JP2021175368A - 平面モータのシャトル用のガイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不定又は制御不能な状態に陥ることなく、平面モータにおけるシャトルの移動パターンの限界を乗り越えることが可能な装置及び方法を提供する。【解決手段】ガイド装置１が、第１の端部４及び第２の端部５’を備えているとともに、第１の端部４と第２の端部５’の間でシャトル２’の姿勢推移６を規定しており、第１の端部４がシャトル２’の導入姿勢７を規定しており、導入姿勢７が、第１のステータ８’に関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応するように、第１の端部４を平面モータ３の第１のステータ８’に配置可能である、ガイド装置１において、第２の端部５’がシャトル２’の導出姿勢９を規定しており、導出姿勢９が第１のステータ８’あるいは第２のステータ８”に関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応するように、第２の端部５’を平面モータ３の第１のステータ８’又は第２のステータ８”に配置可能である。【選択図】図４

Description

具体的な開示内容は、平面モータのシャトル用のガイド装置であって、ガイド装置が、第１の端部及び第２の端部を備えているとともに、第１の端部と第２の端部の間でシャトルの姿勢推移（姿勢コース）を規定しており、第１の端部がシャトルの導入姿勢を規定しており、導入姿勢が、第１のステータに関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応するように、第１の端部を平面モータの第１のステータに配置可能である、ガイド装置に関するものである。さらに、方法は、ガイド装置を有する平面モータと、ガイド装置でシャトルを搬送する方法とに関するものである。

平面モータは、基本的には従来技術から知られている。特許文献１には、例えば、このような平面モータの基礎となる構造及び機能態様が開示されている。

平面モータは本質的に搬送平面を備えており、当該搬送平面に沿って、１つ又は複数の搬送ユニット、いわゆるシャトルが主に二次元的に移動することが可能である。このために、通常、平面モータには、駆動コイルが分配して設けられており、当該駆動コイルは、可動の磁場を所望の移動方向へ発生させるために、制御ユニットによって制御される。駆動コイルを含み、搬送平面を形成する（通常は固定して設けられる）ユニットは、一般的にステータと呼ばれる。これに代えて、可動に配置された永久磁石を可動の磁場を発生させるために設けることも可能である。さらに、ステータには固定された永久磁石のみが取り付けられているとともに可動の磁場がシャトルにおいて発生されることも考えられる。具体的な開示内容に関連して、ここでは、機能態様にかかわらず、平面モータの位置固定されたユニットを一般的にステータと呼び、ステータにおいて移動するユニットをシャトルと呼ぶ。

シャトルには、駆動磁石（永久磁石又は電磁石）が二次元的に分配して配置されており、当該駆動磁石はステータの磁場と協働し、その結果、所望の方向への駆動力が搬送ユニットへ加えられる。このとき、有利には、搬送平面に描かれる軸線に沿った一次元的な移動のほか、搬送平面でのシャトルのより複雑な二次元的な移動が可能であるように、駆動コイル及び駆動磁石が配置されている。平面モータは、例えば搬送装置として生産プロセスにおいて用いられることができ、非常にフレキシブルな搬送プロセスを複雑な移動プロファイルによって実現することが可能である。

現代の平面モータにより、ステータ上で浮動（フロート）するシャトルの高精度の移動を６つ全ての剛体自由度の方向において行うことが可能である。ステータのモジュール式の（セグメント配置構造の形態の）構造により、（搬送平面に位置固定して規定された座標系に関して）２つのメイン移動方向への並進的な移動が本質的に制限されることなく可能であり、そのほか、更に第３の空間方向への並進移動（「上昇」あるいは「下降」）及び（ある程度の偏向までの）回転が少なくとも制限された度合いで行われることが可能である。これに必要なモータ力及びモータモーメントは、（電）磁性を用いて発生される。第３の空間方向（高さ軸線）に沿った並進的な移動及び回転運動を、サブ移動方向と呼ぶ。

従来の平面モータによるシャトルの移動があらかじめ設定された限度内で迅速かつ精確に行われることができるとしても、制御性の限界がこれまで克服できないハードルとなっている。シャトルの（唯一のサブ移動方向においても）制御性の喪失は、平面モータの不定で制御不能な状態をもたらし、したがって必ず回避されるべきである。

特許文献２には、異なるように形成された多数のシャトル及びステータを有する平面モータが開示されている。とりわけ、当該文献には、平面モータのステータとステータを有さない搬送システム（例えば搬送ベルト、ロボットグリッパ又はこれらに類するもの）との間の移行範囲において、ステータをガイド経路によって保護し、その結果、シャトルがまずはフロート式にステータからガイド経路へ移動し、そして、ガイド経路（例えばローラ）において導かれ、シャトルがステータの磁気作用の範囲を離れると、ステータを有さない搬送システムから更に移動されることが示唆されている。

米国特許第９２０２７１９号明細書 国際公開第２０１８／１７６１３７号

具体的な開示内容は、不定又は制御不能な状態に陥ることなく、平面モータにおけるシャトルの目下可能な移動パターンの限界を乗り越えることが可能な装置及び方法を提供するという目的を有している。

第１の態様では、当該目的及び更なる目的は、第２の端部がシャトルの導出姿勢を規定しており、導出姿勢が第１のステータあるいは第２のステータに関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応するように、第２の端部を平面モータの第１のステータ又は第２のステータに配置可能であり、姿勢推移が、平面モータのステータに関して適切に動作して制御可能でない姿勢である少なくとも１つの姿勢を含んでおり、ガイド装置が、適切に動作して制御可能でない少なくとも１つの姿勢においてシャトルを支持し、安定化させる、冒頭に挙げた種類のガイド装置によって達成される。当該ガイド装置により、シャトルは適切に動作して制御可能な姿勢の限界を乗り越えることができるとともに、制御不能な状態に陥ることなく、本来「あり得ない」姿勢を介してシャトルを移動させることが可能である。

