JP5668861B2

JP5668861B2 - 搬送車システム及び搬送車への充電方法

Info

Publication number: JP5668861B2
Application number: JP2013532492A
Authority: JP
Inventors: 孝雄林
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: US20140217975A1; TW201313511A; JPWO2013035448A1; EP2755100A4; CN103782246A; WO2013035448A1; KR20140067089A; EP2755100A1; KR101639678B1; CN103782246B

Description

この発明は搬送車システムと搬送車への充電に関し、特に蓄電器で走行する搬送車のシステムでの搬送車への充電に関する。

充電可能な２次電池を天井走行車、有軌道台車、無人搬送車等に搭載して、車載の電源とすることが行われている。この点に関して、特許文献１（JPH05-207611A）は、バッテリ交換機を設けて、天井走行車のバッテリを交換することを提案している。ところで２次電池を用いた搬送車システムのためには、蓄電器の残容量を管理すると共に、充電を短時間で行うことにより搬送車の稼働率の低下を最小限にすることが必要である。

JPH05-207611A

この発明の課題は、過大な設備無しに、搬送車の蓄電器を短時間で充電できるシステムを提供することにある。

この発明の搬送車システムは、蓄電器を電源として走行する複数台の搬送車を、所定の走行経路に沿って地上側コントローラの制御下に走行させるシステムであって、
交流を直流へ整流する整流器と、前記整流器により充電される充電装置側蓄電器と、搬送車の搬送車側蓄電器を充電するための充電カプラとを備えた充電装置が、前記走行経路に沿って複数の個所に設けられ、
前記搬送車は自己の位置と前記搬送車側蓄電器の残容量とを地上側コントローラへ報告する通信部を備え、
地上側コントローラは、前記搬送車の搬送車側蓄電器の残容量と搬送車の位置とに応じて、充電が必要な搬送車を選択すると共に、選択した搬送車へ充電カプラを選択して指定し、指定した前記充電カプラに接する位置で停止させて、充電装置側蓄電器から充電カプラを介して搬送車側蓄電器へ充電を受けるように制御する充電管理部を備えている。

またこの発明は、蓄電器を電源として走行する複数台の搬送車を、所定の走行経路に沿って地上側コントローラの制御下に走行させるシステムでの搬送車への充電方法であって、
交流を直流へ整流する整流器と、前記整流器により充電される充電装置側蓄電器と、搬送車の搬送車側蓄電器を充電するための充電カプラとを備えた充電装置が、前記走行経路に沿って複数の個所に設けられ、
前記搬送車が、通信部を介して、自己の位置と前記搬送車側蓄電器の残容量とを地上側コントローラへ報告するステップと、
地上側コントローラが、充電管理部を介して、前記搬送車の搬送車側蓄電器の残容量と搬送車の位置とに応じて、充電が必要な搬送車を選択すると共に、通信部を介して選択した搬送車へ充電カプラを選択して指定するステップと、
選択された搬送車が指定された前記充電カプラに接する位置で停止し、充電装置側蓄電器から充電カプラを介して搬送車側蓄電器へ充電を受けるステップ、
とを実行する。この明細書において、搬送車システムに関する記載はそのまま搬送車への充電方法にも当てはまる。

この発明では、整流器から直接充電するのではなく、充電装置側蓄電器を介して搬送車側蓄電器を充電する。このため充電装置側蓄電器から充電カプラを介して搬送車側蓄電器を大電流で急速充電できる。充電のための停止時間は充電電流にほぼ反比例するので、充電装置側蓄電器により、充電のため搬送車が停止する時間を短くでき、搬送車の稼働率を向上することができる。さらに整流器までの配線と整流器への電源は小さな容量でもよく、大電流の電源と配線を地上側に設ける必要が無くなる。また走行経路に沿って複数個所に充電装置を設け、搬送車の位置と搬送車側蓄電器の残容量に基づいて、充電カプラを選択して指定し充電を受けさせる。このため搬送車側蓄電器の残容量不足のため走行できない搬送車が生じることがない。なお搬送車側蓄電器及び充電装置側蓄電器は例えばリチウムイオン電池等の２次電池あるいは電気二重層キャパシタ等である。

好ましくは、ロードポートあるいはバッファから成る移載ポイントに前記充電カプラが設けられている。このようにすると、ロードポート等の停止ポイントで搬送車が停止する時間を利用して充電することができるので、充電のためのロスタイムをさらに短くできる。移載ポイント以外に充電カプラを設けることが好ましい位置は、移載ポイントの前後、及び搬送車が停止して待機する待機位置である。

