JP5217696B2 - 電源設備 - Google Patents

Description

本発明は、直流電源装置を備え、この直流電源装置より直流電力を負荷に供給し、前記負荷より直流の回生電力が戻ってくる電源設備に関するものである。

従来の上記回生電力が戻ってくる負荷を有する電源設備の一例が、特許文献１に開示されている。
この特許文献１は、回生ブレーキを備えたハイブリッド電気自動車の車両用電源装置に関する発明であり、車両用電源装置として、車両の駆動力を生ずるための電動発電機と、この電動発電機との間で給電，回生を行う蓄電装置を有する２組の電源装置が備えられ、一方の蓄電装置の充電状態を常に高い充電状態とし、他方の蓄電装置の充電状態を常に空に近い状態となるように、放電，回生が制御される。この構成および制御により、常に回生余力が確保されているので、前記回生ブレーキを使用したい時にはいつでも充分に使うことができる。また前記蓄電装置として、バッテリ、コンデンサ、電気２重層キャパシタ（コンデンサ）が使用される。
特開２００４−３２０８７２号公報

しかし、従来の車両用電源装置において、蓄電装置としてコンデンサまたは電気２重層キャパシタを使用するとき、その定格電圧が低い（たとえば、２．５Ｖ）ため、回生電力の電圧に合わせて多数のコンデンサまたは電気２重層キャパシタを用意し直列に接続する必要がある。このように多数のコンデンサまたは電気２重層キャパシタは、設備のコストを押し上げるとともに、設備に大きな設置スペースを必要とし、設備が大きくならざるを得ないという問題があった。

また蓄電装置へ充電される電力は、［蓄電装置の電圧×充電電流］により求められるが、所定の電力を充電するとき、蓄電装置の電圧が低いと、蓄電装置への充電電流が大きくなり、充電電流が大きくなると、設備の機器としての制限電流を越える恐れがあり、蓄電装置へ充電する回生電力を制限する必要がある。このような制限があると、蓄電装置には十分に回生電力を充電できず、放電抵抗を付属しなければならないという問題が発生する。

また、従来の車両用電源装置では、給電を行う蓄電装置と、回生を行う蓄電装置が２組も必要となり、コスト高になるという問題があった。
そこで、本発明は、負荷から戻ってくる回生電力を常に制限なく蓄電でき、省スペース（小型化）、低コストを実現できる電源設備を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、直流電源装置を備え、この直流電源装置より直流の電力を負荷へ供給し、前記負荷より直流の回生電力が戻ってくる電源設備であって、
電気２重層キャパシタと、前記直流電源装置より前記負荷へ電力を供給する電源ラインと前記電気２重層キャパシタとの間に接続され、前記回生電力を前記電気２重層キャパシタが充電可能な電圧まで降圧して前記電気２重層キャパシタへ充電し、前記電気２重層キャパシタに充電された電力を前記電源ラインの電圧より高く昇圧して前記負荷へ供給する双方向昇圧・降圧コンバータを備え、充電開始時の前記電気２重層キャパシタの電圧は、所定の充電電流以下で、最大の前記回生電力を取り込める電圧に設定されていることを特徴とするものである。

上記構成によれば、双方向昇圧・降圧コンバータにより回生電力の電圧を降圧して充電するために、定格電圧が低い電気２重層キャパシタを使用でき、省スペースを実現でき、設備の小型化を図ることができる。

また充電開始時の前記電気２重層キャパシタの電圧は、所定の充電電流以下で、最大の前記回生電力を取り込める電圧に設定されていることにより、常に負荷から戻ってくる最大電力を取り込むことができ、よって設備に放電抵抗が不要となり、余分な部品、余計な熱の発生源を無くすことができる。電気２重層キャパシタにおいて効率よく電力を充電するには、充電開始時の電圧に所定の充電電流を乗算した電力が、最大の回生電力以上であることが重要である。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、放電時は、前記電気２重層キャパシタの電圧が前記回生電力を取り込める設定電圧まで降下するまで放電されることを特徴とするものである。

上記構成によれば、充電により上昇した電気２重層キャパシタの電圧は、放電時に設定電圧まで降下され、よって次回の最大の回生電力を有効に取り込める。
また請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、充電開始時の前記電気２重層キャパシタの設定電圧は、２回の回生時の電力量を充電可能な電圧に設定されていることを特徴とするものである。

上記構成によれば、予備に１回分の回生電力を取り込め、不具合の発生により放電できなかった場合に対処できる。

本発明の電源設備は、省スペースを実現でき、また低コストが可能となり、また常に負荷から戻ってくる最大電力を取り込むことができ、よって設備に放電抵抗が不要となり、余分な部品、余計な熱の発生源を無くすことができる、という効果を有している。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における電源設備の構成図である。
電源設備１１は、直流の回生電力が戻ってくる負荷１９へ電源ライン１３を通して直流の電力を供給する、例えば定格出力電圧ＤＣ３００Ｖの直流電源装置１２と、直列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の電気２重層キャパシタ１６からなるキャパシタバンク１７と、電源ライン１３とキャパシタバンク１７との間に接続され、前記回生電力を前記キャパシタバンク１７が充電可能な電圧まで降圧してキャパシタバンク１７へ充電し、キャパシタバンク１７に充電された電力を電源ライン１３の電圧より高く昇圧して負荷１９へ供給する双方向昇圧・降圧コンバータ１８から構成されている。前記Ｎ個は、キャパシタバンク１７の定格電圧（フル充電時の電圧）を電気２重層キャパシタ１６の定格電圧を除算して求められる。例えば、電気２重層キャパシタ１６の定格電圧を２．５Ｖ、キャパシタバンク１７の定格電圧が１１０Ｖのとき、Ｎは４４となり、４４個の電気２重層キャパシタ１６が直列に接続されてキャパシタバンク１７が形成される。

