JP7204053B1 - 搬送システム及び搬送モジュール - Google Patents

Abstract

搬送システム（１）は、コイル群（１０２）と、コイル群（１０２）に交流電圧を印加するインバータユニット（１０３）とを備える搬送モジュール（１００）を少なくとも２つ有し、コイル群（１０２）から電磁力を受けるマグネット（２０２）が搭載される台車（２００）を少なくとも１台有する。各々のインバータユニット（１０３）は、直流電源（４００）が出力する直流電圧が印加され、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路（１０４）と、直流電源（４００）とインバータ回路（１０４）との間に接続され、直流電源（４００）に接続される第１の側の電位が、この第１の側と反対側の第２の側の電位よりも高いときに、第１の側から第２の側へ向かう順方向の電流が流れるように配置されるダイオード（１０７）とを備える。

Description

本開示は、コイル群から電磁力を受けるマグネットが搭載される台車を少なくとも１台有する搬送システム、並びに搬送システムを構成する搬送モジュール及びインバータユニットに関する。

一般にファクトリーオートメーション化された工業製品を組み立てる為の生産ラインでは、生産ライン内あるいは生産ラインの間の複数のステーションの間で部品などを搬送する搬送システムが用いられる。

搬送システムでは、搬送ラインが複数の制御ゾーンに分割され、制御ゾーン毎に制御装置が配置され、台車を制御ゾーン間で走行させることが行われている。この種の搬送システムは、生産効率の点で優れており、近年の生産ラインでは、多用されている。

下記特許文献１には、台車を走行させるガイドレールに沿って、予め定めた間隔でリニアモータの固定子をトラック形状に配設すると共に、台車にリニアモータの可動側を装着し、台車がトラックを循環できる搬送システムが開示されている。この搬送システムでは、１つの固定子には１つのインバータ回路が接続され、複数のインバータ回路に対しては１つの直流（ＤＣ）電源が接続されている。

米国特許第１０３６７４０４号明細書

特許文献１に代表される従来の搬送システムでは、ステーションの位置が固定されている。このため、この種の搬送システムでは、ある制御ゾーンでは間欠的に台車の加速のみを行い、ある制御ゾーンでは間欠的に台車の減速のみを行い、またある制御ゾーンでは常に一定速度で台車が移動するのみといった動作プロファイルとなることが多い。

上記のような動作プロファイルで、且つ、台車の加速のタイミングと減速のタイミングとが異なる場合、台車の減速が実施される制御ゾーンで生じた回生エネルギーが、即座に一定速度で台車が移動する制御ゾーンの駆動エネルギーとして消費されてしまう。従って、台車の減速が実施される制御ゾーンで生じた回生エネルギーを台車の加速が実施される制御ゾーンでの加速時の駆動エネルギーとして使用することが困難である。このため、システムの電力効率が低下すると共に、システムの電源容量を台車の加速時の最大電力に合せて大きなものを選定しなければならないといった問題が発生する。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、システムの電力効率を改善し、システムが大型化するのを抑制できる搬送システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る搬送システムは、コイル群と、コイル群に交流電圧を印加するインバータユニットとを備える搬送モジュールを少なくとも２つ有し、コイル群から電磁力を受けるマグネットが搭載される台車を少なくとも１台有する搬送システムである。各々のインバータユニットは、インバータ回路と、第１のダイオードとを備える。インバータ回路は、直流電源が出力する直流電圧が印加され、直流電圧を交流電圧に変換する。第１のダイオードは、直流電源とインバータ回路との間に接続され、直流電源に接続される第１の側の電位が、この第１の側と反対側の第２の側の電位よりも高いときに、第１の側から第２の側へ向かう順方向の電流が流れるように配置される。

本開示に係る搬送システムによれば、システムの電力効率を改善し、システムが大型化するのを抑制できるという効果を奏する。

本開示の実施の形態に共通する搬送システムの構成例を示す概略図 本願の課題の説明に供する図 実施の形態１に係る搬送モジュールの構成例を示す図 実施の形態１に係る搬送システムの動作説明に供する図 実施の形態２における改善前の動作説明に供する図 実施の形態２に係る搬送モジュールの構成例を示す図 実施の形態２における第２の制御手法の説明に供する図 実施の形態３に係る搬送モジュールの構成例を示す図

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る搬送システム、搬送モジュール及びインバータユニットについて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は例示であって、以下の実施の形態によって本開示の範囲が限定されるものではない。また、以下の記載において、同種の複数の構成要素については、添字付きの符号で示すが、各構成要素の個々の機能に着目した説明等の場合には、添字の表記を適宜省略する。また、以下では、物理的な接続と電気的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称して説明する。即ち、「接続」という文言は、構成要素同士が直接的に接続される場合と、構成要素同士が他の構成要素を介して間接的に接続される場合との双方を含んでいる。

実施の形態１．
本開示の実施の形態に係る搬送システムは、少なくとも２つの搬送モジュールと、各々の搬送モジュールから推力が与えられる台車を少なくとも１台有する搬送システムである。図１は、本開示の実施の形態に共通する搬送システム１の構成例を示す概略図である。搬送システム１は、図１に示すように、複数の搬送モジュール１００ａ～１００ｋと、複数の台車２００ａ～２００ｅと、複数のステーション３００ａ，３００ｂと、直流電源４００と、コントローラ６００とを有する。

直流電源４００は、規定の直流電圧を出力する電源装置又は電源回路である。直流電源４００は、規定の直流電圧を出力できるものであればよく、構成及び電圧の変換方式は問わない。直流電源４００は、搬送システム１の内部に１つ以上あればよい。即ち、直流電源４００の数は、複数でもよい。

