| 说明书全文 |
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仕分け機のキャリッジに搭載された機能に電気エネルギーを供給するための装置および方法に関するもので、かかる装置が、前記仕分け機の牽引システムから機械エネルギーを捕集し、これを電気エネルギーに変換するのに適合したものである。
【０００２】
かかる方法はまた、時々起こりそうな強大な電力消費の短時間ピークのために電力を引き出すことのできる蓄電池と同じ機械の運動エネルギーの使用も見込んでいる。
【０００３】
【従来の技術】
本発明の対象は、主に“クロスベルト”タイプの仕分け機に適用される。 この機械は、品目投入ステーションから、仕分けされた品目を集める装置に向かう通路に沿ってコンスタントに移動するキャリッジのエンドレスの列からなる。 用語“クロスベルト”は、キャリッジに備え付けられた品目仕分けユニットが、仕分け機の走行方向に直交する２つの方向のどちらかにおいて電動機によって独立した形で移動できる小形コンベヤベルトであることを意味する。 例えば、米国特許第5,803,230号、第6,209,703号および第6,253,904号を参照されたい。 その開示内容をここに参考として組み入れる。
【０００４】
このような仕分け機は、それゆえ、荷積み工程の間に同じ品目を搭載し、荷降ろし工程において一方向または両方向で該品目を所定の行く先へ送るべく活動するのが普通である。 コンベヤベルトを働かせるのに必要とされるエネルギーは、各キャリッジに搭載の電動機によって提供される。 運ばれた品目を仕分けするために、すなわち、キャリッジに搭載のコンベヤベルトを作動させるモータを働かせるために必要とされる平均電力は、機械全体にわたって２〜３ｋWの範囲内である。 しかしながら、例えば荷降ろしの間に、仕分けされた品目の行く先の組み合わせ次第でベルトが複数同時に働き出す可能性があるため、時には２０ｋWを超える電力ピークが短時間要求されることがあり得る。
【０００５】
無論、電源システムのサイズを決めるについては、ピーク電力をベースにするより、むしろ平均電力をベースにする方が有利であろう。
【０００６】
キャリッジの列に搭載のコンベヤベルトを牽引するモータを働かせるのに必要な電気エネルギーを該機器に伝達するについては、先行技術において幾つかの方法および装置が知られている。
【０００７】
キャリッジの列に電気エネルギーを搭載伝達する方法としては、機械に沿って配置され、幾つかのフィーダ（代表的には７０Ｖ、１００Ａ）によって給電されるバスウェイのシステムがある。 幾つかのキャリッジに搭載される形で、キャリッジの列全体に沿って配置された配線によって他のキャリッジに電気エネルギーを伝達できるようにする滑り接点が存在する。 このような解決は技術的に有効であり、広くテストされているが、技術的に不利な点が幾つかある。 先ず第一に、銅で作られたバスウェイは機械に完全に平行に配置されなければならないので、費用がかさむ。 その上、バスウェイは緩んでいると、振動を起こし、滑り接点の破壊を生じさせる。 滑り接点の方も、製作が難しいパンタグラフからなるので、やはり費用がかさむ。 その上、接点は摩耗や破壊事故を受け易い。
【０００８】
もうひとつ別の周知の方法として、電気エネルギーの誘導伝送がある。 機械全体に沿って１つ以上の最大巻きを形成する１対の線が、ほぼ２８ｋＨｚの周波数で５０〜１００Ａの交流を伝送する発電機を含む１つの閉回路を作る。 ２本の線に流れ込む電流は、その２本の線を中心として同心の磁界を発生させる。 キャリッジ上に据え付けられた変圧器のＥ鉄心が２本の線に面し、これで磁気回路を閉じる。 交流は、このような鉄心に巻き付けられた線を通して誘導されるが、この巻き線は、真直に伸ばして搭載モータの給電に使用することができる。 このような解決は構想上単純であるが、２つの重大な欠点を見せる。 １つ目は、高い周波数が、付近に置かれた金属物品に寄生電流を誘導することであり、それで、減衰の問題を解決し、保守要員にとって潜在的に危険な状況を未然に防ぐために適当な保護策を講じることが必要である。 加えて、この解決はさほど効率的でなく、必要なピーク電力を伝達できるようにはしないので、強電流ピークが要求されたとき、これを供給するのに搭載の蓄電池を使用する必要がある。
【０００９】
