CN102076518B - 移动车非接触供电系统及其磁场降低方法 - Google Patents

移动车非接触供电系统及其磁场降低方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够减少从供电线泄漏的磁场产生的不良影响的非接触供电方式的移动车系统。非接触供电系统包括交流电源、供电线(17，17)、受电部(23)、噪声消除电路(85)。供电线(17)与交流电源连接。受电部(23)从供电线(17)非接触地受电并且设置在天车(5)。噪声消除电路(85)具有环形天线(87)和电容器(89)。在环形天线(87)中，通过流过供电线(17)的电流产生的磁场而流过感应电流。通过使环形天线(87)和电容器(89)为谐振关系，使流过环形天线(87)的感应电流相对于流过供电线(17)的电流的相位为逆相位。

Description

移动车非接触供电系统及其磁场降低方法
技术领域
本发明涉及移动车系统，特别是涉及通过非接触供电方式对移动车供电的移动车系统。 
背景技术
以往，已知在半导体制造工厂等产生尘埃会成为问题的洁净室中，为了搬运物品，使搬运车在轨道上行驶的技术。作为该搬运车的驱动源，通常使用电动机。此外，对电动机的电力供给，通过来自沿着搬运车的轨道架设的两根供电线的电磁感应而进行。 
以下，对基于电磁感应的非接触供电方式进行说明。 
两根供电线被沿着轨道设置的供电轨道的供电线夹保持。在搬运车的电力受电单元中，固定有截面为大致“E”字形的铁氧体制的芯。芯中央的突出片缠绕有线圈，向两根供电线之间非接触地插入。通过在供电线流过高频电流，由此产生的磁场作用于缠绕在芯上的线圈，结果，在线圈流过感应电流。如上所述，从供电线对搬运车的电力受电单元非接触地供给电力，其电力被电动机和控制机器使用(例如，参照专利文献1)。 
在半导体制造工厂中，配置有检查、曝光、杂质注入、蚀刻等各种处理装置，移动车使半导体晶片在各处理装置附属的装载端口之间移动。 
专利文献1：日本特开2002-234366号公报 
如上所述，由移动车系统的非接触供电方式的供电线产生磁场，该磁场的一部分从供电轨道向外部泄漏。发明人发现，移动车系统被半导体工厂使用的情况下，从供电轨道泄漏的磁场可能对处理装置、特别是检查装置产生影响。例如，在电子束式检查装置中用激光对线间距45nm的半导体晶片进行检查的情况下，往往来自供电线的磁场 会对检查装置的定位功能造成影响，产生误测定。特别是随着半导体设计规则的微小节点化的发展，担心误测定的问题。 
发明内容
本发明的课题在于提供一种能够抑制从供电线泄漏的磁场的非接触供电方式的移动车系统。 
本发明的一个观点的非接触供电系统包括交流电源、供电线、受电拾取器、磁场降低部。供电线与交流电源连接。受电拾取器从供电线非接触地受电，并且设置在移动车。磁场降低部具有环形天线和电容器。在环形天线中，通过由流过供电线的电流产生的磁场而流过感应电流。通过使环形天线和电容器为谐振关系，使流过环形天线的感应电流相对于流过供电线的电流的相位为逆相位。 
在该系统中，通过电容器，使流过环形天线的感应电流的相位相对于流过供电线的电流的相位为逆相位。即，由环形天线产生的磁场的相位成为由供电线产生的磁场的逆相位。结果，能够通过逆相位的磁场，抵消来自供电线的泄漏磁场。其中，抵消指的是至少消除磁场的一部分，减少对其他装置的影响。 
在该系统中，由于在环形天线中流过电流而不需要电源和拾取线圈等。 
其中，作为本发明的一个方式，线圈和电容器不是完全的谐振关系，而是使用谐振频率附近的周围频率，进而，使流过环形天线的感应电流的相位相对于流过供电线的电流的相位不是完全的逆相位。此处，通过偏离完全的谐振状态，能够从环形天线产生用于抵消泄漏磁场的适当的逆相位的磁场。 
优选电容器以从流过环形天线的感应电流产生的磁场将从流过供电线的电流产生的磁场抵消的方式调整谐振关系。 