直流電源４００と、各々の搬送モジュール１００ａ～１００ｋとは、直流電源ライン５００で接続されている。また、コントローラ６００と、複数の搬送モジュール１００とは、通信ケーブル７００を介して通信可能に構成されている。なお、図１において、複数の搬送モジュール１００は、通信ケーブル７００によって、デイジーチェーンで接続されているが、この接続形態に限定されない。例えば、搬送モジュール１００は、通信ケーブル７００によって、バス接続されていてもよい。また、図１では、コントローラ６００と、複数の搬送モジュール１００とは、有線である通信ケーブル７００で接続されているが、無線で接続されていてもよい。即ち、コントローラ６００と複数の搬送モジュール１００とは、任意の通信手段で通信可能に構成されていればよい。

また、図１において、複数の搬送モジュール１００は、直線状に配置されているが、曲線状に配置されていてもよい。即ち、複数の搬送モジュール１００は、互いに連結させることで１つの搬送路を形成することができるものであればよい。従って、複数の搬送モジュール１００による搬送路の形状は、直線又は閉ループの形態をとり得る。また、図１では、搬送モジュール１００を隙間なく配置しているが、これに限定されない。搬送モジュール１００は、隙間を空けて配置されていてもよい。

直流電源４００は、複数の搬送モジュール１００に駆動電力を供給する。コントローラ６００は搬送モジュール１００に対して指令を送信し、搬送モジュール１００における、図１では図示しないコイル群に流す電流を制御して台車２００に推力を与え、台車２００の動作を制御する。

図１において、台車２００の進行方向８００は、台車２００毎に設定することができる。各々の台車２００は、ステーション３００ａが存在する搬送モジュール１００ｂと、ステーション３００ｂが存在する搬送モジュール１００ｊとに停止する。ステーション３００ａ，３００ｂでは、可搬物の載せ替え、可搬物の加工等が実施される。他の搬送モジュール１００において、台車２００は定速で走行する。１つの搬送モジュール１００の位置で制御できる台車２００の数は、１つでも複数でもよい。

図２は、本願の課題の説明に供する図である。具体的に、図２（ａ）には、搬送モジュール１００ｊでの台車２００の通過速度の時間経過が示され、図２（ｂ）には、搬送モジュール１００ｅでの台車２００の通過速度の時間経過が示されている。図２（ｃ）には、搬送モジュール１００ｊの消費電力の時間経過が示され、図２（ｄ）には、搬送モジュール１００ｅの消費電力の時間経過が示されている。図２（ｅ）には、搬送モジュール１００ｊ，１００ｅに供給される電力の時間経過が示されている。なお、ここでは、図１に示すように、直流電源４００が出力する直流電圧が、直流電源ライン５００を介して搬送モジュール１００ｅ，１００ｊに印加される場合を考える。

図２の動作について説明する。図２では、搬送モジュール１００ｊの位置において、時刻ｔ１から時刻ｔ２は、通過する台車２００が減速する期間であり、「台車減速期間１００１」として定義されている。同様に、時刻ｔ５から時刻ｔ６は、搬送モジュール１００ｊの位置において、通過する台車２００が加速する期間であり、「台車加速期間１００２」として定義されている。また、搬送モジュール１００ｅの位置において、時刻ｔ１から時刻ｔ３及び時刻ｔ４から時刻ｔ５は、通過する台車２００が定速で通過する期間であり、それぞれ「台車定速通過期間１００３」及び「台車定速通過期間１００４」として定義されている。

搬送モジュール１００ｊにおいて、台車減速期間１００１で発生した回生電力１１０１は、搬送モジュール１００ｊ内の、図１では図示しないコンデンサに蓄えられる。前述したように、直流電源４００は共通化されているので、この回生電力１１０１は、台車定速通過期間１００３においては、搬送モジュール１００ｅでの駆動電力１１０３として消費され、台車定速通過期間１００４においては、搬送モジュール１００ｅでの駆動電力１１０４として消費される。この動作により、搬送モジュール１００ｅでは、台車定速通過期間１００３，１００４において、回生電力１１０１を消費して台車２００を定速で駆動させるため、直流電源４００から直流電源ライン５００を介して搬送モジュール１００ｅに供給される電力は、図２（ｅ）に示したようにゼロとなる。また、搬送モジュール１００ｊでは、台車定速通過期間１００３，１００４において、台車２００は、台車減速期間１００１により時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は減速しており、更に時刻ｔ２から時刻ｔ５の間は停止しているため、搬送モジュール１００ｊに供給される電力は、図２（ｅ）に示したようにゼロとなる。一方、台車減速期間１００１で発生した回生電力１１０１は、仮に、駆動電力１１０３，１１０４として利用することはできたとしても、搬送モジュール１００ｊの駆動電力１１０２として利用することまでも保障するものではない。更に、図１では図示しないコンデンサの容量が十分大きくない場合、回生電力１１０１により、直流電源ライン５００の電圧が上昇し危険な状況が発生する場合がある。このような場合、更に回生電力１１０１を消費するための回生抵抗を取り付けることを余儀なくされる可能性があるのと共に、駆動電力１１０３，１１０４として利用することを保障できないこともあり得ることは言うまでもない。このため、台車加速期間１００２では、直流電源４００からの電力供給を前提とするシステム設計とする必要がある。従って、台車加速期間１００２では、搬送モジュール１００ｊに最大ピーク電力１００５の電力を供給する必要がある。このため、直流電源４００の電源容量を大きくしたり、搬送モジュール１００に搭載するコンデンサの容量を大きくしたりする必要がある。これにより、搬送システム１のコストアップが課題となる。

