JP2021126012A - 搬送システム - Google Patents

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Abstract

【課題】可動子の姿勢を制御しつつ、安定して可動子を非接触状態で搬送することができる搬送システムを提供する。
【解決手段】搬送システムは、搬送方向に沿って移動可能な可動子と、前記搬送方向に沿って配置された複数のコイルを有し、電流が印加された前記複数のコイルにより前記可動子に力を印加する固定子と、前記搬送方向に沿って移動する前記可動子の位置及び姿勢を取得する取得部と、前記可動子の前記位置及び前記姿勢に基づき、前記複数のコイルに印加する電流値を決定して前記力を制御する制御部とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送システムに関する。
一般に、工業製品を組み立てるための生産ラインや半導体露光装置等では、搬送システムが用いられている。特に、生産ラインにおける搬送システムは、ファクトリーオートメーション化された生産ライン内又は生産ラインの間の複数のステーションの間で、部品等のワークを搬送する。また、プロセス装置中の搬送装置として使われる場合もある。搬送システムとしては、可動磁石型リニアモータによる搬送システムが既に提案されている。
可動磁石型リニアモータによる搬送システムでは、リニアガイド等の機械的な接触を伴う案内装置を使って搬送システムを構成する。しかしながら、リニアガイド等の案内装置を使った搬送システムでは、リニアガイドの摺動部から発生する汚染物質、例えば、レールやベアリングの摩耗片や潤滑油、あるいはそれが揮発したもの等が生産性を悪化させるという問題があった。また、高速搬送時には摺動部の摩擦が大きくなってリニアガイドの寿命を短くするという問題があった。
そこで、特許文献１には、可動子を非接触で搬送可能な磁気浮上型の搬送装置が記載されている。特許文献１で記載されるような磁気浮上型の搬送装置は、可動子の搬送方向に沿って、チャンバの上部には浮上用コイルを、チャンバの側面には固定子コイルを一定間隔で並べることで非接触での搬送を実現している。
特許第６５３８７１０号公報
しかしながら、特許文献１に記載されるような搬送装置では、浮上用のコイルと可動子の間の距離の制御を個々のコイルと可動子の間で完結して行うため、可動子の搬送を安定して行うことが困難であった。
本発明の一観点によれば、搬送方向に沿って移動可能な可動子と、前記搬送方向に沿って配置された複数のコイルを有し、電流が印加された前記複数のコイルにより前記可動子に力を印加する固定子と、前記搬送方向に沿って移動する前記可動子の位置及び姿勢を取得する取得部と、前記可動子の前記位置及び前記姿勢に基づき、前記複数のコイルに印加する電流値を決定して前記力を制御する制御部とを有することを特徴とする搬送システムが提供される。
本発明によれば、可動子の姿勢を制御しつつ、安定して可動子を非接触状態で搬送することができる。
本発明の第１実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおけるコイル及びコイルに関連する構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムを制御する制御システムを示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子の姿勢制御方法を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて可動子の位置及び姿勢を制御するための制御ブロックの一例を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子位置算出関数による処理を説明する概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子位置算出関数による処理を説明する概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子姿勢算出関数による処理を説明する概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子姿勢算出関数による処理を説明する概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子姿勢算出関数による処理を説明する概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子に取り付けられたヨーク板に働く力と可動子１０１に働く力成分及びトルク成分との関係を示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおけるＺ方向の推力定数プロファイルを模式的に示すグラフである。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける固定子のコイルを示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける固定子のコイルを示す概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおいて、コイルに印加する電流量と、コイルとヨーク板との間に働く吸引力の大きさとの関係を模式的に示すグラフである。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおける可動子をＺ方向に沿って上から下に見た概略図である。 本発明の第１実施形態による搬送システムにおけるＹ方向の吸引力プロファイルを模式的に示すグラフである。 本発明の第２実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムにおいてコイルと永久磁石列とを使って力成分Ｔｘ、Ｔｙ及びトルク成分Ｔｗｚを可動子に対して独立に印加する方法を説明する概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムにおいてコイルと永久磁石列とを使って力成分Ｔｘ、Ｔｙ及びトルク成分Ｔｗｚを可動子に対して独立に印加する方法を説明する概略図である。 本発明の第２実施形態による搬送システムにおいてコイルと永久磁石列とを使って力成分Ｔｘ、Ｔｙ及びトルク成分Ｔｗｚを可動子に対して独立に印加する方法を説明する概略図である。 本発明の第３実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第３実施形態による搬送システムにおいてコイルと永久磁石列とを使って力成分Ｔｘ、Ｔｚ及びトルク成分Ｔｗｘ、Ｔｗｙ、Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する方法を説明する概略図である。 本発明の第３実施形態による搬送システムにおいてコイルと永久磁石列とを使って力成分Ｔｘ、Ｔｚ及びトルク成分Ｔｗｘ、Ｔｗｙ、Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する方法を説明する概略図である。 本発明の第４実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第４実施形態による搬送システムにおけるｑ軸推力定数プロファイル、ｈ軸定数プロファイル及びｄ軸推力定数プロファイルを示すグラフである。 本発明の第４実施形態による搬送システムにおいてｈ軸方向（Ｙ方向）に力を発生する原理を説明する概略図である。 本発明の第５実施形態による搬送システムにおいて可動子が捻れながらＸ方向に搬送されている場合を模式的に示す概略図である。 本発明の第５実施形態による搬送システムにおいて可動子が捻れながらＸ方向に搬送されている場合を模式的に示す概略図である。 本発明の第６実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第６実施形態による搬送システムにおけるｑ軸推力定数プロファイル、ｈ軸定数プロファイル及びｄ軸推力定数プロファイルを示すグラフである。 本発明の第７実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第７実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第８実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第９実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１０実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１１実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。 本発明の第１２実施形態による搬送システムの構成を示す概略図である。
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について図１乃至図１５を用いて説明する。
まず、本実施形態による搬送システム１の構成について図１乃至図３を用いて説明する。図１及び図２は、本実施形態による可動子１０１及び固定子２０１を含む搬送システム１の構成を示す概略図である。なお、図１及び図２は、それぞれ可動子１０１及び固定子２０１の主要部分を抜き出して示したものである。また、図１は可動子１０１を斜め上方から見た図、図２は可動子１０１及び固定子２０１を後述のＸ方向から見た図である。図３は、搬送システム１におけるコイル２０２、２０７、２０８及びコイル２０２、２０７、２０８に関連する構成を示す概略図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態による搬送システム１は、キャリア、台車又はスライダを構成する可動子１０１と、搬送路を構成する固定子２０１とを有している。また、搬送システム１は、統合コントローラ３０１と、コイルコントローラ３０２と、コイルユニットコントローラ３０３と、センサコントローラ３０４とを有している。なお、図１では、可動子１０１として３つの可動子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、固定子２０１として２つの固定子２０１ａ、２０１ｂを示している。以後、可動子１０１、固定子２０１等の複数存在しうる構成要素について特に区別する必要がない場合には共通の数字のみの符号を用い、必要に応じて数字の符号の後に小文字のアルファベットを付して個々を区別する。また、可動子１０１のＲ側の構成要素とＬ側の構成要素とを区別する場合には、小文字のアルファベットの後にＲ側を示すＲ又はＬ側を示すＬを付す。
本実施形態による搬送システム１は、固定子２０１のコイル２０７と可動子１０１の導電板１０７との間で電磁力を発生させてＸ方向の推力を可動子１０１に印加する誘導型リニアモータによる搬送システムである。また、本実施形態による搬送システム１は、可動子１０１を浮上させて非接触で搬送する磁気浮上型の搬送システムである。本実施形態による搬送システム１は、可動子１０１により搬送されたワーク１０２に対して加工を施す工程装置をも有する加工システムの一部を構成している。
搬送システム１は、例えば、固定子２０１により可動子１０１を搬送することにより、可動子１０１に保持されたワーク１０２を、ワーク１０２に対して加工作業を施す工程装置に搬送する。工程装置は、特に限定されるものではないが、例えば、ワーク１０２であるガラス基板上に成膜を行う蒸着装置、スパッタ装置等の成膜装置である。なお、図１では、２台の固定子２０１に対して３台の可動子１０１を示しているが、これらに限定されるものではない。搬送システム１においては、１台又は複数台の可動子１０１が１台又は複数台の固定子２０１上を搬送されうる。
ここで、以下の説明において用いる座標軸、方向等を定義する。まず、可動子１０１の搬送方向である水平方向に沿ってＸ軸をとり、可動子１０１の搬送方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向と直交する方向である鉛直方向に沿ってＺ軸をとり、鉛直方向をＺ方向とする。鉛直方向は、重力の方向（ｍｇ方向）である。また、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向に沿ってＹ軸をとり、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。さらに、Ｘ軸周りの回転方向をＷｘ方向、Ｙ軸周りの回転方向をＷｙ方向、Ｚ軸周りの回転方向をＷｚ方向とする。また、乗算の記号として”＊”を使用する。また、可動子１０１の中心を原点Ｏｃとし、Ｙ＋側をＲ側、Ｙ−側をＬ側として記載する。なお、可動子１０１の搬送方向は必ずしも水平方向である必要はないが、その場合も搬送方向をＸ方向として同様にＹ方向及びＺ方向を定めることができる。なお、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、必ずしも互いに直交する方向に限定されるものではなく、互いに交差する方向として定義することもできる。
また、搬送方向の変位を位置とし、それ以外の方向の変位を姿勢、位置と姿勢と後述する捻じれ方向の変位とを合わせて状態と定義する。また以下の説明で用いるｑ軸及びｄ軸の表記は、それぞれ一般的に同期式モーター制御で用いられるベクトル制御におけるｑ軸及びｄ軸の表記と同様である。ｑ軸に沿った方向をｑ軸方向とし、ｄ軸に沿った方向をｄ軸方向とする。
また、以下の説明において用いる記号は、次のとおりである。なお、記号は、コイル２０２、２０７、２０８の各場合について重複して用いられる。
Ｏｃ：可動子１０１の原点
Ｏｓ：リニアスケール１０４の原点
Ｏｅ：固定子２０１の原点
ｊ：コイルを特定するための指標
（ただし、ｊは、Ｎを２以上の整数として１≦ｊ≦Ｎを満たす整数である。）
Ｎ：コイルの設置数
Ｉｊ：ｊ番目のコイルに印加される電流量
Ｐ：可動子１０１の位置及び姿勢を含む状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）
Ｘ（ｊ，Ｐ）：状態Ｐの可動子１０１の中心から見たｊ番目のコイルのＸ座標
Ｙ（ｊ，Ｐ）：状態Ｐの可動子１０１の中心から見たｊ番目のコイルのＹ座標
Ｚ（ｊ，Ｐ）：状態Ｐの可動子１０１の中心から見たｊ番目のコイルのＺ座標
Ｔ：可動子１０１に印加する力
Ｔｘ：力ＴのＸ方向の力成分
Ｔｙ：力ＴのＹ方向の力成分
Ｔｚ：力ＴのＺ方向の力成分
Ｔｗｘ：力ＴのＷｘ方向のトルク成分
Ｔｗｙ：力ＴのＷｙ方向のトルク成分
Ｔｗｚ：力ＴのＷｚ方向のトルク成分
Ｅｚ（ｊ，Ｐ）：ｊ番目のコイルに単位電流を印加した際に状態Ｐの可動子１０１に対して働くＺ方向の力
Ｅｘ（ｊ，Ｐ）：ｊ番目のコイルに単位電流を印加した際に状態Ｐの可動子１０１に対して働くＸ方向の力
Ｅｙ（ｊ，Ｐ）：ｊ番目のコイルに単位電流を印加した際に状態Ｐの可動子１０１に対して働くＹ方向の力
Ｅｑ（ｊ，Ｐ）：ｊ番目のコイルに単位電流を印加した際に状態Ｐの可動子１０１に対して働くｑ軸方向の力
Ｅｄ（ｊ，Ｐ）：ｊ番目のコイルに単位電流を印加した際に状態Ｐの可動子１０１に対して働くｄ軸方向の力
Ｅｈ（ｊ，Ｐ）：ｊ番目のコイルに単位電流を印加した際に状態Ｐの可動子１０１に対して働くｈ軸方向の力
Σ：指標ｊを１からＮまで変化させた場合の合計
ΣＬ：Ｌ側のコイルの指標を変化させた場合の合計
ΣＲ：Ｒ側のコイルの指標を変化させた場合の合計
＊：行列、ベクトルの積
Ｍ：トルク寄与行列
Ｋ：疑電流ベクトル（列ベクトル）
Ｔｑ：トルクベクトル（列ベクトル）
Ｉｓ：コイル電流ベクトル（列ベクトル）
Ｆｓ：コイル力ベクトル（列ベクトル）
Ｍ（ａ，ｂ）：行列Ｍのａ行ｂ列の要素
Ｉｎｖ（）：逆行列
Ｔｒ（）：転置行列
Ｔｒ（要素１，要素２，…）：要素１、要素２、…を要素とする列ベクトル
ＷｙＲ：可動子１０１のＲ側のＷｙ方向の変位
ＷｙＬ：可動子１０１のＬ側のＷｙ方向の変位
図１中の矢印で示すように、可動子１０１は、搬送方向であるＸ方向に沿って移動可能に構成されている。可動子１０１は、ヨーク板１０３と、導電板１０７とを有している。また、可動子１０１は、リニアスケール１０４と、Ｙターゲット１０５と、Ｚターゲット１０６とを有している。
ヨーク板１０３は、可動子１０１の複数箇所に複数取り付けられて設置されている。具体的には、ヨーク板１０３は、可動子１０１の上面において、Ｒ側及びＬ側それぞれの端部にＸ方向に沿って取り付けられて設置されている。また、ヨーク板１０３は、可動子１０１のＲ側及びＬ側それぞれの側面にＸ方向に沿って取り付けられて設置されている。各ヨーク板１０３は、透磁率の大きな物質、例えば鉄で構成された鉄板である。
