JP2005104656A - モータ付きローラーコンベア搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、チェーン、ローラ内モータ等を用いないで、ローラの外に駆動モータを配設して安全性の高いローラーコンベア搬送装置を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明によるモータ付きローラーコンベア搬送装置は、ローラ(2)を有する架台(3)の外面(6)に駆動モータ(7)を取付け、この駆動モータ(7)の脱調状態を利用して過負荷時のローラ(2)の駆動停止及び再駆動を行う構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ付きローラーコンベア搬送装置に関し、特に、架台の外面に設けた駆動モータにより、チェーン等を用いることなく、直接個々のロータを駆動し、安全、省エネ、低コスト、コンベアの長さの自在な設定を行うことができるようにするための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のローラーコンベア搬送装置として、例えば、特許文献１に開示されているローラーコンベアを駆動する方法としては、文献は開示していないが、各ローラにチェーン等の機械的な連結を行い、外部からの大型インダクションモータによって全ローラを同時に駆動するシステムが採用されていた。
また、他の方式としては、文献を開示していないが、ローラの内部にＡＣサーボモータを内蔵させ、ギアを用いて低速、高出力を実現させて各ローラを駆動するように構成していた。

日本機械学会、昭和４３年１月発行の機械工学便覧、第１６編の第１５から第２８頁

従来のローラーコンベア搬送装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、各ローラをチェーンで連動させるため、作動音が大きく、また、チェーンにより事故が発生する可能性もあった。
また、チェーンにより全てのローラを同時駆動するため、不要となるローラも駆動することになり、省エネに反することになっていた。
また、チェーンの場合、各部分の消耗品の交換、給油等のメンテナンスの費用が発生していた。
また、ローラコンベア装置全体が共通のチェーンで連動しているため、その全長を可変的に変えることはできず、必要な長さの各種ローラコンベア装置を用意することが必要であった。
また、ローラの中にモータを内蔵させ、ローラをアウターロータのようにして駆動する場合、高出力型が多く、ローラ搬送時における過負荷に対して機械的破損や人的被害を及ぼす可能性があった。
また、ローラの中にモータを内蔵させる構成の場合、ローラ外径寸法によってモータ寸法が制限され、高出力化が容易ではなかった。

本発明によるモータ付きローラーコンベア搬送装置は、架台の長手方向に沿って複数のローラを回転自在に設け、前記ローラを駆動モータによって回転させることにより、前記ローラを介して物体を搬送するようにしたモータ付きローラーコンベア搬送装置において、１台の前記駆動モータは、前記架台の外面に設けられていると共に１個のみの前記ローラを駆動するようにした構成であり、また、前記各駆動モータはオープンループ制御の同期モータよりなり、前記ローラにて前記物体を搬送中に前記駆動モータに対して過負荷状態となった場合、前記駆動モータが脱調し前記ローラが停止すると共に、前記過負荷が解除した場合、前記駆動モータが再駆動するようにした構成であり、また、前記物体の通過をセンサで検出し、前記物体を搬送するために必要とするローラのみ駆動するように制御する構成であり、また、前記各駆動モータは、前記外面に対して着脱自在に設けられている構成であり、また、前記架台は着脱自在な複数の架台ユニットからなり、前記各架台ユニットには、複数の前記ローラ及び前記駆動モータが設けられている構成であり、また、前記駆動モータは、ＡＣ３相インバータ電源を用いた２相ステップモータ又はステップモータよりなる構成である。

本発明によるモータ付きローラーコンベア搬送装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、コンベア装置の架台の外面に駆動モータが設けられているため、駆動モータの交換が容易で、メンテナンス費用が削減でき、システム全体としてのコストダウンが達成できる。
また、各駆動モータをオープンループ制御としているため、物体の搬送時に駆動モータに対して過負荷状態となった場合、駆動モータ自体が脱調してローラが停止し、過負荷が解消すれば、再び自起動トルクにて再駆動するため、機械的にも人身的にも、特別な安全装置を用いることなく、コンベア装置の安全性を確保することができる。
また、従来のチェーンのように、保守等に油を用いる必要がなく、クリーンで環境にやさしいコンベア装置を得ることができる。
また、ローラ個々に駆動モータを取付けているため、物体を搬送するために必要とするローラのみを駆動するように構成することができ、余分な電力を使用しない省エネを達成することができる。
また、コンベア装置の架台を複数の架台ユニットに分割することができ、この架台ユニットの数を変えることにより、コンベア装置の長さを自在に調整でき、汎用性が高くなる。

本発明は、各ローラに対応する駆動モータを架台の外面に取付けて交換及び保守を容易とし、駆動モータの脱調を利用して過負荷時のローラの停止を行い、損傷防止と安全性の向上を目的とする。

図１において符号１で示されるものは、複数のローラ２を架台３の長手方向に沿って配設した構成からなるローラコンベア装置であり、この架台３は、複数の第１、第２架台ユニット３ａ、３ｂが直列に接続されて構成されている。

