KR20130006294A - 비접촉 급전 설비 - Google Patents

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가부시끼가이샤 콘텍쿠
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Abstract

급전선에 대한 급전이 정지하는 리스크를 저감할 수 있고, 변동하는 소비 전력에 따라 최적인 전력을 공급함으로써 에너지 절약을 도모하는 것을 가능하게 하고, 정지 중의 전원 장치를 안전하게 취급할 수 있는 비접촉 급전 설비를 제공한다.
급전선(12)에 3대의 전원 장치(31)를 송수전 커플러(32)를 통해서 직렬로 접속해서 각 송전 커플러(32B)의 양단을 각각 단락하는 단락 스위치(38)를 구비하고, 3대의 수전 커플러(32A) 및 급전선(12)으로 이루어지는 회로를 소정 주파수(f)에서 직렬 공진 회로로 설정하고, 각 송전 커플러(32B), 및 전원 장치(31)와 송전 커플러(32B) 사이를 접속하는 선로로 이루어지는 회로의 임피던스를 소정 주파수(f)에서 용량성 리액턴스에 설정하고, 전원 장치(31)를 급전선(12)으로 흐르는 전류를 피드백하면서 상기 선로로 이루어지는 회로로 출력하는 전압을 제어함으로써 소정 주파수(f)의 정전류를 급전선으로 출력하는 구성으로 한다.

Description

비접촉 급전 설비{NONCONTACT POWER SUPPLY FACILITY}
본 발명은 전원 장치로부터 전력 공급 대상에 대해서 비접촉으로 급전을 행하는 비접촉 급전 설비에 관한 것이다.
공지의 비접촉 급전 설비는, 예컨대 일본 특허 제 4100168 호 공보에 나타내는 바와 같이 전류 위상을 동기해서 전류를 공급하는 복수의 전원 장치를 급전선에 직렬 접속하고, 급전 중 전력 공급 대상의 반송 대차의 대수에 따라 급전선에 전원 장치를 투입해서 반송 대차의 대수에 따른 전력을 공급할 수 있게 구성되어 있다.
또한, 이 비접촉 급전 설비는 급전 설비 전체를 정지시키지 않고 전류 장치와 급전선 사이를 단락 수단에 의해 단락함으로써 급전 중에 어느 하나의 전원 장치만을 정지(차단)시킬 수 있게 구성되어 운전 중의 전원 장치의 유지 보수를 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
그러나, 상기 공지의 비접촉 급전 설비의 구성에서는 다음과 같은 기술 문제가 생긴다.
(1) 반송 대차의 대수가 허용 대수를 초과했을 때에 새롭게 전원 장치를 투입하게 되어 있고, 반송 대차의 부하(주행용 모터의 회전수 등)의 변화에 의해 반송 대차의 소비 전력은 리얼 타임으로 변화되기 때문에 반송 대차의 대수의 관리만으로는 전원 장치를 필요 이상으로 급전선에 투입해버려 전력의 낭비가 발생될 경우가 있다.
(2) 반송 대차측에서는 전원 장치의 상태와는 무관하게 전력이 소비되고 있기 때문에 전원 장치에 문제가 발생되었을 경우, 즉시 반송 대차가 전력 부족에 빠질 우려가 있다.
(3) 다른 전원 장치로부터 급전선으로 전력의 공급을 행하고 있는 동안 정지 중의 전원 장치는 전원 장치와 급전선 사이가 단락 수단에 의해 단락되어 전기적으로는 차단되어 있지만 정지 중의 전원 장치와 급전선의 접속은 기계적으로 유지되어 있으므로 정지 중의 전원 장치에 대해서 안심하고 유지 보수 등을 행하는 것이 곤란하다.
그래서, 본 발명은 이들 기술 문제를 해결해서 급전선에 대한 급전이 정지하는 리스크를 저감할 수 있고, 변동하는 소비 전력에 따라 최적인 전력을 공급함으로써 에너지 절약을 도모하는 것을 가능하게 해서 정지 중의 전원 장치를 안전하게 취급할 수 있는 비접촉 급전 설비를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이 기술적 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 급전선과, 동기해서 상기 급전선으로 소정 주파수의 정전류를 공급하는 복수의 전원 장치를 구비하고, 소비 전력이 변동하는 부하로 상기 급전선으로부터 비접촉으로 급전하는 비접촉 급전 설비로서, 상기 각 전원 장치에 대응해서 상기 급전선에 직렬로 접속된 수전(受電) 커플러 및 상기 전원 장치에 접속된 송전 커플러로 이루어지는 송수전 커플러를 구비하고, 상기 각 송수전 커플러에 각각, 각 송수전 커플러에 대응하는 전원 장치를 상기 급전선으로부터 전기적으로 차단시키는 차단 스위치를 구비하고, 상기 복수의 수전 커플러 및 상기 급전선으로 이루어지는 회로를 상기 소정 주파수에서 직렬 공진 회로로 설정하고, 상기 송전 커플러, 및 상기 전원 장치와 송전 커플러 사이를 접속하는 전원선으로 이루어지는 회로의 임피던스를 상기 소정 주파수에서 용량성 리액턴스로 설정하고, 상기 전원 장치를 상기 급전선으로 흐르는 전류를 피드백하면서 상기 전원선으로 이루어지는 회로로 출력하는 출력 전압을 제어함으로써 상기 소정 주파수의 정전류를 급전선으로 출력하는 구성으로 하고, 상기 각 전원 장치에 상기 부하의 소비 전력의 감소에 따라 정지하는 순위를 설정하고, 상기 부하의 소비 전력이 감소하면 상기 순위에 의해 정지 대상의 전원 장치를 결정하고, 이 정지 대상의 전원 장치에 대응하는 상기 차단 스위치를 단락하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면 본 발명의 비접촉 급전 설비는 기존 기술과 대비해서 다음의 유익한 기술 효과를 갖고 있다.
