JP7786807B2 - Conveyance device, processing system, control method, and article manufacturing method - Google Patents
Conveyance device, processing system, control method, and article manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、本発明は搬送装置、加工システム、制御方法及び物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a conveying device, a processing system, a control method, and a method for manufacturing an article.
一般に、工業製品を組み立てるための生産ラインや半導体露光装置等では、搬送システムが用いられている。特に、生産ラインにおける搬送システムは、ファクトリーオートメーション化された生産ライン内又は生産ラインの間の複数のステーションの間で、部品等のワークを搬送する。また、プロセス装置中の搬送装置として使われる場合もある。搬送システムとしては、可動磁石型リニアモータによる搬送システムが既に提案されている。 Conveyor systems are commonly used in production lines for assembling industrial products, semiconductor exposure equipment, and the like. Conveyor systems in production lines, in particular, transport parts and other workpieces between multiple stations within factory-automated production lines or between production lines. They can also be used as transport devices within process equipment. Conveyor systems using moving magnet linear motors have already been proposed as a type of conveyor system.
可動磁石型リニアモータによる搬送システムでは、リニアガイド等の機械的な接触を伴う案内装置を使って搬送システムを構成する。しかしながら、リニアガイド等の案内装置を使った搬送システムでは、リニアガイドの摺動部から発生する汚染物質、例えば、レールやベアリングの摩耗片や潤滑油、あるいはそれが揮発したもの等が生産性を悪化させるという問題があった。また、高速搬送時には摺動部の摩擦が大きくなってリニアガイドの寿命を小さくするという問題があった。 Conveyance systems using moving magnet linear motors are constructed using guide devices that involve mechanical contact, such as linear guides. However, conveyance systems using guide devices such as linear guides have the problem of reduced productivity due to contaminants generated from the sliding parts of the linear guide, such as wear debris from rails and bearings, lubricating oil, and volatilized lubricating oil. Furthermore, during high-speed conveyance, friction in the sliding parts increases, shortening the lifespan of the linear guide.
そこで、特許文献1及び2には、案内として摺動部を持たない非接触の磁気浮上型の移動装置又は搬送装置が記載されている。特許文献1に記載の移動装置には、可動子の搬送及び姿勢を制御するために合計7列のリニアモータが設置されている。また、特許文献2に記載の搬送装置においても、浮上用電磁石、ガイド用電磁石及び推進用電磁石が合計6列設置されている。 Patent Documents 1 and 2 describe non-contact magnetic levitation type moving or transporting devices that do not have sliding parts as guides. The moving device described in Patent Document 1 is equipped with a total of seven rows of linear motors to control the movement and posture of the mover. Similarly, the transporting device described in Patent Document 2 is equipped with a total of six rows of levitation electromagnets, guide electromagnets, and propulsion electromagnets.
しかしながら、例えば特許文献2記載の搬送装置の場合、搬送方向及び浮上方向に駆動可能な永久磁石と、搬送方向及び浮上方向に直交するガイド方向に駆動可能な永久磁石とは同じ配置にすることができない。互いに駆動方向が異なる永久磁石については、磁気干渉を回避するため、互いの距離を離す、互いにまたがったコイルには通電しない等の工夫が必要であり、その結果、システム構成が大型化するという問題があった。 However, in the case of the conveying device described in Patent Document 2, for example, permanent magnets that can be driven in the conveying direction and levitation direction cannot be arranged in the same location as permanent magnets that can be driven in a guide direction perpendicular to the conveying direction and levitation direction. For permanent magnets with different drive directions, measures must be taken to avoid magnetic interference, such as spacing them apart and not passing current through coils that straddle each other, resulting in the problem of an increased system size.
本発明は、システム構成の大型化を伴うことなく、可動子の姿勢を制御しつつ、可動子を非接触で搬送することができる搬送装置、加工システム、制御方法及び物品の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention aims to provide a conveying device, processing system, control method, and article manufacturing method that can convey a mover in a non-contact manner while controlling the position of the mover, without increasing the size of the system configuration.
本発明の一観点によれば、固定子と、前記固定子に沿って第1の方向に搬送される可動子とを有し、前記固定子及び前記可動子のうちの一方は、前記第1の方向に沿って配置された複数のコイルを有し、前記固定子及び前記可動子のうちの他方は、前記複数のコイルに対向可能に前記第1の方向に沿って配置された複数の磁石を含む磁石列であって、前記第1の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる磁石列を有し、前記複数のコイルは、電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向に第1の力を与える第1のコイル群と、電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向と交差する第2の方向に第2の力を与える第2のコイル群とを含むことを特徴とする搬送装置が提供される。 One aspect of the present invention provides a conveying device comprising a stator and a mover that is conveyed in a first direction along the stator, wherein one of the stator and the mover has a plurality of coils arranged along the first direction, and the other of the stator and the mover has a magnet row including a plurality of magnets arranged along the first direction so as to be able to face the plurality of coils, wherein adjacent magnets in the first direction have different magnetic poles, and the plurality of coils include a first coil group that, when a current is applied, exerts a first force on the mover in the first direction through interaction with the magnet row, and a second coil group that, when a current is applied, exerts a second force on the mover in a second direction intersecting the first direction through interaction with the magnet row.
本発明によれば、システム構成の大型化を伴うことなく、可動子の姿勢を制御しつつ、可動子を非接触で搬送することができる。 According to the present invention, the mover can be transported without contact while controlling its attitude, without increasing the size of the system configuration.
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲をそれらの構成に限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments and examples merely exemplify preferred configurations of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these configurations.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による搬送装置について図1A乃至図9Lを用いて説明する。
[First embodiment]
A transport device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 9L.
はじめに、本実施形態による搬送装置1の概略構成について図1A乃至図2Bを用いて説明する。図1A乃至図1Dは、本実施形態による搬送装置1を示す概略図である。図1Aは、搬送装置1を後述のZ方向から見た上面図である。図1Bは、搬送装置1を後述のY方向から見た側面図である。図1C及び図1Dは、後述のX方向の一方の向き及び他方の向きから見た側面図である。図2A及び図2Bは、本実施形態による搬送装置1における可動子10を示す概略図である。図2Aは、可動子10をZ方向から見た上面図である。図2Bは、可動子10をY方向から見た側面図である。以後、複数存在しうる構成要素について、特に区別する必要がない場合には共通の数字のみの符号を用い、必要に応じて数字の符号の後に小文字又は大文字のアルファベットを付して個々を区別する。 First, the schematic configuration of the conveying device 1 according to this embodiment will be described using Figures 1A to 2B. Figures 1A to 1D are schematic diagrams showing the conveying device 1 according to this embodiment. Figure 1A is a top view of the conveying device 1 as seen from the Z direction, which will be described later. Figure 1B is a side view of the conveying device 1 as seen from the Y direction, which will be described later. Figures 1C and 1D are side views as seen from one direction and the other direction in the X direction, which will be described later. Figures 2A and 2B are schematic diagrams showing the mover 10 in the conveying device 1 according to this embodiment. Figure 2A is a top view of the mover 10 as seen from the Z direction. Figure 2B is a side view of the mover 10 as seen from the Y direction. Hereinafter, for components that may exist multiple times, common numerals only will be used unless there is a need to distinguish between them, and lowercase or uppercase letters will be added after the numerals to distinguish between them as necessary.
図1A乃至図1Dに示すように、本実施形態による搬送装置1は、ワーク123を保持して搬送する可動子10と、可動子10が走行する搬送路を構成する固定子20とを有している。本実施形態による搬送装置1は、磁力により重力に抗して浮上させた磁気浮上状態の可動子10を走行させて搬送する磁気浮上搬送型の搬送装置である。なお、本実施形態では、搬送装置1の一例として、可動磁石型リニアモータ(ムービング永久磁石型リニアモータ、可動界磁型リニアモータ)による搬送装置を示すが、搬送装置1は可動コイル型リニアモータによる搬送装置であってもよい。本実施形態による搬送装置1は、可動子10により搬送されたワーク123に対して加工を施す加工装置30をも有する加工システムの一部を構成している。加工システムは、加工装置30によりワーク123に対して加工を施すことにより物品を製造することができる。 As shown in Figures 1A to 1D, the conveying device 1 according to this embodiment includes a mover 10 that holds and conveys a workpiece 123, and a stator 20 that forms a conveying path along which the mover 10 travels. The conveying device 1 according to this embodiment is a magnetic levitation conveying device that conveys the workpiece by moving the mover 10, which is magnetically levitated against gravity by magnetic force. Note that this embodiment illustrates a conveying device using a moving magnet linear motor (moving permanent magnet linear motor, moving field linear motor) as an example of the conveying device 1, but the conveying device 1 may also be a conveying device using a moving coil linear motor. The conveying device 1 according to this embodiment constitutes part of a processing system that also includes a processing device 30 that processes the workpiece 123 conveyed by the mover 10. The processing system can manufacture an article by processing the workpiece 123 using the processing device 30.
搬送装置1は、例えば、固定子20に沿って可動子10を搬送することにより、可動子10に保持されたワーク123を、ワーク123に対して加工を施す加工装置30に搬送する。加工装置30は、特に限定されるものではないが、例えば、ワーク123であるガラス基板等の基板上に成膜を行う蒸着装置、スパッタ装置等の成膜装置である。 The conveying device 1 conveys the workpiece 123 held by the mover 10, for example, by conveying the mover 10 along the stator 20, to a processing device 30 that processes the workpiece 123. The processing device 30 is not particularly limited, but may be, for example, a film-forming device such as a vapor deposition device or sputtering device that forms a film on a substrate such as a glass substrate, which is the workpiece 123.
ここで、以下の説明において用いる座標軸及び方向を定義する。水平方向に沿った可動子10の搬送方向、すなわち可動子10の走行する方向に沿ってX軸をとり、可動子10の搬送方向をX方向とする。図1中の矢印Mは、X方向に沿った可動子10の搬送方向を示している。また、X方向と直交する方向である鉛直方向に沿ってZ軸をとり、鉛直方向をZ方向とする。また、X方向及びZ方向に直交する方向に沿ってY軸をとり、X方向及びZ方向に直交する方向をY方向とする。さらに、X軸周りの回転方向をWx方向、Y軸周りの回転方向をWy方向、Z軸周りの回転方向をWz方向とする。また、乗算の記号として“*”を使用する。また、可動子10のY-側をR側、Y+側をL側として記載する。なお、可動子10の搬送方向は必ずしも水平方向である必要はないが、その場合も搬送方向をX方向として同様にY方向及びZ方向を定めることができる。なお、X方向、Y方向及びZ方向は、必ずしも互いに直交する方向に限定されるものではなく、互いに交差する方向として定義することもできる。 The coordinate axes and directions used in the following description are defined below. The X-axis is taken along the horizontal direction, i.e., the direction in which the mover 10 travels, and the X-direction is the direction of movement of the mover 10. Arrow M in Figure 1 indicates the X-direction of movement of the mover 10. The Z-axis is taken along the vertical direction, which is perpendicular to the X-direction, and the Z-direction is the vertical direction. The Y-axis is taken along the direction perpendicular to the X- and Z-directions, and the Y-direction is the direction perpendicular to the X- and Z-directions. The rotation direction around the X-axis is taken as the Wx-direction, the rotation direction around the Y-axis is taken as the Wy-direction, and the rotation direction around the Z-axis is taken as the Wz-direction. The symbol "*" is used for multiplication. The Y-side of the mover 10 is referred to as the R-side, and the Y+ side is referred to as the L-side. The movement direction of the mover 10 does not necessarily have to be horizontal; in that case, the X-direction can be used to define the Y- and Z-directions in the same way. Note that the X, Y, and Z directions are not necessarily limited to being mutually orthogonal, but can also be defined as directions that intersect with each other.
