JP2019129651A - リニアモータ装置及びリニアモータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、リニアモータ装置の移動ステージが電力を確保するとともに制御信号を受信するにあたり、移動ステージの可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とし、移動ステージの可動長が曲線を含むとしても、メンテナンスを不要とし応用範囲を拡大することを目的とする。【解決手段】本開示は、移動ステージ５と固定ステージ６とを備えるリニアモータ装置Ｌであって、移動ステージ５は、リニアモータを構成する移動側マグネット５７と、制御装置４から制御信号を受信する無線受信部５１２と、制御信号に基づいて、移動側マグネット５７を駆動するモータ駆動部５６と、を備え、固定ステージ６は、リニアモータを構成する固定側マグネット６２、を備えることを特徴とするリニアモータ装置Ｌである。【選択図】図２

Description

本開示は、リニアモータ装置に制御信号を送信する技術に関する。

工場等では、移動ステージを備えるリニアモータ装置が作動し、移動ステージが移動することにより部品を搬送している（例えば、特許文献１等を参照。）。

特開２００５−２６９８４６号公報

一般的には、移動ステージは、電源制御装置から移動ステージへと引き回されるケーブルを用いて、電力を確保するとともに制御信号を受信している。すると、移動ステージの可動長が長くなったときに、ケーブルの重量が重くなり移動負荷が大きくなり移動精度が低くなるとともに、ケーブルの断線が発生しやすくメンテナンスが必要となる。そして、移動ステージの可動長が曲線を含むときに、ケーブルのねじれが発生しやすくメンテナンスが必要となり応用範囲を拡大することができなかった。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、リニアモータ装置の移動ステージが電力を確保するとともに制御信号を受信するにあたり、移動ステージの可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とし、移動ステージの可動長が曲線を含むとしても、メンテナンスを不要とし応用範囲を拡大することを目的とする。

前記課題を解決するために、制御装置から移動ステージへと制御信号を無線通信することとした。そして、固定ステージから移動ステージへと電力を非接触伝送することとした。よって、電源制御装置から移動ステージへと引き回されるケーブルが不要となる。

具体的には、本開示は、移動ステージと固定ステージとを備えるリニアモータ装置であって、前記移動ステージは、リニアモータを構成する移動側マグネットと、制御装置から制御信号を受信する無線受信部と、前記制御信号に基づいて、前記移動側マグネットを駆動するモータ駆動部と、を備え、前記固定ステージは、前記リニアモータを構成する固定側マグネット、を備えることを特徴とするリニアモータ装置である。

この構成によれば、移動ステージが制御信号を受信するにあたり、電源制御装置から移動ステージへと引き回されるケーブルが不要となるため、移動ステージの可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とすることができる。

また、本開示は、前記移動ステージは、ビーム指向性を有する電磁波を用いて、前記制御装置に無線信号を送信する無線送信部と、前記制御装置が備える無線受信部の位置又は変位の情報を取得する位置取得部と、前記制御装置が備える無線受信部の位置又は変位に基づいて、自装置が備える前記無線送信部のビーム方向を前記制御装置が備える無線受信部に指向させるビーム指向部と、をさらに備えることを特徴とするリニアモータ装置である。

この構成によれば、移動ステージが制御装置に無線信号を送信するにあたり、情報漏洩及び混信等へのソフトウェア対策が不要となり、高速データ伝送及び低遅延無線通信を可能とすることができる。そして、１台の移動ステージが１台の制御装置に無線信号を送信する場合に限っても、ビーム指向性を有する電磁波を用いるため、移動ステージにおいて過度なエネルギー及び過大な装置構成を不要とすることができる。