この課題を解決するため、実施の形態１に係る搬送システム１は、図３に示す構成の搬送モジュール１００を備える。図３は、実施の形態１に係る搬送モジュール１００の構成例を示す図である。図３には、２つの搬送モジュール１００ａ，１００ｂと、１台の台車２００とが示されている。搬送モジュール１００ａは、コイル群１０２ａと、インバータユニット１０３ａとを有し、搬送モジュール１００ｂは、コイル群１０２ｂと、インバータユニット１０３ｂとを有する。なお、便宜上、図３では、２つの搬送モジュール１００ａ，１００ｂを示しているが、図１に示した搬送システム１のように搬送システムが構成される場合、搬送モジュール１００ａ～１００ｋは、各々コイル群１０２と、インバータユニット１０３とを有している。つまり、図１に示した搬送システム１は、１１の搬送モジュール１００を有する搬送システムを例示するものである。台車２００は、台車筐体２０１と、台車筐体２０１に搭載されるマグネット２０２とを備える。マグネット２０２は、コイル群１０２ａ，１０２ｂから受ける電磁力によって台車２００を走行させる。なお、図３では省略しているが、搬送モジュール１００ａ，１００ｂはガイドレール及び位置検出素子を備え、台車２００は位置検出ヘッドを備える。ガイドレールは、台車２００を走行させるレールであり、進行方向８００に沿って設置される。位置検出ヘッドは、台車２００の走行位置を検出するためのセンサである。位置検出ヘッドの例は、光学式又は磁気式のセンサであるが、これ以外のセンサであってもよい。位置検出素子は、位置検出ヘッドによって読み取られる位置識別子が搭載される素子である。位置識別子の例は、磁石、バーコード又は二次元バーコードなどが採用できるが、これら以外の位置識別子を用いてもよい。

インバータユニット１０３は、コントローラ６００からの指令に基づいて、直流電源４００が出力する直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を対応するコイル群１０２に印加する電力変換器である。この機能を実現するため、インバータユニット１０３ａは、インバータ回路１０４ａと、コンデンサ１０５ａと、駆動制御回路１０６ａと、ダイオード１０７ａと、プロセッサ１０８ａと、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０９ａとを備える。インバータユニット１０３ｂもインバータユニット１０３ａと同様に構成される。即ち、インバータユニット１０３ｂは、インバータ回路１０４ｂと、コンデンサ１０５ｂと、駆動制御回路１０６ｂと、ダイオード１０７ｂと、プロセッサ１０８ｂと、通信Ｉ／Ｆ１０９ｂとを備える。

ダイオード１０７は、アノードが直流電源４００に接続され、カソードがインバータ回路１０４に接続されるように配置される。即ち、ダイオード１０７は、直流電源４００とインバータ回路１０４との間に接続され、直流電源４００に接続される第１の側の電位が直流電源４００に接続されない第２の側、即ち第１の側と反対側の第２の側の電位よりも高いときに、第１の側から第２の側へ向かう順方向の電流が流れるように配置される。なお、本稿では、ダイオード１０７を「第１のダイオード」と呼ぶことがある。

インバータ回路１０４は、直列に接続される上下アームのスイッチング素子を備える。これらのスイッチング素子の導通、即ちオン又はオフは、駆動制御回路１０６によって制御される。インバータ回路１０４には、直流電源４００が出力する直流電圧が印加される。インバータ回路１０４は、この直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧をコイル群１０２の各コイルに印加する。図３では、上下アームのスイッチング素子からなる１つのレグのみが示されており、他の２つのレグの図示は省略されている。なお、図３では、コイル群１０２が３相コイルである場合を例示しているが、これに限定されない。コイル群１０２は単相コイルの構成であってもよいし、４相以上の構成であってもよい。この場合、インバータ回路１０４としては、コイル群１０２の構成に適した主回路を有するものが用いられる。

コンデンサ１０５は、インバータ回路１０４の両端に並列に接続される。コンデンサ１０５の例は図示の電解コンデンサであるが、電解コンデンサ以外のコンデンサであってもよい。コンデンサ１０５は、直流電源４００から出力される直流電圧を平滑して保持する。

プロセッサ１０８は、駆動制御回路１０６の制御を行うと共に、通信Ｉ／Ｆ１０９を介してコントローラ６００との間で所要の通信及び情報交換を行う。プロセッサ１０８は、マイクロプロセッサ、マイコン、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）と称されるものでもよい。

図４は、実施の形態１に係る搬送システム１の動作説明に供する図である。図４に表示される動作波形、及びその並びの順序は、図２に示すものと同様である。また、図４において、搬送モジュール１００ｂ，１００ｊにおける台車２００の通過速度の動作プロファイルは、図２に示すものと同様である。

図４において、図２との相違点は、（ｅ）に示される動作波形である。具体的に、図４に示す最大ピーク電力１００６は、図２に示す最大ピーク電力１００５と比較すると、低く抑えられている。

