JP6749681B1 - 電力供給システム - Google Patents
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Abstract
Description
このような理由から、代替技術として、非接触型の給電技術が盛んに検討されており、例えば磁界方式の給電技術や、電界方式の給電技術が存在する。
このうち、磁界方式の給電技術は、既に実用化されており、一部の生産ライン等に使用されている。
また、電界方式の給電技術についても、性能の向上を目指した研究が盛んに進められている。電界方式の研究では、スイッチ付きの同軸線路の概念が出てきており、本出願人も既に出願している(例えば特許文献1参照)。また、電池の急速充電技術も進歩してきている。
電源からの電力を送電する電力伝送線路と、当該電力伝送線路から供給された電力を利用して、当該電力伝送線路を移動可能する搬送体と、を含む電力供給システムにおいて、
前記電力伝送線路は、
直流又は交流の電線からなる内部導体と、
前記内部導体を覆うように、前記内部導体と絶縁されて配置された外部導体と、
前記外部導体の外壁面の少なくとも一部に絶縁されて配置され、前記内部導体からの電力を前記搬送体に送電する送電電極と、
を備え、
前記搬送体は、
前記送電電極及び前記外部導体と夫々対向するように配置され、前記送電電極から送電された電力を受電する受電電極対と、
所定タイミングで、前記受電電極対と、前記送電電極及び外部導体とが接触状態又は非接触状態となる制御を実行する接触制御部と、
を備える。
上述したように、給電技術には、接触型と非接触型とが存在し、接触型には例えばトロリー線が含まれ、非接触型には磁界方式や電界方式が含まれる。
接触型のうち、トロリー線は、例えば電車のパンタグラフ等に用いられる給電技術である。ただし、トロリー線の場合、架線に対して一定の圧力を加えて接触抵抗を低くした状態で走行させるため、パンタグラフ及び架線のいずれもが損耗することになる。このため、一定期間毎にパンタグラフ及び架線を交換する必要がある。その結果、交換に要する費用が莫大な額になってしまう。
非接触型のうち、磁界方式は、平行二線に高周波電流を流し、線間に発生する磁場をヨーク(フェライト)でピックアップコイルに誘導し、起電力を得る給電技術である。ただし、磁界方式の場合、従来から実用化されているものの、以下の理由から周波数を上げることができないという欠点があった。
即ち、磁界方式の場合、(1)平行二線に高周波電流を流すことで必要となる電力を流した場合には、法令で定める基準値を超える放射電磁界が発生してしまう。このため、法令で定める周波数域よりも低い周波数で駆動されている。なお、技術的には、電流を高周波化させることで起電力を増大させることができるが、法令上それを行うことが困難な状況となっている。(2)ヨーク材透磁率の周波数特性が悪いため、電流を高周波化させると透磁率が低下してしまう。(3)電流を高周波化させると表皮効果及び近接効果により、架線及びコイルの抵抗が増大してしまう。
以上の理由から、磁界方式は実用化されているものの、今後のさらなる発展を期待することは困難な状況となっている。
このような状況の下、本出願人は、上述の電界方式の課題に対し、例えばフェザータッチ方式の電極や、磁石吸引方式の電極等の提案を既に行っている。さらに、本出願人は、電界方式を採用した場合における電磁波放射を低減化させる手法として、例えばスリット付きの同軸線路方式や、スイッチ付き同軸線路方式の提案を既に行っている。例えばスイッチ付き同軸線路方式は、完全密閉構造となっており雨や埃に対する耐性を有するため、屋外でも利用可能な線路として期待を集めている。
本発明の電力供給システム(以下、「本システム」と呼ぶ)で採用する給電技術は、上述した接触型(例えばトロリー線)の課題と、非接触型(例えば磁界方式や電界方式)の課題とをいずれも解消できる給電技術である。
図1は、工場内に適用された本システムを構成する送電通信レールと搬送体とにより実現される各種の工程を示す図である。
本システムにより実現される工程としては、例えば図1に示すように、レール間移乗工程と、積替え・待機工程と、加工・組立工程とがある。そして、各工程では、搬送体2が静止している状態(以下、「静止状態」と呼ぶ)がある。
また、下側に示すレール間移動工程は、2本の送電通信レール1が交差する位置に配置されたレール間移動回転テーブルが示されている。このレール間移動回転テーブルは、一方の送電通信レール1の上を移動してきた搬送体2を載せた状態で回転し、他方の送電通信レール1に搬送体2を移乗させる。
ここで、レール間移動台車又はレール間移動回転テーブルに載せられた搬送体2は、レール間移動台車の移動中、又はレール間移動回転テーブルの回転中、レール間移動台車上又はレール間回転テーブル上で夫々静止状態となる。
