JP4015238B2 - 走行体の走行駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行体の走行駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走行体の走行駆動装置として、近年同期型モータをリニア化したリニアモータを使用したものがある。
【０００３】
而して、同期型モータをリニア化したリニアモータを走行駆動装置として使用する場合には、図６に示すごとく、軌道ａに沿い走行し得るようにした走行体ｂにステータに相当するコイルｃを搭載し、軌道ａに沿ってロータに相当する多数の永久磁石ｄを配置した構成となっている。
【０００４】
上述の装置においては、コイルｃに交流電流を給電することにより、走行体ｂは推力を受け、軌道ａに沿い走行し、交流電流の給電を停止することにより、走行体ｂは所定の位置に停止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の装置においては、給電は走行体ｂに搭載されているコイルｃに対して常時行わなければならないため、給電装置が複雑になると共に大量の電力を消費し、又軌道ａに沿い多数の永久磁石ｄを配置する必要がある。従って、上記装置では、価格が高騰する虞れがある。
【０００６】
更に、給電装置に接触給電方式を採用した場合には、摺接部の摩耗により発塵が生じるため、このような場合には、装置をクリーンルーム内のウエハ、液晶板、プラズマディスプレイパネル等の物品の搬送に使用することはできない。
【０００７】
本発明は、上述の実情に鑑み、安価でクリーンルーム内でも使用可能な走行体の走行駆動装置を提供することを目的としてなしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の走行体の走行駆動装置は、
軌道に沿い走行する走行体に、該走行体走行方向へ向ってＮ極とＳ極とが対向するよう配置された複数の永久磁石と、
前記走行体に走行体の走行方向へ延在するよう設けられた第１、第２の検出体と、
前記軌道に沿い所要の間隔を置いて地上側に設置された複数のコイルと、
各コイルの近傍に配置されて前記第１の検出体との協働によりパルス信号を出力し得るようにしたパルス信号出力センサと、
前記各コイルの近傍に設置されて前記第２の検出体との協働によりオン信号を出力し得るよう走行体の走行方向へ向け並べて設置された複数のオン信号出力センサと、
前記複数のコイルのうち所定のコイルに給電を行うようにした制御部とを備え、
該制御部は、
前記オン信号出力センサのうち惰走して来た走行体側に近い第１のオン信号出力センサからの第１のオン信号により走行体に設けられた永久磁石の位置を確認し、
前記第１のオン信号がオフにならない間に惰走して来た走行体側から２番目の第２のオン信号出力センサから出力された第２のオン信号の立上り位置において、パルス信号出力センサからのパルス信号にもとづいて求めた走行体の惰走速度と同一の速度となるよう走行体を同調走行させるに必要な給電を所定のコイルに対して開始し、
前記第１のオン信号がオフになる立下りにより、該立下り位置から走行体が前記パルス信号をもとに求められた所定の距離だけ移動する間に走行体を予め設定された所定の走行速度になるよう加速若しくは減速し、或いは減速して停止させるよう、所定のコイルに給電を行い得るよう構成した
ものである。
【０００９】
本発明では惰走から給電による同調走行へ衝撃が生じることなく円滑に切換えられ、第２のオン信号がオフになった立下り位置から走行体が所定の距離移動する間に走行体は設定された走行速度に加速若しくは減速され、或いは停止される。
【００１０】
本発明は、永久磁石の数量が少く、給電による発塵が生じることもないため、安価でしかもクリーンルーム内での物品の搬送に使用することのできる走行体の走行駆動装置を提供できる。
【００１１】
