JP2023507712A - 運搬機器 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023507712000001
運搬面3を形成する少なくとも一つの運搬セグメント2と、少なくとも一つの第一の磁石グループMGaと少なくとも一つの第二の磁石グループMGbに関して異なる磁極ピッチが規定された、この運搬面3内を少なくとも二次元的に動くことが可能な少なくとも一つの運搬ユニットとを備えた、より効率的な動作を可能にする平面モーターの形の運搬機器1を提示するために、この運搬セグメント2の第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1が、運搬面3に対する法線方向に、運搬ユニットの第一の磁石グループMGaから第一の平均コイル間隔を開けて配置され、第二のコイルグループの駆動コイルAS2が、運搬面3に対する法線方向に、運搬ユニットの第二の磁石グループMGbから、第一の平均コイル間隔に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔を開けて配置されており、この運搬ユニットでは、第一の磁石グループMGaの磁極ピッチが、第二の磁石グループMGbの磁極ピッチよりも小さいと規定される。

Description

本発明は、運搬面を形成する少なくとも1つの運搬セグメントと、この運搬面内を少なくとも二次元的に移動可能な少なくとも1つの運搬ユニットとを備えた平面モーターの形の運搬機器に関し、この運搬セグメントには、複数の駆動コイルが配置され、この運搬ユニットには、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチで順番に配置された異なる磁化方向の複数の駆動磁石から成る少なくとも1つの第一の磁石グループと少なくとも1つの第二の磁石グループが配置され、この少なくとも1つの運搬ユニットでは、これらの少なくとも1つの第一の磁石グループと少なくとも1つの第二の磁石グループに関して異なる磁極ピッチが設けられ、この運搬セグメントには、運搬ユニットを移動させる第一の主移動方向を定義する、複数の駆動コイルから成る第一のコイルグループが配置されるとともに、運搬ユニットを移動させる第二の主移動方向を定義する、複数の駆動コイルから成る第二のコイルグループが配置されている。更に、本発明は、そのような平面モーターの形の運搬機器のための運搬ユニット及び平面モーターの形の運搬機器を動作させる方法に関する。
平面モーターは、基本的に従来技術により周知である。特許文献1は、例えば、そのような平面モーターの基本的な構造と機能形態を開示している。平面モーターは、主に運搬面を形成する固定子を有し、1つ又は複数の運搬ユニットが、その運搬面内を少なくとも二次元的に移動することができる。その固定子は、通常1つ又は複数の運搬セグメントから構成されている。運搬面内において運搬ユニットを移動させるために、固定子の(1つ又は複数の運搬セグメントの)磁界と運搬ユニットの磁界が協力して動作することによって、運搬ユニットに作用する駆動力を発生させている。所定の移動方向への運搬ユニットの動きを実現するためには、それらの磁界の中の少なくとも一方、即ち、固定子の磁界及び/又は運搬ユニットの磁界を運搬ユニットの動きに追随するように時間的に変化させなければならない。しかし、大抵は一方の磁界、通常は固定子の磁界だけが時間的に変化して、それぞれ(運搬ユニットにおける)他方の磁界は、一般的に一定である、即ち、時間的に変化しない。
時間的に変化する磁界は、例えば、運搬ユニットにも、固定子、特に、運搬セグメントにも配置できるコイル(電磁石)によって発生させることができる。それらのコイルは、多くの場合駆動コイルとも呼ばれる。時間的に変化しない、即ち、一定の磁界は、典型的には、永久磁石を用いて発生させている。多くの場合、それらの構成部品は駆動磁石と呼ばれる。それらも、平面モーターの実施構成に応じて、運搬ユニットにも、運搬セグメントにも配置することができる。より簡単な駆動のために、駆動コイルは、多くの場合、平面モーターの運搬セグメントに配置され、駆動磁石が運搬ユニットに配置されている。
駆動コイルは、可動磁界を所望の移動方向に発生させるために、通常は制御ユニットによって駆動される。運搬ユニットには、その可動磁界と協力して動作する駆動磁石が、少なくとも二次元に分散して配置されており、その結果、運搬ユニットに対する駆動力及び浮上力を発生させることができる。その駆動力によって、運搬ユニットを所望の移動方向に動かすことができ、その浮上力によって、運搬ユニットと運搬セグメントの間に空隙を作って維持することができるとともに、傾転力又は傾転モーメントを発生させることができる。平面モーターに関して特徴的な運搬ユニットの二次元の動きを実現可能にするためには、運搬セグメントと運搬ユニットの磁界の二次元の協力動作が必要であり、2つの磁界の中の一方を少なくとも2つの次元において、或いは2つの磁界を(それぞれ他方の次元に対して相補的に)少なくとも1つの次元において時間的に変化させなければならない。その場合、駆動コイルと駆動磁石は、有利には、運搬面によって設けられる軸に沿った一次元の動き以外に、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ている。
平面モーターは、例えば、製造プロセスにおける運搬機器として利用することができ、複雑な運動プロファイルによって非常に柔軟な運搬プロセスを実現することができる。特許文献2及び3には、例えば、運搬機器としての平面モーターのそのような用途が示されている。
そのような平面モーターの固定子は、駆動コイルの異なる配列を有することができるとともに、運搬ユニットにおける駆動磁石の配列も同じく非常に異なるようにすることができる。特許文献1には、例えば、複数の重なり合ったコイル面から成る固定子の複層構造を備えた平面モーターが開示されている。隣接するコイル面内の駆動コイルは、運搬ユニットが移動できる2つの直交する主移動方向を形成するために、互いに直交している。それにより、平均すると、コイル面は、運搬ユニットの駆動磁石から異なる間隔を有する。その結果、運搬ユニットに対して最大限に発生可能な駆動力が2つの主移動方向において異なることとなる。それらの間隔を均すために、運搬ユニットの駆動磁石からより遠く離れた方のコイル面における駆動コイルに、より近い方のコイル面の駆動コイルよりも大きなコイル電流を加えることが提案されている。
非特許文献1には、2つのコイル面の積層配列を備えた平面モーターが開示されている。運搬ユニットの磁石からの駆動コイルの間隔が異なることから生じる、2つの主移動方向における異なる駆動力性能を均すために、2つのコイル面に対して異なる強さの駆動コイルを使用することが提案されている。それにより、より下の方に在る駆動コイルが、より強力であり、より大きな磁界を発生させることができる。
特許文献4は、2つの異なる向きの駆動コイルグループが1つの平面内に交番して配置された平面モーターの形の運搬機器を開示している。運搬ユニットには、それぞれ複数の駆動磁石から成る2つの異なる向きの磁石グループが配置されており、それらの異なる向きの磁石グループは、異なる磁極ピッチを有することができる。
特許文献5及び6には、平面モーターの形の別の運搬機器が開示されている。しかし、その場合、駆動コイルが運搬ユニットに配置され、駆動磁石が固定子に配置されており、そのことは、それにより運搬ユニットへのエネルギー供給が、より負担がかかることになるので、不利である。
米国特許第9,202,719号明細書 欧州特許第3172156号明細書 欧州特許第3172134号明細書 国際特許公開第2013/112759号明細書 国際特許公開第2017/005457号明細書 中国特許公開第101609265号明細書
J.M.M., Rovers, et. al, 2013. Design and measurements of the Double Layer Planar Motor. In: International Electric Machines & Drives Conference. Chicago, 12-15.05.2013. IEEE
本発明の課題は、平面モーターの形の運搬機器のより効率的な動作を実現可能にすることである。
この課題は、本発明に基づき、第一のコイルグループの駆動コイルが、運搬面に対する法線方向に、運搬ユニットの第一の磁石グループから第一の平均コイル間隔を開けて配置され、第二のコイルグループの駆動コイルが、運搬面に対する法線方向に、運搬ユニットの第二の磁石グループから、第一の平均コイル間隔に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔を開けて配置され、運搬ユニットでは、この少なくとも1つの第一の磁石グループの磁極ピッチが、この少なくとも1つの第二の磁石グループの磁極ピッチよりも小さいことによって解決される。磁極ピッチによって、磁石グループが発生する磁界の浸入度が主に影響を受けるので、より大きなコイル間隔を有する駆動コイルと協力して動作する磁石グループに対して、より大きな磁極ピッチを設けることによって、運搬機器のより効率的な動作を達成することができる。