導電板１０７は、可動子１０１の上面において中央部にＸ方向に沿って取り付けられて設置されている。導電板１０７は、導電性を有する金属板等の導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、電気抵抗の小さいアルミニウム板等が好適である。
なお、ヨーク板１０３及び導電板１０７の設置場所及び設置数は、上記の場合に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
リニアスケール１０４、Ｙターゲット１０５及びＺターゲット１０６は、可動子１０１において、それぞれ固定子２０１に設置されたリニアエンコーダ２０４、Ｙセンサ２０５及びＺセンサ２０６により読み取り可能な位置に取り付けられて設置されている。
固定子２０１は、コイル２０２、２０７、２０８と、リニアエンコーダ２０４と、Ｙセンサ２０５と、Ｚセンサ２０６とを有している。
コイル２０２は、可動子１０１の上面に設置されたヨーク板１０３にＺ方向に沿って対向可能なように固定子２０１にＸ方向に沿って複数取り付けられて設置されている。具体的には、複数のコイル２０２は、可動子１０１の上面におけるＲ側及びＬ側それぞれの端部に設置された２つのヨーク板１０３にＺ方向に沿って上方から対向可能なようにＸ方向に沿って２列に配置されて設置されている。
コイル２０８は、可動子１０１の側面に設置されたヨーク板１０３にＹ方向に沿って対向可能なように固定子２０１にＸ方向に沿って複数取り付けられて設置されている。具体的には、複数のコイル２０８は、可動子１０１のＲ側及びＬ側それぞれの側面に設置された２つのヨーク板１０３にＹ方向に沿って側方から対向可能なようにＸ方向に沿って２列に配置されて設置されている。
コイル２０７は、可動子１０１の上面に設置された導電板１０７にＺ方向に沿って対向可能なように固定子２０１にＸ方向に沿って複数取り付けられて設置されている。具体的には、複数のコイル２０７は、可動子１０１の上面における中央部に設置された導電板１０７にＺ方向に沿って上方から対向可能なようにＸ方向に沿って１列に配置されて設置されている。
固定子２０１は、電流が印加された各コイル２０２、２０７、２０８により、搬送方向に沿って移動可能な可動子１０１に力を印加する。これにより、可動子１０１は、位置及び姿勢が制御されつつ搬送方向に沿って搬送される。
なお、コイル２０２、２０７、２０８の設置場所は、上記の場合に限定されるものではなく、適宜変更することができる。また、コイル２０２、２０７、２０８の設置数は、適宜変更することができる。
リニアエンコーダ２０４、Ｙセンサ２０５及びＺセンサ２０６は、搬送方向に沿って移動する可動子１０１の位置及び姿勢を検出する検出部として機能する。
リニアエンコーダ２０４は、可動子１０１に設置されたリニアスケール１０４を読み取り可能なように固定子２０１に取り付けられて設置されている。リニアエンコーダ２０４は、リニアスケール１０４を読み取ることにより可動子１０１のリニアエンコーダ２０４に対する相対的な位置を検出する。
Ｙセンサ２０５は、可動子１０１に設置されたＹターゲット１０５との間のＹ方向の距離を検出可能なように固定子２０１に取り付けられて設置されている。
Ｚセンサ２０６は、可動子１０１に設置されたＺターゲット１０６との間のＺ方向の距離を検出可能なように固定子２０１に取り付けられて設置されている。
可動子１０１は、例えば、その上又は下にワーク１０２が取り付けられ又は保持されて搬送されるようになっている。なお、図２では、ワーク１０２が可動子１０１の下に取り付けられた状態を示している。なお、ワーク１０２を可動子１０１に取り付け又は保持するための機構は、特に限定されるものではないが、機械的なフック、静電チャック等の一般的な取り付け機構、保持機構等を用いることができる。
なお、図２には、ワーク１０２に対して加工作業を施す工程装置の例である蒸着装置７０１のチャンバ内に可動子１０１及び固定子２０１が組み込まれている場合を示している。蒸着装置７０１は、可動子１０１に取り付けられたワーク１０２に対して蒸着を行う蒸着源７０２を有している。蒸着源７０２は、可動子１０１の下部に取り付けられたワーク１０２に対向可能なように蒸着装置７０１のチャンバ内の下部に設置されている。蒸着源７０２の設置場所に搬送された可動子１０１の下部に取り付けられたワーク１０２である基板には、蒸着源７０２による蒸着により金属、酸化物等の薄膜が成膜される。このように、可動子１０１とともにワーク１０２が搬送され、搬送されたワーク１０２に対して工程装置により加工が施されて物品が製造される。
また、図１は、固定子２０１ａと固定子２０１ｂとの間に、例えばゲートバルブ等の構造物１００が存在している場所を含む領域を示している。構造物１００が存在する場所は、生産ライン内又は生産ラインの間の複数のステーションの間で、連続して電磁石やコイルを配置することができない場所になっている。
搬送システム１に対しては、これを制御する制御システム３が設けられている。なお、制御システム３は、搬送システム１の一部を構成しうる。制御システム３は、統合コントローラ３０１と、コイルコントローラ３０２と、コイルユニットコントローラ３０３と、センサコントローラ３０４とを有している。統合コントローラ３０１には、コイルコントローラ３０２及びセンサコントローラ３０４が通信可能に接続されている。コイルコントローラ３０２には、複数のコイルユニットコントローラ３０３が通信可能に接続されている。センサコントローラ３０４には、複数のリニアエンコーダ２０４、複数のＹセンサ２０５、複数のＺセンサ２０６が通信可能に接続されている。各コイルユニットコントローラ３０３には、コイル２０２、２０７、２０８が接続されている（図３参照）。
統合コントローラ３０１は、センサコントローラ３０４から送信されるリニアエンコーダ２０４、Ｙセンサ２０５及びＺセンサ２０６からの出力に基づき、複数のコイル２０２、２０７、２０８に印加する電流指令値を決定する。統合コントローラ３０１は、決定した電流指令値をコイルコントローラ３０２に送信する。コイルコントローラ３０２は、統合コントローラ３０１から受信した電流指令値を各コイルユニットコントローラ３０３に送信する。コイルユニットコントローラ３０３は、コイルコントローラ３０２から受信した電流指令値に基づき、接続されたコイル２０２、２０７、２０８の電流量を制御する。
図３に示すように、各コイルユニットコントローラ３０３には、１個又は複数個のコイル２０２、２０７、２０８が接続されている。
コイル２０２、２０７、２０８には、各々電流センサ３１２及び電流コントローラ３１３が接続されている。電流センサ３１２は、接続されたコイル２０２、２０７、２０８に流れる電流値を検出する。電流コントローラ３１３は、接続されたコイル２０２、２０７、２０８に流れる電流量を制御する。
コイルユニットコントローラ３０３は、コイルコントローラ３０２から受信した電流指令値に基づき、電流コントローラ３１３に所望の電流量を指令する。電流コントローラ３１３は、電流センサ３１２により検出された電流値を検出して個々のコイル２０２、２０７、２０８に対して所望の電流量の電流が流れるように電流量を制御する。
次に、本実施形態による搬送システム１を制御する制御システム３についてさらに図４を用いて説明する。図４は、本実施形態による搬送システム１を制御する制御システム３を示す概略図である。
図４に示すように、制御システム３は、統合コントローラ３０１と、コイルコントローラ３０２と、コイルユニットコントローラ３０３と、センサコントローラ３０４とを有している。制御システム３は、可動子１０１と固定子２０１とを含む搬送システム１を制御する制御装置として機能する。統合コントローラ３０１には、コイルコントローラ３０２及びセンサコントローラ３０４が通信可能に接続されている。
コイルコントローラ３０２には、複数のコイルユニットコントローラ３０３が通信可能に接続されている。コイルコントローラ３０２及びこれに接続された複数のコイルユニットコントローラ３０３は、コイル２０２、２０７、２０８のそれぞれの列に対応して設けられている。各コイルユニットコントローラ３０３には、コイル２０２、２０７、２０８が接続されている。コイルユニットコントローラ３０３は、接続されたコイル２０２、２０７、２０８の電流の大きさを制御することができる。
コイルコントローラ３０２は、接続された各々のコイルユニットコントローラ３０３に対して目標となる電流値を指令する。コイルユニットコントローラ３０３は、接続されたコイル２０２、２０７、２０８の電流量を制御する。
センサコントローラ３０４には、複数のリニアエンコーダ２０４、複数のＹセンサ２０５及び複数のＺセンサ２０６が通信可能に接続されている。
複数のリニアエンコーダ２０４は、可動子１０１の搬送中もそのうちの１つが必ず１台の可動子１０１の位置を測定できるような間隔で固定子２０１に取り付けられている。また、複数のＹセンサ２０５は、そのうちの２つが必ず１台の可動子１０１のＹターゲット１０５を測定できるような間隔で固定子２０１に取り付けられている。また、複数のＺセンサ２０６は、その２列のうちの３つが必ず１台の可動子１０１のＺターゲット１０６を測定できるような間隔でかつ面をなすように固定子２０１に取り付けられている。
統合コントローラ３０１は、リニアエンコーダ２０４、Ｙセンサ２０５及びＺセンサ２０６からの出力に基づき、複数のコイル２０２に印加する電流指令値を決定して、コイルコントローラ３０２に送信する。コイルコントローラ３０２は、統合コントローラ３０１からの電流指令値に基づき、上述のようにコイルユニットコントローラ３０３に対して電流値を指令する。これにより、統合コントローラ３０１は、制御部として機能し、固定子２０１に沿って可動子１０１を非接触で搬送するとともに、搬送する可動子１０１の姿勢を６軸で制御する。
以下、統合コントローラ３０１により実行される可動子１０１の姿勢制御方法について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態による搬送システム１における可動子１０１の姿勢制御方法を示す概略図である。図５は、可動子１０１の姿勢制御方法の概略について主にそのデータの流れに着目して示している。統合コントローラ３０１は、以下に説明するように、可動子位置算出関数４０１、可動子姿勢算出関数４０２、可動子姿勢制御関数４０３及びコイル電流算出関数４０４を用いた処理を実行する制御部として機能する。これにより、統合コントローラ３０１は、可動子１０１の姿勢を６軸で制御しつつ、可動子１０１の搬送を制御する。なお、統合コントローラ３０１に代えて、コイルコントローラ３０２が統合コントローラ３０１と同様の処理を実行するように構成することもできる。
まず、可動子位置算出関数４０１は、複数のリニアエンコーダ２０４からの測定値及びその取り付け位置の情報から、搬送路を構成する固定子２０１上にある可動子１０１の台数及び位置を計算する。これにより、可動子位置算出関数４０１は、可動子１０１に関する情報である可動子情報４０６の可動子位置情報（Ｘ）及び台数情報を更新する。可動子位置情報（Ｘ）は、固定子２０１上の可動子１０１の搬送方向であるＸ方向における位置を示している。可動子情報４０６は、例えば図５中にＰＯＳ−１、ＰＯＳ−２、…と示すように固定子２０１上の可動子１０１ごとに用意される。
次いで、可動子姿勢算出関数４０２は、可動子位置算出関数４０１により更新された可動子情報４０６の可動子位置情報（Ｘ）から、各々の可動子１０１を測定可能なＹセンサ２０５及びＺセンサ２０６を特定する。次いで、可動子姿勢算出関数４０２は、特定されたＹセンサ２０５及びＺセンサ２０６から出力される値に基づき、各々の可動子１０１の姿勢に関する情報である姿勢情報（Ｙ，Ｚ，Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）を算出して可動子情報４０６を更新する。可動子姿勢算出関数４０２により更新された可動子情報４０６は、可動子位置情報（Ｘ）及び姿勢情報（Ｙ，Ｚ，Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）を含んでいる。
次いで、可動子姿勢制御関数４０３は、可動子位置情報（Ｘ）及び姿勢情報（Ｙ，Ｚ，Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）を含む現在の可動子情報４０６及び姿勢目標値から、各々の可動子１０１について印加力情報４０８を算出する。印加力情報４０８は、各々の可動子１０１に印加すべき力の大きさに関する情報である。印加力情報４０８は、印加すべき力Ｔの力の３軸成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）及びトルクの３軸成分（Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）に関する情報を含んでいる。印加力情報４０８は、例えば図５中にＴＲＱ−１、ＴＲＱ−２、…と示すように固定子２０１上の可動子１０１ごとに用意される。
ここで、力の３軸成分であるＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚは、それぞれ力のＸ方向成分、Ｙ方向成分及びＺ方向成分である。また、トルクの３軸成分であるＴｗｘ、Ｔｗｙ、Ｔｗｚは、それぞれトルクのＸ軸周り成分、Ｙ軸周り成分及びＺ軸周り成分である。本実施形態による搬送システム１は、これら力Ｔの６軸成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を制御することにより、可動子１０１の姿勢を６軸で制御しつつ、可動子１０１の搬送を制御する。
次いで、コイル電流算出関数４０４は、印加力情報４０８及び可動子情報４０６に基づき、各コイル２０２、２０７、２０８に印加する電流指令値４０９を決定する。
こうして、統合コントローラ３０１は、可動子位置算出関数４０１、可動子姿勢算出関数４０２、可動子姿勢制御関数４０３及びコイル電流算出関数４０４を用いた処理を実行することにより、電流指令値４０９を決定する。統合コントローラ３０１は、決定した電流指令値４０９をコイルコントローラ３０２に送信する。
可動子１０１の位置及び姿勢の制御についてさらに図６を用いて詳細に説明する。図６は、可動子１０１の位置及び姿勢を制御するための制御ブロックの一例を示す概略図である。
図６において、Ｐは、可動子１０１の位置及び姿勢（位置姿勢又は状態ともいう）であり、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）を成分とする。ｒｅｆは、（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）の目標値である。ｅｒｒは、目標値ｒｅｆと位置及び姿勢Ｐとの間の偏差である。
可動子姿勢制御関数４０３は、偏差ｅｒｒの大きさ、偏差ｅｒｒの変化、偏差ｅｒｒの積算値等に基づき、目標値ｒｅｆを実現するために可動子１０１に印加すべき力Ｔを算出する。コイル電流算出関数４０４は、印加すべき力Ｔ並びに位置及び姿勢Ｐに基づき、可動子１０１に力Ｔを印加するためにコイル２０２、２０７、２０８に印加すべきコイル電流Ｉを算出する。こうして算出されたコイル電流Ｉがコイル２０２、２０７、２０８に印加されることにより、力Ｔが可動子１０１に作用して位置及び姿勢Ｐが目標値ｒｅｆに変化する。
このように制御ブロックを構成することにより、可動子１０１の位置及び姿勢Ｐを所望の目標値ｒｅｆに制御することが可能になる。
ここで、可動子位置算出関数４０１による処理について図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂは、可動子位置算出関数による処理を説明する概略図である。
図７Ａにおいて、基準点Ｏｅは、リニアエンコーダ２０４が取り付けられている固定子２０１の位置基準である。また、基準点Ｏｓは、可動子１０１に取り付けられているリニアスケール１０４の位置基準である。図７では、可動子１０１として２台の可動子１０１ａ、１０１ｂが搬送され、リニアエンコーダ２０４として２つのリニアエンコーダ２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが配置されている場合を示している。なお、リニアスケール１０４は、各可動子１０１ａ、１０１ｂの同じ位置にＸ方向に沿って取り付けられている。