もうひとつ別の周知の方法として、例えば各キャリッジに取り付けられた圧力ホイールによって牽引システムから機械エネルギーを引き出し、これを使って機械の動作速度を一定に保つというのがある。 機械エネルギーは、それぞれ各キャリッジに搭載の各ホイールによって伝達され、該キャリッジに搭載のコンベヤベルトを作動させるべくキャリッジ上で電気エネルギーに変換される。 要求される平均電流に応じて発電機のサイズを決め得るようなこの種の周知の解決法では、ホイールで牽引される小さい発電機を使用するが、これでも、同じキャリッジに搭載のバッテリの充電に十分な小電力が作られる。 このようなバッテリの場合は、仕分け機の荷積みと荷降ろしの要求に応じて蓄積されたエネルギーを戻し、それで、一時的過負荷の幅広い要求を満たすことになる。
【００１０】
しかしながら、バッテリは高価で重く、汚染源となる上に寿命が短い。 その上、仕分け機において運搬中の物品が詰まってしまった場合、バッテリは、機械付近のオペレータにとって危険なものとなりかねないので、適切に保護されなければならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エネルギー蓄積をバッテリで行うのでなく、むしろ、移動するキャリッジの列で行う方法を提案する。 すなわち、キャリッジの列そのものがそれ自体の運動エネルギーを通して呈する幅広い機械エネルギー蓄積能力を利用するのである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記蓄積された機械エネルギーから――要求に応じて――必要なすべてのエネルギーを引き出し、これを直接使用可能な電気エネルギーに転換することのできる発電装置を対象とし、ここで、各発電装置によって作られた電気エネルギーが機械の複数のキャリッジ、またはすべてのキャリッジに供給されるものとする。
【００１３】
限られた数使用される前記装置は、各々、定められたトラックに相対して牽引され、それとの摩擦によって回転させられるホイール、機械的連結を通して前記ホイールによって回転させられる交流発電機、および、前記発電機を調整、運転するための電子ユニットを包含する。 本発明による前記装置は、代表的に、ほぼキャリッジ３０台につき１台の割合で使用される。 本装置は、仕分け機のキャリッジを接続した配電線への給電のために並行して動作できるようにしてある。
【００１４】
本装置は数が制限されているので、各々、とりわけ多数荷降ろしベルトを同時に働かせる工程において牽引されるホイールにとって強大な制動応力を意味するかなりの電力を複数のキャリッジに搭載伝達できるのが望ましい。 すなわち、電力ピークが交流発電機に多大の電力を要求し、交流発電機の方はホイールに多大の機械エネルギーを要求し、それによって、ホイール回転に高い抵抗（制動）がかけられることになる。
【００１５】
応力を許容値にまで減じることにより、そのような強い電力ピークを引き出す間に牽引されるホイールが滑るのを防ぐために、同一人から同時に提出された米国特許出願、出願番号［代理人書面024445-297］（2002年4月12日に提出されたイタリア特許出願、出願番号MI2002A000786に対応）の対象である装置が開発された。 その開示内容をここに参考として組み入れる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による装置および方法について詳述し、添付図面を参照しながら、これが先行技術と比べて有利であるとする点を強調する。
【００１７】
図１は、仕分けるべき品目を荷積みステーション（４）から行く先（５）へ運ぶべく通路（３）に沿ってコンスタントに移動するキャリッジ（７）および（７ａ）の列（２）からなる。 行く先は様々なタイプのものであってよく、例えば、品目が荷物または旅行用かばんであれば、運搬車に面する一連の荷積み扉であってよく、または、包装する必要のある雑貨品であれば、包装容器に面する一連の荷積み扉であってよい。 キャリッジの列（２）の方は小列（６）に分割され、その小列ごとに１つのマスタキャリッジ（７）がある。 各キャリッジ（７）が、物品の積み降ろしのためのクロスベルトＢ（図１）を担っている。
【００１８】
図２は、交流発電機（１０）などの電流発生器を駆動するホイール（９）と制御ユニット（１１）からなる発電装置（８）の一部を収容するようなマスタキャリッジ（７）の１つを示す（図３にも示してある）。 ホイール（９）は、軸（１２）を中心として回転でき、キャリッジの通路全体にわたって配置されたトラック（１３）に当たるときの摩擦の効果により、キャリッジの走行につれて回転させられる。 ホイール（９）には、弾性手段、例えばコイルばね（２０）によって適当な予圧が加えられ、これで、ホイール（９）はトラック（１３）に押し付けられた状態に保たれる。 ばねは、キャリッジ（７）の軸（２２）を中心として揺動するアーム（２１）に作用する。 無論、前記ホイール（９）は歯車のように歯付きであってもよく、その場合、前記トラック（１３）はラックの形であってよい。
【００１９】