本发明的另一个观点的非接触供电系统的磁场降低方法为，具有交流电源、与交流电源连接的供电线、从供电线非接触地受电并且设置在移动车的受电拾取器的非接触供电系统的磁场降低方法，其具备 以下步骤。 
◎准备环形天线的步骤 
◎通过调整与环形天线的谐振关系，以从流过环形天线的感应电流产生的磁场将从流过供电线的电流产生的磁场抵消的方式准备电容器的步骤 
该方法中，能够通过交换电容器来调整与环形天线的谐振关系。特别是能够通过交换电容器偏离完全的谐振状态来产生适当的逆相位的磁场。 
谐振关系的调整为， 
根据由环形天线和电容器组成的电路的阻抗Z＝ωL-1/ωC， 
对环形天线的感应电压Vc＝-N·dΦ/dt， 
环形天线中产生的感应电流I＝Vc/Z， 
通过感应电流在环形天线中产生的磁场H＝I/(4πr)·[J(J2+r2)-1/2]， 
感应电流的相位θ＝cos-1(R/Z)， 
来调整磁场H和感应电流的相位θ的步骤。 
其中，L为环形天线的电感，C为电容器的电容，N为环形天线的匝数，dΦ/dt为通过环形天线的磁通的变化量，r为从环形天线到想要降低的磁通的距离，J为环形天线的长度，R为环形天线的直流电阻。 
通过这样的结构，能够事先设想环形天线和电容器的值。 
在本发明的移动车系统中，能够通过从环形天线产生的逆相位的磁场，抵消从供电线产生的磁场。 
附图说明
图1是洁净室内的天车系统的概要示意图。 
图2是天车系统和天车的部分侧面图。 
图3是轨道内的纵截面概要图。 
图4是天车系统和天车的部分侧面图。 
图5是供电单元的纵截面图。 
图6是将供电单元分解为各部件的状态下的纵截面图。 
图7是轨道的部分立体图。 
图8是表示轨道、处理装置和噪声消除电路的位置关系的示意图。 
图9是安装在轨道的天线的侧面图。 
图10是非接触供电部和噪声消除电路的等效电路图。 
附图符号说明 
1天车系统；3轨道；4FOUP；5天车；11行驶轨道；13供电轨道；15供电线夹；17供电线；23受电部；27拾取单元；29芯；31拾取线圈；33非接触供电部；61外侧夹；62板部件；63内侧夹；65主平面部；67，68侧面部；69主平面部；71，73侧面部；75主平面部；77，79供电线保持部；81，83侧面部；85噪声消除电路；87环形天线；89电容器 
具体实施方式
参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。 
(1)天车系统 
图1是基于使用供电线的非接触供电供给方式的天车系统1的示意图。天车系统1设置在半导体工厂等的洁净室等，搬运后述的FOUP (Front Opening Unified Pod)。天车系统1主要具有轨道3、和沿着轨道3行驶的天车5。 
对半导体工厂内的结构进行说明。半导体工厂具有多个隔间(工序)，为了将远离的隔间彼此连接而设置隔间间路线51，进而各隔间具有隔间内路线53，各路线51、53由轨道3构成。 
沿着隔间内路线53，配置有半导体处理装置等多个处理装置55、55。进而，在处理装置55、55的附近，设置装载端口57。装载端口57设置在隔间内路线53的正下方。在以上结构中，天车5在轨道3上行驶，在装载端口57间搬运后述的FOUP。 
(2)轨道 
轨道3如图2所示，通过多个支柱7从顶棚9吊下。轨道3主要具有行驶轨道11、和设置在行驶轨道11的下部的供电轨道13。 
(a)行驶轨道 
行驶轨道11例如为铝制，如图3所示，截面视图中构成逆U字形，具有上面部11a和两侧面部11b。在两侧面部11b下方，形成向内侧延伸的一对第1行驶面11c。进而，在两侧面部11b的内侧面的上部形成第2行驶面11d，在上面部11a的下侧面形成第3行驶面11e。 
(b)供电轨道 
供电轨道13主要由设置在行驶轨道11的下部两侧的一对供电线夹15、15构成。在供电线夹15、15上，配置有将铜线等导电线用绝缘材料覆盖的、由绞合线组成的一对供电线17、17。在供电线17的一端设置电力供给装置(未图示)，对一对供电线17、17供给高频电流。 
