JPH07118845B2 - 磁気浮上移動用姿勢制御機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、被搬送物を磁気力で浮上させて搬送する磁気
浮上移送用姿勢制御機構に関する。

（従来技術） 磁気浮上を用いた列車の開発は有名なことである。この
磁気浮上を用いた移送は非接触であるためゴミの発生が
なく超クリーンルーム内での物体の自動搬送、例えば半
導体ウエハの自動搬送などに用いることは注目されてい
る。

このような磁気浮上搬送において、移動体の姿勢を制御
することは極めて重要なことである。

磁気浮上搬送装置は浮上して移動する移動体の三次元空
間における６自由度のうち、移動方向の１自由度を除く
他の５自由度の内何自由度を制御するかによって、一般
に３軸制御型と５軸制御型とに分類される。

３軸制御型とは、上下、ロール（左右の傾き）、ピッチ
（前後の傾き）をサーボにより制御するものであり、５
軸制御型とは３軸制御型に加えて、左右、ヨー（面内回
転）をサーボ制御するものである。

３軸制御型は、浮上に使用している磁気回路系（浮上用
電磁石）の吸引力の水平方向成分により、移動経路を示
す磁性体ガイドレールから外れないよう移動するが、こ
の吸引力は、左右やヨーの位置検出結果により制御され
ているわけではないため変位は大きく、また、その整定
は磁気回路の損失に依存しているため遅い。一方５軸制
御型は、移動方向を除く全ての自由度がサーボにより制
御されているために、その姿勢を常に安定に保って移動
することが可能である。

第５図に従来方式の５軸制御型の磁気浮上搬送装置の移
動方向に垂直な断面図を示す。11は磁性体ガイドレー
ル、12は移動体、13は浮上用電磁石、14および15は左右
制御用電磁石である。移動体12上には、移動方向に間隔
を開けて前記13、14、15と同様形状で、同機能な電磁石
の組みが少なくとももう一組、計２組以上配される。ま
た、移動体12上には、図示しない５自由度の位置検出器
および制御回路があって、浮上量の制御を行う。

ここで、14および15は、磁性体ガイドレールを直接吸引
することにり、それぞれ14は左、15は右の方向に移動体
12を動かす力を発生する。このため、電磁石の磁気回路
の効率を考えると、磁性体ガイドレール11と左右制御用
電磁石14、15との間のギャップは大きくとれない。

（発明が解決しようとする問題点） 従来、左右およびヨーの制御のための左右制御電磁石
は、磁性体ガイドレールをこのレールの左右側方からは
さむように配して、これから生ずる吸引力を用いてお
り、また左右位置検出器も磁性体ガイドレールと電磁石
とのギャップを渦電流センサ等を用いて、同様に左右方
向から計測していた。このため、左右制御電磁石の効率
や左右位置検出器の検出能力を考慮すると磁性体ガイド
レールと左右制御用電磁石および左右位置検出器との間
のギャップを大きくとることが難しく、直線移動におい
ては問題ないのであるが、小半径にて曲がることが困難
であった。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、移動体をガイ
ドレールに対し磁気浮上して該ガイドレールに沿って非
接触で走行移動させる磁気浮上移動装置を前提とし、し
かも磁気浮上用電磁石と左右位置制御用電磁石との適切
な配置構成により、移動体の三次空間の６自由度のうち
ガイドレールに沿った走行方向を除く５自由度を適確に
拘束して、該移動体のガイドレールに沿った効率の良い
安定したリニアな走行移動を可能とすると共に、その移
動体が小半径のガイドレール部を曲がって走行できるよ
うになる磁気浮上移動用姿勢制御機構を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（問題を解決するための手段） 本発明の磁気移動用姿勢制御機構は、移動体がガイドレ
ールに対し磁気浮上用電磁石により磁気浮上して左右方
向の位置制御用電磁石により左右方向に案内されながら
該ガイドレールに沿って非接触で走行する磁気浮上移動
装置において、上記磁気浮上用電磁石と位置制御用電磁
石とを、移動体の左右箇所のそれぞれガイドレールを挟
んで対向する上下部位に設けると共に、その左右の位置
制御用電磁石の磁気回路中のガイドレールとの間の磁気
ギャップが鉛直方向に形成されて該磁気ギャップの磁路
断面積が移動体の左右方向の変位によってそれぞれ変化
するように前記左右の位置制御用電磁石をガイドレール
の左右ガイド縁部に鉛直向きで配向したことを特徴とす
る。