また、本開示は、前記制御装置が備える無線受信部の位置又は変位を検出する位置検出部、をさらに備えることを特徴とするリニアモータ装置である。

この構成によれば、位置検出部が制御装置の無線受信部の位置又は変位を検出するとすぐ、無線送信部が制御装置の無線受信部の位置にビーム方向を指向させることができる。

また、本開示は、前記無線送信部及び前記位置取得部は、並行して処理を実行することを特徴とするリニアモータ装置である。

この構成によれば、位置検出部が制御装置の無線受信部の位置又は変位を検出する間でも、無線送信部が制御装置に高速データ伝送及び低遅延無線通信を行うことができる。

また、本開示は、前記固定ステージは、前記移動ステージに非接触で電力を伝送する送電側コイル、をさらに備え、前記移動ステージは、前記固定ステージから非接触で電力を伝送される受電側コイル、をさらに備え、前記送電側コイルは、前記固定側マグネットと並行して延伸されることを特徴とするリニアモータ装置である。

この構成によれば、移動ステージが電力を確保するにあたり、電源制御装置から移動ステージへと引き回されるケーブルが不要となるため、移動ステージの可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とすることができる。

また、本開示は、前記送電側コイル及び前記固定側マグネットは、曲線状に延伸される部分を含むことを特徴とするリニアモータ装置である。

この構成によれば、移動ステージが電力を確保するにあたり、電源制御装置から移動ステージへと引き回されるケーブルが不要となるため、移動ステージの可動長が曲線を含むとしても、メンテナンスを不要とし応用範囲を拡大することができる。

また、本開示は、以上に記載のリニアモータ装置と、前記制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記リニアモータ装置に前記制御信号を送信し、前記リニアモータ装置は、前記制御装置から前記制御信号を受信し、自装置を駆動することを特徴とするリニアモータシステムである。

この構成によれば、移動ステージが制御信号を受信するにあたり、電源制御装置から移動ステージへと引き回されるケーブルが不要となるため、移動ステージの可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とすることができる。

このように、本開示は、リニアモータ装置の移動ステージが電力を確保するとともに制御信号を受信するにあたり、移動ステージの可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とし、移動ステージの可動長が曲線を含むとしても、メンテナンスを不要とし応用範囲を拡大することができる。

本開示のリニアモータシステムの構成を示す図である。 本開示のリニアモータ装置の構成を示すブロック図である。 本開示のリニアモータ装置の構成を示すブロック図である。 本開示のリニアモータ装置のビーム方向の指向方法を示す図である。 本開示のリニアモータ装置のビーム方向の指向方法を示す図である。 本開示のリニアモータ装置の構成を示す斜視図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示のリニアモータシステムの構成を図１に示す。リニアモータシステムＳは、外部コントローラ１、通信網２、送電側電源３−１、３−２、制御装置４−１、４−２、リニアモータ装置Ｌ及びロボット７を備える。リニアモータ装置Ｌは、移動ステージ５及び固定ステージ６を備える。制御装置４−１、４−２、移動ステージ５及びロボット７は、それぞれ、インタフェース部４１−１、４１−２、５１、７１を備える。

ここで、制御装置４−１のインタフェース部４１−１から移動ステージ５のインタフェース部５１へと制御信号を無線通信する。そして、固定ステージ６の送電側コイル６１（図２から図６までを参照。）から移動ステージ５の受電側コイル５５（図２から図６までを参照。）へと電力を非接触伝送する。よって、電源制御装置から移動ステージ５へと引き回されるケーブルが不要となる。なお、制御装置４−２のインタフェース部４１−２からロボット７のインタフェース部７１へと制御信号を無線通信する。

外部コントローラ１は、工場等の管理室等に配置されるコンピュータである。通信網２は、工場等の天井等に配置されるネットワークである。送電側電源３−１、３−２は、それぞれ、工場等の天井等に配置される電源装置である。制御装置４−１、４−２は、それぞれ、工場等の天井等に配置され、外部コントローラ１から通信網２を介して制御信号を受信するとともに、送電側電源３−１、３−２から電力を受電する。固定ステージ６は、工場等の床面等に配置されるガイドである。移動ステージ５は、固定ステージ６上を移動し、部品を搬送する。ロボット７は、固定ステージ６横を移動し、部品を加工する。

