JP2023035181A - Transportation device, processing system, control method, and method for producing article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明は搬送装置、加工システム、制御方法及び物品の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a conveying device, a processing system, a control method, and an article manufacturing method.
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。 In general, transport systems are used in production lines for assembling industrial products, semiconductor exposure apparatuses, and the like. In particular, a transport system in a production line transports workpieces such as parts between multiple stations within or between factory-automated production lines. It may also be used as a transport device in process equipment. As a transport system, a transport system using a moving magnet type linear motor has already been proposed.
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小さくするという問題があった。 In a transport system using a moving magnet type linear motor, a transport system is constructed using a guide device that involves mechanical contact, such as a linear guide. However, in a transfer system that uses a guide device such as a linear guide, contaminants generated from the sliding part of the linear guide, such as worn pieces of rails and bearings, lubricating oil, and volatilized products, reduce productivity. I had a problem making it worse. In addition, there is a problem that the life of the linear guide is shortened due to increased friction of the sliding portion during high-speed transportation.
そこで、特許文献1及び2には、案内として摺動部を持たない非接触の磁気浮上型の移動装置又は搬送装置が記載されている。特許文献1に記載の移動装置には、可動子の搬送及び姿勢を制御するために合計7列のリニアモータが設置されている。また、特許文献2に記載の搬送装置においても、浮上用電磁石、ガイド用電磁石及び推進用電磁石が合計6列設置されている。
Therefore,
しかしながら、例えば特許文献2記載の搬送装置の場合、搬送方向及び浮上方向に駆動可能な永久磁石と、搬送方向及び浮上方向に直交するガイド方向に駆動可能な永久磁石とは同じ配置にすることができない。互いに駆動方向が異なる永久磁石については、磁気干渉を回避するため、互いの距離を離す、互いにまたがったコイルには通電しない等の工夫が必要であり、その結果、システム構成が大型化するという問題があった。
However, for example, in the case of the transport device described in
本発明は、システム構成の大型化を伴うことなく、可動子の姿勢を制御しつつ、可動子を非接触で搬送することができる搬送装置、加工システム、制御方法及び物品の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention provides a conveying apparatus, a processing system, a control method, and an article manufacturing method that can convey a mover in a non-contact manner while controlling the attitude of the mover without enlarging the system configuration. It is intended to
本発明の一観点によれば、固定子と、前記固定子に沿って第1の方向に搬送される可動子とを有し、前記固定子及び前記可動子のうちの一方は、前記第1の方向に沿って配置された複数のコイルを有し、前記固定子及び前記可動子のうちの他方は、前記複数のコイルに対向可能に前記第1の方向に沿って配置された複数の磁石を含む磁石列であって、前記第1の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる磁石列を有し、前記複数のコイルは、電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向に第1の力を与える第1のコイル群と、電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向と交差する第2の方向に第2の力を与える第2のコイル群とを含むことを特徴とする搬送装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, it has a stator and a mover conveyed along the stator in a first direction, one of the stator and the mover being the first and the other of the stator and the mover has a plurality of magnets arranged along the first direction so as to be able to face the plurality of coils. wherein the magnetic poles of the magnets adjacent in the first direction have different magnet rows, and the plurality of coils interact with the magnet row by applying a current A first coil group that applies a first force to the mover in the first direction by applying a current to the mover, thereby exerting the first force on the mover by interaction with the magnet array. and a second group of coils for applying a second force in a second direction transverse to the one direction.
本発明によれば、システム構成の大型化を伴うことなく、可動子の姿勢を制御しつつ、可動子を非接触で搬送することができる。 According to the present invention, the mover can be transported in a non-contact manner while controlling the posture of the mover without enlarging the system configuration.
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲をそれらの構成に限定されない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments and examples merely exemplify preferred configurations of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to those configurations.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による搬送装置について図1A乃至図9Lを用いて説明する。
[First embodiment]
A conveying apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 9L.
はじめに、本実施形態による搬送装置1の概略構成について図1A乃至図2Bを用いて説明する。図1A乃至図1Dは、本実施形態による搬送装置1を示す概略図である。図1Aは、搬送装置1を後述のZ方向から見た上面図である。図1Bは、搬送装置1を後述のY方向から見た側面図である。図1C及び図1Dは、後述のX方向の一方の向き及び他方の向きから見た側面図である。図2A及び図2Bは、本実施形態による搬送装置1における可動子10を示す概略図である。図2Aは、可動子10をZ方向から見た上面図である。図2Bは、可動子10をY方向から見た側面図である。以後、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又は大文字のアルファベットを付して個々を区別する。
