JP2019051997A - 運搬機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩｏＴ等の技術を、工場だけでなく農業や漁業等にも広く用いる方法を提供すること。【解決手段】非磁性チューブ内に、任意地点でエネルギー伝送が可能なエネルギー送出手段を設け、チューブ内を移動する内部移動体が対応する方式により任意地点でエネルギーを得る。内部移動体は、そのエネルギーの一部で非磁性チューブ内を自走する。内部移動体は、磁石を保有し非磁性チューブの外に磁場を形成する。非磁性チューブの外側で、非磁性チューブに沿って移動可能な外部移動体が前記磁場によって拘束され、前記内部移動体と磁気的に結合した外部移動体を移動させ、外部移動体に積載可能な運搬機器。【選択図】図３

Description

本発明は、運搬機器に関する。

従来より、非磁性体配管内に磁石を有した内側磁石装置を搬送し、外側磁石装置を移動させるという技術が公開されている（特許文献１乃至５参照）。

特開平６−０５６２６９号公報 特開平６−０５６２７０号公報 特開平６−０５６２７１号公報 特開平９−１４２２９６号公報 特開平７−３３２３１１号公報

しかしながら、特許文献１乃至４の技術では、内側磁石装置を空気圧で搬送するため、非磁性体配管の内壁には、空気圧に耐えられるだけの強度が求められる。よって、非磁性体配管の内壁を薄くすることができない。このため、磁石間の距離が離れて磁界が弱くなるため大きな磁石を稼動させなければならない。
さらに、同じ管内に複数の内側磁石装置を制御しつつ走らせることができない。
さらに、長距離運搬ができない。
さらに、外側磁石装置に電力伝送し、情報交換することはできない。
また、特許文献５の技術では、内側磁石装置を流体の圧力で搬送するため、空気圧で搬送する場合と同様の問題が生ずる。
このように、特許文献１乃至５を含め、従来の技術では、以上のような問題が生じるため、利用範囲が限定されているのが現状であった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の問題を根本的に解決すし、ＩｏＴ等の技術を、工場だけでなく農業や漁業等にも広く用いる方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様の運搬機器は、
非磁性チューブ内に、任意地点でエネルギー伝送が可能なエネルギー送出手段を設け、チューブ内を移動する内部移動体が対応する方式により任意地点でエネルギーを得る。内部移動体は、そのエネルギーの一部で非磁性チューブ内を自走する。内部移動体は、磁石を保有し非磁性チューブの外に磁場を形成する。非磁性チューブの外側で、非磁性チューブに沿って移動可能な外部移動体が前記磁場によって拘束され、前記内部移動体と磁気的に結合した外部移動体を移動させ、外部移動体に積載可能である。

本発明によれば、在来から使用されてきた非磁性体配管内に磁石を有した内側磁石装置を搬送し、外側磁石装置を移動させるという技術と電界結合非接触電力伝送線路に関するエレクトロニクス技術が結合するため、ＩｏＴ等の技術を、工場だけでなく農業や漁業等にも広く用いることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る運搬機器の断面を示す図である。 図１の運搬機器の平面を示す図である。 図１の運搬機器のイメージ図である。 図１の運搬機器を構成する内部移動体と外部移動体との間を、二条のスロット列貫通光により、双方向通信を行う様子を示す図である。 図４のスロットを有する金属遮蔽板の表裏間で送電する原理を示す図である。 図４のスロットを有する金属遮蔽板を介して送電する際の電極の共振方式を示す図である。 図１の運搬機器を構成する外部移動体とパレットとを固定する方法の一例として、ピンで固定する方法を示す図である。 図７のピンで固定する方法を採用した場合の回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る運搬機器の断面を示す図である。

非磁性チューブ内で、内部移動体が、電界結合方式の電極対で電力を得てホイールにて移動する。同時に漏洩同軸ケーブルを用いて、外部システムとの間で双方向通信を可能にする。

図には記していないが、リニアエンコーダがあって自身のポジションを把握できる。ポジションデータに基づいて、外部システム又は隣接する移動体間と通信を行いつつ移動する。内部移動体、内導体、漏洩同軸ケーブルは密閉構造の中に入っていて、外部環境からの影響(ホコリ、水濡れ等)を受けない。
なお、電磁波の漏れを考慮しない場合には、密閉構造としない構造（例えば、非磁性チューブの下部が開いている構造等）とすることもできる。これにより、メンテナンスを効率良く行うことができる。

