特許 5867535 垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5867535

(24)【登録日】2016年1月15日

(45)【発行日】2016年2月24日

(54)【発明の名称】垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置

(51)【国際特許分類】

   B66F 7/02 20060101AFI20160210BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20160210BHJP

   B66F 9/24 20060101ALN20160210BHJP

【ＦＩ】

   B66F7/02 B

   H02M7/48 K

   H02M7/48 S

   H02M7/48 L

   !B66F9/24 W

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2014-75071(P2014-75071)

(22)【出願日】2014年4月1日

(62)【分割の表示】特願2013-555662(P2013-555662)の分割

【原出願日】2013年8月27日

(65)【公開番号】特開2014-148420(P2014-148420A)

(43)【公開日】2014年8月21日

【審査請求日】2014年4月1日

(31)【優先権主張番号】特願2012-199255(P2012-199255)

(32)【優先日】2012年9月11日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000211695

【氏名又は名称】中西金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(74)【代理人】

【識別番号】100163577

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 正人

(72)【発明者】

【氏名】松下 勝己

【審査官】 葛原 怜士郎

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５５２２３２９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０００−２０１４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５００９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２９２３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２３６７４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６６Ｂ １／３４

Ｂ６６Ｃ １３／１２

Ｂ６６Ｆ ７／０２，９／２４

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流１次電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部、前記コンバータ部により変換された直流電圧を平滑化する第１平滑回路部、並列に接続された第１抵抗及び第１スイッチを前記第１平滑回路部の１次側に接続した第１突入電流抑制回路、並びに、前記第１平滑回路部により平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して垂直搬送機の回生主体の電動機へ出力する第１インバータ部からなる第１インバータ、並びに、速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力するように前記第１インバータ部を制御する第１インバータ制御部を有する回生主体の電動機の駆動制御装置と、
前記コンバータ部の直流出力ラインの正極端子及び負極端子間に、直流電圧を平滑化する第２平滑回路部、並列に接続された第２抵抗及び第２スイッチを前記第２平滑回路部の１次側に接続した第２突入電流抑制回路、並びに、前記第２平滑回路部により平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して力行主体の電動機へ出力する第２インバータ部からなる第２インバータ、並びに、速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力するように前記第２インバータ部を制御する第２インバータ制御部を有する力行主体の電動機の駆動制御装置と、
前記コンバータ部の直流出力ラインの正極端子及び負極端子間に、第３抵抗及び第３スイッチを並列に接続した第３突入電流抑制回路を介して接続され、前記回生主体の電動機が回生運転している際に前記第１インバータ部の入力部に生ずる直流回生電力を貯蔵するキャパシタとを備え、
前記キャパシタは、前記垂直搬送機の回生主体の電動機の一連の動作の中で、最大の回生エネルギが発生する動作時間内において、前記回生主体の電動機が発生する前記回生エネルギを蓄電する際に流れる充電電流によって、前記回生主体の電動機の速度制御に必要とされる制動トルクを発生させることができる電流値になるような静電容量（Ｃ）と直流内部抵抗（Ｒ）を有していることを特徴とする垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項2】

前記キャパシタは、前記回生主体の電動機の速度制御に必要とされる制動トルクを発生させることができる電流値（Ｉａｖｅ）に比べて、前記キャパシタの静電容量（Ｃ）と前記回生エネルギを前記キャパシタに蓄電したことによる電圧上昇値（ΔＶ）の積（Ｃ・ΔＶ）を前記動作時間（Ｔａ）で除して求まる平均充電電流値（Ｉｒｅｇ＝Ｃ・ΔＶ／Ｔａ）の方が大きくなる（Ｉａｖｅ＜Ｉｒｅｇ）静電容量（Ｃ）を有しており、且つ、前記電圧上昇値（ΔＶ）を前記キャパシタの直流内部抵抗（Ｒ）で除して求まる電流値（Ｉ_０＝ΔＶ／Ｒ）が、前記平均充電電流値（Ｉｒｅｇ）よりも大きくなる（Ｉ_０＞Ｉｒｅｇ）直流内部抵抗（Ｒ）を有している請求項１記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項3】

前記キャパシタは、前記静電容量（Ｃ）と前記直流内部抵抗（Ｒ）の積から求まる時定数（Ｔ＝Ｃ・Ｒ）と自然対数の底（ｅ）を使って、時間（ｔ）における電流残留率の計算式（ｅ^-t/CR）を用いて、前記電圧上昇値（ΔＶ）を前記キャパシタの直流内部抵抗（Ｒ）で除して求まる電流値（Ｉ_０）の残留率を求め、この残留率が略零になる時間が前記動作時間（Ｔａ）よりも短くなるような静電容量（Ｃ）と直流内部抵抗（Ｒ）を有している請求項２記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項4】

前記第１平滑回路部に並列に接続した回生抵抗回路部のトランジスタのオン電圧が、前記キャパシタの耐電圧よりも低い請求項１〜３の何れか１項に記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項5】

前記キャパシタの有効蓄電可能容量が、前記垂直搬送機の１サイクル運転の中で発生する回生エネルギの合計以上である請求項１〜４の何れか１項に記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項6】

前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続されるとともに、前記直流出力ラインの正極端子と前記第１インバータの直流母線の正極端子とが短絡され、これと同時に前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなって前記第１インバータが運転可能になり、
前記第１インバータが運転可能になると同時に、前記第１インバータの直流母線の正極端子及び前記第２インバータの直流母線の正極端子を接続する第４スイッチがオンとなり、これと同時に前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなって前記第２インバータが運転可能になる請求項１〜５の何れか１項に記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項7】

前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続され、
前記キャパシタの充電と並行して前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなって前記第１インバータが運転可能になり、
前記キャパシタ及び前記第１平滑回路部の充電と並行して前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなって前記第２インバータが運転可能になる請求項１〜５の何れか１項に記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項8】

前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチ、及び前記第３突入電流抑制回路に直列に接続した第５スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続され、
前記交流１次電源の投入後は、前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなり、前記第１平滑回路部の充電と並行して前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなり、
前記第１平滑回路部及び前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第５スイッチがオンとなると、前記キャパシタの充電を開始するとともに、前記第１インバータ及び前記第２インバータが運転可能になる請求項１〜５の何れか１項に記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【請求項9】

前記キャパシタの電圧測定手段を備え、
前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチ、及び前記第３突入電流抑制回路に直列に接続した第５スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続され、
前記交流１次電源の投入後は、前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなり、前記第１平滑回路部の充電と並行して前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなり、
前記第１平滑回路部及び前記第２平滑回路部の充電完了後に、前記電圧測定手段により測定した前記キャパシタの電圧値が予め設定された閾値未満である場合は、前記第５スイッチがオンとなって、前記キャパシタの充電を開始するとともに、前記第１インバータ及び前記第２インバータが運転可能になり、
前記充電完了後に、前記電圧測定手段により測定した前記キャパシタの電圧値が予め設定された閾値以上である場合は、前記第５スイッチがオンとなって、前記キャパシタの充電完了とするとともに、前記第１インバータ及び前記第２インバータが運転可能になる請求項１〜５の何れか１項に記載の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生産ライン等に用いる垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御を行う駆動制御装置に関わり、さらに詳しくは、特に回生運転の比率が高い垂直搬送機で発生する回生電力を有効活用して交流１次電源の消費を低減する駆動制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

垂直搬送機の駆動制御装置は、一般的に、交流１次電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部、前記コンバータ部により変換された直流電圧を平滑化する平滑回路部、及び、前記平滑回路部により平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して垂直搬送機の電動機へ出力するインバータ部等からなるインバータ、並びに、速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力するように前記インバータ部を制御するインバータ制御部等からなる。
このような駆動制御装置を用いて垂直昇降機をインバータ制御する場合、昇降装置が下降する際等に電動機が発電機となって回生エネルギ（電力）がインバータ側に帰ってくる。