また好ましくは、充電管理部は、充電装置側蓄電器に対して並列に接続された複数の充電カプラに接する位置に、複数台の天井走行車を同時に停止させて、同時に充電させる。搬送車が停止して充電を受けると、その間走行経路が塞がれる。ここで複数台の搬送車を近接した位置に停止させ、同時に充電すると、充電のため走行経路が塞がれる時間を短くできる。また充電装置側蓄電器を介して充電するので、複数の搬送車に同時に充電しても、充電電流が不足することがなく、１個の充電装置側蓄電器を複数の充電カプラで共用できる。

特に好ましくは、搬送車は天井空間に設けられた走行レールに沿って走行する天井走行車で、整流器と充電装置側蓄電器は地上側に設けられている。天井空間に沿って、交流配線を施し、重量物である充電装置側蓄電器を配置することは非効率である。これに対して地上側に整流器と充電装置側蓄電器を配置すると、物品の搬送先である処理装置への配線等を整流器への交流電源に利用でき、地上側から走行レール側へ直流配線を施すと、走行レールに沿って複数個の充電カプラまで配線できる。

地上側コントローラは、搬送要求の発生状況に応じて、充電カプラでの充電量を決定することが好ましい。このようにすると、
・搬送要求が多数発生している場合、１回当たりの充電量を減らして搬送車の稼働率を増し、
・搬送要求の発生数が少ない場合、１回当たりの充電量を増すことにより、充電による搬送効率の低下を防止できる。好ましくは、地上側コントローラは、充電を行う充電カプラを経由する走行指令の発生状況に応じて、充電カプラでの充電量を決定する。このようにすると、充電を行う充電カプラを経由する走行指令が多い場合、１回当たりの充電量を減らして、他の搬送車の走行を妨げないようにできる。なお搬送要求の発生状況と充電を行う充電カプラを経由する走行指令の発生状況の双方に応じて、充電量を決定しても良い。

実施例の天井走行車システムのレイアウトを示す平面図実施例での天井走行車と処理装置とを示す側面図実施例での充電装置とその周辺のブロック図実施例での搬送車とその周辺とのブロック図実施例での地上側コントローラのブロック図実施例での充電制御アルゴリズムを示すフローチャート

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１〜図６に、実施例の天井走行車システム２を示し、天井走行車システムに代えて、地上走行の有軌道台車システム、あるいは無人搬送車システムなどでもよい。各図において、４はインターベイルートで、複数のイントラベイルート６，６間を接続し、イントラベイルート６に沿って、図２に示す処理装置２４が複数設けられている。８は天井走行車で、図２の走行レール２０に沿って天井空間を走行し、１０は走行経路に沿って設けた充電カプラで、例えばロードポートとその前後の少なくとも一方、物品の仮置き用のバッファに面した位置とその前後の少なくとも一方、及び天井走行車８の待機位置などに設けられている。１２はインターベイルート４に設けたショートカットルートで、設けなくても良い。

図２に、ロードポート２６の直上で充電カプラ１０から充電を受けている天井走行車８を示す。２０は走行レールで、支柱２２によりクリーンルームなどの天井から吊り下げられ、２４は半導体処理装置などの処理装置で、フラットパネルディスプレイの処理装置などでも良く、地上側に設けられ、１個〜複数個のロードポート２６を備えている。２８は充電装置本体で、図３の整流器３６と蓄電器３８とから成り、蓄電器３８はリチウムイオン電池などの２次電池でも、電気二重層キャパシタなどでもよい。充電装置本体２８から直流配線３０が走行レール２０へ向けて設置され、走行レール２０に沿って直流配線３１が設けられて、複数個の充電カプラ１０へ直流電力を供給する。複数個の充電カプラ１０は直流配線３０に対して並列に接続され、アース線は例えば走行レール２０が兼ねる。そして複数個の充電カプラ１０のうち少なくとも１個がロードポート２６の直上部に設けられ、天井走行車８が停止し、ロードポート２６との間で物品３９を移載することと同時に、充電を受ける。充電カプラ１０は天井走行車８の車体長程度の間隔を置いて複数個配置されているので、複数台の天井走行車８が近接した充電カプラで同時に充電を受けることができる。例えば１台の天井走行車８に充電する際に、その前後少なくとも一方を走行する他の天井走行車８も同時に充電するように制御すると、天井走行車８が充電のため停止して走行経路を塞ぐ回数を減らすことができる。

