EP4066354A1 - Transporteinrichtung - Google Patents
TransporteinrichtungInfo
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- EP4066354A1 EP4066354A1 EP20816912.8A EP20816912A EP4066354A1 EP 4066354 A1 EP4066354 A1 EP 4066354A1 EP 20816912 A EP20816912 A EP 20816912A EP 4066354 A1 EP4066354 A1 EP 4066354A1
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Definitions
- the invention relates to a transport device in the form of a planar motor with at least one transport segment that forms a transport plane and with at least one transport unit that can be moved at least two-dimensionally in the transport plane, several drive coils being arranged on the transport segment and at least one first and at least one on the transport unit second magnet group each with several drive magnets of different magnetization directions arranged one behind the other in a certain arrangement direction with a certain pole pitch, with different pole pitches for the at least one first magnet group and the at least one second magnet group being provided on the at least one transport unit, and a first one on the transport segment Coil group is arranged with a plurality of drive coils, which defines a first main direction of movement for moving the transport unit and a second coil group with m A plurality of drive coils is arranged, which defines a second main direction of movement for moving the transport unit.
- the invention further relates to a transport unit for a transport device in the form of such a planar motor and a method for operating a transport device in the form of
- Planar motors are basically known in the prior art.
- US Pat. No. 9,202,719 B2 discloses the basic structure and mode of operation of such a planar motor.
- a planar motor essentially has a stator which forms a transport plane in which one or more transport units can be moved at least two-dimensionally.
- the stator is usually made up of one or more transport segments.
- a driving force acting on the transport unit is generated in that a magnetic field of the stator (of the transport segment (s)) and a magnetic field of the transport unit interact.
- At least one of the magnetic fields In order to cause the transport unit to move in a specific direction of movement, at least one of the magnetic fields, that is, that of the stator and / or that of the transport unit, must be variable over time in order to follow the movement of the transport unit. Usually, however, only one magnetic field, usually that on the stator, is variable over time and the other magnetic field (that on the transport unit) is usually constant, i.e. not variable over time.
- Temporally variable magnetic fields can be generated, for example, by coils (electromagnets), which can be arranged both on the transport unit and on the stator, in particular on the transport segment.
- the coils are often referred to as drive coils.
- Time-immutable, i.e. constant, magnetic fields are typically generated with the help of permanent magnets. Often these Components referred to as drive magnets.
- these can also be arranged both on the transport unit and on the transport segment. Due to the simpler control, the drive coils are often arranged on the transport segment of the planar motor and the drive magnets on the transport unit.
- the drive coils are usually controlled by a control unit in order to generate a moving magnetic field in the desired direction of movement.
- the drive magnets which interact with the moving magnetic field, are arranged at least two-dimensionally distributed on the transport unit, so that a drive and levitation force can be generated on the transport unit.
- the transport unit can be moved in the desired direction of movement by the driving force, an air gap between the transport unit and the transport segments can be created and maintained by the floating force and tilting forces or moments can be created.
- a two-dimensional interaction of the magnetic fields of the transport segments and the transport units is required, with one of the two magnetic fields in at least two dimensions or both magnetic fields in at least one dimension (which is complementary to the other dimension) in terms of time must be changeable.
- the drive coils and the drive magnets are advantageously arranged in such a way that, in addition to a one-dimensional movement along the axes spanned by the transport plane, more complex two-dimensional movements of the transport unit in the transport plane are also possible.
- a planar motor can be used, for example, as a transport device in a production process, with very flexible transport processes with complex movement profiles being able to be implemented.
- EP 3 172 156 B1 and EP 3 172 134 B1 for example, such applications of a planar motor as a transport device are shown.
- the stators of such planar motors can have different arrangements of drive coils and the arrangement of the drive magnets on the transport units can also be very different.
- a planar motor with a multilayer structure of the stator with several superposed coil planes is disclosed.
- the drive coils in adjacent coil planes are orthogonal to one another, by two orthogonal ones
- one of the drive coils be connected to the drive coils Drive magnets of the transport unit to apply a higher coil current than to the drive coils of a closer coil level.
- Double layer planar motor In: International Electric Machines & Drives Conference.
- IEEE discloses a planar motor with a layered arrangement of two coil planes.
- drive coils of different heights be used for the two coil levels. This means that the drive coils below are more powerful and can generate a larger magnetic field.
- WO 2013/112759 A1 discloses a transport device in the form of a planar motor with a stator on which two differently oriented groups of drive coils are arranged alternately in one plane. Two magnet groups with different orientations, each with a plurality of drive magnets, are arranged on the transport unit, whereby the magnet groups with different orientations can have a different pole pitch.
- the object is achieved in that the drive coils of the first coil group are spaced in the normal direction to the transport plane at a mean first coil distance from the first magnet group of the transport unit and the drive coils of the second coil group in the normal direction on the transport plane at a greater distance relative to the mean first coil distance mean second coil spacing are spaced from the second magnet group of the transport unit, wherein on the transport unit, the pole pitch of the at least one first magnet group is smaller than the pole pitch of the at least one second magnet group.
- At least two transport units are provided in the transport unit, on each of which at least one first and at least one second group of magnets, each with a plurality of drive magnets of different magnetization directions arranged one behind the other in a certain arrangement direction with a certain pole pitch, are arranged, with all magnet groups of each transport unit having the same pole pitch have and wherein the pole pitches of the at least two transport units differ.
- the drive coils of the first coil group are spaced apart from the first magnet groups of the transport units in the normal direction to the transport plane at an average first coil spacing and the drive coils of the second coil group in the normal direction to the transport plane at a greater average spacing relative to the average first coil spacing second coil spacing are spaced from the second magnet groups of the transport units, with a first movement path being defined in the transport plane for the transport unit with the smaller pole pitch, along which the transport unit can be moved and in the transport plane a second path for the at least one other transport unit with the larger pole pitch Movement path is set, along which the transport unit is movable, wherein a portion of the first main direction of movement in a movement path length of the first movement path is greater than a portion of the second main movement s direction and a proportion of the first main direction of movement in a movement path length of the second movement path is smaller than a proportion of the second main direction of movement.
- the pole pitch of the drive magnets of at least one magnet group of at least one transport unit is determined as a function of the mean coil spacing of the drive coils that interact with it.
- the pole pitch can be adapted to the actual coil spacing, which is advantageous since the coil spacing is usually predetermined.
- a magnet height and / or a magnet width of the drive magnets of at least one magnet group of at least one transport unit is fixed in the normal direction on the transport plane as a function of the pole pitch of the respective magnet group. In this way, a reduction in the surface flux density caused by the increase in the pole pitch can be compensated for. It is advantageous if the magnet groups of at least one transport unit have the same size magnet group area and / or have the same number of magnets on drive magnets and / or that the at least one transport unit has a square or rectangular transport unit base area.
- the drive magnets each have at least one magnet group of at least one transport unit, preferably with the same magnet width, with adjacent drive magnets of the magnet group directly adjoining one another.
- the object is also achieved by a transport unit in which the pole pitches of the at least two magnet groups differ in that a magnet width and / or a magnet height of the drive magnets of at least one magnet group standing in the normal direction on the underside of the transport unit is determined depending on the pole pitch of the respective magnet group.
- FIGS. 1a to 4 show exemplary, schematic and non-limiting advantageous embodiments of the invention. It shows
- Fig.la an exemplary transport device in plan view
- 1 c shows an alternative embodiment of the transport device in side view
- FIG. 4 shows a transport device in a further embodiment in a plan view.
- FIG. 1 a-1 c an exemplary embodiment of a transport device 1 in the form of a planar motor is shown in simplified form.
- Fig.la shows the transport device 1 in plan view
- Fig.1b + 1c shows the transport device 1 in side view.
- the transport device 1 has at least one transport segment 2 as a stator, which forms a transport plane 3, and at least one transport unit TE, which can be moved at least two-dimensionally in the transport plane 3, preferably in two main directions of movement H1, H2.
- the reference symbol “TE” generally stands for any transport unit TE.
- a first embodiment of the invention is explained below using the transport unit TE1.1 and an alternative embodiment using the transport unit TE1.2 and the transport unit TE2.
- transport level 3 is in the To understand within the scope of the invention the flat surface of the transport segment 2, which is determined by the size and shape of the transport segment 2.
- Fig.la only one transport segment 2 is shown for the sake of simplicity, but of course a large number of transport segments 2 (including different ones) could also be strung together in order to form a larger transport plane 3, for example as shown in FIG.
- the transport device 1 can have a modular structure and transport levels 3 of different sizes and areas can be implemented. Of course, this modular structure is only optional and only a single transport segment 2 could be provided in the form of a single assembly.
- transport level 3 of the transport segment 2 of course, several, even different, transport units TEi can be moved simultaneously and independently of one another.
- a second coil group SG2 with several drive coils AS2, which defines the second main direction of movement H2 are arranged on the transport segment 2.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 are arranged one behind the other in a certain direction, here in the X direction, in order to form the first main direction of movement H1 for the movement of the transport unit TE, which here extends along the X axis.
- the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are arranged one behind the other in a certain direction, here the Y direction, in order to form a second main direction of movement H2 for the transport unit TE, which here extends along the Y axis.
- the drive coils AS1, AS2 of the first and second coil groups SG1, SG2, as shown in Fig.la, are preferably arranged relative to one another in such a way that the two main directions of movement H1, H2 are normal to one another.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 and the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are each designed here as elongated, conventionally wound coils.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 each have a longitudinal extension LAS1 in the Y direction and relatively smaller transverse extension QAS1 in the X direction and are arranged one behind the other in the direction of their transverse extension QAS1, here in the X direction.
- the direction in which the drive coils AS1 of the first coil group SG1 are arranged one behind the other thus defines the first main direction of movement H1 for the movement of the transport unit TE.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 are designed as so-called “long coils”.
- longitudinal extension LAS1 is greater than the extension of the transport unit TE in the respective direction (here the Y direction), here, for example, longer than a transport unit width BTE of the transport unit TE1.2.
- the longitudinal extent LAS1 is essentially the same as the extent of the Transport segment 2 in the Y direction. A movement of a transport unit TE in the X direction, that is to say in the first main direction of movement H1, is thus possible at essentially every point in the Y direction.
- the drive coils AS2 of the second coil group SG2 also have a longitudinal extent LAS2, which here is less than the longitudinal extent LAS1 of the drive coils AS1 of the first coil group SG1.
- the longitudinal extension LAS2 of the drive coils AS2 of the second coil group SG2 runs here in the X direction.
- the drive coils AS2 of the second coil group SG2 also each have a smaller transverse extent QAS2 relative to their longitudinal extent LAS2, here in the Y direction.
- the transverse extent QAS2 is here essentially the same size as the transverse extent QAS1 of the drive coils AS1 of the first coil group SG1, but could also be larger or smaller.
- the transverse extent QASi of the drive coils ASi can advantageously be adapted to the pole pitch Ti of the magnet group MGi that interacts therewith. It preferably applies here that the transverse extent QASi of the drive coils ASi, which interact with the magnet group MGi with the larger pole pitch Ti, is greater than the transverse extent QASi of the drive coils ASi, which interact with the magnet group MGi with the smaller pole pitch Ti.
- the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are also arranged one behind the other in the direction of their transverse extent QAS2, here in the Y direction. The direction in which the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are arranged one behind the other thus defines the second main direction of movement H2 for the movement of the transport unit TE.
- the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are designed as so-called “short coils”. This means that its longitudinal extension LAS2 is equal to or smaller than the extension of the transport unit TE in the respective direction (here the X direction), here e.g. the transport unit length LTE of the transport unit TE1.2. However, in order to still enable a transport unit TE to move in the second main movement H2 in the entire transport level 3, the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are arranged in several rows next to one another in the X direction, here e.g. in three rows.
- H2 defined.
- the at least two main directions of movement H1, H2 are normal to one another, as shown.
- transport segments 2 each have a square or rectangular transport level 3.
- the transport segments 2 can then be lined up in a simple manner so that the respective first main direction of movement H1 of a transport segment 2 runs parallel or normal to the first main direction of movement H1 of the respectively adjoining transport segment 2, as shown for example in FIG.
- a transport level 3 can thus be constructed simply and flexibly from several transport segments 2. It is also not absolutely necessary here for adjacent transport segments 2 to be aligned with one another, rather an offset would also be possible.
- a substantially unrestricted movement of a transport unit TE in the two main directions of movement H1, H2 would be possible in the transport plane 3 of the transport segment 2.
- the transport unit TE could be moved, for example, only along the X-axis or only along the Y-axis.
- the transport unit TE can of course be moved in both main directions of movement H1, H2 at the same time, for example with a two-dimensional movement path BP with an X coordinate and a Y coordinate located in the transport plane 3, as on the transport unit TE1.1 in FIG is indicated.
- the other four degrees of freedom of movement can also be used at least to a limited extent (translational movement in vertical direction Z + rotation about the three axes X, Y, Z) in a known manner.
- a control unit 5 is also provided in the transport device 1, with which the drive coils AS1, AS2 of the transport segment 2 can be controlled, as indicated in FIG.
- the control unit 5 can, for example, also with a superordinate Plant control unit 6 can be connected or integrated into it. If several transport segments 2 are provided in the transport device 1, a segment control unit (not shown) can also be provided for each transport segment 2 or a group of transport segments 2 and / or a coil control unit per drive coil ASi, which is also integrated in the control unit 5 could be.
- the movement path BP of a transport unit TE can be specified via the control unit 5 and / or the system control unit 6, for example as a function of a specific production process of a system in which the transport device 1 can be integrated.
- transport units TE can of course also be moved simultaneously and independently of one another on the transport device 1.
- the control unit 5 and / or the system control unit 6 then ensures that the movement sequences of the transport units TE are synchronized or coordinated with one another, for example in order to avoid a collision of transport units TE with one another and / or with transported objects.
- a control program runs on the control unit 5 which implements the desired movement paths of the individual transport units TE.
- the control unit 5 or the system control unit 6 can, for example, also be connected to a planning module for planning the movement path.
- the planning module can be, for example, a computer on which the actually set up transport device 1, in particular the transport level 3, is implemented virtually, for example.
- At least one first magnet group MGa and at least one second magnet group MGb are arranged on the at least one transport unit TE, in each of which several drive magnets 4 with different magnetization directions are provided, arranged one behind the other in a certain arrangement direction with a certain pole pitch Ta, Tb.