搬送モジュール１００ｊにおいて、台車減速期間１００１で発生した回生電力１１０１は、ダイオード１０７の効果により、直流電源ライン５００を介して、搬送モジュール１００ｅに流れ込むことはない。この作用により、台車減速期間１００１で発生した回生電力１１０１は、一旦、搬送モジュール１００ｊ内のコンデンサ１０５に蓄えられる。これにより、搬送モジュール１００ｊは、台車加速期間１００２において、コンデンサ１０５に蓄えられた回生電力１１０１を使用することができる。図２の場合と異なり、搬送モジュール１００ｅは、回生電力１１０１を使用できないので、台車２００を定速走行させる駆動電力１１０３，１１０４は、図４の下段部に示されるように、直流電源４００又は搬送モジュール１００ｅのコンデンサ１０５から供給される。一方、搬送モジュール１００ｊのコンデンサ１０５に蓄えられた回生電力１１０１は、搬送モジュール１００ｊにおける台車加速期間１００２で使用することができる。これにより、搬送モジュール１００ｅでは、直流電源４００からの電力供給が必要となるものの、搬送システム１としては、最大ピーク電力１００６を、図２に示す最大ピーク電力１００５よりも下げることが可能となる。つまり、実施の形態１に係る搬送システム１は、最大ピーク電力に合わせて、直流電源４００の電源容量を大きくしたり、搬送モジュール１００に搭載するコンデンサ１０５の容量を大きくしたりする必要がなくなり、搬送システム１のコストアップを抑制できる。なお、搬送モジュール１００ｊ，１００ｅにおいて、各々のコンデンサ１０５は、必ず設置されなくともよく、搬送モジュール１００ｊ，１００ｅ内のダイオード１０７の効果により、搬送モジュール１００ｊが、台車加速期間１００２において、回生電力１００１を使用できるように構成してもよい。

以上説明したように、実施の形態１に係る搬送システム及び搬送モジュールによれば、コイル群に交流電圧を印加する搬送モジュールを少なくとも２つ有し、各々の搬送モジュールは、コイル群に交流電圧を印加して、コイル群から電磁力を受けるマグネットが搭載される台車に駆動力を付与するインバータユニットを備える。各々のインバータユニットはインバータ回路を備え、インバータ回路は、直流電源に接続される第１の側の電位が、この第１の側と反対側の第２の側の電位よりも高いときに、第１の側から第２の側へ向かう順方向の電流が流れるように配置される第１のダイオードを備える。第１のダイオードを設けることにより、自己の搬送モジュールで発生した回生電力が、直流電源ラインを共有する他の搬送モジュールで使用されるのを回避できる。これにより、自己の搬送モジュールで発生した回生電力を、自己の搬送モジュールの駆動電力として使用することができる。その結果、直流電源に必要とされる駆動電力の最大値である最大ピーク電力を下げることができる。これにより、システムの電力効率を改善し、システムが大型化するのを抑制できるという効果が得られる。

また、実施の形態１に係る搬送システム及び搬送モジュールによれば、直流電源に必要とされる最大ピーク電力を下げることができるので、直流電源の電源容量を小さくできる。これにより、システムのコストダウンが可能となる。また、第１のダイオードは、前述のとおり、直流電源に対して順方向に接続されるので、搬送モジュールに直流電源の極性を誤って接続した場合には、インバータ回路に流れる電流が阻止される。これにより、直流電源の極性の誤接続に対し、搬送モジュールの損傷を防止できるという効果が得られる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る搬送システム、搬送モジュール及びインバータユニットについて説明する。なお、実施の形態２に係る搬送システム１及び搬送モジュール１００の構成は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

図５は、実施の形態２における改善前の動作説明に供する図である。図２及び図４は、台車２００の加速を担当する搬送モジュール１００と、台車の減速を担当する搬送モジュール１００とが同じである場合の動作プロファイルであった。これに対し、図５では、台車２００の加速を担当する搬送モジュール１００と、台車の減速を担当する搬送モジュール１００とが異なる場合の動作プロファイルが示されている。具体的に、図５（ａ）には、搬送モジュール１００ｊでの台車２００の通過速度の時間経過が示され、図５（ｂ）には、搬送モジュール１００ｉでの台車２００の通過速度の時間経過が示され、図５（ｃ）には、搬送モジュール１００ｅでの台車２００の通過速度の時間経過が示されている。図５（ｄ）には、搬送モジュール１００ｊの消費電力の時間経過が示され、図５（ｅ）には、搬送モジュール１００ｉの消費電力の時間経過が示され、図５（ｆ）には、搬送モジュール１００ｅの消費電力の時間経過が示されている。図５（ｇ）には、搬送モジュール１００ｉ，１００ｅに供給される電力の時間経過が示されている。なお、図５において、図２と同一又は同等の内容については、同一の符号を付して示している。

図５において、搬送モジュール１００ｊは、台車２００の減速を担当し、搬送モジュール１００ｉは、台車２００の加速を担当する。また、搬送モジュール１００ｅにおいて、台車２００は、一定速度で移動する。即ち、台車２００は、搬送モジュール１００ｊでは減速し、搬送モジュール１００ｅでは定速で通過し、搬送モジュール１００ｉでは加速する。

搬送モジュール１００ｊにおいて、台車減速期間１００１で生じた回生電力１１０１は、搬送モジュール１００ｊ内のダイオード１０７の作用により、直流電源ライン５００に逆流することなく、搬送モジュール１００ｊ内のコンデンサ１０５に一旦蓄えられ、自然放電又は強制放電によって消費される。従って、搬送モジュール１００ｊで発生した回生電力１１０１は、搬送モジュール１００ｉの駆動電力１１０２、又は搬送モジュール１００ｅの駆動電力１１０３，１１０４として利用することができない。従って、図５の動作プロファイルにおいて、搬送システム１の動作には、電源効率及び電源容量の点で改善の余地が残されている。

