KR102504956B1 - 반송 시스템, 가동자, 제어장치 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

반송 시스템은, 제1의 방향에 평행하게 배치된 제1의 자석군과, 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향에 평행하게 배치된 제2의 자석군을 갖는 가동자; 및 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향가능하게 상기 제1의 방향에 평행하게 배치된 복수의 코일을 구비하고, 상기 가동자는, 상기 복수의 코일로부터 상기 제1의 자석군 또는 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 복수의 코일로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 복수의 코일을 따라 상기 제1의 방향에 이동가능하다.

Description

반송 시스템, 가동자, 제어장치 및 제어 방법{TRANSPORT SYSTEM, MOVER, CONTROL APPARATUS, AND CONTROL METHOD}

본 발명은, 반송 시스템, 가동자, 제어장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공업제품을 조립하기 위한 생산 라인이나 반도체 노광 장치등에서는, 반송 시스템을 사용한다. 특히, 생산 라인에 있어서의 반송 시스템은, 팩토리 오토메이션화된 생산 라인내 또는 생산 라인의 사이의 복수의 스테이션의 사이에서, 부품등의 워크피스를 반송하거나, 프로세스 장치중의 반송 장치로서 사용되어도 된다. 반송 시스템으로서는, 가동자석형 리니어 모터에 의한 반송 시스템이 이미 제안되어 있다.

가동자석형 리니어 모터에 의한 반송 시스템은, 리니어 가이드 등의 기계적인 접촉을 수반하는 안내 장치를 사용해서 구성된다. 그렇지만, 리니어 가이드 등의 안내 장치를 사용한 반송 시스템에서는, 리니어 가이드의 미끄럼 이동부로부터 발생하는 오염물질, 예를 들면, 레일이나 베어링의 마모편이나 윤활유, 혹은 그것의 휘발 성분 등이 생산성을 악화시킨다고 하는 문제가 있었다. 또한, 고속반송시에는 미끄럼 이동부의 마찰이 커져서 리니어 가이드의 수명을 작게 한다고 하는 문제가 있었다.

이에 따라, 일본 특허공개 2015-230927호 공보 및 2016-532308호 공보에는, 안내로서 미끄럼 이동부를 갖지 않는 비접촉의 자기부상형의 이동 장치 또는 반송 장치가 기재되어 있다. 일본 특허공개 2015-230927호 공보에 기재된 이동 장치에는, 가동자의 반송 및 자세를 제어하기 위해서 7열의 리니어 모터가 설치되어 있다. 또한, 일본 특허공개 2016-532308호 공보에 기재된 반송 장치에 있어서도, 부상용 전자석, 가이드용 전자석 및 추진용 전자석이 6열 설치되어 있다.

그렇지만, 일본 특허공개 2015-230927호 공보 및 2016-532308호 공보에 기재된 장치에서는, 설치된 리니어 모터나 전자석의 열 수가 많기 때문에, 시스템의 대형화를 회피하는 것이 곤란하다.

본 발명은, 시스템 구성의 대형화를 수반하지 않고 가동자의 자세를 제어하면서, 가동자를 비접촉으로 반송할 수 있는 반송 시스템, 가동자, 제어장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군과, 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 갖는 가동자; 및 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 코일을 포함하는 코일 열을 구비하고, 상기 가동자는, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한, 반송 시스템이 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군; 및 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 구비하는, 가동자로서, 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 코일을 포함하는 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한, 가동자가 제공된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군과, 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 갖고, 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향에 평행하게 배치된 복수의 코일을 포함하는 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한 가동자를 제어하는 제어장치로서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 제1의 방향으로의 상기 가동자의 반송을 제어하는 반송 제어부; 및 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 가동자의 자세를 제어하는 자세제어부를 구비하는, 제어장치가 제공된다.

본 발명의 한층 더 다른 관점에 의하면, 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군과, 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 갖고, 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향에 평행하게 배치된 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한 가동자를 제어하는 제어 방법으로서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 제1의 방향으로의 상기 가동자의 반송을 제어하는 단계; 및 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 가동자의 자세를 제어하는 단계를 포함하는, 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 특징들은, 첨부도면을 참조하여 이하의 실시예들의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도1a는 제1실시예에 따른 가동자 및 고정자를 구비하는 반송 시스템의 전체구성을 도시한 개략도다.
도1b는 제1실시예에 따른 반송 시스템의 전체구성을 도시한 개략도다.
도2는 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 및 고정자를 도시한 개략도다.
도3은 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 고정자의 코일을 도시한 개략도다.
도4는 제1실시예에 따른 반송 시스템을 제어하는 제어 시스템을 도시한 개략도다.
도5는 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자의 자세제어 방법을 도시한 개략도다.
도6은 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 위치 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도7은 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 자세 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도8a는 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 자세 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도8b는 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 자세 산출 함수에 의한 처리를 설명하는 개략도다.
도9는 제1실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자의 영구자석에 대하여 X방향 및 Y방향에 독립적으로 힘을 인가하는 방법을 설명하는 개략도다.
도10은 제2실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자를 도시한 개략도다.
도11은 제2실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 및 고정자를 도시한 개략도다.
도12는 제3실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 및 고정자를 도시한 개략도다.
도13은 제3실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자를 도시한 개략도다.
도14a는 제3실시예의 제1변형 예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자를 도시한 개략도다.
도14b는 제3실시예의 제2변형 예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자를 도시한 개략도다.
도14c는 제3실시예의 제3변형 예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자를 도시한 개략도다.
도14d는 제3실시예의 제4변형 예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자를 도시한 개략도다.
도15는 제4실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 및 고정자를 도시한 개략도다.
도16은 제4실시예에 따른 반송 시스템에 있어서의 가동자 및 고정자를 도시한 개략도다.

제1실시예

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 제1실시예에 대해서 도1a 내지 도9를 사용해서 설명한다.

우선, 본 실시예에 따른 반송 시스템의 전체구성에 대해서 도1a 및 도1b를 사용해서 설명한다. 도1a 및 도1b는, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 구비하는 반송 시스템의 전체구성을 도시한 개략도다. 이때, 도1a 및 도1b는, 가동자 101 및 고정자 201의 추출된 주요 부분을 도시한 것이다. 또한, 도1a는 가동자 101을 후술의 Ｚ방향에서 본 도, 도1b는 가동자 101을 후술의 Ｙ방향에서 본 도다.

도1a 및 도1b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반송 시스템 1은, 트럭, 슬라이더 또는 캐리지를 구성하는 가동자 101과, 반송로를 구성하는 고정자 201을 갖고 있다. 반송 시스템 1은, 가동자석형 리니어 모터(무빙 영구자석형 리니어 모터, 가동계자형 리니어 모터)에 의한 반송 시스템이다. 더욱, 반송 시스템 1은, 리니어 가이드 등의 안내 장치를 갖지 않고, 고정자 201 위에서 비접촉으로 가동자 101을 반송하는 자기부상형의 반송 시스템으로서 구성되어 있다.

반송 시스템 1은, 예를 들면, 고정자 201에 의해 가동자 101을 반송 함에 의해, 가동자 101 위의 워크피스 102를, 워크피스 102에 대하여 가공 작업을 실행하는 공정장치에 반송한다. 이때, 도1a 및 도1b에서는, 고정자 201에 대하여 1대의 가동자 101을 도시하고 있지만, 가동자 101의 수는 이것에 한정되는 것이 아니다. 반송 시스템 1에 있어서는, 복수대의 가동자 101이 고정자 201 위에서 반송될 수도 있다.

여기에서, 이하의 설명에 있어서 사용하는 좌표축, 방향등을 정의한다. 우선, 가동자 101의 반송 방향인 수평방향을 따라서 X축을 취하고, 가동자 101의 반송 방향을 X방향으로 한다. 또한, X방향과 직교하는 방향인 연직방향을 따라서 Z축을 취하고, 연직방향을 Z방향으로 한다. 또한, X방향 및 Z방향에 직교하는 방향을 따라서 Y축을 취하고, X방향 및 Z방향에 직교하는 방향을 Y방향으로 한다. 더욱, X축 주변의 회전을 Ｗｘ, Y축, Z축주변의 회전을 각각 Ｗｙ, Ｗｚ라고 한다. 또한, 승산의 기호로서, 기호 "＊"을 사용한다. 또한, 가동자 101의 중심을 원점O라고 하고 Y축의 플러스(+)측을 Ｒ측, Y축의 마이너스(-)측을 Ｌ측을 의미한다. 또한, 가동자 101의 반송 방향은 반드시 수평방향일 필요는 없지만, 그 경우도 반송 방향을 X방향으로서 정하고, 마찬가지로 Y방향 및 Z방향을 정할 수도 있다.

다음에, 본 실시예에 따른 반송 시스템 1 있어서의 반송 대상인 가동자 101에 대해서 도1a, 도1b 및 도2를 사용해서 설명한다. 도2는, 본 실시예에 따른 반송 시스템 1에 있어서의 가동자 101 및 고정자 201을 도시한 개략도다. 또한, 도2는, 가동자 101 및 고정자 201을 X방향에서 본 도다. 또한, 도2의 좌 절반은, 도1b의 (A)-(A)선을 따라 자른 단면(A)를 도시하고 있다. 또한, 도2의 우 절반은, 도1b의 (B)-(B)선을 따라 자른 단면(B)를 도시하고 있다.

도1a, 도1b 및 도2에 도시한 바와 같이, 가동자 101은, 영구자석 103으로서, 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ, 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ을 갖고 있다.

영구자석 103은, 가동자 101의 Ｘ방향에 평행한 양측면에 배치되어 부착되어 있다. 구체적으로는, 가동자 101의 Ｒ측의 측면에, 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ가 부착되어 있다. 또한, 가동자 101의 Ｌ측의 측면에, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ이 부착되어 있다. 이때, 이하에서는, 특별히 구별될 필요가 없는 한, 가동자 101의 영구자석을 단지 "영구자석 103"이라고 표기한다. 또한, Ｒ측과 Ｌ측이 구별될 필요까지는 없지만, 각 영구자석 103을 개별적으로 특정할 필요가 있을 경우, 각 영구자석 103에 대응한 부호의 말미부터 R 또는 L을 제거하고, 식별자로서 소문자의 알파벳까지의 부호 문자가 남아 있는, 부호를 사용해서 각 영구자석 103을 개별적으로 특정한다. 이 경우, "영구자석 103a", "영구자석 103b", "영구자석 103c" 또는 "영구자석 103d"라고 표기하고, 각 영구자석 103을 개별적으로 특정한다.

영구자석 103ａＲ, 103ｄＲ은, 가동자 101의 Ｘ방향에 평행한 Ｒ측의 측면에 있어서의 Ｘ방향의 한쪽의 단부 및 다른쪽의 단부에 부착되어 있다. 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ은, 가동자 101의 Ｒ측의 측면의 영구자석 103ａＲ과 103ｄＲ간에 부착되어 있다. 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 예를 들면, X방향에 동일 피치로 배치되어 있다. 또한, 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 각각의 중심이, 예를 들면 가동자 101의 Ｒ측의 측면중심을 통과하는 Ｘ방향에 평행하게 직선으로 정렬되도록 배치되어 있다.

영구자석 103ａＬ, 103ｄＬ은, 가동자 101의 Ｘ방향에 평행한 Ｌ측의 측면에 있어서의 Ｘ방향의 한쪽의 단부 및 다른쪽의 단부에 부착되어 있다. 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ은, 가동자 101의 Ｌ측의 측면의 영구자석 103ａＬ과 103ｄＬ간에 부착되어 있다. 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ은, 예를 들면, X방향에 동일 피치로 배치되어 있다. 또한, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ은, 각각의 중심이, 예를 들면 가동자 101의 Ｌ측의 측면중심을 통과하는 Ｘ방향에 평행하게 직선으로 정렬되도록 배치되어 있다. 더욱, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ은, X방향에 있어서 각각 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ과 동일한 위치에 대해 배치되어 있다.

영구자석 103a, 103d는, 각각, 가동자 101의 중심인 원점O로부터 X방향의 한쪽 및 다른쪽에 거리ｒｙ만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 영구자석 103a, 103b, 103c, 103d는, 각각, 원점O로부터 Y방향에 거리ｒｘ만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 영구자석 103c, 103b는, 각각, 원점O로부터 X방향의 한쪽 및 다른쪽에 거리ｒｚ만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다.

