JP3235708B2 - リニアモータ利用の搬送設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体側に、リニ
アモータの駆動用コイルが設けられ、前記移動体を案内
する案内レール側に、前記駆動用コイルと共にリニア直
流モータを構成するマグネットが、前記移動体の移動方
向に沿って、前記駆動用コイルに対する磁極の向きが交
互となるように連設される状態で設けられたリニアモー
タ利用の搬送設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかるリニアモータ利用の搬送設備は、
種々の荷物を搭載した移動体をリニア直流モータの推力
により走行駆動し、種々の荷物を搬送する設備である。
このような搬送設備においては、移動体を走行制御する
ために、移動体の位置情報を得る必要があり、従来は、
地上側に接触して回転する回転体及びその回転体の回転
量を検出するロータリエンコーダを移動体に備え、その
ロータリエンコーダの検出信号に基づいて移動体の位置
情報を得ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、位置情報を検出するための回転体が地上側
と接触していることから、回転体が摩耗によって変形す
る場合や回転体が接触する部分が平坦ではない場合等に
は、ロータリエンコーダの検出信号から得た位置情報に
誤差を含むものとなり、更に、移動体をクリーンルーム
内で走行させる場合においては、回転体と地上側との接
触による発塵が問題となる。又、回転体等の機構部品が
必要となり、位置情報を検出するための構成が複雑化す
る不都合がある。本発明は、上記実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、簡素な構成としながら、精
度良く移動体の位置情報を得られるようにする点にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記請求項１記載の構成
を備えることにより、磁気センサの検出信号は、移動体
の移動に伴って変化する。この磁気センサの検出信号の
変化は移動体の移動方向に沿って磁極の向きが交互とな
るリニア誘導モータのマグネットの配列に対応している
ので、位置検出手段は、移動体の位置に対して略正弦波
状となる磁気センサの検出信号から、移動体が、どれだ
けのマグネットに亘って移動したかを知ることができ、
移動体の位置情報を検出することができる。磁気センサ
の検出対象であるマグネットは、移動体を走行駆動する
ために、本来的に、移動体の移動方向に沿って、リニア
直流モータの駆動用コイルに対する磁極の向きが交互と
なっており、磁気センサは、そのマグネットの磁界を非
接触で検出する。従って、簡素な構成としながら、精度
良く移動体の位置情報を得られるに至った。又、非接触
で検出することから、従来技術のような発塵の問題も無
い。

【０００５】又、位置検出手段に備えられた補正手段
は、磁気センサとマグネットとの間隔を検出するギャッ
プセンサの検出情報に基づいて、磁気センサの検出信号
が、磁気センサとマグネットとの標準の間隔に対応した
所定値となるように補正する。つまり、磁気センサとマ
グネットとの間隔が種々の要因により変化すると、移動
体の案内レールに沿った位置が一定であっても、検出信
号が変化することになり、そのままでは、正しく位置情
報を検出できない場合があるが、上記の補正処理によ
り、磁気センサとマグネットとの間隔が常に標準的な間
隔を維持している状態での検出信号を得ることができる
のであり、もって、移動体の位置情報をより精度良く検
出することができる。

【０００６】又、上記請求項２記載の構成を備えること
により、複数個の磁気センサが検出する検出信号は、夫
々の磁気センサ間の移動体の移動方向での間隔に応じた
位相差を有する。従って、例えば、磁気センサが一個の
みであれば磁気センサの検出信号から移動体の移動方向
を特定することはできないが、複数個の磁気センサの検
出信号を比較することによって移動体の移動方向を特定
することができ、あるいは、磁極の向きが交互となって
いる隣接する一対のマグネットの存在範囲内において移
動体の位置を特定しようとするとき、磁気センサの検出
信号が略正弦波状であることから、磁気センサが一個の
みであれば磁気センサの検出値に対して二つの位置が対
応し、移動体の位置を一意的に特定できないが、複数個
の磁気センサの検出値から、移動体の位置を一意的に特
定することができる。

