CN110562748A - 用于在转移位置处转移运输单元的方法和运输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将长定子线性马达的运输单元(Tn)在转移位置(U)处从第一运输区段(Am)转移到第二运输区段(An)上的方法,其中,在转移区域中为了产生转向作用(L)在运输单元(Tn)的第一侧上在与该运输单元(Tn)在该第一侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),该定子电流或是仅产生电磁的侧向力(FEMS1、FEMS2)或是仅产生逆着运输单元(Tn)的运动方向(x)的制动力(FB),或是仅产生所述电磁的侧向力和所述制动力的组合。此外,本发明涉及一种以长定子线性马达为形式的运输装置,该运输装置尤其是用于执行所述方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将长定子线性马达的运输单元在转移位置处从第一运输区段转移到第二运输区段的方法,该第一运输区段在转移位置区域中具有一定数量的沿运输单元的运动方向依次设置的驱动线圈,该第二运输区段在转移位置区域中具有一定数量的沿运输单元的运动方向依次设置的驱动线圈,其中,在运输单元的每一侧设置有励磁磁体,所述励磁磁体为了使运输单元沿运动方向运动而与在运输单元区域中的驱动线圈共同作用,其方式为,通过在驱动线圈中施加定子电流产生电磁场,该电磁场与运输单元上的励磁磁体共同作用并且在转移位置的转移区域中在运输单元的至少一侧上在至少一个驱动线圈中施加定子电流,所述定子电流基于定子电流的形成前驱力的电流分量和/或形成侧向力的电流分量在运输单元上产生转向作用。
背景技术
在几乎所有现代的生产设备中要求:构件或部件即使在较长的运输路线上也利用运输装置在各个生产站之间运动。为此,已知多种运输或输送装置。通常为此使用不同实施方案的连续式输送器。传统的连续式输送器是不同实施方式的输送带,其中,电驱动器的转动运动被转换成输送带的线性运动。利用这样的传统的连续式输送器,在灵活性方面显著受限制,尤其是不能实现各个运输单元的单独运输。为了消除该问题并且为了使对现代的、灵活的运输装置的要求得以符合,越来越将所谓的长定子线性马达(LLM)用作传统的连续式输送器的替代。
在长定子线性马达中,形成定子的多个电驱动线圈并排地沿着运输路线布置。在运输单元上布置有一定数量的或是作为永磁体或是作为电线圈或短接绕组的励磁磁体,所述励磁磁体与驱动线圈共同作用。驱动磁体和驱动线圈的(电)磁场共同作用。长定子线性马达可以实施为同步电机(自励或是他励),或实施为异步电机。通过操控在运输单元的区域中的各个驱动线圈来调节产生的磁通量,与运输单元的励磁磁体共同作用来产生前驱力并且运输单元可以沿着运输路线运动。在此,也可行的是,沿着运输路线布置一定数量的运输单元,所述运输单元的运动可以被单个地且相互无关地控制。长定子线性马达的突出之处尤其在于在整个工作区域上对运动(速度、加速度)的更好的和更灵活的利用、运输单元沿着运输路线的单独的调节/控制、改善的能源利用、由于较小数量的损耗件而引起的维护成本的减少、运输单元的简单的更换、有效率的监视和故障检测以及沿着运输路线的产品流的优化。这样的长定子线性马达的示例可以由WO2013/143783A1、US6,876,107B2、US2013/0074724A1或WO2004/103792A1得知。
在US2013/0074724A1和WO2004/103792A1中,定子的驱动线圈设置在运输路线的上侧上。永磁体设置在运输单元的下侧上。在WO2013/143783A1和US6,876,107B2中,永磁体在设置在中央的驱动线圈的两侧上,由此,永磁体包围长定子线性马达的定子并且驱动线圈与设置在两侧的永磁体共同作用。
运输单元沿着运输路线的引导或是通过引导滚子实现,例如在WO2013/143783A1或US6,876,107B2中那样,或者通过磁性引导部,例如在WO2004/103792A1中那样。在磁性引导部的情况下,在运输单元上在两侧设有引导磁体,所述引导磁体与对置地设置在运输路线上的引导杆共同作用。所述引导杆在此构成磁轭,所述磁轭闭合引导磁体的磁路。借此形成的引导磁路因此抵抗运输单元的侧向运动,由此侧向引导运输单元。类似的磁性侧向引导部也可以从US6,101,952A中得知。
Khong,P.C.等人的“Magnetic Guidance of the Mover in a Long-PrimaryLinear Motor”,IEEE Transactions on Industry Applications,Vo.47,No.3,5/6 2011,1319-1327页也说明了一种长定子线性马达的运输单元的磁性引导部。在此,通过定子电流产生侧向力,该侧向力抵抗运输单元从参考位置沿侧向偏离,以便将运输单元保持引导在参考位置中。
在许多运输装置中,转移位置,例如以从双侧的路线区段到单侧的路线区段的道岔或转移点为形式的转移位置是必要的,以便能实现运输装置的复杂的和智能的轨道计划或轨道实现方案。所述转移位置至今经常借助附加的机械式触发单元实现。对此的一个实例在US2013/0074724A1中以借助于可运动的转向臂或转动盘的机械式触发的道岔为形式存在。
