JP2006168920A - コンベアユニットおよびゾーン制御式コンベアシステム - Google Patents

コンベアユニットおよびゾーン制御式コンベアシステム Download PDF

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Abstract

【課題】 センサを用いることなく、モータの有する発電機能を利用して被搬送物の搬入を検知し、しかも設計の容易なコンベアユニットを提供する。また、そのコンベアユニットを用いたゾーン制御式コンベアシステムを提供する。
【解決手段】 駆動ローラ5と、駆動ローラ5の駆動制御を行うコントローラ10を有するコンベアユニット2であって、駆動ローラ5は永久磁石と電機子コイル32a〜32cを内蔵したモータ30を駆動源とし、コントローラ10は電機子コイルの短絡、開放を繰り返す断続手段15と、電機子コイル32a〜32cで誘起される起電力に基づいて外力によるモータ回転を検知する回転検知手段17とを備える。モータ30の非駆動時に断続手段15による動作を継続しつつ待機し、回転検知手段17でモータ30の回転が検知されると、被搬送物が搬入されたと判別して在荷信号を出力するコンベアユニット2。
【選択図】 図1

Description

本発明は、コンベアユニットに係り、更に詳しくは、センサを用いることなく搬送制御を行うものに関する。また同時に提案される本発明は、そのコンベアユニットを用いたゾーン制御式コンベアシステムにに関する。
搬送ラインを複数の制御ゾーンに分割し、各制御ゾーン毎にコンベアユニットを配して搬送制御を行うゾーン制御式コンベアシステムが開発されている。
特許文献1には、このようなコンベアシステムが開示されている。
特許文献1に開示されたコンベアシステムは、各制御ゾーン毎に、駆動ローラを制御するコントローラを備えたコンベアユニットが配されている。隣接する各制御ゾーンのコントローラは相互に接続され、上流側制御ゾーンおよび下流側制御ゾーンから伝送される在荷信号などを参照しつつ、自制御ゾーンの在荷信号に応じて駆動ローラの回転駆動あるいは停止を行う。則ち、特許文献1に開示されたコンベアシステムは、各制御ゾーンのコントローラ同士の連携制御によって、被搬送物同士の衝突を回避しつつ搬送方向へ向けて搬送を行うゼロプレッシャ蓄積制御を行うコンベアシステムである。
ところで、特許文献1に開示されたコンベアシステムは、各制御ゾーンに被搬送物を検知するためのセンサを設ける必要があり、各コンベアユニットには、センサやセンサをコントローラに接続するケーブルなどの構成部材を取り付けなければならない。このため、構成部材が増加してコストが嵩むうえに、システムの構築に手間が掛かる問題があった。
そこで、センサを設けることなく被搬送物の搬送を行うコンベアユニットが開発された。特許文献2,3には、センサを排したコンベアユニットが開示されている。
特許文献2に開示されたコンベアユニットは、モータまたは駆動ローラの回転速度に応じたパルスを発生させ、発生したパルスを予め定めた基準パルスと比較することにより、被搬送物の搬入や搬出を判別するものである。
また、特許文献3に開示されたコンベアユニットは、被搬送物の搬送中にモータを正転および逆転駆動し、その時のモータの回転速度の差をモータから発生するパルス数の差で検出することにより、被搬送物の搬入を判別するものである。
これら、特許文献2,3に開示されたコンベアユニットによれば、センサを要することなく被搬送物の搬入や搬出を判別することができ、省コスト化やシステム構築の手間を削減することが可能である。
ところが、特許文献2に開示されたコンベアユニットは、モータや駆動ローラの回転に応じたパルスを発生させるべく、回転子の回転位置を検知するホール素子などの磁極検知素子を採用している。このため、磁極検知素子が磁極変化を検知するまでの間や、モータや駆動ローラが基準回転数に達するまでの間、あるいは、基準時間が経過するまでの間は被搬送物の搬送状態を検知することができず、短時間に的確に搬送状態を検知できない不具合があった。
また、特許文献3に開示されたコンベアユニットは、モータを正逆転しなければ被搬送物の搬送状態を検知することができず、搬送状態が検知されるまでに時間を要するために改善が望まれていた。
そこで、モータを外力で回転させたときに生じる起電力を利用して、被搬送物の搬入を検知するコンベアユニットも検討されている。
図14はこのような従来の構成のコンベアユニット100の動作原理を示す構成図である。コンベアユニット100は、駆動制御部101、モータ駆動部102およびモータ103を備えている。
被搬送物の搬送時は、回転子(不図示)の回転位置に応じてホール素子104から出力される回転位置検知信号に基づいて駆動制御部101で駆動信号が生成され、モータ駆動部102は生成された駆動信号に基づいて各電機子コイル103a〜103cに順次通電してモータ103を回転駆動する。
一方、モータ103の非駆動時に、被搬送物の搬入によってモータ103が回転力を受けると、電機子コイル103a〜103cに起電力が誘起される。従って、図9の様に、電機子コイル103a,103bに誘起される起電力を検知信号として取り出すことにより、モータ103の外力による回転の発生、則ち、被搬送物の搬入を判別する構成とされている。
特開平11−199030号公報 特開2000−335730号公報 特開2004−26503号公報
ところが、図14に示したコンベアユニット100は、原理上は被搬送物の搬入を検知することが可能なものの、実際に装置を設計するうえで大きな問題を有していた。
図15は、図14のコンベアユニット100において、モータ103の回転子(不図示)を外力によって回転させたときの回転位置検知信号と起電力とを時間軸を揃えて示したグラフである。
モータ103の非駆動時において、モータ103を外力によって回転すると、図15の様に、回転位置検知信号のパルス幅が短くなるに連れて(回転速度が上昇するに連れて)波高値の増大した起電力が電機子コイル103a,103cに誘起される。
しかし、コンベアユニット100の敷設場所では、隣接する他のコンベアユニット100などから生じる磁界や接地電位の変動などが生じ易く、電機子コイルに多くのノイズ成分が重畳する。
