JP2007082307A - 有軌道台車システム - Google Patents

Abstract

【構成】 ステーション付近の固定側に、リニア同期モータの１次コイル１０を設け、スタッカークレーン２０にリニア同期モータのマグネット列４８を設ける。スタッカークレーン２０にリニア誘導モータの１次コイル４２を設け、固定側に２次導体８をステーション間に連続的に設ける。走行車輪４４でスタッカークレーン２０の重量を支持し、ガイドローラ４６でリニア誘導モータやリニア同期モータから働く旋回力を支持し、非接触受電部５２からリニア誘導モータの電力を得る。マグネット列４８でのマグネット位置を検出して、ステーション付近で１次コイル１０を動作させ、ABSリニアセンサ１２でステーションに対するスタッカークレーン２０の絶対位置を検出して停止させる。
【効果】 重量物を高速で高精度にかつクリーンに搬送できる。
【選択図】 図４

Description

この発明はスタッカークレーンや天井走行車、地上走行の有軌道台車などのシステムに関する。

有軌道台車システムでは、リニア誘導モータ（LIM）を用いて、クリーンルーム内などで有軌道台車を走行させることが知られている。有軌道台車システムでは、長い走行距離に渡って有軌道台車が高速で走行し、かつ停止位置の精度を高めることが要求されている。LIMでは停止精度の点を解決できず、これに代えてリニア同期モータ（LSM）を用いると、コスト的に無理が生じる。例えばLSMの制御には台車位置を検出できるリニアセンサが必要であるが、長い走行経路に渡ってリニアセンサを設けると、そのコストが著しくなる。

この発明の課題は、シンプルなシステムで、有軌道台車による長距離・高速・高精度搬送を可能にすることにある。
この発明での追加の課題は、台車のLIMの１次コイルに非接触で固定側から給電することにより発塵を防止し、よりクリーンなシステムとすることにある。
この発明での追加の課題は、台車のLSMでのマグネット列自体を用いて、停止ポイント付近でLSMの同期制御を開始できるようにすることにある。
この発明での追加の課題は、正確にかつさらに高加減速に有軌道台車が停止ポイントに停止できるようにすることにある。
この発明での追加の課題は、有軌道台車と固定側設備との具体的な配置を提供することにある。

この発明の有軌道台車システムは、有軌道台車を走行レールに沿って走行させるシステムであって、固定側に、リニア誘導モータの２次導体を停止ポイント間に配置するとともに、リニア同期モータの１次コイルを停止ポイント付近に設け、有軌道台車にリニア同期モータのマグネット列とリニア誘導モータの１次コイルとを設け、固定側にさらに、停止ポイントに対する有軌道台車の位置を求めて、リニア同期モータを制御するための同期モータ制御手段を設けたことを特徴とする。

好ましくは、固定側に非接触で有軌道台車に給電するための給電レールを設けると共に、有軌道台車に前記給電レールから非接触で受電するための受電手段を設ける。

好ましくは、停止ポイント付近で固定側に、有軌道台車のリニア同期モータのマグネット列でのマグネット位置を磁気的に検出するための磁気センサを設けて、求めたマグネット位置に基づいて、同期モータ制御手段でリニア同期モータの１次コイルを制御する。

好ましくは、リニア誘導モータを制御するための誘導モータ制御手段を有軌道台車に設けると共に、停止ポイント付近で、前記誘導モータ制御手段によりリニア誘導モータを制御し、かつ同期モータ制御手段によりリニア同期モータを制御して、リニア誘導モータとリニア同期モータの双方を用いて有軌道台車を加減速させ、かつ前記停止ポイントから所定距離内でリニア誘導モータを停止させて、リニア同期モータのみにより有軌道台車を停止ポイントに停止させる。

好ましくは、固定側に左右一対の走行レールを設けると共に、該左右の走行レール間にリニア誘導モータの２次導体とリニア同期モータの１次コイルを左右方向位置をずらせて配置し、有軌道台車に、左右の走行車輪を設けて左右の走行レールで支持させると共に、左右いずれかの走行レールの側面で支持されるガイドローラを設けて、有軌道台車を左右方向に位置決めし、かつ左右の走行車輪間にリニア誘導モータの１次コイルとリニア同期モータのマグネット列とを配置する。