固定子20は、互いに異なる2種類以上の複数のコイルユニットを有している。図1A乃至図1Dには、複数のコイルユニットとして、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を固定子20が有する場合を例示している。第1のコイルユニット100は、コイルコア101と、コイルコア101に巻かれたコイル102とを有している。第2のコイルユニット110は、コイルコア111と、コイルコア111に巻かれたコイル112とを有している。以下、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を固定子20が有する場合について説明する。 The stator 20 has two or more different types of coil units. Figures 1A to 1D show an example in which the stator 20 has a first coil unit 100 and a second coil unit 110 as the multiple coil units. The first coil unit 100 has a coil core 101 and a coil 102 wound around the coil core 101. The second coil unit 110 has a coil core 111 and a coil 112 wound around the coil core 111. Below, we will explain the case in which the stator 20 has the first coil unit 100 and the second coil unit 110.
第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、可動子10の搬送方向(X方向)に沿って並ぶように設置されている。図1A乃至図1Dには、24個の第1のコイルユニット100と、8個の第2のコイルユニット110とが設置され、R側及びL側それぞれに3個の第1のコイルユニット100と、1個の第2のコイルユニット110が交互に配置された場合を例示している。この場合、第2のコイルユニット110の2個のコイル112の間に、第1のコイルユニット100の3個のコイル102が設置されている。なお、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の数は、特に限定されるものではなく、可動子10を搬送すべき搬送路長等に応じてそれぞれ適宜変更することができる。 The first coil units 100 and second coil units 110 are arranged in a line along the transport direction (X direction) of the mover 10. Figures 1A to 1D illustrate an example in which 24 first coil units 100 and 8 second coil units 110 are installed, with three first coil units 100 and one second coil unit 110 arranged alternately on each of the R and L sides. In this case, three coils 102 of the first coil unit 100 are installed between two coils 112 of the second coil unit 110. The number of first coil units 100 and second coil units 110 is not particularly limited and can be changed as appropriate depending on the length of the transport path along which the mover 10 is to be transported, etc.
また、第1のコイルユニット100と第2のコイルユニット110とが連続的に並ぶ数及び順番も、特に限定されるものではない。第2のコイルユニット110を連続的に設置してもよいし、第1のコイルユニット100と、第2のコイルユニット110を1個毎に交互に設置してもよい。第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110がX方向に並ぶ列数も、図1A乃至図1Dに示す2列に限定されるものではなく、1列であってもよいし、3列以上の複数列であってもよい。 Furthermore, the number and order in which the first coil units 100 and second coil units 110 are arranged in succession are not particularly limited. The second coil units 110 may be installed in succession, or the first coil units 100 and second coil units 110 may be installed alternately one by one. The number of rows in which the first coil units 100 and second coil units 110 are arranged in the X direction is also not limited to the two rows shown in Figures 1A to 1D, and may be one row, or three or more rows.
図2A及び図2Bに示すように、可動子10は、複数の永久磁石121からなる磁石群と、可動子ヨーク120と、保持部122とを有している。可動子ヨーク120は、可動子10のX方向に沿ってR側及びL側の両側に配置されて取り付けられている。複数の永久磁石121は、可動子ヨーク120の長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク120の上に設置されている。保持部122は、可動子10の底面に取り付けられて設置されている。可動子10は、固定子20に沿ってX方向に搬送される。 As shown in Figures 2A and 2B, the mover 10 has a magnet group consisting of multiple permanent magnets 121, a mover yoke 120, and a holding portion 122. The mover yoke 120 is attached and arranged on both the R side and L side of the mover 10 in the X direction. The multiple permanent magnets 121 are installed on the mover yoke 120 so that they are lined up in two rows along the X direction, which is the longitudinal direction of the mover yoke 120, to form magnet rows. The holding portion 122 is attached and installed on the bottom surface of the mover 10. The mover 10 is transported in the X direction along the stator 20.
具体的には、R側の複数の永久磁石121Rは、可動子ヨーク120Rの長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク120Rの上に設置されている。複数の永久磁石121Rは、X方向及びY方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並び、X方向の磁極の1周期がPmとなる間隔で配置されている。R側と同様に、L側の複数の永久磁石121Lは、可動子ヨーク120Lの長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク120Lの上に設置されている。複数の永久磁石121Lは、X方向及びY方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並び、X方向の磁極の1周期がPmとなる間隔で配置されている。なお、以下では、特に区別する必要がないかぎり、可動子10に取り付けられた永久磁石を単に「永久磁石121」、可動子ヨークを単に「可動子ヨーク120」と表記する。 Specifically, the multiple permanent magnets 121R on the R side are installed on the mover yoke 120R so as to be aligned in two rows along the X direction, which is the longitudinal direction of the mover yoke 120R, to form a magnet row. The multiple permanent magnets 121R have opposite polarities on adjacent surfaces in both the X and Y directions, with N and S poles arranged alternately, and are arranged at intervals such that one period of magnetic poles in the X direction is Pm. Similar to the R side, the multiple permanent magnets 121L on the L side are installed on the mover yoke 120L so as to be aligned in two rows along the X direction, which is the longitudinal direction of the mover yoke 120L, to form a magnet row. The multiple permanent magnets 121L have opposite polarities on adjacent surfaces in both the X and Y directions, with N and S poles arranged alternately, and are arranged at intervals such that one period of magnetic poles in the X direction is Pm. In the following, unless a distinction is required, the permanent magnet attached to the mover 10 will be referred to simply as the "permanent magnet 121" and the mover yoke will be referred to simply as the "mover yoke 120."
このように、複数の永久磁石121は、X方向及びY方向に隣接する永久磁石121の磁極が互いに異なる複数の磁石列を構成している。なお、X方向に沿った永久磁石121の磁石列は、Y方向に複数列配置されていてもよいし、1列だけ配置されていてもよい。 In this way, the multiple permanent magnets 121 form multiple magnet rows in which adjacent permanent magnets 121 in the X and Y directions have different magnetic poles. Note that the magnet rows of permanent magnets 121 along the X direction may be arranged in multiple rows in the Y direction, or just one row.
複数の永久磁石121は、Z方向において固定子20の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の両方又は一方に対向可能なように配置されている。なお、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、それらのX方向に並んだ3個が永久磁石121の磁極の周期Pmの間に配置されるように設置されている。 The multiple permanent magnets 121 are arranged so that they can face both or either of the first coil unit 100 and second coil unit 110 of the stator 20 in the Z direction. The first coil unit 100 and second coil unit 110 are installed so that three of them lined up in the X direction are positioned within the magnetic pole period Pm of the permanent magnets 121.
保持部122は、例えば可動子10の下側において被搬送物であるワーク123を保持するように構成されている。なお、保持部122は、可動子10においてワーク123を保持することができればよく、保持部122がワーク123を保持する場所及び保持機構は特に限定されるものではない。ワーク123は、可動子10において保持部122により保持された状態で、可動子10の搬送に伴ってX方向に搬送される。可動子10は、不図示のリニアガイド等によりX方向に沿って走行可能に案内されてもよい。 The holding unit 122 is configured to hold the workpiece 123, which is the object to be transported, for example, below the mover 10. Note that the holding unit 122 only needs to be able to hold the workpiece 123 on the mover 10, and the location and holding mechanism by which the holding unit 122 holds the workpiece 123 are not particularly limited. The workpiece 123, while held by the holding unit 122 on the mover 10, is transported in the X direction as the mover 10 is transported. The mover 10 may be guided by a linear guide (not shown) or the like so that it can move along the X direction.
また、本実施形態による搬送装置1は、固定子20に沿ったX方向への可動子10の搬送を制御する制御部40を有している。制御部40は、不図示のリニアエンコーダ、レーザー測長器等の位置検出手段を用いて可動子10の並進方向の位置(X軸、Y軸、Z軸)及び回転方向の姿勢(Wx軸、Wy軸,Wz軸)を検出する。また、制御部40は、検出した可動子10の位置に応じて固定子20の各コイル102に流す電流量を演算して各コイル102、112に通電する。後述するように、制御部40は、U相、V相及びW相の三相交流をコイル102、112に通電することができる。これにより、制御部40は、各コイル102と可動子10の永久磁石121との間に、Z方向に可動子10を浮上させる推力、及び、X方向に可動子10を駆動して走行させる推力となる磁気力を発生させることができる。また、各コイル112と可動子10の永久磁石121との間に、Y方向に可動子10を案内させる推力となる磁気力を発生させることができる。 The conveying device 1 according to this embodiment also includes a control unit 40 that controls the conveyance of the mover 10 in the X direction along the stator 20. The control unit 40 detects the translational position (X-axis, Y-axis, Z-axis) and rotational orientation (Wx-axis, Wy-axis, Wz-axis) of the mover 10 using position detection means such as a linear encoder or laser length measuring device (not shown). The control unit 40 also calculates the amount of current to be passed through each coil 102 of the stator 20 based on the detected position of the mover 10, and energizes each coil 102, 112. As described below, the control unit 40 can pass three-phase AC current, consisting of U, V, and W phases, through the coils 102, 112. This allows the control unit 40 to generate, between each coil 102 and the permanent magnet 121 of the mover 10, a magnetic force that serves as a thrust to levitate the mover 10 in the Z direction and a thrust to drive the mover 10 to travel in the X direction. In addition, a magnetic force can be generated between each coil 112 and the permanent magnet 121 of the mover 10, which serves as a thrust to guide the mover 10 in the Y direction.
なお、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の両方又は一方と永久磁石121との間には、それぞれ吸引力となる磁気力が浮上力の一部として働く。コイル102及びコイル112により発生させる推力を組み合わせることで、制御部40は、可動子10のX軸、Y軸、Z軸、Wx軸、Wy軸及びWz軸の6自由度を制御しながら、X方向に沿って可動子10を搬送してワーク123を搬送することができる。本実施形態では、可動子10の6自由度を制御して搬送する場合を示しているが、これに限定されるものではない。可動子10を一又は複数の軸の方向に案内する軸の案内機構を設置して、案内機構が案内する軸以外の軸の自由度を制御することもできる。例えば、可動子10のX軸及びY軸の2自由度を制御するなど、6自由度よりも少ない自由度を制御しながら可動子10を搬送してもよい。 Note that magnetic forces acting as attractive forces act as part of the levitation force between the permanent magnet 121 and either or both of the first coil unit 100 and the second coil unit 110. By combining the thrust forces generated by coils 102 and 112, the control unit 40 can transport the mover 10 along the X direction to transport the workpiece 123 while controlling the six degrees of freedom of the mover 10: the X-axis, Y-axis, Z-axis, Wx-axis, Wy-axis, and Wz-axis. While this embodiment illustrates a case in which the mover 10 is transported while controlling the six degrees of freedom of the mover 10, this is not limited to this. It is also possible to install an axial guide mechanism that guides the mover 10 in the direction of one or more axes, and control the degrees of freedom of axes other than the axis guided by the guide mechanism. For example, the mover 10 may be transported while controlling fewer degrees of freedom than six, such as controlling two degrees of freedom of the mover 10: the X-axis and Y-axis.
なお、本実施形態では、固定子20が第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を有し、可動子10が複数の永久磁石121を有する可動磁石型リニアモータによる搬送装置を示すが、これに限定されるものではない。搬送装置1は、可動コイル型リニアモータによる搬送装置であってもよい。この場合、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110が可動子10に設置され、複数の永久磁石121が固定子20に設置される。 Note that this embodiment illustrates a conveying device using a moving magnet linear motor in which the stator 20 has a first coil unit 100 and a second coil unit 110, and the mover 10 has multiple permanent magnets 121, but this is not limited to this. The conveying device 1 may also be a conveying device using a moving coil linear motor. In this case, the first coil unit 100 and the second coil unit 110 are installed on the mover 10, and multiple permanent magnets 121 are installed on the stator 20.
