JPH0374105A - 電気エネルギー伝達装置およびその装置のエネルギー受取り側が無人移動車または作業体に用いられた給電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業設備自動化システムに用いられる、無人搬
送台車に代表される移動体もしくは作業体用の電源装置
に関する。さらに詳しくは、無人化工場における無人搬
送台車用の電源装置であって、電源ケーブルや電気コネ
クターなどによらないで、電気エネルギーを伝達するこ
とができる装置に関する。

〔従来の技術〕

産業設備の合理化、自動化に伴い生産システムにあって
は無人化が進められている。このようなシステムにあっ
ては、例えば無人搬送台車に代表されるような移動体ま
たはこれに各種作業用装置を付設した作業体が導入され
、又はされようとしている。これらの設備機械の駆動用
エネルギーとしては多くの場合電気エネルギーが使用さ
れている。電気エネルギーの供給のためには、電気ケー
ブルによる方法または蓄電池による方法のいずれかが用
いられている。

例を無人搬送台車にとり以下説明する。無人搬送台車に
電気ケーブルを繋げてエネルギーを供給する方法の場合
、ケーブルの長さに制約されて台車の自由な動きが妨げ
られることになるのみならず、ケーブルの重さも台車が
負担して動く必要が生じる。ただし、この場合は交流電
源を台車側で利用できる利点はある。

さらに、ガイドレールに沿って走行する台車の走行用電
源としては、リニアモータに代表される直線型駆動装置
があり、この場合はケーブルを繋ぐことは必要ないが、
ガイドレールの下に進行磁界発生装置を埋め込む必要が
あり、台車の稼動範囲全てに埋め込むことが要求される
ために、費用の点て膨大なものとなるとともに、行動範
囲がガイドレールの範囲に限定されることになり、自由
な動きを確保できない。給電レールとシューによる方法
にも同様の問題があるとともに火花の発生がさけられず
好ましくないことが多い。

搬送台車で代表される移動体にあって、これらの問題を
解消して電源ケーブルを繋ぐことをせずに台車の行動を
自在にしようとすると、多くの場合には台車に蓄電池を
搭載しているのが一般的である。

蓄電池としては鉛蓄電池が一般的であるが、鉛蓄電池は
一般に同−容量当たりの重量が大きいので、無人搬送台
車の可搬重量のうち大半は自らの駆動電源用電池の運搬
に使われているのが実情である。これが、蓄電池を用い
る台車にあって、その可搬重量が小さいことの一因にな
っている。

さらに、蓄電池の消耗に伴い、一定の時間間隔で蓄電池
の充電を行う必要がある。この充電にはかなりの時間を
要するのが現状であり、台車の稼動時間を短くする一因
になっており、効率的な利用を図る上で障害となってい
る。

一方、市販の作業用機械又は装置の多くは凡用性の高い
、利用に便利な交流電源を駆動源としており、このよう
な機械を台車上に搭載利用することは実現が難しい状況
である。

これは移動体に交流電源を取り込む方式が取りにくいこ
とによる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記従来の技術では大型になってしまう代表的
には無人搬送台車のような設備の電源装置をできるだけ
小型化し、もって台車の可搬重量を増加せしめ、設備の
稼動時間を向上せしめて有効活用を図るとともに、交流
電源を作業用駆動電源とする装置を搭載することを可能
ならしめ、利用に便ならしめる提案である。本発明は、
上記の例に述べたような設備のみならず、広く電源装置
を有する機械および生産設備にも適用可能である。

特開昭６２−１４４７４５号公報に記載のものにより提
唱されているような回分生産用容器を搬送する場合にあ
って、無人搬送台車が適する。この無人搬送台車を無人
化工場のなかで稼動率を向上せしめ有効利用を図ろうと
する場合、できるだけ充電に要する時間を低減するのが
望ましい。現在は、一定時間後に台車を充電装置のある
場所まで移動させて、台車側の蓄電池と別置きの充電装
置を電源コネクターおよびケーブルを介して連結させて
、必要な充電作業を行っている。この場合、充電装置は
設備の集約化を図るために通常特定の一つの地域に固定
的に設けられている。このため、台車は充電装置の設備
されている場所まで移動する必要がある。また、複数の
台車に対して、充電装置の数が十分でない場合には台車
の待ち時間となる。これが台車の稼動時間を制約する一
因になることがある。