本開示のリニアモータ装置の構成を図２及び図３に示す。移動ステージ５は、インタフェース部５１、ビーム指向部５２、電力伝送部５３、装置内通信部５４、受電側コイル５５、モータ駆動部５６及び移動側マグネット５７を備える。固定ステージ６は、送電側コイル６１、固定側マグネット６２及び送電側電源８を備える。インタフェース部５１は、無線送信部５１１及び無線受信部５１２を備え、図２ではさらに位置検出部５１３を備え、図３ではさらに位置取得部５１４を備える。電力伝送部５３は、送電側コイル５３１及び受電側コイル５３２を備える。装置内通信部５４は、装置内送信部５４１、装置内受信部５４２、装置内送信部５４３及び装置内受信部５４４を備える。

無線送信部５１１は、ビーム指向性を有する電磁波を用いて、制御装置４に無線信号を送信する。ここで、無線送信部５１１は、電磁波として電波を用いるときには、アンテナであり、電磁波として赤外線又は可視光を用いるときには、ＬＥＤ又はＬＤである。

無線受信部５１２は、指向性を有する受信ビーム、又は、広角に広がる受信ビームにより、制御装置４から制御信号を受信する。ここで、無線受信部５１２が、制御装置４から制御信号を受信するにあたり、制御装置４の無線送信部（図１から図６までに不図示。）は、ビーム指向性を有する電磁波を用いて、移動ステージ５に制御信号を送信してもよい。そして、無線受信部５１２は、電磁波として電波を用いるときには、アンテナであり、電磁波として赤外線又は可視光を用いるときには、ＰＤである。

図２では、位置検出部５１３は、制御装置４が備える無線受信部の位置又は変位を検出する。図３では、位置検出部９は、制御装置４が備える無線受信部の位置又は変位を検出し、位置取得部５１４は、制御装置４が備える無線受信部の位置又は変位の情報を取得する。ここで、位置検出部９は、例えば、工場等の床面等に配置される検出装置である。

位置検出部５１３、９が制御装置４の備える無線受信部の位置又は変位を検出する方法として、無線、超音波、画像処理又は受信ビームの指向性情報等を利用する方法がある。

無線を利用する方法では、制御装置４の発光素子から発射された光を、位置検出部５１３、９の受光素子で受光する。或いは、位置検出部５１３、９の発光素子から発射され制御装置４の反射部材で反射された光を、位置検出部５１３、９の受光素子で受光する。

超音波を利用する方法では、制御装置４のセンサから発射された超音波を、位置検出部５１３、９のセンサで受信する。或いは、位置検出部５１３、９のセンサから発射され制御装置４の反射部材で反射された超音波を、位置検出部５１３、９のセンサで受信する。

画像処理を利用する方法では、制御装置４のある部位又はその部位に付加した表示を、位置検出部５１３、９のカメラで撮像する。受信ビームの指向性情報を利用する方法では、制御装置４の受信ビームの指向性情報を、位置検出部５１３、９の無線機で受信する。

図２では、無線送信部５１１及び位置検出部５１３は、並行して処理を実行する。図３では、無線送信部５１１及び位置取得部５１４は、並行して処理を実行する。

ビーム指向部５２は、制御装置４が備える無線受信部の位置又は変位に基づいて、自装置Ｌが備える無線送信部５１１のビーム方向を、制御装置４が備える無線受信部に指向させる。モータ駆動部５６は、無線受信部５１２が制御装置４から受信した制御信号に基づいて、移動側マグネット５７及び固定側マグネット６２を駆動する。

このように、移動ステージ５が制御信号を受信するにあたり、電源制御装置から移動ステージ５へと引き回されるケーブルが不要となるため、移動ステージ５の可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とすることができる。

そして、移動ステージ５が制御装置４に無線信号を送信するにあたり、情報漏洩及び混信等へのソフトウェア対策が不要となり、高速データ伝送及び低遅延無線通信を可能とすることができる。そして、１台の移動ステージ５が１台の制御装置４に無線信号を送信する場合に限っても、ビーム指向性を有する電磁波を用いるため、移動ステージ５において過度なエネルギー及び過大な装置構成を不要とすることができる。