- the transport unit TE has a base body 9, on the underside of which (facing the transport plane 3) the drive magnets 4 are arranged, as can be seen in FIG. 1b.
- the base body 9 is shown largely broken away in order to be able to see the arrangement of the drive magnets 4.
- first magnet groups MGa and two second magnet groups MGb are arranged on the transport units TE1.1, TE1.2, TE2.
- the arrangement direction of the first magnet groups MGa here corresponds to the X direction and the arrangement direction of the second magnet groups MGb corresponds to the Y direction.
- the arrangement directions are thus normal to one another, analogous to the main directions of movement H1, H2.
- the directions of arrangement of the magnet groups MGa, MGb preferably run as parallel as possible to the Main directions of movement H1, H2 to enable the most efficient electromagnetic force possible.
- the example shown is a known 1-D arrangement of the drive magnets 4 on the transport units TE1.1, but a likewise known 2D arrangement would also be possible, as will be explained in detail with reference to FIGS. 3g + 3h.
- the first and second drive coils AS1, AS2 can be controlled (energized) individually by the control unit 5. Any power electronics that may be required for this can be arranged in the control unit 5 or on the transport segment 2.
- a substantially moving magnetic field is generated in the first main direction of movement H1 by a corresponding time-shifted activation of the first drive coils AS1.
- the moving magnetic field in the first main direction of movement H1 mainly interacts electromagnetically with the drive magnets 4 of the first magnet group (s) MGa in order to move the respective transport unit TE in the first main direction of movement H1.
- a substantially moving magnetic field is generated in the second main direction of movement H2, which predominantly interacts electromagnetically with the drive magnets 4 of the second magnet group (s) MGb in order to move the transport unit TE in the second main direction of movement H2.
- the moving magnetic fields are superimposed, as a result of which the transport unit TE can be moved in the desired manner along a predetermined two-dimensional movement path BP in the transport plane 3.
- a limited translational movement of a transport unit TE in the normal direction on the transport plane 3 is also possible, here in the direction of the Z-axis.
- a limited rotation of the transport units TE about the three spatial axes X, Y, Z is also possible.
- adjoining drive magnets 4 of the magnet groups MGa, MGb have a different magnetic orientation and are spaced apart from one another by a certain pole pitch Ta, Tb.
- the magnetic field generated by the magnet group MGi changes its orientation by 180 ° within the pole pitch Ti.
- the necessary distance between the drive magnets 4 to generate a magnetic field with the desired pole pitch Ti also depends on the arrangement of the drive magnets 4 within a magnet group MGi, in particular on a gap width of a possibly provided Gap between adjacent drive magnets 4, of the magnetization direction of adjacent drive magnets 4 (e.g. 180 ° opposite or Halbach arrangement) and of the magnet width MBi of the drive magnets 4.
- the outermost drive magnets 4 have one Magnet group MGi have, for example, half the magnet width MBi of the drive magnets 4 located in between.
- This can mean that a magnetic north pole and a south pole alternate, as indicated in Fig.la by the hatched and non-hatched drive magnets 4 on the transport units TE1.1, which corresponds to an arrangement of adjacent drive magnets 4 rotated by 180 °.
- the known Halbach arrangement has also proven to be advantageous, in which the direction of magnetization of adjacent drive magnets 4 is rotated by 90 ° in the direction of the longitudinal axis of drive magnets 4.
- the pole pitch Ta, Tb is to be understood as the distance between two drive magnets 4, which are adjacent in the direction of arrangement, and have opposite magnetic orientation (north / south pole). If the drive magnets 4 have the same magnet width MB (in the direction of arrangement), adjacent drive magnets have an orientation direction rotated by 180 ° and the drive magnets 4 are directly adjacent to one another (which is usually the case), the pole pitch Ta, Tb corresponds to the respective magnet width MBa, MBb .
- an air gap L is provided between the transport plane 3 of the transport segment 2 and the drive magnets 4 of the magnet groups MGa, MGb of a transport unit TE, as can be seen in FIG. 1b.
- A, preferably magnetically conductive, cover layer is preferably also provided on the transport segment 2 in order to shield the drive coils AS1, AS2 underneath from external influences and in order to form an essentially smooth transport plane 3.
- the cover layer is shown partially broken away in Fig.la in order to be able to recognize the arrangement of the drive coils AS1, AS2 located underneath.
- a cover layer for covering the drive magnets 4 can of course also be provided on the transport units TE.
- the air gap L then extends between the cover layer and the drive magnets 4 of the respective transport unit TEi.
- the drive coils AS1, AS2 and the drive magnets 4 act in a known manner during operation not only to generate a drive force (which is required for movement in the main directions of movement H1, H2), but also to generate it a floating force FS together, here in the Z direction.
- the levitation force FS also acts when the transport unit TE is at a standstill, in order to generate and maintain the air gap L.
- an inclined installation position in the manner of an inclined plane or an essentially vertical installation position would of course also be conceivable.
- the floating force FS denotes that force which acts on the transport unit TE and which is opposed to the weight force FG and any process force FP (eg weight force of a transported object).
- a certain movement of the transport unit TE in the vertical direction is also possible, i.e. normal to the transport plane 3.
- the air gap L can be increased and decreased to a limited extent, whereby the transport unit TE can be moved in the vertical direction, here in the Z direction, as indicated by the larger air gap L and the double arrow on the transport unit TE2 in FIG.
- the size of the available range of motion in the vertical direction depends essentially on the structural design of the transport device 1, in particular on the maximum magnetic field that can be generated by the drive coils AS1, AS2 and the drive magnets 4, as well as the mass and load on the transport unit TE.
- the available range of motion in the vertical direction can be, for example, in the range from a few mm to several centimeters.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 are in the normal direction (here in the Z direction) on the transport plane 3 at a mean first coil distance S1 from the first magnet group MGa and the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are in the normal direction on the transport plane 3 spaced apart from the second magnet group MGb by a mean second coil distance S2 greater than the mean first coil distance S1, as can be seen in FIG. 1b.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 are therefore closer to the drive magnets 4 of the first magnet group MGa in the Z direction than the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are located on the drive magnets 4 of the second magnet group MGb.
- the two coil groups SG1, SG2 are arranged one above the other.
- the mean coil spacings S1, S2 are measured from the coil center of the respective drive coils AS1, AS2 viewed in the Z direction, as indicated in FIG. 1b using the transport unit TE1.2.
- the drive coils AS1, AS2 are preferably ironless in order to avoid disruptive magnetic forces of attraction between the respective transport unit TE and the transport segment 2, so-called “air coils” are also used.
- the drive coils AS1, AS2 are designed as conventionally wound, elongated coils with an essentially oval shape, each with a coil axis in the normal direction to the transport plane 3.
- the drive coils AS1, AS2 could also be so-called PCB coils be carried out.
- the drive coils AS1, AS2 of the respective coil group SG1, SG2 can, for example, also be layered in several first coil planes SE1 with first Drive coils AS1 and a plurality of second coil planes SE2 with second drive coils AS2 can be arranged one above the other on the transport segment 2 in the normal direction on the transport plane 3, as shown in FIG. 1c.
- the drive coils ASi can be designed with different winding schemes, for example: in concentrated winding (as shown in the drawings) or also in distributed winding. These winding schemes are known in the art.
- a coil block with four first coil levels SE1 and a coil block with four second coil levels SE2 are arranged one above the other on the transport segment 2.
- four first and four second coil planes SE1, SE2 are arranged alternately on the transport segment 2 in the Z direction.
- the mean distances between the coils S1, S2 are the mean distances between the coil planes SE1, SE2 and the transport plane 3 in the Z direction, where the following applies with the coil spacings S1.i, S2.i of the first and second coil planes SE1, SE2 and number j, k of the first and second coil planes SE1, SE2.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 generate the same constructional conditions (identical geometry of the drive coils AS1 (length, width, height), same number of windings, etc.) and the same energetic boundary conditions (same maximum electrical current or voltage, etc.) (maximum) magnetic field like the drive coils AS2 of the second coil group SG2.
- the magnet groups MGa, MGb on transport units TE have been designed essentially identically (same geometry (magnet length, magnet width, magnet height), same number, same pole pitch, same magnetization directions, same magnetic field strength, etc. of the drive magnets 4), so that the magnet groups MGa, MGb generate essentially equally large magnetic fields which interact with the magnetic fields generated by the drive coils AS1, AS2.
- the invention provides that different pole pitches Ta Tb for the at least one first magnet group MGa and the at least one second magnet group on the at least one transport unit TE (here TEI.1) MGb are provided.
- the pole pitch Ta of the at least one first magnet group MGa of the transport unit TE1 is. 1 preferably smaller than the pole pitch Tb of the at least one second magnet group MGb of the transport unit TE1.1.
- the magnetic fields generated by the drive coils AS1, AS2 are not changed laterally as before, but the magnetic field generated by the respective magnet group MGa, MGb of the transport unit TE1.1 is changed by changing the pole pitch, here Pole pitch Tb> Ta influences, as will be explained in more detail below.
- the increase in the pole pitch Ti means that the magnetic field generated by the respective drive magnet or magnets 4 can penetrate further into the transport segment 2 in the normal direction onto the transport plane 3.
- the magnetic flux density B of a drive magnet 4 decreases exponentially with the distance z (see FIG. 1 b) to the surface of the drive magnet 4, with the
- the magnet width MBi is proportional to the pole pitch Ti, the proportionality factor depending, among other things, on the magnetization direction of adjacent drive magnets 4 and the distance between adjacent drive magnets 4. If adjacent drive magnets 4 of a magnet group 4i are directly adjacent to one another (without a gap), have a magnetization direction opposite by 180 ° and the same magnet width MBi, the pole pitch Ti can be equated with the magnet width MBi (Fig.la). A change in the pole pitch Ti thus also causes an analogous change in the magnet width MBi and vice versa. It follows that a reduction in the degree of efficiency caused by an increase in the mean coil spacing Si of the drive coils ASi can be at least partially compensated for by increasing the pole pitch Ti of the corresponding magnet group 4i.
- the pole pitch Ta of the two first magnet groups MGa (which interact with the drive coils AS1 with a smaller mean coil spacing S1 ⁇ S2) on the transport unit TE1.1 is therefore less than the pole pitch Tb of the two second magnet groups MGb (that interact with the drive coils AS2 with the larger mean coil spacing S2> S1).
- the surface magnetic flux density Bo on the surface of a drive magnet 4 is a function of the pole pitch Ti and a magnet height MHi (here in the Z direction - FIG. 1 b).
- the surface magnetic flux density Bo results from where B is the magnetic flux density des
- Drive magnet 4 which is known to be proportional to the remanent flux density as a material parameter of the drive magnet 4 and can be regarded as known. It can be seen from this that the surface flux density Bo decreases with increasing pole pitch Ti, but the decrease can be compensated for by increasing the magnet height MHi. As a rule, however, the magnet height MHi of the drive magnets 4 is limited upwards for reasons of construction and weight and is mostly constant for both magnet groups MGa, MGb of a transport unit TE. It is therefore assumed below that only the pole pitch Ti (which here corresponds to the magnet width MBi) is variable and that the magnet height MHi of the drive magnets 4 is specified.
- the surface flux density Bo is thus only a function of the pole pitch Ti (or magnet width MBi).
- FIG. 2 shows a diagram with a qualitative course of the flux density B over the pole pitch Ti, which is proportional to the magnet width MBi. It can be seen from this that the maximum flux density BMGa_max for the drive magnets 4 of the first magnet group MGa of the transport unit T1.1 is achieved with an optimal magnet width MBa_opt or optimal pole pitch Ta_opt and the maximum flux density BMGb_max for the drive magnets 4 of the second magnet group MGb with a relative to achieve this, greater optimal magnet width MBb_opt or optimal pole pitch Tb_opt is achieved.
- the pole width Ta of the first magnet group MGa of the transport unit TE1.1 can be specifically adapted to the mean first coil spacing S1 of the drive coils AS1 of the first coil group SG1 and the pole width Tb of the second magnet group MGb of the transport unit TE1.1 can be adapted specifically to the central one second coil spacing S2 of the drive coils AS2 of the second coil group SG2 are adapted.
- FIG.3a-3f different possibilities are shown how the different pole pitches Ta ⁇ Tb can be implemented in a 1 D arrangement of drive magnets 4 on a transport unit TE1.1.
- 3g + 3h shows a possible implementation of different pole pitches Ta ⁇ Tb in a 2D arrangement of drive magnets 4 on a transport unit TE1.1.
- the figures each show the transport unit TE1.1 in a view from below.
- two first magnet groups MGa and two second magnet groups MGb are arranged in each case.
- the respective first magnet groups MGa have a magnet group length LMGa and a magnet group width BMGa and the respective second magnet groups MGb have a magnet group length LMGb and a magnet group width BMGb (only shown in FIG. 3a as a representative).
- the transport unit TE1.1 itself has a transport unit length LTE and a transport unit width BTE, as indicated in FIG. 3c.
- the magnet group width BMGi is the extent in the direction in which the individual drive magnets 4 of the respective magnet group MGi are arranged one behind the other.
- the transport unit TE1.1 is therefore moved with its transport unit length LTE in the first main direction of movement H1 and with its transport unit width BTE in the second main direction of movement H2.
- first magnet groups MGa By offsetting the two first magnet groups MGa in the Y direction and offsetting the two second magnet groups MGb in the X direction, a torque can be generated about the vertical axis of the transport unit TE1.1, which causes the transport unit TE1.1 to rotate about the vertical axis is possible.
- a single first magnet group MGa and a single second magnet group MGb are also essentially sufficient for operating the transport device 1.
- more than two first magnet groups MGa and more than two further magnet groups MGb can also be arranged per transport unit TE.
- An unequal number of first and second magnet groups MGa, MGb would also be conceivable, for example two first magnet groups MGa and a second magnet group MGb.
- the different pole pitch Ta ⁇ Tb of the two magnet groups MGa, MGb can now be implemented in different ways. Essentially, the three properties of the number of magnets of the drive magnets 4 of the magnet groups MGi, magnet group area AMGi of the magnet groups MGi and the transport unit shape of the transport unit TE1.1 can be changed. Furthermore, the rotation of adjacent drive magnets 4 relative to one another, as well as the distance between adjacent drive magnets 4, could also be varied, but this will not be discussed in detail here.