台車は移動先のワークステーションで必要に応じて停止
しており、この停止待機時間は台車にとり何ら有効的に
利用されている時間ではないのが通常である。さらに、
一般にワークステーションでの停止時間は全体的にみた
場合、走行しているいわゆる稼動有効時間と同程度であ
る。したがって、この停止中の時間内に必要な充電がな
されれば台車の稼動率が向上することになる。この場合
、頻繁に充電が行われることにより、駆動電源の消費も
少なくて済み、さらには充電に要する時間も短縮できる
ことになる。さらに、頻繁に充電することになるので、
ワークステーション間のみの走行に必要な電源容量でよ
くなり、蓄電池の小型化を可能とする。

一方、充電装置と台車側に搭載されている蓄電池の間の
接続を自動的にロボットなどにより行わせようとする場
合、多くの自動脱着装置と同様にガイドビンのみならず
特殊な電源コネクターなどを要し、精密な位置決めのた
めの設備を要する。

さらにコネクターを押し込む作業をさせる設備を必要と
する。これらの作業を無人化工場で無人で自動的Ｃ行わ
せるためには、一般にかなり大掛かりな設備となるのが
通例である。これらの作業を全てロボットにより行おう
とすると、多関節ロボットの場合、例えば押し込み時の
荷重の全てが関節部に作用することになり、ロボットの
構造を複雑にし、重量を大きくし、寸法を大きなものと
するので、設備空間の有効利用をはかることができない
。さらに、ロボット先端に位置検出のためのセンサーを
とりつけなければならず、押し込む動作までさせるため
には精度の高いセンサーを設備する必要がある。

前述の特開昭にあるような回分生産用容器にあっては、
例えば反応工程において攪拌作業をさせる必要がある場
合が多い。さらには、反応終了後に容器を反転せしめ、
反応物を払い出す必要がある場合がある。このような場
合の駆動装置には多くの場合交流電動機が使用される。

これらの動力源として、交流電気ケーブルによらず、無
人搬送台車に搭載されている蓄電池から適切な変換（直
流→交流）をしてこれらの電動機に給電する場合には、
そのような直流から交流への変換には変換装置を介する
のでエネルギー変換効率が低下するのみならず、変換装
置の重量がかさむことにもなるので、蓄電池の消耗を大
きくし、台車の稼動時間をさらに低下せしめることにな
る。

一方、市販の多くの作業用機械（例えば攪拌機）は、交
流電流を駆動源としており、上記のような理由により、
搬送台車上には、交流電源を要する駆動装置を設けるこ
とが得策ではないか実現困難な現状がある。無人化工場
にあって、これらの駆動装置への給電を例えば電気コネ
クターを介して行おうとする場合には設備が大掛かりに
なることは前述の通りである。加えて、コネクタ一部分
での火花の発生の可能性により、防爆への対処も必要と
する。

以上の論議は反応用容器に限定されることではなく、走
行自在な台車に交流電動機を駆動源とする装置を搭載す
る必要がある場合や搭載したい場合に広く通用される。

さらに前述の特開昭にあるような回分生産用容器が設備
される工場は、危険物や可燃性物質を扱うことがよくあ
り、電源設備には防爆構造の規定がなされることが多い
。一般に防爆構造の電源装置は接点を含むので、それ自
身の構造が複雑で寸法的にかさばることが多く、電源装
置の重量を増加せしめる一因になる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の電気エネルギー伝達装置は、変圧器にあって、
一次側と二次側を連結する磁束通路形成部分を機械的に
切断分離せしめ、それぞれのいわゆる電磁石を構成する
部分を別々の設備に内包させ、必要なときにその設備同
志を接近させ、前記切断分離せしめた部分を当接せしめ
磁束を伝達することにより、一次側から二次側へ電気エ
ネルギーを伝達せしめる装置であって、前記伝達終了時
に一次側と二次側との前記当接を強制的に解除させる手
段を有し、 好ましくは、切断分離せしめられた面が自動調芯可能な
形状であり、一次側および二次側の少なくとも一方が当
接に際し、相手側と嵌合自在に移動可能にされており、 さらに好ましくは、切断分離せしめられた面のうち、少
なくとも一次側または二次側の少なくとも一方の面がプ
ラスチックなどの柔軟性材料で覆われており、切断分離
せしめられた面の損傷を防止する。二次側での充電もし
くは作業上終了した後には、例えば光通信などにより、
二次側より一次側へ信号が送信され、この信号により、
電気エネルギー伝達完了として一次側の電源を断とする
。

