JP6219337B2 - 搬送設備の電源システム - Google Patents

Description

本発明は、垂直搬送機及び水平搬送機からなる搬送設備の電源システムに関し、特に、蓄電装置を用いて一次側電源設備の負荷を軽減するとともに、回生電力を有効に利用する電源システムに関する。

工場において物品を搬送する垂直搬送機は、ビル等において人を輸送するエレベータとほぼ同じ構造を備えている。両者は、通常、巻上機に掛けられたロープの一方の側に乗りかご又は搬送台が接続され、他方の側に錘が接続されている。錘の重量は、乗りかご又は搬送台の重量よりも大きくして、巻上機を駆動する電動機の負荷変動が小さくなるようにしている。

垂直搬送機において、荷物を下から上に持ち上げる場合には、搬送台の上昇工程では、搬送台と荷物とを合わせた重量が錘の重量よりも大きくなり、搬送台の下降工程では、錘の重量が空になった搬送台の重量よりも大きくなる。このため、通常、上昇工程及び下降工程ともに、巻上機を駆動する電動機に大きな負荷が掛ることになる。すなわち、荷物を下から上に持ち上げる作業を行う場合には、搬送台の上昇工程及び下降工程において、垂直搬送機は力行運転となる。

垂直搬送機において、荷物を上から下に降ろす場合には、搬送台の下降工程では、搬送台と荷物とを合わせた重量が錘の重量よりも大きくなり、搬送台の上昇工程では、錘の重量が空になった搬送台の重量よりも大きくなる。このため、通常、上昇工程及び下降工程ともに、巻上機を駆動する電動機には殆ど負荷が掛らないことになり、電動機で発生する電力を回収することが可能となる。すなわち、荷物を上から下に降ろす作業を行う場合には、搬送台の上昇工程及び下降工程において、垂直搬送機は回生運転となる。

特許文献１には、垂直搬送機における電源システムが記載されており、特に、蓄電装置を用いて一次側電源設備の負荷を軽減することが記載されている。
図７に示すように、この電源システム１１０は垂直搬送機１９０に用いられるシステムであって、電力変換装置１２０を備えている。
電力変換装置１２０では、一次側電源１７０からの交流電力を整流器１２１により直流に変換した後に、昇降インバータ１２９によって垂直搬送機１９０の昇降に適した交流に再び変換している。

電力変換装置１２０の直流中間回路１２２には、補助電源装置１３０を介して蓄電装置１３５が接続されている。垂直搬送機１９０が昇降する際は、所定の時間、蓄電装置１３５を放電状態として一次側電源１７０の最大使用電力を低減することが可能であり、一次側電源１７０を小型化することができる。

また、垂直搬送機１９０が回生運転であるときは、回生電力を蓄電装置１３５に充電することが可能であり、省エネを図ることができる。また、蓄電装置１３５が所定の充電量に到達したときは、余剰の電力を制動抵抗器１２５で消費させることができる。電力変換装置１２０及び補助電源装置１３０は、制御装置１５０によって制御されている。

しかしながら、電源システム１１０は、一基の垂直搬送機１９０のみを対象としているために、これらの効果は限定的であり、大型の物流センターにおいて、あまり大きな効果を期待することはできなかった。

特開２０１１−２３０８６４号公報

本発明の課題は、垂直搬送機及び複数の水平搬送機からなる大型の搬送設備について、一次側電源設備の負荷を軽減するとともに、垂直搬送機で発生する回生電力を有効に利用する電源システムを提供することにある。そして、複数の垂直搬送機を備える大規模な搬送設備においても、応用可能な電源システムを提供することにある。