内部移動体には、磁石が積載されている。非磁性チューブで囲われていても、磁界をチューブ外に形成できる。非磁性チューブの外側には、ホイールで支えられた外部移動体が有り、外部移動体にも磁石が搭載されていて、内部移動体に搭載された磁石との間で引力が発生する極性となっている。
これにより、内部移動体の動きに合わせて外部移動体も動くことになる。

外部移動体には、荷物を載せられるパレットが積載されていて、外部移動体間でパレットの受け渡しも行える。
なお、図１の本発明の一実施形態に係る運搬機器の断面における他の特徴としては、図１に示すとおりである。

図２は、図１の運搬機器の平面を示す図である。

図２には、内部移動体及び外部移動体の平面図を記している。非磁性チューブ及び漏洩同軸ケーブルと内部移動体及び外部移動体の位置関係が示されている。

同一レール上に、内部移動体の平面図を描いた図（ａ）と外部移動体の平面図を描いた図（ｂ）を示しており、図１の側面図（ｃ）と対比させている。この図にて、それぞれの磁石、ホイール、受電電極等の位置関係が示されている。

内部導体は、図に記していないが、レールに沿って平行に伸びている。
さらに、図２には内部移動体から外部移動体に電力を送電する送電コイルと受電コイルが付けられていると共に、内部移動体と外部移動体間で通信が可能な通信ユニットが設けられている。この電力は、主としてパレットの移送（回転も含む）及びセンサの稼動に用いることを考えている。

このようなシステム構成を採用することにより、外部移動体を含むレール全体で外部には送電系が密閉されている。このため、レール部のゴミを心配するだけで済み、電極周りの水やゴミを一切心配しなくてすむ。
さらに、外部移動体にも送電され、通信も可能なため、ＩｏＴ機器として活用することが容易になっている。

なお、図２の図１の運搬機器の平面を示す図における他の特徴としては、図２に示すとおりである。

図３は、図１の運搬機器のイメージ図である。

なお、詳細は表１に示す。
非磁性チューブには、表１に示すように、Ａ１乃至５の選択肢がある。

電磁波の非漏洩性を考慮するならば、金属であることが好ましい。
ただし、電極をフェザータッチさせる等の方法で放射電磁波を低減できるため、Ａ２乃至５の選択肢もとり得る。

エネルギー伝送手段には、表２に示すように、Ｂ１乃至６の選択肢がある。

エネルギー授受手段には、表３に示すように、Ｃ１乃至６の選択肢がある。

なお、図１では、電界結合方式を記しているが、磁界方式、接触方式（トロリー方式）、電磁波方式、音響方式が採用できる。レール自体を外部から振動させることができるのならば、振動発電方式も採用可能である。

内部移動体側に用いられる磁石には、表４に示すように、Ｄ１乃至３の選択肢がある。

外部移動体側に用いられる磁石には、表５に示すように、Ｅ１乃至４の選択肢がある。

内部移動体内に永久磁石、電磁石及び超伝導磁石を用いる選択肢もある。
外部移動体側にも、永久磁石、電磁石を置いて吸着させることも可能である。特に電磁石の場合には、離脱させる必要が生じた場合には磁性をなくすか、磁極を反転させればよいので容易にできる。

永久磁石の場合には、磁石間の距離を機械的に離すことで離脱に必要なエネルギーを低減できる。
さらに、受電体側には強磁性体を用いることもできる。磁石を対向させる場合には、対向させる磁石の極性を常に意識しなければならないが、強磁性体の場合にはそのような配慮が不要となる。

超伝導磁石を用いる場合には、特に第二種超伝導体を用いてピンニングによって固定できるため、逆さにしても保持できる利点がある。
また、永久磁石と電磁石を区合わせ、通常は永久磁石しか用いないが、初期移動時により強い磁場を発生させるために併用することもある。さらに、磁気的結合を切りたいときに逆方向磁場を発生させて、外部に対する磁力を低減させる方法もとり得る。

移動体に電力を供給する場合における内部移動体の駆動方法は、表６に示すように、Ｆ１乃至８の選択肢がある。

非磁性チューブの付属物に電力供給する移動体に電力を供給する場合における内部移動体の駆動方法は、表７に示すように、Ｇ１乃至７の選択肢がある。

なお、図１では表６のＦ１の方式を記しているが、その他の方法として、Ｆ２乃至８又はＧ１乃至７の方法を採用することができる。

内部移動体及び外部移動体の垂直方向（加重方向）の位置決め方法には、表８に示すように、Ｈ１乃至８の選択肢がある。

内部移動体及び外部移動体の水平方向の位置決め方法には、ガイド方式として、表９に示すように、Ｉ１乃至７の選択肢がある。

なお、図１では表８のＨ１と表９のＩ１の方法を採用しているが、その他にＨ１乃至８及びＩ１乃至７の中から夫々１方法を選択して組み合わせて採用することができる。

非磁性チューブ(アルミニウム)の密閉構造には、表１０に示すように、Ｊ１乃至５の選択肢がある。なお、Ｊ２の方法は、電磁波的なシールドに限定される。

なお、図１では、非磁性チューブは、外界に対して完全に閉じた構造になっている。漏洩同軸ケーブルや配線接続部には開口が開けられているが、設置台によってカバーされており、外部には開口がない状況である（表１０のＪ１参照）。