但也已经已知如下运输装置,其中使用附加的电辅助线圈,以便实现触发道岔。在US6,101,952A中,辅助线圈例如设置在引导磁路的磁轭上,而在US2013/0074724A1中的辅助线圈侧向设置在运输路线上。在两种情况中,通过辅助线圈在引导磁路中施加磁通量,该磁通量产生侧向力,该侧向力使运输单元沿一个方向转向。然而由于附加地需要的辅助线圈,用于实施运输装置的成本提高,因为辅助线圈必须被附加地安装并且供电并且操控。附加地,为此也需要单独的在运输单元上的引导磁体。
在DE1963505A1、WO2015/036302A1和WO2015/042409A1中说明了长定子线性马达的磁性激活的道岔,该道岔在没有附加的辅助线圈的情况下实现。在该长定子线性马达中,运输单元的励磁磁体设置在设置于两侧的驱动线圈之间。在道岔的区域中,可以通过对驱动线圈通电在运输路线的仅一侧上产生侧向力,运输单元利用该侧向力能在道岔的区域中转向,以便使运输单元在道岔之后在期望的运输路线上进一步运动。道岔的触发在此如下实现:所述驱动线圈在道岔的区域中仅在运输路线的如下一侧上被激活,运输单元应沿着该侧进一步运动。另一侧的驱动线圈被关闭(DE1963505A1,WO2015/036302A1)或者转换极性(WO2015/036302A1)。但这带来了一定的问题。如果一侧的驱动线圈在道岔的区域中被关闭以用于控制,运输单元在道岔的区域中失去了一半的前驱力,由此该道岔的区域仅能以降低的速度被运动通过。在道岔的区域中因此可发生运输单元的拥塞,这对于运输装置的控制是不利的。所述极性转换又是纯静态的并且可激活或关闭确定的、预定的侧向力。通过极性转换可因此在道岔的区域中调节出确定的、预定的侧向力。如果侧向力出于安全性原因在道岔行驶中定地过大,则这导致提高的摩擦力和提高的磨损。运输单元因此必须在机械上相应地定尺寸,这使运输单元变大、变重并且更昂贵。除此之外,运输单元的机械部件、尤其是机械引导元件的磨损也由此提高。如果侧向力相反选择地较小,则由此降低了道岔行驶的安全性,例如当运输单元带有比预期更重的负载时。因此,用于道岔触发的极性转换对于长定子线性马达的运行也是不利的。
由EP3109998A1又已知一种利用长定子线性马达的驱动线圈电磁激活的道岔触发。在此,在转移位置的转移区域中在一侧的驱动线圈中施加定子电流,该定子电流为了产生转向作用而产生作用到运输单元上的形成前驱力的力分量和/或形成侧向力的力分量,其中,所述转向作用与用于前驱运动的、作用到运输单元上的前驱力叠加。当然,在通过定子电流产生前驱力之后,定子电流也必须既产生前驱力,又产生转向作用。然而,长定子线性马达的功率部件(该功率部件使驱动线圈通电)在功率上受限,因此仅能提供确定的最大电流。因此,可供使用的电流,至少在转移区域中,不能完全被用于产生前驱力。由于在前驱力中通常不期望突变(这可导致加速度突变或回弹),这也会限制在转移区域之外对于前驱力可供使用的电流。为了克服该问题,当然可以在功率上加强功率部件,以便实现更大的电流。然而由于在长定子线性马达中安装有非常多的驱动线圈(在百或千的范围中的数量级并不少见),然而这种硬件变化会显著提高长定子线性马达的总成本。
发明内容
因此,本发明的目的是,提供一种以长定子线性马达为形式的运输装置以及一种用于将长定子线性马达的运输单元在转移位置处从第一运输区段转移到第二运输区段上的方法,其中,长定子线性马达的功率部件的可供使用的电功率能够被更好地利用,以产生驱动线圈的定子电流,用于在转移位置中使运输单元转向。
按照本发明,该目的如下解决,在转移区域中,为了产生转向作用,在运输单元的第一侧上在与运输单元在该第一侧上共同作用的驱动线圈中施加定子电流,该定子电流或是仅产生电磁的侧向力或是仅引起逆着运输单元的运动方向的制动力,或是仅引起所述电磁的侧向力和所述制动力的组合。以这种方式,为了产生在运输单元上在该第一侧上的转向作用,不必提供用于产生电磁的前驱力的电能。长定子线性马达的功率部件的用于通电该第一侧上的驱动线圈的可供使用的总功率因此可以流入转向作用的产生中。以这种方式,也可增强转向作用自身,因为全部电能可以流入转向作用的产生中并且能实现运输单元的更可靠的转向。
在此不重要的是,在相对置的第二侧上是否产生电磁的侧向力或者沿运动方向的电磁的前驱力(或者两者),或者在该第二侧上是否通过不对该第二侧的驱动线圈通电而完全不产生力。
此外,本发明涉及一种以长定子线性马达为形式的运输装置,该运输装置尤其是用于执行按照本发明所述的方法,其中,所述运输装置包括至少一个运输单元、第一运输区段和第二运输区段,其中,长定子线性马达的运输单元能在转移位置处从第一运输区段转移到第二运输区段上,所述第一运输区段在转移位置的区域中具有一定数量的沿运输单元的运动方向依次设置的驱动线圈,所述第二运输区段在转移位置的区域中具有一定数量的沿运输单元的运动方向依次设置的驱动线圈,其中,在运输单元的每一侧上设置有励磁磁体,所述励磁磁体为了使运输单元沿运动方向运动而能与在运输单元的区域中的驱动线圈共同作用,其方式为,通过在驱动线圈中施加定子电流产生电磁场,该电磁场与运输单元上的励磁磁体共同作用,并且在转移位置的转移区域中能在运输单元的至少一侧上在至少一个驱动线圈中施加定子电流,所述定子电流能基于定子电流的形成前驱力的电流分量和/或形成侧向力的电流分量在运输单元上产生转向作用,其中,每个驱动线圈配设有线圈调节器,其特征在于,所述线圈调节器能如此调节相应的驱动线圈,使得在转移区域中为了产生转向作用在运输单元的第一侧上在与该运输单元在该第一侧上共同作用的驱动线圈中施加定子电流,该定子电流或是仅产生电磁的侧向力或是仅产生逆着运输单元的运动方向的制动力,或是仅产生所述电磁的侧向力和所述制动力的组合。