First, a schematic configuration of a
図1A乃至図1Dに示すように、本実施形態による搬送装置1は、ワーク123を保持して搬送する可動子10と、可動子10が走行する搬送路を構成する固定子20とを有している。本実施形態による搬送装置1は、磁力により重力に抗して浮上させた磁気浮上状態の可動子10を走行させて搬送する磁気浮上搬送型の搬送装置である。なお、本実施形態では、搬送装置1の一例として、可動磁石型リニアモータ(ムービング永久磁石型リニアモータ、可動界磁型リニアモータ)による搬送装置を示すが、搬送装置1は可動コイル型リニアモータによる搬送装置であってもよい。本実施形態による搬送装置1は、可動子10により搬送されたワーク123に対して加工を施す加工装置30をも有する加工システムの一部を構成している。加工システムは、加工装置30によりワーク123に対して加工を施すことにより物品を製造することができる。
As shown in FIGS. 1A to 1D, the conveying
搬送装置1は、例えば、固定子20に沿って可動子10を搬送することにより、可動子10に保持されたワーク123を、ワーク123に対して加工を施す加工装置30に搬送する。加工装置30は、特に限定されるものではないが、例えば、ワーク123であるガラス基板等の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。
For example, the
ここで、以下の説明において用いる座標軸及び方向を定義する。水平方向に沿った可動子10の搬送方向、すなわち可動子10の走行する方向に沿ってX軸をとり、可動子10の搬送方向をX方向とする。図1中の矢印Mは、X方向に沿った可動子10の搬送方向を示している。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。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10のY-側をR側、Y+側をL側として記載する。なお、可動子10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。
Here, coordinate axes and directions used in the following description are defined. The moving direction of the
固定子20は、互いに異なる2種類以上の複数のコイルユニットを有している。図1A乃至図1Dには、複数のコイルユニットとして、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を固定子20が有する場合を例示している。第1のコイルユニット100は、コイルコア101と、コイルコア101に巻かれたコイル102とを有している。第2のコイルユニット110は、コイルコア111と、コイルコア111に巻かれたコイル112とを有している。以下、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を固定子20が有する場合について説明する。
The
第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、可動子10の搬送方向(X方向)に沿って並ぶように設置されている。図1A乃至図1Dには、24個の第1のコイルユニット100と、8個の第2のコイルユニット110とが設置され、R側及びL側それぞれに3個の第1のコイルユニット100と、1個の第2のコイルユニット110が交互に配置された場合を例示している。この場合、第2のコイルユニット110の2個のコイル112の間に、第1のコイルユニット100の3個のコイル102が設置されている。なお、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の数は、特に限定されるものではなく、可動子10を搬送すべき搬送路長等に応じてそれぞれ適宜変更することができる。
The
また、第1のコイルユニット100と第2のコイルユニット110とが連続的に並ぶ数及び順番も、特に限定されるものではない。第2のコイルユニット110を連続的に設置してもよいし、第1のコイルユニット100と、第2のコイルユニット110を1個毎に交互に設置してもよい。第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110がX方向に並ぶ列数も、図1A乃至図1Dに示す2列に限定されるものではなく、1列であってもよいし、3列以上の複数列であってもよい。
Also, the number and order in which the
図2A及び図2Bに示すように、可動子10は、複数の永久磁石121からなる磁石群と、可動子ヨーク120と、保持部122とを有している。可動子ヨーク120は、可動子10のX方向に沿ってR側及びL側の両側に配置されて取り付けられている。複数の永久磁石121は、可動子ヨーク120の長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク120の上に設置されている。保持部122は、可動子10の底面に取り付けられて設置されている。可動子10は、固定子20に沿ってX方向に搬送される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
具体的には、R側の複数の永久磁石121Rは、可動子ヨーク120Rの長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク120Rの上に設置されている。複数の永久磁石121Rは、X方向及びY方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並び、X方向の磁極の1周期がPmとなる間隔で配置されている。R側と同様に、L側の複数の永久磁石121Lは、可動子ヨーク120Lの長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク120Lの上に設置されている。複数の永久磁石121Lは、X方向及びY方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並び、X方向の磁極の1周期がPmとなる間隔で配置されている。なお、以下では、特に区別する必要がないかぎり、可動子10に取り付けられた永久磁石を単に「永久磁石121」、可動子ヨークを単に「可動子ヨーク120」と表記する。
Specifically, the plurality of R-side
このように、複数の永久磁石121は、X方向及びY方向に隣接する永久磁石121の磁極が互いに異なる複数の磁石列を構成している。なお、X方向に沿った永久磁石121の磁石列は、Y方向に複数列配置されていてもよいし、1列だけ配置されていてもよい。
Thus, the plurality of
複数の永久磁石121は、Z方向において固定子20の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の両方又は一方に対向可能なように配置されている。なお、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、それらのX方向に並んだ3個が永久磁石121の磁極の周期Pmの間に配置されるように設置されている。
The plurality of
保持部122は、例えば可動子10の下側において被搬送物であるワーク123を保持するように構成されている。なお、保持部122は、可動子10においてワーク123を保持することができればよく、保持部122がワーク123を保持する場所及び保持機構は特に限定されるものではない。ワーク123は、可動子10において保持部122により保持された状態で、可動子10の搬送に伴ってX方向に搬送される。可動子10は、不図示のリニアガイド等によりX方向に沿って走行可能に案内されてもよい。
The holding
また、本実施形態による搬送装置1は、固定子20に沿ったX方向への可動子10の搬送を制御する制御部40を有している。制御部40は、不図示のリニアエンコーダ、レーザー測長器等の位置検出手段を用いて可動子10の並進方向の位置(X軸、Y軸、Z軸)及び回転方向の姿勢(Wx軸、Wy軸,Wz軸)を検出する。また、制御部40は、検出した可動子10の位置に応じて固定子20の各コイル102に流す電流量を演算して各コイル102、112に通電する。後述するように、制御部40は、U相、V相及びW相の三相交流をコイル102、112に通電することができる。これにより、制御部40は、各コイル102と可動子10の永久磁石121との間に、Z方向に可動子10を浮上させる推力、及び、X方向に可動子10を駆動して走行させる推力となる磁気力を発生させることができる。また、各コイル112と可動子10の永久磁石121との間に、Y方向に可動子10を案内させる推力となる磁気力を発生させることができる。
Further, the conveying
なお、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の両方又は一方と永久磁石121との間には、それぞれ吸引力となる磁気力が浮上力の一部として働く。コイル102及びコイル112により発生させる推力を組み合わせることで、制御部40は、可動子10のX軸、Y軸、Z軸、Wx軸、Wy軸及びWz軸の6自由度を制御しながら、X方向に沿って可動子10を搬送してワーク123を搬送することができる。本実施形態では、可動子10の6自由度を制御して搬送する場合を示しているが、これに限定されるものではない。可動子10を一又は複数の軸の方向に案内する軸の案内機構を設置して、案内機構が案内する軸以外の軸の自由度を制御することもできる。例えば、可動子10のX軸及びY軸の2自由度を制御するなど、6自由度よりも少ない自由度を制御しながら可動子10を搬送してもよい。
A magnetic force acting as an attractive force acts as part of the levitation force between both or one of the
なお、本実施形態では、固定子20が第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を有し、可動子10が複数の永久磁石121を有する可動磁石型リニアモータによる搬送装置を示すが、これに限定されるものではない。搬送装置1は、可動コイル型リニアモータによる搬送装置であってもよい。この場合、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110が可動子10に設置され、複数の永久磁石121が固定子20に設置される。
