JP5382341B2

JP5382341B2 - 走行車システムと走行車への非接触給電方法

Info

Publication number: JP5382341B2
Application number: JP2009268354A
Authority: JP
Inventors: 基彦葛谷
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: KR20110058669A; TW201124331A; CN102079255A; JP2011111268A; TWI412485B; SG171540A1

Description

この発明は走行車システムに関し、特に走行車への非接触給電に関する。

スタッカークレーンなどの走行車に非接触給電すると共に、キャパシターなどの蓄電ユニットを走行車に設けて、非接触給電をバックアップすることが知られている（特許文献１：JP2008-081219A）。非接触給電は給電線とトロリー等の接触による発塵を無くし、蓄電ユニットは走行車からの回生電力を蓄電すると共に、非接触給電線に必要な電力を平準化することにより、地上側電源と走行車の受電ユニットを小形化する。

発明者はここで、特許文献１のシステムでは常時地上側電源から非接触給電線へ電流が供給されており、非接触給電線を流れる電流によるジュール熱のために常時電力が消費されていることに着目した。そしてこのような無駄を減らすために、本発明に到った。

JP2008-081219A

この発明の課題は、非接触給電線を流れる電流のジュール熱による消費電力を減らすことにある。
この発明での補助的な課題は、蓄電ユニットから取り出せる電力を増すことにある。
この発明での他の補助的な課題は、蓄電ユニットの寿命を予測できるようにすることにある。

この発明は、非接触給電により走行車に給電するシステムであって、
地上側に電源と非接触給電線とを設けると共に、
走行車に非接触給電線から受電する受電ユニットと、電力を消費する負荷と、受電ユニットからの電力と負荷からの回生電力を蓄電すると共に、前記負荷に電力を供給する蓄電ユニットを設け、
さらに、前記蓄電ユニットの蓄電量と、走行車の次の動作での前記負荷の所要エネルギーと回生エネルギーとの予測値を求めると共に、前記蓄電ユニットの蓄電量により、次の動作での加速時の負荷の所要エネルギーをまかなえるかどうかを判定し、まかなえる際に電源から非接触給電を要求せず、まかなえない際に非接触給電を要求するための制御手段を設けたことを特徴とする。

この発明はまた、非接触給電により走行車に給電する方法であって、
地上側に電源と非接触給電線とを設けると共に、
走行車に非接触給電線から受電する受電ユニットと、電力を消費する負荷と、受電ユニットからの電力を蓄電すると共に、前記負荷に電力を供給する蓄電ユニットを設け、
さらに、制御手段により、前記蓄電ユニットの蓄電量と、走行車の次の動作での前記負荷の所要エネルギーと回生エネルギーとの予測値を求めると共に、前記蓄電ユニットの蓄電量により、次の動作での加速時の負荷の所要エネルギーをまかなえるかどうかを判定し、まかなえる際に電源から非接触給電を要求せず、まかなえない際に非接触給電を要求することを特徴とする。
なおこの明細書において、走行車システムに関する記載はそのまま非接触給電方法にも当てはまり、逆に非接触給電方法に関する記載はそのまま走行車システムにも当てはまる。

この発明では、非接触給電無しで走行車の所要エネルギーをまかなえる場合、非接触給電線への給電を停止するので、無効な電流によるジュール熱分の電力を無くすことができる。所要エネルギーをまかなえるかどうかは、前記蓄電ユニットの蓄電量と、走行車の次の動作での前記負荷の所要エネルギーと回生エネルギーとの予測値を求めると共に、前記蓄電ユニットの蓄電量により、次の動作での加速時の負荷の所要エネルギーをまかなえるかどうかにより、判定する。そして次の動作での加速時の負荷の所要エネルギーをまかなえない際に非接触給電を行い、まかなえる際には非接触給電を停止すればよい。

より好ましくは、蓄電ユニットはキャパシタであり、蓄電ユニットの電圧を監視する電圧センサと、蓄電ユニットの充放電電流を監視する電流センサとを設けると共に、蓄電ユニットの電圧と充放電電流とから蓄電ユニットの容量を求めて、蓄電ユニットの寿命を予測するための寿命予測手段をさらに設ける。
特に好ましくは、寿命予測手段は、蓄電ユニットへの充放電を停止もしくは開始した際の、蓄電ユニットの電圧変化から、蓄電ユニットの内部抵抗を求めて、蓄電ユニットの容量と内部抵抗とから寿命を予測する。
このようにすると、キャパシタの寿命が近づいた際に、交換用のキャパシタをストックし、寿命が到来するとキャパシタを直ちに交換できる。従って交換用のキャパシタが到着するまで走行車を停止させる必要がない。