- 3g and 3h each show a transport unit TE1.1 with a so-called 2D arrangement of the drive magnets 4.
- the drive magnets 4 of different magnetic orientations are arranged in a chessboard-like manner.
- the examples shown show a Halbach arrangement in which the magnetic orientation of adjacent drive magnets is rotated by 90 ° to one another.
- the hatched and non-hatched drive magnets 4 symbolize drive magnets 4 with opposite magnetic orientation, that is, magnetic north and south poles.
- the drive magnets 4 located in between each have a direction of magnetization rotated by 90 °, as is symbolized by the arrows.
- the Halbach arrangement has the advantage that the magnetic flux on one side (preferably the side facing the transport plane 3) is greater than on the opposite side.
- the Halbach arrangement is known in the prior art, which is why further details are dispensed with at this point.
- At least one first magnet group MGa and at least one second magnet group MGb, in each of which a plurality of drive magnets 4 are provided, are again arranged on the transport unit TE1.1 of FIGS. 3g + 3h.
- seventeen second magnet groups MGb each with a certain number of magnets NMb of drive magnets 4 arranged one behind the other in the Y direction are provided next to one another in the X direction, as indicated by way of the second magnet group MGa on the right outside.
- the magnet groups MGa, MGb are not separated in the 2D arrangement, as in the 1D arrangement, but the drive magnets 4 are both part of the first magnet groups MGa and part of the second magnet groups MGb.
- the pole pitch Ta is measured in the Haibach arrangement between a drive magnet 4 with a magnetic north pole and a following drive magnet 4 with a magnetic south pole.
- the pole pitch Ta of the first magnet groups MGa is smaller than the pole pitch Tb of the second magnet groups MGb.
- the transport unit TE1.1 according to FIG. 3h has an equal number of nine first and second magnet groups MGa, MGb in each case.
- the transport unit TE1.1 Due to the different pole pitch Ta ⁇ Tb, the transport unit TE1.1 therefore has a rectangular transport unit base area with a transport unit length less than the transport unit width LTE ⁇ BTE.
- the non-rectangular design (LTE ⁇ BTE) of the transport unit TE1.1 (both in 1D and in the 2D arrangement of the drive magnets 4) has the advantage, for example, that more shuttles can be moved in the first main direction of movement H1 than with the square design . In this way, for example, the throughput of a transport process can be increased in an advantageous manner.
- FIG. 4 shows a transport device 1 in which several transport segments 2a-2f are lined up in order to form a larger transport plane 3.
- the transport segments 2a-2f are designed analogously to that described above with reference to FIGS. 1a-1c.
- a first coil group SG1 with a plurality of (here “long”) drive coils AS1 and a second coil group SG2 with a plurality of (here “short”) drive coils AS2 are provided, as based on the partially broken up transport segment 2a is indicated in Fig.4.
- the transport segments 2 consequently each have a first main direction of movement H1 and a second main direction of movement 2, which is normal thereon.
- the drive coils AS1 of the first coil group SG1 have a smaller mean coil spacing S1 ⁇ S2 relative to the drive coils AS2 of the second coil group SG2.
- the transport segments 2a-2f are designed identically here, but transport segments 2 of different shapes could of course also be combined are, for example, transport segments 2 with a square transport plane 3, as indicated by the dashed transport segment 2g.
- the respective first main directions of movement H1 of the transport segments 2a, 2b, 2e run parallel, here in the X direction
- the respective first main directions of movement H1 of the transport segments 2c, 2d, 2f run parallel, here in the Y direction.
- two transport units TE1.2 and TE2 are provided, on which, as described, at least one first and at least one second magnet group MGa, MGb each with a plurality of drive magnets 4 of different types, arranged one behind the other in a certain arrangement direction with a certain pole pitch Ta, Tb Direction of magnetization are arranged.
- the drive magnets 4 of the two transport units TE1.2, TE2 are each again arranged here in a 1D arrangement, but a 2D arrangement would of course also be possible.
- the transport unit TE1.2 is moved here along a predetermined closed two-dimensional first movement path BP1, which extends over the transport segments 2b, 2c, 2e, 2f.
- the transport unit TE2 is moved here along a predetermined two-dimensional second movement path BP2, which extends over the transport segments 2d, 2c, 2b, 2a.
- the first movement path BP1 is advantageously determined such that a portion of the first main movement direction H1 in a movement path length LBP1 of the first movement path BP1 is greater than a portion of the second main movement direction H2.
- the second movement path BP2 is preferably established such that a portion of the first main movement direction H1 in a movement path length LBP2 of the second movement path BP2 is smaller than a portion of the second main movement direction H2.
- the movement path lengths LBP1, LBP2 of the movement paths BP1, BP2 correspond to the geometric length of the respective movement path BP1, BP2, that is to say the distance that a transport unit TEi covers when moving along the respective movement path BP1, BP2.
- This enables efficient operation of the transport device 1 because, in order to move the transport unit TE1.2, the drive magnets 4 of the transport unit TE1.2 predominantly interact with the drive coils AS1 of the first coil groups SG1 of the transport segments 2, which have a smaller coil spacing S1 than the drive coils of the second coil groups SG2.
- the drive magnets 4 of the transport unit TE2 mainly interact with the drive coils AS2 of the second coil groups SG2 of the transport segments 2, which have a larger coil spacing S2 than the drive coils AS1 of the first coil groups SG1.
- Transport units TE1.2, TE2 with different pole pitches Ta, Tb can therefore be used in an advantageous manner to increase the efficiency of the
- the transport unit TE2 can be adapted to the mean coil spacing S2 of the drive coils AS2 of the second coil group SG2, as has already been described in detail.
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Abstract
Um eine Transporteinrichtung (1) in Form eines Planarmotors mit zumindest einem Transportsegment (2), das eine Transportebene (3) ausbildet, und mit zumindest einer Transporteinheit, an der unterschiedliche Polteilungen für zumindest eine erste Magnetgruppe (MGa) und zumindest eine zweite Magnetgruppe (MGb) vorgesehen sind, die in der Transportebene (3) zumindest zweidimensional bewegbar ist anzugeben, die einen effizienteren Betrieb ermöglicht, ist vorgesehen, dass die Antriebsspulen (AS1) einer ersten Spulengruppe (SGI) des Transportsegments (2) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem mittleren ersten Spulenabstand von der ersten Magnetgruppe (MGa) der Transporteinheit beabstandet sind und die Antriebsspulen (AS2) einer zweiten Spulengruppe (SG2) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem relativ zum mittleren ersten Spulenabstand größeren mittleren zweiten Spulenabstand von der zweiten Magnetgruppe (MGb) der Transporteinheit beabstandet sind, wobei an der Transporteinheit die Polteilung der ersten Magnetgruppe (MGa) kleiner ist als die Polteilung der zweiten Magnetgruppe (MGb).
Description
Transporteinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Transporteinrichtung in Form eines Planarmotors mit zumindest einem Transportsegment, das eine Transportebene ausbildet und mit zumindest einer Transporteinheit, die in der Transportebene zumindest zweidimensional bewegbar ist, wobei am Transportsegment mehrere Antriebsspulen angeordnet sind und an der Transporteinheit zumindest eine erste und zumindest eine zweite Magnetgruppe mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung hintereinander angeordneten Antriebsmagneten unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet sind, wobei an der zumindest einen Transporteinheit unterschiedliche Polteilungen für die zumindest eine erste Magnetgruppe und die zumindest eine zweite Magnetgruppe vorgesehen sind und wobei am Transportsegment eine erste Spulengruppe mit mehreren Antriebsspulen angeordnet ist, welche eine erste Hauptbewegungsrichtung zur Bewegung der Transporteinheit definiert und eine zweite Spulengruppe mit mehreren Antriebsspulen angeordnet ist, welche eine zweite Hauptbewegungsrichtung zur Bewegung der Transporteinheit definiert. Weiters betrifft die Erfindung eine Transporteinheit für eine Transporteinrichtung in Form eines derartigen Planarmotors sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Transporteinrichtung in Form eines Planarmotors.
Planarmotoren sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. Die US 9,202,719 B2 offenbart beispielsweise den grundlegenden Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Planarmotors. Ein Planarmotor weist im Wesentlichen einen Stator auf, der eine Transportebene ausbildet, in der eine oder mehrere Transporteinheiten zumindest zweidimensional bewegt werden können. Der Stator ist in der Regel aus ein oder mehreren Transportsegmenten aufgebaut. Um die Transporteinheiten in der Transportebene zu bewegen wird eine auf die Transporteinheit wirkende Antriebskraft erzeugt, indem ein Magnetfeld des Stators (des/der Transportsegmente) und ein Magnetfeld der Transporteinheit Zusammenwirken. Um eine Bewegung der Transporteinheit in eine bestimmte Bewegungsrichtung zu bewirken, muss zumindest eines der Magnetfelder, also jenes des Stators und/oder jenes der Transporteinheit, zeitlich veränderlich sein, um der Bewegung der Transporteinheit zu folgen. Meist ist jedoch nur ein Magnetfeld, in der Regel jenes am Stator zeitlich veränderlich und das jeweils andere Magnetfeld (das an der Transporteinheit) ist üblicherweise konstant, also zeitlich nicht veränderlich.
Zeitlich veränderliche Magnetfelder können beispielweise durch Spulen (Elektromagnete) erzeugt werden, die sowohl an der Transporteinheit als auch am Stator, insbesondere am Transportsegment angeordnet sein können. Die Spulen werden häufig auch als Antriebsspulen bezeichnet. Zeitlich unveränderliche, also konstante, Magnetfelder werden typischerweise mit Hilfe von Permanentmagneten erzeugt. Häufig werden diese
Komponenten als Antriebsmagnete bezeichnet. Auch diese können, je nach Ausführungsform des Planarmotors, sowohl an der Transporteinheit als auch am Transportsegment angeordnet sein. Aufgrund der einfacheren Ansteuerung sind die Antriebsspulen oftmals am Transportsegment des Planarmotors angeordnet und die Antriebsmagnete an der Transporteinheit.
Die Antriebsspulen werden in der Regel von einer Steuerungseinheit angesteuert, um ein bewegtes Magnetfeld in die gewünschte Bewegungsrichtung zu erzeugen. An der Transporteinheit sind die Antriebsmagnete, die mit dem bewegten Magnetfeld Zusammenwirken, zumindest zweidimensional verteilt angeordnet, sodass eine Antriebs- sowie Schwebekraft auf die Transporteinheit erzeugt werden kann. Durch die Antriebskraft kann die Transporteinheit in die gewünschte Bewegungsrichtung bewegt werden, durch die Schwebekraft kann ein Luftspalt zwischen der Transporteinheit und den Transportsegmenten erzeugt und aufrechterhalten werden und es können Kippkräfte bzw.- Momente erzeugt werden. Um die für den Planarmotor charakteristische zweidimensionale Bewegung der Transporteinheit zu ermöglichen, bedarf es einem zweidimensionalen Zusammenwirken der Magnetfelder der Transportsegmente und der Transporteinheiten, wobei eines der beiden Magnetfelder in zumindest zwei Dimensionen oder beide Magnetfelder in zumindest einer (zur jeweils anderen Dimension komplementären) Dimension zeitlich veränderlich sein müssen. Die Antriebsspulen und die Antriebsmagnete sind dabei vorteilhafterweise so angeordnet, dass neben einer eindimensionalen Bewegung entlang der von der Transportebene aufgespannten Achsen auch komplexere zweidimensionale Bewegungen der Transporteinheit in der Transportebene möglich sind.
Ein Planarmotor kann beispielsweise als Transporteinrichtung in einem Produktionsprozess genutzt werden, wobei sehr flexible Transportprozesse mit komplexen Bewegungsprofilen realisiert werden können. In der EP 3 172 156 B1 und der EP 3 172 134 B1 sind beispielsweise solche Anwendungen eines Planarmotors als Transporteinrichtung gezeigt.
Die Statoren solcher Planarmotoren können verschiedene Anordnungen von Antriebsspulen aufweisen und auch die Anordnung der Antriebsmagnete an den Transporteinheiten kann ebenfalls sehr unterschiedlich sein. In der US 9,202,719 B2 ist beispielsweise ein Planarmotor mit einem mehrschichtigen Aufbau des Stators mit mehreren übereinanderliegenden Spulenebenen offenbart. Die Antriebsspulen in angrenzenden Spulenebenen stehen orthogonal aufeinander, um zwei orthogonale
Hauptbewegungsrichtungen auszubilden, in denen die Transporteinheiten bewegbar sind. Im Mittel weisen die Spulenebenen damit verschiedene Abstände von den Antriebsmagneten der Transporteinheit auf. Daraus resultiert, dass sich die maximal erzeugbare Antriebskraft auf die Transporteinheit in den beiden Hauptbewegungsrichtungen unterscheidet. Um diesen Umstand auszugleichen, wird vorgeschlagen, an die Antriebsspulen einerweiter von den
Antriebsmagneten der Transporteinheit entfernten Spulenebenen einen höheren Spulenstrom anzulegen, als an die Antriebsspulen einer näheren Spulenebene.
In der Veröffentlichung
Rovers, et. al, 2013. Design and measurements of the
Double Layer Planar Motor. In: International Electric Machines & Drives Conference.
Chicago, 12-15.05.2013. IEEE ist ein Planarmotor mit einer geschichteten Anordnung von zwei Spulenebenen offenbart. Um das unterschiedliche Antriebskraftpotential in den beiden Hauptbewegungsrichtungen auszugleichen, das sich aus den unterschiedlichen Abständen der Antriebsspulen von den Magneten der Transporteinheit ergibt, wird vorgeschlagen, dass unterschiedlich hohe Antriebsspulen für die zwei Spulenebenen verwendet werden. Damit sind die weiter unten liegenden Antriebsspulen leistungsfähiger und können ein größeres Magnetfeld erzeugen.
Die WO 2013/112759 A1 offenbart eine Transporteinrichtung in Form eines Planarmotors mit einem Stator, an dem zwei unterschiedlich orientierte Gruppen von Antriebsspulen abwechselnd in einer Ebene angeordnet sind. An der Transporteinheit sind zwei unterschiedlich orientierte Magnetgruppen mit jeweils mehreren Antriebsmagneten angeordnet, wobei die unterschiedlich orientierten Magnetgruppen eine unterschiedliche Polteilung aufweisen können.
