(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（１００）と少なくとも１つの搬送体（２００）とを備えた搬送装置（１０）であって、前記搬送装置（１０）は、前記少なくとも１つの搬送体（２００）をコントロールして、前記ステータ（１００）に対して相対的に搬送するように構成されており、
前記ステータは、可動に配置された複数の作動磁石（２６）を有しており、前記作動磁石（２６）のそれぞれは作動エレメント（１１４）を介して前記ステータ（１００）に接続されており、前記作動エレメント（１１４）は、前記作動エレメント（１１４）に接続された前記作動磁石（２６）の位置および／または向きを、前記ステータ（１００）に対して相対的に、コントロールして変更するように構成されており、
前記少なくとも１つの搬送体（２００）は、前記搬送体（２００）に対して相対的に不動に前記搬送体（２００）に接続されている少なくとも２つの定置磁石（２２）を有しており、
前記ステータ（１００）と前記少なくとも１つの搬送体（２００）とは前記少なくとも２つの定置磁石（２２）と前記複数の作動磁石（２６）とによって磁気的に連結されており、
前記搬送装置（１０）は、前記少なくとも１つの搬送体（２００）を、前記作動エレメント（１１４）による前記複数の作動磁石（２６）のコントロールされた位置決めおよび／または方向付けにより、前記ステータ（１００）に対して相対的に搬送するように構成され、
前記作動磁石（２６）は、１つ以上の永久磁石のみを有し、
前記搬送体（２００）は、３の並進自由度および３の回転自由度を有する、搬送装置（１０）。
【請求項２】
ステータ（１００）と少なくとも１つの搬送体（２００）とを備えた搬送装置（１０）であって、前記搬送装置（１０）は、前記少なくとも１つの搬送体（２００）をコントロールして、前記ステータ（１００）に対して相対的に搬送するように構成されており、
前記少なくとも１つの搬送体（２００）は、可動に配置された複数の作動磁石（２６）を有しており、前記作動磁石のそれぞれは作動エレメント（１１４）を介して前記搬送体（２００）に接続されており、前記作動エレメント（１１４）は、前記作動エレメントに接続された前記作動磁石（２６）の位置および／または向きを、前記搬送体（２００）に対して相対的に、コントロールして変更するように構成されており、
前記ステータ（１００）は、前記ステータ（１００）に対して相対的に不動に前記ステータ（１００）に接続されている少なくとも２つの定置磁石（２２）を有しており、
前記少なくとも１つの搬送体（２００）と前記ステータ（１００）とは前記少なくとも２つの定置磁石（２２）と前記複数の作動磁石（２６）とによって磁気的に連結されており、
前記搬送装置（１０）は、前記少なくとも１つの搬送体（２００）を、前記作動エレメント（１１４）による前記複数の作動磁石（２６）のコントロールされた位置決めおよび／または方向付けにより、前記ステータ（１００）に対して相対的に搬送するように構成され、
前記作動磁石（２６）は、１つ以上の永久磁石のみを有し、
前記搬送体（２００）は、３の並進自由度および３の回転自由度を有する、搬送装置（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも２つの定置磁石（２２）は、
１つの直線上に配置された２つの定置磁石（２２）であって、これらの定置磁石のうちの少なくとも１つの定置磁石の双極子モーメントは、前記直線に対して平行に向けられていない、２つの定置磁石（２２）と、
３つ以上の定置磁石（２２）と、
を有している、請求項１または２記載の搬送装置（１０）。
【請求項４】
前記複数の作動磁石（２６）および／または前記少なくとも２つの定置磁石（２２）は、搬送面に面して配置されており、前記搬送装置（１０）は、前記少なくとも１つの搬送体（２００）を、前記搬送面に沿ってコントロールして、前記ステータ（１００）に対して相対的に搬送するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項５】
前記少なくとも２つの定置磁石（２２）および／または前記複数の作動磁石（２６）はそれぞれ少なくとも１つの永久磁石を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの永久磁石は、少なくとも０．０５Ｔの磁束密度を有している、請求項５記載の搬送装置（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの永久磁石は、少なくとも０．１Ｔの磁束密度を有している、請求項５記載の搬送装置（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの永久磁石は、少なくとも０．２５Ｔの磁束密度を有している、請求項５記載の搬送装置（１０）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの永久磁石は、少なくとも０．５Ｔの磁束密度を有している、請求項５記載の搬送装置（１０）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの永久磁石は、少なくとも０．７５Ｔの磁束密度を有している、請求項５記載の搬送装置（１０）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの永久磁石は、少なくとも１Ｔの磁束密度を有している、請求項５記載の搬送装置（１０）。
【請求項１２】
前記複数の作動磁石（２６）は、それぞれ１つの磁石グループ（２４）を有しており、かつ／または前記少なくとも２つの定置磁石（２２）は、１つの磁石グループ（２４）に配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項１３】
各前記作動磁石（２６）が１つの磁石グループ（２４）を有している、請求項１２記載の搬送装置（１０）。
【請求項１４】
各前記作動磁石（２６）が１つの磁石グループ（２４）を有していて各磁石グループが複数の永久磁石を有している、請求項１２記載の搬送装置（１０）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの磁石グループ（２４）の前記複数の永久磁石は、少なくとも１つのハルバッハ配列により、前記磁石グループ（２４）の磁場が延在するように、配置されている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの磁石グループ（２４）の前記複数の永久磁石は、少なくとも１つのハルバッハ配列により、前記磁石グループ（２４）の磁場が搬送面に向かって延在するように、配置されている、請求項１５記載の搬送装置（１０）。
【請求項１７】
前記作動エレメント（１１４）は、前記作動エレメントに接続された前記作動磁石（２６）の位置および／または向きをコントロールして変更するように構成されている駆動エレメントを有しており、かつ／または前記作動エレメント（１１４）は、前記作動エレメント（１１４）に接続された前記作動磁石（２６）の位置および／または向きを検出するように構成されているセンサエレメントを有しており、かつ／または前記作動エレメント（１１４）は、前記作動エレメント（１１４）に接続された前記作動磁石（２６）の位置および／または向きを、予め規定された値となるように前記駆動エレメントによって調節するように構成されているコントロールエレメントを有している、請求項１から１６までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項１８】
前記搬送装置（１０）は、前記少なくとも１つの搬送体（２００）を、前記複数の作動磁石（２６）と前記少なくとも２つの定置磁石（２２）とによって、前記ステータ（１００）に対して相対的に、浮上させるように構成されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項１９】
位置特定ユニットをさらに有しており、前記位置特定ユニットは、前記ステータ（１００）に対して相対的な前記少なくとも１つの搬送体（２００）の相対位置および／または向きを検出するように構成されている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項２０】
移動装置をさらに有しており、前記移動装置は、前記ステータを周囲に対して相対的に動かすように構成されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項２１】
前記搬送体（２００）または前記ステータは、１つのエネルギ蓄え部を有している、請求項１から２０でのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項２２】
前記搬送体（２００）または前記ステータは、車両として形成されている、請求項２１記載の搬送装置（１０）。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの搬送体（２００）は、互いに相対的に可動な複数の構成部分を備えることにより、当該複数の構成部分同士の相対的な動作の自由度として、少なくとも１つの内部の自由度を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの搬送体（２００）は、当該搬送体（２００）全体の動作の自由度に加え、前記内部の自由度を有することで、６よりも多い自由度を有している、請求項２３記載の搬送装置（１０）。
【請求項２５】
前記ステータ（１００）および／または前記搬送体（２００）はカバー（１１２ａ）をさらに有しており、前記カバーは、前記ステータ（１００）と前記搬送体（２００）との間に作用する力を制限するように構成されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項２６】
前記定置磁石（２２）は、２次元的なハルバッハ配列として配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項２７】
前記定置磁石（２２）は、方形のかつ／または正方形のかつ／または六角形のかつ／または円形の配置を有している、請求項２６記載の搬送装置（１０）。
【請求項２８】
平坦に配置された前記定置磁石（２２）を備えた搬送体（２００）よりも大きな旋回範囲を有するように、前記定置磁石（２２）が前記搬送体（２００）に少なくとも部分的に円筒状にかつ／または球状に配置されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの搬送体（２００）は識別エレメントを有しており、前記搬送装置（１０）は、前記搬送体（２００）を前記識別エレメントによって識別するように構成されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３０】
前記ステータは、複数のステータモジュールを有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３１】
前記複数のステータモジュールは、互いに隣接して配置されている、請求項３０記載の搬送装置（１０）。
【請求項３２】
前記作動エレメント（１１４）は、回転作動装置として形成されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３３】
前記回転作動装置は、前記ステータ（１００）の作用面（１０２）に対して垂直な回転軸線を有している、請求項３２記載の搬送装置（１０）。
【請求項３４】
前記ステータ（１００）は湾曲された作用面（１０２）を有している、請求項１から３３までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３５】
前記作動磁石（２６）の自由度の数は少なくとも、前記少なくとも１つの搬送体（２００）がその自由度に沿ってコントロールされて搬送されるべき、かつ／または位置決めされるべき自由度の数である、請求項１から３４までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３６】
前記搬送装置（１０）は、非接触式の機械軸受として形成されている、請求項１から３５までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３７】
前記搬送装置は、電力供給が中断された場合に、前記少なくとも１つの搬送体を前記少なくとも１つのステータに位置固定するように構成されている、請求項１から３６までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３８】