有利には、本運搬機器には、少なくとも2つの運搬ユニットが配備され、これらの運搬ユニットには、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチで順番に配置された異なる磁化方向の複数の駆動磁石から成る少なくとも1つの第一の磁石グループと少なくとも1つの第二の磁石グループがそれぞれ配置され、各運搬ユニットの全ての磁石グループが、同じ磁極ピッチを有するとともに、これらの少なくとも2つの運搬ユニットの磁極ピッチが異なる。それによって、運搬セグメントの所与の制約条件に依存して、異なる課題又は運動プロセスに対して、異なる磁極ピッチを有する複数の異なる運搬ユニットを使用することができる。
この場合、第一のコイルグループの駆動コイルが、運搬面に対する法線方向に、運搬ユニットの第一の磁石グループから第一の平均コイル間隔を開けて配置され、第二のコイルグループの駆動コイルが、運搬面に対する法線方向に、運搬ユニットの第二の磁石グループから、第一の平均コイル間隔に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔を開けて配置され、運搬面において、より小さな磁極ピッチを有する運搬ユニットに対して、第一の移動パスが定められて、この移動パスに沿って、この運搬ユニットが移動可能であり、運搬面において、より大きな磁極ピッチを有する別の運搬ユニットに対して、第二の移動パスが定められて、この移動パスに沿って、この運搬ユニットが移動可能であり、第一の移動パスの移動パス長における第一の主移動方向の部分が、第二の主移動方向の部分よりも大きく、第二の移動パスの移動パス長における第一の主移動方向の部分が、第二の主移動方向の部分よりも小さいのが有利であるとすることができる。それによって、より小さな磁極ピッチを有する運搬ユニットが、主として、より小さなコイル間隔を有する駆動コイルによって動かされ、より大きな磁極ピッチを有する運搬ユニットが、主として、より大きなコイル間隔を有する駆動コイルによって動かされることが保証される。
この場合、少なくとも1つの運搬ユニットの少なくとも1つの磁石グループの駆動磁石の磁極ピッチが、それと協力して動作する駆動コイルの平均コイル間隔に依存して定められるのが特に有利である。それによって、磁極ピッチを実際のコイル間隔に適合させることができ、このことは、コイル間隔が通常予め与えられるので、有利である。
更に、少なくとも1つの運搬ユニットの少なくとも1つの磁石グループの駆動磁石の運搬面に対する法線方向における磁石の高さ及び/又は磁石の幅が、各磁石グループの磁極ピッチに依存して定められるのが有利であるとすることができる。それによって、磁極ピッチの増大により引き起こされる表面磁束密度の低下を補償することができる。
少なくとも1つの運搬ユニットの磁石グループが同じ大きさの磁石グループ面積及び/又は同じ磁石数の駆動磁石を有することと、この少なくとも1つの運搬ユニットが、正方形又は長方形の運搬ユニット基礎面を有することとの中の1つ以上が有利である。更に、少なくとも1つの運搬ユニットのそれぞれ少なくとも1つの磁石グループの駆動磁石は、有利には、同じ大きさの磁石幅を有し、この磁石グループの隣り合う駆動磁石は、互いに直に隣接する。
本課題は、更に、少なくとも2つの磁石グループの磁極ピッチが異なる運搬ユニットにおいて、少なくとも1つの磁石グループの駆動磁石の磁石の幅及び/又は運搬ユニットの下側に対する法線方向における磁石の高さが、各磁石グループの磁極ピッチに依存して定められることによって解決される。
更に、本課題は、請求項11に基づく方法によって解決される。
以下において、本発明の有利な実施形態の例を模式的に本発明を限定しない形で図示する図面1a~4を参照して、本発明を詳しく説明する。
運搬機器の例の平面図 運搬機器の例の側面図 運搬機器の代替実施形態の側面図 磁極ピッチに関する駆動磁石の磁束密度のグラフ図 運搬ユニットにおける駆動磁石の考え得る配列を下から見た図 運搬ユニットにおける駆動磁石の考え得る配列を下から見た図 運搬ユニットにおける駆動磁石の考え得る配列を下から見た図 運搬ユニットにおける駆動磁石の考え得る配列を下から見た図 運搬ユニットにおける駆動磁石の考え得る配列を下から見た図 運搬ユニットにおける駆動磁石の考え得る配列を下から見た図 運搬ユニットの別の実施形態の平面図
図1a~1cには、平面モーターの形の運搬機器1の実施例が簡略化して図示されている。この場合、図1aが、運搬機器1を平面図で図示し、図1bと1cが、運搬機器1を側面図で図示している。この運搬機器1は、固定子として、運搬面3を形成する少なくとも1つの運搬セグメント2と、この運搬面3内を少なくとも二次元的に、有利には、2つの主移動方向H1,H2に移動可能な少なくとも1つの運搬ユニットTEとを有する。この符号「TE」は、一般的に任意の運搬ユニットTEを表す。以下において、本発明の第一の実施構成を運搬ユニットTE1.1に基づき説明し、代替実施構成を運搬ユニットTE1.2と運搬ユニットTE2に基づき説明する。本発明の範囲内において、運搬面3とは、運搬セグメント2の大きさと形状によって決定される、運搬セグメント2の平坦な表面であると理解する。図1aには、簡略化のために、1つの運搬セグメント2だけが図示されているが、当然のことながら、例えば、図4に図示されている通り、より大きな運搬面3を形成するために、多数の運搬セグメント2を接して並べることもできる。それによって、運搬機器1は、モジュール式に構成することができ、形状と面積の大きさが異なる運搬面3を実現することができる。しかし、当然のことながら、このモジュール式構造は、任意選択であり、単一の構造グループの形の単一の運搬セグメント2だけを配備することもできる。この運搬セグメント2の運搬面3内において、当然のことながら、複数の運搬ユニットTEiも、異なる運搬ユニットTEiも同時に、互いに独立して動かすことができる。
図示された例では、運搬セグメント2には、第一の主移動方向H1を定義する、複数の駆動コイルAS1から成る第一のコイルグループSG1と、第二の主移動方向H2を定義する、複数の駆動コイルAS2から成る第二のコイルグループSG2とが配置されている。第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1は、ここでは、X軸に沿って延びる、運搬ユニットTEの移動に関する第一の主移動方向H1を形成するために、所定の方向に、ここでは、X方向に順番に配置されている。第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2は、ここでは、Y軸に沿って延びる、運搬ユニットTEに関する第二の主移動方向H2を形成するために、所定の方向に、ここでは、Y方向に順番に配置されている。有利には、第一と第二のコイルグループSG1,SG2の駆動コイルAS1,AS2は、図1aに図示されている通り、2つの主移動方向H1,H2が互いに直交するように、互いに相対的に配置されている。
第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1と第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2は、ここでは、それぞれ縦長の従来通り巻回されたコイルとして構成されている。第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1は、それぞれY方向への長手方向延伸部LAS1と、それに対して相対的に短い、X方向への横方向延伸部QAS1とを有し、その横方向延伸部QAS1の方向に、ここでは、X方向に順番に配置されている。それにより、第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1が順番に配置された方向は、運搬ユニットTEの移動に関する第一の主移動方向H1を定義する。第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1は、所謂「長いコイル」として構成されている。それは、その長手方向延伸部LAS1が、各方向(ここでは、Y方向)における運搬ユニットTEの延伸部よりも大きいこと、ここでは、例えば、運搬ユニットTE1.2の運搬ユニット幅BTEよりも長いことを意味する。図示された例では、長手方向延伸部LAS1は、Y方向における運搬セグメント2の拡がりとほぼ同じ大きさである。それにより、基本的にY方向における如何なる場所でも、X方向、即ち、第一の主移動方向H1への運搬ユニットTEの動きが可能である。