【０００７】又、上記請求項３記載の構成を備えること
により、位置検出手段は、磁気センサの検出信号の波数
を積算して、移動体の案内レールに沿った位置を検出す
る。つまり、移動体を走行駆動するためのマグネット
は、移動体の移動方向に沿って一定又はほぼ一定のピッ
チで、磁極の向きが交互となるように配列されるのが一
般的であることから、磁気センサの検出信号の波数はマ
グネットの並び数に対応しており、移動体の案内レール
に沿った概略的な位置に換算できる。又、上記請求項４
記載の構成を備えることにより、位置検出手段は、移動
体の移動方向に間隔を隔てて並設される複数個の磁気セ
ンサの検出値から、磁極の向きが交互となる一対のマグ
ネットの存在範囲内において移動体の位置を一意的に特
定する。このようにして検出した位置と、磁気センサの
検出信号の波数を積算して検出した位置とから、移動体
の案内レールに沿った位置をより精度良く換算できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリニアモータ利用
の搬送設備をクリーンルーム内の搬送設備に適用した実
施の形態を図面に基づいて説明する。図２に示す搬送設
備は、クリーンルーム内で半導体ウエハー等の荷物１４
を自動搬送するためのものであり、荷物１４を搭載した
移動体Ａが、案内レールＢに搬送案内されて、案内レー
ルＢに沿って設けられたステーションＳＴ間を移動し、
ステーションＳＴ間で荷物１４を搬送する。

【０００９】以下、各部の構成について説明する。図１
及び図３に示すように、案内レールＢの上部の水平鍔部
の下面には、移動体Ａの磁力発生手段２が吸引作用する
浮上用磁性体３が設けられている。磁力発生手段２は、
移動体Ａの前後左右４箇所に分散配置するように下部フ
レーム１に取り付けられ、各磁力発生手段２は永久磁石
２ａと電磁石２ｂからなる。電磁石２ｂは、コの字型の
ヨークの一対の端面が浮上用磁性体３に対向する状態で
設けられ、ヨークに外嵌した二つのボビンに巻回された
二つのコイルが直列接続されてなる。そして、夫々のコ
イル部を覆うように、筒状に形成された永久磁石２ａが
配置されている。つまり、図４の平面図に示すように、
ヨーク２ｂ₁、コイル２ｂ₂ 、永久磁石２ａが同心円状
に配置されている。一対の永久磁石２ａは、枠２ａ₁ に
て一体に取りつけられ、後述する取り付け構造により、
鉛直方向（図４の紙面に垂直方向）に移動できるように
なっている。

【００１０】一対の永久磁石２ａの一方は浮上用磁性体
３に対向する端面（上端）がＮ極、下端がＳ極になるよ
うに取り付けられ、他方は逆に上端がＳ極、下端がＮ極
になるように取り付けられている。そして、それぞれが
浮上用磁性体３との間で磁力（吸引力）を発生する。電
磁石２ｂが発生する磁束はヨーク２ｂ₁ 、浮上用磁性体
３、及び、ヨーク２ｂ₁ の両端面と浮上用磁性体３との
間に形成される一対の空隙からなる磁気回路を通り、電
磁石２ｂと浮上用磁性体３との間で磁力を発生する。但
し、電磁石２ｂが発生する磁束の方向が永久磁石２ａに
よる磁束の方向（極性）と同方向であるときは、永久磁
石２ａの磁力と電磁石２ｂの磁力が強め合うが、逆方向
であるときは弱め合う。従って、電磁石２ｂ（コイル２
ｂ₂ ）の励磁電流の極性を反転し、又その強さを変える
ことにより、磁力発生手段２と浮上用磁性体３との間に
働く吸引力を、永久磁石２ａによる磁力を中心にして変
化させることができる。又、電磁石２ｂの励磁電流を制
御することにより磁力発生手段２の磁力を制御し、もっ
て移動体Ａを案内レールＢに対して浮上させる制御を行
なう制御部Ｃが移動体Ａに設けられている。制御部Ｃに
よる電磁石２ｂの励磁電流の制御については後で説明を
加える。

【００１１】案内レールＢの底部には、リニア直流モー
タＬＭを構成するマグネット５が設けられ、移動体Ａの
下部フレーム１には、マグネット５と共にリニア直流モ
ータＬＭを構成する駆動用コイル６が支持部材６ｂを介
して設けられている。マグネット５は、移動体Ａ移動方
向での一枚の長さは約３０ｍｍ程度であり、図１に示す
ように、駆動用コイル６に対する磁極の向きが、Ｓ，
Ｎ，Ｓ，Ｎ………と交互となるように、案内レールＢの
全長に亘って、それらのマグネット５が連設されてい
る。案内レールＢの上部には、案内レールＢの長手方向
に並べて、交流電流が通電されて磁界を発生する給電線
７が配置され、移動体Ａに、給電線７にて形成された磁
界により電力を発生する受電用コイル８が設けられてお
り、この受電用コイル８から発生される電力が移動体Ａ
の各部に供給されて、駆動用コイル６が、マグネット５
と協働で、移動体Ａを走行させるための推力を発生し、
移動体Ａの停止中には移動体Ａの停止保持する。受電用
コイル８は、図３に示すように、縦断面形状がＥ字状の
磁性材８ａと、その磁性材８ａの中央の突起部分に巻回
される一次コイル８ｂとからなり、磁性材８ａが給電線
７を覆う位置で且つ給電線７に沿う姿勢に取り付けられ
ている。