前記直流の回生電力が戻ってくる負荷１９は、直流電源装置１２より電源ライン１３を通して直流の電力が供給されるインバータ１４と、インバータ１４により駆動されるモータ１５から形成されている。

また前記双方向昇圧・降圧コンバータ１８は、図２に示すように、
電源ライン１３の＋側ラインが接続される入力Ｐ極（＋）端子２１と、
電源ライン１３の−側ラインが接続される入力Ｎ極（−）端子２２と、
キャパシタバンク１７の＋側ラインが接続される出力Ｐ極（＋）端子２３と、
キャパシタバンク１７の−側ラインが接続される出力Ｎ極（−）端子２４と、
入力Ｐ極（＋）端子２１と入力Ｎ極（−）端子２２間に、すなわち電源ライン１３に並列に接続されたリップル吸収用の入力端コンデンサ２５と、
出力Ｐ極（＋）端子２３と出力Ｎ極（−）端子２４間に、すなわちキャパシタバンク１７に並列に接続されたリップル吸収用の出力端コンデンサ２６と、
アノードが入力Ｎ極（−）端子２２に接続された降圧用ダイオード２７と、
コレクタが入力Ｐ極（＋）端子２１に接続され、エミッタが降圧用ダイオード２７のカソードに接続された降圧用スイッチング素子２８と、
一端が降圧用スイッチング素子２８のエミッタと降圧用ダイオード２７のカソードとの接続点に接続され、他端が出力Ｐ極（＋）端子２３に接続された充電用リアクトル２９と、
カソードが入力Ｐ極（＋）端子２１に接続された昇圧用ダイオード３０と、
コレクタが昇圧用ダイオード３０のアノードに接続され、エミッタが入力Ｎ極（−）端子２２に接続された昇圧用スイッチング素子３１と、
昇圧用スイッチング素子３１のコレクタと昇圧用ダイオード３０のアノードとの接続点と、出力Ｐ極（＋）端子２３と間に直列に接続された放電用リアクトル３２と、
前記降圧用スイッチング素子２８のベースおよび昇圧用スイッチング素子３１のベースに接続され、降圧用スイッチング素子２８および昇圧用スイッチング素子３１をパルス制御する、ＣＰＵからなる昇降圧コントローラ３３（詳細は後述する）
から構成されている。

また双方向昇圧・降圧コンバータ１８には、放電用リアクトル３２から、昇圧用スイッチング素子３１のコレクタと昇圧用ダイオード３０のアノードとの接続点へ流れる放電電流を計測する放電電流検出用ＣＴ３５と、降圧用スイッチング素子２８のエミッタと降圧用ダイオード２７のカソードとの接続点から充電用リアクトル２９へ流れる充電電流を計測する充電電流検出用ＣＴ３６とが備えられている。

前記昇降圧コントローラ３３の制御ブロック図を図３に示す。
昇降圧コントローラ３３には、
放電電流検出用ＣＴ３５の出力信号から放電用リアクトル３２に流れている放電電流を検出する放電電流センサ４１と、
充電電流検出用ＣＴ３６の出力信号から充電用リアクトル２９に流れている充電電流を検出する充電電流センサ４２と、
入力Ｐ極（＋）端子２１と入力Ｎ極（−）端子２２に接続され、電源ライン１３の電圧を検出する電源ライン電圧センサ４３と、
出力Ｐ極（＋）端子２３と出力Ｎ極（−）端子２４に接続され、キャパシタバンク１７の電圧を検出するキャパシタバンク電圧センサ４４と、
充電電流センサ４２により検出される充電電流が、充電用リアクトル２９に流すことができる許容電流（定格電流；所定の充電電流の一例）を越えると動作し、充電電流オーバー信号を出力する第１比較器４５と、
放電電流センサ４１により検出される放電電流が、放電用リアクトル３２に流すことができる許容電流（定格電流）を越えると動作し、放電電流オーバー信号を出力する第２比較器４６と、
降圧制御部４７と、
昇圧制御部４８と
が設けられ、モータ１５に電力を供給するとき放電指令が入力され、モータ１５から回生電力が戻ってくるとき充電指令が入力される。

上述したように、所定の充電電流は、充電用リアクトル２９に流すことができる許容電流、すなわち双方向昇圧・降圧コンバータ１８を構成する機器により制限される電流により設定されている。

前記降圧制御部４７は、充電指令がオンで、かつ第１比較器４５により検出される充電電流オーバー信号がオフのとき動作し、電源ライン電圧センサ４３により検出される電源ライン電圧が、キャパシタバンク１７の定格電圧未満まで降圧するように降圧用スイッチング素子２８へゲート信号を出力し（パルス制御し）、キャパシタバンク１７へ（降圧）充電する。なお、初期時（キャパシタバンク１７が未充電のとき）には、キャパシタバンク電圧センサ４４により検出されるキャパシタバンク電圧を確認し、キャパシタバンク１７の電圧が、所定の充電開始電圧（充電時のキャパシタバンク１７の設定電圧；詳細は後述する）となるまで充電する。

また前記昇圧制御部４８は、放電指令がオンで、かつ放電電流オーバー信号がオフのとき動作し、電源ライン電圧センサ４３により検出される電源ライン電圧より所定電圧（直流電源装置１２により維持される一定の電圧幅の電圧より大きな電圧；例えば、２０Ｖ）高めに昇圧するように昇圧用スイッチング素子３１へゲート信号を出力し（パルス制御し）、負荷１９へ（昇圧）放電する。このとき、キャパシタバンク電圧センサ４４により検出されるキャパシタバンク電圧を監視し、キャパシタバンク１７の電圧が所定の放電下限電圧（回生電力を取り込める設定電圧；詳細は後述する）となると放電を終了する。