例えば、図７Ａに示す可動子１０１ｂのリニアスケール１０４には、１つのリニアエンコーダ２０４ｃが対向している。リニアエンコーダ２０４ｃは、可動子１０１ｂのリニアスケール１０４を読み取って距離Ｐｃを出力する。また、リニアエンコーダ２０４ｃの基準点Ｏｅを原点とするＸ軸上の位置はＳｃである。したがって、可動子１０１ｂの位置Ｐｏｓ（１０１ｂ）は次式（１）により算出することができる。
Ｐｏｓ（１０１ｂ）＝Ｓｃ−Ｐｃ …式（１）
例えば、図７Ａに示す可動子１０１ａのリニアスケール１０４には、２つのリニアエンコーダ２０４ａ、２０４ｂが対向している。リニアエンコーダ２０４ａは、可動子１０１ａのリニアスケール１０４を読み取って距離Ｐａを出力する。また、リニアエンコーダ２０４ａの基準点Ｏｅを原点とするＸ軸上の位置はＳａである。したがって、リニアエンコーダ２０４ａの出力に基づく可動子１０１ａのＸ軸上の位置Ｐｏｓ（１０１ａ）は、次式（２）で算出することができる。
Ｐｏｓ（１０１ａ）＝Ｓａ−Ｐａ …式（２）
また、リニアエンコーダ２０４ｂは、可動子１０１ａのリニアスケール１０４を読み取って距離Ｐｂを出力する。また、リニアエンコーダ２０４ｂの基準点Ｏｅを原点とするＸ軸上の位置はＳｂである。したがって、リニアエンコーダ２０４ｂの出力に基づく可動子１０１ａのＸ軸上の位置Ｐｏｓ（１０１ａ）′は、次式（３）により算出することができる。
Ｐｏｓ（１０１ａ）′＝Ｓｂ−Ｐｂ …式（３）
ここで、各々のリニアエンコーダ２０４ａ、２０４ｂの位置は予め正確に測定されているため、２つの値Ｐｏｓ（１０１ａ）、Ｐｏｓ（１０１ａ）′の差は十分に小さい。このように２つのリニアエンコーダ２０４の出力に基づく可動子１０１のＸ軸上の位置の差が十分小さい場合は、それら２つのリニアエンコーダ２０４は、同一の可動子１０１のリニアスケール１０４を観測していると判定することができる。
なお、複数のリニアエンコーダ２０４が同一の可動子１０１と対向する場合は、複数のリニアエンコーダ２０４の出力に基づく位置の平均値を算出する等して、観測された可動子１０１の位置を一意に決定することができる。
また、可動子１０１は、Ｚ軸周りに回転量Ｗｚで回転しうる。この回転量Ｗｚの変位による可動子１０１の位置の補正が必要な場合について図７Ｂで説明する。
図７Ｂは、可動子１０１ｂ′のＹ方向における一方の側面にリニアスケール１０４が取り付けられている場合について説明している。Ｏｓはリニアスケール１０４の原点、Ｏｃは可動子１０１ｂ′の原点である。可動子１０１の中心Ｏｃからリニアスケール１０４までの距離をＬｘとすれば、可動子１０１ｂ′の位置Ｐｏｓ（１０１ｂ′）は、次式（１ｂ）を用いて計算することにより、より正確な可動子１０１ｂ′の位置を得ることができる。
Ｐｏｓ（１０１ｂ′）＝Ｓｃ−Ｐｃ−Ｗｚ＊Ｌｘ＋Ｗｙ＊Ｌｚ …式（１ｂ）
可動子位置算出関数４０１は、上述のようにしてリニアエンコーダ２０４の出力に基づき、可動子位置情報として可動子１０１のＸ方向における位置Ｘを算出して決定する。
次に、可動子姿勢算出関数４０２による処理について図８、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。
図８では、可動子１０１として可動子１０１ｃが搬送され、Ｙセンサ２０５としてＹセンサ２０５ａ、２０５ｂが配置されている場合を示している。図８に示す可動子１０１ｃのＹターゲット１０５には、２つのＹセンサ２０５ａ、２０５ｂが対向している。２つのＹセンサ２０５ａ、２０５ｂが出力する相対距離の値をそれぞれＹａ、Ｙｂとし、Ｙセンサ２０５ａ、２０５ｂ間の間隔がＬｙの場合、可動子１０１ｃのＺ軸周りの回転量Ｗｚは、次式（４）により算出される。
Ｗｚ＝（Ｙａ−Ｙｂ）／Ｌｙ …式（４）
なお、可動子１０１の位置によっては３つ以上のＹセンサ２０５が対向する場合もありうる。その場合、最小二乗法等を使ってＹターゲット１０５の傾き、すなわちＺ軸周りの回転量Ｗｚを算出することができる。
また、図９Ａ及び図９Ｂでは、可動子１０１として可動子１０１ｄが搬送され、Ｚセンサ２０６としてＺセンサ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが配置されている場合を示している。図９Ａ及び図９Ｂに示す可動子１０１ｄのＺターゲット１０６には、３つのＺセンサ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが対向している。ここで、３つのＺセンサ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃが出力する相対距離の値をそれぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚｃとする。また、Ｘ方向のセンサ間距離、すなわちＺセンサ２０６ａ、２０６ｂ間の距離をＬｚ１とする。また、Ｙ方向のセンサ間距離、すなわちＺセンサ２０６ａ、２０６ｃ間の距離をＬｚ２とする。すると、Ｙ軸周りの回転量Ｗｙ及びＸ軸周りの回転量Ｗｘは、それぞれ次式（５ａ）及び（５ｂ）により算出することができる。
Ｗｙ＝（Ｚｂ−Ｚａ）／Ｌｚ１ …式（５ａ）
Ｗｘ＝（Ｚｃ−Ｚａ）／Ｌｚ２ …式（５ｂ）
可動子姿勢算出関数４０２は、上述のようにして、可動子１０１の姿勢情報として各軸周りの回転量Ｗｘ、Ｗｙ、Ｗｚを算出することができる。
また、可動子姿勢算出関数４０２は、次のようにして可動子１０１の姿勢情報として可動子１０１のＹ方向の位置Ｙ及びＺ方向の位置Ｚを算出することができる。
まず、可動子１０１のＹ方向の位置Ｙの算出について図８を用いて説明する。図８において、可動子１０１ｃがかかる２つのＹセンサ２０５をそれぞれＹセンサ２０５ａ、２０５ｂとする。また、Ｙセンサ２０５ａ、２０５ｂの測定値をそれぞれＹａ、Ｙｂとする。また、Ｙセンサ２０５ａの位置とＹセンサ２０５ｂの位置との中点をＯｅ′とする。さらに、式（１）〜（３）で得られた可動子１０１ｃの位置をＯｓ′とし、Ｏｅ′からＯｓ′までの距離をｄＸ′とする。このとき、可動子１０１ｃのＹ方向の位置Ｙは、次式（６）により近似的に計算して算出することができる。
Ｙ＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２−Ｗｚ＊ｄＸ′ …式（６）
次に、可動子１０１のＺ方向の位置Ｚの算出について図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。可動子１０１ｄがかかる３つのＺセンサ２０６をそれぞれＺセンサ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃとする。また、Ｚセンサ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃの測定値をそれぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚｃとする。また、Ｚセンサ２０６ａのＸ座標とＺセンサ２０６ｃのＸ座標とは同一である。また、また、Ｚセンサ２０６ａ及びＺセンサ２０６ｃの位置ＸをＯｅ″とする。さらに、Ｏｅ″から可動子１０１の中心Ｏｓ″までの距離をｄＸ″とする。このとき、可動子１０１のＺ方向の位置Ｚは、次式（７）により近似的に計算して算出することができる。
Ｚ＝（Ｚａ＋Ｚｂ）／２＋Ｗｙ＊ｄＸ″ …式（７）
なお、位置Ｙ及び位置ＺともにそれぞれＷｚ、Ｗｙの回転量が大きい場合には、さらに近似の精度を高めて算出することができる。
こうして、統合コントローラ３０１は、可動子位置算出関数４０１及び可動子姿勢算出関数４０２を用いた処理を実行することにより、可動子１０１の位置及び姿勢（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）を取得する取得部として機能する。
次に、可動子１０１に所望の力Ｔを印加するためのコイル２０２、２０７、２０８に印加する電流値の決定方法について説明する。可動子１０１に印加する力Ｔは、上述のように、力の３軸成分であるＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚ及びトルクの３軸成分であるＴｗｘ、Ｔｗｙ、Ｔｗｚを有するものである。コイル電流算出関数４０４を用いた処理を実行する統合コントローラ３０１は、以下に説明する電流値の決定方法に従ってコイル２０２、２０７、２０８に印加する電流値を決定することができる。
なお、コイル２０２、２０７、２０８が印加する力及びトルクのうち、１つの力又はトルクが他の力又はトルクに与える影響を十分無視できる場合がある。コイル２０２、２０７、２０８が印加する力及びトルクは、具体的には、コイル２０７が印加するＸ方向の力、コイル２０８が印加するＹ方向の力及びＷｚ方向のトルク、並びにコイル２０２が印加するＺ方向の力、Ｗｘ方向のトルク及びＷｙ方向のトルクである。コイル２０８が印加するＹ方向の力及びＷｚ方向のトルクは、水平方向において作用するものである。コイル２０２が印加するＺ方向の力、Ｗｘ方向のトルク及びＷｙ方向のトルクは、浮上方向において作用するものである。影響を十分無視できる場合、コイル２０７についてはＸ方向の力だけを、コイル２０８についてはＹ方向の力及びＷｚ方向のトルクだけを、コイル２０２についてはＺ方向の力、Ｗｘ方向のトルク及びＷｙ方向のトルクだけを考慮して電流値を計算できる。以下、影響を十分に無視できる場合について説明する。
まず、Ｚ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ及びＷｙ方向のトルク成分Ｔｗｙを可動子１０１に印加するために各コイル２０２に印加する電流について図１０乃至図１３Ｂを用いて説明する。
図１０は、可動子１０１上に取り付けられたヨーク板１０３に働く力と可動子１０１に働く力成分Ｔｚ及びトルク成分Ｔｗｘ、Ｔｗｙとの関係を示す概略図である。
図１０において、Ｆｚｊは、ｊ番目のコイル２０２がヨーク板１０３に印加する力である。ただし、コイル２０２の設置数Ｎを２以上の整数として、ｊは１≦ｊ≦Ｎを満たす整数である。各力Ｆｚｊが印加するトルクは、トルク成分Ｔｗｘ、Ｔｗｙに寄与する。各力Ｆｚｊが印加するトルクは、その力Ｆｚｊ及びその作用点と可動子１０１の中心Ｏｃとの距離に応じて決定される。
図１１は、Ｚ方向の推力定数プロファイル６０１を模式的に示すグラフである。推力定数プロファイル６０１は、ヨーク板１０３に対向する浮上用のコイル２０２に単位電流を印加した際にヨーク板１０３に働く吸引力を模式的に示している。その吸引力大きさは、Ｘ方向の移動に対して連続的に変化する。
ここで、コイル２０２の構成の例について図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、コイル２０２を示す概略図である。図１２ＡはＺ軸方向から見た図、図１２Ｂはコイル２０２をＸ軸方向から見た図である。
図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、コイル２０２は、巻き線２１０と、コア２１１とを有している。巻き線２１０には、電流コントローラ３１３により電流が印加される。巻き線２１０に電流が印加されると、磁束の経路である磁路２１２が形成される。こうして形成された磁路２１２中の磁束により、コイル２０２とヨーク板１０３の間に吸引力が働く。
コイル２０２に印加する電流と、コイル２０２とヨーク板１０３との間に働く吸引力の大きさとの関係について図１２Ａ乃至図１３を用いてさらに詳しく説明する。図１３は、コイル２０２に印加する電流と、コイル２０２とヨーク板１０３との間に働く吸引力の大きさとの関係を模式的に示すグラフである。図１３に示すグラフにおいて、横軸はコイル２０２に印加する電流量Ｉ、縦軸はコイル２０２とヨーク板１０３との間に働く吸引力の大きさＦｚを示している。図１３に示すグラフには、電流量Ｉに対する吸引力の大きさＦｚを示す吸引力プロファイル６０４が示されている。
コイル２０２とヨーク板１０３との間のＺ方向の間隔が一定の場合、吸引力Ｆｚは、電流量Ｉの二乗に概ね比例する。ここで、図１３に示すグラフ中、Ｆ０は、可動子１０１に働く重力ｍｇを補償するために必要な各コイル２０２に平均的に働く力の大きさである。
ここで、次のように数値及び記号を設定する。
１個のコイル２０２のコア２１１の底面積：Ｓ＝０．０１［ｍ２］
１個のコイル２０２が補償する可動子１０１の質量の一部：Ｆ０＝１００［Ｎ］（約１０［ｋｇ］）
真空の透磁率：μ０＝４π×１０−７
空気ギャップ：ｇａｐ［ｍ］
コイル２０２の巻き線２１０の巻き数：ｎ［回］
コイル電流：Ｉ［Ａ］
コア２１１とヨーク板１０３との間の磁束密度：Ｂ［Ｔ］
コア２１１及びヨーク板１０３の透磁率が真空の透磁率に対して十分大きいとすると、Ｆｚ及びＢは、それぞれ次式（８ａ）及び（８ｂ）により近似的に計算することができる。
Ｆｚ＝Ｓ＊Ｂ２／（２＊μ０） …式（８ａ）
Ｂ＝Ｎ＊Ｉ＊μ０／（２＊ｇａｐ） …式（８ｂ）
ここで巻き数ｎが５００［回］、コイル電流Ｉ０が１．０［Ａ］のとき、空気ギャップｇａｐは、式（８ａ）及び（８ｂ）により０．００６２６６［ｍ］と計算することができる。
ここで、吸引力プロファイル６０４において、Ｆｚ＝Ｆ０となるＩ＝Ｉ０の点をＱとする。この点Ｑの周りについて説明する。
仮に、ｇａｐが０．００６２６６［ｍ］から０．２５［ｍｍ］だけ拡大する方向に変化した場合、拡大するｇａｐを補償するため、コイル２０２にはより大きな起磁力を発生させる必要がある。ｇａｐを０．００６５１６ｍとして、式（８ａ）及び（８ｂ）を同じＦｚを発生するようにして計算すれば、コイル電流Ｉは、１．０３９９［Ａ］と計算される。この程度の電流値であるから、可動子１０１の搬送中におけるコイル電流の電流値の変動は、基準となるコイル電流Ｉ０に比べて十分小さい。
したがって、点Ｑの周りでは、電流Ｉ０に対して追加で印加する電流ｄＩと、電流ｄＩの印加によりＺ軸方向に追加して発生する力の大きさｄＦとの間には、次式（８ｃ）で示される関係が成り立つ。なお、原点Ｏの周りでは、式（８ｃ）で示される関係は成立しない。
ｄＦ∝ｄＩ …式（８ｃ）
ここで、ｄＦとｄＩの比を次式（８ｄ）により定義する。
ｄＦ／ｄＩ＝Ｅｚ …式（８ｄ）
図１１に示す推力定数プロファイル６０１において、Ｅｚ（ｊ，Ｐ）が示されている。Ｅｚ（ｊ，Ｐ）は、式（８ｄ）に示す比になっている。すなわち、Ｅｚ（ｊ，Ｐ）は、可動子１０１が位置姿勢Ｐにあるときにｊ番目のコイル２０２に平均的に印加している電流Ｉ０に対して追加で電流ｄＩを印加した際における、電流Ｉｄに対するＺ軸方向に追加して発生する力の大きさｄＦの比である。
ｊをコイル２０２を特定する指標として上記表記方法に従って図１０を参照して説明する。以下、簡単のため、Ｚ方向の追加の力ｄＦｚｊを単にＦｚｊと表記し、追加の電流ｄＩｊをＩｊと表記する。
ｊ番目のコイル２０２が発生するＺ方向の追加の力Ｆｚｊは、Ｉｊをｊ番目のコイル２０２に印加する追加の電流とすれば、次式（９ａ）により表される。
Ｆｚｊ＝Ｅｚ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ …式（９ａ）
さらにＸ（ｊ，Ｐ）をｊ番目のコイル２０２の可動子１０１の原点Ｏｃから見たＸ方向の相対位置、Ｙ（ｊ，Ｐ）をｊ番目のコイル２０２の可動子１０１の原点Ｏｃから見たＹ方向の相対位置とする。すると、Ｚ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ及びＷｙ方向のトルク成分Ｔｗｙは、それぞれ次式（９ｂ）、（９ｃ）及び（９ｄ）により表される。
Ｔｚ＝Σ（Ｅｚ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ） …式（９ｂ）
Ｔｗｘ＝Σ（−Ｅｚ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ） …式（９ｃ）
Ｔｗｙ＝Σ（Ｅｚ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ） …式（９ｄ）
上式（９ｂ）、（９ｃ）及び（９ｄ）を満足する電流Ｉｊを各コイル２０２に印加すれば、所望の力成分及びトルク成分（Ｔｚ、Ｔｗｘ、Ｔｗｙ）を得ることができる。
ここで、トルク寄与行列Ｍを定義する。トルク寄与行列Ｍは、可動子が位置姿勢Ｐにある場合に１〜ｊ番目のコイル２０２の各々に対して単位電流を印加した場合の各力成分及びトルク成分（Ｔｚ、Ｔｗｘ、Ｔｗｙ）への寄与の大きさを示す行列である。このように、トルク寄与行列Ｍを用いて、各コイル２０２に印加される単位電流による力成分及びトルク成分（Ｔｚ、Ｔｗｘ、Ｔｗｙ）の各成分に対する寄与に関する情報を用いて、各コイル２０２に印加される電流値を決定する。
トルク寄与行列Ｍでは、その１行目をＺ方向、２行目をＷｘ方向、３行目をＷｙ方向に対応させる。すると、トルク寄与行列Ｍの１行ｊ列、２行ｊ列及び３行ｊ列の各要素Ｍ（１，ｊ）、Ｍ（２，ｊ）及びＭ（３，ｊ）は、それぞれ次式（１０ａ）、（１０ｂ）及び（１０ｃ）により表される。トルク寄与行列Ｍは、３行Ｎ列の行列である。なお、トルク寄与行列Ｍの各行は、互いに線形独立である。
