KR0123025B1 - 교류자기부상 반송장치 및 그 운전방법 - Google Patents

Abstract

도전성을 가진 상자성 또는 비자성금속재료로 이루어진 부상체를 교류전자석열 상부에서 부상시켜서 반송하는 교류자기부상장치에 있어서, 상기 부상체를 부상시키기 위한 제1의 주파수를 가진 단상교류전류원과, 상기 부상체를 반송하기 위한 제2의 주파수를 가진 3상교류전류원과, 2개의 상기 전류원으로부터의 교류전류를 가산하는 수단과, 가산된 교류전류를 상기 전륜전자석열에 공급하는 공급회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치 및 당해 운전방법. 효율이 양호한 부상체의 반송과 보다 정확히 소망되는 위치에 부상체를 정지시킬 수 있다.

Description

교류자기부상 반송장치 및 그 운전방법

제1도~제3도는 본 발명에 관한 자기부상반송장치의 기본구성을 설명하기 위한 도면.

제4도 및 제5도는 본 발명의 제1실시예에 관한 구성도 및 동작설명도.

제6도는 본 발명의 제2실시예에 관한 교류자기부상 반송장치의 기본구성을 표시한 사시도.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 관한 교류자기부상 반송장치의 구성을 표시한 블록구성도.

제8도는 동실시예에 있어서의 교류자기부상 반송장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍차아트.

제9도는 동실시예에 있어서의 1개의 섹션을 구성하는 복수개의 전자석의 결선구조를 설명하기 위한 도면.

제10도는 본 발명의 제3실시예에 관한 교류자기부상 반송장치의 개략구성을 표시한 도면.

제11도는 제10도의 구성의 동작을 설명하기 위한 타이밍차아트.

제12도는 본 발명의 제4실시예의 동작원리를 표시한 다이어그램.

제13도는 본 발명의 제5실시예의 동작원리를 표시한 다이어그램.

제14도는 제13도의 실시예의 부분 평면도.

제15도는 제13도의 실시예의 부분 측면도.

제16도는 제13도의 실시예의 동작 설명도.

제17도는 본 발명의 제6실시예의 부분 구성도.

제18도는 종래예의 정면도.

제19도는 동종래예의 평면도.

제20도는 동종래예에 있어서의 부상용전류 파형을 표시한 도면.

제21도는 동종래예에 있어서의 반송용 3상교류 파형을 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 교류전자석 열(列) 2 : 부상체

3 : 3상교류전자석 4 : 부상체검출센서열

5 : 전환신호발생기 11 : 전류증폭전원

12 : 신호가산기 13 : 단상발진기

14 : 3상발진기 01 : 교류전자석

본 발명은, 예를 들면 먼지의 발생을 꺼리는 반도체 제조장치에 있어서의 웨이퍼반송기기, 윤활유의 비산을 꺼리는 진공반송, 나아가서는 고온분위기속의 반송장치, 기타, 비접촉으로 돌체를 반송하는 일이 요구되는 분야에 사용하는 반송장치에 관한 것이다.

특히 본 발명은 피반송물체를 도전성을 가진 비자성금속재료로 이루어진 부상체의 상부에 얹어놓고, 이부상체를 교류전자석열 상부를 부상반송시키는 교류자기부상반송장치 및 그 운전방법에 관한 것이다.

먼지의 발생이나 윤활유의 비산등을 꺼리는, 예를 들면 반도체제조 프로세스라인등에 있어서의 반도체 웨이퍼등의 물체의 반송이나 이동을 행하는 기구의 베어링에는, 영구자석 또는 전자석을 사용한, 이른바 자기 베어링이 사용된다. 이는, 자석간 또는 자석과 자성재료와의 사이에 작용하는 자기적 흡인력 또는 반발력을 이용해서 반송물체 또는 지지물체를 빈틈을 개재해서 비접촉으로 부상시키는 것이다.

자기부상반송장치에 관해서는, 여러가지의 발명·고안이 출원되어 있으며, 이미 실용화되고 있는 것도 많다.

이들중, 전자석을 사용한 자기베어링은 필요전력이 적어서 해결되는 메릿은 있다. 그러나, 본래, 불안정한 흡인력을 전기적제어에 의해 안정화할 필요가 있기 때문에, 고성능인 제어회로장치 등이 필요하다는 것, 또, 그것에 필요한 갭센서등의 부대부품을 많이 필요로 하는 등의 결점을 가지고 있다. 특히 긴 거리를 반송시키는 경우는, 이들 제어장치를 반송라인 전체에 걸쳐서 설치할 필요가 있어, 구조적 및 호스트적으로 곤란이 많다.

이와같은 불편을 회피하는 수단으로서, 일반적으로, 반송되는 물체쪽에 필요한 제어회로나 센서를 탑재하는 방식이 채용된다. 그러나 이 경우 물체쪽에 전지 등의 전원을 설치할 필요가 있으며, 정시간의 사양에는 충전시스템과 급전시스템이 새로히 필요하게 되는 등, 설비상의 다른 문제가 생긴다.

한편, 자기반발력을 이용하는 방법에 의하면, 상기한 바와 같은 제진장치는 원칙적으로는 필요하지 않아, 장거리의 반송기구로서는 장치상 큰 이점을 가지고 있다.

그러나, 영구자석만을 조합한 반발부상기구는 실제적으로는 실현불가능하게 되어 있으며, 적어도 1축 이상의 자유도를 상기한 제어회로에 의해 안정화시킬 필요가 있는 것으로 언급되고 있다.

