JP5465591B2 - 垂直搬送機の蓄電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、垂直搬送機を駆動する主電動機に供給する電力の制御に関し、特に、蓄電装置を備えることにより、一次側電源設備の負荷を軽減する蓄電制御装置に関する。

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を行うことができる。

エレベータにおいても同様に、大勢の人が乗った下降工程及び空かごの上昇工程において、回生運転を行うことが可能であり、電動機で発生する電力を回生することができる。特許文献１には、回生電力を有効に使用することによって省エネを図るとともに、停電時にもエレベータの運転を可能とする蓄電制御装置が記載されている。

しかしながら、倉庫や工場で荷物を搬送する垂直搬送機にあっては、エレベータとは違った要求がなされている。そこで、本発明者らは、工業的な垂直搬送機における蓄電装置及び制御装置について鋭意研究を行った。その結果、垂直搬送機において要求されることは、エレベータにおけるような省エネよりも、一次側の電源設備における負荷軽減の方が重要であるという結論に到達した。

すなわち、工業的な垂直搬送機に蓄電装置及び制御装置を設けることにより、省エネを行うことも可能ではあるが、これは力行運転と回生運転とが、ある程度規則的に、交互に行われる場合に限られる。実際には、力行運転又は回生運転の一方のみが継続することが多く、非常に容量の大きな蓄電装置を設置しない限り、省エネを行うことは困難である。また、工業用垂直搬送機は、エレベータにおけるような非常電源を、個別に備える必要もない。

特開２００９−１４３７１１号公報

本発明の課題は、工業的に用いる垂直搬送機の蓄電装置及び制御装置であって、一次側電源設備の負荷を軽減する蓄電制御装置を提供することにある。そして、力行運転又は回生運転の一方のみが継続して行われる場合でも、有効に機能する蓄電制御装置を提供することにある。また、設備費を安価に抑えることが可能な蓄電制御装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る垂直搬送機の蓄電制御装置は、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工業用垂直搬送機に用いられる蓄電制御装置であって、前記搬送台の停止前又は停止時に、蓄電装置が所定の充電量に達しているか否かを判定し、所定の充電量に達していない場合には充電し、所定の充電量に達していることを条件に次の発進が可能となるように制御するとともに、前記搬送台の発進時に、所定の時間、前記蓄電装置が放電することによって一次側電源の使用電力が低減されるように制御し、前記所定の時間が経過した後は、前記垂直搬送機が力行運転であるか回生運転であるかの判別に基づいて、力行運転であるときは、前記一次側電源からの電力によって走行を続け、停止後に前記一次側電源により前記蓄電装置の充電を行い、回生運転であるときは、前記蓄電装置が回生電力により充電されるように制御しながら走行を続け、停止後に必要であれば前記一次側電源により前記蓄電装置の充電を行うように制御する手段を採用している。

また、本発明の請求項２に係る垂直搬送機の蓄電制御装置は、請求項１に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置において、前記一次側電源の使用電力が、前記搬送台の発進時に最大値とならないように制御する手段を採用している。また、本発明の請求項３に係る垂直搬送機の蓄電制御装置は、請求項１又は２に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置において、前所定の時間が、３〜１０秒である手段を採用している。さらに、本発明の請求項４に係る垂直搬送機の蓄電制御装置は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置であって、前記蓄電装置が、前記搬送台の発進時のみに放電される手段を採用している。

また、本発明の請求項５に係る垂直搬送機の蓄電制御装置は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置であって、前記蓄電装置が電気二重層キャパシタである手段を採用している。

本発明の蓄電制御装置は、搬送台の発進時に蓄電装置を放電状態とすることにより、一次側電源の使用電力を低減することができる。すなわち、垂直搬送機の最大使用電力を低減するとともに、これが設置されている設備全体の最大使用電力を低減することができる。また、このことを蓄電装置の主要な役割とすることによって、蓄電装置を小型化することが可能であり、垂直搬送機に関する設置費用を低減することができる。そして、垂直搬送機を稼動する限り、常に有効に働く蓄電装置とすることができる。

本発明の対象となる垂直搬送機の一例を示す概略斜視図である。 本発明の蓄電制御装置の概要を示すブロック図である。 垂直搬送機が力行運転を継続する場合の充放電パターンを示す説明図である。 垂直搬送機が回生運転を継続する場合の充放電パターンを示す説明図である。 本発明の蓄電制御装置における動作の流れを示すフローチャートである。

図１には、本発明の対象となる工業用の垂直搬送機の一例が示されている。この垂直搬送機９０は、巻上機９１に掛けられたロープ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。巻上機９１は、枠体９４の最上部に設置されることが多く、ロープ９５が掛けられる輪体と、これを駆動する電動機を備えている。

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アやチェーンベルトコンベア等のコンベアを備えて、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、荷物の供給と排出を行う水平搬送機９６が設置されている。搬送台９２は、そのコンベア面と水平搬送機９６のコンベア面とが、略同レベルとなるように停止する。