（作 用） 前記構成の磁気浮上移動用姿勢制御装置であれば、気浮
上用電磁石と位置制御用電磁石とが、移動体の左右箇所
のそれぞれガイドレールを挟んで対向する上下部位に配
し、ガイドレールと移動体との相互間に磁気回路を構成
して、移動体自体をガイドレールに対し磁気浮上・案内
させて非接触で走行移動する。これで移動体の走行移動
に伴うゴミの発生がなく、半導体ウエハの自動搬送用な
ど、超クリーンルーム内での物体の自動搬送に非常に好
適となる。

また、移動体の磁気浮上のギャップ制御の際、磁気浮上
用電磁石に抗して左右位置制御用電磁石が重力に加え積
極的に移動体を下方に引き下げる働きをなすことから、
そのガイドレールを挟んで上下に対向する磁気浮上用電
磁石と左右位置制御用電磁石との電流を制御するだけ
で、移動体の浮上量の制御を自由に行うことができると
共に、ガイドレールの設置向きが重力（鉛直方向）と直
交する水平方向のみならず多くの自由度を持つと共に、
移動体の左右方向の位置制御を行う際に上下方向に変化
することがなくなり、磁界の高効率化及び移動体が小半
径のガイドレール部を曲がって走行可能となる。

更に、本願のものでは、左右の位置制御用電磁石に与え
る電流バランスを変化させることにより、磁路内に引き
込まれるガイドレールの左右ガイド縁部の幅を変化さ
せ、移動体の水平方向の位置を任意に決めることが可能
となる。

（実施例） 次に本発明姿勢制御機構の実施例を図を参照して説明す
る。

断面Ｔ字状の磁性体からなるガイドレール21が床面22に
所望の長さ固定敷設される。このガイドレール21のガイ
ド部23の案内に沿って移動体24が走行する。この移動体
24の構成は、上記ガイド部23を囲繞する如く断面が底面
切欠きを有する口字状に構成され、底面25がレール21の
敷設方向に開口26が設けられた構造になっている。

このような移動体24は次のような磁気回路により移動す
る。即ち、上記移動体24の底面25の上記ガイド部23下面
に対向した両内壁面には磁気浮上用の磁界発生手段、例
えば磁気浮上用電磁石列27、28が予め定められた間隔で
２列移動方向に敷設されている。さらに被位置制御体で
ある移動体24の移動方向に対して垂直方向に位置制御は
次のようになっている。この実施例では左右方向の位置
制御を次の構成により行う。被位置制御体の位置制御方
向29に対して垂直方向30に磁気ギャップを形成する如く
構成する。

例えば、上記ガイド部23上面側の左右対称位置に位置制
御用電磁石31、32を例えば移動体24の内壁面に固着す
る。この電磁石31、32とガイド部23との構成は第２図
（Ａ）（Ｂ）に示す構成になっている。即ち、ヨーク3
3、34が断面コ字状に形成され、特に一方端が幅広に形
成されている。夫々のコア片には電磁コイル35、36、3
7、38が夫々捲装されて、上記電磁石31、32が構成され
ている。上記電磁コイル35、36、37、38から発生した磁
界は夫々のコア33、34を通り磁気ギャップ39、40を経ガ
イド部23との間で夫々閉磁路41、42を形成する。

これら電磁石31、32とガイド部23との関係は、ガイド部
23のエッジ部43が電磁コイル31、32の幅広側ヨーク部の
ほぼ中間位置44で対向する位置に設定する。

従って、ヨーク33、34の端面とガイド部23の対向面間に
磁気ギャップ39、40が形成される。この磁気ギャップ3
9、40の磁路の断面積は、移動体の左右方向位置変化に
より変化する。一方、電磁石はその性質により、常に磁
路の磁気抵抗を減ずる方向に力を発生する。すなわち、
磁路の断面積が増加する方向に力を発生する。従って左
右位置検出器からの入力に従って電磁石31、32に与える
電流のバランスを変化させることにより、左右位置を制
御できる。第２図（Ａ）（Ｂ）は移動体24が紙面に対し
て夫々左側および右側に移動した状態を示している。こ
の左右位置制御用電磁石27は上方に限らず、下方に設け
てもよいし、上下両方に設けてもよい。

さらに、ガイドレール21と移動体24の関係は説明するま
でもなく、相対的な関係で、第１図で示せば移動体24を
ガイドレールに構成し、ガイドレール21を移動体に構成
しても相対的磁界関係が成立すれば実現できることは説
明するまでもないことである。

