JP2005195391A - 搬送台車 - Google Patents

Abstract

【構成】 天井走行車にリニアセンサを設けて、走行レールに設けた被検出プレートを用い、絶対位置を認識する。給電線からのノイズを除くため、検出コイルを磁性体リングで囲い、かつ並列に接続した一対の検出コイルで、給電線からの外部磁界による誘導起電力の向きが逆になるようにして、誘導起電力をキャンセルする。
【効果】 給電線からのノイズを除き、リニアセンサで絶対位置を検出できる。
【選択図】 図６

Description

この発明は、スタッカークレーンや有軌道台車、天井走行車などの、走行レールに沿って給電を受けながら走行する搬送台車に関し、特に搬送台車に搭載する位置認識用のリニアセンサに関する。

特許文献１〜３は、磁性体や反磁性体などの磁気的マークとコイルとの磁気的な結合が、磁気的マークの位置により変化することを用いた、リニアセンサを開示している。例えば複数のコイルを直列に接続して交流を加えると、磁気的マークとコイルとの位置により、各コイルの電圧が変化する。コイルへの電圧を検出すると、磁気的マークに対するコイルの位置を表す位相をθ、コイルを流れる交流の角速度をωとして、sinθ・sinωｔやcosθ・sinωｔに比例する信号を得ることができる。またプレート状の磁気的マークを挟むようにコイルのペアを設け、一方のコイルに通電して他方のコイルの誘導起電力を測定しても良い。この場合、２つのコイルは磁気的マークとなるプレートを介して磁気的に結合され、誘導起電力はコイルの間のプレートの位置により変化する。そして左右のコイルのペアを複数設けて信号処理を行うと、sinθ・sinωｔやcosθ・sinωｔに比例する信号を得ることができる。

発明者らはこのようなリニアセンサを搬送台車の位置認識に用いることを検討し、リニアセンサが給電線からの激しいノイズにさらされることを見出した。例えば給電を非接触給電で行うと、給電線には交流電流が流れており、それによる誘導起電力が強いノイズとなった（図９，図１１，図１３）。接触給電で直流で給電するとノイズは小さくなるが、それでも給電線とブラシとの接触部で生じる火花やモータなどからの漏れ磁束でノイズが生じた。リニアセンサのノイズが大きくなった原因は、センサの付近に給電線などが有ることや、地上側に設けた固定の磁気的マークをリニアセンサのコイルで検出するので、リニアセンサの周囲に磁気的シールドを施すことが難しいことにある。
特開２００１−１７４２０６号公報 特開２００３−１３９５６３号公報 特開２００３−１５６３６４号公報

この発明の課題は、搬送台車のリニアセンサに対する外部磁界によるノイズを小さくすることにある（請求項１〜３）。

この発明は、複数の検出コイルを備え、該複数の検出コイルと被検出プレートとの磁気的な結合の変化から、地上側の被検出プレートに対する位置を検出するようにしたリニアセンサを設けた搬送台車であって、給電線等からのリニアセンサの外部からの磁界による前記各検出コイルへの誘導起電力が対毎に互いに打ち消し合うように、前記複数の検出コイルを対にして接続したことを特徴とする（請求項１）。

好ましくは、前記各検出コイルの側面を磁性体で囲う（請求項２）。
また好ましくは、リニアセンサは被検出プレートを挿通させる開口を有すると共に、他の部分を磁性体のカバーで囲ったものとする。
また好ましくは、リニアセンサは、被検出プレートを挟むように、被検出プレートの左右に各複数のコイルを設けて、少なくともその一部を検出コイルとする。

またこの発明は、複数の検出コイルを備え、該複数の検出コイルと被検出プレートとの磁気的な結合の変化から、地上側の被検出プレートに対する位置を検出するようにしたリニアセンサを設けた搬送台車であって、少なくとも各検出コイルの側面を磁性体で囲ったことを特徴とする（請求項３）。