(1) 각 전원 장치는 각각 송수전 커플러를 통해서 급전선에 직렬로 접속되고, 복수의 전원 장치에 의해 급전선으로 급전할 수 있음으로써 이상이 발생된 전원 장치를 급전선으로부터 차단시켜도 다른 전원 장치에 의해 전류를 계속 공급할 수 있어 설비의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
(2) 변동하는 소비 전력에 따라 전원 장치를 차단[슬립핑(sleeping)시킴]시킬 수 있어 최적인 전력을 공급하면서 에너지 절약을 도모할 수 있고, 이 때 정전류를 유지할 수 있어 급전선측으로의 영향을 억제할 수 있다.
(3) 송수전 커플러의 송전 커플러를 수전 커플러로부터 기계적으로 차단시킴으로써 전원 장치를 급전선으로부터 전기적 및 기계적으로 차단할 수 있어 전원 장치의 유지를 안전하게 행할 수 있다.
(4) 전원선측의 회로를 용량성 리액턴스로 설정함으로써 강압(降壓) 회로의 출력 전압을 제어해서 급전선의 전류가 일정해지도록 피드백 제어할 때 증가하는 출력 전압은 용량성 리액턴스에 의해 설정되는 출력 전압과 비교해서 작아 전압 제어를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 비접촉 급전 설비의 구성도이다.
도 2는 동(同) 비접촉 급전 설비의 회로 구성도이다.
도 3은 동 비접촉 급전 설비의 전원 장치의 전원 제어 장치의 정전류 제어 블록도이다.
도 4는 동 비접촉 급전 설비의 전원 장치의 기동/정지 순서를 나타내는 플로우챠트이다.
도 5는 동 비접촉 급전 설비의 다른 회로 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 비접촉 급전 설비의 회로 구성도이다.
도 7은 비접촉 급전 설비의 전원 장치의 정지시의 전류의 흐름을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
[실시형태 1]
도 1은 실시형태 1에 있어서의 비접촉 급전 설비의 구성도이며, 복수의 반송 대차(전력 공급 대상의 일례)(11)에 비접촉으로 급전하는 설비이며, 반송 대차(11)가 주행하는 경로를 따라 소정 주파수(f)(예컨대, 10㎑)의 정전류가 공급되는 급전선(12)이 부설되어 있다.
"반송 대차"
반송 대차(11)에는 도 2에 도시하는 바와 같이 급전선(12)에 의해 기전력이 유기되는 수전 코일(21)이 설치되고, 이 수전 코일(21)에 수전 유닛(22)이 접속되고, 이 수전 유닛(22)에 인버터(23)를 통해서 반송 대차(11)를 주행하기 위한 주행용 모터(소비 전력이 변동하는 부하의 일례)(24)가 접속되고, 수전 코일(21)에 유도되는 기전력에 의해 주행용 모터(24)로 급전하고 있다. 또한, 반송 대차(11)에는 반송 대차(11)의 주행을 제어하는 컨트롤러(대차 컨트롤러)(25)가 설치되고, 이 대차 컨트롤러(25)로부터의 지령에 의해 인버터(23)가 구동되어 반송 대차(11)의 주행이 제어되고 있다. 또한, 대차 컨트롤러(25)는 통신 장치(26)를 구비하고 있고, 후술하는 지상 제어 장치(28)의 통신 장치(29)와의 사이에서 통신을 행함으로써 지상 제어 장치(28)로부터 반송 대차(11)의 이동처(예컨대, 스테이션)나 전력 인하 지령(후술함)이 수신되어 지상 제어 장치(28)로 반송 대차(11)의 상태의 일례로서 인버터(23)로부터 피드백되는 소비 전력을 송신하고 있다. 또한, 대차 컨트롤러(25)는 상기 전력 인하 지령을 입력하면 주행용 모터(24)의 회전수를 줄이거나 정지하거나 해서 소비 전력을 인하하는 제어를 실행한다.
"급전선(12) 등"
상기 급전선(12)에는 도 1에 도시하는 바와 같이 복수(실시형태 1에서는 3대)의 동일한 전원 장치(31)가 송수전 커플러(32)를 통해서 직렬로 접속되어 있고, 이들 전원 장치(31)로부터 급전선(12)에 소정 주파수(f)의 정전류가 공급되도록 구성되어 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
상기 송수전 커플러(32)는 기계적으로 접속되는 수전 커플러(32A)와 송전 커플러(32B)로 구성되고, 이들 수전 커플러(32A)와 송전 커플러(32B)의 권수비는 1대1로 되어 있다.
또한, 급전선(12)에는 임피던스를 조정하는 리액터(33)와 콘덴서(34)가 직렬로 접속되고, 3대의 수전 커플러(32A)와 급전선(12)과 리액터(33)와 콘덴서(34)가 직렬로 접속된 회로는 소정 주파수(f)로 직렬 공진 회로에 형성되어 있다.
또한, 각 송전 커플러(32B)와 전원 장치(31) 사이를 접속하는 전원선(35)에 임피던스를 조정하는 콘덴서(36) 및 리액터(37)가 직렬로 접속되고, 이들 송전 커플러(32B)와 콘덴서(36)와 리액터(37)가 직렬로 접속된 회로의 소정 주파수(f)에서의 임피던스는 소정의 용량성 리액턴스로 조정(설정)되어 있다. 또한, 송전 커플러(32B)의 양단에 양단을 단락하는 단락 스위치(38)가 접속되어 있다. 또한, 단락 스위치(38)보다 전원 장치(31)측에 작업자의 수동 조작에 의해 송전 커플러(32B) 및 단락 스위치(38)를 차단시키는 수동 스위치(단로기)(39)가 설치되어 있다. 이 수동 스위치(39)는 항상 폐쇄의 상태로 되어 있다. 상기 단락 스위치(38)에 의해 각 송수전 커플러(32)에 각각 설치되어 각 송수전 커플러(32)에 대응하는 전원 장치(31)를 급전선(12)으로부터 전기적으로 차단시키는 차단 스위치가 구성되어 있다.