第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2は、同じく、ここでは、第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1の長手方向延伸部LAS1よりも小さな長手方向延伸部LAS2を有する。この第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2の長手方向延伸部LAS2は、ここでは、X方向に延びる。また、第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2は、ここでは、Y方向において、それぞれ長手方向延伸部LAS2に対して相対的に小さな横方向延伸部QAS2を有する。横方向延伸部QAS2は、ここでは、第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1の横方向延伸部QAS1とほぼ同じ大きさであるが、より大きくするか、或いはより小さくすることもできる。出来る限り効率的に力を発生させるために、有利には、駆動コイルASiの横方向延伸部QASiをそれぞれそれと協力して動作する磁石グループMGiの磁極ピッチTiに適合させることができる。この場合、より大きな磁極ピッチTiを有する磁石グループMGiと協力して動作する駆動コイルASiの横方向延伸部QASiが、より小さな磁極ピッチTiを有する磁石グループMGiと協力して動作する駆動コイルASiの横方向延伸部QASiよりも大きいことが有利であると分かっている。第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2は、同じく、その横方向延伸部QAS2の方向に、ここでは、Y方向に順番に配置されている。それにより、第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2が順番に配置されている方向は、運搬ユニットTEの移動に関する第二の主移動方向H2を定義する。
第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2は、所謂「短いコイル」として構成されている。それは、その長手方向延伸部LAS2が、各方向(ここでは、X方向)における運搬ユニットTEの延伸部と、ここでは、例えば、運搬ユニットTE1.2の運搬ユニット長LTEと同じ大きさであるか、或いはそれよりも小さいことを意味する。しかし、それにも関わらず運搬面3内全体において、第二の主移動方向H2への運搬ユニットTEの動きを可能にするために、第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2が、X方向に複数の列で、ここでは、例えば、三列で並んで配置されている。しかし、全く同様に、その逆の配置も、即ち、第二の主移動方向H2に対して「長い」コイルを配置し、第一の主移動方向H1に対して「短い」コイルを配置することも可能である。2つの主移動方向H1,H2に対して、それぞれ「長い」コイルを使用することも、或いはそれぞれ「短い」コイルを使用することもできる。例えば、コストの節約に関して、2つのコイルグループSG1,SG2に対して同形の駆動コイルAS1=AS2を使用するのが有利であるとすることができる。
しかし、当然のことながら、図示された実施構成は、単なる例であると理解すべきであり、当業者は、コイルグループSG1,SG2のそれ以外の配列及び/又は駆動コイルのそれ以外の構造形態を設けることもできる。例えば、周知の手法により、所謂PCBコイルを使用することができる。この場合、「PCB」とは、「Printed Circuit board」を表し、コイルが直に回路基板に統合されていることを意味する。両方の実施構成は、従来技術で周知であり、そのため、ここでは、詳しい説明は行わない。コイルグループSG1,SG2の互いのそれ以外の相対的な配列及び/又は運搬セグメント2に対するそれ以外の相対的な配列も考えられるか、更に別の主移動方向Hiを形成する駆動コイルASiから成る更に別のコイルグループSGiを配備することができるか、或いはその両方である。しかし、最も一般的なケースでは、それぞれ複数の駆動コイルAS1,AS2から成る2つの異なる向きのコイルグループSG1,SG2で十分であり、各コイルグループSG1,SG2が1つの主移動方向H1,H2を定義する。しかし、有利には、これらの少なくとも2つの主移動方向H1,H2は、図示されている通り、互いに直交する。
更に、複数の運搬セグメント2から構成される運搬面3のモジュール式構造に関して、運搬セグメント2が、それぞれ正方形又は長方形の運搬面3を有することも有利である。そして、これらの運搬セグメント2は、簡単に互いに接して並べることができ、その結果、例えば、図4に図示されている通り、運搬セグメント2のそれぞれの第一の主移動方向H1が、それぞれ隣接する運搬セグメント2の第一の主移動方向H1に対して平行に、或いは直角に延びる。それにより、運搬面3は、複数の運搬セグメント2から簡単かつ柔軟に構成することができる。この場合、隣接する運搬セグメント2が、必ずしも互いに一直線に並ぶ必要があるのではなく、ずらすことも可能である。
図示された運搬機器1を用いて、例えば、運搬セグメント2の運搬面3内において、2つの主移動方向H1,H2への運搬ユニットTEのほぼ制限されない動きが可能である。この場合、運搬ユニットTEは、例えば、それぞれX軸に沿ってのみ、或いはY軸に沿ってのみ動かすことができる。しかし、当然のことながら、運搬ユニットTEは、2つの主移動方向H1,H2に、例えば、図1aの運搬ユニットTE1.1で示される通り、運搬面3内に在るX座標とY座標による二次元の移動パスBPに沿って同時に動かすことができる。運搬セグメント2と各運搬ユニットTEの相応の構造的な実現形態において、周知の手法で、それ以外の四つの運動自由度(高さ方向Zにおける並進運動と三つの軸X,Y,Zの周りの回転)を少なくとも限定的に使用することもできる。
この運搬機器1には、図1aに示されている通り、運搬セグメント2の駆動コイルAS1,AS2を駆動することができる制御ユニット5も配備されている。この制御ユニット5は、例えば、上位の設備制御ユニット6と接続するか、或いはそれに統合することもできる。複数の運搬セグメント2が運搬機器1に配備されている場合、運搬セグメント2又は運搬セグメント2のグループ毎に、それぞれ(図示されていない)セグメント制御ユニットを配備することと、制御ユニット5に統合することもできるコイル制御ユニットを駆動コイルASi毎に配備することとの中の1つ以上も可能である。この制御ユニット5及び/又は設備制御ユニット6によって、例えば、運搬機器1を統合可能な設備の所定の製造プロセスに応じて、運搬ユニットTEの移動パスBPを予め与えることができる。
前述した通り、この運搬機器1では、当然のことながら、複数の運搬ユニットTEを同時に、互いに独立して動かすことができる。そして、制御ユニット5及び/又は設備制御ユニット6は、例えば、運搬ユニットTEの互いの衝突及び/又は運搬されている物体との衝突を防止するために、運搬ユニットTEの移動進路を互いに同期させるか、或いは互いに同調させる役割を果たす。制御ユニット5では、個々の運搬ユニットTEの所望の移動パスを実現する制御プログラムが作動する。制御ユニット5又は設備制御ユニット6は、例えば、移動パスの計画を策定するプラニングモジュールと接続することもできる。このプラニングモジュールは、例えば、実際に構築する運搬機器1、特に、運搬面3を、例えば、仮想的に実装したコンピュータであるとすることができる。
この少なくとも1つの運搬ユニットTEには、少なくとも1つの第一の磁石グループMGaと少なくとも1つの第二の磁石グループMGbが配置されており、これらの磁石グループには、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチTa,Tbで順番に配置された、磁化方向の異なる複数の駆動磁石4が配備されている。そのために、運搬ユニットTEは、図1bで分かる通り、本体部分9を有し、その(運搬面3の方を向いた)下側には、駆動磁石4が配置されている。図1aでは、駆動磁石4の配列を見ることができるように、本体部分9が、それぞれ大部分破断された形で図示されている。
図示された例では、それぞれ2つの第一の磁石グループMGaと2つの第二の磁石グループMGbが運搬ユニットTE1.1,TE1.2,TE2に配置されている。しかし、当然のことながら、三つ以上の第一と第二の磁石グループMGa,MGbを配備することもできる。ここでは、第一の磁石グループMGaの配列方向がX方向と一致し、第二の磁石グループMGbの配列方向がY方向と一致する。それにより、これらの配列方向は、主移動方向H1,H2と同様に互いに直交する。有利には、磁石グループMGa,MGbの配列方向は、出来る限り効率的に電磁気的な力を発生できるように、主移動方向H1,H2に対して出来る限り平行に延びる。図示された例では、運搬ユニットTE1.1における駆動磁石4の周知の一次元配列であるが、図3gと3hに基づき更に詳しく説明する通り、同じく周知の二次元配列も可能である。
運搬面3内において運搬ユニットTEを動かすために、第一と第二の駆動コイルAS1,AS2を制御ユニット5によって個々に駆動する(電流を流す)ことができる。そのために場合によっては必要となるパワーエレクトロニクス機器を制御ユニット5又は運搬セグメント2に配置することができる。第一の駆動コイルAS1を相応に時間的にずらして駆動することによって、基本的な可動磁界を第一の主移動方向H1に発生させている。この第一の主移動方向H1における可動磁界は、各運搬ユニットTEを第一の主移動方向H1に動かすために、概ね第一の磁石グループMGaの駆動磁石4と電磁気的に協力して動作する。同様に、第二の駆動コイルAS2を時間的にずらして駆動することによって、基本的な可動磁界を第二の主移動方向H2に発生させており、この可動磁界は、運搬ユニットTEを第二の主移動方向H2に動かすために、概ね第二磁石グループMGbの駆動磁石4と電磁気的に協力して動作する。駆動コイルAS1,AS2の駆動に応じて、可動磁界の重なり合いが生じ、それによって、所望の通り、運搬ユニットTEを運搬面3内の所与の二次元の移動パスBPに沿って動かすことができる。