Ｍ（１，ｊ）＝Ｅｚ（ｊ，Ｐ） …式（１０ａ）
Ｍ（２，ｊ）＝−Ｅｚ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ） …式（１０ｂ）
Ｍ（３，ｊ）＝Ｅｚ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ） …式（１０ｃ）
一方、コイル電流ベクトルＩｓとして、１〜Ｎ番目のコイル２０２に印加する電流量Ｉ１〜ＩＮを要素とする列ベクトルを導入する。コイル電流ベクトルＩｓは、次式（１０ｄ）により表されるＮ行１列の列ベクトルである。
Ｉｓ＝Ｔｒ（Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｊ，…，ＩＮ） …式（１０ｄ）
ここで、トルクベクトルＴｑを次式（１１）により定義する。
Ｔｑ＝Ｔｒ（Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ） …式（１１）
すると、式（９ｂ）〜（９ｄ）、（１０ａ）〜（１０ｄ）及び（１１）から次式（１２）が得られる。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｉｓ …式（１２）
ここで、疑電流ベクトルＫを導入する。疑電流ベクトルＫは、３行１列の列ベクトルであり、Ｔｒ（Ｍ）をトルク寄与行列Ｍの転置行列とすれば、次式（１３）を満足するベクトルである。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ＝Ｉｓ …式（１３）
コイル電流ベクトルＩｓを式（１３）により表されるものとすることで、Ｔｚ、Ｔｗｘ、Ｔｗｙへの寄与の大きいコイル２０２により多くの電流値を印加することができるため、効率的に電流を印加することができる。
式（１２）は、式（１３）を用いて次式（１４）に変形することができる。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ …式（１４）
式（１４）において、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、３行Ｎ列の行列とＮ行３列の行列との積であるから３行３列の正方行列である。また、トルク寄与行列Ｍの各行は、互いに線形独立である。したがって、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、逆行列を常に得ることができる。そのため、式（１４）は、次式（１５）に変形することができる。
Ｋ＝Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ …式（１５）
式（１３）及び（１５）から、最終的に次式（１６）で表されるコイル電流ベクトルＩｓを得る。こうして、コイル電流ベクトルＩｓを一意に求めることができる。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ＝Ｉｓ …式（１６）
以上のようにしてコイル電流ベクトルＩｓを計算することにより、各コイル２０２に印加する電流を決定することができる。これにより、可動子１０１に対してＺ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ及びＷｙ方向のトルク成分Ｔｗｙを独立して印加することができるので、Ｚ方向、Ｗｘ方向及びＷｙ方向において可動子１０１の姿勢を安定させることができる。
次に、Ｙ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に印加するためにコイル２０８に印加する電流について図１４及び図１５を用いて説明する。力成分Ｔｙ及びトルク成分Ｔｗｚは、それぞれ水平方向において作用するものである。図１４は、可動子１０１をＺ方向に沿って上から下に見た概略図である。図１５は、Ｙ方向の吸引力プロファイル６０５を模式的に示すグラフである。図１５に示すグラフにおいて、横軸はコイル２０８に印加する電流、縦軸は可動子１０１に働く力を示している。
なお、簡単のため、図１４には、固定子２０１に設置されたコイル２０８として、４個のコイル２０８ａＲ、２０８ｂＲ、２０８ａＬ、２０８ｂＬが可動子１０１に対向している場合を示している。また、コイル２０８ａＬと２０８ａＲとは、一対となって１個のコイル２０８ａとして動作する。また、コイル２０８ｂＬとコイル２０８ｂＲとは、一対となって１個のコイル２０８ｂとして動作する。このように、ｊ番目の対のコイル２０８ｊＲとコイル２０８ｊＬとは、一対となって１個のコイル２０８ｊとして動作するものとする。
図１５に示す吸引力プロファイル６０５は、ｊ番目の１対のコイル２０８ｊに印加する電流の大きさＩＬ、ＩＲと可動子１０１に働く力Ｆｙの大きさとの関係を示している。コイル２０８とヨーク板１０３の間には、反発力は働かず吸引力のみが働く。このため、可動子１０１に対してＹ＋方向に力を印加する場合には、吸引力プロファイル６０５の範囲６０５ａにおいて、Ｒ側のコイル２０８ｊＲに電流を印加する。また、可動子１０１に対してＹ−方向に力を印加する場合には、吸引力プロファイル６０５の範囲６０５ｂにおいて、Ｌ側のコイル２０８ｊＬに電流を印加する。
例えば、Ｙ＋方向の力Ｆａを印加する場合には、Ｒ側のコイル２０８ｊＲに電流Ｉａを印加することができる。また、例えば、Ｙ−方向の力Ｆｂを印加する場合はＬ側のコイル２０８ｊＬに電流Ｉｂを印加することができる。
ｊを一対のコイル２０８を特定する指標とする。また、Ｘ（ｊ，Ｐ）をｊ番目の一対のコイル２０８の可動子１０１の原点Ｏｃから見たＸ方向の相対位置とする。また、ｊ番目の一対のコイル２０８が印加するＹ方向の力をＦｙｊとする。すると、水平方向のＹ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚは、それぞれ次式（１７ａ）及び（１７ｂ）により表される。
Ｔｙ＝ΣＦｙｊ …式（１７ａ）
Ｔｗｚ＝Σ（−Ｆｙｊ＊Ｘ（ｊ，Ｐ）） …式（１７ｂ）
ここで、１〜Ｎ番目のコイル２０８が印加するＹ方向の力Ｆｙ１、Ｆｙ２、…、ＦｙＮを要素とするＹ方向力ベクトルＦｙｓを次式（１７ｃ）により定義する。
Ｆｙｓ＝Ｔｒ（Ｆｙ１， Ｆｙ２，…，Ｆｙｊ，…，ＦｙＮ） …式（１７ｃ）
さらに、トルクベクトルＴｑを次式（１７ｄ）により定義する。
Ｔｑ＝Ｔｒ（Ｔｙ，Ｔｗｚ） …式（１７ｄ）
トルク寄与行列Ｍでは、１行目をＹ方向、２行目をＷｚ方向に対応させる。すると、トルク寄与行列Ｍの１行ｊ列及び２行ｊ列の各要素Ｍ（１，ｊ）及びＭ（２，ｊ）は、それぞれ次式（１７ｅ）及び（１７ｆ）により表される。
Ｍ（１，ｊ）＝１ …式（１７ｅ）
Ｍ（２，ｊ）＝Ｘ（ｊ，Ｐ） …式（１７ｆ）
コイル２０８に印加する電流を算出するため、まず、次式（１７ｇ）を満足するＹ方向力ベクトルＦｙｓを決定する。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｆｙｓ …式（１７ｇ）
Ｔｑは２行１列のベクトル、Ｍは２行Ｎ列の行列であるから、式（１７ｇ）を満足するＹ方向力ベクトルＦｙｓの要素の組み合わせは無数にあるが、以下の方法に従って一意に計算することができる。
ここで、２行１列の疑電流ベクトルＫを導入する。疑電流ベクトルＫは、Ｔｒ（Ｍ）をトルク寄与行列Ｍの転置行列とすれば、次式（１７ｈ）を満足するベクトルである。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ＝Ｆｙｓ …式（１７ｈ）
式（１７ｇ）は、式（１７ｈ）を用いて次式（１７ｉ）に変形することができる。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ …式（１７ｉ）
Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、２行Ｎ列の行列とＮ行２列の行列との積であるから２行２列の正方行列である。また、トルク寄与行列Ｍの各行は、互いに線形独立である。したがって、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、逆行列を常に得ることができる。そのため、式（１７ｉ）は、次式（１７ｊ）に変形することができる。
Ｋ＝Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ …式（１７ｊ）
式（１７ｈ）及び（１７ｊ）から、最終的に次式（１７ｋ）で表されるＹ方向力ベクトルＦｙｓを得る。これにより、Ｙ方向力ベクトルＦｙｓを一意に計算することができる。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ＝Ｆｙｓ …式（１７ｋ）
Ｙ方向力ベクトルＦｙｓが得られた後は、予め計算又は測定されている吸引力プロファイル６０５から逆算して各コイル２０８に印加する電流を算出すすることができる。
以上のようにして、各コイル２０８に印加する電流を決定することができる。これにより、可動子１０１に対してＹ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを独立して印加することができるので、Ｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させることができる。例えば、コイル２０８に対しては、Ｗｚ方向のトルクが常に０となるように電流を印加することができる。
次に、搬送方向であるＸ方向の推力を可動子１０１に印加するコイル２０７の制御方法について説明する。本実施形態による搬送システム１は、誘導型リニアモータによる搬送システムである。コイル２０７は、可動子１０１の導電板１０７との間で電磁力を発生させてＸ方向の推力、すなわちＸ方向の力成分Ｔｘを可動子１０１に印加する。導電板１０７としては、特に限定されるものではないが、電気抵抗が比較的小さい例えばアルミニウム製の板が用いられている。
各コイル２０７は、電流が印加されることにより搬送方向であるＸ方向に移動磁界を発生させてコイル２０７と導電板１０７との間に電磁力を発生させる。これにより、各コイル２０７は、可動子１０１に搬送方向であるＸ方向の推力として力成分Ｔｘを発生させる。可動子１０１の速度が不足する場合は、各コイル２０７に印加する電流を増加したり、移動磁界が移動する速度が大きくなるように各コイル２０７に印加する電流のタイミングを変更したりすることができる。
上述のようにして、統合コントローラ３０１は、各コイル２０２、２０７、２０８に印加する電流の電流指令値を決定して制御する。これにより、統合コントローラ３０１は、固定子２０１により搬送される可動子１０１の姿勢を６軸で制御しつつ、可動子１０１の非接触での固定子２０１上の搬送を制御する。なお、制御装置としての統合コントローラ３０１の機能の全部又は一部は、コイルコントローラ３０２その他の制御装置により代替されうる。
なお、本実施形態では、コイル２０７もコイル２０２、コイル２０８と同様に電流が制御される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、より簡単に、誘導モーターコントローラを統合コントローラ３０１に接続して、誘導モーターコントローラにより一定の移動磁界が発生するように各コイル２０７の電流を制御するように構成することもできる。
特許文献１に記載されるような従来の搬送装置では、例えば可動子を傾ける等の全体の姿勢を変更することが困難であった。また、従来の搬送装置では、可動子の姿勢を全体として制御することがないため、例えば可動子が変形した場合に特定のコイルは上向きに、別のコイルでは下向きに力を印加するといったように相反する指令を出るおそれがある。相反する指令は、可動子の搬送を不安定にする。
また、従来の搬送装置では、可動子を全体的に見た姿勢を制御していないため、可動子の移動に伴ってその高さや変形が外乱となって可動子の姿勢を不安定にする。また、特に可動子の浮上用のコイルが離散的に配置された場合、従来の搬送装置では、可動子の位置によっては制御に関わるコイルの個数が変化する結果、制御上の実効的なゲインが変化して結果的に可動子の搬送が不安定になるという課題があった。また、従来の搬送装置では、制御に必要以上の電流を印加するためエネルギーの損失が大きくコイルが必要以上に加熱されるため、冷却系が必要になるなどの課題があった。
これに対して、本実施形態では、可動子１０１に対して６軸の力成分及びトルク成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を印加することができるため、可動子１０１の姿勢を全体として制御することができる。したがって、本実施形態では、可動子１０１の姿勢を安定化することができるとともに、各コイル２０２、２０７、２０８に必要な範囲で電流を印加することができる。
以上のとおり、本実施形態によれば、可動子１０１に対して６軸の力成分及びトルク成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を独立して印加することができる。このため、本実施形態によれば、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させつつＸ方向に安定して可動子１０１を非接触状態で搬送することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図１６乃至図１７Ｃを用いて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
まず、本実施形態による搬送システム１の構成について図１６を用いて説明する。図１６は、本実施形態による可動子１０１及び固定子２０１を含む搬送システム１の構成を示す概略図である。図１６は、可動子１０１及び固定子２０１をＸ方向から見た図である。
本実施形態による搬送システム１の基本的構成は、第１実施形態による構成とほぼ同様である。本実施形態による搬送システム１は、Ｘ方向の力成分Ｔｘ、Ｙ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に印加するための構成の点で、第１実施形態による構成と異なっている。
図１６に示すように、本実施形態による可動子１０１は、第１実施形態で用いた可動子１０１側面のヨーク板１０３及び可動子１０１上面の導電板１０７に代えて、複数の永久磁石を含む永久磁石列１０９を有している。また、本実施形態による固定子２０１は、第１実施形態で用いたコイル２０７、２０８に代えて、永久磁石列１０９を有している。
永久磁石列１０９は、可動子１０１のＲ側及びＬ側の側面のうちの一方の側面にＸ方向に沿って複数の永久磁石が並ぶように設置されている。図１６では、可動子１０１のＬ側の側面に永久磁石列１０９が設置されている場合を例示している。永久磁石列１０９に含まれる複数の永久磁石は、固定子２０１側の側方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並ぶように設置されている。
コイル２０９は、可動子１０１の側面に設置された永久磁石列１０９にＹ方向に沿って対向可能なように固定子２０１にＸ方向に沿って複数取り付けられて設置されている。具体的には、複数のコイル２０９は、可動子１０１のＲ側及びＬ側のうちの一方の側面に設置された永久磁石列１０９にＹ方向に沿って側方から対向可能なようにＸ方向に沿って配置されて設置されている。
各コイル２０９には、第１実施形態で説明したコイル２０２、２０７、２０８と同様に、統合コントローラ３０１、コイルコントローラ３０２等を含む制御システム３により電流が印加される。
本実施形態では、コイル２０９により永久磁石列１０９に力を印加することにより、Ｘ方向の力成分Ｔｘ、Ｙ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する。本実施形態による搬送システム１は、固定子２０１のコイル２０９と可動子１０１の永久磁石列１０９との間で電磁力を発生させてＸ方向の推力を可動子１０１に印加する同期式リニアモータによる搬送システムである。また、本実施形態による搬送システム１は、可動子１０１を浮上させて非接触で搬送する磁気浮上型の搬送システムである。
以下、Ｘ方向の力成分Ｔｘ、Ｙ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する方法について図１７Ａ乃至図１７Ｃを用いて説明する。