また、本発明の給電システムは、無人移動車あるいは作
業体に、前記電気エネルギー伝達装置の二次側およびこ
れに接続された受電装置が搭載されている。

すなわち本発明では、電気エネルギーを伝達する装置の
一つである変圧器を利用するものであって、該電磁石を
別々の設備の一部として構成するようにして内包させ、
誘起される磁束が通過する部分には、代表的にはケイ素
鋼板を積み重ねた虜層鉄心が広く用いられている。この
場合、磁束の漏洩を防止するために、磁束通路は連続し
て形成されているのが一般的である。本発明のエネルギ
ー伝達装置では、いわゆる変圧器の磁束通路形成部分を
適宜機械的に切断分離せしめ、−次巻線および二次巻線
側で電磁石を形成し、常時はこれらを相対的に分離して
位置させ、必要に応じてこの両電磁石端を適当に接近せ
しめ、適宜のまたは好ましくは当接に際し火花を発生し
ない透磁性の材料からなる隔壁介在物を介して両磁石を
当接させることにより（または非接触により空隙部を介
して接近せしめて）磁束を通過せしめることにより再度
磁束通路を構成し、すなわち−数的な変圧器を形成し、
電気エネルギーの授受を行おうとするものである。

変圧器にあっては一次電圧と二次電圧を巻線の巻数の比
により任意に変えることができるので、方の巻数を標準
化しておけば、片側の巻数は需要先の必要電圧に応じて
変えるだけでよい。電流は一次側電力の変化および／ま
たは二次側の抵抗および／またはりアクタンスの利用に
より変化させられる。

〔作　　　用〕

変圧器を構成すべき一次側と二次側とがそれぞれ別体と
なって、別々の設備に組込まれ、エネルギー伝達が必要
なときには、分離された一次側と二次側とを再度当接し
て一体化させ変圧器として働かせ電気エネルギーを伝達
する。当接に際しては、一次側と二次側が互いにガイド
する。すなわち、本発明では無接点方式により電気エネ
ルギーを伝達せしめ、これにより例えば無人搬送台車電
源の小型化を図り、台車の稼動時間を向上せしめ、さら
に台車に搭載されている別の作業体に用いる駆動装置用
の電源として利用もでき、もって回分生産無人化工場に
代表される産業設備において利便を実現ならしめる。

〔実　施　例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）は本発明の電気エネルギー伝達装置の一実
施例を示す構成図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の実施
例に用いられる内鉄型変圧器を示す図である。

内鉄型変圧器の鉄心１０の中央を切断し、−次巻線３の
巻かれた一次側１１と、二次側巻線５の巻かれた二次側
１２とに分離する。一次側１１の分離面にはプレート状
の隔壁介在物１３が接着されている。

本実施例において、隔壁介在物１３は磁束通路の形成を
妨げない性質の材料であればよく、具体的には無人搬送
台車などの躯体を構成している薄鋼板などであってもよ
く、また分割された電磁石の端部をモールドするための
プラスチック材料でもよい。特に、後者のような柔軟材
料は電磁石右端部の欠損を防止するために好適である。

または介在物を介在せずに所定の距離を有した空隙であ
ってもよい。

上述の実施例において、両磁石の両極を所定の相対位置
に設定し、当接させてから、一次側１１の巻線３に交流
電流■１を通電すれば、磁束はこの介在物１３もしくは
間隙中をも伝わり、二次側１２の鉄心に伝わる。この伝
達された磁束φ′が、巻線５内に二次電圧Ｖ２を誘起す
ることになり、電気エネルギーの伝達がなされる。

