JPWO2012056840A1 - 搬送システム - Google Patents

Abstract

被搬送物Ｗを搬送する走行体３をレール４に走行自在に設置した搬送システム１において、走行体３を走行駆動する同期形のリニアモータ１を設ける。このリニアモータ１は、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な電機子からなる複数の個別モータ６を、走行体３の走行領域の全域に渡り間隔を開けて配列する。永久磁石からなる可動子７を走行体３に設置する。可動子３の走行方向の長さＢを、可動子３が走行方向のどの位置にあっても複数の個別モータ６に渡って対向する長さとする。

Description

関連出願

この出願は、２０１０年１０月２６日出願の特願２０１０−２３９４５２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

この発明は、工作機械のローダや、物流機械、産業機械における物品の搬送に適用される搬送システムに関し、特に走行駆動源としてリニアモータを用いた搬送システムに関する。

リニアモータは、物流装置の搬送台車や工作機械のローダとなる搬送装置等において、その走行駆動等に用いられることがある（例えば、特許文献１）。リニアモータには、リニア誘導モータ（ＬＩＭ）、リニア同期モータ（ＬＳＭ）、リニア直流モータ等があるが、長距離の走行システムとして主に使用されているのは、リニア誘導モータである。リニア同期モータは、地上側にマグネットを配置してコイル側を移動する方式が大部分を占める。なお、リニア同期モータにおいて、部分的に地上側に１次コイルを離散配置した例はあるが（例えば、特許文献２）、リニア同期モータは曲線路部や始端部での補助的な使用であり、基本的にはリニア誘導モータを用いている。

特開昭６３−１１４８８７号公報 特開２００７−８２３０７号公報

リニア誘導モータは推力が低くて走行性能の向上が困難である。そのため、工作機械のローダとなる搬送装置等への適用において、リニア同期モータの採用を試みた。従来のリニア同期モータは、地上側にマグネットを配置してコイル側を移動する方式が大部分を占める。しかし、コイル側を移動させるには、可動子に給電が必要であり、可動子への配線の都合上、無端経路での走行が不能であるなど、走行経路が限られたり、給電系が複雑化したりする。このため、リニア同期モータにおいて、地上側に１次コイルを配置することを試みた。しかし、地上側に１次コイルを配置する場合、従来のリニアモータのように、移動経路の全長に渡って連続してコイルを配置するのでは、コイルの使用量が増えてコストが増大する。

このような課題を解消する同期形リニアモータとして、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な電機子からなる複数の個別モータを、可動子の移動方向に間隔を開けて配列した離散配置のリニア同期モータを考えた。各個別モータは個別に制御する。この構成によると、個別モータが離散配置されるため、コイルの使用量が削減でき、コスト低下が図れる。

しかし、上記の離散配置リニアモータでは、可動子が、間隔を開けて配置された各個別モータを乗り移って移動することになるため、安定した移動や推力確保が問題となる。

この発明の目的は、駆動源として、コイル使用量の削減や給電形式上で有利となる個別モータの離散配置形式のリニアモータを採用しながら、走行体の安定した走行および推力確保が行える搬送システムを提供することである。

この発明の搬送システムは、被搬送物を搬送する走行体をレールに走行自在に設置した搬送システムにおいて、前記走行体を走行駆動する同期形のリニアモータを設け、このリニアモータは、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な複数の個別モータを、前記走行体の走行領域の全域に渡り、前記レールに沿って間隔を開けて配列し、永久磁石からなる可動子を前記走行体に設置し、前記可動子の走行方向の長さを、可動子が走行方向のどの位置にあっても複数の個別モータに渡って対向する長さとした。

この構成によると、同期形のリニアモータを用いたため、誘導形のリニアモータに比べて大きな推力が得易く、走行性能が向上する。同期形のリニアモータであるが、固定側に一次側の電機子を配置し、走行体には永久磁石の可動子を用いたため、走行体に走行駆動のための電流を供給する必要がなくて、走行駆動用の給電の都合上で走行経路が制限されることがなく、走行経路を環状に配置したり、カーブ部分を有する経路としたりするなど、複雑な走行経路を形成することが可能である。

