KR20220003956A - 이송 장치 및 이송 장치의 제어 방법 - Google Patents

이송 장치 및 이송 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

이동체와, 이동체의 상방에 이동체와 이간되어 마련되는 상판과, 상판의 하면에 서로 이웃하는 극성이 서로 다르도록 소정의 이동 방향과 평행하게 배치된 복수 개의 영구 자석을 포함하는 자석판과, 소정의 자석판을 따라 이동체의 상면에 소정의 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 진행 제어 코일 유닛과, 소정의 자석판과 동일 또는 서로 다른 자석판을 따라 이동체의 상면에 해당 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 상방 갭 제어 코일 유닛과, 진행 제어 코일 유닛 및 상방 갭 제어 코일 유닛에 각각 구동 전류를 공급하여, 이동체를 이동 방향을 따라 이동시킴과 아울러, 자석판과 상방 갭 제어 코일 유닛과의 간격인 상방 갭을 제어하는 제어 장치를 구비하는 이송 장치가 제공된다.

Description

이송 장치 및 이송 장치의 제어 방법{Carrier device and Control method for Carrier device}
본 발명은 이송 장치 및 이송 장치의 제어 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 리니어 모터 구동의 현수식(懸垂式) 이송 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
리니어 모터 구동의 현수식 이송 장치가 이미 알려져 있다. 리니어 모터 구동의 현수식 이송 장치는, 예를 들면, 천장에 레일이 설치되고, 이동체로부터 매달아진 버킷에 컨테이너와 같은 물품이 적재된다. 이동체는 리니어 모터에 의해 레일을 따라 주행한다. 일반적으로, 리니어 모터 구동의 현수식 이송 장치에 있어서는, 레일에 자석판이 배치되고, 대차(臺車)의 이동체의 상면에 복수 개의 여자(勵磁,exciting coil) 코일을 포함하는 진행 제어 코일 유닛이 배치된다. 자석판과 진행 제어 코일 유닛은 소정의 갭(이하, 상방 갭이라고 함)을 개재하여 대향 배치된다. 여자 코일에 구동 전류가 공급되면 상방 갭에 자계(磁界)가 발생하고, 이동체가 자석판을 따라 소정의 방향으로 이동한다.
이러한 이송 장치에 있어서는, 자석판과 진행 제어 코일 유닛과의 사이의 상방 갭을 유지하고, 이동체의 자세를 유지(保持)하는 자세 유지 수단이 마련되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제2018-069838호는, 자세 유지 수단으로서 이동체의 전후에 롤러(클리어런스 롤러)를 구비하는 이송 장치를 개시하고 있다. 롤러는 이동체의 이동에 수반되어 자석판(마그넷 레일)과 맞닿으면서 회전하고, 상방 갭을 일정하게 유지한다.
일본 특허 공개 공보 제2018-069838호
롤러 등의 자세 유지 수단은 자석판에 대하여 흡착력을 직접적으로 발휘하고 있는 것은 아니므로, 이동체의 이송을 시작 또는 정지할 때, 관성에 의해 이동체가 기울어져 상방 갭이 커지거나 다른 부재와 접촉할 가능성이 있다.
또한, 리니어 모터 구동의 이송 장치는 비접촉으로 이동체를 운송할 수 있기 때문에 클린 룸 등 높은 청정도가 요구되는 공간에도 설치된다. 그러나, 롤러 등 접촉식의 자세 유지 수단을 마련하는 경우, 자세 유지 수단과의 맞닿음 부위에서 발진(發塵)할 가능성이 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 비접촉인 수단으로 상방 갭을 유지하여, 보다 정확하게 이동체의 자세를 유지 가능한 이송 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 이동체와, 상기 이동체의 상방에 상기 이동체와 이간되어 마련되는 상판과, 상기 상판의 하면에 서로 이웃하는 극성이 서로 다르도록 소정의 이동 방향과 평행하게 배치된 복수 개의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 자석판과, 상기 적어도 하나의 자석판 중 소정의 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 상기 소정의 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 진행 제어 코일 유닛과, 상기 적어도 하나의 자석판 중 상기 소정의 자석판과 동일 또는 서로 다른 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 해당 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 적어도 2개의 상방 갭 제어 코일 유닛과, 상기 진행 제어 코일 유닛 및 상기 상방 갭 제어 코일 유닛에 각각 구동 전류를 공급하여 상기 이동체를 상기 이동 방향을 따라 