内部移動体と外部移動体間の通信方法には、表１１に示すように、Ｋ１乃至４の選択肢がある。

なお、図３の図１の運搬機器のイメージ図における他の特徴としては、図３に示すとおりである。

図４は、図１の運搬機器を構成する内部移動体と外部移動体との間を、二条のスロット列貫通光により、双方向通信を行う様子を示す図である（表１１のＫ１の一実施例）。

図４に示すように、複数本のスロット列と複数の送受信セットを用意し、検出器出力をダイバーシティ合成することにより、内部移動体と外部移動体間の通信を可能にしている。スロットに透明誘電体を詰めれば、密閉性も維持できる。これらの複数本のスロット列を非磁性チューブ壁に用いる。

なお、図４の図１の運搬機器を構成する内部移動体と外部移動体との間を、二条のスロット列貫通光により、双方向通信を行う様子を示す図における他の特徴としては、図４に示すとおりである。

図５は、図４のスロットを有する金属遮蔽板の表裏間で送電する原理を示す図である。

スロットを介して電力を送電する方法について記す。なお、当該方法は、通信用途にも使用可能である。

既存技術として、パッチアンテナで励振した電界がスロットを介してマイクロストリップラインに給電できること又はその逆の作用が示されている。この場合には、図５の（ａ）の原理が主たるものであるが、ここでは、スロットを介した電界結合電力伝送技術について説明する。

図５（ａ）（ｂ）には、金属遮蔽板に開けたスロットを介して、その表側から裏側にある電界結合用電極間で送電する場合について示す。その原理としては、２つのケースが考えられる。

上述のマイクロストリップラインへの電力伝送で用いられた方法が（ａ）に示してある。この場合は、送電面側のＡ１電極とＡ２電極間の電流は各電極と金属遮蔽板間では変位電流として流れるが、金属遮蔽板上には表面電流として流れる。この表面電流は、スロットがあるために、左右に迂回して流れる。この表面電流が迂回して流れる際、スロット端では急カーブを切ることになるため、強い磁場が発生する。この磁場が、右回りと左回りで逆方向に発生するため、スロット部には、回転磁場が発生する。

金属遮蔽板の裏側（受電側）から見れば、この回転磁場が発生するため、回転磁場を打ち消す方向の電流が発生する。すなわち、図５（ａ）の受電面側に送電面側と逆方向の電流が発生する。この電流によって、Ｂ１電極とＢ２電極間に電位が発生して送電できる。しかし、この場合には電磁誘導現象が介在するため、位相が９０度遅れる。
これに対し、図５（ｂ）の場合にはスロット貫通電流が問題になる。すなわち、表面電流はスロットを迂回するのではなく、スロットを貫通してＡ１電極からＢ１電極へ向かい、他方はＡ２電極からＢ２電極へと流れるのである。スロット内では対向する面に逆方向の電流が流れる。この場合には、電磁誘導を用いていないため遅延は発生しない。

なお、図５の図４のスロットを有する金属遮蔽板の表裏間で送電する原理を示す図における他の特徴としては、図５に示すとおりである。

次に、電極の励振方法について図６を参照して検討する。
図６は、図４のスロットを有する金属遮蔽板を介して送電する際の電極の共振方式を示す図である。

図６（ａ）は、アンテナを用いる場合を示している。この場合のアンテナとしては、幅の広さは無視した半波長アンテナが考えられる。その中には、ミアンダアンテナも含まれる。
この場合には、アンテナと金属遮蔽板の距離をやや離して定在波アンテナとして機能させる。端部が最大の電圧となる電圧分布が発生する。
これにより、表面電流が誘起され、図５（ａ）（ｂ）の方法で、受電側に電力が伝送される。

図６（ｂ）は、金属遮蔽板に電極を近接させて接合容量を大きくした場合である。この場合には共振インダクタンスを直列に接続する方法や並列共振させる方法が採用できる。直列共振の場合には、大電流を流せ、効率的に送電可能になる。
図２に示す非磁性チューブを挟んで、内部移動体と外部移動体の両面に電極が対向する場合には、金属遮蔽板が移動することになる。この際には、図４に示すようなスロット配列となる。