또한, 상기 지상 제어 장치(28)와 함께 동기 신호 발생 장치(40)가 설치되어 있고, 이 동기 신호 발생 장치(40)는 각 전원 장치(31)로 소정 주파수(f)의 동기 신호를 출력하고 있다.
"지상 제어 장치(28)"
지상 제어 장치(28)는 통신 장치(29)를 구비하고 다음 기능을 갖고 있다.
또한, 지상 제어 장치(28)에는 미리 각 전원 장치(31)를 슬립핑하는 순위(정지시키는 순서)가 설정되고, 또한 전체 전원 장치(31)에서 공급 가능한 전력이 설정되어 있다. 또한, 각 반송 대차(11)로부터 통신 장치(29)를 통해서 소비 전력을 입력하고 있고, 이들 소비 전력을 가산해서 전체 반송 대차(11)가 소비하고 있는 전력을 구하고 있다. 또한, 각 전원 장치(31)로부터 계측하고 있는 강압 회로(45)의 출력 전압(후술함)과 장치 내 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되었을 때의 온도 이상 신호(후술함)를 입력하고 있다.
(l) 입력하고 있는 전원 장치(31)의 강압 회로(45)의 출력 전압이 미리 설정된 전압까지 하강하면[정전류가 공급되고 있는 급전선(12)에 의해 소비되는 전력이 저하되면 각 전원 장치(31)의 출력 전압은 저하함], 전원 장치(31)를 슬립핑할 수 있는 것으로 판단해서 슬립핑하는 순위에 따라서 정지시키는 전원 장치(31)를 결정하고, 결정한 전원 장치(31)로 차단 지령을 출력한다.
(2) 1대 또는 2대의 전원 장치(31)가 슬립핑하고 있는 상태에서 입력하고 있는 강압 회로(45)의 출력 전압이 미리 설정된 전압까지 상승하면[정전류가 공급되고 있는 급전선(12)에 의해 소비되는 전력이 증가하면 각 전원 장치(31)의 출력 전압은 상승함], 또는 급전 중(운용 중)의 전원 장치(31)로부터 후술하는 온도 이상 신호를 입력하면 전원 장치(31)의 대수가 부족하여 슬립핑 중인 전원 장치(31)를 투입할 필요가 있다고 판단해서 슬립핑하고 있던 전원 장치(31)로 투입 지령을 출력한다.
(3) 전체 반송 대차(11)에서 소비되고 있는 전력이 전체 전원 장치(31)가 공급 가능한 전력에 가까운 전력(소정 비율의 전력 ; 역치 전력)에 근접하고 있는지의 여부를 판단해서 역치 전력을 초과하면 각 반송 대차(11)에 대해서 통신 장치(29)를 통해서 소비 전력을 인하하는 「전력 인하 지령」을 출력한다. 반송 대차(11)의 대차 컨트롤러(25)는 통신 장치(26)를 통해서 이 「전력 인하 지령」을 입력하면, 예컨대 주행 속도를 저하하거나 또는 정지해서 소비 전력을 저하시킨다.
"전원 장치"
전원 장치(31)에는 도 2에 도시하는 바와 같이 전원 장치(31)로 급전하는 교류 전원(41)이 접속되어 있고, 전원 장치(31)는 교류 전원(41)의 접속차단을 행하는 는 전자 차단기로 이루어지는 투입 스위치(42)와, 투입 스위치(42)를 통해서 입력된 교류 전원(41)의 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류기(전파 정류기)(43)와, 기동·정지 회로(44)와, 정류기(전파 정류기)(43)로부터 기동·정지 회로(44)를 통해서 인가되는 직류 전압(예컨대, 297V)을 강압하는 강압 회로(45)(정격 전압은, 예컨대 240V)와, 동기 신호 발생 장치(40)로부터 소정 주파수(f)의 동기 신호가 입력되는 인버터(46)와, 전원 제어 장치(47)로 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해 피드백되는 급전선(12)의 전류에 의거하여 강압 회로(45)로부터 인버터(46)로 출력되는 직류 전압(모선 전압)을 제어함으로써 급전선(12)의 전류가 일정해지도록 피드백 제어되고, 인버터(46)에 의해 동기해서 소정 주파수(f)의 전류(교류 전류)로 변환되어서 급전선(12)으로 출력된다(상세한 사항은 후술함). 또한, 전원 장치(31) 내에는 온도 센서(48)가 설치되고, 검출된 온도의 데이터가 전원 제어 장치(47)로 입력되고 있다.
상기 기동·정지 회로(44)는 정류기(43)와 강압 회로(45) 사이에 직렬로 접속되는 돌입 저항(51) 및 코일(리액터)(52)과, 상기 돌입 저항(51)을 단락하는 기동 컨덕터(53)와, 돌입 저항(51) 및 코일(52)의 접속점과 정류기(43) 사이에 직렬로 접속되어 있는 방전 저항(54) 및 정지 컨덕터(55)로 구성되어 있다.
또한, 상기 강압 회로(45)는 기동·정지 회로(44)의 출력에 병렬로 접속된 입력 콘덴서(61)와, 기동·정지 회로(44)와 인버터(46) 사이에 직렬로 접속된 강압용 스위칭 소자(62) 및 코일(63)과, 강압용 스위칭 소자(62)와 코일(63)의 접속점에 캐소드가 접속된 다이오드(65)와, 코일(63)과 인버터(46)의 접속점에 일단이 접속되고, 인버터(46)에 병렬로 접속된 출력 콘덴서(67)와, 상기 강압용 스위칭 소자(62)를 펄스 제어하는 강압 컨트롤러(68)로 구성되어 있다.