【0003】

トランジスタインバータの場合、トランジスタに並列に接続された帰還ダイオードが電動機を電源とする整流器として働き、直流母線回路に接続された平滑コンデンサに電動機からの回生電力が流入してくることから、インバータ内部の直流母線回路電圧が引き上げられ、放置すれば回生失効等の問題を招くことになるため、インバータの内部素子を保護する目的で、回生過電圧検知が作動し、事前にアラーム停止するように設計されている。
ここで、決められたシーケンスに従って速度制御するためには、直流母線回路電圧を所定の定電圧に維持するように制御しなければならないため、回生エネルギの処理方法として、直流主回路に制動ユニットを設置し、直流母線回路電圧が一定値以上に上昇した場合に駆動制御部からの指令で制動ユニットのトランジスタをオンにしてこのトランジスタに直列に接続された抵抗器に回生エネルギを流し込み、熱として消費することで直流母線回路の電圧上昇を防止する方法が多用されている。

【0004】

しかしながら、このような用法では、回生エネルギを全て熱として捨ててしまうことから、回生運転で得られる電力を有効に利用できないという問題があるため、回生エネルギを蓄電して再利用するシステムとして、電動機単体ごとに充放電回路とともに設置した電気二重層キャパシタに蓄電する方法があり（例えば、特許文献１参照。）、この方法では、回生電力を制動抵抗で消費させる一般的な昇降装置の駆動システムの構成に対して、新たに、直流母線回路に接続される充放電回路（双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ）、その充放電回路の出力側に接続され、充電制御時に平滑コンデンサに蓄電された直流電圧を貯蔵する電気二重層キャパシタ、平滑コンデンサに生ずる電圧を検出する電圧検出手段、及び、この検出電圧と予め設定された充電または放電動作の判断基準電圧を比較して充放電回路を制御する充放電制御部が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−２６３４０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

垂直搬送機において、荷物を上から下に降ろす専用搬送機（荷降ろしリフタ）として使用する場合、下降動作では、ケージと荷物とを合わせた重量がバランス用ウェイトの重量よりも大きくなり、荷物を受け渡した後のケージのみの上昇動作では、バランス用ウェイトの重量がケージの重量よりも大きくなる。
このため、下降及び上昇の両方の動作において、昇降用電動機は、荷物を積んだケージ又はバランス用ウェイトによって（負荷によって）回されることになり、回生電力を発生する発電機として動作する。

【0007】

特許文献１のような垂直搬送機に蓄電装置と制御装置を設けることにより回生エネルギを利用する駆動制御装置は、その対象が、１台の電動機において、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定される。
即ち、特許文献１のような駆動制御装置は、電動機単体ごとに回生蓄電したエネルギを各電動機の力行運転時に使い切ることができれば有効なものであるが、回生運転が主体の垂直搬送機では、蓄電装置の蓄電量が満杯となった時点で回生電力の行き場がなくなり、直流母線間電圧が予め設定された制動ユニットのトランジスタの起動電圧に到達し、この直流母線間電圧が設定電圧以上の間は抵抗器に放電して熱エネルギとして捨ててしまうことになる。
また、実際の生産設備などで稼動している、荷物を上から下に降ろす専用搬送機として垂直搬送機を使用する場合、上述のとおり動作回数を重ねる度に回生エネルギは増加し続けるので、特許文献１のような駆動制御装置による省エネシステムでは十分でなく、他の力行運転が主体の設備と組み合わせて回生エネルギを消費しない限り、有効な省エネシステムを構築することは困難である。
その上、特許文献１の垂直搬送機の駆動制御装置の構成では、回生電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを通して充放電するため、充電時及び放電時ともに電圧変換ロスを伴う欠点がある。

【0008】

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、生産ライン等に用いる、回生運転の比率が高い垂直搬送機で発生する回生電力を有効活用することにより交流１次電源の消費を極力低減することができる、垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置は、前記課題解決のために、交流１次電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部、前記コンバータ部により変換された直流電圧を平滑化する第１平滑回路部、並列に接続された第１抵抗及び第１スイッチを前記第１平滑回路部の１次側に接続した第１突入電流抑制回路、並びに、前記第１平滑回路部により平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して垂直搬送機の回生主体の電動機へ出力する第１インバータ部からなる第１インバータ、並びに、速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力するように前記第１インバータ部を制御する第１インバータ制御部を有する回生主体の電動機の駆動制御装置と、前記コンバータ部の直流出力ラインの正極端子及び負極端子間に、直流電圧を平滑化する第２平滑回路部、並列に接続された第２抵抗及び第２スイッチを前記第２平滑回路部の１次側に接続した第２突入電流抑制回路、並びに、前記第２平滑回路部により平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して力行主体の電動機へ出力する第２インバータ部からなる第２インバータ、並びに、速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力するように前記第２インバータ部を制御する第２インバータ制御部を有する力行主体の電動機の駆動制御装置と、前記コンバータ部の直流出力ラインの正極端子及び負極端子間に、第３抵抗及び第３スイッチを並列に接続した第３突入電流抑制回路を介して接続され、前記回生主体の電動機が回生運転している際に前記第１インバータ部の入力部に生ずる直流回生電力を貯蔵するキャパシタとを備え、前記キャパシタは、前記垂直搬送機の回生主体の電動機の一連の動作の中で、最大の回生エネルギが発生する動作時間内において、前記回生主体の電動機が発生する前記回生エネルギを蓄電する際に流れる充電電流によって、前記回生主体の電動機の速度制御に必要とされる制動トルクを発生させることができる電流値になるような静電容量（Ｃ）と直流内部抵抗（Ｒ）を有していることを特徴とする（請求項１）。

【0010】

このような構成によれば、回生主体の電動機の駆動制御装置の第１インバータが、回生主体の電動機が回生運転している際に第１インバータ部の入力部に生ずる直流回生電力を貯蔵するキャパシタを備えるとともに、キャパシタに充電された電力を力行主体の電動機の駆動制御装置の第２インバータへ供給することができるので、例えば、同時限内において、力行電力が回生電力よりも大きくなるような組合せを行うことにより、回生電力を回生抵抗に熱エネルギとして捨てることなく、回生電力を１００％有効に利用することができるため、生産ライン等に用いる、回生運転の比率が高い垂直搬送機で発生する回生電力を有効活用することにより交流１次電源の消費を極力低減することができる。
その上、回生電力を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを通して充放電しないことから双方向ＤＣ／ＤＣコンバータによる電圧変換ロスがないため、回生電力をキャパシタに効率的に蓄電することができるとともに、キャパシタに蓄電された回生電力を有効に活用することができる。
その上さらに、前記キャパシタは、前記垂直搬送機の回生主体の電動機の一連の動作の中で、最大の回生エネルギが発生する動作時間内において、前記回生主体の電動機が発生する前記回生エネルギを蓄電する際に流れる充電電流によって、前記回生主体の電動機の速度制御に必要とされる制動トルクを発生させることができる電流値になるような静電容量（Ｃ）と直流内部抵抗（Ｒ）を有しているので、垂直搬送機を予め決められた速度曲線に沿って目標通りに速度制御することができる。

【0011】

ここで、前記キャパシタは、前記回生主体の電動機の速度制御に必要とされる制動トルクを発生させることができる電流値（Ｉａｖｅ）に比べて、前記キャパシタの静電容量（Ｃ）と前記回生エネルギを前記キャパシタに蓄電したことによる電圧上昇値（ΔＶ）の積（Ｃ・ΔＶ）を前記動作時間（Ｔａ）で除して求まる平均充電電流値（Ｉｒｅｇ＝Ｃ・ΔＶ／Ｔａ）の方が大きくなる（Ｉａｖｅ＜Ｉｒｅｇ）静電容量（Ｃ）を有しており、且つ、前記電圧上昇値（ΔＶ）を前記キャパシタの直流内部抵抗（Ｒ）で除して求まる電流値（Ｉ_０＝ΔＶ／Ｒ）が、前記平均充電電流値（Ｉｒｅｇ）よりも大きくなる（Ｉ_０＞Ｉｒｅｇ）直流内部抵抗（Ｒ）を有していることが好ましい（請求項２）。
また、前記キャパシタは、前記静電容量（Ｃ）と前記直流内部抵抗（Ｒ）の積から求まる時定数（Ｔ＝Ｃ・Ｒ）と自然対数の底（ｅ）を使って、時間（ｔ）における電流残留率の計算式（ｅ^-t/CR）を用いて、前記電圧上昇値（ΔＶ）を前記キャパシタの直流内部抵抗（Ｒ）で除して求まる電流値（Ｉ_０）の残留率を求め、この残留率が略零になる時間が前記動作時間（Ｔａ）よりも短くなるような静電容量（Ｃ）と直流内部抵抗（Ｒ）を有していることがより好ましい（請求項３）。
これらの構成によれば、キャパシタに回生エネルギを蓄電する際における最大の充電電流が垂直搬送機の回生主体の電動機の速度制御に必要な制動トルクを発生させることができる電流値であるので、垂直搬送機を予め決められた速度曲線に沿って目標通りに速度制御することができる。