이동시킴과 아울러, 상기 자석판과 상기 상방 갭 제어 코일 유닛과의 간격인 상방 갭을 제어하는 제어 장치를 구비하는 이송 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 이송 장치의 제어 방법으로서, 상기 이송 장치는, 이동체와, 상기 이동체의 상방에 상기 이동체와 이간되어 마련되는 상판과, 상기 상판의 하면에 서로 이웃하는 극성이 서로 다르도록 소정의 이동 방향과 평행하게 배치된 복수 개의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 자석판과, 상기 적어도 하나의 자석판 중 소정의 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 상기 소정의 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 진행 제어 코일 유닛과, 상기 적어도 하나의 자석판 중 상기 소정의 자석판과 동일 또는 서로 다른 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 해당 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 적어도 2개의 상방 갭 제어 코일 유닛을 구비하고, 상기 진행 제어 코일 유닛에 구동 전류를 공급하여 상기 이동체를 상기 이동 방향을 따라 이동시키고, 상기 상방 갭 제어 코일 유닛에 구동 전류를 공급하여 상기 자석판과 상기 상방 갭 제어 코일 유닛과의 간격인 상방 갭을 제어하는 이송 장치의 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 이송 장치는, 진행 제어 코일 유닛과는 별도로 복수 개의 여자 코일을 포함하는 상방 갭 제어 코일 유닛을 구비한다. 상방 갭 제어 코일 유닛에 구동 전류가 공급됨으로써, 자석판과 상방 갭 제어 코일 유닛 사이에 흡인력 또는 반발력이 발생하고, 자석판과 상방 갭 제어 코일 유닛과의 간격인 상방 갭이 제어되고, 나아가서는 자석판과 진행 제어 코일 유닛과의 사이의 간격이 소정의 크기로 제어된다. 이와 같이 하여 보다 정확하게 이동체의 자세를 유지할 수 있다. 또한, 자석판과 상방 갭 제어 코일 유닛은 비접촉의 상태로 유지되므로, 발진이 억제된다.
도 1은 본 실시 형태의 이송 장치의 측면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 화살표를 따라 본 단면도이다.
도 3는 변형 예의 이송 장치의 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태의 제어 장치의 블럭도이다.
도 5는 본 실시 형태의 진행 제어 장치의 블럭도이다.
도 6은 본 실시 형태의 상방 갭 제어 장치의 블럭도이다.
도 7은 본 실시 형태의 측방 갭 제어 장치의 블럭도이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하기로 한다. 이하에 설명되는 각종 변형 예는 각각 임의로 조합하여 실시할 수 있다. 아울러, 에 있어서, 이동체(2)가 이동하는 방향, 즉 도 1에 있어서의 좌우 방향을 이동 방향, 이동 방향에 직교하는 수평 방향, 즉 도 2 및 도 3에 있어서의 좌우 방향을 폭 방향이라고 한다.
도 1 및 도 2에 나타내지는 본 실시 형태의 이송 장치(1)는, 소정의 이동체(2)의 상방에 발생시킨 자력에 의해 이동체(2)를 이송하는 소위 리니어 모터 구동의 현수식 이송 장치이다. 본 실시 형태의 이송 장치(1)는, 이동체(2)와, 레일(3)과, 자석판(35)과, 진행 제어 코일 유닛(4)과, 위치·자극 센서(43)와, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과, 상방 갭 센서(53)와, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)과, 측방 갭 센서(63)와, 제어 장치(8)를 구비한다.
예를 들면, 이동체(2)에는 버킷이 매달아지고, 버킷에 이송의 대상이 되는 물품이 적재된다. 이동체(2)의 상면에는 진행 제어 코일 유닛(4)과, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과, 위치·자극(磁極) 센서(43)와, 상방 갭 센서(53)이 각각 부착된다. 또한, 이동체(2)의 측면에는 측방 갭 제어 코일 유닛(6)과 측방 갭 센서(63)가 각각 부착된다.
레일(3)은 이동체(2)를 상방으로부터 덮도록 소정 위치에 고정된, 예를 들면 단면 ㄷ자 형상의 부재이다. 구체적으로, 레일(3)은, 이동체(2)의 상방에 이동체(2)와 이간되어 마련되는 상판(31)과, 이동체(2)의 측방에 이동체(2)와 이간되어 마련되는 한 쌍의 측판(33)을 포함한다. 본 실시 형태에 있어서 한 쌍의 측판(33)은 상판(31)의 폭 방향의 양 단부로부터 각각 하방으로 세워져 마련되어 있으나, 상판(31)과 측판(33)은 각각 분리되어 마련될 수도 있다.
