JP2003087910A - 磁気浮上搬送装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気軸受を小さい電力で制御できると共に、
荷重変動に対する移送体の浮上位置の変動を極力抑える
ことができる磁気浮上搬送装置及びその制御方法を提供
すること。 【解決手段】 軌条と、この軌条に沿って移動する移送
体と、前記軌条側に設けられた強磁性の浮上用レール
と、前記移送体側に前記浮上用レール３上下方向に対向
して設けられ、磁極の一部に永久磁石を有する磁石併用
磁気軸受と、前記移送体側に設けられ、移送体を前記軌
条に対して所定位置に保持するためのタッチダウン保護
装置とを備え、前記磁石併用磁気軸受が前記浮上用レー
ルを吸引して、前記移送体を前記軌条に対し浮上させ、
当該移送体を前記レール方向に駆動させる磁気浮上搬送
装置の制御方法であって、前記移送体の浮上初期には、
前記磁石併用磁気軸受の吸引力と荷重とが釣り合うゼロ
パワ制御を実施し、移送体の駆動時には、所定浮上位置
を目標値とする目標値制御に切り替えること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環境汚染が少な
く、省エネルギーな駆動を目標とする磁気浮上搬送装置
に関し、特に、半導体製造装置、液晶製造装置等のクリ
ーンな雰囲気の中で使用される磁気浮上搬送装置及びそ
の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁気浮上搬送装置の例として、特
公昭６２−３８９２１号公報に開示された図８に示す常
電導磁気浮上車の車両及び軌道構造がある。同図におい
て、２１は車両の車体、２２は台車台枠、２３,２４は
空気ばね、２５,２６は浮上用電磁石で、台車台枠２２
の下側左右内縁部に取り付けられている。２７,２８は
案内用電磁石で、台車台枠２２の左右内側部に取り付け
られている。２９は軌道の梁である。これら浮上用電磁
石２５,２６と案内用電磁石２７,２８は、梁２９の左右
両端下部及び側部に設けた浮上軌条３０,３１と案内用
軌条３２,３３とに対向して、それぞれ浮上及び案内の
機能を発揮すべく一定の間隔を保持するようにキャッチ
センサー又は制御器（図示しない）により電流制御され
るようになっている。３４はリニヤインダクションモー
タ１次で、梁２９上に固定したシングルサイドリニヤイ
ンダクションモータ２次導体３５と対向して走行・減速
に必要な推力を得るようになっている。３６,３７はソ
リッドタイヤ踏面で、このソリッドタイヤ踏面３６,３
７上を台車台枠２２の前後端に設けたソリッドタイヤ３
８,３９が転動可能となっている。

【０００３】このように、浮上用電磁石２５,２６と案
内用電磁石２７,２８を、軌道の浮上軌条３０,３１と案
内用軌条３２,３３とに対向させて、台車台枠２２の浮
上及び案内を行わせる構造である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記常電導磁気浮上車の車両及び軌道構造においては、
用いられている浮上用電磁石２５,２６は磁石併用電磁
石ではないため、浮上体等の静荷重を支持して浮上する
ために大きな一定電流を必要とする。このため、半導体
製造装置、液晶製造装置等の真空雰囲気中で使用される
場合には、電磁石に大きな熱が蓄積されて高温となり、
搬送装置の機能に悪影響を及ぼすという問題点があっ
た。この点、浮上軌条３０,３１に対する浮上用電磁石
２５,２６の電流制御や案内用軌条３２,３３に対する案
内用電磁石２７,２８の電流制御の仕方によって使用電
流を削減することが考えられるが、電流制御については
十分な説明がなされていない。

【０００５】この浮上用電磁石２５,２６が使用する浮
上用電流を減少させる磁気浮上搬送装置として、特開昭
６２−２２５１１０号公報に開示されているものがあ
り、これには図９に示す磁石併用の電磁石が用いられて
る。同図において、磁石併用電磁石４０が、軌条４７に
固定されたガイドレール４１に対向するように移送体４
６側に取り付けられている。磁石併用電磁石４０は、制
御コイル４２を有する２つの電磁石４５に永久磁石４４
が挟持された形に構成されている。この構成において、
永久磁石４４〜電磁石４５〜空隙Ｐ〜ガイドレール４１
〜空隙Ｐ〜電磁石４５〜永久磁石４４の経路から成る磁
気回路が形成される（破線）ことにより、比較的小さい
電力で所望の磁気制御力を得ることができる。しかし、
この例では、荷重量の変動に応じて移送体の浮上位置が
変動するので、安定性が低いという問題点があった。

