JP2021172524A

JP2021172524A - 平面モーター用の支持構造

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Publication number: JP2021172524A
Application number: JP2021056635A
Authority: JP
Inventors: ミヒャエル・ハウアー; Hauer Michael; シュテファン・フリクセーダー; Flixeder Stefan; マルティン・ハウドゥム; Haudum Martin
Original assignee: B&R Industrial Automation GmbH
Current assignee: B&R Industrial Automation GmbH
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2021-11-01
Also published as: AT523640A4; KR20210133149A; AT523640B1; US11370622B2; CN114094793A; EP3904248A1; US20210331878A1; CA3116165A1

Abstract

【課題】平面モーターの運搬ユニットのための支持構造を提供することである。【解決手段】運搬ユニットは、平面モーターの少なくとも一つのステーターによって動かすことが可能であり、支持構造に定義された運搬ユニットの支持位置において運搬ユニットに製品を配置することが可能である。少なくとも一つのプロセス力が製品に作用している間に、支持構造が支持力を運搬ユニットに加え、支持力が部分的に製品から運搬ユニットに伝達される。この支持力がプロセス力に対抗して作用する。運搬ユニットは、平面モーターの少なくとも一つのステーターを用いて、浮上した形で支持位置に搬入可能であるとともに、支持位置から搬出可能である。支持構造は、基板に取り付けられており、支持力によって引き起こされる反力を少なくとも部分的に基板に誘導する。ステーターの作用表面への力の伝達が低減されるか完全に回避される。【選択図】図１

Description

本開示は、平面モーター用の支持構造に関する。

平面モーターは、基本的に従来技術において周知である。特許文献１は、例えば、そのような平面モーターの基本構造と動作手法を開示している。

平面モーターは、ほぼ一つの運搬面を有し、その面に沿って、一つ又は複数の運搬ユニット（シャトル）を主に二次元に動かすことができる。そのために、平面モーターには、通常駆動コイルが運搬面に分散して配備されており、それらの駆動コイルは、所望の移動方向に可動磁界を発生させるために、制御ユニットによって駆動される。駆動コイルを保持して、運搬面を形成する（一般的に固定して取り付けられた）ユニットが、一般的にステーターと呼ばれる。それに代わって、可動磁界を発生させるために可動形態で配置された永久磁石を配備することもできる。本開示との関連において、ここでは、動作手法と関係無く、平面モーターの固定位置のユニットが一般的にステーターと呼ばれ、ステーターの所で動かされるユニットが運搬ユニットと呼ばれる。

運搬ユニットには、ステーターの磁界と協力して動作する駆動磁石が二次元に分散して配置されており、その結果、所望の移動方向における力の作用が運搬ユニットに及ぶ。その場合、駆動コイルと駆動磁石は、有利には、運搬面によって作り出される軸に沿った一次元の動きの外に、運搬面内における運搬ユニットのより複雑な二次元の動きも可能であるように配置される。平面モーターは、例えば、運搬機器として、製造プロセスで使用することができ、その際、複雑な運動プロファイルにより非常に柔軟な運搬プロセスを実現することができる。

最新の平面モーターは、剛体の六つの自由度の全ての方向においてステーター上を浮上する運搬ユニットの高精度の動きを実現することが可能である。（セグメント式配置構成の形の）ステーターの最新の構造によって、二つの主な移動方向における並進運動がほぼ制限されない形で可能であり、更に、第三の空間方向への並進（「上昇」又は「下降」）と制限された形の（或る偏位までの）回転も実現することができる。それに必要なモーターの力とモーメントは（電）磁気により生み出される。

しかし、例えば、処理ステーションにおいて運搬ユニットと共に運搬される製品に作用して、製品から運搬ユニットに伝達される、慣性力及び／又は力やモーメントなどのプロセス力及びプロセスモーメントの作用によって、モーターの力とモーメントが、シャトルに対する荷重の合計に、特に、所与のプロセス力及びプロセスモーメントに十分に対抗して作用できるのに十分でないことが起こり得る。その場合、シャトルがステータータイルの敏感な表面に接触するか、或いはそれに衝突し、それにより表面を損傷させることも起こり得る。

特許文献２は、多数の異なる形で構成されたシャトルとステーターを備えた平面モーターを開示している。特に、その文献は、平面モーターのステーターとステーターの無い運搬システム（例えば、ベルトコンベヤー、ロボットグリッパー又はその同等物）の間の移行領域内において、ガイドレールによってステーターを防護し、その結果、シャトルが先ずは浮上してステーターからガイドレールに動かされ、次に、ガイドレール上（例えば、ローラー上）をスライドして、ステーターの磁石が作用する領域を離脱した時に、ステーターの無い運搬システムによって更に動かされることを教示する。

更に、平面モーターの専門分野では、シャトルが転動体（特に、ボール又はローラー）を備えることは周知である。その場合、シャトルは、ステーター上を浮上して動くのではなく、その表面上を転がって、ステーターによって、平面方向にのみ動かされる。それは、より大きな荷物の運搬を可能にするが、そのことは、追加の摩擦損失を受けて、平面モーターの部品の摩耗を引き起こす。更に、ステータータイルの表面を損傷させる虞が生じるか、或いはその表面を特に頑丈に構成しなければならなくなる。

米国特許登録第９，２０２，７１９号明細書国際特許公開第２０１８／１７６１３７号明細書

本開示の課題は、従来技術の欠点を軽減することである。特に、平面モーターの機能性を損なうことなく、最大限に許容されるプロセス力を高めるべきである。

この課題及び別の課題は、本開示の第一の観点において、平面モーターの運搬ユニットのための支持構造であって、運搬ユニットが、平面モーターの少なくとも一つのステーターによって動かすことが可能であり、製品を運搬ユニットに配置することが可能であり、支持構造に関連して定義された、運搬ユニットの少なくとも一つの支持位置において、少なくとも一つのプロセス力が製品に作用している間に、支持構造が少なくとも一つの支持力を運搬ユニットに加え、このプロセス力が少なくとも部分的に製品から運搬ユニットに伝達され、この少なくとも一つの支持力が、この少なくとも一つのプロセス力に対抗して作用し、この運搬ユニットが、平面モーターの少なくとも一つのステーターを用いて、浮上した形で支持位置に搬入可能であるとともに、支持位置から搬出可能であり、この支持構造が基板に取り付けられており、この支持構造が、支持力によって引き起こされる反力を少なくとも部分的に基板に誘導し、それにより、ステーターの作用表面への力の伝達が低減される、有利には、完全に回避される支持構造によって解決される。それによって、発生するプロセス力に精確に合致する手法で運搬ユニットと製品から成るユニットを支持又は保持することができ、許容されるプロセス力が、最早ステーターと運搬ユニットの組合せにより達成可能な最大のモーター力及びモーターモーメントによって制限されない。プロセス力が、ステーターの表面と独立した基板に出力されるので、追加の力に対してステーターの表面を使用する必要がなくなる。少なくとも、場合によっては、それでもステーターの作用表面に作用する力は、その表面を傷めず、その表面の損傷が防止される程に低減することができる。