運搬面3内の主移動方向H1,H2におけるほぼ無制限の2つの並進運動自由度の外に、運搬面3に対する法線方向、ここでは、Z軸の方向における運搬ユニットTEの限定的な並進運動も可能である。コイルグループSG1,SG2の駆動コイルAS1,AS2とそれと協力して動作する第一及び第二の磁石グループMGa,MGbの配列及び構造的な実施形態に応じて、三つの空間軸X,Y,Zの周りの運搬ユニットTEの限定的な回転も可能である。
前述した通り、磁石グループMGa,MGbの互いに隣接する駆動磁石4は、異なる磁化方向を有し、所定の磁極ピッチTa,Tbで互いに間隔を開けて配置されている。一般的に、磁極ピッチTi内において、磁石グループMGiにより生成される磁界の向きが180°交番する。この場合、所望の磁極ピッチTiで磁界を発生させるのに必要な駆動磁石4の間隔は、磁石グループMGi内の駆動磁石4の配列にも、特に、隣り合う駆動磁石4の間の生じるかもしれない隙間の隙間幅、隣り合う駆動磁石4の磁化方向(例えば、180°逆向き又はハルバッハ配列)及び駆動磁石4の磁石幅MBiにも依存する。周知のハルバッハ配列では、例えば、磁石グループMGiのそれぞれ最も外側の駆動磁石4が、例えば、それぞれ間に在る駆動磁石4の磁石幅MBiの半分を有するのが有利であるとすることができる。これは、図1aで運搬ユニットTE1.1における斜線を付けられた駆動磁石4と斜線を付けられていない駆動磁石4によって示される通り、それぞれ磁石のN極とS極が交番し、それが隣り合う駆動磁石4の180°回転した配列に等しいことを意味することができる。隣接する駆動磁石4の磁化方向がそれぞれ駆動磁石4の長手軸の方向に90°回転した周知のハルバッハ配列も有利であることが分かっている。この場合、「磁極ピッチTa,Tb」とは、それぞれ配列方向に隣り合う磁化方向(N極/S極)が逆である2つの駆動磁石4の間の間隔であると理解されたい。駆動磁石4が(配列方向に)同じ磁石幅MBを有し、隣り合う駆動磁石4が180°回転した配向方向を有し、駆動磁石4が互いに直に隣接する(これは一般的なケースである)場合、磁極ピッチTa,Tbが、それぞれの磁石幅MBa、MBbと一致する。
動作時に、運搬セグメント2の運搬面3と運搬ユニットTEの磁石グループMGa,MGbの駆動磁石4の間には、図1bで明らかな通り、空隙Lが設けられる。有利には、運搬セグメント2に、有利には、磁気伝導性のカバー層を配備して、その下に在る駆動コイルAS1,AS2を外部の影響から遮蔽するとともに、ほぼ滑らかな運搬面3を形成することができる。このカバー層は、その下に在る駆動コイルAS1,AS2の配列を見ることができるように、図1aでは部分的に破断された形で表示されている。同様に、当然のことながら、運搬ユニットTEにも、駆動磁石4を覆うカバー層を配備することができる。そして、空隙Lが、カバー層と各運搬ユニットTEiの駆動磁石4の間に拡がる。この空隙Lを作るとともに、特に、維持するために、駆動コイルAS1,AS2と駆動磁石4が、動作時に、周知の手法で(主移動方向H1,H2への動きに必要な)駆動力を発生させるためだけでなく、ここでは、Z方向に浮上力FSを発生させるためにも協力して動作する。この浮上力FSは、運搬ユニットTEの静止状態においても、空隙Lを発生させて、維持するために作用する。運搬セグメント2の図示されたほぼ水平の取付姿勢以外に、当然のことながら、傾いた面の形の傾斜した取付姿勢又はほぼ垂直の取付姿勢も考えられる。
この場合、運搬ユニットTEに作用する、重力FGと場合によっては生じるプロセス力FP(例えば、運搬されている物体の重力)に対して逆向きの如何なる力も浮上力と呼ばれる。それにより、運搬面3内の二次元の動き以外に、高さ方向、即ち、運搬面3に対する法線方向における運搬ユニットTEの或る程度の動きも可能である。駆動コイルAS1,AS2の相応の駆動によって、限定された範囲内で空隙Lを増減することができ、それによって、図1bの運搬ユニットTE2において、より大きな空隙Lと両方向矢印で示されている通り、運搬ユニットTEを高さ方向に、ここでは、Z方向に動かすことができる。この場合、高さ方向において提供可能な動きの遊びスペースの大きさは、基本的に運搬機器1の構造的な実施形態に、特に、駆動コイルAS1,AS2と駆動磁石4の最大限に発生可能な磁界と、運搬ユニットTEの重量及び荷重とに依存する。運搬機器1の大きさと設計に応じて、高さ方向において提供可能な移動範囲は、例えば、数mmから数cmの範囲内であるとすることである。
図示された実施例では、図1bで明らかな通り、第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1は、運搬面3に対する法線方向(ここでは、Z方向)に、第一の磁石グループMGaから第一の平均コイル間隔S1を開けて配置され、第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2は、運搬面3に対する法線方向に、第二の磁石グループMGbから第一の平均コイル間隔S1に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔S2を開けて配置されている。それにより、Z方向において、第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1が、第一の磁石グループMGaの駆動磁石4に対して、第二の磁石グループMGaの駆動磁石4に対する第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2よりも近くに在る。図1bに図示された例では、2つのコイルグループSG1,SG2が重なり合って配置されている。
この場合、平均コイル間隔S1,S2は、図1bで運搬ユニットTE1.2により示される通り、各駆動コイルAS1,AS2のコイル中心からZ方向に見る向きで計測される。これらの駆動コイルAS1,AS2は、各運搬ユニットTEと運搬セグメント2の間の擾乱性の磁気的な引力を防止するために、有利には、鉄心の無い形で実現されており、所謂「空芯コイル」とも呼ばれる。図1aと1bに図示された例では、駆動コイルAS1,AS2は、ほぼ楕円形の従来通り巻回された縦長のコイルとして実現されており、それぞれコイル軸が運搬面3に対する法線方向を向いている。しかし、駆動コイルAS1,AS2は、所謂「PCBコイル」として実現することもできる。しかし、各コイルグループSG1,SG2の駆動コイルAS1,AS2は、図1cに図示されている通り、例えば、第一の駆動コイルAS1から成る複数の第一のコイル面SE1と第二の駆動コイルAS2から成る複数の第二のコイル面SE2による層形態で、運搬面3に対する法線方向に重なり合った形で運搬セグメント2に配置することができる。更に、駆動コイルASiは、異なる巻線形態により、例えば、(図面に図示されている通り)集中的な巻線形態、さもなければ分散した巻線形態で実現することができる。これらの巻線形態は、従来技術で周知である。
図1cの左側の例では、四つの第一のコイル面SE1から成るコイルブロックと四つの第二のコイル面SE2から成るコイルブロックが重なり合った形で運搬セグメント2に配置されている。図1cの右側の図では、それぞれ四つの第一のコイル面SE1と四つの第二のコイル面SE2がZ方向に交番する形で運搬セグメント2に配置されている。この場合、平均コイル間隔S1,S2は、それぞれZ方向における運搬面3からのコイル面SE1,SE2の平均的な間隔であり、次の式が成り立ち、
Figure 2023507712000002
ここで、S1.i,S2.iは、第一と第二のコイル面SE1,SE2のコイル間隔であり、j,kは、第一と第二のコイル面SE1,SE2の数である。
第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1は、同じ構造的な制約条件(駆動コイルAS1の同一の幾何学的形状(長さ、幅、高さ)、同じ巻線数など)と同じエネルギー的な制約条件(同じ最大電流又は電圧など)において、第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2と同じ(最大)磁界を発生させる。これまで、運搬ユニットTEにおける磁石グループMGa,MGbは、ほぼ同形(駆動磁石4の同じ幾何学的形状(磁石の長さ、磁石の幅、磁石の高さ)、同じ数、同じ磁極ピッチ、同じ磁化方向、同じ磁界強度など)で実現されており、その結果、磁石グループMGa,MGbは、ほぼ同じ大きさの磁界を発生させ、その磁界が、駆動コイルAS1,AS2が発生する磁界と協力して動作していた。しかしながら、第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1が、第一の磁石グループMGaの駆動磁石4に対して、平均して第二の磁石グループMGbの駆動磁石4に対する第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2よりも近くに在ることによって、そのことが、第一の主移動方向H1における電磁気的な力を発生させる効率を第二の主移動方向H2におけるよりも大きくしていた。それは、駆動力の発生にも、浮上力の発生にも関連する。それによって、周知の通り、第二の主移動方向H2よりも大きな効率が第一の主移動方向H1において得られていた。
