JP2005086858A

JP2005086858A - 搬送用磁石可動型リニアモータ

Info

Publication number: JP2005086858A
Application number: JP2003313633A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kondo; 英夫近藤
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】可動子が楕走区間を通過して固定子が配置された走行制御区間に進入する際の進入方向を正しく判定する。
【解決手段】可動子進入方向判定回路２３ｅは、可動子２が楕走区間Ｌｙから走行制御区間Ｌｘに進入する際に、最初に出力されるエンコーダ信号と、絶対位置検出手段の検出信号に基づいて、可動子２の速度制御区間Ｌｘへの進入方向を判定する。従って、搬送台車の組み付け精度や走行軌道のレイアウト等に影響されることなく可動子２の速度制御区間Ｌｘへの進入方向を正しく判定でき、リニアモータにより駆動される搬送台車９を正確に位置制御することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、搬送用磁石可動型リニアモータに関するものである。

可動子の走行軌道の途中に固定子が配置されない楕走区間を設けた搬送用磁石可動型リニアモータでは、可動子が前記楕走区間を通過して固定子が配置された走行制御区間に進入する際の進入方向を、正しく判定してリニアモータにより駆動される搬送台車を正確に位置制御することが必要である。
従来は搬送台車（可動子）が走行制御区間に進入する際に検出される固定子に内蔵のホールセンサの信号パターンに基づいて、可動子の進入方向を判定していた。
しかしながら、上記信号パターンのみで可動子の進入方向を判定すると、搬送台車の組み立て精度や９０度カーブや１８０度カーブ等の搬送経路のレイアウトに影響されて、可動子の進入方向とホールセンサの信号パターンが一致せず、搬送台車を正確に位置制御できない場合があった。
特許第３２１４２６８号特許第３３８７３２４号

発明が解決しようとする課題は、搬送台車の組み立て精度や９０度カーブや１８０度カーブ等の搬送経路のレイアウトに影響されることなく、可動子が楕走区間を通過して固定子が配置された走行制御区間に進入する際の進入方向を正しく判定することである。

上記課題を解決するための本発明の請求項１に記載の搬送用磁石可動型リニアモータは、複数の永久磁石からなる可動子と、該可動子の走行軌道に沿って複数のコイルユニットを連結してなる固定子と、前記各コイルユニットに配設され、前記可動子の永久磁石と前記コイルユニットを構成する各コイル体との相対位置を検出するセンサと、該センサからの位置検出信号により各コイル体への通電を切換える通電切換手段とからなり、前記可動子の走行軌道の途中に前記固定子が配置されない楕走区間を設けてなる搬送用磁石可動型リニアモータであって、前記センサの検出信号をエンコーダ信号として利用することにより、前記可動子の現在位置を算出する現在位置算出手段と、前記センサが各々選択スイッチを介して接続される複数の信号ラインからなる絶対位置信号ラインを含み、選択スイッチを介しての前記センサの検出信号に基づき、前記固定子が配置された可動子の走行制御区間を複数の領域に区分して、可動子がある領域、及び各領域間の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、前記センサの位置検出信号と前記絶対位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記可動子が前記楕走区間から前記走行制御区間に進入する際の進入方向を判定する可動子進入方向判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の搬送用磁石可動型リニアモータによれば、可動子進入方向判定手段は、可動子の永久磁石と固定子のコイルユニットを構成する各コイル体との相対位置を検出するセンサの検出信号パターンと、可動子の走行制御区間を複数の領域に区分して、可動子がある領域、及び各領域間の絶対位置を検出する絶対位置検出手段の検出信号とに基づいて、可動子の速度制御区間への進入方向を判定する。従って、可動子の速度制御区間への進入方向を、搬送台車の組み付け精度や走行軌道のレイアウト等に影響されることなく正しく判定でき、リニアモータにより駆動される搬送台車を正確に位置制御することができる。

可動子の速度制御区間への進入方向を正しく判定するという目的を、可動子の永久磁石と固定子のコイルユニットを構成する各コイル体との相対位置を検出するセンサの検出信号パターンと、可動子の走行制御区間を複数の領域に区分して、可動子がある領域、及び各領域間の絶対位置を検出する絶対位置検出手段の検出信号とに基づいて行うことで実現した。