前記架台３の各架台ユニット３ａ、３ｂの下流位置には、各ローラ２上で搬送される物体Ｗの搬送（通過）位置を検出するための第１、第２センサ４、５が設けられている。
前記架台３の上部の外面６には、複数の駆動モータ７が設けられ、この駆動モータ７は前記各ローラ２を駆動するように構成されている。

前記各ローラ２には、全て駆動モータ７が対応して取付ける場合もあるが、図１においては、１個のローラ２を飛び越して１個置きに駆動するように構成されている。
前記ローラ２のローラ軸２ａは、前記架台３の上部を貫通して前記駆動モータ７のモータ軸１０（図２に示す）と接続されるように構成されている。

前記架台３の一部には、前記各駆動モータ７及びセンサ４等の各種信号が入力されると共に駆動信号を出力するための制御部２０が設けられている。
前記駆動モータ７は、図２で示されるように、１例として、シンクロナスモータ（同期モータ）としてのＡＣ３相インバータの３相インバータ出力信号を用いた２相ステップモータの場合について述べる。このＡＣ３相インバータ電源を用いた２相ステップモータは周知のように、ケース１２に設けられたモータ軸１０には歯を有するロータ１３が設けられ、ケース１２内には、２相としてのＡ相巻線１４及びＢ相巻線１５が設けられている。尚、各駆動モータ７は周知のオープンループ制御方式を採用している。

前記Ａ相巻線１４及びＢ相巻線１５には、図３、４で示されるように周知のＡＣ３相インバータ３０からのＵ相インバータ出力信号３１、Ｖ相インバータ出力信号３２及びＷ相インバータ出力信号３３が供給されている。すなわち、Ａ相巻線１４の始端３４には、前記Ｕ相インバータ出力信号３１が入力され、Ａ相巻線１４とＢ相巻線１５が直列接続される接続点４０にはＷ相インバータ出力信号３３が入力されていると共に、Ｂ相巻線１５の終端４１にはＶ相インバータ出力信号３２が入力されている。

図４の３相の各インバータ出力信号３１、３２、３３の出力電圧波形から明らかなように、６ステップ駆動の繰り返しとなる。すなわち、第１ステップ駆動では、Ｕ相インバータ出力信号３１が正相でＶ相インバータ出力信号３２が負相、第２ステップ駆動では、Ｕ相インバータ出力信号３１が正相でＶ相インバータ出力３２が負相、第３ステップ駆動では、Ｖ相インバータ出力信号３２が正相でＷ相インバータ出力信号３３が負相、第４ステップ駆動では、Ｕ相インバータ出力信号３１が負相でＶ相インバータ出力信号３２が正相、第５ステップ駆動では、Ｕ相インバータ出力信号３１が負相でＷ相インバータ出力信号３３が正相、第６ステップ駆動では、Ｖ相インバータ出力信号３２が負相でＷ相インバータ出力信号３３が正相として、２相ステップモータ７のロータ１３の１回転駆動が完了する。以後、前述の第１ステップモータから第６ステップの駆動状態を繰り返すことにより、各インバータ出力信号３１、３２、３３の矩形波の周波数に同期して一定速の回転を得ることができる。

次に、図５は、図３で示されるように２相のＡ相巻線１４及びＢ相巻線１５に供給される前記各インバータ出力信号３１、３２、３３の電流の方向を示していると共に、実際に励磁される励磁相の相数を示している。
図６は、図５での２相ステップモータ７の各ステップ駆動状態における励磁相からの励磁シーケンスを示している。
図７は２相ステップモータ７のベクトル図を示しており、この２相ステップモータ７の動作としては、基本ステップ角θに対して、１／２θ→θ→１／２θ→１／２θ→θの繰り返しによって動作し、３相インバータ３０の３相の各インバータ出力信号３１、３２、３３を用いて２相ステップモータ７を定速駆動することができる。但し、前述の駆動方法においては、各インバータ出力信号３１、３２、３３の各出力電圧波形（図４で示す矩形波）の周波数に同期して駆動されるため、回転速度は一定の高精度を維持することができる。すなわち、ＡＣ３相インバータから出力される３相のインバータ出力信号を用いて矩形波の電圧波形の周波数を用いた交流（ＡＣ）駆動であるため、動作ステップ角としては不均一であるが、一定速度の回転を高精度に得ることができる。尚、駆動モータ７としては、前述の構成に限ることなく、ＡＣ、ＤＣ電源入力の駆動ドライバによりパルス入力を行い、パルス周波数に応じた速度で一定角度ずつ回転する周知のステップモータでも適用可であり、何れのモータも過負荷時には脱調して回転が停止し、過負荷状態が解除されれば、再び、自起動トルクにより再駆動状態となる。

前記駆動モータ７の前述の脱調の原理について述べる。
まず、同期運転しているモータにおいて入力信号周波数を徐々に増加していくと、モータはその周波数に同期しながら速度を上昇していくが、ある周波数を越えると同期を脱する（脱調現象）。この時の入力パルス周波数と負荷トルクの関係は２相モータの場合次の数１の１式で与えられる。