そのため、冒頭で言及した通り、従来技術では、これまで、2つの主移動方向H1,H2の効率の違いを補償して、提供可能な電磁気力に関して、出来る限り同等の主移動方向を達成することを追求していた。これは、例えば、運搬面3からより遠く離れた駆動コイル(ここでは、AS2)に対して、より近くに在る駆動コイル(ここでは、AS1)よりも大きな電流を加えるか、或いは駆動磁石4からより遠く離れた駆動コイル(ここでは、AS2)が、より近くに在る駆動コイル(ここでは、AS1)よりも良い性能で構成されることによって達成されていた。しかし、これは、それによって、構造的な負担又は制御負担が比較的大きくなるので、不利である。
これを防止して、それにも関わらず、運搬機器1の出来る限り効率的な動作を可能にするために、本発明では、この少なくとも1つの運搬ユニットTE(ここでは、TE1.1)において、この少なくとも1つの第一の磁石グループMGaとこの少なくとも1つの第二の磁石グループMGbに対して異なる磁極ピッチTa≠Tbとが設けられる。この場合、運搬セグメント2の第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1が、第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2よりも小さな平均コイル間隔S1を有する、ここで述べた運搬機器1の実施構成では、この運搬ユニットTE1.1の少なくとも1つ第一の磁石グループMGaの磁極ピッチTaが、有利には、この運搬ユニットTE1.1の少なくとも1つ第二の磁石グループMGbの磁極ピッチTbよりも小さい。それに代わって、本発明では、少なくとも2つの運搬ユニットTE(ここでは、TE1.2,TE2)が運搬機器1に配置され、これらの少なくとも2つの運搬ユニットTE1.2,TE2の各々が、同じ磁極ピッチTa=Tbの磁石グループMGa,MGbを有するとともに、これらの少なくとも2つの運搬ユニットTE1.2,TE2の磁極ピッチTa,Tbが異なると規定される。
それにより、本発明の運搬機器1では、これまで通り、駆動コイルAS1,AS2が発生する磁界を運搬セグメント側で変化させるのではなく、以下において、詳しく説明する通り、運搬ユニットTE1.1の各磁石グループMGa,MGbが発生する磁界を磁極ピッチの変化、ここでは、磁極ピッチTb>Taによって調節している。一般的に、磁極ピッチTiの増大は、各駆動磁石4が発生する磁界が、運搬面3に対する法線方向に向かって、より一層運搬セグメント2に侵入できるようにする。
駆動磁石4の磁束密度Bは、駆動磁石4の表面に対する距離z(図1bを参照)に応じて指数関数的に低下し、磁極ピッチTiは、
Figure 2023507712000003
に基づき、間接的に間隔zに対して比例して作用し、ここで、Bは、駆動磁石4の表面における表面磁束密度である。磁石幅MBiは、磁極ピッチTiに比例し、比例係数は、特に、隣り合う駆動磁石4の磁化方向と隣り合う駆動磁石4の間の間隔に依存する。磁石グループ4iの隣り合う駆動磁石4が互いに直に境界を接して(隙間が無く)、180°逆向きの磁化方向と同じ磁石幅MBiを有する場合、磁極ピッチTiを磁石幅MBiと同一視することができる(図1a)。それにより、磁極ピッチTiの変化は、磁石幅MBiの同様の変化も生じさせ、並びにその逆も成り立つ。その結果、駆動コイルASiの平均コイル間隔Siの増大によって生じる効率の低下は、それに対応する磁石グループ4iの磁極ピッチTiの増大によって、少なくとも部分的に補償することができる。
そのため、図1aで明らかな通り、運搬ユニットTE1.1では、(より小さな平均コイル間隔S1<S2を有する駆動コイルAS1と協力して動作する)2つの第一の磁石グループMGaの磁極ピッチTaが、(より大きな平均コイル間隔S2>S1を有する駆動コイルAS2と協力して動作する)2つの第二の磁石グループMGbの磁極ピッチTbよりも小さくなっている。
駆動磁石4の(運搬面3の方を向いた)表面における表面磁束密度Bは、磁極ピッチTiと(ここでは、図1bでZ方向における)磁石の高さMHiの関数である。この場合、表面磁束密度Bは、
Figure 2023507712000004
となり、ここで、
Figure 2023507712000005
は、駆動磁石4の材料パラメータとしての残留磁束密度に周知の通り比例し、既知であると見做すことができる、駆動磁石4の磁束密度である。このことから、表面磁束密度Bが磁極ピッチTiの増大とともに低下するが、その低下が、磁石の高さMHiの増大によって補償できることが分かる。しかし、通常は、駆動磁石4の磁石の高さMHiは、構造的な理由及び重量に関する技術的な理由から、上限が有り、大抵は運搬ユニットTEの2つの磁石グループMGa,MGbに関して一定である。そのため、以下において、(ここでは、磁石幅MBiと一致する)磁極ピッチTiだけが可変であることと、駆動磁石4の磁石の高さMHiが予め与えられることとを出発点とする。
それにより、表面磁束密度Bが、単に磁極ピッチTi(又は磁石幅MBi)だけの関数となる。表面磁束密度B(Ti)に関する式を磁束密度B(z,Ti)に関する上記の式に代入して、SHi∈(zi.1,zi.2)である、Z方向における駆動コイルASiのコイルの高さSHiに関して積分することによって、
Figure 2023507712000006
に基づき、磁極ピッチTiに依存する、駆動コイルASiのコイルの高さSHiに関する磁石グループMGiの最大有効磁束密度が得られる。この磁極ピッチTiに基づく簡単な最適化は、図1bで第一の駆動コイルAS1により図示されている通り、Z方向に駆動磁石4から間隔z1.iを開けて配置され、z2.iにまで延びるコイルの高さSHiを有する駆動コイルASiとの組み合わせに関して、駆動磁石4の磁束密度Bを最大化する(所定の制約条件において、磁石幅MBiに一致する)最適な磁極ピッチTiを提供する。ここで述べた関係は、図2にグラフで図示されている。
図2は、磁石幅MBiに比例する磁極ピッチTiに関する磁束密度Bの定性的な推移のグラフを図示している。このグラフから、運搬ユニットTE1.1の第一の磁石グループMGaの駆動磁石4に関する最大磁束密度BMGa_maxが、最適な磁石幅MBa_opt又は最適な磁極ピッチTa_optにおいて達成され、第二の磁石グループMGbの駆動磁石4に関する最大磁束密度BMGb_maxが、それに対して相対的により大きい最適な磁石幅MBb_opt又は最適な磁極ピッチTb_optにおいて達成されることが分かる。それによって、有利には、運搬ユニットTE1.1の第一の磁石グループMGaの磁極幅Taを目的通り第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1の第一の平均コイル間隔S1に適合させるとともに、運搬ユニットTE1.1の第二の磁石グループMGbの磁極幅Tbを目的通り第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2の第二の平均コイル間隔S2に適合させることができる。
図3a~3fには、運搬ユニットTE1.1での駆動磁石4の一次元配列において如何にして異なる磁極ピッチTa<Tbを実現できるのかに関する異なる手法が図示されている。図3gと3hは、運搬ユニットTE1.1での駆動磁石4の二次元配列における異なる磁極ピッチTa<Tbの考え得る実現形態を図示している。これらの図は、それぞれ下から見た図で運搬ユニットTE1.1を図示している。図3a~3fの運搬ユニットTE1.1では、それぞれ2つの第一の磁石グループMGaと2つの第二の磁石グループMGbが配置されている。第一の磁石グループMGaは、それぞれ磁石グループ長LMGaと磁石グループ幅BMGaを有し、第二の磁石グループMGbは、それぞれ磁石グループ長LMGbと磁石グループ幅BMGbを有する(代表して、図3aにだけ表示されている)。運搬ユニットTE1.1自体は、図3cに示されている通り、運搬ユニット長LTEと運搬ユニット幅BTEを有する。
磁石グループ幅BMGiは、各磁石グループMGiの個々の駆動磁石4が配置されている方向における拡がりである。磁石グループ長LMGiは、各磁石グループMGiの個々の駆動磁石4の長さ(=縦長の延び)に等しい。磁石グループMGa,MGbが運搬ユニットTE1.1の周縁にまで延びる場合、これは、有利には、運搬ユニット長LTEが、第一の磁石グループMGaの磁石グループ幅BMGaと第二の磁石グループMGbの磁石グループ幅BMGbの合計から成るケースである。即ち、運搬ユニットTE1.1が、その運搬ユニット長LTEにより第一の主移動方向H1に動かされ、その運搬ユニット幅BTEにより第二の主移動方向H2に動かされる。Y方向における2つの第一の磁石グループMGaのずれとX方向における2つの第二の磁石グループMGbのずれによって、運搬ユニットTE1.1の高さ軸の周りの回転モーメントを発生させることができ、それによって、高さ軸の周りに運搬ユニットTE1.1を回転させることが可能である。運搬機器1を動作させるためには、基本的に単一の第一の磁石グループMGaと単一の第二の磁石グループMGbでも十分である。しかし、当然のことながら、運搬ユニットTE当たり、三つ以上の第一の磁石グループMGaと三つ以上の第二の磁石グループMGbを配置することもできる。等しくない数の第一と第二の磁石グループMGa,MGbも、例えば、2つの第一の磁石グループMGaと1つの第二の磁石グループMGbも考えられる。