本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る搬送用磁石可動型リニアモータ１を模式的に示した断面図である。磁石可動型リニアモータ１の固定子４は、アルミ又はアルミ合金の押し出し成形品であるガイドレール５と、該ガイドレール５に複数連結して取り付けられるコイルユニット１１とからなる。各コイルユニット１１は、６個のコイル体１２から構成されている。また、ガイドレール５の下端側には後述する走行ローラを案内するためのレール部６が形成されている。

可動子２は、コイルユニット１１に内蔵されるコイル体１２を挟んで対向する磁石列７と、該磁石列７を固定した断面がコの字形のヨークを兼ねた可動子フレーム８と、この可動子フレーム８を固定する搬送台車９と、搬送台車９に水平に支持された水平走行ローラ１０とから構成される。磁石列７を構成する可動子永久磁石３は、同一形状で厚さ方向に着磁され、隣り合うどうしはそれぞれ極性を異にして垂直方向に対向して配列されている。

図２の回路図に示すように、コイルユニット１１は、コイル体１２、一対のセンサユニット１３及びスイッチ回路１４とから構成される。コイル体１２は、同一形状の６個のコイル体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１２ａ’，１２ｂ’，１２ｃ’を樹脂封止等により一体化するとともに、コイル体１２ａ，１２ａ’、１２ｂ，１２ｂ’及び１２ｃ，１２ｃ’をそれぞれ直列に接続して三相スター結線したものである。

センサユニット１３は、可動子永久磁石３とコイル体１２ａ〜１２ｃ’との相対位置を検出するものであり、３個の感磁素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを１組として形成され、上記コイル体１２の両端部に配置されている。各感磁素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃとしては、例えばホール素子が用いられる。この感磁素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの間隔は、可動子永久磁石３の磁極ピッチの１／３に設定されており、これにより磁極ピッチの１／３のピッチで信号が出力される。各感磁素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、オア回路１５及びセンサバスライン１６に接続されている。

スイッチ回路１４は、上記センサユニット１３から出力される信号によりオンして、コイル体１２を通電可能状態に切換えるものである。このため、スイッチ回路１４は上記オア回路１５を介して各センサユニット１３と接続されている。そして、コイル体１２の結線態様が三相スター結線であるため、コイル体１２ａと１２ｂを結線する三相回路に介装した２個のスイッチ１４ａ，１４ｂによりスイッチ回路１４が構成されている。また、各スイッチ１４ａ，１４ｂ及びコイル体１２ｃは、それぞれ電力バスライン１７に接続されている。

上記オア回路１５は、さらに、選択スイッチ２５を介して２本の信号ライン２６ｄ、２６ｅからなる絶対位置信号ライン２６に接続されている。この選択スイッチ２５は、一方の接点２５ｄ側へ接続されているときは、オア回路１５の出力、即ち、センサユニット１３の出力を信号ライン２６ｄへのせる。また、他方の接点２５ｅ側へ接続されているときは、オア回路１５の出力を信号ライン２６ｅへのせる。

本実施例の後述する可動子２の走行制御区間Ｌｘにおいては、例えば左廻りに走行する場合の左端から略半分までの領域Ｒａに対応するコイルユニット１１では、選択スイッチ２５は、一方の接点２５ｄ側へ接続されている。また、略半分から右端までの領域Ｒｂに対応するコイルユニット１１では、選択スイッチ２５は、他方の接点２５ｅ側へ接続されている。これにより、可動子２が走行制御区間Ｌｘの領域Ｒａに属するか、領域Ｒｂに属するかを検出できる。また、領域ＲａとＲｂの切換わりポイントを原点とする絶対位置を検出できる。この絶対位置は、停電などで可動子２の現在位置が失われた際に位置情報を当該絶対位置にリセットするためのものである。

コイルユニット１１は上述したように可動子の走行軌道Ｌの走行制御区間Ｌｘに必要な長さだけ連結され、この連結の際に、センサバスライン１６、絶対位置信号ライン２６、及び電力バスライン１７が、隣接するコイルユニット１１、１１間において相互に接続される。

コントロールユニット２１は、動作方向指示回路２２、上記センサバスライン１６に接続される制御回路２３及び電力バスライン１７に接続されるトランジスタ回路２４とから構成されている。動作方向指示回路２２は、制御回路２３に対して可動子２の動作方向を指示する。制御回路２３は、位置検出回路２３ａ、速度検出回路２３ｂ、速度制御回路２３ｃ、絶対位置検出回路２３ｄ及び可動子進入方向判定回路２３ｅ等から構成されている。