従って、外力によるモータ103の回転速度が低い間は、電機子コイル103a,103cに誘起される起電力がノイズ成分に埋もれて検知できない。このため、ノイズによる誤検知を防止するために、モータ103が回転したものと判別する起電力レベルの閾値を高く設定せざるを得ない問題があった。
則ち、図14に示したコンベアユニット100は、モータ103の起電力を利用する優れた構成であるにも拘わらず、起電力の検知閾値を低く設定するとノイズによる誤検知が生じ易く、逆に、閾値を高く設定するとモータ103の回転検知に時間を要するという相反する問題が生じることとなり、設計が難しく実用に供することが困難であった。
本発明は、前記事情に鑑みて提案されるもので、センサを用いることなく、モータの有する発電機能を有効に利用して被搬送物の搬入を安定して検知し、しかも設計の容易なコンベアユニットを提供することを目的としている。また同時に提案される本発明は、そのコンベアユニットを用いたゾーン制御式コンベアシステムを提供することを目的としている。
前記目的を達成するために提案される請求項1に記載の発明は、被搬送物を搬送する駆動ローラと、当該駆動ローラの駆動制御を行うコントローラとを有するコンベアユニットであって、前記駆動ローラは永久磁石と複数の電機子コイルを内蔵したモータを駆動源とし、前記コントローラは、少なくとも一つの電機子コイルの短絡と開放を繰り返す断続手段と、当該電機子コイルで誘起される起電力に基づいて外力によるモータ回転の発生を検知する回転検知手段とを備えた構成とされている。
永久磁石を内蔵したモータの回転子を外力によって回転させると、電機子コイルに起電力が誘起される。しかし、電機子コイルの端部を開放した状態では誘起される起電力レベルは低い。特に、モータの回転速度が低いときは、誘起される起電力レベルが著しく低く、電機子コイルを取り巻く回路に誘起されるノイズに埋もれて検知できない。
しかし、電機子コイルの端部を短絡して、発生する起電力を電機子コイル自身に通電した後に開放すると、起電力による通電電流が微少であっても、開放による通電電流の遮断に伴って電機子コイルは大きな逆起電力を発生する。本発明は、この原理を利用して外力によるモータ回転の発生を容易に検知しようとするものである。
本発明によれば、断続手段によって電機子コイルの端部の短絡・開放を繰り返しているときに、モータの回転子が回転して電機子コイルに起電力が誘起されると、電機子コイルの短絡中は誘起された起電力によって電機子コイル自身に電流が流れ、続く電機子コイルの開放時には電機子コイル自身に流れていた電流の遮断によって電機子コイルは大きな逆起電力を発生する。
特に、前記したように、モータの回転速度が低く起電力による電機子コイルへの通電電流が微少な状態であっても、通電電流の遮断に伴って電機子コイルは大きな逆起電力を発生する。従って、モータの回転速度が低い場合でも、発生する逆起電力レベルがノイズレベルに比べて大きくなり、充分なノイズマージンを確保できる。
これにより、回転検知手段において適宜の閾値を設定することにより、ノイズによる誤動作を排除しつつ外力によるモータ回転の発生を短時間に的確に検知することが可能となる。
本発明において、断続手段による電機子コイルの短絡は、電機子コイルの端部を直接短絡しても良く、適宜の値の抵抗を介して短絡しても良い。また、断続手段による電機子コイルの短絡時間および短絡周期は適宜に設定することができる。
しかし、短絡時の抵抗成分が低くなるに連れて、また、短絡時間が長く短絡周期が短くなるに連れて、回転子に加わる発電制動力が増大するため、微小外力による回転子の回転が抑えられて回転検知が困難になる。
従って、モータの回転速度が低い状態の逆起電力レベルが充分なノイズマージンを確保可能な範囲において、できるだけ断続手段の短絡時の抵抗値を高く、短絡時間を短く短絡周期を長く設定することにより、短絡に伴う発電制動力を低減して回転の検知感度を増大させることが可能である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のコンベアユニットにおいて、前記コントローラは、前記モータの非駆動時において断続手段による動作を継続した状態で待機し、前記回転検知手段によってモータの回転が検知されたときは、被搬送物が搬入されたものと判別して在荷信号を出力する構成とされている。
本発明によれば、請求項1に記載した原理に基づいてモータの非駆動時における外力によるモータの回転を検知することができる。これにより、コンベアユニットへの被搬送物の搬入を確実に判別して在荷信号を出力することが可能となる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のコンベアユニットにおいて、前記断続手段は、断続信号を発生する信号発生部と、当該信号発生部で発生した断続信号によって前記電機子コイルの短絡、開放を行うスイッチング素子とを備えた構成とされている。
本発明によれば、簡単な構成によって断続手段を形成することができ、しかも、スイッチング素子によって電機子コイルの短絡、開放を行うので、メカニカルスイッチを用いる場合に比べて耐久性が向上する。これにより、省コスト化を図りつつ耐久性の向上を図ることが可能となる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のコンベアユニットにおいて、前記モータは、回転子の回転位置を検知する回転位置検知手段を有したブラシレスモータであり、前記コントローラは、回転位置検知手段の検知信号に基づいて駆動信号を生成する駆動制御部と、生成された駆動信号によって複数のスイッチング素子を開閉制御しつつ各電機子コイルへの通電制御を行うモータ駆動部とを備え、前記モータ駆動部の少なくともいずれかのスイッチング素子を、前記断続手段のスイッチング素子として兼用する構成とされている。
本発明によれば、モータ駆動部に必須のスイッチング素子を断続手段のスイッチング素子として兼用するので、断続手段に専用のスイッチング素子が不要となり、部材点数が削減されて省コスト化が図られると共に、製造性も向上する。
請求項5に記載の発明は、請求項2乃至4のいずれか1項に記載のコンベアユニットにおいて、前記コントローラは、外部から伝送される在荷信号を受信可能であり、前記在荷信号の出力中に外部からの在荷信号を受信したときは、被搬送物が搬出されたものとして在荷信号の出力を停止する構成とされている。