附图说明
接下来参考附图1至5详细阐述本发明,所述附图示例性地、示意性地并且非限制性地示出本发明的有利的设计方案。在此示出:
图1为以长定子线性马达为形式的运输装置,
图2为长定子线性马达的结构上的和电气上的构造,
图3为长定子线性马达的调节概念,
图4为按照本发明的用于在转移位置处转移运输单元的方法的第一实施方式,和
图5为按照本发明的用于在转移位置处转移运输单元的方法的第二实施方式。
具体实施方式
在图1中示例性地示出以长定子线性马达为形式的运输装置1。运输装置1包括一定数量的运输区段A1…A9,所述运输区段组合成运输装置1。该模块化的构造能实现运输装置1的非常灵活的设计方案,但也需要多个转移位置U1…U9,在所述转移位置处,在运输装置1上运动的运输单元T1…Tn(由于清楚性的原因在图1中未以附图标记标出所有运输单元)从一个运输区段A1…A9被转移到另一个运输区段。n在此是一个表示存在的运输单元的数量的指数。
运输装置1设计为长定子线性马达,其中,运输区段A1…A9以已知方式分别构成长定子线性马达的长定子的一部分。也已知的是,运输区段A1…A9可以包括多个单个的运输部段TS,其中,每个运输部段TS分别载有一定数量的驱动线圈。因此,沿着运输区段A1…A9,沿纵向x以已知方式设置有一定数量的电驱动线圈(在图1中由于清楚性的原因未示出),这些电驱动线圈与运输单元T1…Tn上的励磁磁体(见图3)共同作用。以同样已知的方式,通过控制驱动线圈7、8的定子电流iA对于每个运输单元T1…Tn产生前驱力Fv,所述前驱力使运输单元T1…Tn沿纵向x沿着运输区段A1…A9、即沿着运输路线运动。每个运输单元T1…Tn在此可以(在速度、加速度、轨道上)单独地并且独立于另外的运输单元T1…Tn(除了避免可能的碰撞)来运动。在长定子线性马达该基本原理充分已知之后,不再就此详细说明。
沿着运输装置1的运输路线也设置有一些转移位置U1…U10。在此,可设想各种类型的转移位置U1…U10。例如,在转移位置U2和U7处设有道岔,而另外的转移位置U1,U3…U6,U8,U9例如设计为从一个运输区段A1…A8到另一个运输路段的交换位置。在转移位置U10处例如设有从单侧的运输区段A2到双侧的运输区段A9的过渡部。在转移位置U2(道岔)处,运输单元T6例如可以在运输区段A2或运输区段A3上进一步运动。在转移位置U1(交换位置)处,运输单元T5从单侧的运输区段A1转移到单侧的运输区段A2。每个转移位置U当然可以由运输单元Tn沿两个方向运动通过。
沿着运输装置1的运输路线(该运输路线基本上通过运输区段A1…A8的纵向x得出),也可以设置有一定数量的工作站S1…S4,在所述工作站中进行对利用运输单元T1…Tn运输的部件的操作。所述工作站S1例如可以设计为进料站和/或出料站,在其中完成加工的部件被取出并且待加工的部件转移到运输单元T1…Tn上。在工作站S2…S4中可以在部件上进行任意加工步骤。在此,运输单元T1…Tn可以在工作站S1…S4中被停止以用于加工,例如在填充站中(其中空瓶子被填充),或者可以运动通过,例如在调温站中(其中部件被调温处理),必要时也以不同于在工作站S1…S4之间的另一速度运动通过。
运输装置1包括至少两个运输区段Am、An和至少一个转移位置U,所述至少一个转移位置将所述两个运输区段Am、An彼此连接。为了能实现按照本发明的转移位置U,至少在转移位置U的区域中要求,沿运动方向x看在运输单元Tn的两侧设有驱动线圈7、8,并且在运输单元Tn的两侧上设置有励磁磁体4、5。励磁磁体4、5可设计为永磁体或设计为电磁体。
长定子线性马达的一种特别有利的设计方案至少在转移位置U的区域中根据图2阐述。图2示出任意的运输区段Am和在其上运动的运输单元Tn的横截面。运输单元Tn例如包括基体2和设置在该基体上的部件容纳部3,其中,所述部件容纳部3原则上可以设置在基体2的任意位置上,尤其是对于悬挂部件也设置在底侧上,或者也可设计为基体2的部分。在基体2上,在运输单元Tn两侧(沿运动方向看)设置有长定子线性马达的一定数量的励磁磁体4、5。运输装置1的或运输区段Am的或运输区段Am的运输部段TSm的运输路线通过固定的引导结构6形成,长定子线性马达的驱动线圈7、8设置在该引导结构上。在此,带有设置在两侧的励磁磁体4、5的基体2设置在驱动线圈7、8之间。因此,分别至少一个励磁磁体4、5与至少一个驱动线圈7、8(或一组驱动线圈)相对置地设置并且因此与驱动线圈7、8共同作用以用于产生前驱力Fv。因此,运输单元Tn在引导结构6之间以及沿着运输路线可运动。在基体2上和/或在部件容纳部3上当然也还可以设有(在此由于清楚性的原因未示出或仅勾勒出的)引导元件9,如滚子、轮子、滑动面等,以便沿着运输路线引导运输单元Tn。运输单元Tn的引导元件在此与固定的引导结构6或其部件共同作用以用于引导,例如其中引导元件9支撑在引导结构6上,在该引导结构上滑动或滚动等。然而运输单元Tn的引导也可以至少通过设置引导磁体来实现。