次に、本実施形態による第1及び第2のコイルユニット100、110の詳細及び推力発生原理について図3A乃至図4Cを用いて説明する。図3A乃至図3Fは、本実施形態による搬送装置1の推力発生方法を示す概略図である。図3A及び図3Bは、第1のコイルユニット100によりX方向の推力を発生させるときの通電方法を示している。図3C及び図3Dは、第1のコイルユニット100によりZ方向の推力を発生させるときの通電方法を示している。図3E及び図3Fは、第2のコイルユニット110によりY方向の推力を発生させるときの通電方法を示している。なお、図3A、図3C及び図3Eは、それぞれ可動子10の永久磁石121及び固定子20の第1のコイルユニット100又は第2のコイルユニット110をY方向から見た図である。図3B、図3D及び図3Fは、それぞれ対応する図3A、図3C及び図3Eに示す永久磁石121及び第1のコイルユニット100又は第2のコイルユニット110をX方向から見た図である。 Next, details of the first and second coil units 100, 110 according to this embodiment and the principle of thrust generation will be described using Figures 3A to 4C. Figures 3A to 3F are schematic diagrams showing the thrust generation method of the conveying device 1 according to this embodiment. Figures 3A and 3B show the current flow method when generating a thrust in the X direction using the first coil unit 100. Figures 3C and 3D show the current flow method when generating a thrust in the Z direction using the first coil unit 100. Figures 3E and 3F show the current flow method when generating a thrust in the Y direction using the second coil unit 110. Note that Figures 3A, 3C, and 3E are views of the permanent magnet 121 of the mover 10 and the first coil unit 100 or second coil unit 110 of the stator 20, respectively, viewed from the Y direction. Figures 3B, 3D, and 3F are views of the permanent magnet 121 and the first coil unit 100 or the second coil unit 110 shown in the corresponding Figures 3A, 3C, and 3E, respectively, viewed from the X direction.
第1のコイルユニット100は、コイルコア101とコイル102とで構成されている。コイルコア101は、バックヨーク部103と、2つのティース部104a、104bからなる。バックヨーク部103は、Y方向に沿って配置されている。ティース部104a、104bは、Y方向に並び、バックヨーク部103のY方向における一端及び他端から可動子10が走行する側に向かってZ方向下側に突出している。コイル102は、Y方向に沿った軸を巻回軸としてバックヨーク部103に巻かれている。 The first coil unit 100 is composed of a coil core 101 and a coil 102. The coil core 101 consists of a back yoke portion 103 and two teeth portions 104a and 104b. The back yoke portion 103 is arranged along the Y direction. The teeth portions 104a and 104b are aligned in the Y direction and protrude downward in the Z direction from one end and the other end of the back yoke portion 103 in the Y direction towards the side along which the mover 10 travels. The coil 102 is wound around the back yoke portion 103 with an axis along the Y direction as the winding axis.
複数の第1のコイルユニット100の複数のコイル102は、後述するように電流が印加されることにより、永久磁石121からなる磁石列との相互作用により可動子10に対してX方向及びZ方向に電磁力を与えるコイル群を構成する。 When a current is applied to the multiple coils 102 of the multiple first coil units 100, as described below, they form a coil group that applies electromagnetic forces to the mover 10 in the X and Z directions through interaction with a magnet array consisting of permanent magnets 121.
第2のコイルユニット110は、コイルコア111とコイル112とで構成されている。コイルコア111は、バックヨーク部113と、3つのティース部114a、114b、114cからなる。バックヨーク部113は、Y方向に沿って配置されている。ティース部114a、114b、114cは、Y方向に並び、それぞれバックヨーク部113のY方向における一端、中央及び他端から可動子10が走行する側に向かってZ方向下側に突出している。コイル112は、Z方向に沿った軸を巻回軸として中央のティース部114bに巻かれている。 The second coil unit 110 is composed of a coil core 111 and a coil 112. The coil core 111 consists of a back yoke portion 113 and three teeth 114a, 114b, and 114c. The back yoke portion 113 is arranged along the Y direction. The teeth 114a, 114b, and 114c are aligned in the Y direction and protrude downward in the Z direction from one end, the center, and the other end of the back yoke portion 113 in the Y direction, respectively, toward the side along which the mover 10 travels. The coil 112 is wound around the central tooth 114b, with an axis along the Z direction as the winding axis.
複数の第2のコイルユニット110の複数のコイル112は、後述するように電流が印加されることにより、永久磁石121からなる磁石列との相互作用により可動子10に対してY方向に電磁力を与えるコイル群を構成する。 When a current is applied to the multiple coils 112 of the multiple second coil units 110, as described below, they form a coil group that applies an electromagnetic force to the mover 10 in the Y direction through interaction with a magnet array consisting of permanent magnets 121.
なお、図3A乃至図3F中、可動子ヨーク120の下部に示している矢印Fx、Fz、Fyは、それぞれ発生する推力の方向を示している。また、コイル102、112中に示している矢印は、それぞれコイル102、112に流れる電流の方向を示している。また、永久磁石121に表記しているN及びSは、永久磁石121の上面の磁極を示している。また、ティース部104a、104b、114a、114b、114cに表記しているN及びSは、コイル102、112に所定の電流を通電することによる各ティース部104a、104b、114a、114b、114cの下面の磁極を示している。図3A乃至図3Fは推力発生原理の説明のために第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を配置した例を示し、推力発生のために第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置がこれらの配置に限定されるものではない。 In Figures 3A to 3F, the arrows Fx, Fz, and Fy shown at the bottom of the mover yoke 120 indicate the direction of the thrust force generated. The arrows shown in the coils 102 and 112 indicate the direction of the current flowing through the coils 102 and 112, respectively. The N and S marks on the permanent magnet 121 indicate the magnetic poles on the top surface of the permanent magnet 121. The N and S marks on the teeth 104a, 104b, 114a, 114b, and 114c indicate the magnetic poles on the bottom surfaces of the teeth 104a, 104b, 114a, 114b, and 114c that result from passing a predetermined current through the coils 102 and 112. Figures 3A to 3F show examples of the arrangement of the first coil unit 100 and the second coil unit 110 to explain the principle of thrust generation, but the arrangement of the first coil unit 100 and the second coil unit 110 for thrust generation is not limited to these arrangements.
永久磁石121の磁極のX方向の周期をPm、永久磁石121及び可動子ヨーク120を含む可動子10のX方向の位置をx、X方向において任意のU相のコイル102又はコイル112の中心と永久磁石のN極の中心とが一致する位置xの座標を原点とする。制御部40は、第1のコイルユニット100のコイル102又は第2のコイルユニット110のコイル112に通電する電流値を以下のように制御することにより、可動子10に対してX方向、Z方向又はY方向に推力を発生させることができる。 The period of the magnetic poles of the permanent magnet 121 in the X direction is Pm, the position of the mover 10 including the permanent magnet 121 and the mover yoke 120 in the X direction is x, and the coordinate of the position x where the center of any U-phase coil 102 or coil 112 in the X direction coincides with the center of the N pole of the permanent magnet is the origin. The control unit 40 can generate thrust in the X direction, Z direction, or Y direction on the mover 10 by controlling the value of the current flowing through the coil 102 of the first coil unit 100 or the coil 112 of the second coil unit 110 as follows:
X方向に推力を発生させる場合、制御部40は、図3A及び図3Bに示すように第1のコイルユニット100のコイル102に通電する。これにより、制御部40は、電流指令をIx0として、U相のコイル102には式(1)、V相のコイル102には式(2)、W相のコイル102には式(3)で示す電流値を通電する。第1のコイルユニット100のコイル102に通電することによって、X方向及びZ方向の推力が発生する。しかし、式(1)乃至(3)に示す電流値を通電することによって、U相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102により発生するZ方向の推力は互いに相殺され、X方向には一定の推力定数の力が働く。こうして、可動子10に対してX方向に推力を発生させることができる。
また、Z方向に推力を発生させる場合、制御部40は、図3C及び図3Dに示すように第1のコイルユニット100のコイル102に通電する。これにより、制御部40は、電流指令をIz0として、U相のコイル102には式(4)、V相のコイル102には式(5)、W相のコイル102には式(6)で示す電流値を通電する。前述したように、第1のコイルユニット100のコイル102に通電することによって、X方向及びZ方向の推力が発生する。しかし、式(4)乃至(6)のように通電することによって、U相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102により発生するX方向の推力は互いに相殺され、Z方向には一定の推力定数の力が働く。こうして、可動子10に対してZ方向に推力を発生させることができる。
また、Y方向に推力を発生させる場合、制御部40は、図3E及び図3Fに示すように第2のコイルユニット110のコイル112に通電する。これにより、制御部40は、電流指令をIy0として、U相のコイル112には式(7)、V相のコイル112には式(8)、W相のコイル112には式(9)で示す電流値を通電する。第2のコイルユニット110のコイル112に通電することによって、Y方向の推力が発生し、式(7)乃至(9)に示す電流値を通電することによって、Y方向には一定の推力定数の力が働く。こうして、可動子10に対してY方向に推力を発生させることができる。
図4A乃至図4Cは、それぞれ本実施形態による搬送装置1における搬送位置による推力定数を示すグラフである。推力定数は、前述した式(1)乃至(9)において、電流指令として単位電流指令を与えた時に発生する推力である。具体的には、図4Aは、式(1)乃至(3)において電流指令Ix0として単位電流指令を与えた時に発生するX方向の推力であるX方向の推力定数を示している。図4Bは、式(7)乃至(9)において電流指令Iy0として単位電流指令を与えた時に発生するY方向の推力であるY方向の推力定数を示している。図4Cは、式(4)乃至(6)において電流指令Iz0として単位電流指令を与えた時に発生するZ方向の推力であるZ方向の推力定数を示している。図4A乃至図4Cからは、X方向、Y方向及びZ方向のどの方向においても、推力定数は、可動子10のX方向の位置によらず一定の値を示していることがわかる。 Figures 4A to 4C are graphs showing the thrust constants depending on the transport position in the transport device 1 according to this embodiment. The thrust constants are the thrust forces generated when a unit current command is given as the current command in the above-described equations (1) to (9). Specifically, Figure 4A shows the X-direction thrust constant, which is the X-direction thrust generated when a unit current command Ix0 is given in equations (1) to (3). Figure 4B shows the Y-direction thrust constant, which is the Y-direction thrust generated when a unit current command Iy0 is given in equations (7) to (9). Figure 4C shows the Z-direction thrust constant, which is the Z-direction thrust generated when a unit current command Iz0 is given in equations (4) to (6). It can be seen from Figures 4A to 4C that the thrust constants are constant in all directions, X, Y, and Z, regardless of the position of the mover 10 in the X direction.
X方向及びZ方向においては、同じ第1のコイルユニット100を使って推力を発生させる。このため、式(1)乃至(3)で示される電流と式(4)乃至(6)で示される電流を重畳してコイル102に流すことで、X方向及びZ方向のそれぞれの方向に独立した推力を発生させることができる。 Thrust is generated in both the X and Z directions using the same first coil unit 100. Therefore, by superimposing the currents shown in equations (1) to (3) and the currents shown in equations (4) to (6) and passing them through the coil 102, it is possible to generate independent thrusts in both the X and Z directions.
また、複数の第1のコイルユニット100のコイル102への三相交流の通電に際して、通電するU相のコイル102の数と、通電するV相のコイル102の数と、通電するW相のコイル102の数と、を互いに同じにすることができる。これにより、可動子10のX方向の位置によらず、X方向及びZ方向の推力定数を一定にすることができる。 Furthermore, when energizing the coils 102 of the multiple first coil units 100 with three-phase AC, the number of energized U-phase coils 102, the number of energized V-phase coils 102, and the number of energized W-phase coils 102 can be made the same. This allows the thrust constants in the X and Z directions to be constant regardless of the position of the mover 10 in the X direction.
また、複数の第2のコイルユニット110のコイル112への三相交流の通電に際しても、同様に、通電するU相のコイル112の数と、通電するV相のコイル112の数と、通電するW相のコイル112の数と、を互いに同じすることができる。これにより、可動子10のX方向の位置によらず、Y方向の推力定数を一定にすることができる。 Furthermore, when energizing the coils 112 of multiple second coil units 110 with three-phase AC, the number of energized U-phase coils 112, the number of energized V-phase coils 112, and the number of energized W-phase coils 112 can be made the same. This allows the thrust constant in the Y direction to be constant regardless of the position of the mover 10 in the X direction.