好ましくは、走行車に、受電ユニットと負荷を接続すると共に、蓄電ユニットの充放電を制御する回路を介して蓄電ユニットを接続する。充放電を制御する回路例としては、充電制御用の第１のトランジスタとコイルを介して蓄電ユニットのプラス側に接続し、放電制御用の第２のトランジスタをコイルと第１のトランジスタの間に接続し、第２のトランジスタのエミッターを蓄電ユニットのマイナス側に接続する。充放電回路の入出力は第１のトランジスタのカソード側と蓄電ユニットのマイナス側となる。第１のトランジスタをPWM制御することで、蓄電ユニットへの充電電流（電力）を任意に制御でき、第２のトランジスタをPWM制御することで、蓄電ユニットからの放電電流（電力）を任意に制御できる。このような充放電制御回路を用いることで、蓄電ユニットの使用可能な電圧範囲が増し、より小さい蓄電ユニットからより大きな電力を取り出すことができる。

実施例の走行車システムの要部平面図実施例の走行車システムの要部ブロック図実施例での走行車の要部ブロック図実施例での非接触給電のON/OFFアルゴリズムを示すフローチャート実施例での走行車の電力管理を示す特性図で、1)は所要電力のパターンを示し、2)は蓄電量の推移を示し,3)は放電電流の推移を示す。実施例でのキャパシターの容量Cと内部抵抗Rの測定方法を示す図変形例でのキャパシターの容量Cと内部抵抗Rの測定方法を示す図

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１〜図７に、実施例の走行車システム２とその変形を示す。４は走行車で、ここでは自動倉庫のスタッカークレーンであるが、天井走行車、あるいは地上を有軌道で走行する有軌道台車などでもよい。６は走行車４の台車で、昇降台８をマスト１０に沿って昇降させ、昇降台８上のスライドフォーク１２により物品を棚２５などとの間で移載する。１４は走行モータで台車６を走行させ、１５は昇降モータで昇降台８を昇降させる。キャパシター１６は非接触給電線２６から受電した電力を蓄え、キャパシター１６に代えてリチウムイオン電池などの２次電池で蓄電してもよい。

１８は動力盤で、走行モータ１４，昇降モータ１５，スライドフォーク１２などの負荷に電力を供給する。２０はチョッパーユニットで、受電ユニット２２は非接触給電線２６から受電し、非接触給電線２６へは地上側電源２８から高周波電流を加える。チョッパーユニット２０により受電ユニット２２，動力盤１８，キャパシター１６が接続され、キャパシター１６は充電と放電とを行い、動力盤１８は負荷への電力の供給と、負荷からの回生電力の放電とを行う。

図２に、走行車４の電源系統のブロック図を示す。受電ユニット２２はコアユニット３０と整流ユニット３１とを備え、コアユニット３０は、非接触給電線２６から電力をピックアップする、磁性体のコアとピックアップコイルとを備えている。整流ユニット３１はコアユニット３０からの高周波電流を整流して、チョッパーユニット２０に供給する。動力盤１８のコントローラ３２は、負荷側での今後の所要エネルギーの予測値をチョッパーユニット２０へ送出する。例えば走行車の次の動作に必要なエネルギーと回生電力とを送出する。動力盤１８から走行モータ１４，昇降モータ１５及びスライドフォークなどのその他の負荷３４へ直流電力を供給し、回生電力をチョッパーユニット２０へ供給する。１９はブレーカで、チョッパーユニット２０と動力盤１８の間に設けられている。

チョッパーユニット２０は、キャパシター１６から蓄電量、例えばキャパシター１６の出力電圧等の報告を受け、所要エネルギーの予測値をキャパシター１６の電力のみでまかなえるか否かを判別する。そして判別結果に従い、光通信などにより、地上側電源２８に対し電源のON/OFFを要求する。なおチョッパーユニット２０ではなく、コントローラ３２あるいは地上側電源２８で、今後の所要エネルギー量の予測値並びにキャパシターの蓄電量を取得し、電源のON/OFFを判別してもよい。