상판(31)의 하면에는 적어도 하나의 자석판(35)이 마련된다. 자석판(35)은 이동체(2)와 대향하는 면의 극성(極性)이 N극인 영구 자석(35n)과, 이동체(2)와 대향하는 면의 극성이 S극인 영구 자석(35s)을 각각 복수 개 포함하고, 영구 자석(35n) 및 영구 자석(35s)은 서로 이웃하는 극성이 서로 다르도록 상판(31)에 교대로 배치된다. 또한, 영구 자석(35n) 및 영구 자석(35s)은 이동 방향과 평행하게 배치된다. 본 실시 형태에 있어서는 하나의 자석판(35)이 상판(31)에 마련되고, 후술하는 바와 같이, 진행 제어 코일 유닛(4) 및 상방 갭 제어 코일 유닛(5)이 하나의 자석판(35)을 공용한다. 이와 같이 하면, 이송 장치(1)를 보다 소형으로 구성할 수 있기 때문에 적합하다. 단, 진행 제어 코일 유닛(4) 및 상방 갭 제어 코일 유닛(5)마다 자석판(35)을 마련할 수도 있다. 진행 제어 코일 유닛(4) 및 상방 갭 제어 코일 유닛(5)을 일차 측, 자석판(35)을 이차 측으로 하여 리니어 모터가 구성된다.
진행 제어 코일 유닛(4)은, 예를 들면, 복수 개의 여자 코일(41)을 포함하는 3상, 코어가 있는 리니어 모터용 코일 유닛(three-phase linear motor with a core이다. 여자 코일(41)은 자석판(35)을 따라 이동체(2)의 상면에 자석판(35)과 이간되어 마련된다. 여자 코일(41)이 여자되면, 각 여자 코일(41)과 해당 여자 코일(41)에 인접하는 영구 자석(35n, 35s)과의 사이에 발생하는 흡착력 및 반발력에 의해 이동체(2)는 부상함과 아울러, 영구 자석(35n, 35s)의 배열 설치(配設) 방향, 즉 이동 방향으로 이송된다. 여자 코일(41)은 120°씩 위상을 어긋나게 한 u상, v상, w상의 3개의 위상을 갖는 3상 교류로 여자될 수도 있다. 이 때, u상 전류, v상 전류, w상 전류로 각각 여자되는 u상 코일(41u), v상 코일(41v) 및 w상 코일(41w)을 하나의 세트로 하여 여자 코일(41)은 소정 수의 세트로 구성된다.
위치·자극 센서(43)는, 이동체(2)의 이동 방향의 위치를 검출하는 위치 센서(431) 및 영구 자석(35n, 35s)의 자계를 검출하는 자극 센서(433)의 기능을 겸하는 것으로서, 예를 들면 자기(磁氣) 스케일이다. 단, 위치 센서(431) 및 자극 센서(433)는 각각 별개로 마련될 수도 있고, 예를 들면, 위치 센서(431)로서 광학식 센서가 마련되고, 자극 센서(433)로서 홀 소자가 마련될 수도 있다. 위치 센서(431) 및 자극 센서(433)로는 임의의 센서가 사용되면 되는데, 비접촉식의 것이 바람직하다. 아울러, 본 실시 형태에 있어서, 위치·자극 센서(43)는 진행 제어 코일 유닛(4)에 부착되어 있는데, 이동체(2)에 직접, 또는 다른 부재를 개재하여 간접적으로 부착될 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 이동체(2)의 위치 및 속도를 측정함에 있어서, 위치 센서(431) 및 자극 센서(433)를 사용하여 인크리멘탈 타입의 위치 계측을 수행하는데, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 위치·자극 센서(43)로서 광학식 센서, 정전 용량식 센서, 레이저 간섭식 센서, 자기식 센서 등의 임의의 직선 위치 검출기가 사용될 수도 있다. 또한, 앱솔루트 타입의 위치 계측이 수행될 수도 있고, 이 때, 자극 센서(433)는 생략 가능하다.
상방 갭 제어 코일 유닛(5)은, 예를 들면, 복수 개의 여자 코일(51)을 포함하는 3상 코어가 있는 리니어 모터용 코일 유닛이다. 여자 코일(51)은 자석판(35)을 따라 이동체(2)의 상면에 자석판(35)과 이간되어 마련된다. 전술한 바와 같이, 여자 코일(41)과 대향하는 자석판(35)과 여자 코일(51)과 대향하는 자석판(35)은 동일하다. 즉, 여자 코일(41)과 여자 코일(51)에서 자석판(35)을 공용하는 것이 바람직하다. 단, 복수 개의 자석판(35)을 마련하고, 각각 서로 다른 자석판(35)을 여자 코일(41) 및 여자 코일(51)과 대향 배치시킬 수도 있다. 여자 코일(51)이 여자되면, 각 여자 코일(51)과, 해당 여자 코일(51)과 대면하는 영구 자석(35n) 또는 영구 자석(35s)과의 사이에 발생하는 흡착력 또는 반발력에 의해 자석판(35)과 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과의 간격인 상방 갭이 제어된다. 여자 코일(51)은 3상 교류로 여자될 수도 있다. 이 때, u상 전류, v상 전류, w상 전류로 각각 여자되는 u상 코일(51u), v상 코일(51v) 및 w상 코일(51w)을 하나의 세트로 하여, 여자 코일(51)은 소정 수의 세트로 구성된다. 상방 갭 제어 코일 유닛(5)은 진행 제어 코일 유닛(4)을 사이에 두고 이동 방향의 전후에 각각 하나씩 마련되는 것이 바람직하다.