前記所定の充電開始電圧は、充電用リアクトル２９の定格電流（所定の充電電流）以下で、最大の回生電力を取り込める電圧に設定される。例えば、図４に示すように、回生電力が、最初の２秒では回生電力０．３５ｋＷ、次の１０秒では回生電力４ｋＷ、次の２秒では回生電力４．２ｋＷ、次の１秒では回生電力０．４ｋＷとなり、電力合計が４９ｋＷｓ（≒５０ｋＪ）となるものとすると、最大の回生電力である４．２ｋＷを取り込める電圧に設定される。今、充電用リアクトル２９の定格電流を６０Ａとすると、設定電圧は、
４２００ｋＷ÷６０Ａ＝７０Ｖ
となり、７０Ｖ未満では、最大の回生電力４．２ｋＷを取り込めない。よって所定の充電開始電圧は７０Ｖ以上に設定される。このように、キャパシタバンク１７（電気２重層キャパシタ１６）において効率よく電力を充電するには、充電開始時の電圧に所定の充電電流を乗算した電力が、最大の回生電力以上であることが重要である。

また前記所定の充電開始電圧は、戻ってくる最大の回生電力量を２回分、充電可能な電圧に設定される。すなわち、図５に示すように、フル充電電圧を１１８Ｖ、放電下限電圧を８５Ｖとすると、図４に示す回生時の電力量５０ｋＪを２回、充電可能とされている。

また放電時は、この充電開始電圧までキャパシタバンク１７の電圧が降下すると、次の最大の回生電力を取り込めなくなるので、前記所定の放電下限電圧は、この充電開始電圧に設定される。すなわち、所定の放電下限電圧は所定の充電開始電圧と同一に設定される。キャパシタバンク１７の電圧が、この放電下限電圧まで降下すると放電は停止される。

上記構成による作用を説明する。
「充電」
いま、キャパシタバンク１７は、充電開始時に充電開始電圧（＝放電下限電圧）まで充電されているものとする。

充電指令が双方向昇圧・降圧コンバータ１８（昇降圧コントローラ３３）へ入力されると、充電電流センサ４２により検出されている充電電流が、充電用リアクトル２９の定格電流を越えていないことを条件に、（降圧）充電動作を実行する。すなわち、電源ライン電圧センサ４３により検出される電源ライン電圧が、キャパシタバンク１７の定格電圧未満まで降圧するように降圧用スイッチング素子２８へゲート信号を出力し、負荷１９から戻ってくる最大の回生電力量をキャパシタバンク１７へ充電する。このとき、キャパシタバンク１７の電圧は、放電下限電圧まで下降されているので（後述する）、最大の回生電力を制限なく充電することができる。また充電により、キャパシタバンク１７の電圧は上昇する。

「放電」
放電指令が双方向昇圧・降圧コンバータ１８（昇降圧コントローラ３３）へ入力されると、放電電流センサ４１により検出されている放電電流が、放電用リアクトル３２の定格電流を越えていないことを条件に、（昇圧）放電動作を実行する。すなわち、電源ライン電圧センサ４３により検出される電源ライン電圧より所定電圧（例えば、２０Ｖ）高めに昇圧するように昇圧用スイッチング素子３１へゲート信号を出力し、キャパシタバンク１７に蓄電された電力を、電源ライン１３を通して負荷１９へ供給する。この放電によりキャパシタバンク１７の電圧は降下するが、所定の放電下限電圧（＝所定の充電開始電圧）まで降下すると、放電を終了する。すなわち、放電時は、キャパシタバンク１７の電圧が次の最大の回生電力を制限なく取り込め、かつ２回分の回生電力量を取り込める所定の放電下限電圧（＝所定の充電開始電圧）まで降下するまで放電される。

以上のように、本実施の形態によれば、双方向昇圧・降圧コンバータ１８により回生電力の電圧を降圧して充電するために、キャパシタバンク１７を形成する、定格電圧が低い電気２重層キャパシタ１６の数を減らすことができ、省スペースを実現でき、設備の小型化を図ることができる。また充電時のキャパシタバンク１７の電圧は、所定の充電電流以下で、最大の回生電力を取り込める電圧に設定されていることにより、常に負荷１９から戻ってくる最大電力を取り込むことができ、よって設備に放電抵抗が不要となり、余分な部品、余計な熱の発生源を無くすことができる。

また本実施の形態によれば、充電により上昇したキャパシタバンク１７（電気２重層キャパシタ１６）の電圧は、放電時に所定の放電下限電圧（前記所定の充電開始電圧）まで降下されることによって、次回の最大の回生電力を有効に取り込むことができる。

また本実施の形態によれば、キャパシタバンク１７（電気２重層キャパシタ１６）に、２回分の最大の回生電力量を取り込めることにより、常に予備に１回分の回生電力を取り込むことができ、不具合の発生により放電できなかった場合に対処することができる。

なお、本実施の形態では、負荷１９を、インバータ１４とモータ１５により構成しているが、負荷１９は、電力が戻ってくる負荷であればよい。
［実施例１］
本発明の電源装置を物品保管設備のスタッカークレーンに搭載した実施例１を図面に基づいて説明する。