本開示との関連において、「ステーターの作用表面」との用語によって、運搬ユニットを浮上した形で保持又は移動させることができるステーターの表面を表す。この基板は、ステーターの表面と独立しているので、ステーターのモーターに関して有効な構造（即ち、特に、ステータータイルの敏感なステーター表面）に不利な作用を及ぼさないとともに、力を支持構造からステーター表面に伝達することなく、力を受け止めることが可能である。少なくとも、場合によっては、それでも作用表面に作用する力が、その表面を傷めず、その表面の損傷が防止される程に低減される。この基板は、ステーター表面を形成するステータータイル又はステーター部品が固定された筐体又は保持部であるとすることもできる。この基板として、ステーターが固定された、或いはステーターが並んで固定された取付地点を使用することもできる。

プロセス力は、特に、工具によって加えられる力、磁力又は電磁気力、慣性力、そのような力によって引き起こされるモーメント、或いはそのような力の組合せであるとすることができる。工具によって加えられる力の例としては、（例えば、挟持力、加工物を変形させるために加えられる力、切削加工時に加工物に作用する力、例えば、ローラーによる押圧力などの）工具の作用によって加えられる力が挙げられる。加えられるモーメントの例としては、（例えば、瓶などの容器を密閉する際の、例えば、ネジ、ナット又はねじ込み口金などの）ねじ込み可能な部品を取付又は回転工具を用いて加工することが挙げられ、これらに限定されない。慣性力及び慣性モーメントの例としては、（例えば、製品を運搬ユニットに設置する場合、製品に充填物を充填する場合、例えば、液体を流し込む場合、支持構造の領域内においてシャトルを制動及び／又は加速する場合などの）製品又は製品の一部の加速時に、製品に作用する力及びモーメントが挙げられ、これらに限定されない。

プロセス力は、別の意味で、例外的に、プロセス中にのみ製品に作用する重力であるとすることもできる。例えば、支持力は、シャトルの短時間の過剰な荷重を受け止める役割を果たすことができる。

有利には、この基板は、少なくとも一つのステーターが取り付けられた支持構造に取り付けることができる。他方において、この基板に、ステーターと直に接触しない別の支持構造を配置することもできる。

有利には、この支持構造は、非接触形態により運搬ユニットに作用することができる。これは、摩擦損失と摩擦により起こる運搬ユニットの摩耗を低減する。この非接触形態による作用は、例えば、（例えば、追加のコイル装置を用いて）電磁気方式で、（例えば、永久磁石によって）磁気方式で、或いは（例えば、運搬ユニットに向けられたエアノズルによって）空気圧方式で行うことができる。

有利には、この支持構造は、運搬ユニットの駆動磁石装置及び／又は支持磁石装置に作用する支持コイル装置を備えることができる。それによって、支持位置において製品の処理中に運搬ユニットに加えられる磁力を目的通り、制御された手法で増大することができる。

別の有利な実施形態では、この支持構造は、特に、台座マット、フレーム及び／又は少なくとも一つの隆起を備えたスライドを抑制する形状の構造を有することができる。これは、特に簡単かつ安価で、効果的な解決策である。

この支持構造は、場合によっては、特に、少なくとも一つの成形レール、レールガイド、側方ガイド及び／又はスライド面を備えることができるスライド構造を有することができる。それによって、運搬ユニットと製品から成るユニットは、処理中に更に（制限された形で）支持構造においてスライドさせて動かすことができ、この動きが処理に適合する。

有利には、この支持構造は、運搬ユニットに配置された保持装置が係合することが可能なガイド構造を形成することができる。それによって、運搬ユニットの形状から独立した支持構造を実現することができ、様々な運搬ユニットが保持装置を備えることができる。

別の有利な実施形態では、このガイド構造は、保持装置のスライド部品がスライドして係合することが可能な線形ガイドを形成することができる。これは、運搬ユニットが又もや処理中にガイドされた形で動くことを可能にする。

本開示は、更に、平面モーターの運搬ユニットに配置することが可能な製品を処理する処理ステーションに関し、処理時に、製品を介して運搬ユニットに伝達される少なくとも一つのプロセス力が製品に作用し、この処理ステーションは、ここで述べた少なくとも一つの支持構造を有し、この運搬ユニットは、処理中に少なくとも一つの支持位置に配置することが可能である。

有利には、プロセス力が、工具によって加えられる力、磁力又は電磁力、慣性力、そのような力によって引き起こされるモーメント、或いはそのような力の組合せであるとすることができる。

別の観点において、本開示は、少なくとも一つのここに開示された処理ステーション及び／又はここに開示された支持構造を備えた平面モーターに関する。

別の観点において、本開示は、ここに開示された少なくとも一つの支持構造及び／又は処理ステーションを備えた平面モーターを用いて運搬ユニットを制御して駆動する方法に関し、この方法は、平面モーターの少なくとも一つのステーターを用いて、運搬ユニットを浮上した形で支持位置に搬入する工程と、運搬ユニットに配置された製品に作用して、運搬ユニットに伝達される少なくとも一つのプロセス力を加える工程と、少なくとも一つの支持力を支持構造を介して運搬ユニットに加える工程であって、この支持力が、この少なくとも一つのプロセス力に対抗して作用する工程と、平面モーターの少なくとも一つのステーターを用いて、この支持位置から運搬ユニットを浮上した形で搬出する工程とを有する。