为了使运输单元Tn沿运动方向x向前运动,在两侧的驱动线圈7、8中在运输单元Tn的区域中已知地施加定子电流iA1、iA2,以便产生电磁场,该电磁场与运输单元Tn上的励磁磁体4、5交互作用。在此,在不同的驱动线圈7、8中也可施加不同的定子电流iA1、iA2。在此也足够的是,仅在驱动线圈7、8中施加定子电流iA1、iA2,所述驱动线圈刚好能与运输单元Tn上的励磁磁体4、5共同作用。然而为了使运输单元Tn运动,不必同时通过施加定子电流iA对设置在两侧的驱动线圈7、8通电。原则上足够的是,作用到运输单元Tn上用于运动的前驱力Fv仅借助于一侧的驱动线圈7、8和在运输单元Tn的所属的侧上的励磁磁体4、5来产生。在运输路线的路线区段上(在所述路线区段上需要大的前驱力Fv),例如在上升时,在负载重时或在运输单元Tn的加速度范围中,驱动线圈7、8例如可以在两侧被通电(只要存在,例如图1中的运输区段A9),由此可以增大前驱力Fv。同样可设想,在一定的运输区段A中仅在单侧设置引导结构6,或者在一定的运输区段A虽然在双侧设置引导结构6,但仅在单侧装备有驱动线圈7、8。这也在图1中表明,其中示出带有双侧的引导结构6的路线区段和仅带有单侧的引导结构6的路线区段。
类似于旋转的电动马达,激活的驱动线圈7、8的各个定子电流能够已知地转换到dq坐标系中。在该dq坐标系中产生电流空间矢量,该电流空间矢量包括形成前驱力的电流分量(q分量)和形成侧向力的电流分量(d分量)。为了运输单元Tn的运动,(例如在电流调节器中)计算定子电流iA在dq坐标系中的为此所需的、包括形成前驱力的电流分量(q分量)和/或形成侧向力的电流分量(d分量)的电流空间矢量,并且紧接着换算成要施加到作用的驱动线圈7、8上的各个定子电流iA1、iA2。这种变换利用已知的、适配于线性马达的派克变换执行。为了运输单元Tn的运动,通过各个定子电流iA1、iA2产生的电磁场必须沿着运输路线进一步移动,因此沿运动方向x也始终必须对其他驱动线圈7、8通电以用于运输单元Tn的运动。
因此,为了运输单元Tn的运动对当前作用的驱动线圈7、8的定子电流iA1、iA2进行调节。为此,每个驱动线圈7、8配设有线圈调节器,所述线圈调节器调节配设的驱动线圈7、8的定子电流iA1、iA2。驱动线圈7、8因此可以彼此独立地以定子电流iA1、iA2通电,例如其方式为将相应的电压施加到驱动线圈7、8上。在此背景下也提到单个线圈操控装置。一种用于单个地调节驱动线圈7、8的可行的调节概念在图3中示出。在该实例中,运输区段An由多个运输部段TSn、TSn+1(这些运输部段分别具有一定数量的驱动线圈7、8)组成。所述运输部段TSn是双侧的部段(在两侧上带有驱动线圈7、8)并且所述运输部段TSn+1是单侧的部段(带有在仅一侧上的驱动线圈8)。每个驱动线圈7、8配设有线圈调节器12,所述线圈调节器计算要施加到配设的驱动线圈7、8中的定子电流iA1、iA2。产生所需的定子电流iA1、iA2并且将其施加到驱动线圈7、8中的功率部件由于清楚性的原因未示出。多个驱动线圈7、8的线圈调节器12也可以在部段调节单元11中组合,其中有利地,运输部段TSn、TSn+1的驱动线圈7、8的所有线圈调节器12在配设的部段调节单元11中组合。因此,部段调节单元11例如可以是计算机硬件,在该计算机硬件上,线圈调节器12分别作为软件被实施。然而不言而喻,线圈调节器12也可以设计为单独的硬件和软件。各个线圈调节器12自然也可以任意不同地在部段调节单元11中组合。例如在两侧上的驱动线圈7、8可以分别配设有带有线圈调节器12的部段调节单元11,或者一般地配设有线圈调节器12。
因此,位于路线区段、例如运输部段TSn中的运输单元Tn由所属的线圈调节器12调节。这基本上表示,线圈调节器12将所属的路线区段、例如运输部段TSn的驱动线圈7、8如此调节,使得运输单元Tn通过产生的前驱力FV(在速度、加速度上)以期望的方式沿着运输部段TS运动。运输单元Tn通过运输装置1的运动可以在上一级的设备调节单元10中被监控和预定,所述设备调节单元与线圈调节器12连接。设备调节单元10例如通过位置预定或速度预定(为调节装置的理论参量)来控制运输单元Tn通过运输装置1的运动。线圈调节器12于是调平在理论参量(例如理论位置)和实际参量(例如实际位置)之间的任何偏差。由于利用单个线圈操控装置对长定子线性马达的运输单元Tn进行的这种调节充分已知(例如由EP3251986A1已知),下面将仅在对于理解本发明所需要的范围内进行讨论。