【０００６】本発明は、上述した従来例の有する不都合
を改善し、磁気軸受を小さい電力で制御できると共に、
荷重変動に対する移送体の浮上位置の変動を極力抑える
ことができ、真空雰囲気を劣化させることのない、簡単
な構成の磁気浮上搬送装置及びその制御方法を提供する
ことを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明では、軌条と、この軌条に沿って移動する移
送体と、前記軌条側に設けられた強磁性の浮上用レール
と、前記移送体側に前記浮上用レールの上下方向に対向
して設けられ、その磁極の一部に永久磁石を有する磁石
併用磁気軸受と、前記移送体側に設けられ、移送体を前
記軌条に対して所定位置に保持するためのタッチダウン
保護装置とを備え、前記磁石併用磁気軸受が前記浮上用
レールを吸引することにより、前記移送体を前記軌条に
対し浮上させ、駆動機構によって当該移送体を前記レー
ル方向に駆動させる磁気浮上搬送装置の制御方法におい
て、前記移送体の浮上初期においては、前記磁石併用磁
気軸受の吸引力と移送体の荷重とが釣り合う浮上位置に
制御するゼロパワ制御を実施し、該移送体の駆動時にお
いては、所定の浮上位置を目標値とする目標値制御に切
り替え、この目標値制御を実施することを特徴としてい
る。

【０００８】また、上記基本構成に加えて、案内用レー
ルを、断面がＴ字形状の軌条の直立部の両側面側に設
け、このレールの水平方向に対向して、前記移送体側に
磁石併用磁気軸受又は磁気軸受を設置したことを特徴と
している。

【０００９】以上のように構成し、又制御することによ
って、磁石併用磁気軸受の消費電力は最小となり、移送
体の浮上位置の変動は最小限に抑えられる。また、各磁
石併用磁気軸受の水平方向及び上下方向の幅を十分に取
ることができ、磁束の電流制御力を増大させることがで
きるため、特に、水平方向の揺れが抑えられ、安定した
制御が可能となる。このため、真空雰囲気等において
は、走行摩擦がほとんどなく、畜熱が小さいので、真空
雰囲気の清浄度が劣化することもない。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の実施形態を示す磁気浮上
搬送装置の正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は
図１のＢ−Ｂ断面図、図４は図１の磁気浮上搬送装置の
走行方向に直交する方向の断面を示す断面図、図５は磁
石併用磁気軸受の構造を示す斜視図、図６は磁石併用磁
気軸受の磁気回路を示す断面図、図７は他の実施形態を
示す磁気浮上搬送装置の断面図である。

【００１１】図１〜図３において、移送体１は、荷を積
載する載荷部１１、この載荷部１１を上側に取り付けた
走行部キャビン１２、走行部キャビン１２の内壁下面に
固定された磁石併用磁気軸受１３、磁石併用磁気軸受１
３に近接して配置された変位センサ１４、移送体１を軌
条２（後述する）に対して所定位置に保持するためのタ
ッチダウン保護部となる支持輪１５、等から成ってい
る。

【００１２】一方、図４にも示すように、軌条２の断面
形状はＴ字型で、その水平方向に突出した部分の下面側
に、強磁性材料から成るレール（浮上用レール）３が１
本づつ設置されている。磁石併用磁気軸受１３は、この
レール３に上下方向に対向して位置するように、走行部
キャビン１２に固定されており、移送体１は磁石併用磁
気軸受１３のレール３に対する吸引力によって吸引浮上
する。軌条２の直立部の両側面には、支持輪１５が隙間
を持って嵌合するタッチダウン溝２ａがレール３と平行
に設けられている。

【００１３】磁石併用磁気軸受１３は、図５に示すよう
に、磁極１３ａ,１３ｂを有する２つの積層鋼板体１３
ｃ、１３ｃと、これらの積層鋼板体１３ｃに挟持された
永久磁石１３ｄと、各積層鋼板体１３ｃ、１３ｃの磁極
１３ａ,１３ｂ近傍にそれぞれ取り付けられた制御コイ
ル１３ｅ，１３ｅとから構成されている。永久磁石１３
ｄとして希土類磁石等を用いる。