図２では、位置検出部５１３と無線送信部５１１とが一体駆動されるならば、位置検出部５１３が制御装置４の無線受信部の位置又は変位を検出するとすぐ、無線送信部５１１が制御装置４の無線受信部の位置にビーム方向を指向させることができる。図２及び図３では、位置検出部５１３、９と無線送信部５１１とが並行処理を実行するため、位置検出部５１３、９が制御装置４の無線受信部の位置又は変位を検出する間でも、無線送信部５１１が制御装置４に高速データ伝送及び低遅延無線通信を行うことができる。

固定ステージ６が備える送電側コイル６１は、固定側マグネット６２と並行して延伸され、送電側電源８から電力を供給され、移動ステージ５に非接触で電力を伝送する（図６を参照。）。移動ステージ５が備える受電側コイル５５は、移動ステージ５とともに移動し、固定ステージ６から非接触で電力を伝送され、ビーム指向部５２、電力伝送部５３、モータ駆動部５６及び移動側マグネット５７に電力を供給する（図６を参照。）。

電力伝送部５３は、無線送信部５１１、無線受信部５１２、位置検出部５１３（図２の場合。）及び位置取得部５１４（図３の場合。）に非接触で電力を伝送する。ここで、電力伝送部５３は、送電側コイル５３１及び受電側コイル５３２を備える。そして、ビーム指向部５２は、送電側コイル５３１に対する受電側コイル５３２の回転角度を可変に設定し、無線送信部５１１、無線受信部５１２、位置検出部５１３（図２の場合。）、位置取得部５１４（図３の場合。）及び受電側コイル５３２を一体で駆動する。

装置内通信部５４は、制御装置４への無線信号及び制御装置４からの制御信号を自装置Ｌ内で無線通信する。ここで、装置内通信部５４は、装置内送信部５４１、装置内受信部５４２、装置内送信部５４３及び装置内受信部５４４を備える。装置内送信部５４１は、モータ駆動部５６から無線信号を受信し、装置内受信部５４２に無線信号を無線送信する。装置内受信部５４２は、装置内送信部５４１から無線信号を無線受信し、無線送信部５１１に無線信号を送信する。装置内送信部５４３は、無線受信部５１２から制御信号を受信し、装置内受信部５４４に制御信号を無線送信する。装置内受信部５４４は、装置内送信部５４３から制御信号を無線受信し、モータ駆動部５６に制御信号を送信する。

装置内送信部５４１及び装置内受信部５４４は、送電側コイル５３１の保持部材（図１〜６に不図示。）に固定される。つまり、送電側コイル５３１、装置内送信部５４１及び装置内受信部５４４は、一体となっており、受電側コイル５５により電力を供給される。装置内受信部５４２及び装置内送信部５４３は、受電側コイル５３２の保持部材（図１〜６に不図示。）に固定される。つまり、受電側コイル５３２、装置内受信部５４２及び装置内送信部５４３は、一体となっており、送電側コイル５３１により電力を供給される。さらに、無線送信部５１１、無線受信部５１２、位置検出部５１３（図２の場合。）及び位置取得部５１４（図３の場合。）は、受電側コイル５３２、装置内受信部５４２及び装置内送信部５４３と一体となっており、受電側コイル５３２により電力を供給される。

本開示の無線制御装置のビーム方向の指向方法を図４及び図５に示す。送電側コイル５３１と受電側コイル５３２とは、図４及び図５では、対向しているが、図４及び図５の変形例として、内側と外側とに配置されていてもよく、或いは並行していてもよい。

図４では、電力伝送部５３は、２セットの送電側コイル５３１−１、５３１−２及び受電側コイル５３２−１、５３２−２を備える。そして、装置内通信部５４は、２セットの装置内送信部５４１−１、５４１−２、装置内受信部５４２−１、５４２−２、装置内送信部５４３−１、５４３−２及び装置内受信部５４４−１、５４４−２を備える。なお、送電側電源８、送電側コイル６１、受電側コイル５５、送電側コイル５３１−１、受電側コイル５３２−１、受電側電源５９、送電側電源６０、送電側コイル５３１−２、受電側コイル５３２−２、受電側電源５８の順序で、電力が伝送される。また、図２及び図３と同様に、制御装置４への無線信号及び制御装置４からの制御信号が伝送される。