充電カプラ１０は前記のようにロードポート２６の直上部などに設けるが、これ以外に図示しないバッファの上部とその前後及び待機位置などに設けても良い。１個の充電装置本体２８に接続された複数個の充電カプラ１０を充電カプラ群と呼ぶと、例えばイントラベイルート６当たりに２〜数個程度の充電カプラ群を設け、インターベイルート４当たり数個の充電カプラ群を設ける。このようにして例えば数１０ｍ〜１００ｍ程度走行すると、天井走行車８が最寄りの充電カプラ１０に到着できるようにする。

図３に充電装置とその周辺とを示す。３２は交流電源で、処理装置の電源を共用し、３４は交流配線で、整流器３６により交流を直流に変換し、蓄電器３８に蓄電して、充電カプラ１０へ直流電力を供給する。このようにすると、処理装置の交流電源を利用でき、整流器３６と蓄電器３８を地上側に設置するので、走行レール等で天井空間に支持する必要がない。

図４に天井走行車８の構成を示し、４１は走行部で、走行モータと走行車輪などから成り、４２は移載部で、昇降台の昇降機構と昇降機構を走行方向に対し側方に移動させる横送り部などから成る。位置センサ４３は天井走行車８の位置を測定し、通信部４４は処理装置２４側の通信部５１と通信し、物品を移載するための信号と充電を受けるための信号とを交換する。機上コントローラ４０は地上側コントローラ５２と通信し、天井走行車８の現在位置と速度、状態並びに２次電池４６とキャパシタ４７の残容量などを報告し、地上側コントローラ５２から走行などに関する指令を受ける。

インバータ４５は２次電池４６とキャパシタ４７の出力を交流に変換して、走行部４１の走行モータと移載部４２のモータへ供給し、２次電池４６とキャパシタ４７は搬送車側カプラ４８を介し、充電装置側のカプラ１０から直流電力を受け取る。なお天井走行車８の加速時及び昇降台の上昇時にはキャパシタ４７と２次電池４６の双方から電力を供給し、定速走行時などの消費電力の小さい時期には２次電池４６のみから電力を供給する。また天井走行車８の減速と昇降台の下降などにより再生されるエネルギーは、キャパシタ４７，２次電池４６に充電する。そして天井走行車８の走行開始から移載の完了までの１サイクル毎にキャパシタ４７の残容量が所定の値に戻るようにし、１サイクルでの正味の消費電力を２次電池４６から賄う。キャパシタ４７を設けると、２次電池４６から放電させるピーク電流を小さくし、２次電池４６からの放電電流を平準化できるので、小容量の２次電池４６を用い、あるいは２次電池４６の寿命を長くできる。なおキャパシタ４７は設けなくても良く、また２次電池４６を設けずキャパシタ４７のみとしてもよい。

図５に地上側コントローラ５２の構成を示す。５３は通信部で、天井走行車と通信し、通信部５４は生産管理システム５５と通信して、搬送に関する要求を受け付け、搬送結果を報告する。搬送指令管理部５６は、生産管理システム５５の要求に応じて搬送指令を作成し、その実行状況を管理する。配車管理部５７は、各イントラベイルートに所定の台数の空きの台車が存在するように、空き台車を配車する。充電管理部５８は、各天井走行車の２次電池とキャパシタの残容量を管理し、残容量が所定値以下に低下すると、充電カプラの位置を指定して、充電を受けるように指令する。キャパシタの残容量は加速開始時以外は少ないので、２次電池の残容量のみを管理しても良い。充電を受ける位置は、天井走行車が搬送指令も配車指令も割り付けられていない場合、任意の位置の充電カプラで充電を受けることができる。搬送指令あるいは配車指令を割り付けられている場合、指定された走行経路内で充電カプラの位置を決定する。なお充電カプラの位置を指定するためには、走行経路に沿った座標あるいは充電カプラのIDなどを指定すると良い。さらに充電を受けるための２次電池等の残容量への閾値は、例えば搬送指令を実行中には低くそれ以外の場合には高くし、搬送指令を実行する前に充電を受けられるようにする。

走行指令作成部５９は、搬送指令、配車指令、充電指令などを天井走行車が実行できるように、走行に関する指令を作成する。この指令は、例えば現在から所定時間後の目標位置と目標速度で、例えば所定時間毎に作成する。搬送指令ファイル６０は搬送指令とその実行結果とを記憶し、台車状態ファイル６１は台車の位置と速度並びに状態と２次電池及びキャパシタの残容量などを記憶する。