【0012】

さらに，前記第１平滑回路部に並列に接続した回生抵抗回路部のトランジスタのオン電圧が、前記キャパシタの耐電圧よりも低いと好ましい（請求項４）。
このような構成によれば、キャパシタの耐電圧よりも低い電圧でオンとなるトランジスタにより回生抵抗に電流が流れるので、キャパシタの電圧が耐圧（最大ピーク電圧）を超えることがなく、キャパシタが過電圧にならないように保護することができる。
したがって、回生電力の有効利用及びコストを勘案しながら、キャパシタの容量を小さくすることができる。

【0013】

さらにまた、前記キャパシタの有効蓄電可能容量が、前記垂直搬送機の１サイクル運転の中で発生する回生エネルギの合計以上であると好ましい（請求項５）。
このような構成によれば、回生エネルギを無駄にすることなくキャパシタに蓄電することができるので、回生エネルギをより有効に活用することができる。

【0014】

また、前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続されるとともに、前記直流出力ラインの正極端子と前記第１インバータの直流母線の正極端子とが短絡され、これと同時に前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなって前記第１インバータが運転可能になり、前記第１インバータが運転可能になると同時に、前記第１インバータの直流母線の正極端子及び前記第２インバータの直流母線の正極端子を接続する第４スイッチがオンとなり、これと同時に前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなって前記第２インバータが運転可能になると好ましい（請求項６）。
このような構成によれば、最初にキャパシタが充電され、次に第１インバータの第１平滑回路部が充電され、次に第２インバータの第２平滑回路部が充電されてからシステム全体が運転可能となるので、回生エネルギを１００％回収して再利用できる。

【0015】

さらに、前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続され、前記キャパシタの充電と並行して前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなって前記第１インバータが運転可能になり、前記キャパシタ及び前記第１平滑回路部の充電と並行して前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなって前記第２インバータが運転可能になると好ましい（請求項７）。
このような構成によれば、交流１次電源の投入と同時に、キャパシタ、第１平滑回路部及び第２平滑回路部の充電を一斉に開始し、第１平滑回路部の充電完了確認により第１インバータが運転可能となり、第２平滑回路部の充電完了確認により第２インバータが運転可能となるので、キャパシタの充電完了を待ってシステム全体が運転可能になる構成と比較して、電源投入からシステム全体が運転可能になるまでの時間を大幅に短縮できる。

【0016】

さらにまた、前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチ、及び前記第３突入電流抑制回路に直列に接続した第５スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続され、前記交流１次電源の投入後は、前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなり、前記第１平滑回路部の充電と並行して前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなり、前記第１平滑回路部及び前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第５スイッチがオンとなると、前記キャパシタの充電を開始するとともに、前記第１インバータ及び前記第２インバータが運転可能になると好ましい（請求項８）。
このような構成によれば、第１平滑回路部及び第２平滑回路部の充電完了後に第５スイッチがオンになると、第１インバータ及び第２インバータが運転可能となるので、キャパシタの充電完了を待ってシステム全体が運転可能になる構成と比較して、電源投入からシステム全体が運転可能になるまでの時間を大幅に短縮できる。
その上、第１平滑回路部及び第２平滑回路部の充電完了後にキャパシタの充電を行うので、コンバータ部に掛かる負担が軽減される。

【0017】

また、前記キャパシタの電圧測定手段を備え、前記キャパシタは、前記交流１次電源が投入されて前記キャパシタの充電完了後にオンとなる前記第３スイッチ、及び前記第３突入電流抑制回路に直列に接続した第５スイッチによって、前記第３抵抗を介さずに直接前記直流出力ラインの正極端子に接続され、前記交流１次電源の投入後は、前記第１抵抗を通して前記第１平滑回路部が充電され、前記第１平滑回路部の充電完了後に前記第１スイッチがオンとなり、前記第１平滑回路部の充電と並行して前記第２抵抗を通して前記第２平滑回路部が充電され、前記第２平滑回路部の充電完了後に前記第２スイッチがオンとなり、前記第１平滑回路部及び前記第２平滑回路部の充電完了後に、前記電圧測定手段により測定した前記キャパシタの電圧値が予め設定された閾値未満である場合は、前記第５スイッチがオンとなって、前記キャパシタの充電を開始するとともに、前記第１インバータ及び前記第２インバータが運転可能になり、前記充電完了後に、前記電圧測定手段により測定した前記キャパシタの電圧値が予め設定された閾値以上である場合は、前記第５スイッチがオンとなって、前記キャパシタの充電完了とするとともに、前記第１インバータ及び前記第２インバータが運転可能になると好ましい（請求項９）。
このような構成によれば、第１平滑回路部及び第２平滑回路部の充電完了後に第５スイッチがオンになると、第１インバータ及び第２インバータが運転可能となるので、キャパシタの充電完了を待ってシステム全体が運転可能になる構成と比較して、電源投入からシステム全体が運転可能になるまでの時間を大幅に短縮できる。
その上、第１平滑回路部及び第２平滑回路部の充電完了後にキャパシタの充電を行うので、コンバータ部に掛かる負担が軽減される。
その上さらに、前記充電完了後に、前記電圧測定手段により測定した前記キャパシタの電圧値が予め設定された閾値以上である場合は、キャパシタ充電の待ち時間がないため、回生エネルギの再利用効率の低下が生じることがない。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置によれば、垂直搬送機の回生主体の電動機の駆動制御装置の第１インバータに備えたキャパシタが回生エネルギを蓄電し、この蓄電電力を力行主体の電動機の駆動制御装置の第２インバータへ供給することができるので、回生電力を有効活用することにより交流１次電源の消費を極力低減することができること等の顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態１に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。

【図2】同じく流れ図である。

【図3】垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置の実験設備の概略を示すブロック図及び動作説明図並びに機械装置の諸元を示す図である。

【図4】キャパシタを使用せずに回生エネルギを熱エネルギとして消費する、従来の制動抵抗回路を使った駆動系の駆動制御装置の概略構成を示すブロック図である。

【図5】（ａ）はキャパシタ充電の等価回路を示す図、（ｂ）は時間による充電電流の変化を示す図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。

【図7】同じく流れ図である。

【図8】本発明の実施の形態３に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。

【図9】同じく流れ図である。

【図10】垂直搬送機の動作並行充電等価回路である。

【図11】ＳＷ５がオンでＳＷ３がオフの初期充電中における時間による直流母線電圧並びにキャパシタ電圧及びキャパシタ充電電流の変化を示す図であり、（ａ）は回生エネルギが発生しない場合、（ｂ）は回生エネルギが発生する場合を示している。

【図12】本発明の実施の形態４に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。

【図13】同じく流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（実施の形態１）
図１のブロック図に示すように、本発明の実施の形態１に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置は、垂直搬送機の回生主体の電動機Ｍ１の駆動制御装置Ａと、力行主体の電動機Ｍ２の駆動制御装置Ｂとを備える。
ここで、駆動制御装置Ａは、交流１次電源Ｐから供給された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部１（整流回路）、コンバータ部１により変換された直流電圧を平滑化する第１平滑回路部２、並列に接続された第１抵抗Ｒ１及び第１スイッチＳＷ１を第１平滑回路部２の１次側に接続した第１突入電流抑制回路３、第１平滑回路部２により平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して回生主体の電動機Ｍ１へ出力する第１インバータ部４（チョッパ回路）、並びに、第１平滑回路部２に並列に接続した回生抵抗回路部５からなる第１インバータＩＮＶ１、並びに、速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力するように第１インバータ部４を制御する第１インバータ制御部６を有する。