本発明によれば、同一構成のコンベアユニットを下流側に隣接させて配置する場合、当該下流側のコンベアユニットにおいて被搬送物の搬入検知によって出力される在荷信号を受信することにより、被搬送物の搬出を判別して在荷信号の出力を停止させることができる。これにより、被搬送物の有無を検知するセンサを用いることなく搬送制御を行うことが可能となる。また、各コンベアユニットの構成の簡略化、共通化を図ることが可能となる。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコンベアユニットにおいて、前記コントローラは、前記駆動ローラまたは当該駆動ローラを回転駆動するモータの回転数を積算する回転数積算手段を備え、前記回転検知手段によって被搬送物の搬入が検知された時点から積算される回転数が所定値に至るまでは、前記モータを駆動して被搬送物をコンベア上の所定位置まで搬送する構成とされている。
本発明によれば、被搬送物をコンベアの上流側端部から所定位置まで搬送するのに要する駆動ローラまたはモータの積算回転数を予め求めておけば、搬入された被搬送物をコンベア上の所定位置に確実に停止させることができる。これにより、被搬送物の有無を検知するセンサを用いることなく搬送制御を行うことが可能となる。
また、本発明によれば、被搬送物がコンベア上で滑りを生じない限り、搬送速度に拘わらず被搬送物を所定位置まで搬送可能である。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコンベアユニットにおいて、前記コントローラは、時間を計時する計時手段を備え、前記回転検知手段によって被搬送物の搬入が検知された時点から所定時間が経過するまでは、前記モータを駆動して被搬送物をコンベア上の所定位置まで搬送する構成とされている。
本発明によれば、被搬送物をコンベアの上流側端部から停止位置まで所定の搬送速度で搬送するのに要する時間を予め求めておけば、搬入された被搬送物をコンベア上の所定位置に確実に停止させることができる。これにより、被搬送物の有無を検知するセンサを用いることなく搬送制御を行うことが可能となる。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のコンベアユニットにおいて、前記コントローラは、モータの駆動中を示す駆動状態信号と在荷信号とを外部に出力可能であると共に、外部から伝送される複数の駆動状態信号と在荷信号とを入力可能である構成とされている。
ここで、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のコンベアユニットは、モータの駆動中、則ち、駆動状態信号の出力中は回転検知手段による検知が行われない。則ち、モータの駆動中は、被搬送物の搬入検知が行われない。このため、被搬送物の搬出中に別の被搬送物が搬入されると搬入検知が行われず、安定した搬送制御が阻害される。
本発明によれば、コンベアユニットの駆動状態信号や在荷信号に加えて、隣接するコンベアユニットや、そのコンベアユニットに更に隣接するコンベアユニットの駆動状態信号や在荷信号を参照することができる。
これにより、コンベアユニットのモータの駆動中は、隣接するコンベアユニットに在荷信号や駆動状態信号を出力して被搬送物の搬入を阻止することができ、被搬送物の搬入検知が行われない不具合を回避して安定した搬送制御を行うことが可能となる。
請求項9に記載の発明は、被搬送物の搬送方向に並ぶ複数の制御ゾーンに区分され、各制御ゾーン毎に請求項1乃至8のいずれか1項に記載のコンベアユニットを配して形成されることを特徴とするゾーン制御式コンベアシステムである。
本発明によれば、各制御ゾーンに配されるコンベアユニットが、被搬送物の有無を検知するセンサを備えていないにも拘わらず、安定した搬送制御を行うことができる。これにより、省コスト化が図られると共にシステム構築の容易なゾーン制御式コンベアシステムを提供できる。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のゾーン制御式コンベアシステムにおいて、各制御ゾーンに属するコントローラは、駆動状態信号または在荷信号の少なくともいずれかの信号を上流側に隣接する複数の制御ゾーンへ出力可能であると共に、下流側に隣接する複数の制御ゾーンの駆動状態信号または在荷信号の少なくともいずれかの信号を入力可能である構成とされている。
前記したように、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のコンベアユニットは、モータの駆動中は、被搬送物の搬入検知が行われない。このため、自制御ゾーンの被搬送物を下流側に隣接する制御ゾーンへ搬出中は、上流側に隣接する制御ゾーンからの被搬送物の搬入を阻止する必要がある。
本発明によれば、自制御ゾーンのモータの駆動中は、上流側に隣接するコンベアユニットに在荷信号や駆動状態信号を出力して被搬送物の搬入を阻止することができ、被搬送物の搬入検知が行われない搬送状態を回避しつつコンベアユニット間で連携した搬送制御を行うことが可能となる。
請求項1〜5に記載の発明によれば、被搬送物の有無を検知するセンサを要することなく、モータの発電機能を利用して被搬送物の搬入を安定して検知することができ、省コスト化を図りつつ設計が容易なコンベアユニットを提供できる。
請求項6,7に記載の発明によれば、被搬送物の有無を検知するセンサを要することなく、搬入された被搬送物を所定位置に停止させることができ、設計の容易なコンベアユニットを提供できる。
請求項8に記載の発明によれば、被搬送物の搬入検知が行われない搬送状態を回避して搬入を確実に検知することができ、安定した搬送制御を行うことのできるコンベアユニットを提供できる。