なお、制御部40は、複数のコイル102からなるコイル群及び複数のコイル112からなるコイル群の少なくとも一方において、上述のように各相のコイル数が互いに同じになるように三相交流の電流を通電することができる。 In addition, the control unit 40 can pass three-phase AC current through at least one of the coil group consisting of multiple coils 102 and the coil group consisting of multiple coils 112 so that the number of coils in each phase is the same, as described above.
制御部40は、上述のようにして第1のコイルユニット100のコイル102及び第2のコイルユニット110のコイル112に三相交流の電流を通電して、可動子10に対してX方向、Y方向及びZ方向に推力を発生させて可動子10を制御することができる。 The control unit 40 can control the mover 10 by passing three-phase AC current through the coil 102 of the first coil unit 100 and the coil 112 of the second coil unit 110 as described above, thereby generating thrust in the X, Y, and Z directions on the mover 10.
次に、本実施形態による搬送装置1における6自由度の推力計算方法について図5を用いて説明する。図5に、本実施形態による搬送装置1における6自由度の推力計算方法を示す概略図であり、可動子10及び固定子20を示す上面図である。 Next, the thrust calculation method for six degrees of freedom in the conveying device 1 according to this embodiment will be explained using Figure 5. Figure 5 is a schematic diagram showing the thrust calculation method for six degrees of freedom in the conveying device 1 according to this embodiment, and is a top view showing the mover 10 and stator 20.
磁気浮上状態の可動子10を走行させて搬送する場合、図5に示すように可動子10の重心Gとすると、重心Gの並進3自由度(X軸、Y軸、Z軸)と、回転3自由度(Wx軸、Wy軸、Wz軸)の6自由度を制御する必要がある。ここで、可動子10の重心Gを原点とし、XY平面上の任意のコイルユニット(図5の例の場合は第2のコイルユニット110)の座標を(Lx,Ly)とする。また、可動子10の並進方向のX方向に働く推力をFx、Y方向に働く推力をFy、Z方向に働く推力をFzとする。また、可動子10の回転方向のWx方向に働くモーメント力をTx、Wy方向に働くモーメント力をTy、Wz方向に働くモーメント力をTzとする。すると、それぞれの力は次の式(10)乃至(15)のように表される。
Fx = Σ (Kx * Ix) (10)
Fy = Σ (Ky * Iy) (11)
Fz = Σ (Kz * Iz) (12)
Tx = Σ (Kz * Iz * Ly) (13)
Ty =-Σ (Kz * Iz * Lx) (14)
Tz =-Σ (Kx * Ix * Ly) + Σ (Ky * Iy ・Lx) (15)
When the magnetically levitated mover 10 is moved and transported, assuming that the center of gravity of the mover 10 is G as shown in FIG. 5 , it is necessary to control six degrees of freedom of the center of gravity G: three translational degrees of freedom (X-axis, Y-axis, and Z-axis) and three rotational degrees of freedom (Wx-axis, Wy-axis, and Wz-axis). Here, the center of gravity G of the mover 10 is the origin, and the coordinates of an arbitrary coil unit (the second coil unit 110 in the example of FIG. 5 ) on the XY plane are (Lx, Ly). Furthermore, the thrust acting in the X direction, which is the translational direction of the mover 10, is Fx, the thrust acting in the Y direction is Fy, and the thrust acting in the Z direction is Fz. Furthermore, the moment force acting in the Wx direction, which is the rotational direction of the mover 10, is Tx, the moment force acting in the Wy direction is Ty, and the moment force acting in the Wz direction is Tz. These forces are then expressed by the following equations (10) to (15).
Fx = Σ (Kx * Ix) (10)
Fy = Σ (Ky * Iy) (11)
Fz = Σ (Kz * Iz) (12)
Tx = Σ (Kz * Iz * Ly) (13)
Ty =-Σ (Kz * Iz * Lx) (14)
Tz =-Σ (Kx * Ix * Ly) + Σ (Ky * Iy ・Lx) (15)
ここで、Kxは、第1のコイルユニット100に対して単位電流指令を与えたときにX方向へ発生する推力である。Kyは、第2のコイルユニット110に対して単位電流指令を与えたときにY方向へ発生する推力である。Kzは、第1のコイルユニット100に対して単位電流指令を与えたときにZ方向へ発生する推力である。Kx、Ky、Kzは、可動子10のX方向の位置xによって周期的に変化し、Kx0、Ky0、Kz0を定数として、式(16)乃至(24)のように表される。 Here, Kx is the thrust generated in the X direction when a unit current command is given to the first coil unit 100. Ky is the thrust generated in the Y direction when a unit current command is given to the second coil unit 110. Kz is the thrust generated in the Z direction when a unit current command is given to the first coil unit 100. Kx, Ky, and Kz change periodically depending on the position x of the mover 10 in the X direction, and are expressed as in equations (16) to (24), with Kx0, Ky0, and Kz0 being constants.
式(10)乃至(12)に示すように、可動子10に働く並進方向の推力Fx、Fy、Fzは、それぞれ各コイルユニットから各軸方向に働く力の和となる。また、式(13)乃至(15)に示すように、可動子10に働く回転方向のモーメント力Tx、Ty、Tzは、可動子10の重心Gから回転軸と直交する成分の各コイルユニットまでの距離Lx,Lyと、各コイルユニットから回転方向に働く力との積の和となる。 As shown in equations (10) to (12), the translational thrust forces Fx, Fy, and Fz acting on the mover 10 are the sum of the forces acting in the axial direction from each coil unit. Furthermore, as shown in equations (13) to (15), the rotational moment forces Tx, Ty, and Tz acting on the mover 10 are the sum of the products of the distances Lx and Ly from the center of gravity G of the mover 10 to each coil unit, which are components perpendicular to the rotation axis, and the force acting in the rotational direction from each coil unit.
図1に示す制御部40は、可動子10の6自由度の位置及び姿勢の検出値をフィードバックし、目標の位置及び姿勢になるように6自由度の推力を可動子10に与えて制御することで、可動子10の6自由度の浮上制御搬送を実現する。このとき、制御部40は、6自由度の各推力を発生する電流を重畳して各コイル102、112に通電するため、例えば同じU相のコイルでも個々に流す電流は異なる。 The control unit 40 shown in Figure 1 feeds back the detected values of the six degrees of freedom of the position and orientation of the mover 10, and applies and controls the six degrees of freedom of thrust to the mover 10 so that it reaches the target position and orientation, thereby achieving six degrees of freedom of levitation control and transport of the mover 10. At this time, the control unit 40 superimposes currents that generate the six degrees of freedom of thrust and energizes each of the coils 102, 112, so that, for example, different currents are passed through coils of the same U phase.
次に、本実施形態による搬送装置1の搬送工程毎の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例について図6A及び図6Bを用いて説明する。図6A及び図6Bは、本実施形態による搬送装置1の搬送工程毎の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例を示す概略図である。 Next, an example of the arrangement of the first coil unit 100 and the second coil unit 110 for each transport process of the transport device 1 according to this embodiment will be described using Figures 6A and 6B. Figures 6A and 6B are schematic diagrams showing an example of the arrangement of the first coil unit 100 and the second coil unit 110 for each transport process of the transport device 1 according to this embodiment.
前述したとおり、本実施形態による搬送装置1は、可動子10により搬送されたワーク123に対して加工を施す加工システムの一部を構成しており、搬送区間に複数の工程を有している。例えば、複数のワーク123を複数の可動子10により連続して搬送する場合、効率的に搬送するために、可動子10を加速・減速して前にいるワーク123を搬送中の可動子10との距離を縮めるための「加減速追付き工程」がある。その他にも、ワーク123を所定の位置にアライメントして加工する「加工工程」等がある。このような場合、それぞれの工程に適したコイルユニットの配置をすることができる。 As described above, the conveying device 1 according to this embodiment constitutes part of a processing system that processes workpieces 123 transported by movers 10, and has multiple processes within its transport section. For example, when multiple workpieces 123 are transported continuously by multiple movers 10, there is an "acceleration/deceleration catch-up process" in which the movers 10 are accelerated and decelerated to shorten the distance between the preceding workpiece 123 and the mover 10 currently being transported, in order to transport them efficiently. There is also another "processing process" in which the workpiece 123 is aligned to a predetermined position and processed. In such cases, coil units can be arranged to suit each process.
図6Aは、加減速追付き工程の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例を示している。可動子10を加速・減速して前にいる可動子10との距離を縮める場合、ワーク123の搬送位置についての精度よりもワーク123を搬送する可動子10の加速度及び減速度が優先されることが多い。そのため、加減速追付き工程が行われる区間では、Y方向の推力を発生可能な第2のコイルユニット110よりも、X方向及びZ方向に推力を発生可能な第1のコイルユニット100が数多く配置されている。図6Aに示す例の場合、U相の第2のコイルユニット110dと、W相の第2のコイルユニット110cと、V相の第2のコイルユニット110bとが各1個ずつ永久磁石121と対向するように配置されている。それ以外は全て第1のコイルユニット100a、100b、100c、100dになっている。第1のコイルユニット100a、100b、100c、100dは、それぞれ第2のコイルユニット110の間にU相、V相及びW相のものがX方向に互いに異なる相になるように配置されている。このように配置することによって、可動子10の6自由度の制御をしつつ、可動子10に対して大きな加速度及び減速度を与えることができる。 Figure 6A shows an example of the arrangement of the first coil unit 100 and the second coil unit 110 in the acceleration/deceleration catch-up process. When accelerating and decelerating the mover 10 to shorten the distance to the preceding mover 10, the acceleration and deceleration of the mover 10 transporting the workpiece 123 often take priority over the accuracy of the transport position of the workpiece 123. Therefore, in the section where the acceleration/deceleration catch-up process is performed, more first coil units 100 capable of generating thrust in the X and Z directions are arranged than second coil units 110 capable of generating thrust in the Y direction. In the example shown in Figure 6A, one U-phase second coil unit 110d, one W-phase second coil unit 110c, and one V-phase second coil unit 110b are arranged so as to face the permanent magnet 121. All other coil units are first coil units 100a, 100b, 100c, and 100d. The first coil units 100a, 100b, 100c, and 100d are arranged between the second coil units 110 so that the U-phase, V-phase, and W-phase units are in different phases in the X direction. By arranging them in this manner, it is possible to control the six degrees of freedom of the mover 10 while applying large acceleration and deceleration to the mover 10.
このように、固定子20の可動子10に対向する領域において、複数のコイル102は、U相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102を少なくとも各1個以上有するように配置することができる。また、固定子20の可動子10に対向する領域において、複数のコイル112も、U相のコイル112、V相のコイル112及びW相のコイル112を少なくとも各1個以上有するように配置することができる。この場合、固定子20の可動子10に対向する領域において、複数のコイル102は及び複数のコイル112は、コイル数が互いに異なるように配置することができる。両コイル数を適宜設定することにより、可動子に与えうる加速度及び減速度を適宜設定することができる。 In this way, in the region of the stator 20 facing the mover 10, the multiple coils 102 can be arranged to include at least one U-phase coil 102, one V-phase coil 102, and one W-phase coil 102. Furthermore, in the region of the stator 20 facing the mover 10, the multiple coils 112 can also be arranged to include at least one U-phase coil 112, one V-phase coil 112, and one W-phase coil 112. In this case, in the region of the stator 20 facing the mover 10, the multiple coils 102 and the multiple coils 112 can be arranged so that the number of coils differs from one another. By appropriately setting the number of coils, the acceleration and deceleration that can be applied to the mover can be appropriately set.