重要的是,通过调节驱动线圈7、8的定子电流iA1、iA2,通过定子电流iA的形成前驱力的(在dq坐标系中的)电流分量iAq1、iAq2,或通过由此引起的磁通量ψ(磁通量ψ和定子电流iA视为等同),能够产生前驱力FV。所述前驱力FV可通过仅一侧的驱动线圈7、8产生,或通过两侧上的驱动线圈7、8产生。除了对于运输单元Tn的运动需要的前驱力FV,可利用驱动线圈7、8通过定子电流iA的形成侧向力的(在dq坐标系中的)电流分量iAd1、iAd2还产生作用到运输单元Tn上的、沿横向于运动方向x的侧向方向y的电磁的侧向力FEMS。为此,例如与运输单元Tn共同作用的驱动线圈7、8之一被施加定子电流iA1、iA2,该定子电流除了形成前驱力的电磁的力分量(该力分量引起前驱力Fv)之外引起横向于该力分量的、即沿侧向方向y的力分量。该力分量按照本发明在转移位置U中被利用,以便产生作用到运输单元Tn上的转向作用L,以便将运输单元Tn有针对性地转向到期望的运输区段An上。
本发明的第一实施例根据图4以分支的道岔为形式的转移位置U,例如图1中的在两个运输区段Am、An之间的转移位置U2为例。如上所述,沿着运输区段Am、An,至少在转移位置U中沿运动方向依次设置有驱动线圈7、8。运输区段Am、An在此包括沿纵向依次相继的在第一侧上的运输部段TSm1、TSm2、TSm3、TSm4、TSm5和在相对置的第二侧上的TSn1、TSn2、TSn3、TSn4,这些运输部段分别具有一定数量的驱动线圈7、8。所述运输区段Am、An在转移位置U开始时,至少直至区段开始分支时并排设置,从而两侧的驱动线圈7、8能够分别与在运输单元Tn两侧上的励磁磁体4、5共同作用。每个驱动线圈7、8配设有线圈调节器12,所述线圈调节器计算要施加的定子电流iA1、iA2,其中,不同的驱动线圈7、8的定子电流iA1、iA2不必相同并且通常不相同。特别是在道岔作为转移位置U的情况下,在驶出部(或在相反行驶方向时的驶入部)的分支的区域中存在路线区段,在该路线区段上可仅在一侧上设置引导结构6或驱动线圈7、8。
由于运输单元Tn的励磁磁体4、5与引导结构6的铁磁性组成部分的共同作用,在运输单元Tn上在两侧上始终作用有励磁磁性的侧向力FPMS1、FPMS2。在运输单元Tn的两侧上作用的励磁磁性的侧向力FPMS1、FPMS2通常(但不必须),在气隙相同、在两侧上的引导结构6的构造相同等等的情况下,大小相等并且方向相反,从而作用的励磁磁性的侧向力FPMS1、FPMS2的矢量和优选为0。
本发明现在基于,在运输单元Tn和驱动线圈7、8或引导结构6之间的、由励磁磁体4、5引起的磁通量ψ或磁场,在至少一侧上(沿横向y)通过至少一个驱动线圈7、8的定子电流iA1、iA2被有针对性地影响,以便对运输单元Tn施加转向作用L。
在本发明的第一设计方案中,在转移位置U的转移区域中,即在运输单元Tn在其中必须被有针对性地转向的区域中,在运输单元Tn的一侧上在该侧的与运输单元Tn共同作用的驱动线圈7、8中施加定子电流iA1、iA2,所述定子电流仅产生电磁的侧向力FEMS。因此在该侧上仅产生形成侧向力的电流分量iA1d、iA2d(在dq坐标系中)并且在该侧上不通过定子电流iA1、iA2产生前驱力FV。相反,可以在运输单元Tn的相对置的一侧上产生前驱力FV2。但可以规定,在第二侧上也不产生前驱力FV2。在此情况中,运输单元Tn在没有沿运动方向x的主动驱动的情况下运动通过转移位置U。在转移位置U被运输单元Tn典型地在数毫秒内运动通过后,在仅一侧上的或在两侧上的前驱力FV被短时地切断,其中运输单元Tn的运动几乎不引起注意或可以被接受。然而在这两种情况下,在一侧上可用的总电流可被用于产生转向作用L,因为在该侧上不需要用于产生前驱力FV的电流。在第二侧上通过定子电流iA1、iA2也可产生电磁的侧向力FEMS,但并非必须如此。
通过定子电流iA1、iA2施加的电磁场的、引起侧向力的磁通分量ψd,在此用于减弱或增强作用的励磁磁场。因此所产生的侧向力F1、F2在两侧上作用到运输单元Tn上,所述侧向力相应地是作用的励磁磁性的侧向力FPMS和(如果存在)在运输单元Tn的每一侧上的电磁的侧向力FEMS的总和,即F1=FPMS1+FEMS1并且F2=FPMS2+FEMS2。转向作用L于是由所产生的侧向力F1、F2的矢量和得出。通过定子电流iA1、iA2,或通过形成侧向力的电流分量iA1d、iA2d,所产生的侧向力FEMS1、FEMS2可以在方向和大小上有针对性地调节,由此可以有针对性地调节转向作用L。
在不需要电磁的侧向力FEMS的地方,即例如在转移位置U之外,施加到驱动线圈7、8中的定子电流iA1、iA2优选如此调节,使得所产生的侧向力F1、F2的矢量和为0。这在理想情况下表示,电磁的侧向力FEMS1、FEMS2等于0。因此在该区域中实现了运输单元Tn的运动的最大的效率,因为全部可供使用的电能可以流入前驱力FV的产生中。
在此也应提到的是,也存在可简单磁化和去磁的永磁体,例如AlNiCo磁体,所述永磁体例如可以通过由驱动线圈7、8产生的电磁场有针对性地磁化。例如可以以这种方式改变作为在运输单元Tn上的励磁磁体4、5的这样的永磁体的极性或者增大或减小永磁体的磁张力。以这种方式也可以有针对性地影响励磁磁性的侧向力FPMS1、FPMS2,以便产生转向作用。
因此,运输单元Tn可以如根据图4阐述的那样运动通过转移位置U。在转移位置U的驶入区域中(图4上方),优选在两侧如此施加定子电流iA1、iA2,使得所产生的侧向力F1、F2的矢量和为0。为此可以规定,不产生电磁的侧向力FEMS1、FEMS2。所形成的所产生的侧向力F1、F2(所述侧向力优选降低到励磁磁性的侧向力FPMS1、FPMS2)因此在转移位置U的驶入区域中在正常情况下大小相同并且方向相反并且因此相互抵消。然而定子电流iA1、iA2产生前驱力FV,该前驱力由两侧的驱动线圈7、8产生或由仅一侧的驱动线圈产生。
