WO2006059505A1 - 磁気吸引型非接触搬送装置 - Google Patents

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WO2006059505A1
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magnetic
type non
magnetic attraction
transfer device
contact transfer
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Inventor
Mochimitsu Komori
Original Assignee
Kyushu Institute Of Technology
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/04—Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/06—Means to sense or control vehicle position or attitude with respect to railway
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
    • H02N15/02—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for by Foucault currents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic attraction type non-contact conveyance device that attracts an object using an electromagnet and floats it to convey or rotate.
  • magnetic bearings for motors, magnetic levitation railways, non-contact conveyance devices, and the like have attracted attention and are put to practical use as applications of magnetic levitation technology.
  • stop holding devices and magnetic levitation transfer devices such as those described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-46592 and 7-123528, respectively, are used to hold a conveyed product in a non-contact state.
  • stop holding devices and magnetic levitation transfer devices such as those described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-46592 and 7-123528, respectively, are used to hold a conveyed product in a non-contact state.
  • it has the advantage of eliminating frictional wear and lubrication problems. This is suitable for maintenance-free processing of objects in a vacuum or clean room.
  • the present invention has been made in view of the power situation, and the sensor (displacement meter) and the magnet are integrated to make the device compact, for example, even when the object is transported far away, It is intended to provide a magnetic attraction type non-contact transfer device that does not require a large number of sensors.
  • a magnetic attraction type non-contact transfer device that meets the above-described object is provided with a coil wound around the tip.
  • a magnetic body that forms a magnetic pole in the section, a displacement meter that measures the displacement of an object that is incorporated in the magnetic body and is attracted by the magnetic pole, and an output from the displacement meter is used as an input to control the current flowing through the coil.
  • one or more magnetic attraction elements having a control device for controlling the position of the object.
  • a current is passed through the coil to magnetize the magnetic material, and an object (a part or all of the upper part is made of a magnetic material) is attracted.
  • the position of the attracted object is measured with a displacement meter, the current flowing through the coil is controlled, and the position of the object is controlled by balancing the attracting force by the magnetic pole (magnet) and the weight of the object.
  • the attractive force by the magnetic pole is inversely proportional to the square of the distance from the magnetic pole, and since gravity does not change with the displacement of the object, the distance to the object can be easily controlled.
  • the magnetic attraction type non-contact conveyance device can be made compact as a whole because the displacement meter is incorporated in the magnetic body. Further, by combining a plurality of such magnetic attraction elements, even an object having a complicated shape can be conveyed, controlled in position, and sometimes controlled in rotation.
  • the displacement meter is formed inside the magnetic body (for example, a central portion) and is integrally incorporated in a hollow portion having at least a lower portion opened.
  • the displacement of the object directly under the magnetic pole is directly detected.
  • a displacement meter exists immediately above the object, and the displacement of the object can be measured more accurately.
  • any displacement meter that uses electromagnetic waves, ultrasonic waves, light, magnetism, or capacitance can be used.
  • the object is not affected by the current flowing through the coil wound around the magnetic material. It can be controlled not to fall.
  • the displacement meter is preferably arranged with a gap from the magnetic body. Further, the displacement meter may be disposed in the cavity by surrounding the displacement meter, having a gap with the displacement meter, or being housed in a high-permeability case in close contact with the displacement meter. As a result, the displacement meter is less affected by the magnetic field caused by the current flowing through the coil, and the displacement can be measured more accurately.
  • a permanent magnet may be incorporated inside or outside the magnetic body.
  • the permanent magnet should be smaller than the magnetic force that can attract and hold the object. As a result, the magnetic force generated by energizing the coil and the magnetic force of the permanent magnet are added together and applied to the object.
  • an auxiliary coil that applies a rotational torque to the object may be provided inside or outside the magnetic body.
  • rotational torque can be applied to the object, and rotation control of the position and speed of the object can be performed.
  • the object is a sphere made of a magnetic material, a cylinder or a cylinder, or an object other than an axis object (for example, a prism, a pyramid, a pyramid).
  • the object when the object is a sphere made of a magnetic material or other axis target object, the object can be rotated while being suspended magnetically. Further, when the object is a sphere, a pattern can be written on the surface thereof to make an ornament such as a globe.
  • the magnetic adsorption element may be provided at a tip portion of an arm of a robot hand.
  • the object can be moved to an arbitrary place by using the arm of the robot hand, and the angle and posture of the object can be freely controlled by using a plurality of robot hands.
  • a plurality of the magnetic adsorption elements are provided on a common gantry, and a magnet provided above the object is provided between the magnetic adsorption elements. It is also possible to provide an anti-adsorption magnet that has the same magnetic pole and the force is directed downward. As a result, when the object is subjected to a load or impact of a low force, the adsorption prevention magnet repels the magnetic pole provided on the object, and the object is attracted to the magnetic adsorption element and collides with it. Can be prevented.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of a magnetic attraction element used for a magnetic attraction type non-contact transfer device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of an electric circuit of the magnetic attraction type non-contact transfer device.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between current and magnetic attractive force.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the gap between the object and the magnetic pole and the attractive force of the magnetic pole.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between time and gap when the displacement target value is changed.