図６は物品保管設備の斜視図であり、物品保管設備ＦＳには、物品出し入れ方向が互いに対向するように間隔を隔てて設置した２基の保管棚Ａと、それらの保管棚Ａどうしの間に形成された作業通路Ｂを自動走行するスタッカークレーン（物品出し入れ装置の一例）Ｃとが設けられ、各保管棚Ａには物品（商品など）Ｆを載せたパレットＰを保管する複数の物品保管部Ｄが上下多段かつスタッカークレーンＣの走行方向（以下、前後方向と称す）に並設されている。

前記作業通路Ｂには、保管棚Ａの長手方向に沿って走行レール５１が設置され、作業通路ＢのスタッカークレーンＣのホーム・ポジション（ＨＰ）側に物品搬出入部Ｅが設けられ、この物品搬出入部Ｅには、走行レール５１を挟んで、物品捌き手段および搬入出口を形成する一対の物品受け台Ｊが設けられ、また操作パネル（入力手段）Ｋと地上コントローラ７１（図７；詳細は後述する）と後述する第２光送受信器６５（図７）を備えた地上制御盤Ｅ１が設けられている。スタッカークレーンＣは、地上コントローラ７１から出力される入出庫データ（作業情報の一例；詳細は後述する）に基づいて走行レール５１に沿って走行して、物品保管部Ｄと物品受け台Ｊとの間でのパレットＰ（物品Ｆ）の出し入れを行う物品出し入れ装置として構成されている。

前記物品保管部Ｄの保管棚Ａにおける位置（棚番；物品保管部Ｄを特定する情報）は、バンク（ＢＡＮＫ）の番号｛前記前後方向とは直角な方向（以下、左右方向と称す）の保管棚Ａの列の番号｝とレベル（ＬＥＶＥＬ）の番号（保管棚Ａの最も下段の物品保管部Ｄからの上下方向の段の番号）とベイ（ＢＡＹ）の番号（ＨＰ位置からの物品保管部Ｄの前後方向の番号）により特定され、物品保管部Ｄに対する前記入出庫データは、「作業モード（実行する作業情報；入庫作業、出庫作業などが指定される）」、「使用する物品受け台Ｊの左右の別」、「棚番（作業を実行する物品保管部Ｄのバンク−ベイ−レベルの番号）」から構成される。

このような入出庫データは、自動運転のときは、物品保管設備ＦＳの荷役をコントロールする上位の荷役コントローラ７２より地上コントローラ７１へ出力される荷役指令｛物品名（物品を特定する情報の一例）と作業モード｝に基づいて、地上コントローラ７１において形成される。

地上コントローラ７１は、各物品保管部Ｄに収納されているパレットＰ上の物品Ｆを管理テーブルで管理しており、すなわち各物品保管部Ｄの棚番毎に、物品の有無および物品名（物品を収納しているとき）を記憶しており、荷役指令を入力すると、管理テーブルを参照して、入力した順に入出庫データを形成する。

荷役指令の作業モードが入庫モードのときには、管理テーブルを検索して「物品無し」の物品保管部Ｄを求め、その棚番と入庫モード（作業モード）からなる入庫データを形成し、また出庫モードのときには、荷役指令の物品名により管理テーブルを検索してこの物品が収納されている物品保管部Ｄを求め、その棚番と出庫モード（作業モード）からなる出庫データを形成する。また使用する物品受け台Ｊは、左右交互に選択して各データに付加する。

なお、地上コントローラ７１は、各作業モードが終了すると管理テーブルを更新することになる。
前記スタッカークレーンＣは、走行レール５１に案内されて物品保管部Ｄに沿って走行する走行車体５２と、この走行車体５２に垂設された前後一対の昇降マスト（柱体）５４と、この一対の昇降マスト５４に沿って（支持案内されて）物品保管部Ｄと物品受け台Ｊへ昇降される昇降台（昇降体の一例）５３を有し、この昇降台５３に、物品保管部Ｄと物品受け台ＪにおいてパレットＰ（物品Ｆ）の移載を行うフォーク装置（移載手段）５５を設けており、スタッカークレーンＣは、前記昇降台５３（フォーク装置５５）に物品Ｆを載置して搬送する。

また天井部には、走行レール５１に対向してガイドレール５６が敷設され、上記一対の昇降マスト５４の上端部には、これら上端部を連結するとともに、前記ガイドレール５６を左右から挟み込んで、スタッカークレーンＣの走行に伴ってスタッカークレーンＣの上部位置を規制する上部フレーム５７が設けられている。

また走行車体５２上には、昇降台５３を駆動昇降させるための昇降用電動モータ６１と、走行車体５２を走行駆動させるための走行用電動モータ６２と、フォーク装置５５を出退駆動させるためのフォーク用モータ８９（図７）が設けられ、さらに走行車体５２上には、ＨＰ側の昇降マスト５４の外方位置に、コンピュータからなる本体コントローラ６３（制御手段の一例；図７）を内蔵した本体制御盤Ｇが設けられており、走行車体５２の側面には、物品搬出入部Ｅの地上コントローラ７１とのデータの送受信を行う第１光送受信器６４が設けられている。また走行車体５２上に、昇降台５３の下降限と昇降台５３との距離を光を使用して測定する測距装置（昇降台５３の昇降距離検出手段）６６が設けられている。