図６に充電のアルゴリズムを示す。充電管理部は充電が必要な搬送車を検出し、搬送車の走行経路と現在位置並びに２次電池の残容量などに合わせて、充電位置として個々の充電カプラを選択して指定する。充電が必要な搬送車を搬送車Aと呼ぶ。天井走行車が充電を受けると、その間走行経路が塞がれる。そこで充電する天井走行車の前後の天井走行車で、充電が可能なものをサーチする。充電が可能とは、２次電池などが満充電ではなく、かつ優先度の高い搬送指令を実行していないという意味である。そして充電が必要な天井走行車Aと前後の充電が可能な天井走行車とを、近接した充電カプラに対して停止させ、同時に充電する。

地上側コントローラの充電管理部は、搬送車Aへの充電量、即ち満充電を100%として何%まで充電するかを、生産管理システムから地上側コントローラへの搬送要求の発生状況、及び充電を行う充電カプラを経由する走行指令の発生状況の双方に応じて決定する。搬送要求の発生状況及び走行指令の発生状況の双方を用いる必要はなく、これらの一方のみに基づいて充電量を決定しても良い。搬送要求が多数発生し、該当する充電カプラを経由する走行指令が多いほど充電量を増し、これらが少ないほど充電量を小さくする。搬送要求の発生頻度が低くかつ該当する充電カプラを経由する走行指令が少ない場合、満充電するように決定しても良い。

搬送要求の発生状況は、時間当たりの搬送要求の発生回数の移動平均値、あるいは移動平均値に基づく今後の発生回数の予測値等で定めることができる。搬送要求の発生回数が周期的に変化する傾向がある等の規則性がある場合は、これらの規則性に基づいて定めた予測値を用いても良い。また搬送要求の発生回数として、地上側コントローラが搬送指令を時間当たりに割り付けた回数の移動平均値値、あるいはその予測値等を用いても良い。搬送要求の発生状況は搬送システム全体としての搬送負荷の高低を表し、搬送要求の発生状況の基礎となる搬送要求の発生回数は、例えば荷積み位置と荷下ろし位置等を無視した搬送システム全体での搬送要求の発生回数を用いる。

充電を行う充電カプラを通過する走行指令の発生状況は、充電のために走行経路を塞ぐことが他の搬送車を待たせる程度を表す。走行指令とは搬送車への指令で走行を含むもののことであり、搬送指令の他に配車の指令、充電指令、走行経路を空けるための追い出しの指令等を含むが、これらの内で搬送指令のみを考慮しても良い。

搬送システム全体での搬送指令の発生回数をα、充電を行う充電カプラを通過する走行指令の発生回数をβとすると、 x=ａα＋ｂβ （ａ,ｂは正の定数）を充電管理部は求め、ｘの値が大きいと１回当たりの充電量を小さくし、小さいと１回当たりの充電量を大きくする。搬送システム全体での搬送要求の発生回数αでは、今後発生する搬送要求を速やかに実行できるようにするため、予測値が重要である。充電を行う充電カプラを通過する搬送要求の発生回数βは、他の搬送車の走行を妨げないようにするため、予測値よりも現在の値が重要である。

残容量が最も低い搬送車Aが所定の容量まで充電すると、地上側コントローラの充電管理部は近接した充電カプラで充電中の各搬送台車に対し、充電の中止を指令する。複数台の天井走行車が一斉に停止して充電すると、走行経路を塞ぐ時間を短くできる。また充電は蓄電器３８の電力により行うので、複数台の天井走行車に対し同時に充電できる。充電カプラはロードポートの直上部などに設けられているので、充電カプラを設けたロードポートに対し天井走行車が物品を移載する場合、満充電でない限り充電を行う。この時も近接した充電カプラに他の天井走行車を停止させて充電する。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) 蓄電器３８から天井走行車８側へ充電するので、大電流で短時間に充電できる。充電のための停止時間は充電電流にほぼ反比例するので、大電流で充電すると天井走行車８の稼働率が向上する。
(2) 蓄電器３８への電源には処理装置用の交流電源３２を利用できるので、配線が容易である。蓄電器３８から天井走行車８へ短時間で充電し、常時は交流電源３２から蓄電器３８へ充電することにより、充電に必要な地上側配線の容量を小さくできる。
(3) １台の蓄電器３８に複数個の充電カプラ１０を並列に接続するので、複数台の天井走行車に一斉に充電できる。このため走行経路を充電のため塞ぐ時間が短い。
(4) 蓄電器３８と整流器３６とを地上側に配置するので、これらの部材を天井空間に支持する必要がない。
(5) イントラベイルート６毎に２〜数個の充電カプラ群を設け、インターベイルート４にも数個の充電カプラ群を設けると、例えば１００ｍ以下の走行で天井走行車は充電を受けることができる。そして充電管理部５８で天井走行車の位置と２次電池などの残容量を監視するので、電池切れを起こす天井走行車が生じない。
(6) ロードポート２６の直上部に充電カプラ１０を設けるので、物品の移載のための停止時間を充電に利用できる。
(7) これらのため全体として、天井走行車が充電のためのみに停止する時間を短くし、天井走行車の稼働率を高くすることができる。
(8) 搬送要求の発生状況と該当する充電カプラを経由する走行指令の発生状況とに応じて、どの残容量まで充電するかを決定する。このため、搬送要求の発生頻度が高いときは１回の充電量を少なくして搬送車の稼働率を高め、充電カプラを経由する走行指令の数が多いときも、１回の充電量を少なくして他の搬送車の走行を妨げないようにできる。そして搬送要求の発生頻度が低いときと充電カプラを経由する走行指令の数が少ないときに、１回の充電量を多くすることにより、他の搬送車の走行を妨げないようにしながら次の繁忙期に備えて充電できる。