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３階まで荷物を搬送する作業を何十回も繰り返すとともに、その荷物が同一形態の物であることが多い。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。

本発明は、図２にその概要を示すように、垂直搬送機９０を駆動する電動機に供給する電力を制御する蓄電制御装置１０に関する。一次側電源８０からの電力は、インバータ部１１を経由して垂直搬送機９０に送られるようになっている。インバータ部１１は、垂直搬送機９０が要求する状態の交流電力を供給するとともに、補助電源装置１３を介して蓄電装置１４を充電する電力を供給したり、蓄電装置１４の放電による電力を受給したりすることができる。さらに、垂直搬送機９０からの回生電力を受給して、蓄電装置１４を充電することもできる。これらの動作は昇降制御装置１２によって制御されている。

したがって、本発明の蓄電制御装置１０は、インバータ部１１、昇降制御装置１２、補助電源装置１３、蓄電装置１４、及び制動抵抗器１５を含むものである。そして、この蓄電制御装置１０は、工業用の垂直搬送機９０において最も有利と考えられる制御方法が実行されるものである。

図２において、一次側電源８０は、電力会社から購入した電力を、垂直搬送機９０に供給するための設備である。インバータ部１１では、一次側電源８０からの交流電力を、一旦直流に変換した後、再度巻上機の要求に適した状態の交流に変換して出力する。これによって、垂直搬送機９０の速度や加速度を任意に設定することができる。

また、インバータ部１１は、一次側電源８０からの交流電力を直流に変換して蓄電装置１４に供給し、蓄電装置１４を充電することができる。或いは、蓄電装置１４から放電された直流電力を受給して、これを巻上機の要求に適した状態の交流電力として出力することができる。さらに、垂直搬送機９０の回生運転において発生した電力を直流に変換して蓄電装置１４に供給し、蓄電装置１４を充電することができる。このとき、蓄電装置１４が所定の充電量に達した場合には、余剰電力を制動抵抗器１５で消費させることができる。

蓄電装置１４としては、電気二重層キャパシタ又はリチウムイオン二次電池を使用することができる。蓄電装置１４の容量としては、搬送台９２の発進時に放電することによって、力行運転で電動機が消費する最大電力の半分以上を負担できることが好ましい。このときの放電量は、放電時間を３〜１０秒と考えれば十分である。以下の説明において、蓄電装置１４が所定の充電量に達している状態を、簡単に満充電状態と称する。

蓄電装置１４の充放電は、補助電源装置１３を介して行われ、補助電源装置１３は昇降制御装置１２により制御されている。補助電源装置１３は、昇降制御装置１２からの指令により、インバータ部１１から電力を受給して蓄電装置１４を充電することができる。この指令には、垂直搬送機９０の作業開始時における初期充電と、作業サイクルにおける放電後の停止充電とがある。このとき、蓄電装置１４の満充電状態は補助電源装置１３で検出され、昇降制御装置１２へ送られる。

補助電源装置１３は、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を昇降制御装置１２へ送る。そして、補助電源装置１３は、昇降制御装置１２からの指令により、蓄電装置１４を放電させて、インバータ部１１に供給することができる。本発明の蓄電制御装置１０では、蓄電装置１４の放電を、搬送台９２の発進時に行われる起動放電のみとすることにより、設備を小型化することができる。

昇降制御装置１２は、作業者及び垂直搬送機からの指令（図示していない）や、プログラムされた手順に従って、インバータ部１１及び補助電源装置１３に指令を発することができる。例えば、昇降制御装置１２は、インバータ部１１に対して、電動機の起動、停止、速度などの指令を発信し、補助電源装置１３に対して充電又は放電の指令を発信する。このような構成によって、本発明の蓄電制御装置１０は、垂直搬送機９０の主電動機に供給する電力を制御するようになっている。

本発明の蓄電制御装置１０による力行運転時の充放電の状態を図３に示す。すなわち、荷物を上の階に持ち上げる運転をしている場合の充放電パターンを、時間の経過を横軸として示している。運転信号がＯＦＦからＯＮに変わると、巻上機の電動機が起動し、その回転数が加速され、所定の速度で一定に保持される。運転信号がＯＮからＯＦＦに変わると、電動機の回転数は減速して停止に至る。

インバータ部１１の出力電流は、起動時に急激に上昇して最大値となった後低下し、その後一定の値で推移する。これは、搬送台９２が発進する際に、使用電力のピークが存在することを示している。そして、蓄電装置１４を使用しない場合には、インバータ部１１の入力電流となる一次側電源８０の使用電流も、これと同じパターンとなる。

本発明の蓄電制御装置１０では、起動時に一定時間蓄電装置１４を放電させることにより、一次側電源８０の電流を低減させている。放電する時間は、図に示すように短時間（数秒間）である。これによって、一次側電源８０の使用電流は、図に示すように緩やかに上昇し、ピークを備えることなく一定の電流値に到達することができる。