영구자석 103ａＲ, 103ｄＲ, 103ａＬ, 103ｄＬ은, 각각, Z방향에 평행하게 배치된 2개의 영구자석의 세트다. 영구자석 103a, 103d는, 각각, 고정자 201측을 향하는 외측의 자극의 극성이 교대로 다르도록 2개의 영구자석이 Z방향에 평행하게 정렬되게 구성된 것이다. 또한, 영구자석 103a, 103d를 구성하는 Ｚ방향에 평행하게 배치된 영구자석의 수는, 2개에 한정되는 것이 아니고, 복수개이면 좋다. 또한, 영구자석 103a, 103d를 구성하는 영구자석이 배치되는 방향은, 반드시 반송 방향인 Ｘ방향과 직교하는 Ｚ방향일 필요는 없고, X방향과 교차하는 방향이어도 좋다. 다시 말해, 영구자석 103a, 103d는, 각각의 자기 극성의 극성이 교대로 되도록 Ｘ방향과 교차하는 방향에 평행하게 배치된 복수의 영구자석으로 구성된 어떠한 자석군이어도 된다.

한편, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｂＬ, 103ｃＬ의 각각은, 각각, Y방향을 따라 배치된 3개의 영구자석의 세트다. 영구자석 103b, 103c은, 각각, 고정자 201측을 향하는 외측의 자극의 극성이 교대로 다르도록 3개의 영구자석이 X방향에 평행하게 정렬되도록 구성되어 있다. 또한, 영구자석 103b, 103c을 구성하는 Ｘ방향에 평행하게 배치된 영구자석의 수는, 3개에 한정되는 것이 아니고, 복수개이면 좋다. 다시 말해, 영구자석 103b, 103c는, 각각의 자기 극성이 교대로 되도록 Ｘ방향에 평행하게 배치된 복수의 영구자석으로 구성된 어떠한 자석군이어도 된다.

각 영구자석 103은, 가동자 101의 Ｒ측 및 Ｌ측의 측면에 설치된 요크 107에 부착되어 있다. 요크 107은, 투자율이 큰 물질, 예를 들면 철로 만들어져 있다.

이렇게 해서, 가동자 101에는, 가동자 101의 X축에 따른 중심축을 대칭축으로 하여서, 복수의 영구자석 103이 Ｒ측 및 Ｌ측의 측면에 대칭으로 배치되어 있다. 영구자석 103이 배치된 가동자 101은, 고정자 201의 복수의 코일 202로부터 후술하는 것 같이 영구자석 103이 받는 전자력에 의해 자세가 6축 제어되면서 이동가능하게 구성되어 있다.

가동자 101은, X방향에 평행한 2열로 배치된 복수의 코일 202를 따라 X방향에 이동가능하다. 가동자 101은, 그 상면에 반송해야 할 워크피스 102를 놓은 상태로 반송된다. 가동자 101은, 예를 들면, 워크피스 홀더 등의 워크피스 102를 가동자 101 위에 보유하는 보유 기구를 갖고 있어도 좋다.

다음에, 본 실시예에 따른 반송 시스템 1에 있어서의 고정자 201에 대해서 도1a, 도2 및 도3을 사용해서 설명한다. 도3은, 고정자 201의 코일 202를 도시한 개략도다. 또한, 도3은, 코일 202를 Y방향에서 본 도다.

고정자 201은, 가동자 101의 반송 방향인 Ｘ방향에 평행한 2열로 배치된 복수의 코일 202를 갖고 있다. 고정자 201에는, 복수의 코일 202이 각각, Ｒ측 및 Ｌ측으로부터 가동자 101에 대향하도록 부착되어 있다. 고정자 201은, 반송 방향인 Ｘ방향에 연장해서 가동자 101의 반송로를 형성한다.

고정자 201 위에 반송된 가동자 101은, 리니어 스케일 104와, Y타겟 105와, Z타겟 106을 갖고 있다. 리니어 스케일 104, Y타겟 105 및 Z타겟 106은, 각각, 예를 들면 가동자 101의 저부에 X방향에 평행하게 부착되어 있다. Z타겟 106은, 리니어 스케일 104 및 Y타겟 105의 양측에 각각 부착되어 있다.

도2에 도시한 바와 같이, 고정자 201은, 복수의 코일 202와, 복수의 리니어 인코더 204와, 복수의 Ｙ센서 205와, 복수의 Ｚ센서 206을 갖고 있다.

복수의 코일 202는, 가동자 101의 Ｒ측 및 Ｌ측의 측면의 영구자석 103에 대향가능하도록, X방향에 평행하게 2열로 배치되어서 고정자 201에 부착되어 있다. Ｒ측에 있어서 1열로 배치된 복수의 코일 202는, 가동자 101의 Ｒ측의 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ에 대향가능하게 X방향에 평행하게 배치되어 있다. 또한, Ｌ측에 있어서 1열로 배치된 복수의 코일 202는, 가동자 101의 Ｌ측의 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ에 대향가능하게 X방향에 평행하게 배치되어 있다.

본 실시예에서는, 가동자 101의 Ｒ측 및 Ｌ측의 코일 202의 열이, 각각, 복수의 영구자석의 배치 방향이 영구자석 103a, 103d와 영구자석 103b, 103c 사이에서 다른 영구자석 103a, 103d 및 영구자석 103b, 103c에 대향가능하게 배치되어 있다. 이 때문에, 보다 적은 열의 코일 202로, 후술하는 것 같이 가동자 101에 대하여 반송 방향의 힘 및 그 반송 방향과는 다른 방향의 힘을 인가할 수 있고, 따라서 가동자 101의 반송 제어 및 자세제어를 실현할 수 있다.

이렇게 해서, 복수의 코일 202는, 가동자 101이 반송되는 방향을 따라서 부착되어 있다. 복수의 코일 202는, X방향에 소정의 간격으로 정렬되어 있다. 또한, 각 코일 202는, 그 중심축이 Y방향으로 배향되도록 부착되어 있다. 또한, 코일 202는, 코어 있는 코일이어도 좋거나, 코어리스형의 코일이어도 좋다.

복수의 코일 202는, 예를 들면 3개의 코일단위로 전류제어되도록 구성된다. 그 코일 202의 통전 제어되는 단위를 "코일 유닛 203"이라고 한다. 코일 202는, 통전될 때, 가동자 101의 영구자석 103에 대해 전자력을 발생해서 가동자 101에 대하여 힘을 인가할 수 있다.

도1a 및 도1b에 있어서, 영구자석 103a, 103d는, 각각, Z방향에 2개의 영구자석을 정렬한 자석군으로 구성되어 있다. 이것에 대하여, 각 코일 202는, 영구자석 103a, 103d의 2개의 영구자석의 Ｚ방향의 중심이 코일 202의 Ｚ방향의 중심과 일치하도록 배치되어 있다. 영구자석 103a, 103d에 대향하는 코일 202에 통전 함으로써, 영구자석 103a, 103d에 대하여 Z방향에 힘을 발생한다.

또한, 영구자석 103b, 103c는, X방향에 3개의 영구자석을 정렬한 자석군으로 구성되어 있다. 이것에 대하여, 영구자석 103b, 103c에 대향하는 코일 202에 통전 함으로써, 영구자석 103b, 103c에 대하여 X방향 및 Y방향에 힘을 발생한다.

복수의 리니어 인코더 204는, 각각, 가동자 101의 리니어 스케일 104에 대향가능하도록 X방향에 평행한 고정자 201에 부착되어 있다. 각 리니어 인코더 204는, 가동자 101에 부착된 리니어 스케일 104를 판독하는 것으로, 가동자 101의 리니어 인코더 204에 대한 상대적인 위치를 검출해서 출력할 수 있다.

복수의 Ｙ센서 205는, 각각, 가동자 101의 Ｙ타겟 105와 대향가능하도록 X방향에 평행한 고정자 201에 부착되어 있다. 각 Y센서 205는, 가동자 101에 부착된 Ｙ타겟 105과의 사이의 Ｙ방향의 상대적인 거리를 검출해서 출력할 수 있다.

복수의 Ｚ센서 206은, 각각, 가동자 101의 Ｚ타겟 106에 대향가능하도록 X방향에 평행한 고정자 201에 2열로 부착되어 있다. 각 Z센서 206은, 가동자 101에 부착된 Ｚ타겟 106과의 사이의 Ｚ방향의 상대적인 거리를 검출해서 출력할 수 있다.

다음에, 본 실시예에 따른 반송 시스템 1을 제어하는 제어 시스템에 대해서 더욱 도4를 사용해서 설명한다. 도4는, 본 실시예에 따른 반송 시스템 1을 제어하는 제어 시스템 3을 도시한 개략도다.

도4에 도시한 바와 같이, 제어 시스템 3은, 통합 콘트롤러 301과, 코일 콘트롤러 302와, 센서 콘트롤러 304를 갖고, 가동자 101과 고정자 201을 구비하는 반송 시스템 1을 제어하는 제어장치로서 기능한다. 통합 콘트롤러 301에는, 코일 콘트롤러 302가 통신가능하게 접속되어 있다. 또한, 통합 콘트롤러 301에는, 센서 콘트롤러 304가 통신가능하게 접속되어 있다.

코일 콘트롤러 302에는, 복수의 전류 콘트롤러 303이 통신가능하게 접속되어 있다. 각 코일 콘트롤러 302 및 이것에 접속된 복수의 전류 콘트롤러 303은, 2열의 코일 202의 대응한 열에 설치된다. 각 전류 콘트롤러 303에는, 코일 유닛 203이 접속되어 있다. 전류 콘트롤러 303은, 접속된 코일 유닛 203의 각각의 코일 202의 전류값을 제어할 수 있다.

코일 콘트롤러 302는, 접속된 각각의 전류 콘트롤러 303에 대하여 목표 전류값을 지령한다. 전류 콘트롤러 303은 접속된 코일 202의 전류량을 제어한다.

코일 202 및 전류 콘트롤러 303은, 가동자 101이 반송되는 Ｘ방향의 양측에 부착되어 있다.

센서 콘트롤러 304에는, 복수의 리니어 인코더 204, 복수의 Ｙ센서 205 및 복수의 Ｚ센서 206이 통신가능하게 접속되어 있다.

복수의 리니어 인코더 204는, 가동자 101의 반송중에 하나의 리니어 인코더 204가 반드시 1대의 가동자 101의 위치를 측정할 수 있는 간격으로 고정자 201에 부착되어 있다. 또한, 복수의 Ｙ센서 205는, 이 Ｙ센서 205의 2개가 반드시 1대의 가동자 101의 Ｙ타겟 105를 측정할 수 있는 간격으로 고정자 201에 부착되어 있다. 또한, 복수의 Ｚ센서 206은, 그 2열의 Ｚ센서 206 중 3개가 반드시 1대의 가동자 101의 Ｚ타겟 106을 측정할 수 있는 간격으로 고정자 201에 부착되어 있다.

통합 콘트롤러 301은, 리니어 인코더 204, Y센서 205 및 Z센서 206로부터의 출력에 근거하여, 복수의 코일 202에 인가된 전류지령 값을 결정하여, 코일 콘트롤러 302에 송신한다. 코일 콘트롤러 302는, 통합 콘트롤러 301로부터의 전류지령 값에 근거하여, 상술한 바와 같이 전류 콘트롤러 303에 대하여 전류값을 지령한다. 이에 따라, 통합 콘트롤러 301은, 제어장치로서 기능하고, 고정자 201 위에서 가동자 101을 비접촉으로 반송함과 아울러, 반송된 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어한다.

이하, 통합 콘트롤러 301에 의해 수행된 가동자 101의 자세제어 방법에 대해서 도5를 사용해서 설명한다. 도5는, 본 실시예에 따른 반송 시스템 1에 있어서의 가동자 101의 자세제어 방법을 도시한 개략도다. 도5는, 가동자 101의 자세제어 방법의 개요에 대해서 주로 그 데이터의 흐름에 주목해서 도시하고 있다. 통합 콘트롤러 301은, 이하에 설명하는 것 같이, 가동자 위치 산출 함수 401, 가동자 자세 산출 함수 402, 가동자 자세 제어 함수 403 및 코일 전류 산출 함수 404를 사용한 처리를 실행한다. 이에 따라, 통합 콘트롤러 301은, 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어한다. 또한, 통합 콘트롤러 301 대신에, 코일 콘트롤러 302가 통합 콘트롤러 301과 같은 처리를 수행하도록 구성되어도 된다.