この発明では、検出コイルを対にして、給電線などの外部からの磁界による前記各検出コイルへの誘導起電力が対毎に打ち消し合うように接続する（請求項１）。このため、外部磁界の影響を対毎に除くことができ、例えば給電線の電源周波数成分のノイズをほぼ除くことができる（図１０，図１１参照）。この発明では、被検出プレートを用いた絶対位置の検出が容易になり、搬送台車の走行制御が容易になる。

ここで検出コイルの側面を磁性体で囲うと、ノイズをさらに小さくできる（請求項２）。

またこの発明では、検出コイルの側面を磁性体で囲うので、検出コイルに生じるノイズを軽減できる（請求項３）。これによってノイズは電圧換算で例えば１／２程度に減少し（図８，図９参照）、絶対位置の検出が容易になる。

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図１３に実施例とその特性を示す。図１に、走行レール２や給電レール５，６と天井走行車７との関係を示す。走行レール２は吊りボルト４などにより、クリーンルームの天井などから吊り下げられ、走行レール２の下部に左右の給電レール５，６が例えば嵌着して取り付けられている。天井走行車７は走行部８と、給電部１０並びに天井走行車本体１４とからなり、天井走行車本体１４には横送り部１６と昇降駆動部１８並びに昇降台２０がある。そして横送り部１６で昇降駆動部１８と昇降台２０を走行レール２に対して直角方向に横送りし、昇降駆動部１８で昇降台２０を昇降させ、かつ昇降台２０を水平面内で回動させる。また昇降台２０は図示しない半導体カセットなどの搬送物品をチャックし、あるいはその底面を支持して搬送する。

走行部８には例えば左右一対の走行車輪２２，２２を設け、上部には例えば左右一対のガイドローラ２４，２４を設けると共に、その両外側に分岐用ローラ２５，２６を設け、ガイドレール２８でガイドする。分岐用ローラ２５，２６は昇降部３０により昇降自在で、ガイドレール２８でガイドされる位置とガイドされない位置の間を昇降し、これによって分岐部での分岐と直進などを制御する。３２は天井走行車本体１４に固定した固定軸で、天井走行車本体１４の重量を走行部８に伝え、これと同軸の回動軸３４を走行部８に取り付けて、走行レール２の下部の開口から下に延ばす。回動軸３４は走行車輪２２の軸と共に回動する。また軸受け３６で、固定軸３２と走行部８とを回動自在に接続する。

給電部１０では回動軸３４の左右に受電ユニット１２，１２があり、例えば断面Ｅ字状の磁性体コア３８を設けて、受電コイル４０により受電し、整流回路などを搭載した基板４２により、天井走行車７の電源とする。給電レール５，６には給電線と通信線兼用のリッツ線４４を例えば上下一対配置し、上下のリッツ線４４，４４はループになっている。停止位置などの教示のために、上下のリッツ線４４，４４の奧側（左右方向外側）にドッグ４６を設ける。

４８はリニアセンサで、例えば天井走行車本体１４などに設け、その原理自体は特許文献１〜３などにより公知である。５０は被検出プレートで、磁性体や反磁性体などのプレートからなり、走行レール２などに取り付け、リニアセンサ４８の内部を通過する。そして被検出プレート５０をリッツ線４４からなるべく離して、リニアセンサ４８のノイズを小さくする。リニアセンサ４８は被検出プレート５０に対する位置を検出し、被検出プレート５０の位置が既知であれば、天井走行車７の絶対位置が判明する。

リニアセンサ４８の構造を図２に示す。リニアセンサ４８には、被検出プレート５０を挟むように、その左右両側に例えば各８個の検出コイル５２ａ〜５３ｄが直線状に配置されている。なお検出コイルの個数は８個に限らず偶数個とし、特に８個，１２個，１６個などが好ましい。検出コイルには検出コイル５２ａ〜５２ｄと検出コイル５３ａ〜５３ｄの２つの種類があり、図に実線で示すように隣り合った２つの検出コイル、例えば検出コイル５２ａと検出コイル５３ａが並列に接続されて、ペアをなしている。そして検出コイル５２ａ〜５２ｄと検出コイル５３ａ〜５３ｄとの違いは、リッツ線からの外部磁界による誘導起電力の極性が反転するようにしてあることで、例えば検出コイル５２ａ〜５２ｄと検出コイル５３ａ〜５３ｄとで、コイルの巻き方を逆にしてある。コイルの巻き方を同じにして、コイルの被検出プレート５０寄りの端子（表面側の端子）とその逆の端子（底面側の端子）との接続を、検出コイル５２ａ〜５２ｄと検出コイル５３ａ〜５３ｄとで反対にしても良い。