図３に、チョッパーユニット２０の構成を示す。D1，D2はダイオード、Tr1,Tr2は大電力トランジスタで、Tr1が第１のトランジスタ、Tr2が第２のトランジスタである。C1は平滑用のコンデンサ、L1はコイル、S1は電圧センサで、キャパシター１６の出力電圧を監視し、S2は電流センサで、キャパシター１６を流れる電流を監視する。これ以外に、受電ユニット２２及び動力盤１８では各々の電流と電圧を監視する。制御部４０はトランジスタTr1,Tr2を制御し、負荷の予測とキャパシター１６の貯蔵エネルギーとから、非接触給電の要否を判別し、通信インターフェース４１から地上側電源２８へ給電の要否を通信する。さらに制御部４０は、キャパシター１６の容量と内部抵抗とを測定して記憶し、これらの値とキャパシター１６の電圧とから貯蔵エネルギーを求める。また容量と内部抵抗とからキャパシター１６の寿命を予測し、寿命が接近すると地上側電源２８等へ通知する。なお内部抵抗は測定しなくても良い。

キャパシター１６を受電ユニット２２の電力、あるいは動力盤１８からの回生電力で充電する場合、トランジスタTr1をPWM制御し、トランジスタTr2をオフする。キャパシター１６からの放電ではトランジスタTr1はオフで、トランジスタTr2をPWM制御する。トランジスタTr2がオンの時、コイルL1の電流が増加し、電力が蓄えられる。ここからトランジスタTr2をオフすると、コイルL1に蓄えられた電力が蓄電ユニットと直列になり、D1を通して外部へ出力される。

図４に、非接触給電の要否の判別アルゴリズムを示す。キャパシターの貯蔵エネルギー（蓄電量）を求め、また走行車４の次の動作に対する所要エネルギーと回生エネルギー等の予測値を得る。そして貯蔵エネルギーとエネルギーの予測値とから非接触給電の要否を判別し、通信インターフェースから地上側へ通知する。例えば走行車の動作前に、走行車の重量、加速度、速度、減速度、移動量、機械ロス、例えば摩擦抵抗、減速器の効率等、電力ロス、例えばサーボモータ、サーボアンプ等の効率等、のデータから、走行車の動作に関係するエネルギー量を計算する。エネルギー量には、加速時のエネルギー量、瞬時最大所要エネルギー、回生エネルギー量、瞬時最大回生所要エネルギー、等速動作時の消費電力等が有り、これらを走行軸、昇降軸、旋回軸、移載軸等の移動する軸の全てを含むように計算する。そして、加速時に蓄電ユニットからの放電エネルギー量が足りるかどうか等の判定を行い、不足であれば非接触給電を要求する。また減速時の回生電力が蓄電ユニットに充電しきれるかどうかを判定し、充電しきれない場合、加速時に非接触給電に頼る割合を減らして、キャパシターからの放電エネルギーを増すようにする。なお走行車が走行せずに、昇降台を下降させるだけの動作をすると、消費エネルギーが僅かで、回生エネルギーのみが大きくなることがある。このような動作は、棚間の搬送などのモードでのみ発生するので、このようなモードでは例えば次の次の動作までの消費エネルギーと回生エネルギーとを考慮して、非接触給電の要否を判定し、回線電力を充電できるようにする。

図５の1)に、走行車の１回の動作での所要エネルギーと回生エネルギーの推移を示し、2)にキャパシターの蓄電量の推移を示し、3)に放電電流の推移を示す。加速時に大きな所要電力が生じ、次の定速動作時には消費電力は小さく、次の減速時に回生電力が生じる。走行停止後の、ターンテーブルの旋回、スライドフォークの動作等でも、消費電力が生じる。この間にキャパシターの蓄電量が所定の範囲に保たれ、キャパシターからの電流が最大放電電流を越えないように、非接触給電を利用して電力を平準化する。またキャパシターへの電流が最大充電電流を越えないように、減速度等を制限する。そして地上側電源は、非接触給電を行わない区間で、給電線への電力供給を停止する。

図６，図７に、キャパシター１６の寿命監視を示す。図６（実施例）では、走行車４の停止時等に、キャパシター１６を例えば定電流iで充電し、充電の過程での電圧Vの変化を測定する。するとキャパシター１６の容量Cを求めることができる。また充電を打ち切った際の電圧降下ΔVを測定すると、内部抵抗Rに基づくR・i分の電圧降下が無くなることが、電圧降下ΔVに対応するので、内部抵抗Rを測定できる。なお定電流にせずに、電流iの積算値と電圧の変化とを比較しても、容量Cを測定できる。また充電開始時の電圧上昇ΔVからも、内部抵抗を測定できる。