荷重特定装置をさらに含み、前記荷重特定装置は、前記搬送体の荷重状態を検出するように構成されている、請求項１から３７までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項３９】
オブザーバ装置をさらに含み、前記オブザーバ装置は、前記ステータ（１００）に対して相対的な前記搬送体（２００）の質量および／または重心を検出するように構成されている、請求項１から３８までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）。
【請求項４０】
請求項１から３９までのいずれか１項記載の搬送装置（１０）を作動させる方法であって、前記少なくとも１つの搬送体（２００）が、前記ステータ（１００）に対して相対的な所望の位置および／または向きをとるように、前記作動エレメント（１１４）を駆動制御する、搬送装置（１０）を作動させる方法。
【請求項４１】
前記所望の位置および／または向きは６の自由度を有している、請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも１つの搬送体（２００）が、前記ステータ（１００）に対して相対的な所望の位置および／または向きをとるように、前記作動エレメント（１１４）を駆動制御するステップは、
前記ステータ（１００）に対して相対的な前記搬送体（２００）の実際位置および／または実際速度を特定するステップと、
前記ステータ（１００）に対して相対的な前記搬送体（２００）の目標位置および／または目標速度を決定するステップと、
前記目標位置もしくは前記目標速度からの前記実際位置および／または前記実際速度のずれを算出するステップと、
前記作動磁石（２６）の少なくとも１つの部分の目標位置を、前記各作動磁石（２６）が、前記搬送体の前記実際位置もしくは前記実際速度からの、前記目標位置および／または前記目標速度のずれを減じるように作用するように、計算するステップと、
前記各作動磁石（２６）を、前記各作動磁石が前記目標位置をとるように、前記作動エレメント（１１４）によって配置するステップと、
を有する、請求項４０または４１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータに対して相対的な搬送体のコントロールされた搬送のためのステータを備えた搬送装置および該搬送装置を作動させる方法に関する。好適には、本発明は、磁気的浮上の範囲において、対象物を浮遊搬送するために、かつ対象物を位置決めするためにかつ／または方向付けするために用いることができる。この場合、本発明は好適には、技術的な製造の範囲で、機械製作および装置製作で、物流で、または人員輸送において、使用することができる。
【０００２】
背景技術
技術的な製造の範囲では、しばしば、材料、ワークピース、工具、または成果物のような対象物を搬送または位置決めしなければならない。このために、従来は、搬送したい対象物に直接機械的に接触する接触式のシステムが使用され、例えばワークピースの搬送のためにベルトコンベヤ、押し出し装置、回転テーブル、またはモバイルロボットが、ワークピースまたは工具の位置決めのために軸システムまたは産業用ロボットが、加工プロセスおよびテストプロセスのために特別な装置が使用される。
【０００３】
例えば機械製作および装置製作において使用される非接触式の搬送システムも公知であり、例えば包装機械におけるベルトによる搬送のために、機械エレメントの位置決めのために、またはワークピースに対して工具をできるだけ精密に位置合わせするために、例えばレーザー加工のために、または半導体産業においてウェハステッパにおける基板の露光のために使用される。この場合、対象物を浮上させるためのシステムを使用することができる。
【０００４】
磁気的浮上における挑戦は、磁場で安定的に浮遊する構造体を形成することにある。さらなる挑戦は、浮遊する構造体を、目標とする規定に相応に自動的に、６つ全ての自由度で（並進と回転においてそれぞれ３つ）位置決めし、かつ／または動かすことにあり、このことは完全な磁気的浮上とも言われる。
【０００５】
このために、簡略化されたシステムを使用することができ、このシステムでは、磁気的に浮上する構造体の１つ以上の自由度が、例えば機械的な支持軸受により機械的に接触式にガイドされ、したがってさらに最大で５つの自由度しか磁気的にガイドすることはできない。したがって、これは完全な磁気的浮上はではない。
【０００６】
米国特許第８８０３６４６号明細書には別のシステムが開示されている。この公知技術では、１つの自由度が、すなわちジャイロの回転軸が、磁力ではなく慣性力により非接触式に安定化されることにより、磁気ジャイロが浮遊状態に保持される。これも完全な磁気的浮上はではない。
【０００７】
さらに、カナダ国特許出願公開第２９０５７８３号明細書には、導電基板上方のプラットフォームにおける回転する永久磁石から成る配列が開示されている。回転磁石が、導電基板において渦電流を発生させ、その磁場が永久磁石に衝突するので、プラットフォームは導電基板上で浮揚力を受ける。この場合、複数の自由度はコントロールされないので、これも完全な磁気的浮上ではない。
【０００８】
空気支持される平面モータも可能である。この場合、搬送体は非接触式にステータ上方で動く。浮上は、吸引力と反発力との均衡により得られ、この場合、吸引は、搬送体に設けられた電磁コイルと、ステータに設けられた構造化された強磁性のプレートとの間の磁力によるものであり、反発は通常、ニューマチック式の空気軸受、すなわち搬送体とステータとの間のエアクッションにより発生する。浮上状態は通常は、１ｍｍよりもずっと小さいものであり、移動は主として平面に、すなわち、６の自由度よりも小さいものに限定される。さらに搬送体はしばしばステータに電気的に配線されているので、ステータに複数の搬送体が存在している場合には特に、配線により、動きの自由度は著しく制限される場合がある。空気軸受が使用され、搬送体の６つ全ての自由度を位置決めできるわけではないので、このシステムも完全な磁気的浮上を提供しない。
【０００９】
６つの自由度と、配線により接続されていない搬送体とを備えた磁気浮上システムは、例えば文献、国際公開第２０１５／０１７９３３号により公知である。この形式のシステムはしばしば、多数のコアレス電磁コイルを備えたステータのフィールドにおける、永久磁石を備えた搬送体の磁気的反発に基づいている。搬送体の位置はセンサによって検出され、コイル電流の変更により調整される。このようなシステムにより、完全な磁気的浮上が可能であるが、多くの使用例のための適用性は限定的なものでしかない。特に、このようなシステムしばしば、いくつかの自由度において、とりわけステータ平面もしくは作用面もしくは搬送平面に対して垂直な次元において著しく制限された移動範囲しか有していないので、例えばＺ方向の上昇、傾動、および／または回転は、極めて限定的にしか可能ではない。
【００１０】
さらに、従来のシステムではしばしば停電は危険である。なぜならば、壁モードおよび天井モードでは搬送体がコントロールされずに落下する恐れがあり、この場合、損傷する恐れがあるからである。このような問題を回避するために特別な解決策が公知ではあるが、これはコスト、重量、効率の点で欠点となり得る。
【００１１】
したがって、３の並進自由度および３の回転自由度を有した搬送体を搬送するための確実かつ効果的な作動を可能にする搬送装置を提供することが望ましい。
【００１２】
発明の開示
本発明によれば、独立請求項の特徴を有する、ステータに対して相対的な搬送体のコントロールされた搬送のためのステータを備えた搬送装置および該搬送装置を作動させる方法が提案される。好適な構成は、従属請求項および以下の説明に記載される。
【００１３】
本発明によれば、ステータに対して相対的な搬送体のコントロールされた搬送が可能にされ、この場合、ステータおよび搬送体のうちの一方のエレメントが、少なくとも部分的に可動に配置された複数の作動磁石を有しており、この作動磁石のその都度の位置および／または向きをこのエレメントに対して相対的に、作動エレメントを介して、コントロールして規定することができ、ステータおよび搬送体のうちの他方のエレメントは、このエレメントに不動に接続された少なくとも２つの定置磁石を有しており、この定置磁石は作動磁石に磁気的に連結されている。搬送装置は搬送体を、複数の作動磁石のコントロールされた位置決めおよび／または方向付けにより、ステータに対して相対的に搬送するように構成されている。この場合、搬送は、特に、少なくとも１つの搬送体を、ステータに対して相対的な所望の位置および／または向きにもたらすことを含む。
【００１４】
本発明により、６の自由度で、すなわち３の並進自由度および３の回転自由度で、ステータに対して相対的に搬送体を完全に磁気的に浮上させることができる。このことは、搬送体の搬送を、従来のシステムよりも柔軟に行うことができるので、搬送装置の多面的な使用可能性が得られるという利点を有している。
【００１５】
さらに本発明は、ステータに対して相対的な搬送体の浮上および／または前進運動を、各作動エレメントによる、各作動磁石の相応の位置決めおよび／または方向付けにより可能であるという利点を提供する。これにより、複雑な装置を提供する必要はなく、磁石コイルの駆動制御を省くことができる。これにより、搬送装置の複雑性、したがって製造コストを減じることができるだけでなく、このような目的で使用される電磁コイルよりも著しく大きな磁束密度をしばしば提供することができる永久磁石の使用も可能である。これによりさらに、ステータと搬送体との間のより大きな上昇高さもしくはより大きなエアギャップを可能にすることができ、これによりＺ方向または傾動角度範囲および回転角度範囲における移動の際のより大きな移動の遊び空間が得られる。さらにこれにより、電気エネルギの供給が中断された場合も、必ずしも誤作動につながるわけではなく、または損傷の原因には全くならないという利点が得られる。特に、電力供給の中断は、磁場もしくはステータと搬送体との間の磁気的連結の喪失とはならない。例えば、電力供給中断の際には、定置磁石の吸引力作用に作動磁石の位置および／または向きが従い、これに続いて搬送体はステータへと引っ張られるならば、作動磁石と定置磁石との間の連結力を増大させることができ、これによりコントロールされていない落下に抗して保護されている。さらに、本発明によれば、ステータと搬送体との間の磁気的連結により、搬送体の浮上、すなわちステータ上方への上昇が、かつステータに対して相対的な搬送体の前進運動、すなわち搬送が可能とされ、この場合、このためにさらに別の接触式または非接触式のシステムは必ずしも必要ではないという利点が得られる。これにより非接触式の搬送が可能となるので、本発明による搬送装置は高度の清浄要件を有した環境においても使用することができる。例えば、ステータが外側の、僅かな清浄要件を有した環境に配置されている場合に、搬送体を、高度の清浄要件を有した環境において搬送することができる。ステータと搬送体との間のエアギャップを通って、例えば異なる清浄領域を分離するための分離エレメントが延在することができる。したがって、本発明は、生物学的、化学的、かつ／または薬学的な方法のもとでの使用、ならびに例えば気密、液密、かつ／またはカプセル内領域における使用にも適している。
【００１６】
さらに本発明は、搬送体およびステータにおいて必ずしも磁石コイルを設ける必要がないので、このようなコイルで生じる電流による搬送体および／またはステータの加熱を回避することができるという利点を提供する。これにより、熱的に臨界的な環境における本発明の使用または熱に敏感な物体の搬送のための本発明の使用が良好となり、電気エネルギの分散を減じることができるので、搬送装置のエネルギ効率は改善される。
【００１７】
磁気的連結による浮上もしくは搬送により、搬送体もしくは搬送装置から、揺れおよび／または振動および／または固体伝播音波を効果的に分離することができ、これにより本発明は、敏感な物体および／または人間の搬送にも使用することができる。
【００１８】
好適には、搬送装置は複数の作動磁石および／または複数の定置磁石を有している。特に好適には、作動磁石および／または定置磁石は、搬送面上方で、ステータ内にまたはステータ表面に、もしくは搬送体内にもしくは搬送体表面に配置されているので、搬送体は搬送面に沿って浮上され得、かつ／または搬送され得る。このようにして、搬送体を搬送することができる大きな領域を形成することができる。好適には作動磁石は、搬送体をコントロールして搬送すべき、もしくは位置決めすべき搬送体の自由度の数と少なくとも同じ数の自由度を全体で有している。 例えば、搬送体を６の自由度で搬送すべき、かつ／または位置決めすべき場合には、全体で６以上の自由度を有する複数の作動磁石を準備するのが好適である。このために例えば作動磁石を、各時点で、少なくとも６の作動磁石を備えた搬送体が相互作用するように構成することができる。
【００１９】