第１図（ａ）の実施例においては一次側１１と二次側１
２との切断面は平面となっているが、方が凹他方が凸と
なるようにしてもよい。この場合少なくとも一次側１１
または二次側１２を相手に倣って動くようにしておけば
当接の際の当接面中心の位置出しが容易となる利点があ
る。

上述の実施例において、充電および／または通電終了後
、一次側電源を断として両者を離すのがよい。または、
切り離しのために、二次側に接続された整流器を回生運
転しすなわち瞬間的に直流−交流変換し、二次側電磁石
のコイルの磁束の向きを反対とし、反発力により強制的
に切り離すことも可能である。整流器またはインバータ
は蓄電池または直流電源利用装置のために二次側に設備
される。

両磁石に接触させることなく、空隙をもたせて接近せし
める場合には、空隙を一定とするためのストッパーが必
要とされる。

前述の自動調芯機能をもつ形状にあっては、適切な寸法
形状の設計によりこのような空隙を一定にすることが自
動的になされる。

尚、第２〜３図においては変圧器の切断面は台車の走行
面に対して垂直になっているが、これに限定するもので
はなく、水平方向に切断面を設けてもよい、さらに前述
の如く、凹凸状などの形状にすれば、エアーシリンダー
などで所定位置へもって来さえすれば、自動調芯され得
るので水平面で切断して構成するのが望ましい場合もあ
る。

第２図は、本発明による電気エネルギー伝達装置を無人
搬送台車に組み込んだ給電システムを示す概念図である
。

無人搬送台車１１０は搭載したものを搬送するのみの仕
事をする。搬送台車１１０が停止している間にあっては
、台車上で攪拌などの何らの別作業を要せず、そのため
の駆動動力を要しない場合である。

例えば変圧器の一次側電磁石１０１をワークステーショ
ンに設備した交流電源設備１００に接続し、二次側電磁
石１０２を無人搬送台車１１０側に設け、台車がワーク
ステーションに停車中に充電させようとする場合である
。次のワークステーションまで移動するに必要とされる
補充電気量に応じた巻線とすればよい。二次側の巻線は
標準化して、一次側の巻線は需要に応じてかえるか、ま
たは逆にしてもよい。

なお、１０３は整流器、１０４は蓄電池および１０５は
走行用駆動装置である。

第３図は、無人搬送台車がワークステーションで停止し
ている間に、台車上で例えば容器内反応物の攪拌を行っ
たり、反応工程終了後に反応物を抜き出すために容器を
反転させたり、容器それ自体をワークステーション側の
固定装置に移動させるなどの何らかの作業をさせる目的
のために、台車に設備される作業体用の電源に通電する
場合に本発明を用いた例を示している。

台車側電磁石１０２にあって、同一の電磁石に、走行用
蓄電池を充電するための巻線２０１と作業体の電源用に
通電するための巻線２０２の両方を備える。充電用に供
給される電気エネルギーは整流器に代表される交流−直
流変換装置を経由した後充電用に用いられる。一方、作
業体用動力源は一般に交流電動機が多いので、二次側巻
線から電動機の端子に直接通電される。必要に応じて周
波数変調装置を介して通電される。

なお、２０３は例えば撹拌機用電動機である。

２０４は例えば撹拌機用電源接続部（含む周波数変調装
置）、２０５は接続部と電動機を繋ぐケーブルである。

第４図は、設備エリアが限定される場合などにおいて、
空間の有効利用を図るために、図２および３で示したよ
うなワークステーション毎の一次側電磁石１０１をワー
クステーション停止位置における床下に設備した場合で
ある。台車が所定の停止位置にきたら、床に埋め込まれ
た開閉シャッターが開き、次いで台車内に設けられた二
次側巻線が降下させられ、床下のビット内に固定的に設
けられた一次側と接触して充電および／または通電する
ものである。

このような場合にあっても、自動調芯機能が実現できる
形状に一次側が設計されていれば、容易に当接などの作
業工程が実現できる。例えば、次側を水平面内に固定的
に設けた場合には、を二次側を水平面内で左右移動可能
にして、円すい形状にして降下せしめると、一次側と二
次側の相対位置のずれにかかわらず調芯され当接されつ
る。