【0021】

また、駆動制御装置Ｂは、直流電圧を平滑化する第２平滑回路部７、並列に接続された第２抵抗Ｒ２及び第２スイッチＳＷ２を第２平滑回路部７の１次側に接続した第２突入電流抑制回路８、並びに、第２平滑回路部７により平滑化された直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して力行主体の電動機Ｍ２へ出力する第２インバータ部９からなる第２インバータＩＮＶ２、並びに、速度指令に応じた可変電圧可変周波数の交流電圧を出力するように第２インバータ部９を制御する第２インバータ制御部１０を有する。
さらに、駆動制御装置Ａは、コンバータ部１の直流出力ラインの正極端子Ｐ１１及び負極端子Ｎ１間に、第３抵抗Ｒ３及び第３スイッチＳＷ３を並列に接続した第３突入電流抑制回路１１を介して接続され、回生主体の電動機Ｍ１が回生運転している際に第１インバータ部４の入力部に生ずる直流回生電力を貯蔵するキャパシタ１２を備えている。
さらにまた、第１インバータＩＮＶ１の直流母線の正極端子Ｐ１２及び第２インバータＩＮＶ２の直流母線の正極端子Ｐ２は第４スイッチＳＷ４を介して接続され、第１インバータＩＮＶ１の直流母線の負極端子（コンバータ部１の直流出力ラインの負極端子）Ｎ１及び第２インバータＩＮＶ２の直流母線の負極端子Ｎ２は短絡される。
なお、キャパシタ１２は、電気二重層キャパシタ及びリチウムイオンキャパシタの他、急速充放電が可能な特性を持った２次電池も含むものである。

【0022】

図１のブロック図及び図２の流れ図に示すように、交流１次電源Ｐから第１インバータＩＮＶ１に電力が供給されると、コンバータ部１（整流回路）から正極端子Ｐ１１を経て、第３突入電流抑制回路１１の第３抵抗Ｒ３を通してキャパシタ１２が充電される。仮に交流１次電源Ｐの電圧が２００ＶＡＣとすると、キャパシタ１２は２８２ＶＤＣまで充電される。
キャパシタ１２への充電開始と同時に第１タイマが作動を開始し、第１タイマが所定時間を経過すると、即ちキャパシタ１２への所定の充電時間が経過すると、第３突入電流抑制回路１１の第３スイッチＳＷ３がオンとなるため、キャパシタ１２は第３抵抗Ｒ３を介さずに直接正極端子Ｐ１２に接続され、正極端子Ｐ１２に２８２ＶＤＣの直流電圧が印加され、引き続き第１突入電流抑制回路３の第１抵抗Ｒ１を通して第１平滑回路部２（平滑コンデンサＣ１）が充電される。

【0023】

第１平滑回路部２（平滑コンデンサＣ１）への充電開始と同時に第２タイマが作動を開始し、第２タイマが所定期間を経過すると、即ち第１平滑回路部２（平滑コンデンサＣ１）への所定の充電時間が経過すると、第１突入電流抑制回路３の第１スイッチＳＷ１がオンとなって第１インバータＩＮＶ１の運転可信号がオンになる。
第１インバータＩＮＶ１の運転可信号がオンになると同時に第４スイッチＳＷ４がオンとなって、第２インバータＩＮＶ２の第２突入電流抑制回路８の第２抵抗Ｒ２を通して第２平滑回路部７（平滑コンデンサＣ２）が充電される。
第２平滑回路部７（平滑コンデンサＣ２）への充電開始と同時に第３タイマが作動を開始し、第３タイマが所定期間を経過すると、即ち第２平滑回路部７（平滑コンデンサＣ２）への所定の充電時間が経過すると、第２突入電流抑制回路８の第２スイッチＳＷ２がオンとなって第２インバータＩＮＶ２の運転可信号がオンになる。
以上のような手順を経て第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２の運転可信号がオンになることにより、システム全体が運転可能となる。
以上の説明においては、キャパシタ１２、第１平滑回路部２（平滑コンデンサＣ１）及び第２平滑回路部７（平滑コンデンサＣ２）の充電完了確認を、第１タイマ、第２タイマ及び第３タイマにより行っているが、このような充電完了確認を、電圧検出等の他の手段によって行うように構成してもよい。

【0024】

垂直搬送機が回生運転を行うと、回生主体の電動機Ｍ１で発生した回生電力は、第１スイッチＳＷ１及び第３スイッチＳＷ３がオンであるので、キャパシタ１２に直接蓄電される。この時、力行主体の電動機Ｍ２が運転中である場合には、第２インバータＩＮＶ２側へも回生電力が供給され、力行主体の電動機Ｍ２が停止している場合には、回生電力は全てキャパシタ１２に充電され、キャパシタ１２の蓄電電位を引き上げる。
仮に、キャパシタ１２の蓄電電位が３８０ＶＤＣまで上昇すると、第１インバータ制御部６は、第１インバータＩＮＶ１の平滑コンデンサＣ１の電位を検出し、回生抵抗回路部５のトランジスタＴＲ１をオンにして回生電力を回生抵抗Ｒ４に流し、回生抵抗Ｒ４で熱エネルギとして消費することにより、キャパシタ１２の過電圧を防止する。
また、力行主体の電動機Ｍ２が運転中に回生主体の電動機Ｍ１が停止した場合、キャパシタ１２の電位が２８２ＶＤＣ以上あれば、力行主体の電動機Ｍ２はキャパシタ１２に蓄電された電力で運転を継続し、キャパシタ１２の電位が２８２ＶＤＣ未満であれば、力行主体の電動機Ｍ２は交流１次電源Ｐから電力供給を受けて運転を継続する。
以上の説明においては、回生電力を消費する力行主体の電動機の駆動制御装置Ｂにおいて、電動機Ｍ２及び第２インバータＩＮＶ２がそれぞれ１台である場合を示したが、力行主体の電動機及びインバータは複数台であってもよい。ただし、力行主体の電動機１台の容量は、回生主体の電動機Ｍ１の駆動制御装置Ａのコンバータ部１（整流回路）の電流制限値から、その電流容量を超えない電動機容量でなければならない。

【0025】

以上のような垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置によれば、回生主体の電動機Ｍ１の駆動制御装置Ａの第１インバータＩＮＶ１が、回生主体の電動機Ｍ１が回生運転している際に第１インバータ部４の入力部に生ずる直流回生電力を貯蔵するキャパシタ１２を備えるとともに、キャパシタ１２に充電された電力を力行主体の電動機Ｍ２の駆動制御装置Ｂの第２インバータＩＮＶ２へ供給することができるので、例えば、同時限内において、力行電力が回生電力よりも大きくなるような組合せを行うことにより、回生電力を回生抵抗に熱エネルギとして捨てることなく、回生電力を１００％有効に利用することができるため、生産ライン等に用いる、回生運転の比率が高い垂直搬送機で発生する回生電力を有効活用することにより交流１次電源Ｐの消費を極力低減することができる。
また、キャパシタ１２に回生電力を充電又はキャパシタ１２から回生電力を放電する際に、昇降圧用の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを通したり、１次電源回生システムのように回生コンバータを通して１次電源側に回生電力を戻すシステムと比較して、コンバータを通さずにキャパシタ１２に直接充放電するので、電圧変換ロスがないため、回生電力をキャパシタ１２に効率的に蓄電することができるとともに、キャパシタ１２に蓄電された回生電力を有効に活用することができる。

【0026】

次に、生産ライン等において回生電力を有効利用する、本発明の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置の検証実験等について説明する。
図３の垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置の実験設備の概略を示すブロック図及び動作説明図に示すように、この実験設備は、垂直搬送機Ｖ及び水平搬送コンベアＨを備えている。
垂直搬送機Ｖは、スライドフォークにより水平方向に進退することができる荷受け部を備えたケージＣＡにより、高位置にあるワークＷを低位置に移載するものである。
また、水平搬送コンベアＨは、垂直搬送機Ｖにより受け渡されたワークＷを載置した、図示しない非自走式の台車を、水平ループ状経路に沿って、フリクションローラ式駆動装置Ｄｒ．１〜Ｄｒ．９により搬送するものである。