在转移位置U的转移区域中(图4中间),在驱动线圈7、8中施加的定子电流iA1、iA2现在如此改变,使得在运输单元Tn的两侧上产生通过引起励磁磁场的磁场减弱或磁场增强的侧向力F1、F2,所述侧向力在大小上不同。在示出的实施例中,在第一侧上的驱动线圈8以定子电流iA1被通电,该驱动线圈仅产生侧向力FEMS1,而不产生电磁的前驱力FEMV1。为此,例如在该侧上驱动线圈8以定子电流iA1被通电,该驱动线圈使励磁磁场减弱。换言之,利用第一侧的定子电流iA1产生电磁的侧向力FEMS1,该侧向力逆着在该侧上作用的励磁磁性的侧向力FPMS1指向。在相对置的第二侧上,在作用的驱动线圈7中完全不施加定子电流iA2,由此运输单元Tn在此情况中在没有前驱力FV的情况下运动通过转移位置U的转移区域。由此,在第一侧上得出所产生的第一侧向力F1=FPMS1-FEMS1并且在第二侧上所产生的第二侧向力F2=FPMS2>F1。转向作用L(在此沿期望方向的转向力)由F1和F2的差得出。在示出的实施例中,所产生的转向作用L沿着运输区段Am引导运输单元Tn,由此运输单元Tn在转移位置U的驶出区域中笔直地进一步运动(图4下方)。如果运输单元Tn应在运输区段An上进一步运动,则产生如下转向作用L,该转向作用将运输单元Tn转向到该运输区段An上(即F1>F2)。
然而也可行的是,在第二侧上通过在该侧上作用的驱动线圈7的定子电流iA2产生第二电磁的侧向力FEMS2。优选,在此在运输单元Tn的两侧上产生电磁的侧向力FEMS1、FEMS2,所述电磁的侧向力朝相同方向指向,从而在一侧上励磁磁性的侧向力FPMS被增强并且在另一侧上被减弱。然而可以如此改变磁通量ψ,使得所产生的电磁的侧向力FEMS1、FEMS2在运输单元Tn的两侧上具有不同的方向,然而其中,所述侧向力部分地抵消,这最后会导致较高的损失。磁场减弱在此优选在运输单元Tn的一侧上进行,运输单元Tn不应沿着该侧进一步运动,在此在驱动线圈8上。磁场增强优选在运输单元Tn应进一步运动的一侧上进行,在此在驱动线圈7上。但最后也重要的是,在两侧上形成所产生的侧向力F1、F2的差作为沿期望方向的转向作用。同样可行的是,在第二侧上通过在该侧上作用的驱动线圈7的定子电流iA2产生电磁的前驱力FEMV2,该前驱力也可以附加于电磁的侧向力FEMS2来产生。由此,在转移区域中得出的在运输单元Tn上的所产生的前驱力FV或是0,或是等于作用的电磁的前驱力FEMV2(FV=FEMV2)。
通过在第一侧上仅产生电磁的侧向力FEMS1,有足够的电能可供使用,以便将作用的励磁磁性的侧向力FPMS1,必要时足够地增强或减弱,以便产生沿期望的方向的、在此沿第一侧的方向的转向作用L。如果要在该侧上附加地产生电磁的前驱力FEMV1,则这在某些情况下是无法实现的。
在驶出区域(图4下方)中,也可以利用运输区段Am(运输单元Tn沿着该运输区段进一步运动)的驱动线圈7再次产生电磁的前驱力FEMV2。一旦运输单元Tn被可靠地转向到期望的路线区段上,又可以停止产生电磁的侧向力FEMS1,以及必要时在另一侧上的电磁的侧向力FEMS2,因为此时通常仅还需要前驱力FV。
因此明显的是,通过调节定子电流iA能在转移位置的区域中产生沿两个侧向方向之一的转向作用L,该转向作用沿着期望的路线区段引导运输单元Tn。然而在此在运输单元Tn的运动的每个时间点上不仅能预定转向作用L的方向,而是尤其是也能预定该转向作用L的大小。所述转向作用L在此随着时间在通过转移位置U时也可以变化并且也可以被调节适应于相应的运输单元Tn上并且也可以被调节适应于当前的运动。例如加载有较重负载或较快地运动的运输单元Tn相比于空载的或缓慢运动的运输单元Tn可能需要较高的转向作用L。
最迟在运输单元Tn驶入转移位置U的转移区域中时(优选在这之前),开始对定子电流iA1、iA2(或在dq坐标系中的形成侧向力的电流分量iAd1、iAd2)进行主动调节。电磁的侧向力FEMS1、FEMS2在转移区域中通过定子电流iA1、iA2在每个时间点上调节成,使得构成所需的、沿期望方向的并且以需要的大小的转向作用L。然而为了确保运输单元Tn在转移位置U的整个长度上限定的位置,有利的是,电磁的侧向力FEMS1、FEMS2沿着转移位置U的整个长度被主动调节。
当运输单元Tn从转移位置U(图4下方)驶出时,在未被驶过的路线区段(在此运输区段An)和运输单元Tn之间的气隙同时增大。由此,在路线区段上的励磁磁性的侧向力FPMS2显著降低,这辅助运输单元Tn沿着期望的路线区段(在此运输区段Am)的引导。尤其是励磁磁性的侧向力FPMS2的所述降低足以使运输单元Tn在驶出区域中沿着期望的运输区段Am运动。在转移位置U的驶出部处的驱动线圈8因此也不必再被主动地调节来产生电磁的侧向力FEMS。