【００１４】この構成において、図６に示すように、磁
石併用磁気軸受１３はレール３との間で磁気回路を形成
する。制御コイル１３ｅ、１３ｅに電流を流すことによ
って、永久磁石１３ｄの作るバイアス磁束（実線矢印）
の流れと同方向又は逆方向に制御磁束（破線矢印）を発
生させる。この制御磁束の流れの向きと大きさは、変位
センサ１４が検出するレール３と磁極１３ａ,１３ｂと
の間の隙間ｄと、制御目標とする隙間（以後、目標隙間
と言う）との大きさの大小で決まる。例えば、検出隙間
ｄが目標隙間より大きい時には、制御磁束の向きはバイ
アス磁束と同方向になり、且つ、検出隙間ｄと目標隙間
の差が大きい程、制御磁束の大きさは大きくなる。又、
検出隙間ｄが目標隙間より小さい時には、制御磁束の向
きはバイアス磁束と逆方向になるように制御コイル１３
ｅ、１３ｅに電流を流す。

【００１５】この制御コイル１３ｅ、１３ｅに電流を流
す制御は、いわゆるゼロパワ制御にする。これは、制御
の目標となる移送体１が浮上位置を、移送体１の自重と
磁石併用磁気軸受１３群の磁力による吸引力とが釣り合
う位置に設定するものである。これにより、移送体１が
磁気浮上している時に必要な制御電流は微分制御分だけ
となり、使用電流を極めて微小なものとすることができ
る。

【００１６】しかし、このゼロパワ制御の場合、載荷部
１１に積載する荷重量の変動に伴って移送体１の浮上位
置（上下方向位置）が変動する。荷重が増加すると、そ
れと磁石併用磁気軸受１３の吸引力が釣り合うように前
記隙間ｄは減少する。逆に、荷重が減少すると、隙間ｄ
は増大する。このように、ゼロパワ制御の場合、磁石併
用磁気軸受１３は軸受剛性を持たないことになる。

【００１７】このため、本実施形態の磁気浮上搬送装置
における、移送体１に設置した磁石併用磁気軸受１３に
供給する電流の制御法は、移送体１の浮上初期において
は、磁石併用磁気軸受１３の吸引力と荷重とが釣り合う
浮上位置にて制御電流が最小となるゼロパワ制御を実施
し、その後の移送体１の移動時には、移送体１の所定の
浮上位置を目標値とする目標値制御に切り替えて、この
目標値制御を実施する。

【００１８】この制御により、磁気浮上のための制御電
力を極めて小さくすることができ、且つ、磁気併用磁気
軸受１３の軸受剛性をもって移送体１が安定浮上し、浮
上位置の変動を極力小さくすることができる。また、制
御電力を小さくできるのに伴い、移送体１の畜熱を極め
て小さくすることができ、真空中での走行において、熱
のために真空雰囲気の清浄度が劣化するといった事態を
避けることができる。

【００１９】次に、他の実施形態について図７を参照し
て説明する。この実施形態は上記実施形態と略同様であ
って、同一部材には同一番号を付しており、その部分の
説明は省略する。異なっているのは、軌条２に浮上用レ
ール３だけでなく、軌条２の直立部の両側面にも案内用
レール４が各々設けられ、走行部キャビン１２の案内用
レール４に対向する内壁両側面に磁石併用磁気軸受１６
が設置されている点である。同図において、磁石併用磁
気軸受１６は、２つの積層鋼板体１６ｃ、１６ｃと、こ
れらの積層鋼板体１６ｃ、１６ｃに挟持された永久磁石
１６ｄと、各積層鋼板体１６ｃにそれぞれ取り付けられ
た制御コイル１６ｅ、１６ｅとから構成されている。永
久磁石１６ｄとして希土類磁石等を用いる。これによ
り、走行部キャビン１２の水平方向の磁力制御を実施す
る。

【００２０】この構成において、移送体１の走行時の水
平方向の揺れに対して、磁石併用磁気軸受１６の磁束を
電流によって制御することにより、揺れを最小限に抑え
て、安全に走行できるようにする。この水平方向の案内
用レール４は、従来のように（図８参照）、上下方向の
浮上用レール３と隣接して設けられていないため、各磁
石併用磁気軸受１３,１６の水平方向及び上下方向の幅
を十分に取ることができ、磁束の電流制御力を増大させ
ることができ、軸受剛性のある安定した制御が可能とな
る。