又、サーボ制御が可能なため走行体の停止精度も良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１〜図５は本発明の実施の形態の一例である。
【００１４】
図１中、１は軌道２上を車輪３を介して走行し得るようにした台車等の走行体であり、該走行体１には、走行体１の走行方向と平行な方向へ向って、順次、Ｎ極、Ｓ極が交互に向いあった複数（図示例では合計６個）の、ロータに相当する永久磁石４，５が配設されている。
【００１５】
地上側には、軌道２に沿って一定の間隔（例えば２〜３ｍの間隔）で複数のステータに相当するコイル６が配設されており、走行体１がコイル６部を通過する際、永久磁石４，５とコイル６との間には僅かなクリアランスが形成されて永久磁石４，５とコイル６とにより、同期型のリニアモータが構成されるようになっている。
【００１６】
なお、コイル６においては、給電される三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の走行体１走行方向における極ピッチ（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線ピッチ）は永久磁石４，５の取付け間隔と同一である。
【００１７】
走行体１には、走行体１の速度及び位置並に永久磁石４，５の位置を検出する際に使用するための検出体７と永久磁石４，５の位置を検出する際に使用するための検出体８とが走行体１の走行方向へ向って延在するよう設置されている。
【００１８】
検出体７の詳細は図３に示され、帯板表面上に長手方向へ向って一定の幅Ｔ１（例えば２ｍｍ）の光遮蔽部７ａと一定の幅Ｔ２（例えば２ｍｍ）の光透過スリット部７ｂとを交互に設けた形状となっている。
【００１９】
検出体８の詳細は、図２に示され、帯板表面に長手方向へ向って一定の幅Ｔ３（例えば４８ｍｍ）の光遮蔽部８ａと一定の幅Ｔ４（例えば４８ｍｍ）の光透過スリット部８ｂとを交互に設けた形状となっている。
【００２０】
又、検出体７は検出体８よりも長く、図２に示すごとく走行体１の走行方向先後端部は、検出体８の先後端部よりも前方及び後方へ所定の長さだけ突出している。
【００２１】
地上側の各コイル６の設置部近傍には、走行体１の速度及び位置並に永久磁石４，５の位置を検出する際に使用するための透過形光電スイッチ等の２個の光センサ９，１０がパルス信号出力センサとして走行体１の走行方向へ近傍配置されている。而して、光センサ９，１０の配置間隔は、中心間距離をＬ１（図２参照）とした場合、ｎ（Ｔ１＋Ｔ２）＋（１／４）・（Ｔ１＋Ｔ２）ｍｍ（ｎ＝１，２，３…）となるようにする。
【００２２】
なお、光センサ９，１０を２個設け、且つ互の中心間距離Ｌ１をｎ（Ｔ１＋Ｔ２）＋（１／４）・（Ｔ１＋Ｔ２）ｍｍとしたのは、以下に述べる理由による。
【００２３】
すなわち、検出体７の光遮蔽部７ａ、光透過スリット部７ｂの幅Ｔ１，Ｔ２を小さくできれば、パルス信号の検出を細かくできるが、製作上限界がある。このため、光センサ９，１０がどちらか１個の場合は、Ｔ１ｍｍ間隔でしかパルス信号を得られないが、光センサ９，１０を２個配置して中心間距離Ｌ１をｎ（Ｔ１＋Ｔ２）＋（１／４）・（Ｔ１＋Ｔ２）ｍｍとすることにより、図４に示すごとく、（１／４）・（Ｔ１＋Ｔ２）ｍｍ間隔でパルス信号を得ることができ、精度の高い制御が可能となるためである。すなわち、Ｔ１＋Ｔ２＝２．３＋１．７＝４ｍｍの場合には、１ｍｍ間隔でパルス信号を得ることができるためである。なお、Ｔ１＝２．３ｍｍ、Ｔ２＝１．７ｍｍとしたのは、光センサ９，１０の回析・応答時間などから正確な等間隔のパルスを得るためである。
【００２４】
光センサ９，１０配置部の近傍には、永久磁石４，５の位置を検出する際に使用するための透過形光電スイッチ等の３個の光センサ１１，１２，１３がオン信号出力センサとして走行体１の走行方向と平行な方向へ向って順次近接配置されている。而して、光センサ１１，１２，１３の配置間隔は、本実施の形態例では中心間距離を図２に示すごとくＬ２，Ｌ３とした場合、Ｌ２＝Ｌ３＝Ｔ３＝Ｔ４である。