【0027】

図３の機械装置諸元に示すように、垂直搬送機Ｖは、ワークＷを積んで下降する際には、ケージ側が３５０ｋｇ（９２０ｋｇ（ケージ重量）＋７００ｋｇ（ワーク重量）−１２７０ｋｇ（ウェイト重量）＝３５０ｋｇ）重くなり、空荷で上昇する際には、ウェイト側が３５０ｋｇ（１２７０ｋｇ（ウェイト重量）−９２０ｋｇ（ケージ重量）＝３５０ｋｇ）重くなるため、下降及び上昇の両方の動作において、昇降用電動機は、回生電力を発生する発電機として動作し、昇降用電動機のインバータが、回生主体の昇降用電動機の駆動制御装置Ａの第１インバータＩＮＶ１である。
また、スライドフォーク駆動用電動機のインバータ及びフリクションローラ式駆動装置Ｄｒ．１〜Ｄｒ．９用電動機のインバータが、力行主体の電動機の駆動制御装置Ｂの第２インバータＩＮＶ２及び第３インバータＩＮＶ３である。

【0028】

図３中の動作Ｓ１〜Ｓ９（表１中の「動作説明」も参照。）にしたがって、垂直搬送機Ｖの１サイクル運転時における力行電力量及び回生電力量を求めた結果を表１に示す。表１中の電力量で、プラスになっているものが力行電力量であり、マイナスになっているものが回生電力量である。
ここで、動作Ｓ５及びＳ９に記載されている、図３に図示していない補助ＤＬ（ドロップリフタ）は、測定試験のために下限の仮置台から上限までワークＷを持ち上げるものであり、動作Ｓ５（補助ＤＬ下降待）は、補助ＤＬがワークＷを上限で受け渡し後、空荷で下限まで下降する際の待ち時間であり、動作Ｓ９（補助ＤＬ上昇待）は、補助ＤＬがワークＷを下限から上限まで持ち上げる際の待ち時間である。

【0029】

【表1】

【0030】

（キャパシタの仕様）
第１インバータＩＮＶ１のキャパシタ１２として、キャパシタモジュール２個を直列に接続した下記の仕様のものを使用した。
タイプ：電気二重層キャパシタ
定格電圧：ＤＣ３７８Ｖ
最大ピーク電圧：ＤＣ４０６Ｖ
静電容量（Ｃ）：１．５Ｆ
直流内部抵抗（Ｒ）：２０６ｍΩ

【0031】

（キャパシタの蓄電容量）
キャパシタ１２の使用電圧範囲は、２８２Ｖ〜３８０Ｖであり、この使用電圧範囲における有効蓄電可能電力量Ｕは、次式（１）により求められる。

【0032】

Ｕ＝（１／２）・Ｃ・（Ｖ１²−Ｖ２²）
＝（０．５）・（１．５）・（３８０²−２８２²）＝４８，６５７Ｊ （１）

【0033】

本実験設備の場合、表１より、垂直搬送機Ｖの１サイクル運転で発生する回生電力量と力行電力量の相殺合計は1サイクル動作終了時１０，３９５Ｊである。
それに対して、使用したキャパシタ１２の蓄電可能容量は、式（１）のとおり、４８，６５７Ｊであるので、十分な容量を有している。
本実験設備の場合、後述するキャパシタの過電圧保護機能があるので、キャパシタ容量としては、１サイクルの回生と力行の相殺電力量（１０，３９５Ｊ)よりも更に小さい容量で済むことになる。以下にその理由を説明する。
先ず、キャパシタ１２の使用電圧範囲（２８２ＶＤＣ〜３８０ＶＤＣ）に関し、その根拠を説明する。

【0034】

図１の交流１次電源Ｐの電圧が２００ＶＡＣであることから、第１インバータＩＮＶ１のコンバータ部１（整流回路）で直流に変換されるとルート２倍の２８２ＶＤＣとなるので、１次電源Ｐが接続されている限り、キャパシタ１２は常時この電圧に充電された状態となるため、下限電圧は２８２ＶＤＣになる。
また、一般的な２００Ｖ系汎用インバータの場合、電動機Ｍ１から回生電力が第１インバータＩＮＶ１に帰還すると、平滑コンデンサＣ１に蓄電され、コンデンサ両端の直流母線電圧を引き上げることになる。

【0035】

第１インバータ制御部６は、直流母線の電圧が３８０Ｖまで上昇したことを検出すると、回生抵抗回路部５のトランジスタＴＲ１をオンにして平滑コンデンサＣ１に蓄電された回生電力を回生抵抗Ｒ４に流し、熱エネルギとして消費するように働く。
これらの動作は平滑コンデンサＣ１にキャパシタ１２が並列に接続された状態においても同様であり、したがって、直流母線電圧は、常時２８２ＶＤＣ〜３８０ＶＤＣの範囲に維持されることとなる。
なお、キャパシタ１２は、上限電圧の３８０ＶＤＣ以上の耐圧（最大ピーク電圧）を持つ必要があるが、キャパシタ１２の最大ピーク電圧は、上記仕様のとおり４０６ＶＤＣであるため問題はない。

【0036】

以上のことから、キャパシタ１２の蓄電容量は十分な余裕があり、耐電圧もクリアしているため、キャパシタ１２として、静電容量が小さいものを選定し、コストを抑える方法が得策である。また、第１インバータＩＮＶ１の回生抵抗Ｒ４への放電開始電圧（３８０ＶＤＣ)がキャパシタ１２の耐電圧未満であるので、仮に蓄電電力が増加して、キャパシタ電位が上昇しても、耐電圧まで到達する前に回生抵抗Ｒ４への放電が行われるため、キャパシタ１２が過電圧になることがないように保護することができる。即ち、第１インバータＩＮＶ１は、キャパシタ１２の過電圧保護機能を有している。

【0037】

（キャパシタ電位の変化）
表１の垂直搬送機Ｖの動作Ｓ１〜Ｓ９によるキャパシタ１２の蓄電エネルギ量及び蓄電電位の変化を表２に示す。なお、水平搬送コンベアＨのフリクションローラ式駆動装置Ｄｒ．１〜Ｄｒ．９用電動機は、常時４台の電動機（１００Ｗ／１台）が運転しているものとする。

【0038】

【表2】

【0039】

表２から、キャパシタ電位が２８２Ｖ未満になろうとした際には１次電源Ｐから電力供給を受けるため、キャパシタ電位は２８２Ｖ未満には低下しないことがわかる。
例えば、表２の中で、動作Ｓ４（上限まで上昇：低速上昇）、動作Ｓ５（上限待機：補助ＤＬ下降待）、及び、動作Ｓ９（下限待機：補助ＤＬ上昇待）の３動作中においては、キャパシタ１２の蓄電エネルギが５９，６４３Ｊを下回ろうとするので、電位の高い１次電源Ｐから電力が供給され、キャパシタ電位は２８２Ｖを維持する。
また、キャパシタ電位が上昇して３８０Ｖを超えると、上述のとおり回生抵抗回路部５のトランジスタＴＲ１がオンになるので、回生エネルギが回生抵抗Ｒ４で熱エネルギとして消費されるため、キャパシタ電位は３８０Ｖ以上に上昇しないように構成されているが、本実験設備の場合、正常に動作している限り、キャパシタ電位は最高で約２９３．１Ｖまでしか上昇しないことがわかる。
したがって、マニュアル操作等で予めキャパシタ１２にエネルギが蓄電されていない限り、連続運転を実施しても、回生抵抗回路部５のトランジスタＴＲ１のオン電圧（３８０Ｖ）まで電圧上昇することはない。

【0040】

以上のことから、要求される回生電力蓄電用キャパシタ１２の有効蓄電可能容量としては、１サイクル中の回生エネルギの合計ではなく、また、回生と力行エネルギの相殺でもない、１サイクル中の連続した一つの動作（上昇または下降など、表２では、動作Ｓ１及びＳ２（中間まで上昇：高速上昇及び低速上昇））で発生する最大の回生エネルギ（表２では、７，３８７Ｊ）を蓄電できれば良いことになる。
このような有効蓄電可能容量を持ったキャパシタ１２を使用することで、コスト低減化を図ることができる。また、回生抵抗回路部５と組み合わせることにより、過電圧になることもない。
なお、動作条件に制約を付けなければ、キャパシタ１２の有効蓄電可能容量としては、１サイクル中に発生する回生エネルギの合計容量以上を持てば良いことになる。
そして、図３のように、１サイクル運転中に垂直搬送機Ｖで発生する回生エネルギよりも大きなエネルギを必要とする力行主体の水平搬送コンベアＨを垂直搬送機Ｖと組み合わせて使用することにより、回生エネルギを１００％有効利用することが可能となる。

