JPS63268404A - 磁気浮上式搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 こめ発明は、磁気的吸引力を利用して捲送体を非接触に
安定に浮上させ、搬送する磁気浮上式搬送装置に関する
。

〈発明の技術的背景〉 周知のごと＜、搬送体を非接触に浮上させるには空気圧
や磁力を利用する方法が一般的に行われている。中でも
、搬送体を磁気的に浮上させ移動する方式は軌道に対す
る追従性や開音低減効果が著ろしい点で最も有望な浮上
方式である。

ところで、従来の磁気浮上式搬送装置は、搬送体を電磁
石で支持し、電磁石へ送る励磁電流を調節制御し、搬送
体を安定に支持するものであった。したがって、電磁石
のコイルを常時付勢しなければならず大電力を消費する
欠点があった。このような欠点は、電磁石に要求される
磁力の大部分を永久磁石で賄い、消費電力を減少させる
よにすることも考えられる。しかし、この場合でも、搬
送すべき物を搬送体に搭載するなどして搬送体に外力が
加わった場合は、搬送体を定常位置へ押し戻す力を電磁
石に与えておかなければならず、そのためにコイルに、
常時、励磁電流を流さなければならず、やはり消費電力
を減少させることに対して不具合であった。

そこで、従来は第３図に示すごとき搬送体１を第４図に
示す態様でガイドレール１０゜１０間に配置した構成に
していた。すなわち、第３図および第４図において、１
１は搬送体、２．３，４．５は複合磁石、６，７，８，
９は変位センサ、１０は搬送路、１１は搬送体の回路、
電源等の収納箱、１２はすき間、１３および１４は永久
磁石、１５は励磁コイル（以下単に「コイル」という）
、１６は変位信号の増幅回路、１７は微分回路、１８は
電力増幅器、１９は電磁石である（ただし、永久磁石１
３，１４．励磁コイル１５、変位信号の増幅回路１６、
微分回路１７、電力増幅器１８、＠磁石１９，２０は第
５図に示す。）。

そして搬送体は、第４図に示すごとく、下面部分が強磁
性体で形成された搬送路としてアングル形ガイトレール
１０．ｌ０ｔｉ！並行に敷設するとともに、このガイド
レール１０゜１０間に搬送体１を配置した構成にしてい
た。

かかる構成の磁気浮上式搬送装置３０は、搬送体１の四
隅にコイル１５で励磁された電磁石と永久磁石１３．１
４からなる複合磁石２．３，４．５を配置し、複合磁石
２，３゜４．５の各凌合磁極向がガイドレール１０゜１
０の搬送路面に対しすき同１２を介して搬送体１を磁気
的に吸引浮上され、リニヤモータ等（非図示）により推
進力を与えられていた。

複合磁石２，３，４および５への電流供給回路は第５図
に示す構成になっている。簡単のため、複合磁石２を代
表例として説明すると、その電磁石部１９上部に永久磁
石１３゜１４が取り付けられており、かつ電磁石部１９
上部外周にコイル１５が巻装されており、電力源１６か
ら供給される電流により電磁石１９を励磁し、永久磁石
１３，１４の磁力と相俟って、ガードコイル１０，１０
との間にすき間１２を有して磁気的に吸引されて浮上す
る。

すき間１２の間隔に変動があると、変位センサ６により
検出され、その変位信号に応じてセンサに発生した信号
電圧とその微分信号はそれぞれ電力増幅器１６および微
分回路１７を通してフィードバックされ、コイル１５に
変動に応じた励磁ｉ４流が供給され、搬送体１に加わる
荷重やすき間１２が変化しても、それに応じてコイル１
５に供給する電流を調節し、磁気吸引力を調節し、複合
磁石２とガイトレール１０が接触しないように制御して
いる。

上述した電流供給回路、電力源等は搬送体上のケース１
１内に収納されている。

上述した第３図および第４図に示すようにガイドレール
の寿送面に垂直方向に複合磁極を向けた複合磁石２，３
，４，５を用いろことにより、水平方向（横方向）にも
拘束力を有せしめ、搬送体１を非接触に支持することが
可能である。というのは第２図において、搬送体が横方
向（ガイドレールの伸延方向に対し直交する横方向）に
変位し、第７図に示すように複合磁石２，４の複合磁極
面とガイトレールとの間にずれが生じても、これを旧位
置へ戻そうとする復元力が自然に発生するからである。