また、一次側の電機子である個別モータは、間隔を開けて配列するため、過剰なコイル配置とならず、コイル使用量が削減され、効率的である。個別モータは間隔を開けて配列されているが、可動子の走行方向の長さを、可動子が走行方向のどの位置にあっても複数の個別モータに渡って対向する長さとしたため、可動子が走行方向の偏った位置で１個の個別モータのみに対向するという状態が生じず、安定した推力が得られる。同期形のリニアモータでは、一次側の電機子である個別モータと可動子との間に磁気吸着力や磁気反発力が作用し、これらの吸着力や反発力は推力以外に、走行の不安定化要因ともなるが、このような磁気力による影響も、複数の個別モータに渡って対向する長さとすることで安定し、走行体の走行が安定する。

この発明において、前記各個別モータは、前記走行方向の長さが互いに同じであり、前記可動子の前記走行方向の長さを、個別モータに対向する部分の長さの和が、１個の個別モータの長さ以上であるのが良い。個別モータに対向する部分の長さの和を、１個の個別モータの長さの和以上とすることで、より確実な走行の安定、推力確保が得られる。また、電機子である各個別モータは、個別に制御する形態とするのが、制御の簡易化の面で好ましいが、可動子の長さが１個の個別モータの長さ以上であると、各個別モータを個別に制御する形態としても、安定した制御が行える。

この発明において、前記各個別モータは、前記走行方向の長さが互いに同じで、かつ隣り合う前記個別モータ間の間隔が互いに同じあり、前記可動子の前記走行方向の長さを、個別モータの長さと、前記間隔の２倍の和よりも常に大きく設定するのが良い。これにより、上記構造を簡単に構成できる。

この発明において、前記各個別モータは、前記走行方向の長さが互いに同じで、かつ隣り合う前記個別モータ間の間隔が互いに同じであり、前記可動子の前記走行方向の長さを、個別モータ設置間隔の整数倍としても良い。可動子の長さを個別モータ設置間隔の整数倍とすると、可動子が走行経路のどの位置にあっても、個別モータとの対向面積の和が同じとなる。そのため、走行体がどの位置にあっても安定した推力が得られる。

請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る搬送システムと工作機械とを組み合わせた加工設備の一例を示す一部省略正面図である。 同搬送システムの側面図である。 同搬送システムの個別モータの配列を示す平面図である。 リニアモータの長さ方向の一部を示す拡大断面図である。 その一つの個別モータの平面図である。 リニアモータにおける可動子の長さを示す平面図で示す説明図である。 リニアモータにおける可動子の長さを示す平面図で示す他の説明図である。 この発明の第２の実施形態に係る搬送システムのリニアモータにおける可動子の長さを示す平面図で示す説明図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図７と共に説明する。図１は、この搬送システム１と工作機械２とでなる加工設備の正面図である。工作機械２は、図示の例では旋盤からなり、ベッド５１上に、主軸からなるワーク支持手段５２を支持する主軸台５３と、加工手段であるタレット型の刃物台５４とが設置されている。

搬送システム１は、加工の素材となる被搬送物Ｗを搬送する走行体３を、レール４に走行自在に設置し、走行体３を走行駆動する同期形のリニアモータ５を設けたものであり、工作機械２のワーク支持手段５２に対して被搬送物Ｗの受渡しを行う。レール４は、支柱１１により架設された水平なフレーム１２に、長手方向に沿って設けられている。

走行体３には、走行方向（Ｘ方向）と直交する前後方向（Ｚ方向）に進退する前後移動台１６が搭載され、前後移動台１６に昇降自在に設置された棒状の昇降体１７の下端にワーク保持ヘッド１８が設けられている。ワーク保持ヘッド１８に、被搬送物保持手段である複数のチャック１９が設けられている。前後移動台１６は、走行体３に設置されたモータ等の駆動源（図示せず）により前後移動させられ、昇降体１７は前後移動台１６に設置されたモータ等の駆動源により昇降駆動される。チャック１９は、シリンダ装置やソレノイド等の駆動源で開閉駆動されて被搬送物Ｗを保持するチャック爪（図示せず）を有している。

リニアモータ５は、フレーム１２に設置された複数の個別モータ６と、１つの可動子７とでなる。各個別モータ６は、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能なものであって、走行体３の走行領域の全域に渡り、レール４に沿って間隔を開けて配列されている。可動子７は永久磁石からなり、走行体３に設置されている。リニアモータ５を駆動するモータ駆動装置は、各個別モータ５をそれぞれ駆動する複数の個別モータ駆動装置８と、これら複数の個別モータ駆動装置８に位置指令等を与える総括制御手段（図示せず）とでなる。各個別モータ駆動装置８は、２台ずつ纏めて一つのモータ駆動回路部９とされ、各モータ駆動回路部９はフレーム１２上に設置されている。