ビーム指向部５２は、１セット目の送電側コイル５３１−１に対する受電側コイル５３２−１の回転角度を可変に設定し、無線送信部５１１及び受電側コイル５３２−１を一体で駆動する。ここで、１セット目の送電側コイル５３１−１に対する受電側コイル５３２−１の回転方向は、無線送信部５１１のビームの方位角方向に対応する。そして、ビーム指向部５２は、２セット目の送電側コイル５３１−２に対する受電側コイル５３２−２の回転角度を可変に設定し、無線送信部５１１及び受電側コイル５３２−２を一体で駆動する。ここで、２セット目の送電側コイル５３１−２に対する受電側コイル５３２−２の回転方向は、無線送信部５１１のビームの仰角方向に対応する。よって、ビーム指向部５２は、無線送信部５１１のビームの方位角方向及び仰角方向を設定することができる。

図５では、電力伝送部５３は、１セットの送電側コイル５３１及び受電側コイル５３２を備える。そして、装置内通信部５４は、１セットの装置内送信部５４１、装置内受信部５４２、装置内送信部５４３及び装置内受信部５４４を備える。なお、送電側電源８、送電側コイル６１、受電側コイル５５、送電側コイル５３１、受電側コイル５３２、受電側電源５８の順序で、電力が伝送される。また、図２及び図３と同様に、制御装置４への無線信号及び制御装置４からの制御信号が伝送される。

ビーム指向部５２は、送電側コイル５３１に対する受電側コイル５３２の回転角度及び傾き角度を可変に設定し、無線送信部５１１及び受電側コイル５３２を一体で駆動する。ここで、送電側コイル５３１に対する受電側コイル５３２の回転方向は、無線送信部５１１のビームの方位角方向に対応し、送電側コイル５３１に対する受電側コイル５３２の傾き方向は、無線送信部５１１のビームの仰角方向に対応する。よって、ビーム指向部５２は、無線送信部５１１のビームの方位角方向及び仰角方向を設定することができる。

このように、移動ステージ５が電力を確保するにあたり、電源制御装置から移動ステージ５へと引き回されるケーブルが不要となるため、移動ステージ５の可動長が長くなったとしても、移動負荷を小さくし移動精度を高くするとともにメンテナンスを不要とすることができる。

そして、無線送信部５１１への電力伝送のために、移動ステージ５の可動箇所において、有線ケーブル及びスリップリング等を不要とすることができる。よって、移動ステージ５の高速移動に伴って必要となる、無線送信部５１１のビーム方向の高速制御を実現することができる。そして、有線ケーブルの断線並びにスリップリング等の導通不良及び摩耗に伴って必要となる、有線ケーブル及びスリップリング等のメンテナンス作業を不要とすることができる。さらに、移動ステージ５の設計自由度を高くすることができる。

これに加え、無線送信部５１１へのデータ伝送のために、移動ステージ５の可動箇所において、有線ケーブルを不要とすることができる。よって、移動ステージ５の高速移動に伴って必要となる、無線送信部５１１のビーム方向の高速制御を実現することができる。そして、有線ケーブルの断線に伴って必要となる、有線ケーブルのメンテナンス作業を不要とすることができる。さらに、移動ステージ５の設計自由度を高くすることができる。

図５では、回転軸及び傾き軸について合わせて１セットの回転可能な送受電側コイル５３１、５３２を備えることにより、移動ステージ５の小型化を図ることができる。

本開示のリニアモータ装置の斜視図を図６に示す。送電側コイル６１は、固定側マグネット６２と並行して延伸され、送電側電源８から電力を供給され、移動ステージ５に非接触で電力を伝送する。受電側コイル５５は、移動ステージ５とともに移動し、固定ステージ６から非接触で電力を伝送され、ビーム指向部５２、電力伝送部５３、モータ駆動部５６及び移動側マグネット５７に電力を供給する。送電側コイル６１及び受電側コイル５５を貫通して、鉄心等の磁性体が配置される。送電側コイル６１及び固定側マグネット６２は、直線状に延伸される部分のみならず、曲線状に延伸される部分を含んでもよい。