이에 대해서, 교류전자석을 사용한 유도반발식의 자기부상기구는, 유도재료로 이루어진 부상체의 형상을 연구하므로서, 부상체를 안정적으로 부상시키고, 지지할 수 있는 것이 원리적으로 확인되어 있다.

제18도~제21도는 상기 유도반발방식의 자기부상기구의 일례를 표시한 도면이다. 도면중(01)은 교류전자석, (2)는 반송되는 부상체이며, 알루미늄 등의 가볍고 통전성이 높은 재료가 적합하다. 운반하고 싶은 반송물체는, 통상적인 경우 이부상체(2)의 상부에 놓게 된다. 도면에 있어서 교류전자석(01)에 제20도 중의 (4)에 표시한 단상교류전류를 통전하면, 그 상부에 고변자계가 발생한다. 그 자계중에 부상체가 있기 때문에, 이부상체의 알루미늄 재료중에는 와전류하고 호칭되는 교번전류가 흐르게 된다.

이 완전류에 의해서 생기는 자계는, 전자석에 의해서 생기는 자계와 서로 반발하는 방향으로 형성된다.

이 때문에, 상기 반발력에 의해서 부상체에는 제18도 및 제19도 중, F1로 표시한 부상력이 작용하게 된다.

또한, 제18도 및 제19도 중, (3)으로 표시한 3상교류전자석에 대해서, 제21도중 (5),(6),(7)로 표시한 3상교류전류를 통전하면, 부상체(2)에는 도면중 F2로 표시한 주행력이 작용하고, 부상체가 반송된다.

이상 이 교류반발방식을 사용한 교류자기부상반송장치의 종래예의 하나이다.

상기한 바와 같이 유도반발방식에 있어서도 부상용 전자석과 주행용전자석을 별개로 사용해서 구성할 필요가 있으며, 전원도 각각 별도의 전원을 필요로 한다. 이 때문에 기구전체가 대규모가 되어, 매우 높은 코스트의 것으로 되어 있었다.

또, 상기한 교류자기부상반송장치에 있어서, 부상체를 반송기동(起動)이 있는 위치로부터 다른 어떤 위치까지 부상반송시킬 경우, 종래는 배설시킨 궤도상의 모든 전자석의 코일에 교류전류를 공급해서 여자하고 있었다.

이 경우, 코일의 인덕턴스가 매우 큰 값이 되고, 그에 거역에서 소정의 전류를 흘리는데는 대용량의 전원을 필요로 하는 문제가 있었다. 또, 실제적으로는 부상체를 부상시키는 데에 기여하고 있지 않는 전자석도 여자하고 있기 때문에, 전력효율이 매우 나쁘고, 낭비가 많다고 하는 문제도 있었다.

또, 반도체 프로세스 라인등에 있어서는 반소로와 프로세스장치간에서 웨이퍼의 주고받음을 행할 필요가 있으며, 교류자기부상반송장치를 반도체웨이퍼 등의 반송에 적용하기 위해서는 부상체의 정지위치 정밀도가 중요하다.

그러나, 종래로부터 알려져 있는 부상체의 이동을 위한 자계성분의 강도를 단순히 0으로 점차 감소시키는 방법에 의해서는, 부상체의 주행관성력의 영향이 있기 때문에, 부상체의 미묘한 정지위치제어가 곤란하다. 따라서, 정지정밀도가 좋지 않다고 하는 문제가 있었다.

상기한 바와 같은 종래 기술이 가진 문제점에 비추어 본 발명의 목적은, 반송라인 전체에 부상을 안정화시키기 위한 제어장치를 필요로 하지 않는 유도반발방식의 반송장치에 있어서 교류전자석을 사용한 종래의 부상기구부만으로, 각별한 반송용전원을 사용하지 않고, 반송을 행하게 할 수 있는 저코스트인 제작이 가능한 교류자기부상반송장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 필요최소한의 전원용량으로 효율적으로 반송을 행하게 할 수 있는 교류자기부상반송장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은, 교류자기부상반송장치에 있어서, 부상체의 정지위치를 정밀도있게 제어하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 기본적 수단으로서 다음과 같은 수단을 강구하였다.

도전성을 가진 상자성 또는 비자성금속재료인 부상체를 교류전자석의 교번자계를 이용해서 부상반송되는 교류자기부상반송장치에 있어서, 반송방향으로 설치된 교류전자석배열로 통전하는 교류전류로서, 부상체를 부상시키기 위한 예를 들면 비교적으로 높은 주파수의 단상교류전류와, 부상체를 주행시키기 위한 예를 들면 비교적으로 낮은 주파수의 3상교류전류를 가산한, 2개의 주파수성분을 가진 3상교류전류를 사용한다.

즉, 2개의 주파수성분은 가진 교류전류를 사용해서 반송방향으로 형성된 교류전자석배열의 여자를 행하도록 한 것으로서, 부상용전자석, 주행용전자석을 따로따로 설치할 필요가 없고, 반송라인을 간소한 형태로 실현할 수 있다. 또 전자석과 함께 전원도 부상용과 주행용을 겸용할 수 있다. 이 때문에 코스트를 대폭적으로 삭감할 수 있다.