  • FIGS. 6A and 6B are partial cross-sectional views of a magnetic attraction element of a magnetic attraction type non-contact transfer device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 (A) is an explanatory view of a magnetic attraction type non-contact transfer device according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 7 (B) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7 (A). .
  • the magnetic attraction type non-contact transfer device includes a magnetic adsorption element 10.
  • the magnetic attraction element 10 includes an iron core 12 which is an example of a magnetic body having an annular cavity 11 formed therein, a coil 14 provided in the cavity 11 surrounding the magnetic core 13 at the center of the iron core 12, and a magnetic core.
  • an eddy current sensor 15 which is an example of a displacement meter embedded in the central portion of the portion 13. These will be described in detail below.
  • the eddy current sensor 15 can also be arranged eccentrically with respect to the axis of the magnetic pole core part 13.
  • the iron core 12 is formed of an iron material having a high saturation magnetic flux density, and in this embodiment, the iron core 12 is formed in a circular cross section around the magnetic pole core portion 13 at the center. Since direct current is passed through the coil 14, eddy current hardly flows in the iron core 12, and the laminated iron core is not necessarily required.
  • the core 12 may be formed by stacking force E-shaped core pieces having a circular cross section.
  • the coil 14 is preferably made of a thick conductor and low impedance in order to enhance the responsiveness to the variability of the displacement of the object 16.
  • the time constant is preferably 1Z2000 to 1Z100 seconds.
  • the coil 14 and the iron core 12 form an electromagnet 17.
  • magnetic poles center magnetic pole and annular magnetic pole
  • the eddy current sensor 15 has a rod-shaped portion 19 at the center, a cylindrical portion 20 around the center, and an upper portion of the rod-shaped portion 19 and the cylindrical portion 20 at the top.
  • the sensor core 22 does not easily cause loss or heat generation with respect to the high frequency (for example, 10 to 200 kHz) flowing through the force coil 23 using a sintered core such as a ferrite core having good high frequency characteristics. As long as it is a material, other magnetic materials can be used.
  • the sensor core 22 is embedded in a cylindrical hollow portion 25 having an open lower portion on the front side of the magnetic core portion 13, but is disposed with a gap from the surrounding magnetic core portion 13.
  • the gap is filled with grease 26.
  • the positions of the lower end of the central rod-shaped part 19 and the lower end of the surrounding cylindrical part 20 coincide with the lower end of the magnetic pole core part 13, and the sensor core 22 is exposed at the lower end of the magnetic pole core part 13, that is, the magnetic pole force. ing.
  • the lower end of the sensor core 22 is physically exposed to the magnetic pole force, but the sensor core 22 also has a lower end force of the magnetic pole of the magnetic pole core portion 13 even when grease is applied to the surface. It is magnetically exposed and is within the scope of the present invention.
  • the cylindrical cavity 25 is formed only at the lower portion of the magnetic core 13, but penetrates the magnetic core 13 up and down as shown by a broken line e in FIG.
  • This also has the advantage that the iron core force is facilitated and the eddy current sensor 15 is affected by the magnetic field.
  • a case made of a material having high magnetic permeability can be provided around the eddy current sensor 15, and in this case, the case may be disposed in close contact with the eddy current sensor 15 or with a gap. The magnetic flux force from the surroundings passes through this case, and the influence of the magnetic field on the eddy current sensor 15 is further reduced. This case is arranged in the cylindrical cavity 25.
  • FIG. 2 shows the controller connected to the coil 23 of the eddy current sensor 15 provided in the force electromagnet 17 showing the control device 28 of the magnetic attraction element 10 used in the magnetic attraction type non-contact transfer device.
  • the AZD converter 29 converts the analog signal from the controller 24 (that is, the displacement signal of the object 16) and sends the signal to the computer (computer) 30. It is.
  • the computer 30 performs PD control or PID control from the set displacement (reference height h) of the object 16 and the displacement signal of the object 16 to generate a digital output, which is converted into a D / A converter.
  • the signal is converted into an analog signal at 31 and amplified by a power amplifier 32, and the coil 14 of the electromagnet 17 is energized.
  • FIG. 3 shows the relationship between the attraction force (N) and the excitation current (A) at the position of 1 mm directly below the tip force of the central magnetic pole (magnetic pole core portion 13) of the electromagnet 17,
  • the attractive force is proportional to the excitation current.
  • Fig. 4 shows the gap (mm: gap) between the tip of the central magnetic pole of the electromagnet 17 and the object 16 and the attractive force (N) when the same electromagnet 17 is used and the excitation current is 0.06A.
  • the attractive force decreases in inverse proportion to the square of (gap length + constant).
  • the reference value of the predetermined displacement x (gap) of the computer 30 is changed.
  • this reference value is changed, the object 16 rises or falls according to the difference, and is held at the preset predetermined displacement (see FIG. 5).