【００２５】
これは、制御時には、光センサ１１，１２，１３からのオン信号Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの何れかを常時発生させることにより、オン信号がなくならないようにし、制御可能なことを確認できるようにするためである。
【００２６】
各光センサ９，１０，１１，１２，１３からは検出したパルス信号Ａ，Ｂ、或いはオン信号Ｕ，Ｖ，Ｗを制御部１４へ与え得るようになっており、制御部１４からは所定のタイミングで所定のコイル６に交流電流を給電し得るようになっている。
【００２７】
なお、光センサ９，１０以外に光センサ１１，１２，１３を設けたのは永久磁石４，５とミコイル６のＵ，Ｖ，Ｗ相の位置関係を知るためである。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００２９】
Ｉ）走行体１の加速若しくは減速を行う場合
走行体１がコイル６，６間において軌道２上を図１のＤ１方向へ前進走行している場合には、走行体１は惰性で走行しており（惰走）、このため、制御部１４から各コイル６には給電は行われず、制御部１４は待機の状態にある。
【００３０】
走行体１が軌道２を惰走して所定のステージのコイル６へ接近すると、検出体の光遮蔽部７ａにより光センサ９，１０の光を遮蔽することにより、光センサ９，１０からは図５のニに示すごとく、パルス信号Ａ，Ｂの出力が開始され、出力されたパルス信号Ａ，Ｂは制御部１４へ入力される。このときのパルス信号Ａ，Ｂは、走行体１が（１／４）・（Ｔ１＋Ｔ２）ｍｍ距離（本実施の形態例の場合は１ｍｍ間隔）だけ移動するごとに発生する。
【００３１】
パルス信号Ａ，Ｂが制御部１４へ入力されると、制御部１４では、単位時間当りのパルス信号Ａ，Ｂの数をもととして、走行体１の惰走速度の演算が開始されると共に走行体１の位置の演算が開始される。
【００３２】
さらに、走行体１がＤ１方向へ走行して検出体８の走行方向先端の光遮蔽部８ａが光センサ１１の光を遮蔽することにより光センサ１１からは、図５のイに示すごときオン信号Ｕが出力されて制御部１４へ与えられる。これにより、走行体１の永久磁石４，５の軌道２上における位置が確認される。
【００３３】
なおも、走行体１がＤ１方向へ走行して検出体８の走行方向先端の光遮蔽部８ａが光センサ１２の光を遮蔽することにより、光センサ１２からは、図５のロに示すごときオン信号Ｖが出力されて制御部１４へ与えられる。このオン信号Ｖの立上りにより、走行体１の永久磁石４，５が軌道２上において制御を開始すべき位置Ｘ１に到達したことが確認される。
【００３４】
このため制御部１４による制御が開始されて制御部１４からは、位置Ｘ１における走行体１の惰走速度に相当する交流電流が走行体１の永久磁石４，５と対応しているコイル６に対して給電され、その結果、走行体には走行体１の走行方向へ向けて所定の推力が作用し、走行体１は、惰走から動力による同調走行へ衝撃を受けることなく円滑に切換えられる。
【００３５】
又、走行体１が位置Ｘ１において同調走行へ切換わると、光センサ９，１０により検出された単位時間当りパルス信号Ａ，Ｂの数から求めたそのときの走行体１の走行速度及び走行体１の位置並に当該ステージにおける走行体１の設定走行速度更には予め設定された加速カーブ或いは減速カーブから、軌道２上の加速開始位置或いは減速開始位置が演算される。
【００３６】
而して、走行体１が更にＤ１方向へ走行して検出体８の走行体１走行方向先端部における光遮蔽部８ａが光センサ１１を通過すると、オン信号Ｕがオフとなり、このオン信号Ｕの立下りにより、走行体１の加速開始位置或いは減速開始位置までの距離のカウントを開始すべき位置Ｘ２に走行体１が到達したことが確認される。
【００３７】