강압 컨트롤러(68)는 전원 제어 장치(47)로부터의 지령에 따라 강압용 스위칭 소자(62)를 펄스 제어해서 인가되는 직류 전압, 예컨대 297V를 280V∼200V의 범위(정격 전압은, 예컨대 240V)에서 강압시켜 인버터(46)로 출력한다. 이에 따라, 급전선(12)의 전류가 일정해지도록 피드백 제어된다(상세한 사항은 후술함). 전원 제어 장치(47)로부터의 지령이 「전압 인상 지령」일 때 서서히 강압용 스위칭 소자(62)로 출력하는 펄스의 온(ON) 시간을 증가시켜 출력 전압을 상승시키고, 반대로 「전압 인하 지령」일 때 서서히 강압용 스위칭 소자(62)로 출력하는 펄스의 온 시간을 감소시켜 출력 전압을 하강시키며, 어느쪽의 지령도 입력하고 있지 않을 때 펄스의 온 시간을 일정하게 유지해서 출력 전압을 일정하게 유지한다. 또한, 강압용 스위칭 소자(62)에 이상이 발생되어 강압 제어가 불가능해지면 전원 제어 장치(47)로 이상 신호를 출력한다.
상기 인버터(46)는 풀브리지(Full-Bridge)로 짜여진 IGBT로 이루어지는 스위칭 소자(71)와, 각 스위칭 소자(71)에 흐르는 전류와 역방향으로 전류가 흐르도록 각 스위칭 소자(71)의 양단에 접속된 다이오드(72)와, 인버터 컨트롤러(73)로 구성되어 있다.
인버터 컨트롤러(73)는 전원 제어 장치(47)로부터 기동 지령을 입력하면 동기 신호 발생 장치(40)로부터 입력한 소정 주파수(f)의 동기 신호에 동기해서 구형파의 게이트 신호를 출력하고, 직류 전류의 마이너스측에 접속된 하단측의 2개의 스위칭 소자(71)를 180도씩 도통시키고, 직류 전류의 플러스측에 접속된 상단측의 2개의 스위칭 소자(71)를 거의 120도의 도통 상태로 제어한다. 이 제어에 의해 직류 전류는 동기해서 소정 주파수(f)의 교류 전류로 변환되어 급전선(12)에 급전된다. 이와 같이, 인버터(46)는 펄스폭(duty)이 일정하게 제어되어 직류 전류를 소정 주파수(f)의 전류로 변환하는 기능을 달성하고 있다. 또한, 전원 제어 장치(47)로부터 정지 지령을 입력하면 스위칭 소자(71)의 구동을 정지해서 전류의 출력을 정지한다. 또한, 스위칭 소자(71)에 이상이 발생되어 주파수 제어가 불가능하게 되면 전원 제어 장치(47)로 이상 신호를 출력한다.
전원 제어 장치(47)에는 지상 제어 장치(28)의 통신 장치(29)와 데이터 통신을 행하는 통신 장치(75)가 설치되고, 전원 제어 장치(47)는 강압 회로(45)의 출력 전압과 급전선(12)에 흐르는 전류를 계측하고 있고, 온도 센서(48)로부터 입력되는 온도 데이터에 의해 장치 내 온도가 미리 설정된 온도[스위칭 소자(62, 71)가 과부하 또는 과부하에 근접함으로써 발열하여 상승하는 온도] 이상으로 되어 있는지의 여부를 감시하고 있다. 그리고, 지상 제어 장치(28)로 계측하고 있는 강압 회로(45)의 출력 전압을 송신하고, 또한 장치 내 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되었을 때에 온도 이상 신호를 송신하고, 반대로 지상 제어 장치(28)로부터 급전선(12)으로의 투입 지령, 및 급전선(12)으로부터의 차단 지령을 수신하고 있다.
전원 제어 장치(47)는 출력 전류를 정전류로 제어하는 정전류 제어 기능과, 전원 장치(31)를 급전선(12)으로 투입하고 급전선(12)으로부터 차단시키는 투입·차단 기능을 갖고 있다.
정전류 제어 기능은 도 3에 도시하는 바와 같이 급전선(12)의 전류에 따라 전원 장치(31)의 출력 전압을 제어한다. 즉, 목적의 정전류(예컨대, 80A)로부터 피드백되어 온 급전선(12)에 흐르는 전류를 감산해서 편차(e)를 구하고, 이 편차(e)가 플러스 α(양의 제로에 가까운 정수) 이상이고 또한 강압 회로(45)의 출력 전압이 하한 전압(예컨대, 200V) 이상일 때에 상기 「전압 인하 지령」을 강압 회로(45)로 출력하고, 또한 편차(e)가 마이너스 α 이하이고 또한 강압 회로(45)의 출력 전압이 상한 전압(예컨대, 280V) 이하일 때에 상기 「전압 인상 지령」을 강압 회로(45)로 출력한다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 강압 회로(45)의 출력 전압을 제어함으로써 급전선(12)의 전류가 일정해지도록 피드백 제어된다.
또한, 투입·차단 기능을 도 4A, 도 4B에 나타내는 플로우챠트에 따라서 설명한다.
"투입시"
투입 이전은 강압 회로(45)와 인버터(46)의 스위칭 소자(62, 71)는 구동되지 않고 OFF 상태에 있고, 투입 스위치(42)는 개방 상태, 기동·정지 회로(44)의 기동 컨덕터(53)는 개방 상태, 정지 컨덕터(55)는 개방 상태로 되고, 또한 단락 스위치(38)는 폐쇄 상태(단락 상태)로 되어 있다. 또한, 수동 스위치(39)는 항상 폐쇄 상태로 되어 있다.
이와 같은 상태에서 전원 제어 장치(47)는 지상 제어 장치(28)로부터 상기 투입 지령을 입력하면(스텝-A1), 전원 제어 장치(47)는 우선 투입 스위치(42)를 폐쇄로 해서 교류 전원(41)을 접속한다(스텝-A2). 이 때, 기동 컨덕터(53)는 개방 상태이므로 돌입 저항(51)에 의해 돌입 전류가 억제되고 있다. 이어서, 투입 스위치(42)의 구동으로부터 소정 시간 후에 기동 컨덕터(53)를 폐쇄로 해서 돌입 저항(51)을 단락시킨다(스텝-A3).