本発明の電源システムは、巻上機に掛けられたロープの一方の側に搬送台が接続され、他方の側に錘が接続されている垂直搬送機と、前記搬送台に対して荷物の搬入及び搬出を行う複数の水平搬送機とを備え、前記垂直搬送機が力行運転又は回生運転を繰り返し行うことが可能な搬送設備において、一次側電源からの交流電力を整流器により直流に変換した後に前記垂直搬送機の昇降に適した交流に再び変換する電力変換装置と、該電力変換装置を制御する制御装置を備える電源システムであって、前記電力変換装置の直流中間回路には、補助電源装置を介して蓄電装置が接続されるとともに、前記垂直搬送機の電動機を駆動するための昇降インバータ及び前記水平搬送機の各電動機を駆動するための複数の横行インバータが接続され、前記水平搬送機の横行は、前記垂直搬送機が力行運転状態又は停止状態であるときは、前記蓄電装置を放電状態として前記横行インバータに放電電力が送られ、前記垂直搬送機が回生運転状態であるときは、前記蓄電装置を充電状態として前記横行インバータに回生電力が送られ、前記垂直搬送機の力行運転状態において、前記搬送台の昇降発進時に前記一次側電源の使用電力が最大値となることを避けるために、前記蓄電装置から必要な電力が放電されるとともに、停電を検出する停電検出器と、停電時に前記蓄電装置からの放電電力を前記制御装置に送る停電補償装置を備えている手段を採用している。

また、前記搬送台の昇降発進前に前記蓄電装置の蓄電量を確認し、所定の最低値未満であれば前記一次側電源からの電力を所定の充電量まで充電した後に発進可能とし、前記最低値以上であれば直ちに発進可能とする手段を採用している。

また、前記蓄電装置が、停電時に、前記垂直搬送機の運転に必要な電力を放電可能である手段を採用している。

また、前記搬送設備が、前記垂直搬送機及び前記複数の水平搬送機を複数系列備え、前記電力変換装置の前記直流中間回路に、前記昇降インバータ及び前記複数の横行インバータが、複数系列接続されている手段を採用している。

本発明の電源システムは、電力変換装置の直流中間回路に蓄電装置を接続するとともに垂直搬送機の電動機を駆動するための昇降インバータ及び水平搬送機の各電動機を駆動するための複数の横行インバータを接続したことにより、垂直搬送機で発生する回生電力を有効に利用して省エネを図ることができる。また、水平搬送機の横行には蓄電装置からの電力を常用し、垂直搬送機の昇降発進時に一次側電源からの電力とともに蓄電装置からの電力を使用することにより、一次側電源の設備容量を低く抑えることができる。
さらに、停電検出器を備えることにより、停電時にも蓄電装置の放電電力を使用して搬送設備の稼働を可能とすることができる。

本発明の対象となる搬送設備の概略外観図である。 本発明の電源システムの概要を示すブロック図である。 垂直搬送機の力行運転状態における充放電パターンを示す説明図である。 垂直搬送機の回生運転状態における充放電パターンを示す説明図である。 停電時に、垂直搬送機の力行運転状態における充放電パターンを示す説明図である。 搬送設備が垂直搬送機等を複数系列備える場合の電源システムの概要を示すブロック図である。 従来の電源システムの概要を示すブロック図である。

図１には、本発明の対象となる搬送設備の一例が示されている。この搬送設備は、垂直搬送機９０と複数の水平搬送機８０、８０……で構成されている。
垂直搬送機９０は、枠体９４の最上部に巻上機９１が設置され、荷物を搬送する搬送台９２を昇降させることができる。巻上機９１には、複数（ここでは４本）のロープ９５、９５……が掛けられており、ロープ９５の一方の側に搬送台９２が接続され、他方の側に錘９３が接続されている。

ロープ９５は、通常用いられているワイヤロープのほか、チェーン等、使用可能な他の条体を全て含む意味で用いることとする。搬送台９２は、床面にローラコンベヤやチェーンベルトコンベヤ等のコンベヤ９７を備えて、荷物の受入及び払出を自動的に行うことができるようになっている。また、搬送台９２が停止する各階にはそれぞれ荷物の搬入又は排出を行う複数台の水平搬送機８０、８０……が設置されている。搬送台９２は、コンベヤ９７が各水平搬送機８０と略同一レベルとなる位置に停止する。