【００１２】移動体Ａに備えられた制御部Ｃは、図５に
示すように、電磁石２ｂの励磁電流を浮上用駆動回路１
０を介して制御すると共に、移動体Ａの位置情報を検出
し、その位置情報に基づき、コイル駆動回路１９を介し
てリニア直流モータＬＭの駆動用コイル６への供給電力
を制御することで、移動体Ａの走行制御を行う。更に、
制御部Ｃは、ステーションＳＴとの間で通信手段１１、
１２を介して光通信による情報の授受をも行なう。授受
を行なう情報としては、移動体Ａの識別番号や積荷情報
の他、行先ステーションＳＴまでの走行距離の情報等が
ある。先ず、制御部Ｃによる、浮上制御について説明す
る。図５では省略しているが、浮上用駆動回路１０は４
個設けられ、夫々が移動体Ａの前後左右４箇所に設けら
れた磁力発生手段２（電磁石２ｂ）の駆動を各別に担当
する。制御部Ｃは、４個の浮上用駆動回路１０に励磁電
流の極性及び大きさの情報を各別に与える。各浮上用駆
動回路１０の出力（励磁電流）は、電流検出回路１３を
介して各別に制御部Ｃにフィードバックされている。

【００１３】制御部Ｃは、各磁力発生手段２の中央部に
設けられたギャップセンサ４の検出情報に基づいて、移
動体Ａと案内レールＢとの間隙が設定間隔になるように
電磁石２ｂの励磁電流を制御する。又、積荷の重さに応
じて上記設定間隔を変え、電流検出回路１３の検出情報
に基づいて励磁電流の定常値を零にするように制御す
る。つまり、電磁石２ｂの励磁電流を零を中心に正負の
微小範囲で制御することにより、磁力発生手段２の磁力
を、永久磁石２ａによる磁力を中心にして、電磁石２ｂ
による磁力で強めたり弱めたりすることにより、磁力発
生手段２と浮上用磁性体３との間に働く吸引力を積荷を
含む移動体Ａにかかる重力と釣り合わせるのである。上
記の制御によれば、積荷が重いほど移動体Ａと案内レー
ルＢとの間隙が小さくなるが、移動体Ａと案内レールＢ
との間隙の調節範囲には、自ずと物理的な限界がある。
そこで、本搬送設備の磁気浮上装置においては、永久磁
石２ａと電磁石２ｂとの浮上用磁性体３に対する遠近方
向での相対位置を変更調節することができる。つまり、
電磁石２ｂの位置を基準とすれば、積荷が重いほど永久
磁石２ａを浮上用磁性体３に近づける方向に移動させる
ことにより、永久磁石２ａと浮上用磁性体３との間に働
く吸引力を強めるのである。

【００１４】このための構成について説明すると、図１
に示すように、荷物１４を積載する載置台１５がバネ１
６を介して下部フレーム１に取り付けられ、荷物１４の
重さに応じて載置台１５がバネ１６を圧縮しながら鉛直
方向に下がるように構成されている。つまり、荷物１４
の重量及び載置台１５の自重とバネ１６の復元力が釣り
合う。載置台１５の下端部には平行リンク１７を介して
永久磁石２ａ（の枠２ａ₁ ）が取り付けられ、載置台１
５が上下すれば、梃子の作用により永久磁石２ａが上下
するように構成されている。 説明を加えると、図４の
平面図にも示すように載置台１５の下端部は、下部フレ
ーム１に上下動自在に支持される鉛直ロッド部１５ａ
と、その先端から左右に延びる水平ロッド部１５ｂから
なる逆Ｔ字状に形成されている。水平ロッド部１５ｂの
両端部Ｐには前後方向に延びる平行リンク１７が各別に
枢着され、夫々の平行リンク１７の先端部Ｑには永久磁
石２ａの枠２ａ₁ が枢着されている。平行リンク１７の
途中部分は支持部材１８にて枢支されている。従って、
載置台１５が鉛直方向に下がれば、水平ロッド部１５ｂ
の両端部Ｐが下がるので、平行リンク１７は、支持部材
１８との枢支部Ｒを支点、Ｐを力点、先端部Ｑを作用点
とする梃子として働き、先端部Ｑに枢着された永久磁石
２ａを上方向に動かす。これにより、積荷が重いほど永
久磁石２ａを浮上用磁性体３に近づく方向に移動させ
る。又、バネ１６のバネ係数を適切に設定することによ
り、積荷の重さと移動量との関係を適当に設定できる。