具体的な開示内容に関連して、特に個々のステータセグメントを「ステータ」と呼ぶ。複数の当該個々のステータセグメントは、個々の平坦な表面に形成されるステータフィールドへ構成されることが可能である。複数の個々のステータセグメントから成るこのようなステータフィールドも、更なる意味合いでは個々のステータとみなされることが可能である。ここで用いられる「ステータ」という用語は、所定の面積又は構造に限定されていない。したがって、具体的な開示内容に関連して、制御可能な共通のステータ要素における適宜の関連した配置もステータと呼ぶことができる。したがって、ステータは、１つの部材に対応することができるか、又はアセンブリへ構成された適宜選択された部材のグループに対応することができる。したがって、システム境界の選択に応じて、平面モータは、適宜の数のステータ又はいくつかのみのわずかなステータ又は１つのみのステータを備えることが可能である。

具体的な開示内容に関連して、平面モータのステータに対するシャトルの空間位置を「姿勢」と呼び、空間位置の一次時間微分（すなわち速度）及び空間位置の二次時間微分（すなわち加速度）は、それぞれ６つ全ての運動自由度において同様に姿勢の特性である。

具体的な開示内容に関連して、移動経過中に連続してシャトルが占める姿勢の定常的な連続を「姿勢推移」と呼ぶ。ここで、姿勢推移は、並進的及び回転的な移動割合を有することが可能である。

所定の動作条件下で平面モータによって安定した態様において達成可能なシャトルの姿勢を「適切に動作して制御可能な姿勢」と呼ぶ。これに対して、具体的な開示内容に関連して、他の全ての姿勢を「適切に動作して制御可能でない姿勢」と呼ぶ。

ここで、例えば確実な及び／又は効率的な平面モータの動作を規定する動作上の設定を「動作条件」と呼ぶ。例えば、シャトルの姿勢は、平面モータによって原則的には達成可能であるものの、（例えば傾斜位置の形成又は維持のための）過剰なエネルギー消費によってのみ達成可能である。この場合、姿勢は、非効率ひいては許容できないとみなされることがあり、したがって、「適切に動作して制御可能でない姿勢」として扱われることがある。

シャトルに対して制御不能な状態が設定され得ることなく平面モータがシャトルを姿勢へもたらし得る場合に、当該姿勢を「安定した態様において達成可能」と呼ぶ。シャトルの状態及び位置は、適切に動作して制御可能な姿勢においていつでも測定あるいは監視によって十分正確に算出されることが可能である。

適切に動作して制御可能でない姿勢は、少なくとも１つの空間方向に関して上述の前提条件のうち少なくとも１つが満たされない場合に存在する。

有利な一実施形態では、第１の端部から第２の端部への姿勢推移に沿ったシャトルの移動性が、平面モータのステータによって保証可能であり得る。このことは、例えば、ステータの作用を伴うことなく運動エネルギーのみによってシャトルが更なる姿勢推移を前進することができる限り、姿勢推移の第１の部分（又はその前）において平面モータのステータによってシャトルが加速されることによって保証されることができる。

有利には、少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢が、適切に動作して制御可能な姿勢からのヨーイング角度及び／又はピッチング角度及び／又はローリング角度及び／又は昇降高さの偏差を有し得る。これにより、ガイド装置によって、異なるニーズに適合可能な複雑な移動を実現することが可能である。

有利な一実施形態では、ガイド装置の姿勢推移は、平面モータの搬送平面に対して本質的に平行に延びることができる。これにより、さらに、平面モータのステータによって形成される磁場によってシャトルの移動を制御することが可能であり得る一方、シャトル自体は、そもそももはや制御可能でない姿勢にある。例えば、シャトルは、高さ軸線を中心として実際には許容されない範囲へ旋回されることができるか、又はシャトルは、最大限許容される昇降高さにわたって、ガイド装置による支持なしでは平面モータによってそもそも到達可能でないもののさらに十分な前進力をシャトルへもたらすために搬送平面の十分近傍に位置する範囲へ持ち上げられることが可能である。

有利には、シャトルのためのガイド装置は、平面モータの第１の搬送平面から第２の搬送平面へ一方向に、又は両方向に姿勢推移を規定しており、これにより、第１の搬送平面に配置されたシャトルの第１の配置構造と第２の搬送平面に配置された第２のステータ配置構造との間のシャトルの迅速な転換が許容される。

有利な一実施形態では、第１の搬送平面は、第２の搬送平面に対して平行に配置されることができる。これにより、例えば、異なるレベルの搬送平面間でのシャトルのための移行を設定することが可能である。

別の有利な一実施形態では、第１の搬送平面と第２の搬送平面が角度、特に直角をなすことができる。これにより、例えば、これまで通常はロボットを用いて、又は手動でのみ実現可能であった平坦な平面モータ部分と垂直な平面モータ部分の間のシャトルの搬送が、平面モータのステータの適当な制御のみによって容易に可能となる。

有利には、ガイド装置は、第１の端部と第２の端部の間にシャトルのためのブリッジ及び／又はアンダーパスを形成することが可能である。これにより、例えば、交点では、いずれかのシャトルが制動される必要なく、交差する姿勢推移とのシャトルの衝突を、容易に、かつ、複雑な演算をすることなく確実に回避することが可能である。

有利な一実施形態では、ガイド装置は、機械的なガイド部及び／又は磁気的なガイド部及び／又は電磁気的なガイド部及び／又は空圧的なガイド部を備えることが可能である。これにより、例えばわずかなすべり摩擦、安定的かつ精確なガイド及び／又は大きな速度のような最適な特性をそれぞれ特有の用途に対して実現することが可能である。