然而转移位置U不是必须设计为道岔,而是也可以设计为从运输区段Am到另一运输区段An的转移部,例如图1中的转移位置U1,在此例如从双侧的运输区段(两侧的驱动线圈)过渡到单侧的运输区段(一侧的驱动线圈)上。在此实际上仅省去了运输区段An的分出的分支。然而在转移的基本流程上,如上面以图4的道岔为例说明的那样,是没有改变的。然而在此情况中有利的可以是,电磁的侧向力FEMS仅在一侧上被主动地调节,运输单元Tn在该侧上进一步运动。
另一种按照本发明的设计方案根据图5又以作为转移位置U的道岔为例进行阐述。在转移位置U中,如已经详细描述那样,两个运输区段Am、An彼此相遇。驱动线圈7、8与励磁磁体4、5共同作用地在运输路线两侧通过以定子电流iA1、iA2通电来产生电磁的前驱力FEMV1、FEMV2,所述电磁的前驱力叠加成运输单元Tn的总的前驱力FV(图5上方),即FV=FEMV1+FEMV2。然而如已经提到的那样,仅可以在一侧上产生电磁的前驱力FEMV1、FEMV2。同样在该实施例中,在转移位置U的转移区域中(图5中间)在至少一个第一侧上停止产生沿运动方向x的电磁的前驱力FEMV1。由此,仅另一侧的电磁的前驱力FEMV2作为沿运动方向x的前驱力FV作用到运输单元Tn上,或者也可以在另一侧上不产生电磁的前驱力FEMV2。在后面一种情况中,运输单元Tn又在没有沿运动方向x的主动驱动的情况下通过转移位置U。在第一侧上,该侧的与运输单元Tn共同作用的驱动线圈8以定子电流iA1被通电,该定子电流仅引起逆着运输单元Tn的运动方向x的制动力FB,但不引起沿运动方向x的力分量。通过在第二侧上的电磁的前驱力FEMV2和在第一侧上相反方向的制动力FB形成到运输单元Tn上围绕竖轴线z的力矩作为转向作用L。如果在第二侧上在转移位置U的转移区域中不产生电磁的前驱力FEMV2,则由于运输单元Tn沿运动方向x的运动引起至少一个朝向运动方向x的作用到运输单元Tn上的惯性力FT,从而利用制动力FB和惯性力FT同样引起力矩作为转向作用L。该力矩现在同样可以作为转向作用L被用于沿着期望的运输区段An、Am引导运输单元Tn。
在转移位置的驶出区域中(图5下方),逆着运动方向x的制动力FB又可以被切断并且运输单元Tn可以如之前那样在一侧被驱动地进一步运动,或者也可以设置双侧的驱动。
侧向力作为转向作用L的方式和力矩作为转向作用L的方式当然也可以组合。在此情况中,在第一侧上仅产生电磁的侧向力和逆着运输单元Tn的运动方向x的制动力,然而不产生沿运动方向x的力分量。在相对置的第二侧上可以根据需要来产生电磁的侧向力FEMS2和/或电磁的前驱力FEMV2(沿运动方向x)。然而在第二侧上,与运输单元Tn共同作用的驱动线圈8也可以是无电流的,即不在该驱动线圈8中施加定子电流iA2。
施加足够的转向作用L当然仅在运输单元Tn的引导元件,例如滚子、轮子、滑动面、磁体轴承或类似物在期望的运输区段Am、An上可靠地作用之前是需要的。由此确保了运输单元Tn的限定的位置并且最晚此时可以终止用于施加转向作用L的对驱动线圈7、8的主动调节。
电磁的前驱力FEMV1、FEMV2通常通过位置预定来调节。为此,可以给位置调节器预定理论位置,该位置调节器由理论位置和当前的实际位置(可利用合适的位置传感器检测或可由其他测量参量导出)的差来计算形成所需的前驱力的电流分量iAq1、iAq2。等价于此,也可设有速度调节装置。所述形成前驱力的电流分量iAq1、iAq2然后换算成作用的驱动线圈7、8的定子电流iA1、iA2(或等价地换算成线圈电压),并且驱动线圈7、8利用该定子电流通电。为了产生电磁的侧向力FEMS1、FEMS2可设有通量调节器,给该通量调节器预定一个理论通量。由理论通量和当前的磁通量(该当前的磁通量例如可测量出或可由其他测量参量导出)的差可以计算出形成所需的侧向力的电流分量iAd1、iAd2,所述电流分量然后又可换算成作用的驱动线圈7、8的定子电流iA1、iA2(或等价地换算成线圈电压)。如果同时需要形成前驱力的电流分量iAq1、iAq2和形成侧向力的电流分量iAd1、iAd2,于是产生的电流矢量换算成所需的定子电流iA1、iA2。在转移位置U的转移区域中现在必须如此预定理论参量(理论通量和/或理论位置),使得在期望的侧上调节出期望的作用(仅电磁的侧向力FEMS1和/或仅制动力FB)。备选地,位置调节器和/或通量调节器也可在期望的侧上被关闭并且替代地施加预调节的定子电流iA1,以便引起期望的作用(仅电磁的侧向力FEMS1和/或仅制动力FB)。
Claims (8)
1.用于将长定子线性马达的运输单元(Tn)在转移位置(U)处从第一运输区段(Am)转移到第二运输区段(An)上的方法,所述第一运输区段在转移位置(U)的区域中具有一定数量的沿运输单元(Tn)的运动方向(x)依次设置的驱动线圈(7、8),所述第二运输区段在转移位置(U)的区域中具有一定数量的沿运输单元(Tn)的运动方向(x)依次设置的驱动线圈(7、8),其中,在运输单元(Tn)的每一侧上设置有励磁磁体(4、5),所述励磁磁体为了使运输单元(Tn)沿运动方向(x)运动而与在运输单元(Tn)的区域中的驱动线圈(7、8)共同作用,其方式为,通过在驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2)产生电磁场,该电磁场与运输单元(Tn)上的励磁磁体(4、5)共同作用,并且在转移位置