しかし、このずれの復元力はコントロールされた力でな
いため、減衰性がなく、搬送体が槽ずれをおこしても旧
位置に戻るのに時間がかかる。

このような問題に対して、第６図に示すように、水平方
向（横方向）にも磁気力が作用する電磁石１９，２０ｔ
１！ｊｌ？ｌ送体１の両側に配置し、これを第８図に示
すような電流制御回路によってコイルに供給する励磁電
流を調節し搬送時の安定性を高める方法を行うこともで
きる。

一方、電力源、制御回路を搭載したタイプの磁気浮上式
搬送装置は、消費電力を低下させるために、複合磁石の
コ、イルに流す励磁電流を小さくする必要がある。

このような要求に対して、第８図のブロック図に示すよ
うにコイル１５の一端を接地し、電流信号の積分値をコ
イルにフィードバックさせる方法が知られており、特定
の物理量（ここでは変位又は電流）の信号を積分信号を
フィードバックすることにより、その物理量の定常値を
零に収束させろことはできろ。

１個の複合磁石２についてこの電流の収束値を零とする
方法は採用が容易であるが、第３図の示すような４個の
複合磁石でｙ、θ。

ψの３個の空間自由度を制御しようとする場合には問題
が生ずる。すなわち物体の３個の運動自由度を４個のア
クチュエータを用いて拘束しようとすると過拘束になる
場合がある。

たとえば、電流を零に収束させる制御法を行うと、複合
磁石２の支えるべき負荷とすき間との関係が一義的に定
まってしまい、４個の複合磁石がそれぞれこの状況とな
り、可動体はこの過拘束の状況になってしまう。実験に
よると第１図の可動体１が剛体の場合は非接触に支持さ
れない状態となる。

複合磁石２等！Ｊ！３個、変位センサ６等も３個とすれ
ば、ｊｒｉ流が零に収束する制御法を採用しても、３個
の自由度を独立な３＠のアクチュエータで駆動するので
過拘束とはならず、すき間を保持して安定浮上させるこ
とができるが、複合磁石の数が減少したため水平方向の
拘束力が低下する。

〈発明が解決しようとする問題点〉 そこで乙の発明は搬送体の四隅に複合磁石を配設し、か
つ四個の複合磁石のコイルに供給する励磁電流の定常値
を零に収束し、安定浮上するように制御できる磁気浮上
式搬送装置を提供しようとするものである。

く問題点を解決するための手段〉 以上の目的を達成するために、この発明の磁気浮上式搬
送装置は、少くとも下面をｍ力発生可能に形成した搬送
路と、この搬送路面に沿って移動自在に配設した搬送体
と、この搬送体上に配設された永久磁石と電磁石からな
り、その複合磁極面が前記搬送路の下面に対しすき間を
介し、かつ垂直方向に磁気吸引力を発生するように配さ
れた複合磁石と、前記搬送体上に配設され複合磁石の複
合磁極面と前記搬送略下面間のすき間の開閉の変化を検
出しその変化に比例した信号電圧を発生する変位センサ
と、前記搬送体上に配設され当該変位センサに発生した
４３号電圧値に応じて複合磁石に送給する励磁電流値を
調節制御する制御装置、電力増幅器および電力源とを有
する磁気浮上式搬送装置において、 複合磁石は前記搬送体の四隅にそれぞれ一個ずつ計四個
配置し、 変位センサは、前記陵送体上に一方の側において搬送方
向の前後にそれぞれ配されｔコ複合磁石のそれぞれの近
傍に配置した第１および第２の変位センサと、他方の側
において搬送方向の前後にそれぞれ配された複合磁石の
中間位置に配された第３の変位センサとから構成されて
おり、 複Ｑｒｌｉｉ石の電力増幅器は入力電圧比例したミ流を
送出できるものであり、前記入力電圧は前記変位センサ
に発生する信号電圧に比例した信号と微分要素を通して
速度に比例した信号の外に、これらの信号そのものの積
分値をもフィードバックして含むものであし、前記第１
および第２の変位センサを基とする信号電圧は各々の近
傍の複合磁石への制御信号とし、前記第３の変位センサ
を基とする信号電圧は当該筒３の変位センサが配設され
た側の二個の複合磁石に同時に送られ、搬送体を安定に
浮上せしめることを特徴とする。