本開示との関連において、運搬ユニットの駆動磁石装置とステーターの運搬面の間に空隙が残存して、ステーターと運搬面が接触しない、運搬ユニットの配置構成が「浮上した形」と呼ばれる。

本開示との関連において、運搬ユニットの所定の移動及び／又は加速中及び／又は処理ステーションでの処理中にのみ運搬ユニット及び／又は製品に作用する、力とモーメントの両方が「プロセス力」と呼ばれる。プロセス力としては、処理中における運搬ユニット４及び／又は製品３の動きから生じる慣性力も挙げられる。

プロセス力は、例えば、製品への機械的な作用によって加えることができるが、例えば、圧縮空気ノズル又は磁石の場合に実現できる通り、非接触形態により製品に作用することもできる。同様に、ここでの定義は、別に述べる全ての力とモーメントにも、特に、支持力にも適用される。

以下において、本発明の有利な実施形態を例示して、模式的に、本発明を限定しない形で図示する図１〜１４を参照して、本発明を詳しく説明する。

処理ステーションを備えた平面モーターの立体的な模式図別の実施形態による処理ステーションを備えた平面モーターの模式的な側面図別の実施形態による処理ステーションを備えた平面モーターの模式的な平面図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図異なる構成の支持構造又は運搬ユニットを備えた処理ステーションの模式図処理ステーションの別の実施形態の模式図平面モーターとそこに配置された支持構造の平面図平面モーターとそこに配置された支持構造の側面図

図１は、平面モーター５とそこに配置された処理ステーション１の模式図を図示している。この平面モーター５は、多数の運搬ユニット４，４’を配置することができる運搬面２を形成する平坦な配置構成のステーター６を有する。平面モーターのステーター６は、通常互いに固く空間的に固定して配置されており、その結果、運搬面２に関する空間位置を空間的に固定された座標（ｘ_Ｓ，ｙ_Ｓ，ｚ_Ｓ）で表すことができる。この座標系は、例えば、運搬面２がｘ_Ｓ−ｙ_Ｓ平面内に在るように定義することができる。運搬面２には、それぞれ運搬ユニット２の運動空間に応じて拡大させることができる任意の数のステーター６を配置することができる。空間的に固定された座標系の軸は、通常第一の主軸ｘ_Ｓ、第二の主軸ｙ_Ｓ及び高さ軸ｚ_Ｓとも呼ばれる。「第一の主軸」、「第二の主軸」及び「高さ軸」との用語は、本開示との関連において、本明細書を理解し易くする役割だけを果たし、本発明を限定するものと解釈してはならない。

場合によっては、ステーター６毎に、独自の座標系を定義することができる。これは、例えば、個々のステーター６が別のステーターに対して移動可能な形に構成されている場合に有意義である。例えば、個々のステーター６が、そこに配置された運搬ユニット４と一緒に異なる位置及び／又は異なる運搬面の間を動くこと、或いはステーター６の傾斜又は揺動も規定することが可能な「エレベーター」又は「運搬プラットフォーム」として機能することができる。

本開示の教えは、平面モーター５の多数の異なる実施形態に適用可能であり、特に、図示された単一の運搬面２による変化形態に限定されない。

各ステーター６には、周知の通り、制御された手法でコイル電流を個々に加えることができるコイルが一つ又は複数の層で配置されており、その際、コイルが磁界を発生する。そのような制御されたコイル駆動によって、領域毎に限定された形で磁界を発生させることができ、その位置と時間的な推移は、ステーター６の配置構成により定義される、運搬面２の運動領域内において変えることができる。それに代わって、或いはそれに追加して、同じく変更可能な磁界を発生する移動可能な永久磁石を使用することもできる。

運搬ユニット４の下側には、又もやステーターが発生する磁界と協力して動作する駆動磁石装置１０が配備されている。この駆動磁石装置１０は、通常それぞれ異なる極性（Ｎ／Ｓ）が交番する磁石パターン領域を形成する平坦な配置構成の永久磁石から構成される。駆動磁石装置１０の磁石パターンを変更可能にすべき場合、場合によっては、この駆動磁石装置１０は電磁石を備えることもできる。しかし、この平面モーターの実施形態は、その逆の方式によっても機能することができ、その際、永久磁石の配置構成が運搬面に配置されて、コイル装置が運搬ユニットに配備される。本開示が特定の実施形態に限定されるのではなく、技術的な制約に矛盾せず、例えば、逆のことがそこに明確に示されていない限り、如何なる形式の平面モーターにも適用可能であることに留意されたい。

運搬ユニット４には、その運搬ユニット４に関連して物体に固定された形で定義された座標系（ｘ_Ｔ，ｙ_Ｔ，ｚ_Ｔ）を割り当てることができ、その際、運搬ユニット４の位置は、一つのステーター６（又は複数のステーター）の空間的に固定された座標系に関連して、相応の座標変換によって定義することができる。

ステーター６が発生する磁界によって、運搬ユニット４は、運搬面２上に浮上した形で保持され、運搬面２と運搬ユニットの下側の間に空隙ｄが残る。この場合、磁界による安定した浮上は、閉じた制御ループによる磁界の連続した変化によって実現可能である。この方式は、「能動的な浮上」（英語で「ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ」）とも呼ばれる。

ここで、制御された形の磁界変化によって、運搬ユニットは、運搬面２に対して平行に（即ち、軸ｘ_Ｓとｙ_Ｓの方向に）動かすことができるだけでなく、磁界の強弱によって、軸ｚ_Ｓに沿った（制限された）動きも可能であり、その際、空隙ｄが変化する。それによって、運搬ユニット４は、高さ軸に沿って上下させることができる。更に、運搬ユニット４のその高さ軸ｚ_Ｔの周りの（場合によっては、制限された）回転（偏揺れ）も実現可能であり、第一の主軸ｘ_Ｔ（横揺れ）及び／又は第二の主軸ｙ_Ｔ（縦揺れ）の周りの回転も制限された程度に実現可能である。