또, 부상체의 반송을 효율있게 행하기 위해서는 부상체의 바로 아래의 전자석만을 부상체의 이동에 맞추어서 전환하면서 구동해가면 되는 것에 착안하고, 본 발명은, 부상체의 위치검출용의 검출수단, 예를 들면 반송궤도(전자석열)로 따라서 배치되는 부상체검지용이 센서열을 배설하고, 이센서열(검출수단)의 출력을 기초로 부상체의 위치를 검출하고, 검출된 부상체의 위치에 의거해서, 이부상체를 부상반송시키는 데에 필요한 전자석을 시이퀀스적으로 여자하는 반송장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 전자석열은, 적어도 부상체의 반송방향의 길이에 의해 긴 피치에 의해서 전기적으로 구분된 복수의 섹션으로 분할되어, 전환수단에 의해 섹션단위로 통전해서 선택적을 구동된다.

즉, 본 발명의 장치는, 센서열의 출력을 기초로 부상때의 위치를 검출하고, 그 위치에 의거해서 부상체를 부상반송시키는데 필요한 전자석섹션을 결정해서, 그 섹션을 통전해서 그 섹션내의 모든 전자석을 여기(勵起)하는 동작을 반복한다. 이와같이 해서, 부상반송되는 부상체의 위치에 따라서, 전자석섹션이 시이퀀스적으로 통전되므로서, 반송궤도가 되는 전자석열을 모두 여자하지 않아도, 부상체를 안정해서 부상반송시킬 수 있다.

또, 본 발명의 교류자기부상체의 정지방법에 의하면, 배열된 교류전자석을 소정의 길이로, 반송방향을 따라서 복수개의 섹션으로 분할하고, 반송시에는 상기 섹션에 부상용의 단상교류 및 진행용의 3상교류를 흘려서 부상진행시키는 상기한 반송장치에 있어서, 정지시에는 소정의 정지위치까지의 상기 섹션에 부상용의 단상교류 및 진행용의 3상교류를 흘리는 동시에 상기 정지위치를 넘어간 위치에 있는 섹션에 부상용의 단상교류 및 퇴행용의 3상교류를 흘리고, 상기 진행용의 3상교류의 흐르는 섹션 및 상기 퇴행용의 3상교류의 흐르는 섹션 사이에 정지시킨다. 또, 여기서, 부상체의 반송방향길이를, 정지위치에 있어서의 단상교류자계가 약한 부분과 또 하나의 약한부분과의 사이의 거리에 맞추어서 설정하므로서, 정지시에는 3상교류를 끊고, 부상체를 정지위치에 유지시킬 수 있다.

상기한 방법에 의해서, 소정의 방향으로 부상체를 진행시킬 때, 부상체의 근처의 섹션에 부상용의 단상교류 및 진행용의 3상교류가 흐르면, 부상체는 전자작용에 의해서 부상하고, 또한 진행방향용 자계의 전자작용에 의해서 진행방향으로 반송된다.

한편, 부상체를 소정의 섹션사이에 정지시킬 때는, 소정의 정지위치를 넘어간 곳에 있는 섹션에 부상용의 단상교류 및 퇴행용의 3상교류가 흐르게 된다. 그러자 정지위치 근처에 반송된 부상체는, 그 전방의 퇴행용의 3상교류가 흐르는 섹션 위에서 퇴행력(역진행력)을 받고, 진행용의 3상교류가 흐르는 섹션과, 이 퇴행용의 3상교류가 흐르는 섹션과의 중간에 정지한다.

이와 같이 해서, 부상체는 소정의 정지위치에 정밀도있게 정지할 수 있다.

또 상기한 바와 같이 부상체의 길이와 전자석배열의 피치의 관계를 정하므로서, 소정의 정지위치에 부상체가 정지하였을 때, 당해 정지위치의 전후에 있는 섹션의 3상교류가 끊어지게 되면, 부상체는 단상교류자계에 의해 부상되나, 부상체의 전후단부는 각각 자계의 약한 부분에 있기 때문에, 예를 들면 약간 진행방향으로 드리프트하였다고 하면 전단부는 점점 강하게 되는 자계를 받기 때문에 후퇴방향의 힘이 작용하여 원래의 위치에 되돌려진다. 이와 같이 해서 부상체는 정지위치에 정밀도 있게 안정적으로 유지된다.

이하에 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적 예를 설명한다.

본 발명의 기본적 구성에 의하면, 제1도~제3도에 표시한 바와 같이, 도전성을 가진 상자성 또는 비자성 금속재료로 이루어진 부상체(2)를 교류전자석(1)의 교번자계를 이용해서 부상반송시키는 교류자기부상반송장치에 있어서, 반송방향으로 형성된 교류전자석배열에 통전하는 교류전류로서, 부상체를 부상시키기 위한 예를 들면 비교적으로 높은 주파수의 단상교류전류와, 부상체를 주행시키기 위한 예를 들면 비교적으로 낮은 주파수의 3상교류전류를 가산한, 2개의 주파수성분을 가진 3상교류전류(a),(b),(c)를 사용한다.

제4도는 본 발명의 구체적인 제1실시예를 도시한 도면이다.

제4도에 있어서(1)은 부상 및 구동을 겸용한 전자석열로서, 각 요우크에는 여자코일 U1, U2, ……, V1, V2, ……, W1, W2, ……가 감겨져 있다. 그 권선방식은 U, V, W의 3상방식이며, 예를 들면 U1이 N극일 때 U2가 S극, U3이 N극……이 되도록 결선된다.

(11)은 전류증폭전원, (12)은 신호가산기, (13)은 단상의 발진기, (14)는 3상의 발진기이다.