これらの電磁石の組を少なくとも２組使用する点は、従
来例における説明の通りである。

第１図において、第５図と異なるのは、左右位置制御用
電磁石の形状および配置である。

第５図においては、移動体12の横方向変位により、直接
磁性体ガイドレール11と左右位置制御用電磁石14、15の
ヨークとの間の距離が変位するのに対して、第１図にお
いては移動体２の横方向変位により、磁性体ガイドレー
ル21と横方向制御用電磁石31、32のヨークとの重なり量
が変化する。すなわち、第２図ａに示す磁気抵抗が小な
る状態から、第２図ｂに示す磁気抵抗が大なる状態の間
を連続的に変化する。換言すれば磁気ギャップにおける
磁路の断面積が変化する。電磁石はその磁気回路の磁気
抵抗を小さくする向きに力を発生するため、電磁石31、
32は左右位置制御用電磁石となる。また２個の左右位置
制御用電磁石31、32はそれぞれ磁性体ガイドレール21に
対して左右対称に配されているため、互いに逆方向の力
を発生させることが可能である。また、左右制御用電磁
石は同時にギャップを短くする方向（上下方向）にも力
を発するが、これは左右制御用電磁石とそれぞれ磁性体
ガイドレールを隔てて対向している浮上用電磁石を用い
て打ち消すことが可能である。左右位置制御用電磁石3
1、32は外側に幅広のコアを有するコ字状コアに夫々電
磁コイルを捲装した構成になっている。また磁気浮上ガ
イドにおいては、他に浮上用電磁石のヨークの一部に永
久磁石を用い、電磁石を外乱の吸収に用いて、浮上量を
変化させて永久磁石の力でつり合うように制御する、い
わゆるゼロ・パワー制御方式と呼ばれる方式があるが、
この方式においてもこの実施例により左右制御電磁石を
用いた姿勢制御機構を用いることができる。

第３図に本発明の効果を大きくするための左右位置検出
器の一例を示す。

磁性体ガイドレール21のガイド部23は上下面と対向する
如く夫々発光素子アレイ51受光素子アレイ52が配設さ
れ、共に図示しない移動体に取付けられている。発光素
子アレイ51から出た光の一部は、磁性体ガイドレール51
によって一部さえぎられるように配置されている。

従って、受光素子アレイ43の出力を予め設定した設定値
と比較参照することにより、移動体の左右方向位置を知
ることができる。この位置検出によるずれ量を補償する
如く電磁コイル35、36、37、38への電流供給量を制御す
る。またこの左右位置検出器を前述の電磁石郡に対応さ
せて、移動方向に間隔を開けて２個配することにより、
ヨーの検出を行うことが可能である。

第４図は第２図の左右位置制御用磁気回路の他の実施例
を示し、ガイドレール21の上下面との間で磁気ギャップ
Ｇを形成した場合の例である。即ち、ガイドレール21の
側方に電磁コイル53を設け、この電磁コイル53で発生し
た磁界が環状コア54により導かれガイドレール21のガイ
ド部23の上下面を通過する如く導く構成にしたものであ
る。

上記実施例では断面コ字状の移動体24を外側に配置した
例について説明したが、磁気的結合であるため移動体24
を内側に配設した構成にしてもよいことは説明するまで
もないことである。さらに上記実施例では移動体の重力
に対して磁気浮上させる例について説明したが磁気力に
より浮上移動させる手段であれば必ずしも第１図や第４
図の如き構成に限らず、例えば第１図および第４図の構
成を90度回転させた構成にしても同様な効果が得られる
ことは説明するまでもないことである。

要するに、磁気浮上した移動体の移動方向に対して垂直
方向の位置制御用磁気回路に設ける磁気ギャップは被位
置制御体の位置制御方向変位によって上記磁気ギャップ
における磁路の断面積が変化するよう、位置制御方向に
対して垂直方向に形成し、この磁気回路の電磁石に流す
電流を左右位置検出器からの入力に従って制御すればよ
い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば小半径にて曲がる磁
気浮上移動路を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の姿勢制御機構の概略の断面図、第２図
は第１図の磁気抵抗値を説明する説明図、第３図は第１
図の左右位置検出器を説明する説明図、第４図は第１図
他の実施例の左右制御電磁石の説明図、第５図は従来例
の姿勢制御機構の断面図である。 21……磁性体ガイドレール、24……移動体、27、28……
浮上用電磁石、31、32……左右制御用電磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体がガイドレールに対し磁気浮上用電
   磁石により磁気浮上して左右方向の位置制御用電磁石に
   より左右方向に案内されながら該ガイドレールに沿って
   非接触で走行する磁気浮上移動装置において、上記磁気
   浮上用電磁石と位置制御用電磁石とを、移動体の左右箇
   所のそれぞれガイドレールを挟んで対向する上下部位に
   設けると共に、その左右の位置制御用電磁石の磁気回路
   中のガイドレールとの間の磁気ギャップが鉛直方向に形
   成されて該磁気ギャップの磁路断面積が移動体の左右方
   向の変位によってそれぞれ変化するように前記左右の位
   置制御用電磁石をガイドレールの左右ガイド縁部に鉛直
   向きで配向したことを特徴とする磁気浮上移動用姿勢制
   御装置。