図１７Ａ乃至図１７Ｃは、コイル２０９と永久磁石列１０９とを使って力成分Ｔｘ、Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する方法を説明する概略図である。コイル電流算出関数４０４は、以下の方法に従って、可動子１０１の永久磁石列１０９に対して力成分Ｔｘ、Ｔｙ及びトルク成分Ｔｗｚを独立に印加するためにコイル２０９に印加する電流指令値を決定する。なお、簡単のため、図１７Ａ乃至図１７Ｃにおいて、永久磁石列１０９は５個の永久磁石を含むものとする。なお、図１７Ａ乃至図１７Ｃにおいて左右に並んだ破線は、それぞれＸ方向において対応する位置を示している。
また、以下の説明では、座標軸としてｑ軸及びｄ軸を適宜用いる。ｑ軸及びｄ軸は、同期式モーターのベクトル制御理論で一般的に使用される表現である。ｑ軸は、永久磁石列１０９が延在する方向に沿った軸である。ｄ軸は、ｑ軸と直交して永久磁石列１０９に含まれる永久磁石の表面が向く方向に沿った軸である。本実施形態では、ｑ軸がＸ軸、ｄ軸がＹ軸に相当する。
ここで、Ｐを可動子１０１の位置及び姿勢、ｊを列に並んだコイル２０９の番号として、単位電流当たりのｊ番目のコイル２０９のｑ軸方向（Ｘ方向）及びｄ軸方向（Ｙ方向）に働く力の大きさを、それぞれＥｑ（ｊ、Ｐ）及びＥｄ（ｊ、Ｐ）とする。また、ｊ番目のコイル２０９の電流の大きさをＩ（ｊ）とする。
図１７Ａは、横にｑ軸（Ｘ軸）、縦にＺ軸を取り、永久磁石列１０９に対向する９個のコイル２０９を抜き出して示す図であり、Ｙ＋方向から見た図である。図１７Ｂは、図１７ＡをＺ方向から見た図である。コイル２０９には、Ｘ方向に並んだ順に１から９までの番号ｊを付与し、以下では例えばコイル２０９（１）のように表記して各コイル２０９を特定する。
図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、コイル２０９は、距離Ｌのピッチで配置されている。一方、可動子１０１の永久磁石列１０９に含まれる永久磁石は、距離３／２＊Ｌのピッチで配置されている。
図１７Ｃは、図１７Ａ及び図１７Ｂに示す各々のコイル２０９に対して単位電流を印加した際に発生するｑ軸方向（Ｘ方向）の力Ｅｑ及びｄ軸方向（Ｙ方向）の力Ｅｄの大きさをそれぞれ模式的に示したグラフである。
簡単のため、図１７Ａ乃至図１７Ｃでは、コイル２０９のＸ方向の位置の原点Ｏｍをコイル２０９（５）の中間とし、永久磁石列１０９のＸ方向の中心を可動子１０１の原点Ｏｃとしている。このため、図１７Ｃは、ＯｓとＯｍとが合致した場合、すなわちＸ＝０の場合を示している。
このとき、例えばコイル２０９（４）に対して働く単位電流当たりの力は、ｑ軸方向（Ｘ方向）にＥｑ（４，０）、ｄ軸方向（Ｙ方向）にＥｄ（４，０）の大きさである。
可動子１０１の永久磁石列１０９に働くＸ方向の力成分Ｔｘ、Ｙ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚは、それぞれ次式（２０ａ）、（２０ｂ）及び（２０ｃ）により表される。
Ｔｘ＝ΣＥｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ …式（２０ａ）
Ｔｙ＝ΣＥｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ …式（２０ｂ）
Ｔｗｚ＝Σ｛−Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ｝ …式（２０ｃ）
この後は、第１実施形態と同様に、トルク寄与行列Ｍを定義して計算することにより、所望のＴｘ、Ｔｙ、Ｔｗｚを可動子１０１に印加するために各コイル２０９に印加する電流を示すコイル電流ベクトルＩｓを得ることができる。
本実施形態で定義するトルク寄与行列Ｍでは、その１行目をＸ方向、２行目をＹ方向、３行目をＷｚ方向に対応させる。すると、本実施形態で定義するトルク寄与行列Ｍの１行ｊ列、２行ｊ列及び３行ｊ列の各要素Ｍ（１，ｊ）〜Ｍ（３，ｊ）は、それぞれ次式（２０ｄ）〜（２０ｆ）により表される。トルク寄与行列Ｍは、３行Ｎ列の行列である。なお、トルク寄与行列Ｍの各行は、互いに線形独立である。
Ｍ（１，ｊ）＝Ｅｑ（ｊ，Ｐ） …式（２０ｄ）
Ｍ（２，ｊ）＝Ｅｄ（ｊ，Ｐ） …式（２０ｅ）
Ｍ（３，ｊ）＝−Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ） …式（２０ｆ）
また、本実施形態では、コイル電流ベクトルＩｓとして、１〜Ｎ番目のコイル２０９に印加する電流量Ｉ１〜ＩＮを要素とする列ベクトルを導入する。コイル電流ベクトルＩｓは、次式（２０ｇ）により表されるＮ行１列の列ベクトルである。
Ｉｓ＝Ｔｒ（Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｊ，…，ＩＮ） …式（２０ｇ）
また、本実施形態では、トルクベクトルＴｑを次式（２０ｈ）により定義する。
Ｔｑ＝Ｔｒ（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｗｚ） …式（２０ｈ）
すると、次式（２０ｉ）が得られる。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｉｓ …（２０ｉ）
本実施形態でも、第１実施形態と同様に疑電流ベクトルＫを用いた計算を実行する。本実施形態では、３行１列の疑電流ベクトルＫを導入する。本実施形態で導入する疑電流ベクトルＫは、次式（２０ｊ）を満足する。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ＝Ｉｓ …式（２０ｊ）
式（２０ｉ）は、式（２０ｊ）を用いて次式（２０ｋ）に変形することができる。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ …式（２０ｋ）
式（２０ｋ）において、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、３行Ｎ列の行列とＮ行３列の行列との積であるから３行３列の正方行列である。また、トルク寄与行列Ｍの各行は、互いに線形独立である。したがって、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、逆行列を常に得ることができる。そのため、式（２０ｋ）は、次式（２０ｌ）に変形することができる。
Ｋ＝Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ …式（２０ｌ）
式（２０ｊ）及び（２０ｌ）から、最終的に次式（２０ｍ）により表されるコイル電流ベクトルＩｓを得る。こうして、コイル電流ベクトルＩｓを一意に求めることができる。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ＝Ｉｓ …式（２０ｍ）
以上のようにしてコイル電流ベクトルＩｓを計算することにより、各コイル２０９に印加する電流を決定することができる。これにより、可動子１０１に対してＸ方向の力成分Ｔｘ、Ｙ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを独立して印加することができる。したがって、Ｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させつつ可動子１０１をＸ方向に搬送することができる。
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に各コイル２０２に電流を印加することにより、可動子１０１に対してＺ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ及びＷｙ方向のトルク成分Ｔｗｙを独立して印加することができる。このため、本実施形態でも、コイル２０２とコイル２０９とを組み合わせて用いることにより、力Ｔの６軸成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を可動子１０１に対して印加することができる。
以上のとおり、本実施形態によれば、可動子１０１に対して６軸の力成分及びトルク成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を独立して印加することができる。したがって、本実施形態によれば、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させつつＸ方向に可動子１０１を非接触状態で搬送することができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について図１８乃至図１９Ｂを用いて説明する。なお、上記第１及び第２実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
まず、本実施形態による搬送システム１の構成について図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態による可動子１０１及び固定子２０１を含む搬送システム１の構成を示す概略図である。図１８は、可動子１０１及び固定子２０１をＸ方向から見た図である。
本実施形態による搬送システム１の基本的構成は、第１実施形態による構成とほぼ同様である。本実施形態による搬送システム１は、Ｘ方向の力成分Ｔｘ、Ｚ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ、Ｗｙ方向のトルク成分Ｔｗｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に印加するための構成の点で、第１実施形態による構成と異なっている。
図１８のように、本実施形態による可動子１０１は、第１実施形態で用いた可動子１０１上面のヨーク板１０３及び同じく上面の導電板１０７に代えて、複数の永久磁石を含む永久磁石列１０９を有している。また、本実施形態による固定子２０１は、第１実施形態で用いたコイル２０２、２０７に代えて、コイル２０９を有している。
永久磁石列１０９は、可動子１０１の上面において、Ｒ側及びＬ側それぞれの端部にＸ方向に沿って複数の永久磁石が並ぶように２列に設置されている。永久磁石列１０９に含まれる複数の永久磁石は、固定子２０１側の上方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並ぶように設置されている。
コイル２０９は、可動子１０１の上面に設置された２列の永久磁石列１０９にＺ方向に沿って対向可能なように固定子２０１にＸ方向に沿って複数取り付けられて設置されている。具体的には、複数のコイル２０９は、可動子１０１の上面に設置された２列の永久磁石列１０９にＺ方向に沿って上方から対向可能なようにＸ方向に沿って２列に配置されて設置されている。
各コイル２０９には、第１実施形態で説明したコイル２０２、２０７、２０８と同様に、統合コントローラ３０１、コイルコントローラ３０２等を含む制御システム３により電流が印加される。
コイル２０９は、可動子１０１の浮上及び搬送用のコイルとして機能する。このようなコイル２０９として、コア有コイルを用いることができる。コイル２０９としてコア有コイルを用いることにより、コイル２０９に電流を印加しなくてもコイル２０９と永久磁石列１０９との間に大きな吸引力が働くため、コイル２０９に印加する電流量を大幅に低減することができる。
なお、本実施形態におけるコイル２０９と永久磁石列１０９との関係は、それぞれの設置場所を除き、第２実施形態で説明したコイル２０９と永久磁石列１０９との関係と同等である。なお、図１６乃至図１７Ｂに示す第２実施形態ではｑ軸がＸ軸、ｄ軸がＹ軸に相当していたのに対し、図１８及び図１９Ａに示す本実施形態ではｑ軸がＸ軸、ｄ軸がＺ軸に相当する。
本実施形態では、コイル２０９により永久磁石列１０９に力を印加することで、Ｘ方向の力成分Ｔｘ、Ｚ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ、Ｗｙ方向のトルク成分Ｔｗｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する。本実施形態による搬送システム１も、第２実施形態と同様、固定子２０１のコイル２０９と可動子１０１の永久磁石列１０９との間で電磁力を発生させてＸ方向の推力を可動子１０１に印加する同期式リニアモータによる搬送システムである。
以下、Ｘ方向の力成分Ｔｘ、Ｚ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ、Ｗｙ方向のトルク成分Ｔｗｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する方法について図１９Ａ及び図１９Ｂを用いて説明する。図１９Ａ及び図１９Ｂは、コイル２０９と永久磁石列１０９とを使って力成分Ｔｘ、Ｔｚ及びトルク成分Ｔｗｘ、Ｔｗｙ、Ｔｗｚを可動子１０１に対して独立に印加する方法を説明する概略図である。なお、図１９Ａ及び図１９Ｂにおいて左右に並んだ一点鎖線は、それぞれＸ方向において対応する位置を示している。コイル電流算出関数４０４は、以下の方法に従って、可動子１０１の永久磁石列１０９に対して力成分Ｔｘ、Ｔｚ及びトルク成分Ｔｗｘ、Ｔｗｙ、Ｔｗｚを独立に印加するためにコイル２０９に印加する電流指令値を決定する。
ここで、Ｐを可動子１０１の位置及び姿勢、ｊを列に並んだコイル２０９の番号として、単位電流当たりのｊ番目のコイル２０９のｑ軸方向（Ｘ方向）及びｄ軸方向（Ｚ方向）に働く力の大きさを、それぞれＥｑ（ｊ，Ｐ）及びＥｄ（ｊ，Ｐ）とする。また、ｊ番目のコイル２０９の電流の大きさをＩ（ｊ）とする。
図１９Ａは、固定子２０１及び可動子１０１をＺ方向に沿って上から下に見た図である。なお、図１９Ａでは、見やすさのため、永久磁石列１０９に対してコイル２０９を外側にずらして示している。本実施形態では、上述のようにｑ軸がＸ軸、ｄ軸がＺ軸に相当する。
図１９Ｂは、Ｅｑ（ｊ，Ｐ）を示すｑ軸推力定数プロファイル６０１及びＥｄ（ｊ，Ｐ）を示すｄ軸推力定数プロファイル６０３を示している。Ｅｑ（ｊ，Ｐ）はｑ軸推力定数プロファイル６０１から、Ｅｄ（ｊ，Ｐ）はｄ軸推力定数プロファイル６０３から求めることができる。
以下に示す方法により２列のコイル２０９で、５軸の力および回転方向のトルク（Ｔｘ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を印加すること出来る。
本実施形態では、２列のコイル２０９があることに注意して、第２実施形態における式（２０ａ）、（２０ｂ）及び（２０ｃ）を拡張する。
ｊをＬ側及びＲ側の両側のコイル２０９の指標として考えると、可動子１０１の永久磁石列１０９に働くＸ方向の力成分Ｔｘ及びＺ方向の力成分Ｔｚは、それぞれ次式（２１ａ）及び（２１ｂ）により表される。また、可動子１０１の永久磁石列１０９に働くＷｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ、Ｗｙ方向のトルク成分Ｔｗｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚは、それぞれ次式（２１ｃ）、（２１ｄ）及び（２１ｅ）により表される。
Ｔｘ＝ΣＥｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ …式（２１ａ）
Ｔｚ＝ΣＥｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ …式（２１ｂ）
Ｔｗｘ＝Σ｛−Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ｝ …式（２１ｃ）
Ｔｗｙ＝ΣＥｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ …式（２１ｄ）
Ｔｗｚ＝ΣＥｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ …式（２１ｅ）
この後は、第１実施形態と同様に、トルク寄与行列Ｍを定義して計算することにより、所望のＴｘ、Ｔｚ、Ｔｗｘ、Ｔｗｙ、Ｔｗｚを可動子１０１に印加するために各コイル２０９に印加する電流を示すコイル電流ベクトルＩｓを得ることができる。
本実施形態で定義するトルク寄与行列Ｍでは、その１行目をＸ方向、２行目をＺ方向、３行目をＷｘ方向、４行目をＷｙ方向、５行目をＷｚ方向に対応させる。
すると、本実施形態で定義するトルク寄与行列Ｍの１行ｊ列、２行ｊ列、３行ｊ列、４行ｊ列及び４行ｊ列の各要素Ｍ（１，ｊ）〜Ｍ（５，ｊ）は、それぞれ次式（２１ｆ）〜（２１ｊ）により表される。
トルク寄与行列Ｍは、５行Ｎ列の行列である。なお、トルク寄与行列Ｍの各行は、互いに線形独立である。
Ｍ（１，ｊ）＝Ｅｑ（ｊ，Ｐ） …式（２１ｆ）
Ｍ（２，ｊ）＝Ｅｄ（ｊ，Ｐ） …式（２１ｇ）