ここで、2つの磁石グループMGa,MGbの異なる磁極ピッチTa<Tbを異なる手法で実現することができる。基本的に、磁石グループMGiの駆動磁石4の磁石数、磁石グループMGiの磁石グループ面積AMGi及び運搬ユニットTE1.1の運搬ユニット形状の三つの特性を変えることができる。更に、隣り合う駆動磁石4の互いに相対的な曲がり度合及び隣り合う駆動磁石4の間隔も変えることができるが、ここでは、それに詳しく立ち入らない。図3aによる運搬ユニットTE1.1は、例えば、2つの磁石グループMGa,MGbにおいて、同じ磁石数NMa=NMb=6の駆動磁石4と、同じ磁石面積AMGa=AMGbとを有する。磁石グループMGiの磁石グループ面積AMGiが、AMGi=LMGi×BMGiとなる。異なる磁極ピッチTa<Tbのために、第二の磁石グループMGbは、第一の磁石グループMGaよりも大きな磁石グループ幅BMGbを有する。それにも関わらず、同じ磁石グループ面積AMGa=AMGbを達成するために、第一の磁石グループMGaの磁石グループ長LMGaが第二の磁石グループMGbの磁石グループ長LMGbよりも長くなっている。それによって、ここでは、X方向における運搬ユニット幅BTEに対して相対的に短い運搬ユニット長(LTE<BTE)を有する運搬ユニットTE1.1の長方形の運搬ユニット形状が得られている。
図3b~3fは、別の実施形態を図示している。図3bの運搬ユニットTE1.1は、正方形の運搬ユニット形状(LTE=BTE)を有し、第一と第二の磁石グループMGa,MGbが同じ磁石数NMa=NMbを有するが、磁石グループ面積が異なる(AMGa≠AMGb)。図3cの運搬ユニットTE1.1は、正方形の運搬ユニット形状(LTE=BTE)を有し、第一と第二の磁石グループMGa,MGbが同じ磁石グループ面積(AMGa=AMGb)を有するが、磁石数が異なる(NMa=9、NMb=6)。図3dの運搬ユニットTE1.1は、長方形の運搬ユニット形状(LTE<BTE)を有し、第一と第二の磁石グループMGa,MGbが同じ磁石グループ面積(AMGa=AMGb)を有するが、磁石数が異なる(NMa=9、NMb=6)。図3eの運搬ユニットTE1.1は、長方形の運搬ユニット形状(LTE<BTE)を有し、第一と第二の磁石グループMGa,MGbが、異なる磁石グループ面積(AMGa≠AMGb)と同じ磁石数(NMa=NMb=6)を有する。図3fの運搬ユニットTE1.1は、正方形の運搬ユニット形状(LTE=BTE)を有し、第一と第二の磁石グループMGa,MGbが、異なる磁石グループ面積(AMGa≠AMGb)と異なる磁石数(NMa=11、NMb=6)を有する。このことから、磁極ピッチが異なる(Ta<Tb)運搬ユニットTE1.1の多くの異なる変化形態が実現可能であることが分かる。
図3gと図3hには、それぞれ所謂二次元配列の駆動磁石4を有する運搬ユニットTE1.1が図示されている。この二次元配列では、磁化の向きが異なる駆動磁石4が格子状に配置されている。図示された例は、隣り合う駆動磁石の磁化の向きが互いに90°回転したハルバッハ配列を示している。斜線を付けた駆動磁石4と斜線を付けていない駆動磁石4は、磁化の向き、即ち、磁石のN極とS極が逆である駆動磁石4を象徴している。それぞれ間に在る駆動磁石4は、矢印の表示で象徴されている通り、90°回転した磁化方向を有する。このハルバッハ配列は、一方の側(有利には、運搬面3の方を向いた側)の磁束が、その逆側よりも大きくなるとの利点を有する。このハルバッハ配列は、従来技術で周知であり、そのため、ここでは、更なる詳述を省略する。
図3g及び3hの運搬ユニットTE1.1には、又もや少なくとも1つの第一の磁石グループMGaと少なくとも1つの第二の磁石グループMGbが配置されており、これらの磁石グループには、それぞれ複数の駆動磁石4が配備されている。図3gの例では、最も上方の第一の磁石グループMGaにより示される通り、それぞれ所定の磁石数NMaの駆動磁石4がX方向に順番に配置された新しい第一の磁石グループMGaがY方向に並んで配備されている。同様に、右外側の第二の磁石グループMGbにより代表して示される通り、それぞれ所定の磁石数NMbの駆動磁石4がY方向に順番に配置された同じ数の第二の磁石グループMGbがX方向に並んで配備されている。それにより、この二次元配列では、磁石グループMGa,MGbが、一次元配列の場合のように別個に在るのではなく、駆動磁石4が第一の磁石グループMGaの部分にも、第二の磁石グループMGbの部分にもなっている。
ハルバッハ配列では、磁極ピッチTaは、磁石のN極を有する駆動磁石4と磁石のS極を有する次の駆動磁石4の間で計測される。本発明では、第一の磁石グループMGaの磁極ピッチTaが、第二の磁石グループMGbの磁極ピッチTbよりも小さい。図3gの例では、運搬ユニットTE1.1が、運搬ユニット長と運搬ユニット幅が同じである(LTE=BTE)正方形の運搬ユニットベース面を有する。従って、異なる磁極ピッチTa<Tbに基づき、第一の磁石グループMGaよりも多い第二の磁石グループMGbが配備されている。図3hの運搬ユニットTE1.1は、それぞれ同じ数の新しい第一と第二の磁石グループMGa,MGbを有する。従って、異なる磁極ピッチTa<Tbに基づき、この運搬ユニットTE1.1は、運搬ユニット長が運搬ユニット幅よりも短い(LTE<BTE)長方形の運搬ユニットベース面を有する。運搬ユニットTE1.1の長方形の実施形態(LTE<BTE)は、(駆動磁石4の一次元配列でも、二次元配列でも)例えば、第一の主移動方向H1において、正方形の実施形態の場合よりも多くのシャトルを動かすことができるとの利点を有する。それによって、例えば、運搬プロセスのスループットを有利な手法で向上させることができる。
以下において、本発明の1つの変化形態を図4に基づき説明する。図4は、より大きな運搬面3を形成するために、複数の運搬セグメント2a~2fが接して並べられた運搬機器1を図示している。これらの運搬セグメント2a~2fは、図1a~1cに基づき前述したものと同様に構成されている。即ち、運搬セグメント2a~2fの各々には、図4で部分的に破断された運搬セグメント2aにより示される通り、複数の(ここでは、「長い」)駆動コイルAS1から成る第一のコイルグループSG1と複数の(ここでは、「短い」)駆動コイルAS2から成る第二のコイルグループSG2とが配備されている。従って、運搬セグメント2は、それぞれ第一の主移動方向H1とそれに対する法線方向の第二の主移動方向H2を有する。第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1は、第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2に対して相対的に短い平均コイル間隔を有する(S1<S2)。ここでは、運搬セグメント2a~2fが同形に実現されているが、当然のことながら、異なる形状の運搬セグメント2を、例えば、破線の運搬セグメント2gにより示される通り、正方形の運搬面3を有する運搬セグメント2を組み合わせることもできる。運搬セグメント2a,2b,2eの第一の主移動方向H1は、ここでは、X方向に、それぞれ平行に延びており、運搬セグメント2c,2d,2fの第一の主移動方向H1は、ここでは、Y方向に、それぞれ平行に延びている。
この運搬機器1では、2つの運搬ユニットTE1.2とTE2が配備され、これらの運搬ユニットには、説明した通り、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチTa,Tbで順番に配置された異なる磁化方向の複数の駆動磁石4から成る、少なくとも1つの第一の磁石グループMGaと少なくとも1つの第二の磁石グループMGbがそれぞれ配置されている。ここでは、2つの運搬ユニットTE1.2,TE2の駆動磁石4は、それぞれ又もや一次元配列で配置されているが、当然のことながら、二次元配列も可能である。本発明では、運搬ユニットTE1.2の全ての磁石グループMGa,MGbが同じ大きさの磁極ピッチ(Ta=Tb)を有するとともに、別の運搬ユニットTE2の全ての磁石グループMGa,MGbが同じ大きさの磁極ピッチ(Ta=Tb)を有し、この運搬ユニットTE1.2の均等な磁極ピッチ(Ta=Tb)が、この運搬ユニットTE2の均等な磁極ピッチ(Ta=Tb)と異なる、ここでは、特に、より小さい。