好適には、作動磁石の磁場および／または少なくとも２つの定置磁石の磁場は搬送面に向けられていて、すなわち磁極は搬送面に面している。この場合、搬送面は、搬送体がコントロールされて、ステータに対して相対的に搬送されるときに沿って動く面である。特に、搬送面は、ステータ平面および／またはステータの作用面に一致してもよい。例えば、ステータと、ステータによって浮上される搬送体との間に位置する面は搬送面を成すことができる。このように形成された配置により、作動磁石と定置磁石の磁気的連結が拡大され得る、もしくは最適化され得るという利点が得られる。好適には、作動磁石および定置磁石の磁極は互いに向き合っている、もしくはその磁場がオーバーラップを有する、かつ／または相互作用するように配置されている。この場合、好適には、磁場は、搬送面とは反対の方向で最小にされる。
【００２０】
好適には、少なくとも２つの定置磁石および／または作動磁石はそれぞれ少なくとも１つの永久磁石を有している。これは、ステータおよび／または搬送体における磁石コイルの使用を減じる、または完全になくすことができ、したがって搬送装置のエネルギ消費を減じることができるという利点を有している。さらに、永久磁石により、磁石コイルと比較して著しく強化された磁場を形成することができ、これによりさらに小さいスペースにおいて提供することができる。磁場を形成するために永久磁石を使用する場合は、例えば磁石コイルを使用する場合のように磁石に電力を供給する必要もない。さらに、永久磁石は電気的出力を発しないので、搬送装置の不都合な加熱にも寄与しない。特に好適には、定置磁石および／または作動磁石は、付加的な磁石コイルを有さずに１つ以上の永久磁石のみを有している。このようにして例えば、前進運動の際に障害となる電気エネルギのための供給ラインに、搬送体を接触させる必要をなくすことができる。
【００２１】
好適には、（表面の１つの点における）永久磁石は、少なくとも０．０５Ｔの、好適には少なくとも０．１Ｔの、さらに好適には少なくとも０．２５Ｔの、さらに好適には少なくとも０．５Ｔの、特に好適には少なくとも０．７５Ｔの、最も好適には少なくとも１Ｔの磁束密度を有している。特に、選択された磁束密度により搬送体の搬送および／または位置決めのために必要な力およびモーメントが得られるように、永久磁石を選択することができる。大きな磁束密度を有した永久磁石は例えば、より大きな昇降運動を行わせるために、かつ／またはより高い加速度を発生させるために、かつ／またはより重い荷重を搬送体によって搬送するために、利用することができる。
【００２２】
好適には、作動磁石は、好適には複数の永久磁石および／または磁石コイルを有する磁石グループを有している。好適には、定置磁石も少なくとも１つの磁石グループを形成しており、この磁石グループは好適には、複数の永久磁石および／または磁石コイルを有している。特に、１つの磁石グループの複数の磁石が直線に沿って配置されている場合には、複数の磁石を、その磁気的双極子が平行に向けられないように、もしくは同じ方向に向けられないように、特に全てがこの直線に平行に向けられないように、方向付けるもしくは配置するように、磁石を配置すると好適であり得る。この場合、双極子の非平行配置は、６の全ての自由度で搬送体を搬送するもしくは動かすために有利であり得る。
【００２３】
特に好適には、少なくとも１つの磁石グループの複数の永久磁石および／または磁石コイルは少なくとも部分的にハルバッハ配列により配置されている。この配置は、複数の磁石により発生する磁場が、ハルバッハ配列により連行される一方の方向では強化され、ハルバッハ配列により連行される他方の方向では減じられる、または全くなくなるという利点を提供する。このことは例えば、ステータと搬送体との間の一方の方向では磁場を強化することができ、他方の方向では磁場を弱めるまたはなくすことができるという点で有利であり得る。したがって、磁場を特に効果的に浮上のために利用することができ、かつ／またはハルバッハ配列を有する磁石を、相互に不利な影響を与えることなく互いに隣接するように、特に狭いスペースに配置することができる。好適には、磁石グループの磁場を好適には搬送面もしくは作用面に向かって延びるように、ハルバッハ配列が配置される。特に、ハルバッハ配列として配置することにより、連結力および連結モーメントが同じ場合には、磁石の総重量および／または慣性モーメントを減じることができる。最も好適には、全ての自由度において高い力およびモーメントを伝達するために、異なる空間方向でハルバッハ配列を形成する磁石が面状に配置されている。
【００２４】
好適には、作動エレメントは駆動エレメントを有していて、この駆動エレメントは、この作動エレメントに接続された作動磁石の位置および／または向きをコントロールして変更するように形成されている。例えば、このような駆動エレメントは、直接に、または伝動装置および／またはロッドを介して、作動磁石を動かすために、作動磁石に接続されている電気モータを有していてもよい。さらに、駆動エレメントは、複数の作動磁石をこの駆動エレメントによって動かすことができるように形成されていてもよい。このような配置は、作動エレメントに接続された作動磁石を個々に、その位置もしくは向きについて変更することができるという利点を有している。例えば、作動磁石を、１つの軸線および／または作動磁石の重心を中心として回転させるように、作動エレメントを構成することができる。さらに、駆動エレメントは、この駆動エレメントによって、少なくとも１つの作動磁石の１つ以上の自由度が動かされることができるように形成されていてもよい。さらに好適には、作動エレメントはセンサエレメントを有していて、このセンサエレメントは、この作動エレメントに接続された作動磁石の位置および／または向きを検出するように形成されている。これにより、作動磁石の向きおよび／または位置を制御することができ、作動磁石によって所望の作用を、効率的かつ効果的に与えることができる。さらに好適には、作動エレメントはコントロールエレメントを有していて、このコントロールエレメントは、この作動エレメントに接続された作動磁石の位置および／または向きを予め規定された値に合わせて駆動装置によって調節するように形成されている。例えば、コントロールエレメントは、制御ユニットおよび／または調整ユニットを有していてもよく、このユニットにより作動磁石の動きは駆動エレメントによって制御および／または調整される。このようにして、作動磁石の位置決めもしくは方向付けを特に迅速にかつ／または正確に行うことができる。
【００２５】
さらに搬送装置は、位置特定ユニットを有していてもよく、この位置特定ユニットは、ステータに対して相対的な少なくとも１つの搬送体の相対位置および／または向きを検出するように構成されている。例えば、位置特定ユニットは、光学センサおよび／または容量センサおよび／または、ホールセンサのような磁場センサを有していてもよく、磁場センサは、搬送体によって生じた磁場に基づき、ステータに対して相対的な搬送体の位置および／または向きを少なくとも部分的に検出する。
【００２６】
本発明のさらなる利点および構成は、説明および添付の図面により明らかである。
【００２７】
上述した特徴および以下にさらに説明する特徴は、それぞれ記載した組み合わせにおいてのみ使用可能であるのではなく、別の組み合わせにおいても、または単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく使用可能であることは勿論である。
【００２８】
本発明を実施例につき図面に概略的に示し、以下で図面を参照して詳しく説明するが、本発明は図示した実施例に限定されるものではない。
【００２９】
同じエレメントまたは類似のエレメントにはこの場合、同じ符号が付与される。簡潔にするために、相応の説明は繰り返さない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】好適な実施形態による搬送装置を概略的に示す図である。
【図１Ｂ】好適な実施形態による搬送装置を概略的に示す図である。
【図１Ｃ】好適な実施形態による搬送装置を概略的に示す図である。
【図１Ｄ】好適な実施形態による搬送装置を概略的に示す図である。
【図１Ｅ】好適な実施形態による搬送装置を概略的に示す図である。
【図２Ａ】好適な実施形態による搬送体を示す図である。
【図２Ｂ】好適な実施形態による搬送体を示す図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｍは、定置磁石もしくは磁石グループの配置を示す概略的な平面図である。
【図４Ａ】搬送体の好適な実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】搬送体の好適な実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】搬送体の好適な実施形態を示す図である。
【図５】付加的な機能を備えた好適な実施形態による搬送体を示す図である。
【図６Ａ】好適な実施形態によるステータを示す概略図である。
【図６Ｂ】好適な実施形態によるステータを示す概略図である。
【図６Ｃ】好適な実施形態によるステータを示す概略図である。
【図６Ｄ】好適な実施形態によるステータを示す概略図である。
【図７Ａ】磁石グループもしくは作動磁石の例としての配置を示す図である。
【図７Ｂ】磁石グループもしくは作動磁石の例としての配置を示す図である。
【図７Ｃ】磁石グループもしくは作動磁石の例としての配置を示す図である。
【図７Ｄ】磁石グループもしくは作動磁石の例としての配置を示す図である。
【図７Ｅ】磁石グループもしくは作動磁石の例としての配置を示す図である。
【図８Ａ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図８Ｂ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図８Ｃ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図８Ｄ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図８Ｅ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図８Ｆ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図８Ｇ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図８Ｈ】作動磁石および磁石グループの好適な実施形態および好適な配置を示す図である。
【図９Ａ】作動エレメントの好適な実施形態を示す概略図である。
【図９Ｂ】作動エレメントの好適な実施形態を示す概略図である。
【図９Ｃ】作動エレメントの例としての機能原理を示すブロック図である。
【図１０】位置特定ユニットの好適な実施形態を示す図である。
【図１１】例としての制御チャートを示す図である。
【図１２Ａ】搬送装置の好適な実施形態を示す図である。
【図１２Ｂ】搬送装置の好適な実施形態を示す図である。
【図１２Ｃ】搬送装置の好適な実施形態を示す図である。
【図１３】車両の好適な実施形態を示す図である。
【図１４】例としての方法の工程チャートを示す図である。
【００３１】
図面の詳細な説明
図１Ａには、好適な実施形態による搬送装置１０が、所属の座標系９００および９２０と共に概略図で示されている。図示された搬送装置１０は、機械テーブル１２上に配置されていて、ステータ１００と搬送体２００とを有している。ステータ１００と搬送体２００との間には浮上領域１４が概略的に示されていて、この浮上領域１４はこの場合、能動的に調整される磁場である。浮上領域１４は、ステータ１００もしくは搬送体２００内に形成されている作動磁石と定置磁石（図示せず）とによって、ステータ１００の作用面１０２に形成される。浮上領域１４は、ステータ１００と搬送体２００との間に位置しており、搬送体２００は浮上領域１４において浮遊している。鎖線では、オプションとして取り付け可能な気密のシール部材１６が概略的に示されており、このシール部材１６は、気密のシール部材１６の外側のステータ１００によって、気密のシール部材１６の内側の搬送体２００の搬送を可能とする。さらに、概略的に接続部１８が示されており、この接続部により搬送装置１０に電気エネルギを供給することができ、この接続部を介して通信データを入力および／または出力することができる。
【００３２】
ステータに対して相対的な搬送体の位置および向きはこの場合、Ｘ方向９０２、Ｙ方向９０４、Ｚ方向９０６に延在するステータ座標系９００に示すことができる。搬送体は、固有の搬送体座標系９２０を有しており、この搬送体座標系は、Ｘ１方向９２２、Ｙ１方向９２４、Ｚ１方向９２６に延在しており、回転角度９３２と、傾動角度９３４と、揺動角度９３６とを有する。