位置検出回路２３ａは、センサユニット１３の各感磁素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃから出力される可動子永久磁石３とコイル体１２ａ〜１２ｃ’との相対位置検出信号を、エンコーダ信号として利用することにより、可動子の現在位置を検出する。速度検出回路２３ｂは、同様にセンサユニット１３から出力される信号の時間間隔から可動子２の速度を検出する。また、速度制御回路２３ｃは、検出される可動子２の速度と予め設定された目標速度との偏差をＰＷＭ出力値に変換する。

絶対位置検出回路２３ｄは、選択スイッチ２５を介するオア回路１５の出力により、可動子２が走行制御区間Ｌｘの領域Ｒａに属するか、領域Ｒｂに属するか及び各領域間の絶対位置を検出する。可動子進入方向判定回路２３ｅは、可動子２が走行制御区間Ｌｘに進入する際のセンサユニット１３の各感磁素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃから出力される検出信号パターンと、絶対位置検出回路２３ｄの検出信号に基づいて、当該進入方向を判定する。

上記制御回路２３は、動作方向指示信号及びセンサユニット１３から出力される相対位置信号に基づいて、コイル体１２ａ〜１２ｃ’の励磁相を決定するとともに、ＰＷＭ出力値に基づく速度制御信号をトランジスタ回路２４に出力する。トランジスタ回路２４は、その速度制御信号により６個のトランジスタＴｒａ，Ｔｒａ’、Ｔｒｂ，Ｔｒｂ’及びＴｒｃ，Ｔｒｃ’をオン・オフしてコイル体１２ａ〜１２ｃ’を励磁し、可動子２の速度を制御する。これにより、励磁されたコイル体１２ａ〜１２ｃ’と可動子永久磁石３に、フレミングの左手の法則に基づく推力が発生し、動作方向指示信号により指示された方向に可動子２が移動する。

可動子２の移動と共に隣接するコイルユニット１１に可動子２が順次対応していくと、隣接するコイルユニット１１に設けられたセンサユニット１３が、検出信号を制御回路２３、及び、スイッチ回路１４に送出する。これにより隣接するコイルユニット１１のスイッチ回路１４は、電力バスライン１７から当該コイルユニット１１のコイル体１２ａ〜１２ｃ’への通電を可能な状態にする。以下、同様にして、可動子２に推力を連続的に作用させる。なお、コイルユニット１１に設けられたセンサユニット１３を可動子２が通過すると、センサユニット１３が検出信号を出力しなくなり、そのコイルユニット１１はスイッチ回路１４がオフすることによりコイル体１２ａ〜１２ｃ’への通電が不可能な状態になる。

図３は、上記構成の磁石可動型リニアモータ１を組み込んだ搬送ライン３１の一例を示した概略平面図である。搬送ライン３１はエンドレスであって、作業ステーション３２ａ〜３２ｆを搬送台車３３が循環するようになっている。この搬送ライン３１に沿って搬送台車３３を駆動するリニアモータ１の可動子２の走行軌道Ｌが敷設されている。各作業ステーション３２ａ〜３２ｆでは、搬送するワークＷに対して所定の作業や該ワークＷの搬入・搬出等を行う。このため、各作業ステーション３２ａ〜３２ｆの全域に亙ってコイルユニット１１が配置され、可動子２の走行制御を可能とした走行制御区間Ｌｘが形成されている。各走行制御区間Ｌｘには、それぞれ領域Ｒａ，Ｒｂが設定されている。そして、搬送台車３３を駆動する可動子２が加速され、楕走で次の作業ステーション３２へ移動できる場合には、必ずしも搬送ライン３１の全体にコイルユニット１１を配置する必要はないから、各作業ステーション３２ａ〜３２ｆ間の走行軌道Ｌには、コイルユニット１１が配置されない可動子２の楕走区間Ｌｙが形成されている。

上記搬送ライン３１における可動子２が、楕走区間Ｌｙを通過して走行制御区間Ｌｘに進入する際の進入方向を検出する可動子進入方向判定回路２３ｅの判定動作について図４の説明図を参照して説明する。可動子２が走行制御区間Ｌｘに進入して、左端のコイルユニット１１に対応すると、感磁素子１３ａ，１３ｃ，１３ｂの順で可動子永久磁石３を検知してオンとなり、それぞれＡ相エンコーダ信号、Ｃ相エンコーダ信号、Ｂ相エンコーダ信号をセンサバスライン１６にのせて制御回路２３に出力する。このとき、走行制御区間Ｌｘに設定された領域Ｒａに対応するコイルユニット１１の選択スイッチ２５は、一方の接点２５ｄ側へ接続されている。また、領域Ｒｂに対応するコイルユニット１１の選択スイッチ２５は、他方の接点２５ｅ側へ接続されている。