ここでは、運搬ユニットTE1.2は、運搬セグメント2b,2c,2e,2fに渡って延びる所与の閉じた二次元の第一の移動パスBP1に沿って動かされる。ここでは、運搬ユニットTE2は、運搬セグメント2d,2c,2b,2aに渡って延びる所与の閉じた二次元の第二の移動パスBP2に沿って動かされる。当然のことながら、より多くの運搬ユニットTE1.2,TE2をそれぞれ同時に順番に各移動パスBP1,BP2に沿って動かすこともできる。この場合、第一の移動パスBP1は、有利には、第一の移動パスBP1の移動パス長LBP1における第一の主移動方向H1の部分が、第二の主移動方向H2の部分よりも長くなるように定められる。第二の移動パスBP2は、有利には、第二の移動パスBP2の移動パス長LBP2における第一の主移動方向H1の部分が、第二の主移動方向H2の部分よりも短くなるように定められる。この場合、移動パスBP1,BP2の移動パス長LBP1,LBP2は、各移動パスBP1,BP2の幾何学的な長さに等しい、即ち、運搬ユニットTEiが各移動パスBP1,BP2に沿った移動時に巡る道程に等しい。
それによって、(相対的に)より小さい(均等な)磁極ピッチ(Ta=Tb)を有する運搬ユニットTE1.2が、主に運搬面3において第一の主移動方向H1に動かされ、(相対的に)より大きい(均等な)磁極ピッチ(Ta=Tb)を有する運搬ユニットTE2が、主に運搬面3において第二の主移動方向H2に動かされる。それによって、運搬ユニットTE1.2を動かすために、この運搬ユニットTE1.2の駆動磁石4が、主に、第二のコイルグループSG2の駆動コイルよりも小さなコイル間隔S1を有する、運搬セグメント2の第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1と協力して動作するので、運搬機器1の効率的な動作が実現可能である。同様に、運搬ユニットTE2を動かすために、この運搬ユニットTE2の駆動磁石4が、主に、第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1よりも大きなコイル間隔S2を有する、運搬セグメント2の第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2と協力して動作する。従って、有利には、そのために、有利な移動パスBP1,BP2を定めることによって、異なる磁極ピッチTa,Tbを有する運搬ユニットTE1.2,TE2を使用して、運搬機器1の動作の効率を向上させることができる。
有利には、既に詳しく説明した通り、又もや運搬ユニットTE1.2の(均等な)磁極ピッチ(Ta=Tb)を第一のコイルグループSG1の駆動コイルAS1の平均コイル間隔S1に適合させるともに、運搬ユニットTE2の(均等な)磁極ピッチ(Ta=Tb)を第二のコイルグループSG2の駆動コイルAS2の平均コイル間隔S2に適合させることができる。

Claims (16)

  1. 運搬面(3)を形成する少なくとも1つの運搬セグメント(2)と、この運搬面(3)内を少なくとも二次元的に動くことが可能な少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)とを備えた、平面モーターの形の運搬機器(1)であって、
    この運搬セグメント(2)には、複数の駆動コイル(AS1,AS2)が配置され、この運搬ユニット(TE1.1)には、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチ(Ta,Tb)で順番に配置された、異なる磁化方向の複数の駆動磁石(4)から成る少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)と少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)が配置され、
    この少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)では、この少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)とこの少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)に関して、異なる磁極ピッチ(Ta≠Tb)が設けられていて、
    この運搬セグメント(2)には、運搬ユニット(TE1.1)を移動させる第一の主移動方向(H1)を定義する、複数の駆動コイル(AS1)から成る第一のコイルグループ(SG1)が配置されるとともに、運搬ユニット(TE1.1)を移動させる第二の主移動方向(H2)を定義する、複数の駆動コイル(AS2)から成る第二のコイルグループ(SG2)が配置されている当該運搬機器において、
    第一のコイルグループ(SG1)の駆動コイル(AS1)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.1)の第一の磁石グループ(MGa)から第一の平均コイル間隔(S1)を開けて配置され、第二のコイルグループ(SG2)の駆動コイル(AS2)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.1)の第二の磁石グループ(MGb)から、第一の平均コイル間隔(S1)に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔(S2)を開けて配置されており、この運搬ユニット(TE1.1)では、この少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)の磁極ピッチ(Ta)が、この少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)の磁極ピッチ(Tb)よりも小さいことを特徴とする運搬機器。
  2. 請求項1に記載の運搬機器(1)において、
    この運搬機器(1)では、少なくとも2つの運搬ユニット(TE1.2,TE2)が配置され、これらの運搬ユニットには、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチ(Ta,Tb)で順番に配置された、異なる磁化方向の複数の駆動磁石(4)から成る少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)と少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)がそれぞれ配置されており、各運搬ユニット(TE1.2,TE2)の全ての磁石グループ(MGa,MGb)が同じ磁極ピッチ(Ta=Tb)を有するとともに、これらの少なくとも2つの運搬ユニット(TE1.2,TE2)の磁極ピッチ(Ta,Tb)が異なることを特徴とする運搬機器。
  3. 請求項2に記載の運搬機器(1)において、
    第一のコイルグループ(SG1)の駆動コイル(AS1)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.2,TE2)の第一の磁石グループ(MGa)から第一の平均コイル間隔(S1)を開けて配置され、第二のコイルグループ(SG2)の駆動コイル(AS2)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.2,TE2)の第二の磁石グループ(MGb)から、第一の平均コイル間隔(S1)に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔(S2)を開けて配置され、
    運搬面(3)において、より小さな磁極ピッチ(Ta,Tb)を有する運搬ユニット(TE1.2)に対して、第一の移動パス(BP1)が定められて、この移動パスに沿って、この運搬ユニット(TE1.2)を動かすことが可能であり、運搬面(3)において、より大きな磁極ピッチ(Ta,Tb)を有する少なくとも1つの別の運搬ユニット(TE2)に対して、第二の移動パス(BP2)が定められて、この移動パスに沿って、この運搬ユニット(TE2)を動かすことが可能であり、この第一の移動パス(BP1)の移動パス長(LBP1)における第一の主移動方向(H1)の部分が、第二の主移動方向(H2)の部分よりも大きく、この第二の移動パス(BP2)の移動パス長(LBP2)における第一の主移動方向(H1)の部分が、第二の主移動方向(H2)の部分よりも小さいことを特徴とする運搬機器。
  4. 請求項1~3のいずれか一項に記載の運搬機器(1)において、
    少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)の少なくとも1つの磁石グループ(MGa,MGb)の駆動磁石(4)の磁極ピッチ(Ta,Tb)が、それと協力して動作する駆動コイル(AS1,AS2)の平均コイル間隔(S1,S2)に依存して定められることを特徴とする運搬機器。
  5. 請求項1~4のいずれか一項に記載の運搬機器(1)において、
    少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)の少なくとも1つの磁石グループ(MGa,MGb)の駆動磁石(4)の運搬面(3)に対する法線方向における磁石の高さ(MHi)及び/又は磁石の幅(MBi)が、各磁石グループ(MGa,MGb)の磁極ピッチ(Ta,Tb)に依存して定められることを特徴とする運搬機器。
  6. 請求項1~5のいずれか一項に記載の運搬機器(1)において、