運搬ユニットには、本開示との関連において、一般的に本発明を制限しない形で「製品」と呼ばれる任意の対象物を配置することができる。この用語は、平面モーター５の運搬ユニット４に配置して、それにより運搬できる如何なる対象物をも包含する。場合によっては、運搬ユニットは、製品の配置と確実な運搬を容易又は可能にする固定手段及び／又は収容手段を備えることができる。製品３は、任意の形状を有することができ、図１には、立方体形状の対象物として模式的に図示されている。平面モーター５の運搬ユニット４により運搬して、処理ステーション１で処理できる製品の例としては、例えば、マイクロコンピュータ、携帯電話又はその同等物のための部材などの電子機器のコンポーネント又は製品、製造プロセスのコンポーネント（ネジ、軸受等）、（例えば、瓶、ノズル、試験管などの）液体容器、医薬品及びドラッグストア製品、食料品（例えば、カットチーズ）を挙げることができるが、本発明は、これらの応用例に限定されない。

多数の用途のためには、運搬ユニット４に配置された製品３を処理する必要がある。図１には、そのために、処理ステーション１が平面モーター５のステーター６の縁に配置されている。この処理ステーション１は、ステーター６の近くに配置されて、有利には、ステーターと独立して支持された基板８を有する。この基板８には、工具１５が可動形態で配置されており、この工具を用いて、製品３の処理を行うことができる。簡略化のために、図１に図示された工具は、一つの軸に沿って穴開け方向に動かすことが可能な簡単なドリルから構成される。処理ステーション１は、図１において純粋に例として図示されており、ここに開示した教えは、任意の形式の処理ステーション１に適用することができる。処理ステーションは、任意の方法技術的な処理及び／又は製造技術的な処理を実行することができる。処理ステーション１の例としては、（例えば、穴開け、切削、切断、接合などの）機械加工のためのステーション、部材の組み立て（例えば、挟持、押圧、引っ張り、ねじ止め、溶接、接着などの接合技術的な措置や、回転式シール材又は（クラウン）コルクを用いた容器の密封）のためのステーション及び（例えば、充填、混合、洗浄などの）方法技術的なプロセスのためのステーションが挙げられるが、本発明は、これらの処理ステーションに限定されない。

処理ステーション１で製品３を処理するために、製品を上に載せた運搬ユニット４が、図１では符号４’で表示された支持位置に動かされる。運搬ユニット４は、浮上した形で製品３を支持位置に動かし、そこで非常に精確に位置決めするとともに、製品を処理後にも浮上した形で再び支持位置から搬出することができる。特に、製品３に力を機械的に作用させる場合（即ち、例えば、図１に図示された穴を開ける、或いは同様のプロセスの場合に）、処理中にステーター６から運搬ユニットに加えることができる最大の保持力が、製品３を確実にかつ十分に精確に位置決めして支持位置に保持するには不十分になる可能性がある。このことは、処理に必要なプロセス力が製品に作用する間に、製品３が運搬ユニット４と一緒に許容されない形で動いてしまうとの結果を生じさせる可能性がある。

この許容されない動きを防止するために、支持位置の領域に、運搬ユニット４と製品３から成るユニットを少なくとも一つの空間方向に支える支持構造７が配置される。図１では、支持構造７が、基板８に固定され、平面モーター５の運動空間内の運搬面２上に辛うじて到達する二つの縦長の台座部品１６，１６’から構成されている。これらの台座部品１６．１６’は、平面モーター５が運搬ユニット４と製品３から成るユニットを浮上した形で支持位置に搬入するとともに、その位置から搬出することを可能にするのに十分に低い高さとなっている。この前提条件は、一般的に（高さ軸ｚ_Ｓに関する）台座部品の厚さが最大限に実現可能な空隙ｄよりも小さい場合に与えられる。

運搬ユニット４が支持位置に到達したら、場合によっては、運搬ユニット４が、定義された位置で台座部品１６，１６’に当接し、その結果、負の高さ軸−ｚ_Ｓの方向への運搬ユニット４と製品から成るユニットの更なる移動が最早不可能になるまで、運搬ユニットを僅かに下げることができる。場合によっては、台座部品１６，１６’は、運搬ユニット４のための形状一致形態による収容部を形成することができ、その結果、支持力が最早高さ軸の方向に加わるだけでなく、支持力及び／又は支持モーメントがそれ以外の空間方向にも加わる。

図２は、処理ステーション１の別の例を図示している。この場合、製品が運搬ユニット４によってローラー速度と一致する動きでローラー装置１７の下を通過して動かされている間に、製品３が、ローラー装置１７によって処理される。このローラー装置は、例えば、印刷機構の一部であるか、或いは、製品３の表側に印刷するか、エンボスを付けるエンボス用ローラーを備えることができる。運搬ユニット４と製品３から成るユニットは、図２に図示されている第一の位置（符号３，４）から、ステーター６によって、浮上した形で処理ステーション１（符号３’，４’）に搬入され、その際、運搬ユニット４は、ここでは、転動装置１８として形成された支持構造７で、その下側を支えられる。運搬ユニット４と製品３から成るユニットが処理ステーション１の領域に存在する間、転動装置１８が、確かに第一の主軸ｘ_Ｓの方向への更なる直線運動を許容するが、負の高さ軸−ｚ_Ｓの方向への動きが、又もや支持構造７によって阻止される。この場合、転動装置１９として形成された支持構造７が、ローラー装置１７によって製品３に加えられる押圧力（又はプロセス力）を受け止める。

それに代わる実施形態では、転動装置１８の代わりに、運搬ユニット４に対して、支持力を高さ軸に沿ってのみ加えて、第一の主軸ｘ_Ｓの方向と第二の主軸ｙ_Ｓの方向の両方への動きも、高さ軸ｚ_Ｓの周りの回転もほぼ妨げない任意のローラー装置又はスライド装置、例えば、ボールベアリング装置を配備することができる。場合によっては、例えば、運搬ユニット４の動きが所定の処理パターンを生み出すことによって、処理ステーション１と関連する運搬ユニット４の動きによって、処理プロセスを制御することができる。

図１と図２に図示された例では、それぞれ運搬面２に対してほぼ垂直の方向を向いた、即ち、負の高さ軸−ｚ_Ｓに沿って作用するプロセス力が加えられる（とともに、支持構造７によって受け止められる）。しかし、支持構造７は、それ以外の一つ又は複数の方向への運搬ユニット４と製品３から成るユニットの動きを、或いは回転する動きもほぼ任意の手法で制限するように構成して配置することもできる。