図２に示すように、走行体３は、フレーム１２に設けられた一対の対向するレール４，４に、上下方向に接する車輪等のローラ２１と幅方向に接するローラ２２（図３）を介して走行自在に設置されている。フレーム１２には、この他に、走行体３の位置を検出する位置センサや、走行体３の永久磁石からなる可動子７の磁極を検出する磁極センサ（いずれも図示せず）が設けられている。位置センサと磁極センサとは、一つのセンサで兼用しても良い。

図３は、個別モータ６よりも上方の構成部品を削除して個別モータ６が露出するように示した図である。同図に示すように、レール４による走行体３の走行経路２３は、カーブ部２３ａを有していても良い。また、一つの搬送システム１に対して複数台の工作機械２を設置しても良い。なお、図３は、走行体３について図が見やすいように、走行体３をレール４上から外れた位置にも図示している。

図４に示すように、各個別モータ６は、３相交流電流で駆動されるものであり、各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）毎に一つの電極６Ｕ，６Ｖ，６Ｗを設けた３極の電機子とされる。これら電極６Ｕ，６Ｖ，６Ｗの並び方向は、可動子７の移動方向Ｘとされる。各電極６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、それぞれコア６Ｕａ，６Ｖａ，６Ｗａと、コイル６Ｕｂ，６Ｖｂ，６Ｗｂとでなる。コア６Ｕａ，６Ｖａ，６Ｗａは、共通のコア基台部６ｄからくし歯状に突出したものである。複数配列される各個別モータ６は、互いに同じ構成のものであり、従って可動子走行方向の長さＡは、いずれも同じ長さとされている。なお、この例では個別モータ６の極数を３としたが、３に限らず、３の整数倍、例えば９極としても良い。可動子７は、永久磁石からなるＮ，Ｓの磁極を可動子基体７ａに移動方向Ｘに並べて複数設けたものである。Ｎ，Ｓの磁極対の数は任意に設計すれば良い。図５は、一つの個別モータ６を平面図で示したものである。

上記構成のリニアモータ５において、図６に示すように、可動子７の走行方向の長さＢを、可動子７が走行方向のどの位置にあっても複数の個別モータ６に渡って対向する長さとしている。具体的には、可動子７の走行方向の長さＢが、個別モータ６の長さＡと、隣り合う個別モータ６，６間の間隔Ｃの２倍の和（Ａ＋２Ｃ）よりも常に大きく設定される（Ｂ＞Ａ＋２Ｃ）。 この実施形態では、隣り合う個別モータ６，６間の間隔Ｃは一定であり、間隔Ｃは、個別モータ６の長さＡに対して、同じであっても、または長くても短くても良い。また、図７に示すように、可動子７の走行方向の長さＢを、個別モータ６に対向する部分の長さＢａの和（２個に対向する場合は、Ｂａ＋Ｂａ）が、１個の個別モータ６の長さＡ以上となる長さとしている。

上記構成の搬送システム１によると、同期形のリニアモータ１を用いたため、誘導形のリニアモータに比べて大きな推力が得易く、走行性能が向上する。同期形のリニアモータ１であるが、固定側に一次側の電機子である個別モータ６を配置し、走行体３には永久磁石の可動子７を用いたため、走行体３に走行駆動のための電流を供給する必要がなくて、走行駆動用の給電の都合上で走行経路が制限されることがなく、走行経路２３を環状に配置したり、カーブ部分２３ａを有する経路としたりするなど、複雑な経路形状とすることが可能である。なお、走行体３に搭載された各駆動源には給電が必要であるが、非接触給電装置やトロリー装置（図示せず）を用いて給電することで、固定側と静止側とで物理的につながった配線を省くことができる。走行体３に搭載された各駆動源は、走行駆動源に比べて出力の小さいもので済むため、上記のような非接触給電装置等の採用が容易である。