In der WO 2017/005457 A1 und CN 101609265 A sind weitere Transporteinrichtungen in Form von Planarmotoren offenbart. Dabei sind jedoch die Antriebsspulen an der Transporteinheit angeordnet und die Antriebsmagneten am Stator, was nachteilig ist, weil die Energieversorgung der Transporteinheit dadurch aufwändiger wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen effizienteren Betrieb einer Transporteinrichtung in Form eines Planarmotors zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Antriebsspulen der ersten Spulengruppe in Normalrichtung auf die Transportebene in einem mittleren ersten Spulenabstand von der ersten Magnetgruppe der Transporteinheit beabstandet sind und die Antriebsspulen der zweiten Spulengruppe in Normalrichtung auf die Transportebene in einem relativ zum mittleren ersten Spulenabstand größeren mittleren zweiten Spulenabstand von der zweiten Magnetgruppe der Transporteinheit beabstandet sind, wobei an der Transporteinheit die Polteilung der zumindest einen ersten Magnetgruppe kleiner ist als die Polteilung der zumindest einen zweiten Magnetgruppe. Dadurch dass für die Magnetgruppe, die mit den Antriebsspulen mit dem größeren Spulenabstand zusammenwirkt eine größere Polteilung vorgesehen wird, kann ein effizienterer Betrieb der Transporteinrichtung erreicht werden, weil durch die Polteilung im Wesentlichen die Eindringtiefe des von der Magnetgruppe erzeugten Magnetfeldes beeinflusst wird.
Vorzugsweise sind in der Transporteinheit zumindest zwei Transporteinheiten vorgesehen, an denen jeweils zumindest eine erste und zumindest eine zweite Magnetgruppe mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung hintereinander angeordneten Antriebsmagneten unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet sind, wobei alle Magnetgruppen jeweils einer Transporteinheit eine gleiche Polteilung aufweisen und wobei sich die Polteilungen der zumindest zwei Transporteinheiten unterscheiden. Dadurch können in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen des Transportsegments mehrere unterschiedliche Transporteinheiten mit verschiedenen Polteilungen für verschiedene Aufgaben bzw. Bewegungsvorgänge verwendet werden.
Es kann dabei vorteilhaft sein, wenn die Antriebsspulen der ersten Spulengruppe in Normalrichtung auf die Transportebene in einem mittleren ersten Spulenabstand von den ersten Magnetgruppen der Transporteinheiten beabstandet sind und die Antriebsspulen der zweiten Spulengruppe in Normalrichtung auf die Transportebene in einem relativ zum mittleren ersten Spulenabstand größeren mittleren zweiten Spulenabstand von den zweiten Magnetgruppen der Transporteinheiten beabstandet sind, wobei in der Transportebene für die Transporteinheit mit der kleineren Polteilung ein erster Bewegungspfad festgelegt ist, entlang dem die Transporteinheit bewegbar ist und in der Transportebene für die zumindest eine andere Transporteinheit mit der größeren Polteilung ein zweiter Bewegungspfad festgelegt ist, entlang dem die Transporteinheit bewegbar ist, wobei ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung an einer Bewegungspfadlänge des ersten Bewegungspfades größer ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung und ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung an einer Bewegungspfadlänge des zweiten Bewegungspfades kleiner ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung. Dadurch wird gewährleistet, dass die Transporteinheit mit der geringeren Polteilung überwiegend mit den Antriebsspulen mit dem geringeren Spulenabstand bewegt wird und die Transporteinheit mit der größeren Polteilung überwiegend mit den Antriebsspulen mit dem größeren Spulenabstand bewegt wird.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Polteilung der Antriebsmagnete zumindest einer Magnetgruppe zumindest einer Transporteinheit in Abhängigkeit des mittleren Spulenabstandes der damit zusammenwirkenden Antriebsspulen festgelegt ist. Dadurch kann die Polteilung an den tatsächlichen Spulenabstand angepasst werden, was vorteilhaft ist, da der Spulenabstand in der Regel vorgegeben ist.
Weiters kann es vorteilhaft sein, wenn eine Magnethöhe und/oder eine Magnetbreite der Antriebsmagnete zumindest einer Magnetgruppe zumindest einer Transporteinheit in Normalrichtung auf die Transportebene in Abhängigkeit der Polteilung der jeweiligen Magnetgruppe festgelegt ist. Dadurch kann eine durch die Erhöhung der Polteilung bedingte Verringerung der Oberflächenflussdichte kompensiert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Magnetgruppen zumindest einer Transporteinheit eine gleich große Magnetgruppenfläche aufweisen und/oder eine gleiche Magnetanzahl an Antriebsmagneten aufweisen und/oder dass die zumindest eine Transporteinheit eine quadratische oder rechteckige Transporteinheitsgrundfläche aufweist. Zudem weisen die Antriebsmagnete jeweils zumindest einer Magnetgruppe zumindest einer T ransporteinheit vorzugsweise eine gleiche große Magnetbreite auf, wobei benachbarte Antriebsmagnete der Magnetgruppe direkt aneinander angrenzen.
Die Aufgabe wird weiters durch eine Transporteinheit an der sich die Polteilungen der zumindest zwei Magnetgruppen unterscheiden dadurch gelöst, dass eine Magnetbreite und/oder eine in Normalrichtung auf eine Transporteinheitsunterseite stehende Magnethöhe der Antriebsmagnete zumindest einer Magnetgruppe in Abhängigkeit der Polteilung der jeweiligen Magnetgruppe festgelegt ist.
Zudem wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1a bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt
Fig.la eine beispielhafte Transporteinrichtung in Draufsicht,
Fig.1 b die Transporteinrichtung in Seitenansicht,
Fig.1 c eine alternative Ausgestaltung der Transporteinrichtung in Seitenansicht,
Fig.2 ein Diagramm der magnetischen Flussdichte eines Antriebsmagneten über der Polteilung,
Fig.3a-3f verschiedene Möglichkeiten der Anordnung von Antriebsmagneten an einer Transporteinheit jeweils in einer Ansicht von unten,
Fig.4 eine Transporteinrichtung in einer weiteren Ausgestaltung in Draufsicht.
In Fig.1 a-1 c ist eine beispielhafte Ausgestaltung einer Transporteinrichtung 1 in Form eines Planarmotors vereinfacht dargestellt. Dabei zeigt Fig.la die Transporteinrichtung 1 in Draufsicht und Fig.1 b+1c die Transporteinrichtung 1 in Seitenansicht. Die Transporteinrichtung 1 weist zumindest ein Transportsegment 2 als Stator auf, das eine Transportebene 3 ausbildet und zumindest eine Transporteinheit TE, die in der Transportebene 3 zumindest zweidimensional bewegbar ist, vorzugsweise in zwei Hauptbewegungsrichtungen H1 , H2. Das Bezugszeichen „TE“ steht allgemein für eine beliebige Transporteinheit TE. Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der T ransporteinheit TE1.1 erläutert und eine alternative Ausführungsform anhand der T ransporteinheit TE1.2 und der T ransporteinheit TE2. Unter der T ransportebene 3 ist im
Rahmen der Erfindung die ebene Oberfläche des Transportsegments 2 zu verstehen, welche durch die Größe und Form des Transportsegments 2 bestimmt wird. In Fig.la sind der Einfachheit halber nur ein Transportsegment 2 gezeigt, natürlich könnte aber auch eine Vielzahl von Transportsegmenten 2 (auch verschiedene) aneinandergereiht werden, um eine größere Transportebene 3 auszubilden, z.B. wie in Fig.4 dargestellt ist. Dadurch kann die Transporteinrichtung 1 modular aufgebaut werden und es können Transportebenen 3 verschieden großer Form und Fläche realisiert werden. Natürlich ist dieser modulare Aufbau aber nur optional und es könnte auch nur ein einziges Transportsegment 2 in Form einer einzigen Baugruppe vorgesehen sein. In der Transportebene 3 des Transportsegments 2 können natürlich auch mehrere, auch unterschiedliche Transporteinheiten TEi gleichzeitig und unabhängig voneinander bewegt werden.
Am Transportsegment 2 sind im gezeigten Beispiel eine erste Spulengruppe SG1 mit mehreren Antriebsspulen AS1, welche die erste Hauptbewegungsrichtung H1 definiert und eine zweite Spulengruppe SG2 mit mehreren Antriebsspulen AS2, welche die zweite Hauptbewegungsrichtung H2 definiert, angeordnet. Die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 sind in einer bestimmten Richtung, hier in X-Richtung, hintereinander angeordnet, um die erste Hauptbewegungsrichtung H1 für die Bewegung der Transporteinheit TE auszubilden, die sich hier entlang der X-Achse erstreckt. Die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 sind in einer bestimmten Richtung, hier der Y-Richtung, hintereinander angeordnet, um eine zweite Hauptbewegungsrichtung H2 für die Transporteinheit TE auszubilden, die sich hier entlang der Y-Achse erstreckt. Vorzugsweise sind die Antriebsspulen AS1 , AS2 der ersten und zweiten Spulengruppen SG1, SG2, so wie in Fig.la dargestellt, relativ zueinander so angeordnet, dass die beiden Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 normal aufeinander stehen.
Die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 und die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 sind hier jeweils als längliche, herkömmlich gewickelte Spulen ausgebildet. Die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 weisen jeweils eine Längserstreckung LAS1 in Y-Richtung und relativ dazu kleinere Quererstreckung QAS1 in X- Richtung auf und sind in Richtung ihrer Quererstreckung QAS1, hier in X-Richtung, hintereinander angeordnet. Die Richtung, in der die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 hintereinander angeordnet sind definiert damit die erste Hauptbewegungsrichtung H1 für die Bewegung der Transporteinheit TE. Die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 sind als sogenannte „lange Spulen“ ausgebildet. Das bedeutet, dass ihre Längserstreckung LAS1 größer ist, als die Erstreckung der Transporteinheit TE in der jeweiligen Richtung (hier Y-Richtung), hier z.B. länger als eine Transporteinheitsbreite BTE der Transporteinheit TE1.2. Im gezeigten Beispiel ist die Längserstreckung LAS1 im Wesentlichen gleich groß wie die Ausdehung des
Transportsegments 2 in Y-Richtung. Damit ist an im Wesentlichen jeder Stelle in Y-Richtung eine Bewegung einer Transporteinheit TE in X-Richtung, also in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 möglich.
Die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 weisen ebenfalls eine Längserstreckung LAS2 auf, die hier geringer ist als die Längserstreckung LAS1 der Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1. Die Längserstreckung LAS2 der Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 verläuft hier in X-Richtung. Die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 weisen auch jeweils eine relativ zu ihrer Längserstreckung LAS2 geringere Quererstreckung QAS2 auf, hier in Y-Richtung. Die Quererstreckung QAS2 ist hier im Wesentlichen gleich groß wie die Quererstreckung QAS1 der Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 , könnte aber auch größer oder kleiner sein. Für eine möglichst effiziente Krafterzeugung kann die Quererstreckung QASi der Antriebsspulen ASi in vorteilhafter Weise an die Polteilung Ti der jeweils damit zusammenwirkenden Magnetgruppe MGi angepasst werden. Dabei gilt vorzugsweise, dass die Quererstreckung QASi der Antriebsspulen ASi, die mit der Magnetgruppe MGi mit der größeren Polteilung Ti Zusammenwirken größer ist, als die Quererstreckung QASi der Antriebsspulen ASi, die mit der Magnetgruppe MGi mit der kleineren Polteilung Ti Zusammenwirken. Die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 sind ebenfalls in Richtung ihrer Quererstreckung QAS2 hintereinander angeordnet, hier in Y-Richtung. Die Richtung, in der die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 hintereinander angeordnet sind definiert damit die zweite Hauptbewegungsrichtung H2 für die Bewegung der T ransporteinheit TE.
Die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 sind als sogenannte „kurze Spulen“ ausgebildet. Das bedeutet, dass ihre Längserstreckung LAS2 gleich groß oder kleiner ist, als die Erstreckung der Transporteinheit TE in der jeweiligen Richtung (hier X-Richtung), hier z.B. die Transporteinheitslänge LTE der Transporteinheit TE1.2. Um aber trotzdem in der gesamten Transportebene 3 eine Bewegung einer Transporteinheit TE in der zweiten Hauptbewegung H2 zu ermöglichen, sind die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 in X-Richtung in mehreren Reihen nebeneinander angeordnet, hier z.B. in drei Reihen. Genauso wäre aber auch eine umgekehrte Anordnung möglich, also „lange“ Spulen für die zweite Hauptbewegungsrichtung H2 und „kurze“ Spulen für die erste Hauptbewegungsrichtung H1. Es könnten auch jeweils „lange“ oder jeweils „kurze“ Spulen für beide Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 verwendet werden. Beispielsweise kann es hinsichtlich einer Kosteneinsparung vorteilhaft sein, wenn identische Antriebsspulen AS1=AS2 für beide Spulengruppen SG1, SG2 verwendet werden.
Natürlich ist die gezeigte Ausführungsform aber nur beispielhaft zu verstehen und der Fachmann könnte auch eine andere Anordnung der Spulengruppen SG1, SG2 und/oder
andere Bauformen von Antriebsspulen vorsehen. Z.B. könnten in bekannter Weise sogenannte PCB-Spulen verwendet werden. PCB steht dabei für „printed curcuit board“ und bedeutet, dass die Spulen direkt in eine Leiterplatte integriert sind. Die beiden Ausführungsformen sind im Stand der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle keine nähere Beschreibung erfolgt. Auch eine andere relative Anordnung der Spulengruppen SG1, SG2 zueinander und/oder zum Transportsegment 2 wäre denkbar und/oder es könnten auch noch weitere Spulengruppen SGi mit Antriebsspulen ASi vorgesehen sein, die eine weitere Hauptbewegungsrichtungen Hi ausbilden. Im gängigsten Fall sind jedoch zwei verschieden orientierte Spulengruppen SG1, SG2 mit jeweils einer Mehrzahl von Antriebsspulen AS1,
AS2 ausreichend, wobei jede Spulengruppe SG1, SG2 eine Hauptbewegungsrichtung H1,
H2 definiert. Vorzugsweise stehen die zumindest zwei Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 aber so wie dargestellt normal aufeinander.