内部移動体から外部移動体への電力伝送方法には、表１２に示すように、Ｌ１乃至６の選択肢がある。

外部移動体による荷物受け渡し機能には、表１３に示すように、Ｍ１乃至５の選択肢がある。

外部移動体のパレット固定方法と電力伝送方法には、表１４に示すように、Ｎ１又は２の選択肢がある。

なお、図６の図４のスロットを有する金属遮蔽板を介して送電する際の電極の共振方式を示す図における他の特徴としては、図６に示すとおりである。

図７は、図１の運搬機器を構成する外部移動体とパレットとを固定する方法の一例として、ピンで固定する方法を示す図である。

図７に示すように、絶縁回転シャフトの挿入時には空間的余裕がある状態で挿入することができる（図７（ａ）参照）。また、穴が弾性のある部材で作られているため、受け部内で回転させることにより、クリック感が得られると共に（図７（ｂ）参照）、電極を対向させた際には圧力がかかって密着させられる（図７（ｃ）参照）。

なお、図７の図１の運搬機器を構成する外部移動体とパレットとを固定する方法の一例として、ピンで固定する方法を示す図における他の特徴としては、図７に示すとおりである。

図８は、図７のピンで固定する方法を採用した場合の回路図である。

図８に示すように、対向電極を異極とし、作用・反作用を利用して確実な密着を計る。
なお、図７及び図８の方式は、接触式又は電界結合方式で用いるものとする。電界結合方式で用いた場合には、高い信頼性が得られる。

接触式は、界面の酸化状況やゴミの付着状況により、性能が左右されやすい、本方式では必ず擦るため、接触方式でも性能を維持しやすい。しかし、酸性、アルカリ性物質が環境中に存在する場合には、電界結合式にするべきである。なお、図には記していないが、絶縁回転シャフトのすっぽ抜けを防止するために、回転によってロックがかかる機構を付けることもできる。

内部移動体同士及び内部移動体とレール(レールに付帯する機器を含む)との通信には、表１５に示すように、Ｏ１乃至５の選択肢がある。

定尺レール（完全密閉レール）方式には、表１６に示すように、Ｐ１又は２の選択肢がある。

連続レール方式には、表１７に示すように、Ｑ１又は２の選択肢がある。

レールによるレール搬送方法には、表１８に示すように、Ｒ１の方法を採用することができる。

直流伝送方式には、表１９に示すように、Ｓ１又は２の選択肢がある。

レール内の乾燥方法または電極間プラズマ生成には、表２０に示すように、Ｔ１乃至６の選択肢がある。電極間プラズマを考慮した際には、電極部に磁界を印加しても良い。

レールの接合方法には、表２１に示すように、Ｕ１乃至３の選択肢がある。

自己診断の方法には、表２２に示すように、Ｖ１乃至７の選択肢がある。

内圧制御の方法には、表２３に示すように、Ｗ１乃至４の選択肢がある。

レール併走導管又はレールの利用方法には、表２４に示すように、Ｘ１又は２の選択肢がある。

なお、図８の図７のピンで固定する方法を採用した場合の回路図における他の特徴としては、図８に示すとおりである。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

例えば、次の（１）乃至（１５）の実施形態をとることができる。即ち、
（１）非磁性チューブ内に、任意地点でエネルギー伝送が可能なエネルギー送出手段を設け、チューブ内を移動する内部移動体が対応する方式により任意地点でエネルギーを得る。内部移動体はそのエネルギーの一部で非磁性チューブ内を自走する。内部移動体は、磁石を保有し非磁性チューブの外に磁場を形成する。非磁性チューブの外側で、非磁性チューブに沿って移動可能な外部移動体が前記磁場によって拘束され、前記内部移動体と磁気的に結合した外部移動体を移動させ、外部移動体に積載可能な運搬機器。

（２）内部移動体が、非磁性チューブに付属する通信線路及び外部移動体との間で双方向通信が可能な、（１）に記載の運搬機器。

（３）内部移動体は、受け取ったエネルギーの一部を外部移動体に伝送可能な、（１）に記載の運搬機器。

（４）内部移動体は、外部移動体を拘束する磁気的結合を切ったり、外部移動体をレール外との間で授受するために磁気的変動を誘起させたりすることが可能な、（１）に記載の運搬機器。