【００１５】次に、制御部Ｃによる、移動体Ａの位置情
報の検出、及び、走行制御について説明する。移動体Ａ
には、移動体Ａの案内レールＢに沿った位置情報を検出
するために、駆動用コイル６の支持部材６ｂの後端から
延出する状態で、磁気センサ９が取り付けられており、
磁気センサ９は、移動体Ａの移動方向に間隔をあけて設
置された、ホール素子等からなる前側磁気センサ９ａ及
び後側磁気センサ９ｂから構成されている。前側磁気セ
ンサ９ａ及び後側磁気センサ９ｂの検出信号は、上記の
ように間隔をあけて設置されているので、図６に示すよ
うに、その間隔に応じた位相差を有する二つの略正弦波
として得られる。

【００１６】前側磁気センサ９ａ及び後側磁気センサ９
ｂの検出信号は、ギャップセンサ４の検出信号と共に、
制御部Ｃの補正用データテーブル２０に入力される。磁
気センサ９とマグネット５との間隔は、上記のように、
制御部Ｃの制御によって変動することから、移動体Ａの
案内レールＢに沿った位置が不変でも、磁気センサ９の
検出信号が若干変化してしまうことがあるので、補正用
データテーブル２０によって、磁気センサ９の検出信号
を、磁気センサ９とマグネット５とが標準の間隔にある
場合に対応した検出値となるように補正する。補正用デ
ータテーブル２０はいわゆるルックアップテーブルとし
て構成しており、前側磁気センサ９ａ又は後側磁気セン
サ９ｂの検出信号と、ギャップセンサ４とをアドレス入
力として、上記の如き補正をした検出信号を出力する。
従って、補正用データテーブル２０は、磁気センサ９の
検出信号が、マグネット５との標準の間隔に対応した所
定値となるように補正する補正手段として機能し、又、
ギャップセンサ４は、直接的にはギャップセンサ４と浮
上用磁性体３との間隔を検出しているが、実質的に、磁
気センサ９とマグネット５との間隔を検出するのと等価
の働きをする。

【００１７】補正用データテーブル２０から出力され
る、前側磁気センサ９ａについて補正したデータと、後
側磁気センサ９ｂについて補正したデータとは、各別に
位置特定用データテーブル２１に入力される。図６から
明らかなように、同一時点の前側磁気センサ９ａの検出
値と後側磁気センサ９ｂの検出値とから、隣接する一組
のマグネット５の存在範囲内で、移動体Ａの案内レール
Ｂに沿った位置を特定できるので、位置特定用データテ
ーブル２１もいわゆるルックアップテーブルとして構成
して、前側磁気センサ９ａの検出値と後側磁気センサ９
ｂの検出値とをアドレス入力として、隣接する一組のマ
グネット５の存在範囲内での位置情報を出力する。従っ
て、位置特定用データテーブル２１が出力する位置デー
タは、図７に示す如き信号となる。出発したステーショ
ンＳＴの位置を基準位置として、位置特定用データテー
ブル２１の出力信号を積算部２２にて積算することで、
図８に示すように、移動体Ａの案内レールＢに沿った位
置情報として、上記基準位置からの走行距離を検出でき
る。

【００１８】尚、位置特定用データテーブル２１の出力
は、正逆判定部２３へも入力され、正逆判定部２３で
は、最新の位置データと以前の位置データとを比較し
て、移動体Ａが前進しているか、又は、後進しているか
を判別し積算部２２へ出力する。積算部２２では、正逆
判定部２３が後進と判別したにもかかわらず積算結果が
増加する場合に、その積算結果から１周期分の距離を減
算する処理を行う。積算部２２から出力される基準位置
からの走行距離で表現される位置情報は、目標走行距離
記憶部２５に記憶されている、出発したステーションＳ
Ｔから行先のステーションＳＴまでの走行距離データと
共に、ＰＩＤコントローラ２４の入力される。ここで、
目標走行距離記憶部２５に記憶されている、上記走行距
離データは、出発したステーションＳＴで受け取ったも
のである。ＰＩＤコントローラ２４は、これら二つの入
力の偏差に基づいて、コイル駆動回路１９をＰＩＤ制御
する。但し、ＰＩＤコントローラ２４の出力は、移動体
Ａの走行速度及び加速度が設定値を超えないように制限
される。従って、制御部Ｃは、磁気センサ９の検出信号
に基づいて、移動体Ａの案内レールＢに沿った位置情報
を検出する位置情報検出手段として機能する。