Für einen modularen Aufbau einer Transportebene 3, die aus mehreren Transportsegmenten 2 besteht, ist es weiters auch vorteilhaft, wenn die Transportsegmente 2 jeweils eine quadratische oder rechteckige Transportebene 3 aufweisen. Die Transportsegmente 2 können dann in einfacher Weise aneinandergereiht werden, sodass die jeweils erste Hauptbewegungsrichtung H1 eines Transportsegments 2 parallel oder normal zur ersten Hauptbewegungsrichtung H1 des jeweils angrenzenden Transportsegments 2 verläuft, wie beispielsweise in Fig.4 dargestellt ist. Damit kann eine Transportebene 3 einfach und flexibel aus mehreren Transportsegmenten 2 aufgebaut werden. Dabei ist es auch nicht zwingend notwendig, dass angrenzende Transportsegmente 2 miteinander fluchten, sondern es wäre auch ein Versatz möglich.
Mit der dargestellten Transporteinrichtung 1 wäre beispielsweise in der Transportebene 3 des Transportsegments 2 eine im Wesentlichen uneingeschränkte Bewegung einer Transporteinheit TE in den beiden Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 möglich. Die T ransporteinheit TE könnte dabei beispielsweise jeweils nur entlang der X-Achse oder nur entlang der Y-Achse bewegt werden. Die T ransporteinheit TE kann aber natürlich gleichzeitig in beiden Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 bewegt werden, z.B. mit einem in der Transportebene 3 liegenden zweidimensionalen Bewegungspfad BP mit einer X- Koordinate und einer Y-Koordinate, wie an der Transporteinheit TE1.1 in Fig.la angedeutet ist. Bei entsprechender konstruktiver Ausführung des Transportsegments 2 und der jeweiligen Transporteinheit TE können in bekannter Weise auch die anderen vier Bewegungsfreiheitsgrade zumindest eingeschränkt verwendet werden (translatorische Bewegung in Hochrichtung Z + Rotation um die drei Achsen X, Y, Z).
In der Transporteinrichtung 1 ist auch eine Steuerungseinheit 5 vorgesehen, mit welcher die Antriebsspulen AS1, AS2 des Transportsegments 2 angesteuert werden können, wie in Fig.la angedeutet ist. Die Steuerungseinheit 5 kann z.B. auch mit einer übergeordneten
Anlagen-Steuerungseinheit 6 verbunden sein oder in diese integriert sein. Wenn in der Transporteinrichtung 1 mehrere Transportsegmente 2 vorgesehen sind, kann auch für jedes Transportsegment 2, oder eine Gruppe von Transportsegmenten 2, jeweils eine (nicht dargestellte) Segmentsteuereinheit vorgesehen sein und/oder eine Spulensteuerungseinheit je Antriebsspule ASi, die auch in der Steuerungseinheit 5 integriert sein können. Über die Steuerungseinheit 5 und/oder die Anlagen-Steuerungseinheit 6 kann der Bewegungspfad BP einer Transporteinheit TE vorgegeben werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines bestimmten Produktionsprozesses einer Anlage, in der die Transporteinrichtung 1 integriert sein kann.
Wie erwähnt können an der Transporteinrichtung 1 natürlich auch mehrere Transporteinheiten TE gleichzeitig und unabhängig voneinander bewegt werden. Die Steuerungseinheit 5 und/oder die Anlagen-Steuerungseinheit 6 sorgt dann dafür, dass die Bewegungsabläufe der Transporteinheiten TE miteinander synchronisiert bzw. aufeinander abgestimmt werden, beispielsweise um eine Kollision von Transporteinheiten TE untereinander und/oder mit transportierten Objekten zu vermeiden. Auf der Steuerungseinheit 5 läuft ein Steuerungsprogramm, das die gewünschten Bewegungspfade der einzelnen Transporteinheiten TE realisiert. Die Steuerungseinheit 5 oder die Anlagen- Steuerungseinheit 6 kann beispielsweise auch mit einem Planungsmodul zur Planung des Bewegungspfads verbunden sein. Das Planungsmodul kann z.B. ein Computer sein, auf dem die tatsächlich aufgebaute Transporteinrichtung 1, insbesondere die Transportebene 3 beispielsweise virtuell implementiert ist.
An der zumindest einen Transporteinheit TE sind zumindest eine erste Magnetgruppe MGa und zumindest eine zweite Magnetgruppe MGb angeordnet, in denen jeweils mehrere, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung Ta, Tb hintereinander angeordnete Antriebsmagnete 4 unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung vorgesehen sind. Die Transporteinheit TE weist dazu einen Grundkörper 9 auf, an dessen (der Transportebene 3 zugewandten) Unterseite die Antriebsmagnete 4 angeordnet sind, wie in Fig.1b ersichtlich ist. In Fig.1 a ist der Grundkörper 9 jeweils großteils aufgebrochen dargestellt, um die Anordnung der Antriebsmagnete 4 erkennen zu können.
Im gezeigten Beispiel sind jeweils zwei erste Magnetgruppen MGa und zwei zweite Magnetgruppen MGb an den Transporteinheiten TE1.1, TE1.2, TE2 angeordnet. Natürlich könnten aber auch mehr als zwei erste und zweite Magnetgruppen MGa, MGb vorgesehen werden. Die Anordnungsrichtung der ersten Magnetgruppen MGa entspricht hier derX- Richtung und die Anordnungsrichtung der zweiten Magnetgruppen MGb entspricht der Y- Richtung. Die Anordnungsrichtungen stehen damit analog zu den Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 normal aufeinander. Vorzugsweise verlaufen die Anordnungsrichtungen der Magnetgruppen MGa, MGb möglichst parallel zu den
Hauptbewegungsrichtungen H1, H2, um eine möglichst effiziente elektromagnetische Krafterzeugung zu ermöglichen. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um eine bekannte 1 -D Anordnung der Antriebsmagnete 4 an der T ransporteinheiten TE1.1 , es wäre aber auch eine ebenfalls bekannte 2D-Anordnung möglich, wie anhand Fig.3g+3h noch im Detail erläutert wird.
Um die Transporteinheiten TE in der Transportebene 3 zu bewegen, können die ersten und zweiten Antriebsspulen AS1 , AS2 von der Steuerungseinheit 5 individuell angesteuert (bestromt) werden. Eine dafür möglicherweise erforderliche Leistungselektronik kann in der Steuerungseinheit 5 oder am Transportsegment 2 angeordnet sein. Durch entsprechende zeitlich versetzte Ansteuerung der ersten Antriebsspulen AS1 wird ein im Wesentlichen bewegtes Magnetfeld in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 erzeugt. Das bewegte Magnetfeld in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 wirkt vorwiegend mit den Antriebsmagneten 4 der ersten Magnetgruppe(n) MGa elektromagnetisch zusammen, um die jeweilige Transporteinheit TE in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 zu bewegen. Analog wird durch zeitlich versetzte Ansteuerung der zweiten Antriebsspulen AS2 ein im Wesentlichen bewegtes Magnetfeld in der zweiten Hauptbewegungsrichtung H2 erzeugt, das vorwiegend mit den Antriebsmagneten 4 der zweiten Magnetgruppe(n) MGb elektromagnetisch zusammenwirkt, um die Transporteinheit TE in der zweiten Hauptbewegungsrichtung H2 zu bewegen. Je nach Ansteuerung der Antriebsspulen AS1, AS2 resultiert eine Überlagerung der bewegten Magnetfelder, wodurch die Transporteinheit TE in gewünschter Weise entlang eines vorgegebenen zweidimensionalen Bewegungspfades BP in der Transportebene 3 bewegt werden kann.
Neben der beiden im Wesentlichen unbegrenzten translatorischen
Bewegungsfreiheitsgraden in den Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 in der Transportebene 3 ist auch eine begrenzte translatorische Bewegung einer Transporteinheit TE in Normalrichtung auf die Transportebene 3 möglich, hier in Richtung der Z-Achse. Je nach Anordnung und konstruktiver Ausgestaltung der Antriebsspulen AS1, AS2 der Spulengruppen SG1 , SG2 sowie der damit zusammenwirkenden ersten und zweiten Magnetgruppen MGa, MGb ist auch eine begrenzte Rotation der Transporteinheiten TE um die drei Raumachsen X, Y, Z möglich.
Wie erwähnt, weisen aneinander angrenzende Antriebsmagnete 4 der Magnetgruppen MGa, MGb eine unterschiedliche magnetische Orientierung auf und sind in einer bestimmten Polteilung Ta, Tb voneinander beabstandet. Allgemein wechselt innerhalb der Polteilung Ti das von der Magnetgruppe MGi erzeugte Magnetfeld seine Orientierung um 180°. Der notwendige Abstand der Antriebsmagnete 4 um ein Magnetfeld mit gewünschter Polteilung Ti zu erzeugen hängt dabei auch von der Anordnung der Antriebsmagnete 4 innerhalb einer Magnetgruppe MGi ab, insbesondere, von einer Spaltbreite eines allfällig vorgesehenen
Spalts zwischen benachbarten Antriebsmagneten 4, von der Magnetisierungsrichtung benachbarter Antriebsmagnete 4 (z.B. 180° entgegengesetzt oder Halbach-Anordnung) und von der Magnetbreite MBi der Antriebsmagnete 4. Bei der bekannten Halbach-Anordnung kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die jeweils äußersten Antriebsmagnete 4 einer Magnetgruppe MGi beispielsweise die halbe Magnetbreite MBi der jeweils dazwischenliegenden Antriebsmagnete 4 aufweisen. Das kann bedeuten, dass sich jeweils ein magnetischer Nordpol und Südpol abwechseln, wie in Fig.la durch die schraffierten und nicht schraffierten Antriebsmagnete 4 an den Transporteinheiten TE1.1 angedeutet ist, was einer um 180° verdrehten Anordnung benachbarter Antriebsmagnete 4 entspricht. Als vorteilhaft hat sich auch die bekannte Halbach-Anordnung erwiesen, bei der die Magnetisierungsrichtung angrenzender Antriebsmagnete 4 jeweils um 90° in Richtung der Längsachse der Antriebsmagnete 4 gedreht ist. Unter der Polteilung Ta, Tb ist dabei jeweils der Abstand zwischen zwei in Anordnungsrichtung benachbarten Antriebsmagneten 4 entgegengesetzter magnetischer Orientierung (Nord-/Südpol) zu verstehen. Wenn die Antriebsmagnete 4 eine gleiche Magnetbreite MB (in Anordnungsrichtung) aufweisen, benachbarte Antriebsmagnete eine um 180° gedrehte Orientierungsrichtung aufweisen und die Antriebsmagnete 4 direkt aneinander angrenzen (was üblicherweise der Fall ist), entspricht die Polteilung Ta, Tb der jeweiligen Magnetbreite MBa, MBb.
Im Betrieb ist zwischen der Transportebene 3 des Transportsegments 2 und den Antriebsmagneten 4 der Magnetgruppen MGa, MGb einer Transporteinheit TE ein Luftspalt L vorgesehen, wie in Fig.1 b ersichtlich ist. Vorzugsweise ist am Transportsegment 2 auch eine, vorzugsweise magnetisch leitfähige, Deckschicht vorgesehen, um die darunter liegenden Antriebsspulen AS1, AS2 von äußeren Einflüssen abzuschirmen und um eine im Wesentlichen glatte Transportebene 3 auszubilden. Die Deckschicht ist in Fig.la teilweise aufgebrochen dargestellt, um die Anordnung der darunter befindlichen Antriebsspulen AS1, AS2 erkennen zu können. Analog kann natürlich auch an den Transporteinheiten TE eine Deckschicht zur Abdeckung der Antriebsmagnete 4 vorgesehen sein. Der Luftspalt L erstreckt sich dann zwischen der Deckschicht und den Antriebsmagneten 4 der jeweiligen Transporteinheit TEi. Um den Luftspalt L zu erzeugen und insbesondere aufrechtzuerhalten, wirken die Antriebsspulen AS1, AS2 und die Antriebsmagnete 4 im Betrieb in bekannter Weise nicht nur zur Erzeugung einer Antriebskraft (die für die Bewegung in den Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 erforderlich ist), sondern auch zur Erzeugung einer Schwebekraft FS zusammen, hier in Z-Richtung. Die Schwebekraft FS wirkt auch im Stillstand der Transporteinheit TE, um den Luftspalt L zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Neben der dargestellten im Wesentlichen horizontalen Einbaulage des Transportsegments 2, wäre natürlich auch eine geneigte Einbaulage in der Art einer schiefen Ebene denkbar oder eine im Wesentlichen vertikale Einbaulage.
Als Schwebekraft FS wird dabei jene Kraft bezeichnet, die auf die Transporteinheit TE wirkt und der Gewichtskraft FG und einer allfälligen Prozesskraft FP (z.B. Gewichtskraft eines transportierten Objekts) entgegengerichtet ist. Neben der zweidimensionalen Bewegung in der Transportebene 3 ist damit auch eine gewisse Bewegung der Transporteinheit TE in Hochrichtung möglich, also normal auf die Transportebene 3. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Antriebsspulen AS1 , AS2 kann der Luftspalt L in begrenztem Maße erhöht und verringert werden, wodurch die T ransporteinheit TE in Hochrichtung bewegt werden kann, hier in Z-Richtung, wie durch den größeren Luftspalt L und den Doppelpfeil an der Transporteinheit TE2 in Fig.1 b angedeutet ist. Die Größe des verfügbaren Bewegungsspielraums in Hochrichtung hängt dabei im Wesentlichen von der konstruktiven Ausgestaltung der Transporteinrichtung 1 ab, insbesondere vom maximal erzeugbaren Magnetfeld der Antriebsspulen AS1 , AS2 und der Antriebsmagnete 4, sowie der Masse und Belastung der Transporteinheit TE. Je nach Größe und Auslegung der Transporteinrichtung 1 kann der verfügbare Bewegungsbereich in Hochrichtung beispielsweise im Bereich weniger mm bis mehrere Zentimeter betragen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 in Normalrichtung (hier in Z-Richtung) auf die Transportebene 3 in einem mittleren ersten Spulenabstand S1 von der ersten Magnetgruppe MGa beabstandet und die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 sind in Normalrichtung auf die Transportebene 3 in einem, relativ zum mittleren ersten Spulenabstand S1 größeren mittleren zweiten Spulenabstand S2 von der zweiten magnetgruppe MGb beabstandet, wie in Fig.1b ersichtlich ist. Die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 liegen damit in Z-Richtung näher an den Antriebsmagneten 4 der ersten Magnetgruppe MGa, als die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 an den Antriebsmagneten 4 der zweiten Magnetgruppe MGb. Im gezeigten Beispiel in Fig.1b sind die zwei Spulengruppen SG1 , SG2 übereinanderliegend angeordnet.