상방 갭 센서(53)는 상방 갭의 크기를 검출하는 것으로서, 예를 들면 적외선 센서이다. 상방 갭 센서(53)로는 임의의 센서가 사용되면 되는데, 비접촉식의 것이 바람직하다. 상방 갭 센서(53)는 진행 제어 코일 유닛(4)을 사이에 두고 이동 방향의 전후에 각각 하나씩 마련되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서, 각 상방 갭 센서(53)는 각 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 부착되어 있는데, 이동체(2)에 직접, 또는 다른 부재를 개재하여 간접적으로 부착될 수도 있다.
진행 제어 코일 유닛(4) 및 상방 갭 제어 코일 유닛(5)이 하나의 자석판(35)을 공용할 때, 진행 제어 코일 유닛(4) 및 상방 갭 제어 코일 유닛(5)은 하나의 자석판(35)을 따라 동일선 상에 마련된다. 또한, 진행 제어 코일 유닛(4)의 리니어 여자 코일(41)를 여자시킴에 있어서, 진행 제어 코일 유닛(4)에는 구동 전류로서 q축 전류가 공급된다. q축 전류는 u상 전류, v상 전류 및 w상 전류로 변환되고, u상 코일(41u), v상 코일(41v) 및 w상 코일(41w)에 각각 공급된다. 상방 갭 제어 코일 유닛(5)의 여자 코일(51)를 여자시킴에 있어서, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에는 구동 전류로서 d축 전류가 공급된다. d축 전류는 u상 전류, v상 전류 및 w상 전류로 변환되고, u상 코일(51u), v상 코일(51v) 및 w상 코일(51w)에 각각 공급된다. d축 전류는 자석판(35)에 의해 발생하는 자계의 방향과 평행한 방향, 즉 N극 방향으로 자계가 발생하는 전류이다. 또한, q축 전류는 d축 전류에 직교하는 전류이다. 바꾸어 말하면, d축 전류와 q축 전류는 90° 위상이 어긋나 있다.
이상과 같은 구성의 이송 장치(1)에 따르면, 상방 갭의 크기를 제어함으로써 이동체(2)의 자세를 유지할 수 있다. 이 때, 자석판(35)과 상방 갭 제어 코일 유닛(5)은 비접촉의 상태로 유지되므로, 접촉에 의한 발진이 억제된다. 특히, 본 실시 형태에 있어서는 진행 제어 코일 유닛(4) 및 상방 갭 제어 코일 유닛(5)은 하나의 자석판(35)을 공유하여 이동체(2)의 이동과 상방 갭의 제어를 수행하므로, 이송 장치(1) 전체의 크기를 보다 컴팩트하게 구성할 수 있다.
이동체(2)를 이송함에 있어서, 이동체(2)의 폭 방향의 위치도 규제되는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)과 측판(33)과의 간격인 측방 갭은 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 측방 갭 제어 코일 유닛(6) 및 측방 갭 센서(63)에 의해 측방 갭의 제어가 수행된다.
측방 갭 제어 코일 유닛(6)은, 예를 들면, 하나 이상의 여자 코일(61)을 포함하는 단상(單相) 교류 전자석(電磁石) 또는 직류 전자석이다. 여자 코일(61)은 이동체(2)의 측면에 측판(33)과 이간되어 마련된다. 이 때, 측판(33)의 적어도 여자 코일(61)과의 대향면은 강자성체(强磁性體)이다. 여자 코일(61)이 여자되면, 각 여자 코일(61)과 측판(33)과의 사이에 발생하는 흡착력에 의해 측방 갭이 제어된다. 측방 갭 제어 코일 유닛(6)이 단상 교류 전자석일 때, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)은 단상 교류로 여자된다. 측방 갭 제어 코일 유닛(6)이 직류 전자석일 때, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)은 직류로 여자된다. 단상 교류 전자석 또는 직류 전자석인 측방 갭 제어 코일 유닛(6)은 이동체(2)의 양 측면에 하나씩 마련된다.