図４に示すように、可動子２が楕走区間Ｌｙから走行制御区間Ｌｘの領域Ｒａに進入する場合は、最初にＡ相エンコーダ信号が出力され、絶対位置信号ライン２６ｄの信号レベルがハイレベルとなり、絶対位置信号ライン２６ｅの信号レベルがロウレベルとなる。一方、可動子２が楕走区間Ｌｙから走行制御区間Ｌｘの領域Ｒｂに進入する場合は、最初にＣ相エンコーダ信号が出力され、信号ライン２６ｄの信号レベルがロウレベルとなり、信号ライン２６ｅの信号レベルがハイレベルとなる。

可動子進入方向判定回路２３ｅでは、可動子２が楕走区間Ｌｙから走行制御区間Ｌｘに進入する際に、最初に出力されるエンコーダ信号がＡ相であるかＣ相であるかの検出結果と、絶対位置信号ライン２６ｄ，２６ｅの信号レベルがハイであるかロウであるかの検出結果をＡＮＤ条件で識別することにより、可動子２の進入方向を判定する。

最初に出力されるエンコーダ信号がＡ相であるのに、絶対位置信号ライン２６ｄの信号レベルがハイレベルでない場合等のように、エンコーダ信号と絶対位置信号ライン２６ｄ，２６ｅの信号レベルが不一致となった場合は、信号異常と判定して、制御回路２３がコイルユニット１１への通電を止めて可動子２を停止させる。

上記の説明から明らかなように可動子進入方向判定回路２３ｅは、可動子２が楕走区間Ｌｙから走行制御区間Ｌｘに進入する際に、最初に出力されるエンコーダ信号と、絶対位置検出手段の検出信号に基づいて、可動子２の速度制御区間Ｌｘへの進入方向を判定するから、搬送台車の組み付け精度や走行軌道のレイアウト等に影響されることなく可動子２の速度制御区間Ｌｘへの進入方向を正しく判定でき、リニアモータにより駆動される搬送台車９を正確に位置制御することができる。

搬送用磁石可動型リニアモータを模式的に示した断面図である。搬送用磁石可動型リニアモータの回路図である。搬送用磁石可動型リニアモータを組み込んだ搬送ラインの一例を示した概略平面図である。可動子進入方向判定回路の判定動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１...磁石可動型リニアモータ
２...可動子
３...可動子永久磁石
４...固定子
１１...コイルユニット
１２...コイル体
１２ａ〜１２ｃ...コイル体
１３...センサユニット
１３ａ〜１３ｃ...感磁素子
１５...オア回路
２３...制御回路
２３ｄ...絶対位置検出回路
２３ｅ...可動子進入方向判定回路
２５...選択スイッチ
２５ｄ，２５ｅ...接点
２６ｄ，２６ｅ...絶対位置信号ライン
Ｌ...走行軌道
Ｌｘ...走行制御区間
Ｌｙ...楕走区間
Ｒａ，Ｒｂ...領域

Claims

複数の永久磁石からなる可動子と、
該可動子の走行軌道に沿って複数のコイルユニットを連結してなる固定子と、
前記各コイルユニットに配設され、前記可動子の永久磁石と前記コイルユニットを構成する各コイル体との相対位置を検出するセンサと、
該センサからの位置検出信号により各コイル体への通電を切換える通電切換手段とからなり、前記可動子の走行軌道の途中に前記固定子が配置されない楕走区間を設けてなる搬送用磁石可動型リニアモータであって、
前記センサの検出信号をエンコーダ信号として利用することにより、前記可動子の現在位置を算出する現在位置算出手段と、
前記センサが各々選択スイッチを介して接続される複数の信号ラインからなる絶対位置信号ラインを含み、選択スイッチを介しての前記センサの検出信号に基づき、前記固定子が配置された可動子の走行制御区間を複数の領域に区分して、可動子がある領域、及び各領域間の絶対位置を検出する絶対位置検出手段と、
前記センサの位置検出信号と前記絶対位置検出手段の検出信号とに基づいて、前記可動子が前記楕走区間から前記走行制御区間に進入する際の進入方向を判定する可動子進入方向判定手段と
を備えたことを特徴とする搬送用磁石可動型リニアモータ。