단상의 발진기(13)은 부상체(2)의 부상에 필요한 50~150Hz의 단상의 교류신호를 발생시킨다. 또3상의 발진기(14)는 부상체(2)를 주행시키는데 필요한 50Hz 이하의 3상의 교류신호를 발생시킨다.

상기한 발진기(13) 및 (14)로부터 신호는, 신호가산기(12)에서 가산되어, 전류증폭전원(11)에 입력된다.

전원증폭전원(11)은, 이 입력신호에 의거한 상기한 단상 및 3상이 가산된 전류를 증폭하고, 이를 각 코일에 공급한다. 가산되는 2개의 전류의 강도는 후술하는 바와같이 발진기의 레벨을 변화시켜서 조정된다.

다음에 상기한 같이 구성된 장치의 동작을 설명한다.

제4도에 표시한 것같이 반송방향으로 배열된 교류전자석(1)에 대해서, 제3도에 표시한 바와 같은 3상교류전류(a),(b),(c)를, 3상의 U상에 상당하는 (a), V상에 상당하는 (b), W상에 상당하는 (c)의 순서로 순번으로 반복해서 통전한다.

상기 3상교류전류(a),(b),(c)에 포함되는 높은 주파수성분은, 부상체(2)의 부상에 최적한 주파수이며, 제3도중의 (a),(b),(c)의 각각에 대해서 동상이다.

이에 의해서, 부상체(2)의 알루미늄재료중에 와전류가 발생하고, 부상체는 교류전자석(1)과 서로 반발한다.

이리하여 제1도중 F1로 표시한 부상력이 작용하고 부상체(2)는 부상한다.

부상체(2)를 부상시키기 위한 부상력 F1을 얻는 교류전자석용의 전류의 주파수로서는, 부상체(2)의 재질, 판두계 등에 의해 최적한 값이 존재하는 것이 알려져 있다.

주파수가 지나치게 높아도, 부상력 F1은 감소한다. 부상체(2)가 알루미늄의 경우의 최적한 주파수는, 50~150Hz 정도이다.

한편, 3상교류전류(a),(b),(c),(F1G.3)에 포함되는 주파수성분은, 부상체(2)를 느린 속도로 주행시키기 위한 3상교류전류이다. 이 3상교류전류에 의해 교류전자석(1) 상부에는 이동자계가 발생한다. 이 이동자계와 당해 이동자계에 의해 부상체(2)에 흐르는 와전류에 의해서, 제1도중 F2로 표시한 힘이 작용하고, 부상체(2)는 반송방향으로 배치된 교류전자석(1)의 상부를 주행한다.

또, 부상체(2)를 주행시키기 위한 주행력 F2는 3상교류에 의해 얻게 되나, 이 주파수가 높으면 주행속도가 빠르게 되어, 부상체(2)의 주행, 정지 등의 제어가 곤란하게 된다. 따라서, 부상체(2)의 제어를 행하기 쉽게 하려면 저주파수의 3상교류에 의해 구동하고, 느린 속도로 주행시킬 필요가 있다.

또한, 부상체(2)의 알루미늄의 경우의 부상용 최적주파수는 50~150Hz이나 이 주파수에서는 주행속도가 지나치게 빨라서, 부상체(2)의 제어는 행하기 어렵다. 주행을 위한 적정한 주파수는 50Hz이다.

제5도는, 부상체(2)의 주행모우드에 따른 양자의 전류강도패턴을 표시한 도면이다. A는 부상용의 단상여자전류강도, B는 주행용의 3상여자전류강도를 표시한다. 통상적으로, 부상상태에서는 주행마찰력은 자기 때문에, B로서는 A에 비해 제법 작은 레벨의 것을 사용한다.

먼저, B를 0의 상태로 하고, A를 서서히 설정치까지 증가하면 부상체(2)가 부상상태로 된다. 그 상태에서, 다음 B를 서서히 증가시키면, 부상체(2)에 주행력이 작용하며, 주행한다. 정지할 경우는, 이 반대로 B를 서서히 감소시키면 된다. 또 주행방향을 반대로 할 경우에는, 3상중, 2상(예를 들면, U상과, W상)의 결선을 입환하면 가능하다.

제6도는 본 발명의 장치의 제2실시예의 기본구성을 표시한 사시도이다. 동도면에 있어서, (1)은 교류의 변동자계를 발생시키기 위한 교류전자석열이며, 다음에 설명하는 부상체(2)의 반송궤도를 이룬다. 전자석열(1)은, 열방향으로 복수개의 섹션(전자석 섹션)에 전기적으로 분할되어, 섹션단위로 통전되도록 되어 있다.

(2)는 반송물을 적재해서 전자석열(1) 상부를 부상반송하기 위한 부상체, (3)은 전자석열(1)중, 선택된 전자섹션에 전류를 공급하기 위한 전원이다. (4)는 부상체(2)의 통과를 검지하고, 그 위치를 측정하기 위하여, 전자석열(1)(반송궤도)로 따라서 배치된 부상체검출센서열, (5)는 부상체검출센서열(4)의 검출신호를 기초로 통전해야할 전자석섹션을 전환하기 위한 전환신호를 발생하는 전환신호발생기, (6)은 전환신호발생기(5)로부터의 전환신호를 기초로 통전하는 전자석섹션을 전환하는 전환기이다. 이 전환기(6)은, 도시하고 있지 않으나, 전환신호발생기(5)와 전기적으로 접속되어 있는 것을 물론이다.