請求項9,10に記載の発明によれば、請求項1〜8のコンベアユニットを用いることによって各制御ゾーン毎に連携した搬送制御を行うことのできるゾーン制御式コンベアシステムを提供できる。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は本発明の実施形態に係るコンベアユニットに設けられるコントローラおよびモータのブロック構成図、図2はコンベアユニットのモータの内部構造を示す模式図、図3はモータの駆動信号を示す説明図、図4はコントローラのモータ駆動部周辺の具体的な回路例図である。また、図5(a)はコントローラの断続手段で生成される断続信号とモータの電機子コイルの起電力および回転位置検知信号とを時間軸を揃えて示すグラフ、同図(b)は(a)の断続信号および起電力を時間軸を拡大して示したグラフである。
本実施形態のコンベアユニット2は、図1の様に、被搬送物を搬送する駆動ローラの駆動源であるモータ30と、当該モータ30の駆動制御を行うコントローラを備えている。
モータ30はブラシレスモータであり、図2の様に、円筒形のロータ(回転子)31の内部中心軸上に固定子32を配した構造である。
尚、本実施形態に採用するモータ30は磁極数が4,固定子32のスロット数が6の3相型ブラシレスモータであるが、図1,図2,図4では、磁極数が2,スロット数が3の3相型ブラシレスモータとして簡略化して記載している。
ロータ31の内周面には、図2の様に、異なる磁極を対向させて永久磁石31a,31bが固定されている。また、固定子32の3つのスロット(相)U,V,Wには、各々電機子コイル32a,32b,32cが同一方向に巻装され、各電機子コイルの中央側端部は互いに接続されると共に、他方側の端部32d〜32fは外部に導出されている。則ち、3つのスロットの各電機子コイルはY型結線され、各電機子コイルの端部32d〜32fは外部に導出されてコントローラ10に接続されている。
モータ30の内部には、ロータ31の回転位置を検知する3個のホール素子33a〜33cが設けられている。各ホール素子33a〜33cはロータ31の中心軸に対して120度の間隔をあけて固定され、これらの3つのホール素子33a〜33cによって回転位置検知手段33を形成している。回転位置検知手段33で検知された回転位置検知信号はコントローラ10に伝送される。
コントローラ10は、大別して制御回路部11およびモータ駆動部20と、下流側および上流側のコンベアユニット2との接続を行う下流側コネクタ12および上流側コネクタ13を備えて構成され、隣接するコンベアユニット2の搬送状況を参照しつつモータ30の駆動制御を行う機能を有する。
制御回路部11は、駆動制御部14、断続手段15、回転検知部(回転検知手段)17および回転数積算部(回転数積算手段)18を備えて構成される。
駆動制御部14は、制御回路部11の各部の制御を統括するもので、CPU(中央処理装置)によるデジタル制御を行う。
則ち、駆動制御部14は、モータ30を駆動するための駆動信号を生成してモータ駆動部20に出力する制御機能に加えて、断続手段15、回転検知部17および回転数積算部18の各部の制御処理を行う機能を備えている。また、駆動制御部14は、下流側コネクタ12および上流側コネクタ13を介して他のコントローラ10との間で信号の送受を行う機能を有する。以下に、これらの制御機能を説明する。
駆動制御部14は、ブラシレスモータ30の電機子コイルU〜Wに順次切換通電を行うための駆動信号を生成する。則ち、駆動制御部14は、回転位置検知手段33から出力される回転位置検知信号に応じて、図3の様に、位相角120度だけHレベルを維持し、残りの240度だけLレベルとなる6つの駆動信号Uu,Vu,Wu,UL,VL,WLを順次生成してモータ駆動部20に出力する。
ここで、駆動信号Vuは駆動信号Uuに対して120度位相を遅らせ、駆動信号Wu は駆動信号Vuに対して120度位相を遅らせた信号である。また、駆動信号ULは駆動信号Uuに対して180度位相を遅らせた信号であり、駆動信号VLは駆動信号UL に対して120度位相を遅らせ、駆動信号WLは駆動信号VLに対して120度位相を遅らせた信号である。
従って駆動信号Uu,Vu,Wu は、いずれの二つの信号も同時にHレベルになることはなく、駆動信号UL,VL,WL についても、いずれの二つの信号も同時にHレベルになることはない。モータ駆動部20は、駆動制御部14で生成されたこれらの駆動信号に基づいて、モータ30のU,V,Wの各相の電機子コイル32a〜32cへの通電を順次切換つつ回転制御を行う。
尚、図3に示す各駆動信号は、回転位置検知手段33の検知信号、則ち、ロータ31の回転速度に応じて、上記位相関係を維持しつつ周波数を変動させて生成されるものであり、駆動信号の周期はロータ31の回転速度に応じて変動する。
断続手段15は、図1の様に、断続信号を生成する信号発生部15aと、当該信号発生部15aで生成された断続信号によって開閉を行うスイッチング素子15bとを備えて構成される。
断続手段15は、駆動制御部14から指令信号を受けると、信号発生部15aで断続信号を生成してスイッチング素子15bを開閉制御し、これによってモータ30の電機子コイル32a,32cの両側の端部32d,32fを抵抗16を介して短絡、開放を繰り返す機能を有する。
回転検知部17は、図1の様に、モータ30の電機子コイル32a,32cの両側の端部32d,32fの起電力を監視し、当該起電力レベルが予め定めた基準電圧値を超えたときに、駆動制御部14へ回転検知信号を出力する機能を有する。
則ち、回転検知部17は、ロータ31が外力によって回転したときに生じる起電力を監視することにより、当該起電力が所定レベルを超えたときにロータ31が回転したことを検知して駆動制御部14へ回転検知信号を出力する動作を行う。
本実施形態では、回転検知部17を演算増幅器を用いたコンパレータで形成し、当該コンパレータによって、電機子コイル32a,32cの起電力を基準電圧値と比較判別する構成を採用している。
駆動制御部14は、図1の様に、回転検知部17から回転検知信号が伝送されたときに、被搬送物が搬入されたものと判別して在荷信号を出力すると共に、当該在荷信号を上流側コネクタ13へ出力する動作を行う。
また、駆動制御部14は、下流側コネクタ12を介して下流側のコントローラ10から在荷信号が伝送されたときに、被搬送物が下流側へ搬送されたものとして在荷信号の出力を停止する動作を行う。
回転数積算部18は、図1の様に、駆動制御部14の指令信号を受けて、回転位置検知手段33の一つのホール素子33aから出力される回転位置検知信号をカウントし、当該カウント値が予め定めた所定値に達したときに駆動制御部14へ制御信号を出力する機能を有する。