우선, 가동자 위치 산출 함수 401은, 복수의 리니어 인코더 204로부터의 측정 값 및 그 부착 위치의 정보로부터, 반송로를 구성하는 고정자 201 위에 있는 가동자 101의 대수 및 위치를 계산한다. 이에 따라, 가동자 위치 산출 함수 401은, 가동자 101에 관한 정보인 가동자 정보 406의 가동자 위치 정보(X) 및 대수 정보를 갱신한다. 가동자 위치 정보(X)은, 고정자 201 위의 가동자 101의 반송 방향인 Ｘ방향에 있어서의 위치를 도시하고 있다. 가동자 정보 406은, 예를 들면 도5에서 ＰＯＳ-1, ＰＯＳ-2,...로서 도시된 바와 같이, 고정자 201 위의 가동자 101마다 준비된다.

다음에, 가동자 자세 산출 함수 402는, 가동자 위치 산출 함수 401에 의해 갱신된 가동자 정보 406의 가동자 위치 정보(X)로부터, 각각의 가동자 101을 측정가능한 Ｙ센서 205 및 Z센서 206을 특정한다. 다음에, 가동자 자세 산출 함수 402는, 특정된 Ｙ센서 205 및 Z센서 206으로부터 출력된 값에 근거하여, 각각의 가동자 101의 자세에 관한 정보인 자세정보(Y, Z, Ｗｘ, Ｗｙ, Ｗｚ)를 산출해서 가동자 정보 406을 갱신한다. 가동자 자세 산출 함수 402에 의해 갱신된 가동자 정보 406은, 가동자 위치 정보(X) 및 자세정보(Y, Z, Ｗｘ, Ｗｙ, Ｗｚ)를 포함하고 있다.

다음에, 가동자 자세 제어 함수 403은, 가동자 위치 정보(X) 및 자세정보(Y, Z, Ｗｘ, Ｗｙ, Ｗｚ)를 포함하는 현재의 가동자 정보 406 및 자세목표값으로부터, 각각의 가동자 101에 대해서 인가력 정보 408을 산출한다. 인가력 정보 408은, 각각의 가동자 101에 인가해야 할 힘의 크기에 관한 정보다. 인가력 정보 408은, 후술하는 인가해야 할 힘T의 힘의 3축성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 모멘트의 3축성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)에 관한 정보를 포함하고 있다. 인가력 정보 408은, 예를 들면 도5에서 ＴＲＱ-1, ＴＲＱ-2,...로서 도시한 바와 같이 고정자 201 위의 가동자 101마다 준비된다.

다음에, 코일 전류 산출 함수 404는, 인가력 정보 408 및 가동자 정보 406에 근거하여, 각 코일 202에 인가하는 전류지령 값 409를 결정한다.

이렇게 해서, 통합 콘트롤러 301은, 가동자 위치 산출 함수 401, 가동자 자세 산출 함수 402, 가동자 자세 제어 함수 403 및 코일 전류 산출 함수 404를 사용한 처리를 수행 함에 의해, 전류지령 값 409를 결정한다. 통합 콘트롤러 301은, 결정한 전류지령 값 409를 코일 콘트롤러 302에 송신한다.

이제, 가동자 위치 산출 함수 401에 의한 처리에 대해서 도6을 사용해서 설명한다. 도6은, 가동자 위치 산출 함수에 따른 처리를 설명하는 개략도다.

도6에 있어서, 기준점Ｏｅ는, 리니어 인코더 204가 부착된 고정자 201의 위치 기준이다. 또한, 기준점Ｏｓ는, 가동자 101에 부착된 리니어 스케일 104의 위치 기준이다. 도6에서는, 가동자 101로서 2대의 가동자 101a, 10lb가 반송되고, 리니어 인코더 204로서 3개의 리니어 인코더 204a, 204b, 204c가 배치되어 있을 경우를 도시하고 있다. 또한, 리니어 스케일 104는, 각 가동자 101a, 10lb의 같은 위치에 X방향에 평행하게 부착되어 있다.

예를 들면, 도6에 도시된 가동자 10lb의 리니어 스케일 104에는, 1개의 리니어 인코더 204c가 대향하고 있다. 리니어 인코더 204c는, 가동자 10lb의 리니어 스케일 104를 판독하여 거리Ｐｃ를 출력한다. 또한, 리니어 인코더 204c의 기준점Ｏｅ를 원점으로 하는 X축상의 위치는 Ｓｃ이다. 따라서, 가동자 10lb의 위치Ｐｏｓ(10lb)은 다음식(1)에 의해 산출될 수 있다.

Ｐｏｓ(10lb)=Ｓｃ-Ｐｃ ...식(1)

예를 들면, 도6에 도시된 가동자 101a의 리니어 스케일 104에는, 2개의 리니어 인코더 204a, 204b가 대향하고 있다. 리니어 인코더 204a는, 가동자 101a의 리니어 스케일 104를 판독하여 거리Ｐａ를 출력한다. 또한, 리니어 인코더 204a의 기준점Ｏｅ를 원점으로 하는 X축상의 위치는 Ｓａ다. 따라서, 리니어 인코더 204a의 출력에 근거하는 가동자 101a의 X축상의 위치Ｐｏｓ(101a)은, 다음식(2)에 의해 산출될 수 있다.

Ｐｏｓ(101a)=Ｓａ-Ｐａ ...식(2)

또한, 리니어 인코더 204b는, 가동자 10lb의 리니어 스케일 104를 판독하여 거리Ｐｂ를 출력한다. 또한, 리니어 인코더 204b의 기준점Ｏｅ를 원점으로 하는 X축상의 위치는 Ｓｂ이다. 따라서, 리니어 인코더 204b의 출력에 근거하는 가동자 101a의 X축상의 위치Ｐｏｓ(101a)'는, 다음식(3)에 의해 산출될 수 있다.

Ｐｏｓ(101a)'=Ｓｂ-Ｐｂ ...식(3)

여기에서, 각각의 리니어 인코더 204a, 204b의 위치는 미리 정확하게 측정되어 있기 때문에, 2개의 값Ｐｏｓ(101a)와 Ｐｏｓ(101a)'간의 차이는 충분히 작다. 이렇게 2개의 리니어 인코더 204의 출력에 근거하는 가동자 101의 X축상의 위치의 차이가 충분히 작을 경우는, 그것들 2개의 리니어 인코더 204는, 동일한 가동자 101의 리니어 스케일 104를 관측한다고 결정할 수 있다.

또한, 복수의 리니어 인코더 204가 동일한 가동자 101에 대향할 경우는, 복수의 리니어 인코더 204의 출력에 근거하는 위치의 평균값을 산출하는 등 하여서, 관측된 가동자 101의 위치를 유일하게 결정할 수 있다.

가동자 위치 산출 함수 401은, 상술한 바와 같이 리니어 인코더 204의 출력에 근거하여, 가동자 위치 정보로서 가동자 101의 Ｘ방향에 있어서의 위치X를 산출해서 결정한다.

다음에, 가동자 자세 산출 함수 402에 의한 처리에 대해서 도7, 도8a 및 도8b를 사용해서 설명한다.

도7에서는, 가동자 101로서 가동자 101c가 반송되어, Y센서 205로서 Y센서 205a, 205b가 배치되어 있는 경우를 도시하고 있다. 도7에 도시된 가동자 101c의 Ｙ타겟 105에는, 2개의 Ｙ센서 205a, 205b가 대향하고 있다. 2개의 Ｙ센서 205a, 205b가 출력하는 상대적인 거리의 값을 각각 Ｙａ, Ｙｂ로 하고, Y센서 205a와 205ｂ간의 간격이 Ｌｙ의 경우, 가동자 101c의 Z축주변의 회전량Ｗｚ는, 다음식(4)에 의해 산출된다.

Ｗｚ=(Ｙａ-Ｙｂ)/Ｌｙ ...식(4)

또한, 가동자 101의 특별한 위치에 대한 Y타겟 105에, 3개이상의 Ｙ센서 205가 대향한다. 그 경우, 최소 제곱법을 사용해서 Y타겟 105의 기울기, 즉 Z축주변의 회전량Ｗｚ를 산출할 수 있다.

또한, 도8a 및 도8b에서는, 가동자 101로서 가동자 101d가 반송되고, Z센서 206으로서 Z센서 206a, 206b, 206c가 배치되어 있는 경우를 도시하고 있다. 도8a 및 도8b에 도시된 가동자 101d의 Ｚ타겟 106에는, 3개의 Ｚ센서 206a, 206b, 206c가 대향하고 있다. 여기에서, 3개의 Ｚ센서 206a, 206b, 206c가 출력하는 상대적인 거리의 값을, 각각 Ｚａ, Ｚｂ, Ｚｃ라고 한다. 또한, X방향의 센서간 거리, 다시 말해 Z센서 206a와 206ｂ간의 거리를, Ｌｚ1이라고 한다. 또한, Y방향의 센서간 거리, 다시 말해 Z센서 206a와 206ｃ간의 거리를, Ｌｚ2라고 한다. 그리고, Y축주변의 회전량Ｗｙ 및 X축주변의 회전량Ｗｘ는, 각각 다음식(5a) 및 (5b)에 의해 산출될 수 있다.

Ｗｙ=(Ｚｂ-Ｚａ)/Ｌｚ1 ...식(5a)

Ｗｘ=(Ｚｃ-Ｚａ)/Ｌｚ2 ...식(5b)

가동자 자세 산출 함수 402는, 상술한 바와 같이 해서, 가동자 101의 자세정보로서 각 축주변의 회전량Ｗｘ, Ｗｙ, Ｗｚ를 산출할 수 있다.

또한, 가동자 자세 산출 함수 402는, 다음과 같이 해서 가동자 101의 자세정보로서 가동자 101의 Ｙ방향의 위치 Y 및 Z방향의 위치 Z를 산출할 수 있다.

우선, 가동자 101의 Ｙ방향의 위치Y의 산출에 대해서 도7을 사용해서 설명한다. 도7에 있어서, 가동자 101c가 커버하는 2개의 Ｙ센서 205를, 각각 Y센서 205a, 205b라고 한다. 또한, Y센서 205a, 205b의 측정 값을 각각 Ｙａ, Ｙｂ라고 한다. 또한, Y센서 205a의 위치와 Y센서 205b의 위치와의 중점을 Ｏｅ'라고 한다. 더욱이, 식(1) 내지 (3)으로 얻어진 가동자 101c의 위치를 Ｏｓ′라고 하고 Ｏｅ′로부터 Ｏｓ′까지의 거리를 ｄＸ′라고 한다. 이때, 가동자 101c의 Ｙ방향의 위치 Y는, 다음식에 의해 근사적으로 계산해서 산출될 수 있다.

Y=(Ｙａ+Ｙｂ)/2-Ｗｚ＊ｄＸ′

다음에, 가동자 101의 Ｚ방향의 위치Z의 산출에 대해서 도8a 및 도8b를 사용해서 설명한다. 가동자 101d가 커버하는 3개의 Ｚ센서 206을 각각 Z센서 206a, 206b, 206c라고 한다. 또한, Z센서 206a, 206b, 206c의 측정 값을, 각각 Ｚａ, Ｚｂ, Ｚｃ라고 한다. 또한, Z센서 206a의 Ｘ좌표와 Z센서 206c의 Ｘ좌표는 동일하다. 또한, 리니어 인코더 204는, Z센서 206a와 Z센서 206c의 중간에 위치된다. 또한, Z센서 206a 및 Z센서 206c의 위치 X를 Ｏｅ″라고 한다. 더욱이, Ｏｅ″로부터 가동자 101의 중심Ｏｓ″까지의 거리를 ｄＸ″라고 한다. 이때, 가동자 101의 Ｚ방향의 위치 Z는, 다음식에 의해 근사적으로 계산해서 산출될 수 있다.

Z= (Ｚａ+Ｚｂ)/2-Ｗｙ＊ｄＸ″

또한, 위치Y와 위치Z의 양쪽이 각각 Ｗｚ, Ｗｙ의 회전량이 클 경우에는, 더욱 근사의 정밀도를 높여서 산출할 수 있다.

다음에, 코일 전류 산출 함수 404에 의한 처리에 대해서 도1a 및 도1b를 사용해서 설명한다. 또한, 이하에 사용한 힘의 표기에 있어서, X방향, Y방향 및 Z방향의 힘이 작용하는 방향을 각각 x, y, z로서 나타내고, 도1a 및 도1b에 있어서의 플러스(+)Ｙ측인 Ｒ측을 R, 마이너스(-)Y측인 Ｌ측을 L, 플러스(+)X측을 f, 마이너스(-)X 방향을 b로 나타낸다.