In this embodiment, the
次に、本実施形態による第1及び第2のコイルユニット100、110の詳細及び推力発生原理について図3A乃至図4Cを用いて説明する。図3A乃至図3Fは、本実施形態による搬送装置1の推力発生方法を示す概略図である。図3A及び図3Bは、第1のコイルユニット100によりX方向の推力を発生させるときの通電方法を示している。図3C及び図3Dは、第1のコイルユニット100によりZ方向の推力を発生させるときの通電方法を示している。図3E及び図3Fは、第2のコイルユニット110によりY方向の推力を発生させるときの通電方法を示している。なお、図3A、図3C及び図3Eは、それぞれ可動子10の永久磁石121及び固定子20の第1のコイルユニット100又は第2のコイルユニット110をY方向から見た図である。図3B、図3D及び図3Fは、それぞれ対応する図3A、図3C及び図3Eに示す永久磁石121及び第1のコイルユニット100又は第2のコイルユニット110をX方向から見た図である。
Next, the details of the first and
第1のコイルユニット100は、コイルコア101とコイル102とで構成されている。コイルコア101は、バックヨーク部103と、2つのティース部104a、104bからなる。バックヨーク部103は、Y方向に沿って配置されている。ティース部104a、104bは、Y方向に並び、バックヨーク部103のY方向における一端及び他端から可動子10が走行する側に向かってZ方向下側に突出している。コイル102は、Y方向に沿った軸を巻回軸としてバックヨーク部103に巻かれている。
A
複数の第1のコイルユニット100の複数のコイル102は、後述するように電流が印加されることにより、永久磁石121からなる磁石列との相互作用により可動子10に対してX方向及びZ方向に電磁力を与えるコイル群を構成する。
The plurality of
第2のコイルユニット110は、コイルコア111とコイル112とで構成されている。コイルコア111は、バックヨーク部113と、3つのティース部114a、114b、114cからなる。バックヨーク部113は、Y方向に沿って配置されている。ティース部114a、114b、114cは、Y方向に並び、それぞれバックヨーク部113のY方向における一端、中央及び他端から可動子10が走行する側に向かってZ方向下側に突出している。コイル112は、Z方向に沿った軸を巻回軸として中央のティース部114bに巻かれている。
A
複数の第2のコイルユニット110の複数のコイル112は、後述するように電流が印加されることにより、永久磁石121からなる磁石列との相互作用により可動子10に対してY方向に電磁力を与えるコイル群を構成する。
When a current is applied to the plurality of
なお、図3A乃至図3F中、可動子ヨーク120の下部に示している矢印Fx、Fz、Fyは、それぞれ発生する推力の方向を示している。また、コイル102、112中に示している矢印は、それぞれコイル102、112に流れる電流の方向を示している。また、永久磁石121に表記しているN及びSは、永久磁石121の上面の磁極を示している。また、ティース部104a、104b、114a、114b、114cに表記しているN及びSは、コイル102、112に所定の電流を通電することによる各ティース部104a、104b、114a、114b、114cの下面の磁極を示している。図3A乃至図3Fは推力発生原理の説明のために第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を配置した例を示し、推力発生のために第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置がこれらの配置に限定されるものではない。
In FIGS. 3A to 3F, arrows Fx, Fz, and Fy indicated below the
永久磁石121の磁極のX方向の周期をPm、永久磁石121及び可動子ヨーク120を含む可動子10のX方向の位置をx、X方向において任意のU相のコイル102又はコイル112の中心と永久磁石のN極の中心とが一致する位置xの座標を原点とする。制御部40は、第1のコイルユニット100のコイル102又は第2のコイルユニット110のコイル112に通電する電流値を以下のように制御することにより、可動子10に対してX方向、Z方向又はY方向に推力を発生させることができる。
Pm is the period of the magnetic poles of the
X方向に推力を発生させる場合、制御部40は、図3A及び図3Bに示すように第1のコイルユニット100のコイル102に通電する。これにより、制御部40は、電流指令をIx0として、U相のコイル102には式(1)、V相のコイル102には式(2)、W相のコイル102には式(3)で示す電流値を通電する。第1のコイルユニット100のコイル102に通電することによって、X方向及びZ方向の推力が発生する。しかし、式(1)乃至(3)に示す電流値を通電することによって、U相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102により発生するZ方向の推力は互いに相殺され、X方向には一定の推力定数の力が働く。こうして、可動子10に対してX方向に推力を発生させることができる。
また、Z方向に推力を発生させる場合、制御部40は、図3C及び図3Dに示すように第1のコイルユニット100のコイル102に通電する。これにより、制御部40は、電流指令をIz0として、U相のコイル102には式(4)、V相のコイル102には式(5)、W相のコイル102には式(6)で示す電流値を通電する。前述したように、第1のコイルユニット100のコイル102に通電することによって、X方向及びZ方向の推力が発生する。しかし、式(4)乃至(6)のように通電することによって、U相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102により発生するX方向の推力は互いに相殺され、Z方向には一定の推力定数の力が働く。こうして、可動子10に対してZ方向に推力を発生させることができる。
また、Y方向に推力を発生させる場合、制御部40は、図3E及び図3Fに示すように第2のコイルユニット110のコイル112に通電する。これにより、制御部40は、電流指令をIy0として、U相のコイル112には式(7)、V相のコイル112には式(8)、W相のコイル112には式(9)で示す電流値を通電する。第2のコイルユニット110のコイル112に通電することによって、Y方向の推力が発生し、式(7)乃至(9)に示す電流値を通電することによって、Y方向には一定の推力定数の力が働く。こうして、可動子10に対してY方向に推力を発生させることができる。
図4A乃至図4Cは、それぞれ本実施形態による搬送装置1における搬送位置による推力定数を示すグラフである。推力定数は、前述した式(1)乃至(9)において、電流指令として単位電流指令を与えた時に発生する推力である。具体的には、図4Aは、式(1)乃至(3)において電流指令Ix0として単位電流指令を与えた時に発生するX方向の推力であるX方向の推力定数を示している。図4Bは、式(7)乃至(9)において電流指令Iy0として単位電流指令を与えた時に発生するY方向の推力であるY方向の推力定数を示している。図4Cは、式(4)乃至(6)において電流指令Iz0として単位電流指令を与えた時に発生するZ方向の推力であるZ方向の推力定数を示している。図4A乃至図4Cからは、X方向、Y方向及びZ方向のどの方向においても、推力定数は、可動子10のX方向の位置によらず一定の値を示していることがわかる。
4A to 4C are graphs showing the thrust force constant depending on the transport position in the
X方向及びZ方向においては、同じ第1のコイルユニット100を使って推力を発生させる。このため、式(1)乃至(3)で示される電流と式(4)乃至(6)で示される電流を重畳してコイル102に流すことで、X方向及びZ方向のそれぞれの方向に独立した推力を発生させることができる。
In the X and Z directions, the same
また、複数の第1のコイルユニット100のコイル102への三相交流の通電に際して、通電するU相のコイル102の数と、通電するV相のコイル102の数と、通電するW相のコイル102の数と、を互いに同じにすることができる。これにより、可動子10のX方向の位置によらず、X方向及びZ方向の推力定数を一定にすることができる。
Further, when energizing the three-phase alternating current to the
また、複数の第2のコイルユニット110のコイル112への三相交流の通電に際しても、同様に、通電するU相のコイル112の数と、通電するV相のコイル112の数と、通電するW相のコイル112の数と、を互いに同じすることができる。これにより、可動子10のX方向の位置によらず、Y方向の推力定数を一定にすることができる。
Similarly, when energizing the three-phase alternating current to the
なお、制御部40は、複数のコイル102からなるコイル群及び複数のコイル112からなるコイル群の少なくとも一方において、上述のように各相のコイル数が互いに同じになるように三相交流の電流を通電することができる。
In at least one of the coil group consisting of the plurality of
制御部40は、上述のようにして第1のコイルユニット100のコイル102及び第2のコイルユニット110のコイル112に三相交流の電流を通電して、可動子10に対してX方向、Y方向及びZ方向に推力を発生させて可動子10を制御することができる。
The
次に、本実施形態による搬送装置1における6自由度の推力計算方法について図5を用いて説明する。図5に、本実施形態による搬送装置1における6自由度の推力計算方法を示す概略図であり、可動子10及び固定子20を示す上面図である。