図6Bは、加工工程の第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110の配置例を示している。可動子10によりワーク123を加工工程まで搬送した後、ワーク123を所定の位置にアライメントして加工する場合、ワーク123について高精度の位置だし及び保持を実現するため、可動子10の6自由度それぞれに高い推力が求められる場合がある。図6Bに示す例の場合、第1のコイルユニット100a、100b、100c、100d、100e、及び第2のコイルユニット110a、110b、110c、110dが、可動子10の重心Gの回りの6自由度に対して対称になるように配置されている。このように配置することによって、加工工程では、可動子10の6自由度の制御性能を高め、高いアライメントエリア精度で位置だし及び保持をしながら、加工装置30を図6B中の矢印D(X方向)に移動しながらワーク123に加工を行うことができる。 Figure 6B shows an example of the arrangement of the first coil unit 100 and the second coil unit 110 in the machining process. When the mover 10 transports the workpiece 123 to the machining process and then aligns and processes the workpiece 123 at a predetermined position, high thrust may be required for each of the six degrees of freedom of the mover 10 to achieve high-precision positioning and holding of the workpiece 123. In the example shown in Figure 6B, the first coil units 100a, 100b, 100c, 100d, and 100e and the second coil units 110a, 110b, 110c, and 110d are arranged symmetrically with respect to the six degrees of freedom around the center of gravity G of the mover 10. This arrangement improves the control performance of the six degrees of freedom of the mover 10 during the machining process, enabling the workpiece 123 to be machined while moving the machining device 30 in the X direction (arrow D in Figure 6B) while being positioned and held with high alignment area precision.
第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、固定子20においてそれぞれ脱着及び交換可能になっている。これにより、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110は、搬送工程を組み換えた場合にその工程に適するように配置に変更することができる。また、コイルユニット故障が故障したときに、故障したコイルユニットのみを交換することができる。 The first coil unit 100 and the second coil unit 110 are detachable and replaceable on the stator 20. This allows the first coil unit 100 and the second coil unit 110 to be repositioned to suit the process when the transport process is rearranged. Furthermore, in the event of a coil unit failure, only the failed coil unit can be replaced.
次に、上記実施形態において説明した搬送装置1を真空装置へ適用して真空磁気浮上搬送装置を構成した例について図7を用いて説明する。図7は、搬送装置1の真空装置への適用例を示す概略図である。 Next, an example of applying the conveying device 1 described in the above embodiment to a vacuum device to form a vacuum magnetic levitation conveying device will be described using Figure 7. Figure 7 is a schematic diagram showing an example of applying the conveying device 1 to a vacuum device.
真空磁気浮上搬送装置の場合、真空チャンバ内にコイルユニットを配置し、可動子と固定子との間に生じる吸引力を浮上力として、可動子を磁気浮上状態で搬送する。かかる真空磁気浮上搬送装置においては、互いに隣接する真空チャンバの境界でゲートを開閉するゲートバルブ等が配置されていることがある。ゲートバルブ等が配置されていると、固定子においてコイルユニットを隙間なく連続的に配置することができない。 In the case of a vacuum magnetic levitation transport device, a coil unit is placed inside a vacuum chamber, and the magnetic levitation force generated between the mover and stator is used as the levitation force to transport the mover in a magnetically levitated state. In such vacuum magnetic levitation transport devices, gate valves that open and close gates are sometimes placed at the boundaries between adjacent vacuum chambers. The presence of gate valves makes it impossible to place the coil units continuously on the stator without any gaps.
本実施形態では、コイルユニットを隙間なく連続的に配置することができない以下に説明するゲートバルブ300が設置されたスペース304においても、可動子10の安定した搬送制御を実現するものである。 In this embodiment, stable transport control of the mover 10 is achieved even in the space 304 where the gate valve 300 described below is installed, where it is not possible to arrange coil units continuously without gaps.
本実施形態による真空磁気浮上搬送装置2は、図7に示すように、第1実施形態の構成に加えて、真空チャンバ301a、301bと、ゲートバルブ300とが追加された構成を有している。 As shown in Figure 7, the vacuum magnetic levitation transport device 2 of this embodiment has the same configuration as the first embodiment, but with the addition of vacuum chambers 301a and 301b and a gate valve 300.
搬送装置1は、真空チャンバ301a、301bの内部に設置されている。すなわち、固定子20は、真空チャンバ301a、301bの内部に設置されている。可動子10は、真空チャンバ301a、301bの内部において固定子20により搬送される。真空チャンバ301a、301bは、搬送装置1が設置された内部空間を、ゲートバルブ300を介して互いに接続又は分離可能に連結されている。真空チャンバ301a、301bは、図示しない真空ポンプが接続されて適切な真空度に維持可能に構成されている。 The transport device 1 is installed inside the vacuum chambers 301a and 301b. That is, the stator 20 is installed inside the vacuum chambers 301a and 301b. The mover 10 is transported inside the vacuum chambers 301a and 301b by the stator 20. The vacuum chambers 301a and 301b are connected to each other via a gate valve 300, and the internal space in which the transport device 1 is installed can be connected or separated from each other. The vacuum chambers 301a and 301b are connected to a vacuum pump (not shown) so that an appropriate degree of vacuum can be maintained.
ゲートバルブ300は、真空チャンバ301aと真空チャンバ301bとの連結部であるスペース304に設けられている。ゲートバルブ300は、Z方向に沿って昇降して、真空チャンバ301a、301bの連結部において真空チャンバ301a、301bを開閉する弁部として機能する。すなわち、図7に示すように、ゲートバルブ300は、上昇することにより両側の真空チャンバ301a、301bをそれぞれ開いて両者を互いに接続する。また、ゲートバルブ300は、ゲートバルブ昇降部303により下降することにより両側の真空チャンバ301a、301bをそれぞれ閉じて両者を互いに分離する。 Gate valve 300 is provided in space 304, which is the connection between vacuum chamber 301a and vacuum chamber 301b. Gate valve 300 moves up and down in the Z direction, functioning as a valve unit that opens and closes vacuum chambers 301a and 301b at the connection between vacuum chambers 301a and 301b. That is, as shown in FIG. 7, when gate valve 300 moves up, it opens vacuum chambers 301a and 301b on both sides, connecting them to each other. When gate valve 300 moves down using gate valve lifting unit 303, it closes vacuum chambers 301a and 301b on both sides, separating them from each other.
このように、真空磁気浮上搬送装置2は、真空チャンバ301a、301bが設置された領域と、ゲートバルブ300が設置された領域であるスペース304とを含んでいる。真空チャンバ301a、301bが設置された領域は、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110が設置された領域である。真空チャンバ301a、301bが設置された領域に挟まれてそれぞれに隣接するスペース304は、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110のいずれも設置されていない領域である。 As such, the vacuum magnetic levitation transport device 2 includes an area where the vacuum chambers 301a and 301b are installed, and space 304, which is an area where the gate valve 300 is installed. The area where the vacuum chambers 301a and 301b are installed is an area where the first coil unit 100 and the second coil unit 110 are installed. The space 304, which is sandwiched between and adjacent to the areas where the vacuum chambers 301a and 301b are installed, is an area where neither the first coil unit 100 nor the second coil unit 110 is installed.
ゲートバルブ300が設置されたスペース304には、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を隙間なく連続的に配置することができない。そのため、図7に示すように、可動子10の搬送方向Mの先端部分がスペース304の中に入っている位置のとき、可動子10の先端部分における永久磁石121とコイルユニットとの間に働く吸引力、及びコイル電流による推力が低下する場合がある。かかる吸引力や推力が低下すると、特にWy方向の姿勢制御性が低下することがある。 The first coil unit 100 and the second coil unit 110 cannot be arranged continuously without gaps in the space 304 in which the gate valve 300 is installed. Therefore, as shown in FIG. 7, when the tip of the mover 10 in the transport direction M is positioned within the space 304, the attractive force acting between the permanent magnet 121 at the tip of the mover 10 and the coil unit, and the thrust force due to the coil current, may decrease. If this attractive force or thrust decreases, attitude controllability may decrease, particularly in the Wy direction.
これに対して、図7に示す構成では、真空チャンバ301aの内部に第1のコイルユニット100a、100b及び第2のコイルユニット110aが配置され、真空チャンバ301bの内部に第1のコイルユニット100cが配置されている。 In contrast, in the configuration shown in Figure 7, first coil units 100a and 100b and second coil unit 110a are arranged inside vacuum chamber 301a, and first coil unit 100c is arranged inside vacuum chamber 301b.
Y方向の推力を発生する第2のコイルユニット110aは、先端部分がスペース304の中に位置する図示する搬送位置に可動子10があるときに可動子10の重心Gを通るWy方向の回転軸上又はその付近に位置するように配置されている。重心Gを通るWy方向の回転軸は、Y方向に沿った軸である。また、X方向及びZ方向の推力を発生する第1のコイルユニット100a及び第1のコイルユニット100bは、第2のコイルユニット110aのX方向における前後に配置されている。同じくX方向及びZ方向の推力を発生する第1のコイルユニット100cは、真空チャンバ301bの内部においてスペース304に隣接して配置されている。 The second coil unit 110a, which generates thrust in the Y direction, is positioned so that it is located on or near the Wy-direction rotation axis that passes through the center of gravity G of the mover 10 when the mover 10 is in the illustrated transfer position with its tip portion located within space 304. The Wy-direction rotation axis that passes through the center of gravity G is an axis along the Y direction. Furthermore, the first coil unit 100a and first coil unit 100b, which generate thrust in the X and Z directions, are positioned before and after the second coil unit 110a in the X direction. The first coil unit 100c, which also generates thrust in the X and Z directions, is positioned adjacent to space 304 inside vacuum chamber 301b.
上記のようにコイルユニットが配置されていることで、Wy方向に働くモーメント力Tyをより大きく発生することが可能になり、Wy方向の姿勢制御性を向上することができる。すなわち、可動子10の搬送方向Mの先端部分がスペース304を通り過ぎたとき、第2のコイルユニット110aは、可動子10の重心Gを通るWy方向の回転軸上又はその付近からずれた位置になる。このとき、可動子10の搬送方向Mの後端部分に働くWy方向のモーメント力Tyが減少する。しかしながら、スペース304を通り過ぎると、可動子10の搬送方向Mの先端部分における永久磁石121が第1のコイルユニット100cと対抗する位置になるため、可動子10全体に働くWy方向のモーメント力Tyは大きくなる。そのため、コイルユニットを隙間なく連続的に配置することができないスペース304を安定して乗り継いで可動子10を搬送することができる。 By arranging the coil units as described above, it is possible to generate a larger moment force Ty acting in the Wy direction, thereby improving posture controllability in the Wy direction. In other words, when the leading end of the mover 10 in the transport direction M passes through space 304, the second coil unit 110a is positioned off the Wy-direction rotation axis or its vicinity, which passes through the center of gravity G of the mover 10. At this time, the Wy-direction moment force Ty acting on the rear end of the mover 10 in the transport direction M decreases. However, after passing space 304, the permanent magnet 121 at the leading end of the mover 10 in the transport direction M is positioned opposite the first coil unit 100c, so the Wy-direction moment force Ty acting on the entire mover 10 increases. Therefore, the mover 10 can be transported stably across space 304, where it is not possible to arrange coil units continuously without gaps.
次に、本実施形態による搬送装置1における第1のコイルユニット100のその他の構成について図8A乃至図8Jを用いて説明する。図8A乃至図8Jは、本実施形態による搬送装置1における第1のコイルユニット100のその他の構成を示している。図8A、図8C、図8E、図8G及び図8Iは、それぞれ互いに異なる構成の第1のコイルユニット100をY方向から見た側面図である。図8B、図8D、図8F、図8H及び図8Jは、それぞれ対応する図8A、図8C、図8E、図8G及び図8Iに示す第1のコイルユニット100をX方向から見た側面図である。図8A、図8C、図8E、図8G及び図8Iには、固定子20のU相のコイル102、V相のコイル102及びW相のコイル102の1セット分、並びに可動子10の搬送方向の永久磁石121の1セット分を簡略化して示している。なお、コイル102中に示している矢印は流れる電流の方向を示している。また、永久磁石121に表記しているN及びSは永久磁石121の上面の磁極を示している。また、ティース部104に表記しているN及びSは、コイル102に所定の電流を通電することによる各ティース部104の下面の磁極を示している。 Next, other configurations of the first coil unit 100 in the conveying device 1 according to this embodiment will be described using Figures 8A to 8J. Figures 8A to 8J show other configurations of the first coil unit 100 in the conveying device 1 according to this embodiment. Figures 8A, 8C, 8E, 8G, and 8I are side views of first coil units 100 having different configurations, viewed from the Y direction. Figures 8B, 8D, 8F, 8H, and 8J are side views of the first coil units 100 shown in the corresponding Figures 8A, 8C, 8E, 8G, and 8I, viewed from the X direction. Figures 8A, 8C, 8E, 8G, and 8I show simplified views of one set of U-phase coils 102, V-phase coils 102, and W-phase coils 102 of the stator 20, as well as one set of permanent magnets 121 in the conveying direction of the mover 10. The arrows in the coil 102 indicate the direction of current flow. The N and S marks on the permanent magnet 121 indicate the magnetic poles on the top surface of the permanent magnet 121. The N and S marks on the teeth 104 indicate the magnetic poles on the bottom surface of each tooth 104 that result when a predetermined current is passed through the coil 102.