本開示は、図面に図示されたプロセス力に限定されない。むしろ、ここに開示した教えを考慮して、多数の異なるプロセス力に対して相応の支持力を対抗して作用させるための任意の支持構造７を実現することができる。例えば、磁力を製品３及び／又は運搬ユニット４に作用させるか、或いは慣性力を作用させることができる。プロセス力は、例えば、運搬ユニット４の任意の加速度によって、製品への荷重の印加又は解除によって、或いは材料フローの作用によって発生させることができる。例えば、製品に対して、プロセス力である流れの力を生み出す気流の中で製品を乾かすことができる。ここに開示した教えに基づき、そのような任意のプロセス力を受け止める支持構造を実現することができる。

図３は、平面モーター５のステーター６における処理ステーション１の別の配置構成例を図示している。この処理部は、又もや運搬ユニット４上に配置された製品３に作用する工具１５を有する。この場合、工具１５は、ｚ_Ｔ軸の周りに作用する回転モーメントを製品３に加える（そのようなモーメントとして作用するプロセス力は、例えば、ねじを差し込む場合又は容器に蓋をねじ込む場合、さもなければ穴開けやフライス加工などのそれ以外の多数の加工工程の場合に発生する可能性がある）。この場合、支持構造７は、工具１５によって加えられる回転モーメントが製品３も、運搬ユニット４もその位置から回転させない役割を果たす。そのために、支持構造７は、（図示されたケースでは、四つの）複数の支点１９〜１９’’’を有し、これらの支点は、運搬ユニットが支持位置に存在する間、それぞれ運搬ユニット４の二つの対向する側で運搬ユニットを支える。この場合、支持構造７は、高さ軸ｚ_Ｓの周りの回転だけでなく、第一の主軸ｘ_Ｓに沿った動きも阻止する。支点１９は、例えば、ローラーとして、或いはボール形状に形成するか、或いは、運搬ユニット４をほぼ点で支えることを可能にするそれ以外の形状にすることができる。本開示との関連において、その支持形態の真っ直ぐな面で支える対象物に対して、その支持形態の少なくとも一つの軸の周りの揺動を可能にする支持形態が「ほぼ点で支える」形態と呼ばれる。

図４〜図１２には、支持構造７の異なる実施形態が図示されており、運搬ユニット４の模式的な下面図、支持構造７を有する処理ステーション１の領域の平面図及び処理ステーション１のそのような領域の側面図がそれぞれ上下に図示されている。以下の記述で与えられる方向の情報は、それぞれ図示された座標系に関する情報である。これは、純粋により良い理解と記述可能性に役立つものであり、本発明を限定するものであると解釈してはならない。そのように、各支持構造は、特に、それがそのケースで必要であり、技術的に有意義である場合に、別の角度で配置することもできる。

図４は、ほぼ正方形の底面とほぼ一定の厚さを有する、例えば、直方体の形の運搬ユニット４を図示している。運搬ユニット４がステーター６によって処理のために位置決めされるべき、処理ステーション１の領域には、ほぼ正方形の台座マット２３の形の支持構造７が配備されている。この台座マット２３は、例えば、基板８に取り付けられた平坦な保持部に配置することができ、その結果、支持構造７に作用するプロセス力は、ステーター６を介して誘導されるのではなく、直に基板８に誘導される（基板８は、図４に図示されていないが、図１に図示された基板と同様に実現することができる）。この台座マット２３は、非磁性材料から、例えば、プラスチック又はゴム材料から構成することができる。有利には、台座マット２３の底面は、例えば、運搬ユニットを最適に支えるために、運搬ユニット４よりも大きい（しかし、このことは、必須の前提条件ではない）。運搬ユニット４に対する材料の摩擦係数が小さいこと（滑らかな表面）によって、台座マットは、プロセス力を用いて台座マットに押し付けられる運搬ユニット４を（ほぼ）高さ軸ｚ_Ｓの方向にのみ支える、即ち、その方向に純粋に支持力を発揮することができる。他方において、台座マット２３は、大きな摩擦係数を有する（例えば、ゴム製マットとして実現する）こともでき、その際、運搬ユニット４の動きは、それ以外の方向に対しても摩擦によって支えられる。場合によっては、スライド面が、方向に依存するスライド特性又は保持特性を有することもできる。

図５は、ほぼ正方形の底面を有する運搬ユニット４を図示しているが、側面が先細りになっており、その結果、運搬ユニット４の水平な（即ち、ｘ_Ｔ−ｙ_Ｔ平面内で見た）横断面がステーターに向かって細くなっている。運搬ユニット４がステーター６によって処理のために位置決めされるべき、処理ステーション１の領域には、四角形のフレーム２４の形の支持構造７が配備されており、このフレーム２４の縁は、三角形の横断面を有する。このフレーム２４は、フレームの内側に向かって傾斜する台座面を形成し、その傾斜と形は、運搬ユニット４の先細りに合わせて形成されている。それによって、運搬ユニット４は、ステーターによって、フレーム２４上を動かして、次に、運搬ユニット４の先細りが形状一致形態でフレーム２４の台座面に当接するまで、下降することができる。この形状一致形態による収容によって、運搬ユニット４の自由度がほぼ完全に制限されて、（ステーターを用いて）運搬ユニット４を上昇させるとともに、浮上した形で処理ステーションから搬出するために、正の高さ軸ｚ_Ｔの方向への並進運動だけが可能となる。

図６は、下側（即ち、ステーターの方向を向いた表面）に、運搬ユニットを支持構造７上に形状一致形態により「設置」することを可能にする凹部２０が配備された運搬ユニット４を図示している。そのために、この支持構造７は、凹部２０に適合するように形成された複数の正方形の隆起２５を有する。

図７は、ほぼ正方形の運搬ユニット４を図示している。この支持構造７は、互いに平行に配置された二つの縦長の成形レール２６を有する。これらの成形レール２６は、ほぼＬ字形状の横断面を有し、成形レール２６の両方のすみ肉角の間隔が運搬ユニット４と一致して、運搬ユニット４を形状一致形態により収容することを可能にしている。運搬ユニットの動きは、成形レール２６によって（高さ軸の方向への支持作用の外に）第一の主軸ｘ_Ｓの方向へのスライドに対して阻止され、第二の主軸ｙ_Ｓに沿った動きは、（提供される力の作用に打ち勝つ摩擦力が、それを阻止しない限り）引き続き可能である。