이어서, 강압 컨트롤러(68)로 기동 지령을 출력하고(스텝-A4), 이어서 상기 정전류 제어 기능에 의해 상기 전압 인상 지령, 전압 인하 지령을 출력해서 강압 회로(45)의 강압용 스위칭 소자(62)를 구동한다(단계-A5). 이에 따라, 급전선(12)에 흐르는 전류가 얻어지도록 강압 회로(45)의 출력 전압(모선 전압)이 제어된다.
이어서, 인버터(46)의 인버터 컨트롤러(73)로 기동 지령을 출력해서 스위칭 소자(71)를 구동한다(스텝-A6). 인버터 컨트롤러(73)에 의해 상술한 바와 같이 소정 주파수(f)의 전류가 전원선(35)으로 출력된다.
이어서, 단락 스위치(38)를 개방 상태로 해서 전원 장치(31)를 송수전 커플러(32)를 통해서 급전선(12)으로 투입한다(스텝-A7).
"차단 정지시"
전원 제어 장치(47)는 지상 제어 장치(28)로부터 상기 차단 지령을 입력하면(스텝-B1), 우선 단락 스위치(38)를 폐쇄 상태(단락 상태)로 해서 전원 장치(31)를 급전선(12)으로부터 전기적으로 차단시킨다(스텝-B2).
이어서, 인버터(46)의 인버터 컨트롤러(73)로 정지 지령을 출력해서 스위칭 소자(71)의 구동을 정지하고(스텝-B3), 강압 컨트롤러(68)로 정지 지령을 출력해서 강압용 스위칭 소자(62)를 정지한다(스텝-B4).
이어서, 투입 스위치(42)를 개방으로 해서 교류 전원(41)으로부터 차단하고(스텝-B5), 이어서 정지 컨덕터(55)를 폐쇄로 해서 방전 저항(54)에 의해 전원 장치(31)에 축적되어 있는 전하를 소비하고(스텝-B6), 이어서 기동 컨덕터(53)를 개방 상태로 해서(스텝-B7) 종료한다.
또한, 강압 컨트롤러(68) 또는 인버터 컨트롤러(73)로부터 이상 신호를 입력하면 지상 제어 장치(28)로 이상 정지 신호를 출력한다.
상기 구성에 의한 작용을 설명한다.
지금, 직렬인 3대의 전원 장치(31)에 의해 급전선(12)으로 소정 주파수(f)의 정전류(예컨대, 80A)가 급전되고 있다고 한다. 이 때, 각 전원 장치(31)의 출력 전류(정전류)는 동기되어 있음으로써 각 전원 장치(31)의 출력 전류가 서로 상쇄되지 않고 각 전원 장치(31)로부터 반송 대차(부하)(11)에 전류를 공급할 수 있다.
또한, 전원 장치(31)의 출력 전압은 급전선(12)이 무부하시[반송 대차(11)가 수전하고 있지 않을 때]에는 수전 커플러(32A)를 포함한 임피던스는 제로(공진 회로)이므로 전원 장치(31)의 출력 전압은 급전선(12)으로 공급하는 정전류에 전원선(35)측의 회로에 설정된 용량성 리액턴스를 승산함으로써 구해지고, 높은 전압(예컨대, 240V)으로 설정된다. 그리고, 급전선(12)에 부하가 가해지면[반송 대차(11)가 수전을 개시하면] 부하는 전원 장치(31)에는 저항의 증가로서 인식되고, 이 저항에 정전류를 승산해서 구하는 전압을 각 전원 장치(31)에서 분담해서 출력 전압을 증가시킴으로써 정전류가 유지된다. 즉, 상기 정전류 제어 기능에 의해 강압 회로(45)의 출력 전압을 제어함으로써 급전선(12)의 전류가 일정해지도록 피드백 제어된다. 이 때, 증가하는 출력 전압은 용량성 리액턴스에 의해 설정되는 전압과 비교해서 작아 전압 제어가 용이하게 된다. 또한, 운전 중의 전원 장치(31)는 분담해서 같은 전력을 공급하고 있기 때문에 강압 회로(45)의 출력 전압은 동일하게 된다.
또한, 전원선(35)측의 임피던스가 제로이면(직렬 공진 회로가 형성되어 있으면) 출력 전압은 무부하인 대략 0V의 상태로부터 저항과 정전류를 승산해서 구하는 출력 전압까지 급격하게 증가시킬 필요가 있어 제어가 곤란하게 된다.
또한, 부하의 소비 전력에 따라, 즉 강압 회로(45)의 출력 전압에 따라 3대의 전원 장치(31) 중 운전하는 대수가 결정되고, 강압 회로(45)의 출력 전압이 낮아지면(부하의 소비 전력이 감소하면) 슬립핑의 순위에 따라서 정지 대상의 전원 장치(31)가 결정되고, 정지 대상의 전원 장치(31)에 차단 지령이 출력된다. 이에 따라, 정지 대상의 전원 장치(31)의 단락 스위치(38)가 단락되고, 정지 대상의 전원 장치(31)가 급전선(12)으로부터 차단되어 전원 장치(31)가 슬립핑한다. 그러면, 이 슬립핑한 전원 장치(31)만큼 급전선(12)으로의 인가 전압이 감소해서 급전선(12)의 전류값은 낮아지므로 나머지의 전원 장치(31)의 강압 회로(45)의 출력 전압(모선 전압)은 피드백 제어에 의해 상승해서 정전류가 유지된다.