  • the magnetic attraction type non-contact transfer device to which the magnetic attracting element 10 is attached is moved horizontally, for example, the distance between the object 16 and the central magnetic pole of the electromagnet 17 tends to increase for a moment. It is controlled by force and moves horizontally while balancing the gravity of the object 16.
  • the distance between the object 16 and the central magnetic pole of the electromagnet 17 necessarily has a minimum value and a maximum value corresponding to the magnetic force of the electromagnet 17 and the weight of the object 16. There is a controllable displacement area to do.
  • the displacement of the object 16 is gradually lowered. By doing. When the object 16 on the table is lifted, the reverse operation is performed.
  • the magnetic attraction element 35 of the magnetic attraction type non-contact transfer device will be described with reference to FIGS. 6 (A) and (B).
  • the same constituent elements as those of the magnetic adsorption element 10 used in the embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the magnetic adsorption element 35 is an annular permanent magnet around the iron core 12. 36 is provided.
  • the magnetic pole at the lower end of the permanent magnet 36 is the same as the magnetic pole at the lower end of the outer cylinder 37 of the iron core 12, and the permanent magnet 36 is arranged in the direction that increases the magnetism of the electromagnet 17.
  • the exciting current of the electromagnet 17 is set to 0
  • the permanent magnet 36 having such a strength that the object 16 cannot be pulled up only by the strength of the permanent magnet 36 is used.
  • the magnetic flux from the permanent magnet 36 is added to the magnetic flux of the electromagnet 17 and the excitation current can be reduced.
  • the arrangement position of the permanent magnet may be in the iron core 12 or in the middle of the iron core 12 as long as the magnetic flux of the permanent magnet can be superimposed on the magnetic flux of the electromagnet 17.
  • an auxiliary coil 38 that generates a rotating magnetic field can be provided outside (or inside) the electromagnet 17.
  • the structure of the auxiliary coil 38 is the same as that of the stator of the induction motor.
  • a rotational torque is applied to the object accordingly.
  • the object is a sphere, for example, it can be rotated.
  • a force that uses only the upper part of the rotating body as a magnetic body, or a permanent magnet that is attracted to the central magnetic pole of the electromagnet 17 is placed on the rotating body. And then, ok.
  • the magnetic attracting element 35 is provided with a male screw 39 via a support case 12a, so that an attachment frame of a magnetic suction type non-contact transfer device (for example, a robot hand which is an example of a magnetic suction type non-contact transfer device). It has a structure that can be fixed to the tip of the arm).
  • a magnetic attraction type non-contact transfer device 40 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the magnetic attraction type non-contact conveyance device 40 includes a conveyance base 41 and magnetic adsorption elements 42 provided at the four corners below the conveyance frame 41.
  • the structure of the magnetic adsorption element 42 is substantially the same as the magnetic adsorption elements 10 and 35 described above. Therefore, each magnetic adsorption element 42 has a control device independently.
  • the conveyance object 43 is provided with iron pillars 44 to 47 which are examples of magnetic attachments at positions corresponding to the magnetic adsorption elements 42.
  • the surfaces of the steel pillars 44 to 47 are at the same height, and each forms a smooth plane.
  • anti-adsorption magnets 50 to 53 having magnetic poles directed downward are provided at the intermediate portion between adjacent magnetic adsorption elements 42.
  • permanent magnets 54-57 are provided at positions corresponding to the anti-adsorption magnets 50-53.
  • the polarities of the permanent magnets 54 to 57 and the corresponding anti-adsorption magnets 50 to 53 are the same polarity!
  • the anti-adsorption magnets 50 to 53 are preferably permanent magnets, but may be electromagnets. It is preferable that the exposed magnetic poles of the anti-adsorption magnets 50 to 53 and the permanent magnets 54 to 57 are all the same magnetic pole (for example, N pole).
  • the tips of the adsorption preventing magnets 50 to 53 preferably protrude from the tip of the magnetic adsorption element 42 by a distance L.
  • the anti-adsorption magnets 50 to 53 repel the permanent magnets 54 to 57, so that the iron pillars 44 to 47 collide and adhere to the magnetic adsorption element 42. There is no. If the repulsive force between the anti-adsorption magnets 50 to 53 and the permanent magnets 54 to 57 is too large, the iron pillars 44 to 47 (that is, the object to be conveyed 43) are not adsorbed by the magnetic adsorption element 42.
  • the anti-adsorption magnets 50-53 as electromagnets, measure the distance to the iron pillars 44-47 with the eddy current sensor 15, and control the current of the anti-adsorption magnets 50-53.
  • the anti-adsorption magnets 50 to 53 and the permanent magnets 54 to 57 are omitted, and the magnetic adsorption elements 42 are caused to attract the iron pillars 44 to 47, thereby eddy currents.
  • the transport object 43 can be lifted by keeping the displacement of the iron pillars 44 to 47 appropriately by the sensor 15. In this case, the conveyance object 43 also moves along with the movement of the magnetic attraction type non-contact conveyance device 40.