検出コイル５２ａ〜５３ｄのペアは、隣り合った検出コイル同士には限らない。例えば図２の鎖線で示すように、検出コイル（５２ａ，５２ｃ）、（５３ａ，５３ｃ）、（５２ｂ，５２ｄ）、（５３ｂ，５３ｄ）のように、間に検出コイル数個分のピッチでペアにしても良い。隣り合った検出コイルをペアとすると、リニアセンサ全体で１ピッチとなり、その有効長を例えば４００mmとして、分解能は４００／２^１６ で約６μｍとなり、３個置きの検出コイルをペアとすると、リニアセンサは全体で２ピッチとなり、分解能は２００／２^１６ で約３μｍとなる。

５４は各検出コイル５２ａ〜５２ｄ，５３ａ〜５３ｄの側面を囲う磁性体リングで、側面の他に底面も覆っても良い。磁性体リング５４は、リニアセンサ４８の上部や両端の開口部から侵入した外部磁界が、検出コイル５２ａ〜５３ｄまで達しにくくするためのシールドである。実施例では、リニアセンサ４８のカバーを磁性体カバー５６で構成して、被検出プレート５０が通過するための上部と両端の開口以外の部分を、磁性体カバー５６で磁気的にシールドする。この結果、外部磁界は主としてリニアセンサ４８の上部の開口と両端の開口から侵入し、これを磁性体リング５４でシールドする。

被検出プレート５０は検出コイル５２ａ〜５３ｄとの磁気的な結合により、地上に対する天井走行車の絶対位置を検出するための部材である。被検出プレート５０には鋼などの磁性体を用いても良く、あるいはその逆に銅やアルミニウムなどの反磁性体を用いても良い。また実施例では、被検出プレート５０の厚みや幅が両端から中央部へかけて変化することにより、位置を検出できるようにする。被検出プレート５０の形状は任意で、例えば長方形状の磁性体上に、適宜の形状の反磁性体を所定のピッチで配列したものなどでも良い。

図３，図４に磁気シールドに関する変形例を示す。この例では、被検出プレート５０の上部に磁性体からなる磁気シールド５８を設け、リニアセンサ４８の上部の開口を磁気シールド５８で囲って磁気的にシールドする。

図５に、リニアセンサ４８の回路構成を示す。検出コイル５２ａ〜５３ｄは種類の異なるコイルを１個ずつ対にして並列に接続した合計４対のペアに対して、交流電源６０から交流を加える。交流電源６０の周波数はリッツ線４４の周波数（例えば９ＫＨz）と離れたものが好ましく、実施例では２.５ＫＨｚとした。検出コイル５２ａ〜５２ｄと検出コイル５３ａ〜５３ｄとではコイルの巻き方が逆なので、同じ向きの外部磁界を受けると、誘導起電力の正負が逆になる。リッツ線の周波数を例えば９ＫＨｚとすると、１波長は３０ｋｍ程度となり、リニアセンサ４８は全長が数１０ｃｍ程度のオーダーなので、隣り合った、あるいは途中に検出コイル数個分のスペースを置いた、検出コイル間での外部磁界の位相の差は無視できる。このため並列に接続した一対のコイルは逆向きの誘導起電力を出力し、ペアの内部で給電線からの外部磁界による誘導起電力が打ち消し合って、ノイズを小さくできる。なお図５の出力信号はロックインアンブなどで処理し周波数がωから異なる成分を除くようにしている。しかしながら検出コイルの段階で給電線の影響を除くことにより、より正確な測定を行うことができる。