この１式より脱出トルクＴｍはωが増加するに従って減少することを示している。この脱出トルク特性は２つのパラメータにより決定される。１つは電気的時定数Ｌ／ｒで、もう一つは永久磁石による鎖交磁束ｎφｍと自己鎖交磁束Ｌ・Ｉｍの比である。電気的時定数は駆動モータ７のインピーダンスにだけ関係する項であるが、もう一つはモータ内部に発生するブレーキ作用に働く。この作用により周波数が増加し脱出トルクが減少してくる。このとき外部からの負荷トルクが脱出トルクを上回った場合駆動モータ７は脱調を起こす。
この脱調状態においては駆動モータ７のロータ１３は入力パルス周波数に同期することができずに停止した状態や微振動した状態で連続的な同期回転はできないが、この時、ステータのＡ相、Ｂ相巻線１４、１５には引き続きパルス周波数が印加され回転磁界を発生させている。この状態で外部からの負荷トルクが減少するか取り除かれて解除された場合、モータの持つ最大自起動周波数以下の周波数においては負荷トルクが駆動モータ７の自起動トルク以下になった時点で入力パルス周波数に同期してロータ１３を再び駆動することができる。
以上の理論に基づき、コンベアローラを駆動することで安全かつ経済的なモータ付きローラコンベア装置を実現できる。

従って、前述の構成において、制御部２０により各駆動モータ７の回転を制御することにより、回転するローラ２上を物体Ｗが矢印の方向に搬送され、各センサ４、５からの物体Ｗの位置の検出信号によって、物体Ｗの搬送に不必要なローラ２に対応した駆動モータ７の駆動を停止させることができ、省エネとなる。

前述の搬送状態において、物体Ｗの搬送が駆動モータ７によって過負荷状態となった場合、駆動モータ７は脱調状態となり停止し、この物体Ｗを除去又は軽いものと交換することにより、脱調状態は解除され、ローラ２は再駆動される。

尚、各駆動モータ７を新品又はトルク等が異なるものと交換する場合には、前記外面６から容易に取外して、再取付けができる。
また、架台３の長さを変更する場合には、図１では架台ユニット３ａ、３ｂが２個であるが、１個又は３個等とすることにより、容易にできる。尚、前記駆動モータ７は、２相ステップモータに限定することなく、３相シンクロナスモータ等も適用可である。

本発明は、コンベアのみではなく、ロボットや遊園地等の各種搬送体にも適用できる。

本発明のモータ付きローラーコンベア搬送装置を示す斜視図である。 図１の駆動モータの拡大一部切欠斜視図である。 図１の駆動モータ（２相ステップモータ）の駆動方法を示す構成図である。 図１の駆動モータ（２相ステップモータ）の各インバータ出力信号とステップ駆動状態を示す波形図である。 図４の３相インバータの電流方向と２相ステップモータの励磁相との関係を示す構成図である。 図１の駆動モータ（２相ステップモータ）の励磁シーケンスを示す構成図である。 図１の駆動モータ（２相ステップモータ）のベクトル軌跡を示す説明図である。

符号の説明

１ ローラコンベア装置
２ ローラ
３ 架台
４ 第１センサ
５ 第２センサ
６ 外面
７ 駆動モータ

Claims (6)

1. 架台(3)の長手方向に沿って複数のローラ(2)を回転自在に設け、前記ローラ(2)を駆動モータ(7)によって回転させることにより、前記ローラ(2)を介して物体(W)を搬送するようにしたモータ付きローラーコンベア搬送装置において、
   １台の前記駆動モータ(7)は、前記架台(3)の外面(6)に設けられていると共に１個のみの前記ローラ(2)を駆動するように構成したことを特徴とするモータ付きローラーコンベア搬送装置。
2. 前記各駆動モータ(7)はオープンループ制御の同期モータよりなり、前記ローラ(2)にて前記物体(W)を搬送中に前記駆動モータ(7)に対して過負荷状態となった場合、前記駆動モータ(7)が脱調し前記ローラ(2)が停止すると共に、前記過負荷が解除した場合、前記駆動モータ(7)が再駆動するように構成したことを特徴とする請求項１記載のモータ付きローラーコンベア搬送装置。
3. 前記物体(W)の通過をセンサ(4、5)で検出し、前記物体(W)を搬送するために必要とするローラ(2)のみ駆動するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ付きローラーコンベア搬送装置。
4. 前記各駆動モータ(7)は、前記外面(6)に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のモータ付きローラーコンベア搬送装置。
5. 前記架台(3)は着脱自在な複数の架台ユニット(3a、3b)からなり、前記各架台ユニット(3a、3b)には、複数の前記ローラ(2)及び前記駆動モータ(7)が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のモータ付きローラーコンベア搬送装置。
6. 前記駆動モータ(7)は、ＡＣ３相インバータ電源を用いた２相ステップモータ又はステップモータよりなることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載のモータ付きローラーコンベア搬送装置。

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