図8A及び図8Bは、図1で説明した第1のコイルユニット100の構成例を示している。図8C及び図8Dは、バックヨーク部103にコイル102が巻かれたことに代えて、ティース部104a、104bにコイル102a、102bが巻かれた構成例を示している。 Figures 8A and 8B show an example configuration of the first coil unit 100 described in Figure 1. Figures 8C and 8D show an example configuration in which, instead of the coil 102 being wound around the back yoke portion 103, coils 102a and 102b are wound around the teeth portions 104a and 104b.
図8E及び図8F、並びに図8G及び図8Hは、それぞれ永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に3列に隣接して配置された場合の構成例を示している。これらの場合、コイルコア101は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部103と、Y方向に並び、バックヨーク部103のY方向における一端、中央及び他端からZ方向下側に突出した3つのティース部104a、104b、104cとを有している。図8E及び図8Fは、バックヨーク部103においてティース部104a、104bの間の部分及びティース部104b、104cの間の部分にコイル102a、102bが巻かれた構成例を示している。図8G及び図8Hは、ティース部104a、104b、104cにコイル102a、102b、102cが巻かれた構成例を示している。 Figures 8E and 8F, as well as Figures 8G and 8H, each show an example configuration in which magnet rows aligned along the X direction of the permanent magnets 121 are arranged adjacently in three rows in the Y direction. In these cases, the coil core 101 has a back yoke portion 103 arranged along the Y direction and three teeth portions 104a, 104b, and 104c aligned in the Y direction and protruding downward in the Z direction from one end, the center, and the other end of the back yoke portion 103 in the Y direction. Figures 8E and 8F show an example configuration in which coils 102a and 102b are wound around the portions of the back yoke portion 103 between teeth portions 104a and 104b and between teeth portions 104b and 104c. Figures 8G and 8H show an example configuration in which coils 102a, 102b, and 102c are wound around teeth portions 104a, 104b, and 104c.
図8I及び図8Jは、永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に1列だけ配置された場合の構成例を示している。この場合、コイルコア101はバックヨーク部103からZ方向下側に突出した1つのティース部104を有し、ティース部104にコイル102が巻かれている。なお、このようにY方向のティース部104の数が1つの場合は、磁気抵抗を小さくするためX方向に並ぶティース部104をバックヨーク部103でつながれていてもよい。 Figures 8I and 8J show an example configuration in which only one magnet row aligned along the X direction of the permanent magnets 121 is arranged in the Y direction. In this case, the coil core 101 has one tooth portion 104 protruding downward in the Z direction from the back yoke portion 103, and the coil 102 is wound around the tooth portion 104. Note that when there is only one tooth portion 104 in the Y direction like this, the teeth portion 104 aligned in the X direction may be connected by the back yoke portion 103 to reduce magnetic resistance.
図8A及び図8B並びに図8C及び図8Dに示すように、永久磁石121のY方向の列数が偶数の場合、第1のコイルユニット100は、Y方向のティース部104の数が偶数であるものとして構成することができる。一方、図8E及び図8F、図8G及び図8H並びに図8I及び図8Jに示すように、永久磁石121のY方向の列数が奇数の場合、第1のコイルユニット100は、Y方向のティース部104の数が奇数であるものとして構成することができる。また、同等の磁束を発生できるのでれば、コイル102はバックヨーク部103に巻かれていてもティース部104に巻かれていてもよい。 As shown in Figures 8A and 8B, 8C and 8D, if the number of rows of permanent magnets 121 in the Y direction is even, the first coil unit 100 can be configured with an even number of teeth 104 in the Y direction. On the other hand, as shown in Figures 8E and 8F, 8G and 8H, 8I and 8J, if the number of rows of permanent magnets 121 in the Y direction is odd, the first coil unit 100 can be configured with an odd number of teeth 104 in the Y direction. Furthermore, as long as the coils 102 can generate equivalent magnetic flux, they may be wound around the back yoke portion 103 or the teeth 104.
次に、本実施形態による搬送装置1における第2のコイルユニット110のその他の構成について図9A乃至図9Lを用いて説明する。図9A乃至図9Lは、本実施形態による搬送装置1における第2のコイルユニット110のその他の構成例を示す。図9A、図9C、図9E、図9G、図9I及び図9Kは、それぞれ互いに異なる構成の第2のコイルユニット110をY方向から見た側面図である。図9B、図9D、図9F、図9H、図9J及び図9Lは、それぞれ対応する図9A、図9C、図9E、図9G、図9I及び図9Kに示す第2のコイルユニット110をX方向から見た側面図である。図9A、図9C、図9E、図9G、図9I及び図9Kは、固定子20のU相のコイル112、V相のコイル112及びW相のコイル112の1セット分、並びに可動子10の搬送方向の永久磁石121の1セット分を簡略化して示している。なお、コイル112中に示している矢印は流れる電流の方向を示している。また、永久磁石121に表記しているN及びSは永久磁石121の上面の磁極を示している。また、ティース部114に表記しているN及びSは、コイル112に所定の電流を通電することによる各ティース部114の下面の磁極を示している。 Next, other configurations of the second coil unit 110 in the conveying device 1 according to this embodiment will be described using Figures 9A to 9L. Figures 9A to 9L show other configuration examples of the second coil unit 110 in the conveying device 1 according to this embodiment. Figures 9A, 9C, 9E, 9G, 9I, and 9K are side views of second coil units 110 having different configurations, viewed from the Y direction. Figures 9B, 9D, 9F, 9H, 9J, and 9L are side views of the second coil units 110 shown in the corresponding Figures 9A, 9C, 9E, 9G, 9I, and 9K, viewed from the X direction. Figures 9A, 9C, 9E, 9G, 9I, and 9K show simplified views of one set of U-phase coils 112, V-phase coils 112, and W-phase coils 112 of the stator 20, as well as one set of permanent magnets 121 in the transport direction of the mover 10. The arrows in the coils 112 indicate the direction of current flow. The N and S marks on the permanent magnets 121 indicate the magnetic poles on the top surface of the permanent magnets 121. The N and S marks on the teeth 114 indicate the magnetic poles on the bottom surface of each tooth 114 that result when a predetermined current is passed through the coils 112.
図9A及び図9Bは、図1で説明した第2のコイルユニットの構成例を示している。図9C及び図9D、並びに図9E及び図9Fは、ティース部114bにコイル112が巻かれたことに代わる構成例を示している。図9C及び図9Dは、バックヨーク部113のティース部114aとティース部114bとの間の部分にコイル112aが、バックヨーク部113のティース部114bとティース部114cとの間の部分にコイル112bが巻かれた構成例を示している。図9E及び図9Fは、ティース部114a、114b、114cにコイル112a、112b、112cが巻かれた構成例を示している。 Figures 9A and 9B show configuration examples of the second coil unit described in Figure 1. Figures 9C and 9D, as well as Figures 9E and 9F, show configuration examples in which coil 112 is wound around tooth portion 114b. Figures 9C and 9D show configuration examples in which coil 112a is wound around the portion between tooth portions 114a and 114b of back yoke portion 113, and coil 112b is wound around the portion between tooth portions 114b and 114c of back yoke portion 113. Figures 9E and 9F show configuration examples in which coils 112a, 112b, and 112c are wound around teeth portions 114a, 114b, and 114c.
図9G及び図9H、並びに図9I及び図9Jは、それぞれ永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に3列に隣接して配置された場合の構成例を示している。 Figures 9G and 9H, and Figures 9I and 9J each show an example configuration in which three rows of permanent magnets 121 aligned along the X direction are arranged adjacently in the Y direction.
図9G及び図9Hに示す場合、コイルコア111は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部113と、Y方向に並び、バックヨーク部113のY方向における一端及び他端からZ方向下側に突出した2つのティース部114a、114bとを有している。図9G及び図9Hは、バックヨーク部113にコイル112が巻かれた構成例を示している。 As shown in Figures 9G and 9H, the coil core 111 has a back yoke portion 113 arranged along the Y direction, and two teeth portions 114a, 114b that are aligned in the Y direction and protrude downward in the Z direction from one end and the other end of the back yoke portion 113 in the Y direction. Figures 9G and 9H show an example configuration in which a coil 112 is wound around the back yoke portion 113.
また、図9I及び図9Jに示す場合、コイルコア111は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部113と、Y方向に並び、バックヨーク部113からZ方向下側に突出した4つのティース部114a、114b、114c、114dとを有している。この場合、4つのティース部114a、114b、114c、114dは、バックヨーク部113のY方向における一端から他端までの間に間隔をあけて設けられている。図9I及び図9Jは、バックヨーク部113においてティース部114a、114bの間の部分、ティース部114b、114cの間の部分及びティース部114c、114dの間の部分にコイル102a、102b、102cが巻かれた構成例を示している。 Also, as shown in Figures 9I and 9J, the coil core 111 has a back yoke portion 113 arranged along the Y direction, and four teeth 114a, 114b, 114c, and 114d that are aligned in the Y direction and protrude downward in the Z direction from the back yoke portion 113. In this case, the four teeth 114a, 114b, 114c, and 114d are spaced apart from one end of the back yoke portion 113 in the Y direction. Figures 9I and 9J show an example configuration in which coils 102a, 102b, and 102c are wound around the portions of the back yoke portion 113 between teeth 114a and 114b, between teeth 114b and 114c, and between teeth 114c and 114d.
図9K及び図9Lは、永久磁石121のX方向に沿って並ぶ磁石列がY方向に1列だけ配置された場合の構成例を示している。この場合、コイルコア111は、Y方向に沿って配置されたバックヨーク部113と、Y方向に並び、バックヨーク部113のY方向における一端及び他端からZ方向下側に突出した2つのティース部114a、114bとを有している。図9K及び図9Lは、バックヨーク部113にコイル112が巻かれた構成例を示している。 Figures 9K and 9L show an example configuration in which only one magnet row aligned along the X direction of the permanent magnets 121 is arranged in the Y direction. In this case, the coil core 111 has a back yoke portion 113 arranged along the Y direction, and two teeth portions 114a, 114b aligned in the Y direction and protruding downward in the Z direction from one end and the other end of the back yoke portion 113 in the Y direction. Figures 9K and 9L show an example configuration in which a coil 112 is wound around the back yoke portion 113.
図9A及び図9B、図9C及び図9D並びに図9E及び図9Fに示すように、永久磁石121のY方向の列数が偶数の場合、第2のコイルユニット110は、Y方向のティース部114の数が奇数であるものとして構成することができる。一方、図9G及び図9H、図9I及び図9J並びに図9K及び図9Lに示すように、永久磁石121のY方向の列数が奇数の場合、第2のコイルユニット110は、Y方向のティース部114の数が偶数であるものとして構成することができる。また、同等の磁束を発生できるのでれば、コイル112はバックヨーク部113に巻いても、ティース部114に巻かれていてもよい。 As shown in Figures 9A and 9B, 9C and 9D, and 9E and 9F, if the number of rows of permanent magnets 121 in the Y direction is even, the second coil unit 110 can be configured with an odd number of teeth 114 in the Y direction. On the other hand, as shown in Figures 9G and 9H, 9I and 9J, and 9K and 9L, if the number of rows of permanent magnets 121 in the Y direction is odd, the second coil unit 110 can be configured with an even number of teeth 114 in the Y direction. Furthermore, as long as the coil 112 can generate an equivalent magnetic flux, it may be wound around either the back yoke portion 113 or the teeth 114.