【００３３】
搬送装置１０はこの場合、好適には、搬送体２００が安定的に浮上し、並進移動と回転とに関して予め規定された目標曲線に沿ってガイドされるように調整される。
【００３４】
図１Ａでは、搬送装置１０がテーブルモードで示されており、すなわち１つの平面に配置されて、もしくは載置されているので、搬送体２００は地球の引力９４０によりステータ１００の方向に加速されているのに対し、図１Ｂでは搬送装置１０が壁モードで示されており、この場合重力は搬送体を搬送面に対して実質的に平行に加速する。この場合、ステータ１００と搬送体２００との間の磁気的連結は、重力を相殺するための力が、搬送面に対して同様に平行に作用するように調節されている。この場合、浮上領域１４は、搬送体２００の滑脱および／または転落を阻止する。作動磁石および定置磁石（図示せず）が永久磁石を有しているならば、電力供給が遮断された場合でも、場合によっては、滑脱および／または転落を阻止することができる。同様のことは、図１Ｃに概略的に示された天井モードにおける搬送装置１０にも当てはまる。
【００３５】
図１Ｄには、概略図で、互いに隣接して配置された３つのステータ１００もしくはステータモジュールを介して搬送される３つの搬送体２００を備えた搬送装置１０が示されており、ステータモジュールは平坦な作用面１０２を成している。さらに図１Ｄでは、搬送体２００の位置取りが、様々な上昇高さで、もしくはＺ方向９０６において様々な間隔で示されている。
【００３６】
図１Ｅには概略図で、別の好適な実施形態による搬送装置１０が示されており、この実施形態では１つの搬送体２００が、２つの別個のステータ１００によって搬送され、もしくは位置決めされ、もしくは方向付けられ、この場合、各ステータ１００は、搬送体における磁石配置の部分領域にのみ連結される。このようにして搬送体２００は、揺動角９３６方向で回転することができ、かつ／または回転角９３２方向で傾斜することができ、かつ／または傾動角９３４方向で傾動することができる。
【００３７】
図２Ａには、好適な実施形態による搬送体２００が概略図で、Ｘ１／Ｚ１平面における断面図で示されており、この場合、搬送体２００は、複数の定置磁石２２から成る磁石グループ２４を有している。図２Ｂは、図２Ａの搬送体の平面図である。搬送体２００はさらに、磁石グループ２４に上方もしくは下方で隣接して配置されている上側のカバーエレメント２０２と下側のカバーエレメント２０４とを有している。図示した実施形態では、上方および下方の様々な位置は、Ｚ１方向９２６に沿って示されている。Ｘ１方向９２２およびＹ１方向９２４の搬送体２００の側面には磁石グループ２４に隣接して縁エレメント２０６が形成されている。
【００３８】
この場合、搬送体２００は、搬送物２０とステータ１００との間の機械的な結合部材として機能する。好適には、搬送体２００は、機械的に堅固なエレメントとして形成されていて、上側のカバーエレメント２０２の上面上で搬送物２０を支持する、もしくは搬送するように構成されている。好適には、搬送物２０を、搬送体２００上に位置固定することができ、これにより搬送体２００と共に目標曲線に沿って、ステータ１００の上方をガイドすることができ、かつ／または目標位置に安定的に保持することができる。搬送体２００は、図示した実施形態では、電気的に受動的であり、すなわちその機能を実施するために、電気エネルギまたは電気的接続部を必要とせず、特に作動磁石を有していない。
【００３９】
搬送体２００は、図示した実施形態によれば、複数の定置磁石２２をＸ１／Ｙ１平面における面状の配置で有しており、これら複数の定置磁石は、磁石グループ２４として１つの幾何学的配置内で配置されており、この定置磁石２２の幾何学的配置は、搬送体２００に対して相対的に位置固定されていて、したがって定置磁石２２は、搬送体２００に対して相対的に動かない。例えば、上側のカバーエレメント２０２および／または下側のカバーエレメント２０４および／または縁エレメント２０６は、定置磁石２２を少なくとも部分的にその位置にもしくはその幾何学的配置に固定するように形成されていてもよい。選択的にまたは付加的に、搬送体２００は、定置磁石２２を位置固定するために１つ以上の別の構成部分を有することができる。好適には、定置磁石２２は、永久磁石を有している、かつ／または永久磁石として形成されている。特に好適には、定置磁石２２は、希土類合金から成る永久磁石を有している。
【００４０】
この場合、磁石もしくは定置磁石２２の位置とは、好適には重心の位置を意味する。各定置磁石の磁化方向は、双極子ベクトルにより示され、シンボル的に矢印として図示されている。したがって、図２Ａからわかるように、図示した実施形態では、各定置磁石２２は、その磁化方向に関して、それぞれ隣接して配置された定置磁石２２とは異なるように配置されている、もしくは方向付けられている。これらの磁石は図示した例ではハルバッハ配列を成しており、その磁場はＺ１方向では特に強力であり、反対方向では弱められている。好適には、定置磁石２２として、実質的に均一に磁化されている磁石が使用され、これにより、各定置磁石２２の個々の部分体積の双極子ベクトルは、定置磁石２２の全双極子ベクトルとほぼ同じ方向に向けられている。双極子ベクトルは、矢印先端の方向を指している。
【００４１】
搬送体２００における定置磁石２２の配置は好適には、ステータ１００における作動磁石２６（例えば、図７参照）の配置に、各ステータ１００上の搬送体２００の１つの作動領域において、搬送のために必要な力およびモーメントをステータ１００から搬送体２００へと伝達することができるように、かつ／または搬送体２００の所望の全ての自由度が独立的に制御可能であるように、調節されている、もしくは適合されている。
【００４２】
図３Ａ〜図３Ｍには、磁石グループ２４を形成する定置磁石２２の様々な配置が、概略的な平面図で示されている。この図でも、矢印は、各定置磁石２２の磁化方向を示しており、点もしくは×が示されている定置磁石２２は、Ｚ１方向９２６で図平面から外に延在する、もしくは図平面内に延在する磁化方向を有している。
【００４３】
図３Ａ〜図３Ｇには、規則的な方形のパターンの定置磁石２２の様々な配置が示されている。好適には、搬送体２００は少なくとも２つの定置磁石２２を有しており（図３Ａ参照）、これらの定置磁石は、１つの直線上に線的に配置されており、定置磁石のうちの少なくとも１つの定置磁石の双極子モーメントは、この直線に対して平行に向けられていない。このことは、搬送体２００を６つ全ての自由度において制御できるようにするために、もしくはコントロールして動かすことができるようにするために、特に好適である。好適には、搬送体２００はそれぞれ少なくとも３つの定置磁石２２（図３Ｂ〜図３Ｇ）を有しており、これらの定置磁石は１つの空間的な平面に、例えばＸ１−Ｙ１平面に位置しており、かつ／または複雑な３次元的な空間配置を形成する。
【００４４】
定置磁石２２が全て１つの配置平面に配置されている配置は、配置平面に対して平行な並進運動を主に実施する、かつ／またはステータ１００のＺ軸線を中心として、もしくは各搬送体２００のＺ１軸線を中心として回転する使用に特に適している。
【００４５】
磁石グループ２４は、少なくとも１つのハルバッハ配列として配置されている好適な定置磁石２２を有している。１つもしくは複数のハルバッハ配列は好適には、磁場もしくは磁場強度がステータ１００の方向で高められ、かつ／または搬送物２０の方向で、かつ／または場合によっては隣接された搬送体２００の方向で減じられるように、向けられ、配置されている。とりわけハルバッハ配列を成す定置磁石２２の例としての配置は図３Ｄ、図３Ｆ、図３Ｇに示されている。長さλは、１つのハルバッハ周期の長さを、すなわち１つのハルバッハ配列の１つの周期を示している。
【００４６】
図３Ｈ〜図３Ｋには、定置磁石２２が六角形のパターンに沿って配置されている磁石グループ２４が示されている。この場合、図３Ｉ〜図３Ｋの配置は、２次元的なハルバッハ配列の配置に基づいている。図３Ｌ〜図３Ｍには、定置磁石２２が円環のパターンに沿って配置されている磁石グループ２４が示されている。特に図３Ｌに示された配置では、定置磁石２２が、それぞれ７２°の角度範囲にわたる５つのハルバッハ配列もしくはハルバッハ周期に配置されている。この場合、定置磁石２２は、１８°の角度間隔を置いて等距離で配置されている。図３Ｍの配置は、図３Ｌに示した配置に加えて付加的に、半径方向に配置された５つのハルバッハ配列を有しており、このハルバッハ配列は、円環配置の中心点もしくは中央で、１つの共通の定置磁石２２を共有している。このような形式の配置を、好適には正方形のパターンを備えたステータ磁石配置と組み合わせることができる。特に、このような形式の配置は、作動磁石と定置磁石との配置に関する特異点を互いに阻止するために好適であり得る。
【００４７】
図４Ａ〜図４Ｃは、定置磁石２２が３次元的な配置で配置されている磁石グループ２４を有する、搬送体２００の好適な実施形態を示している。良好に図示するために、下側のカバーエレメント２０４および上側のカバーエレメント２０２は示されていない。この場合、図４Ａには、定置磁石２２の部分円筒状の配置が示されており、この配置は、例えばＹ１軸線を中心とした回転の際に、拡大された旋回領域を提供することができる。図４Ｂには、定置磁石２２の球欠状の配置が示されており、この配置は、Ｘ１軸線を中心とした回転およびＹ１軸線を中心とした回転の際に、比較的大きな旋回領域を提供することができる。両配置は、Ｚ１軸線を中心とした回転可能性もしくは旋回可能性に関して制限を必要とするものではない。
【００４８】
湾曲平面に沿った定置磁石２２の配置は、搬送体２００の少なくとも１つの方向において高められた旋回角度範囲を提供する。例えば、その湾曲した周面がステータ１００上の作用面として浮上する円筒状の搬送体２００は、場合によっては円筒軸線を中心としてエンドレス回転を実施することができる。付加的に、ステータ１００のＺ軸線を中心としたエンドレス回転が可能であり得る。
【００４９】
２つの空間方向で湾曲された面により、例えば、旋回角度範囲を、搬送体２００の２つの空間方向に拡大することができる。例えば場合によっては、定置磁石２２を備えた球状の搬送体２００は、全ての空間方向でエンドレス回転を実施することができる。
【００５０】
搬送体２００は、例えば図４Ａおよび図４Ｂに示されたように、磁石が備えられた湾曲面と、搬送物を保持するために形成された平坦面とを備えた円筒区分または球欠として形成されてもよい。このような配置は例えば、付加的にＺ１軸線を中心とした回転および好適には全ての空間方向で並進運動を実施することができる、大きな旋回角度範囲（例えば９０度）を有したゴニオメータステージを実現する可能性を提供することができる。このような装置は、例えば搬送物２０として挿入されるワークピースを広い範囲で、処理工具の下方でまたはテスト手段の下方で自由に位置決めし、かつ／または方向付けることができるので、レーザー加工のような加工プロセスにおいて、または工業的なイメージ処理のようなテストプロセスにおいて好適に使用することができる。付加的に、オプションとしてワークピースを迅速に、プロセス位置へと搬送し、かつプロセス位置から搬出することができるので、プロセスが利用できないためにしばしば経済的には非効率的なワークピース交換時間を最小限にすることができる。
【００５１】
図４Ｃは、定置磁石２２がアングル状の配置で配置されている別の好適な実施形態による搬送体２００を示している。特に図示した搬送体２００は、第１の脚に沿って水平にＸ１／Ｙ１平面内へと延在していて、第２の脚に沿ってＸ１／Ｚ１平面内へと延在している定置磁石２２を有している。このようにして、例えば異なる時点で、または同時に、異なる配置のステータ１００から、例えば水平に配置されたステータ１００および垂直に配置されたステータ１００から浮上するために、もしくは搬送されるために、例えば図示したように水平の作用面および垂直の作用面のような２つの作用面を有する搬送体２００を提供することができる。このような形式の配置は、例えば、交換が行われている間に、異なる向きの作用面で作動される搬送体２００において使用することができる。例えば、搬送体２００は、９０°の角度で配置された２つの作用面を有することができる。これが、互いに９０°の角度を置いて配置されている、この場合、一方のステータ１００は水平に、他方のステータ１００は垂直に作動される、２つのステータから成る配置で作動される場合、例えば必ずしも中断せずに、地面モードから壁モードに切り替えることができる。
【００５２】