上に述べた通りの好ましい実施例によれば、前記ホイールは垂直の回転軸を有する。 しかしながら、それは代わりに、常にキャリッジ走行方向に垂直に配置された水平の回転軸を有してもよい。 その場合、ホイールは、トラックに押し付けるために上昇（または下降）させることになろう。
【００２０】
しかしながら、トラック過渡ゾーン、すなわち、キャリッジ通路の非直線部分においてホイールの不規則動作の問題が起こり得る。 このような問題が起こるのは、例えばホイールの軸（１２）が垂直であれば、キャリッジが上り勾配または下り勾配の形の過渡ゾーンを移動することから、ホイールの軸が垂直平面内で向きを変えた場合、つまり、軸の傾きが変化した場合である。 ホイールの軸（１２）が水平であれば（図に示した通りの垂直の代わりに）、ホイールの軸が水平平面内で向きを変えるのは、キャリッジが曲線の形の過渡ゾーンを移動するときである。 垂直軸を持つホイールの方が好ましいのは、仕分け機には必ず曲線路が存在するのに対し、傾きの変化（上り勾配または下り勾配）の頻度が相対的に少ないという事実による。
【００２１】
述べた通りの垂直軸ホイールの場合、過渡ゾーンにおいて傾きが変化すると、結果的に、ホイールは回転運動と並進運動を同時にこうむることになり、それにより、ホイールの滑る条件が不可避となる。 そのような滑りが曲線路において起こるのは、ホイールの回転軸（１２）が垂直の代わりに水平である場合ということになる。
【００２２】
ホイールがトラックに沿って滑り運動を起こすとホイールの摩耗が生じることは、見て分かる。 その滑りが荷積み／荷降ろしシステムによって要求される電力の増大と瞬間的に一致したならば、摩耗の度合いは更に強まるであろう。 その事態になったとき、交流発電機（１０）は極めて強大なブレーキトルクを発揮し、それで、ホイール（９）にかかるラジアル荷重を著しく増大させることになる。 これは、前掲の、同時に提出された特許出願、出願番号［代理人書面024445-297］において述べられた通りである。 よって、上に述べたホイールの滑る条件というのが、同じホイールの著しい摩耗の原因になるということになる。 本発明はこの問題を下記の方策により解決する。
− 小列（６）のマスタキャリッジ（７）を、前記マスタキャリッジの２台以上が所与の瞬間に前記滑り条件をこうむらないように位置決めする、および、
− 過渡ゾーンを移動中のマスタキャリッジまたは交流発電機を遮断する（非活動化する）。 これにより、電力の要求は並列の他の発電機によって満たされるようになる。 交流発電機の遮断は、マスタキャリッジ（７）上に置かれたセンサ（１５）によって検出される信号器（１４）をトラック（１３）上に置くことによって得られる（図４）。 センサが交流発電機の制御ユニット（１１）に警報を発すると、短い過渡ゾーンの間に電力が供給されなくなり、ホイールはもはや、弾性手段（２０）による正規荷重を超える荷重が加えられなくなる。
【００２３】
制限を付けない例として、前記信号器（１４）は、通路に沿って配置された単純な金属棒を包含してよく、他方、センサ（１５）は、キャリッジに適当に搭載された誘導性近似センサであってよい。
【００２４】
図５は、マスタキャリッジ（７）と他のキャリッジ（１６）との連結を示す。 マスタキャリッジはキャリッジの列全体と共に移動するので、電気エネルギーは、単純な配線（１７）によって該マスタキャリッジから他のキャリッジの幾つか、しかし、好ましくは全部に伝達することができる。
【００２５】
そのため、マスタキャリッジの制御ユニット（１１）の出力は、キャリッジの列全体に沿って走る前記配線（１７）の上に並列接続されている。 マスタキャリッジ（７）と共にキャリッジの列（２）を形成する残りの全キャリッジ（１６）が、前記配線から電力を引き出す。 これで、機械が働いているとき、キャリッジの列（２）は移動しているので、電気エネルギーは各キャリッジにおいてコンスタントに使えることになる。 キャリッジが荷積み作業または荷降ろし作業を周知の然るべき手順に従って行わなければならないとき、仕分け機の制御系は、電動機（１８）の制御系を活性化する信号を該キャリッジに搭載の受信機に送り、そこで、荷積み作業または荷降ろし作業を適切に行うのに適した方法に従ってコンベヤベルトを作動させる。
【００２６】
制御ユニット（１１）は、交流発電機を短絡から守り、交流発電機によって供給された電流が所定値を超えないことをチェックする電圧安定器として働くＰＷＭ電子制御器である。 該交流発電機は、他の交流発電機と並列で働くのに適した特徴をもって７０Ｖの定格電圧を生じさせので、そのうちのある一定の数が、必要なすべての装置を接続する配線（１７）に給電してもよい。
【００２７】