そこで、実施の形態２では、これらの点について改善を図る。具体的には、実施の形態２に係る搬送システム１は、図６に示す構成の搬送モジュール１００を備える。図６は、実施の形態２に係る搬送モジュール１００の構成例を示す図である。なお、便宜上、図６では、図３と同様に２つの搬送モジュール１００ａ，１００ｂを示しているが、図１に示した搬送システム１のように搬送システムが構成される場合、搬送モジュール１００ａ～１００ｋは、各々コイル群１０２と、インバータユニット１０３とを有している。つまり、図１に示した搬送システム１は、１１の搬送モジュール１００を有する搬送システムを例示するものである。また、図６において、図３に示す実施の形態１に係る搬送モジュール１００と同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示すと共に、重複する内容は適宜省略する。

搬送モジュール１００ａにおいて、図６に示す構成を図３と比較すると、スイッチング素子１１０ａと、開閉制御回路１１１ａと、電圧検出回路１１２ａとが付加されている。搬送モジュール１００ｂも同様に構成され、スイッチング素子１１０ｂと、開閉制御回路１１１ｂと、電圧検出回路１１２ｂとが付加されている。

スイッチング素子１１０は、ダイオード１０７の両端に並列に接続されている。なお、並列接続されるダイオード１０７及びスイッチング素子１１０は、両者を合わせてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として構成されていてもよい。即ち、ダイオード１０７は、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用してもよい。開閉制御回路１１１は、プロセッサ１０８の指示によりスイッチング素子１１０の導通を制御する。電圧検出回路１１２は、コンデンサ１０５の電圧を検出して、その検出値をプロセッサ１０８に出力する。なお、本稿では、スイッチング素子１１０を「第１のスイッチング素子」と呼ぶことがある。

次に、図６に示す搬送モジュール１００を用いた、実施の形態２における幾つかの制御手法について説明する。なお、通過速度の動作プロファイルは、図５に示すものとする。

まず、第１の制御手法について説明する。第１の制御手法は、図５（ａ）から図５（ｃ）で示した台車２００の動作プロファイルを利用する手法である。

搬送モジュール１００ｊにおいて、台車減速期間１００１で生じた回生電力１１０１は、搬送モジュール１００ｊ内のコンデンサ１０５に一旦蓄えられる。コントローラ６００は、台車２００の動作プロファイルの情報を基に、台車加速期間１００２を有する搬送モジュール１００ｉにおける台車加速機関１００２が開始する時刻に合わせて、搬送モジュール１００ｊ内のスイッチング素子１１０を導通させるための閉指令を送信する。例えば、図５に示したように搬送モジュール１００ｊでは、台車２００の減速しか担当せず、搬送モジュール１００ｊ内のコンデンサ１０５に蓄えられた回生電力１１０１を台車２００の動作に消費しない場合、搬送モジュール１００ｊ内のプロセッサ１０８は、コントローラ６００から送信された閉指令に基づいて、搬送モジュール１００ｊ内のスイッチング素子１１０を導通させる制御を行う。コントローラ６００から搬送モジュール１００ｊ内のプロセッサ１０８に送信される閉指令は、台車加速期間１００２の開始タイミングに合わせて行われる。この際、コントローラ６００と搬送モジュール１００ｊ内のプロセッサ１０８との間の伝送時間、プロセッサ１０８の処理時間等が考慮されることは言うまでもない。上記の制御により、搬送モジュール１００ｊ内のコンデンサ１０５に蓄えられた回生電力１１０１を、搬送モジュール１００ｉの駆動電力１１０２として利用することができる。これにより、直流電源４００に必要とされる最大ピーク電力１００６を下げることができ、システムの電力効率を改善し、システムの大型化を抑制することができる。

次に、第２の制御手法について説明する。図７は、実施の形態２における第２の制御手法の説明に供する図である。第２の制御手法は、電圧検出回路１１２の検出値を利用する手法である。

図７において、（ａ）～（ｇ）の動作波形の項目は図５と同一である。また、搬送モジュール１００ｅ，１００ｉ，１００ｊにおける通過速度の動作プロファイルは、図５に示すものと同様である。一方、図７では、（ｅ）と（ｆ）との間に、（ｈ）として、搬送モジュール１００ｉのコンデンサ電圧の波形が示されている。コンデンサ電圧は、コンデンサ１０５の電圧である。なお、直流電源４００とインバータ回路１０４とを結ぶ電気配線は、一般的に「直流母線」と呼ばれ、コンデンサ１０５も直流母線に接続されることが多い。このため、コンデンサ電圧を「母線電圧」と呼ぶことがある。

台車加速期間１００２では、搬送モジュール１００ｉによって台車２００が加速するので、搬送モジュール１００ｉ内のコンデンサ１０５のコンデンサ電圧が急激に低下する。この電圧低下は、搬送モジュール１００ｉ内の電圧検出回路１１２の検出値に基づいて検出される。搬送モジュール１００ｉ内のプロセッサ１０８は、搬送モジュール１００ｉ内のコンデンサ１０５のコンデンサ電圧が電圧閾値１００７を下回った場合には、そのことを示す情報である超過通知をコントローラ６００に通知する。電圧閾値１００７は、予め設定された下限値、即ち既定の下限値である。コントローラ６００は、超過通知を受信すると、台車２００の減速を担当している搬送モジュール１００ｊに対し、搬送モジュール１００ｊ内のスイッチング素子１１０を閉にする閉指令を送信する。図７の例の場合、搬送モジュール１００ｊに対して閉指令が送信される。閉指令が送信された搬送モジュール１００ｊでは、搬送モジュール１００ｊ内のコンデンサ１０５に蓄えられた回生電力１１０１が電位差により放電され、直流電源ライン５００を介して搬送モジュール１００ｉの駆動電力１１０２として利用することができる。これにより、直流電源４００に必要とされる最大ピーク電力１００６を、図５に示す最大ピーク電力１００６よりも下げることが可能となる。