Ｍ（３，ｊ）＝−Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ） …式（２１ｈ）
Ｍ（４，ｊ）＝Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ） …式（２１ｉ）
Ｍ（５，ｊ）＝Ｅｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ） …式（２１ｊ）
また、本実施形態では、コイル電流ベクトルＩｓとして、１〜Ｎ番目のコイル２０９に印加する電流量Ｉ１〜ＩＮを要素とする列ベクトルを導入する。コイル電流ベクトルＩｓは、次式（２１ｋ）により表されるＮ行１列の列ベクトルである。
Ｉｓ＝Ｔｒ（Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｊ，…，ＩＮ） …式（２１ｋ）
また、本実施形態では、トルクベクトルＴｑを次式（２１ｌ）により定義する。
Ｔｑ＝Ｔｒ（Ｔｘ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ） …式（２１ｌ）
すると、次式（２１ｍ）が得られる。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｉｓ …式（２１ｍ）
本実施形態でも、第１実施形態と同様に疑電流ベクトルＫを用いた計算を実行する。本実施形態では、５行１列の疑電流ベクトルＫを導入する。本実施形態で導入する疑電流ベクトルＫは、次式（２１ｎ）を満足する。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ＝Ｉｓ …式（２１ｎ）
式（２１ｍ）は、式（２１ｎ）を用いて次式（２１ｏ）に変形することができる。
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ …式（２１ｏ）
式（２１ｏ）において、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、５行Ｎ列の行列とＮ行５列の行列との積であるから５行５列の正方行列である。また、トルク寄与行列Ｍの各行は、互いに線形独立である。したがって、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は、逆行列を常に得ることができる。そのため、式（２１ｏ）は、次式（２１ｐ）に変形することができる。
Ｋ＝Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ …式（２１ｐ）
式（２１ｎ）及び（２１ｐ）から、最終的に次式（２１ｑ）により表されるコイル電流ベクトルＩｓを得る。こうして、コイル電流ベクトルＩｓを一意に求めることができる。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ＝Ｉｓ…式（２１ｑ）
以上のようにしてコイル電流ベクトルＩｓを計算することにより、各コイル２０９に印加する電流を決定することができる。これにより、可動子１０１に対してＸ方向の力成分Ｔｘ、Ｚ方向の力成分Ｔｚ、Ｗｘ方向のトルク成分Ｔｗｘ、Ｗｙ方向のトルク成分Ｔｗｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを独立して印加することができる。すなわち、可動子１０１に対して５軸分の地下成分及びトルク成分を独立して印加することができる。したがって、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させつつ可動子１０１をＸ方向に搬送することができる。
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に各コイル２０８に電流を印加することにより、可動子１０１に対してＹ方向の力成分Ｔｙ及びＷｚ方向のトルク成分Ｔｗｚを独立して印加することができる。このため、本実施形態でも、コイル２０８とコイル２０９とを組み合わせて用いることにより、力Ｔの６軸成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を可動子１０１に対して印加することができる。
以上のとおり、本実施形態によれば、可動子１０１に対して６軸の力成分及びトルク成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を独立して印加することができる。したがって、本実施形態によれば、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させつつＸ方向に可動子１０１を非接触状態で搬送することができる。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について図２０乃至図２２を用いて説明する。なお、上記第１乃至第３実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
まず、本実施形態による搬送システム１の構成について図２０及び図２１Ａを用いて説明する。図２０及び図２１Ａは、本実施形態による可動子１０１及び固定子２０１を含む搬送システム１の構成を示す概略図である。図２０は、可動子１０１及び固定子２０１をＸ方向から見た図である。図２１Ａは、図２０をＺ方向に沿って上から下に見た図である。なお、図２０の右半分は、図２１Ａにおける（Ａ）−（Ａ）線に沿った断面（Ａ）になっている。また、図２０の左半分は、図２１Ａにおける（Ｂ）−（Ｂ）線に沿った断面（Ｂ）になっている。また、図２１Ａでは、見やすさのため、永久磁石列１１０（１１０ａ、１１０ｂ）に対してコイル２０９を外側にずらして示している。
本実施形態による搬送システム１の基本的構成は、第３実施形態による構成とほぼ同様である。本実施形態による搬送システム１は、Ｙ方向の力を可動子１０１に印加するための構成の点で、第３実施形態による構成と異なっている。
図２０及び図２１Ａに示すように、本実施形態による可動子１０１は、第３実施形態で用いた永久磁石列１０９に代えて、複数の永久磁石を含む永久磁石列１１０を有している。なお、本実施形態による可動子１０１では、第３実施形態とは異なり、Ｌ側及びＲ側の両側面にヨーク板１０３が設置されていない。また、本実施形態による固定子２０１は、第３実施形態と同様にコイル２０９を有している。なお、本実施形態による固定子２０１では、第３実施形態とは異なり、コイル２０８が設置されていない。
永久磁石列１１０は、可動子１０１の上面において、Ｒ側及びＬ側それぞれの端部にＸ方向に沿って複数の永久磁石が並ぶように２列に設置されている。ただし、２列の永久磁石列１１０の各列の一部、すなわち永久磁石列１１０の両端部では、Ｙ方向に２個の永久磁石が並ぶように設置されている。このような２列の永久磁石列１１０の各列は、可動子１０１が搬送されるＸ方向に沿ってＮ極及びＳ極に交互に着磁された永久磁石列１１０ｂと、それとは直交するＹ方向にＮ極及びＳ極に交互に着磁された永久磁石列１１０ａとを有している。永久磁石列１１０ｂでは、複数の永久磁石が、固定子２０１側の上方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並ぶように設置されている。永久磁石列１１０ａでは、２個の永久磁石が、固定子２０１側の上方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＹ方向に交互に並ぶように設置されている。なお、永久磁石列１１０ａは、２個を超える複数の永久磁石を含んでいてもよい。ここで、Ｙ軸をｈ軸、Ｙ方向をｈ軸方向と定義する。
コイル２０９は、可動子１０１の上面に設置された２列の永久磁石列１１０にＺ方向に沿って対向可能なように固定子２０１にＸ方向に沿って複数取り付けられて設置されている。具体的には、複数のコイル２０９は、可動子１０１の上面に設置された２列の永久磁石列１１０にＺ方向に沿って上方から対向可能なようにＸ方向に沿って２列に配置されて設置されている。
各コイル２０９には、第１実施形態で説明したコイル２０２、２０７、２０８と同様に、統合コントローラ３０１、コイルコントローラ３０２等を含む制御システム３により電流が印加される。
図２１Ｂは、各コイル２０９に発生する単位電流当たりの、ｑ軸方向（Ｘ方向）、ｈ軸方向（Ｙ方向）及びｄ軸（Ｚ軸）のそれぞれの力の大きさＥｑ（ｊ，Ｐ）、Ｅｈ（ｊ，Ｐ）及びＥｄ（ｊ，Ｐ）を模式的に示している。なお、図２１Ａ及び図２１Ｂにおいて左右に並んだ一点鎖線は、それぞれＸ方向において対応する位置を示している。ｑ軸推力定数プロファイル６０１はＥｑ（ｊ，Ｐ）、ｈ軸定数プロファイル６０２はＥｈ（ｊ，Ｐ）、ｄ軸推力定数プロファイル６０３はＥｄ（ｊ，Ｐ）を示している。
本実施形態において、ｈ軸方向（Ｙ方向）に力を発生する原理について図２２を用いて説明する。図２２は、ｈ軸方向（Ｙ方向）に力を発生する原理を説明する概略図である。図２２には、図２１における永久磁石列１１０の（Ａ）−（Ａ）線に沿った断面のＲ側及びＬ側のうちの一方の永久磁石列１１０ａを含む部分を示している。
図２２に示すように、コイル２０９は、コア２１１と、巻き線２１０とを有している。コイル２０９は、永久磁石列１１０ａにＺ方向に沿って上方から対向するように設置されている。コア２１１中の矢印２１４は、コイル２０９の磁化方向を示し、矢印２１４の先がＮ極を示すものとする。永久磁石列１１０ａでは、ｈ軸方向（Ｙ方向）に沿って永久磁石１１０ａＲ、１１０ａＬが並んでいる。永久磁石１１０ａＲ、１１０ａＬ中の矢印は、その永久磁石の着磁方向を示し、矢印の先がＮ極を示すものとする。
図２２に示すように、コイル２０９のコア２１１の永久磁石列１１０ａ側の表面にＮ極が現れるように電流を印加すれば、コイル２０９と永久磁石１１０ａＲとの間には斥力が、コイル２０９と永久磁石１１０ａＬとの間には引力が発生する。このため、可動子１０１には、ｈ軸方向の＋方向（Ｙ＋方向）方向に力が働く。
より定量的に表わせば、コア２１１を通過する巻き線２１０の鎖交磁束Φが可動子１０１のｈ軸方向の位置ｈに対して次式（２２ａ）により表される関係があるとする。
Φ＝Φ（ｈ） …式（２２ａ）
この場合、ｈ軸方向（Ｙ方向）に働く力の大きさＦｈは、ｉをコイル２０９に流れる電流の大きさとして、一般的に次式（２２ｂ）により表される。
Ｆｈ＝ｉ＊∂Φ／∂ｈ …式（２２ｂ）
このように、本実施形態では、コイル２０９と永久磁石列１１０ａとの間に働く力により、可動子１０１に対してｈ軸方向（Ｙ方向）に力を印加することができる。
本実施形態でも、第１乃至第３実施形態と同様に考えて、各軸方向に印加される力成分及びトルク成分は、それぞれ次式（２３ａ）、（２３ｂ）、（２３ｃ）、（２３ｄ）、（２３ｅ）及び（２３ｆ）により表される。
Ｔｘ＝Σ（Ｅｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ） …式（２３ａ）
Ｔｙ＝Σ（Ｅｈ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ） …式（２３ｂ）
Ｔｚ＝Σ（Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｉｊ） …式（２３ｃ）
Ｔｗｘ＝Σ｛（Ｅｈ（ｊ，Ｐ）＊Ｚ（ｊ，Ｐ）−Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ））＊Ｉｊ｝ …式（２３ｄ）
Ｔｗｙ＝Σ｛（Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ）−Ｅｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｚ（ｊ，Ｐ））＊Ｉｊ｝ …式（２３ｅ）
Ｔｗｚ＝Σ｛（Ｅｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｙ（ｊ，Ｐ）−Ｅｈ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ））＊Ｉｊ｝ …式（２３ｆ）
ここで、本実施形態でも、第１乃至第３実施形態と同様にトルク寄与行列Ｍ及び６行１列の疑電流ベクトルＫを導入した計算を実行して、次式（２１ｑ）により、コイル２０９に印加する電流を示すコイル電流ベクトルＩｓを得ることができる。
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔｑ＝Ｉｓ …式（２１ｑ）
以上のとおり、本実施形態によれば、可動子１０１に対して６軸の力成分及びトルク成分（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を独立して印加することができる。したがって、本実施形態によれば、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させつつＸ方向に可動子１０１を非接触状態で搬送することができる。
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態について図２３Ａ及び図２３Ｂを用いて説明する。なお、上記第１乃至第４実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態では、第４実施形態において、可動子１０１のＬ側とＲ側で異なったＷｙトルクを印加することが必要な場合について図２３Ａ及び図２３Ｂを用いて説明する。
図２３Ａ及び２３Ｂは、可動子１０１が捻れながらＸ方向に搬送されている場合を模式的に示す概略図である。図２３Ａは可動子１０１をＹ方向から見た図、図２３Ｂは可動子１０１を斜め上方から見た斜視図である。
可動子１０１は、図２３Ａ及び図２３Ｂに示すように、捻れる方向に変形又は振動しながら搬送される場合がある。可動子１０１が捻れるとは、図２３Ａに示すように、可動子１０１のＲ側におけるＷｙ方向の回転角ＷｙＲと、可動子１０１のＬ側におけるＷｙ方向の回転角ＷｙＬとが互いに異なる場合がある。このような捻れは、可動子１０１の位置姿勢Ｐのうちの姿勢の成分の１つである。
本実施形態では、Ｌ側及びＲ側の各々で可動子１０１のＷｙ方向の変位を独立して測定できるように、Ｚセンサ２０６が配置されている。すなわち、Ｚセンサ２０６がＬ側及びＲ側の各々に設置されており、可動子１０１がどこにいても片側２個以上のＺセンサ２０６が各々の側で可動子１０１のＷｙ方向の変位を測定できるような間隔で設置されている。例えば、図２３Ａに示すように、Ｌ側ではＺセンサ２０６Ｌａ、２０６Ｌｂにより、Ｒ側ではＺセンサ２０６Ｒａ、２０６Ｒｂにより、可動子１０１のＷｙ方向の変位を測定する。一般的な４個以上のＺセンサ２０６が設置され、それらのうちのどの３個の組み合わせも１つの直線の上に設置されていないようにすれば、理論的にはＷｙＲとＷｙＬとを別々に計算することができる。本実施形態では、ＷｙＲとＷｙＬとが別々に計算できるように複数のＺセンサ２０６が設置されている。
本実施形態では、Ｌ側及びＲ側の各々に設置されたＺセンサ２０６によりＷｙ方向の変位を測定して、ＷｙＲとＷｙＬとを測定する。後は、他の軸の場合と同様に目標値と現在値とを用いて、可動子１０１のＬ側及びＲ側の両側にそれぞれ印加する所望のＷｙ方向のトルク成分ＴｗｙＬ、ＴｗｙＲを算出する。
より詳細には、本実施形態では、第４実施形態における式（２３ｅ）に代えて、次式（２３ｅ１）及び（２３ｅ２）を用いる。
ＴｗｙＬ＝ΣＬ｛（Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ）−Ｅｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｚ（ｊ，Ｐ））＊Ｉｊ｝ …式（２３ｅ１）
ＴｗｙＲ＝ΣＲ｛（Ｅｄ（ｊ，Ｐ）＊Ｘ（ｊ，Ｐ）−Ｅｑ（ｊ，Ｐ）＊Ｚ（ｊ，Ｐ））＊Ｉｊ｝ …式（２３ｅ２）
以降の計算では、第４実施形態と同様にトルク寄与行列Ｍ及び疑電流ベクトルＫを導入した計算を実行して、コイル２０９に印加する電流を示すコイル電流ベクトルＩｓを得ることができる。なお、本実施形態では、トルク寄与行列Ｍは７行Ｎ列の行列、疑電流ベクトルＫは７行１列の列ベクトルである。
こうして、本実施形態では、Ｗｙ方向の変位による可動子１０１の捻れが生じた場合に、Ｗｙ方向のトルク成分ＴｗｙＬ、ＴｗｙＲを印加して可動子１０１の捻れを制御することができる。例えば、本実施形態では、Ｗｙ方向の変位による可動子１０１の捻れを解消するように可動子１０１に対してＷｙ方向のトルク成分ＴｗｙＬ、ＴｗｙＲを印加することができる。
このように、本実施形態によれば、可動子１０１が捻れた場合でもその方向にトルク成分を積極的に印加することができる。これにより、可動子１０１の捻れを制御することができる。