従って、以降は、走行体１のＤ１方向への走行に伴い、光センサ９，１０により検出されたパルス信号Ａ，Ｂの数から走行体１が加速開始位置或いは減速開始位置に来たか否かが判定され、走行体１が加速開始位置或いは減速開始位置に到達すると、制御部１４から当該ステージのコイル６に給電される交流電流が設定された加速カーブ或いは減速カーブにもとづいて制御され、その結果、走行体１の走行方向と平行に働く推力の大きさ及び方向が調整されて走行体１が所定の位置で所定の走行速度に到達するよう加速或いは減速が行われ、走行体１の速度制御が行われる。
【００３８】
斯かる速度制御を行っている間は、図５に示すごとく、光センサ１１，１２，１３により検出されるオン信号Ｕ，Ｖ，Ｗのうちの少くとも何れか１個が常時発生しており、オン信号が消えることがないため、制御が可能なことを確認できる。
【００３９】
而して、走行体１が走行してオン信号Ｕ，Ｖ，Ｗの全てが切れたら、制御部１４からコイル６への給電は停止され、制御部１４は待機状態になると共に走行体１は次のステージのコイル６まで、軌道２上を惰走する。
【００４０】
ＩＩ）走行体１の停止を行う場合
この場合には、走行体１が惰走から、衝撃を受けることなく動力による同調走行へ切換わるまでの作動は、走行体１の加速或いは減速を行う場合と同一である（図５の位置Ｘ１まで）。
【００４１】
走行体１が位置Ｘ１において同調走行へ切換わると、光センサ９，１０により検出された単位時間当りのパルス信号Ａ，Ｂの数から求めたそのときの走行体１の走行速度、及び位置Ｘ１からの走行体１の停止すべき位置までの距離、並に予め設定された減速カーブから軌道２上の減速開始位置が演算される。
【００４２】
而して、走行体１がＤ１方向へ走行して検出体８の走行体１走行方向先端部における光遮蔽部８ａが光センサ１１を通過すると、オン信号Ｕがオフとなり、このオン信号Ｕの立下りにより、走行体１は走行体１の減速開始位置までの距離のカウントを開始すべき位置Ｘ２に到達したことが確認される。
【００４３】
従って、以降は走行体１のＤ１方向への走行に伴い、光センサ９，１０により検出されたパルス信号Ａ，Ｂの数から走行体１が減速開始位置に来たか否かが到達され、走行体１が減速開始位置に到達すると、制御部１４から当該ステージのコイル６に給電される交流電流が設定された減速カーブにもとづいて制御され、その結果走行体１の走行方向と逆の方向に推力が付与されて走行体１は走行速度が零になるまで徐々に減速され、走行体１は所定の位置に正確に停止する。停止時にはコイル６には微電流が供給されており、走行体１が前後どちらかにずれたときには、給電量を増加してもとの位置へ戻す（サーボロック）。
【００４４】
なお、走行体１が走行方向Ｄ１と反対方向に移動する場合には、永久磁石４，５の最初の位置の確認は、光センサ１３によるオン信号Ｗ（図５のハ参照）により行われる。
【００４５】
本実施の形態例においては同期モータをリニア化したリニアモータを使用しているため、サーボ制御が可能となり、従って走行体１の停止位置精度が向上する。
【００４６】
又、給電は地上側に設けたコイル６により行うため、コイルが走行体に搭載されている場合に必要な特別な給電装置は必要なく、従って、給電装置の摺接により生じる発塵の虞れもなく、クリーンルームでのウエハ、液晶板、プラズマディスプレイパネル等の物品の搬送に適用することができる。
【００４７】
更に、永久磁石４，５は走行体１に搭載してあり、従って永久磁石４，５の数量は少くてすみ、又コイル６は地上側に所定の間隔で設けてあり、給電は走行体１に対応した所定のコイル６に行うだけで良いため、消費電力が減少する。このため、本実施の形態例における走行駆動装置の設備費、運転維持費が安価となる。
【００４８】
更に又、光センサ１１，１２，１３により検出したオン信号Ｕ，Ｖ，Ｗを永久磁石４，５の位置の検出の他に、制御開始／終了の信号や位置決めを開始するための位置を検出する信号としても使用するようにしたので、センサの削減や制御部１４の外部制御の簡略化が可能となった。