なお、上記の第２の制御手法では、プロセッサ１０８は、コンデンサ電圧が電圧閾値１００７を下回った場合に超過通知を送信しているが、この処理に限定されない。プロセッサ１０８は、コントローラ６００に対し、コンデンサ電圧の情報を一定間隔で通知してもよい。この場合、コンデンサ電圧が電圧閾値１００７を下回ったことの検出は、コントローラ６００において実施される。

また、第２の制御手法において、プロセッサ１０８は、コンデンサ電圧が電圧閾値１００７を下回った場合に超過通知を送信しているが、コンデンサ電圧が既定の上限値を超えた場合に超過通知を送信してもよい。このようにすれば、過回生などに起因して生じ得るコンデンサ１０５の過電圧を防止できる。これにより、コンデンサ１０５が受ける電気的ストレスを軽減して、コンデンサ１０５の劣化を抑制できるので、コンデンサ１０５の長寿命化を図ることができる。

以上説明したように、実施の形態２に係る搬送システム及び搬送モジュールによれば、インバータユニットは、第１のダイオードの両端に並列に接続される第１のスイッチング素子と、第１のスイッチング素子の開閉を制御する開閉制御回路とを備える。また、インバータユニットは、母線電圧を検出する電圧検出回路を備える。開閉制御回路は、電圧検出回路で検出された母線電圧の検出値が、既定の上限値を超えた場合、又は既定の下限値を下回った場合に、第１のスイッチング素子の開閉を制御する。この制御により、ある搬送モジュール内のコンデンサに蓄えられた回生電力を、他の搬送モジュールの駆動電力として利用することができるので、直流電源に必要とされる最大ピーク電力を下げることができる。これにより、システムの電力効率を改善し、システムの大型化を抑制することができる。また、直流電源の電源容量を小さくできるので、システムのコストダウンが可能となる。

また、実施の形態２に係る搬送システムは、各々のインバータユニットの動作を制御するコントローラを有する。このコントローラは、母線電圧の検出値が既定の上限値を超えたこと、又は既定の下限値を下回ったことを示す超過通知をインバータユニットから受信し、インバータユニットにおける開閉制御回路の動作を制御する。この制御によっても、ある搬送モジュール内のコンデンサに蓄えられた回生電力を、他の搬送モジュールの駆動電力として利用することができるので、直流電源に必要とされる最大ピーク電力を下げることができる。これにより、システムの電力効率を改善し、システムの大型化を抑制することができる。

なお、上記の制御に代え、各々のインバータユニットは、母線電圧の検出値をコントローラに通知し、コントローラは、通知された母線電圧の検出値に基づいて、少なくとも１つのインバータユニットにおける開閉制御回路の動作を制御するようにしてもよい。このようにしても、上記の作用効果は得られる。

また、上記の制御に代え、コントローラは、台車の動作プロファイルに基づいて、少なくとも１つのインバータユニットにおける開閉制御回路の動作を制御するようにしてもよい。このようにしても、上記の作用効果は得られる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る搬送システム、搬送モジュール及びインバータユニットについて説明する。実施の形態３では、搬送モジュール１００に直流電圧を印加した際に生じ得る突入電流を抑制するための構成を開示する。なお、実施の形態３に係る搬送システム１及び搬送モジュール１００の構成は、実施の形態１又は実施の形態２と同様であり、説明を省略する。

図８は、実施の形態３に係る搬送モジュール１００の構成例を示す図である。なお、便宜上、図８では、図３及び図６と同様に２つの搬送モジュール１００ａ，１００ｂを示しているが、図１に示した搬送システム１のように搬送システムが構成される場合、搬送モジュール１００ａ～１００ｋは、各々コイル群１０２と、インバータユニット１０３とを有している。つまり、図１に示した搬送システム１は、１１の搬送モジュール１００を有する搬送システムを例示するものである。また、図８において、図６に示す実施の形態２に係る搬送モジュール１００と同一又は同等の構成部には同一の符号を付して示すと共に、重複する内容は適宜省略する。

搬送モジュール１００ａにおいて、図８に示す構成を図６と比較すると、突入電流抑制抵抗１１３ａと、ダイオード１１４ａと、スイッチング素子１１５ａと、開閉制御回路１１６ａとが付加されている。搬送モジュール１００ｂも同様に構成され、突入電流抑制抵抗１１３ｂと、ダイオード１１４ｂと、スイッチング素子１１５ｂと、開閉制御回路１１６ｂとが付加されている。