則ち、回転数積算部18は、駆動制御部14の指令信号を受けてからロータ31の回転数の積算値が所定値に至ったときに駆動制御部14へ制御信号を出力する動作を行う。
次に、本実施形態のモータ駆動部20の具体的な回路構成を説明する。
モータ駆動部20は、図4の様に、通電制御部21と上アーム制御部22および下アーム制御部23を備えて構成される。
通電制御部21は、駆動制御部14から伝送される搬送指令信号を受けている期間は電源回路部(不図示)から供給される正電圧の供給を許容し、搬送指令信号が停止している期間は正電圧の供給を遮断する動作を行う。
上アーム制御部22は、通電制御部21(正電源側)から各々スイッチング素子Q1,Q2,Q3を介して各電機子コイルの端部32f,32e,32dへ至る回路で形成される。また、下アーム制御部23は、各電機子コイルの端部32f,32e,32dから各々スイッチング素子Q4,Q5,Q6を介して接地電位(負電源側)へ至る回路で形成される。
本実施形態では、上アーム制御部22のスイッチング素子Q1〜Q3にPNP型接合トランジスタを用い、下アーム制御部23のスイッチング素子Q4〜Q6にNPN型接合トランジスタを用いている。
これらの各トランジスタQ1〜Q6には、コレクタ・エミッタ間に逆並列に保護ダイオードD1〜D6が各々接続されている。
上アーム制御部22の各トランジスタQ1〜Q3のベースは、各々、反転回路N1〜N3を介して駆動制御部14に接続され、下アーム制御部23の各トランジスタQ4〜Q6のベースは、各々、駆動制御部14に接続されている。
このような構成のモータ駆動部20は、駆動制御部14から搬送指令信号が伝送される期間は、通電制御部21により正電圧が供給されると共に、駆動制御部14は回転位置検知手段33から伝送される回転位置検知信号を参照しつつ駆動信号(図3参照)を生成してモータ駆動部20に伝送する。これにより、駆動信号Su(図3参照)が反転回路N1〜N3で反転されて上アーム制御部22のトランジスタQ1〜Q3に順次印加されると共に、駆動信号SL(図3参照)が下アーム制御部23のトランジスタQ4〜Q6に順次印加され、ブラシレスモータ30の各U,V,W相の電機子コイル32a〜32cへ順次切換通電されてモータ30の回転駆動が行われる。
また、駆動制御部14は、モータ駆動部20へ搬送指令信号を伝送してモータ30の駆動中は、モータ30の駆動中を示す駆動状態信号を上流側コネクタ13へ出力する。
一方、モータ30の駆動を停止する場合は、駆動制御部14は搬送指令信号の出力を停止して通電制御部21の正電圧の供給を遮断すると共に駆動信号の出力を停止する。更に、制動信号を各トランジスタQ1〜Q6に印加してこれら全てのトランジスタを導通させ、保護ダイオードD1〜D6と共に形成される閉回路によってモータ30の電機子コイル32a〜32cの端部を短絡して発電制動を掛けることにより、短時間にモータ30の回転を停止させる動作を行う。
ここで、本実施形態では、モータ駆動部20のスイッチング素子(トランジスタQ4)を図1に示した断続手段15のスイッチング素子15bとして兼用する構成を採用している。このため、図1に示した断続手段15による断続構成と、回転検知部17の検知構成を変形した構成を採用している。
則ち、断続手段15の信号発生部15aで生成される断続信号を、モータ駆動部20の下アーム制御部23に設けたトランジスタQ4のベースに印加すると共に、電機子コイル32aの端部32dを抵抗16a,16bを介して接地した回路構成としている。
また、抵抗16bの端子電圧を起電力の検知信号として回転検知部17へ入力する回路構成としている。
次に、前記した構成のコントローラ10によって外力によるモータ30の回転検知が行われる動作を説明する。
外力によるモータ30の回転検知は、モータ30の非駆動時に行われる。則ち、外力によるモータ30の回転検知は、駆動制御部14からモータ駆動部20へ搬送指令信号が伝送されず、モータ駆動部20の通電制御部21による正電源の供給が遮断されている期間に行われる。
モータ30の非駆動時は断続手段15の信号発生部15a(図1参照)で生成された断続信号がモータ駆動部20の下アーム制御部23のトランジスタQ4に印加される待機状態が継続している。
この待機状態において、ロータ31が外力を受けて回転すると、回転速度に応じた起電力が電機子コイル32a〜32cに誘起される。断続信号によってトランジスタQ4が導通すると、電機子コイル32a,32cに誘起された起電力によって、電機子コイル32cからトランジスタQ4、抵抗16bおよび抵抗16aを介して電機子コイル32aに至る閉回路L1に電流が流れる。
ここで、本実施形態では信号発生部15aで生成する断続信号として、図5(b)の様に、オン時間が略45μSのパルス信号を略1.3mS間隔で2回繰り返すパルス列を、略190Hz(略5.3mS間隔)で繰り返す信号を採用している。
従って、オン時間の極めて短いパルス信号によってトランジスタQ4が導通する期間に電機子コイル32a,32cを含む閉回路L1に流れる電流は、パルス信号の停止に伴って遮断され、電機子コイル32a,32cには大きな逆起電力が発生する。
発生した逆起電力は、電機子コイル32aから抵抗16a、16bおよび保護ダイオードD4を介して電機子コイル32cに至る閉回路L2を流れ、図5(a),(b)の様に、抵抗16bの両端に大きな逆起電圧を発生させる。
この逆起電圧を回転検知部17に出力することにより、ロータ31の外力による回転を検知する構成としている。
本実施形態の構成によれば、図5(a)の様に、回転位置検知信号の1パルス目の近傍、則ち、ロータ31が外力によって1回転する時点(図5aのA点)で、既に、前記図15に示した構成によって出力される電圧(略2V)を超える起電力が得られる。
また、回転位置検知信号の2パルス目近傍、則ち、ロータ31が2回転する時点(図5aのB点)では、略7Vを超える起電力が得られることが分かる。
尚、図5(a)に示す起電力は、図4の抵抗16bの両端の電圧レベルを示している。
ここで、本実施形態に採用する駆動ローラは、ブラシレスモータ30を内蔵したモータ内蔵ローラで、ローラ外径は48.6mmφ、ギア減速比1/12.64である。従って、図5(a)のB点、則ち、略7Vの起電力が得られる時点の駆動ローラの周速は略5m/minとなる。