有利な一実施形態によれば、少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢が、平面モータの確実な、及び／又は効率的な動作についての基準を損なうことがあり、及び／又は少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢が、シャトルの必要な安定性についての基準を満たしていないことがあり、及び／又は少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢自体が、平面モータのステータによって調整可能でないことがあり得る。第１の場合には、ガイド装置により、平面モータの効率が高められ、エネルギー消費が低減される。第２の場合には、ガイド装置により、平面モータの安全性が高められ、安全性の理由からそもそも設定されることができない姿勢の調整が許容される。第３の場合には、ガイド装置により、平面モータによって制御可能な範囲にわたるシャトルの可能な移動空間が拡張される。

有利な別の一実施形態では、姿勢推移が、パッシブな、すなわち平面モータのステータによって作動可能でない移動部分を含むことができ、該移動部分をシャトル（２）が運動エネルギー及び／又はポテンシャルエネルギーを用いて通過可能である。このとき、シャトルは、運動量又は重力によって、この作動可能でない移動部分にわたって移動する。この関係において、「作動可能でない」という用語は、平面モータが当該部分においてシャトルの移動に対して十分な影響を及ぼすことがないことを意味している。

有利には、シャトルの位置は、姿勢推移全体における少なくとも１つの自由度に関して、平面モータのセンサシステムを介して少なくとも推定可能及び好ましくは測定可能であり得る。シャトルの効率及び／又は安定性及び／又は制御性が一時的に保証されていないとしても、位置を、平面モータに含まれるセンサシステムを用いて、十分正確に測定することが可能であり得るか、又は姿勢推移のある部分において少なくとも目的のために十分な精度で推定することが可能であり得る。場合によっては、位置の測定あるいは推定を、特に関心のある１つ又は複数の自由度に制限することが可能である。

別の一態様では、具体的な開示内容は、少なくとも１つのステータと、ここに記載される少なくとも１つのガイド装置とを有する平面モータであって、第１の端部が第１のステータに配置されており、導入姿勢が、第１のステータに関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応しており、第２の端部が第１のステータ又は第２のステータに配置されており、導出姿勢が、第１のステータ又は第２のステータに関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応している平面モータに関するものである。

有利な一実施形態によれば、ガイド装置には少なくとも１つの加工ステーションが配置され得る。これにより、加工ステーションにおいて加工されるべき、シャトルによって搬送される物体の姿勢を加工ステーションへ任意に適合させることが可能である。

有利には、平面モータは、第１の搬送平面に配置された少なくとも１つのステータと、第２の搬送平面に配置された少なくとも１つのステータとを備えることができ、シャトルのための少なくとも１つのガイド装置が、第１の搬送平面から第２の搬送平面へ一方向に、又は両方向に姿勢推移を規定している。これにより、平面モータによって搬送されるシャトルについて高いフレキシビリティの移動パターンを達成することが可能である。

別の態様では、具体的な開示内容は、ここに記載された平面モータによってシャトルを搬送する方法であって、該方法が以下のステップ：
ガイド装置の導入姿勢において第１のステータと共にシャトルをフロート式に配置するステップと、
ガイド装置の姿勢推移の方向に少なくとも第１のステータによってシャトルを移動させ、及び場合によっては加速するステップと、
平面モータのステータに関して適切に動作して制御可能な姿勢である少なくとも１つのシャトル位置を越えて、シャトルが導出姿勢に到達するまでシャトルを更に移動させるステップと
を有し、ガイド装置が、少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない位置においてシャトルを支持し、及び安定化させる方法に関するものである。

有利には、更なる移動を、平面モータのステータによって発生される磁場を活用して行うことが可能である。このことは、シャトルが１つ又は複数のサブ方向においてその制御性を喪失したもののメイン方向のうち少なくとも１つ又は残ったサブ方向においてまだステータの磁場によって制御可能である場合に特に有利である。

有利には、これに代えて、又はこれに加えて、更なる移動を、シャトルの運動エネルギーを活用して行うことが可能である。これにより、制御性が本質的に完全に喪失された部分もシャトルによって乗り越えることが可能である。

これに代えて、又はこれに加えて、更なる移動を、シャトルのポテンシャルエネルギーを活用して行うことができ、これにより、非常に長い区間がポテンシャルエネルギーの低下を引き起こす場合に、シャトルによって、場合によっては非常に長い区間も乗り越えることができる。

別の代替的な実施形態では、更なる移動を、少なくとも１つの別のシャトルによる押圧及び／又は引張によって行うことが可能である。これにより、例えばガイド装置は、先入先出原理の態様で活用することが可能である。

以下に、具体的な本発明を、例示的、概略的、かつ、制限せずに本発明の有利な形態を示す図１〜図１０を参照しつつ詳細に説明する。

シャトルが配置された平面モータの概略的な図である。 シャトルを概略的に示す平面図である。 シャトルを概略的に示す側面図である。 ガイド装置が配置された平面モータを概略的に示す平面図である。 ガイド装置が配置された平面モータを２つの図において示す図であって、ステータが互いにずれた２つの平面に配置されている。 別の一実施形態による、ガイド装置が配置された平坦な平面モータを２つの図において示す図である。 ガイド装置が配置された平面モータを２つの図において示す図であって、ステータが互いに垂直な２つの平面に配置されている。 ガイド装置が配置された平面モータを２つの図において示す図であって、ステータが傾斜した２つの平面に配置されている。 別の一実施形態によるガイド装置が配置された平面モータを示す平面図である。 本質的に互いに垂直に配置された２つのステータを有するガイド装置が配置された平面モータを示す図である。