  • permanent magnets can also be used for some or all of the iron pillars 44 to 47, thereby reducing the current flowing through the magnetic attracting element 42.
  • the transport target 43 has a specially generated carriage force, and, for example, a radioactive substance, a semiconductor or a device thereof, and other chemical substances are arranged therein.
  • an eddy current sensor is used as a displacement meter.
  • an optical distance meter a distance meter using ultrasonic waves or radio waves, and a distance meter using electrostatic capacity in some cases.
  • the present invention also applies.
  • the object is preferably a sphere made of a magnetic material or other axial object, but the present invention is not limited to the above shape, and may be a box-like object or a bowl-like object. .
  • the magnetic attraction type non-contact transfer device can be used not only to provide a decorative object having a suspended object (for example, the earth or a moon model) but also to be stored in a tank or a chamber. It is possible to control the position and movement of the target object from the outside, and it can be used in the fields of semiconductor manufacturing equipment, chemical and biological experimental equipment, and space development.

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Abstract

コイル（１４）が巻かれて先部に磁極を形成する磁性体（１２）と、磁性体（１２）に組み込まれ磁極によって吸引される対象物（１６）の変位を測定する変位計（１５）と、変位計（１５）の出力を入力としコイル（１４）に流れる電流を制御して対象物（１６）の位置を制御する制御装置（２８）とを備えた磁気吸着素子（１０）を１又は２以上有し、変位計（１５）と磁性体（１２）を一体化して、磁気吸引型非接触搬送装置全体をコンパクト化した。

Description

磁気吸引型非接触搬送装置
技術分野
[0001] 本発明は、電磁石を用いて物体を吸引し、浮上させて搬送又は回転させる磁気吸引 型非接触搬送装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、磁気浮上技術を応用したものとして、モータの磁気軸受、磁気浮上式鉄道、非 接触型搬送装置等が注目され、実用化されている。中でも、例えば、日本国特開平 6 —46592号公報ゃ特開平 7— 123528号公報にそれぞれ記載されているような停止 保持装置や磁気浮上搬送装置は、搬送物を非接触状態で保持するため、機械的な マニピュレータと異なり摩擦による摩耗や、潤滑の問題がなくなるという利点がある。 これは真空中やクリーンルーム内で対象物を、メンテナンスフリーで処理するのに適 している。
[0003] しかしながら、前記特許公報記載の技術あるいはその他の文献に記載されている技 術においては、対象物の位置を直接検知するセンサーが、対象物の下方又は側方 に設けられている。この理由は、上部に磁石を備えこの磁石によって対象物を吸引 する方式の磁気浮上装置においては、上部に対象物の位置を検知するセンサーが あると磁石の邪魔になり、センサーによっては磁気の影響を受けることがあるからと考 えられるが、磁石とセンサーを別々に配置すると、配線等が複雑ィ匕して装置が大型 化するという問題がある。また、対象物の移動範囲が広いと、多数のセンサーを必要 とする。
発明の開示
[0004] 本発明は力かる事情に鑑みてなされたもので、センサー（変位計）と磁石を一体ィ匕し て装置をコンパクト化し、例えば、対象物を遠方まで移送する場合であっても、多数 のセンサーを必要としない磁気吸引型非接触搬送装置を提供することを目的とする