このように、本実施形態によれば、第1のコイルユニット100により可動子10に対してX方向及びZ方向に力を与え、第2のコイルユニット110により可動子10に対してX方向及びZ方向に力を与えることができる。したがって、本実施形態によれば、システム構成の大型化を伴うことなく、可動子10の姿勢を制御しつつ、可動子10を非接触で搬送することができる。 As such, according to this embodiment, the first coil unit 100 applies forces to the mover 10 in the X and Z directions, and the second coil unit 110 applies forces to the mover 10 in the X and Z directions. Therefore, according to this embodiment, the mover 10 can be transported non-contact while controlling the attitude of the mover 10 without increasing the size of the system configuration.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態による搬送装置について図10A乃至図11Cを用いて説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
Second Embodiment
Next, a conveying device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 10A to 11C. Note that components similar to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted or simplified.
第1実施形態では、コイルに通電し、磁気随伴エネルギーの勾配を作ることによって、推力を発生させている例について説明した。これに対し、本実施形態では、磁界中に通過する電荷が力を受けるローレンツ力によって推力を発生させている例について説明する。 In the first embodiment, an example was described in which thrust was generated by passing current through a coil and creating a gradient of magnetic co-energy. In contrast, in this embodiment, an example is described in which thrust is generated by the Lorentz force, in which an electric charge passing through a magnetic field is subjected to a force.
図10A、図10B及び図10Cは、本実施形態による搬送装置のコアレス型の例を示している。また、図11A、図11B及び図11Cは、本実施形態による搬送装置のコアレス型の別の例を示している。図10A、図10B及び図10Cは、それぞれ本実施形態による搬送装置の例のY方向から見た正面図、Z方向から見た上面図及びX方向から見た側面図である。また、図11A、図11B及び図11Cは、それぞれ本実施形態による搬送装置の別の例のY方向から見た正面図、Z方向から見た上面図及びX方向から見た側面図である。図10A乃至図11Cでは、図1に示す搬送装置1における可動子10及び固定子20に相当する構成のR側又はL側片側における第1及び第2のコイルユニット100、110、永久磁石221及び可動子ヨーク220のみを示しており、その他を省略している。また、図10A及び図11Aの上面図では、バックヨーク203を省略している。 Figures 10A, 10B, and 10C show an example of a coreless type conveying device according to this embodiment. Figures 11A, 11B, and 11C show another example of a coreless type conveying device according to this embodiment. Figures 10A, 10B, and 10C are a front view from the Y direction, a top view from the Z direction, and a side view from the X direction, respectively, of an example of a conveying device according to this embodiment. Figures 11A, 11B, and 11C are a front view from the Y direction, a top view from the Z direction, and a side view from the X direction, respectively, of another example of a conveying device according to this embodiment. Figures 10A to 11C only show the first and second coil units 100, 110, permanent magnet 221, and mover yoke 220 on either the R side or L side of the configuration corresponding to the mover 10 and stator 20 in the conveying device 1 shown in Figure 1, and others are omitted. Additionally, the back yoke 203 is omitted from the top views of Figures 10A and 11A.
本実施形態による搬送装置3は、可動子10と、固定子20とを有している。本実施形態による搬送装置3の構成は、固定子20における第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を除き、第1実施形態による搬送装置1の構成と同様である。 The conveying device 3 according to this embodiment has a mover 10 and a stator 20. The configuration of the conveying device 3 according to this embodiment is the same as the configuration of the conveying device 1 according to the first embodiment, except for the first coil unit 100 and second coil unit 110 in the stator 20.
図10A乃至図11Cに示すように、可動子10は、複数の永久磁石221と、可動子ヨーク220とを有している。永久磁石221は、第1実施形態と同様に可動子ヨーク220の長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように可動子ヨーク220の上に設置されている。複数の永久磁石221は、X方向及びY方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並ぶように配置されている。 As shown in Figures 10A to 11C, the mover 10 has multiple permanent magnets 221 and a mover yoke 220. As in the first embodiment, the permanent magnets 221 are installed on the mover yoke 220 so that they are lined up in two rows along the X direction, which is the longitudinal direction of the mover yoke 220, to form a magnet row. The multiple permanent magnets 221 are arranged so that the polarities of adjacent surfaces are different in both the X and Y directions, with N poles and S poles arranged alternately.
固定子20は、第1実施形態とは異なる構成の第1及び第2のコイルユニット100、110を有している。図10A、図10B及び図10Cに示す例と図11A、図11B及び図11Cに示す別の例とは、第1及び第2のコイルユニット100、110の構成が互いに異なっている。 The stator 20 has first and second coil units 100, 110 with a different configuration from that of the first embodiment. The example shown in Figures 10A, 10B, and 10C and another example shown in Figures 11A, 11B, and 11C have different configurations for the first and second coil units 100, 110.
図10A、図10B及び図10Cに示す例の場合、X方向及びZ方向の推力を発生させる第1のコイルユニット100は、コイル202とバックヨーク203aとからなる。Y方向の推力を発生させる第2のコイルユニット110は、コイル212とバックヨーク203bとからなる。コイル202、212は、それぞれZ方向に沿った軸を巻回軸として巻かれたコアレスコイルである。第1のコイルユニット100は、Y方向に沿って並ぶように配置された2個のコイル202を有している。第2のコイルユニット110は、1個のコイル212を有している。バックヨーク203a及びバックヨーク203bは、一体の磁性体であってもよいし、それぞれの間に隙間があってもよい。コギングトルクが小さいというコアレス型の利点を活かすには、それぞれのバックヨークは一体であることが望ましい。ただし、バックヨーク203a及びバックヨーク203bのうちの隣接する2つの間に隙間を空けてその間に磁性体を入れて、コギングトルクを小さくもよい。Y方向に沿って2つ並んでいるコイル202は、それぞれ8の字になるように結線してもよい。 In the examples shown in Figures 10A, 10B, and 10C, the first coil unit 100, which generates thrust in the X and Z directions, consists of a coil 202 and a back yoke 203a. The second coil unit 110, which generates thrust in the Y direction, consists of a coil 212 and a back yoke 203b. Coils 202 and 212 are each coreless coils wound around an axis along the Z direction. The first coil unit 100 has two coils 202 arranged side by side along the Y direction. The second coil unit 110 has one coil 212. The back yokes 203a and 203b may be made of a single magnetic material, or there may be a gap between them. To take advantage of the coreless type's advantage of low cogging torque, it is desirable for each back yoke to be a single piece. However, it is also possible to reduce cogging torque by leaving a gap between adjacent back yokes 203a and 203b and inserting a magnetic material between them. Two coils 202 arranged side by side in the Y direction may be connected in a figure-8 pattern.
図11A、図11B及び図11Cに示す別の例の場合、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110に代えて、第1のコイルユニット100及び第2のコイルユニット110を兼ねるコイルユニット210が設置されている。コイルユニット210は、バックヨーク203とコイル202、212とからなる。コイル202はX方向及びZ方向の推力を発生させるものである。コイル212は、Y方向の推力を発生させるものである。コイル202とコイル212とは、Z方向に重なるように設置されている。なお、コイル202及びコイル212は、コイル202が可動子10の側に位置するように重ねられていてもよいし、コイル212が可動子10の側に位置するように重ねられていてもよい。 In another example shown in Figures 11A, 11B, and 11C, a coil unit 210 that serves as both the first coil unit 100 and the second coil unit 110 is installed in place of the first coil unit 100 and the second coil unit 110. The coil unit 210 consists of a back yoke 203 and coils 202 and 212. The coil 202 generates thrust in the X and Z directions. The coil 212 generates thrust in the Y direction. The coils 202 and 212 are installed so that they overlap in the Z direction. Note that the coils 202 and 212 may be overlapped so that the coil 202 is located on the mover 10 side, or so that the coil 212 is located on the mover 10 side.
なお、図10A、図10B及び図10C、並びに図11A、図11B及び図11Cに示す各例では、バックヨーク203と永久磁石221との間にそれぞれ吸引力となる磁気力が浮上力の一部として働く。 In each of the examples shown in Figures 10A, 10B, and 10C, and Figures 11A, 11B, and 11C, the magnetic force acting as an attractive force between the back yoke 203 and the permanent magnet 221 acts as part of the levitation force.
コアレスモータは、高い応答性が求められる精密位置決めに使用されることが多い。かかるコアレス型の本実施形態による搬送装置3は、第1実施形態による搬送装置1と可動子10を共通化することができるように構成されている。すなわち、共通の可動子10は、第1実施形態による固定子20と、第2実施形態による固定子20とがX方向に並ぶように配置されて構成された搬送路を走行することができる。このため、コア付きの第1実施形態による搬送装置1にコアレス型の本実施形態による搬送装置3を組み込むことができる。これにより、第1実施形態による搬送装置1により実行される複数の搬送工程の間に、コアレス型の本実施形態による搬送装置3により実行される精密位置決め工程を設ける。 Coreless motors are often used for precision positioning, which requires high responsiveness. The coreless transport device 3 of this embodiment is configured to share the mover 10 with the transport device 1 of the first embodiment. That is, the shared mover 10 can run on a transport path configured with the stator 20 of the first embodiment and the stator 20 of the second embodiment aligned in the X direction. This allows the coreless transport device 3 of this embodiment to be incorporated into the cored transport device 1 of the first embodiment. This allows a precision positioning process performed by the coreless transport device 3 of this embodiment to be provided between multiple transport processes performed by the transport device 1 of the first embodiment.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態による搬送装置4について図12A乃至図12Cを用いて説明する。なお、上記第1及び第2実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
[Third embodiment]
Next, a conveying device 4 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 12A to 12C. Note that components similar to those in the first and second embodiments are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted or simplified.
本実施形態では、第2実施形態と同様、ローレンツ力によって推力を発生させている例で、コイルの両側に永久磁石を配置した可動コイル型コアレスリニアモータによる搬送装置の例について説明する。 In this embodiment, as with the second embodiment, thrust is generated by the Lorentz force, and an example of a transport device using a moving coil type coreless linear motor with permanent magnets arranged on both sides of the coil will be described.
図12A乃至図12Cは、本実施形態による搬送装置4を示している。図12Aは、本実施形態による搬送装置4をX方向から見た図である。図12Bは、図12AのA-A′線に沿った断面図である。図12Cは、図12AのB-B′線に沿った断面図である。 Figures 12A to 12C show the conveying device 4 according to this embodiment. Figure 12A is a view of the conveying device 4 according to this embodiment from the X direction. Figure 12B is a cross-sectional view taken along line A-A' in Figure 12A. Figure 12C is a cross-sectional view taken along line B-B' in Figure 12A.
図12A乃至図12Cに示すように、本実施形態による搬送装置4において、可動子10は、コイル302、312と、可動子ハウジング330とを有している。また、固定子20は、永久磁石321と、固定子ヨーク320とを有している。 As shown in Figures 12A to 12C, in the conveying device 4 according to this embodiment, the mover 10 includes coils 302, 312 and a mover housing 330. The stator 20 includes a permanent magnet 321 and a stator yoke 320.