突入電流抑制抵抗１１３は、スイッチング素子１１０に直列に接続され、インバータ回路１０４への突入電流を抑制する。図８において、突入電流抑制抵抗１１３は、スイッチング素子１１０の後段に配置されているが、スイッチング素子１１０の前段に配置されていてもよい。即ち、突入電流抑制抵抗１１３は、直流電源４００とインバータ回路１０４との間において、スイッチング素子１１０に直列に接続されていればよい。ダイオード１１４及びスイッチング素子１１５は、突入電流抑制抵抗１１３に対し、互いに並列に接続される。ダイオード１１４は、ダイオード１０７に対し、互いに逆方向に接続される。即ち、ダイオード１１４は、直流電源４００に接続される第３の側の電位が直流電源４００に接続されない第４の側、即ち第３の側と反対側の第４の側の電位よりも低いときに、第４の側から第３の側へ向かう順方向の電流が流れるように配置される。なお、並列接続されるダイオード１１４及びスイッチング素子１１５は、両者を合わせてＭＯＳＦＥＴとして構成されていてもよい。即ち、ダイオード１１４は、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用してもよい。開閉制御回路１１６は、プロセッサ１０８の指示によりスイッチング素子１１５の導通を制御する。なお、本稿では、ダイオード１１４を「第２のダイオード」と呼び、スイッチング素子１１５を「第２のスイッチング素子」と呼ぶことがある。

次に、実施の形態３に係る搬送システム１の動作について説明する。まず、搬送モジュール１００に電力供給を開始する際には、直流電源４００がオンに制御される。このタイミングでは、スイッチング素子１１５は、開状態とされる。スイッチング素子１１５が開状態である場合、直流電源４００からインバータユニット１０３に流れ込む突入電流は、突入電流抑制抵抗１１３に流れる。このようにすることで、コンデンサ１０５に急激に電流が流れ込むことを防止できる。これにより、突入電流に起因するコンデンサ１０５の故障を防ぐことができる。突入電流が流れ込み始めてある程度の時間が経過する、若しくはコンデンサ１０５のコンデンサ電圧がある閾値を超えた場合、プロセッサ１０８は、スイッチング素子１１５を閉状態に制御する。これにより、直流電源４００からインバータユニット１０３に供給される電流は、スイッチング素子１１５に流れる。スイッチング素子１１５のオン抵抗は、突入電流抑制抵抗１１３の抵抗値よりも小さいので、インバータユニット１０３での消費電力を抑えることができる。

以上説明したように、実施の形態３に係る搬送システム及び搬送モジュールによれば、インバータユニットは、インバータ回路への突入電流を抑制する突入電流抑制抵抗と、突入電流抑制抵抗に並列に接続される第２のスイッチング素子と、突入電流抑制抵抗及び第２のスイッチング素子の双方に並列に接続される第２のダイオードとを備える。この構成により、直流電源がオンするタイミング時の搬送モジュールへの突入電流を抑制することができる。これにより、上記した実施の形態１，２の効果に加え、突入電流に起因するコンデンサの故障を防ぐことが可能となる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 搬送システム、１００，１００ａ～１００ｋ 搬送モジュール、１０２，１０２ａ，１０２ｂ コイル群、１０３，１０３ａ，１０３ｂ インバータユニット、１０４，１０４ａ，１０４ｂ インバータ回路、１０５，１０５ａ，１０５ｂ コンデンサ、１０６，１０６ａ，１０６ｂ 駆動制御回路、１０７，１０７ａ，１０７ｂ，１１４，１１４ａ，１１４ｂ ダイオード、１０８，１０８ａ，１０８ｂ プロセッサ、１０９，１０９ａ，１０９ｂ 通信Ｉ／Ｆ、１１０，１１０ａ，１１０ｂ，１１５，１１５ａ，１１５ｂ スイッチング素子、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１６，１１６ａ，１１６ｂ 開閉制御回路、１１２，１１２ａ，１１２ｂ 電圧検出回路、１１３，１１３ａ，１１３ｂ 突入電流抑制抵抗、２００，２００ａ～２００ｅ 台車、２０１ 台車筐体、２０２ マグネット、３００ａ，３００ｂ ステーション、４００ 直流電源、５００ 直流電源ライン、６００ コントローラ、７００ 通信ケーブル、８００ 進行方向、１００１ 台車減速期間、１００２ 台車加速期間、１００３，１００４ 台車定速通過期間、１００５，１００６ 最大ピーク電力、１００７ 電圧閾値、１１０１ 回生電力、１１０２，１１０３，１１０４ 駆動電力。

Claims (8)