(3)天车 
天车5主要具有行驶部21、受电部23和升降驱动部25。行驶部21是配置在行驶轨道11内、用于在轨道3上行驶的机构。受电部23是配置在供电轨道13内、用于从一对供电线17、17供给电力的机构。 升降驱动部25是配置在供电轨道13的下方、用于在保持FOUP4的同时上下升降的机构。 
(a)行驶部 
行驶部21配置在行驶轨道11内，主要具有一对第1引导轮18、18，一对第2引导轮19、19，行驶驱动轮20和电动机22。一对第1引导轮18、18配置在行驶部21的下部两侧，被在左右方向延伸的车轴自由旋转地支撑。第1引导轮18、18载置在行驶轨道11的第1行驶面11c上。 
第2引导轮19、19配置在行驶部21的上部两侧，被在垂直方向上延伸的车轴自由旋转地支撑。第2引导轮19、19将行驶轨道11的第2行驶面11d作为引导面，防止横向(前进方向的左右方向)的位置偏移。 
行驶驱动轮20配置在行驶部21的大致中央处，被弹簧等按压单元按压在行驶轨道11的第3行驶面11e上。行驶驱动轮20由电动机22驱动。结果，天车5在轨道3上行驶。 
(b)受电部 
受电部23具有用于从一对供电线17、17获得电力的一对拾取单元27。具体而言，一对拾取单元27、27在供电轨道13内左右并列配置。各拾取单元27具有截面成大致E字形的铁氧体制的芯29、和缠绕在芯29的拾取线圈31。具体而言，芯29具有两侧的突出部29a、和其间的中央的突出部29b，拾取线圈31缠绕在中央的突出部29b上。 
被供电线夹15保持的一对供电线17、17分别配置在两侧的突出部29a和中央的突出部29b之间。通过使高频电流流过供电线17、17而产生的磁场作用于拾取线圈31，在拾取线圈31产生感应电流。像这样，从一对供电线17、17对拾取单元27非接触地供给电力，驱动行驶用的电动机22，或者对控制机器供给电力。如上所述，由供电轨道13的一对供电线17、17和天车5的受电部23，构成非接触供电部33。 
(c)升降驱动部 
升降驱动部(升降机)25，如图2所示，主要包括主体框35、横向输送部37、θ驱动器39、升降机主体41、和升降台43。 
主体框35是固定在受电部23下部的部件。在主体框35的前后，设置有前后框45、47。 
横向输送部37，能够将θ驱动器39、升降机主体41和升降台43例如向侧方横向输送，能在与设置在轨道3侧方的侧缓冲器(未图示)之间传递FOUP4。θ驱动器39使升降机主体41在水平面内转动，使FOUP4的传递变得容易。在升降机主体41内，设置用于使升降台43升降的升降单元(未图示)。升降单元例如为四组缠绕鼓，在缠绕鼓上缠绕有传送带59。在传送带59的端部安装有升降台43。图4表示将传送带59从缠绕鼓抽出，升降台43与FOUP4一同下降的状态。 
FOUP4在内部收容多个半导体晶片，在前面设置自由开关的盖。在FOUP4的上部设置凸缘49，凸缘49被升降台43卡住。 
(4)供电线夹 
使用图5～图7说明供电线夹15的结构。其中，因为一对供电线夹15、15的结构大致相同，只说明一方的结构。 
供电线夹15由外侧夹61、板部件62和内侧夹63构成。外侧夹61和板部件62都具有规定的对应长度，与这一对组合相对，对应多个内侧夹63。 
外侧夹61为树脂制的一体成型部件，主要具有主平面部65和从主平面部65的端部向侧方延伸的一对侧面部67、68。主平面部65在图5、图6的纸面纵深方向延伸，截面中在上下方向上延伸。侧面部67、68也沿着主平面部65在纸面纵深方向延伸，截面中从主平面部65的端部向右方水平延伸。侧面部67具有根部一侧的第1部分67a和从该处延伸的第2部分67b。第2部分67b比第1部分67a薄，可挠性较高。在第2部分67b的前端形成向内侧弯曲为钩状的弯曲部 67c。侧面部68具有根部一侧的第1部分68a和从该处延伸的第2部分68b。第2部分68b与第1部分68a相比柔韧性变高。在第2部分68b的前端形成向内侧弯曲为钩状的弯曲部68c。 