또한, 전원 장치(31)에 이상이 발생되면 단락 스위치(38)가 단락되고 급전선(12)으로부터 차단되어 전원 장치(31)는 이상 정지한다. 이 때, 마찬가지로 정지한 전원 장치(31)만큼 급전선(12)으로의 인가 전압이 감소해서 급전선(12)의 전류값은 낮아지므로 나머지의 전원 장치(31)의 강압 회로(45)의 출력 전압(모선 전압)은 피드백 제어에 의해 상승하여 나머지의 전원 장치(31)에 의해 급전선(12)으로 공급되는 전력의 백업이 실행되고, 또한 나머지의 전원 장치(31)의 출력 전력이 부족한 것 같으면 반송 대차(11)로 "전력 인하 지령"이 출력되어 급전선(12)의 부하를 낮춤으로써 나머지의 전원 장치(31)가 과부하가 되어 전력을 공급할 수 없게 될 우려를 해소하고 있다.
또한, 단락하지 않고 정지 대상의 전원 장치(31)의 출력 전류를 정지하면 송전 커플러(32B)를 포함한 전원선(35)측의 용량성 리액턴스가 급전선(12)의 부하가 되고, 그 만큼 다른 전원 장치(31)의 출력 전력이 증가하여 전원 장치(31)를 슬립핑시킨 의미가 없어진다.
또한, 반대로 강압 회로(45)의 출력 전압이 높아지면(부하의 소비 전력이 증가하면) 슬립핑하고 있던 전원 장치(31)에 투입 지령이 출력된다. 이에 따라, 슬립핑하고 있던 전원 장치(31)는 동기한 소정 주파수(f)의 정전류를 발생시킨 후 단락 스위치(38)가 개방되어 전원 장치(31)가 급전선(12)에 투입된다. 그러면, 새롭게 투입된 전원 장치(31)만큼 급전선(12)으로의 인가 전압이 증가해서 급전선(12)의 전류값은 상승하므로 나머지의 전원 장치(31)의 강압 회로(45)의 출력 전압(모선 전압)은 피드백 제어에 의해 하강되어 정전류가 유지된다.
또한, 전원 장치(31) 내의 온도에 의해 과부하로 되어 있지 않은지의 여부가 감시되고 있고, 과부하로 판단되면 슬립핑하고 있는 전원 장치(31)가 있을 경우에는 슬립핑하고 있던 전원 장치(31)에 투입 지령이 출력된다. 또한, 슬립핑하고 있는 전원 장치(31)가 없을 경우에는 반송 대차(11)로 「전력 인하 지령」이 출력되어 급전선(12)의 부하가 내려간다.
또한, 전체 반송 대차(11)의 소비 전력이 상기 역치 전력을 초과하면 반송 대차(11)로 전력 인하 지령이 출력되어 급전선(12)의 부하가 내려간다.
또한, 송수전 커플러(32)의 송전 커플러(32B)와 수전 커플러(32A)는 기계적으로 차단할 수 있음으로써 작업자는 전원 장치(31)와 급전선(12)을 임의로 기계적으로 완전하게 차단시킬 수 있다.
또한, 전원 장치(31)의 유지시에는 전원 장치(31)를 슬립 상태[단락 스위치(38)는 단락 상태]로 해서 작업자가 수동 스위치(39)를 개방 조작함으로써 전원 장치(31)는 급전선(12)과 전기적 및 기계적으로 차단되어 유지가 안전하게 행하여진다.
이상과 같이 본 실시형태 1에 의하면 3대의 전원 장치(31)에 의해 급전선(12)으로 급전하고 있음으로써 1대의 전원 장치(31)에 이상이 발생되어도 다른 2대에서 백업할 수 있어[전력이 부족할 때는 반송 대차(11)에서 전력 인하 지령이 출력됨] 급전선(12)이 정전되는 리스크를 저감할 수 있다. 또한, 변동하는 소비 전력에 따라 전원 장치(31)를 슬립핑시킴으로써 최적인 전력을 공급하면서 에너지 절약을 도모할 수 있고, 이 때 나머지의 전원 장치(31)에 의해 정전류를 유지할 수 있어 급전선(12)의 전류 변동을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 의하면 전원선(35)측의 회로를 용량성 리액턴스로 설정함으로써 강압 회로(45)의 출력 전압을 제어함으로써 급전선(12)의 전류가 일정해지도록 피드백 제어될 때 증가하는 출력 전압은 용량성 리액턴스에 의해 설정되는 전압과 비교해서 작아 전압 제어를 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 의하면 전원 장치(31) 내의 온도에 의해 과부하로 되어 있지 않은지의 여부가 감시되고, 슬립핑하고 있는 전원 장치(31)가 있을 경우에는 슬립핑하고 있던 전원 장치(31)에 투입 지령이 출력되고, 또한 슬립핑하고 있는 전원 장치(31)가 없을 경우에는 반송 대차(11)로 전력 인하 지령이 출력됨으로써 급전선(12)의 부하를 내릴 수 있고, 따라서 전원 장치(31)의 과부하를 해소할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 의하면 전체 반송 대차(11)의 소비 전력이 상기 역치 전력을 초과하면 반송 대차(11)로 "전력 인하 지령"이 출력됨으로써 급전선(12)의 부하를 내릴 수 있고, 따라서 전원 장치(31)가 과부하가 되어 전력을 공급할 수 없게 될 우려를 해소할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 의하면 송수전 커플러(32)의 송전 커플러(32B)를 수전 커플러(32A)로부터 기계적으로 차단시킴으로써 전원 장치(31)를 급전선(12)으로부터 기계적으로 긴급히 완전하게 차단시킬 수 있고, 이에 따라 전원 장치(31) 또는 급전선(12)에 어떠한 이상이 발생되었거나 또는 발생될 우려가 있을 때 서로를 보호할 수 있고, 또한 전원 장치(31)의 유지를 안전하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에 의하면 슬립핑한 전원 장치(31)[단락 스위치(38)는 단락 상태]의 수동 스위치(39)를 작업자가 개방 조작함으로써 전원 장치(31)를 전기적 및 기계적으로 차단시킬 수 있고, 전원 장치(31)의 유지를 안전하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는 전원 장치(31)를 급전선(12)으로부터 전기적으로 차단시키는 차단 스위치로서, 도 5A에 도시하는 바와 같이 송전 커플러(32B)의 양단에 양단을 단락하는 단락 스위치(38)를 설치하고 있지만 이러한 단락 스위치(38) 대신에 도 5B에 도시하는 바와 같이 수전 커플러(32A)에 제 3차 권선에 상당하는 코일(77)을 감고, 그 양단을 단락하는 단락 스위치(38')를 설치해도 좋다.
