは電気二重層キャパシタ１２の状態を示すデータである。電源制御部８からキャパシタ制御部１０への制御信号をｄcとする。キャパシタ制御部１０から電源制御部８へ電流が流れることを放電と呼び、この時電流ｉcが＋とし、電源制御部８からキャパシタ制御部１０へ電流が流れることを充電と呼び、この時電流ｉcは−とする。

Ｍ１〜Ｍ４は駆動用のモータで、これらはいずれも電力回生形のモータとするが、少なくとも走行モータＭ１と昇降モータＭ２とを電力回生形のモータとする。なおＭ３は、スタッカークレーン２の昇降台上のスライドフォークなどの移載手段を旋回させるための旋回モータ、Ｍ４はスライドフォークの駆動モータである。また移載手段はスライドフォークに限らずスカラアームなどでもよい。走行制御部１４は走行モータＭ１をＶＶＶＦ制御などにより駆動し、昇降制御部１５は昇降モータＭ２を同様に制御し、旋回制御部１６は旋回モータＭ３を、フォーク制御部１７はフォーク駆動モータＭ４を同様に制御する。雑電源１８はファンフィルタユニット２０のファンなどに電力を供給すると共に、スタッカークレーン２の全体を制御する主制御部２２に電力を供給する。そして主制御部２２は電源制御部８〜雑電源１８までの各制御部や、ファンフィルタユニット２０に制御信号を供給する。

図２に示すように、電源制御部８に回生エネルギー予測部２４を設けて、今後発生する回生エネルギーの量を予測する。回生エネルギーの予測は主制御部２２からの搬送指令に基づき、搬送指令には荷積みを行う位置と荷下ろしを行う位置とが示されている。これによってスタッカークレーン２は、現在位置から荷積みを行う位置まで空荷走行し、荷積みを行う高さまで昇降台を昇降させる。荷積み後、荷下ろしを行う位置まで実荷で走行して昇降する。これらの過程で、走行モータの減速、並びに昇降台の下降により、回生エネルギーが生じる。

走行モータからの回生エネルギーは、スタッカークレーンが減速する過程で生じる。減速時に発生する回生エネルギーは、減速開始時の速度と、荷物の重量を含めたスタッカークレーン全体の重量で定まる。従って、走行距離が短く、スタッカークレーンが定常速度に達しない状態で減速を開始する場合には、回生エネルギーは小さくなる。昇降モータからの回生エネルギーは、実荷でも空荷でも下降により生じ、実荷の方が回生エネルギーが大きくなる。回生エネルギー予測部２４は、搬送指令での走行速度や昇降の高さ及び実荷か空荷かの区別を、回生エネルギーに変換するための定数として記憶している。

キャパシタ制御テーブル２６は、受電コイル６の出力電圧ｖsもしくは受電コイルからの出力電流ｉsに基づいて、主電源の受電コイル６側の状態を制御に反映させる。電気二重層キャパシタ１２では、キャパシタ電圧ｖcを基に充電量を評価し、電気二重層キャパシタ１２の充電量を所定の範囲内で変化させる。回生エネルギー予測部２４で予測した回生エネルギーを、例えば昇降モータＭ２で生じた回生エネルギーを走行モータＭ１で消費するように、他の負荷の駆動に割り当て、過剰部分を電気二重層キャパシタ１２の充電に用いる。キャパシタ制御テーブル２６は、これらの制御に必要なデータを記憶する。

図３〜図６に、キャパシタ制御テーブル２６のデータを模式的に示す。電気二重層キャパシタの電圧ｖcには最大値と最小値とがあり、この範囲内でキャパシタ電圧ｖcを変化させる。キャパシタ電圧ｖcの変動範囲の中心付近に制御中心を設け、制御中心に所定のマージンを加えた電圧よりもキャパシタ電圧が増すと過充電分を放電し、制御中心の電圧から所定のマージンを引いた電圧よりもキャパシタ電圧が低下すると、不足分を充電する。キャパシタ電圧ｖcが放電範囲内であっても、回生エネルギーが発生した場合にはそれを吸収（充電）し、キャパシタ電圧ｖcが充電範囲内であっても、受電コイル電圧が低くなった場合にはそれを補うように放電する。なおマージンは０でもよく、制御中心にマージンを加えた電圧が第１の所定値、制御中心からマージンを引いた電圧が第２の所定値である。受電コイルの出力電圧ｖsから主電源側の状態を評価し、受電コイルの出力電圧ｖsがその最小値を下回らないように、電気二重層キャパシタでバックアップする。

キャパシタ制御テーブルには、電気二重層キャパシタから放電するか充電するか、もしくは電気二重層キャパシタを動作させないか（充放電電流＝０）、の区別が記載され、充電か放電かを単にオン／オフのデータとして記載しても良く、あるいは充放電電流ｉcとしてより詳細に記載しても良い。そしてキャパシタ電圧ｖcが制御中心から増加するとキャパシタから放電し、減少するとキャパシタへ充電する。また受電コイル電圧ｖsが制御中心よりも増加すると、余剰電力が生じたものとして充電し、制御中心よりも低下すると主電源をバックアップするために放電する。予測回生エネルギーでテーブルでのキャパシタ電圧ｖcの最大値を減少させ、キャパシタ電圧ｖcが充電量の最大値から予測回生エネルギーに相当する値だけ小さくしたものよりも大きくなると、放電する。

