JPH05176416A - 交流磁気浮上搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】誘導反発方式を適用しながら、交流電磁石を用
いた従来の浮上機構部のみで、格別な搬送用機構を用い
ずに搬送を行わせることのできる、低コストで製作が可
能な交流磁気浮上搬送装置を提供することを目的とす
る。 【構成】搬送方向に配列された各交流電磁石１０とし
て、浮上体２を浮上させるための、単相交流電流を通電
する浮上用コイル１０−１と、浮上体２を走行させるた
めの、多相交流電流を通電する走行用コイル１０−２と
が共通の鉄心１０−３に巻回された構造の二巻線電磁石
を用い、浮上用と走行用とを１つの電磁石で兼用する構
成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触で物体を搬送す
る必要性のある分野、例えば発塵を嫌う半導体製造装置
におけるウエハ搬送機器、潤滑油の飛散を嫌う真空内搬
送機器等に用いて好適な交流磁気浮上搬送装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、発塵や潤滑油の飛散を嫌う、
例えば半導体製造プロセスライン等における半導体ウエ
ハ等の物体の搬送や移動を行う機構の軸受には、永久磁
石あるいは電磁石を用いた、いわゆる磁気軸受が用いら
れる。この種の軸受は、磁石間あるいは磁石と磁性材料
との間に作用する磁気的吸引力又は反発力を利用して、
搬送物体あるいは支持物体を空隙を介して非接触で浮上
させるものである。磁気浮上搬送装置に関しては、種々
の発明・考案がなされており、すでに実用化されている
ものも多い。

【０００３】これらのうち、電磁石を用いた磁気軸受
は、必要電力が少なくて済むメリットはあるものの、本
来、不安定な吸引力を電気的制御により安定化しなけれ
ばならないため、高性能な制御装置等を必要とする上、
それに必要なギャップセンサなどの付帯部品を多く必要
とする等の欠点を有していた。

【０００４】特に、この電磁石を用いた磁気軸受で長い
距離を搬送させる場合には、これらの制御装置を搬送ラ
インに全体に亘って設ける必要があり、構造的及びコス
ト的に困難が多かった。

【０００５】このような不具合を回避する手段として、
一般に、搬送される物体側に必要な制御回路やセンサを
搭載する方式が採用される。しかしこの場合、物体側に
バッテリ等の電源を設ける必要があり、長時間の使用に
は、充電システムや給電システムが新たに必要になるな
ど、設備上の他の問題が生じる。

【０００６】一方、磁気反発力を利用する磁気軸受で
は、上述のような制御装置は原則的には必要とせず、長
距離の搬送機構としては装置上大きな利点を有してい
る。しかしながら、永久磁石だけを組合せた反発浮上機
構は実際上は実現不可能とされており、少なくとも１軸
以上の自由度を上述のような制御装置により安定化させ
る必要があるといわれている。

【０００７】これに対し、交流電磁石を用いた誘導反発
方式の磁気浮上機構は、導電材料からなる浮上体の形状
を工夫することにより、安定に浮上支持できることが原
理的に確認されている。

【０００８】図７及び図８に、上記誘導反発方式の磁気
浮上機構（交流磁気浮上搬送装置）の一例を示す。図
中、１は交流電磁石（浮上用電磁石）である。図の構成
では、複数の交流電磁石１が２列に設置されている。２
は交流電磁石１の列上を搬送される浮上体である。浮上
体２には、例えばアルミニウムなどの軽くて導電性の大
きい材料が適しており、移送の対象とする搬送物体は通
常この浮上体２上に搭載される。

【０００９】図７及び図８の構成では、交流電磁石１
に、図９において符号４で示す単相交流電流を通電する
と、その上部に交番磁界が発生する。すると、その磁界
中に浮上体２があるため、浮上体２のアルミニウム材料
中に渦電流と呼ばれる交番電流が流れることになる。

【００１０】この渦電流により生じる磁界は、交流電磁
石１によって生じる磁界と互いに反発する方向に形成さ
れる。このため、上記反発力によって、浮上体２には図
７及び図８において符号Ｆ1 で示す浮上力が作用し、浮
上体２が浮上する。

【００１１】また、図７及び図８の構成では、２列の交
流電磁石１の配列間には、三相交流電磁石（走行用電磁
石）３の列が設置されている。この三相交流電磁石３に
対し、図１０において符号５，６，７で示す三相交流電
流を通電すると、浮上体２には図７及び図８において符
号Ｆ2 で示す走行力が作用し、浮上体２が搬送される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記した誘導反発方式
の従来の磁気浮上機構（磁気浮上搬送装置）は、搬送ラ
イン全体に浮上を安定化させるための制御装置を必要と
しない利点はあるものの、浮上用電磁石と走行用電磁石
とを別個に用いて装置を構成する必要があり、機構全体
が大掛りになり、コスト高なものとなっていた。