[0005] 前記目的に沿う本発明に係る磁気吸引型非接触搬送装置は、コイルが巻かれて先 部に磁極を形成する磁性体と、前記磁性体に組み込まれ前記磁極によって吸引され る対象物の変位を測定する変位計と、該変位計の出力を入力とし前記コイルに流れ る電流を制御して前記対象物の位置を制御する制御装置とを備えた磁気吸着素子 を 1又は 2以上有する。この磁気吸引型非接触搬送装置においては、コイルに電流 を流して磁性体を磁化し、対象物（上部の一部又は全部が磁性物からできて ヽる）を 吸引する。この吸引状態の対象物の位置を変位計で測定し、コイルを流れる電流を 制御し、磁極 (磁石）による吸引力と対象物の重量をバランスさせて対象物の位置を 制御する。なお、磁極による吸引力は磁極からの距離の二乗に反比例し、重力は対 象物の変位によっては変化しないので、磁極力も対象物までの距離は容易に制御で きる。
このように、本発明に係る磁気吸引型非接触搬送装置は、変位計が磁性体に組み 込まれているので、全体をコンパクトにすることができる。そして、このような磁気吸着 素子を複数組み合わせることによって、複雑な形状の対象物であっても、その搬送や 位置制御、場合によって回転制御も行なうことができる。
[0006] 本発明に係る磁気吸引型非接触搬送装置において、前記変位計は前記磁性体の 内部（例えは、中央部）に形成され、少なくともその下部が開放した空洞部に一体的 に組み込まれ、前記磁極の直下にある前記対象物の変位を直接検知するのがよ 、。 このように磁気吸引型非接触搬送装置を構成することによって、対象物の直上に変 位計が存在し、対象物の変位をより正確に測定できる。ここで、変位計としては、電磁 波、超音波、光、磁気、静電容量を利用したものいずれでも使用できる。なお、仮に 変位計として磁気センサー（例えば、センサーコイルのインピーダンスの変化力 距 離を測定するタイプ)を使用しても、磁性体の周囲に巻いているコイルを流れる電流 には関係なく対象物が落下しないように制御することはできる。
[0007] そして、前記変位計は前記磁性体とは隙間を有して配置されているのがよい。更に は、前記変位計は、該変位計を囲み、該変位計と隙間を有して又は密着して高透磁 率のケースに収納されて、前記空洞部に配置することもできる。これらによって、変位 計がコイルに電流を流すことによる磁場の影響を受け難くなり、より正確な変位の測 定ができる。 [0008] 本発明に係る磁気吸引型非接触搬送装置において、前記磁性体の内側又は外側 に永久磁石を組み込むこともできる。この場合、コイルによって磁性体に発生する磁 極の方向と永久磁石の磁極の方向を合わせておくと、コイルに流す電流を減らすこと ができ、省電力化を図ることができる。なお、この場合、永久磁石は、対象物を吸着 保持できる磁力より小さくしておくのがよい。これによつて、コイルを通電することによ つて発生する磁力と永久磁石の磁力とが合算して対象物に加わることになる。
[0009] 本発明に係る磁気吸引型非接触搬送装置において、前記磁性体の内又は外には、 前記対象物に回転トルクを与える補助コイルを設けることもできる。これによつて対象 物に回転トルクを与えることができ、対象物の位置及び速度等の回転制御を行うこと ができる。この場合、 1つの前記磁気吸着素子を用い、前記対象物は磁性物からなる 球体、円柱又は円筒やそれ以外の軸対象の物体 (例えば、角柱、角錐、角錐台）等 であるのがよい。ここで、この対象物を磁性物からなる球体又はその他の軸対象物体 とした場合には、対象物を磁気で宙づりした状態で回転させることができる。更に、こ の対象物を球体とした場合には、その表面に模様を記載して、例えば地球儀等の飾 り物とすることができる。
[0010] そして、本発明に係る磁気吸引型非接触搬送装置において、前記磁気吸着素子を ロボットハンドのアームの先部に設けることもできる。これによつて、ロボットハンドのァ ームを用いて対象物を任意の場所に移動させることができる他、複数のロボットハン ドを用いることによって対象物の角度や姿勢も自由に制御できる。
[0011] また、本発明の磁気吸引型非接触搬送装置において、複数の前記磁気吸着素子が 共通の架台に設けられ、前記磁気吸着素子の中間には、前記対象物の上側に設け られた磁石とは同極の磁極を有しし力もその磁極が下方に向いた吸着防止用磁石を 設けることも可能である。これによつて、対象物が下力もの荷重や衝撃を受けた場合 に、吸着防止用磁石が対象物に設けられている磁極と反発し、対象物が磁気吸着素 子に吸着されて衝突するのを防止できる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明の第 1の実施例に係る磁気吸引型非接触搬送装置に用いる磁気吸着 素子の構造を示す説明図である。 [図 2]同磁気吸引型非接触搬送装置の電気回路の説明図である。
[図 3]電流と磁気吸引力との関係を示すグラフである。
[図 4]対象物と磁極との間のギャップと磁極の吸引力との関係を示すグラフである。
[図 5]変位目標値を変えた場合の時間とギャップとの関係を示すグラフである。
[図 6] (A)、 (B)はそれぞれ本発明の第 2の実施例に係る磁気吸引型非接触搬送装 置の磁気吸着素子の部分断面図である。
[図 7] (A)は本発明の第 3の実施例に係る磁気吸引型非接触搬送装置の説明図で あり、（B)は図 7 (A)の A— A矢視断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本 発明の理解に供する。