図８は、又もや二つの平行な成形レール２６を備えた支持構造７を有する処理ステーション１を図示している。この場合、成形レール２６は三角形の横断面を有し、その結果、二つの対向する斜めの台座面が形成され、そこで、運搬ユニット４を支えることができる。場合によっては、運搬ユニット４は、少なくとも二つの対向する斜めの側面を有することができ、その結果、成形レール２６で形状一致形態で支えることが可能である。しかし、例えば、図５に図示された形の運搬ユニット４も、そのような支持構造で形状一致形態で支えることができる。

図９は、凹部が配備された運搬ユニット４を図示している。この場合、運搬ユニットの下側全体に渡って平行に延びる二つの細い溝２７を形成する二つの凹部が配備されている（この関連において、又もや運搬ユニット４とそれに対応するステーター６の運搬面２の実際の向きに関係なく、ステーターの方を向いた表面が「下側」と呼ばれる）。この支持構造７は、間隔が凹部２０の間隔と一致する、四角形の横断面を有する二つの平行なレールガイド１１を備える。凹部２０内に配置されたレールガイド１１が、少なくともレール軸に対して交差する方向の動きを阻止するとともに、第一の主軸ｚ_Ｓの周りの回転も防止される。また、第二の主軸ｙ_Ｓに沿った動きは可能である。

図４〜９に図示された実施形態では、支持構造７を運搬ユニットの上方又は側方に配置することもでき、その結果、正のｚ方向の力又は側方に作用する力を受け止めることもできる。それによって、例えば、上方又は側方の方向に向かうプロセス力も誘導することができる。更に、これは、支持構造の最小の厚さを最大の空隙（又はそれ以下）に制限しないとの利点を有する。

図１０は、二つの平行な側方ガイド１２を備えた支持構造７を図示している。この側方ガイド１２は、運搬ユニット４の幅に一致する間隔を有し、これらのガイドの間に配置された運搬ユニット４が動きを側方ガイド１２の方向に制限されるが、高さ、即ち、空隙は、高さ軸ｚ_Ｓの方向における運搬ユニットの上昇と下降によって、引き続き変更することができる。また、第二の主軸ｙ_Ｓに沿った動きは可能である。

図１１は、台座マット２３の形の支持構造７を有する処理ステーション１を図示している。この台座マット２３は、運搬ユニット４の底面よりも明らかに大きな表面を有する。それによって、運搬ユニット４は、異なる位置で台座マット２３に当接することができる。他方において、異なる大きさの運搬ユニット４が、この支持構造を使用することができる。場合によっては、台座マット２３の表面をスライド面として実現することもでき、その際、スライド特性を一定にするか、或いは変えることができる。例えば、台座マット２３は、方向に依存した滑り易さを有するか、或いは所定の領域だけにスライドすることを許容する、例えば、台座マット２３の表面に設けられた所定の通路に渡ってスライドすることを許容することができる。この台座マット２３は、又もや図１１に図示されていない基板８に固定することができ（この特徴は、ここに図示された別の支持構造７にも適用可能である）、その結果、ステーター表面が、プロセス力によっても、支持力によっても傷つけられないままである。

図１２は、ガイド構造１３の形の支持構造７を有する処理ステーション１を図示している。この運搬ユニット４には、ガイド構造１３に係合させることが可能なスライド部品２１を備えた保持装置１４が固定されている。このスライド部品２１は、ガイド構造１３をリニアガイドの形式でスライドさせるように動く。図１２に図示された実施形態では、スライド部品２１は、球状に形成されており、ガイド構造１３が、運搬面２に対して平行に延びる円筒形の凹部を有し、その凹部内に、球状のスライド部品２１がぴったり収容されている。これは、運搬ユニット４が全ての回転自由度におけるスライド部品２１の球の中心の周りを回転することを可能にするが、運搬ユニット４の並進運動は、ガイド構造１３によって定義されるリニアガイドに沿ってのみ可能である。

それに代わって、これらの保持装置１４（又はそのスライド部品２１）とガイド構造１３は、別の互いに合致する形状を有することもでき、例えば、スライド部品２１をガイド構造１３に形状一致形態により収容することによって、一つ又は複数の軸の周りの回転を制限することもできる。相応の実施形態の選定と具体化は、ここに開示した教えを知った上で当業者の能力に依存する。

上述した全ての実施形態では、支持構造７の表面が大きな摩擦係数を有し、その結果、摩擦によっても、プロセス力を受け止めることができるか、或いはその表面をスライド面として形成して、その結果、発生し得る摩擦力を最小化することができる。スライド表面は、例えば、個々の実施形態と関連して上述した通り、異なるスライド特性を有することもできる。スライド表面は、方向に依存する摩擦係数を有することもでき、その結果、例えば、摩擦が小さい一つの方向にのみ運動が可能である。場合によっては、運搬ユニット４と支持構造７の間の滑り摩擦を最小化するために、例えば、ローラー又はボールベアリングなどの追加の軸受部品を配備することができる。この支持構造は、場合によっては、例えば、空気軸受け、受動式磁気軸受け及び能動式磁気軸受けの中の一つ以上を用いて、非接触形態で実現することもできる。

実施形態及び使用分野に応じて、様々な材料から、例えば、金属、プラスチック、ゴム材料又はそのような材料及び同様の材料の組合せから支持構造７を製造することができる。当業者は、ここに開示した教えを知れば自ら、ルーチンの作業と試験によって好適な材料の組合せを有意義な形で選定し、その際、言及した付帯条件を考慮することが可能である。