【００１３】そこで本発明の目的は、誘導反発方式を適
用しながら、交流電磁石を用いた従来の浮上機構部のみ
で、格別な搬送用機構を用いずに搬送を行わせることの
できる、低コストで製作が可能な交流磁気浮上搬送装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明では基本的手段として次のよう
な手段を講じた。

【００１５】即ち本発明は、例えば図１乃至図４に示す
ように、導電性を有する常磁性もしくは非磁性金属材料
からなる浮上体２を交流電磁石１０の交番磁界を利用し
て浮上搬送させる交流磁気浮上搬送装置において、搬送
方向に設けられた上記の交流電磁石１０として、浮上体
２を浮上させるための、単相交流電流を通電する浮上用
コイル１０−１と、浮上体２を走行させるための、多相
交流電流を通電する走行用コイル１０−２とが共通の鉄
心１０−３に巻回された構造の二巻線電磁石を用いるよ
うにしたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。

【００１７】まず、交流電磁石１０の浮上用コイル１０
−１に単相交流電流が通電されると、図７及び図８に示
す従来の搬送装置の交流電磁石（浮上用電磁石）１に単
相交流電流を通電した場合と同様に、浮上体２が浮上す
る。また、同じ交流電磁石１０の走行用コイル１０−２
に多相交流電流を通電すると、図７及び図８に示す従来
の搬送装置の三相交流電磁石（走行用電磁石）３に三相
交流電流を通電した場合と同様に、浮上体２が走行す
る。

【００１８】このように、交流電磁石１０を二巻線電磁
石で構成し、浮上用と走行用とを１つの電磁石で兼用す
るようにしたので、従来のように、浮上用電磁石と走行
用電磁石を別々に設置する必要がなく、搬送ラインを簡
潔な形で実現できるようになり、コストを大幅に削減す
ることができる。

【００１９】

【実施例】図５は本発明の具体的な一実施例を示す構成
図であり、図１乃至図４と同一部分には同一符号を付し
てある。

【００２０】図５において、１０は浮上用および走行用
を兼用した交流電磁石であり、複数の交流電磁石１０が
列状に配設されることにより浮上体２を搬送するための
搬送ラインを形成する。交流電磁石１０の列の各脚に
は、（浮上用コイル１０−１で代表される）浮上用コイ
ルＡ１，Ａ２，…と（走行用コイル１０−２で代表され
る）走行用コイルＵ１，Ｕ２，…，Ｖ１，Ｖ２，…，Ｗ
１，Ｗ２，…が巻かれている。

【００２１】浮上用コイルＡｉ（ｉ＝１，２…）は、極
性がＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，…になるように直列結線し、単相
交流電源８に接続される。また、走行用コイルＵｉ，Ｖ
ｉ，Ｗｉは極性がＵ，Ｖ，Ｗ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，…となるよ
うに三相星形結線とし、三相交流電源９に接続される。

【００２２】単相交流電源８は、浮上体２の浮上に必要
な図３に示すような単相交流電流１４を発生させ、各浮
上用コイルＡ１，Ａ２，…に給電する。また、三相交流
電源９は、浮上体２を走行させるのに必要な図４に示す
ような三相交流電流１５，１６，１７を発生させ、各走
行用コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１，…に給電する。

【００２３】上記の如く構成された交流電磁石１０の列
においては、浮上用コイルＡ１，Ａ２，…に流れる単相
交流電流１４により走行用コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１，…
に誘起される電圧は全て同じ位相である。したがって、
浮上用コイルＡ１，Ａ２，…に流れる単相交流電流１４
によっては、星形結線された走行用コイルＵ１，Ｖ１，
Ｗ１，…に電流は流れない。

【００２４】また、走行用コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１，…
に流れる三相交流電流１５，１６，１７により浮上用コ
イルＡ１，Ａ２，…に誘起される電圧は、それぞれ１２
０°ずつの位相差を持っており、３相分を直列に接続す
ると零となる。したがって、走行用コイルＵ１，Ｖ１，
Ｗ１，…に流れる三相交流電流１５，１６，１７によっ
ては、浮上用コイルＡ１，Ａ２，…に電流は流れない。
以上のことから、単相交流電源８と三相交流電源９とは
互いに干渉し合うことなく、任意にその出力を変化させ
ることができる。