コイル302は、第2実施形態による第1のコイルユニット100のコイル202に相当し、X方向及びZ方向の推力を発生させるコアレスコイルである。コイル312は、第2実施形態による第2のコイルユニット110のコイル212に相当し、Y方向の推力を発生させるコアレスコイルである、コイル302、312は、非磁性の可動子ハウジング330に設置されている。図12A乃至図12Cでは、図10A及び乃至図10Cに示すコイル202、212と同様にコイル302、312が配置された例を示している。なお、図11A乃至図11Cのコイル202、212と同様にコイル302、312を配置することも可能である。 Coil 302 corresponds to coil 202 of the first coil unit 100 according to the second embodiment and is a coreless coil that generates thrust in the X and Z directions. Coil 312 corresponds to coil 212 of the second coil unit 110 according to the second embodiment and is a coreless coil that generates thrust in the Y direction. Coils 302, 312 are installed in a non-magnetic mover housing 330. Figures 12A to 12C show an example in which coils 302, 312 are arranged similarly to coils 202, 212 shown in Figures 10A and 10C. It is also possible to arrange coils 302, 312 similarly to coils 202, 212 in Figures 11A to 11C.
コイル302、312は、制御部40に接続されている。制御部40は、不図示のリニアエンコーダ、レーザー測長器等の位置検出手段を用いて可動子10の位置(X軸、Y軸、Z軸)及び回転方向の姿勢(Wx軸、Wy軸、Wz軸)を検出し、それらの検出結果に応じてコイル302、312への通電を制御する。 The coils 302 and 312 are connected to the control unit 40. The control unit 40 detects the position (X-axis, Y-axis, Z-axis) and rotational orientation (Wx-axis, Wy-axis, Wz-axis) of the mover 10 using position detection means such as a linear encoder or laser length measuring device (not shown), and controls the flow of current to the coils 302 and 312 based on the detection results.
永久磁石321は、Z方向の上側及び下側から可動子10のコイル302、312に対向可能なように固定子ヨーク320に複数設置されている。複数の永久磁石321は、可動子10に対してZ方向の上側及び下側のそれぞれにおいて、第1実施形態による永久磁石121と同様に、固定子ヨーク320の長手方向であるX方向に沿って2列に並んで磁石列を構成するように配置されている。 A plurality of permanent magnets 321 are installed on the stator yoke 320 so that they can face the coils 302, 312 of the mover 10 from above and below in the Z direction. Similar to the permanent magnets 121 in the first embodiment, the multiple permanent magnets 321 are arranged on both the above and below sides of the mover 10 in the Z direction, forming two rows of magnets aligned along the X direction, which is the longitudinal direction of the stator yoke 320.
複数の永久磁石321は、X方向、Y方向及びZ方向ともに互いに隣り合う表面の極性が互いに異なってN極とS極とが交互に並ぶように配置されている。固定子ヨーク320及び永久磁石321は、固定子ハウジング331に保持されている。 The multiple permanent magnets 321 are arranged so that adjacent surfaces have different polarities in the X, Y, and Z directions, with north and south poles arranged alternately. The stator yoke 320 and permanent magnets 321 are held in the stator housing 331.
本実施形態のように、可動子10にコイル302、312を設置し、固定子20に永久磁石321を設置して可動コイル型コアレスリニアモータによる搬送装置4を構成することもできる。 As in this embodiment, coils 302 and 312 can be installed on the mover 10, and a permanent magnet 321 can be installed on the stator 20 to configure a conveying device 4 using a moving-coil coreless linear motor.
1 搬送装置
2 真空磁気浮上搬送装置
3 搬送装置
4 搬送装置
10 可動子
20 固定子
30 加工装置
40 制御部
100 第1のコイルユニット
101 コイルコア
102 コイル
103 バックヨーク部
104 ティース部
110 第2のコイルユニット
111 コイルコア
112 コイル
113 バックヨーク部
114 ティース部
120 可動子ヨーク
121 永久磁石
122 保持部
123 ワーク
202 コイル
203 バックヨーク
210 コイルユニット
212 コイル
220 可動子ヨーク
221 永久磁石
300 ゲートバルブ
301 真空チャンバ
302 コイル
303 ゲートバルブ昇降部
304 スペース
312 コイル
320 固定子ヨーク
321 永久磁石
330 可動子ハウジング
331 固定子ハウジング
REFERENCE SIGNS LIST 1 Conveying device 2 Vacuum magnetic levitation conveying device 3 Conveying device 4 Conveying device 10 Mover 20 Stator 30 Processing device 40 Control unit 100 First coil unit 101 Coil core 102 Coil 103 Back yoke unit 104 Teeth unit 110 Second coil unit 111 Coil core 112 Coil 113 Back yoke unit 114 Teeth unit 120 Mover yoke 121 Permanent magnet 122 Holding unit 123 Workpiece 202 Coil 203 Back yoke 210 Coil unit 212 Coil 220 Mover yoke 221 Permanent magnet 300 Gate valve 301 Vacuum chamber 302 Coil 303 Gate valve lifting unit 304 Space 312 Coil 320 Stator yoke 321 Permanent magnet 330 Mover housing 331 Stator housing
Claims (12)
前記固定子に沿って第1の方向に搬送される可動子と
を有し、
前記固定子は、前記第1の方向に沿って配置された複数のコイルを有し、
前記可動子は、前記複数のコイルに対向可能に前記第1の方向に沿って配置された複数の磁石を含む磁石列であって、前記第1の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる磁石列を有し、
前記複数のコイルは、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向に第1の力を与える第1のコイル群と、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向と交差する第2の方向に第2の力を与える第2のコイル群と、を含み、
前記第2のコイル群の2個の前記コイルの間に、前記第1のコイル群の少なくとも3個の前記コイルが設置されている
ことを特徴とする搬送装置。 A stator;
a mover that is conveyed in a first direction along the stator;
the stator has a plurality of coils arranged along the first direction,
the mover has a magnet row including a plurality of magnets arranged along the first direction so as to be able to face the plurality of coils, wherein the magnets adjacent in the first direction have magnetic poles different from each other,
The plurality of coils
a first coil group that applies a first force in the first direction to the mover by interaction with the magnet array when a current is applied thereto;
a second coil group that , when a current is applied thereto, applies a second force to the mover in a second direction intersecting the first direction through interaction with the magnet array ;
At least three of the coils of the first coil group are disposed between two of the coils of the second coil group.
A conveying device characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の搬送装置。 2. The conveying device according to claim 1, wherein, when a current is applied to the first coil group, the first coil group interacts with the magnet array to apply a force to the mover in a third direction that intersects both the first direction and the second direction.
前記第2の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の搬送装置。 the magnet array is arranged in a plurality of rows in the second direction,
The conveying device according to claim 1 or 2, wherein the magnets adjacent to each other in the second direction have magnetic poles different from each other.
前記制御部は、前記第1のコイル群及び前記第2のコイル群の少なくとも一方において、U相の前記コイルの数と、V相の前記コイルの数と、W相の前記コイルの数とが互いに同じになるように前記三相交流を通電する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の搬送装置。 a control unit that applies three-phase AC current to the first coil group and the second coil group,
The conveying device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the control unit applies the three-phase AC so that the number of coils in the U phase, the number of coils in the V phase, and the number of coils in the W phase are the same in at least one of the first coil group and the second coil group.
前記可動子の先端部分が前記第2の領域の中に位置するときに、前記第1の領域において、前記可動子の重心を通る前記第2の方向に沿った軸の上に前記第2のコイル群の前記コイルが位置し、前記第1の方向における前後に前記第1のコイル群の前記コイルが位置するように、前記第1のコイル群及び前記第2のコイル群が配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の搬送装置。 the transport device includes a first region in which the first coil group and the second coil group are installed, and a second region in which neither the first coil group nor the second coil group is installed,
5. A conveying device according to claim 1, wherein the first coil group and the second coil group are arranged so that, when the tip portion of the mover is located within the second region, the coils of the second coil group are located on an axis along the second direction passing through the center of gravity of the mover in the first region, and the coils of the first coil group are located in front of and behind the axis in the first direction.
前記第3の領域において、前記第2のコイル群は、U相の前記コイル、V相の前記コイル及びW相の前記コイルを少なくとも各1個以上有し、
前記第3の領域において、前記第1のコイル群及び前記第2のコイル群は、コイル数が互いに異なる
ことを特徴とする請求項4に記載の搬送装置。 in a third region of the stator facing the mover, the first coil group includes at least one U-phase coil, one V-phase coil, and one W-phase coil,
In the third region, the second coil group includes at least one U-phase coil, one V-phase coil, and one W-phase coil;
The transport device according to claim 4 , wherein in the third region, the first coil group and the second coil group have different numbers of coils.
ことを特徴とする請求項4に記載の搬送装置。 5. The transport device according to claim 4, wherein the first coil group and the second coil group are arranged symmetrically with respect to six degrees of freedom around the center of gravity of the mover.
前記磁石列の前記第2の方向の列数が偶数であり、かつ前記第1のティース部の前記第2の方向の数が偶数であり、又は前記磁石列の前記第2の方向の列数が奇数であり、かつ前記第1のティース部の前記第2の方向の数が奇数である
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の搬送装置。 the coils of the first coil group are wound around a first core having one or more first teeth;
A conveying device as described in any one of claims 1 to 7, characterized in that the number of rows of the magnet row in the second direction is an even number and the number of first teeth portions in the second direction is an even number, or the number of rows of the magnet row in the second direction is an odd number and the number of first teeth portions in the second direction is an odd number.
前記磁石列の前記第2の方向の列数が偶数であり、かつ前記第2のティース部の前記第2の方向の数が奇数であり、又は前記磁石列の前記第2の方向の列数が奇数であり、かつ前記第2のティース部の前記第2の方向の数が偶数である
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の搬送装置。 the coils of the second coil group are wound around a second core having one or more second teeth,
A conveying device as described in any one of claims 1 to 8, characterized in that the number of rows of the magnet row in the second direction is an even number and the number of second teeth portions in the second direction is an odd number, or the number of rows of the magnet row in the second direction is an odd number and the number of second teeth portions in the second direction is an even number.
前記可動子により搬送されるワークに対して加工を施す加工装置と
を有することを特徴とする加工システム。 A conveying device according to any one of claims 1 to 9 ;
a processing device that processes the workpiece transported by the mover.
前記可動子により前記ワークを搬送する工程と、
前記可動子により搬送された前記ワークに対して、前記加工装置により前記加工を施す工程と
を有することを特徴とする物品の製造方法。 A method for manufacturing an article using the processing system according to claim 10 ,
a step of transporting the workpiece by the mover;
and performing the processing on the workpiece transported by the mover using the processing device.
前記固定子に沿って第1の方向に搬送される可動子と
を有し、
前記固定子は、前記第1の方向に沿って配置された複数のコイルを有し、
前記可動子は、前記複数のコイルに対向可能に前記第1の方向に沿って配置された複数の磁石を含む磁石列であって、前記第1の方向に隣接する前記磁石の磁極が互いに異なる磁石列を有し、
前記複数のコイルは、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向に第1の力を与える第1のコイル群と、
電流が印加されることにより、前記磁石列との相互作用により前記可動子に対して前記第1の方向と交差する第2の方向に第2の力を与える第2のコイル群と
を含み、前記第2のコイル群の2個の前記コイルの間に、前記第1のコイル群の少なくとも3個の前記コイルが設置されている搬送装置の制御方法であって、
前記第1のコイル群に電流を印加することにより、前記可動子に対して前記第1の方向に前記第1の力を与え、
前記第2のコイル群に電流を印加することにより、前記可動子に対して前記第2の方向に前記第2の力を与える
ことを特徴とする制御方法。 A stator;
a mover that is conveyed in a first direction along the stator;
the stator has a plurality of coils arranged along the first direction,
the mover has a magnet row including a plurality of magnets arranged along the first direction so as to be able to face the plurality of coils, wherein the magnets adjacent in the first direction have magnetic poles different from each other,
The plurality of coils
a first coil group that applies a first force in the first direction to the mover by interaction with the magnet array when a current is applied thereto;
a second coil group that applies a second force to the mover in a second direction intersecting the first direction by interaction with the magnet array when a current is applied thereto, and at least three coils of the first coil group are disposed between two coils of the second coil group ,
applying a current to the first coil group to apply the first force to the mover in the first direction;
a control method comprising: applying a current to the second coil group to apply the second force in the second direction to the mover.
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