Next, a thrust force calculation method with six degrees of freedom in the conveying
磁気浮上状態の可動子10を走行させて搬送する場合、図5に示すように可動子10の重心Gとすると、重心Gの並進3自由度(X軸、Y軸、Z軸)と、回転3自由度(Wx軸、Wy軸、Wz軸)の6自由度を制御する必要がある。ここで、可動子10の重心Gを原点とし、XY平面上の任意のコイルユニット(図5の例の場合は第2のコイルユニット110)の座標を(Lx,Ly)とする。また、可動子10の並進方向のX方向に働く推力をFx、Y方向に働く推力をFy、Z方向に働く推力をFzとする。また、可動子10の回転方向のWx方向に働くモーメント力をTx、Wy方向に働くモーメント力をTy、Wz方向に働くモーメント力をTzとする。すると、それぞれの力は次の式(10)乃至(15)のように表される。
Fx = Σ (Kx * Ix) (10)
Fy = Σ (Ky * Iy) (11)
Fz = Σ (Kz * Iz) (12)
Tx = Σ (Kz * Iz * Ly) (13)
Ty =-Σ (Kz * Iz * Lx) (14)
Tz =-Σ (Kx * Ix * Ly) + Σ (Ky * Iy ・Lx) (15)
When the
Fx = Σ(Kx * Ix) (10)
Fy = Σ(Ky*Iy) (11)
Fz = Σ(Kz*Iz) (12)
Tx = Σ(Kz*Iz*Ly) (13)
Ty=-Σ(Kz*Iz*Lx) (14)
Tz=-Σ(Kx*Ix*Ly)+Σ(Ky*Iy・Lx) (15)
ここで、Kxは、第1のコイルユニット100に対して単位電流指令を与えたときにX方向へ発生する推力である。Kyは、第2のコイルユニット110に対して単位電流指令を与えたときにY方向へ発生する推力である。Kzは、第1のコイルユニット100に対して単位電流指令を与えたときにZ方向へ発生する推力である。Kx、Ky、Kzは、可動子10のX方向の位置xによって周期的に変化し、Kx0、Ky0、Kz0を定数として、式(16)乃至(24)のように表される。
Here, Kx is the thrust force generated in the X direction when a unit current command is given to the
式(10)乃至(12)に示すように、可動子10に働く並進方向の推力Fx、Fy、Fzは、それぞれ各コイルユニットから各軸方向に働く力の和となる。また、式(13)乃至(15)に示すように、可動子10に働く回転方向のモーメント力Tx、Ty、Tzは、可動子10の重心Gから回転軸と直交する成分の各コイルユニットまでの距離Lx,Lyと、各コイルユニットから回転方向に働く力との積の和となる。
As shown in equations (10) to (12), the translational thrusts Fx, Fy, and Fz acting on the
図1に示す制御部40は、可動子10の6自由度の位置及び姿勢の検出値をフィードバックし、目標の位置及び姿勢になるように6自由度の推力を可動子10に与えて制御することで、可動子10の6自由度の浮上制御搬送を実現する。このとき、制御部40は、6自由度の各推力を発生する電流を重畳して各コイル102、112に通電するため、例えば同じU相のコイルでも個々に流す電流は異なる。
The
次に、本実施形態による搬送装置1の搬送工程毎の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例について図6A及び図6Bを用いて説明する。図6A及び図6Bは、本実施形態による搬送装置1の搬送工程毎の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例を示す概略図である。
Next, an arrangement example of the
前述したとおり、本実施形態による搬送装置1は、可動子10により搬送されたワーク123に対して加工を施す加工システムの一部を構成しており、搬送区間に複数の工程を有している。例えば、複数のワーク123を複数の可動子10により連続して搬送する場合、効率的に搬送するために、可動子10を加速・減速して前にいるワーク123を搬送中の可動子10との距離を縮めるための「加減速追付き工程」がある。その他にも、ワーク123を所定の位置にアライメントして加工する「加工工程」等がある。このような場合、それぞれの工程に適したコイルユニットの配置をすることができる。
As described above, the
図6Aは、加減速追付き工程の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例を示している。可動子10を加速・減速して前にいる可動子10との距離を縮める場合、ワーク123の搬送位置についての精度よりもワーク123を搬送する可動子10の加速度及び減速度が優先されることが多い。そのため、加減速追付き工程が行われる区間では、Y方向の推力を発生可能な第2のコイルユニット110よりも、X方向及びZ方向に推力を発生可能な第1のコイルユニット100が数多く配置されている。図6Aに示す例の場合、U相の第2のコイルユニット110dと、W相の第2のコイルユニット110cと、V相の第2のコイルユニット110bとが各1個ずつ永久磁石121と対向するように配置されている。それ以外は全て第1のコイルユニット100a、100b、100c、100dになっている。第1のコイルユニット100a、100b、100c、100dは、それぞれ第2のコイルユニット110の間にU相、V相及びW相のものがX方向に互いに異なる相になるように配置されている。このように配置することによって、可動子10の6自由度の制御をしつつ、可動子10に対して大きな加速度及び減速度を与えることができる。
FIG. 6A shows an arrangement example of the
このように、固定子20の可動子10に対向する領域において、複数のコイル102は、U相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102を少なくとも各1個以上有するように配置することができる。また、固定子20の可動子10に対向する領域において、複数のコイル112も、U相のコイル112、V相のコイル112及びW相のコイル112を少なくとも各1個以上有するように配置することができる。この場合、固定子20の可動子10に対向する領域において、複数のコイル102は及び複数のコイル112は、コイル数が互いに異なるように配置することができる。両コイル数を適宜設定することにより、可動子に与えうる加速度及び減速度を適宜設定することができる。
Thus, in the region of the
図6Bは、加工工程の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例を示している。可動子10によりワーク123を加工工程まで搬送した後、ワーク123を所定の位置にアライメントして加工する場合、ワーク123について高精度の位置だし及び保持を実現するため、可動子10の6自由度それぞれに高い推力が求められる場合がある。図6Bに示す例の場合、第1のコイルユニット100a、100b、100c、100d、100e、及び第2のコイルユニット110a、110b、110c、110dが、可動子10の重心Gの回りの6自由度に対して対称になるように配置されている。このように配置することによって、加工工程では、可動子10の6自由度の制御性能を高め、高いアライメントエリア精度で位置だし及び保持をしながら、加工装置30を図6B中の矢印D(X方向)に移動しながらワーク123に加工を行うことができる。
FIG. 6B shows an arrangement example of the
第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、固定子20においてそれぞれ脱着及び交換可能になっている。これにより、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、搬送工程を組み換えた場合にその工程に適するように配置に変更することができる。また、コイルユニット故障が故障したときに、故障したコイルユニットのみを交換することができる。
The
次に、上記実施形態において説明した搬送装置1を真空装置へ適用して真空磁気浮上搬送装置を構成した例について図7を用いて説明する。図7は、搬送装置1の真空装置への適用例を示す概略図である。
Next, an example in which a vacuum magnetic levitation transfer apparatus is configured by applying the
真空磁気浮上搬送装置の場合、真空チャンバ内にコイルユニットを配置し、可動子と固定子との間に生じる吸引力を浮上力として、可動子を磁気浮上状態で搬送する。かかる真空磁気浮上搬送装置においては、互いに隣接する真空チャンバの境界でゲートを開閉するゲートバルブ等が配置されていることがある。ゲートバルブ等が配置されていると、固定子においてコイルユニットを隙間なく連続的に配置することができない。 In the case of a vacuum magnetic levitation transport apparatus, a coil unit is arranged in a vacuum chamber, and the mover is transported in a state of magnetic levitation using the attractive force generated between the mover and the stator as levitation force. In such a vacuum magnetic levitation transfer apparatus, a gate valve or the like may be arranged for opening and closing a gate at the boundary between the vacuum chambers adjacent to each other. If a gate valve or the like is arranged, the coil units cannot be arranged continuously without gaps in the stator.