図１には、搬送平面１０を規定する互いに隣接した２つのステータ８を有する平面モータ３の概略的な図が示されており、搬送平面１０の上方にはシャトル２がフロート式に配置されている。場合によっては、搬送平面１０を形成するステータ要素全体も、唯一のステータとみなされることが可能である。平面モータ３について、本体固定してステータに関連付けられた座標系ｘ_Ｐ，ｙ_Ｐ，ｚ_Ｐを規定することができ、搬送平面１０は、例えばメイン平面ｘ_Ｐ−ｙ_Ｐへ設置されることが可能である。

基本的には、このような平面モータ３を用いて、６つ全ての剛体自由度の方向へのフロート式のシャトル２の高精度な移動（運動）を行うことが可能である。セグメント配置構造におけるステータ８のモジュール式の構造により、２つのメイン移動方向への並進的な移動がいわば制限なく可能であり、加えて、通常、残りの４つのサブ移動方向（１×並進及び３×回転）への制限された移動も同様に可能である。必要な力は、（電）磁力を用いて発生される。多数の平面モータによって、本質的に制限されないｚ軸を中心とする回転も可能である。

シャトルの移動は、シャトルに本体固定して関連付けられた座標系（ｘ_Ｓｈ，ｙ_Ｓｈ，ｚ_Ｓｈ）によって記述されることができるか、あるいはステータの座標系に対する当該座標系の位置、移動及び加速度によって記述することができる。２つのメイン移動方向ｘ_Ｐ及びｙ_Ｐは、本質的に平面モータ３の搬送平面１０に対して平行に配置されている。さらに、移動空間は、４つのサブ移動方向、すなわちサブ移動平面ｚ_Ｐに沿った並進（上昇及び下降）及び全部で３つの回転を含んでいる。当該回転は、ｘ軸を中心とするローリングφ、ｙ軸を中心とするピッチングθ及び高さ軸ｚを中心とするヨーイングψとして表されている。

典型的には、サブ移動方向における移動は、物理的に、あるいは構造に起因して制限されている。したがって、例えば高さ軸ｚ_Ｐに沿ったサブ移動方向は、昇降高さに従って指数関数的に減少する磁束密度に基づき制限されている。高さ軸を中心とするヨーイングは、典型的には（必ずしも必要ないが）、ステータコイルとシャトルにおけるマグネットユニットの間の相互作用に基づき制限されている。平面モータは、ある程度のヨーイング角度ψから、とりわけ高さ軸を中心とする回転の制御性を失うことがある。残りの２つの回転は、本質的に、回転に必要な設置空間に基づき制限され、そのため、他方では、必要な昇降移動及び制御性の損失に基づき（最大の力／モーメントの制限に基づき）及び可観測性に基づき制限されている。シャトルを当該制限された範囲から案内する用途においては、例えば外部のマニピュレータ（例えばロボット）を活用することができるが、かなりの技術的な手間がかかってしまう。

図２及び図３には、シャトル２によって実行可能な移動が概略的に図示されている。図２には、シャトル２が平面図で示されている。シャトル２は、例えばステータ（その位置が座標系ｘ_Ｐ，ｙ_Ｐ，ｚ_Ｐによって図示されている）に関して第１のメイン位置に配置されることができ、第１のメイン軸線ｘ_Ｓｈは、ステータの対応する第１のメイン軸線ｘ_Ｐに対して平行に配置されているか、又は第２のメイン位置に配置されており、第１のメイン軸線ｘ_Ｓｈは、ステータの対応する第２のメイン軸線ｙ_Ｐに対して平行に配置されている。ステータの適当な制御によって、シャトル２をメイン軸線ｘ_Ｐ，ｙ_Ｐに沿って移動させることが可能である。さらに、シャトル２を当該メイン位置から高さ軸線ｚ_Ｐを中心として正の方向又は負の方向へ旋回させる（ヨーイングψ）ことが可能である。しかしながら、当該移動は、構造に起因して、典型的に制限されてのみ可能である。なぜなら、シャトル２は、過剰に大きな偏差において制御性を失い、すなわち、ステータによってもはや制御可能でないか、又は少なくとももはや完全に制御可能でないか、又はもはや観測可能でないためである。したがって、ステータ座標系に関して、適切に動作して制御可能な姿勢（位置）１２についての範囲を規定することが可能である。

図３には、シャトル２が側面図において概略的な図示で示されており、シャトル２は、搬送平面１０上においてフロート式に間隔ｚをもって配置されている。ここでも、メイン軸線ｘ_Ｐを中心とするローリングφに対して、適切に動作して制御可能な姿勢１２を規定する範囲が存在する。（同様に、このような範囲は、第２のメイン軸線ｙ_Ｐを中心とするピッチングθについて記載されることが可能である。）搬送平面１０に対する間隔ｚも、最大の昇降高さｚ_ｍａｘまで変化することができ、このことも、適切に動作して制御可能な姿勢１２’を有する範囲を規定している。

シャトルは、適切に動作して制御可能な姿勢１２の外部にある姿勢では、制御性を有さないか、あるいは良好でない制御性しか有さないか、あるいは適切に動作する操作が可能でないため、従来の平面モータ３では、適切に動作して制御可能な姿勢１２の範囲を越えてシャトルを移動させることができない。しかし、多数の用途にとって、当該技術的な制限を克服することが望ましい。

そのため、具体的な開示内容によれば、適切に動作して制御可能な姿勢１２から外れた姿勢もシャトル２が活用できるガイド装置１が提案される。ここで、シャトルへの残った電磁力作用、運動力作用又はポテンシャル力作用によって更なる移動が可能であるように、シャトルはガイド装置１によって強制ガイドされる。これにより、サブ移動方向での許容される移動範囲を拡大することが可能である。進行方向における制御性が完全に失われる場合である極端な場合には、すなわち当該方向において十分な電磁力作用がもはや可能でない場合には、シャトルの運動エネルギー又はポテンシャルエネルギー（位置エネルギー）は、適当な一時的で制御不可能な移行範囲における運動抵抗の克服のために使い果たされることとなり得る。基本的に、シャトルの部分的に追加的なガイド装置１には、例えば接触に基づく、及び／又は非接触のガイドのような、技術的に用いることが可能な全ての方法を用いることが可能である。