図７はキャパシター１６の寿命監視の変形例を示し、キャパシター１６から放電している際に、放電電流iの積算値と電圧の変化とを比較し、容量を求める。また放電の終了時あるいは開始時の電圧の変化ΔVと、放電終了直前の電流、あるいは放電開始直後の電流とから、内部抵抗Rを測定する。

実施例の変形を示す。実施例では、高負荷時にキャパシター１６と受電ユニット２２の双方からの電力を用いた。しかしキャパシター１６を主電源とし、キャパシター１６の電力のみで負荷を駆動し、非接触給電はキャパシター１６への充電専用としても良い。

実施例ではキャパシター１６のみで負荷を賄え、かつキャパシター１６への充電が必要でない場合、地上側電源をOFFする。これによって非接触給電線を流れる電流によるジュール熱分の無効電力を削減できる。またキャパシター１６から取り出せる電力を増すことができる。さらにキャパシターの寿命を予測し、予め交換用のキャパシター１６をストックすることで、走行車４が稼動しない期間を短くできる。

２走行車システム
４走行車
６台車
８昇降台
１０マスト
１２スライドフォーク
１４走行モータ
１５昇降モータ
１６キャパシター
１８動力盤
１９ブレーカ
２０チョッパーユニット
２２受電ユニット
２４走行レール
２５棚
２６非接触給電線
２８地上側電源
３０コアユニット
３１整流ユニット
３２コントローラ
３４その他の負荷
C1 コンデンサ
D1，D2 ダイオード
Tr1，Tr2 トランジスタ
L1 コイル
S1 電圧センサ
S2 電流センサ
４０制御部
４１通信インターフェース

Claims

非接触給電により走行車に給電するシステムであって、
地上側に電源と非接触給電線とを設けると共に、
走行車に非接触給電線から受電する受電ユニットと、電力を消費する負荷と、受電ユニットからの電力と負荷からの回生電力を蓄電すると共に、前記負荷に電力を供給する蓄電ユニットを設け、
さらに、前記蓄電ユニットの蓄電量と、走行車の次の動作での前記負荷の所要エネルギーと回生エネルギーとの予測値を求めると共に、前記蓄電ユニットの蓄電量により、次の動作での加速時の負荷の所要エネルギーをまかなえるかどうかを判定し、まかなえる際に電源から非接触給電を要求せず、まかなえない際に非接触給電を要求するための制御手段を設けたことを特徴とする、走行車システム。
蓄電ユニットはキャパシタで、蓄電ユニットの電圧を監視する電圧センサと、蓄電ユニットの充放電電流を監視する電流センサとを設けると共に、蓄電ユニットの電圧と充放電電流とから蓄電ユニットの容量を求めて、蓄電ユニットの寿命を予測するための寿命予測手段をさらに設けたことを特徴とする、請求項１の走行車システム。
寿命予測手段は、蓄電ユニットへの充放電を停止もしくは開始した際の、蓄電ユニットの電圧変化から、蓄電ユニットの内部抵抗を求めて、蓄電ユニットの容量と内部抵抗とから寿命を予測するように構成されていることを特徴とする、請求項２の走行車システム。
走行車に、受電ユニットと負荷とを並列に接続すると共に、蓄電ユニットと、並列に接続した受電ユニット及び負荷との間に、受電ユニットから蓄電ユニットへの充電制御用の第１のトランジスタと、第１のトランジスタに並列な蓄電ユニットからの放電用ダイオードと、蓄電ユニットのプラス側とマイナス側とを接続する第２のトランジスタとを設け、さらに前記第１及び第２のトランジスタと蓄電ユニットとの間にコイルを設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの走行車システム。
非接触給電により走行車に給電する方法であって、
地上側に電源と非接触給電線とを設けると共に、
走行車に非接触給電線から受電する受電ユニットと、電力を消費する負荷と、受電ユニットからの電力を蓄電すると共に、前記負荷に電力を供給する蓄電ユニットを設け、
さらに、制御手段により、前記蓄電ユニットの蓄電量と、走行車の次の動作での前記負荷の所要エネルギーと回生エネルギーとの予測値を求めると共に、前記蓄電ユニットの蓄電量により、次の動作での加速時の負荷の所要エネルギーをまかなえるかどうかを判定し、まかなえる際に電源から非接触給電を要求せず、まかなえない際に非接触給電を要求することを特徴とする、走行車への非接触給電方法。