本実施形態では、コイルユニットを隙間なく連続的に配置することができない以下に説明するゲートバルブ300が設置されたスペース304においても、可動子10の安定した搬送制御を実現するものである。
In the present embodiment, stable transport control of the
本実施形態による真空磁気浮上搬送装置2は、図7に示すように、第1実施形態の構成に加えて、真空チャンバ301a、301bと、ゲートバルブ300とが追加された構成を有している。
As shown in FIG. 7, the vacuum magnetic
搬送装置1は、真空チャンバ301a、301bの内部に設置されている。すなわち、固定子20は、真空チャンバ301a、301bの内部に設置されている。可動子10は、真空チャンバ301a、301bの内部において固定子20により搬送される。真空チャンバ301a、301bは、搬送装置1が設置された内部空間を、ゲートバルブ300を介して互いに接続又は分離可能に連結されている。真空チャンバ301a、301bは、図示しない真空ポンプが接続されて適切な真空度に維持可能に構成されている。
The
ゲートバルブ300は、真空チャンバ301aと真空チャンバ301bとの連結部であるスペース304に設けられている。ゲートバルブ300は、Z方向に沿って昇降して、真空チャンバ301a、301bの連結部において真空チャンバ301a、301bを開閉する弁部として機能する。すなわち、図7に示すように、ゲートバルブ300は、上昇することにより両側の真空チャンバ301a、301bをそれぞれ開いて両者を互いに接続する。また、ゲートバルブ300は、ゲートバルブ昇降部303により下降することにより両側の真空チャンバ301a、301bをそれぞれ閉じて両者を互いに分離する。
The
このように、真空磁気浮上搬送装置2は、真空チャンバ301a、301bが設置された領域と、ゲートバルブ300が設置された領域であるスペース304とを含んでいる。真空チャンバ301a、301bが設置された領域は、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110が設置された領域である。真空チャンバ301a、301bが設置された領域に挟まれてそれぞれに隣接するスペース304は、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110のいずれも設置されていない領域である。
As described above, the vacuum magnetic
ゲートバルブ300が設置されたスペース304には、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を隙間なく連続的に配置することができない。そのため、図7に示すように、可動子10の搬送方向Mの先端部分がスペース304の中に入っている位置のとき、可動子10の先端部分における永久磁石121とコイルユニットとの間に働く吸引力、及びコイル電流による推力が低下する場合がある。かかる吸引力や推力が低下すると、特にWy方向の姿勢制御性が低下することがある。
In the
これに対して、図7に示す構成では、真空チャンバ301aの内部に第1のコイルユニット100a、100b及び第2のコイルユニット110aが配置され、真空チャンバ301bの内部に第1のコイルユニット100cが配置されている。
On the other hand, in the configuration shown in FIG. 7, the
Y方向の推力を発生する第2のコイルユニット110aは、先端部分がスペース304の中に位置する図示する搬送位置に可動子10があるときに可動子10の重心Gを通るWy方向の回転軸上又はその付近に位置するように配置されている。重心Gを通るWy方向の回転軸は、Y方向に沿った軸である。また、X方向及びZ方向の推力を発生する第1のコイルユニット100a及び第1のコイルユニット100bは、第2のコイルユニット110aのX方向における前後に配置されている。同じくX方向及びZ方向の推力を発生する第1のコイルユニット100cは、真空チャンバ301bの内部においてスペース304に隣接して配置されている。
The
上記のようにコイルユニットが配置されていることで、Wy方向に働くモーメント力Tyをより大きく発生することが可能になり、Wy方向の姿勢制御性を向上することができる。すなわち、可動子10の搬送方向Mの先端部分がスペース304を通り過ぎたとき、第2のコイルユニット110aは、可動子10の重心Gを通るWy方向の回転軸上又はその付近からずれた位置になる。このとき、可動子10の搬送方向Mの後端部分に働くWy方向のモーメント力Tyが減少する。しかしながら、スペース304を通り過ぎると、可動子10の搬送方向Mの先端部分における永久磁石121が第1のコイルユニット100cと対抗する位置になるため、可動子10全体に働くWy方向のモーメント力Tyは大きくなる。そのため、コイルユニットを隙間なく連続的に配置することができないスペース304を安定して乗り継いで可動子10を搬送することができる。
By arranging the coil units as described above, it becomes possible to generate a larger moment force Ty acting in the Wy direction, and the attitude controllability in the Wy direction can be improved. That is, when the leading end portion of the
次に、本実施形態による搬送装置1における第1のコイルユニット100のその他の構成について図8A乃至図8Jを用いて説明する。図8A乃至図8Jは、本実施形態による搬送装置1における第1のコイルユニット100のその他の構成を示している。図8A、図8C、図8E、図8G及び図8Iは、それぞれ互いに異なる構成の第1のコイルユニット100をY方向から見た側面図である。図8B、図8D、図8F、図8H及び図8Jは、それぞれ対応する図8A、図8C、図8E、図8G及び図8Iに示す第1のコイルユニット100をX方向から見た側面図である。図8A、図8C、図8E、図8G及び図8Iには、固定子20のU相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102の1セット分、並びに可動子10の搬送方向の永久磁石121の1セット分を簡略化して示している。なお、コイル102中に示している矢印は流れる電流の方向を示している。また、永久磁石121に表記しているN及びSは永久磁石121の上面の磁極を示している。また、ティース部104に表記しているN及びSは、コイル102に所定の電流を通電することによる各ティース部104の下面の磁極を示している。
Next, another configuration of the
図8A及び図8Bは、図1で説明した第1のコイルユニット100の構成例を示している。図8C及び図8Dは、バックヨーク部103にコイル102が巻かれたことに代えて、ティース部104a、104bにコイル102a、102bが巻かれた構成例を示している。
8A and 8B show a configuration example of the
図8E及び図8F、並びに図8G及び図8Hは、それぞれ永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に3列に隣接して配置された場合の構成例を示している。これらの場合、コイルコア101は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部103と、Y方向に並び、バックヨーク部103のY方向における一端、中央及び他端からZ方向下側に突出した3つのティース部104a、104b、104cとを有している。図8E及び図8Fは、バックヨーク部103においてティース部104a、104bの間の部分及びティース部104b、104cの間の部分にコイル102a、102bが巻かれた構成例を示している。図8G及び図8Hは、ティース部104a、104b、104cにコイル102a、102b、102cが巻かれた構成例を示している。
FIGS. 8E and 8F, and FIGS. 8G and 8H respectively show configuration examples in which the magnet rows of the
図8I及び図8Jは、永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に1列だけ配置された場合の構成例を示している。この場合、コイルコア101はバックヨーク部103からZ方向下側に突出した1つのティース部104を有し、ティース部104にコイル102が巻かれている。なお、このようにY方向のティース部104の数が1つの場合は、磁気抵抗を小さくするためX方向に並ぶティース部104をバックヨーク部103でつながれていてもよい。