図４には、搬送平面に配置された多数のステータ８を有する平面モータ３が示されている。例えば、図４では長方形状の範囲として概略的に図示されている加工ステーション１１，１１’でシャトル２上に配置された物体を加工するために、平面モータ３は、多数のシャトル２をフロート式に搬送平面の全範囲にわたって移動（運動）させることが可能である。第１の加工ステーション１１での加工については、適切に動作して制御可能でないほど「通常位置」とは異なる角度の下でシャトルを配置することが必要（又は有利）である。したがって、シャトル２の当該姿勢（図４では姿勢に符号２’が付されている）を平面モータ３によって調整しようとすると、シャトルは、許容できない状態か、又は全くコントロール不能な状態へ至る。それにもかかわらず第１の加工ステーション１１での加工を可能とするためにガイド装置１が設けられており、当該ガイド装置は、例えば２つの平行なすべりレール又はローラ配置構造で構成されており、これらの間では、シャトル２’は、姿勢推移６（図４では一点鎖線で図示されている）に沿って移動可能である一方、そのヨーイング角度ψに関しては安定的に位置決めされている。したがって、第１の加工ステーション１１の範囲では、ガイド装置１は、その中でガイドされるシャトル２’が高さ軸線ｚ_Ｐを中心としてコントロール不能な回転を行うことを阻止し、搬送平面に対して平行な移動も姿勢推移６に沿った移動に制限されている。

加工ステーション１１においてシャトル２’を加工するために、当該シャトルは、ステータ８によって、符号８’で示されたステータでの導入姿勢７へ移動する。シャトル２’は、導入姿勢７からガイド装置１の第１の端部４において姿勢推移６に沿ってガイド装置１内へ移動することが可能である。ガイド装置１によってガイドされるシャトル２’の姿勢推移６に沿った更なる移動時には、シャトル２’は、完全に制御性の姿勢から高さ軸線を中心として旋回される。ステータ８が、このような旋回された姿勢からシャトルを移動させることが実際には可能でない場合であっても、ガイド装置１によって強制ガイドされるシャトル２’を、ステータ８によって姿勢推移６に沿って更に移動させるか、又はその各位置において安定的に保持することが可能である。このとき、加工ステーション１１での加工は、静止したシャトル２’において行われることができるか、又はシャトル２’が加工に調和した速度において、及び場合によっては加速において、姿勢推移６に沿って移動する間に行われることが可能である。

したがって、ヨーイング角度ψが実際に適切に動作して制御可能な姿勢から外れているにもかかわらず、ガイド装置によるシャトル２’の自由度の制限によって、ステータ８の磁場を用いてシャトル２’を安定的に姿勢推移６に沿って移動させることが可能である。

ガイド装置１の第２の端部の手前では、シャトル２’は、ガイド装置１によって再び適切に動作して制御可能な姿勢へ旋回され、導出姿勢９においてガイドウェイ１の第２の端部５を離れ、導出姿勢９が存在するステータが符号８”で表されている。

代替的な実施形態では、シャトル２は、完全に（すなわち全ての、（又は本質的に全ての）並進的な、及び回転的な移動方向について）制御性を失う一方、シャトルは、ガイド装置１によって強制ガイドされることも可能である。この場合、姿勢推移６に沿ったシャトルの更なる移動は、シャトルのポテンシャルエネルギーを活用して、又はシャトルの運動エネルギーを活用して保証されることが可能である。

図５には、このような実施形態が例示的に図示されている。図５では２つの図において図示された平面モータ３は、この場合、２つの異なる搬送平面１０，１０’に配置されたステータを備えている。両搬送平面１０，１０’は互いに平行にずらして配置されており、搬送平面１０，１０’は、例えば水平に（上下に重ねて）配置されることができるが、ステータ８とシャトル２の用いられる組合せが技術的に可能である限り、任意に垂直に、又は傾斜して配置されることも可能である。

両搬送平面の間にはガイド装置１が配置されており、当該ガイド装置に配置されたシャトル２’は、姿勢推移６に沿った移動において強制ガイドされている。ガイド装置１は、例えば、機械的なガイド部、例えばすべりガイド部又はローラガイド部として、又は（電）磁気的な、若しくは空圧的なガイド部として構成されることができるとともに、シャトル２を第１の搬送平面１０から第２の搬送平面１０’へ又はその逆に移動させることを可能とする。このために、シャトルは、ここでも、まず、ガイド装置１の第１の端部４に関して規定されている導入姿勢７へ移動する。シャトルはステータ８によって、導入姿勢７から姿勢推移６の方向へ移動し、シャトルは、導入姿勢７から加速されるか、又は既に適当な速度で導入姿勢７へ移動している。