（５）非磁性チューブには、複数組の内部移動体及び外部移動体を走行させることが可能で有り、内部移動体又は外部移動体同士が通信すること、又は外部移動体が周囲環境と通信して内部移動体に伝達することで、内部移動体同士が所定の間隔を維持して移動させることができる、（１）に記載の運搬機器。

（６）外部移動体は、内部移動体との位置決め手段により、外部移動体自身又は搭載パレットの位置を調整可能とする、（１）に記載の運搬機器。

（７）レールは、レールの進行方向に連接する他のレール、レールの横方向に隣接する他のレール、レールの上方向に隣接する他のレール又は、レールに隣接する台、ベルトコンベア等間で搭載物を授受するために、外部移動体上のパレットを制御することが可能な、（１）に記載の運搬機器。

（８）外部移動体は、搭載物又はパレットを固定又は移送する機能を備え、さらに、パレットを制御し、内部移動体又は周辺機器との間で制御についての情報を授受するとともに、内部移動体からの送電エネルギーを管理活用することによりパレットを制御することが可能な、（１）に記載の運搬機器。

（９）複数のレール及び分岐レール、交差レール、すれ違いレールを接続して任意長のレールネットワークを構成することにより移動体及び搭載物を任意地点に搬送可能で有り、これを支える通信手段及び直流伝送手段からなる高速ネットワークを連接する、（１）に記載の運搬機器。

（１０）直線、カーブ等の各種定尺レール内で1台の内部移動体を往復運動させるとともに、接続部で搭載物又はパレットを授受可能で有り、これを支える通信手段、直流伝送手段も併せて連接する小規模用途向けの、（１）に記載の運搬機器。

（１１）直線、カーブ等の各種定尺レール内で複数台の内部移動体を巡回運動させるとともに、接続部で外部移動体の授受が可能で有り、これを支える通信手段、直流伝送手段も併せて連接する中規模用途向けの、（１）に記載の運搬機器。

（１２）レール内を乾燥させる手段を有する、（１）に記載の運搬機器。

（１３）レール、レールネットワーク及びレールの付帯物まで含めて自己診断や構成品管理が行える、（１）に記載の運搬機器。

（１４）レールに併走して内容物が交換可能な導管又は併走レールを用意すると共に、前記併走導管の内容物、併走レール又は自身のレールが搬送する搭載物を任意地点で利用可能な、（１）に記載の運搬機器。

（１５）自身を構成するレール、通信手段、直流伝送手段及び付帯物又は施工手段を運搬し、予め設置されている設置点を利用するか新たに設置点を施工して自己伸張及び撤収が可能な、（１）に記載の運搬機器。

以上まとめると、本発明が適用される情報処理装置は、次のような構成を取れば足り、各種各様な実施形態を取ることができる。
即ち、本発明が適用される運搬機器は、
非磁性チューブ内に、任意地点でエネルギー伝送が可能なエネルギー送出手段を設け、チューブ内を移動する内部移動体が対応する方式により任意地点でエネルギーを得る。内部移動体は、そのエネルギーの一部で非磁性チューブ内を自走する。内部移動体は、磁石を保有し非磁性チューブの外に磁場を形成する。非磁性チューブの外側で、非磁性チューブに沿って移動可能な外部移動体が前記磁場によって拘束され、前記内部移動体と磁気的に結合した外部移動体を移動させ、外部移動体に積載可能である。
これにより、外部に露出するのは、機械的部分のみで有り、エレクトロニクス的な部分を完全に隠すことができる。エレクトロニクス部分は、密閉できるため、電極間にゴミが詰まったり、水が溜まったりする外界の影響を受けない。さらに、利用者は電気的な感電等の心配を一切しなくても良く、放射電磁界も低減できる。

一方、長距離敷設、受電体への送電、移動制御、情報交換も可能であるため、利便性が格段に上がる。
また、完全防水型になるため、ＩｏＴ的な恩恵を工場だけでなく、農業、牧畜業、漁業、林業分野でも広く利用可能にできる。さらに、室内の簡易的用途（カーテン、自動ドア等）、プール内での活用等にも拡張できるようになる。

Claims (1)

1. 非磁性チューブ内に、任意地点でエネルギー伝送が可能なエネルギー送出手段を設け、チューブ内を移動する内部移動体が対応する方式により任意地点でエネルギーを得る。内部移動体は、そのエネルギーの一部で非磁性チューブ内を自走する。内部移動体は、磁石を保有し非磁性チューブの外に磁場を形成する。非磁性チューブの外側で、非磁性チューブに沿って移動可能な外部移動体が前記磁場によって拘束され、前記内部移動体と磁気的に結合した外部移動体を移動させ、外部移動体に積載可能な運搬機器。

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