搬送体２００の、例えば定置磁石２２のような、例えば個々の構成要素をまとめて保持する搬送体２００の構造体構成部分もしくはケーシングもしくはフレームは、好適には、例えばプラスチックおよび／またはセラミックおよび／または非鉄金属のような非強磁性材料から成る。構造体構成部分は、オプションとして、例えば他の搬送体２００に対するスペーサとして働く、磁石を備えていない縁エレメント２０６を有しているので、好適には、２つの互いに接触する搬送体２００の間の相互の接触力を画定し、両搬送体２００の自由な位置決め可能性を、好適にはそれらが接触している場合でも阻害しない。
【００５３】
搬送体２００には、ステータ１００に面した側に下側のカバーエレメント２０４が設けられており、この下側のカバーエレメント２０４は、例えば好適には、搬送体２００の周囲にあり得る物体に対するスペーサとして作用し、好適には間隔を、したがって定置磁石２２の最大の作用力を確実に画定することができる。これにより例えば、例えば強磁性の対象物の不適切な接近の際に指を挟まれる危険といった、搬送体２００を取り扱う際のケガの危険を減じることができる。さらに好適には、搬送体２００が、ステータ１００の作動磁石に加える力およびモーメントを好適には制限することができるので、ステータ１００における駆動装置もしくは作動磁石に対する過剰な負荷を制限することができる。さらに好適には、保持力が比較的僅かであるので、付着する強磁性粒子に関し搬送体２００の改善されたクリーニングが達成される。例えば、誘導エネルギ伝達のためのコイル、または搬送体２００の認識のためのデータキャリアのような付加的な機能を下側のカバーエレメントに付加的に組み込むことも好適であり得る。
【００５４】
例えば共に１つの機能を実施するために、複数の搬送体２００を機械的かつ／または制御技術的に連結することができる。例えばそのロッドが別個の搬送体２００によって能動的に駆動され、位置決めされる、受動的な機械的ロッド機構により、取り扱い任務が実施されてもよい。別の例では、複数の搬送体２００が、好適には同期的に動かされ搬送されることにより、共に、例えば個々の搬送体２００にとっては重すぎる荷重を搬送することができる。
【００５５】
搬送体２００は、別の好適な実施形態によれば、内部の自由度も有しており、例えば、互いに相対的に可動な複数の構成部分から成っていてもよく、これにより搬送体は好適には全体として６以上の自由度を有している。構成部分のうちの複数に定置磁石２２を設けることにより、好適には搬送体２００の６以上の自由度を能動的に制御することができる。図５に示したように、例えば、搬送体２００内に回転可能に支持されたディスク２０８を別個に回転させることができ、これにより例えば搬送物２０のためのグリッパ機能または緊締機能のような、付加的な機能を搬送体２００において実施することができる。
【００５６】
さらに、好適な実施形態による搬送体２００は、別の付加的な機能のための機能グループを備えている。例えば、好適には回転可能に支持され、磁石を備えたディスクが、搬送体２００内でステータ１００により能動的に駆動されることにより機械的なエネルギ伝達を行うことができる。駆動のために、ディスクはステータ１００によって例えば７つ目の自由度として扱われる。例えばステータ１００および搬送体２００にそれぞれ、誘導エネルギ伝達のためのコイルを組み込むことにより、オプションとして、非接触式の電気エネルギ伝達を実現することもできる。選択的にまたは付加的に、例えばステータ１００内で永続的に回転する磁石により、搬送体２００内のコイルにおいて交流電圧を誘導することができ、これは好適には搬送体２００における電流供給部として利用することができる。搬送体２００の移動の際には、付加的な機能を発動するという課題は継続的に、例えば誘導コイルの作用領域にある別の磁石グループ２４もしくはステータ１００の作動磁石に伝達される。ステータ１００と搬送体２００との間の例えば非接触式のデータ伝達は、例えば誘導的なかつ／または光学的な送信機および受信機によって実現することができる。さらに、オプションとして、搬送体２００の位置特定および／または識別を提供することができる。例えば、ステータ１００に設けられたカメラに基づく光学センサが、搬送体２００の、ステータ１００に面した側に取り付けられた位置コードまたは識別コードを読み取ることができる。例えば、搬送体２００の少なくとも一部に、バーコードのような識別要素を設けることができ、この識別要素に基づき搬送装置１０もしくはステータ１００は、その都度の搬送体２００を識別することができる。
【００５７】
図６Ａおよび図６Ｂには、好適な実施形態によるステータ１００の概略的な斜視図（図６Ａ）と横断面図（図６Ｂ）とが示されている。この場合、ステータ１００は複数の作動磁石２６を有しており、これらの作動磁石はそれぞれさらに１つの磁石グループ２４を有している。作動磁石２６は、ステータケーシングの構造体構成部分１１２によって少なくとも部分的に取り囲まれている。磁石グループ２４は、この場合、図示した好適な実施形態では、ステータ１００の１つの面もしくは側面に配置されていて、この面は図示した例ではステータ１００の上面である。図６Ａに示した図では、磁石グループ２４は全て同様に方向付けられている、すなわち、磁石グループ２４に属する磁石の個々の双極子ベクトルから発生する全てのもしくは効果的な双極子ベクトルは、平行に配置されているが、磁石グループ２４は、少なくともその配置平面においてステータケーシングに対して相対的に回転することができるように可動に構成されている、もしくは配置されていることが指摘される。図６Ｂの横断面図では、各磁石グループ２４に３つの磁石しか示されていないが、磁石グループ２４は３つよりも少ないまたは多い磁石を有していてもよく、これらの磁石は１次元的、２次元的、または３次元的な配置で配置されてもよい。
【００５８】
作動磁石２６もしくは磁石グループ２４は作動エレメント１１４に接続されていて、作動エレメントによって作動磁石もしくは磁石グループの位置および／または向きを変更させることができる。作動エレメント１１４はこの場合、例えば電気モータのような少なくとも１つの駆動装置を有しており、この駆動装置は好適には駆動軸および／または伝動装置および／またはロッドを介して磁石グループ２４に接続されている。
【００５９】
少なくとも１つの搬送体２００をガイドするために必要な磁場は、ステータ１００の磁石グループ２４もしくは作動磁石２６のコントロールされた、例えば調整された運動により発生する。磁石グループ２４により生じた磁場は少なくとも部分的に、ステータ１００の作用面１０２から出て行き、搬送体２００における定置磁石２２に力および／またはモーメントを加える。搬送体２００における力および／またはモーメントの方向および強度は、ステータ１００における作動磁石２６もしくは磁石グループ２４の位置もしくは向きにより影響される。ステータ１００における作動磁石２６もしくは磁石グループ２４の位置はこの場合、好適には、搬送体２００が浮上し、所定の目標曲線に相応に６つ全ての次元でガイドされ、または所定の目標向きを有した所定の目標位置で安定的に保持されるように、調整される。
【００６０】
図６Ｂに示したように、ステータ１００は可動な作動磁石２６の配置を有している。作動エレメント１１４は、磁石グループ２４もしくは作動磁石２６の向きおよび／または位置を目標値に相応に変化させることができる。このために、搬送体位置特定エレメント１１６は、ステータ１００上で搬送される全ての搬送体２００の、もしくは各ステータ１００の作用範囲にある全ての搬送体の実際位置を特定するように形成されている。例えば、搬送体位置特定エレメント１１６は、センサ層および／またはセンサを備えたプリント基板を有していてもよい。制御エレメント１２２は、好適には、搬送体位置特定エレメント１１６により提供されたセンサ信号を評価し、例えば上位に位置する装置に提供することができる。作動エレメント１１４は例えばプリント基板１２０を介して接触される。
【００６１】
さらに、図示した好適な実施形態によるステータ１００は、磁石位置特定エレメント１１８を有していてもよく、この磁石位置特定エレメント１１８によって、磁石グループ２４もしくは作動磁石２６の実際にとっている位置および／または向きを算出することができる。例えば、磁石位置特定エレメント１１８は、センサ層を有していてもよい。
【００６２】
ステータ１００における磁石グループ２４の配置は好適には、平坦で、すなわち好適には全ての磁石グループ２４が１つの平面に配置されている。
【００６３】
図６Ｃおよび図６Ｄには、別の好適な実施形態によるステータ１００が示されており、このステータは、図６Ａおよび図６Ｂに示した実施形態と同様に、付加的にカバー１１２ａと、オプションとしてのコイル層１２８とを有している。カバー１１２ａは好適には、非強磁性材料から形成されている。磁石グループ２４から生じる磁場は、例えば少なくとも部分的にプラスチックおよび／または非磁性金属および／またはセラミックおよび／またはガラスから製作されているカバー１１２ａを通って外部へと広がる。カバー１１２ａは例えば、ステータ１００の内部を、搬送体２００の作業空間に対して遮蔽し、したがって粒子の進入および／または流出は回避される。さらにカバー１１２ａは、ステータ１００の外側における物体に対する、ステータ１００における作動磁石２６の最大の作用力を確実に制限するために働く。この場合、カバー１１２ａ上に載置される搬送体２００が好適には作動エレメント１１４をブロックしないように、間隔を設計することができる。付加的に、規定されない形式でカバー１１２ａ上に載置される強磁性の部分に対する吸引力は好適には、この吸引力が容易に再び解消可能であり、取り扱いの際に損傷が生じないよう制限される。
【００６４】
コイル層１２８は例えば、内部に位置するコイルを有する多層のプリント基板として形成することができる。
【００６５】
カバー１１２ａの、少なくとも１つの搬送体２００に面した表面は、好適にはステータ１００の作用面１０２を成している。オプションとして、作用面１０２からの作動磁石２６の全ての磁石グループ２４の間隔を拡大する機械的な引き戻し装置を設けることができる（図示せず）。引き戻し装置は、例えば搬送装置１０の停止時に自動的に作動することができ、これにより停止時に、作用面１０２から出る磁場が確実に制限される。したがって例えば、作用面１０２の前で危険のない取り扱いが可能であり、付着した強磁性粒子のクリーニングを容易にすることができる。
【００６６】
ステータ１００は好適には、重力に対して任意の方向で作動することができ、例えばテーブルモード（搬送体２００は作用面１０２の上方に浮遊する）、壁モード（搬送体２００は作用面１０２の横で浮遊する）、天井モード（搬送体２００が作用面１０２の下方で浮遊する）で作動することができる。加速された関連系内または無重力下でのシステム全体の作動も原則的には可能である。
【００６７】
好適には、ステータ１００はモジュール式に構成されているので、同形式のかつ／または異なるステータモジュールを簡単に、好適にはシームレスに、互いに連結させることができる（図１Ｄ参照）。ステータモジュールは好適には、データ接続部１２４を、例えば通信通路を備えていて、これによりステータ１００の状態ならびにステータ上に位置する搬送体２００の状態に関する情報を、好適にはリアルタイムで伝えることができる。
【００６８】
搬送体２００は好適には、一方のステータモジュールから他方のステータモジュールへと自由にスライドすることができる。したがって好適には、搬送体２００の作動領域を必要に応じて拡大することができる。さらに各モジュールは好適には、エネルギ供給のためのインターフェース１２６と、別のステータモジュールに連結し、１つの装置に簡単に統合するための機械的なインターフェースとを有している。
【００６９】
ステータ１００の磁場は好適には、磁石グループ２４のほぼ面状のもしくは平坦な配置により形成される。磁石グループ２４の配置は、好適には、磁石グループ２４の規則的な方形のパターンを形成するが、別の規則的な配置および不規則的な配置も可能である。
【００７０】
図７Ａ〜図７Ｅには、磁石グループ２４もしくは作動磁石２６の例としての配置が示されている。例えば図７Ａには、方形の、特に正方形のパターンによる磁石グループ２４の配置が示されている。図７Ｂには、六角形のパターンによる磁石グループ２４の配置が示されている。図７Ｃには、方形のパターンによる異なる磁石グループ２４の配置の例が示されている。例えば、磁石グループは、その磁気双極子モーメントが異なっていてもよい。さらに、磁石グループのいくつかを高速回転または低速回転するように、異なる伝動装置を介して駆動装置に接続されていてもよく、かつ／または異なる駆動装置によって作動されてもよい。回転軸線が、配置平面に対して実質的に垂直に位置することを意図する場合、図７Ａ〜図７Ｃによる配置は特に好適である。さらに、図示された図７Ｄおよび図７Ｅの配置では、磁石グループが駆動軸２８を介して駆動装置に接続されており、この駆動軸は実質的に作用面１０２に対して平行に延在している。図７Ｄの配置では駆動軸２８は平行に延在しており、図７Ｅの配置では少なくともほぼ放射状もしくは円環状に延在している。