図 1に示すように、本発明の第 1の実施例に係る磁気吸引型非接触搬送装置は、磁 気吸着素子 10を備えている。磁気吸着素子 10は、内側に環状の空洞部 11が形成 された磁性体の一例である鉄心 12と、鉄心 12中央の磁極鉄心部 13を取り囲む空洞 部 11に設けられたコイル 14と、磁極鉄心部 13の中央部に埋め込まれた変位計の一 例である渦電流センサー 15とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。 なお、渦電流センサー 15は、磁極鉄心部 13の軸心に対して偏心して配置することも できる。
[0014] 鉄心 12は、飽和磁束密度の高い鉄材料で形成され、この実施例では中央の磁極鉄 心部 13を中心として断面円形に形成されている。コイル 14には直流を流すので、鉄 心 12内には渦電流は流れることは殆どなぐ必ずしも積層鉄心でなくてもよい。また、 この実施例においては、鉄心 12は断面円形としている力 E字形鉄心片を積み重ね て構成してもよい。
コイル 14は、対象物 16の変位の変動性に対する応答性を高めるために、太い導体 を用い、低インピーダンスとするのがよぐ例えば、その時定数を 1Z2000〜1Z100 秒とするのが好ましい。このコイル 14と鉄心 12によって電磁石 17が形成されている。 コイル 14に通電すると、磁極鉄心部 13の下端及びその外側の筒状鉄心部 13aの下 端に磁極（中央磁極と環状磁極)が形成される。 [0015] 渦電流センサー 15は、図 1の部分拡大図に示すように、中央に棒状部 19を、その周 囲に筒状部 20を、上部に棒状部 19と筒状部 20の上端を連結するヨーク部 21を有 するセンサー用コア 22と、棒状部 19に卷回されたコイル 23とを有し、このコイル 23に 図 2に示すコントローラ 24から高周波電流を流し、対象物 16の変位によって変化す るコイル 23のインピーダンスを測定し、これを距離に換算する構造となっている。この センサー用コア 22はこの実施例では、高周波特性の良いフェライトコア等の焼結コア を使用している力 コイル 23に流す高周波（例えば、 10〜200kHz)に対して損失や 発熱を起こしにく 、材料であれば、他の磁性材料を使用することもできる。
[0016] センサー用コア 22は、磁極鉄心部 13の先側の下部が開放した円柱状空洞部 25に 埋設されているが、周囲の磁極鉄心部 13とは隙間を有して配置され、この隙間部分 には榭脂 26が充填されている。中央の棒状部 19の下端及び周囲の筒状部 20の下 端の位置は、磁極鉄心部 13の下端と一致し、センサー用コア 22が磁極鉄心部 13の 下端、即ち、磁極力も露出している。この実施例ではセンサー用コア 22の下端は磁 極力も物理的に露出しているが、表面に榭脂等を塗布する場合も、センサー用コア 2 2が、磁極鉄心部 13の磁極の下端力も磁気的に露出していることになり、本発明の 権利範囲に含まれる。
[0017] また、この実施例においては、円柱状空洞部 25は磁極鉄心部 13の下部にのみ形成 しているが、図 1に破線 eで示すように、磁極鉄心部 13を上下に貫通することもでき、 これによつて、鉄心力卩ェが容易となると共に、渦電流センサー 15が磁場の影響を受 けに《なるという利点がある。また、渦電流センサー 15の周囲に透磁率の高い材料 で形成されたケースを設けることもでき、この場合、このケースを渦電流センサー 15 に密着させて、又は隙間を有して配置することができ、周囲からの磁束力このケース を通過し、渦電流センサー 15への磁場の影響が更に小さくなる。なお、このケースは 円柱状空洞部 25に配置されて 、る。
[0018] 図 2には、この磁気吸引型非接触搬送装置に用いる磁気吸着素子 10の制御装置 2 8を示す力 電磁石 17に設けられた渦電流センサー 15のコイル 23に接続される前 記コント一ローラ 24を有し、コントローラ 24からのアナログ信号（即ち、対象物 16の変 位信号)を AZDコンバータ 29で変換してコンピュータ (計算機) 30にその信号を送 つている。一方、コンピュータ 30では、対象物 16の設定変位 (基準高さ h)と対象物 1 6の変位信号とから、 PD制御又は PID制御を行って、デジタル出力を発生し、これを D/Aコンバータ 31でアナログ信号に変換してパワーアンプ 32で増幅し、電磁石 17 のコイル 14に通電している。
[0019] なお、図 3に、この電磁石 17の中央磁極 (磁極鉄心部 13)の先端力も例えば直下 1 mmの位置での吸引力（N)と励磁電流 (A)との関係を示すが、励磁電流に吸引力 は比例する。また、図 4には、同一電磁石 17を用いて励磁電流を 0. 06Aとした場合 の、電磁石 17の中央磁極の先端と対象物 16とのギャップ (mm：隙間）と吸引力（N) との関係を示したもので、吸引力は、（ギャップ長 +定数)の自乗に反比例して小さく なる。
従って、前記したギャップは渦電流センサー 15で測定されるので、磁性物体力もなる 対象物 16 (又は磁気吸着素子 10)の高さ位置に外乱が発生し急に対象物 16が相 対的に上昇又は下降した (変位 X)場合、これに比例させて電磁石 17の電流を増加 させても吸引力が追いつかないので、比例要素 Pに、変位 Xの微分要素 Dを加えて制 御するのがよい。更に、微分要素 Dを加えるだけでは外乱に対して敏感に応答する ので、変位 Xの積分要素 Iも考慮して制御する PID制御を行うのがよぐこれによつて、 対象物 16の変位 Xを一定の範囲に落ち着力せることができる。なお、この制御系の 係数を決定するには、周知の最適レギユレータ理論を適用するのがよい。