其中，在外侧夹的侧面部67形成卡合部67d，对此卡合有行驶轨道11的下面形成的卡合部11f(图3)。根据该结构，供电轨道13被固定在行驶轨道11。 
板部件62为铜制的较薄的板，主要具有主平面部69和从主平面部69的端部向侧方延伸的一对侧面部71、73。板部件62的厚度例如为0.3mm，优选在0.2～0.4mm的范围内。主平面部69在图5、图6的纸面纵深方向延伸，在截面中在上下方向延伸。侧面部71、73也沿着主平面部69在纸面纵深方向延伸，截面中从主平面部69的端部向右方水平延伸。板部件62与外侧夹61的内侧的面为相同的形状，在与外侧夹61的内侧的面密合的状态下被保持。即，板部件62的主平面部69与外侧夹61的主平面部65的内侧面密合。板部件62的侧面部71与外侧夹61的侧面部67的内侧面密合。板部件62的侧面部73与外侧夹61的侧面部68的内侧面密合。在安装的状态下，板部件62的侧面部71、73的前端进入弯曲部67c、68c内。 
内侧夹63为树脂制的一体成型部件，如图7所示，对于外侧夹61和板部件62的组合以规定的间隔配置多个。内侧夹63的间距为例如250～300mm。各内侧夹63由主平面部75，从主平面部75的中间两个部位向侧方延伸的一对供电线保持部77、79，从主平面部75的端部向侧方延伸的一对侧面部81、83构成。内侧夹63的外侧面与外侧夹61的内侧面为大致相同形状。因此，内侧夹63嵌入外侧夹61的内侧。此外，侧面部81、83的前端与外侧夹61的弯曲部67c、68c的弯曲前端面抵接或者接近。在该状态下，内侧夹63稍微弹性变形，因自身的弹性力固定在外侧夹61。即，内侧夹63不仅将自身固定在外侧夹61，而且通过在自身和外侧夹61之间夹住板部件62，将板部件62固定在外侧夹61。 
一对供电线17，如图3所示，在被保持在供电线保持部77、79的前端的状态下，配置在芯29的突出部29a和突出部29b之间的空间内的纵深较深的位置。 
通过部分地配置多个内侧夹63，板部件62的主平面部69的较多的部分成为露出的状态。从而，由内侧夹63所致的磁通的降低作用难以产生。 
从图5可知，一对供电线17、17到分别距离其较近一侧的板部件62的一对侧面部71、73的距离L1、L2相同。其中，图中，L1、L2为两者的最短距离。因为板部件62为非磁性体，从一对供电线17、17产生的磁通难以向外部泄漏。因此，不容易对其他装置造成由泄漏磁场导致的不良影响。特别是因为板部件62是铜制(导电性较高)的，泄漏磁通的降低效果较高。此外，通过配置板部件62，通过电磁感应进行供电时芯29的磁电路成为闭环，因此提高了供电效率。 
此外，通过使到分别距离其较近一侧的板部件62的一对侧面部71、73的距离L1、L2相同，能够确保一对供电线17、17分别产生的磁场的均衡。由此，提高了泄漏磁场很难对其他装置造成不良影响的效果。 
进而，板部件62的一对侧面部71、73从主平面部69延伸的长度L3、L4是相同的，一对侧面部71、73的前端延伸到覆盖一对供电线17的位置。一对侧面部71、73覆盖一对供电线17、17指的是一对侧面部71、73的前端比一对供电线17、17的侧方最外侧部分进一步位于侧方外侧。在该情况下，因为一对侧面部67、68从主平面部69延伸的长度是相同的，能够确保从一对供电线17、17分别产生的磁场的平衡。由此，提高了泄漏磁场很难对其他装置造成不良影响的效果。进而，因为板部件62的一对侧面部71、73的前端延伸到覆盖一对供电线17、17的位置，从一对供电线17、17产生的磁场难以向外部泄漏。 
因为板部件62配置在外侧夹61的一对供电线17、17一侧，即外侧夹61的内侧，即使其他部件与天车系统1冲撞，来自板部件62的尘埃也难以向外部排出。结果，将本发明的一个实施方式的天车系统应用于洁净室内不会发生问题。 
