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公開番号2021090343
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2020195105
出願日20201125
発明の名称安全機能
出願人ベーウントエル・インダストリアル・オートメイション・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02P 25/064 20160101AFI20210514BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電磁式運搬システム2において、個人を特に良好に保護することである。
【解決手段】これを保証するために、運搬領域20内に安全範囲Sを設定する。更に、所与の安全要求段階に応じて、運搬ユニット1が安全な速度v_S以下の速度v、安全な力F_S以下の運搬ユニットの力F1及び安全なエネルギーE_S以下の運搬ユニットのエネルギーE1の中の一つ以上で安全範囲Sに到達することを保証するか、或いは運搬ユニット1が安全範囲Sに到達することを阻止する安全機能を配備する。
【選択図】図1a
特許請求の範囲【請求項1】
電磁式運搬システム(2)、有利には、長固定子リニアモーター又は平面モーターの運搬ユニット(1)を制御する方法であって、この電磁式運搬システム(2)が、制御ユニット(4)と、運搬領域(20)に配置された駆動コイル(Sm)とを有し、この制御ユニット(4)は、通常の動作において、運搬領域(20)内で運搬ユニット(1)と結合された磁界が移動方向(w)に動いて、運搬ユニット(1)を移動方向(w)に沿って動かすように、駆動コイル(Sm)に電流を流す方法において、
安全範囲(S)が運搬領域(20)内に設定されていることと、
所与の安全要求段階に応じて、運搬ユニット(1)が安全な速度(v_S)以下の速度(v)、安全な力(F_S)以下の運搬ユニットの力(F

)及び安全なエネルギー(E_S)以下の運搬ユニットのエネルギー(E

)の中の一つ以上で安全範囲(S)に到達することを保証するか、或いは運搬ユニット(1)が安全範囲(S)に到達することを阻止する安全機能が配備されていることとを特徴とする方法。
続きを表示(約 2,300 文字)【請求項2】
前記の安全機能が安全状態(N)の発動によって作動されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記の安全機能が恒常的に作動されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記の安全機能が、少なくとも部分的に、有利には、完全に冗長的に実現されていることと、前記の安全機能が、その安全機能の動作能力を検査する診断機能を有することとの中の一つ以上を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
前記の安全機能が、少なくともIEC標準シリーズ61508に基づく安全要求段階第一を満たすとともに、有利には、IEC標準シリーズ61508の中の少なくとも一つ及び/又はISO標準13849,IEC標準62061に基づく別の安全要求段階を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項6】
前記の安全範囲(S)が運搬領域(20)内の固定位置に設定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
前記の安全範囲(S)の位置が運搬領域(20)内において動的に決定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
安全な減速範囲(V)が移動方向(w)に対して運搬ユニット(1)の前に設定されることと、
前記の安全範囲(S)が、この安全な減速範囲(V)の後に始まることとを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
前記の安全機能の枠組みにおいて、駆動コイル(Sm)の中の少なくとも第一の部分を少なくとも一つの時間区間の間短絡形態で動作させることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
前記の安全機能の枠組みにおいて、駆動コイル(Sm)の中の少なくとも第二の部分を少なくとも一つの時間区間の間空転形態で動作させることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
前記の安全機能の枠組みにおいて、駆動コイル(Sm)の中の少なくとも第三の部分を少なくとも第一の時間区間の間短絡形態で動作させることと、
この駆動コイル(Sm)の中の少なくとも一部を少なくとも第二の時間区間の間空転形態で動作させることとを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
【請求項12】