工業用の垂直搬送機９０は、一定時間同じ作業を繰り返し行うことが多いのが特徴である。例えば、１階から５階まで荷物を搬送する作業を何回も繰り返すとともに、その荷物が同一形態であることが多い。このような場合、作業者は、操作盤にその内容を入力することにより、その作業を自動的に繰り返し行うことができる。そして、作業者が、作業終了の入力を行ったり、機械が、搬送する荷物がなくなったことを自動的に検知したりするまで、作業を継続することができる。

搬送される各荷物に着目すると、順序は一定ではないが、次のような工程を含む一つの作業サイクルが行われることになる。
（１）垂直搬送機９０の搬送台９２を、荷物のある階に移動させる。
（２）その階の水平搬送機８０及びコンベヤ９７により、荷物を搬送台９２に搬入する。
（３）垂直搬送機９０の搬送台９２を、目的の階に移動させる。
（４）到着した階の水平搬送機８０及びコンベヤ９７により、荷物を搬送台９２から搬出する。

本発明は、図２にその概要を簡略化して示すように、垂直搬送機９０及び各水平搬送機８０を駆動する電動機に供給する電力を制御する電源システム１０に関する。一次側電源７０からの電力は、電力変換装置２０を経由して垂直搬送機９０及び各水平搬送機８０に送られるようになっている。

一次側電源７０からの交流電力は、電力変換装置２０の整流器２１によって一旦直流に変換した後に、再度各電動機の要求に適した交流に変換される。例えば、垂直搬送機９０の巻上機９１を駆動する電動機には、昇降インバータ２９が設けられている。
整流器２１と昇降インバータ２９の間は、直流電流が流れる回路となっている。これを直流中間回路２２と称することとする。

直流中間回路２２には、昇降インバータ２９とともに、各水平搬送機８０を駆動するための横行インバータ２８、２８……が接続されている。したがって、垂直搬送機９０の昇降及び各水平搬送機８０の横行について、その速度及び加速度を任意に設定することができる。同様に、搬送台９２のコンベヤ９７についても横行インバータ２７が設けられている。
ここで、複数台の水平搬送機８０が直列に接続されているような場合には、１台の横行インバータ２８により２台以上の水平搬送機８０（コンベヤ９７を含むことができる。）
を同時に動かすようにすることもできる。

各電動機は、制御装置５０によって制御されている。すなわち、昇降インバータ２９と各横行インバータ２７、２８……は、制御装置５０からの起動信号５１及び速度信号５２によって制御されている。起動信号５１は、起動及び停止の指示をする信号であり、速度信号５２は、回転速度を指示する信号である。

直流中間回路２２には、補助電源装置３０を介して蓄電装置３５が接続されている。このため、一次側電源７０からの電力を蓄電装置３５に供給して充電したり、蓄電装置３５からの放電電力を、垂直搬送機９０や各水平搬送機８０に供給したりすることができる。
さらに、垂直搬送機９０からの回生電力を、蓄電装置３５に供給して充電することもできる。蓄電装置３５としては、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、又はリチウムイオン二次電池などを使用することができる。

蓄電装置３５の充放電は、制御装置５０の指示により、補助電源装置３０を介して行われる。
例えば、搬送設備の作業開始時に、制御装置５０は、補助電源装置３０に初期充電信号５３を発して、一次側電源７０からの電力を蓄電装置３５に充電させることができる。
また、制御装置５０は、補助電源装置３０からの充電量信号３１を受けて、充電の完了を判断することができる。

作業開始に際して、補助電源装置３０は、蓄電装置３５の充電量を確認するとともに、後述する停電検出器４５及び停電補償装置４０との関係を確認して、運転に必要な条件が揃っていることを示す準備完了信号３２を制御装置５０に発するようになっている。

また、搬送台９２の昇降発進前には、制御装置５０は、補助電源装置３０からの充電量信号３１により充電量を確認し、充電量が所定の最低値未満であれば、停止充電信号５４を発して、一次側電源からの電力を蓄電装置３５に充電させるようにしている。そして、所定の充電量まで充電した後に発進可能としている。確認した充電量が最低値以上である場合には、直ちに発進可能としている。
なお、充電量の確認は、各作業サイクルの開始時などに実施することもできる。