一方、前記図15に示した構成では、駆動ローラが外力によって5m/minの周速で回転するB点において得られる起電力は僅かに1V程度であり、本実施形態の構成によって遙かに高い起電力が得られることが分かる。
このように、本実施形態の構成によれば、駆動ローラが外力によって5m/minの周速で回転する時点でノイズ成分に比べて充分なマージンを有する起電力を得ることができる。これにより、回転検知部17においてノイズに対して充分なマージンを持たせた検知閾値を設定することができ、設計が容易で、しかも短時間にモータ30(駆動ローラ)の回転検知を行わせることが可能となる。
次に、本実施形態のコンベアユニット2を用いたゾーン制御式コンベアシステム1の構成および搬送動作を説明する。
図6はゾーン制御式コンベアシステムの平面図および側面図、図7は図6のコンベアシステムのコンベアユニット同士の接続図、図8は図6のコンベアシステムにおいて実施される一つの搬送形態の説明図、図9は図8の搬送形態における各部の動作を示すタイムチャート、図10は図6のコンベアシステムにおいて実施される別の搬送形態の説明図、図11は図10の搬送形態における各部の動作を示すタイムチャート、図12は図6のコンベアシステムにおいて実施される更に別の搬送形態の説明図、図13は図12の搬送形態における各部の動作を示すタイムチャートである。
本実施形態のゾーン制御式コンベアシステム1は、図6の様に、制御ゾーンA,B,Cを含む複数の制御ゾーンに区分され、各制御ゾーンA〜Cに各々コンベアユニット2を配して形成される。
コンベアユニット2は、平行に配置された左右一対のサイドフレーム3,3間に、一つの駆動ローラ5と複数のフリーローラ6を搬送方向に所定間隔で軸支した構成である。駆動ローラ5は駆動源となるモータ30を内蔵したモータ内蔵ローラであり、フリーローラ6は自由に回転するローラである。
隣接する駆動ローラ5とフリーローラ6との間、および、フリーローラ6同士の間は、互いに掛けベルト7で巻き回されて連結されている。従って、駆動ローラ5を回転駆動すると、回転駆動力が全てのフリーローラ6へ伝達されて回転する。また、駆動ローラ5の非駆動中に、いずれかのフリーローラ6を外力によって回転すると、その回転力が駆動ローラ5へ伝達されて回転する構成とされている。
本実施形態では、ユニットの略中央部に一つの駆動ローラ5を配し、他はフリーローラ6としている。
各コンベアユニット2の中央下部には、図6の様に、駆動ローラ5に内蔵されるモータ30の駆動制御を行うコントローラ10が固定されている。
隣接するコンベアユニット2は、図7の様に、コントローラ10の下流側コネクタ12と下流側に隣接するコントローラ10の上流側コネクタ13との間を接続ケーブル8で順次渡り接続している。
ここで、本実施形態のコンベアシステム1において、コントローラ10が参照する信号を説明する。尚、以下の説明では、制御ゾーンAを自ゾーンと記載し、制御ゾーンBを次ゾーン、制御ゾーンCを次々ゾーンと記載する。
自ゾーンのコントローラ10は、次に示す5つの信号を参照する。
(1)自ゾーンの在荷信号(駆動制御部14から出力)
(2)自ゾーンの駆動状態信号(駆動制御部14から出力)
(3)次ゾーンの在荷信号(下流側コネクタ12を介して受信)
(4)次ゾーンの駆動状態信号(下流側コネクタ12を介して受信)
(5)次々ゾーンの駆動状態信号(下流側コネクタ12を介して受信)
前記したように、本実施形態のコンベアユニット2は、コントローラ10によるモータ30の非駆動中にのみ、モータ30の外力による回転を検知して被搬送物の搬入を判別可能な構成である。
従って、コントローラ10は、モータ30の駆動中における被搬送物の搬入を阻止するべく、前記信号を参照することにより、以下に述べる搬送条件に従って被搬送物を切り離しつつ搬送制御を行う構成としている。
(1)自ゾーンの被搬送物を次ゾーンに搬送する条件
次ゾーンおよび次々ゾーンが非駆動中であり、且つ、次ゾーンに被搬送物が
存在しないとき。
(2)自ゾーンの被搬送物を次ゾーンに搬送しない条件
1.次ゾーンに被搬送物が存在するとき。
2.次ゾーンが駆動中のとき。
3.次ゾーンが次々ゾーンへ被搬送物を搬出中のとき
但し、非駆動中か否かの判別、あるいは、被搬送物の存在の有無は、下流側コネクタ12を介して伝送される駆動状態信号または在荷信号の有無を参照して行う。
また、次ゾーンから次々ゾーンへの搬出中の判別は、次ゾーンから駆動状態信号が出力され、且つ、在荷信号の出力が停止する状態を参照して判別する。
次に、前記した搬送条件に従って実施される本実施形態のゾーン制御式コンベアシステム1の搬送例を、図1および図6〜図13を参照して説明する。
図8(a)は、制御ゾーンAのみにワークWが存在し、制御ゾーンB〜DにはワークWが無くモータが非駆動中の状態を示している。
この状態は、制御ゾーンAにおいて、被搬送物を次ゾーンへ搬送する条件に適合した状態である。従って、制御ゾーンAのコントローラ10は、駆動制御部14で搬送可能と判別して駆動ローラ5を駆動してワークWを下流側へ向けて搬送駆動する。
ワークWが下流側へ搬送されて図8(b)の様に制御ゾーンBに差し掛かると、制御ゾーンBの上流側端部のフリーローラ6がワークWによって回転し、駆動ローラ5も追随して回転してモータ30の電機子コイル32a,32cから大きな逆起電力が発生する。
これにより、回転検知部17はモータ30の回転に伴うワークWの搬入を検知して回転検知信号を駆動制御部14に出力する(図9参照)。
駆動制御部14は回転検知部17から伝送される回転検知信号を受けて在荷信号を出力すると共に、回転数積算部18へ制御信号を送出してモータ30の回転数の積算を開始する(図9参照)。
制御ゾーンBの駆動制御部14が在荷信号を出力すると、制御ゾーンAはモータ30の駆動を停止すると共に、駆動状態信号および在荷信号の出力を停止する(図9参照)。
これにより、図8(c)の様に、制御ゾーンBで搬入が検知されたワークWは、制御ゾーンAの搬送駆動の停止に伴い僅かに下流側へ移動して一旦停止する。ワークWの停止に伴い、制御ゾーンBの回転検知部17は回転検知信号の出力を停止する。