【００４９】
なお、本発明の実施の形態例においては、センサとして光センサを使用する場合について説明したが、非接触式のセンサなら光センサに限らず渦電流センサ等種々のセンサを使用することが可能なこと、走行体の走行速度等を求めるために使用するセンサは、コイル１箇所に対して２個用いる場合について説明したが、１個であっても実施可能なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の走行体の走行駆動装置によれば、下記のごとき種々の優れた効果を奏し得る。
【００５１】
Ｉ）永久磁石の数が少く、コイルへの給電も常時行う必要がないため、設備費、運転維持費が安価となる。
【００５２】
ＩＩ）発塵部がないためクリーンルームに使用することができる。
【００５３】
ＩＩＩ）同期モータをリニア化したためサーボ制御が可能となり、従って走行体の停止精度が向上する。
【００５４】
ＩＶ）複数のオン信号出力センサで検出したオン信号を種々の用途に使用しているため、オン信号出力センサの数量が削減されると共に制御部の外部制御が簡略化された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走行体の走行駆動装置の実施の形態の一例を示す概要図である。
【図２】本発明の走行体の走行駆動装置において、走行体及び検出体並に光センサの配置状態を示す斜視図である。
【図３】走行体の走行速度等を求める際に使用する検出片の正面図である。
【図４】図３の検出片を用いる場合に光センサを２個配置する理由を説明するための概念図である。
【図５】本発明の走行体の走行駆動装置において制御を行う際の信号の状態を示す図である。
【図６】従来の走行体の走行駆動装置の概念図である。
【符号の説明】
１ 走行体
２ 軌道
４，５ 永久磁石
６ コイル
７，８ 検出体
９，１０ 光センサ（パルス信号出力センサ）
１１，１２，１３ 光センサ（オン信号出力センサ）
１４ 制御部
Ｕ，Ｖ，Ｗ オン信号
Ａ，Ｂ パルス信号

Claims (1)

1. 軌道に沿い走行する走行体に、該走行体走行方向へ向ってＮ極とＳ極とが対向するよう配置された複数の永久磁石と、
   前記走行体に走行体の走行方向へ延在するよう設けられた第１、第２の検出体と、
   前記軌道に沿い所要の間隔を置いて地上側に設置された複数のコイルと、
   各コイルの近傍に配置されて前記第１の検出体との協働によりパルス信号を出力し得るようにしたパルス信号出力センサと、
   前記各コイルの近傍に設置されて前記第２の検出体との協働によりオン信号を出力し得るよう走行体の走行方向へ向け並べて設置された複数のオン信号出力センサと、
   前記複数のコイルのうち所定のコイルに給電を行うようにした制御部とを備え、
   該制御部は、
   前記オン信号出力センサのうち惰走して来た走行体側に近い第１のオン信号出力センサからの第１のオン信号により走行体に設けられた永久磁石の位置を確認し、
   前記第１のオン信号がオフにならない間に惰走して来た走行体側から２番目の第２のオン信号出力センサから出力された第２のオン信号の立上り位置において、パルス信号出力センサからのパルス信号にもとづいて求めた走行体の惰走速度と同一の速度となるよう走行体を同調走行させるに必要な給電を所定のコイルに対して開始し、
   前記第１のオン信号がオフになる立下りにより、該立下り位置から走行体が前記パルス信号をもとに求められた所定の距離だけ移動する間に走行体を予め設定された所定の走行速度になるよう加速若しくは減速し、或いは減速して停止させるよう、所定のコイルに給電を行い得るよう構成した
   ことを特徴とする走行体の走行駆動装置。

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