運転信号がＯＮからＯＦＦに変わると、電動機の回転数は減速して停止に至り、インバータ部１１の出力電流も０となる。この停止時に、一次側電源８０の電力によって蓄電装置１４の停止充電が行われる。ここで、次の起動時に必要な量の電力を充電するとともに、満充電に達していることを条件に、搬送台９２の次の発進について、運転信号をＯＦＦからＯＮとすることができるようにしている。

本発明の蓄電制御装置１０による回生運転時の充放電の状態を図４に示す。すなわち、荷物を下の階に降ろす運転をしている場合の充放電パターンを、時間の経過を横軸として示している。力行運転の場合と同様に、運転信号がＯＦＦからＯＮに変わると、巻上機の電動機が起動し、その回転数が加速され、所定の速度で一定に保持される。運転信号がＯＮからＯＦＦに変わると、電動機の回転数は減速して停止に至る。

インバータ部１１の出力電流は、起動時に短時間のみ必要である。そして、流れる電流は、力行運転と比較して少ないので、蓄電装置１４の放電のみによってこれを賄うことができる。インバータ部１１の出力電流が０となった後、巻上機の電動機は、発電機として機能することになる。この電力によって蓄電装置１４を回生充電することが可能であり、多くの場合、次の起動時に必要な量の電力を充電することができる。

運転信号がＯＮからＯＦＦに変わると、電動機の回転数は減速して停止に至る。このとき、回生充電が不十分であり、蓄電装置１４が満充電に達しなかった場合には、力行運転の場合と同様に、停止している間に一次側電源８０からの電力により蓄電装置１４の停止充電を行う。また、力行運転の場合と同様に、満充電に達していることを条件に、搬送台９２の次の発進について、運転信号をＯＦＦからＯＮとすることができるようにしている。

図５には、蓄電制御装置１０における、一サイクルの流れを簡単に示している。サイクルの最初に、昇降制御装置１２から補助電源装置１３に起動放電信号が送られる。これにより蓄電装置１４の放電が開始されるとともに垂直搬送機９０の昇降が開始される。昇降開始後、補助電源装置１３において、この運転が力行運転であるか回生運転であるかを判別する。

回生運転である場合には、回生した電力を蓄電装置１４に送って充電し、満充電状態に達するまで充電する。満充電に達した後、回生運転状態が継続している場合には、回生した電力を制動抵抗器１５で消費させる。満充電に達した後、やがて回生運転状態が終了し、垂直搬送機９０は停止する。力行運転である場合には、そのまま垂直搬送機９０が停止するのを待つことになる。

垂直搬送機９０が停止した後、蓄電装置１４が満充電状態であるか否かを、補助電源装置が判別する。通常、回生運転を行った後の停止では満充電状態であり、力行運転を行った後の停止では、満充電でない状態となっている。満充電状態である場合には、そのままサイクルを終了し、満充電状態でない場合には、蓄電装置１４を満充電状態とした後にサイクルを終了する。

以上のように、本発明の蓄電制御装置１０は、搬送台９２の発進時に、蓄電装置１４を放電状態とすることによって、一次側電源８０の最大使用電力を低減し、変動の少ない状態で使用することができる。したがって、垂直搬送機９０が設置されている設備全体の受電設備を小さくし、或いは、契約電力の上昇を抑制することができる。また、蓄電装置１４は、小型なもので十分に機能することができる。

１０ 蓄電制御装置
１１ インバータ部
１２ 昇降制御装置
１３ 補助電源装置
１４ 蓄電装置
１５ 制動抵抗器
８０ 一次側電源
９０ 垂直搬送機
９１ 巻上機
９２ 搬送台
９３ 錘
９４ 枠体
９５ ロープ
９６ 水平搬送機

Claims (5)

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工業用垂直搬送機に用いられる蓄電制御装置であって、
   前記搬送台の停止前又は停止時に、蓄電装置が所定の充電量に達しているか否かを判定し、所定の充電量に達していない場合には充電し、所定の充電量に達していることを条件に次の発進が可能となるように制御するとともに、
   前記搬送台の発進時に、所定の時間、前記蓄電装置が放電することによって一次側電源の使用電力が低減されるように制御し、
   前記所定の時間が経過した後は、前記垂直搬送機が力行運転であるか回生運転であるかの判別に基づいて、
   力行運転であるときは、前記一次側電源からの電力によって走行を続け、停止後に前記一次側電源により前記蓄電装置の充電を行い、
   回生運転であるときは、前記蓄電装置が回生電力により充電されるように制御しながら走行を続け、停止後に必要であれば前記一次側電源により前記蓄電装置の充電を行うように制御することを特徴とする垂直搬送機の蓄電制御装置。
2. 前記一次側電源の使用電力が、前記搬送台の発進時に最大値とならないように制御することを特徴とする請求項１に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置。
3. 前記所定の時間が、３〜１０秒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置。
4. 前記蓄電装置が、前記搬送台の発進時のみに放電されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置。
5. 前記蓄電装置が電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の垂直搬送機の蓄電制御装置。

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