또한, 제6도에 있어서는, 부상체검출센서열(4)가 전자석열(1)의 측면을 따라서 배치되어 있으나, 그 배치개소는, 부상체(2)를 검지할 수 있는 부분이라면, 전자석열(1)의 상부면이라도 하부면이라고 되며, 특히 제6도의 배치에 한정하는 것은 아니다.

제7도는 제6도에 표시한 교류자기부상반송장치의 동작을 설명하기 위한 블록구성도이며, 전자석열(1)중의 섹션 1.1~1.5의 5섹션분의 구성을 표시한 것이다. 제7도의 구성은, 설명의 편의상, 2열의 전자석열(1)의 각각 반송방향으로 5개의 요우크부가 1섹션을 구성하도록 구분된 경우를 표시하고 있어, 제6도와는 상위한 것에 주의하여 주기 바람. 이 섹션(여기에서 섹션 1.1~1.5)의 길이(피치)는, 적어도 부상체(2)의 반송방향의 길이(반송방향길이)보다도 길게 되도록 선택되어 있다. 여기서는 부상체(2)의 반송방향길이는 요우크2개분이다. 또, 제7도의 구성에서는, 부상체(2)의 통과를 검지하는데 필요한 부상체검출센서가, 각 섹션마다 2개(섹션앞부분 및 섹션뒷부분에 1개씩 제2개) 배치되어 있으며, 이들의 부상체검출센서에 의해 부상체검출센서열(4)가 구성된다. 또한 제7도에 있어서, 4.1A, 4.1B, 4.5A, 4.5B는 섹션 1.1~1.5에 대응해서 배설된 부상체검출센서이며, 그 종류로서는, 광학식만이라도 유도자계식이라도 상관없다. 단, 전자석의 자계의 영향을 받지 않는 신뢰성이 있는 것이 바람직하다.

다음에, 제6도에 표시한 바와 같은 교류자기부상반송장치의 동작을, 제7도의 블록구성도에 따라서, 제8도의 타이밍차아트를 참조해서 설명한다.

지금, 시간 a에 있어서, 부상체(2)가 전자석열(1)(반송궤도)을 따라서 제7도의 화살표시의 방향으로 진행하고 있는 것으로 한다. 이 시간(a)의 상태에서는, 제8도에 표시한 바와 같이 섹션 1.3만이 작동하고 있다. 다음이, 부상체(2)가 제7도의 화살표시방향으로 더 진행하고, 그 선단부가 시간 b에 있어서 부상체검출센서 4.3B의 검지위치에 이르면, 센서 4.3B가 온으로 되어 제8도에 표시한 바와 같이 유효한 부상체검출신호가 출력되도록 된다. 전환신호발생기(5)는, 부상체검출센서 4.3B로부터의 부상체검출신호의 일어서기를 시작으로, 다음의 섹션 1.4를 작동시키기 위한 전환신호를 발생한다. 이에 의해 전환기(6)은, 섹션 1.4에 대해서 전원(2)으로부터 전류를 공급시키고, 제8도에 표시한 바와 같이 섹션 1.4가 통전상태로 되어 작동을 개시한다. 이 상태에서는, 섹션 1.3도 여전하게 작동하고 있다.

부상체(2)가 더 진행하여, 그 선단부가 시간 c에서 부상체검출센서 4.4A의 검지위치에 이르면, 동센서 4.4A가 온으로 된다. 곧, 부상체(2)가 시간 d에서 부상체검출센서 4.4A를 통과하고 나서, 동센서 4.4A가 오프가 되면, 즉 부상체(2) 전체가 섹센 1.3을 빠져나와서 다음 섹션 1.4 상부에 위치하게 되면, 센서 4.4A의 검출신호의 일어서기에 따라서 전환기(6)에 의한 전환이 행하여지고, 섹션 1.3의 통전이 끊어진다. 이결과, 섹션 1.4만이 통전상태로 된다.

즉 부상체(2)가 인접하는 2개의 섹션에 걸쳐서(또는, 그것에 가까운 상태에서) 부상반송하고 있는 기간은, 이들 2개의 섹션을 통전해서 작동시켜서, 선행하는 섹션을 빠져나와서 후속의 섹션(의 소정범위)에 들어갔을 경우에는, 선행하는 섹션의 통전을 정지시킨다. 이 동작(이것을 분할구동동작이라 호칭한다)을 순차로 연속해서 행한다. 이 순차적인 동작의 연속에 의해서, 부상체(2)는, 모든 섹션을 통전해서 작동시키지 않아도 반송궤도(전자석열 1) 상부를 부상해서 반송된다.

상기한 반대방향으로 반송하는 경우에도 동작으로서는 완전히 마찬가지이다. 단, 진행방향에 대해서는 미리 지령을 부여하고, 그 지령(또는 그 지령에 의한 진행방향신호)에 의거하여, 상기 각 섹션마다 배설된 2개의 센서(섹션의 반송방향 일단부에 배치된 센서와 타단부에 배치되는 센서)의 역할을 선택할 수 있다.

즉 부상체(2)의 어느 섹션에의 진입 또는 동섹션으로부터 물러나는데 대응동작하는 일러서기작동 또는 내리서기작동의 역할을 선택하는 것으로 한다.

또, 반송시동시에 대해서는 부상체(2)는 임의의 섹션의 중앙부근에 세트되는 것으로 하고, 또한, 그 섹션을 지정하는 섹션번호가 입력되어, 그 입력섹션번호로 지정함에 섹션의 전자석이 먼저 통전된다. 그리고, 이 통전에 의해 부상체(2)의 반송이 개시된 후는, 상기 시이퀀스에 따라서 동작한다.