또한, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)은 복수 개의 여자 코일을 포함하는 3상 코어가 있는 리니어 모터용 코일 유닛일 수도 있다. 여자 코일은 3상 교류로 여자될 수도 있다. 이 때, u상 전류, v상 전류, w상 전류로 각각 여자되는 u상 코일, v상 코일 및 w상 코일을 하나의 세트로 하여, 여자 코일은 소정 수의 세트로 구성된다. 3상 코어가 있는 리니어 모터용 코일 유닛인 측방 갭 제어 코일 유닛(6)은 이동체(2)의 양 측면에 하나씩 마련될 수도 있다. 또한, 측판(33)의 여자 코일과의 대향면에는 강자성체로서 자석판(35)이 마련될 수도 있다. 이 경우, 3상 코어가 있는 리니어 모터용 코일 유닛인 측방 갭 제어 코일 유닛(6)은 이동체(2)의 측면에 하나 마련되면 된다.
측방 갭 센서(63)는 측방 갭의 크기를 검출하는 것으로서, 예를 들면 적외선 센서이다. 측방 갭 센서(63)로는 임의의 센서가 사용되면 되는데, 비접촉식의 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서, 측방 갭 센서(63)는 일방의 측방 갭 제어 코일 유닛(6)에 부착되어 있는데, 이동체(2)에 직접, 또는 다른 부재를 개재하여 간접적으로 부착될 수도 있다.
또한, 측방 갭은 다른 수단으로 제어될 수도 있다. 예를 들면, 도 3에 나타내지는 변형 예에 있어서는, 측판(33)과 맞닿아 회전 가능하게 구성된 롤러(7)가 이동체(2)의 양 측면에 하나씩 마련된다. 아울러, 도 3에 있어서는, 실시 형태와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있으며, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
발진의 억제라는 관점에서는, 측방 갭은 측방 갭 제어 코일 유닛(6) 및 측방 갭 센서(63)라는 비접촉식의 규제 수단으로 제어되는 것이 바람직하다. 단, 이동체(2)의 이송 시에 있어서 폭 방향으로 가해지는 힘은 비교적 적으므로, 롤러(7)와 같은 접촉식의 규제 수단이 사용될 수도 있다.
제어 장치(8)는, 진행 제어 코일 유닛(4), 상방 갭 제어 코일 유닛(5) 및 측방 갭 제어 코일 유닛(6)에 각각 구동 전류를 공급하고, 이동체(2)를 이동 방향을 따라 이동시킴과 아울러, 상방 갭 및 측방 갭의 크기를 제어한다. 도 4에 나타내지는 바와 같이, 제어 장치(8)는, 진행 제어 장치(81)와, 상방 갭 제어 장치(83)와, 측방 갭 제어 장치(85)를 포함한다.
도 5에 나타내지는 바와 같이, 진행 제어 장치(81)는, 진행 제어부(811)와, 위상 산출기(812)와, PI 제어부(813a, 813b)와, 역dq 변환부(814)와, 파워 앰프(815)와, AD 컨버터(816)와, dq 변환부(817)를 갖는다.
위상 산출기(812)에는, 자극 센서(433)가 검출한 영구 자석(35n, 35s)의 자계를 나타내는 자극 신호(mp) 및 위치 센서(431)에 의해 검출한 이동체(2)의 현재 위치를 나타내는 위치 신호(po)가 입력된다. 위상 산출기(812)는 자극 신호(mp) 및 위치 신호(po)에 의거하여 자석판(35)의 자계의 위상을 산출하고, 자석판(35)의 자계의 위상을 나타내는 위상 신호(ph)를 역dq 변환부(814) 및 dq 변환부(817)에 출력한다.
진행 제어부(811)는, 상위 장치(80)로부터 입력되는 이동 명령(poref)과 위치 센서(431)로부터 입력되는 위치 신호(po)에 의거하여, 이동체(2)의 목표 위치 및 속도를 산출한다. 자석판(35)에 대하여, 진행 제어 코일 유닛(4)이 발생시키는 이동 방향의 추력은 q축 전류값(Aiq)에 비례한다. 그 때문에, 진행 제어부(811)는 q축 전류를 구동 전류로 하여 진행 제어 코일 유닛(4)에 공급하기 위하여, q축 전류 명령(Aiqref)을 PI 제어부(813a)에 출력한다. 한편, 진행 제어 장치(81)는 d축 전류를 진행 제어 코일 유닛(4)에 공급하지 않는다. 즉, 진행 제어부(811)는 값이 0인 d축 전류 명령(Aidref)을 PI 제어부(813b)에 출력한다.