一つの制御ユニット(4)と、運搬領域(20)内に配置された複数(m)の駆動コイル(Sm)と、少なくとも一つの運搬ユニット(1)とを有し、この制御ユニット(4)は、駆動コイル(Sm)に電流を流して、運搬領域(20)内で運搬ユニット(1)と結合される磁界を移動方向(w)に動かして、運搬ユニット(1)を移動方向(w)に沿って動かすように構成されている電磁式運搬システム(2)において、
安全範囲(S)が運搬領域(20)内に設定されていることと、
所与の安全要求段階に応じて、運搬ユニット(1)が安全な速度(v_S)以下の速度(v)、安全な力(F_S)以下の運搬ユニットの力(F

)及び安全なエネルギー(E_S)以下の運搬ユニットのエネルギー(E

)の中の一つ以上で安全範囲(S)に到達することを保証するか、或いは運搬ユニット(1)が安全範囲(S)に到達することを阻止するように構成された安全モジュール(M)が配備されていることとことを特徴とする電磁式運搬システム。
【請求項13】
前記の安全モジュール(M)が、運搬ユニット(1)及び/又は運搬領域(20)に配置された制動部品(B)を有し、この制動部品が、所与の安全要求段階に応じて、運搬ユニット(1)の動きを制動して、運搬ユニット(1)が安全な速度(v_S)以下の速度(v)、安全な力(F_S)以下の運搬ユニットの力(F

)及び安全なエネルギー(E_S)以下の運搬ユニットのエネルギー(E

)の中の一つ以上で安全範囲(S)に到達することを保証するか、或いは運搬ユニット(1)が安全範囲(S)に到達することを阻止するように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の電磁式運搬システム(2)。
【請求項14】
前記の安全モジュール(M)が、運搬ユニット(1)及び/又は運搬領域(20)に配置されたブロック部品(X)を有し、このブロック部品(X)が、所与の安全要求段階に対して、運搬ユニット(1)の動きをブロックして、安全範囲(S)への到達を阻止するように構成されていることを特徴とする請求項12又は13に記載の電磁式運搬システム(2)。
【請求項15】
前記の安全モジュール(M)が、運搬ユニット(1)及び/又は運搬領域(20)に配置された偏向部品(U)を有し、この偏向部品(U)が、所与の安全要求段階に対して、安全範囲(S)への到達前に運搬ユニット(1)の動きを安全範囲(S)から偏向させるように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の電磁式運搬システム(2)。
【請求項16】
この電磁式運搬システムが長固定子リニアモーター及び/又は平面モーターとして実現されていることを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項に記載の電磁式運搬システム(2)。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁式運搬システム、有利には、長固定子リニアモーター又は平面モーターの運搬ユニットを制御する方法に関し、この電磁式運搬システムは、制御ユニットと、運搬領域内に配置された駆動コイルとを有し、この制御ユニットは、通常の動作において、駆動コイルに電流を流して、運搬領域内で運搬ユニットと結合する磁界を移動方向に動かして、運搬ユニットを移動方向に動かす。更に、本発明は、一つの制御ユニット、運搬領域内に配置された複数の駆動コイル及び少なくとも一つの運搬ユニットを有する電磁式運搬システムに関し、この制御ユニットは、駆動コイルに電流を流して、運搬領域内で運搬ユニットと結合する磁界を移動方向に動かして、運搬ユニットを移動方向に沿って動かすように構成されている。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
電磁式運搬システムは、一つの運搬領域と、一つ又は複数の運搬ユニットとを有し、運搬領域内には、駆動コイルが配備されている。同じように、運搬ユニットには、磁石(通常は永久磁石)が配備されている。制御ユニットを用いて駆動コイルに電流を流すことによって、運搬領域内に、運搬ユニットの磁石と協力して動作する可動磁界を発生させる。それによって、運搬ユニットに対して、推進力を発生させており、それにより、運搬ユニットが、運搬領域内を移動方向に動かされる。
【0003】
最新の柔軟な物流ユニットの要件に応えるために、従来の連続コンベヤー、例えば、回転・直線変換ユニット(例えば、ベルトコンベヤーにおける回転モーター)の代替部品としての長固定子リニアモーターが電磁式運搬システムとして益々採用されている。長固定子リニアモーターは、動作範囲全体に渡って、より良好で、より柔軟に利用できることを特徴とする。そのように、ゼロから最大までの速度と加速度の範囲を利用することができる。更に、動く運搬ユニット(シャトル)の個々の閉ループ制御又は開ループ制御、改善されたエネルギー利用、より少ない数の摩擦部分による保守コストの削減、運搬ユニットの簡単な交換、効率的な監視、より簡単な故障検知及び電流ギャップの解消による消費電流の最適化が利点として挙げられる。
【0004】
長固定子リニアモーターの固定子は、運搬区間を形成して、移動方向に並んで配置された多数の駆動コイルから構成される。それらの駆動コイルは、個別又はグループ単位に駆動され、多くの場合、それぞれ複数の駆動コイルが、運搬セグメントにグループ分けされている。そのため、長固定子リニアモーターの運搬区間が運搬領域であり、基本的に一次元で実現されている。そのことは、運搬ユニットの動きが基本的に一次元で所与の運搬区間に沿って行われることを意味する。しかし、運搬区間は、空間内に任意に敷設することができ、分岐部及び/又は転轍機を備えることもできる。