1. コイル群と、前記コイル群に交流電圧を印加するインバータユニットとを備える搬送モジュールを複数有し、前記コイル群から電磁力を受けるマグネットが搭載される台車を少なくとも１台有する搬送システムであって、
   各々の前記インバータユニットは、
   共通の直流電源が出力する直流電圧が印加され、前記直流電圧を前記交流電圧に変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から見て前記直流電源の側に並列に接続されるコンデンサと、
   前記直流電源と前記インバータ回路との間に接続され、前記直流電源に接続される第１の側の電位が前記第１の側と反対側の第２の側の電位よりも高いときに、前記第１の側から前記第２の側へ向かう順方向の電流が流れるように配置される第１のダイオードと、
   前記第１のダイオードの両端に並列に接続される第１のスイッチング素子と、
   を備え、
   複数の前記搬送モジュールのうちの１つを第１の搬送モジュールとするとき、
   前記第１の搬送モジュールに備えられる前記コンデンサは、前記台車が前記第１の搬送モジュールを減速して通過する際に発生する回生電力を蓄え、
   前記第１の搬送モジュールに備えられる前記第１のスイッチング素子は、前記コンデンサに蓄えられた前記回生電力を前記第１の搬送モジュールとは異なる搬送モジュールの駆動電力として利用するときに閉動作する
   ことを特徴とする搬送システム。
2. 各々の前記インバータユニットは、前記第１のスイッチング素子の開閉を制御する開閉制御回路と、前記第１のダイオードと前記インバータ回路とを結ぶ電気配線の電圧である母線電圧を検出する電圧検出回路と、を備え、
   各々の前記開閉制御回路は、前記電圧検出回路で検出された前記母線電圧の検出値が、既定の上限値を超えた場合、又は既定の下限値を下回った場合に、前記第１のスイッチング素子を閉に制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送システム。
3. 前記搬送システムは、各々の前記インバータユニットの動作を制御するコントローラを有し、
   前記コントローラは、各々の前記インバータユニットと通信可能に構成され、
   各々の前記インバータユニットは、前記第１のスイッチング素子の開閉を制御する開閉制御回路と、前記第１のダイオードと前記インバータ回路とを結ぶ電気配線の電圧である母線電圧を検出する電圧検出回路と、を備え、前記電圧検出回路で検出された前記母線電圧の検出値が既定の上限値を超えたこと、又は既定の下限値を下回ったことを示す超過通知を前記コントローラに通知し、
   前記コントローラは、前記超過通知が通知された場合には、前記インバータユニットにおける前記開閉制御回路の動作を制御して前記第１のスイッチング素子を閉動作させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送システム。
4. 前記搬送システムは、各々の前記インバータユニットの動作を制御するコントローラを有し、
   前記コントローラは、各々の前記インバータユニットと通信可能に構成され、
   各々の前記インバータユニットは、前記第１のスイッチング素子の開閉を制御する開閉制御回路と、前記第１のダイオードと前記インバータ回路とを結ぶ電気配線の電圧である母線電圧を検出する電圧検出回路と、を備え、前記母線電圧の検出値を前記コントローラに通知し、
   前記コントローラは、前記母線電圧の検出値に基づいて、少なくとも１つの前記インバータユニットにおける前記開閉制御回路の動作を制御して前記第１のスイッチング素子を閉動作させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送システム。
5. コイル群と、前記コイル群に交流電圧を印加するインバータユニットとを備える搬送モジュールを少なくとも２つ有し、前記コイル群から電磁力を受けるマグネットが搭載される台車を少なくとも１台有する搬送システムであって、
   各々の前記インバータユニットは、
   共通の直流電源が出力する直流電圧が印加され、前記直流電圧を前記交流電圧に変換するインバータ回路と、
   前記直流電源と前記インバータ回路との間に接続され、前記直流電源に接続される第１の側の電位が前記第１の側と反対側の第２の側の電位よりも高いときに、前記第１の側から前記第２の側へ向かう順方向の電流が流れるように配置される第１のダイオードと、
   前記第１のダイオードの両端に並列に接続される第１のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子の開閉を制御する開閉制御回路と、
   を備え、
   前記搬送システムは、各々の前記インバータユニットの動作を制御するコントローラを有し、
   前記コントローラは、各々の前記インバータユニットと通信可能に構成され、
   前記コントローラは、前記台車の動作プロファイルに基づいて、少なくとも１つの前記インバータユニットにおける前記開閉制御回路の動作を制御する
   ことを特徴とする搬送システム。
6. 前記インバータユニットは、
   前記直流電源と前記インバータ回路との間において前記第１のスイッチング素子に直列に接続され、前記インバータ回路への突入電流を抑制する突入電流抑制抵抗と、
   前記突入電流抑制抵抗に並列に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記突入電流抑制抵抗及び前記第２のスイッチング素子の双方に並列に接続され、且つ、前記直流電源に接続される第３の側の電位が前記第３の側と反対側の第４の側の電位よりも低いときに、前記第４の側から前記第３の側に向かう順方向の電流が流れるように配置される第２のダイオードと、
   を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の搬送システム。
7. コイル群と、前記コイル群に交流電圧を印加して前記コイル群から電磁力を受けるマグネットが搭載される台車に駆動力を付与するインバータユニットと、を備えた搬送モジュールであって、
   前記インバータユニットは、他の搬送モジュールに備えられるインバータユニットと共に共通の直流電源に接続され、
   前記直流電源が出力する直流電圧が印加され、前記直流電圧を前記交流電圧に変換するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から見て前記直流電源の側に並列に接続されるコンデンサと、
   前記直流電源と前記インバータユニットとの間に接続され、前記直流電源に接続される第１の側の電位が前記第１の側と反対側の第２の側の電位よりも高いときに、前記第１の側から前記第２の側に向かう順方向の電流が流れるように配置される第１のダイオードと、
   前記第１のダイオードの両端に並列に接続される第１のスイッチング素子と、
   前記第１のスイッチング素子の開閉を制御する開閉制御回路と、
   を備え、
   前記コンデンサは、前記台車が減速して通過する際に発生する回生電力を蓄え、
   前記開閉制御回路は、前記コンデンサに蓄えられた前記回生電力を他の搬送モジュールの駆動電力として利用するときに前記第１のスイッチング素子を閉動作させる
   ことを特徴とする搬送モジュール。
8. 前記インバータユニットは、
   前記直流電源と前記インバータ回路との間において前記第１のスイッチング素子に直列に接続され、前記インバータ回路への突入電流を抑制する突入電流抑制抵抗と、
   前記突入電流抑制抵抗に並列に接続される第２のスイッチング素子と、
   前記突入電流抑制抵抗及び前記第２のスイッチング素子の双方に並列に接続され、且つ、前記直流電源に接続される第３の側の電位が前記第３の側と反対側の第４の側の電位よりも低いときに、前記第４の側から前記第３の側に向かう順方向の電流が流れるように配置される第２のダイオードと、
   を備えることを特徴とする請求項７に記載の搬送モジュール。

Images