このため、本実施形態によれば、捻れ又は振動が自然に収まるのを待つのでなく積極的にトルクを印加するので、可動子１０１の変位をより短時間で収束させることができる。したがって、本実施形態によれば、さらに安定して可動子１０１を搬送することができる。特に、本実施形態による構成は、可動子１０１が薄く、Ｗｙ方向の剛性が低い場合に有効である。
なお、上記では、可動子１０１のＷｙ方向の変位により可動子１０１に捻れが生じた場合について説明したが、これに限定されるものではない。Ｗｙ方向の場合と同様に可動子１０１のＷｘ方向の変位により可動子１０１に捻れが発生した場合も、Ｗｙ方向の場合と同様にして可動子１０１の捻れを制御することができる。
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態について図２４Ａ及び図２４Ｂを用いて説明する。なお、上記第１乃至第５実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態による搬送システム１の構成について図２４Ａを用いて説明する。図２４Ａは、本実施形態による可動子１０１及び固定子２０１を含む搬送システム１の構成を示す概略図である。図２４Ａは、可動子１０１をＺ方向に沿って上から下に見た図である。なお、図２４Ａでは、見やすさのため、永久磁石ヨーク複合列１１１に対してコイル２０９を外側にずらして示している。
本実施形態による搬送システム１の基本的構成は、第４実施形態による構成とほぼ同様である。本実施形態による搬送システム１は、永久磁石列１１０に代えて永久磁石ヨーク複合列１１１が設置されている点で、第４実施形態による構成と異なっている。
図２４Ａに示すように、本実施形態による可動子１０１は、第４実施形態で用いた永久磁石列１１０に代えて、永久磁石ヨーク複合列１１１を有している。
永久磁石ヨーク複合列１１１は、可動子１０１の上面において、Ｒ側及びＬ側それぞれの端部にＸ方向に沿って２列に設置されている。２列の永久磁石ヨーク複合列１１１の各列は、第４実施形態と同様の永久磁石列１１０ａ、１１０ｂと、ヨーク板１１０ｃとを有している。ヨーク板１１０ｃは、永久磁石列１１０ｂの中にＸ方向に沿って設置されている。ヨーク板１１０ｃは、透磁率の大きな物質、例えば鉄で構成された鉄板である。
本実施形態においては、ヨーク板１１０ｃが設置されていることにより、図２４Ｂに示すように、ｑ軸推力定数プロファイル６０１、ｈ軸定数プロファイル６０２及びｄ軸推力定数プロファイル６０３の形状が、第４実施形態とは異なったものとなる。なお、図２４Ａ及び図２４Ｂにおいて左右に並んだ一点鎖線は、それぞれＸ方向において対応する位置を示している。
なお、本実施形態でも、第４実施形態と同等の方法によりコイル２０９に印加する電流を示すコイル電流ベクトルＩｓを得ることができる。
本実施形態では、永久磁石に代えてヨーク板１１０ｃが設置されているため、コイル２０９の冷却が容易である。本実施形態による構成は、特に、Ｘ方向及びＹ方向への要求トルクが小さい場合に好適である。また、本実施形態では、高価な永久磁石の使用量を低減することができるため。より小さいコストで搬送システム１を構成することができる。
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態について図２５Ａ及び図２５Ｂを用いて説明する。なお、上記第１乃至第６実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態では、可動子１０１が水平方向よりも鉛直方向に大きい場合について図２５Ａ及び図２５Ｂを用いて説明する。図２５Ａは、可動子１０１が水平方向よりも鉛直方向に大きい場合の搬送システム１の構成の例を示す概略図である。図２５Ｂは、可動子１０１が水平方向よりも鉛直方向に大きい場合の搬送システム１の構成の他の例を示す概略図である。図２５Ａ及び図２５Ｂは、可動子１０１及び固定子２０１をＸ方向から見た図である。本実施形態では、以下に説明するように、第４又は第５実施形態で説明した永久磁石列１１０及びコイル２０９の設置場所が変更されたものとなっている。
図２５Ａに示すように、可動子１０１は、水平方向よりも鉛直方向に大きくなっている。すなわち、可動子１０１は、Ｙ方向よりもＺ方向に大きくなっている。なお、可動子１０１は、Ｘ方向よりもＺ方向に大きくなっていてもよいし、Ｘ方向よりもＺ方向に小さくなっていてもよい。
図２５Ａに示す場合、可動子１０１の上面には、永久磁石列１１０が設置されている。可動子１０１の上面に設置された永久磁石列１１０は、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂを含んでいる。可動子１０１の上面の永久磁石列１１０ａは、２個の永久磁石が、固定子２０１側の上方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＹ方向に交互に並ぶように設置されている。可動子１０１の上面の永久磁石列１１０ｂは、複数の永久磁石が、固定子２０１側の上方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並ぶように設置されている。
固定子２０１の上部には、可動子１０１の上面の永久磁石列１１０にＺ方向に沿って上方から対向可能なようにコイル２０９が設置されている。こうして可動子１０１の上面に設置された永久磁石列１１０とコイル２０９との間に大きな吸引力が発生するように構成されている。なお、可動子１０１の上面には、永久磁石列１１０に代えて又はこれとともにヨーク板１０３が設置され、ヨーク板１０３にコイル２０９が対向するように構成されていてもよい。また、コイル２０９としては、可動子１０１の上面の永久磁石列１１０との間に電流が印加されていないときも吸引力を発生させるため、コア有マグネットを用いることができる。
また、図２５Ａに示すように、可動子１０１の下面には、永久磁石列１１０が設置されている。可動子１０１の下面に設置された永久磁石列１１０は、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂを含んでいる。可動子１０１の下面の永久磁石列１１０ａは、２個の永久磁石が、固定子２０１側の下方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＹ方向に交互に並ぶように設置されている。可動子１０１の下面の永久磁石列１１０ｂは、複数の永久磁石が、固定子２０１側の下方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並ぶように設置されている。
固定子２０１の下部には、可動子１０１の下面の永久磁石列１１０にＺ方向に沿って下方から対向可能なようにコイル２０９が設置されている。
鉛直方向に大きい可動子１０１は、その側面に基板等のワーク１０２を保持するように構成することができる。固定子２０１には、可動子１０１の側面に保持されたワーク１０２に対向するように、ワーク１０２に対して蒸着を行う蒸着源７０２を設置することができる。
また、固定子２０１には、可動子１０１を取り出すための開口部８０２が設けられている。開口部８０２は、固定子２０１の上部に設けられている。停電、事故等の異常が発生した場合には、開口部８０２を介して可動子１０１を固定子２０１の上側からクレーン等で釣り上げて退避させることができる。これにより、搬送システム１を含む生産ラインの安定稼働に寄与することができる。
また、開口部８０２は容易に固定子２０１に設けることができるため、異常時に可動子１０１をクレーン等で釣り上げて回収するのに適している。
なお、可動子１０１の下面に永久磁石列１１０を設置することに代えて、図２５Ｂに示すように、可動子１０１の側面に永久磁石列１１０を設置することもできる。このように構成することにより、縦長の可動子１０１をより安定して搬送することができる。
なお、上記では第４又は第５実施形態で説明した永久磁石列１１０及びコイル２０９の設置場所が変更された場合について説明したが、第６実施形態で説明した永久磁石ヨーク複合列１１１の設置場所も上記の永久磁石列１１０と同様に変更することができる。
［第８実施形態］
本発明の第８実施形態について図２６を用いて説明する。なお、上記第１乃至第７実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態では、可動子１０１の下面に永久磁石列１１０が設置された場合について図２６を用いて説明する。図２６は、可動子１０１の下面に永久磁石列１１０が設置された場合の搬送システム１の構成の例を示す概略図である。図２６は、可動子１０１及び固定子２０１をＸ方向から見た図である。本実施形態では、以下に説明するように、第４又は第５実施形態で説明した永久磁石列１１０及びコイル２０９の設置場所が変更されたものとなっている。
図２６に示すように、可動子１０１の下面におけるＬ側及びＲ側の各端部には、永久磁石列１１０が設置されている。Ｌ側及びＲ側の各側の端部に設置された永久磁石列１１０は、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂを含んでいる。永久磁石列１１０ａは、２個の永久磁石が、固定子２０１側の下方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＹ方向に交互に並ぶように設置されている。永久磁石列１１０ｂは、複数の永久磁石が、固定子２０１側の下方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並ぶように設置されている。
固定子２０１には、可動子１０１の下面におけるＬ側及びＲ側の各端部に設置された永久磁石列１１０にＺ方向に沿って下方から対向可能なようにコイル２０９が設置されている。
図２６に示す永久磁石列１１０及びコイル２０９の配置の場合、永久磁石列１１０とコイル２０９との間の力は正方向のバネ係数を持つ、すなわちコイル２０９の電流量を一定に維持した場合に可動子１０１が下降するとコイル２０９が作る斥力は大きくなる。このため、可動子１０１の位置はＺ方向に安定化する。したがって、より可動子１０１の姿勢を安定化しながら可動子１０１を搬送することができる。
なお、上記では第４又は第５実施形態で説明した永久磁石列１１０及びコイル２０９の設置場所が変更された場合について説明したが、第６実施形態で説明した永久磁石ヨーク複合列１１１の設置場所も上記の永久磁石列１１０と同様に変更することができる。
［第９実施形態］
本発明の第９実施形態について図２７を用いて説明する。なお、上記第１乃至第８実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態では、上記実施形態で用いたコイル２０２が永久磁石２１３を有する場合について図２７を用いて説明する。図２７は、Ｘ方向から見た本実施形態によるコイル２０２の断面を示す図である。
図２７に示すように、コイル２０２は、巻き線２１０と、巻き線２１０が巻かれたコア２１１とを有し、さらにコア２１１の内部に永久磁石２１３を有している。永久磁石２１３は、コア２１１の巻き線２１０が巻かれた内側部分の内部に、図２７中の矢印で示すようにＮ極及びＳ極がＺ方向に並ぶように設けられている。
例えば、コイルにおいて、巻き線の巻き数を５００回、巻き線に印加する電流値を１Ａとした場合の起磁力は５００Ａだが、これを起磁力９５０ｋＡ／ｍのネオジウム磁石で代替すると、その磁石の厚みは約１．０５ｍｍである。このように、永久磁石２１３は、巻き線２１０に一定の電流を常時印加しているのと同じ効果を奏する。したがって、基準となる可動子１０１の搬送高さを考慮して、巻き線２１０に印加する電流が小さくなるように永久磁石２１３の厚み等を設計することができる。こうして永久磁石２１３を用いることより、可動子１０１の搬送中に巻き線２１０に印加する電流を、可動子１０１の姿勢の変動を補正する分だけにすることができ、コイル２０２に印加する電流値を大幅に低減することができる。
なお、上述したコイル２０２のほか、上記実施形態で用いたコイル２０７、２０８、２０９についても永久磁石２１３を有するように構成することができる。
［第１０実施形態］
本発明の第１０実施形態について図２８Ａを用いて説明する。なお、上記第１乃至第９実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態では、第４実施形態による構成において、コイル２０９のコア２１１の形状を変更した場合について図２８Ａを用いて説明する。図２８Ａは、Ｘ方向から見た本実施形態によるコイル２０９及び永久磁石列１１０ａの断面を示す図である。
本実施形態によるコイル２０９は、図２２に示す第４実施形態の場合と同様に、永久磁石１１０ａＲ、１１０ａＬを含む永久磁石列１１０ａにＺ方向に沿って対向するように設置されている。コイル２０９は、巻き線２１０と、巻き線２１０が巻かれたコア２１１とを有している。永久磁石列１１０ａでは、永久磁石１１０ａＲ、１１０ａＬがＹ方向に並ぶように設置されている。
一方、図２２に示す第４実施形態の場合とは異なり、本実施形態では、図２８Ａに示すように、コイル２０９のコア２１１が、巻き線２１０が巻かれた中央部と、中央部からＹ方向に沿って巻き線２１０の外側に拡張された拡張部とを有している。なお、コア２１１の拡張部は、Ｙ方向に沿って部分的に巻き線２１０の外側に拡張されていてもよいし、巻き線２１０の全周にわたって外側に拡張されていてもよい。
このようにコア２１１が拡張部を有する構成とすることにより、本実施形態では、永久磁石列１１０ａがｈ軸方向（Ｙ方向）に移動した際の鎖交磁束Φの変化が大きくなる。このため、本実施形態では、ｈ軸方向（Ｙ方向）への単位電流あたりの力が大きくなるので有利である。したがって、本実施形態では、より安定して可動子１０１を搬送することができる。
なお、上記では第４実施形態による構成において、コイル２０９のコア２１１の形状を変更した場合について説明したが、第５及び第６実施形態による構成においても上記と同様にコア２１１の形状を変更することができる。
［第１１実施形態］
本発明の第１１実施形態について図２８Ｂを用いて説明する。なお、上記第１乃至第１１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態では、第１０実施形態による構成において、永久磁石列１１０ａの構成を変更した場合について図２８Ｂを用いて説明する。図２８Ｂは、Ｘ方向から見た本実施形態によるコイル２０９及び永久磁石列１１０ａの断面を示す図である。
本実施形態では、図２８Ｂに示すように、永久磁石列１１０ａにおける永久磁石１１０ａＲ、１１０ａＬのうちの一方である永久磁石１１０ａＬがなくなっている。この場合でも、永久磁石列１１０ａがｈ軸方向（Ｙ方向）に移動した際の鎖交磁束Φの変化があるため、可動子１０１に対してｈ軸方向（Ｙ方向）に力を印加することができる。本実施形態では、Ｙ方向に印加する力の大きさは小さくなるが、永久磁石を少なくすることができるため、可動子１０１の軽量化が要求される場合等に好適である。
［第１２実施形態］
本発明の第１２実施形態について図２９を用いて説明する。なお、上記第１乃至第１１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態では、第４実施形態による構成において、可動子１０１を、上面と下面とを入れ替えるように反転可能に構成した場合について図２９を用いて説明する。図２９は、本実施形態による搬送システム１の構成を示す概略図である。図２９は、本実施形態による可動子１０１及び固定子２０１をＸ方向から見た図である。本実施形態では、第４実施形態による構成において、上面と下面とを入れ替える可動子１０１の反転に伴って永久磁石列１１０ａ、１１０ｂが反転した状態でも、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂが可動子１０１の浮上搬送に利用可能になっている。
搬送システム１とともに加工システムを構成する工程装置が蒸着装置の場合、可動子１０１に取り付けるワーク１０２はガラス基板等の基板であることが多い。ワーク１０２として基板を可動子１０１に取り付ける場合、ワーク１０２を吸着等により保持する可動子１０１のワーク保持面を上側に向けることができれば、作業性を向上することができるため好ましい。ワーク１０２を保持する際、可動子１０１は、その上面又は下面であるワーク保持面、すなわち蒸着面Ｄが上側を向いた状態になる。その状態でワーク１０２を可動子１０１に保持させた後、ワーク１０２を可動子１０１に保持させた状態でＷｙ方向に可動子１０１を１８０°回転させて反転させてから、可動子１０１の搬送を開始することができる。