また地上制御盤Ｅ１には、上記第１光送受信器６４に対向して第２光送受信器６５（図７）が設けられ、この第２光送受信器６５は地上コントローラ７１に接続されている。
またスタッカークレーンＣに給電する設備として、走行レール５１（物品出し入れ装置が走行する経路に相当する）に沿って上下一対の誘導線路８１が敷設され、この誘導線路８１に高周波電流を給電する電源装置８２（図７）が設けられている。またスタッカークレーンＣには、図７に示すように、誘導線路８１に対向して受電コイル（ピックアップコイル）８４が設けられ、この受電コイル８４と並列に、この受電コイル８４と誘導線路８１の周波数に共振する共振回路を形成するコンデンサ８５が設けられ、さらにこのコンデンサ８５に接続されて整流・平滑回路８６が設けられ、この整流・平滑回路８６に接続されて安定化電源回路８７が設けられている。安定化電源回路８７により、その出力電圧は、一定の電圧幅の電圧（例えば、２９５Ｖ〜３０５Ｖの電圧）に維持される（安定化される）。

またスタッカークレーンＣに、前記安定化電源回路８７よりダイオード８８を介して給電される、走行用電動モータ６２および（切り換えて）フォーク装置５５のフォーク用モータ８９を駆動する第１インバータ９０と、昇降用電動モータ６１を駆動する第２インバータ９１と、本体コントローラ６３へ制御電源を給電する制御電源装置９２が設けられている。上記走行用電動モータ６２、フォーク用モータ８９、第１インバータ９０、昇降用電動モータ６１、および第２インバータ９１により、本発明の負荷１９が形成されている。

またスタッカークレーンＣにおいて、ダイオード８８を介して安定化電源回路８７と、上記第１インバータ９０，第２インバータ９１，および制御電源装置９２との間に、すなわち本発明の電源ライン１３に、上記第１インバータ９０，第２インバータ９１，および制御電源装置９２と並列に、双方向昇圧・降圧コンバータ１８が接続され、この双方向昇圧・降圧コンバータ１８にキャパシタバンク１７が接続されている。なお、誘導線路８１、電源装置８２、受電コイル８４、コンデンサ８５、整流・平滑回路８６、および安定化電源回路８７により、本発明の直流電源装置１２が形成されている。さらに安定化電源回路８７の出力電圧（第１インバータ９０，第２インバータ９１，および制御電源装置９２に印加される電圧に相当する）、すなわち電源ライン１３の電圧を検出する電圧センサ（電圧検出手段の一例）９６が設けられている。

また本体コントローラ６３より、双方向昇圧・降圧コンバータ１８へ上記充電指令と放電指令が出力され、双方向昇圧・降圧コンバータ１８は、これら指令に応じて、キャパシタバンク１７に充電し、または放電する。

前記スタッカークレーンＣの本体コントローラ６３は、地上コントローラ７１から第２光送受信器６５および第１光送受信器６４を介して上記入出庫データを入力すると、入出庫データに応じて、走行シーケンス（詳細は後述する）を実行して走行用電動モータ６２を駆動し、昇降シーケンス（詳細は後述する）を実行して昇降用電動モータ６１を駆動し、パレットＰの掬い動作と卸し動作のためにフォーク用モータ８９を駆動して、パレットＰ（物品Ｆ）の出し入れ（入出庫または移載）を実行する。

前記走行車体５２の走行シーケンスは、現在位置（現在のベイの番号により特定される位置または物品受け台Ｊ位置）と入出庫データの目的位置（物品受け台Ｊ位置または目的のベイの番号により特定される位置）との距離を求め、この距離を、予め設定された、加速度、定速度、および減速度により、加速する時間、定速走行時間、減速する時間を求めて実行される。また、走行車体５２の走行状態を示すモードとして、走行開始時は「加速モード」、加速する時間が経過すると「定速モード」、定速走行時間が経過すると「減速モード」、減速時間が経過すると「停止モード」が設定される。

また前記昇降シーケンスは、現在位置（現在のレベルの番号により特定される位置または物品受け台Ｊ位置）と入出庫データの目的位置（物品受け台Ｊ位置または目的のレベルの番号により特定される位置）とを比較し、現在位置が目的位置より低いときは、上昇モードが設定され、現在位置が目的位置より高いときは、下降モードが設定され、目的位置に到着すると停止モードが設定されて実行される。また昇降台５３の昇降状態を示すモードとして、前記「上昇モード」、「下降モード」、および「停止モード」が設定される。なお、目的位置への到着は、前記測距装置６６により昇降台５３の下降限と昇降台５３との距離を測定することにより判断される。

各作業モードにおける走行シーケンスと昇降シーケンスを詳細に説明し、本体コントローラ６３より出力される、双方向昇圧・降圧コンバータ１８への上記充電指令と放電指令を説明し、同時に各作業モードにおけるスタッカークレーンＣの動作を説明する。

「入庫モード」
入庫データにより、入庫先の「物品保管部Ｄのベイ−レベル」が指定されることにより、図８に示すように、走行車体５２および昇降台５３が動作される。

まず、「下降モード」を実行して、昇降用電動モータ６１を駆動して昇降台５３を現在のレベル位置より物品受け台Ｊ位置へ下降する。また「加速モード」−「定速モード」−「減速モード」を順に実行し、走行用電動モータ６２を駆動して走行車体５２を物品受け台Ｊ位置へ移動する。

物品受け台Ｊへの移動が終了すると、フォーク用モータ８９を一定速度で駆動してフォーク装置５５により物品受け台ＪにおけるパレットＰの掬い動作を実行する。
物品受け台ＪにてパレットＰを掬うと、「上昇モード」を実行して昇降用電動モータ６１を駆動して、昇降台５３を入庫データのレベル位置へ上昇する。また「加速モード」−「定速モード」−「減速モード」を順に実行し、走行用電動モータ６２を駆動して走行車体５２を入庫データのベイ位置へ移動する。