このように、移動ステージ５が電力を確保するにあたり、電源制御装置から移動ステージ５へと引き回されるケーブルが不要となるため、移動ステージ５の可動長が曲線を含むとしても、メンテナンスを不要とすることができ応用範囲を拡大することができる。

本開示では、移動ステージ５が、インタフェース部５１、ビーム指向部５２、電力伝送部５３及び装置内通信部５４を備えている。変形例として、制御装置４が、インタフェース部５１、ビーム指向部５２、電力伝送部５３及び装置内通信部５４を備えてもよい。

本開示のリニアモータ装置及びリニアモータシステムは、工場等において、移動ステージを備えるリニアモータ装置が作動し、移動ステージが移動することにより部品を搬送している等、様々な状況において適用することができる。

Ｓ：リニアモータシステム、Ｌ：リニアモータ装置、１：外部コントローラ、２：通信網、３−１、３−２：送電側電源、４、４−１、４−２：制御装置、５：移動ステージ、６：固定ステージ、７：ロボット、４１−１、４１−２、７１：インタフェース部
５１：インタフェース部、５２：ビーム指向部、５３：電力伝送部、５４：装置内通信部、５５：受電側コイル、５６：モータ駆動部、５７：移動側マグネット、５８：受電側電源、５９：受電側電源、６０：送電側電源、６１：送電側コイル、６２：固定側マグネット、８：送電側電源、９：位置検出部
５１１：無線送信部、５１２：無線受信部、５１３：位置検出部、５１４：位置取得部、５３１、５３１−１、５３１−２：送電側コイル、５３２、５３２−１、５３２−２：受電側コイル、５４１、５４１−１、５４１−２：装置内送信部、５４２、５４２−１、５４２−２：装置内受信部、５４３、５４３−１、５４３−２：装置内送信部、５４４、５４４−１、５４４−２：装置内受信部

Claims (7)

1. 移動ステージと固定ステージとを備えるリニアモータ装置であって、
   前記移動ステージは、
   リニアモータを構成する移動側マグネットと、
   制御装置から制御信号を受信する無線受信部と、
   前記制御信号に基づいて、前記移動側マグネットを駆動するモータ駆動部と、を備え、
   前記固定ステージは、
   前記リニアモータを構成する固定側マグネット、を備える
   ことを特徴とするリニアモータ装置。
2. 前記移動ステージは、
   ビーム指向性を有する電磁波を用いて、前記制御装置に無線信号を送信する無線送信部と、
   前記制御装置が備える無線受信部の位置又は変位の情報を取得する位置取得部と、
   前記制御装置が備える無線受信部の位置又は変位に基づいて、自装置が備える前記無線送信部のビーム方向を前記制御装置が備える無線受信部に指向させるビーム指向部と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のリニアモータ装置。
3. 前記制御装置が備える無線受信部の位置又は変位を検出する位置検出部、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載のリニアモータ装置。
4. 前記無線送信部及び前記位置取得部は、並行して処理を実行する
   ことを特徴とする、請求項２又は３に記載のリニアモータ装置。
5. 前記固定ステージは、
   前記移動ステージに非接触で電力を伝送する送電側コイル、をさらに備え、
   前記移動ステージは、
   前記固定ステージから非接触で電力を伝送される受電側コイル、をさらに備え、
   前記送電側コイルは、前記固定側マグネットと並行して延伸される
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のリニアモータ装置。
6. 前記送電側コイル及び前記固定側マグネットは、曲線状に延伸される部分を含む
   ことを特徴とする、請求項５に記載のリニアモータ装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のリニアモータ装置と、前記制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記リニアモータ装置に前記制御信号を送信し、
   前記リニアモータ装置は、前記制御装置から前記制御信号を受信し、自装置を駆動する
   ことを特徴とするリニアモータシステム。

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