姿勢推移６に沿った更なる移動時には、シャトル２は、一方では第１の搬送平面から高さ軸線ｚ_Ｐの方向へ持ち上げられ、他方では第２のメイン軸線を中心として旋回される。符号２’で図示される姿勢では、シャトル２’は、完全な制御性の姿勢を離れる。なぜなら、シャトルは、第１の搬送平面１０のステータ８から離れすぎているため、当該ステータ８により発生する磁場がシャトル２’へもはや十分に発揮され得ないか、又はその位置／状態をもはや検出することができないためである。したがって、当該姿勢シャトル２’がもはやステータ８の影響を受けることがないため、適切に動作して制御可能でない姿勢への到達時に十分な速度に達し、その結果、ガイド装置１において不動となることなく、又は重力により誤った方向へ移動することなく、シャトル２’が存在する運動量（初期運動エネルギー）及び場合によってはガイド装置１の第２の端部５における重力（ポテンシャルエネルギー）を用いて再び適切に動作して制御可能な姿勢に到達することが制御を介して保証される必要がある。このとき、シャトルは、散逸性の力、例えば摩擦、空気抵抗、渦流損失がシャトルから初期運動エネルギーを奪い去ることで、散逸性の力、例えば摩擦、空気抵抗、渦流損失によって制動される。初期運動エネルギーは、本質的にシャトルの初速及び重量に依存する。ポテンシャルエネルギーは、本質的に平面モータの配置及び重力加速度が作用する方向に依存する。

ガイド装置１において不動となる制御可能でない（静止した）シャトルは、場合によっては、他のシャトルを用いてガイド部から「押される」か、又は「引っ張られる」ことが可能である。

ガイド装置１の第２の端部５では、シャトル２が再び搬送平面１０’のステータ８”の影響範囲内へ至り、シャトルは、導出姿勢９において、ここでも適切に動作して制御可能な姿勢にある。同様の原理によって、逆方向における、すなわち第２の端部５から第１の端部４へのシャトル２の移動も実現することができ、重力に関してのみ状況が異なっている。

図６には、「ブリッジ」の機能をもったガイド装置１を有する平面モータ３の別の一実施形態が示されている。平面モータ３のステータ８は唯一の搬送平面１０に配置されており、両者は、搬送平面１０に図示されたシャトル２において、例えばプロセスに起因してあらかじめ設定され得る複数の経路曲線１３に沿って移動する。他のシャトル２によるこのような経路曲線１３の横断は、それ自体としては容易に可能であるものの、当該横断は、経路曲線１３において移動するシャトル２に一時的に調和される必要がある。これは、特に非常に往来が頻繁な区間では問題となることがあり、とりわけ、交差箇所手前の「渋滞」を引き起こすことがある。ブリッジに代えて、同様に「アンダーパス」も実現することができ、ガイド装置１は、シャトル２を、搬送平面１０における開口部を通して下方へ導き、対向する端部において、別の開口部を通して再び上方へ案内する。

図６に図示されたガイド装置１によって、シャトル２’は、ガイド装置１（ステータ８’）の第１の端部４における導入姿勢７からガイド装置１（ステータ８”）の第２の端部５における導出姿勢９へ移動することができ、このとき、経路曲線１３での搬送を阻害することなく、経路曲線１３を横断することが可能である。このとき、ガイド装置１（あるいは当該ガイド装置によって規定される姿勢推移６）は、第１の端部４４の範囲において、まずは搬送平面１０に対して平行に進行し、更なる経過において（搬送平面１０に対して）上方へ向きを変え、経路曲線１３が位置する、その下方に位置するステータ８を越えてブリッジを形成する。ブリッジは、搬送平面１０においてシャトル２を経路曲線１３に沿って搬送するシャトルの下方に位置するステータ８の磁場による、ガイド装置１において滑るシャトル２’の影響を回避するのに十分な高さとなっている。更なる経過において、ガイド装置１あるいは姿勢推移６は、再び下方へ、及び再び搬送平面１０へ近づくように向きを変え、ガイド装置１において滑るシャトル２’は、再び適切に動作して制御可能な姿勢へ至り、ステータ８によってガイド装置１の第２の端部５まで更に移動することが可能である。ガイド装置１によって規定される姿勢推移６は、第２の端部５の範囲あるいは導出姿勢９の範囲において、ここでも搬送平面に対して平行に経過し、その結果、ガイドされる搬送から通常の搬送への穏やかな移行が（ステータ８”における）ステータによって保証されている。

図６に図示されたブリッジ状に形成されたガイド装置１は、搬送平面１０が水平に配置された平面モータ３と共に用いられることができるだけでなく、垂直な、又は斜めに傾斜した搬送平面１０においても用いられることが可能であり、場合によっては、シャトル２’に作用する重力を考慮する必要がある。図６に図示されたガイド装置１は、他の障害物をう回するために、例えばステータ８が配置されていない範囲を越えてシャトル２’を搬送するために用いられることも可能である。場合によっては、ガイド装置１は、例えば曲線（カーブ）を形成するために、他の方向に湾曲された推移を有することも可能であり、又はガイド装置１が通過する際にシャトル２’の旋回を実行することが可能である。

図７には、シャトル２’を第１の搬送平面１０から当該第１の搬送平面１０に対して本質的に直角に配置された第２の搬送平面１０’へ（又はこの逆へ）移行するための、ガイド装置１を有する平面モータ３の別の例示的な一実施例が示されている。このために、シャトル２’の姿勢が第１の搬送平面１０のいずれかのステータ８に対しても、また第２の搬送平面１０’のステータ８に対しても適切に動作して制御可能な姿勢に対応する中間範囲１４をシャトル２’が橋渡しすることが必要である。ガイド装置１を介した１つの搬送平面１０から他の搬送平面１０’への偏向は、本質的に、他の図の説明に関連して既に詳細に開示した過程に相当する。図７に図示されたガイド装置１も両方向において使用されることができ、シャトル２’へ作用する重力は、平面モータ３の向きに依存して、相応に考慮されることが可能である。

別の実施形態では、ガイド装置１は、直角ではない角度をなす搬送平面１０，１０’の間の変更のために設けられることも可能である。図８には、平坦な角度（鈍角）を有するこのような実施形態が示されており、機能態様は、ここでも上述のものと同様である。