进而，因为内侧夹63具有板部件62的保持功能和一对供电线17、 17的保持功能，能够减少部件个数。 
接着，对于供电线夹15的组装、分解作业进行说明。最初，将板部件62嵌入外侧夹61的内侧。此时，使外侧夹61的侧面部67的第2部分67b和侧面部68的第2部分68b向外侧变形，使板部件62的前端进入弯曲部67c、68c的内侧。在该状态下板部件62成为临时卡止固定在外侧夹61的状态。接着，将多个内侧夹63嵌入外侧夹61的内侧即板部件62的内侧。以上，供电线夹15被组装。分解作业进行与上述组装作业相反的作业。 
因为内侧夹63由多个部件组成，提高了组装、分解作业性。即，内侧夹63是相对于外侧夹61、板部件62较小的部件，嵌入时，能够不相对于外侧夹61、板部件62进行严格的定位地实行嵌入作业。此外，因为取下内侧夹63时只需要逐个将较小的部件取下，作业性较好。 
(5)噪声消除电路 
如图8～图10所示，在轨道3上，安装有噪声消除电路85。噪声消除电路85具有降低从供电轨道13产生的磁场的功能。 
噪声消除电路85，如图10所示，由环形天线87和电容器89组成的谐振电路构成。环形天线87是在轨道3的长度方向平行地延伸的长条形的多圈。如图8和图9所示，环形天线87在供电线夹15的外侧，即供电线17的外侧接近供电线17而配置。在图8和图9中，环形天线87通过安装部件93固定在供电线夹15。电容器89使流过环形天线87的感应电流相对于流过供电线17的电流的相位为逆相位。 
环形天线87可以在轨道3整体上设置，也可以仅与需要的处理装置55对应地设置。使环形天线与需要的处理装置对应指的是使环形天线的行驶方向长度对应于处理装置的行驶方向长度70％以上来配置的状态。 
从图10所示的交流电源91对供电线17供给高频电流时，在供电线17周围产生磁场。通过该磁场，在缠绕在芯29的拾取线圈31中流过感应电流。即，进行非接触供电。 
另一方面，由供电线17产生的磁场使噪声消除电路85的环形天线87中产生感应电流，进而通过感应电流使得环形天线87产生磁场。在该噪声消除电路85中，通过电容器89和环形天线87，使流过环形天线87的感应电流相对于流过供电线17的电流的相位为逆相位，因此，由环形天线87产生的磁场的相位成为由供电线17产生的磁场的相位的逆相位。通过该逆相位的磁场，抵消从供电线17产生的磁场。此处，“抵消”指的是消除由流过供电线17的电流产生的磁场的至少一部分的意思。结果，供电线17产生的磁场对检查装置这样的处理装置55的影响减少。 
其中，本实施方式中，如上所述通过板部件62向供电轨道13的外部泄漏的磁场减小，而通过由流过环形天线87的感应电流产生的逆相位的磁场抵消了泄漏的磁场，进一步减小了不良影响。 
因为环形天线87为多圈，即使流过其的感应电流较小，泄漏磁场降低的效果仍然较大。进而，因为环形天线87的长度方向与供电线17平行，所以对于沿着供电线17的较广的范围能够降低泄漏磁场。 
因为将供电线17自身作为电源在环形天线87流过感应电流，所以不需要另外准备电源，进而不需要另外设置拾取线圈。 
另外，环形天线87和电容器89不是完全的谐振关系，使用谐振频率附近的周围频率，进而，流过环形天线87的感应电流的相位相对于流过供电线17的电流的相位不是完全的逆相位。此处，通过偏离完全的谐振状态，能够从环形天线87产生用于抵消泄漏磁场的适当的逆相位的磁场。 
作为实际用于磁场降低的作业，实行以下步骤。 
◎准备环形天线87的步骤 
◎通过调整与环形天线87的谐振关系，以由流过环形天线87的感应电流产生的磁场将由流过供电线17的电流产生的磁场抵消的方式准备电容器89的步骤。 
该方法中，能够通过交换电容器89调整与环形天线87的谐振关 系。特别是能够通过交换电容器89来偏离完全的谐振状态，产生适当的逆相位的磁场。 