また、AGV(無人搬送車)等に移乗されることを待つ半製品によって送電通信レール1の上に滞留が生じている場合には、一時的に静止状態となった搬送体2が列をなして存在することになる。
なお、静止状態の搬送体2を示す他の特徴については、図1に示すとおりである。
図2は、受電電極のポジションを示す図である。
また、従来の接触方式との相違点は、搬送体2が静止状態のときに受電電極を降下させることで送電側電極に接触させ、搬送体2が移動(走行)を開始する直前に受電電極を上昇(Up)させて非接触にする点である。この相違点により、従来の接触方式のような接触圧力を掛けた状態での架線の移動がなくなる。その結果、電極の損耗が無くなる。
電極の損耗が無くなると、電極を交換する必要が無くなるか、又は電極の交換の間隔を極めて長くすることが可能となる。その結果、メンテナンスコストを大幅に低減化させることができる。さらに、接触摩耗に伴うゴミの排出も無くなるので、コンタミネーションが問題になるような場所にも本システムを設置することができる。
図3には、送電通信レール1の機能を示すブロック図が、送電通信レール1の長手方向に平行な面の中心位置で切った断面図とともに示されている。
図4には、送電通信レール1及び搬送体2の夫々の機能を示すブロック図が、送電通信レール1の長手方向に直交する面で切った断面図とともに示されている。
搬送体2では、制御部26が、受電回路22、アクチュエータ23、蓄電回路24、負荷25、通信ユニット27、センサ28、カメラC、及び昇降部UDの夫々の駆動を制御する。例えば制御部26は、カメラCにより撮像された画像のデータに基づいて、送電電極19や図示せぬ看板等を認識して、搬送体2を送電電極19の上に停止させて静止状態にする制御を実行する。また、制御部26は、アクチュエータ23の駆動を制御するとともに、受電プレートPを、図4の矢印Y2の方向に降下(Down)させることで受電電極21の対を送電電極19及び外部導体12に接触させる制御を実行する。これにより、搬送体2は、電気的接触を得ることができるので、電力の供給を受けることができる。
搬送体2の制御部26は、蓄電回路24における蓄電が完了するタイミング、又は搬送体2が移動を開始する直前のタイミングで、受電プレートPを引き上げることで受電電極21の対を、図5の矢印Y3の方向に上昇(Up)させる制御を実行する。これにより、搬送体2は、停止して静止状態のときにのみ受電電極21の対を送電電極19及び外部導体12に接触させることができる。即ち、搬送体2は、移動状態のときには、受電電極21の対と、送電電極19及び外部導体12とを非接触状態にすることができる。その結果、搬送体2は、電極の損耗等を生じさせることなく送電通信レール1の上を移動することができる。
その結果、本システムにIoT(Internet of Things)性を持たせることができるとともに、送電通信レール1のどこでも通信を行うことができる。また、送電通信レール1のスイッチボックスSBも通信機能を備える。このため、搬送体2及び漏洩同軸線路LCXを介したスイッチボックスSBと外部サーバ(図示せず)との間の通信が可能となる。
なお、図示はしないが、正電位のブスバーと、負電位のブスバーとを誘電材で隔てて外部導体12内に平行して配設してもよい(平行2線方式)。この場合、外部からの正電圧の端子及び負電圧の端子を、正負のブスバーに夫々接続するとともに、外部導体12はGND電位とする手法を採用することもできる。
これにより、スイッチボックスSBは、スイッチ制御部17、ショート検知部18、及びカメラCの駆動に必要な電力を得ることができる。その結果、スイッチのゲートドライバ16を制御することができる。さらに、スイッチボックスSBには反射板Mが設けられているので、溝の側面に配設された漏洩同軸線路LCXと、搬送体2との間で通信を行うことができる。
また、スイッチボックスの上面には送電電極19が貼付けられている。このため、スイッチボックスSBを介して内部導体11と送電電極19とが接続されている。
ただし、ユーティリティボックスUBの内部には、空間(スペース)が形成されているとともに、電力の供給や通信が可能となっているため、送電通信レール1に各種機能を付加させることができる。具体的には例えば、ユーティリティボックスUB内の空間(スペース)に温度センサ等の各種センサを設置して、温度に関するデータ等を収集させたり配信させたりすることができる。
即ち、磁界方式を用いた場合には、搬送体2側のアクチュエータ23にコイルを用いて数kHzの高周波を流す。そして、送電通信レール1側のスイッチボックスSB内のセンサにコイルを用いる。これにより、電磁誘導で搬送体2の到着を知らせることができる。