Die mittleren Spulenabstände S1 , S2 werden dabei von der Spulenmitte der jeweiligen Antriebsspulen AS1, AS2 in Z-Richtung gesehen bemessen, wie in Fig.1b anhand der Transporteinheit TE1.2 angedeutet ist. Die Antriebsspulen AS1, AS2 sind zur Vermeidung von störenden magnetischen Anziehungskräften zwischen der jeweiligen Transporteinheit TE und dem Transportsegment 2 vorzugsweise eisenlos ausgeführt, man spricht auch von sogenannten „Luftspulen“. Im dargestellten Beispiel in Fig.1 a+1 b sind die Antriebsspulen AS1 , AS2 als herkömmlich gewickelte, längliche Spulen mit im Wesentlichen ovaler Form ausgeführt mit jeweils einer Spulenachse in Normalrichtung auf die Transportebene 3. Die Antriebsspulen AS1, AS2 könnten aber auch als sogenannte PCB-Spulen ausgeführt sein. Die Antriebsspulen AS1 , AS2 der jeweiligen Spulengruppe SG1 , SG2 können aber beispielsweise auch schichtweise in mehreren ersten Spulenebenen SE1 mit ersten
Antriebsspulen AS1 und mehreren zweiten Spulenebenen SE2 mit zweiten Antriebsspulen AS2 in Normalrichtung auf die Transportebene 3 übereinander am Transportsegment 2 angeordnet sein, wie in Fig.1c dargestellt ist. Weiters können die Antriebsspulen ASi mit verschiedenen Wicklungsschemata z.B.: in konzentrierter Wicklung (wie in Zeichnungen dargestellt) oder auch in verteilter Wicklung, ausgeführt sein. Diese Wicklungsschemata sind im Stand der Technik bekannt.
Im linken Beispiel von Fig.1c sind ein Spulenblock mit vier ersten Spulenebenen SE1 und ein Spulenblock mit vier zweiten Spulenebenen SE2 übereinander am Transportsegment 2 angeordnet. In der rechten Darstellung in Fig.1c sind jeweils vier erste und vier zweite Spulenebenen SE1, SE2 in Z-Richtung abwechselnd am Transportsegment 2 angeordnet. Die mittleren Spulenabstände S1, S2 sind hierbei jeweils die mittleren Abstände der Spulenebenen SE1, SE2 von der Transportebene 3 in Z-Richtung, wobei gilt
mit den Spulenabständen S1.i, S2.i der ersten und zweiten Spulenebenen SE1, SE2 und Anzahl j, k der ersten und zweiten Spulenebenen SE1, SE2.
Die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 erzeugen bei gleichen konstruktiven Randbedingungen (identische Geometrie der Antriebsspulen AS1 (Länge, Breite, Höhe), gleiche Wicklungszahl, etc.) und gleichen energetischen Randbedingungen (gleicher maximaler elektrischer Strom bzw. Spannung, etc.) ein gleiches (maximales) Magnetfeld wie die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2. Bisher wurden die Magnetgruppen MGa, MGb an Transporteinheiten TE im Wesentlichen identisch ausgeführt (gleiche Geometrie (Magnetlänge, Magnetbreite, Magnethöhe), gleiche Anzahl, gleiche Polteilung, gleiche Magnetisierungsrichtungen, gleiche magnetische Feldstärke, etc. der Antriebsmagnete 4), sodass die Magnetgruppen MGa, MGb im Wesentlichen gleich große Magnetfelder erzeugen, die mit den von den Antriebsspulen AS1, AS2 erzeugten Magnetfeldern Zusammenwirken. Dadurch, dass die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 im Mittel allerdings näher an den Antriebsmagneten 4 der ersten Magnetgruppe MGa liegen als die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 an den Antriebsmagneten 4 der zweiten Magnetgruppe MGb, führt dies zu einer höheren Effizienz der elektromagnetischen Kraftbildung in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1, als in der zweiten Hauptbewegungsrichtung H2. Dies betrifft sowohl die Erzeugung der Antriebskraft, als auch die Erzeugung der Schwebekraft. Dadurch ergibt sich in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 in bekannter Weise ein größerer Wirkungsgrad als in der zweiten Hauptbewegungsrichtung H2.
Wie eingangs erwähnt wurde, hat man im Stand der Technik deshalb bisher versucht, den Wrkungsgradunterschied der beiden Hauptbewegungsrichtungen H1, H2 zu kompensieren, um hinsichtlich der verfügbaren elektromagnetischen Kraft möglichst gleichwertige Hauptbewegungsrichtungen zu erreichen. Diese wurde beispielsweise dadurch erreicht, dass an die von der T ransportebene 3 weiter entfernten Antriebsspulen (hier AS2) ein höherer elektrischer Strom angelegt wird, als an die näher liegenden Antriebsspulen (hier AS1) oder dass die von den Antriebsmagneten 4 weiter entfernten Antriebsspulen (hier AS2) leistungsfähiger ausgestaltet wurden, als die näher liegenden Antriebsspulen (hier AS1).
Dies ist aber nachteilig, weil dadurch entweder der konstruktive Aufwand oder der Regelungsaufwand relativ hoch sind.
Um dies zu vermeiden und trotzdem einen möglichst effizienten Betrieb der Transporteinrichtung 1 zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der zumindest einen Transporteinheit TE (hier TEI.1) unterschiedliche Polteilungen Ta Tb für die zumindest eine erste Magnetgruppe MGa und die zumindest eine zweite Magnetgruppe MGb vorgesehen sind. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Transporteinrichtung 1, bei der die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 des Transportsegments 2 einen geringeren mittleren Spulenabstand S1 aufweisen, als die Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2, ist die Polteilung Ta der zumindest einen ersten Magnetgruppe MGa der Transporteinheit TE1.1 dabei vorzugsweise kleiner als die Polteilung Tb der zumindest einen zweiten Magnetgruppe MGb der Transporteinheit TE1.1. Alternativ ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass zumindest zwei Transporteinheiten TE (hier TE1.2, TE2) in der Transporteinrichtung 1 angeordnet sind, wobei jede der zumindest zwei Transporteinheiten TE1.2, TE2 Magnetgruppen MGa, MGb mit gleicher Polteilung Ta=Tb aufsweist, wobei sich die Polteilungen Ta, Tb der zumindest zwei Transporteinheiten TE1.2, TE2 unterscheiden.
Bei der Transporteinrichtung 1 der gegenständlichen Erfindung werden damit nicht wie bisher die von den Antriebsspulen AS1, AS2 erzeugten Magnetfelder Transportsegment seitig verändert, sondern es wird das von der jeweiligen Magnetgruppe MGa, MGb der Transporteinheit TE1.1 erzeugte Magnetfeld durch eine Veränderung der Polteilung, hier Polteilung Tb > Ta beeinflusst, wie nachfolgend näher erläutert wird. Allgemein führt die Erhöhung der Polteilung Ti dazu, dass das von dem oder den jeweiligen Antriebsmagneten 4 erzeugte Magnetfeld in Normalrichtung auf die Transportebene 3 weiter in das Transportsegment 2 eindringen kann.
Die magnetische Flussdichte B eines Antriebsmagneten 4 nimmt exponentiell mit der Entfernung z (siehe Fig.1 b) zur Oberfläche des Antriebsmagnete 4 ab, wobei sich die
Polteilung Ti gemäß B(z,Ti) = B0 *e T‘ indirekt proportional zur Entfernung z auswirkt, mit
der magnetischen Oberflächenflussdichte Bo an der Oberfläche des Antriebsmagneten 4. Die Magnetbreite MBi ist proportional zur Polteilung Ti, wobei der Proportionalitätsfaktor unter anderem von der Magnetisierungsrichtung benachbarter Antriebsmagnete 4, sowie dem Abstand zwischen benachbarten Antriebsmagneten 4 abhängt. Wenn benachbarte Antriebsmagnete 4 einer Magnetgruppe 4i direkt aneinander angrenzen (ohne Spalt), eine um 180° entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung und gleiche Magnetbreite MBi aufweisen, kann man die Polteilung Ti mit der Magnetbreite MBi gleichsetzen (Fig.la). Eine Veränderung der Polteilung Ti bedingt damit auch eine analoge Veränderung der Magnetbreite MBi und umgekehrt. Daraus folgt, dass eine, durch eine Erhöhung des mittleren Spulenabstands Si der Antriebsspulen ASi bedingte Verringerung des Wrkungsgrades zumindest teilweise durch eine Erhöhung der Polteilung Ti der entsprechenden Magnetgruppe 4i kompensiert werden kann.
Wie in Fig.la ersichtlich ist, ist deshalb an der Transporteinheit TE1.1 die Polteilung Ta der beiden ersten Magnetgruppen MGa (die mit den Antriebsspulen AS1 mit geringerem mittleren Spulenabstand S1 < S2 Zusammenwirken) geringer als die Polteilung Tb der beiden zweiten Magnetgruppen MGb (die mit den Antriebsspulen AS2 mit dem größeren mittleren Spulenabstand S2 > S1 Zusammenwirken).
Die magnetische Oberflächenflussdichte Bo an der (der Transportebene 3 zugewandten) Oberfläche eines Antriebsmagneten 4 ist eine Funktion der Polteilung Ti und einer Magnethöhe MHi (hier in Z-Richtung - Fig.1 b). Die magnetische Oberflächenflussdichte Bo ergibt sich dabei zu wobei B die magnetische Flussdichte des
Antriebsmagneten 4 ist, die die bekanntermaßen proportional zur Remanenzflussdichte als Materialparameter des Antriebsmagneten 4 ist und als bekannt angesehen werden kann. Daraus ist ersichtlich, dass die Oberflächenflussdichte Bo mit steigender Polteilung Ti abnimmt, die Abnahme jedoch durch eine Erhöhung der Magnethöhe MHi kompensiert werden kann. In der Regel ist die Magnethöhe MHi der Antriebsmagnete 4 aber aus konstruktions- und gewichtstechnischen Gründen nach oben hin beschränkt und meist für beide Magnetgruppen MGa, MGb einer Transporteinheit TE konstant. Nachfolgend wird deshalb davon ausgegangen, dass nur die Polteilung Ti (die hier der Magnebreite MBi entspricht) variabel ist und dass die Magnethöhe MHi der Antriebsmagnete 4 vorgegeben ist.
Die Oberflächenflussdichte Bo ist damit nur noch eine Funktion der Polteilung Ti (bzw. Magnetbreite MBi). Durch Einsetzen der Gleichung für die Oberflächenflussdichte B0(Ti) in die obige Gleichung für die Flussdichte £(z, z) und Integration über eine Spulenhöhe SHi einer Antriebsspule ASi in Z-Richtung mitSi/z e (zz.l,zz.2) erhält man die effektiv wirkende
maximale Flussdichte der Magnetgruppe MGi über der Spulenhöhe SHi der Antriebsspulen
ASi in Abhängigkeit der Polteilung Ti gemäß J B(z,Ti)dz = B0(Ti) * . Eine
einfache Optimierung nach der Polteilung Ti liefert die optimale Polteilung Ti (die unter bestimmten Randbedingungen der Magnetbreite MBi entspricht) zur Maximierung der Flussdichte B des Antriebsmagneten 4 für eine Kombination mit einer Antriebsspule ASi mit einer Spulenhöhe SHi, die in Z-Richtung im Abstand z1.i vom Antriebsmagnet 4 beabstandet ist und sich bis z2.i erstreckt, wie in Fig.1 b anhand der ersten Antriebsspulen AS1 dargestellt ist. Der beschriebene Zusammenhang ist in Fig.2 grafisch dargestellt.
Fig.2 zeigt ein Diagramm mit einem qualitativen Verlauf der Flussdichte B über der Polteilung Ti, die proportional zur Magnetbreite MBi ist. Daraus ist ersichtlich, dass die maximale Flussdichte BMGa_max für die Antriebsmagnete 4 der ersten Magnetgruppe MGa der Transporteinheit T1.1 bei einer optimalen Magnetbreite MBa_opt bzw. optimalen Polteilung Ta_opt erreicht wird und die maximale Flussdichte BMGb_max für die Antriebsmagnete 4 der zweiten Magnetgruppe MGb bei einer relativ dazu größeren optimalen Magnetbreite MBb_opt bzw. optimalen Polteilung Tb_opt erreicht wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Polbreite Ta der ersten Magnetgruppe MGa der Transporteinheit TE1.1 gezielt an den mittleren ersten Spulenabstand S1 der Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 angepasst werden und die Polbreite Tb der zweiten Magnetgruppe MGb der Transporteinheit TE1.1 gezielt an den mittleren zweiten Spulenabstand S2 der Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 angepasst werden.
In Fig.3a-3f sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie die verschiedenen Polteilungen Ta < Tb in einer 1 D-Anordnung von Antriebsmagneten 4 an einer Transporteinheit TE1.1 umgesetzt werden können. Fig.3g+3h zeigt eine mögliche Umsetzung verschiedener Polteilungen Ta < Tb bei einer 2D-Anordnung von Antriebsmagneten 4 an einer T ransporteinheit TE1.1. Die Figuren zeigen jeweils die T ransporteinheit TE1.1 in einer Ansicht von unten. An der Transporteinheit TE1.1 der Fig.3a-3f sind jeweils zwei erste Magnetgruppen MGa und zwei zweite Magnetgruppen MGb angeordnet. Die jeweils ersten Magnetgruppen MGa weisen eine Magnetgruppenlänge LMGa und eine Magnetgruppenbreite BMGa auf und die die jeweils zweiten Magnetgruppen MGb weisen eine Magnetgruppenlänge LMGb und eine Magnetgruppenbreite BMGb auf (stellvertretend nur in Fig.3a eingezeichnet). Die Transporteinheit TE1.1 selbst weist eine Transporteinheitslänge LTE und eine Transporteinheitsbreite BTE auf, wie in Fig.3c angedeutet ist.