【００２１】これにより、移送体１の浮上に要する電力
が小さくすることができると共に、浮上変動を小さく抑
えることができるのに加えて、真空中での走行において
非接触浮上走行による走行摩擦がほとんど生じることが
ない。したがって、移送体１の畜熱を極めて小さくする
ことができ、真空雰囲気の清浄度が劣化することがな
い。尚、水平方向の磁石併用磁気軸受１５は、永久磁石
を併用しない磁気軸受を用いても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移送体の浮上初期においては、磁石併用磁気軸受の吸引
力と荷重とが釣り合うように制御するゼロパワ制御を実
施し、移送体の駆動時においては、所定の浮上位置を目
標値とする目標値制御に切り替えて、この制御を実施す
るので、磁気浮上のための制御電力を極めて小さくする
ことができると共に、磁気併用磁気軸受の軸受剛性をも
って移送体を安定浮上させ、浮上位置の変動を極力小さ
くすることができる。また、制御電力が小さいため、移
送体の畜熱を極めて小さくすることができ、真空中での
走行において真空雰囲気の清浄度が劣化するのを防止す
ることができる。

【００２３】また、案内用レールを、軌条の直立部の両
側面側に設け、このレールに対向して、移送体側に磁石
併用磁気軸受（又は磁気軸受）を設置したので、各磁気
軸受の水平方向及び上下方向の幅を十分に取ることがで
き、磁束の電流による制御力を増大させることができ、
水平方向の揺れを抑えた安定した制御が可能となる。特
に、真空中での走行においては、非接触浮上走行による
走行摩擦がほとんど生じることがないため、移送体の畜
熱を極めて小さくすることができ、真空雰囲気の清浄度
が劣化するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す磁気浮上搬送装置の正
面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面を示す断面図。

【図４】図１の磁気浮上搬送装置の走行方向に直交する
方向の断面を示す断面図。

【図５】磁石併用磁気軸受の構造を示す斜視図。

【図６】磁石併用磁気軸受の磁気回路を示す説明図。

【図７】他の実施形態を示す磁気浮上搬送装置の走行方
向に直交する方向の断面を示す断面図。

【図８】従来の常電導磁気浮上車の車両を示す断面図。

【図９】従来の磁石併用磁気軸受を示す断面図。

【符号の説明】

１ 移送体 ２ 軌条 ３ 浮上用レール ４ 案内用レール １１ 載荷部 １２ 走行部キャビン １３,１６ 磁石併用磁気軸受 １３ｄ 永久磁石 １３ｅ 制御コイル １５ 支持輪（タッチダウン保護装置）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軌条と、この軌条に沿って移動する移送体
   と、前記軌条側に設けられた強磁性の浮上用レールと、
   前記移送体側に前記浮上用レールの上下方向に対向して
   設けられ、その磁極の一部に永久磁石を有する磁石併用
   磁気軸受と、前記移送体側に設けられ、移送体を前記軌
   条に対して所定位置に保持するためのタッチダウン保護
   装置とを備え、前記磁石併用磁気軸受が前記浮上用レー
   ルを吸引することにより、前記移送体を前記軌条に対し
   浮上させ、駆動機構によって当該移送体を前記レール方
   向に駆動させる磁気浮上搬送装置の制御方法であって、 前記移送体の浮上初期においては、前記磁石併用磁気軸
   受の吸引力と前記移送体の荷重とが釣り合う浮上位置に
   制御するゼロパワ制御を実施し、該移送体の駆動時にお
   いては、所定の浮上位置を目標値とする目標値制御に切
   り替え、この目標値制御を実施することを特徴とする磁
   気浮上搬送装置の制御方法。
2. 【請求項２】断面がＴ字形状の軌条と、この軌条に沿っ
   て移動する移送体と、前記軌条側に設けられた強磁性の
   浮上用及び案内用レールと、前記移送体側に前記浮上用
   レールの上下方向に対向して設けられ、その磁極の一部
   に永久磁石を有する磁石併用磁気軸受と、前記移送体側
   に設けられ、該移送体を前記軌条に対して所定位置に保
   持するためのタッチダウン保護装置とを備え、前記磁石
   併用磁気軸受が前記浮上用レールを吸引することによ
   り、前記移送体を前記軌条に対し浮上させ、駆動機構に
   よって当該移送体を前記両レール方向に駆動させる磁気
   浮上搬送装置であって、 前記案内用レールは、前記軌条の直立部の両側面側に設
   けられ、このレールの水平方向に対向して、前記移送体
   側に磁石併用磁気軸受又は磁気軸受が設置されているこ
   とを特徴とする磁気浮上搬送装置。