目的のベイ位置およびレベル位置への移動が終了すると、フォーク用モータ８９を一定速度で駆動してフォーク装置５５により目的の物品保管部ＤへパレットＰの卸し動作を実行する。

「出庫モード」
出庫データにより、出庫先の「物品保管部Ｄのベイ−レベル」が指定されることにより、図９に示すように、走行車体５２および昇降台５３が動作される。

まず、昇降台５３は出庫データのレベル位置と現在のレベル位置を比較し、出庫データのレベル位置が高いときは「上昇モード」を設定し、低いときは「下降モードを設定し、昇降用電動モータ６１を駆動して昇降台５３を、現在のレベル位置から出庫データのレベル位置（目的のレベル位置）へ昇降する。また「加速モード」−「定速モード」−「減速モード」を順に実行し、走行用電動モータ６２を駆動して走行車体５２を、現在のベイ位置から出庫データのベイ位置（目的のベイ位置）へ移動する。

目的のベイ位置およびレベル位置への移動が終了すると、フォーク用モータ８９を駆動してフォーク装置５５により目的の物品保管部ＤからのパレットＰの掬い動作を実行する。

この目的の物品保管部Ｄにおけるフォーク装置５５によるパレットＰの掬い動作が終了すると、「下降モード」を実行し、昇降用電動モータ６１を駆動して昇降台５３を、物品受け台Ｊ位置へ下降する。また「加速モード」−「定速モード」−「減速モード」を順に実行し、走行用電動モータ６２を駆動して、走行車体５２を物品受け台Ｊ位置へ移動する。

物品受け台Ｊへの移動が終了すると、フォーク用モータ８９を駆動してフォーク装置５５により物品受け台ＪへパレットＰの卸し動作を実行する。
「充電指令と放電指令」
各作業モードにおいて、昇降用電動モータ６１が「下降モード」のとき、または走行用電動モータ６２が「減速モード」のとき、回生電力が戻るため「充電モード」が設定され、また昇降用電動モータ６１が「上昇モード」のとき、または走行用電動モータ６２が「加速モード」と「定速モード」のとき、またはフォーク用モータ８９が駆動されるとき、供給電力が必要とされるため「放電モード」が設定される。なお、各モータ６１，６２，８９を駆動する必要がないとき、すなわち停止されているときそれぞれ、「停止モード」が設定される。なお、走行車体５２の走行用電動モータ６２とフォーク装置５５のフォーク用モータ８９は切り換えて使用されるために、同時に駆動されることはない（図７参照）。

図１０に示すように、走行車体５２（走行用電動モータ６２）またはフォーク装置５５（フォーク用モータ８９）がそれぞれ「充電モード」（フォーク装置５５には存在しない）または「放電モード」または「停止モード」のときと、昇降台５３（昇降用電動モータ６１）が「充電モード」または「放電モード」または「停止モード」のときとに応じて出力される充電指令、放電指令について、説明する。

前記各「充電モード」と「放電モード」が重ならないときは、「充電モード」のとき充電指令（オン）を双方向昇圧・降圧コンバータ１８へ出力し（放電指令オフ）、「放電モード」のとき放電指令（オン）を双方向昇圧・降圧コンバータ１８へ出力する（充電指令オフ）。また共に「停止モード」のとき、充電指令および放電指令をオフとする。

またスタッカークレーンＣの物品Ｆの移送状態（上記走行状態と昇降状態）により、「充電モード」と「放電モード」が重なるとき、例えば図８に示すように、走行用電動モータ６２の「加速モード」と昇降用電動モータ６１の「下降モード」が同時に実行されるとき、図１０に示すように、電圧センサ９６により検出される電源ライン１３の電圧が、安定化電源回路８７の設定電圧（電源ラインの設定電圧）以上となると「充電モード」として充電指令（オン）を双方向昇圧・降圧コンバータ１８へ出力し（放電指令オフ）、設定電圧未満となると「放電モード」として双方向昇圧・降圧コンバータ１８へ放電指令（オン）を出力する（充電指令オフ）。

このように、本体コントローラ６３より、各作業モードにおける走行シーケンスと昇降シーケンスにおいて実行される動作状況（物品Ｆの移送状態）に基づいて、充電指令または放電指令が出力され、双方向昇圧・降圧コンバータ１８は、上述したように、充電指令または放電指令に応じて、キャパシタバンク１７に充電し、または放電する。

したがって、走行用電動モータ６２と昇降用電動モータ６１とフォーク用モータ８９に駆動電力が必要なとき放電して、安定化電源回路８７から供給される電力に、キャパシタバンク１７からの電力を加えることができ、前記モータ６１，６２，８９のピーク電力を補償することができる。このとき、放電は、所定の放電下限電圧（＝所定の充電開始電圧）まで降下されることにより、次回の最大の回生電力を有効に取り込むことができる。

また走行用電動モータ６２と昇降用電動モータ６１から回生電力が戻ってくるとき充電して、特に、走行車体５２が停止中に、昇降台５３のみが下降するときに戻ってくる大きな回生電力を、キャパシタバンク１７（電気２重層キャパシタ１６）に取り込むことができる。またキャパシタバンク１７は、２回の最大の回生電力量を取り込むことができる。
このように、本実施例１によれば、放電によりモータ６１，６２，８９のピーク電力を補償することができ、充電時には常にモータ６１，６２から回生されてくる回生電力を制限なく充電でき、スタッカークレーンＣに放電抵抗が不要となり、余分な部品、余計な熱の発生源を無くすことができる。またキャパシタバンク１７を形成する電気２重層キャパシタ１６の数を、双方向昇圧・降圧コンバータ１８により回生電力の電圧を降圧して充電するために減らすことができ、省スペースを実現でき、設備の小型化を図ることができる。