Die Magnetgruppenbreite BMGi ist die Ausdehnung in der Richtung, in der die einzelnen Antriebsmagnete 4 der jeweiligen Magnetgruppe MGi hintereinander angeordnet sind. Die
Magnetgruppenlänge LMGi entspricht der Länge der einzelnen Antriebsmagnete 4 (=der Längserstreckung) der jeweiligen Magnetgruppe MGi. Wenn sich die Magnetgruppen MGa, MGb bis zu den Rändern der T ransporteinheit TE1.1 erstrecken, was vorzugsweise der Fall ist, setzt sich die Transporteinheitslänge LTE aus der Summe der Magnetgruppenbreite BMGa der ersten Magnetgruppe MGa und der Magnetgruppenlänge LMGb der zweiten Magnetgruppe MGb zusammen. Die Transporteinheit TE1.1 wird also mit ihrer Transporteinheitslänge LTE in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 bewegt und mit ihrer Transporteinheitsbreite BTE in der zweiten Hauptbewegungsrichtung H2. Durch den Versatz der beiden ersten magnetgruppen MGa in Y-Richtung und den Versatz der beiden zweiten Magnetgruppen MGb in X-Richtung, kann ein Drehmoment um die Hochachse der Transporteinheit TE1.1 erzeugt werden, wodurch eine Drehung der Transporteinheit TE1.1 um die Hochachse möglich ist. Zum Betreiben der Transporteinrichtung 1 genügen im Wesentlichen auch eine einzige erste Magnetgruppe MGa und eine einzige zweite Magnetgruppe MGb. Natürlich können aber auch mehr als zwei erste Magnetgruppen MGa und mehr als zwei weite Magnetgruppen MGb pro Transporteinheit TE angeordnet sein. Auch eine ungleiche Anzahl von ersten und zweiten Magnetgruppen MGa, MGb wäre denkbar, beispielsweise zwei erste Magnetgruppen MGa und eine zweite Magnetgruppe MGb.
Die unterschiedliche Polteilung Ta < Tb der beiden Magnetgruppen MGa, MGb kann nun verschiedener Weise umgesetzt werden. Im Wesentlichen können die drei Eigenschaften Magnetanzahl der Antriebsmagnete 4 der Magnetgruppen MGi, Magnetgruppenfläche AMGi der Magnetgruppen MGi und Transporteinheitsform der Transporteinheit TE1.1 verändert werden. Weiters könnte auch die Verdrehung benachbarter Antriebsmagnete 4 relativ zueinander, sowie der Abstand zwischen benachbarten Antriebsmagneten 4 variiert werden, worauf aber hier nicht im Detail eingegangen wird. Die Transporteinheit TE1.1 gemäß Fig.3a weist beispielsweise in beiden Magnetgruppen MGa, MGb die gleiche Magnetanzahl NMa=NMb=6 Antriebsmagneten 4 und eine gleiche Magnetfläche AMGa=AMGb auf. Die Magnetgruppenfläche AMGi einer Magnetgruppe MGi ergibt sich zu AMGi = LMGi* BMGi . Aufgrund der unterschiedlichen Polteilung Ta < Tb weisen die zweiten Magnetgruppen MGb eine größere Magnetgruppenbreite BMGb auf als die ersten Magnetgruppen MGa. Um trotzdem eine gleiche Magnetgruppenfläche AMGa=AMGb zu erreichen, ist die Magnetgruppenlänge LMGa der ersten Magnetgruppe MGa größer als die Magnetgruppenlänge LMGb der zweiten Magnetgruppe MGb. Dadurch ergibt sich eine rechteckige T ransporteinheitsform der T ransporteinheit TE1.1. mit einer relativ zur Transporteinheitsbreite BTE geringeren Transporteinheitslänge LTE < BTE, hier in X- Richtung.
Fig.3b-3f zeigen weitere Ausgestaltungen. Die Transporteinheit TE1.1 in Fig.3b weist eine quadratische Transporteinheitsform mit LTE = BTE auf, wobei die ersten und zweite Magnetgruppen MGa, MGb eine gleiche Magnetanzahl NMa = NMb = 6 aufweisen, aber eine unterschiedliche Magnetgruppenfläche AMGa = AMGb. Die Transporteinheit TE1.1 in Fig.3c weist eine quadratische Transporteinheitsform mit LTE = BTE auf, wobei die ersten und zweite Magnetgruppen MGa, MGb eine gleiche Magnetgruppenfläche AMGa = AMGb, aber eine unterschiedliche Magnetanzahl NMa = 9, NMb = 6 aufweisen. Die Transporteinheit TE1.1 in Fig.3d weist eine rechteckige Transporteinheitsform mit LTE < BTE auf, wobei die ersten und zweite Magnetgruppen MGa, MGb eine gleiche Magnetgruppenfläche AMGa = AMGb, aber eine unterschiedliche Magnetanzahl NMa = 9, NMb = 6 aufweisen. Die T ransporteinheit TE1.1 in Fig.3e weist eine rechteckige T ransporteinheitsform mit LTE < BTE auf, wobei die ersten und zweite Magnetgruppen MGa, MGb eine unterschiedliche Magnetgruppenfläche AMGa F AMGb und eine gleiche Magnetanzahl NMa = NMb = 6 aufweisen. Die Transporteinheit TE1.1 in Fig.3f weist eine quadratische Transporteinheitsform mit LTE = BTE auf, wobei die ersten und zweite Magnetgruppen MGa, MGb eine unterschiedliche Magnetgruppenfläche AMGa F AMGb und unterschiedliche Magnetanzahl NMa = 11, NMb = 6 aufweisen. Daraus ist ersichtlich, dass eine Vielzahl an verschiedenen Varianten einer Transporteinheit TE1.1 mit verschiedener Polteilung TA < Tb realisierbar ist.
In Fig.3g und Fig.3h ist jeweils eine Transporteinheit TE1.1 mit einer sogenannten 2D- Anordnung der Antriebsmagnete 4 dargestellt. Bei der 2D-Anordung sind die Antriebsmagnete 4 unterschiedlicher magnetischer Orientierung schachbrettartig angeordnet. Die dargestellten Beispiele zeigen eine Halbach-Anordnung, bei der die magnetische Orientierung benachbarter Antriebsmagnete um 90° zueinander gedreht ist. Die schraffierten und nicht schraffierten Antriebsmagnete 4 symbolisieren Antriebsmagnete 4 mit entgegengesetzter magnetischer Orientierung auf, also magnetischer Nord- und Südpol. Die jeweils dazwischen liegenden Antriebsmagnete 4, weisen eine um 90° gedrehte Magnetisierungsrichtung auf, wie durch die Pfeile gekennzeichnet symbolisiert ist. Die Halbach-Anordnung hat den Vorteil, dass der magnetische Fluss auf einer Seite (vorzugsweise die der Transportebene 3 zugewandte Seite) größer ist als auf der gegenüberliegenden Seite. Die Halbach-Anordnung ist im Stand der Technik bekannt, weshalb an dieser Stelle auf weitere Details verzichtet wird.
An der T ransporteinheit TE1.1 der Fig.3g+3h sind wiederum zumindest eine erste Magnetgruppe MGa und zumindest eine zweite Magnetgruppe MGb angeordnet, in denen jeweils eine Mehrzahl von Antriebsmagnete 4 vorgesehen ist. Im Beispiel gemäß Fig.3g sind in Y-Richtung nebeneinander neun erste Magnetgruppen MGa mit jeweils einer bestimmten Magnetanzahl NMa von in X-Richtung hintereinander angeordneten Antriebsmagneten 4
vorgesehen, wie anhand der obersten ersten Magnetgruppe MGa angedeutet ist. Analog sind in X-Richtung nebeneinander siebzehn zweite Magnetgruppen MGb mit jeweils einer bestimmten Magnetanzahl NMb von in Y-Richtung hintereinander angeordneten Antriebsmagneten 4 vorgesehen, wie stellvertretend anhand der zweiten Magnetgruppe MGa rechts außen angedeutet ist. Die Magnetgruppen MGa, MGb sind bei der 2D- Anordnung damit nicht getrennt, so wie bei der 1D-Anordnung, sondern die Antriebsmagnete 4 sind sowohl Teil der ersten Magnetgruppen MGa, als auch Teil der zweiten Magnetgruppen MGb.
Die Polteilung Ta bemisst sich bei der Haibach Anordnung zwischen einem Antriebsmagnet 4 mit magnetischem Nordpol und einem folgenden Antriebsmagnet 4 mit magnetischem Südpol. Gemäß der Erfindung ist die Polteilung Ta der ersten Magnetgruppen MGa geringer als die Polteilung Tb der zweiten Magnetgruppen MGb. Im Beispiel Gemäß Fig.3g weist die Transporteinheit TE1.1 eine quadratische Transporteinheitsgrundfläche mit gleicher Transporteinheitslänge und Transporteinheitsbreite LTE = BTE. Aufgrund der unterschiedlichen Polteilung Ta < Tb sind daher mehre zweite Magnetgruppen MGb als erste Magnetgruppen MGa vorgesehen. Die Transporteinheit TE1.1 gemäß Fig.3h weist eine gleiche Anzahl von jeweils neun ersten und zweiten Magnetgruppen MGa, MGb auf. Aufgrund der unterschiedlichen Polteilung Ta < Tb hat die Transporteinheit TE1.1 daher eine rechteckige Transporteinheitsgrundfläche mit geringerer Transporteinheitslänge als Transporteinheitsbreite LTE < BTE. Die nicht rechteckige Ausgestaltung (LTE < BTE) der Transporteinheit TE1.1 (sowohl in 1D, als auch in 2D-Anordnung der Antriebsmagnete 4) hat beispielsweise den Vorteil, dass in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 mehr Shuttles bewegt werden können, als bei quadratischer Ausführung. Dadurch kann beispielsweise der Durchsatz eines Transportprozesses in vorteilhafter Weise erhöht werden.
Eine Variante der Erfindung wird nachfolgend anhand Fig.4 erläutert. Fig.4 zeigt eine Transporteinrichtung 1, in der mehrere Transportsegmente 2a-2f aneinandergereiht sind, um eine größere Transportebene 3 auszubilden. Die Transportsegmente 2a-2f sind analog ausgestaltet, wie zuvor anhand Fig.1a-1c beschrieben wurde. An jedem der Transportsegmente 2a-2f ist also eine erste Spulengruppe SG1 mit einer Mehrzahl von (hier „langen“) Antriebsspulen AS1 und eine zweite Spulengruppe SG2 mit einer Mehrzahl von (hier „kurzen“) Antriebsspulen AS2 vorgesehen, wie anhand des teilweise aufgebrochen Transportsegments 2a in Fig.4 angedeutet ist. Die Transportsegmente 2 haben folglich jeweils eine erste Hauptbewegungsrichtung H1 und eine normal darauf stehende zweite Hauptbewegungsrichtung 2. Die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 weisen relativ zu den Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 einen geringeren mittleren Spulenabstand S1 < S2 auf. Die Transportsegmente 2a-2f sind hier identisch ausgeführt, natürlich könnten aber auch Transportsegmente 2 unterschiedlicher Form kombiniert
werden, beispielsweise Transportsegmente 2 mit quadratischer Transportebene 3, so wie anhand des gestrichelten Transportsegments 2g angedeutet ist. Die jeweils ersten Hauptbewegungsrichtungen H1 der Transportsegmente 2a, 2b, 2e verlaufen parallel, hier in X-Richtung und die jeweils ersten Hauptbewegungsrichtungen H1 der Transportsegmente 2c, 2d, 2f verlaufen parallel, hier in Y-Richtung.
In der Transporteinrichtung 1 sind zwei Transporteinheiten TE1.2 und TE2 vorgesehen, an denen wie beschrieben jeweils zumindest eine erste und zumindest eine zweite Magnetgruppe MGa, MGb mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung Ta, Tb hintereinander angeordneten Antriebsmagneten 4 unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet sind. Die Antriebsmagnete 4 der beiden Transporteinheiten TE1.2, TE2 sind hier jeweils wieder in einer 1D-Anordnung angeordnet, natürlich wäre aber auch eine 2D-Anordnung möglich. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass alle Magnetgruppen MGa, MGb der Transporteinheit TE1.2 gleich große, Polteilungen Ta = Tb aufweisen und alle Magnetgruppen MGa, MGb der anderen Transporteinheit TE2 gleich große Polteilungen Ta = Tb aufweisen, wobei sich die (einheitliche) Polteilung Ta = Tb der Transporteinheit TE1.2 von der (einheitlichen) Polteilung Ta=Tb der Transporteinheit TE2 unterscheidet, hier insbesondere kleiner ist.
Die T ransporteinheit TE1.2 wird hier entlang eines vorgegebenen geschlossenen zweidimensionalen ersten Bewegungspfades BP1 bewegt, der sich über die Transportsegmente 2b, 2c, 2e, 2f erstreckt. Die Transporteinheit TE2 wird hier entlang eines vorgegebenen zweidimensionalen zweiten Bewegungspfades BP2 bewegt, der sich über die Transportsegmente 2d, 2c, 2b, 2a erstreckt. Natürlich könnten auch jeweils mehrere Transporteinheiten TE1.2, TE2 gleichzeitig hintereinander entlang des jeweiligen Bewegungspfades BP1, BP2 bewegt werden. Der erste Bewegungspfad BP1 wird dabei vorteilhafterweise so festgelegt, dass ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 an einer Bewegungspfadlänge LBP1 des ersten Bewegungspfades BP1 größer ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung H2. Der zweite Bewegungspfad BP2 wird vorzugsweise so festgelegt, dass ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 an einer Bewegungspfadlänge LBP2 des zweiten Bewegungspfades BP2 kleiner ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung H2. Die Bewegungspfadlängen LBP1, LBP2 der Bewegungspfade BP1, BP2 entspricht dabei der geometrischen Länge des jeweiligen Bewegungspfades BP1, BP2, also der Strecke, die eine Transporteinheit TEi bei Bewegung entlang des jeweiligen Bewegungspfades BP1, BP2 zurücklegt.