この発明の有軌道台車システムでは、停止ポイントへの停止をリニア同期モータで行うので、停止ポイントに正確に停止できる。また停止ポイント間ではリニア誘導モータで有軌道台車の速度を保って走行させるので、例えば停止ポイント間にはリニア同期モータの１次コイルを設ける必要がない。リニア誘導モータでは１次コイルを有軌道台車に設けるので、走行距離が長い場合でも固定側にはアルミ板などの２次導体を設けるだけでよい。このため、全体として、高速で走行でき、かつ停止ポイントに高精度に停止できるクリーンなシステムをシンプルに設置できる。また停電時などには、有軌道台車の現在位置が不明でも、リニア誘導モータを用いて有軌道台車の走行を再開できる。

固定側に非接触で有軌道台車に給電するための給電レールを設けると共に、有軌道台車に前記給電レールから非接触で受電するための受電手段を設けると、給電部からの発塵を防止して、さらにクリーンなシステムにできる。

また停止ポイント付近で固定側に、有軌道台車のリニア同期モータのマグネット列でのマグネット位置を磁気的に検出するための磁気センサを設けて、求めたマグネット位置に基づいて、同期モータ制御手段でリニア同期モータの１次コイルを制御すると、リニア同期モータのマグネット列自体を用いて、マグネットの位置を検出し、リニア同期モータを制御することができる。

さらに、リニア誘導モータを制御するための誘導モータ制御手段を有軌道台車に設けると共に、停止ポイント付近で、前記誘導モータ制御手段によりリニア誘導モータを制御し、かつ同期モータ制御手段によりリニア同期モータを制御して、リニア誘導モータとリニア同期モータの双方を用いて有軌道台車を加減速させ、さらに前記停止ポイントから所定距離内でリニア誘導モータを停止させて、リニア同期モータのみにより有軌道台車を停止ポイントに停止させると、リニア同期モータのみの出力よりも大きな加減速度で有軌道台車を加減速できる。また停止位置の精度はリニア同期モータで定まるので、正確に停止ポイントに停止できる。

固定側に左右一対の走行レールを設けると共に、該左右の走行レール間にリニア誘導モータの２次導体とリニア同期モータの１次コイルを左右方向位置をずらせて配置し、有軌道台車に、左右の走行車輪を設けて左右の走行レールで支持させると共に、左右いずれかの走行レールの側面で支持されるガイドローラを設けて、有軌道台車を左右方向に位置決めし、かつ左右の走行車輪間にリニア誘導モータの１次コイルとリニア同期モータのマグネット列とを配置すると、リニア同期モータやリニア誘導モータから有軌道台車に働く左右方向への力のモーメントをガイドローラで支持して、有軌道台車の左右方向位置を保つことができる。そしてリニア同期モータやリニア誘導モータは、有軌道台車の左右方向中心位置になるべく近い位置に配置できるので、これらから有軌道台車に作用する力のモーメントを小さくできる。

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８に、実施例とその変形とを示す。図において、２は有軌道台車システムで、ここではクリーンルーム内で液晶基板を複数枚収容したカセットを搬送するシステムを考える。４，５は走行レールで、６は非接触給電用の給電レールであり、８はリニア誘導モータ（LIM）の２次導体で、１０はリニア同期モータ（LSM）の１次コイルである。１２はABSリニアセンサで、ステーション１４の停止位置に対するスタッカークレーン２０の絶対位置を検出し、１６は制御部で、有軌道台車システム２の全体を制御する。また１８はステーション制御部で、ABSリニアセンサ１２などの信号を用い、リニア同期モータの１次コイル１０などを制御する。

２０はスタッカークレーンで、２２は昇降台で、マスト２４に沿って昇降し、スライドフォークなどの移載手段２６を用いて、液晶基板などを収容したカセット２８を移載する。３０は機上のクレーン制御部である。ステーション１４，１４間には図示しないラックを設け、ラックの棚にカセット２８を保管しても良い。

ここでは有軌道台車としてスタッカークレーン２０を示したが、これに代えて天井走行車や、他の地上走行の有軌道台車などを用いても良い。また走行レール４，５の全長は例えば１００〜５００m程度で、スタッカークレーン２０の定常走行速度は例えば分速１００〜３００m程度である。ここでは走行レール４，５の左右両端に一対のステーション１４，１４を設ける例を示したが、その数は任意である。ステーション１４はスタッカークレーン２０が物品の移載のために停止する場所との意味で、処理装置や検査装置などのロードポートでも、あるいは他の搬送装置への移載ポイントなどでも良い。リニア同期モータの１次コイル１０はステーション１４毎にその付近に設け、図１のステーション１４，１４間にラックなどを配置する場合、ラックの各棚に対応して１次コイル１０を設ける。２次導体８はここではスタッカークレーン２０の走行経路の全長に渡って設けるが、ステーション１４付近ではリニア同期モータのみを用いるようにして、２次導体８を設けなくても良い。さらにステーション１４のABSリニアセンサ１２の走行方向中心が、スタッカークレーン２０の目標停止位置、即ち停止ポイントとなる。