図１３は、支持構造７の別の実施形態を図示しており、ここでは、支持力を非接触形態で運搬ユニット４に加えることができる。そのために、運搬ユニット４は、平面モーター５のステーター６と協力して動作する通常の駆動磁石装置１０の外に、図示されたケースでは、運搬ユニット４の一方の側に駆動磁石装置１０に対して垂直に（即ち、高さ軸ｚ_Ｔに対して平行に）配置された支持磁石装置２２を有する。ステーター６と独立して駆動することができ、運搬ユニット４が図示された支持位置に配置されているか、或いはその領域内に動いて来た場合に支持磁石装置２２に作用する磁界を発生させる支持コイル装置９が、ステーター６の上方の基板８に支持構造７として配置されている。場合によっては、支持コイル装置９の代わりに、（受動式）支持磁石装置を配備することもできる。図１３には、支持コイル装置９が高さ軸ｚ_Ｓに対して平行な平面内に（即ち、運搬面４に対して垂直に）配置されている。しかし、支持コイル装置９は、ステーター６に対して平行に、例えば、ステーター６の下方又は上方に配置して、処理ステーション１の領域内においてステーター６が発生する磁界を目的通り増幅することもできる。また、支持コイル装置９が発生する磁界が駆動磁石装置１０に作用することができ、その結果、追加の支持磁石装置２２を運搬ユニット４に配備する必要がなくなる。この支持コイル装置９を用いて、プロセス力に対抗して作用する追加の磁力を運搬ユニット４に加えることによって、プロセス力を運搬ユニット４を介して非接触形態で基板に誘導することができる。実際の手法は、支持コイル装置９及び／又は支持磁石装置２２の選定された形状と実施形態によって多様な形で変更可能である。

支持コイル装置９の代わりに、或いはそれに追加して、流体を噴出する（図示されていない）ノズル装置を配備することもでき、その際、流体の流れが運搬ユニット４の方向に向けられて、それに対して力の作用を及ぼす。

図１４ａと１４ｂには、別の実施形態による平面モーター５が図示されている。平面モーター５のステーター６には、ステーター６によって浮上した形で湾曲した移動進路２８に沿って動かされる三つの運搬ユニット４，４’，４”が図示されている。この移動進路２８は、ほぼ半径が一定である９０°のカーブを描く。この方向の変化のために、カーブ内では、慣性力が運搬ユニット４，４’，４”及び運搬ユニット４，４’，４”により運搬される製品３，３’，３”に作用する。運搬ユニット４，４’，４”は、それぞれリング状に形成された収容部２９，２９’，２９”を有し、これらの収容部内に、（ほぼ円筒形の）製品３，３’，３”が格納されて保持されている。高い速度では、この慣性力をステーター６によって最早十分に補償できなくなる。この場合、運搬ユニット４，４’，４”は、「進路から」放り出されるか、或いは許容できない形で傾斜して、それにより制御不能になる可能性がある。後者は、特に、高い重心を有する製品３，３’，３”において懸念される。場合によっては、製品３が慣性のためにその収容部２９から解放されて、運搬ユニット４から転落する可能性もある。図１４ａと１４ｂでは、製品３，３’，３”が円筒形に形成されている。実際には、例えば、運搬ユニット４，４’，４”上に直立して（或いは各運搬ユニット４，４’，４”の相応の収容部２９，２９’，２９”内に）配置された容器又は瓶とすることがきる。運搬ユニット４，４’，４”に対して、高い速度でも危険の無いカーブ走行を可能にするために、基板８に固定され、ステーター６の面領域上に配置された支持構造７が配備されて、カーブ走行中に運搬ユニット４，４’，４”（そのため製品３，３’，３”）を支えている。この運搬ユニットは、運搬ユニット４上に配置された収容部２９，２９’，２９”がカーブの始まりの前に支持構造７に当接するまで、支持構造上を直線的に走行する（運搬ユニット４）。カーブ走行中、収容部２９’は、カーブが終了して、運搬ユニットが再び直線走行に移行するまで、支持構造７をスライドする（運搬ユニット４”）。それに代わって、或いはそれに追加して、支持構造７は、製品３に当接して、それを支えることもできる。同様に、支持構造７を運搬ユニット４用の転落防止部として配置することもできる。場合によっては、支持構造７と収容部２９（又は運搬ユニット４）の間の摩擦力を最小化するために、図１４に図示された、収容部２９が当接するスライド面の代わりに、支持構造７に転動装置又はそれと同等の装置を配備することもできる。

それに代わって、例えば、定義された行程領域に渡って、支持構造７が無いと運搬ユニット４の支持能力を上回ってしまう荷重の収容及び運搬を可能にするために、支持構造７が、重力を補償するために、即ち、例えば、ステーターが平坦に配置されている場合に高さ軸ｚの方向に、運搬ユニット４（又は収容部２９及び／又は製品３）を支えることもできる。この場合、相応の支持構造７が、有利には、基板８に配置されて、ステーター６と独立して、即ち、支持構造７が引き受ける支持力が運搬ユニット４を介してステーター６に作用するのではなく、直に基板８に出力されて、ステーター６を（特に、その機械的な荷重能力に関して）阻害しないように固定される。ステーター６が垂直に配置されている場合でも、支持構造７は、その場合には運搬面に対して平行に延びる重力を受け止めるために配備することができる。

ここで述べた全ての実施形態において、通常は（しかし、必須ではない形で）製品３を運搬ユニット４と固く連結することができる。例えば、製品３は、形状一致形態により運搬ユニット４の収容部に配置するか、場合によっては、相応の固定手段によりそこに固定するか、或いはその両方が可能である。そして、製品３と運搬ユニット４の間に、運搬又は処理に関する内部自由度を生じさせない。その場合、運搬ユニット４と製品３から成るユニットをほぼ一体的なユニットと見做すことができる。従って、この場合には、製品に作用する支持力によって製品３の自由度を制限することは、支持力が直に運搬ユニット４に作用するのと同じ手法で実際に運搬ユニット４の自由度を制限する。他方において、製品３は、運搬ユニット４に対する制限された相対運動を可能にするように、運搬ユニット４に固定することもできる。例えば、運搬ユニット４が液体容器のための揺動式固定部を備えることができ、その結果、運搬ユニットが常に開口部を上方に向けて運搬される。

相応の図面に図示されている通り、上述した全ての実施形態を向きと配置構成に基づき記述した。しかし、相応の配置構成は、それぞれ純粋に例であり、本発明を限定しない。当業者は、ここに開示された教えを知れば、プロセス力及びプロセスモーメントの所望又は所要の受け止めを実現するために、難なく平面モーター５のステーター６に関する支持構造７の配置構成と実施形態、並びに運搬ユニット４の形状と実施形態を相応に適合させて、変更することが可能である。