駆動制御部14は、回転検知部17の回転検知信号が停止すると、直ちに、駆動信号を生成してモータ30の回転駆動を開始する。これにより、ワークWは制御ゾーンB内を下流側へ向けて搬送され、回転数積算部18の積算値が所定値に至った時点では、図8(d)の様に、ワークWは制御ゾーンBの所定位置Pの僅かに上流に位置する。
回転数積算部18の積算値が所定値に至った時点で、駆動制御部14は、制御ゾーンCおよび制御ゾーンDから伝送される在荷信号および駆動状態信号を参照する。参照の結果、制御ゾーンBにワークWが存在せず、双方共に非駆動中であるので、下流側への搬送が可能と判別し、回転数積算部18の積算値をリセットする。そして、図8(a)〜(d)で示した搬送と同一の制御によって、制御ゾーンBから制御ゾーンCへ向けてワークWを継続して搬送する。
このように、本実施形態のコンベアシステム1では、自ゾーンのコントローラ10において下流側への搬送条件が満たされているときは、ワークWを下流側へ向けて連続搬送する制御が行われる。
一方、図10(a)の様に、制御ゾーンA,C,DにワークWが存在し、制御ゾーンB〜Dが非駆動中で、且つ、制御ゾーンBにワークWが存在しないときは、制御ゾーンAにおいて次ゾーンへ搬送する条件に適合する。従って、制御ゾーンAの駆動制御部14は搬送可能と判別して駆動ローラ5を駆動してワークWを下流側へ向けて搬送駆動する。
そして、前記図8(a)〜図8(d)に示した場合と同一の動作によって、図10(a)〜図10(d)の様に、ワークWが制御ゾーンB内に搬入される。
ワークWを制御ゾーンB内で搬送中に、回転数積算部18の積算値が所定値に至ると、駆動制御部14は、制御ゾーンCおよび制御ゾーンDから伝送される在荷信号および駆動状態信号を参照する。参照の結果、制御ゾーンCにワークWが存在するため、下流側への搬送が禁止されると判別し、モータ30の駆動を停止すると共に、回転数積算部18の積算値をリセットし、駆動状態信号の出力停止する。これにより、ワークWは、制御ゾーンBの所定位置Pに停止する。
このように、本実施形態のコンベアシステム1では、下流側の制御ゾーンにワークWが滞留しているときは、隣接する上流側の制御ゾーンに間隔を開けることなく順次ワークWを搬送して停止する制御を行う。
また、図12(a)の様に、制御ゾーンA,Bに同時にワークW1,W2を各々載置した場合は、制御ゾーンCにおいて次ゾーンへの搬送条件が適合するので、前記図8と同一の制御によって、図12(a)〜(e)の様に下流側へのワークW2の搬送が行われる。
しかし、制御ゾーンAでは、図12(a)〜(c)に示す期間、則ち制御ゾーンCが非駆動中になるまでの期間は次ゾーンへの搬送が禁止される。則ち、図12(d)の様に、ワークW2の制御ゾーンDへの搬入が検知されて制御ゾーンCが駆動状態信号を停止するまでは、下流側への搬送が禁止される(図13参照)。
ワークW2が制御ゾーンDへ搬入されて制御ゾーンCが駆動状態信号を停止すると、図12(d)の様に、制御ゾーンAはワークW1の下流側への搬送を開始する。このとき、ワークW2は制御ゾーンDから下流側への搬送を継続する(図13参照)。
そして、搬送が開始されたワークW1は、下流側の各制御ゾーンB,C・・において、搬送条件に従ってワークW2と切り離されつつ下流側への搬送制御を行う。
このように、本実施形態のゾーン制御式コンベアシステム1によれば、前記した搬送条件を採用することにより、各コンベアユニット2の搬送中における被搬送物の搬入検知を回避するべく、ワークWを切り離しつつ下流側へ向けて効率良く搬送することができる。また、ワークWが滞留する制御ゾーンにおいては、上流側へ向けて間隔を開けることなくワークWを搬送して停止させることができる。
これにより、ワークWの存在の有無を検知するためのセンサが不要となり、省コスト化を図りつつシステム構築の容易なゾーン制御式コンベアシステム1を提供することが可能となる。
以上、本発明の実施形態に係るコンベアユニット2およびゾーン制御式コンベアシステム1について述べたが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態で示したコンベアユニット2は、断続手段15の信号発生部15aによってモータ駆動部20の下アーム制御部23に設けたトランジスタQ4をオン・オフする構成としたが、トランジスタQ5またはトランジスタQ6を断続する構成を採ることもできる。また、抵抗16bの接地側への接続を正電源側へ変更することにより、上アーム制御部22に設けたトランジスタQ1〜Q3のいずれかをオン・オフして逆起電力を発生させる構成を採ることも可能である。
また、モータ駆動部20は、トランジスタに代えて、MOSFETなどのスイッチング素子を用いることもでき、更に、複数のトランジスタやMOSFETなどを一体的にパッケージしたスイッチングモジュールを用いることも可能である。
また、前記実施形態のコンベアユニット2において、コントローラ10で次々ゾーンの在荷信号を更に参照可能な構成を採ることにより、次ゾーンが非駆動中で被搬送物が存在せず、且つ、次々ゾーンCが被搬送物の搬出中であるときに下流側への搬送を可能とする搬送条件を付加することができる。但し、次々ゾーンにおける被搬送物の搬出中の判別は、当該次々ゾーンの在荷信号がオフで、且つ、駆動状態信号オンであることを検知して行う。
この構成を採用することにより、前記実施形態に比べてより早い時点で被搬送物の下流側への搬送を開始させることができ、搬送効率を一層向上させることが可能となる。
また、前記実施形態のコンベアユニット2では、駆動制御部14において搬送条件の判別処理を行う構成について言及していないが、例えば、自ゾーン、次ゾーンおよび次々ゾーンの在荷信号や駆動状態信号に基づいてプログラム処理により判別を行う構成や、論理ICなどを用いた論理回路によって判別を行う構成を採ることができる。
また、前記実施形態のコンベアユニット2は、コントローラ10に回転数積算部18を設けて搬入された被搬送物を所定位置まで搬送させる構成とした。しかし、回転数積算部18に代えて、時間を計時する計時手段を設け、回転検知部17によって被搬送物の搬入が検知された時点から所定時間が経過するまでの間は、モータ30を駆動して被搬送物をコンベア上の所定位置まで搬送させることも可能である。