本実施形態では、上述のように可動子１０１を搬送する場合に、可動子１０１の初期位置からワーク１０２を保持させる位置まで搬送する場合と、ワーク１０２を保持させて反転させた後に搬送する場合とで同じコイル２０９を使って可動子１０１を搬送する。
本実施形態では、図２９に示すように、永久磁石列１１０が可動子１０１の側面に設置されている。すなわち、可動子１０１のＬ側及びＲ側の各側面には、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂを含む永久磁石列１１０が設置されている。永久磁石列１１０ａは、２個の永久磁石が、固定子２０１側の上方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＹ方向に交互に並ぶように設置されている。永久磁石列１１０ｂは、複数の永久磁石が、固定子２０１側の上方を向く外側の磁極の極性が交互に異なって外側にＳ極及びＮ極の極性がＸ方向に交互に並ぶように設置されている。
本実施形態では、可動子１０１の上面の側の永久磁石列１１０ａ、１１０ｂの上面には、ヨークは設置されていない。また、可動子１０１の下面の側の永久磁石列１１０ａ、１１０ｂの下面にも、ヨークは設置されていない。ヨークが設置されていないため、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂの上面及び下面は、いずれも開放されている。このため、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂは、可動子１０１が蒸着面Ｄを上側に向けた場合も下側に向けた場合も、固定子２０１に設置されたコイル２０９に磁極の一方又は他方を向けることができるようになっている。
上述のように、永久磁石列１１０が設置された可動子１０１は、上面と下面とを入れ替えるように反転可能に構成されている。永久磁石列１１０の反転は、可動子１０１の反転を行うべき場所に設置された反転機構により行われる。
固定子２０１には、Ｌ側及びＲ側の各側において、ブラケット２１５及びレール２１６を介して、永久磁石列１１０にＺ方向に沿って対向するようにコイル２０９が設置されている。Ｌ側及びＲ側の各側において、永久磁石列１１０に対向するコイル２０９は、それぞれブラケット２１５に取り付けられて設置されている。各ブラケット２１５は、レール２１６の上をＹ方向に移動可能にレール２１６に設置されている。各ブラケット２１５は、可動子１０１が反転する際、レール２１６上を移動して外側に退避することができる。各ブラケット２１５が退避した間に、図示しない反転装置が可動子１０１の上面と下面を入れ替える動作を行うことができる。
こうして、本実施形態において、永久磁石列１１０ａ、１１０ｂを含む永久磁石列１１０は、可動子１０１の反転前後において複数のコイル２０９が対向可能に可動子１０１に設けられている。
また、本実施形態おいては、リニアスケール１０４、Ｙターゲット１０５及びＺターゲット１０６が、それぞれ可動子１０１の上側部分と下側部分に設置されている。可動子１０１の上側部分と下側部分に設置されたリニアスケール１０４、Ｙターゲット１０５及びＺターゲット１０６は、例えば、可動子１０１が回転して反転する反転軸を対称軸としてそれぞれ軸対称に配置されている。
固定子２０１には、リニアエンコーダ２０４が、可動子１０１の蒸着面Ｄが上側を向いた場合も下側を向いた場合も、可動子１０１の上側部分及び下側部分に設置されたリニアスケール１０４の一方の測定が可能に設置されている。また、固定子２０１には、Ｙセンサ２０５が、可動子１０１の蒸着面Ｄが上側を向いた場合も下側を向いた場合も、可動子１０１の上側部分及び下側部分に設置されたＹターゲット１０５の一方の測定が可能に設置されている。また、固定子２０１には、Ｚセンサ２０６が、可動子１０１の蒸着面Ｄが上側を向いた場合も下側を向いた場合も、それぞれ可動子１０１の上側部分及び下側部分に設置されたＺターゲット１０６の一方の測定が可能に設置されている。こうして、本実施形態でも、リニアスケール１０４、Ｙセンサ２０５及びＺセンサ２０６により、反転可能な可動子１０１の位置姿勢（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）を測定することが可能になっている。
本実施形態によれば、反転可能な可動子１０１であっても、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の姿勢を安定させつつＸ方向に安定して可動子１０１を非接触状態で搬送することができる。
なお、上記では第４実施形態による構成において、可動子１０１を、上面と下面とを入れ替えるように反転可能に構成した場合について説明したが、第５及び第６実施形態による構成においても上記と同様に可動子１０１を反転可能に構成することができる。
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向において可動子１０１の位置及び姿勢する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｗｘ方向、Ｗｙ方向及びＷｚ方向の少なくともいずれかの方向において変位を取得して位置及び姿勢を制御すればよい。
また、上記実施形態では、可動子１０１を浮上させる浮上力として、コイル２０２、２０９によりヨーク板１０３、永久磁石列１０９、１１０が受ける電磁力を利用する場合を例に説明したが、これに限定されるものでなない。例えば、可動子１０１の質量又は可動子１０１上に置かれるワーク１０２の質量が大きく鉛直方向へ印加すべき浮上力が大きい場合には、別途、空気等の流体による静圧を浮上用に使って浮上力を補助してもよい。
また、上記実施形態では、可動子１０１を浮上させて非接触で搬送する磁気浮上型の搬送システム１について説明したが、これに限定されるものではない。搬送システム１は、例えば、搬送方向に沿って設置されたガイドレールに沿ってガイドレールに接触しつつ移動可能に構成された可動子１０１を搬送するものであってもよい。
また、上記実施形態では、複数のコイル２０２、２０７、２０８、２０９が所定の列数で配置されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。可動子１０１に配置されたヨーク板１０３、導電板１０７、永久磁石列１０９、１１０に応じて、各コイルを所定の列数で配置することができる。
また、本発明による搬送システムは、電子機器等の物品を製造する製造システムにおいて、物品となるワークに対して各作業工程を実施する工作機械等の各工程装置の作業領域にワークを可動子とともに搬送する搬送システムとして利用することができる。作業工程を実施する工程装置は、ワークに対して部品の組み付けを実施する装置、塗装を実施する装置等、あらゆる装置であってよい。また、製造される物品も特定のものに限定されるものではなく、あらゆる部品であってよい。
このように、本発明による搬送システムを用いてワークを作業領域に搬送し、作業領域に搬送されたワークに対して作業工程を実施して物品を製造することができる。
１ 搬送システム
３ 制御システム
１０１ 可動子
１０２ ワーク
１０３ ヨーク板
１０４ リニアスケール
１０５ Ｙターゲット
１０６ Ｚターゲット
１０７ 導電板
１０９ 永久磁石列
１１０ 永久磁石列
１１１ 永久磁石ヨーク複合列
２０１ 固定子
２０２ コイル
２０４ Ｘセンサ
２０６ Ｚセンサ
２０７ コイル
２０８ コイル
２０９ コイル
２１０ 巻き線
２１１ コア
２１３ 永久磁石
２１５ ブラケット
２１６ レール
３０１ 統合コントローラ
３０２ コイルコントローラ
３０３ コイルユニットコントローラ
３０４ センサコントローラ
３１２ 電流センサ
３１３ 電流コントローラ
７０１ 蒸着装置
７０２ 蒸着源
８０２ 開口部

Claims (26)

  1. 搬送方向に沿って移動可能な可動子と、
    前記搬送方向に沿って配置された複数のコイルを有し、電流が印加された前記複数のコイルにより前記可動子に力を印加する固定子と、
    前記搬送方向に沿って移動する前記可動子の位置及び姿勢を取得する取得部と、
    前記可動子の前記位置及び前記姿勢に基づき、前記複数のコイルに印加する電流値を決定して前記力を制御する制御部と
    を有することを特徴とする搬送システム。
  2. 前記取得部は、前記位置及び前記姿勢として、
    前記搬送方向である第１の方向の変位と、
    前記第１の方向と交差する第２の方向の変位、前記第１の方向及び前記第２の方向と交差する第３の方向の変位、前記第１の方向に沿った軸周りの第４の方向の変位、前記第２の方向に沿った軸周りの第５の方向の変位並びに前記第３の方向に沿った軸周りの第６の方向の変位のうちの少なくともいずれかと
    を取得する
    ことを特徴とする請求項１記載の搬送システム。
  3. 前記第２の方向は、鉛直方向である
    ことを特徴とする請求項２記載の搬送システム。
  4. 前記制御部は、前記コイルに印加される単位電流による、前記力の前記第１乃至第６の方向の各成分のうちの少なくともいずれかに対する寄与に関する情報を用いて、前記電流値を決定する
    ことを特徴とする請求項２又は３に記載の搬送システム。
  5. 前記制御部は、前記寄与に関する情報と、前記力の前記第１の方向の成分及び前記力の前記第２乃至第６の方向の各成分のうちの少なくともいずれかに基づき、前記電流値を決定する
    ことを特徴とする請求項４記載の搬送システム。
  6. 前記可動子は、第１のヨーク板を有し、
    前記複数のコイルは、前記第１のヨーク板に対向する第１のコイルを含み、
    前記制御部は、前記第１のコイルに印加する電流を制御することにより、前記力の前記第２の方向の成分、前記第４の方向の成分及び前記第６の方向の成分のうちの少なくともいずれかを制御する
    ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の搬送システム。
  7. 前記第１のコイルは、前記第１のヨーク板に前記第２の方向に沿って対向する
    ことを特徴とする請求項６記載の搬送システム。
  8. 前記可動子は、第２のヨーク板を有し、
    前記複数のコイルは、前記第２のヨーク板に対向する第２のコイルを含み、
    前記制御部は、前記第２のコイルに印加する電流を制御することにより、前記力の前記第３の方向の成分及び前記第５の方向の成分のうちの少なくともいずれかを制御する
    ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の搬送システム。
  9. 前記第２のコイルは、前記第２のヨーク板に前記第３の方向に沿って対向する
    ことを特徴とする請求項８記載の搬送システム。
  10. 前記可動子は、導電板を有し、
    前記複数のコイルは、前記導電板に対向する第３のコイルを含み、
    前記制御部は、前記第３のコイルに印加する電流を制御することにより、前記力の前記第１の方向の成分を制御する
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の搬送システム。
  11. 前記可動子は、前記第１の方向に沿って複数の永久磁石が並んだ永久磁石列を有し、
    前記複数のコイルは、前記永久磁石列に対向する第２のコイルを含み、
    前記制御部は、前記第２のコイルに印加する電流を制御することにより、前記力の前記第１の方向の成分、前記力の前記第３の方向の成分及び前記第５の方向の成分のうちの少なくともいずれかを制御する
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載の搬送システム。
  12. 前記可動子は、前記第１の方向に沿って複数の永久磁石が並んだ永久磁石列を有し、
    前記複数のコイルは、前記永久磁石列に対向する第１のコイルを含み、
    前記制御部は、前記第１のコイルに印加する電流を制御することにより、前記力の前記第１の方向の成分、前記力の前記第２の方向の成分、前記力の前記第４の方向の成分及び前記力の前記第６の方向の成分のうちの少なくともいずれかを制御する
    ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の搬送システム。
  13. 前記可動子は、ヨーク板を有し、
    前記複数のコイルは、前記ヨーク板に対向する第２のコイルを含み、
    前記制御部は、前記第２のコイルに印加する電流を制御することにより、前記力の前記第３の方向の成分及び前記力の前記第５の方向の成分のうちの少なくともいずれかを制御する
    ことを特徴とする請求項１２記載の搬送システム。
  14. 前記第２のコイルは、前記ヨーク板に前記第３の方向に沿って対向する
    ことを特徴とする請求項１３記載の搬送システム。
  15. 前記可動子は、前記第１の方向に沿って複数の永久磁石が並んだ第１の永久磁石列と、前記第３の方向に沿って複数の永久磁石が並んだ第２の永久磁石列とを含む永久磁石列を有し、
    前記複数のコイルは、前記第１の永久磁石列及び前記第２の永久磁石列に対向し、
    前記制御部は、前記複数のコイルに印加する電流を制御することにより、前記第１乃至第６の方向の各成分のうちの少なくともいずれかを制御する
    ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の搬送システム。
  16. 前記取得部は、前記第１の方向又は第３の方向の変位による可動子１０１の捻れを取得し、
    前記制御部は、前記複数のコイルに印加する電流を制御することにより、前記可動子１０１の前記捻れを制御する
    ことを特徴とする請求項１５記載の搬送システム。
  17. 前記第１の永久磁石列の中に設置されたヨーク板を有する
    ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の搬送システム。
  18. 前記可動子は、前記第３の方向よりも前記第２の方向に大きく、
    前記永久磁石列は、前記可動子の上面及び下面に設置されている
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の搬送システム。
  19. 前記可動子は、前記第３の方向よりも前記第２の方向に大きく、
    前記永久磁石列は、前記可動子の上面及び側面に設置されている
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の搬送システム。
  20. 前記永久磁石列は、前記可動子の下面に設置されている
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の搬送システム。
  21. 前記可動子は、上面と下面とを入れ替えるように反転可能に構成され、
    前記永久磁石列は、前記可動子の反転前後において前記複数のコイルが対向可能に前記可動子に設けられている
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の搬送システム。
  22. 前記永久磁石列の上面及び下面は、開放されている
    ことを特徴とする請求項２１記載の搬送システム。
  23. 前記コイルは、コアと、前記コアに巻かれた巻き線とを有し、
    前記コアの内部に永久磁石が設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の搬送システム。
  24. 前記コイルは、コアと、前記コアに巻かれた巻き線とを有し、
    前記コアは、前記巻き線が巻かれた中央部と、前記中央部から前記第３の方向に沿って前記巻き線の外側に拡張された拡張部とを有する
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の搬送システム。
  25. 請求項１乃至２４のいずれか１項に記載された搬送システムと、
    前記可動子により搬送されるワークに対して加工を施す工程装置と
    を有することを特徴とする加工システム。
  26. 請求項２５に記載の加工システムを用いて物品を製造する物品の製造方法であって、
    前記可動子により前記ワークを搬送する工程と、
    前記可動子により搬送された前記ワークに対して、前記工程装置により前記加工を施す工程と
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
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