다음에, 1개의 섹션을 구성하는 복수개의 전자석의 결선의 일례에 대해서, 제9도를 참조해서 설명한다.

제9도는 제7도에 표시한 바와 같은 2열의 전자석열(1)중의 한쪽 열의 일부를 표시한 것으로 6개의 요우크를 1섹션으로 하였을 경우의 예이다. 도면중, T_a, T_b, T_c는 3상의 교류전류로서, 제6도 및 제7도에 표시한 전환기(6)의 일부를 이루는 스위치(7)을 개재해서 코일에 접속되어 있다. 제9도에 있어서의 결선방식은, 일반적인 리니어모우터에 사용되는 집중권선의 부류에 속하는 것으로, 도면에서는 2극 3상방식에 상당한다.

그런데, 제9도의 구성에서는, 스위치(7)의 통전과 동시에, 전자석1a,1a',1b,1b',1c,1c' 상부에 화살표시로 표시한 방향의 이동자계가 발생하고, 부상체(2)가 부상하는 동시에 화살표시의 방향으로 반송된다. 스위치(7)의 온/오프는 상기한 시이퀀스에 따라서 전환신호발생기(5)로부터의 전환신호에 의해서 행하여지는 것이다.

또한, 섹션의 길이에 대해서는, 제9도에서는 2극이나, 이를 2조직렬 또는 병렬로 접속해서 구성되는 4극 3상방식, 또 3조 접속한 6극 3상방식 등을 생각할 수 있다. 단, 본 발명의 목적에 따르면, 극력적은 극수로 분할하는 쪽이 효율상은 양호하게 된다. 그러나, 부상체(2)의 반송속도와의 균형이 있어, 지나치게 작게는 할수 없다. 이는, 코일에 흐르는 전류의 일러서기특성은, 그 코일의 인덕턴스와 저항에 의해서 결정되고, 스위치(7)을 폐쇄해도 곧 전류는 흐르지 않기 때문에, 충분히 전류가 일어선 후에 부상체(2)가 그 섹션에 진입해오게 구성을 채택할 필요가 있기 때문이다.

또한, 코일의 감는 방법에 대해서는, 상기한 외의 분포감기라고 호칭되는 방식이 있으며, 또, 결선방법에도 델터결선, 스타아결선(제9도에 표시한 결선)등 각종 있으나, 모두 본 발명에 적용할 수 있는 것은 물론이다.

이상은, 전자석을 부상 및 반송의 양쪽 겸용으로 이용하는 경우에 대해서 설명하였으나, 제18도 및 제19도에 표시한 것같이 부상용의 전자석열(01)과 반송용의 전자석열인 리니어모우터(03)에 분리한 구성의 교류자기부상반송장치에도, 본 발명은 적용가능하다.

이 경우, 부상용의 전자석열(01)과 반송용의 리니어모우터(전자석열)(03)의 양쪽을, 상기한 바와 같은 분할구동방식으로 하는 것도 가능하며, 부상용의 전자석열(01)만을 분해구동방식으로 하는 것도 가능하다. 부상용 전자석열(01)에는 단상의 교류전류를 공급하면 되고, 제9도를 사용해서 설명한 바와 같은 3상의 경우의 분할과 같은 극수의 고려는 필요가 없으며, 제법 작은 단위에서 분할이 가능하게 되는 특징이 있다.

이와같이, 부상용과 반송용을 분리하는 이점은, 부상력과 반송구동력을 임의로 제어할 수 있는데 있으며, 반송속도제어나 정지위치제어를 하기 쉽게 된다고 하는 큰 특징을 가진다. 또한, 부상체(2)는 공중에 부상하고 있는 경우, 반송방향의 저항은 대단히 작으며, 리니어모우터(03)의 용량은 비교적 작은 것이라도 실용에 제공하는 일이 가능하게 된다.

그런데, 제7도의 구성에서는, 부상체(2)의 위치를 검출하기 위한 부상체검출센서를, 각 섹션마다 2개배설한 경우에 대해서 설명하였으나, 각 섹션마다 1개로 하는 것도 가능하다. 제10도는 이와 같은 구성의 본 발명의 제3구체적 예의 일부의 구성을 표시한 것이고, 4.2~4.4는 섹션 1.2~1.4에 대응해서 배설된 부상체검출센서이다. 이 부상체검출센서 4.1~4.4는 부상체(2)의 반송방향을 따르는 섹션 1.2~1.4의 예를 들면 중앙에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 여기서, 부상체(2)의 반송방향의 길이(반송방향길이)는 각 센션의 반송방향길이보다도 작으며, 예를 들면 1/2 이하로 된다.

다음에 제10도이 구성에 있어서의 섹션전환(분할구동) 시이퀀스에 대해서, 제11도의 타이밍차아트를 참조해서 설명한다.