く実　施　例〉 つぎに、この発明の代表的な一実施例について説明する
。

まず、第１図に、この発明に磁気浮上式搬送装置の搬送
体の基本構成を示す。本発明の搬送体は、搬送体１の四
隅に、それぞれ電磁石と永久磁石を組み合せた複合磁石
２，３゜４および５を配置し、変位センサ６．７は搬送
方向に対し右側の複合磁石２および３の近傍に、変位セ
ンサ８は搬送方向左側の複合磁石４および５の中間に設
置されている。

そして、複合磁石、２，３および４，５のコイルに供給
する励ｍ電流およびその制御を行う回路は第２図に示す
。第２図の電流制御回路において、２１は演算回路、２
２は微分要素、２３は積分要素、２４は電力増幅器を示
し、この制御回路における電力増幅器２４は入力電圧に
比例した電流を流す機能をもつものであって、その入力
の積分値をも電力増幅器の入力とする構成にしたもので
ある。

本発明の詳細な説明するに当り、まず、この装置におけ
る制御系の説明をする。

第１図において搬送体１の重心に座標原点を取り、この
原点と複合磁石中心間の距離を２方向においてｌ、、ｘ
方向のそれを１２とする。複合磁石とガイドレール間の
すき間変動は次式で表現される。

ｕ　２＝　ｙ　−ｊ　、θ−ｅ２ψ ｕ＝ｙ＋ｊ　　θ−４ψ　　　　　　　　（１）ｕ　４
：＝　ｙ　−ｊ　、θ＋ｅ２ψ ｕ　、　＝　ｙ　十ｊ　、θ＋４□ψ ここでＵのサフィックスは第１図の複合磁石２，３，４
．６のすき間変ＩＪＩＪｌｅ示す。

複合磁石の磁気吸引力を、平衡すきまで、すき間変動と
電流変動に対して線形化し次式で表現する。

Ｆ　＝Ｇ　ｕ　＋Ｇ、　ｉ　　　　　　　　　　　（２
）ここでＧ、、　Ｇ、ｌよそれぞれ線形化の係数である
。

ｙ方向、θ方向、ψ方向の搬送体の運動力ここでＭ、　
Ｊａ　　、　Ｊｐ　　はそれぞれ搬送体の質量、θ、φ
方向の慣性モーメントである。

複合磁石の電流は次のようなフィードバック量とする。

１Ｓ＝＝ｉ４（１乃 式（６）〜（１１）において、ｋｌは電力増幅器の電圧
から電流への変換係数、ｋ、は変位のフィードバック電
圧への変換係数、ｋ、は同じく速度の変換係数である。

式（６）２式（８）の変動すないしＵは第１図の変位セ
ンサ６．７で検出する値を実際には利用する。その場合
には厳密には複合磁石の中心でのすきま変動とは差があ
るが、説明を簡単にするため、ｕ２．　ｕ３についての
み説明する０他のｕＡ”Ｓについても同様である。

式（７）等の表現はブロック図的には、第２図のように
変位と速度のフィードバック電圧を積分した址をもさら
にフィードバック電圧として加えｔ二ものとしである１
、 式（１）のｕ２〜ｕ５と ｕ、　＝　ｙ　＋　１２ψ　　　　　　　　　　　　（
１１とを代入すると運動方程式と回路の式は次のさて、
式（川の右辺第３項の（ｄ２＋ｄ３＋２ｄ４）について
式（１１〜式（１！Ｉより次の式が導き出される。

式（圓と式１２１から分るようにｙ方向の連動はθ。

ψ方向のそれとは独立となる。この時り、　＝　ｄ。

＋　ｄ、＋　２　ｄ４．　Ｄ２＝　ｄ、　−ｄ２．　Ｄ
、＝　−ｄ２−ｄ３＋２ｄ４とすると、Ｄ、、　Ｄ２．
　Ｄ３は次式から分るように互いに独立である。

他のθ、ψの運動も同様に独立であることが導き出され
る。そして各運動を安定化するためのフィードバック係
数に、、　ｋ、、　ｋ、ｌよ例えばフルヴイッツの安定
条件等を適用し、３方向の運動が共に安定となる領域内
の値として得られる。