【0041】

（制動抵抗回路による回生エネルギ処理）
キャパシタ１２に流れる充電電流により十分な制動トルクが得られるか否かを確認する目的で、キャパシタ１２を使用せずに回生エネルギを熱エネルギとして消費する従来の制動抵抗回路を使ったインバータ駆動電動機の制御と比較する。
図４に概略構成を示す従来の制動抵抗回路１３を使った駆動系の駆動制御装置のブロック図において、インバータメーカの選定ソフトを使って選定した制動抵抗Ｒ５を使用し、制動抵抗Ｒ５に流れる電流値を計算することで、垂直搬送機Ｖを限られた時間内に決められた位置に停止させるための回生電流値を明確にすることができる。

【0042】

ただし、ここで注意しなければならないのは、回生エネルギをキャパシタ蓄電する場合では充電電流は連続して流れるが、制動抵抗回路１３を使って熱エネルギとして消費する場合では抵抗回路に流れる電流はオンとオフを繰り返す間欠動作となる点である。
よって、制動抵抗回路１３を用いた構成におけるオンとオフの比率からデューティーサイクルを求め、これに制動抵抗Ｒ５に流れる電流を掛けた平均電流を求め、この平均電流を比較対象とすればよい。

【0043】

垂直搬送機Ｖの電動機、インバータ及び制動抵抗等の各仕様を以下に示す。
電動機（Ｍ１）：３相２００Ｖ，５．５ｋＷ，４極
インバータ（ＩＮＶ１）：３相２００Ｖ，５．５ｋＷ
内蔵平滑コンデンサ（Ｃ１）：３１２０μＦ
回生トランジスタ（ＴＲ１）のオン電圧：３７９Ｖ以上
回生トランジスタ（ＴＲ１）のオフ電圧：３７９Ｖ未満（遅延時間を加味すると３７７Ｖ以下）
制動抵抗（Ｒ５）：２０Ω

【0044】

（制動抵抗を流れる平均回生電流）
回生エネルギが平滑コンデンサＣ１に蓄電され、両端の電圧が３７９Ｖを越えると、制動抵抗回路１３のトランジスタＴＲ１がオンになる。この時制動抵抗Ｒ５（２０Ω）に流れる電流の最大値Ｉｍａｘは、次式（２）により求められる。

【0045】

Ｉｍａｘ＝３７９／２０＝１８．９５Ａ （２）

【0046】

トランジスタＴＲ１がオンとなって制動抵抗Ｒ５に電流が流れ、平滑コンデンサＣ１の電位が下がると、トランジスタＴＲ１はオフとなって再度充電が始まる。
このようなオンとオフのデューティーサイクル（実測で求めた数値２７％を使用）を式（２）で求めた電流の最大値Ｉｍａｘに掛けることにより、平均回生電流Ｉａｖｅは、次式（３）により求められる。

【0047】

Ｉａｖｅ＝Ｉｍａｘ・Ｄｕｔｙ＝（１８．９５）・（０．２７）＝５．１Ａ （３）

【0048】

（キャパシタに回生エネルギを蓄電する際の充電速度）
キャパシタ１２に要求される条件として、上述のとおり、電動機Ｍ１が発生する回生エネルギを蓄電できるだけの容量と、接続回路と蓄電エネルギによる定格電圧とが必要となるが、それ以外に要求される条件として、回生エネルギを蓄電する際の充電速度がある。
表１の中において、１サイクル動作中の最短時間に最大の回生エネルギが帰還する動作について、その時のキャパシタ充電電流が何アンペアであって、その充電電流値で必要な制動トルクが得られ、限られた時間内に電動機が発生する回生エネルギをキャパシタ１２に充電できるか否かを検証してみる。

【0049】

これは、垂直搬送機Ｖを予め決められた速度曲線に沿って、目標通りに制御できるか否かを判断する材料となる。
なお、「必要な制動トルク」に関する判断は、キャパシタ回生において、図４に示した制動抵抗回路１３による回生エネルギを熱エネルギに変換する処理と同じタイミングで、回生エネルギをキャパシタ１２に充電できるか否かにより判断する。
表１の中で、最短時間に最大の回生エネルギが発生する動作は、動作Ｓ１の「高速上昇」中の「高速上昇＆減速」であって、この動作時間２．７秒間に５，２４４Ｊの回生エネルギが発生しており、この回生エネルギがキャパシタ１２に蓄電される場合において、キャパシタ１２の電圧上昇並びに充電電流及び充電エネルギがいくらになるかを計算により求める。ただし、キャパシタ１２は予め３００Ｖまで充電されているものとし、平滑コンデンサＣ１は考慮しない。

【0050】

３００Ｖ（Ｖ２）にチャージされたキャパシタ１２に２．７秒間で５，２４４Ｊのエネルギが蓄電されるので、式（１）を用いて、蓄電後のキャパシタ電圧Ｖ１は、次式（４）により求められる。

【0051】

Ｖ１＝√（２・（５，２４４）／１．５＋３００²）＝３１１．４Ｖ （４）

【0052】

即ち、キャパシタ電圧は、３００Ｖから３１１．４Ｖへ１１．４Ｖ（ΔＶ）上昇する。
次に、２．７秒間（動作時間（回生エネルギの発生時間）Ｔａ）におけるキャパシタ１２の充電に必要な平均電流Ｉｒｅｇは、次式（５）により求められる。

【0053】

Ｉｒｅｇ＝Ｃ・ΔＶ／Ｔａ
＝（１．５）・（１１．４）／２．７＝６．３３Ａ （５）

【0054】

まとめると、２．７秒間の回生運転において、キャパシタ１２に対し、６．３３Ａの平均充電電流Ｉｒｅｇを流すと、５，２４４Ｊの回生エネルギを蓄電することができる。
その結果、当初３００Ｖだったキャパシタ電位は１１．４Ｖ上昇して３１１．４Ｖとなる。
式（３）による制動抵抗Ｒ５を流れる平均回生電流Ｉａｖｅと、式（５）によるキャパシタ１２の充電に必要な平均充電電流Ｉｒｅｇとを比較すると、Ｉａｖｅ＜Ｉｒｅｇであるので、キャパシタ１２の静電容量は問題ない。

【0055】

（キャパシタの充電速度（パワー密度））
続いて、キャパシタ１２の性能に関し、直流内部抵抗とエネルギの充電時間について検討する。
仮に、５，２４４Ｊの回生エネルギが２．７秒間に発生するのではなく、瞬時に発生したとして、そのエネルギをどの程度の時間でキャパシタ１２が吸収（充電）できるか検討する。

【0056】

蓄電による電圧上昇は１１．４Ｖ（ΔＶ）であり、キャパシタ１２の直流内部抵抗Ｒは０．２０６Ωであるから、蓄電による電圧上昇ΔＶをＶとして表した図５（ａ）に示すキャパシタ１２の充電回路と等価である。
この等価回路の時定数Ｔは、Ｔ＝ＣＲ＝（１．５）・（０．２０６）＝０．３１ｓであり、充電電流ｉの変化の速さは直流内部抵抗Ｒが小さいほど速いことがわかる。静電容量Ｃについても同様の傾向であるが、静電容量Ｃは蓄電容量に関係するので配慮が必要である。
また、図５（ａ）の等価回路における時間ｔによる充電電流ｉの変化を示した図５（ｂ）から、電圧上昇値（ΔＶ＝Ｖ）をキャパシタ１２の直流内部抵抗Ｒで除して求まる電流値Ｉ_０が、２秒経過後には略零（Ｉ_２０＝０．０９Ａ）になり、５，２４４Ｊの回生エネルギは、約２秒でほとんど（９９．８４％）がキャパシタ１２に充電されることがわかる。
よって、電流値Ｉ_０の残留率が略零（０．１６％）になる時間（約２秒）が、回生エネルギの発生時間（動作時間Ｔａ）である２．７秒よりも十分に短いので、キャパシタ１２の充電速度は問題ない。