２天井走行車システム４インターベイルート
６イントラベイルート８天井走行車１０充電カプラ
１２ショートカットルート２０走行レール２２支柱
２４処理装置２６ロードポート２８充電装置本体
３０，３１直流配線３２交流電源３４交流配線
３６整流器３８蓄電器３９物品４０機上コントローラ
４１走行部４２移載部４３位置センサ４４通信部
４５インバータ４６２次電池４７キャパシタ
４８搬送車側カプラ５１通信部５２地上側コントローラ
５３，５４通信部５５生産管理システム５６搬送指令管理部
５７配車管理部５８充電管理部５９走行指令作成部
６０搬送指令ファイル６１台車状態ファイル

Claims

蓄電器を電源として走行する複数台の搬送車を、所定の走行経路に沿って地上側コントローラの制御下に走行させるシステムであって、
交流を直流へ整流する整流器と、前記整流器により充電される充電装置側蓄電器と、搬送車の搬送車側蓄電器を充電するための充電カプラとを備えた充電装置が、前記走行経路に沿って複数の個所に設けられ、
前記搬送車は自己の位置と前記搬送車側蓄電器の残容量とを地上側コントローラへ報告する通信部を備え、
地上側コントローラは、前記搬送車の搬送車側蓄電器の残容量と搬送車の位置とに応じて、充電が必要な搬送車を選択すると共に、選択した搬送車へ充電カプラを選択して指定し、指定した前記充電カプラに接する位置で停止させて、充電装置側蓄電器から充電カプラを介して搬送車側蓄電器へ充電を受けるように制御する充電管理部を備えていることを特徴とする、搬送車システム。
ロードポートあるいはバッファから成る移載ポイントに前記充電カプラが設けられていることを特徴とする、請求項１の搬送車システム。
１個の充電装置側蓄電器に対して走行経路に沿って前記充電カプラが複数個並列に接続され、
前記充電管理部は、並列に接続された複数の充電カプラに接する位置に、複数台の天井走行車を同時に停止させて、同時に充電させることを特徴とする、請求項１または２の搬送車システム。
搬送車は天井空間に設けられた走行レールに沿って走行する天井走行車で、前記整流器と前記充電装置側蓄電器は地上側に設けられていることを特徴とする、請求項３の搬送車システム。
前記地上側コントローラは、搬送要求の発生状況に応じて、前記充電カプラでの充電量を決定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの搬送車システム。
前記地上側コントローラは、前記充電カプラを経由する走行指令の発生状況に応じて、前記充電カプラでの充電量を決定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかの搬送車システム。
蓄電器を電源として走行する複数台の搬送車を、所定の走行経路に沿って地上側コントローラの制御下に走行させるシステムでの搬送車への充電方法であって、
交流を直流へ整流する整流器と、前記整流器により充電される充電装置側蓄電器と、搬送車の搬送車側蓄電器を充電するための充電カプラとを備えた充電装置が、前記走行経路に沿って複数の個所に設けられ、
前記搬送車が、搬送車の通信部を介して、自己の位置と前記搬送車側蓄電器の残容量とを地上側コントローラへ報告するステップと、
地上側コントローラが、充電管理部を介して、前記搬送車の搬送車側蓄電器の残容量と搬送車の位置とに応じて、充電が必要な搬送車を選択すると共に、通信部を介して選択した搬送車へ充電カプラを選択して指定するステップと、
選択された搬送車が指定された前記充電カプラに接する位置で停止し、充電装置側蓄電器から充電カプラを介して搬送車側蓄電器へ充電を受けるステップ、
とを実行する、搬送車システムでの搬送車への充電方法。