지금, 부상체(2)가 제10도에 표시한 바와 같이 섹션 1.2 상부에 위치하고, 이에 의해 부상체검출센서 4.2가 부상체(2)를 검지해서 온의 상태로 되어 있는 것으로 한다. 이때, 부상체(2)가 존재하는 섹션 1.2와 다음의 섹션 1.3의 2섹션이 제11도에 표시한 바와 같이 통전상태로 되어 있다. 다음에 부상체(2)가 제10도의 화살표시의 방향으로 진행해가고, 부상체검출센서 4.3에 의해서 검지되면, 동센서 4.3이 온으로 된다. 이때의 센서4.3의 검출신호의 일어서기를 시초로, 제11도에 표시한 것같이 현 섹션 1.3의 다음의 섹션 1.4가 통전상태로 되고, 동시에 부상체(2)가 통과한 섹션 1.2는 오프로 된다. 본 실시예에서는, 부상체 2의 반송방향길이는 섹션의 그것에 1/2 이하이기 때문에, 센서 4.3이 온으로 되었을 때에는, 부상체(2)는 섹션 1.2를 반드시 통과하고 있으며, 상기와 같이 오프로 하더라도(통전을 정지하더라도) 문제는 없다. 이 방식에서는, 제11도에 표시한 것같이, 항상 인접하는 2개의 섹션이 통전상태로 되어 있다. 또한, 센서의 검출신호에 의한 섹션의 온/오프의 선택은, 각 시그먼트마다 2개의 부상체검출센서를 배치한 상기 제2실시예와 마찬가지로, 부상체(2)의 진행방향을 표시한 신호에 의해서 행하면 된다.

본 발명에 의한 부상체의 정지방법의 3개의 구체적 예를, 이하에 설명한다.

상기한 본 발명의 장치(제2 및 제3구체적예)에 있어서는, 다음과 같은 방법으로 부상체(2)를 정지시킬 수 있다. 제12도에 있어서, 교류전자석열(1)은, 섹션(블록)에 전기적으로 불할되어 있다. 부상체(2)의 반송방향으로 시설된 전자석배열의 섹션(블록)을 1.1, 1.2, 1.3, 1.4로 표시한다. 부상체(2)가 전자석섹션 1.1 상부로부터 섹션 1.4 상부까지 주행하는 경우, 3상교류에 의한 이동자계의 방향을 각 섹션에 있어서 도면중의 B1, B2, B3, B4의 화살표시의 방향으로 하므로서, 부상체(2)는 상기한 반송원리에 의해 섹션상부를 1.1에서부터 1.4까지 주행을 행한다. 부상체(2)가 전자석블록 1.4에 들어가서 주행속도가 작아짐에 따라서, 섹션 1.4에 있어서 작용하는 이동자계의 강한 정도를 B4로부터 차츰 작게 해서, 부상체(2)가 정지하였을 때, 이동자계의 강한 정도도 0이 되도록 이동자계의 강한 정도를 제어해서 부상체의 정지제어를 실현하고 있다.

그러나, 이 방법에 의한 경우에는, 부상체의 정지위치는 부상체의 주행관성력과 제동력으로서 작용하는 자계의 강한 정도(B4)와의 균형에서 결정된다. 따라서, 정지위치의 정밀도는 반드시 높지 않다.

보다 높은 정지위치정밀도가 요구되는 경우에는, 본 발명의 운전방법에 의해서, 제13도에서부터 제16도를 참조하면서 이하에 설명하는 제5실시예의 수순에 따라서, 부상체를 정지시킬 수 있다.

제13도는 전체적인 구성을 도시한 측면도, 제14도는 부분상태를 도시한 평면도, 제15도는 동측면도, 제16도는 위치검출의 작동설명도이다.

제13도에 표시한 것같이, 운반방향을 따라서 설치된 전자석(1)의 열을, 전자석(1)을 복수개 포함하고 또한, 부상체(2)의 길이 L'의 수배의 길이 L을 가진 섹션으로 분할한다(도면에서는 1.1~1.4를 섹션만이 표시되어 있다). 또 각 섹션의 전자석(1)은 섹션마다 부상용의 단상교류 및 진행(퇴행)용의 3상교류로 여자되도록 전환제어된다.

이상의 구성에 있어서, 부상체(2)를 섹션(블록) 1.1에서부터 1.4의 방향으로 운반하고, 섹션 1.3과 1.4사이의 위치 S에 정지시키는 경우에 대해 설명한다.

섹션 1.1의 각 전자석(1)에 부상용의 단상교류와 진행용의 3상교류를 흐르게 하면, 부상체(2)는 부상하고, 진행한다. 순차적으로 섹션1.2, 1.3이 마찬가지로 여자되고, 부상체(2)는 섹션 1.2에서부터 섹션 1.3으로 진행한다. 부상체(2)가 섹션 1.3상부에 오면, 섹션 1.4에는 부상용의 단상교류 및 퇴행용의 3상교류를 흐르게 한다. 부상체(2)는 섹션 1.4로 향해서 진행하고, 앞부분이 섹션 1.4 상부에 오면, 부상채(2)의 주행관성력과 이동자계 B4에 의한 반주행방향의 힘에 의해 섹션 1.3방향으로 되돌려지고, 섹션 1.3방향으로 되돌려진 부상체(2)는 이동자계 B3에 의한 주행방향의 힘으로 다시 섹션 1.4쪽으로 되돌려진다. 이를 반복하는 동안에 부상체(2)의 주행관성력은 없어지고, 제14도, 제15도에 표시한 것같이 부상체는 섹션 1.3과 1.4의 경계가 부상체의 중심이 되는 소정의 위치 S에 정지(정지위치란 부상체의 길이를 포함하는 소정의 범위를 말함)한다.

이때, 부상체(2)에는 이동자계 B3, B4에 의한 주행방향의 힘과 반주행방향의 힘이 작용하고, 양자의 힘이 평형되어서 정지하고 있다.

이와같이 해서 부상체(2)는, 소정의 정지위치 S에 용이하게, 정밀도있게 정지한다.