【0005】
同様に、例えば、平面モーターを電磁式運搬機器として配備することができる。平面モーターは、例えば、製造プロセスにおいて使用することができ、複雑な移動プロファイルにより非常に柔軟な運搬プロセスを実現することができる。平面モーターは、長固定子リニアモーターと異なり、運搬領域として運搬面を有する。その運搬面は、基本的に二次元で、例えば、xy平面で実現される。駆動コイルは、運搬面内を二次元に動く磁界を発生させるために、運搬面内に分散して配置される。有利には、運搬ユニットにおける磁石は、磁界と協力して動作して、運搬面内において運搬ユニットを動かすために、同じく二次元に分散して配置される。それらの駆動コイルと磁石は、有利には、運搬面により決まる軸(xy平面内のx軸とy軸)に沿った一次元の動き以外に、運搬面内における運搬ユニットの複雑な二次元の動きも可能なように配置される。基本的に、運搬面内の一次元の動きだけを規定することも可能である。その場合、磁石と駆動コイルを単に一次元に配置することもできる。平面モーターの機能方式及び構造は、基本的に周知であり、例えば、特許文献1から読み取ることができる。
【0006】
利用者又は部外者が電磁式運搬システムの安全範囲に入って来た場合、特に、動く運搬ユニットによって、個人に対する危険が生じないことを保証するために、その個人を負傷から保護する必要がある。
【0007】
従って、電磁式運搬システムは、多くの場合、個人が近付くのを防止するために覆われている。しかし、電磁式運搬システムが覆われている場合でも、特に、設置作業及び/又は保守作業を実施する際に、利用者が電磁式運搬システムに近付く必要がある。そのような理由から、多くの場合、覆いに保護ドアが配備されている。しかし、保護ドアを通って電磁式運搬システムに近付くことは、時間がかかり、設置時間又は保守時間を長くする。
【0008】
しかし、その保護ドアが覆いによる独自の保護を無効にしてしまい、それにより、相応の保護ドアを開くことによって、再び個人を負傷させる大きな危険が生じることが特に大きな欠点として見做される。更に、覆いは、電磁式運搬システムの構築に関するコストを上昇させる。
【0009】
覆いに追加して、或いはそれに代わって、利用者又は部外者が電磁式運搬システムの安全範囲に入って来た場合に、電磁式運搬システムの運搬ユニットのエネルギー供給を停止することもできる。しかし、運搬ユニットが非常に小さい摩擦で非常に大きなモーメントを有するので、エネルギーを遮断した際、例えば、セーフ・トルク・オフ機能(STO機能)の時のシステム内部の制動特性が非常に低く、その結果、制動距離が長くなる。そこで、運搬ユニットのより速い制動を可能にする能動的な制動方式が欠点を除去することができる。特許文献2は、例えば、リニアモーターに取り付ける、制動作用を引き起こす特別な制動巻線を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
米国特許登録第9,202,719号明細書
米国特許公開第2012/193172号明細書
米国特許公開第2006/0220623号明細書
オーストリア特許公開第518721号明細書
オーストリア特許公開第519238号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の課題は、個人の特に良好な保護を可能にする、電磁式運搬システムに関する安全機能を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この課題は、本発明に基づく方法により、運搬領域内に安全範囲を設定して、所与の安全要件段階に応じて、運搬ユニットが安全な速度以下の速度、安全な力以下の運搬ユニットの力及び安全なエネルギー以下の運搬ユニットのエネルギーの中の一つ以上で安全範囲に到達することを保証するか、或いは運搬ユニットが安全範囲に到達することを阻止する安全機能を配備することよって解決される。
【0013】
更に、この課題は、運搬領域内に安全範囲を設定して、所与の安全要件段階に応じて、運搬ユニットが安全な速度以下の速度、安全な力以下の運搬ユニットの力及び安全なエネルギー以下の運搬ユニットのエネルギーの中の一つ以上で安全範囲に到達することを保証するか、或いは運搬ユニットが安全範囲に到達することを阻止するように構成された安全モジュールが配備された電磁式運搬システムによって解決される。この安全モジュールは、安全機能を実現する役割を果たす。
【0014】
この安全機能は、恒常的に作動しているか、さもなければ安全状態を発動することによって作動させることができる。
【0015】
この安全状態は、例えば、個人が電磁式運搬システムの危険範囲内に、特に、安全範囲自体の中に居る場合に発動することができる。個人を検知するために、例えば、フォトアイソレーター、レーザースキャナー、カメラシステム、保護ドアの安全接点などを配備することができる。しかし、この安全状態は、システムの過負荷、電圧の過剰上昇時にも、さもなければ、例えば、位置情報又は速度情報の喪失時にも発動することができる。この安全状態は、例えば、緊急信号の発出によっても発動することができる。