また、一次側の電機子である個別モータ６は、間隔を開けて配列するため、過剰なコイル配置とならず、コイル使用量が削減され、効率的である。個別モータ６は間隔を開けて配列されているが、可動子７の走行方向の長さＢを、可動子７が走行方向のどの位置にあっても複数の個別モータ６に渡って対向する長さとしたため、可動子７が走行方向の偏った位置で１個の個別モータ６のみに対向するという状態が生じず、安定した推力が得られる。同期形のリニアモータ１では、一次側の電機子である個別モータ６と可動子７との間に磁気吸着力や磁気反発力が作用し、これらの吸着力や反発力は推力以外に、走行の不安定化要因ともなるが、このような磁気力による影響も、複数の個別モータ６に渡って対向する長さとすることで安定し、走行体の走行が安定する。

また、この実施形態では、可動子７の走行方向の長さＢを、個別モータ６に対向する部分の長さＢａの和が、１個の個別モータ６の長さＡ以上となる長さとしている。そのため、より確実な走行の安定、推力確保が得られる。また、電機子である各個別モータ６は、個別に制御する形態とするのが、制御の簡易化の面で好ましいが、可動子７の長さが１個の個別モータ６の長さＡ以上であると、各個別モータ６を個別に制御する形態としても、安定した制御が行える。

図８は、この発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は、図１〜７に示す第１の実施形態において、可動子７の走行方向の長さＢを、個別モータ設置間隔（Ａ＋Ｃ）の整数倍としたものである。図示の例では、隣り合う個別モータ６，６間の間隔Ｃは一定で、Ｂ＝２×（Ａ＋Ｃ）としている。このように、可動子７の長さを個別モータ設置間隔（Ａ＋Ｃ）の整数倍とすると、可動子７が走行経路のどの位置にあっても、個別モータ６との対向面積の和が同じとなる。そのため、走行体３がどの位置にあっても安定した推力が得られる。なお、この実施形態においても、図６と共に前述したように、可動子７の走行方向の長さＢを、可動子７が走行方向のどの位置にあっても複数の個別モータ６に渡って対向する長さとしている。図７と共に前述した構成、すなわち、可動子７の走行方向の長さＢを、個別モータ６に対向する部分の長さＢａの和（２個に対向する場合は、２×Ｂａ）が、１個の個別モータ６の長さＡ以上となる長さとするという条件は、充足させても、充足させなくても良い。

なお、上記各実施形態では、工作機械２のローダとなる搬送システム１に適用した場合につき説明したが、この発明は、物流用や各種産業機械における搬送システムに適用しても良い。

以上のとおり、図面を参照しながらこの発明の好適な実施形態を説明したが、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものもこの発明の範囲内に含まれる。

１ 搬送システム
２ 工作機械
３ 走行体
４ レール
５ リニアモータ
６ 個別モータ
７ 可動子
２１，２２ ローラ
Ａ 個別モータの長さ
Ｂ 可動子の長さ
Ｂａ 対向する部分の長さ
Ｗ 被搬送物

Claims (4)

1. 被搬送物を搬送する走行体をレールに走行自在に設置した搬送システムにおいて、
   前記走行体を走行駆動する同期形のリニアモータを設け、
   このリニアモータは、それぞれが独立した１台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能な複数の個別モータを、前記走行体の走行領域の全域に渡り、前記レールに沿って間隔を開けて配列し、永久磁石からなる可動子を前記走行体に設置し、前記可動子の走行方向の長さを、可動子が走行方向のどの位置にあっても複数の個別モータに渡って対向する長さとした搬送システム。
2. 前記各個別モータは、前記走行方向の長さが互いに同じであり、前記可動子の前記走行方向の長さを、個別モータに対向する部分の長さの和が、１個の個別モータの長さ以上である請求項１記載の搬送システム。
3. 前記各個別モータは、前記走行方向の長さ（Ａ）が互いに同じで、かつ隣り合う前記個別モータ間の間隔（Ｃ）が互いに同じあり、前記可動子の前記走行方向の長さ（Ｂ）を、個別モータの長さ（Ａ）と、前記間隔（Ｃ）の２倍の和（Ａ＋２Ｃ）よりも常に大きく設定した請求項１または請求項２記載の搬送システム。
4. 前記各個別モータは、前記走行方向の長さ（Ａ）が互いに同じで、かつ隣り合う前記個別モータ間の間隔（Ｃ）が互いに同じであり、前記可動子の前記走行方向の長さ（Ｂ）を、個別モータ設置間隔の長さ（Ａ+Ｃ）の整数倍とした請求項１または請求項２記載の搬送システム。

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