FIGS. 8I and 8J show configuration examples in which only one row of
図8A及び図8B並びに図8C及び図8Dに示すように、永久磁石121のY方向の列数が偶数の場合、第1のコイルユニット100は、Y方向のティース部104の数が偶数であるものとして構成することができる。一方、図8E及び図8F、図8G及び図8H並びに図8I及び図8Jに示すように、永久磁石121のY方向の列数が奇数の場合、第1のコイルユニット100は、Y方向のティース部104の数が奇数であるものとして構成することができる。また、同等の磁束を発生できるのでれば、コイル102はバックヨーク部103に巻かれていてもティース部104に巻かれていてもよい。
As shown in FIGS. 8A and 8B, 8C and 8D, when the number of rows of the
次に、本実施形態による搬送装置1における第2のコイルユニット110のその他の構成について図9A乃至図9Lを用いて説明する。図9A乃至図9Lは、本実施形態による搬送装置1における第2のコイルユニット110のその他の構成例を示す。図9A、図9C、図9E、図9G、図9I及び図9Kは、それぞれ互いに異なる構成の第2のコイルユニット110をY方向から見た側面図である。図9B、図9D、図9F、図9H、図9J及び図9Lは、それぞれ対応する図9A、図9C、図9E、図9G、図9I及び図9Kに示す第2のコイルユニット110をX方向から見た側面図である。図9A、図9C、図9E、図9G、図9I及び図9Kは、固定子20のU相のコイル112、V相のコイル112及びW相のコイル112の1セット分、並びに可動子10の搬送方向の永久磁石121の1セット分を簡略化して示している。なお、コイル112中に示している矢印は流れる電流の方向を示している。また、永久磁石121に表記しているN及びSは永久磁石121の上面の磁極を示している。また、ティース部114に表記しているN及びSは、コイル112に所定の電流を通電することによる各ティース部114の下面の磁極を示している。
Next, another configuration of the
図9A及び図9Bは、図1で説明した第2のコイルユニットの構成例を示している。図9C及び図9D、並びに図9E及び図9Fは、ティース部114bにコイル112が巻かれたことに代わる構成例を示している。図9C及び図9Dは、バックヨーク部113のティース部114aとティース部114bとの間の部分にコイル112aが、バックヨーク部113のティース部114bとティース部114cとの間の部分にコイル112bが巻かれた構成例を示している。図9E及び図9Fは、ティース部114a、114b、114cにコイル112a、112b、112cが巻かれた構成例を示している。
9A and 9B show configuration examples of the second coil unit described in FIG. FIGS. 9C and 9D, and FIGS. 9E and 9F show configuration examples in which the
図9G及び図9H、並びに図9I及び図9Jは、それぞれ永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に3列に隣接して配置された場合の構成例を示している。
FIGS. 9G and 9H, and FIGS. 9I and 9J respectively show configuration examples in which the magnet rows of the
図9G及び図9Hに示す場合、コイルコア111は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部113と、Y方向に並び、バックヨーク部113のY方向における一端及び他端からZ方向下側に突出した2つのティース部114a、114bとを有している。図9G及び図9Hは、バックヨーク部113にコイル112が巻かれた構成例を示している。
9G and 9H, the
また、図9I及び図9Jに示す場合、コイルコア111は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部113と、Y方向に並び、バックヨーク部113からZ方向下側に突出した4つのティース部114a、114b、114c、114dとを有している。この場合、4つのティース部114a、114b、114c、114dは、バックヨーク部113のY方向における一端から他端までの間に間隔をあけて設けられている。図9I及び図9Jは、バックヨーク部113においてティース部114a、114bの間の部分、ティース部114b、114cの間の部分及びティース部114c、114dの間の部分にコイル102a、102b、102cが巻かれた構成例を示している。
9I and 9J, the
図9K及び図9Lは、永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に1列だけ配置された場合の構成例を示している。この場合、コイルコア111は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部113と、Y方向に並び、バックヨーク部113のY方向における一端及び他端からZ方向下側に突出した2つのティース部114a、114bとを有している。図9K及び図9Lは、バックヨーク部113にコイル112が巻かれた構成例を示している。
FIGS. 9K and 9L show configuration examples in which only one row of
図9A及び図9B、図9C及び図9D並びに図9E及び図9Fに示すように、永久磁石121のY方向の列数が偶数の場合、第2のコイルユニット110は、Y方向のティース部114の数が奇数であるものとして構成することができる。一方、図9G及び図9H、図9I及び図9J並びに図9K及び図9Lに示すように、永久磁石121のY方向の列数が奇数の場合、第2のコイルユニット110は、Y方向のティース部114の数が偶数であるものとして構成することができる。また、同等の磁束を発生できるのでれば、コイル112はバックヨーク部113に巻いても、ティース部114に巻かれていてもよい。
As shown in FIGS. 9A and 9B, FIGS. 9C and 9D, and FIGS. 9E and 9F, when the number of rows of the
このように、本実施形態によれば、第1のコイルユニット100により可動子10に対してX方向及びZ方向に力を与え、第2のコイルユニット110により可動子10に対してX方向及びZ方向に力を与えることができる。したがって、本実施形態によれば、システム構成の大型化を伴うことなく、可動子10の姿勢を制御しつつ、可動子10を非接触で搬送することができる。
As described above, according to this embodiment, the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態による搬送装置について図10A乃至図11C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。
[Second embodiment]
Next, a conveying device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A to 11C. The same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified.
第1実施形態では、コイルに通電し、磁気随伴エネルギーの勾配を作ることによって、推力を発生させている例について説明した。これに対し、本実施形態では、磁界中に通過する電荷が力を受けるローレンツ力によって推力を発生させている例について説明する。 In the first embodiment, an example in which thrust is generated by energizing the coil and creating a gradient of magnetically accompanied energy has been described. In contrast, in the present embodiment, an example will be described in which thrust is generated by the Lorentz force, which is a force applied to electric charges passing through a magnetic field.