制御ユニットは、その動作状態を仕分け機の制御系に通信するのに赤外線発出器、近距離無線送信器などの単純な通信手段を使用するので、制御系は、実際に使える電力量に従って仕分け作業を確実に制御できることになる。
【００２８】
作業時、マスタキャリッジ（７）の発電装置（８）は、列が連続的に移動するにつれて電気エネルギーを発生させる。 すなわち、マスタキャリッジ（７）のホイール（９）は、関連の交流発電機を駆動し、それで、全キャリッジの荷積み／荷降ろし用ベルトの電動機を駆動するのに必要な電力を発生させる。 その電力は、各発電機から配線（１７）を介して全キャリッジに送られる。
【００２９】
ピーク電力が要求される周期の間、例えばキャリッジの列の移動につれて多重的な荷積み／荷降ろし作業が同時に行われるとき、電力は配線（１７）から取り出すことができ、ピーク電力の要求を満たす必要があれば、ホイール（９）はより緊密にトラックに押し付けられることになる。
【００３０】
本発明の目的を達成する上記の方法は、機械に給電する電源システムのコストの点で経済的にかなり有利となる。 それは、キャリッジの列の運動エネルギーによって要求される電力ピークを引き出せるおかげで、幾つかの仕分け作業が短い時間間隔で集中することから生じるより高い電力要求を満たすことができるからである。 仕分けるべき品目が大量に移動している場面を考えると、列の減速が必要となるときはあるが、減速の必要性は通常、作業の目的からすれば最小限に留まるであろう。
【００３１】
電力ピークの要求を満たすべく引き出された機械エネルギーは、仕分け機の速度が所要値に保たれるように自動調整器によって制御される仕分け機牽引システムによって直ちに再入力される。 よって、述べた解決をもってすれば、仕分けに必要とされる電力をベースにして仕分け機の電気的サイズを決めることが可能である。
【００３２】
仕分け機の各キャリッジに、牽引されるホイール、交流発電機、バッテリおよび電子制御器からなる搭載ユニットを備え付ける先行技術の方法と比べて、本発明による方法では、より高い電力の電力ユニットを使用し、これを限られた数のキャリッジに、代表的に、ほぼキャリッジ３０台につき１台の割合で設けており、バッテリの使用を一切必要としない。 これは下記の利点を意味する。
− バッテリを使用しないことと、交流発電機および電子制御器がより強力である分、より高価であっても、より少ない数で足りる、すなわち、キャリッジ約３０台につき１台で足りることの両方の理由から、構成要素のコストが下がるので、経済的に有利である。
− 交流発電機／制御器を備えたマスタキャリッジの数がほぼキャリッジ３０台につき１台であるので、組立製作の難しさが少なく、これが在庫の材料および予備品の管理にもプラスに影響し、更にユーザーにとっても経済的に有利となる。
【００３３】
バスウェイおよび滑り接点を使用する先行技術と比べて、これは下記の利点を示す。
− 考えられる電力ピークに合わせてサイズが決められる電源装置とバスウェイの高い材料費と据付費が無くなるので、経済的に有利である。
− 摩耗や破断をこうむる滑り接点が存在しない上に、本発明で使用される構成要素は本来的に極めて高い信頼度と長い有効寿命を持つので、より信頼性が高い。
【００３４】
キャリッジの列の通路全体に沿って走る単巻き線を使用する誘導システムと比べて、これは下記の利点を示す。
− 高性能構成要素の使用によってより高いエネルギー効率が得られる分、電力システムのサイズを低い電力に合わせることができるので、電力コストが下がり、また、機械の管理の手間がかなり省かれる。
− キャリッジの列の通路全体に沿って走り、高い強度（約１００アンペア）と高い周波数（１０分の１ｋＨｚの範囲内）の交流と交差する巻き線が存在せず、これに伴う不利が存在しないので、環境的に有利である。
【００３５】
以上、本発明を好ましい実施例に則して説明したが、当業者には、特記されなかった追加、変更、置換および削除が付記請求項において限定された通りの本発明にもとることなく為し得ることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】仕分け機の概略図で、本発明による装置を備えたキャリッジを強調して示す。
【図２】本発明による装置を備えたマスタキャリッジの正面斜視図である。
【図３】図２の装置の背面斜視図である。
【図４】トラックの過渡ゾーン付近におけるマスタキャリッジの正面斜視図である。
【図５】キャリッジの列の配線図である。
【符号の説明】
１…仕分け機２…列３…通路４…ステーション５…行く先６…小列７…キャリッジ８…発電装置９…ホイール１０…交流発電機１１…制御ユニット１２…軸１３…トラック１４…信号器１５…センサ１６…キャリッジ１７…配線１８…電動機２０…弾性手段２１…アーム２２…軸 |