また、制御装置５０は、補助電源装置３０に起動放電信号５５を発することによって、垂直搬送機９０、各水平搬送機８０及びコンベヤ９７に必要な電力を、蓄電装置３５から放電させるようにしている。
垂直搬送機９０の搬送台９２を昇降させるときは、発進時に、所定の時間に限って蓄電装置３５を放電させるようにしている。
垂直搬送機９０が力行運転状態であるときは、使用電力が発進時に最大となってピークを示すのであるが、このとき一次側電源の使用電力が最大値となることを避けるために、蓄電装置３５から必要な電力を放電させるのである。これにより、一次側電源の設備容量を低く抑えることができる。また、垂直搬送機９０が回生運転状態となるときにも、同様の放電を行うようにしている。

水平搬送機８０及びコンベヤ９７の横行については、垂直搬送機９０が力行運転状態又は停止状態であるときは、蓄電装置３５を放電状態として、横行インバータ２８、２７に必要な電力が送られるようにしている。
また、垂直搬送機９０が回生運転状態であるときは、回生電力が横行インバータ２８、２７に送られるとともに、一部が蓄電装置３５に充電されるようにしている。
なお、回生運転状態において、充電量信号３１によって充電量が最大値を超えたことを確認した場合には、制動抵抗器２５で電力を消費するようにしている。

一次側電源７０から蓄電装置３５への充電は、垂直搬送機９０が停止しているときに行うようにしている。また、垂直搬送機９０の搬送台９２を昇降させるときは、発進時に、時間を限って蓄電装置３５を放電させている。さらに、水平搬送機８０及びコンベヤ９７の横行では、一次側電源７０を使用せずに放電電力を使用している。
この結果、電源システム１０において、一次側電源７０の最大使用電力は、垂直搬送機９０の昇降時の使用電力であり、発進直後に最大値となるピークを含まない、定常状態の使用電力となっている。そして、水平搬送機８０又はコンベヤ９７を同時に使用しても、一次側電源７０の最大使用電力は増加しないようにしている。

電源システム１０は、停電を検出する停電検出器４５と、停電時に蓄電装置３５からの放電電力を制御装置５０に送る停電補償装置４０を備えている。
すなわち、作業中に停電が発生すると、補助電源装置３０は、停電検出器４５から信号を受けて、停電補償装置４０を介して、制御装置５０に停電時制御電源４１を送るようにして、停電が発生しても作業が中断することのないようにしている。
なお、蓄電装置３５は、停電時においても、垂直搬送機９０の運転に必要な電力を放電できるように、十分な容量と出力を備えるようにしている。

図３は、垂直搬送機９０が力行運転状態であるときの充放電パターンを示している。
垂直搬送機９０については、発進時にインバータの出力電流がピークを備えているが、蓄電装置３５の放電によって、一次側電源７０の使用電流はピークを備えていないことを示している。
水平搬送機８０については、垂直搬送機９０の昇降中及び停止時に横行することが示されている。
蓄電装置３５については、垂直搬送機９０の発進時に、所定の時間放電することを示している。ここでは、垂直搬送機９０の停止中に、充電が行われない場合を示している。
また、水平搬送機８０の横行を放電電力によって行い、一次側電源７０を使用していないことを示している。

図４は、垂直搬送機９０が回生運転状態であるときの充放電パターンを示している。
垂直搬送機９０については、発進時に蓄電装置３５の放電によって電力が供給されるとともに、ピークの直後から回生電力が発生していることを示している。
水平搬送機８０については、垂直搬送機９０の昇降中及び停止時に横行することが示されている。
蓄電装置３５については、垂直搬送機９０の発進時に所定の時間放電し、その直後から回生電力が充電されるとともに、水平搬送機８０の走行に使用されることを示している。