Dadurch wird die Transporteinheit TE1.2 mit der (relativ) kleineren (einheitlichen) Polteilung Ta = Tb überwiegend in der ersten Hauptbewegungsrichtung H1 der Transportebene 3 bewegt und die Transporteinheit TE2 mit der (relativ) größeren (einheitlichen) Polteilung Ta = Tb in der Transportebene 3 überwiegend in der zweiten Hauptbewegungsrichtung H1
bewegt. Dadurch wird ein effizienter Betrieb der Transporteinrichtung 1 ermöglicht, weil zur Bewegung der T ransporteinheit TE1.2 die Antriebsmagnete 4 der T ransporteinheit TE1.2 überwiegend mit den Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppen SG1 der Transportsegmente 2 Zusammenwirken, die einen geringeren Spulenabstand S1 aufweisen, als die Antriebsspulen der zweiten Spulengruppen SG2. Analog wirken zur Bewegung der Transporteinheit TE2 die Antriebsmagnete 4 der Transporteinheit TE2 überwiegend mit den Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppen SG2 der Transportsegmente 2 zusammen, die einen größeren Spulenabstand S2 aufweisen, als die Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppen SG1. Transporteinheiten TE1.2, TE2 mit unterschiedlichen Polteilungen Ta, Tb können daher in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, um die Effizienz des
Betriebs der Transporteinrichtung 1 zu erhöhen, indem vorteilhafte Bewegungspfade BP1, BP2 festgelegt werden.
Vorzugsweise kann die (einheitliche) Polteilung Ta = Tb der Transporteinheit TE1.2 wiederum an den mittleren Spulenabstand S1 der Antriebsspulen AS1 der ersten Spulengruppe SG1 angepasst werden und in die (einheitliche) Polteilung Ta = Tb der
Transporteinheit TE2 kann an den mittleren Spulenabstand S2 der Antriebsspulen AS2 der zweiten Spulengruppe SG2 angepasst werden, wie bereits ausführlich beschrieben wurde.
Claims
1. Transporteinrichtung (1) in Form eines Planarmotors mit zumindest einem Transportsegment (2), das eine Transportebene (3) ausbildet und mit zumindest einer Transporteinheit (TE1.1), die in der Transportebene (3) zumindest zweidimensional bewegbar ist, wobei am Transportsegment (2) mehrere Antriebsspulen (AS1, AS2) angeordnet sind und an der Transporteinheit (TE1.1) zumindest eine erste und zumindest eine zweite Magnetgruppe (MGa, MGb) mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung (Ta, Tb) hintereinander angeordneten Antriebsmagneten (4) unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet sind, wobei an der zumindest einen Transporteinheit (TE1.1) unterschiedliche Polteilungen (Ta Tb) für die zumindest eine erste Magnetgruppe (MGa) und die zumindest eine zweite Magnetgruppe (MGb) vorgesehen sind und wobei am Transportsegment (2) eine erste Spulengruppe (SG1) mit mehreren Antriebsspulen (AS1) angeordnet ist, welche eine erste Hauptbewegungsrichtung (H1) zur Bewegung der Transporteinheit (TE1.1) definiert und eine zweite Spulengruppe (SG2) mit mehreren Antriebsspulen (AS2) angeordnet ist, welche eine zweite Hauptbewegungsrichtung (H2) zur Bewegung der Transporteinheit (TE1.1) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (AS1) der ersten Spulengruppe (SG1) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem mittleren ersten Spulenabstand (S1) von der ersten Magnetgruppe (MGa) der Transporteinheit (TE1.1) beabstandet sind und die Antriebsspulen (AS2) der zweiten Spulengruppe (SG2) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem relativ zum mittleren ersten Spulenabstand (S1) größeren mittleren zweiten Spulenabstand (S2) von der zweiten Magnetgruppe (MGb) der Transporteinheit (TE1.1) beabstandet sind, wobei an der Transporteinheit (TE1.1) die Polteilung (Ta) der zumindest einen ersten Magnetgruppe (MGa) kleiner ist als die Polteilung (Tb) der zumindest einen zweiten Magnetgruppe (MGa).
2. Transporteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Transporteinrichtung (1) zumindest zwei Transporteinheiten (TE1.2, TE2) vorgesehen sind, an denen jeweils zumindest eine erste und zumindest eine zweite Magnetgruppe (MGa,
MGb) mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung (Ta, Tb) hintereinander angeordneten Antriebsmagneten (4) unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet sind, wobei alle Magnetgruppen (MGa, MGb) jeweils einer Transporteinheit (TE1.2, TE2) eine gleiche Polteilung (Ta=Tb) aufweisen und wobei sich die Polteilungen (Ta, Tb) der zumindest zwei Transporteinheiten (TE1.2, TE2) unterscheiden.
3. Transporteinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (AS1) der ersten Spulengruppe (SG1) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem mittleren ersten Spulenabstand (S1) von den ersten Magnetgruppen (MGa) der Transporteinheiten (TE1.2, TE2) beabstandet sind und die Antriebsspulen (AS2) der zweiten Spulengruppe (SG2) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem relativ zum mittleren ersten Spulenabstand (S1) größeren mittleren zweiten Spulenabstand (S2) von den zweiten Magnetgruppen (MGb) der Transporteinheiten (TE1.2, TE2) beabstandet sind, wobei in der Transportebene (3) für die Transporteinheit (TE1.2) mit der kleineren Polteilung (Ta, Tb) ein erster Bewegungspfad (BP1) festgelegt ist, entlang dem die Transporteinheit (TE1.2) bewegbar ist und in der Transportebene (3) für die zumindest eine andere Transporteinheit (TE2) mit der größeren Polteilung (Ta, Tb) ein zweiter Bewegungspfad (BP2) festgelegt ist, entlang dem die Transporteinheit (TE2) bewegbar ist, wobei ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung (H1) an einer Bewegungspfadlänge (LBP1) des ersten Bewegungspfades (BP1) größer ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung (H2) und ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung (H1) an einer Bewegungspfadlänge (LBP2) des zweiten Bewegungspfades (BP2) kleiner ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung (H2).
4. Transporteinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polteilung (Ta, Tb) der Antriebsmagnete (4) zumindest einer Magnetgruppe (MGa, MGb) zumindest einer Transporteinheit (TE1.1) in Abhängigkeit des mittleren Spulenabstandes (S1, S2) der damit zusammenwirkenden Antriebsspulen (AS1, AS2) festgelegt ist.
5. Transporteinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnethöhe (MHi) und/oder eine Magnetbreite (MBi) der Antriebsmagnete (4) zumindest einer Magnetgruppe (MGa, MGb) zumindest einer Transporteinheit (TE1.1) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in Abhängigkeit der Polteilung (Ta, Tb) der jeweiligen Magnetgruppe (MGa, MGb) festgelegt ist.
6. Transporteinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetgruppen (MGa, MGb) zumindest einer Transporteinheit (TE1.1) eine gleich große Magnetgruppenfläche (AMGa=AMGb) aufweisen und/oder eine gleiche Magnetanzahl (NMa=NMb) an Antriebsmagneten (4) aufweisen und/oder dass die zumindest eine Transporteinheit (TE) eine quadratische oder rechteckige
T ransporteinheitsgrundfläche aufweist.
7. Transporteinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmagnete (4) jeweils zumindest einer Magnetgruppe
(MGa, MGb) zumindest einer Transporteinheit (TE1.1) eine gleiche große Magnetbreite (MBi) aufweisen, wobei benachbarte Antriebsmagnete (4) der Magnetgruppe (MGa, MGb) direkt aneinander angrenzen.
8. Transporteinheit (TE1.1) für eine Transporteinrichtung (1) in Form eines Planarmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 7, an der zumindest zwei Magnetgruppen (MGa, MGb) mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung (Ta, Tb) hintereinander angeordneten Antriebsmagneten (4) unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet sind, wobei sich die Polteilungen (Ta, Tb) der zumindest zwei Magnetgruppen (MGa, MGb) unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetbreite (MBi) und/oder eine in Normalrichtung auf eine Transporteinheitsunterseite stehende Magnethöhe (MHi) der Antriebsmagnete (4) zumindest einer Magnetgruppe (MGa, MGb) in Abhängigkeit der Polteilung (Ta, Tb) der jeweiligen Magnetgruppe (MGa, MGb) festgelegt ist.
9. Transporteinheit (TE1.1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmagnete (4) jeweils zumindest einer Magnetgruppe (MGa, MGb) eine gleich große Magnetbreite (MBi) aufweisen, wobei benachbarte Antriebsmagnete (4) der Magnetgruppe (MGa, MGb) direkt aneinander angrenzen.
10. Transporteinheit (TE1.1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Magnetgruppen (MGa, MGb) eine gleich große Magnetgruppenfläche (AMGa=AMGb) aufweisen und/oder eine gleiche Magnetanzahl (NMa=NMb) an Antriebsmagneten (4) aufweisen und/oder dass die Transporteinheit (TE1.1) eine quadratische oder rechteckige Transporteinheitsgrundfläche aufweist.
11. Verfahren zum Betreiben einer Transporteinrichtung (1) in Form eines Planarmotors mit zumindest einem Transportsegment (2), das eine Transportebene (3) ausbildet und mit zumindest einer Transporteinheit (TE1.1), die in der Transportebene (3) zumindest zweidimensional bewegt wird, wobei am Transportsegment (2) mehrere Antriebsspulen (AS1, AS2) angeordnet werden und an der Transporteinheit (TE) zumindest eine erste und zumindest eine zweite Magnetgruppe (MGa, MGb) mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung (Ta, Tb) hintereinander angeordneten Antriebsmagneten (4) unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet werden, wobei an der zumindest einen Transporteinheit (TE1.1) unterschiedliche Polteilungen (Ta Tb) für die zumindest eine erste Magnetgruppe (MGa) und die zumindest eine zweite Magnetgruppe (MGb) vorgesehen werden und wobei am Transportsegment (2) eine erste Spulengruppe (SG1) mit mehreren Antriebsspulen (AS1) angeordnet wird, welche eine erste Hauptbewegungsrichtung (H1) zur Bewegung der Transporteinheit (TE1.1) definiert und eine zweite Spulengruppe (SG2) mit mehreren Antriebsspulen (AS2) angeordnet wird, welche
eine zweite Hauptbewegungsrichtung (H2) zur Bewegung der Transporteinheit (TE1.1) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (AS1) der ersten Spulengruppe (SG1) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem mittleren ersten Spulenabstand (S1) von der ersten Magnetgruppe (MGa) der Transporteinheit (TE1.1) beabstandet werden und die Antriebsspulen (AS2) der zweiten Spulengruppe (SG2) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem relativ zum mittleren ersten Spulenabstand (S1) größeren mittleren zweiten Spulenabstand (S2) von der zweiten Magnetgruppe (MGb) der Transporteinheit (TE1.1) beabstandet werden, wobei an der zumindest einen Transporteinheit (TE1.1) die Polteilung (Ta) der zumindest einen ersten Magnetgruppe (MGa) kleiner festgelegt wird, als die Polteilung (Tb) der zumindest einen zweiten Magnetgruppe (MGa).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in der in der Transportebene (3) der Transporteinrichtung (1) zumindest zwei Transporteinheiten (TE1.2, TE2) bewegt werden, an denen jeweils zumindest eine erste und zumindest eine zweite Magnetgruppe (MGa, MGb) mit jeweils mehreren, in einer bestimmten Anordnungsrichtung mit einer bestimmten Polteilung (Ta, Tb) hintereinander angeordneten Antriebsmagneten (4) unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung angeordnet sind, wobei für alle Magnetgruppen (MGa, MGb) jeweils einer Transporteinheit (TE1.2, TE2) eine gleiche Polteilung (Ta=Tb) vorgesehen wird, wobei sich die Polteilungen (Ta, Tb) der zumindest zwei Transporteinheiten (TE1.2, TE2) unterscheiden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspulen (AS1) der ersten Spulengruppe (SG1) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem mittleren ersten Spulenabstand (S1) von den ersten Magnetgruppen (MGa) der Transporteinheiten (TE1.2, TE2) beabstandet werden und die Antriebsspulen (AS2) der zweiten Spulengruppe (SG2) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in einem relativ zum mittleren ersten Spulenabstand (S1) größeren mittleren zweiten Spulenabstand (S2) von den zweiten Magnetgruppen (MGb) der Transporteinheiten (TE1.2, TE2) beabstandet werden, wobei die Transporteinheit (TE1.2) mit der kleineren Polteilung (Ta, Tb) entlang eines festgelegten ersten Bewegungspfades (BP1) in der Transportebene (3) bewegt wird und die zumindest eine andere Transporteinheit (TE2) mit der größeren Polteilung (Ta, Tb) entlang eines festgelegten zweiten Bewegungspfades (BP2) in der Transportebene (3) bewegt wird, wobei die Bewegungspfade (BP1, BP2) so festgelegt werden, dass ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung (H1) an einer Bewegungspfadlänge (LBP1) des ersten Bewegungspfades (BP1) größer ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung (H2) und ein Anteil der ersten Hauptbewegungsrichtung (H1) an einer Bewegungspfadlänge (LBP2) des zweiten Bewegungspfades (BP2) kleiner ist, als ein Anteil der zweiten Hauptbewegungsrichtung (H2).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polteilung (Ta, Tb) der Antriebsmagnete (4) zumindest einer Magnetgruppe (MGa, MGb) zumindest einer Transporteinheit (TE1.1) in Abhängigkeit des mittleren Spulenabstandes (S1 , S2) der damit zusammenwirkenden Antriebsspulen (AS1 , AS2) festgelegt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Magnetbreite (MBi) und/oder eine Magnethöhe (MHi) der Antriebsmagnete (4) zumindest einer Magnetgruppe (MGa, MGb) zumindest einer Transporteinheit (TE1.1) in Normalrichtung auf die Transportebene (3) in Abhängigkeit der Polteilung (Ta, Tb) der jeweiligen Magnetgruppe (MGa, MGb) festgelegt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für die zumindest zwei Magnetgruppen (MGa, MGb) zumindest einer Transporteinheit (TE1.1) gleich große Magnetgruppenflächen (AMGa=AMGb) und/oder eine gleiche Magnetanzahl (NMa=NMb) an Antriebsmagneten (4) und/oder dass für die zumindest eine Transporteinheit (TE1.1) eine quadratische oder rechteckige Transporteinheitsgrundfläche vorgesehen wird.
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