さらに、送電通信レール1側のスイッチボックスSB内または外周部にカメラCを設置して、カメラCをセンサとして活用することで、搬送体2が送電電極19の上にきたことを認識できるようにしてもよい。
搬送体が蓄電した電力は、上述したように各種機能を発揮させるための電力として分配されて使用される。例えば、駆動モータ用の電力としても使用される。
なお、図示はしないが、本システムでは、適切な位置にヒューズ又はブレーカが配置されているものとする。これにより、各種機能の不具合により、ブスバー自体がGNDとショートしてしまうことを避けることができる。
また、本システムを屋外で使用する場合には、送電電極19等に被雷機能を設けることができる。
なお、本発明の一実施形態に係る電力供給システムの構成の他の特徴については、図3及び図4に示すとおりである。
また、搬送体2のメンテナンス時には、走行輪カバーTC、ガイド輪GC、及びドライブ輪DT等をヒンジHによって矢印Y4の方向に跳ね上げることで、搬送体2を送電通信レール1から取り外すことができる。
搬送体2は、以上のような構成を有することで、送電通信レール1の上を移動することができる。
即ち、本システムによれば、(1)直流送電又は商用周波数の送電となるため、電力系設備のコストを削減できる。(2)電波法等の関連法令の規制対象外となるため、製品化や設置が容易になる。(3)接触型の給電技術を用いることができる。このため、非接触型の給電技術と比較した場合、非接触型の給電技術で必要となるインバータや高周波線路が不要になる。これにより、コスト削減を図ることができる。また、大電力送電が可能になる。(4)電極の損耗がないため、メンテナンスコストを削減できる。また、切削粉等が出ないため、環境面での悪影響がなく、清掃作業も不要になる。(5)搬送体2が静止状態で受電される際、電極同士が接触して位置固定が可能になる。このため、ロボット加工が行われる際、搬送体2に対して半製品を固定した状態での位置変位を防ぐことができる。(6)在来の接触方式に対して、線路送電する内部導体11(ブスバー)が露出していないため、人の接触を防ぐことができる。その結果、安全性が極めて高くなる。さらに、水等の液体が掛かったとしても、その影響は少ない。(7)送電通信レール1の送電電極19は、通常はOFFの状態になっている。このため、人の近傍に送電通信レール1が設置されていたとしても安全である。なお、搬送体2がきたときには送電電極がONの状態になるが、送電電極19のサイズが搬送体2のサイズよりも小さいため、搬送体2の下に送電電極19が完全に隠れる。このため、人の接触を防ぐことができる。その結果、感電事故を防ぐことができる。
即ち、本システムは、安全性が確保され、かつ損耗がなく低コストを実現させ、大電力送電も可能な、実用性が極めて高い接触方式の電力供給システムである。
即ち、本発明が適用される電力供給システムは、
電源からの電力を送電する電力伝送線路(例えば図3の送電通信レール1)と、当該電力伝送線路から供給された電力を利用して、当該電力伝送線路を移動可能する搬送体(例えば図3の搬送体2)と、を含む電力供給システムにおいて、
前記電力伝送線路は、
直流又は交流の電線からなる内部導体(例えば図3の内部導体11(ブスバー))と、
前記内部導体を覆うように、前記内部導体と絶縁されて配置された外部導体(例えば図3の外部導体12)と、
前記外部導体の外壁面の少なくとも一部に絶縁されて配置され、前記内部導体からの電力を前記搬送体に送電する送電電極(例えば図3の送電電極19)と、
を備え、
前記搬送体は、
前記送電電極及び前記外部導体と夫々対向するように配置され、前記送電電極から送電された電力を受電する受電電極対(例えば図3の受電電極21の対)と、
所定タイミング(例えば搬送体2が停止して静止状態になったタイミング)で、前記受電電極対と、前記送電電極及び前記外部導体とが接触状態又は非接触状態となる制御(例えば受電プレートPの昇降)を実行する接触制御部(例えば図3の制御部26)と、
を備える。
前記接触制御部の制御により前記受電電極対を所定方向に移動させる昇降部(例えば図3の昇降部UD)をさらに備え、
前記接触制御部は、
前記所定タイミングとして、移動してきた前記搬送体が前記送電電極及び前記外部導体と前記受電電極対とが対向したタイミングで、前記昇降部に、前記送電電極及び前記外部導体の方向に前記受電電極対を移動させて前記送電電極及び前記外部導体に接触させる制御を実行し、
前記搬送体が移動を開始する直前のタイミングで、前記昇降部に、前記送電電極及び前記外部導体と接触状態にある前記受電電極対を、前記送電電極及び前記外部導体から離隔する方向に移動させて前記送電電極及び前記外部導体と非接触にさせる制御を実行することができる。