個々の実施形態及び例で述べた個々の特徴及び変化形態は、（当該の箇所で何らかの別のことが記述されていない限り）それ以外の例及び実施形態と自由に組み合わせることができ、特に、請求項において本発明を特徴付けるために、それぞれの実施形態又はそれぞれの例の別の詳細の助けを必ずしも借りることなく使用することができる。

本明細書及び請求項において、「ほぼ」又は「例えば」との用語は、当該の箇所で何らかの別のことが記述されていない限り、物理的に可能である場合に、上方及び下方の両方に関して、さもなければ有意義な方向にのみ、提示された値の１０％以内のずれを意味し、そのため、度（角度及び温度）の場合、±１０°を意味する。

例えば、「上方」、「下方」、「近く」、「側方」、「水平」、「垂直」、「右」、「左」及びそれらと同等の用語などの空間的な配置構成を規定する用語は、それぞれ記述された図面に図示された位置に関する用語であるか、或いは何らかの別のことが特別に提示されていない場合、運搬面２が水平に配置された平面モーター５の配置構成に関する用語である。このような用語は、本明細書の理解を容易にする役割だけを果たし、本発明を限定すると解釈してはならない。

１処理ステーション
２運搬面
３，３’，３” 製品
４，４’，４” 運搬ユニット
５平面モーター
６ステーター
７支持構造
８基板
９支持コイル装置
１０駆動磁石装置
１１レールガイド
１２側方ガイド
１３ガイド構造
１４保持装置
１５工具
１６，１６’ 台座部品
１７ローラー装置
１８転動装置
１９支点
２０凹部
２１スライド部品
２２支持磁石装置
２３台座マット
２４フレーム
２５隆起
２６成形レール
２７細い溝
２８移動進路

Claims

平面モーター（３）の運搬ユニット（４）用の支持構造（７）であって、
この運搬ユニット（４）が、平面モーター（３）の少なくとも一つのステーター（６）によって動かすことが可能であり、この運搬ユニット（４）に製品（３）を配置することが可能であり、
この支持構造（７）に関連して定義された、運搬ユニット（４）の少なくとも一つ支持位置において、少なくとも一つのプロセス力が製品（３）に作用している間に、支持構造（７）が少なくとも支持力を運搬ユニット（４）に加え、
このプロセス力が、少なくとも部分的に製品（３）から運搬ユニット（４）に伝達され、
この少なくとも一つの支持力が、この少なくとも一つのプロセス力に対抗して作用し、
この運搬ユニット（４）は、平面モーター（３）の少なくとも一つのステーター（６）を用いて、浮上した形で支持位置に搬入することが可能であるとともに、その支持位置から搬出することが可能であり、
この支持構造（７）は、基板（８）に取り付けられており、
この支持構造（７）は、支持力によって引き起こされる反力を少なくとも部分的に基板（８）に誘導し、
それにより、ステーター（６）の作用表面への力の伝達が低減される、有利には、完全に回避される、
支持構造。
請求項１に記載の支持構造（７）において、
前記の基板（８）は、少なくとも一つのステーター（６）が取り付けられた支持構造に取り付けられていることを特徴とする支持構造。
請求項１又は２に記載の支持構造（７）において、
この支持構造（７）が、非接触形態により運搬ユニット（４）に作用することを特徴とする支持構造。
請求項１から３までのいずれか一つに記載の支持構造（７）において、
この支持構造（７）が、運搬ユニット（４）の駆動磁石装置（１０）及び／又は支持磁石装置（２２）に作用する支持コイル装置（９）及び／又は支持磁石装置を有することを特徴とする支持構造。
請求項１から４までのいずれか一つに記載の支持構造（７）において、
この支持構造（７）が、特に、台座マット（２３）、フレーム（２４）、少なくとも一つの隆起（２５）及び少なくとも一つの窪みの中の一つ以上を備えた、スライドを抑制する形状の構造を有することを特徴とする支持構造。
請求項１から５までのいずれか一つに記載の支持構造（７）において、
この支持構造（７）が、特に、少なくとも一つの成形レール（２６）、レールガイド（１１）、側方ガイド（１２）及びスライド面の中の一つ以上を備えたスライド構造を有することを特徴とする支持構造。
請求項１から６までのいずれか一つに記載の支持構造（７）において、
この支持構造（７）は、運搬ユニット（４）に配置された保持装置（１４）が係合することが可能なガイド構造（１３）を形成することを特徴とする支持構造。
請求項７に記載の支持構造（７）において、
前記のガイド構造（１３）は、前記の保持装置（１４）のスライド部品（２１）がスライドする形で係合することが可能な線形ガイドを形成することを特徴とする支持構造。
平面モーター（５）の運搬ユニット（４）に配置することが可能な製品（３）を処理する処理ステーション（１）であって、
この処理時に、少なくとも一つのプロセス力が製品（３）に作用して、このプロセス力が製品（３）を介して運搬ユニット（４）に伝達され、
この処理ステーション（１）が、請求項１から８までのいずれか一つに記載の少なくとも一つの支持構造（７）を有し、
処理中に、この運搬ユニット（４）を少なくとも一つの支持位置に配置することが可能である、
処理ステーション。
請求項９に記載の処理ステーション（１）において、
前記のプロセス力が、工具（１５）によって加えられる力、磁力、電磁力、慣性力、そのような力によって引き起こされるモーメント又はそのような力の組合せである処理ステーション。
請求項９又は１０に記載の処理ステーション（１）及び／又は請求項１から８までのいずれか一つに記載の支持構造（７）を有する平面モーター（５）。
請求項１１に記載の平面モーター（５）により運搬ユニット（４）を制御して駆動する方法であって、
平面モーター（５）の少なくとも一つのステーター（６）を用いて、運搬ユニット（４）を浮上させて支持位置に搬入する工程と、
運搬ユニットに配置された製品に作用して、運搬ユニット（４）に伝達される少なくとも一つのプロセス力を加える工程と、
少なくとも一つの支持力を、支持構造（７）を介して運搬ユニット（４）に加える工程であって、この支持力が、この少なくとも一つのプロセス力に対抗して作用する工程と、
この平面モーター（５）の少なくとも一つのステーター（６）を用いて、運搬ユニット（４）を浮上させて支持位置から搬出する工程と、
を有する方法。