給電終了後には、台車側のモーターなどにより二次側巻
線が機械的に引き上げられる。

第５図は給電終了後、一次側１０１と二次側１０２との
強制的切り離しを容易に行う装置を具備したものである
。

当接させた後に通電すると電磁石の原理により強力に引
合うことになるが、当接面の形状（例えば自動調芯のた
めの円すい形）によっては、強固に密着するので引き離
しに大きな力を要することにもなるので、切り離しを容
易に行うための装置が必要とされる場合もある。

一次側１０１には切り離しに必要な反発力を得るのに必
要／十分な永久磁石８０を設ける。この永久磁石８０は
、一次側巻線により励磁される磁界の形成を妨げない程
度の強さのものとする必要がある。

一方、二次側には、走行用などのために蓄電池が設置さ
れており、切り離しのために別途量さなコイル８８を内
蔵させる。充電および／または通電作業終了後に制御装
置からの指令により一次側１０１で形成される磁界の強
さを小さくせしめ、あるいは断にさせた上で、二次側１
０２のスイッチング装置８５により蓄電池からの直流を
該コイル８８に通電し、一次側１０１の永久磁石８０と
の反発力を得る。

これらの場合、二次側１０２から一次側１０１への指令
伝達は、磁界により障害を生じない光通信などの手段に
て行い、切り離しのための情報等を送るのが望ましい。

〔発明の効果〕

以上説明したような構成により、本発明は以下に述べる
ような効果を奏する。

１）無人移動体の走行用駆動電源装置である蓄電池の容
量や電源装置の大きさを小さくできる。

このため、例えば、無人移動体では可搬重量を大きくす
ることができる。

２）無人移動体の有効稼動時間を向上することができる
。

３）交流電源をエネルギー源とする作業体および／また
は装置を無人移動体などに搭載することが可能である。

４）交流電源の接続用に、大掛かりな自動脱着装置を必
要としない。

５）たやすく防爆構造とすることができる。

６）蓄電池の充電にあたっては、−回あたりの充電量を
少なくすることができるので、充電時間が短くてすむ。

７）一次側と二次側との当接が容易である。

さらにこの発明は（発明の詳細な説明）の項において、
述べたような技術分野に関するものであるが、この発明
の方法の応用可能な他の分野として、各種設備の駆動用
などの電源装置がある。特に利用者の感電事故を厳に避
けたい用途に適すする。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の電気エネルギー伝達装置の一実
施例を示す構成図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の実施
例に用いられる内鉄塑形変圧器を示す図、第２図ないし
第５図は本発明の電気エネルギー伝達装置を無人搬送台
車に用いた給電システムの実施例を示す構成図である。 ３・・・−次巻線、　　　　５・・・二次巻線、１０−
・・成層鉄心、　　１１・−一次側、１２−・・二次側
、　　　１３・・・隔壁介在物、８０・・・永久磁石、
　　８５・・・スイッチング装置、８８・・・コイル、
　　１００−・・交流電源設備、１０１−・・一次側電
磁石（ワークステーション側）１０２−・・二次側電磁
石（台車側）、１１０−・・無人搬送台車、 ２０１−・・走行用蓄電池充電用巻線、２０２−・・駆
動装置電源用巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）変圧器にあって、一次側と二次側を連結する磁束通
   路形成部分を機械的に切断分離せしめ、それぞれのいわ
   ゆる電磁石を構成する部分を別々の設備に内包させ、必
   要なときにその設備同志を接近させ、前記切断分離せし
   めた部分を当接せしめ磁束を伝達することにより、一次
   側から二次側へ電気エネルギーを伝達せしめる装置であ
   って、前記伝達終了時に一次側と二次側との前記当接を
   強制的に解除させる手段を有する電気エネルギー伝達装
   置。 ２）切断分離せしめられた面のうち、少なくとも一次側
   または二次側の面が透磁性材料で覆われている請求項１
   または請求項１に記載の電気エネルギー伝達装置。 ３）二次側への電気エネルギー供給後一次側の電源を断
   とする請求項１または請求項２に記載の電気エネルギー
   伝達装置。 ４）無人搬送台車あるいは作業体に請求項１ないし請求
   項３のいずれか１項の電気エネルギー伝達装置の二次側
   およびこれに接続された作動機器が搭載されている給電
   システム。