【００７１】
１つの作動磁石２６は好適な実施形態によれば、図８Ａおよび図８Ｂに示されたように、個々の磁石から形成されていて、選択的には１つの磁石グループ２４における複数の磁石の配置により形成されており、磁石は好適には、図８Ｃおよび図８Ｄに示されたように、機械的に互いに不動に接続されている。選択的に、１つの作動磁石２６を、様々に磁化された複数の領域を有する１つの磁石グループ２４から形成することができる。好適には、磁石グループ２４は、作用面の方向に向けられているハルバッハ配列（図８Ｃおよび図８Ｄ）を形成している。この配列は、磁束密度を、作用面１０２の方向では拡大し、その他全ての方向では、特に隣接する磁石グループ２４の方向では減じる、という利点を提供する。図８Ａ〜図８Ｄに示した作動磁石２６もしくは磁石グループ２４はこの場合、駆動装置の駆動軸線が、作用面１０２に対して垂直に立っているように、駆動軸２８に接続されている。この場合、角度αは、駆動軸２８の、もしくは作動磁石２６の、もしくは磁石グループ２４の作動角度を示す。
【００７２】
図８Ｅおよび図８Ｆに示した配置では、作動磁石２６もしくは磁石グループ２４は、駆動軸２８が作用面１０２に対して実質的に平行に延在するように、各駆動軸２８に接続されている。したがってこのような配置では、Ｘ軸線９０２を中心とした作動磁石２６もしくは磁石グループ２４の回転が行われる。
【００７３】
図８Ｇには概略的に、１つのステータ１００における正方形のパターンによる６×６の磁石グループ２４の好適な実施形態による配置が示されており、この場合、磁石グループ２４はそれぞれハルバッハ配列として形成されている。このような形式の磁石グループ２４の好適な実施形態による、特に典型的な寸法を備えた個々の磁石グループ２４の詳細な図は、図８Ｈに示されている。
【００７４】
磁石グループ２４は好適にはステータ１００において個々に調節可能であり、すなわちその位置および／または向きを変更することができる。磁石グループは好適には、直線移動および／または回転および／または重畳された動きを行うことができる。好適には回転は、駆動軸２８の構造的に不動に予め規定された回転軸線を中心として行われる。回転により、磁場の効果的な変更を達成するために、磁石グループ２４の優勢の双極子ベクトルは好適には、駆動軸２８の回転軸線に対して垂直に向けられている。
【００７５】
磁石グループ２４の回転軸線は、作用面１０２に関して異なるように向けられていてもよい。好適には回転軸線は、作用面１０２に対して垂直にかつ／または平行に向けられている。隣接する磁石グループ２４の間隔は、磁気的な相互作用により生じる、磁石グループ２４へのトルクが、搬送体２００により生じる典型的なトルクと比較して僅かであるように選択されている。
【００７６】
磁石グループ２４の位置決めおよび／または方向付けのために、好適には直線移動および／または回転および／または重畳された動きを実施することができる作動エレメント１１４が使用される。作動エレメント１１４は好適には少なくとも１つの磁石グループ２４を動かす。好適には、３６０°の角度範囲をカバーすることができ、好適にはエンドレスの回転を実施することができる作動エレメント１１４が使用される。このことは、搬送体２００の多くの移動にとって有利である。
【００７７】
図９Ａおよび図９Ｂには概略図で、作動エレメント１１４の好適な実施形態が示されている。好適には、作動エレメントは駆動装置を有しており、この駆動装置は例えば、電気モータのようなモータ３４を有していて、このモータはオプションとして伝動装置３２および駆動軸２８を介して作動磁石２６もしくは磁石グループ２４に機械的に接続されている、もしくは連結されている。好適には作動エレメント１１４は、作動角度αを求めるためのセンサ３０を有していて、オプションとして、作動角度αを好適には迅速かつ精密に所定の目標位置に合わせて調節するもしくは調整することができる調整装置（図示せず）を有している。
【００７８】
例えば、作動エレメント１１４は電気モータを有しており、その軸には少なくとも１つの磁石グループ２４が組み付けられている。センサ３０は、駆動軸の回転角度αを測定し、オプションとして後方に接続された駆動力増幅装置を備えたＰＩＤ調整装置は、好適にはモータ３４を駆動制御する。トルクまたは回転数を高めるために、モータ３４と駆動軸２８との間に伝動装置３２を設けることができる。伝動装置３２は例えば、セルフロック式であってもよく、これによりモータ３４には、トルクを維持するために一定の角度位置で電流を供給する必要はない。
【００７９】
図７Ａ〜図７Ｅに例として示した、１つの規則的なパターンにおける同形式の磁石グループ２４の平坦な配置は、この場合、好適には、各磁石グループ２４を別個の作動エレメント１１４によって駆動することができる、もしくは動かすことができるように構成されている。この場合、例えば図７Ｃに示した大小の磁石グループ２４を異なる作動エレメント１１４によって駆動することができ、この場合、例えば大きい磁石グループ２４は、高いトルクと大きい慣性を有した作動エレメント１１４（例えば伝動装置）によって駆動制御され、小さい磁石グループ２４は、低いトルクと低い慣性を有した作動エレメント１１４によって駆動制御される。図７Ｄに例として示された配置では、駆動軸２８が作用面１０２に平行に延在しており、好適には各駆動軸２８が複数の磁石グループ２４を駆動する。
【００８０】
複数の駆動装置を有した作動エレメント１１４は、好適には１つの磁石グループ２４の複数の自由度に影響を与えることができる。例えば、２つの空間方向で回転可能にカルダン状に支持された磁石グループ２４を２つの作動エレメント１１４によって２つの異なる空間方向に回転させることができる。
【００８１】
電気モータの代わりに別の駆動システム、例えばソレノイドまたはピエゾ駆動装置を使用することもできる。
【００８２】
高い動力学を達成するために、主慣性軸線を中心として僅かな慣性モーメントによって磁石グループ２４を回転させると好適であり得る。回転軸線は好適には、不均衡に基づくステータ１００の振動を防止するために、各磁石グループ２４の重心を通って延在する。機械的な駆動装置の慣性を補償するために、例えば作用面１０２の下方に付加的にコイル（図６Ｃおよび図６Ｄ参照）を装着することができ、このコイルは例えば高い動力学により比較的小さい補正力および／または補正モーメントを搬送体２００に加えることができる。ステータ１００の作用フィールド、もしくは浮上フィールド１４、もしくは磁場は、作動磁石フィールドとコイルフィールドとの重畳により得られ、この場合、コイルフィールドは確かに場合によっては著しく弱いが、より迅速に変化可能である。
【００８３】
駆動装置ならびに駆動増幅装置は作動中、加熱される恐れがあるので、冷却装置を設けることができ、冷却装置は、例えば冷却体を介した放熱装置により、または通気およびステータ１００に設けられた適切な通気通路により駆動装置および／または駆動増幅装置を冷却する（例えば図６Ｂ参照）。
【００８４】
図９Ｃには、ブロック図で、作動エレメント１１４の機能原理の例が示されている。この場合、例えば調整装置１００２が、各磁石グループ２４の目標位置１００１を伝達する。次いで、駆動増幅装置１００３を介して駆動装置１００４を、磁石グループ２４が場合によっては伝動装置１００５を介して相応に駆動制御されるように、駆動制御することができる。相応のセンサ１００６を介して、磁石グループ２４の実際の角度位置もしくは実際位置１００７を検出することができ、さらに位置調整装置に供給することができ、これにより磁石グループのできるだけ正確な位置決めおよび／または方向付けを行うことができる制御回路が生じる。
【００８５】
別の好適な実施形態によれば、搬送装置は位置特定ユニットを有している。位置特定ユニットは、少なくとも１つの搬送体２００の位置および／または向きを、ステータ１００の作用面に対して相対的に検出することができるように、好適には周期的に、特に好適には高い頻度および僅かな潜伏時間で検出することができるように、形成されている。好適にはこの場合、搬送体２００の全ての自由度が検出される。測定は、例えば、搬送体位置の調整のための基準を成すことができる。図１０には、搬送体位置特定エレメント１１６を有する位置特定ユニットの好適な実施形態が示されている。例えば、搬送体位置特定エレメント１１６はプリント基板として形成されていてもよく、このプリント基板は好適には磁石グループ２４もしくは作動磁石２６のための凹部を有していて、かつ／またはセンサ１３２を備えており、このセンサ１３２は好適には磁場センサとして形成されている。
【００８６】
位置特定ユニットは少なくとも部分的にステータ１００内に組み込むことができ、または空間的にステータ１００から分離して設置することができ、位置データをステータ調整装置に伝達することができる。しかしながら好適には、位置特定ユニットはステータ１００内に組み込まれており、これにより好適にはステータ１００に対して一定の寸法の関係を保証することができ、かつ／またはシステム全体の取り扱いが簡略化される。ステータ１００に組み込む場合には、搬送体２００の、ステータ１００に面している側で位置特定が行われるので、例えば存在している構造スペースも効果的に利用することができ、したがって好適には位置特定を搬送物によって妨害されること、または誤差が生じることがない。
【００８７】
センサ１３２としては、好適には、磁場センサおよび／または容量センサおよび／または光学センサが使用される。センサは好適には、規則的なパターン内で作用面１０２の下方に配置される。例えば、ホールセンサは、搬送体２００における磁場を複数の箇所で、かつ／または様々な空間方向で検出することができる。好適には、全てのセンサ信号が評価のためにコンピュータシステムに伝達される。コンピュータシステムで、例えばアルゴリズムにより、搬送体２００の実際位置を、センサ信号と、搬送体２００およびステータ１００における磁石配置のモデルとしての記述とにより算出することができる。
【００８８】
搬送体２００の位置特定に対するステータ１００における磁場の影響を減じるために、またはなくすために、センサ１３２は好適には、ステータ１００の磁石グループ２４に対してできるだけ大きな距離を置いて取り付けられる。付加的に、磁場センサとして形成されているセンサ１３２に対する磁石グループ２４の影響を弱める磁気シールド装置を設けることができる。例えば、一度の自動校正過程で、搬送体なしで、全てのセンサ１３２のセンサ信号を、個々の各磁石グループ２４の位置に応じて測定することができ、この場合、測定値を補正表として持続的にコンピュータシステムのメモリ内に記憶させることができる。作動時には、例えば、各測定によるセンサの生値が、全ての磁石グループの、補正表に記憶された誤差値分だけ、その実際位置に応じて補正される。
【００８９】
別の好適な実施形態によれば、ステータ１００内の操作インターフェースが、設定および／またはモードおよび／または整備および／または保守のための操作エレメントおよび表示エレメントを提供する。例えば、オン・オフスイッチ、バックスペースキー、ならびにステータ１００の作動状態またはエラー状態を表示するための信号ランプを設けることができる。複雑な設定機能は好適には、例えば通信インターフェースを介してステータ１００に接続されている上位のコンピュータシステムから操作可能である。
【００９０】
好適には、少なくとも１つのコンピュータシステムを備えた電子的な制御装置がセンサ信号を検出し、上位の装置と、操作インターフェースと、場合によっては別のステータおよびシステム構成要素と通信し、作動エレメントを駆動制御する。
【００９１】
好適には、各ステータ１００もしくは各ステータモジュールにコンピュータシステムが組み込まれている。複数のステータ１００もしくはステータモジュールを使用する場合、そのコンピュータシステムは、例えばバスシステムにネットワーク接続されていてもよく、そのトポロジは柔軟に拡張することができる。例としての制御図が図１１に示されており、この制御図は以下の要素を有する：
２００１：上位の装置の制御
２００２：搬送装置の中央制御
２００３：操作インターフェース
２００４：モジュール制御ステータ１
２００５：モジュール制御ステータ２
２００６：モジュール制御ステータ３
２００７：モジュール制御ステータ４
２００８：モジュール制御ステータ５
２００９：モジュール制御ステータ６
【００９２】
バスシステムは、大容量のデータを短時間で停止時間なく伝達することができる。バスシステムはデータを、電気的、光学的、かつ／または誘導的に伝達することができる。例えば、隣接するステータ１００もしくはステータモジュールは、光学的な送信機および受信機を有していてもよく、この送受信機を介して状態情報の交換を行うことができる。バスシステムには別のコンピュータシステムが組み込まれていてもよい。