도1a 및 도1b에 있어서 Ｒ측 및 Ｌ측의 각 영구자석 103에 작용하는 힘 성분을 각각 다음과 같이 표기한다. 각 영구자석 103에 작용하는 힘은, 전류가 인가된 복수의 코일 202로부터 영구자석 103이 받는 전자력이다. 영구자석 103은, 전류가 인가된 복수의 코일 202로부터, 가동자 101의 반송 방향인 Ｘ방향의 전자력과, 추가로, X방향과는 다른 방향인 Ｙ방향 및 Z방향의 전자력을 받는다.

Ｒ측의 영구자석 103에 작용하는 각 힘은 다음과 같다.

ＦｚｆＲ: Ｒ측의 영구자석 103ａＲ의 Ｚ방향에 작용하는 힘

ＦｘｆＲ: Ｒ측의 영구자석 103ｂＲ의 Ｘ방향에 작용하는 힘

ＦｙｆＲ: Ｒ측의 영구자석 103ｂＲ의 Ｙ방향에 작용하는 힘

ＦｘｂＲ: Ｒ측의 영구자석 103ｃＲ의 Ｘ방향에 작용하는 힘

ＦｙｂＲ: Ｒ측의 영구자석 103ｃＲ의 Ｙ방향에 작용하는 힘

ＦｚｂＲ: Ｒ측의 영구자석 103ｄＲ의 Ｚ방향에 작용하는 힘

Ｌ측의 영구자석 103에 작용하는 각 힘은 다음과 같다.

ＦｚｆＬ: Ｌ측의 영구자석 103ａＬ의 Ｚ방향에 작용하는 힘

ＦｘｆＬ: Ｌ측의 영구자석 103ｂＬ의 Ｘ방향에 작용하는 힘

ＦｙｆＬ: Ｌ측의 영구자석 103ｂＬ의 Ｙ방향에 작용하는 힘

ＦｘｂＬ: Ｌ측의 영구자석 103ｃＬ의 Ｘ방향에 작용하는 힘

ＦｙｂＬ: Ｌ측의 영구자석 103ｃＬ의 Ｙ방향에 작용하는 힘

ＦｚｂＬ: Ｌ측의 영구자석 103ｄＬ의 Ｚ방향에 작용하는 힘

또한, 가동자 101에 대하여 인가된 힘T를 다음식(6)에 의해 표기한다. 또한, Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ는, 힘의 3축 성분이며, 각각, 각 힘의 Ｘ방향성분, Y방향성분 및 Z방향성분이다. 또한, Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ는, 모멘트의 3축성분이며, 각각 모멘트의 X축주변 성분, Y축주변 성분 및 Z축주변 성분이다. 본 실시예에 따른 반송 시스템 1은, 이것들 힘T의 6축성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ, Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)을 제어 함에 의해, 가동자 101의 자세를 6축으로 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어한다.

T=(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ, Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ) ...식(6)

이에 따라, Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ, Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ는, 각각 다음식(7a), (7b), (7c), (7d), (7e) 및 (7f)에 의해 산출된다.

Ｔｘ=ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ+ＦｘｆＬ+ＦｘｂＬ ...식(7a)

Ｔｙ=ＦｙｆＬ+ＦｙｆＲ+ＦｙｂＬ+ＦｙｂＲ ...식(7b)

Ｔｚ=ＦｚｂＲ+ＦｚｂＬ+ＦｚｆＲ+ＦｚｆＬ ...식(7c)

Ｔｗｘ={(ＦｚｆＬ+ＦｚｂＬ)-(ＦｚｆＲ+ＦｚｂＲ)｝＊ｒｘ...식(7d)

Ｔｗｙ={(ＦｚｆＬ+ＦｚｆＲ)-(ＦｚｂＬ+ＦｚｂＲ)｝＊ｒｙ...식(7e)

Ｔｗｚ={(ＦｙｆＬ+ＦｙｆＲ)-(ＦｙｂＬ+ＦｙｂＲ)｝＊ｒｚ...식(7f)

이때, 영구자석 103에 작용하는 힘에 대해서는, 다음식(7g), (7h), (7i) 및 (7j)에 의해 표현된 제한을 도입할 수 있다. 이것들의 제한을 도입함에 의해, 소정의 6축성분을 갖는 힘T를 얻기 위한 각 영구자석 103에 작용하는 힘의 성분의 조합을 유일하게 결정하는 것이 가능하다.

ＦｘｆＲ=ＦｘｂＲ=ＦｘｆＬ=ＦｘｂＬ ...식(7g)

ＦｙｆＬ=ＦｙｆＲ ...식(7h)

ＦｙｂＬ=ＦｙｂＲ ...식(7i)

ＦｚｂＲ=ＦｚｂＬ ...식(7j)

다음에, 코일 전류 산출 함수 404가, 각 영구자석 103에 작용하는 힘으로부터 각 코일 202에 인가된 전류량을 결정하는 방법에 대해서 설명한다.

우선, N극 및 S극의 극성이 Z방향에 교대로 정렬된 영구자석 103a, 103d에 Z방향의 힘을 인가하는 경우에 대해서 설명한다. 또한, 코일 202는, 그 Ｚ방향의 중심이 영구자석 103a, 103d의 Ｚ방향의 중심에 위치하도록 배치되어 있다. 이에 따라, 영구자석 103a, 103d에 대하여 X방향 및 Y방향에 작용하는 힘은, 대부분 발생하지 않게 되고 있다.

값 X를 가동자 101의 위치, 값 j를 일렬로 정렬된 코일 202들의 하나의 번호, 단위전류당의 코일 202(j)의 Ｚ방향에 작용하는 힘의 크기를 Ｆｚ(j, X)라고 하고, 코일 202(j)에 인가된 전류를 i(j)라고 한다. 또한, 코일 202(j)은, j번째의 코일 202이다. 이 경우, 전류i(j)은, 다음식(8)을 만족하도록 결정될 수 있다. 또한, 다음식(8)은, 영구자석 103ｄＲ에 관한 식이다. 다른 영구자석 103ａＲ, 103ａＬ, 103ｄＬ에 대해서도 마찬가지로 해서 코일 202에 인가하는 전류를 결정할 수 있다.

ΣＦｚ(j, X)＊i(j)=ＦｚｂＲ ...식(8)

코일 전류 산출 함수 404는, 상술한 바와 같이 해서 코일 202(j)에 인가하는 전류지령 값을 결정할 수 있다. 이렇게 해서 결정된 전류지령 값에 따라 가동자 101에 인가된 Ｚ방향의 힘에 의해, 가동자 101은, Z방향에 부상하는 부상력을 얻음과 아울러, 그 자세가 제어된다.

또한, 복수의 코일 202가 영구자석 103에 힘을 인가할 때, 각 코일 202가 인가한 힘에 따라서 단위전류당의 힘의 크기에 대해 전류를 안분함에 의해, 영구자석 103에 작용하는 힘을 유일하게 결정할 수 있다.

또한, 도1a에 도시한 바와 같이, 영구자석 103은, 가동자 101의 Ｌ측 및 Ｒ측에 대칭으로 배치되어 있다. 이러한 영구자석 103의 대칭배치에 의해, 영구자석 103에 작용하는 다수의 힘 성분, 예를 들면 영구자석 103a, 103d에 작용하는 Ｗｘ의 힘, 즉 X축주변의 모멘트 성분을 Ｌ측 및 Ｒ측의 힘을 사용하여 상쇄하는 것이 가능하다. 이 결과, 보다 정밀한 가동자 101의 자세의 제어가 가능하게 된다.

다음에, N극, S극 및 N극의 극성이 X방향에 교대로 정렬된 영구자석 103b에 대하여 X방향 및 Y방향에 대하여 독립적으로 힘을 인가하는 방법에 대해서 설명한다. 도9는, 영구자석 103b에 대하여 X방향 및 Y방향에 독립적으로 힘을 인가하는 방법을 설명하는 개략도다. 코일 전류 산출 함수 404는, 아래와 같이, 영구자석 103b에 대하여 X방향 및 Y방향에 대하여 독립적으로 힘을 인가하기 위해서 코일 202에 인가된 전류지령 값을 결정한다. 또한, 영구자석 103c에 대해서도, 영구자석 103b과 마찬가지로 X방향 및 Y방향에 대하여 독립적으로 힘을 인가할 수 있다.

값 X를 가동자 101의 위치, j를 일렬로 정렬된 코일 202들의 하나의 번호, 단위전류당의 코일 202(j)의 Ｘ방향 및 Y방향에 작용하는 힘의 크기를, 각각 Ｆｘ(j, X) 및 Ｆｙ(j, X)라고 한다. 또한, 코일 202(j)에 전도된 전류값을 i(j)라고 한다. 또한, 코일 202(j)은, j번째의 코일 202이다.

도9의 상부의 도면은, 횡으로 X축, 종으로 Z축을 정의하고, 영구자석 103ｂＲ에 대향하는 6개의 코일 202를 뽑아내서 도시한 도면이다. 도9의 중간부의 도면은, 도9의 상부의 도면을 Z방향에서 본 도다. 코일 202에는, X방향에 정렬 순서로 1부터 6까지의 번호j를 부여하고, 이하에서는 예를 들면, 코일 202(1)과 같이 표기해서 각 코일 202를 특정한다.

도9의 상부 및 중간부에 도시한 바와 같이, 코일 202는, 거리L의 피치로 배치되어 있다. 한편, 가동자 101의 영구자석 103은, 거리 3/2＊L의 피치로 배치되어 있다.

도9의 하부의 그래프는, 도9의 상부 및 중간부의 도면에 도시된 각각의 코일 202에 대하여 단위전류를 인가했을 때에 발생하는 Ｘ방향의 힘Ｆｘ 및 Y방향의 힘Ｆｙ의 크기를 개략적으로 도시하는 그래프다.

설명을 단순화하기 위해서, 도9에서는, 코일 202의 Ｘ방향의 위치의 원점Ｏｃ를 코일 202(3)과 코일 202(4)의 중간점이라고 하고, 영구자석 103ｂＲ의 Ｘ방향의 중심Ｏｍ을 원점이라고 하고 있다. 이 때문에, 도9는, Ｏｃ과 Ｏｍ이 일치했을 경우, 다시 말해 X=0일 경우를 도시하고 있다.

이때, 예를 들면, 코일 202(4)에 대하여 작용하는 단위전류당의 힘은, X방향에 Ｆｘ(4,0), Y방향에 Ｆｙ(4,0)의 크기에 해당한다. 또한, 코일 202(5)에 작용하는 단위전류당의 힘은, X방향에 Ｆｘ(5,0), Y방향에 Ｆｙ(5,0)의 크기에 해당한다.

여기에서, 코일 202(1)∼202(6)에 인가된 전류값을 각각 i(1)∼i(6)이라고 한다. 그 후, 영구자석 103ｂＲ에 대하여, X방향에 작용하는 힘의 크기ＦｘｆＲ 및 Y방향에 작용하는 힘의 크기ＦｙｆＲ은, 각각 일반적으로 다음식(9) 및 (10)으로 표현된다.

ＦｘｆＲ=Ｆｘ(1,X)＊i(1)+Ｆｘ(2,X)＊i(2)+Ｆｘ(3,X)＊i(3)+Ｆｘ(4,X)＊i(4)+Ｆｘ(5,X)＊i(5)+Ｆｘ(6,X)＊i(6)...식(9)

ＦｙｆＲ=Ｆｙ(1,X)＊i(1)+Ｆｙ(2,X)＊i(2)+Ｆｙ(3,X)＊i(3)+Ｆｙ(4,X)＊i(4)+Ｆｙ(5,X)＊i(5)+Ｆｙ(6,X)＊i(6)...식(10)

상기 식(9) 및 (10)을 만족하는 전류값 i(1)∼i(6)을 각각 코일 202(1)∼202(6)에 인가되도록 전류지령 값을 결정 함에 의해, 영구자석 103ｂＲ에 대하여 X방향 및 Y방향에 독립적으로 힘을 인가할 수 있다. 코일 전류 산출 함수 404는, 영구자석 103에 대하여 X방향 및 Y방향에 독립적으로 힘을 인가하기 위해서, 상술한 바와 같이 해서 코일 202(j)에 인가된 전류지령 값을 결정할 수 있다.

보다 설명을 단순화하기 위해서, 도9에 도시된 경우에 있어서, 영구자석 103ｂＲ에 대하여 코일 202(1)∼202(6) 중 코일 202(3), 202(4), 202(5)만을 사용하고, 더욱 이것들 3개의 전류값의 총합이 0이 되도록 제어하는 경우를 예로 생각한다. 이 예의 경우, 영구자석 103ｂＲ에 대하여 X방향에 작용하는 힘ＦｘｆＲ 및 Y방향에 작용하는 힘ＦｙｆＲ은, 각각 다음식 (11) 및 (12)에 의해 나타낸다.