図９には、唯一の搬送平面１０を含む平面モータに関連して用いられることが可能な別の一実施形態が示されている。ここでは、湾曲した経路曲線１３に沿って移動する複数のシャトル２が図示されている。このとき、シャトルの高さ軸線を中心としたシャトル２の制限された旋回性により、回転を伴わない移動がなされ、すなわち、シャトル２のメイン軸線ｘ_Ｓｈ，ｙ_Ｓｈは、各位置において、本質的にステータ８の対応するメイン軸線ｘ_Ｐあるいはｙ_Ｐに対して平行のままである。しかし、多くの場合には、曲線の通過時には所定のシャトル２’が「共に回転」することが望ましいことがある。経路曲線１３が９０°だけ向きを変える具体的な場合では、このことは、同様に９０°だけシャトル２’が回転することに相当する。図９に図示されたガイド装置１は、まさにこの目的に寄与するものであり、姿勢推移６に沿ったガイド装置１の通過時に、方向転換させるほか、シャトル２’を高さ軸線を中心として９０°回転させる。

場合によっては、第１のメイン軸線ｘ_Ｓｈを中心として転回させるためにもガイド装置１を設けることが可能である。図１０には、対応する実施形態が示されている。ここで、図７及び図８の場合と類似のように、第１の搬送平面１０から第２の搬送平面１０’へのシャトル２’の移行が実現され、第２の搬送平面１０’は、第１の搬送平面１０に対して角度をなしている。図１０では、シャトル２’はガイド装置１によって姿勢推移６に沿って移動し、シャトル２’は、同時に９０°転回される。場合によっては、同様に、他の角度の転回運動を行うことが可能である。

上記において開示した例は、とりわけ、以下の特徴を備えることができ、開示される全ての特徴は、技術的なハードルが妨げとならない限り、互いに適宜組み合わせられることが可能である。シャトルは、ステータ８によって完全に制御可能に制御されてガイド装置１の第１の端部４へ浮動し、シャトル２の向きはガイド導入部に適合され、その結果、当該向きは導入姿勢７に対応する。シャトルは、（フロート式に）ガイド装置へ移動し、場合によっては、具体的な場合において可能であり、必要であり、及び／又は用途に応じて許容されるように可能な限り加速する。これにより、シャトルの運動エネルギーが増大する。姿勢推移に沿った、シャトル２の（ガイド装置１によって強制ガイドされる）後続の移動時にポテンシャルエネルギーが増大され、及び／又は前進方向への電磁力作用が完全に失われ、及び／又はシャトルへ散逸性の力（摩擦、空気抵抗、渦流損失など）が作用する場合には、運動エネルギーが当該損失を補整（相殺）することが可能である。完全な制御性の喪失前の段階では、シャトルがまだ完全に制御可能であるにもかかわらず、ガイド装置は、既にシャトルから適当な自由度を奪い得る。強制ガイドの結果として「自由となった」磁力は、他の目的（例えば前進及び／又は加速）のために間接的に用いられることが可能である。そして、姿勢推移６に沿った前進移動するにつれて、制御性が低下するか、あるいは制御性が１つの方向において、場合によっては全ての方向において完全に失われることがあり、この場合、ガイド装置が対応する力の一部を引き継ぐ。

このとき、極端な場合には、シャトルは、一時的にも（少なくとも１つの）移動方向における制御性を失い、すなわち、十分な電磁力作用がもはや可能でない。適当な自由度に沿ったシャトルの必要な更なる移動（移動抵抗の克服）のために、当該範囲は、シャトルの「蓄えられた」運動エネルギー及び／又は蓄えられたポテンシャルエネルギーによってう回されることが可能である。

制御性がその最小値に達した後、制御性は、姿勢推移に沿ったシャトルの移動の更なる経過において再び増大し、シャトルは、ガイド装置の第２の端部５に到達する前に再びその完全な制御性を得る。当該範囲では、ステータを介して、再び速度状態の適合も行うことができるが、これは、当該適合が先行した移動中に良好でないか、あるいは不足した電磁力作用により制限されてのみ可能であった場合である。例えば、シャトルは、その速度がポテンシャルエネルギーにより高められた場合に制動されることが可能である。

ガイド装置の第２の端部５では、シャトルは、ガイド装置をここでもフロート式に、及び適切に動作して制御可能な姿勢において離れる。

明細書及び請求項において、「本質的に」又は「約」は、その箇所で特に断りがない限り、物理的に可能であれば記載された値の上方及び下方、またそうでなければ有意義な方向への１０％までの偏差を意味し、度の記載（角度及び温度）では、±１０°を意味する。

全ての量の記載及び割合の記載、特に本発明を画定するためのそのような記載は、これら記載が具体的な例に関する者でない限り、±１０％の公差を有していると理解されるべきである。したがって、「１１％」という記載は、「９．９％」から「１２．１％」を意味する。「１つの解決手段（ｅｉｎ Ｌｏｅｓｕｎｇｓｍｉｔｔｅｌ）」のような表記において、関係から他の何らかが読み取られない場合には、「ｅｉｎ」は数詞としてではなく、不定冠詞として、又は代名詞とみなされるべきである。

個々の構成及び例で記載された個々の特徴及び態様は、（その箇所で別段の説明がされていない限り）他の例及び構成と自由に組み合わせられることができ、特に、本発明の特徴付けるために、各構成あるいは各例の他の詳細を必ずしも含めることなく、請求項において用いられることが可能である。

１ ガイド装置
２ シャトル
３ 平面モータ
４ 第１の端部
５ 第２の端部
６ 姿勢推移
７ 導入姿勢
８ ステータ
９ 導出姿勢
１０ 搬送平面
１１ 加工ステーション
１２ 完全な制御性の範囲
１３ 経路曲線
１４ 中間範囲

Claims (20)