第２図の制御ブロック図は第１図の変位センサ６と複合
磁石２および変位センサ７と複合磁石３．変位センサ８
と複合磁石４と複合磁石５のそれぞれの組み合わせにお
ける制御　４法を示すものであって、変位センサのすき
ま変動に対応する電圧信号を比例要素２１と微分要素２
２を通しかつそれらの信号の和を積分要素２３に通した
ものをも加え合わせ、電力増幅器２４を通して電圧１２
比例した電流を得る（ｋ、はその際の変換係数である）
。

本発明の方法はアクチュエータである複合磁石２等が４
個存在しても第１図のｙ、θ。

ψの３方向の運動を安定化しかつ複合磁石の電流を零に
収束させることができる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなごとく、この発明の磁気浮上式
搬送装置は、複合磁石を四隅にそれぞれ一個ずつ計４個
備え、その複合磁石へ流す励ａｉｆ４流を零に収束させ
ることができる故、低電力化できること、かつ複合磁石
を搬送体の四隅に設置できるから、永久磁石の磁束によ
るレールとの間の水平方向の復元力を大きくできる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の磁気浮上式搬送装置中の
搬送体の構成を示す斜視図、第２図は第１図の搬送体上
の複合磁石のコイルに供給する励磁電流の制御方式を示
すブロック図、第３図は従来の磁気浮上式搬送装置の搬
送体の構成を示す斜視図、第４図は第３図の搬送体を有
する磁気浮上式搬送装置を搬送路に取り付は作動させる
とぎの状態を示す要部断ｍ１図、第５図は第４図の磁気
浮上式搬送装置の複合磁石のコイルに流す電流の制御ブ
ロック図、第６図は磁石浮上式搬送装置中の複合磁石へ
供給する電流の他の制御ブロック図、第７図は限送略に
対する搬送体の水平方向のずれ状態を示す要部断面図、
第８図は搬送体上の複か磁石のコイルへの電流を零に収
束させろ制御ブロック図である。 図　　　　　　　　中、 １・・・搬送体、 ２．３，４．５・・・複合磁石、 ６．７，８，９・・・変位センサ、 １０・搬送Ｅ（ガイドレール）、 １１・・収納ケース、 １２・・すき間、 １３．１４・・・永久磁石、 １５・・・コイル、 １６・・・変位信号の増幅回路、 １７・・・微分回路、 １８・・・電力増幅器、 １９．２０・・電磁石、 ２１・・・比例要素、 ２２・・・微分要素、 ２３・・・積分要素、 ２４・・・電増幅器、 ３０・・・磁気浮上式搬送装置。 第１図 第２図 第３図 第４図 ｇｐＪ５図 第６図　　　第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少くとも下面を磁力発生可能に形成した搬送路と、この
   搬送路面に沿って移動自在に配設した搬送体と、この搬
   送体上に配設された永久磁石と電磁石からなり、その複
   合磁極面が前記搬送路の下面に対しすき間を介し、かつ
   垂直方向に磁気吸引力を発生するように配された複合磁
   石と、前記搬送体上に配設され複合磁石の複合磁極面と
   前記搬送略下面間のすき間の間隔の変化を検出しその変
   化に比例した信号電圧を発生する変位センサと、前記搬
   送体上に配設され当該変位センサに発生した信号電圧値
   に応じて複合磁石に送給する励磁電流値を調節制御する
   制御装置、電力増幅器および電力源とを有する磁気浮上
   式搬送装置において、 複合磁石は前記搬送体の四隅にそれぞれ一個ずつ計四個
   配置し、 変位センサは、前記搬送体上に一方の側において搬送方
   向の前後にそれぞれ配された複合磁石のそれぞれの近傍
   に配置した第１および第２の変位センサと、他方の側に
   おいて搬送方向の前後にそれぞれ配された複合磁石の中
   間位置に配された第３の変位センサとから構成されてお
   り、 複合磁石の電力増幅器は入力電圧比例した電流を送出で
   きるものであり、前記入力電圧は前記変位センサに発生
   する信号電圧に比例した信号と微分要素を通して速度に
   比例した信号の外に、これらの信号そのものの積分値を
   もフィードバックして含むものであり、前記第１および
   第２の変位センサを基とする信号電圧は各々の近傍の複
   合磁石への制御信号とし、前記第３の変位センサを基と
   する信号電圧は当該第３の変位センサが配設された側の
   二個の複合磁石に同時に送られ、搬送体を安定に浮上せ
   しめることを特徴とする磁気浮上式搬送装置。