ＦｘｆＲ=Ｆｘ(3,X)＊i(3)+Ｆｘ(4,X)＊i(4)+Ｆｘ(5,X)＊i(5)...식(11)

ＦｙｆＲ=Ｆｙ(3,X)＊i(3)+Ｆｙ(4,X)＊i(4)+Ｆｙ(5,X)＊i(5)...식(12)

또한, 코일 202(1)∼202(6)의 전류값은, 다음식 (13) 및 (14)를 만족하도록 설정된다.

i(3)+i(4)+i(5)=0...식(13)

i(1)=i(2)=i(6)=0...식(14)

따라서, 영구자석 103ｂＲ에 대하여 필요한 힘의 크기(ＦｘｆＲ, ＦｙｆＲ)가 결정되었을 경우, 전류값i(1), i(2), i(3), i(4), i(5) 및 i(6)은 유일하게 결정된다. 이렇게 해서 결정된 전류지령 값에 의해 가동자 101에 X방향 및 Y방향에 힘이 인가된다. 가동자 101에 인가된 Ｘ방향의 힘을 받아서, 가동자 101은, X방향에 이동하는 추진력을 얻어서 X방향에 이동한다. 또한, 이렇게 해서 결정된 전류지령 값에 따라 가동자 101에 인가된 Ｘ방향 및 Y방향의 힘에 의해, 가동자 101은 그 자세가 제어된다.

이렇게 해서, 통합 콘트롤러 301은, 복수의 코일 202에 인가하는 전류를 제어 함에 의해, 가동자 101에 인가하는 힘의 6축성분의 각각을 제어한다.

또한, 가동자 101의 반송으로 인해 영구자석 103ｂＲ의 중심Ｏｍ에 대하여 코일 202의 중심Ｏｃ가 이동했을 때, 다시 말해 X≠0의 경우는, 이동 후 위치에 대응한 코일 202를 선택할 수 있다. 더욱이, 코일 202에서 발생하는 단위전류당의 힘에 근거하여, 상기와 같은 계산을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 해서, 통합 콘트롤러 301은, 복수의 코일 202에 인가하는 전류의 전류지령 값을 결정해서 제어 함에 의해, 고정자 201 위에서의 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 비접촉으로의 고정자 201 위의 반송을 제어한다. 다시 말해, 통합 콘트롤러 301은, 가동자 101의 반송을 제어하는 반송 제어부로서 기능하고, 복수의 코일 202로부터 영구자석 103이 받는 전자력을 제어 함에 의해, 고정자 201 위에 있어서의 가동자 101의 비접촉 반송을 제어한다. 또한, 통합 콘트롤러 301은, 가동자 101의 자세를 제어하는 자세제어부로서 기능하고, 고정자 201 위에 있어서의 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어한다. 또한, 제어장치로서의 통합 콘트롤러 301의 기능의 전부 또는 일부는, 코일 콘트롤러 302 또는 기타의 제어장치로 대체될 수도 있다.

상술한 것처럼, 본 실시예에 의하면, 2열로 배치된 복수의 코일 202에 의해, 가동자 101에 대하여, 3축의 힘성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 3축의 모멘트 성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)의 6축의 힘을 인가할 수 있다. 이에 따라, 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제어해야 할 변수인 힘의 6축성분의 수보다도 적은 열수인 2열의 코일 202에 의해, 가동자 101의 자세의 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 코일 202의 열수가 보다 적을 수 있으므로, 시스템의 대형화나 복잡화를 수반하지 않고, 가동자 101의 자세를 제어하면서, 가동자 101을 비접촉으로 반송할 수 있다. 더욱이, 본 실시예에 의하면, 코일 202의 열수가 보다 적을 수 있으므로, 염가에 소형의 자기부상형의 반송 시스템을 구성할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 가동자 101의 측면에 영구자석 103이 배치되어 있기 때문에, 워크피스 102에 대한 양호한 액세스를 실현할 수 있다. 이에 따라, 가동자 101 위의 워크피스 102에 대하여, 큰 유연성으로 공정장치에 의해 가공 작업을 수행할 수 있다.

제2실시예

본 발명의 제2실시예에 대해서 도10 및 도11을 사용해서 설명한다. 도10은, 본 실시예에 따른 가동자 101을 도시한 개략도다. 도11은, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 도시한 개략도다. 또한, 상기 제1실시예와 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부해 그 설명을 생략하거나 단순화한다.

본 실시예에 따른 가동자 101의 기본적 구성은, 제1실시예에 따른 구성과 거의 같다. 본 실시예에 따른 가동자 101은, 영구자석 103의 부착 형태로 상기 제1실시예에 따른 구성과는 다르다.

도10은, 본 실시예에 따른 가동자 101을 Y방향에서 본 도다. 도10은, 본 실시예에 따른 가동자 101의 Ｒ측의 측면에 있어서의 영구자석 103의 배치를 도시하고 있다.

도10에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 가동자 101에는, 도1b에 도시된 제1실시예와는 달리, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ이 Z방향에 가동자 101의 중심으로부터 각각 거리ｒｘ2만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 영구자석 103b는, 가동자 101의 중심으로부터 가동자 101의 저부측에 거리ｒｘ2만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 한편, 영구자석 103c는, 가동자 101의 중심으로부터 가동자 101의 상부측에 거리ｒｘ2만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다.

도11은, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 X방향에서 본 도다. 도11의 좌 절반은, 도10의 (Ａ)-(Ａ)선을 따라 자른 단면(A)를 나타낸다. 도11의 우 절반은, 도10의 (Ｂ)-(Ｂ)선을 따라 자른 단면(B)를 나타낸다.

도11에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 가동자 101에는, 도2에 도시된 제1실시예의 경우와는 달리, 영구자석 103이 가동자 101의 한쪽의 측면, 구체적으로는 Ｒ측의 측면에만 부착되어 있다.

영구자석 103이 가동자 101의 한쪽의 측면에만 부착되는 배치와 관련지어, 복수의 코일 202가 2열로 정렬된 제1실시예의 경우와는 달리, 본 실시예에 따른 고정자 201에는, 복수의 코일 202가 X방향에 평행한 1열로 정렬되어 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 고정자 201에 있어서, 복수의 코일 202는, 가동자 101의 한쪽의 Ｒ측의 측면의 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ에 대향가능하게 X방향에 평행한 1열로 되도록 배치되어 부착되어 있다.

본 실시예에 따른 가동자 101의 경우, 가동자 101에 대하여 인가된 힘T의 식(6)에 나타낸 각 성분은, 다음식(15a), (15b), (15c), (15d), (15e) 및 (15f)로 표현된다.

Ｔｘ=ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ ...식(15a)

Ｔｙ=ＦｙｆＲ+ＦｙｂＲ ...식(15b)

Ｔｚ=ＦｚｂＲ+ＦｚｆＲ ...식(15c)

Ｔｗｘ=(ＦｙｂＲ-ＦｙｆＲ)＊ｒｘ2...식(15d)

Ｔｗｙ=(ＦｚｆＲ-ＦｚｂＲ)＊ｒｙ ...식(15e)

Ｔｗｚ=(ＦｙｆＲ-ＦｙｂＲ)＊ｒｚ ...식(15f)

따라서, Ｒ측, 즉 한쪽에만 영구자석 103이 배치되었을 경우라도, 1열로 배치된 복수의 코일 202에 의해, 가동자 101에 3축의 힘성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 3축의 모멘트 성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)의 6축의 힘을 인가할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 1열로 배치된 복수의 코일 202에 의해, 가동자 101에 대하여, 3축의 힘성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 3축의 모멘트 성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)의 6축의 힘을 인가할 수 있다. 이에 따라, 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다. 본 실시예 에 의하면, 제어해야 할 변수인 힘의 6축성분의 수보다도 적은 열수인 1열의 코일 202에 의해, 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 코일 202의 열수가 보다 적을 수 있으므로, 시스템의 대형화나 복잡화를 수반하지 않고, 가동자 101의 자세를 제어하면서, 가동자 101을 비접촉으로 반송할 수 있다. 더욱이, 본 실시예에 의하면, 코일 202의 열수가 보다 적을 수 있으므로, 보다 염가에 소형의 자기부상형의 반송 시스템을 구성할 수 있다.

또한, 상기에서는, Ｒ측 및 Ｌ측의 측면의 Ｒ측, 즉 한쪽에만 영구자석 103이 배치되어 있을 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 상기한 경우와는 반대로, Ｒ측 및 Ｌ측의 측면의 Ｌ측,즉 한쪽에만 영구자석 103이 배치되어 있어도 좋다.

제3실시예

본 발명의 제3실시예에 대해서 도12 및 도13을 사용해서 설명한다. 도12는, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 도시한 개략도다. 도13은, 본 실시예에 따른 가동자 101을 도시한 개략도다. 또한, 상기 제1 및 제2실시예와 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부해 그 설명을 생략하거나 또는 단순화한다.

본 실시예에 따른 가동자 101의 기본적 구성은, 제1실시예에 따른 구성과 거의 같다. 본 실시예에 따른 가동자 101은, 영구자석 103의 부착 형태로 제1 및 제2실시예에 따른 구성과는 다르다.

도12는, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 X방향에서 본 도다. 도12에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는, 도2에 도시된 제1실시예와는 달리, 가동자 101의 Ｘ방향에 평행한 상면에 영구자석 103이 배치되어 부착되어 있다. 영구자석 103은, 가동자 101의 상면에 설치된 요크 107에 부착되어 있다.

도13은, 본 실시예에 따른 가동자 101을 Z방향에서 본 도다. 도13은, 본 실시예에 따른 가동자 101의 상면에 있어서의 영구자석 103의 배치를 도시하고 있다.

도13에 도시한 바와 같이, 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 각각 가동자 101의 중심인 원점O로부터 Y방향의 Ｒ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

또한, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ은, 원점O로부터 Y방향의 Ｌ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 있어서, 제1실시예에 따른 가동자 101의 Ｒ측의 측면에 있어서의 배치와 거의 같게 배치되어 있다. 또한, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 있어서, 제1실시예에 따른 가동자 101의 Ｌ측의 측면에 있어서의 배치와 거의 같게 배치되어 있다.

영구자석 103a, 103d는, 각각 원점O로부터 X방향의 한쪽 및 다른쪽에 거리ｒｚ3만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 영구자석 103c, 103b는, 각각 원점O로부터 X방향의 한쪽 및 다른쪽에 거리ｒｙ3만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다.

가동자 101의 상면에 있어서, 상술한 바와 같이 영구자석 103이 배치된 Ｒ측의 부분과 Ｌ측의 부분과의 사이의 중앙부분은, 반송해야 할 워크피스 102를 놓는 부분으로 되어 있다.

한편, 고정자 201에는, 도12에 도시한 바와 같이, 가동자 101의 상면의 윗쪽에 위치하도록 복수의 코일 202가 부착되어 있다. 복수의 코일 202는, 가동자 101의 상면의 Ｒ측 및 Ｌ측의 영구자석 103의 각각을 아래쪽으로 대향가능하게 X방향에 평행한 2열로 배치되어, 고정자 201에 부착되어 있다. Ｒ측의 복수의 코일 202는, 가동자 101의 Ｒ측의 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ을 아래쪽으로 대향가능하게 X방향에 평행한 1열로 정렬되어 있다. Ｌ측의 복수의 코일 202는, 가동자 101의 Ｌ측의 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｄＬ을 아래쪽으로 대향가능하게 X방향에 평행한 1열로 배치되어 있다.

본 실시예에 따른 가동자 101의 경우, 가동자 101에 대하여 인가되는 힘T의 식(6)에 나타낸 각 성분은, 다음식(16a), (16b), (16c), (16d), (16e) 및 (16f)로 표현된다.

Ｔｘ=ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ+ＦｘｆＬ+ＦｘｂＬ ...식(16a)

Ｔｙ=ＦｙｆＬ+ＦｙｆＲ+ＦｙｂＬ+ＦｙｂＲ ...식(16b)

Ｔｚ=ＦｚｂＲ+ＦｚｂＬ+ＦｚｆＲ+ＦｚｆＬ ...식(16c)

Ｔｗｘ={(ＦｚｆＬ+ＦｚｂＬ)-(ＦｚｆＲ+ＦｚｂＲ)｝＊ｒｘ3...식(16d)

Ｔｗｙ={(ＦｚｆＬ+ＦｚｆＲ)-(ＦｚｂＬ+ＦｚｂＲ)｝＊ｒｙ3...식(16e)

Ｔｗｚ={(ＦｙｂＬ+ＦｙｂＲ)-(ＦｙｆＬ+ＦｙｆＲ)｝＊ｒｚ3...식(16f)

이때, 영구자석 103에 작용하는 힘에 대해서는, 다음식(16g), (16h), (16i) 및 (16j)로 표현된 제한을 도입할 수 있다. 이것들의 제한을 도입 함에 의해, 소정의 6축 성분을 갖는 힘T를 얻기 위한 각 영구자석 103에 작용하는 힘 성분의 조합을 유일하게 결정할 수 있다.