PI 제어부(813a) 및 PI 제어부(813b)는 각각 PI 연산을 수행함으로써 q축 전류 명령(Aiqref)을 q축 전압 명령(AVqref)으로 변환하고, d축 전류 명령(Aidref)을 d축 전압 명령(AVdref)으로 변환한다. 역dq 변환부(814)는, 위상 신호(ph)에 의거하여 q축 전압 명령(AVqref) 및 d축 전압 명령(AVdref)을 dq 역변환하여 u상 전압 명령(AVuref), v상 전압 명령(AVvref) 및 w상 전압 명령(AVwref)을 산출하고, 파워 앰프(815)에 출력한다.
파워 앰프(815)는 u상 전압 명령(AVuref), v상 전압 명령(AVvref) 및 w상 전압 명령(AVwref)에 의거하여 원하는 u상 전압(AVu), v상 전압(AVv) 및 w상 전압(AVw)을 진행 제어 코일 유닛(4)의 u상 코일(41u), v상 코일(41v) 및 w상 코일(41w)에 각각 공급한다.
이와 같이 하여 진행 제어 코일 유닛(4)에 자석판(35)에 발생하는 자계와 위상이 약 90° 어긋난 자계가 발생하고, 진행 제어 코일 유닛(4)과 자석판(35)과에 상호 발생하는 자력에 의해 이동체(2)는 원하는 이동 방향으로 주행한다.
다만, 이동체(2)의 진행을 제어할 때 피드백 제어가 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, AD 컨버터(816)는 파워 앰프(815)가 출력한 u상 전압(AVu), v상 전압(AVv) 및 w상 전압(AVw)의 값을 읽고, u상 전류값(Aiu), v상 전류값(Aiv) 및 w상 전류값(Aiw)으로 변환한다. dq 변환부(817)는 위상 신호(ph)에 의거하여 u상 전류값(Aiu), v상 전류값(Aiv) 및 w상 전류값(Aiw)을 dq 변환하여 q축 전류값(Aiq) 및 d축 전류값(Aid)을 산출한다. q축 전류 명령(Aiqref) 및 d축 전류 명령(Aidref)은 q축 전류값(Aiq) 및 d축 전류값(Aid)에 의해 보정된다.
도 6에 나타내지는 바와 같이, 상방 갭 제어 장치(83)는, 상방 갭 제어부(831)와, 위상 산출기(832)와, PI 제어부(833a, 833b)와, 역dq 변환부(834)와, 파워 앰프(835)와, AD 컨버터(836)와, dq 변환부(837)를 갖는다.
위상 산출기(832)에는 자극 신호(mp) 및 위치 신호(po)가 입력된다. 위상 산출기(832)는 자극 신호(mp) 및 위치 신호(po)에 의거하여 위상 신호(ph)를 역dq 변환부(834) 및 dq 변환부(837)에 출력한다. 아울러, 위상 산출기(812) 및 위상 산출기(832)는 진행 제어 장치(81) 및 상방 갭 제어 장치(83)에 각각 개별로 마련될 수도 있고, 하나의 위상 산출기가 겸용될 수도 있다.
상방 갭 제어부(831)는 상방 갭 센서(53)로부터 입력되는 현재의 상방 갭의 크기를 나타내는 상방 갭 신호(tgap)와, dq 변환부(837)로부터 입력되는 d축 전류값(Bid)과, 소정의 설정값에 의거하여 상방 갭의 보정값을 산출한다. 자석판(35)에 대하여, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)이 발생시키는 연직 방향의 흡착력 또는 반발력은 d축 전류값(Bid)과 상관이 있다. 그 때문에, 상방 갭 제어부(831)는 d축 전류를 구동 전류로 하여 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 공급하기 위하여, d축 전류 명령(Bidref)을 PI 제어부(833b)에 출력한다. 한편, 상방 갭 제어 장치(83)는 q축 전류를 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 공급하지 않는다. 즉, 상방 갭 제어부(831)는 값이 0인 q축 전류 명령(Biqref)을 PI 제어부(833a)에 출력한다.
PI 제어부(833a) 및 PI 제어부(833b)는 각각 PI 연산을 수행함으로써 q축 전류 명령(Biqref)을 q축 전압 명령(BVqref)으로 변환하고, d축 전류 명령(Bidref)을 d축 전압 명령(BVdref)으로 변환한다. 역dq 변환부(834)는 위상 신호(ph)에 의거하여 q축 전압 명령(BVqref) 및 d축 전압 명령(BVdref)을 dq 역변환하여 u상 전압 명령(BVuref), v상 전압 명령(BVvref) 및 w상 전압 명령(BVwref)을 산출하고, 파워 앰프(835)에 출력한다.
파워 앰프(835)는 u상 전압 명령(BVuref), v상 전압 명령(BVvref) 및 w상 전압 명령(BVwref)에 의거하여 원하는 u상 전압(BVu), v상 전압(BVv) 및 w상 전압(BVw)을 상방 갭 제어 코일 유닛(5)의 u상 코일(51u), v상 코일(51v) 및 w상 코일(51w)에 각각 공급한다.