    少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)の磁石グループ(MGa,MGb)が、同じ大きさの磁石グループ面積(AMGa=AMGb)及び/又は同じ磁石数(NMa=NMb)の駆動磁石(4)を有することと、
    この少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)が、正方形又は長方形の運搬ユニットベース面を有することとの中の1つ以上を特徴とする運搬機器。
  7. 請求項1~6のいずれか一項に記載の運搬機器(1)において、
    少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)のそれぞれ少なくとも1つの磁石グループの駆動磁石(4)が、同じ大きさの磁石幅(MGi)を有し、この磁石グループ(MGa,MGb)の隣り合う駆動磁石(4)が、互いに直に隣接することを特徴とする運搬機器。
  8. 請求項1~7のいずれか一項に記載の平面モーターの形の運搬機器(1)のための運搬ユニット(TE1.1)であって、この運搬ユニットには、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチ(Ta,Tb)で順番に配置された、異なる磁化方向の複数の駆動磁石(4)から成る少なくとも2つの磁石グループ(MGa,MGb)が配置され、これらの少なくとも2つの磁石グループ(MGa,MGb)の磁極ピッチ(Ta,Tb)が異なる運搬ユニットにおいて、
    少なくとも1つの磁石グループ(MGa,MGb)の駆動磁石(4)の磁石の幅(MBi)及び/又は運搬ユニット下側に対する法線方向における磁石の高さ(MHi)が各磁石グループ(MGa,MGb)の磁極ピッチ(Ta,Tb)に依存して定められることを特徴とする運搬ユニット。
  9. 請求項8に記載の運搬ユニット(TE1.1)において、
    それぞれ少なくとも1つの磁石グループ(MGa,MGb)の駆動磁石(4)が、同じ大きさの磁石幅(MBi)を有し、この磁石グループ(MGa,MGb)の隣り合う駆動磁石(4)が互いに直に隣接することを特徴とする運搬ユニット。
  10. 請求項8又は9に記載の運搬ユニット(TE1.1)において、
    少なくとも2つの磁石グループ(MGa,MGb)が同じ大きさの磁石グループ面積(AMGa=AMGb)及び/又は同じ磁石数(NMa=NMb)の駆動磁石(4)を有することと、
    この運搬ユニット(TE1.1)が正方形又は長方形の運搬ユニットベース面を有することとの中の1つ以上を特徴とする運搬ユニット。
  11. 運搬面(3)を形成する少なくとも1つの運搬セグメント(2)と、この運搬面(3)内を少なくとも二次元的に動かされる少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)とを備えた、平面モーターの形の運搬機器(1)を動作させる方法であって、
    この運搬セグメント(2)には、複数の駆動コイル(AS1,AS2)が配置され、この運搬ユニット(TE)には、所定の配列方向に所定の磁極ピッチ(Ta,Tb)で順番に配置された、異なる磁化方向の複数の駆動磁石(4)から成る少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)と少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)が配置され、
    この少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)では、この少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)とこの少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)に関して、異なる磁極ピッチ(Ta≠Tb)が設けられ、
    この運搬セグメント(2)には、運搬ユニット(TE1.1)を移動させる第一の主移動方向(H1)を定義する、複数の駆動コイル(AS1)から成る第一のコイルグループ(SG1)が配置されるとともに、運搬ユニット(TE1.1)を移動させる第二の主移動方向(H2)を定義する、複数の駆動コイル(AS2)から成る第二のコイルグループ(SG2)が配置される方法において、
    第一のコイルグループ(SG1)の駆動コイル(AS1)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.1)の第一の磁石グループ(MGa)から第一の平均コイル間隔(S1)を開けて配置され、第二のコイルグループ(SG2)の駆動コイル(AS2)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.1)の第二の磁石グループ(MGb)から、第一の平均コイル間隔(S1)に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔(S2)を開けて配置され、この少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)では、この少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)の磁極ピッチ(Ta)が、この少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)の磁極ピッチ(Tb)よりも小さく定められることを特徴とする方法。
  12. 請求項11に記載の方法において、
    少なくとも2つの運搬ユニット(TE1.2,TE2)が、この運搬機器(1)の運搬面(3)内を動かされ、これらの運搬ユニットには、それぞれ所定の配列方向に所定の磁極ピッチ(Ta,Tb)で順番に配置された、異なる磁化方向の複数の駆動磁石(4)から成る少なくとも1つの第一の磁石グループ(MGa)と少なくとも1つの第二の磁石グループ(MGb)がそれぞれ配置されており、各運搬ユニット(TE1.2,TE2)の全ての磁石グループ(MGa,MGb)に関して、同じ磁極ピッチ(Ta=Tb)が設けられ、これらの少なくとも2つの運搬ユニット(TE1.2,TE2)の磁極ピッチ(Ta,Tb)が異なることを特徴とする方法。
  13. 請求項12に記載の方法において、
    第一のコイルグループ(SG1)の駆動コイル(AS1)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.2,TE2)の第一の磁石グループ(MGa)から第一の平均コイル間隔(S1)を開けて配置され、第二のコイルグループ(SG2)の駆動コイル(AS2)が、運搬面(3)に対する法線方向に、運搬ユニット(TE1.2,TE2)の第二の磁石グループ(MGb)から、第一の平均コイル間隔(S1)に対して相対的により大きな第二の平均コイル間隔(S2)を開けて配置され、
    より小さな磁極ピッチ(Ta,Tb)を有する運搬ユニット(TE1.2)が、定められた第一の移動パス(BP1)に沿って運搬面(3)内を動かされ、より大きな磁極ピッチ(Ta,Tb)を有する少なくとも1つの別の運搬ユニット(TE2)が、定められた第二の移動パス(BP2)に沿って運搬面(3)内を動かされ、これらの移動パス(BP1,BP2)は、この第一の移動パス(BP1)の移動パス長(LBP1)における第一の主移動方向(H1)の部分が、第二の主移動方向(H2)の部分よりも大きくなるとともに、この第二の移動パス(BP2)の移動パス長(LBP2)における第一の主移動方向(H1)の部分が、第二の主移動方向(H2)の部分よりも小さくなるように定められることを特徴とする方法。
  14. 請求項11~13のいずれか一項に記載の方法において、
    少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)の少なくとも1つの磁石グループ(MGa,MGb)の駆動磁石(4)の磁極ピッチ(Ta,Tb)が、それと協力して動作する駆動コイル(AS1,AS2)の平均コイル間隔(S1,S2)に依存して定められることを特徴とする方法。
  15. 請求項11~14のいずれか一項に記載の方法において、
    少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)の少なくとも1つの磁石グループ(MGa,MGb)の駆動磁石(4)の磁石の幅(MBi)及び/又は運搬面(3)に対する法線方向における磁石の高さ(MHi)が、各磁石グループ(MGa,MGb)の磁極ピッチ(Ta,Tb)に依存して定められることを特徴とする方法。
  16. 請求項11~15のいずれか一項に記載の方法において、
    少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)の少なくとも2つの磁石グループ(MGa,MGb)に関して、同じ大きさの磁石グループ面積(AMGa=AMGb)及び/又は同じ磁石数(NMa=NMb)の駆動磁石(4)が設けられることと、
    この少なくとも1つの運搬ユニット(TE1.1)に関して、正方形又は長方形の運搬ユニットベース面が設けられることとの中の1つ以上を特徴とする方法。
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