(U)的转移区域中在运输单元(Tn)的至少一侧上在至少一个驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),所述定子电流基于定子电流(iA1、iA2)的形成前驱力的电流分量(iAq1、iAq2)和/或形成侧向力的电流分量(iAd1、iAd2)在运输单元(Tn)上产生转向作用(L),其特征在于,在转移区域中为了产生转向作用(L)在运输单元(Tn)的第一侧上在与该运输单元(Tn)在该第一侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),该定子电流或是仅产生电磁的侧向力(FEMS1、FEMS2)或是仅产生逆着运输单元(Tn)的运动方向(x)的制动力(FB),或是仅产生所述电磁的侧向力和所述制动力的组合。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在转移区域中在运输单元(Tn)的相对置的第二侧上在至少一个与运输单元(Tn)在该第二侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中不施加定子电流(iA1、iA2)。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,在所有与运输单元(Tn)在所述第二侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中不施加定子电流(iA1、iA2)。
4.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在转移区域中在运输单元(Tn)的相对置的第二侧上在至少一个与运输单元(Tn)在该第二侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),该定子电流引起电磁的侧向力(FEMS1、FEMS2)。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,在所有与运输单元(Tn)在第二侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),该定子电流引起电磁的侧向力(FEMS1、FEMS2)。
6.如权利要求1、2、4或5所述的方法,其特征在于,在转移区域中在运输单元(Tn)的相对置的第二侧上在至少一个与运输单元(Tn)在该第二侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),该定子电流引起电磁的前驱力(FEMV1、FEMV2)。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,在所有与运输单元(Tn)在第二侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),该定子电流引起电磁的前驱力(FEMV1、FEMV2)。
8.一种以长定子线性马达为形式的运输装置,该运输装置尤其是用于执行如权利要求1至7中任一项所述的方法,其中,所述运输装置包括至少一个运输单元(Tn)、第一运输区段(Am)和第二运输区段(An),其中,长定子线性马达的运输单元(Tn)能在转移位置(U)处从第一运输区段(Am)转移到第二运输区段(An)上,所述第一运输区段在转移位置(U)的区域中具有一定数量的沿运输单元(Tn)的运动方向(x)依次设置的驱动线圈(7、8),所述第二运输区段在转移位置(U)的区域中具有一定数量的沿运输单元(Tn)的运动方向(x)依次设置的驱动线圈(7、8),其中,在运输单元(Tn)的每一侧上设置有励磁磁体(4、5),所述励磁磁体为了使运输单元(Tn)沿运动方向(x)运动而能与在运输单元(Tn)的区域中的驱动线圈(7、8)共同作用,其方式为,通过在驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2)产生电磁场,该电磁场与运输单元(Tn)上的励磁磁体(4、5)共同作用,并且在转移位置(U)的转移区域中能在运输单元(Tn)的至少一侧上在至少一个驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),所述定子电流能基于定子电流(iA1、iA2)的形成前驱力的电流分量(iAq1、iAq2)和/或形成侧向力的电流分量(iAd1、iAd2)在运输单元(Tn)上产生转向作用(L),其中,每个驱动线圈(7、8)配设有线圈调节器,其特征在于,所述线圈调节器能如此调节相应的驱动线圈,使得在转移区域中为了产生转向作用(L)在运输单元(Tn)的第一侧上在与该运输单元(Tn)在该第一侧上共同作用的驱动线圈(7、8)中施加定子电流(iA1、iA2),该定子电流或是仅产生电磁的侧向力(FEMS1、FEMS2)或是仅产生逆着运输单元(Tn)的运动方向(x)的制动力(FB),或是仅产生所述电磁的侧向力和所述制动力的组合。
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