이와 같이 하여, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 자석판(35)에 의해 발생하는 자계의 방향과 평행한 방향의 자계, 즉 자석판(35)에 발생하는 자계의 N상과 위상이 일치하는 자계가 발생하고, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과 자석판(35)에 상호 발생하는 자력에 의해 상방 갭이 원하는 크기로 유지된다.
다만, 상방 갭을 제어할 때 피드백 제어가 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, AD 컨버터(836)는 파워 앰프(835)가 출력한 u상 전압(BVu), v상 전압(BVv) 및 w상 전압(BVw)의 값을 읽고, u상 전류값(Biu), v상 전류값(Biv) 및 w상 전류값(Biw)으로 변환한다. dq 변환부(837)는 위상 신호(ph)에 의거하여 u상 전류값(Biu), v상 전류값(Biv) 및 w상 전류값(Biw)을 dq 변환하여 q축 전류값(Biq) 및 d축 전류값(Bid)을 산출한다. q축 전류 명령(Biqref) 및 d축 전류 명령(Bidref)은 q축 전류값(Biq) 및 d축 전류값(Bid)에 의해 보정된다.
여기서, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 공급되는 구동 전류, 즉 d축 전류의 크기는 이동체(2) 및 이동체(2)에 고정되는 부재로 이루어지는 가동부 전체의 중력과, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과 자석판(35) 사이의 흡착력이 균형을 이루도록 제어되는 것이 바람직하다. 즉, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 있어서는, 소위 제로 파워 제어가 수행되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서는, 이동체(2)에 고정되는 부재는, 구체적으로는, 진행 제어 코일 유닛(4)과, 위치·자극 센서(43)와, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과, 상방 갭 센서(53)와, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)과, 측방 갭 센서(63)와, 이동체(2)에 매달아지는 버킷과, 버킷에 적재되는 이송 대상물을 포함한다. 이동체(2) 및 이동체(2)에 고정되는 부재로 이루어지는 가동부 전체의 중력을 G, 진행 제어 코일 유닛(4)에 발생하는 흡착력을 P1, 하나의 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 발생하는 흡착력을 P2라고 하면, P2가 {(G-P1)/(상방 갭 제어 코일 유닛(5)의 개수)}가 될 때, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과 자석판(35) 사이의 흡착력이 균형을 이룬다. 상방 갭 제어 장치(83)가 가동부 전체의 중력과, 상방 갭 제어 코일 유닛(5)과 자석판(35) 사이의 흡착력이 균형을 이루도록 상방 갭을 제어함으로써 상방 갭 제어 코일 유닛(5)에 공급되는 구동 전류의 값을 실질적으로 0으로 할 수 있고, 소비 전력을 억제할 수 있다. 즉, 상방 갭은 상위 장치(80) 등으로부터 명령되는 값이 아니라, 구동 전류가 실질적으로 0이 되는 값으로 제어되는 것이 바람직하다.
도 7에 나타내지는 바와 같이, 측방 갭 제어 장치(85)는, 측방 갭 제어부(851)와, PI 제어부(853)와, 파워 앰프(855)와, AD 컨버터(856)를 갖는다.
측방 갭 제어부(851)는, 측방 갭 센서(63)로부터 입력되는 현재의 측방 갭의 크기를 나타내는 측방 갭 신호(sgap)와 소정의 설정값에 의거하여 측방 갭의 보정값을 산출한다. 그리고, 측방 갭 제어부(851)는 전류 명령(Ciref)을 PI 제어부(853)에 출력한다.
PI 제어부(853)는 PI 연산을 수행함으로써 전류 명령(Ciref)을 전압 명령(CVref)으로 변환하고, 파워 앰프(855)에 출력한다.
파워 앰프(855)는 전압 명령(CVref)에 의거하여 원하는 전압(CV)을 측방 갭 제어 코일 유닛(6)의 여자 코일(61)에 공급한다.
이와 같이 하여, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)과 측판(33)에 상호 발생하는 자력에 의해 측방 갭이 원하는 크기로 유지된다.
다만, 측방 갭을 제어할 때 피드백 제어가 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, AD 컨버터(856)는 파워 앰프(855)가 출력한 전압(CV)의 값을 읽고, 전류값(Ci)으로 변환한다. 전류 명령(Ciref)은 전류값(Ci)에 의해 보정된다.
이상 설명한 측방 갭 제어 장치(85)는, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)이 단상 교류 전자석 또는 직류 전자석인 경우의 구성을 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 측방 갭 제어 코일 유닛(6)은 3상 코어가 있는 리니어 모터용 코일 유닛일 수도 있다.
