CN103635403B - 传送皮带的闭环磁性定位 - Google Patents

Abstract

在此披露了一种具有带磁特性的传送皮带的传送机，该磁特性允许通过外部产生的多个磁场对该皮带的位置进行控制；并且还披露了用于控制这种传送皮带的方法。多个传感器感测该皮带的操作条件，如皮带速度、皮带张力、皮带负荷、皮带的横向或径向位置、或皮带高度，并且将这些测量值发送至一个控制器。传送机框架中的多个电磁铁产生与该皮带的磁特性相互作用的多个磁场，以便施加选定的力来在该传送机中定位该皮带。该控制器调节由这些电磁铁产生的这些磁场的强度和方向，以便对该皮带的这些操作条件进行控制。

Description

传送皮带的闭环磁性定位

技术领域

本发明总体上涉及电力驱动的传送机，并且更具体地涉及皮带传送机以及相关方法，其中具有磁特性的传送皮带被多个可控制的电磁铁排斥或吸引以便对皮带位置进行控制，从而减少摩擦或以其他方式提高传送机性能。

背景技术

已在皮带传送机与链条传送机中使用了永磁铁来减小皮带与传送机框架之间的摩擦、并且通过磁性斥力来使皮带悬浮、并且通过磁性引力来防止皮带升高到其轨道之外。一个传送机框架中的多个永磁铁形成了与传送皮带中的多个永磁铁或金属材料相互作用的多个磁场，以便对该传送皮带施力，这些力可以例如被导向为减小该皮带和该传送机框架之间的摩擦接触。这些磁铁的强度和安排是针对具体应用而选择的。然而经常地，传送机的操作条件如皮带负荷和皮带速度可以改变。操作条件的变化可能足够地改变该皮带的动力学而使得这些永磁铁的强度和安排对于这个变化的操作条件是次最优的。

发明内容

体现了本发明特征的一种传送机包括被支撑在一个传送机框架之中的一个传送皮带。该传送皮带具有磁特性，该磁特性允许该皮带被一个磁场吸引或排斥。沿着一个传送机框架布置的多个电磁铁被安排成产生多个吸引或排斥该传送皮带的磁场。感测该传送皮带的一种操作条件的一个传感器提供了代表该操作条件的一个传感器信号。一个控制器接收该传感器信号并且响应于该信号而控制这些电磁铁所产生的这些磁场，以便在该传送机框架中定位该传送皮带。

在本发明的另一方面，一种用于控制传送皮带的方法包括：(a)使具有磁特性的一个传送皮带沿着一个传送路径前进；(b)感测该传送皮带的一种操作条件；(c)使该传送皮带沿着该传送路径经受多个磁场；以及(d)随着所感测到的操作条件的变化来调节这些磁场的强度，以便沿着该传送路径横向地或竖直地定位该传送皮带。

附图说明

本发明的这些特征和方面以及其优点在以下说明、所附权利要求以及附图中予以进一步的描述，在附图中：

图1为体现了本发明特征的传送机的一部分转弯段的俯视平面图，包括在皮带内侧边缘中带有多个磁铁的一个弧形传送皮带以及带有多个电磁铁的一个内侧导轨；

图2为图1的传送机的倾斜透视图；

图3为一个传送机的倾斜透视图，该传送机在一个转弯部的外侧具有排斥在一个皮带外侧边缘中的磁铁的一个电磁铁；

图4A至图4D为在皮带中在一个转弯部的外侧具有吸引皮带中的磁性材料的一个电磁铁的一个传送机的等距图、俯视平面图、截面图、以及放大图，并且图4E为该皮带的边缘模块的底视平面图；

图5为一个传送机的倾斜透视图，该传送机具有一个电磁铁，该电磁铁排斥该皮带上的一个下压件，以便在一个转弯部的外侧中在一个弧形传送皮带的底侧处将该皮带下压；

图6A至图6C为体现了本发明特征的一个悬浮传送机的等距图、截面图、以及放大图，包括在皮带载道上方和下方的多个排斥电磁铁，并且图6D为该皮带的一个边缘模块的底视图；并且