[0020] 対象物 16の変位を変える場合には、コンピュータ 30の予め決められている変位 x (ギ ヤップ)の基準値を変更することになる。この基準値を変えると、その差分に応じて対 象物 16が上昇又は下降し、再設定された所定の変位で保持される（図 5参照)。この 状態で、磁気吸着素子 10が取付けられた磁気吸引型非接触搬送装置を例えば水 平移動させると、対象物 16と電磁石 17の中央磁極の距離が一瞬長くなろうとするの で、電磁石 17の力で制御され対象物 16の重力とバランスしながら水平移動すること になる。なお、磁気吸引型非接触搬送装置を制御系が応答できる速度範囲で、磁気 吸引型非接触搬送装置が上昇、下降、又は斜め移動する場合も、対象物 16は電磁 石 17に吸引されながら移動する。また、対象物 16と電磁石 17の中央磁極の距離は 、電磁石 17の磁力及び対象物 16の重量に対応して必然的に最小値と最大値を有 する制御可能変位領域が存在する。
例えば、対象物 16をテーブルの上に載置する場合には、テーブルの上に載る対象 物 16が前記した制御可能変位領域にあることを確認した後、徐々に対象物 16の変 位を下げることによって行う。また、テーブルの上にある対象物 16をつり上げる場合 には、逆の操作をすることになる。
[0021] 続いて、図 6 (A)、 （B)を参照しながら、本発明の第 2の実施例に係る磁気吸引型非 接触搬送装置の磁気吸着素子 35について説明するが、第 1の実施例に使用した磁 気吸着素子 10と同一の構成要素は同一の符号を用いてその詳しい説明を省略する 図 6に示すように、磁気吸着素子 35は、鉄心 12の周囲に環状の永久磁石 36が設け られている。この永久磁石 36の下端の磁極は、鉄心 12の外側筒 37の下端の磁極と 同一となって、丁度、電磁石 17の磁気を増加する方向に永久磁石 36が配置されて いる。なお、電磁石 17の励磁電流を 0とした場合、この永久磁石 36の強さだけでは、 対象物 16を引き上げることができない強さの永久磁石 36を使用している。これによつ て、対象物 16をつり上げる場合には、この永久磁石 36からの磁束が電磁石 17の磁 束に加わり、励磁電流を減らすことができる。
なお、この永久磁石の配置位置は、永久磁石の磁束が電磁石 17の磁束に重畳でき るような位置であれば、鉄心 12の内部や途中位置であってもよい。
[0022] また、電磁石 17の外側（内側でもよい）に、回転磁界を発生させる補助コイル 38を設 けることもできる。この補助コイル 38の構造は誘導モータのステータの構造と同一で あって、例えば、インバータ等によって周波数を制御された交流を流すと、これに応じ て対象物に回転トルクが加わる。対象物が例えば、球体である場合には、これに回転 を与えることができる。この場合、回転体 (球体)の回転軸心が決まらない場合には、 回転体の上部のみを磁性体とする力、又は回転体の上部に電磁石 17の中央磁極に 吸着される永久磁石を配置してぉ 、てもよ 、。
なお、この磁気吸着素子 35には支持ケース 12aを介して雄ねじ 39が設けられて、磁 気吸引型非接触搬送装置の取付けフレーム (例えば、磁気吸引型非接触搬送装置 の一例であるロボットハンドのアームの先端）に固定できる構造となっている。 [0023] 続いて、図 7を参照しながら、本発明の第 3の実施例に係る磁気吸引型非接触搬送 装置 40について説明する。
図 7に示すように、この実施例に係る磁気吸引型非接触搬送装置 40は、搬送架台 4 1と、その下部の 4隅に設けられている磁気吸着素子 42とを有している。この磁気吸 着素子 42の構造は、先に説明した磁気吸着素子 10、 35と実質同一である。従って 、それぞれの磁気吸着素子 42につ 、て独立に制御装置を有して 、る。
なお、搬送対象物 43には、磁気吸着素子 42に対応する位置に磁着物の一例である 鉄柱 44〜47が設けられている。この鉄柱 44〜47の表面は同一高さにあって、それ ぞれ滑らかな平面を形成して 、る。
[0024] また、この磁気吸引型非接触搬送装置 40においては、隣り合う磁気吸着素子 42の 中間部には磁極が下方に向いた吸着防止磁石 50〜53が設けられている。一方、搬 送対象物 43の上側には、この吸着防止磁石 50〜53に対応する位置に、永久磁石 5 4〜57力設けられている。永久磁石 54〜57と、対応する吸着防止磁石 50〜53の極 性は同極となってお互!、が反発するようになって!/、る。吸着防止磁石 50〜53は永久 磁石であるのが好ましいが、電磁石であってもよい。なお、吸着防止磁石 50〜53と 永久磁石 54〜57のそれぞれの露出する磁極は全部同一の磁極 (例えば、 N極）と するのがよい。