【0016】
本発明による所与の安全要件段階に応じた安全機能を準備することによって、電磁式運搬システムの負担のかかる覆いを省くことができ、それによって、保護ドアを通って入り込むリスクが解消される。それによって、利用者と電磁式運搬システムの間の協力した動作が容易になり、それにより、電磁式運搬システムの動作の効率と柔軟性が向上される。
【0017】
これらの安全要件は、標準シリーズ及び/又は標準、例えば、標準シリーズIEC61508に基づき規定することができ、標準シリーズとしてのIEC61508は、発行日付ではなく、版で示される。IEC61508の第1版又は第2版の安全要件を選択的に援用することができる。標準シリーズIEC61508は、異なる安全要件段階(SIL:安全度水準)間における危険のリスクに応じて相違する。この場合、SIL0は、非常に低いリスクを規定し、SIL4は非常に高いリスクを規定し、それら以外の残るリスクは、選定された安全要件段階に依存する。選定された安全要件段階に応じて、安全機能の動作形態を保証するための具体的な品質保証措置を定義することができる。この場合、特に、電磁式運搬システムの安全に関わる構成要素の障害時に、その構成要素が、定義されない状態に、そのため場合によっては、危険を招く状態に陥らないことを保証すべきである。
【0018】
有利には、この安全機能は、少なくとも部分的に、有利には、完全に冗長的に実現される。そのため、安全機能のコンポーネントの障害に対して予防することができる。電磁式運搬システム、例えば、長固定子リニアモーター又は平面モーターは、通常複数の運搬セグメントを有するので、対向する、或いは並んだ運搬セグメントの組合せによって、冗長性を実現することができる。
【0019】
そのために、この安全機能は、関与する運搬セグメントの各々において別個に冗長的に実現することができ、このことは、特に、個々の運搬セグメントがそれぞれ孤立した駆動部品である場合に有利である。この場合、冗長的な実施形態の相互依存性を減少させるか、或いは完全に回避することができる。
【0020】
有利には、この安全機能は、その安全機能の動作能力を検査する診断機能を有する。
【0021】
それにより、有利には、全ての動作状態において、安全機能の動作を検査して保証することができる。
【0022】
有利には、この安全機能は、少なくとも標準シリーズIEC61508に基づく安全要求第1(SIL1)を満たす。
【0023】
それにより、単一故障に対する安全性を保証することができ、このことは、安全機能において一つの故障が発生した後に、安全機能自体の動作が引き続き保証されたままであることを意味する。
【0024】
有利には、この安全機能は、標準シリーズIEC61508の中の少なくとも一つ及び/又はISO標準13849−1:2015−12,IEC標準62061:2005に基づく別の安全要求を満たす。
【0025】
それに対応して、安全モジュールは、少なくとも標準シリーズIEC61508に基づく安全要求第1(SIL1)を満たすとともに、特に有利には、標準シリーズIEC61508の中の少なくとも一つ及び/又はISO標準13849−1:2015−12,IEC標準62061:2005に基づく別の安全要求を満たすことができる。
【0026】
この安全機能の範囲において、当然のことながら、運搬領域内に、同じ又は異なる安全要件段階を満たす複数の安全範囲を設定することができる。同じように、異なる運搬ユニットに対して、同じ又は異なる安全範囲及び/又は安全要件段階を適用することができる。
【0027】
有利には、安全範囲は、運搬領域内の固定位置に設定され、この安全範囲は、特に有利には、移動方向に対して運搬ユニットの前に位置する、運搬領域の運搬セグメントの少なくとも一部を包含する。
【0028】
それにより、運搬領域内において、例えば、特に安全に関連する区画、例えば、危険な運搬セグメントを規定する固定的に設定された安全範囲を実現することができる。
【0029】
運搬領域内の安全範囲の位置は、動的に決定することもできる。この安全範囲は、運搬セグメントの始め又は終わりにおいて、さもなければ運搬セグメント及び/又は運搬ユニットの前又は後の固定的に与えられた、或いは柔軟に決定された間隔の所又は運搬領域上の固定的に与えられた位置において終始することができる。安全範囲の柔軟な位置及び/又は運搬セグメント及び/又は運搬ユニットの前又は後の安全範囲の柔軟な間隔は、例えば、運搬ユニットの有力なパラメータ(速度、荷重、移動方向、運搬品の特性(例えば、温度)など)、個人の位置などに基づき決定することができる。
【0030】
移動方向に対して運搬ユニットの前に安全な減速範囲を設定することができ、この場合、安全範囲は、この安全な減速範囲の後から始まる。平面モーターを電磁式運搬システムとする場合、例えば、安全範囲の周りに減速範囲を配置することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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