図10A、図10B及び図10Cは、本実施形態による搬送装置のコアレス型の例を示している。また、図11A、図11B及び図11Cは、本実施形態による搬送装置のコアレス型の別の例を示している。図10A、図10B及び図10Cは、それぞれ本実施形態による搬送装置の例のY方向から見た正面図、Z方向から見た上面図及びX方向から見た側面図である。また、図11A、図11B及び図11Cは、それぞれ本実施形態による搬送装置の別の例のY方向から見た正面図、Z方向から見た上面図及びX方向から見た側面図である。図10A乃至図11Cでは、図1に示す搬送装置1における可動子10及び固定子20に相当する構成のR側又はL側片側における第1及び第2のコイルユニット100、110、永久磁石221及び可動子ヨーク220のみを示しており、その他を省略している。また、図10A及び図11Aの上面図では、バックヨーク203を省略している。
10A, 10B, and 10C show an example of a coreless type transport device according to this embodiment. Also, FIGS. 11A, 11B, and 11C show another example of a coreless type transport device according to this embodiment. 10A, 10B, and 10C are a front view, a top view, and a side view of an example of the conveying apparatus according to the present embodiment as seen from the Y direction, Z direction, and X direction, respectively. 11A, 11B, and 11C are a front view, a top view, and a side view, respectively, of another example of the conveying apparatus according to the present embodiment as seen from the Y direction, the top view, and the X direction, respectively. 10A to 11C show first and
本実施形態による搬送装置3は、可動子10と、固定子20とを有している。本実施形態による搬送装置3の構成は、固定子20における第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を除き、第1実施形態による搬送装置1の構成と同様である。
The conveying
図10A乃至図11Cに示すように、可動子10は、複数の永久磁石221と、可動子ヨーク220とを有している。永久磁石221は、第1実施形態と同様に可動子ヨーク220の長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク220の上に設置されている。複数の永久磁石221は、X方向及びY方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並ぶように配置されている。
As shown in FIGS. 10A to 11C, the
固定子20は、第1実施形態とは異なる構成の第1及び第2のコイルユニット100、110を有している。図10A、図10B及び図10Cに示す例と図11A、図11B及び図11Cに示す別の例とは、第1及び第2のコイルユニット100、110の構成が互いに異なっている。
The
図10A、図10B及び図10Cに示す例の場合、X方向及びZ方向の推力を発生させる第1のコイルユニット100は、コイル202とバックヨーク203aとからなる。Y方向の推力を発生させる第2のコイルユニット110は、コイル212とバックヨーク203bとからなる。コイル202、212は、それぞれZ方向に沿った軸を巻回軸として巻かれたコアレスコイルである。第1のコイルユニット100は、Y方向に沿って並ぶように配置された2個のコイル202を有している。第2のコイルユニット110は、1個のコイル212を有している。バックヨーク203a及びバックヨーク203bは、一体の磁性体であってもよいし、それぞれの間に隙間があってもよい。コギングトルクが小さいというコアレス型の利点を活かすには、それぞれのバックヨークは一体であることが望ましい。ただし、バックヨーク203a及びバックヨーク203bのうちの隣接する2つの間に隙間を空けてその間に磁性体を入れて、コギングトルクを小さくもよい。Y方向に沿って2つ並んでいるコイル202は、それぞれ8の字になるように結線してもよい。
In the example shown in FIGS. 10A, 10B and 10C, the
図11A、図11B及び図11Cに示す別の例の場合、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110に代えて、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を兼ねるコイルユニット210が設置されている。コイルユニット210は、バックヨーク203とコイル202、212とからなる。コイル202はX方向及びZ方向の推力を発生させるものである。コイル212は、Y方向の推力を発生させるものである。コイル202とコイル212とは、Z方向に重なるように設置されている。なお、コイル202及びコイル212は、コイル202が可動子10の側に位置するように重ねられていてもよいし、コイル212が可動子10の側に位置するように重ねられていてもよい。
In the case of another example shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C, instead of the
なお、図10A、図10B及び図10C、並びに図11A、図11B及び図11Cに示す各例では、バックヨーク203と永久磁石221との間にそれぞれ吸引力となる磁気力が浮上力の一部として働く。
10A, 10B and 10C, and 11A, 11B and 11C, the magnetic force acting as the attractive force between the
コアレスモータは、高い応答性が求められる精密位置決めに使用されることが多い。かかるコアレス型の本実施形態による搬送装置3は、第1実施形態による搬送装置1と可動子10を共通化することができるように構成されている。すなわち、共通の可動子10は、第1実施形態による固定子20と、第2実施形態による固定子20とがX方向に並ぶように配置されて構成された搬送路を走行することができる。このため、コア付きの第1実施形態による搬送装置1にコアレス型の本実施形態による搬送装置3を組み込むことができる。これにより、第1実施形態による搬送装置1により実行される複数の搬送工程の間に、コアレス型の本実施形態による搬送装置3により実行される精密位置決め工程を設ける。
Coreless motors are often used for precision positioning that requires high responsiveness. The coreless
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態による搬送装置4について図12A乃至図12C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。
[Third Embodiment]
Next, a conveying
本実施形態では、第2実施形態と同様、ローレンツ力によって推力を発生させている例で、コイルの両側に永久磁石を配置した可動コイル型コアレスリニアモータによる搬送装置の例について説明する。 In this embodiment, as in the second embodiment, thrust is generated by the Lorentz force, and an example of a conveying apparatus using a moving-coil coreless linear motor in which permanent magnets are arranged on both sides of the coil will be described.
図12A乃至図12Cは、本実施形態による搬送装置4を示している。図12Aは、本実施形態による搬送装置4をX方向から見た図である。図12Bは、図12AのA-A′線に沿った断面図である。図12Cは、図12AのB-B′線に沿った断面図である。
Figures 12A to 12C show a
図12A乃至図12Cに示すように、本実施形態による搬送装置4において、可動子10は、コイル302、312と、可動子ハウジング330とを有している。また、固定子20は、永久磁石321と、固定子ヨーク320とを有している。
As shown in FIGS. 12A to 12C, in the
コイル302は、第2実施形態による第1のコイルユニット100のコイル202に相当し、X方向及びZ方向の推力を発生させるコアレスコイルである。コイル312は、第2実施形態による第2のコイルユニット110のコイル212に相当し、Y方向の推力を発生させるコアレスコイルである、コイル302、312は、非磁性の可動子ハウジング330に設置されている。図12A乃至図12Cでは、図10A及び乃至図10Cに示すコイル202、212と同様にコイル302、312が配置された例を示している。なお、図11A乃至図11Cのコイル202、212と同様にコイル302、312を配置することも可能である。
The
コイル302、312は、制御部40に接続されている。制御部40は、不図示のリニアエンコーダ、レーザー測長器等の位置検出手段を用いて可動子10の位置(X軸、Y軸、Z軸)及び回転方向の姿勢(Wx軸、Wy軸、Wz軸)を検出し、それらの検出結果に応じてコイル302、312への通電を制御する。
永久磁石321は、Z方向の上側及び下側から可動子10のコイル302、312に対向可能なように固定子ヨーク320に複数設置されている。複数の永久磁石321は、可動子10に対してZ方向の上側及び下側のそれぞれにおいて、第1実施形態による永久磁石121と同様に、固定子ヨーク320の長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように配置されている。
A plurality of
複数の永久磁石321は、X方向、Y方向及びZ方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並ぶように配置されている。固定子ヨーク320及び永久磁石321は、固定子ハウジング331に保持されている。
The plurality of
本実施形態のように、可動子10にコイル302、312を設置し、固定子20に永久磁石321を設置して可動コイル型コアレスリニアモータによる搬送装置4を構成することもできる。
As in the present embodiment, the
1 搬送装置
2 真空磁気浮上搬送装置
3 搬送装置
4 搬送装置
10 可動子
20 固定子
30 加工装置
40 制御部
100 第1のコイルユニット
101 コイルコア
102 コイル
103 バックヨーク部
104 ティース部
110 第2のコイルユニット
111 コイルコア
112 コイル
113 バックヨーク部
114 ティース部
120 可動子ヨーク
121 永久磁石
122 保持部
123 ワーク
202 コイル
203 バックヨーク
210 コイルユニット
212 コイル
220 可動子ヨーク
221 永久磁石
300 ゲートバルブ
301 真空チャンバ
302 コイル
303 ゲートバルブ昇降部
304 スペース
312 コイル
320 固定子ヨーク
321 永久磁石
330 可動子ハウジング
331 固定子ハウジング
1
Claims (14)
前記固定子に沿って第1の方向に搬送される可動子と
を有し、
前記固定子及び前記可動子のうちの一方は、前記第1の方向に沿って配置された複数のコイルを有し、
前記固定子及び前記可動子のうちの他方は、前記複数のコイルに対向可能に前記第1の方向に沿って配置された複数の磁石を含む磁石列であって、前記第1の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる磁石列を有し、
前記複数のコイルは、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向に第1の力を与える第1のコイル群と、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向と交差する第2の方向に第2の力を与える第2のコイル群と
を含む
ことを特徴とする搬送装置。 a stator;
a mover conveyed in a first direction along the stator,
one of the stator and the mover has a plurality of coils arranged along the first direction;
The other of the stator and the mover is a magnet row including a plurality of magnets arranged along the first direction so as to be able to face the plurality of coils, and is adjacent in the first direction. The magnetic poles of the magnets have different magnet rows,
The plurality of coils are
a first coil group that interacts with the magnet array to apply a first force in the first direction to the mover when a current is applied;
a second coil group that, when a current is applied, exerts a second force on the mover in a second direction that intersects with the first direction by interacting with the magnet array. A conveying device characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の搬送装置。 When a current is applied to the first coil group, the first coil group moves in a third direction that intersects with each of the first direction and the second direction with respect to the mover due to interaction with the magnet array. 2. The conveying device according to claim 1, wherein the force is applied to the .