図２などに示すように、一方の走行レール４に沿って通信レール３２を設ける。また非接触給電用の給電レール６は、例えば走行レール４，５の左右方向外側に配置する。これに対して２次導体８や１次コイル１０は、走行レール４，５の間に左右方向の位置をずらせて配置する。また例えば各１次コイル１０毎にマグネット位置センサ３４を設けて、スタッカークレーン２０に設けたマグネット列４８の個々のマグネットの位置を検出できるようにする。マグネット位置センサ３４は例えば、コイルを複数個走行方向に沿って配置し、マグネット列４８のマグネットとの位置関係により、コイルを流れる電流が変化することを用いるものなどとする。あるいはホール素子などにより、マグネット列４８のマグネットを検出しても良い。ABSリニアセンサ１２は停止位置から所定範囲内でスタッカークレーン２０の位置を検出し、１次コイル１０を制御するサーボ機構３６は、リニアセンサ１２の絶対位置信号Pを利用できるようになるまでは、マグネット位置センサ３４の信号を用い、リニアセンサ１２の信号Pを利用できる場合は、それに従って１次コイル１０を制御する。

図３などに示すように、スタッカークレーン２０の台車４０には、前後左右の走行車輪４４を設けて、走行レール４，５によりスタッカークレーン２０の重量を支持させる。走行レール４の側には通信レール３２が配置されているので、走行レール５の左右の両側面を台車４０のガイドに用い、ガイドローラ４６により台車４０の左右方向位置をガイドする。また左右の走行車輪の間に、リニア誘導モータの１次コイル４２を設けると共に、リニア同期モータのマグネット列４８を設ける。マグネット列４８はここでは永久磁石の列とするが、電磁石の列などを用いても良い。５０は被検出プレートで、走行方向に沿って形状が変化する磁性体のプレートや、永久磁石の列を搭載したプレートなどとし、リニアセンサ１２でステーションでの停止位置に対する台車４０の絶対位置を検出するために用いる。例えばリニアセンサ１２の検出範囲は、目標停止位置に対して±５００mm程度とする。５２は非接触受電部で、給電レール６から非接触給電を受け、電源PWにより１次コイル４２や昇降台、移載手段などを動作させる。なお給電レール６中の給電線を通信線として兼用しても良い。５４はエンコーダで、走行車輪４４の回転数を検出し、目標停止位置に対する概算の現在位置を算出するために用いる。５６は通信部で、通信レール３２に設けた複数の通信線との間で、非接触により無線通信を行う。

図４に台車４０に対する固定側設備の配置を示す。左右の走行レール４，５の外側に給電レール６とABSリニアセンサ１２とがあり、走行レール４，５の間に２次導体８と１次コイル１０とを設ける。２次導体８と１次コイル１０とを共に台車４０の左右方向中心部に配置することは困難なので、リニア同期モータやリニア誘導モータから台車４０を左右方向に旋回させる力のモーメントが働く。このモーメントを小さくするため、２次導体８や１次コイル１０を台車４０に対して左右方向中心部付近に配置する。そして力のモーメントは、左右のガイドローラ４６，４６を走行レール５の左右の側面で支持することにより打ち消す。次に走行レール４は通信レール３２の支持に兼用し、通信レール３２の上部に通信部５６を設けて、有軌道台車システムの制御部などとの間の通信を行う。

図５にABSリニアセンサ１２の構造を示すと、被検出プレート５０は例えば複数個の永久磁石６０〜６３を走行方向に沿って配列したものとし、これらの永久磁石６０〜６３は１つずつ極性が反転するように配置してある。リニアセンサ１２には複数個のコイルを走行方向に沿って配置し、永久磁石６０〜６３との位置関係により、各コイル６６のインピーダンスが変化することを用いて、目標停止位置に対する絶対位置を検出する。スタッカークレーン２０の目標停止精度を例えば±１mm程度とすると、リニアセンサ１２では精度０.１mm程度で絶対位置を検出できると良い。リニアセンサ１２は永久磁石６０〜６３のサイズの1/256〜1/1000程度の誤差で絶対位置を検出できるので、例えば走行方向の長さが２０〜１００mm程度の永久磁石を走行方向に沿って配置すると、目標停止位置の両側５００mmでの絶対位置を検出できる。６４は磁気シールドで、アルミニウムや銅などの導体を用い、１次コイル１０，４２などからの磁界の影響を遮断するためのものである。