ＦｘｆＲ=ＦｘｂＲ=ＦｘｆＬ=ＦｘｂＬ ...식(16g)

ＦｙｆＬ=ＦｙｆＲ ...식(16h)

ＦｙｂＬ=ＦｙｂＲ ...식(16i)

ＦｚｂＲ=ＦｚｂＬ ...식(16j)

따라서, 상면에 영구자석 103이 배치되었을 경우라도, 2열로 배치된 복수의 코일 202에 의해, 가동자 101에 대하여, 3축의 힘성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 3축의 모멘트 성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)의 6축의 힘을 인가할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 2열로 배치된 복수의 코일 202에 의해, 가동자 101에 대하여, 3축의 힘성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 3축의 모멘트 성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)의 6축의 힘을 인가할 수 있다. 이에 따라, 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제어해야 할 변수인 힘의 6축성분의 수보다도 적은 열수인 2열의 코일 202에 의해, 가동자 101의 자세의 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 코일 202의 열수가 보다 적을 수 있으므로, 시스템의 대형화나 복잡화를 수반하지 않고, 가동자 101의 자세를 제어하면서, 가동자 101을 비접촉으로 반송할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는, 코일 202는 철심이 내부에 포함하도록 한층 더 구성될 수 있다. 이에 따라, 코일 202의 철심과 영구자석 103과의 사이에는 강한 흡인력이 작용하여서, 가동자 101을 부상시키는데 기여한다. 특히, 철심을 포함하는 코일 202는, 가동자 101의 무게 또는 가동자 101에 놓인 워크피스 102의 무게가 큰 경우에 바람직하다. 또한, 코일 202의 철심은, 영구자석 103a, 103b, 103c, 103d의 적어도 어느 하나에 대해 인력을 일으킬 수 있으면 어떠한 철심이어도 좋다.

또한, 상기 제3실시예에 따른 가동자 101은, 각 종 변형 예가 가능하다. 이하, 상기 제3실시예의 제1 내지 제4변형 예에 따른 가동자 101에 대해서 설명한다.

제1변형 예

제1변형 예에 따른 가동자 101에 대해서 도14a를 사용해서 설명한다. 도14a는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 도시한 개략도다.

본 변형 예에 따른 가동자 101의 기본적 구성은, 상기 도12 및 도13에 나타낸 제3실시예에 따른 구성과 거의 같다. 본 변형 예에 따른 가동자 101은, 영구자석 103의 부착 형태로 상기 제3실시예에 따른 구성과는 다르다.

도14a는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 Z방향에서 본 도다. 도14a는, 본 변형 예에 따른 가동자 101의 상면에 있어서의 영구자석 103의 배치를 도시하고 있다.

도14a에 도시한 바와 같이, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｅＲ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｅＲ은, 각각, 가동자 101의 중심인 원점O를 지나가는 Ｘ방향의 중심선으로부터 Y방향의 Ｒ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

또한, 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｅＬ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ, 103ｅＬ은, 각각, 원점O를 지나가는 Ｘ방향의 중심선으로부터 Y방향의 Ｌ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 있어서, 도13에 나타낸 제3실시예에 따른 가동자 101의 Ｒ측의 상면에 있어서의 배치와 거의 같게 배치되어 있다. 또한, 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 있어서, 도13에 나타낸 제3실시예에 따른 가동자 101의 Ｌ측의 상면에 있어서의 배치와 거의 같게 배치되어 있다.

본 변형 예에서는, 도13에 도시된 영구자석 103ａＲ, 103ｄＲ, 103ａＬ, 103ｄＬ이 배치되지 않고 대신에, 영구자석 103ｂＲ와 103ｃＲ과의 사이에 영구자석 103ｅＲ이 배치되어 있다. 또한, 본 변형 예에서는, 영구자석 103ｂＬ과 103ｃＬ과의 사이에 영구자석 103ｅＬ이 배치되어 있다. 본 변형 예는, 이것들의 특징이 도13에 나타낸 제3실시예와 다르다. 영구자석 103ｅＲ, 103ｅＬ의 자석의 배치는, 각각, 영구자석 103ａＲ, 103ａＬ과 같다.

본 변형 예에 따른 가동자 101의 경우, 가동자 101에 대하여 인가되는 힘T의 식(6)에 나타낸 각 성분은, 다음식(17a), (17b), (17c), (17d), (17e) 및 (17f)로 표현된다.

Ｔｘ=ＦｘｆＬ+ＦｘｂＬ+ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ ...식(17a)

Ｔｙ=ＦｙｃＬ+ＦｙｃＲ ...(식17b)

Ｔｚ=ＦｚｆＬ+ＦｚｂＬ+ＦｚｆＲ+ＦｚｂＲ ...식(17c)

Ｔｗｘ={(ＦｚｆＬ+ＦｚｂＬ)-(ＦｚｆＲ+ＦｚｂＲ)｝＊ｒｘ3...식(17d)

Ｔｗｙ={(ＦｚｆＬ+ＦｚｆＲ)-(ＦｚｂＬ+ＦｚｂＲ)｝＊ｒｙ3...식(17e)

Ｔｗｚ={(ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ)-(ＦｘｆＬ+ＦｘｂＬ)｝＊ｒｘ3...식(17f)

본 변형 예에 의하면, 가동자 101에 배치된 영구자석 103의 개수를 감소할 수 있다. 또한, 도14a에 나타낸 영구자석 103ｅＲ, 103ｅＬ에서는 Z방향의 힘을 제어할 수 없지만, X방향에 정렬되어 배치된 영구자석의 수를 증가함에 의해, Z방향에의 제어성을 향상할 수 있다.

제2변형 예

제2변형 예에 따른 가동자 101에 대해서 도14b를 사용해서 설명한다. 도14b는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 도시한 개략도다.

본 변형 예에 따른 가동자 101의 기본적 구성은, 상기 도14a에 도시된 제1변형 예에 따른 가동자 101에 의한 구성과 거의 같다. 본 변형 예에 따른 가동자 101은, 영구자석 103ｅＲ, 103ｅＬ의 하나가 배치되지 않은 점에서, 제1변형 예의 구성과는 다르다.

도14b는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 Z방향에서 본 도다. 도14b는, 본 변형 예에 따른 가동자 101의 상면에 있어서의 영구자석 103의 배치를 도시하고 있다.

도14b에 도시한 바와 같이, 본 변형 예에서는, 제1변형 예와 마찬가지로, 영구자석 103ｂＬ과 103ｃＬ과의 사이에 영구자석 103ｅＬ이 배치되어 있다. 한편, 본 변형 예에서는, 영구자석 103ｂＲ과 103ｃＲ과의 사이에는, 제1변형 예와는 달리, 영구자석 103ｅＲ이 배치되지 않고 있다.

상술한 것처럼, 본 변형 예에서는, 제1변형 예에 따른 영구자석 103ｅＲ, 103ｅＬ중 영구자석 103ｅＬ만이 배치되어 있다. 또한, 도14b에 나타낸 경우와는 달리, 영구자석 103ｅＲ, 103ｅＬ 중 영구자석 103ｅＲ만이 배치되어 있어도 좋다.

본 변형 예에 따른 가동자 101의 경우, 가동자 101에 대하여 인가된 힘T의 식(6)에 나타낸 각 성분은, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ를 제외하고, 상기한 식(17a), (17c), (17d), (17e) 및 (17f)로 표현된다. 본 변형 예의 경우, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ는, 다음식(18b)로 표현된다.

Ｔｙ=ＦｙｃＬ ...식(18b)

본 변형 예에 의하면, 가동자 101에 배치된 영구자석 103의 개수를, 제1변형 예와 비교해서 더욱 감소할 수 있다. 본 변형 예에서도, Ｔｙ 및 Ｔｗｚ를 제어 함에 의해, Y방향을 포함하는 힘의 6축성분을 제어할 수 있다.

제3변형 예

제3변형 예에 따른 가동자 101에 대해서 도14c를 사용해서 설명한다. 도14c는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 도시한 개략도다.

본 변형 예에 따른 가동자 101의 기본적 구성은, 상기 도12 및 도13에 나타낸 제3실시예에 따른 구성과 거의 같다. 본 변형 예에 따른 가동자 101은, 영구자석 103의 부착 형태에서, 제3실시예에 따른 구성과는 다르다.

도14c는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 Z방향에서 본 도다. 도14c는, 본 변형 예에 따른 가동자 101의 상면에 있어서의 영구자석 103의 배치를 도시하고 있다.

도14c에 도시한 바와 같이, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 각각, 가동자 101의 중심인 원점O를 지나가는 Ｘ방향의 중심선으로부터 Y방향의 Ｒ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

또한, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ은, 각각, 원점O를 지나가는 Ｘ방향의 중심선으로부터 Y방향의 Ｌ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 있어서, 도13에 나타낸 제3실시예에 따른 가동자 101의 Ｒ측의 상면에 있어서의 배치와 거의 같게 배치되어 있다. 본 변형 예에서는, 도13에 나타낸 제3실시예와는 달리, 영구자석 103ａＲ이 배치되지 않고 있다.

또한, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ, 103ｃＬ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 있어서, 도13에 나타낸 제3실시예에 따른 가동자 101의 Ｌ측의 상면에 있어서의 배치와 거의 같게 배치되어 있다. 본 변형 예에서는, 도13에 나타낸 제3실시예와는 달리, 영구자석 103ｄＬ이 배치되지 않고 있다.

또한, 본 변형 예와는 반대로, 영구자석 103ａＲ, 103ｄＬ이 배치되고, 영구자석 103ｄＲ, 103ａＬ이 배치되지 않고 있어도 좋다.

상기 제2변형 예에서는, 영구자석 103ｅＬ에 대향하도록 코일 202를 배치할 수 없는 영역을 가동자 101이 통과할 때, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ를 인가할 수 없는 상황이 생길 수도 있다. 이것에 대하여, 본 변형 예에서는, 영구자석 103ｄＲ, 103ａＬ의 적어도 어느 하나에 대향하도록 코일 202를 배치 함에 의해, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ를 인가할 수 있다. 이에 따라, 본 변형 예에서는, 제2변형 예와 비교해서 보다 확실히 Y방향을 포함하는 힘의 6축성분을 제어할 수 있다. 다시 말해, 본 변형 예는, 제2변형 예에서는 Y방향에 힘을 인가할 수 없는 경우에도 내성을 가질 수도 있다.

본 변형 예에 따른 가동자 101의 경우, 가동자 101에 대하여 인가된 힘T의 식(6)에 나타낸 각 성분은, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ 및 모멘트의 Z축주변 성분Ｔｗｚ를 제외하고, 상기한 식(17a), (17c), (17d) 및 (17e)로 표현된다. 본 변형 예의 경우, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ 및 모멘트의 Z축주변 성분Ｔｗｚ는, 영구자석 103ｄＲ 또는 103ａＬ이 코일 202에 대향하는지에 따라 다음식 (19b-1) 및 (19f-1) 또는 (19b-2) 및 (19f-2)로 표현된다.

우선, 영구자석 103ｄＲ이 코일 202에 대향하지 않고, 영구자석 103ａＬ이 코일 202에 대향할 때, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ 및 모멘트의 Z축주변 성분Ｔｗｚ는, 다음식 (19b-1) 및 (19f-1)로 표현된다.

Ｔｙ=ＦｙｆＬ ...식(19b-1)

Ｔｗｚ={(ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ)-(ＦｘｆＬ+ＦｘｂＬ)｝＊ｒｘ3-ＦｙｆＬ＊ｒｚ3...식(19f-1)

한편, 영구자석 103ａＬ이 코일 202에 대향하지 않고, 영구자석 103ｄＲ이 코일 202에 대향할 때, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ 및 모멘트의 Z축주변 성분Ｔｗｚ는, 다음식 (19b-2) 및 (19f-2)로 표현된다.