이 단락 스위치(38')는 전원 장치(31)로부터 급전선(12)으로 급전하고 있을 때는 개방 상태로 되어 있고, 전원 제어 장치(47)는 지상 제어 장치(28)로부터 상기 차단 지령을 입력하면 이 단락 스위치(38')를 폐쇄 상태(단락 상태)로 해서 상기 코일(77)의 양단을 단락한다. 이에 따라, 송전 커플러(32B)와 수전 커플러(32A) 사이에 형성되어 있던 자로(磁路)가 차단되고, 따라서 전원 장치(31)를 급전선(12)으로부터 전기적으로 차단시킬 수 있다. 또한, 단락 스위치(38')가 개방되어 있을 때 송전 커플러(32B)와 수전 커플러(32A) 사이에 자력이 발생되고 있어 송전 커플러(32B)를 수전 커플러(32A)로부터 떼어내기 위해서는 강한 힘이 필요하지만 단락 스위치(38')가 단락되면 수전 커플러(32A)에서 자력이 없어지므로 송전 커플러(32B)를 떼어내기 쉽게 할 수 있다.
또한, 도 5C에 도시하는 바와 같이 상기 단락 스위치(38)와 단락 스위치(38')를 함께 설치하도록 하는 것으로 해도 좋다.
[실시형태 2]
본 발명의 실시형태 2의 비접촉 급전 설비는 도 6에 도시하는 바와 같이 상기 실시형태 1에 있어서의 단락 스위치(38) 및 수동 스위치(39)를 불필요하게 하고, 또한 송전 커플러(32B)와 콘덴서(36)와 리액터(37)가 직렬로 접속된 회로를 소정 주파수(f)에서 직렬 공진 회로(임피던스를 제로)로 하고 있다.
그리고, 전원 장치(31)를 급전선(12)으로부터 차단시킬 때 단락 스위치(38)를 단락하는 것 대신에 인버터 컨트롤러(73)에 의해 인버터(46)의 각 스위칭 소자(71) 중 직류 전류의 플러스측에 접속된 상단의 2개의 스위칭 소자(71)를 도통시키지 않고, 직류 전류의 마이너스측에 접속된 하단의 2개의 스위칭 소자(71)를 동기 신호에 맞춰서 180°의 도통 상태로 제어한다. 이와 같이, 스위칭 소자(71)를 구동하면 도 7에 도시하는 바와 같이 강압 회로(45)로부터의 전류의 유입은 없고, 송전 커플러(32B)와 콘덴서(36)와 리액터(37)가 직렬로 접속된 회로는 직류 전류의 마이너스측에 접속되는 2개의 스위칭 소자(71) 및 이들 스위칭 소자(71)의 양단에 접속된 다이오드(72)에 의해 폐회로로 형성되고, 급전선(12)으로부터 소정 주파수(f)의 정전류가 흐른다. 이 때, 이 회로 임피던스는 소정 주파수(f)에서 0이므로 급전선(12)의 부하로 되는 일없이 전원 장치(31)를 차단시킬 수 있다.
다른 구성, 작용은 실시형태 1과 같으므로 설명을 생략한다.
이상과 같이, 실시형태 2에 의하면 단락 스위치(38)를 설치할 필요를 없앨 수 있다. 또한, 송수전 커플러(32)의 송전 커플러(32B)를 수전 커플러(32A)로부터 기계적으로 차단시킬 때 전원선(35)측의 회로의 임피던스는 소정 주파수(f)에서 0이므로 급전선(12)측의 부하의 상승은 최소한으로 억제되고, 다른 전원 장치(31)로부터 전력을 보충하지 않고 전원 장치(31)를 차단시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태 1, 2에서는 강압 회로(45)에 의해 정전류 제어를 실행하고 있지만 인버터(46)에 의해 정전류 제어를 실행하는 것도 가능하다.
이 때, 인버터 컨트롤러(46)로 급전선(12)에 흐르는 전류를 피드백해서 정전류가 되도록 각 스위칭 소자(71)의 펄스폭(duty)을 구하고, 동기 신호에 동기해서 각 스위칭 소자(71)를 구동한다. 그러면, 전원선(35)으로 이루어지는 회로로 출력하는 출력 전압이 반송 대차(부하)(11)에 따라 제어되고 소정 주파수(f)의 정전류가 급전선(12)으로 출력된다.
그리고, 펄스폭(duty)에 의해 전원 장치(31)의 차단·투입을 다음과 같이 실행한다. 즉, 3대의 전원 장치(31)에서는 통상 부하에서 펄스폭(duty)은 120도로 되는 결과, 급전선(12)의 부하가 가벼울 경우에는 펄스폭(duty)은 100도가 된다. 그 때는, 어느 하나의 전원 장치(31)를 차단시킨다(슬립핑함). 그러면, 슬립핑한 전원 장치(31)만큼 급전선(12)으로의 인가 전압이 감소해서 급전선(12)의 전류값은 낮아지므로 나머지의 전원 장치(31)의 펄스폭(duty)은 상승하게 된다.
또한, 급전선(12)의 부하가 커졌을 경우에는 펄스폭(duty)은 140도가 되고, 이 때 슬립핑하고 있는 전원 장치(31)를 투입한다. 그러면, 투입한 전원 장치(31)만큼 급전선(12)으로의 인가 전압이 증가해서 급전선(12)의 전류값은 증가하므로 나머지의 전원 장치(31)의 펄스폭(duty)은 감소하게 된다.