前記第2の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の搬送装置。 the magnet rows are arranged in a plurality of rows in the second direction,
The conveying apparatus according to claim 1 or 2, wherein magnetic poles of said magnets adjacent in said second direction are different from each other.
前記制御部は、前記第1のコイル群及び前記第2のコイル群の少なくとも一方において、U相の前記コイルの数と、V相の前記コイルの数と、W相の前記コイルの数とが互いに同じになるように前記三相交流を通電する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の搬送装置。 A control unit that energizes the first coil group and the second coil group with a three-phase alternating current,
The control unit controls the number of the U-phase coils, the number of the V-phase coils, and the number of the W-phase coils in at least one of the first coil group and the second coil group. The conveying apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the three-phase alternating currents are energized so as to be the same.
前記可動子の先端部分が前記第2の領域の中に位置するときに、前記第1の領域において、前記可動子の重心を通る前記第2の方向に沿った軸の上に前記第2のコイル群の前記コイルが位置し、前記第1の方向における前後に前記第1のコイル群の前記コイルが位置するように、前記第1のコイル群及び前記第2のコイル群が配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の搬送装置。 The conveying device includes a first region in which the first coil group and the second coil group are installed, and a second coil group in which neither the first coil group nor the second coil group is installed. and the area of
When the tip portion of the mover is located in the second region, the second tip is positioned on the second direction axis passing through the center of gravity of the mover in the first region. The first coil group and the second coil group are arranged such that the coils of the coil group are positioned and the coils of the first coil group are positioned before and after in the first direction. 5. The conveying apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
前記第3の領域において、前記第2のコイル群は、U相の前記コイル、V相の前記コイル及びW相の前記コイルを少なくとも各1個以上有し、
前記第3の領域において、前記第1のコイル群及び前記第2のコイル群は、コイル数が互いに異なる
ことを特徴とする請求項4に記載の搬送装置。 In a third region of the stator facing the mover, the first coil group includes at least one U-phase coil, one V-phase coil, and one W-phase coil,
In the third region, the second coil group has at least one each of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil,
The conveying apparatus according to claim 4, wherein in the third area, the first coil group and the second coil group have different numbers of coils.
ことを特徴とする請求項4に記載の搬送装置。 5. The transport according to claim 4, wherein the first coil group and the second coil group are arranged symmetrically with respect to six degrees of freedom around the center of gravity of the mover. Device.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の搬送装置。 5. The coil according to any one of claims 1 to 4, wherein at least three of said coils of said first coil group are installed between two of said coils of said second coil group. A conveying device as described.
前記磁石列の前記第2の方向の列数が偶数であり、かつ前記第1のティース部の前記第2の方向の数が偶数であり、又は前記磁石列の前記第2の方向の列数が奇数であり、かつ前記第1のティース部の前記第2の方向の数が奇数である
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の搬送装置。 The coils of the first coil group are wound on a first core having one or more first teeth,
The number of rows of the magnet rows in the second direction is an even number and the number of the first tooth portions in the second direction is an even number, or the number of rows of the magnet rows in the second direction is an even number. is an odd number, and the number of the first teeth in the second direction is an odd number.
前記磁石列の前記第2の方向の列数が偶数であり、かつ前記第2のティース部の前記第2の方向の数が奇数であり、又は前記磁石列の前記第2の方向の列数が奇数であり、かつ前記第2のティース部の前記第2の方向の数が偶数である
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の搬送装置。 The coils of the second coil group are wound around a second core having one or more second teeth,
The number of rows of the magnet rows in the second direction is an even number and the number of the second tooth portions in the second direction is an odd number, or the number of rows of the magnet rows in the second direction is an odd number. is an odd number, and the number of the second teeth in the second direction is an even number.
前記可動子は、前記磁石列を有する
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の搬送装置。 The stator has the plurality of coils,
The conveying apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the mover has the magnet row.
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加工装置と
を有することを特徴とする加工システム。 a conveying device according to any one of claims 1 to 11;
and a processing device that processes the workpiece conveyed by the mover.
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、前記加工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。 An article manufacturing method for manufacturing an article using the processing system according to claim 12,
a step of conveying the work by the mover;
and a step of subjecting the workpiece transported by the mover to the processing by the processing device.
前記固定子に沿って第1の方向に搬送される可動子と
を有し、
前記固定子及び前記可動子のうちの一方は、前記第1の方向に沿って配置された複数のコイルを有し、
前記固定子及び前記可動子のうちの他方は、前記複数のコイルに対向可能に前記第1の方向に沿って配置された複数の磁石を含む磁石列であって、前記第1の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる磁石列を有し、
前記複数のコイルは、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向に第1の力を与える第1のコイル群と、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向と交差する第2の方向に第2の力を与える第2のコイル群と
を含む搬送装置の制御方法であって、
前記第1のコイル群に電流を印加することにより、前記可動子に対して前記第1の方向に前記第1の力を与え、
前記第2のコイル群に電流を印加することにより、前記可動子に対して前記第2の方向に前記第2の力を与える
ことを特徴とする制御方法。 a stator;
a mover conveyed in a first direction along the stator,
one of the stator and the mover has a plurality of coils arranged along the first direction;
The other of the stator and the mover is a magnet row including a plurality of magnets arranged along the first direction so as to be able to face the plurality of coils, and is adjacent in the first direction. The magnetic poles of the magnets have different magnet rows,
The plurality of coils are
a first coil group that interacts with the magnet array to apply a first force in the first direction to the mover when a current is applied;
a second coil group that, when current is applied, exerts a second force on the mover in a second direction that intersects with the first direction by interacting with the magnet array. A device control method comprising:
applying the first force in the first direction to the mover by applying a current to the first coil group;
A control method, wherein the second force is applied to the mover in the second direction by applying a current to the second coil group.
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