1. 平面モータ（３）のシャトル（２）用のガイド装置（１）であって、ガイド装置（１）が、第１の端部（４）及び第２の端部（５）を備えているとともに、第１の端部（４）と第２の端部（５）の間でシャトル（２）の姿勢推移（６）を規定しており、第１の端部（４）がシャトル（２）の導入姿勢（７）を規定しており、導入姿勢（７）が、第１のステータ（８’）に関して適切に動作して制御可能な姿勢（１２）に対応するように、第１の端部（４）を平面モータ（３）の第１のステータ（８’）に配置可能である、ガイド装置において、
   第２の端部（５）がシャトル（２）の導出姿勢（９）を規定しており、導出姿勢（９）が第１のステータ（８’）あるいは第２のステータ（８”）に関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応するように、第２の端部（５）を平面モータ（３）の第１のステータ（８’）又は第２のステータ（８”）に配置可能であり、姿勢推移（６）が、平面モータ（３）のステータ（８）に関して適切に動作して制御可能でない姿勢である少なくとも１つの姿勢を含んでおり、ガイド装置（１）が、適切に動作して制御可能でない少なくとも１つの姿勢においてシャトル（２）を支持し、安定化させることを特徴とするガイド装置。
2. 第１の端部（４）から第２の端部（５）への姿勢推移（６）に沿ったシャトル（２）の移動性が、平面モータ（３）のステータ（８）によって保証可能であることを特徴とする請求項１に記載のガイド装置（１）。
3. 少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢が、適切に動作して制御可能な姿勢からのヨーイング角度（ψ）及び／又はピッチング角度（θ）及び／又はローリング角度（φ）及び／又は昇降高さ（ｚ）の偏差を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のガイド装置（１）。
4. ガイド装置（１）の姿勢推移（６）が平面モータの搬送平面（１０）に対して本質的に平行に延びていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガイド装置（１）。
5. シャトル（２）用のガイド装置（１）が、平面モータ（３）の第１の搬送平面（１０）から第２の搬送平面（１０’）へ一方向に、又は両方向に姿勢推移（６）を規定していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガイド装置（１）。
6. 第１の搬送平面（１０）が第２の搬送平面（１０’）に対して平行に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のガイド装置（１）。
7. 第１の搬送平面（１０）と第２の搬送平面（１０’）が角度、特に直角をなしていることを特徴とする請求項５に記載のガイド装置（１）。
8. ガイド装置（１）が、第１の端部（４）と第２の端部（５）の間にシャトル（２）のためのブリッジ及び／又はアンダーパスを形成していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガイド装置（１）。
9. ガイド装置（１）が、機械的なガイド部及び／又は磁気的なガイド部及び／又は電磁気的なガイド部及び／又は空圧的なガイド部を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のガイド装置（１）。
10. 少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢が、平面モータ（３）の確実な、及び／又は効率的な動作についての基準を損なうこと、及び／又は少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢が、シャトル（２）の必要な安定性についての基準を満たしていないこと、及び／又は少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない姿勢自体が、平面モータ（３）のステータによって調整可能でないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガイド装置（１）。
11. 姿勢推移（６）が、パッシブな、すなわち平面モータ（３）のステータ（８）によって作動可能でない移動部分を含んでおり、該移動部分をシャトル（２）が運動エネルギー及び／又はポテンシャルエネルギーを用いて通過可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガイド装置（１）。
12. シャトル（２）の位置が、姿勢推移（６）全体における少なくとも１つの自由度に関して、平面モータ（３）のセンサシステムを介して少なくとも推定可能及び好ましくは測定可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガイド装置（１）。
13. 少なくとも１つのステータ（８’）と、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の少なくとも１つのガイド装置（１）とを有する平面モータ（３）であって、第１の端部（４）が第１のステータ（８’）に配置されており、導入姿勢（７）が、第１のステータ（８’）に関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応しており、第２の端部が第１のステータ（８’）又は第２のステータ（８”）に配置されており、導出姿勢（９）が、第１のステータ（８’）又は第２のステータ（８”）に関して適切に動作して制御可能な姿勢に対応していることを特徴とする平面モータ。
14. ガイド装置（１）には少なくとも１つの加工ステーション（１１）が配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の平面モータ（３）。
15. 平面モータ（３）が、第１の搬送平面（１０）に配置された少なくとも１つのステータ（８）と、第２の搬送平面（１０’）に配置された少なくとも１つのステータ（８）とを備えており、シャトル（２）のための少なくとも１つのガイド装置（１）が、第１の搬送平面（１０）から第２の搬送平面（１０’）へ一方向に、又は両方向に姿勢推移（６）を規定していることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の平面モータ（３）。
16. 請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の平面モータ（３）によってシャトル（２）を搬送する方法であって、該方法が以下のステップ：
    ガイド装置（１）の導入姿勢（７）において第１のステータ（８’）と共にシャトル（２）をフロート式に配置するステップと、
    ガイド装置（１）の姿勢推移（６）の方向に少なくとも第１のステータ（８’）によってシャトル（２）を移動させ、及び場合によっては加速するステップと、
    平面モータ（３）のステータ（８）に関して適切に動作して制御可能な姿勢である少なくとも１つのシャトル位置を越えて、シャトルが導出姿勢（９）に到達するまでシャトル（２）を更に移動させるステップと
    を有し、ガイド装置（１）が、少なくとも１つの適切に動作して制御可能でない位置においてシャトル（２）を支持し、及び安定化させることを特徴とする方法。
17. 更に移動させることが、平面モータ（３）のステータ（８）によって発生される磁場を活用して行われることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 更に移動させることが、シャトル（２）の運動エネルギーを活用して行われることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 更に移動させることが、シャトル（２）のポテンシャルエネルギーを活用して行われることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 更に移動させることが、別のシャトル（２）での押圧及び／又は引張によって行われることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の方法。

Images