【００１９】〔別実施形態〕以下、本発明の別実施形態
を列記する。 上記実施の形態では、本発明を磁気浮上式の搬送設
備に適用した場合を例示しているが、移動体Ａに車輪を
備えさせ、案内レールＢに対して接地走行する構成とし
ても良い。 上記実施の形態では、前側磁気センサ９ａ及び後側
磁気センサ９ｂの二つで磁気センサ９を構成している
が、一つ又は三つ以上で磁気センサ９を構成するように
しても良い。

【００２０】 上記実施の形態では、磁気センサ９の
検出信号が、マグネット５との標準の間隔に対応した所
定値となるように補正する補正手段を、補正用データテ
ーブル２１として構成しているが、磁気センサ９の検出
値とギャップセンサ４の検出値に対する補正量との相関
関係を式として記憶しておき、その関係式にて補正する
ように構成しても良い。

【００２１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる移動体及び案内レ
ールの側面図

【図２】本発明の実施の形態にかかる搬送設備のレイア
ウト図

【図３】本発明の実施の形態にかかる移動体の移動方向
から見た要部断面図

【図４】本発明の実施の形態にかかる移動体の平面図

【図５】本発明の実施の形態にかかる制御ブロック構成
図

【図６】本発明の実施の形態にかかる位置検出の説明図

【図７】本発明の実施の形態にかかる位置検出の説明図

【図８】本発明の実施の形態にかかる位置検出の説明図

【符号の説明】

４ ギャップセンサ ５ マグネット ６ 駆動用コイル ９ 磁気センサ ２０ 補正手段 Ａ 移動体 Ｂ 案内レール Ｃ 位置検出手段 ＬＭ リニア直流モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 13/03 H02P 5/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体（Ａ）側に、リニアモータの駆動
   用コイル（６）が設けられ、 前記移動体（Ａ）を案内する案内レール（Ｂ）側に、前
   記駆動用コイル（６）と共にリニア直流モータ（ＬＭ）
   を構成するマグネット（５）が、前記移動体（Ａ）の移
   動方向に沿って、前記駆動用コイル（６）に対する磁極
   の向きが交互となるように連設される状態で設けられた
   リニアモータ利用の搬送設備であって、 前記移動体（Ａ）に、前記マグネット（５）による磁気
   を検出する磁気センサ（９）と、 その磁気センサ（９）の検出情報に基づいて、前記移動
   体（Ａ）の前記案内レール（Ｂ）に沿った位置情報を検
   出する位置検出手段（Ｃ）と、 前記磁気センサ（９）と前記マグネット（５）との間隔
   を検出するためのギャップセンサ（４）とが設けられ、 前記位置検出手段（Ｃ）に、前記ギャップセンサ（４）
   の検出情報に基づいて、前記磁気センサ（９）の検出信
   号が、前記マグネット（５）との標準の間隔に対応した
   所定値となるように補正する補正手段（２０）が備えら
   れている リニアモータ利用の搬送設備。
2. 【請求項２】 前記磁気センサ（９）が、前記移動体
   （Ａ）の移動方向に間隔をあけて複数個並設されている
   請求項１記載のリニアモータ利用の搬送設備。
3. 【請求項３】 前記位置検出手段（Ｃ）は、前記磁気セ
   ンサ（９）の検出信号の波数を積算することにより、前
   記移動体（Ａ）の前記案内レール（Ｂ）に沿った位置を
   検出するように構成されている請求項１又は２記載のリ
   ニアモータ利用の搬送設備。
4. 【請求項４】 前記位置検出手段（Ｃ）は、同一時点で
   検出される前記複数個の磁気センサ（９）の検出値を比
   較することにより、磁極の向きが交互となる１組のマグ
   ネット（５）の存在範囲内で、前記移動体（Ａ）の前記
   案内レール（Ｂ）に沿った位置を検出するように構成さ
   れている請求項３記載のリニアモータ利用の搬送設備。