본 발명은 이미 몇 가지 예가 구체적으로 나타나 있는 바와 같이, 도면에 나타내지는 실시 형태의 구성에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 또는 응용이 가능하다.

Claims (12)

  1. 이동체와,
    상기 이동체의 상방에 상기 이동체와 이간되어 마련되는 상판과,
    상기 상판의 하면에 서로 이웃하는 극성이 서로 다르도록 소정의 이동 방향과 평행하게 배치된 복수 개의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 자석판과,
    상기 적어도 하나의 자석판 중 소정의 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 상기 소정의 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 진행 제어 코일 유닛과,
    상기 적어도 하나의 자석판 중 상기 소정의 자석판과 동일 또는 서로 다른 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 해당 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 적어도 2개의 상방 갭 제어 코일 유닛과,
    상기 진행 제어 코일 유닛 및 상기 상방 갭 제어 코일 유닛에 각각 구동 전류를 공급하여 상기 이동체를 상기 이동 방향을 따라 이동시킴과 아울러, 상기 자석판과 상기 상방 갭 제어 코일 유닛과의 간격인 상방 갭을 제어하는 제어 장치를 구비하는 이송 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상방 갭 제어 코일 유닛은 상기 진행 제어 코일 유닛을 사이에 두고 상기 이동 방향의 전후에 각각 마련되는 이송 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진행 제어 코일 유닛 및 상기 상방 갭 제어 코일 유닛이 상기 소정의 자석판을 따라 동일선 상에 마련되고,
    상기 제어 장치는,
    상기 상방 갭 제어 코일 유닛에 상기 구동 전류로서 상기 소정의 자석판에 의해 발생하는 자계의 방향과 평행한 방향으로 자계가 발생하는 전류인 d축 전류를 공급하고,
    상기 진행 제어 코일 유닛에 상기 구동 전류로서 상기 d축 전류에 직교하는 q축 전류를 공급하는 이송 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동체의 상기 이동 방향의 위치를 검출하는 위치 센서를 더 구비하는 이송 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 상방 갭의 크기를 검출하는 적어도 하나의 상방 갭 센서를 더 구비하는 이송 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 상방 갭 센서는 상기 진행 제어 코일 유닛을 사이에 두고 상기 이동 방향의 전후에 각각 마련되는 이송 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동체의 측방에 상기 이동체와 이간되어 마련되는 한 쌍의 측판을 더 구비하는 이송 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이동체의 측면에 상기 측판과 이간되어 마련되는 여자 코일을 포함하는 적어도 하나의 측방 갭 제어 코일 유닛을 더 구비하고,
    상기 측판의 적어도 상기 여자 코일과의 대향면은 강자성체이고,
    상기 제어 장치는 상기 측방 갭 제어 코일 유닛에 전류를 공급하여 상기 측방 갭 제어 코일 유닛과 상기 측판과의 간격인 측방 갭을 제어하는 이송 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 측방 갭의 크기를 검출하는 측방 갭 센서를 더 구비하는 이송 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 이동체의 측면에 마련되고, 상기 측판과 맞닿아 회전 가능하게 구성된 롤러를 더 구비하는 이송 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 이동체 및 상기 이동체에 고정되는 부재로 이루어지는 가동부 전체의 중력과, 상기 상방 갭 제어 코일 유닛과 상기 소정의 자석판과 동일 또는 서로 다른 자석판 사이의 흡착력이 균형을 이루도록 상기 상방 갭 제어 코일 유닛에 상기 구동 전류를 공급하는 이송 장치.
  12. 이송 장치의 제어 방법으로서,
    상기 이송 장치는,
    이동체와,
    상기 이동체의 상방에 상기 이동체와 이간되어 마련되는 상판과,
    상기 상판의 하면에 서로 이웃하는 극성이 서로 다르도록 소정의 이동 방향과 평행하게 배치된 복수 개의 영구 자석을 포함하는 적어도 하나의 자석판과,
    상기 적어도 하나의 자석판 중 소정의 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 상기 소정의 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 진행 제어 코일 유닛과,
    상기 적어도 하나의 자석판 중 상기 소정의 자석판과 동일 또는 서로 다른 자석판을 따라, 상기 이동체의 상면에 해당 자석판과 이간되어 마련되는 복수 개의 여자 코일을 포함하는 적어도 2개의 상방 갭 제어 코일 유닛을 구비하고,
    상기 진행 제어 코일 유닛에 구동 전류를 공급하여 상기 이동체를 상기 이동 방향을 따라 이동시키고,
    상기 상방 갭 제어 코일 유닛에 구동 전류를 공급하여 상기 자석판과 상기 상방 갭 제어 코일 유닛과의 간격인 상방 갭을 제어하는 이송 장치의 제어 방법.
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