【００２５】次に上記の如く構成され装置における浮上
体２の浮上走行動作について説明する。まず、図５に示
すように搬送方向に配列された交流電磁石１０の列に対
し、図３に示したような単相交流電流１４をその浮上用
コイル１０−１（浮上用コイルＡ１，Ａ２，…）に通電
し、図４に示したような三相交流電流１５，１６，１７
を、走行用コイル１０−２（走行用コイルＵ１，Ｖ１，
Ｗ１，…）に、１５，１６，１７の順序で順番に繰返し
て通電する。

【００２６】すると、上記単相交流電流１４により浮上
体２のアルミニウム材料中に渦電流が発生し、浮上体２
は交流電磁石１０と反発し合う。かくして、浮上体２に
は図１及び図２においてＦ1 で示したような浮上力が作
用し、当該浮上体２は浮上する。

【００２７】一方、三相交流電流１５，１６，１７によ
り交流電磁石１０上には移動磁界が発生する。この移動
磁界と当該移動磁界により浮上体２に流れる渦電流とに
より、浮上体２には図１及び図２においてＦ2 で示した
ような走行力が作用し、浮上体２は搬送方向に配置され
た交流電磁石１０の列上を走行する。

【００２８】図６は浮上体２の走行モードに応じた単相
交流電流１４（単相励磁電流）および三相交流電流１
５，１６，１７（三相励磁電流）の電流強度パターンを
示す図である。図中のＡは浮上用の単相励磁電流強度
を、Ｂは走行用の三相励磁電流強度を示す。通常、浮上
状態では走行摩擦力は小さいため、三相励磁電流強度Ｂ
としては、単相励磁電流強度Ａに比べてかなり小さいレ
ベルのものが用いられる。

【００２９】さて、図５の構成において浮上体２を浮上
走行させるには、図６に示すように、まず（三相交流電
流１５，１６，１７の）三相励磁電流強度Ｂを零の状態
にし、（単相交流電流１４の）単相励磁電流強度Ａを徐
々に設定値まで増加すると、浮上体２が浮上状態とな
る。

【００３０】この状態で、次に三相励磁電流強度Ｂを徐
々に増加させると、浮上体２に走行力が働き、浮上体２
は浮上走行する。浮上体２を停止させる場合には、上記
とは逆に、三相励磁電流強度Ｂを徐々に減少させればよ
い。また、走行方向を逆にするには、三相交流電源９の
出力の相回転を逆にするか、又は３相のうちの２相の結
線を切換えればよい。なお、本発明は上述した実施例に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、交
流電磁石を用いた誘導反発方式の交流磁気浮上搬送装置
において、交流電磁石を二巻線電磁石で構成し、浮上用
と走行用とを１つの電磁石で兼用するようにしたので、
従来のように、浮上用電磁石と走行用電磁石を別々に設
置する必要がなく、搬送ラインを簡潔な形で実現できる
ようになり、低価格の交流磁気浮上搬送装置が製作でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気浮上搬送装置の基本構成を示
す正面図。

【図２】本発明に係る磁気浮上搬送装置の基本構成を示
す平面図。

【図３】図１及び図２の構成に適用される浮上用の単相
交流電流の波形図。

【図４】図１及び図２の構成に適用される走行用の三相
交流電流の波形図。

【図５】本発明の一実施例に係る磁気浮上搬送装置の構
成を示す図。

【図６】同実施例における作用を説明するための図。

【図７】従来の磁気浮上搬送装置の基本構成を示す正面
図。

【図８】従来の磁気浮上搬送装置の基本構成を示す平面
図。

【図９】図７及び図８の構成に適用される浮上用の単相
交流電流の波形図。

【図１０】図７及び図８の構成に適用される走行用の三
相交流電流の波形図。

【符号の説明】

１…交流電磁石（浮上用電磁石）、２…浮上体、３…三
相交流電磁石（走行用電磁石）、４，１４…単相交流電
流（浮上用単相交流電流）、５，６，７，１５，１６，
１７…三相交流電流（走行用三相交流電流）、８…単相
交流電源（浮上用単相交流電源）、９…三相交流電源
（走行用三相交流電源）、１０…交流電磁石（二巻線電
磁石）、１０−１…浮上用コイル、１０−２…走行用コ
イル、１０−３…鉄心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 元巳 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性を有する常磁性もしくは非磁性金
   属材料からなる浮上体を、交流電磁石の交番磁界を利用
   して浮上搬送させる交流磁気浮上搬送装置において、 交流電磁石として第１の巻線及び第２の巻線を持つ二巻
   線電磁石を用い、この電磁石の上記第１の巻線には上記
   浮上体を浮上させるための単相交流電流を通電し、上記
   第２の巻線には上記浮上体を走行させるための多相交流
   電流を通電することを特徴とする交流磁気浮上搬送装
   置。