また本実施例１によれば、スタッカークレーンＣの物品Ｆの移送状態により、モータ６１，６２の「充電モード」と「放電モード」が重なるとき、電圧センサ９６により検出される電源ライン１３の電圧と安定化電源回路８７の設定電圧（電源ラインの設定電圧）を比較して「充電モード」か、「放電モード」かを決定することにより、時間により変化する電力の向きに応じて、キャパシタバンク１７を有効に活用することができる。さらに、電源ライン１３の電圧が安定化電源回路８７の設定電圧より低くなると、すぐに補償する方向、すなわち放電を優先し、キャパシタバンク１７を空けることを優先することにより、次の大きな回生電力の取り込みを可能としている。

なお、本実施例１では、スタッカークレーンＣの物品Ｆの移送状態により、「充電モード」と「放電モード」が重なるとき、電圧センサ９６により検出される電源ライン１３の電圧により、「充電モード」か「放電モード」かを決定しているが、予め走行用電動モータ６２の「加速モード」と「定速モード」のときに必要な駆動電力と、昇降用電動モータ６１の「下降モード」のときに戻ってくる回生電力を演算し、駆動電力が回生電力以上のときに放電指令を出力し、駆動電力が回生電力未満のときに充電指令を出力するようにしてもよい。
［実施例２］
上記実施例１では、本発明の電源装置を物品保管設備のスタッカークレーンに搭載した例について説明しているが、スタッカークレーンに限ることはない。実施例２では、本発明の電源装置を車吊下げ搬送設備の可動体に搭載している。

車吊下げ搬送設備は、天井にモノレールを架設し、このモノレールに案内される走行自在な可動体を使用して、自動車製作工場において製作途中の車体や完成した車などを搬送する設備である。この車吊下げ搬送設備の概略の構成を、図１１に基づいて説明する。

車吊下げ搬送設備は、天井に架設され、側面に上下一対の誘導線路100が配設されたモノレール（一定経路の一例）101と、モノレール101に沿って床面に点在された複数の車受け装置102と、モノレール101に沿って走行し、車受け装置102間の車体（被搬送物の一例）103の搬送を行う複数の可動体（移動体の一例）104から構成されている。

前記可動体104には、可動体104をモノレール101に沿って案内し、また支持する前後方向（走行方向）に複数の輪体106と、特定の輪体（駆動輪体）106Ａを駆動する走行駆動装置（走行用電動モータ）107と、可動体104の下方に配置され車体103を支持し、その昇降に使用される昇降体108と、前記昇降体108を４本のチェーン109で支持し（吊り）、巻掛け伝道装置110によりチェーン109を送り出し、巻き取ることにより昇降体108を昇降動する昇降動装置111と、昇降体108の両側左右から下方へ垂設された４本の縦杆112と、各縦杆112の下部で縦軸心の回りに回動自在で、実際に車体103を支持する４個の支持具113と、これら支持具113を回動させる作動装置（作動用電動モータ）114と、モノレール101の誘導線路100に対向した受電コイル115を備えている。

可動体104の回路構成図を図１２に示す。図７の物体搬送設備の回路構成と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。可動体104に、キャパシタバンク１７、双方向昇圧・降圧コンバータ１８、本体コントローラ６３、コンデンサ８５、整流・平滑回路８６、安定化電源回路８７、ダイオード８８、第１インバータ９０、第２インバータ９１、および制御電源装置９２が設けられている。

誘導線路100に電源装置８２が接続され、スタッカークレーンＣの走行用電動モータ６２と同等の走行駆動装置107とスタッカークレーンＣのフォーク用モータ８９と同等の作動装置114が第１インバータ９０に接続され、スタッカークレーンＣの昇降用電動モータ６1と同等の巻掛け伝道装置110が第２インバータ９１に接続されている。また第１光送受信器６４に代えて子局（無線装置）121が設けられ、第２光送受信器６５に代えて親局（無線装置）122が設けられ、無線にて地上制御盤Ｅ１と可動体104との間のデータ送受信が可能とされている。

上記構成による作用を説明する。今、車体103を支持具113により支持し、昇降体108は上昇限にあるとする。
可動体104の本体コントローラ６３は、地上制御盤Ｅ１から親局122、子局121を介して、車体103の搬送指令（搬送先の車受け装置102の位置）を入力すると、走行駆動装置107を駆動し輪体106を回転することにより、可動体104をモノレール101に支持案内させて走行させる。続いてモノレール101に案内され走行してきた可動体104が目的（搬送先）とする車受け装置102の位置に到達すると走行駆動装置107を停止し、支持している車体103を車受け装置102に対向させる。次いで昇降動装置111を駆動して昇降体108を下げ作動し、送り出すチェーン109によって昇降体108を下降させる（あるいは、目的とする車受け装置102の位置に接近すると、走行中に昇降動装置111を駆動して昇降体108を下げ作動を開始する）。

この昇降体108が下降限の近くにくると巻掛け伝道装置110を減速し車体103を車受け装置102上に載置する。この状態で両作動装置114を駆動して、各支持具113を縦軸心の回りに回動して、前後の縦杆112間の上方に納めて、車体103を支持具113より離す。そして巻掛け伝道装置110を駆動して上げ作動し、巻き取るチェーン109によって昇降体108を上昇させる。その後、走行駆動装置107を駆動して空の可動体104を再びモノレール101に支持案内させて走行させる（あるいは、昇降体108を上昇中に、走行を開始する）。

また車体103の搬送指令（搬送元の車受け装置102の位置）に基づいて空の可動体104を走行させ、そして前述とは逆作動させることで、目的（搬送元）とする車受け装置102上の車体103を受け取って搬送する。