図５は、垂直搬送機９０が、停電時の力行運転状態であるときの充放電パターンを示している。
垂直搬送機９０については、インバータの出力電流は図３と同様であるが、一次側電源７０の電力は使用することができない。このため、発進直後に最大値となるピークを含む電力を、全て蓄電装置３５からの放電電力で賄うようになっている。
水平搬送機８０については、垂直搬送機９０の停止時に横行することを示している。
蓄電装置３５については、全ての電力が放電電力を使用していることを示している。

図６は、搬送設備が図１に示した設備を、２系列備えている場合の電源システム１１を示している。すなわち、垂直搬送機９０ａ、９０ｂを備えるとともに、それぞれに複数の水平搬送機８０ａ、８０ａ……、８０ｂ、８０ｂ……を備えている場合である。 電源システム１１は、電力変換装置２０の直流中間回路２２に、垂直搬送機９０ａ、９０ｂの巻上機９１ａ、９１ｂの電動機を駆動する昇降インバータ２９ａ、２９ｂが接続されている。
また、直流中間回路２２には、水平搬送機８０ａ、８０ａ……、８０ｂ、８０ｂ……の電動機を駆動する横行インバータ２８ａ、２８ａ……、２８ｂ、２８ｂ……が接続されている。
また、直流中間回路２２には、コンベヤ９７ａ、９７ｂの電動機を駆動する横行インバータ２７ａ、２７ｂも接続されている。
本発明は、このように、複数の垂直搬送機を備える大規模な搬送設備に応用することができる。

１０： 電源システム
２０： 電力変換装置
２１： 整流器
２２： 直流中間回路
２８： 横行インバータ
２９： 昇降インバータ
３０： 補助電源装置
３５： 蓄電装置
４０： 停電補償装置
４５： 停電検出器
５０： 制御装置
７０： 一次側電源
８０： 水平搬送機
９０： 垂直搬送機
９１： 巻上機
９２： 搬送台
９３： 錘
９４： 枠体
９５： ロープ

Claims (4)

1. 巻上機に掛けられたロープの一方の側に搬送台が接続され、他方の側に錘が接続されている垂直搬送機と、前記搬送台に対して荷物の搬入及び搬出を行う複数の水平搬送機とを備え、前記垂直搬送機が力行運転又は回生運転を繰り返し行うことが可能な搬送設備において、
   一次側電源からの交流電力を整流器により直流に変換した後に前記垂直搬送機の昇降に適した交流に再び変換する電力変換装置と、該電力変換装置を制御する制御装置を備える電源システムであって、
   前記電力変換装置の直流中間回路には、補助電源装置を介して蓄電装置が接続されるとともに、前記垂直搬送機の電動機を駆動するための昇降インバータ及び前記水平搬送機の各電動機を駆動するための複数の横行インバータが接続され、
   前記水平搬送機の横行は、前記垂直搬送機が力行運転状態又は停止状態であるときは、前記蓄電装置を放電状態として前記横行インバータに放電電力が送られ、前記垂直搬送機が回生運転状態であるときは、前記蓄電装置を充電状態として前記横行インバータに回生電力が送られ、
   前記垂直搬送機の力行運転状態において、前記搬送台の昇降発進時に前記一次側電源の使用電力が最大値となることを避けるために、前記蓄電装置から必要な電力が放電されるとともに、
   停電を検出する停電検出器と、停電時に前記蓄電装置からの放電電力を前記制御装置に送る停電補償装置を備えていることを特徴とする電源システム。
2. 前記搬送台の昇降発進前に前記蓄電装置の蓄電量を確認し、所定の最低値未満であれば前記一次側電源からの電力を所定の充電量まで充電した後に発進可能とし、前記最低値以上であれば直ちに発進可能とすることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記蓄電装置が、停電時に、前記垂直搬送機の運転に必要な電力を放電可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。
4. 前記搬送設備が、前記垂直搬送機及び前記複数の水平搬送機を複数系列備え、前記電力変換装置の前記直流中間回路に、前記昇降インバータ及び前記複数の横行インバータが、複数系列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。

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