【0057】

（キャパシタ選定条件）
以上の検討結果に基づくキャパシタ１２の選定条件を以下にまとめる。
（ａ）従来から広く使われているインバータメーカの選定ソフトにより、垂直搬送機Ｖの最適な制御を実施する上で必要なブレーキユニットの容量と、それに接続する制動抵抗値を求める。
（ｂ）次に、インバータの平滑コンデンサの仕様及びトランジスタのオン・オフ電圧パラメーターから、垂直搬送機Ｖが回生運転に入った際に制動抵抗回路に流れる平均電流値を求める。
（ｃ）式（３）により求めた平均回生電流Ｉａｖｅ（本実験設備の例では５．１Ａ）が最短時間に最大の回生エネルギが発生する時の制動抵抗Ｒ５に流れる電流値であって、同条件下で、式（５）による平均充電電流Ｉｒｅｇ（本実験設備の例では６．３３Ａ）との間にＩａｖｅ＜Ｉｒｅｇの関係が成立すれば、電動機に必要な制動トルクを発生させることができる。キャパシタ回生の場合、この平均充電電流を決める要素は静電容量である。
（ｄ）回生運転継続時間内に発生したエネルギをキャパシタ１２に充電できることが、限られた時間内に定位置に搬送機を停止させる必要条件である。その条件を判断するための要素が図５（ａ）内に示すキャパシタ１２の直流内部抵抗Ｒである。
（ｅ）即ち、発生エネルギの蓄電によるキャパシタ１２の電圧上昇値ΔＶ（１１．４Ｖ)を直流内部抵抗Ｒ（０．２０６Ω)で除した電流値Ｉ_０（５５Ａ）が式（５）で求めた平均電流値Ｉｒｅｇ（６．３３Ａ）よりも十分大きくなることと、キャパシタ１２の静電容量Ｃと直流内部抵抗Ｒの積から時定数と残留率を求めて、図５（ｂ）のように先に求めた電流値Ｉ_０（５５Ａ）がどれだけの時間で略零となるかを調べ、その時間が回生エネルギの発生している時間（動作時間Ｔａ）よりも十分短いことが条件となる。

【0058】

以上の検討結果から、回生電力を貯蔵するキャパシタ１２を備えた本発明の垂直搬送機Ｖを含む駆動系の駆動制御装置に要求される条件を整理すると以下のようになる。
（１）キャパシタ１２の有効蓄電容量として、垂直搬送機Ｖの１サイクル運転の中で、連続した一つの動作（上昇または下降など）で発生する最大の回生エネルギ量を蓄電できること。動作条件に制約を付けないとすると、1サイクル運転で発生する回生エネルギを蓄電できるだけの容量を有すること。
（２）キャパシタ１２の耐電圧（最大ピーク電圧）が、組み合わせる回生抵抗回路部５のトランジスタオン電圧よりも高いこと。即ち、回生抵抗回路部５のトランジスタオン電圧が、キャパシタ１２の耐電圧（最大ピーク電圧）よりも低いこと。
（３）キャパシタ１２に回生エネルギを充電する際の平均充電電流とエネルギ吸収速度に関し、上述の（キャパシタ選定条件）の（ａ）から（ｅ）の条件を全て満足すること。
（４）キャパシタ１２のオーバーフロー対策として、組み合わせる回生抵抗回路部５は、キャパシタ１２が満杯時に回生抵抗Ｒ４に回生電力を流し込んだ際に垂直搬送機Ｖの必要とされる制動トルクが得られる電流値が流せること。
（５）垂直搬送機Ｖの発生する回生エネルギを有効利用するために、組み合わせる力行主体の搬送機の消費エネルギは回生エネルギよりも大であること。不足する力行エネルギは１次電源から供給され、運転は継続される。
なお、上記（１）〜（５）の条件の中で、回生電力を有効利用して垂直搬送機Ｖを予め決められた速度曲線に沿って目標通りに速度制御できるようにするために特に重要な条件は、（３）である。

【0059】

図１のブロック図及び図２の流れ図に示す実施の形態１に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置は、最初にキャパシタ１２の充電を行い、次に第１インバータＩＮＶ１の平滑コンデンサＣ１の充電を行い、次に第２インバータＩＮＶ２の平滑コンデンサＣ２の充電を行うことでシステム全体が運転可能となる。
このようにキャパシタやコンデンサの充電を段階的に実施する理由は、第１インバータＩＮＶ１のコンバータ部１（整流回路）の電流定格がキャパシタ１２やコンデンサＣ１，Ｃ２の充電電流値の合計よりも低い場合に対応するためであり、このように段階的に充電を行う方式（以下において、「ステップ充電方式」という。）の利点は、回生エネルギを１００％回収して再利用できる点である。
実施の形態１のステップ充電方式には、このような特長がある反面、段階的に充電を行うことから、第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２の運転可信号がオンとなってシステム全体が運転可能となるまでには、充電のための一定時間（例えば、３分程度）を待たなければならないという欠点もある。
例えば、自動車の生産ライン等においては、非常停止や重大な故障が発生した場合に制御盤の１次電源が遮断され、それによって安全が確保されるので、このような生産ラインに実施の形態１のステップ充電方式を採用した場合、異常の復旧後に電源投入をしても前記一定時間を待つ必要があり、システムの復旧に時間がかかって生産ロスに繋がるため、システムの復旧時間を短縮するという観点からは改良の余地がある。
以下の実施の形態２ないし４に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置は、システムの復旧時間（電源投入からシステム全体が運転可能になるまでの時間）を短縮するためのものである。

【0060】

（実施の形態２）
図６のブロック図及び図７の流れ図は、本発明の実施の形態２に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置を示すものであり、実施の形態１の図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。
キャパシタ１２は、交流１次電源Ｐが投入されてキャパシタ１２の充電完了後にオンとなる第３スイッチＳＷ３によって、第３抵抗Ｒ３を介さずに直接直流出力ラインの正極端子Ｐ１１に接続される。
また、キャパシタ１２の充電と並行して第１抵抗Ｒ１を通して第１平滑回路部２の平滑コンデンサＣ１が充電され、第１平滑回路部２の充電完了後に第１スイッチＳＷ１がオンとなって第１インバータＩＮＶ１が運転可能になる。
さらに、キャパシタ１２及び平滑コンデンサＣ１の充電と並行して第２抵抗Ｒ２を通して第２平滑回路部７の平滑コンデンサＣ２が充電され、第２平滑回路部７の充電完了後に第２スイッチＳＷ２がオンとなって第２インバータＩＮＶ２が運転可能になる。

【0061】

このように、実施の形態２に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置では、１次電源Ｐの投入と同時に、キャパシタ１２、平滑コンデンサＣ１及び平滑コンデンサＣ２の充電を一斉に開始し（以下において、「一斉充電方式」という。）、第２タイマ及び第３タイマの待ち時間で夫々のインバータＩＮＶ１及びＩＮＶ２が運転可能となるので、電源投入からシステム全体が運転可能になるまでの時間は１秒未満であり、ステップ充電方式よりも大幅に短縮される。
なお、一斉充電方式では、充電電流が大きくなることから、コンバータ部１（整流回路）の電流定格を十分な容量にする必要がある。

【0062】

ここで、キャパシタ１２の充電は平滑コンデンサＣ１，Ｃ２よりも長時間を必要とするので、一斉充電方式では、キャパシタ１２の充電完了前に第１インバータＩＮＶ１により駆動される電動機Ｍ１、及び第２インバータＩＮＶ２により駆動される電動機Ｍ２が動作を始めることが起きる。
よって、回生主体の電動機Ｍ１が運転を始めると、キャパシタ１２の充電状態にもよるが、帰還する回生電力がキャパシタ１２に蓄電されずに回生抵抗Ｒ４で熱エネルギとして消費されることが起こり、キャパシタ１２の充電完了までは、ステップ充電方式よりも回生エネルギの回収効率が低下する。

【0063】

（実施の形態３）
図８のブロック図及び図９の流れ図は、本発明の実施の形態３に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置を示すものであり、実施の形態１の図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。
キャパシタ１２は、交流１次電源Ｐが投入されてキャパシタ１２の充電完了後にオンとなる第３スイッチＳＷ３、及び第３突入電流抑制回路１１に直列に接続した第５スイッチＳＷ５によって、第３抵抗Ｒ３を介さずに直接直流出力ラインの正極端子Ｐ１１に接続される。