前記電力伝送線路は、
前記アクチュエータからの前記信号を検知するセンサ(例えば図3のスイッチ制御部17)と、
前記センサによる前記信号の検知がなされている間は、前記内部導体からの電力を前記送電電極に送電する制御を実行し、前記センサによる前記信号の検知なされていない間は、前記内部導体から前記送電電極への送電を禁止する制御を実行する送電制御部(例えば図3のスイッチ制御部17)と、
をさらに備えることができる。
前記送電電極の上に前記搬送体が存在するときには外部から視認することができないサイズであり、
前記送電制御部は、さらに、前記送電電極の上に前記搬送体が存在しないときには、前記内部導体から前記送電電極への送電を禁止する制御を実行することができる。
前記送電電極が、周辺の外部導体と短絡している状態をショートとして検知する検知部(例えば図3のショート検知部18)と、
前記検知部により前記ショートが検知されると、その旨を外部に報知する報知部(例えば図3のショート検知部18)と、
をさらに備え、
前記送電制御部は、
前記検知部により前記ショートが検知されると、前記内部導体から前記送電電極への送電を禁止する制御を実行することができる。
進行方向の前記電力伝送線路の表面上に存在する異物を前記電力伝送線路の外に排出可能なスカート(例えば図3のスカートS)及びブラシ(例えば図3のブラシB)をさらに備えることができる。
Claims (6)
- 電源からの電力を送電する電力伝送線路と、当該電力伝送線路から供給された電力を利用して、当該電力伝送線路を移動可能する搬送体と、を含む電力供給システムにおいて、
前記電力伝送線路は、
直流又は交流の電線からなる内部導体と、
前記内部導体を覆うように、前記内部導体と絶縁されて配置された外部導体と、
前記外部導体の外壁面の少なくとも一部に絶縁されて配置され、前記内部導体からの電力を前記搬送体に送電する送電電極と、
を備え、
前記搬送体は、
前記送電電極及び前記外部導体と夫々対向するように配置され、前記送電電極から送電された電力を受電する受電電極対と、
所定タイミングで、前記受電電極対と、前記送電電極及び外部導体とが接触状態又は非接触状態となる制御を実行する接触制御部と、
を備える、
電力供給システム。 - 前記搬送体は、
前記接触制御部の制御により前記受電電極対を所定方向に移動させる昇降部をさらに備え、
前記接触制御部は、
前記所定タイミングとして、移動してきた前記搬送体が前記送電電極及び前記外部導体と前記受電電極対とが対向したタイミングで、前記昇降部に、前記送電電極及び前記外部導体の方向に前記受電電極対を移動させて前記送電電極及び前記外部導体に接触させる制御を実行し、
前記搬送体が移動を開始する直前のタイミングで、前記昇降部に、前記送電電極及び前記外部導体と接触状態にある前記受電電極対を、前記送電電極及び前記外部導体から離隔する方向に移動させて前記送電電極及び前記外部導体と非接触にさせる制御を実行する、
請求項1に記載の電力供給システム。 - また、前記搬送体は、自機の移動の有無を所定の信号にて伝達するアクチュエータをさらに備え、
前記電力伝送線路は、
前記アクチュエータからの前記信号を検知するセンサと、
前記センサによる前記信号の検知がなされている間は、前記内部導体からの電力を前記送電電極に送電する制御を実行し、前記センサによる前記信号の検知なされていない間は、前記内部導体から前記送電電極への送電を禁止する制御を実行する送電制御部と、
をさらに備える、
請求項1又は2に記載の電力供給システム。 - 前記送電電極は、
前記送電電極の上に前記搬送体が存在するときには外部から視認することができないサイズであり、
前記送電制御部は、さらに、前記送電電極の上に前記搬送体が存在しないときには、前記内部導体から前記送電電極への送電を禁止する制御を実行する、
請求項3のうちいずれか1項に記載の電力供給システム。 - 前記電力伝送線路は、
前記送電電極が、周辺の外部導体と短絡している状態をショートとして検知する検知部と、
前記検知部により前記ショートが検知されると、その旨を外部に報知する報知部と、
をさらに備え、
前記送電制御部は、
前記検知部により前記ショートが検知されると、前記内部導体から前記送電電極への送電を禁止する制御を実行する、
請求項3又は4に記載の電力供給システム。 - また、前記搬送体は、
進行方向の前記電力伝送線路の表面上に存在する異物を前記電力伝送線路の外に排出可能なスカート及びブラシをさらに備える、
請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の電力供給システム。
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