図２にはマグネット位置センサ３４の位置のみを示して構造を示さなかったが、例えばリニアセンサ１２と同様の構造とすればよい。例えばマグネット列４８に向かい合うように検出用のコイルを複数個走行方向に沿って配置し、マグネット列での個々のマグネットとの位置関係に応じてコイルのインピーダンスが変化することを用いる。この場合、マグネット列４８では個々のマグネットのサイズが大きく、かつ付近の１次コイル１０などからの磁気的なノイズが大きいため、検出精度は例えば±１mm程度となる。従ってステーションへの停止精度が低くても良い場合は、マグネット位置センサ３４により全停止制御を行うことができ、リニアセンサ１２は不要である。またマグネット位置センサ３４で簡便に１次コイル１０に対するマグネット列でのマグネットの位置を検出し、マグネット位置に対して１次コイル１０への電流を同期させるように、リニア同期モータを制御することができる。

図６に実施例での目標停止位置への停止制御を示す。スタッカークレーンはステーション以外の区間ではリニア誘導モータにより一定速度で走行するように制御され、ステーションの手前例えば１０m付近からリニア誘導モータとリニア同期モータの双方を用いて減速制御する。リニア誘導モータを制御するクレーン制御部には、エンコーダから求めた位置に対する速度の目標パターンが与えられており、目標パターンからの速度差を解消するようにリニア誘導モータをフィードバック制御する。リニア同期モータに対しては、マグネット位置センサでマグネット列でのマグネットの位置を検出し、サーボ機構３６でマグネット位置に同期して１次コイルを制御することにより減速する。この結果、リニア誘導モータとリニア同期モータの２つのモータを用いて、大きな減速度で定常走行速度から分速１０〜５０m程度の速度まで減速する。

この程度まで減速した際に、スタッカークレーンはABSリニアセンサにより絶対位置を検出できる範囲に入り、ここでリニア誘導モータを徐々に停止させると共に、リニア同期モータの制御をマグネット位置センサからABSリニアセンサによるフルクローズ制御に切り替え、目標位置で停止させる。これらの結果、定常走行速度から短時間で停止でき、かつ停止精度はABSリニアセンサとリニア同期モータで定まるため、例えば±１mm程度の高精度で停止できる。

ステーションから発進する場合、例えばリニア同期モータとリニア誘導モータの双方を用いて大きな加速度で発進し、リニア同期モータの１次コイルがない区間では、リニア誘導モータのみを用い、ステーション間では一定の速度で走行するようにリニア誘導モータを駆動する。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) ステーション１４の付近にのみ、リニア同期モータの１次コイル１０やリニアセンサ１２を設ければよい。
(2) 停止や発進する際の加減速度を高くでき、しかも停止精度が高く、さらにステーション間を定速走行できる。
(3) 非接触給電を行うので発塵が少なく、また非接触給電により得た電力をリニア誘導モータや昇降台の昇降、移載手段の動作などに利用できる。
(4) スタッカークレーンに設けたマグネット列をマグネット位置センサで検出してリニア同期モータを動作させるので、リニアセンサ１２を配置する範囲を狭くできる。
(5) リニア誘導モータやリニア同期モータからスタッカークレーンに働く旋回力をなるべく小さくし、かつガイドローラによりこれらの旋回力に対して、スタッカークレーンの左右方向位置を保つことができる。

図７にスタッカークレーンの変形を示すと、例えばマスト２４の高さが３０m以上ある場合、上部レール７０と上部台車７２とを設け、ステーション付近では、上部レール７０にリニア同期モータの１次コイル７４やABSリニアセンサ、マグネット位置センサを設ける。上部台車７２にはリニア同期モータのマグネット列を設け、例えばリニア誘導モータは設けない。すると上下の台車４０，７２を結ぶ線を鉛直に保ったまま停止あるいは発進させることが容易になり、スタッカークレーンを停止させた際の上部台車７２の振動を小さくできる。これ以外に上下の台車４０，７２を節とする振動モードが残るが、この振動は比較的減衰しやすい。このため背の高いスタッカークレーンでも、停止後に振動が収まって物品の移載が可能になるまでの待ち時間を短くできる。