【0064】

実施の形態３に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置は、交流１次電源Ｐの投入後は、第１インバータＩＮＶ１内蔵の平滑コンデンサＣ１及び第２インバータＩＮＶ２内蔵の平滑コンデンサＣ２の充電を最初に並行して行い、若干遅れて、第２タイマ及び第３タイマよりも設定時間が長い第５タイマがタイムアップした時点でキャパシタ１２の充電を行う。
ここで、平滑コンデンサＣ１及びＣ２の充電が完了して第５タイマがタイムアップすると、電動機Ｍ１及びＭ２は運転可能となるため、電動機Ｍ１及びＭ２を運転しながらキャパシタ１２の充電を行う（以下において、「動作並行充電方式」という。）。

【0065】

よって、動作並行充電方式では、第２タイマ及び第３タイマよりも設定時間が長い第５タイマの待ち時間で第１インバータＩＮＶ１及び第２インバータＩＮＶ２が運転可能となるので、電源投入からシステム全体が運転可能になるまでの時間は数秒程度であり、ステップ充電方式よりも大幅に短縮される。
その上、平滑コンデンサＣ１及びＣ２の充電とキャパシタ１２の充電を第５タイマ(第５スイッチＳＷ５)によって分割しているので、コンバータ部１（整流回路）に掛かる負担が軽減される。
ここで、動作並行充電方式では、キャパシタ１２の充電完了前に第１インバータＩＮＶ１により駆動される電動機Ｍ１、及び第２インバータＩＮＶ２により駆動される電動機Ｍ２が動作を始めるので、回生主体の電動機Ｍ１が運転を始めると、キャパシタ１２の充電状態にもよるが、帰還する回生電力がキャパシタ１２に蓄電されずに回生抵抗Ｒ４で熱エネルギとして消費されることが起こり、キャパシタ１２の充電完了までは、ステップ充電方式よりも回生エネルギの回収効率が低下する。
以上の実施の形態３における第２タイマ、第３タイマ、第５タイマ及び第６タイマ（図９参照。）による充電完了確認は、電圧検出等の他の手段によって行うように構成してもよい。

【0066】

以下において、図１０に示す垂直搬送機の動作並行充電等価回路、並びに、図１１に示す、図１０の第５スイッチＳＷ５がオンで第３スイッチＳＷ３がオフの初期充電中における、時間による直流母線電圧（ｖ１）並びにキャパシタ電圧（ｖ２）及びキャパシタ充電電流（ｉ）の変化を示す図を参照して、回生エネルギの回収効率の低下について説明する。
図１１（ａ）に示す回生エネルギが発生しない場合に対して、図１１（ｂ）に示す回生エネルギが発生する場合では、キャパシタ１２の前記初期充電中において、回生主体の電動機Ｍ１から回生電力が帰還すると、先ず直流母線に接続された平滑コンデンサＣ１（数千μＦ／数百ｍΩ）に回生電力が流入する。この時点ではキャパシタ回路には数十Ωの突入電流抑制抵抗Ｒ３が接続されているので、平滑コンデンサＣ１に比べるとキャパシタ１２の充電速度は非常に遅い。充電速度の速い平滑コンデンサＣ１は静電容量も小さいので、その電位は急激に上昇して直流母線電圧ｖ１を引き上げる。

【0067】

その結果、直流母線電圧ｖ１は電圧値ｖ１ａまで上昇するので、キャパシタ１２の両端の電圧値ｖ２ａとの間に電位差が発生する。この電位差によって、突入電流抑制抵抗Ｒ３には、充電電流（ｉａ＝（ｖ１ａ−ｖ２ａ）／Ｒ３）が流れ出す。
この充電電流ｉａは電動機Ｍ１の回生運転が終了するまで流れるため、キャパシタ１２は回生電力を蓄電して電圧値ｖ２ｂまで上昇することとなる。
このような電動機Ｍ１の回生運転中における回生電力の大きさによっては、直流母線電圧ｖ１ａが回生トランジスタＴＲ１のオン電圧を超えるようなことが起こり、回生電力はキャパシタ１２に蓄電されることなく、回生抵抗Ｒ４で熱エネルギとして消費されることになる。このようにして、回生エネルギの再利用効率が低下することになる。

【0068】

（実施の形態４）
図１２のブロック図及び図１３の流れ図は、本発明の実施の形態４に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置を示すものであり、実施の形態１の図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。また、図１２のブロック図は、実施の形態３の図８のブロック図に対して、キャパシタ１２の電圧測定手段を付加したものである。
実施の形態４に係る垂直搬送機を含む駆動系の駆動制御装置は、交流１次電源Ｐの投入後は、第１インバータＩＮＶ１内蔵の平滑コンデンサＣ１及び第２インバータＩＮＶ２内蔵の平滑コンデンサＣ２の充電を最初に並行して行い、平滑コンデンサＣ１及びＣ２の充電完了後、第５タイマの設定時間経過後に第５スイッチＳＷ５をオンにしてキャパシタ１２の充電を始める前に、前記電圧測定手段によってキャパシタ１２の電圧値を測定しておき、キャパシタ１２の電圧値が予め設定された閾値以上である場合はキャパシタ１２の充電時間を待たずに充電完了とし、第５スイッチＳＷ５と第３スイッチＳＷ３を同時にオンにする。
前記電圧測定手段により測定したキャパシタ１２の電圧値が、第５タイマの設定時間経過時に閾値未満である場合は、第５スイッチＳＷ５をオンにして抵抗Ｒ３を通してキャパシタ１２を充電し、キャパシタ１２の電圧値が閾値を越えた時点で第３スイッチＳＷ３をオンにする（以下において、「電圧検知による充電方式」という。）。

【0069】

よって、電圧検知による充電方式では、第２タイマ及び第３タイマよりも設定時間が長い第５タイマの待ち時間で夫々のインバータＩＮＶ１及びＩＮＶ２が運転可能となるので、電源投入からシステム全体が運転可能になるまでの時間は数秒程度であり、ステップ充電方式よりも大幅に短縮される。
その上、第５タイマの設定時間経過時にキャパシタ１２の電圧値が閾値以上であればキャパシタ充電の待ち時間はなく、実施の形態３で説明したような回生エネルギの再利用効率の低下が生じることもない。
ただし、電圧測定手段により測定したキャパシタ１２の電圧値が閾値未満である場合には、動作並行充電方式と同様に回生エネルギの再利用効率の低下が生じる場合がある。
以上の実施の形態４における第２タイマ、第３タイマ及び第５タイマ（図１３参照。）による充電完了確認は、電圧検出等の他の手段によって行うように構成してもよい。

【符号の説明】

【0070】

Ａ 回生主体の電動機の駆動制御装置
Ｂ 力行主体の電動機の駆動制御装置
Ｃ キャパシタの静電容量
ＣＡ ケージ
Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｄｒ．１〜Ｄｒ．９ フリクションローラ式駆動装置
ＩＮＶ１ 第１インバータ
ＩＮＶ２ 第２インバータ
ＩＮＶ３ 第３インバータ
Ｈ 水平搬送コンベア
Ｍ１ 回生主体の電動機
Ｍ２ 力行主体の電動機
Ｐ 交流１次電源
Ｐ１１ コンバータ部の直流出力ラインの正極端子
Ｐ１２ 第１インバータの直流母線の正極端子
Ｐ２ 第２インバータの直流母線の正極端子
Ｎ１ コンバータ部の直流出力ラインの負極端子
Ｎ２ 第２インバータの直流母線の負極端子
Ｒ キャパシタの直流内部抵抗
Ｒ１ 第１抵抗
Ｒ２ 第２抵抗
Ｒ３ 第３抵抗
Ｒ４ 回生抵抗
Ｒ５ 制動抵抗
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ
ＳＷ３ 第３スイッチ
ＳＷ４ 第４スイッチ
ＳＷ５ 第５スイッチ
ＴＲ１，ＴＲ２ トランジスタ
Ｖ 垂直搬送機
１ コンバータ部
２ 第１平滑回路部
３ 第１突入電流抑制回路
４ 第１インバータ部
５ 回生抵抗回路部
６ 第１インバータ制御部
７ 第２平滑回路部
８ 第２突入電流抑制回路
９ 第２インバータ部
１０ 第２インバータ制御部
１１ 第３突入電流抑制回路
１２ キャパシタ
１３ 制動抵抗回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】