８個の検出コイル５２ａ〜５２ｄ，５３ａ〜５３ｄは、被検出プレート５０の進行方向に沿って直線状に配列され、２個ずつペアをなしている。そして４個のペアの出力電圧が信号処理回路６４で処理され、sinθ・sinωｔや、cosθ・sinωｔの出力が得られ、信号θから被検出プレート５０に対する位置が判明する。なお信号処理回路６４自体は特許文献１〜３などにより公知である。被検出プレート５０と検出コイル５２ａ〜５２ｄ，５３ａ〜５３ｄとの間隔により、検出結果は僅かながら影響を受ける。そこでこのようなノイズを防止するため、被検出プレート５０の両側に検出部６２を設け、リニアセンサ４８の左右方向中心部から検出コイル５０が左右にシフトしても、影響が小さくなるようにする。

図６，図７に、検出コイル５２ａ，５３ａの対（ペア）での接続例を示す。なおコイル間の接続は、他の対でも同様である。図６では２つの検出コイル５２ａ，５３ａを並列に接続し、交流電源から電源ｉを加える。外部磁界Ｈoutの影響は検出コイル５２ａと５３ａとでは逆で、それらの誘導起電力をｅa，ｅbとすると、ｅb≒−ｅaとなり、外部磁界による誘導起電力を打ち消すことができる。図７では、２つの検出コイル５２ａ，５３ａを直列に接続している。このため、逆極性の誘導起電力ｅa，ｅbを直列に接続したことになり、同様に外部磁界による誘導起電力を打ち消すことができる。

実施例では巻き方の異なる２つの検出コイルを用いたが、同じ巻き方の検出コイルを用い、結線のみを変えて外部磁界による誘導起電力を打ち消すようにしても良い。同じ巻き方の一対のコイルを並列に接続し、一方のコイルの表面側（被検出プレート側）に他方の底面側（被検出プレートと反対の側）を接続し、同様に一方のコイルの底面側に他方のコイルの表面側を接続する。このようにしても外部磁界による誘導起電力を打ち消すことができる。

実施例では被検出プレートの左右双方に検出コイルを配置した。これに代えて、被検出プレートの左右の一方に検出用磁界の発生用コイルを複数個配置し、他方に検出コイルを複数個配置しても良い。この場合も全てのコイルを図２の磁性体リング５４で囲うことが好ましい。外部磁界の影響を打ち消すには、この場合も検出コイルを２個ずつペアとし、ペア内で検出コイルのコイルの巻き方を逆にしたり、一方のコイルの底面側に他方のコイルの表面側を接続し、一方のコイルの表面側に他方のコイルの底面側を接続するなどにより、外部磁界の影響を打ち消すことができる。

図８〜図１３に、従来例と比較しながら実施例の特性を示す。図８，図９は各１個の検出コイルの出力電圧を示し、図８は実施例の磁性体リングを用いた例で、図９は磁性体リングを用いない例である。図８，図９共に９ＫＨｚの強い信号があり、これはリッツ線への交流によるものである。図８では、９ＫＨｚ成分の振幅は１.２２Ｖで、実効電圧は６３０ｍＶである。これに対して図９の従来例（磁性体リング無し）では、振幅は２.５５Ｖで、実効電圧は１.２８Ｖと約２倍であり、電力に換算すると磁性体リングによりノイズを１／４にできた。

図１０，図１１は、一対の検出コイルからの出力（磁性体リング無し）を示す。ここでは検出コイルをペアにした際の外部磁界の影響を検討するが、実施上は磁性体リングと検出コイルをペアにすることを併用するのが好ましい。図１０，図１１では、並列のコイルを流れる電流値を増幅しているため、電圧換算では図９の従来例の約２倍のノイズが生じている（図１１）。一対のコイルを誘導起電力を打ち消すように接続すると（図１０）、９ＫＨｚの成分がほぼ消失し、ノイズ電圧の振幅は図１１の約１／２となった。また図１０のノイズは周波数特性の小さなホワイトノイズに近い。