부상체(2)의 정지검지는, 제16도(a)에 표시한 바와 같이 부상체(2)의 정지위치 상부에 센서(광전식, 과전류식 등)(4)를 배설하여, 그 출력(동도면 (b))의 변동이 있는 설정치 이내로 되므로서 행한다.

다음에, 본 발명의 제6실시예를 제16도 및 제17도에 의해 설명한다.

상기한 제5실시예의 구성에 있어서, 부상체(2)의 길이 L'을 다음과 같이 설정한다.

부상체(2)가 제17도에 표시한 것같이, 정지위치 S에 있을 때, 전자석(1)에 단상교류만을 흘렸을 때 발생하는 자계(8)은 반송방향을 따라서 강약분포한다. 그래서 부상체(2)의 길이 L'을 부상체의 전단부 및 후단부가 각각 자계의 약한 부분에 오도록 설정한다.

제13도의 구성에 있어서, 본 발명의 제5실시예와 마찬가지로 해서 부상체(2)는 섹션 1.1에서부터 반송되어, 섹션 1.3과 1.4의 중간의 정지위치 S에, 제17도에 표시한 것같이 정지한다. 그후, 3상교류전류에 의한 이동자계 B3, B4가 0이 되면 도면에 표시한 것같이 부상체(2)의 전후단부는 단상교류전류에 의한 자계의 약한 위치, 즉 자계의 강한 곳에 사이에 끼워진 형태로 안정된 위치에 정지한다. 즉, 부상체(2)가 섹션 1.3 또는 1.4로 향해서 이동할려고 해도, 부상체(2)의 전단부 또는 후단부가 자계의 강하게 되어가는 부분 상부에 오기 때문에, 이동방향과 반대의 힘을 받아서, 움직임이 저지된다.

이와 같이 해서 부상체(2)는 정지위치 S에 정밀도있게 유지된다.

또한 이상에 있어서, 전자석(1)의 3상교류전류의 차단은, 제16도에 표시한 센서(7)로부터의 신호에 의해서 행하여도 된다. 또 부상체(2)의 반송속도는 대체로 일정하므로, 소정의 시간통전후, 차단하도록 해도 된다.

또, 각 섹션의 통전은 부상체(2)의 이동함에 따라서 행하도록 하였으나, 물론, 최초로부터 전체섹션에 통전해두어도 된다.

Claims (9)

1. 도전성을 가진 상(常)자성 또는 비자성금속재료로 이루어진 부상체를 교류전자석열 상부에서 부상시켜서 반송하는 교류자기부상반송장치에 있어서, 상기 부상체를 부상시키기 위한 제1의 주파수를 가진 단상교류전류원과, 상기 부상체를 반송하기 위한 제2의 주파수를 가진 3상교류전류원과, 2개의 상기 전류원으로부터의 교류전류를 가산하는 수단과, 가산된 교류전류를 상기 교류전자석열에 공급하는 공급회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 주파수를 상기 제2의 주파수 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 부상체가 알루미늄제이며, 상기 제1의 주파수가 50에서부터 150Hz이며, 상기 제2의 주파수가 50Hz인 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 교류전자석열을, 적어도 상기 부상체의 길이보다도 긴 임의의 길이를 가지고, 각각 전기적으로 절연되어 있는 섹션으로 분할하는 동시에, 각섹션마다 급전로를 형성한 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 부상체의 교류전자석 상부의 반송방향의 위치를 검출하는 위치검출수단과, 검출된 위치에 의거하여 가산된 교류전류를 공급해야할 공급회로를 전환하는 전환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 위치검출수단을 각 섹션내의 부상체의 진행방향에 관해서 전후의 위치에 각 1개 배치하는 동시에, 상기 전환수단에 의해서, 상기 부상체가 검지되어서 뒤쪽의 위치검출수단이 ON으로 되었을 때 부상체의 진행방향으로 향해서 전방에 인접하는 섹션에 통전하고, 앞쪽의 위치검출수단이 ON 또는 ON으로부터 OFF로 되었을때에 부상체의 진행방향으로 향해서 후방에 인접하는 섹션의 통전을 종료하는 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 위치검출수단을 각 섹션에 1개씩 배치하는 동시에, 상기 전환수단을, 상기 위치검출수단이 ON으로 되었을 때, 부상체의 진행방행에 관해서 전방에 인접하는 섹션을 통전하고, 또한 후방에 인접하는 섹션에 통전을 종료하는 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치.
8. 도전성을 가진 상자성 또는 비자성금속재료로 이루어진 부상체를 교류전자석열 상부에서 부상시켜서 반송하는 교류자기부상 반송방법에 있어서, 상기 부상체를 부상시키기 위한 단상교류전류와, 상기 부상체를 반송하기 위한 3상교류를 중첩한 전류를 상기 교류자석열에 공급하는 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치의 운전방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 교류전자석열을, 적어도 부상체의 길이보다도 큰 임의의 길이를 가지고, 각각이 전기적으로 절연된 섹션으로 분할되고, 소망되는 정지위치로부터 상기 부상체의 진행방향에 관해서 후방의 섹션에 단상전류와 진행용의 3상전류를 중첩한 전류를 공급하고, 소망되는 정지위치로부터 전방의 섹션에 단상전류와 상기 진행 방향과 반대의 방향으로 부상체를 뒤로 진행시키기 위한 3상전류를 중첩한 전류를 공급하고, 상기 부상체를 정지시키는 것을 특징으로 하는 교류자기부상 반송장치의 운전방법.