図８は、リニア誘導モータやリニア同期モータからの磁気ノイズを小さくするようにした、ABSリニアセンサの変形例を示す。ここではコイル６６をアルミニウムや銅などの導体シールド７６で囲って、永久磁石６０などと向かい合わせる。ステーションの付近ではスタッカークレーンの速度が低く、コイル６６から見て永久磁石６０はほぼ停止しているように見える。このためコイル６６と永久磁石６０との間に導体シールド７６が存在しても、コイル６６と永久磁石６０をシールド７６を透過するように磁気的に結合し、コイル６６で永久磁石６０の位置を例えば磁石サイズの1/256や1/1024などの分解能で検出できる。これに対してリニアモータの１次コイルからの磁界は、導体シールド７６で渦電流としてシールドされ、コイル６６には影響しない。

実施例の有軌道台車システムの平面図 実施例でのステーション付近の固定側設備の配置を示す平面図 実施例での有軌道台車としてのスタッカークレーンの底面図 実施例でのステーション付近のスタッカークレーンと固定側設備の正面図 実施例でのABSリニアセンサと被検出プレートとの水平面断面図 実施例でのステーションへの停止制御を示す図 変形例の有軌道台車システムの要部側面図 変形例のABSリニアセンサと被検出プレートとの水平面断面図

符号の説明

２ 有軌道台車システム
４，５ 走行レール
６ 給電レール
８ ２次導体
１０ １次コイル
１２ ABSリニアセンサ
１４ ステーション
１６ 制御部
１８ ステーション制御部
２０ スタッカークレーン
２２ 昇降台
２４ マスト
２６ 移載手段
２８ カセット
３０ クレーン制御部
３２ 通信レール
３４ マグネット位置センサ
３６ サーボ機構
４０ 台車
４２ １次コイル
４４ 走行車輪
４６ ガイドローラ
４８ マグネット列
５０ 被検出プレート
５２ 非接触受電部
５４ エンコーダ
５６ 通信部
６０〜６３ 永久磁石
６４ 磁気シールド
６６ コイル
７０ 上部レール
７２ 上部台車
７４ １次コイル
７６ 導体シールド

C 制御信号
T 通信データ
enc エンコーダデータ
PW 電源
P 絶対位置信号

Claims (5)

1. 有軌道台車を走行レールに沿って走行させるシステムであって、
   固定側に、リニア誘導モータの２次導体を停止ポイント間に配置するとともに、リニア同期モータの１次コイルを停止ポイント付近に設け、
   有軌道台車にリニア同期モータのマグネット列とリニア誘導モータの１次コイルとを設け、
   固定側にさらに、停止ポイントに対する有軌道台車の位置を求めて、リニア同期モータを制御するための同期モータ制御手段を設けた、ことを特徴とする、有軌道台車システム。
2. 固定側に非接触で有軌道台車に給電するための給電レールを設けると共に、有軌道台車に前記給電レールから非接触で受電するための受電手段を設けたことを特徴とする、請求項１の有軌道台車システム。
3. 停止ポイント付近で固定側に、有軌道台車のリニア同期モータのマグネット列でのマグネット位置を磁気的に検出するための磁気センサを設けて、
   求めたマグネット位置に基づいて、同期モータ制御手段でリニア同期モータの１次コイルを制御するようにしたことを特徴とする、請求項１または２の有軌道台車システム。
4. リニア誘導モータを制御するための誘導モータ制御手段を有軌道台車に設けると共に、
   停止ポイント付近で、前記誘導モータ制御手段によりリニア誘導モータを制御し、かつ同期モータ制御手段によりリニア同期モータを制御して、リニア誘導モータとリニア同期モータの双方を用いて有軌道台車を加減速させ、
   さらに前記停止ポイントから所定距離内でリニア誘導モータを停止させて、リニア同期モータのみにより有軌道台車を停止ポイントに停止させるようにしたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの有軌道台車システム。
5. 固定側に左右一対の走行レールを設けると共に、該左右の走行レール間にリニア誘導モータの２次導体とリニア同期モータの１次コイルを左右方向位置をずらせて配置し、
   有軌道台車に、左右の走行車輪を設けて左右の走行レールで支持させると共に、左右いずれかの走行レールの側面で支持されるガイドローラを設けて、有軌道台車を左右方向に位置決めし、かつ左右の走行車輪間にリニア誘導モータの１次コイルとリニア同期モータのマグネット列とを配置したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの有軌道台車システム。

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