进一步具体说明，是根据由环形天线87和电容器89组成的电路的阻抗Z＝ωL-1/ωC，对环形天线87的感应电压Vc＝-N·dΦ/dt，在环形天线87中产生的感应电流I＝Vc/Z，通过感应电流在环形天线87中产生的磁场H＝I/(4πr)·[J(J2+r2)-1/2]，感应电流的相位θ＝cos-1(R/Z)，调整磁场H和感应电流的相位θ的步骤。其中，L为环形天线87的电感，C为电容器89的电容，N为环形天线87的圈数，dΦ/dt为通过环形天线87的磁通的变化量，r为想要降低的磁通距环形天线87的距离，J为环形天线87的长度，R为环形天线87的直流电阻。 
根据这样的结构，能够事先推测环形天线87和电容器89的值。 
(6)其他实施方式 
以上，说明了本发明的一个实施方式，本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种变更。 
在上述实施方式中，板部件由具有三面的一块板构成，例如还可以将三块板组合来构成。 
在上述实施方式中，说明了天车系统，但本发明还能够应用于地面移动车系统等其他轨道移动车系统。 
在上述实施方式中，说明了半导体制造工厂的洁净室内的移动车系统，但本发明还能够应用于其他种类的工厂。 
在上述实施方式中，供电夹使用了铜制的板部件，但本发明也能够使用不使用板部件的供电夹。在该情况下，可以认为来自供电夹的泄漏磁场增大，因为同时从环形天线产生的逆相位的磁场也增大，对于处理装置的影响与上述实施方式的情况同样减少。 
在上述实施方式中，环形天线配置在距离供电线最近的位置，但环形天线也可以进一步离开供电线向上下方向或者侧方。 
在上述实施方式中，环形天线安装在轨道的供电轨道上，但还可以安装在行驶轨道。 
在上述实施方式中环形天线安装在轨道的侧方向一侧，但也可以安装在相反一侧，还可以安装在两侧。 
一对供电线可以设置在双方的供电线夹，但也可以仅设置在任意一方的供电线夹。 
产业上的可利用性 
本发明能够广泛应用于在轨道上行驶的移动车系统。 

Claims (4)

1.一种非接触供电系统，包括：
交流电源；
与所述交流电源连接的供电线；
从所述供电线非接触地受电并且设置在移动车的受电拾取器；以及
磁场降低电路，其具有通过由流过所述供电线的电流产生的磁场而流过感应电流的环形天线、和与所述环形天线连接的电容器，并通过使所述环形天线和所述电容器为谐振关系，使流过所述环形天线的感应电流相对于流过所述供电线的电流的相位为逆相位。
2.如权利要求1所述的非接触供电系统，其中，
所述电容器以使由流过所述环形天线的感应电流产生的磁场将由流过所述供电线的电流产生的磁场抵消的方式调整谐振关系。
3.一种非接触供电系统的磁场降低方法，该非接触供电系统具有交流电源、与所述交流电源连接的供电线、从所述供电线非接触地受电并且设置在移动车的受电拾取器，所述非接触供电系统的磁场降低方法包括以下步骤：
准备环形天线的步骤；
通过调整与所述环形天线的谐振关系，以使由流过所述环形天线的感应电流产生的磁场将由流过所述供电线的电流产生的磁场抵消的方式准备电容器的步骤。
4.如权利要求3所述的非接触供电系统的磁场降低方法，其中，
所述谐振关系的调整为，
根据所述环形天线和所述电容器组成的电路的阻抗Z＝ωL-1/ωC、对所述环形天线的感应电压Vc＝-N·dΦ/dt、在所述环形天线中产生的感应电流I＝Vc/Z、通过感应电流在所述环形天线中产生的磁场H＝I/(4πr)·[J(J2+r2)-1/2]、感应电流的相位θ＝cos-1(R/Z)，来调整磁场H和感应电流的相位θ的步骤，
其中，L：环形天线的电感，C：电容器的电容，N：环形天线的圈数，dΦ/dt：通过环形天线的磁通的变化量，r：想要降低的磁通距环形天线的距离，J：环形天线的长度，R：环形天线的直流电阻。
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