Ｔｙ=ＦｙｂＲ ...식(19b-2)

Ｔｗｚ={(ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ)-(ＦｘｆＬ+ＦｘｂＬ)｝＊ｒｘ3+ＦｙｂＲ＊ｒｚ3...식(19f-2)

또한, 영구자석 103ａＬ, 103ｄＲ이 코일 202에 대향할 경우, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ 및 모멘트의 Z축주변 성분Ｔｗｚ는, 다음식 (19b-3) 및 (19f-3)으로 표현된다.

Ｔｙ=ＦｙｆＬ+ＦｙｂＲ ...식(19b-3)

Ｔｗｚ={(ＦｘｆＲ+ＦｘｂＲ)-(ＦｘｆＬ+ＦｘｂＬ)｝＊ｒｘ3+(ＦｙｂＲ-ＦｙｆＬ)＊ｒｚ3...식(19f-3)

제4변형 예

제4변형 예에 따른 가동자 101에 대해서 도14d를 사용해서 설명한다. 도14d는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 도시한 개략도다.

본 변형 예에 따른 가동자 101의 기본적 구성은, 상기 도12 및 도13에 나타낸 제3실시예에 따른 구성과 거의 같다. 본 변형 예에 따른 가동자 101은, 영구자석 103의 부착 형태에서, 제3실시예에 따른 구성과는 다르다.

도14d는, 본 변형 예에 따른 가동자 101을 Z방향에서 본 도다. 도14d는, 본 변형 예에 따른 가동자 101의 상면에 있어서의 영구자석 103의 배치를 도시하고 있다.

도14d에 도시한 바와 같이, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ은, 각각, 가동자 101의 중심인 원점O를 지나가는 Ｘ방향의 중심선으로부터 Y방향의 Ｒ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

본 변형 예에서는, 영구자석 103ａＲ과 같은 복수의 영구자석 103ｇｉＲ(여기서, i=1, 2, 3, 4, 5)이, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 있어서, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ보다도 외측에 X방향에 일정한 간격으로 정렬되어 배치되어 있다. 복수의 영구자석 103ｇｉＲ을 부착한 요크 107은, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ을 부착한 요크 107로부터 분리되어 있다. 복수의 영구자석 103ｇｉＲ은, 도14d에 도시된 5개에 한정되는 것이 아니고, 복수의 영구자석 103ｇｉＲ의 개수는 복수이면 어떠한 개수이어도 좋다.

또한, 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ은, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 배치되어 있다. 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ은, 각각, 원점O를 지나가는 Ｘ방향의 중심선으로부터 Y방향의 Ｌ측에 거리ｒｘ3만큼 벗어난 위치에 배치되어 있다.

본 변형 예에서는, 영구자석 103ａＬ과 같은 복수의 영구자석 103ｇｉＬ(여기서, i=1, 2, 3, 4, 5)이, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 있어서, 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ보다도 외측에 X방향에 일정한 간격으로 정렬되어 배치되어 있다. 복수의 영구자석 103ｇｉＬ을 부착한 요크 107은, 영구자석 103ｂＬ, 103ｃＬ을 부착한 요크 107로부터 분리되어 있다. 복수의 영구자석 103ｇｉＬ은, 도14d에 도시된 5개에 한정되는 것이 아니고, 복수의 영구자석 103ｇｉＬ의 개수는 복수이면 어떠한 개수이어도 좋다.

상술한 것처럼, Y방향에 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103a, 103d를 부착한 요크 107과, X방향에 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103b, 103c를 부착한 요크 107이 분리되어 있다. 이에 따라, 자속의 불필요한 간섭을 감소 또는 방지해서, 제어성을 향상할 수 있다. 단, 요크 107을 분리하지 않고 일체적으로 구성해도 좋다. 이 경우, 요크 107을 분리하는 경우와 비교하여, 저가격으로 가동자 101을 구성할 수 있다.

또한, 도13에 나타낸 제3실시예의 경우에도, 본 변형 예와 마찬가지로, 서로 다른 방향에 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103을 부착한 요크 107가 서로 분리되어 있어도 좋다. 이 경우, Y방향에 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103a, 103d를 부착한 요크 107과, X방향에 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103b, 103c를 부착한 요크 107이 분리되어 있어도 좋다.

또한, 도1b에 도시된 제1실시예, 도10에 도시된 제2실시예 및 도15에 도시된 제4실시예에 있어서도, 본 변형 예와 마찬가지로, 서로 다른 방향으로 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103을 부착한 요크 107이 서로 분리되어 있어도 좋다. 이러한 경우, Z방향에 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103a, 103d를 부착한 요크 107과, X방향에 영구자석을 정렬한 자석군으로 형성된 영구자석 103b, 103c를 부착한 요크 107이 분리되어 있어도 좋다.

본 변형 예에서는, 영구자석 103ｇｉＲ의 Ｙ방향에 작용하는 힘을 ＦｙｉＲ, 영구자석 103ｇｉＬ의 Ｙ방향에 작용하는 힘을 ＦｙｉＬ로 표기하고 나서, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ는, 각 영구자석 103ｇｉＲ, 103ｇｉＬ에 작용하는 힘의 총합이 된다. 다시 말해, 본 변형 예에 따른 가동자 101의 경우, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ는, 다음식 (20b)로 표현된다.

Ｔｙ=ΣＦｙｉＲ+ΣＦｙｉＬ ...식(20b)

본 변형 예에 의하면, 배치하는 영구자석 103ｇｉＲ, 103ｇｉＬ의 수를 조정 함에 의해, 힘의 Ｙ방향성분Ｔｙ를 크게 또는 작게 하는 것이 가능하다.

기타의 변형 예

상기 제3실시예에 따른 가동자 101은, 또 다른 변형 예가 가능하다. 예를 들면, 더욱 X축방향의 반송력을 높이기 위해서, 영구자석 103ｂＲ, 103ｃＲ, 103ｂＬ, 103ｃＬ의 4조의 자석보다도 영구자석의 수를 늘릴 수 있다. 구체적으로는, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｒ측의 부분에 영구자석 103ｂＲ과 같은 영구자석을 다수, 횡으로 하나 이상의 열로 정렬할 수 있다. 마찬가지로, 가동자 101의 상면에 있어서의 Ｌ측의 부분에 영구자석 103ｂＬ과 같은 영구자석을 다수, 횡으로 하나 이상의 열로 정렬할 수 있다.

제4실시예

본 발명의 제4실시예에 대해서 도15 및 도16을 사용해서 설명한다. 도15 및 도16은, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 도시한 개략도다. 또한, 상기 제1 내지 제3실시예와 같은 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 첨부해 그 설명을 생략하거나 단순화한다.

본 실시예에 따른 가동자 101의 기본적 구성은, 제1실시예에 따른 구성과 거의 같다. 본 실시예에 따른 가동자 101은, 영구자석 103의 부착 형태에서, 제1 내지 제3실시예에 따른 구성과는 다르다.

도15의 상부의 도는, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 Z방향의 Ｚ+측에서 본 도다. 또한, 단순화된 설명을 위해서, 도15에 있어서 워크피스 102는 도시되지 않다. 도15의 중간부의 도는, 본 실시예에 따른 가동자 101의 Ｒ측의 측면을 Y방향의 Ｒ측에서 본 도다. 도15의 하부의 도는, 본 실시예에 따른 가동자 101의 Ｌ측의 측면을 Y방향의 Ｌ측에서 본 도다. 또한, 도15의 하부의 도에 도시된 가동자 101의 Ｌ측의 측면은, 표시의 편의상, 반전해서 도시하고 있다.

또한, 도16은, 본 실시예에 따른 가동자 101 및 고정자 201을 X방향에서 본 도다. 도16의 좌 절반은, 도15의 중간부의 도의 (Ａ)-(Ａ)선을 따라 자른 단면(A)를 도시하고 있다. 또한, 도16의 우 절반은, 도15의 중간부의 도의 (Ｂ)-(Ｂ)선을 따라 자른 단면(B)를 도시하고 있다.

도15에 도시한 바와 같이, 가동자 101의 Ｒ측의 측면에는, 제1실시예와는 달리, 영구자석 103ｃＲ, 103ｄＲ이 부착되어 있다. 다시 말해, 본 실시예에서는, 가동자 101의 Ｒ측의 측면에는, 영구자석 103ａＲ, 103ｂＲ이 부착되지 않고 있다.

영구자석 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 각각, 가동자 101의 중심인 원점O로부터 Y방향에 ｒｙ1만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 또한, 영구자석 103ｄＲ은, 원점O로부터 X방향의 다른쪽에 ｒｘ1만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 또한, 영구자석 103ｃＲ은, 원점O로부터 X방향의 다른쪽에 ｒｘ2만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다.

또한, 가동자 101의 Ｌ측의 측면에는, 제1실시예와는 달리, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ이 부착되어 있다. 다시 말해, 본 실시예에서는, 가동자 101의 Ｌ측의 측면에는, 영구자석 103ｃＬ, 103ｄＬ이 부착되지 않고 있다.

영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ은, 각각, 원점O로부터 Y방향에 ｒｙ1만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 또한, 영구자석 103ａＬ은, 원점O로부터 X방향의 한쪽에 ｒｘ1만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 또한, 영구자석 103ｂＬ은, 원점O로부터 X방향의 한쪽에 ｒｘ2만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다.

더욱, 영구자석 103ｃＲ, 103ｄＲ과 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ은, 서로 Z방향의 위치가 다르도록 Z방향에 벗어나서 배치되어서 가동자 101에 부착되어 있다. 다시 말해, 영구자석 103ｃＲ, 103ｄＲ은, 각각, 원점O로부터 Z방향의 가동자 101의 상부측에 거리ｒｚ1만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다. 한편, 또한, 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ은, 각각, 원점O로부터 Z방향의 가동자 101의 저부측에 거리ｒｚ1만큼 벗어난 위치에 부착되어 있다.

이렇게 해서, 본 실시예에서는, 가동자 101에, Ｒ측 및 Ｌ측의 측면에 영구자석 103이 비대칭으로 Z방향에 벗어나서 배치되도록 부착되어 있다.

상술한 바와 같이 가동자 101의 Ｒ측 및 Ｌ측의 측면에서 영구자석 103의 Ｚ방향의 위치가 서로 다른 사실과 관련지어, 고정자 201에 있어서는, 도16에 도시한 바와 같이, Ｒ측과 Ｌ측에 대해 코일 202의 열의 Ｚ방향의 위치가 다르다. 다시 말해, Ｒ측의 코일 202인 코일 202R의 열은, 가동자 101의 Ｒ측의 측면에 있어서의 영구자석 103ｃＲ, 103ｄＲ에 대향가능하게 X방향에 평행하게 배치되어 있다. 한편, Ｌ측의 코일 202인 코일 202L의 열은, 가동자 101의 Ｌ측의 측면에 있어서의 영구자석 103ａＬ, 103ｂＬ에 대향가능하게 X방향에 평행하게 배치되어 있다.

본 실시예에 따른 가동자 101의 경우, 가동자 101에 대하여 인가된 힘T의 식(6)에 나타낸 각 성분은, 다음식 (21a), (2lb), (21c), (21d), (21e) 및 (21f)로 표현된다.

Ｔｘ=ＦｘｂＲ+ＦｘｆＬ ...식(21a)

Ｔｙ=ＦｙｆＬ+ＦｙｂＲ ...식(2lb)

Ｔｚ=ＦｚｂＲ+ＦｚｆＬ ...식(21c)

Ｔｗｘ=(ＦｚｆＬ-ＦｚｂＲ)＊ｒｙ1+(ＦｙｂＲ-ＦｙｆＬ)＊ｒｚ1...식(21d)

Ｔｗｙ=(ＦｚｆＬ-ＦｚｂＲ)＊ｒｘ1...식(21e)

Ｔｗｚ=(ＦｙｂＲ-ＦｙｆＬ)＊ｒｘ2...식(21f)

따라서, 영구자석 103이 비대칭으로 배치되었을 때에도, 2열로 배치된 복수의 코일 202에 의해, 가동자 101에 3축의 힘성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 3축의 모멘트 성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)의 6축의 힘을 인가할 수 있다.

상술한 것처럼, 본 실시예에 의하면, 2열로 배치된 복수의 코일 202에 의해, 가동자 101에 대하여, 3축의 힘성분(Ｔｘ, Ｔｙ, Ｔｚ) 및 3축의 모멘트 성분(Ｔｗｘ, Ｔｗｙ, Ｔｗｚ)의 6축의 힘을 인가할 수 있다. 이에 따라, 가동자 101의 자세를 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다. 본 실시예 에 의하면, 제어해야 할 변수인 힘의 6축성분의 수보다도 적은 열수인 2열의 코일 202에 의해, 가동자 101의 자세의 6축에 대해 제어하면서, 가동자 101의 반송을 제어할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 코일 202의 열수가 보다 적을 수 있으므로, 시스템의 대형화나 복잡화를 수반하지 않고, 가동자 101의 자세를 제어하면서, 가동자 101을 비접촉으로 반송할 수 있다.