【００９３】
好適な実施形態によれば、搬送装置１０を作動させる方法を、アルゴリズムの形態で、少なくとも１つのコンピュータシステムにおいて実行することができる。複数のステータ１００の複合体は、この場合、機能的なユニットとして扱うことができ、これにより１つの搬送体２００の制御を、この搬送体が１つだけのステータ１００の影響領域内にあるのか、または複数のステータ１００の影響領域内にあるのかということとは関係なく行うことができる。このためにコンピュータシステムは好適には共通の時間に基づき同期化されている。
【００９４】
少なくとも１つのコンピュータシステムが好適には、各ステータ１００および複数のステータ１００の複合体の設定および／または確実なモードのために、かつ／または整備および保守のために必要な全ての機能を提供する。例えば、内蔵された自己診断機能により、正しい機能を恒久的に監視し、これにより誤作動を即座に検出し、報告することができ、かつ／または代替措置を講じることができ、システムは場合によっては自動的に安全な非常停止を行うことができる。
【００９５】
本発明による搬送装置１０は、少なくとも１つのステータ１００もしくは少なくとも１つのステータモジュールと、少なくとも１つの搬送体２００とを有している。この場合、好適には、目的用途に適合させるために影響を与えることができる多数の構成パラメータが存在しており、それらパラメータは例えば、搬送物のサイズもしくは重量に合わせてスケーリングするためのステータ１００の寸法、駆動装置の最大トルクおよび／または回転数および／または慣性モーメント、ステータ１００における作動磁石２６もしくは搬送体２００における定置磁石の強度および／または配置、ならびに制御パラメータである。
【００９６】
ステータ１００における磁石グループ２４の配置は好適には、ｆの自由度を有する搬送体２００が、作業空間の各点で、少なくともｆ個の磁石グループ２４の力およびモーメントにより影響を与えられ得るように、搬送体２００における磁石グループ２４の配置に合わせられている。特に磁石配置は、特異点が存在しないように、すなわち、作業空間において、この条件が満たされていない特異点領域が存在しないように、構成されている。ステータおよび搬送体における磁石配置の例としての組み合わせは、以下の通りである：
−図７Ａのステータと図３Ｆの搬送体とは、γ／λ＝１／３である。
−図７Ａのステータと図３Ｇの搬送体とは、γ／λ＝１／３である。
−図７Ａのステータと図３Ｉの搬送体とは、γ／λ＝１／３である。
−図７Ａのステータと図３Ｍの搬送体とは、γ／２ｒ＝１／３である。
−図７Ｂのステータと図３Ｆの搬送体とは、γ／λ＝１／３である。
−図７Ｅのステータと図３Ｉの搬送体とは、Ｒ／ｒ＝１である。
【００９７】
λは、定置磁石２２もしくは定置磁石２２の磁石グループ２４のハルバッハ配列の周期長さを表し、γは、作動磁石２６もしくは磁石グループ２４（例えば図７Ａ参照）の規則的な配置の周期長さを表している。
【００９８】
好適には、搬送体２００は過剰規定されていて、すなわちｆ個よりも多い磁石グループ２４によって同時に影響を与えることができる。このようにして得られた冗長性は、例えば故障に対する安全性が改善されるといった利点を有する。１つの磁石グループ２４がもはや有効に制御可能ではない場合、好適には別の磁石グループ２４が、故障を少なくとも部分的に補償し、これにより搬送体２００の位置を、場合によっては制限付きで維持することができる。力／モーメント変更のために必要な位置変更を、好適には複数の磁石グループ２４に分散することができる。これにより好適には、それぞれ個々の各磁石グループ２４における位置変更は減じられる。したがって、好適には位置変更を全体としてより迅速に実施することができるので、搬送装置１０の動力学が増大する。好適には、搬送体２００のガイドのために加えられる力とモーメントとは、複数の磁石グループ２４に分散されるので、同じ効果を得るために、比較的弱い作動エレメント１１４を備えたより小さい磁石グループ２４を使用することができる。これにより、搬送装置１０のエネルギ消費とコストに関する利点が得られる。
【００９９】
搬送装置は好適には従来の搬送システムと組み合わせることができる。例えば、搬送体２００を大きな距離にわたってベルトコンベヤによって搬送することができ、この場合、搬送体は例えばステータ１００を離れ、ベルトコンベヤによって新たな位置へと移動し、そこで再びステータへと向かう、もしくはステータ上方に置かれる。モジュール式のシステム全体の範囲では、ステータ１００を様々な機能と組み合わせることができる。例えば、高速に、かつ／または高精度に、かつ／または大きな力に合わせて最適化されるステータモジュールがあってもよい。このモジュールは好適には必要とされる所定の領域で使用される。
【０１００】
図１２Ａに示したような湾曲表面を有するステータも、例えば図１２Ｂおよび図１２Ｃに示したような、外側もしくは内側でガイドされる搬送体２００および内側もしくは外側に位置するステータ１００を有する円形の構造において、磁石グループの相応の配置により実現することができる。例えば、このような形式の搬送装置は、例えば１つの軸を中心として回転可能に支持する機械的な軸受けとしての使用のために好適であり得る。
【０１０１】
エネルギ節約のために、好適には作動エレメント１１４は、一時的に減じられた電流で作動することができ、または搬送体２００が各磁石グループ２４の進入位置にない場合は停止することができる。搬送体２００が停止する場合、好適には短時間で再び作動される。
【０１０２】
ステータ１００および搬送体２００の外面は好適には、それぞれの環境条件に適合させるように構成することができ、例えば、極端な温度要件、高い清浄要件、パーティクルフリー、無菌、クリーニングのし易さ、アグレッシブ材料に対する耐性、爆発の危険がある領域での使用、液体雰囲気または気体雰囲気下での使用等に適合される。このために例えば、非強磁性材料、例えば非鉄金属、プラスチック、テフロン、セラミック、ガラス、ゴム、木材、およびその他多数から成る幅の広いパレットが使用される。
【０１０３】
搬送体２００の１つのグループは好適には共に１つの課題を実施することができる。例えば、同期的に移動する複数の搬送体２００により、１つの搬送体２００にとっては重すぎる大きな荷重を搬送することができる。または複数の搬送体２００を例えば、受動的なロッド機構およびジョイントを介して互いに接続することができ、これによりこの機構を、取り扱い機器として使用することができる。
【０１０４】
全ての自由度を必ずしも浮上するように構成する必要はなく、個々の自由度を、機械的ガイドによって実現することもできる。
【０１０５】
大きな搬送範囲を備えた浮上システムを安価に実現するために、ステータ１００は好適には従来の軸システムまたは移動装置としての車両と組み合わせることができる。例えば、軸システム、または車輪を備えた車両がステータ１００を大きな作業範囲で搬送し、ステータ１００自体は搬送体２００を、小さな作業範囲で正確かつ浮遊するように位置決めすることができる。
【０１０６】
オプションとして、ステータ１００と搬送体２００との間には中間平面（粒子バリヤ）が位置している。この場合、搬送体２００は、好適には清浄な領域内に位置することができ、これに対して車両は外側にある。移動機能は例えば主として従来の車輪駆動装置を備えた車両が行い、浮上機能および精密な位置決めはステータ１００と搬送体２００とが行う。
【０１０７】
ステータ１００と搬送体２００との作用原理は、他の好適な実施形態において取り替えることができるので、ステータ１００に例えば定置磁石２２の配置が位置していて、搬送体２００に能動的に可動な作動磁石２６が位置している。このような態様では、例えば搬送体２００はエネルギ供給装置３８を備えることができ（例えば、蓄電池、燃料電池、太陽電池）、または外部からエネルギを供給することができる（例えばケーブル経由で）。このようにして、例えば、地面４０に固定された定置磁石２２を備えたレールまたは平面上を運行するために、車両３６が作動磁石２６を備えた駆動装置４２を有することにより、車輪を有さない能動的な駆動装置を備えた車両３６が移動することができる（図１３参照）。
【０１０８】
以下に、上述した搬送装置１０に基づき、安定的な磁気浮上を少なくとも１つの搬送体２００により達成することができる、好適な実施形態による方法を説明するが、本発明は、説明した方法に限定されるものではない。
【０１０９】
少なくとも１つの搬送体２００は、少なくとも１つのステータ１００における作動磁石２６の調整された運動により形成される動的に変化可能な磁場において力とモーメントとを受ける。
【０１１０】
少なくとも１つの搬送体２００の位置を示すために、デカルト座標系９００および９２０が設けられている。
【０１１１】
各搬送体ｉは、軸線（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）と、搬送体に対する定置の基準とを有するデカルト座標系９２０ｉを有しており、この座標系の原点は、例えば搬送体の磁石配置の計算された質量重心にある。
【０１１２】
軸線（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を備えたステータ座標系９００は、ステータに対する定置の基準を有している。この座標系のＸ軸およびＹ軸は、ステータの作用面に位置し、Ｚ軸は、作用面に対して垂直に延びていて、搬送体の方向を向いている。指標ｉがつけられている搬送体の位置は、搬送体座標系の原点を示すステータ座標系に、位置ベクトル
【数１】
0006918113.tif 000002
によって記載される。搬送体ｉの角度位置は、ベクトル
【数２】
0006918113.tif 000003
によって表され、その３つの成分が、それぞれステータおよび搬送体の座標系のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸によって形成される角度を表す。
【０１１３】
さらに、少なくとも１つの次元でステータに対して個々に可動であり、その位置を作動エレメントによって変更することができる磁石グループのステータにおける配置が示されている。以下では、磁石グループの回転位置もしくは角度位置が可変であるということを前提としており、この場合、ステータ座標系における回転軸線は一定であり、磁石グループの質量重心を通って延在している。磁石グループｋの実際の回転位置はαｋである。制御装置により、目標角度αｋ．ｓｏｌｌが設定され、この角度は、作動エレメントの調整装置により迅速かつ正確に変換されるので、短時間後にはαｋ＝αｋ．ｓｏｌｌとなる。
【０１１４】
方法は、好適な実施形態によりプログラムとして制御装置において実行され、１００〜１０．０００Ｈｚの周波数で周期的に実施される。図１４に例として示された、例示的なループの実施の機能ステップは以下のように記載されている。
【０１１５】
３０００ａ）搬送体の実際位置および実際速度の特定
磁場センサ、容量センサ、および／または光学センサが、規則的なパターンで、ステータの作用面の下方に設けられている。以下の記述は、例えばホールセンサに基づく。各ホールセンサが、直交方向の３つの磁場成分を測定する。センサ生値は、ステータにおける全ての磁石グループの角度位置と同様に、コンピュータによって読み取られる。別のステータが隣接している場合は、ここで同時に求められた測定値がデータバスを介してステータへと伝達される。全ての読み取り過程には、典型的には０．１ｍｓ〜１ｍｓかかる。
【０１１６】
まず、各センサの測定値を、そのセンサに隣接する磁石グループの影響分だけ補正する。隣接する磁石グループの磁場寄与は、初期実行において各センサについて一度測定され、回転角度に応じて補正テーブルに記憶される。隣接する磁石グループの実際に読み取られた回転角度を使用して、補正テーブルにアクセスする。全てのセンサ生値から、隣接する磁石グループの磁場寄与が差し引かれる。このように得られた補正されたセンサ値は、作用面に関する搬送体磁石配置の磁束密度を表す。
【０１１７】
これにより、少なくとも１つの搬送体の位置が算出される。このために、コンピュータのメモリには、搬送体の磁石配置の記述がリストとして記憶されている。このリストは、搬送体座標系に記載された全ての作動磁石および／または磁石グループ２４の位置および双極子ベクトルを含む。このリスト、磁気双極子の場の方程式、および重ね合わせの原理を利用して、搬送体の磁束密度分布の計算モデルが作成される。このモデルにより、ステータセンサの位置における所定の搬送体位置において予想される磁束密度ベクトルを計算することができる。スカラーの誤差関数は、全ての搬送体および磁石グループの、測定されモデル化された磁束密度の不一致の程度を決定する。モデル内の搬送体の位置および角度位置を反復して最適化することより、誤差関数は最小化され、すなわち実際の測定データに適合される。それ以上の改善が行われない、かつ／または以前に定義された誤差閾値が下回られると、反復方法は終了する。