図１０，図１１のデータを高速フーリエ変換してパワースペクトルとし、これを図１２，図１３に示す。なお縦軸の目盛の位置自体は任意である。図１３の従来例では９ＫＨｚに強い信号があり、図１２での９ＫＨｚの位置の信号と比較すると、９ＫＨｚ成分のパワーは３０dＢ以上減少している。このように一対の検出コイルをペアとし、ペア内で外部磁界による誘導起電力を打ち消すようにすると、リッツ線によるノイズをほぼ除くことができる。

実施例のリニアセンサでは、停止位置付近の地上側などに被検出プレートを設ける。天井走行車が低速で被検出プレートを通過するとすると、例えば±１０μｍの精度で天井走行車の絶対位置を検出できる。このため天井走行車の停止位置の精度を増すことができ、さらに減速から停止の過程で正確に現在位置を認識できるので、停止前の微速走行を不要にして走行時間を短縮し、あるいは停止前の速度パターンから停止後の振動の有無を予測し、停止前に制振できる。

実施例は天井走行車について示したが、地上走行の有軌道台車やスタッカークレーンなどでもよく、走行レールの付近に給電線を設けて接触または非接触で給電を受けながら走行する搬送台車であればよい。

実施例で用いた搬送台車と走行レール及び給電レールを示す要部断面図 実施例で用いたリニアセンサの長手方向断面図 被検出プレートに磁気シールドを設けた変形例の側面図 図３の変形例の正面図 実施例でのリニアセンサの結線を示すブロック図 実施例のリニアセンサでの並列コイル間の結線を示す図 コイルを直列に接続した変形例でのコイル間の結線を示す図 磁性体リングによりコイルの側面をシールドした際の、出力波形を示す特性図 従来例での出力波形を示す特性図 並列コイルを実施例に従って結線した際の、出力波形を示す特性図 並列コイルを従来例に従って結線した際の、出力波形を示す特性図 図１０の波形を高速フーリエ変換した際のパワースペクトルを示す特性図 図１１の波形を高速フーリエ変換した際のパワースペクトルを示す特性図

符号の説明

２ 走行レール
４ 吊りボルト
５，６ 給電レール
７ 天井走行車
８ 走行部
１０ 給電部
１１ 通信部
１２ 受電ユニット
１４ 天井走行車本体
１６ 横送り部
１８ 昇降駆動部
２０ 昇降台
２２ 走行車輪
２４ ガイドローラ
２５，２６ 分岐用ローラ
２８ ガイドレール
３０ 昇降部
３２ 固定軸
３４ 回動軸
３６ 軸受け
３８ 磁性体コア
４０ 受電コイル
４２ 基板
４４ リッツ線
４６ ドッグ
４８ リニアセンサ
５０ 被検出プレート
５２ａ〜ｄ 検出コイル
５３ａ〜ｄ 検出コイル
５４ 磁性体リング
５６ 磁性体カバー
５８ 磁気シールド
６０ 交流電源
６２ 検出部
６４ 信号処理回路

Claims (3)

1. 複数の検出コイルを備え、該複数の検出コイルと被検出プレートとの磁気的な結合の変化から、地上側の被検出プレートに対する位置を検出するようにしたリニアセンサを設けた搬送台車であって、
   リニアセンサの外部からの磁界による前記各検出コイルへの誘導起電力が対毎に互いに打ち消し合うように、前記複数の検出コイルを対にして接続したことを特徴とする、搬送台車。
2. 前記各検出コイルの側面を磁性体で囲ったことを特徴とする、請求項１の搬送台車。
3. 複数の検出コイルを備え、該複数の検出コイルと被検出プレートとの磁気的な結合の変化から、地上側の被検出プレートに対する位置を検出するようにしたリニアセンサを設けた搬送台車であって、
   少なくとも各検出コイルの側面を磁性体で囲ったことを特徴とする、搬送台車。

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