このように、可動体104を天井部で走行させ、スタッカークレーンＣとは逆に昇降体108を下降させて車体Ｍの受け渡しを行っている。
上記作用時において、本体コントローラ６３により、スタッカークレーンＣのときと同様に、走行駆動装置107を駆動する走行シーケンス（「加速モード」−「定速モード」−「減速モード」）と、巻掛け伝道装置110を駆動する昇降シーケンス（「上昇モード」、「下降モード」、および「停止モード」）が実行され、これら走行シーケンスと昇降シーケンスにおいて実行される動作状況（車体103の移送状態）に基づいて、充電指令または放電指令が出力され、双方向昇圧・降圧コンバータ１８は、上述したように、充電指令または放電指令に応じて、キャパシタバンク１７に充電し、または放電する。

したがって、走行駆動装置107と巻掛け伝道装置110と作動装置114に駆動電力が必要なとき放電して、安定化電源回路８７から供給される電力に、キャパシタバンク１７からの電力を加えることができ、前記装置107，110，114のピーク電力を補償することができる。このとき、放電は、所定の放電下限電圧（＝所定の充電開始電圧）まで降下されることにより、次回の最大の回生電力を有効に取り込むことができる。

また走行駆動装置107と巻掛け伝道装置110から回生電力が戻ってくるとき充電して、特に、可動体104が停止中に、昇降体108のみが下降するときに戻ってくる大きな回生電力を、キャパシタバンク１７（電気２重層キャパシタ１６）に取り込むことができる。またキャパシタバンク１７は、２回の最大の回生電力量を取り込むことができる。

このように、本実施例２においても、放電により走行駆動装置107と巻掛け伝道装置110と作動装置114のピーク電力を補償することができ、充電時には常に走行駆動装置107と巻掛け伝道装置110から回生されてくる回生電力を制限なく充電でき、可動体104に放電抵抗が不要となり、余分な部品、余計な熱の発生源を無くすことができる。またキャパシタバンク１７を形成する電気２重層キャパシタ１６の数を、双方向昇圧・降圧コンバータ１８により回生電力の電圧を降圧して充電するために減らすことができ、省スペースを実現でき、設備の小型化を図ることができる。

また本実施例２においても、可動体104の車体103の移送状態により、走行駆動装置107と巻掛け伝道装置110の「充電モード」と「放電モード」が重なるとき、電圧センサ９６により検出される電源ライン１３の電圧と安定化電源回路８７の設定電圧（電源ラインの設定電圧）を比較して「充電モード」か、「放電モード」かを決定することにより、時間により変化する電力の向きに応じて、キャパシタバンク１７を有効に活用することができる。さらに、電源ライン１３の電圧が安定化電源回路８７の設定電圧より低くなると、すぐに補償する方向、すなわち放電を優先し、キャパシタバンク１７を空けることを優先することにより、次の大きな回生電力の取り込みを可能としている。

本発明の実施の形態における電源設備の構成図である。 同電源装置の双方向降圧・昇圧コンバータの回路図である。 同電源装置の双方向降圧・昇圧コンバータの昇降圧コントローラのブロック図である。 同電源装置における回生電力の一例を示す特性図である。 同電源装置の電気キャパシタバンクの電圧と蓄電できる回生電力の説明図である。 同電源装置を備えた物品保管設備の要部斜視図である。 同電源装置を備えた物品保管設備の回路構成図である。 同電源装置を備えた物品保管設備の入庫作業時におけるスタッカークレーンの走行車体と昇降台の動作を示す説明図である。 同電源装置を備えた物品保管設備の出庫作業時におけるスタッカークレーンの走行車体と昇降台の動作を示す説明図である。 同電源装置を備えた物品保管設備の本体コントローラの充電指令出力と放電指令出力の説明図である。 同電源装置を備えた車吊下げ搬送設備の要部側面図である。 同電源装置を備えた車吊下げ搬送設備の回路構成図である。

符号の説明

１１ 電源設備
１２ 直流電源装置
１３ 電源ライン
１４ インバータ
１５ モータ
１６ 電気２重層キャパシタ
１７ キャパシタバンク
１８ 双方向昇圧・降圧コンバータ
１９ 負荷
２８ 降圧用スイッチング素子
２９ 充電用リアクトル
３１ 昇圧用スイッチング素子
３２ 放電用リアクトル
３３ 昇降圧コントローラ

Claims (3)

1. 直流電源装置を備え、この直流電源装置より直流の電力を負荷へ供給し、前記負荷より直流の回生電力が戻ってくる電源設備であって、
   電気２重層キャパシタと、
   前記直流電源装置より前記負荷へ電力を供給する電源ラインと前記電気２重層キャパシタとの間に接続され、前記回生電力を前記電気２重層キャパシタが充電可能な電圧まで降圧して前記電気２重層キャパシタへ充電し、前記電気２重層キャパシタに充電された電力を前記電源ラインの電圧より高く昇圧して前記負荷へ供給する双方向昇圧・降圧コンバータを備え、
   充電開始時の前記電気２重層キャパシタの電圧は、所定の充電電流以下で、最大の前記回生電力を取り込める電圧に設定されていること
   を特徴とする電源設備。
2. 放電時は、前記電気２重層キャパシタの電圧が前記回生電力を取り込める設定電圧まで降下するまで放電されること
   を特徴とする請求項１に記載の電源設備。
3. 充電開始時の前記電気２重層キャパシタの設定電圧は、２回の回生時の電力量を充電可能な電圧に設定されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源設備。

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