【０１１８】
少なくとも１つの搬送体ｉのこのように決定された６Ｄ位置は、モデルの精度の範囲内で、位置ベクトル
【数３】
0006918113.tif 000004
および角度ベクトル
【数４】
0006918113.tif 000005
を有した搬送体の実際の位置として解釈される。位置値の周期的なシーケンスを数値的に微分することによって、並進運動についての速度ベクトル
【数５】
0006918113.tif 000006
および回転についての角速度ベクトル
【数６】
0006918113.tif 000007
を有した実際速度が計算される。
【０１１９】
３０００ｂ）搬送体の目標位置および目標速度の決定
上位の装置は、制御装置に、６Ｄ目標位置、目標時間、および／または目標速度の結果としての、少なくとも１つの搬送体の所望の移動軌道を通知することができる。軌道は、直線、円区分、またはその他の幾何学的な基本的エレメントから成っていてもよい。
【０１２０】
制御装置は、移動軌道を空間的および時間的に補間する。空間的補間のためには、ロボット工学では一般的である様々な補間方法、例えば線形補間、スプライン補間、または多項式補間が考慮される。時間的補間のために、制御装置は、空間的に補間された軌道を補間点に分解する。各サイクルにおいて、制御装置は各搬送体ｉのために、位置ベクトル
【数７】
0006918113.tif 000008
および角度ベクトル
【数８】
0006918113.tif 000009
を有した目標位置を提供し、オプションとして、並進運動のための速度ベクトル
【数９】
0006918113.tif 000010
および回転のための角速度ベクトル
【数１０】
0006918113.tif 000011
を有した目標速度を提供し、軌道調整装置にこれを引き渡す。
【０１２１】
３０００ｃ）軌道調整
軌道調整装置は、搬送体の実際位置を迅速かつ正確に、目標位置に合わせて調節するために用いられる。このために、軌道調整装置は、調整のずれ、すなわち６次元全てにおいて、目標位置と実際位置との間の差および／または目標速度と実際速度との間の差とを計算する。軌道調整装置はこの差を、制御すべき次元ごとに別個に計算される制御アルゴリズム、例えばＰＩＤアルゴリズムのための入力値として使用する。軌道調整装置は、出力値として各搬送体ｉのために、軌道修正のために必要な目標力ベクトル
【数１１】
0006918113.tif 000012
と目標モーメントベクトル
【数１２】
0006918113.tif 000013
を供給する。増幅（Ｐ）、リセット時間（Ｉ）、持続時間（Ｄ）のような制御パラメータは、一度、算出されて、制御装置に不動に記憶されるか、または例えば搬送体の総質量または質量分布のような、搬送体の移動状態および荷重状態に動的に適合され、これはオブザーバもしくはオブザーバ装置（３０００ｆ）参照）によって決定することができる。
【０１２２】
３０００ｄ）力／モーメント制御
このプログラム部分は、全ての搬送体のための目標力ベクトルおよび目標モーメントベクトルから、目標力および目標モーメントの生成に通じる、全ての磁石グループのための目標位置を計算する。制御すべき搬送体に対する影響を有する全ての磁石グループが考慮される。このために、力／モーメント制御装置が、ステータおよび少なくとも１つの搬送体における磁石配置の空間的モデルを使用する。このモデルは、磁石グループの予め規定された位置で生じる力およびモーメントを近似的に計算することができる。このモデルには、搬送体の磁石配置が、全ての搬送体磁石の位置および双極子ベクトルのリストとして記憶されている。同様に、各磁石グループの磁石のリストも記憶されている。モデルでは、まず、全ての磁石対の間の部分的な力とモーメントとが計算され、これにより次いで、各搬送体に作用する全ての力と全てのモーメントとが算出される。この場合、全ての影響は可能な限り考慮され、例えば、２つの搬送体の間で相互に加えられる力とモーメントも考慮される。
【０１２３】
計算のためには、実質的に以下の方程式が使用される
位置
【数１３】
0006918113.tif 000014
における磁気的双極子
【数１４】
0006918113.tif 000015
の磁場
【数１５】
0006918113.tif 000016
【数１６】
0006918113.tif 000017
【数１７】
0006918113.tif 000018
であり、μ０は磁場定数である。
【０１２４】
磁場
【数１８】
0006918113.tif 000019
の重畳としての磁場
【数１９】
0006918113.tif 000020
（重ね合わせの原理）
【数２０】
0006918113.tif 000021
この場合、ｎは、重畳される磁場の数である。
【０１２５】
磁場
【数２１】
0006918113.tif 000022
における磁気的双極子
【数２２】
0006918113.tif 000023
にかかる力
【数２３】
0006918113.tif 000024
【数２４】
0006918113.tif 000025
【０１２６】
磁場
【数２５】
0006918113.tif 000026
における磁気的双極子
【数２６】
0006918113.tif 000027
に作用するトルク
【数２７】
0006918113.tif 000028
【数２８】
0006918113.tif 000029
【０１２７】
重心からの距離
【数２９】
0006918113.tif 000030
を置いて作用する力
【数３０】
0006918113.tif 000031
による付加的なトルク
【数３１】
0006918113.tif 000032
【数３２】
0006918113.tif 000033
【０１２８】
全ての作動エレメントおよび搬送体の実際位置を含めて、実際に搬送体ｉに作用する実際力ベクトル
【数３３】
0006918113.tif 000034
と、実際モーメントベクトル
【数３４】
0006918113.tif 000035
と、が計算される。全ての搬送体の実際力と目標力との不一致ならびに実際モーメントと目標モーメントとの不一致は、スカラーの誤差関数Ｅにより評価される：
【数３５】
0006918113.tif 000036
この場合、ｍは搬送体の数であり、
【数３６】
0006918113.tif 000037
もしくは
【数３７】
0006918113.tif 000038
は、実際力もしくは実際モーメントであり、
【数３８】
0006918113.tif 000039
もしくは
【数３９】
0006918113.tif 000040
は、目標力もしくは目標モーメントであり、Ｆ０もしくはＭ０は参照力もしくは参照モーメントである。
【０１２９】
Ｅが小さくなるほど、全ての搬送体の実際力と目標力および実際モーメントと目標モーメントとの一致が改善される。誤差関数は、修正、または付加的なタームの分だけ拡張することができ、これによりエネルギ的に良好な配置が好ましい。したがって、システム全体の挙動は、例えば、最小の出力要件、磁石グループの最小の位置変化、または位置変化に関与する磁石グループの最小の数に合わせて最適化することができる。
【０１３０】
反復最適化法では、モデルにおける磁石グループの位置がステップごとに変更される。各ステップ後に、モデル内の力とモーメントが改めて計算され、誤差関数により評価される。誤差Ｅの低下に通じるステップは、維持され、次の反復ステップのベースを成す。誤差がそれ以上低下できなくなると、かつ／または予め規定された閾値が下回られると、かつ／または反復ステップが所定の回数、実施されると、最適化ループは終了する。
【０１３１】
３０００ｅ）作動エレメントに関する目標位置の出力
モデルにおいて最適化された磁石グループの位置は、目標基準値として作動エレメントへと出力される。
【０１３２】
３０００ｆ）移動パラメータを決定するためのオブザーバ（オプション）
「オブザーバ」と言われるアルゴリズムは、磁石グループと搬送体の実際位置の時間的経過を、それに対する反応として検出する。オブザーバは、この情報を利用して、拡張モデルを用いて搬送体の移動パラメータを特定する。拡張モデルは、上述の力／モーメントモデルに基づいており、例えば質量、減衰、重心、重力ベクトル、慣性テンソル、または慣性加速度である、搬送体の運動状態を記述するさらなる物理量の分だけ補足される。さらに、このモデルでは、搬送体の運動方程式が、並進および回転において計算される。
【０１３３】
移動パラメータａは事前にわからないので、その値は、最初は推定され、次いでモデルにおける反復計算において目標とするパラメータ変動により最適化される。不一致を評価するためにスカラーの誤差関数が使用され、この誤差関数によって最後の測定の期間にわたって測定された軌道からのモデル化された軌道の偏差が評価される。
【０１３４】
結果として、上記移動パラメータのための近似値が提供される。これは例えば、Ｐ、Ｉ、およびＤのような調整パラメータの最適化のために制御装置の内側で使用される。例えば、荷重を含む搬送体の総重量ｍを算出することができ、軌道調整において因数として目標力および目標モーメントの計算に入れられるので、重量が２倍の場合には、２倍の力およびモーメントが搬送体に出力され、したがって加速度ａ＝Ｆ／ｍは、質量には依存しない。移動パラメータは、状態情報として、上位の装置に出力することができ、これにより例えば搬送体の重量から積載状態を推測し、これによりプロセスコントロールを実行することができる。例えば、搬送装置は、搬送体の積載状態もしくは総重量を検知するために、積載検知装置を有することができる。別の例では、例えばはねる液体を搬送する際に、重心の変位を能動的に調整することができ、これにより液体を含む開放容器を迅速かつ確実に搬送することができる。
【図１Ａ】
0006918113.tif 000041
【図１Ｂ】
0006918113.tif 000042
【図１Ｃ】
0006918113.tif 000043
【図１Ｄ】
0006918113.tif 000044
【図１Ｅ】
0006918113.tif 000045
【図２Ａ】
0006918113.tif 000046
【図２Ｂ】
0006918113.tif 000047
【図３−１】
0006918113.tif 000048
【図３−２】
0006918113.tif 000049
【図３−３】
0006918113.tif 000050
【図３−４】
0006918113.tif 000051
【図３−５】
0006918113.tif 000052
【図３−６】
0006918113.tif 000053
【図３−７】
0006918113.tif 000054
【図４Ａ】
0006918113.tif 000055
【図４Ｂ】
0006918113.tif 000056
【図４Ｃ】
0006918113.tif 000057
【図５】
0006918113.tif 000058
【図６Ａ】
0006918113.tif 000059
【図６Ｂ】
0006918113.tif 000060
【図６Ｃ】
0006918113.tif 000061
【図６Ｄ】
0006918113.tif 000062
【図７Ａ】
0006918113.tif 000063
【図７Ｂ】
0006918113.tif 000064
【図７Ｃ】
0006918113.tif 000065
【図７Ｄ】
0006918113.tif 000066
【図７Ｅ】
0006918113.tif 000067
【図８Ａ】
0006918113.tif 000068
【図８Ｂ】
0006918113.tif 000069
【図８Ｃ】
0006918113.tif 000070
【図８Ｄ】
0006918113.tif 000071
【図８Ｅ】
0006918113.tif 000072
【図８Ｆ】
0006918113.tif 000073
【図８Ｇ】
0006918113.tif 000074
【図８Ｈ】
0006918113.tif 000075
【図９Ａ】
0006918113.tif 000076
【図９Ｂ】
0006918113.tif 000077
【図９Ｃ】
0006918113.tif 000078
【図１０】
0006918113.tif 000079
【図１１】
0006918113.tif 000080
【図１２Ａ】
0006918113.tif 000081
【図１２Ｂ】
0006918113.tif 000082
【図１２Ｃ】
0006918113.tif 000083
【図１３】
0006918113.tif 000084
【図１４】
0006918113.tif 000085