이와 같이, 급전선(12)으로 흐르는 전류를 피드백하면서 정전류가 되도록 인버터(46)의 각 스위칭 소자(71)의 펄스폭(duty)을 변경함으로써 전원선(35)으로 이루어지는 회로로 출력하는 출력 전압이 제어되고, 인버터(46)에 의해 소정 주파수(f)의 정전류 제어를 실행할 수 있고, 또한 펄스폭(duty)을 감시함으로써 부하의 증감을 인식해서 부하가 감소되었을 때 전원 장치(31)를 슬립핑할 수 있고, 또한 부하가 증가해 오면 전원 장치(31)를 투입할 수 있다. 또한, 이 때 강압 회로(45)는 없어도 좋다.
또한, 본 실시형태 1, 2에서는 부하를 복수의 반송 대차(11)로 하고 있지만 소비 전력이 변동하는 부하이면 좋고, 또한 반송 대차(11)의 대수를 3대로 하고 있지만 더 많은 대수이어도 좋다. 또한, 전원 장치(31)는 3대로 하고 있지만 3대로 한정되는 것은 아니고 더 많은 전원 장치(31)를 설치해서 직렬로 접속하도록 해도 좋다.
또한, 본 실시형태 1, 2에서는 강압 회로(45)에 강압 컨트롤러(68)를 설치하고, 인버터(46)에 인버터 컨트롤러(73)를 설치하고 있지만 1대의 컨트롤러에 통합해서 강압 회로(45)와 인버터(46)를 제어하도록 해도 좋다.

Claims (4)

  1. 급전선과, 동기해서 상기 급전선으로 소정 주파수의 정전류를 공급하는 복수의 전원 장치를 구비하고, 소비 전력이 변동하는 부하로 상기 급전선으로부터 비접촉으로 급전하는 비접촉 급전 설비로서:
    상기 각 전원 장치에 대응해서 상기 급전선에 직렬로 접속된 수전 커플러 및 상기 전원 장치에 접속된 송전 커플러로 이루어지는 송수전 커플러를 구비하고,
    상기 각 송수전 커플러에 각각, 각 송수전 커플러에 대응하는 전원 장치를 상기 급전선으로부터 전기적으로 차단시키는 차단 스위치를 구비하고,
    상기 복수의 수전 커플러 및 상기 급전선으로 이루어지는 회로를 상기 소정 주파수에서 직렬 공진 회로로 설정하고,
    상기 송전 커플러, 및 상기 전원 장치와 송전 커플러 사이를 접속하는 전원선으로 이루어지는 회로의 임피던스를 상기 소정 주파수에서 용량성 리액턴스로 설정하고,
    상기 전원 장치를 상기 급전선으로 흐르는 전류를 피드백하면서 상기 전원선으로 이루어지는 회로로 출력하는 출력 전압을 제어함으로써 상기 소정 주파수의 정전류를 급전선으로 출력하는 구성으로 하고,
    상기 각 전원 장치에 상기 부하의 소비 전력의 감소에 따라 정지하는 순위를 설정하고, 상기 부하의 소비 전력이 감소하면 상기 순위에 의해 정지 대상의 전원 장치를 결정하고, 이 정지 대상의 전원 장치에 대응하는 상기 차단 스위치를 단락하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하는 복수의 전력 공급 대상으로 구성되어 있고,
    상기 부하의 소비 전력을 각 전력 공급 대상의 소비 전력을 가산해서 구하고,
    구해진 부하의 소비 전력이 전체 전원 장치의 출력 전력의 소정의 비율에 도달되면 각 전력 공급 대상으로 전력 삭감을 지령하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각 전원 장치에 전원 장치 내의 온도를 검출하는 온도 센서를 설치하고,
    상기 온도 센서에 의해 검출된 온도가 전원 장치가 과부하 또는 과부하에 근접함으로써 도달되는 온도보다 높아지면 각 전력 공급 대상으로 전력 삭감을 지령하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 설비.
  4. 급전선과, 동기해서 상기 급전선으로 소정 주파수의 정전류를 공급하는 복수의 전원 장치를 구비하고, 소비 전력이 변동하는 부하로 상기 급전선으로부터 비접촉으로 급전하는 비접촉 급전 설비로서:
    상기 각 전원 장치에 대응해서 상기 급전선에 직렬로 접속된 수전 커플러 및 상기 전원 장치에 접속된 송전 커플러로 이루어지는 송수전 커플러를 구비하고,
    상기 복수의 수전 커플러 및 상기 급전선으로 이루어지는 회로를 상기 소정 주파수에서 직렬 공진 회로로 설정하고,
    상기 송전 커플러, 및 상기 전원 장치와 송전 커플러 사이를 접속하는 전원선으로 이루어지는 회로를 상기 소정 주파수에서 직렬 공진 회로로 설정하고,
    상기 각 전원 장치는 풀브리지로 짜여진 스위칭 소자 및 각 스위칭 소자에 흐르는 전류와 역방향으로 전류가 흐르도록 각 스위칭 소자의 양단에 접속된 다이오드를 구비하고, 공급되는 직류 전류를 상기 각 스위칭 소자를 각각 구동함으로써 상기 소정 주파수의 정전류로 변환해서 상기 전원선으로 출력하는 구성으로 하고,
    상기 각 전원 장치에 상기 부하의 소비 전력에 따라 정지하는 우선 순위를 설정하고, 상기 부하의 소비 전력이 감소하면 우선 순위에 따라 정지하는 전원 장치를 결정하며, 정지하는 전원 장치에 있어서 상기 각 스위칭 소자 중 상기 직류 전류의 플러스측에 접속되는 2개의 스위칭 소자를 구동하지 않고 직류 전류의 마이너스측에 접속되는 2개의 스위칭 소자를 구동하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 설비.
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