또한, 본 실시예와 같이 가동자 101에 비대칭으로 영구자석 103을 배치 함에 의해, 제1실시예와 비교해서 더욱 적은 수의 영구자석 103로, 가동자 101의 자세의 6축 제어 및 가동자 101의 반송 제어를 실현할 수 있다. 이 때문에, 본 실시예에 의하면, 코일 202의 열수뿐만 아니라, 영구자석 103의 수도 감소시킬 수 있으므로, 더욱 염가에 소형의 자기부상형의 반송 시스템을 구성할 수 있다.

기타의 실시예

본 발명은, 상기 실시예에 한정하지 않고 각 종 변형이 가능하다.

예를 들면, 진공환경이나 수중 환경에서 이용할 경우에, 코일 202의 주변이나 코어재료에 사용된 플라스틱등의 부재로부터, 유기물등이 비산, 유출해버릴 가능성이 높다. 또한, 절연용의 접착제도, 마찬가지로 일부 유출이나 한층 더 열화되어버릴 가능성이 높다.

그 때문에, 특히, 진공환경이나 수중 환경, 또는 클린 룸과 같은 쓰레기가 적은 환경에서는, 코일이나 코일 주변의 부품을 일부의 부품으로 덮어, 주위환경과 절연하는 것이 바람직하다. 절연의 방법은 몇개가 있고, 예를 들면, 금속 박스로 하나 이상의 코일을 덮고, 내부에 가스를 도입하는 것이 바람직하다.

게다가, 코일로부터 발생한 열을 외부에 발산, 방출하기 위해서는, 그 가스는 열전도율이 큰 가스가 바람직하고, 예를 들면 헬륨 가스가 바람직하고, 또는 수소 가스이어도 좋다. 그렇지만, 질소 가스, 이산화탄소 가스, 또는 대기는, 충분한 부품 보호 성능을 제공할 수도 있다.

더욱이, 하나 이상의 코일이 총괄적으로 정렬되어 모두 박스형으로 둘러싸여 코일 박스 유닛을 형성하고, 복수의 코일 박스 유닛을 정렬하여서 코일 열을 형성하여도 좋다. 이 박스 유닛을 정렬하기 위해, 각 코일 박스 유닛의 외부에는, 높이나 위치를 조정하는 작업을 하기 쉽도록, 높이 기준기나 위치 기준기를 제공하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시예에서는, 가동자 101을 부상시키는 부상력으로서, 코일 202로부터 영구자석 103이 받는 전자력만을 이용하는 경우를 일례로서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 가동자 101의 무게 또는 가동자 101 위에 놓인 워크피스 102의 무게가 크고 연직방향에 인가해야 할 부상력이 클 경우에는, 별도로, 공기등의 유체에 의한 정압을 부상을 위해 사용해서 부상력을 보조해도 좋다.

또한, 상기 실시예에서는, 복수의 코일 202가 2열 또는 1열로 배치되어 있는 경우를 일례로서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 가동자 101에 배치된 복수의 영구자석 103에 따라, 복수의 코일 202를, 예를 들면 3열, 4열 및 5열 중 어느 하나에 배치할 수도 있다. 본 발명 에 의하면, 가동자 101의 자세의 6축 제어에 있어서의 변수의 수인 6보다도 적은 열수의 코일 202의 열로, 가동자 101의 자세의 6축 제어를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 반송 시스템은, 전자기기등의 물품을 제조하는 제조 시스템에 있어서, 물품이 되는 워크피스에 대하여 각 작업 공정을 실시하는 공작 기계등의 각 공정장치의 작업 영역에 워크피스를 가동자와 함께 반송하는 반송 시스템으로서 이용될 수 있다. 작업 공정을 실시하는 공정장치는, 워크피스에 대하여 부품의 조립을 실시하는 장치, 도장을 실시하는 장치등, 어떠한 장치이어도 좋다. 또한, 제조되는 물품은 특별히 한정되는 것이 아니고, 어떠한 물품이 제조되어도 좋다.

상술한 것처럼, 본 발명에 따른 반송 시스템을 사용해서 워크피스를 작업 영역에 반송하고, 작업 영역에서 반송된 워크피스에 대하여 작업 공정을 실시해서 물품을 제조할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반송 시스템은, 시스템의 대형화도 복잡화도 수반하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 반송 시스템을 워크피스의 반송에 이용한 물품의 제조 시스템도, 시스템의 대형화나 복잡화를 수반하지 않고, 각 작업 공정을 실시하는 장치의 상당한 유연한 레이아웃을 제공할 수 있다. 본 발명에 의하면, 시스템 배치의 대형화를 수반하지 않고, 가동자의 자세를 제어하면서, 가동자를 비접촉으로 반송할 수 있다.

본 발명을 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형예, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 폭 넓게 해석해야 한다.

Claims (28)

1. 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군과, 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 갖는 가동자; 및
   상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 코일을 포함하는 코일 열을 구비하고,
   상기 가동자는, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한, 반송 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군은, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 방향과는 다른 방향으로 전자력을 받는, 반송 시스템.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 가동자는, 상기 제1의 방향에 평행한 측면 또는 상면을 갖고,
   상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군은, 상기 측면 또는 상기 상면에 배치되어 있는, 반송 시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 가동자는, 상기 제1의 방향에 평행한 한쪽의 상기 측면 및 다른쪽의 상기 측면을 갖고,
   상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군은, 상기 한쪽의 측면 및 상기 다른쪽의 측면에, 각각, 배치되어 있는, 반송 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 한쪽의 측면에 배치된 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군과, 상기 다른쪽의 측면에 배치된 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군은, 상기 제1의 방향에 평행한 축을 대칭축으로 하여 대칭으로 배치되어 있는, 반송 시스템.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 한쪽의 측면에 배치된 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군과, 상기 다른쪽의 측면에 배치된 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군은, 비대칭으로 배치되어 있는, 반송 시스템.
   
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 가동자는, 상기 제1의 방향에 평행한 한쪽의 상기 측면 및 다른쪽의 상기 측면을 갖고,
   상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군은, 상기 한쪽의 측면 및 상기 다른쪽의 측면 중 상기 한쪽의 측면에 배치되어 있는, 반송 시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제1의 자석군은 상기 제2의 방향으로 서로 벗어나서 배치된 일부분의 상기 제1의 자석군과 다른 부분의 상기 제1의 자석군을 포함하는, 반송 시스템.
   
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군은, 상기 상면에 배치되고,
   상기 코일 열에 포함된 상기 복수의 코일 중 적어도 하나는, 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군과 인력을 발생하도록 구성된 철심을 갖고, 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 아래쪽으로 대향가능하게 배치되어 있는, 반송 시스템.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코일 열에 포함된 상기 복수의 코일은, 상기 복수의 코일 중 하나 이상의 코일이 박스형으로 둘러싸여진 적어도 하나의 코일 박스 유닛을 구성하고,
    복수의 상기 코일 박스 유닛이 정렬되어 있는, 반송 시스템.
    
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가동자는,
    상기 제1의 자석군을 부착한 제1의 요크와,
    상기 제2의 자석군을 부착한 제2의 요크를 구비하고,
    상기 제1의 요크와 상기 제2의 요크가 서로 분리되어 있는, 반송 시스템.
    
12. 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군; 및 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 구비하는, 가동자로서,
    상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 코일을 포함하는 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한, 가동자.
    
13. 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군과, 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 갖고, 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향에 평행하게 배치된 복수의 코일을 포함하는 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한 가동자를 제어하는 제어장치로서,
    상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 제1의 방향으로의 상기 가동자의 반송을 제어하는 반송 제어부; 및
    상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 가동자의 자세를 제어하는 자세제어부를 구비하는, 제어장치.
    
14. 제1의 방향을 따라 배치된 복수의 제1 자석을 포함하는 제1의 자석군과, 상기 제1의 방향과 교차하는 제2의 방향을 따라 배치된 복수의 제2 자석을 포함하는 제2의 자석군을 갖고, 상기 제1의 자석군 및 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향에 평행하게 배치된 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력에 의해 자세가 제어되면서, 상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력에 의해 상기 제1의 방향으로 이동가능한 가동자를 제어하는 제어 방법으로서,
    상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 제1의 방향으로의 상기 가동자의 반송을 제어하는 단계; 및
    상기 코일 열로부터 상기 제1의 자석군 또는 상기 제2의 자석군이 받는 전자력을 제어함으로써, 상기 가동자의 자세를 제어하는 단계를 포함하는, 제어 방법.
    
15. 제 4항에 있어서,
    상기 코일 열은, 복수의 코일 열을 포함하고,
    상기 복수의 코일 열의 각각은, 상기 제1의 자석군과 상기 제2의 자석군에 대향하도록 상기 제1의 방향을 따라 배치되는, 반송 시스템.
    
16. 제 3항에 있어서,
    상기 코일 열은 1열인, 반송 시스템.
    
17. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 자석에 있어서, 상기 제1의 방향으로 서로 인접하는 상기 제1 자석은, 상기 코일 열과 상기 제1 자석이 대향하는 위치에서 서로 다른 극성을 갖고,
    상기 복수의 제2 자석에 있어서, 상기 제2의 방향으로 서로 인접하는 상기 제2 자석은, 상기 코일 열과 상기 제2 자석이 대향하는 위치에서 서로 다른 극성을 가지는, 반송 시스템.
    
18. 제 4항에 있어서,
    상기 반송 시스템은, 고정자를 더 포함하고,
    상기 고정자는, 바닥면과 상기 바닥면과 교차하는 측면을 갖고,
    상기 코일 열은, 상기 고정자의 측면에 배치되는, 반송 시스템.
    
19. 제 11항에 있어서,
    상기 반송 시스템은, 고정자를 더 포함하고,
    상기 고정자는, 바닥면과 상기 바닥면에 대향하는 상면을 갖고,
    상기 코일 열은, 상기 고정자의 상면에 배치되는, 반송 시스템.
20. 제 18항에 있어서,
    상기 가동자는, 상기 고정자와 비접촉으로 상기 제1의 방향으로 이동가능한, 반송 시스템.
    
21. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 자석은 3개 이상인, 반송 시스템.
    
22. 제 1항에 있어서,
    상기 제2의 자석군은, 상기 제1의 방향에서 상기 제1의 자석군보다 상기 가동자의 앞쪽에 배치되는, 반송 시스템.
    
23. 제 22항에 있어서,
    상기 제2의 자석군은, 복수의 제2의 자석군을 포함하고,
    상기 복수의 제2의 자석군 중 적어도 하나는, 상기 제1의 방향에서 상기 제1의 자석군보다 상기 가동자의 앞쪽에 배치되고,
    상기 복수의 제2의 자석군 중 적어도 하나는, 상기 제1의 방향에서 상기 제1의 자석군보다 상기 가동자의 단부 측에 배치되는, 반송 시스템.
    
24. 제 1항에 있어서,
    상기 제1의 자석군은, 복수의 상기 제1의 자석군을 포함하고,
    상기 제2의 자석군은, 상기 제1의 방향으로 2개의 상기 제1의 자석군 사이에 배치되는, 반송 시스템.
    
25. 제 24항에 있어서,
    상기 2개의 제1의 자석군의 상기 제1 자석 중 상기 제2의 자석군-상기 2개의 제1의 자석군 사이에 배치되어 있다-에 가장 가깝게 위치하는 상기 제1 자석의 극성은 서로 동일한, 반송 시스템.
    
26. 제 1항에 있어서,
    상기 코일 열을 형성하는 상기 복수의 코일 중 적어도 하나의 코일의 상기 제2의 방향의 길이는, 상기 제2의 자석군의 상기 제2의 방향의 길이보다 짧은, 반송 시스템.
    
27. 제 1항에 있어서,
    상기 코일 열을 형성하는 상기 복수의 코일 중 적어도 하나의 코일의 상기 제2의 방향의 길이는, 상기 제1의 자석군의 상기 제2의 방향의 길이보다 긴, 반송 시스템.
    
28. 물품의 제조방법으로서,
    청구항 제1항의 반송 시스템에 의해 워크피스를 반송하는 단계; 및
    공정 장치에 의해 상기 워크피스에 대하여 가공 작업을 실행하는 단계를 포함하는, 물품의 제조방법.

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