吸着防止磁石 50〜53の先端は、磁気吸着素子 42の先端より距離 Lだけ突出してい るのが好ましい。これによつて、搬送対象物 43が急上昇した場合であっても、吸着防 止磁石 50〜53が永久磁石 54〜57と反発するので、鉄柱 44〜47が磁気吸着素子 42に衝突吸着することはない。なお、吸着防止磁石 50〜53と永久磁石 54〜57との 反発力が大きすぎると、磁気吸着素子 42によって鉄柱 44〜47 (即ち、搬送対象物 4 3)が吸着されないので、吸着防止磁石 50〜53が永久磁石 54〜57に当接する又は 近接する位置 (例えば 0〜4mm)では反発力が強ぐそれを超える位置では、磁気吸 着素子 42と鉄柱 44〜47との吸着力の方が強くなるように、距離 L及びその磁石の強 さを調整するのがよい。なお、吸着防止磁石 50〜53を電磁石として、それぞれ渦電 流センサー 15で鉄柱 44〜47までの距離を測定し、吸着防止磁石 50〜53の電流を 制御してちょい。 [0025] この実施例に係る磁気吸引型非接触搬送装置 40において、吸着防止磁石 50〜53 及び永久磁石 54〜57を省略し、各磁気吸着素子 42に鉄柱 44〜47を吸引させ、渦 電流センサー 15によって各鉄柱 44〜47の変位を適正に保って、搬送対象物 43を つり上げることもできる。この場合、磁気吸引型非接触搬送装置 40の移動に沿って、 搬送対象物 43も移動することになる。この場合、鉄柱 44〜47の一部又は全部に永 久磁石を使用することもでき、これによつて、磁気吸着素子 42を流れる電流を減らす ことができる。
なお、搬送対象物 43は、この実施例においては、特別に作られたキャリッジ力もなつ て、内部に、例えば、放射性物質、半導体又はその装置、その他の化学物質等が配 置されている。
また、前記実施例においては、磁気吸着素子が 1つ又は 4つの場合で説明したが、 その他の個数の磁気吸着素子を用いる場合も本発明は適用される。
更には、前記実施例においては、変位計として渦電流センサーを使用したが、光学 的な距離計、超音波や電波を利用した距離計、場合によって静電容量を利用した距 離計であっても本発明は適用される。また、対象物は磁性物カゝらなる球体又はその 他の軸対象物体であるのが好ましいが、本発明は以上の形状には限定されず、箱状 物や籠状物であってもよい。
そして、本発明においては、発明の理解を容易にするため、具体的数字を用いて説 明したが、本発明はこれらの数字には限定されるものではない。
産業上の利用可能性
[0026] 本発明に係る磁気吸引型非接触搬送装置は、対象物の変位を測定する変位計が磁 性体内に組み込まれているので、装置全体をコンパクトに構成できる。従って、本発 明に係る磁気吸引型非接触搬送装置を用いて、宙づり状態の対象物 (例えば、地球 や月模型)を有する装飾物を提供できるだけでなく、タンクやチャンバ一等内に収納 された対象物を外部から位置制御や移動制御をすることができ、半導体の製造装置 、化学や生物に関する実験装置、宇宙開発の分野で利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] コイルが巻かれて先部に磁極を形成する磁性体と、前記磁性体に組み込まれ前記 磁極によって吸引される対象物の変位を測定する変位計と、該変位計の出力を入力 とし前記コイルに流れる電流を制御して前記対象物の位置を制御する制御装置とを 備えた磁気吸着素子を 1又は 2以上有することを特徴とする磁気吸引型非接触搬送 装置。
[2] 請求項 1記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、前記変位計は前記磁性体の 内部に形成され、少なくともその下部が開放した空洞部に一体的に組み込まれ、前 記磁極の直下にある前記対象物の変位を直接検知することを特徴とする磁気吸引 型非接触搬送装置。
[3] 請求項 2記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、前記変位計は、前記磁性体 とは隙間を有して配置されていることを特徴とする磁気吸引型非接触搬送装置。
[4] 請求項 3記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、前記変位計は、隙間を有し て又は密着して高透磁率のケースに収納されて、前記空洞部に配置されていること を特徴とする磁気吸弓 I型非接触搬送装置。
[5] 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、前記 磁性体の内側又は外側に永久磁石が組み込まれていることを特徴とする磁気吸引 型非接触搬送装置。
[6] 請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、前記 磁性体の内又は外には、前記対象物に回転トルクを与える補助コイルが設けられて いることを特徴とする磁気吸引型非接触搬送装置。
[7] 請求項 6記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、 1つの前記磁気吸着素子を 用い、前記対象物は磁性物力 なる球体又はその他の軸対象物体であることを特徴 とする磁気吸弓 I型非接触搬送装置。
[8] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、前記 磁気吸着素子は、ロボットハンドのアームの先部に設けられていることを特徴とする磁 気吸引型非接触搬送装置。
[9] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の磁気吸引型非接触搬送装置において、複数 の前記磁気吸着素子が共通の架台に設けられ、前記磁気吸着素子の中間には、前 記対象物の上側に設けられた磁石とは同極の磁極を有ししかもその磁極が下方に 向いた吸着防止用磁石が設けられていることを特徴とする磁気吸引型非接触搬送装 置。
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