図４は、図３のテーブルの左上と右下の間の対角線方向に沿っての、放電電流ｉcの目標値を示す。キャパシタ電圧が高く、しかも受電コイル電圧が低い領域で放電する。また次回に生じる回生エネルギーを吸収できるように、予めキャパシタ電圧を低下させる。受電コイルの出力電圧が高く、かつキャパシタ電圧が低下すると、充電する。

図５は、図３のV−V方向に沿ったデータを示す。受電コイルの出力電圧ｖsに余裕があるので、キャパシタ電圧ｖcが制御中心付近となるように制御し、また予測回生エネルギー分の充電が可能なように制御する。

図６は、図３のVi−Vi線に沿った制御データを示す。ここでは受電コイルの出力電圧ｖsが低いので、キャパシタを放電させてバックアップする。この場合、キャパシタからの放電により、回生エネルギーを吸収できる。図６の状態はモータＭ１〜Ｍ４などにより消費電力のピークが生じている状態であり、キャパシタ電圧が最小値を下回らないように放電させる。

実施例について補足する。回生エネルギーの全てを電気二重層キャパシタ１２に充電する必要はなく、回生エネルギーを他のモータの駆動に優先して割り当て、残りを電気二重層キャパシタ１２に充電しても良い。モータＭ１〜Ｍ４などによる消費電力のピークにおいて、受電コイル６の出力電圧ｖsに余裕がある場合、電気二重層キャパシタ１２を放電させる必要はない。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) 電気二重層キャパシタ１２により回生エネルギーを確実に吸収できる。このため余剰のエネルギーを抵抗などで発熱して捨てる必要がない。
(2) 電気二重層キャパシタ１２は、回生電力と受電コイル６からの余剰電力とにより充電されるので、実荷で昇降台を上昇させ、空荷で昇降台を下降させるなどの、回生エネルギーの小さな搬送指令が繰り返されても、スタッカークレーンの走行や昇降の間の、物品の移載時期に充電でき、受電コイル６の電力を確実にバックアップできる。
(3) 次の搬送指令、もしくは次の次の搬送指令までの回生エネルギーを予測することにより、電気二重層キャパシタ１２に必要な空き容量を正確に求めることができる。このため電気二重層キャパシタ１２の平均的な充電量を大きくし、小さなキャパシタで大きなバックアップができる。
(4) 受電コイルの状態、キャパシタの状態、並びに回生エネルギーの予測値を用いることにより、簡単な制御で電気二重層キャパシタを効率的に駆動できる。

実施例の移動体の電源系を示すブロック図 実施例の制御部のブロック図 実施例のキャパシタ制御テーブルのデータを模式的に示す図 図３のテーブルの対角方向に沿って、電気二重層キャパシタからの充放電電流を模式的に示す図 図３のテーブルのV-V方向に沿って、電気二重層キャパシタからの充放電電流を模式的に示す図 図３のテーブルのVi-Vi方向に沿って、電気二重層キャパシタからの充放電電流を模式的に示す図

符号の説明

２ スタッカークレーン
４ 高周波電源
５ 高周波給電線
６ 受電コイル
８ 電源制御部
１０ 電気二重層キャパシタ制御部
１２ 電気二重層キャパシタ
１４ 走行制御部
１５ 昇降制御部
１６ 旋回制御部
１７ フォーク制御部
１８ 雑電源
２０ ファンフィルタユニット
２２ 主制御部
２４ 回生エネルギー予測部
２６ キャパシタ制御テーブル

Ｍ１〜Ｍ４ モータ

Claims (1)

1. 非接触給電線から受電する受電コイルからなる主電源と、充放電可能な補助電源と、電力回生形でかつ動作が異なる複数のモータとを含みかつ前記各電源により動作する負荷を備えた移動体であって、
   補助電源と主電源及び負荷との接続を切り替える制御部と、移動体への動作指令から前記複数のモータにより回生されるエネルギーを予測するための予測手段と、前記受電コイルの出力から前記負荷の電力ピーク時であるか否かを判別するための判別手段とを設けて、
   前記負荷の電力ピーク時に補助電源と主電源の双方の電力で負荷を駆動し、
   前記電力ピーク時以外は、補助電源の充電量が第１の所定値を越えると、補助電源から放電して前記負荷を駆動すると共に、該第１の所定値を予測手段で予測した回生エネルギーに応じて変化させ、
   補助電源の充電量が第１の所定値以下でかつ第２の所定値以上では、前記負荷を主電源の電力で駆動すると共に、前記複数のモータ中のいずれかのモータから回生電力が生じると、前記複数のモータ中の他のモータで回生電力を消費し、
   補助電源の充電量が第２の所定値未満では、補助電源を主電源により充電すると共に、前記モータからの回生電力で補助電源を充電するようにした移動体。
   

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