また、前記実施形態では、下流側への搬送を禁止するような設定部を特に設けていないが、例えば図1において、下流側コネクタの在荷信号および駆動状態信号の入力ラインをオンレベルに固定可能なモード切換スイッチを設けることにより、在荷の有無に拘わらず下流側への搬送を禁止する搬送禁止モードを設定可能な構成を採ることもできる。
また、前記実施形態で示したコンベアユニット2に接続端子を追加して上位制御装置に接続可能な構成を採ることにより、各コンベアユニット2の制御動作を上位制御装置によって集中管理するゾーン制御式コンベアシステムを構築することも可能である。
本発明の実施形態に係るコンベアユニットに設けられるコントローラおよびモータのブロック構成図である。 図1のコンベアユニットのモータの内部構造を示す模式図である。 モータの駆動信号を示す説明図である。 コントローラのモータ駆動部周辺の具体的な回路例図である。 (a)はコントローラの断続手段で生成される断続信号とモータの電機子コイルの起電力および回転位置検知信号とを時間軸を揃えて示すグラフ、(b)は(a)の断続信号および起電力を時間軸を拡大して示すグラフである。 本発明の実施形態に係るゾーン制御式コンベアシステムの平面図および側面図である。 図6のコンベアシステムのコンベアユニット同士の接続図である。 図6のコンベアシステムにおいて実施される一搬送形態の説明図である。 図8の搬送形態における各部の動作を示すタイムチャートである。 図6のコンベアシステムにおいて実施される別の搬送形態の説明図である。 図10の搬送形態における各部の動作を示すタイムチャートである。 図6のコンベアシステムにおいて実施される更に別の搬送形態の説明図である。 図12の搬送形態における各部の動作を示すタイムチャートである。 従来の構成のコンベアユニットの動作原理を示す構成図である。 図14のコンベアユニットにおいて、モータの回転子を外力によって回転させたときの回転位置検知信号と起電力とを時間軸を揃えて示したグラフである。
符号の説明
1 ゾーン制御式コンベアシステム
2 コンベアユニット
5 駆動ローラ
10 コントローラ
14 駆動制御部
15 断続手段
15a 信号発生部
15b スイッチング素子
17 回転検知手段(回転検知部)
18 回転数積算手段(回転数積算部)
20 モータ駆動部
30 モータ(ブラシレスモータ)
31a,31b 永久磁石
32a,32b,32c 電機子コイル
33 回転位置検知手段
Q1〜Q6 スイッチング素子
W,W1,W2 被搬送物

Claims (10)

  1. 被搬送物を搬送する駆動ローラと、当該駆動ローラの駆動制御を行うコントローラとを有するコンベアユニットであって、
    前記駆動ローラは永久磁石と複数の電機子コイルを内蔵したモータを駆動源とし、
    前記コントローラは、少なくとも一つの電機子コイルの短絡と開放を繰り返す断続手段と、当該電機子コイルで誘起される起電力に基づいて外力によるモータ回転の発生を検知する回転検知手段とを備えたことを特徴とするコンベアユニット。
  2. 前記コントローラは、前記モータの非駆動時において断続手段による動作を継続した状態で待機し、前記回転検知手段によってモータの回転が検知されたときは、被搬送物が搬入されたものと判別して在荷信号を出力することを特徴とする請求項1に記載のコンベアユニット。
  3. 前記断続手段は、断続信号を発生する信号発生部と、当該信号発生部で発生した断続信号によって前記電機子コイルの短絡、開放を行うスイッチング素子とを備えて構成されることを特徴とする請求項1または2に記載のコンベアユニット。
  4. 前記モータは、回転子の回転位置を検知する回転位置検知手段を有したブラシレスモータであり、前記コントローラは、回転位置検知手段の検知信号に基づいて駆動信号を生成する駆動制御部と、生成された駆動信号によって複数のスイッチング素子を開閉制御しつつ各電機子コイルへの通電制御を行うモータ駆動部とを備え、
    前記モータ駆動部の少なくともいずれかのスイッチング素子を、前記断続手段のスイッチング素子として兼用することを特徴とする請求項3に記載のコンベアユニット。
  5. 前記コントローラは、外部から伝送される在荷信号を受信可能であり、前記在荷信号の出力中に外部からの在荷信号を受信したときは、被搬送物が搬出されたものとして在荷信号の出力を停止することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のコンベアユニット。
  6. 前記コントローラは、前記駆動ローラまたは当該駆動ローラを回転駆動するモータの回転数を積算する回転数積算手段を備え、前記回転検知手段によって被搬送物の搬入が検知された時点から積算される回転数が所定値に至るまでは、前記モータを駆動して被搬送物をコンベア上の所定位置まで搬送することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコンベアユニット。
  7. 前記コントローラは、時間を計時する計時手段を備え、前記回転検知手段によって被搬送物の搬入が検知された時点から所定時間が経過するまでは、前記モータを駆動して被搬送物をコンベア上の所定位置まで搬送することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコンベアユニット。
  8. 前記コントローラは、モータの駆動中を示す駆動状態信号と在荷信号とを外部に出力可能であると共に、外部から伝送される複数の駆動状態信号と在荷信号とを入力可能であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のコンベアユニット。
  9. 被搬送物の搬送方向に並ぶ複数の制御ゾーンに区分され、各制御ゾーン毎に請求項1乃至8のいずれか1項に記載のコンベアユニットを配して形成されることを特徴とするゾーン制御式コンベアシステム。
  10. 各制御ゾーンに属するコントローラは、駆動状態信号または在荷信号の少なくともいずれかの信号を上流側に隣接する複数の制御ゾーンへ出力可能であると共に、下流側に隣接する複数の制御ゾーンの駆動状態信号または在荷信号の少なくともいずれかの信号を入力可能であることを特徴とする請求項9に記載のゾーン制御式コンベアシステム。
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