图7为可用于图1至图6的多种传送机的一种控制系统的框图。

具体实施方式

图1和图2中示出了体现本发明特征的一种型式的传送机的一部分。传送机10包括一个传送皮带12，该传送皮带在一个转弯部15中沿皮带排进方向14前进。在图1中所示的示例性皮带12是能够侧向挠曲以越过多个转弯部的一个模块式塑料传送皮带。这种皮带结构的一个实例是美国路易斯安那州哈拉罕市(Harahan,Louisiana,U.S.A.)的英特乐有限责任公司(Intralox,L.L.C.)制造和出售的2200系列半径平格型皮带(RadiusFlushGridbelt)。这种环形皮带包括一系列多排16的皮带模块18，这些皮带模块通过多个铰链杆20在多个铰结点处链接在一起。在转弯部15的内侧，一个永磁铁22嵌入或安装在每个皮带排20的侧边缘24之中。在一些情况下，这些磁铁无需在每排中存在，并且可以每两排、每三排地嵌入、或按需嵌入。该皮带沿着其传送路径的在多个磨损条顶上的一个载道部分、或被支撑在一个传送机框架26中的一个载道槽23前行。该传送机框架包括沿着该转弯部的内侧的一个内导轨28。多个电磁铁30被安装在该内导轨28上。当被供能时，这些电磁铁产生排斥该皮带12的内侧边缘24中的这些磁铁22的一个磁场32，以便该传送皮带定位成径向地或横向地离开该内导轨28。(在一个半径皮带处于一个转弯部中的情况下，“横向地”与“径向地”同义。)以这种方式，该皮带的侧边缘24与包括这些电磁铁的内导轨28之间的摩擦在该转弯部处被消除。

图3示出了另一种型式的传送机，其中通过在该转弯部的外侧中的磁性斥力来防止一个弧形传送皮带36的侧边缘34与该转弯部的内侧的一个内导轨38接触。该传送皮带36具有在该皮带的剩余部分的底表面42下方延伸的一个悬垂元件40。一个或多个磁铁43嵌入该悬垂元件中。一个电磁铁44被安装在一个传送槽48的外侧46之中。该电磁铁产生与该皮带磁铁43相互作用的一个磁场50，以便向外排斥该悬垂元件、并且将该皮带定位成使其内侧边缘34横向地或径向地离开该内导轨38。内导轨38和外导轨39具有与该皮带的内侧边缘34和外侧边缘35重叠的水平唇缘，以防止这些皮带边缘升高到该载道之外。

图4A至图4D示出了一个传送皮带52，该传送皮带使用磁性引力来横向地或径向地拉动该皮带的一个内侧边缘54使之与一个内导轨56隔开。该皮带在该传送机框架26中被支撑在多个磨损条23'上。该皮带包括在一个外侧边缘55中的多个磁铁58、或包括被一个外导轨57中的多个电磁铁60所吸引的多个磁化的或未磁化的材料片。因此，用于吸引的磁特性可由磁化的或未磁化的铁磁材料来提供。该磁性引力横向地或径向地在转弯部中将该皮带向外拉动至与该内导轨无摩擦接触的一个位置之中。沿着该外导轨57的长度在多个间隔开的位置处安装的多个位移传感器59被用来检测外侧边缘55与该外导轨的接近度。图4E示出了可用于使该皮带52实现模块式塑料传送皮带的一个外侧边缘皮带模块53的一种型式。这些永磁铁52被嵌入该模块的外侧边缘55之中。可被设定成只检测一个特定距离的多个接近度传感器可作为替代选择被使用，以代替可以测量多个实际距离的多个位移传感器。

图5示出了带有一个磁性下压系统的一个弧形传送皮带62。该皮带在一对载道支撑表面70、71之间的一个空隙68之中具有从该皮带的底侧66向下延伸的一个悬垂元件64。嵌入该空隙中的该悬垂元件中的一个磁铁72是相对于该皮带的底表面以一个角度定向的。安装在该空隙处、在该第一支撑表面的外侧中的一个电磁铁74产生了一个排斥该皮带磁铁72的磁场76，该磁场具有抵消该半径皮带在该转弯部的外侧处上升的趋势的一个向下的分力F_d。因此，该磁性相互作用决定了该皮带的竖直位置以及横向或径向的位置。

图6A至图6C示出了一个悬浮传送机78。该传送机包括一个半径皮带80，其侧边缘82、83包括多个磁铁84。布置在侧导轨88、89之中或附近的电磁铁86、86'、86"受到控制以产生多个磁场，这些磁场使该皮带竖直地悬浮在一个下方支撑框架90上方、使该皮带横向地离开该内侧导轨88和外侧导轨89而居中、并且防止该皮带上升到与这些侧导轨的顶部唇缘92、93相接触。对这些电磁铁的相对场强进行调制以便横向地或径向地、并且竖直地定位该皮带。并非必需在每个侧导轨88、89处使用全部三套电磁铁86、86'、86"。例如，可以通过使用下部电磁铁86来将该皮带向上排斥到该支撑框架90上方或通过使用上部电磁铁86"来向上吸引该皮带，而实现一种悬浮传送机。侧部电磁铁86'可以根据需要使用，以便在几乎没有摩擦接触的情况下维持在这些相对的侧导轨的竖直表面之间居中的、该皮带的横向的或径向的位置。为了跨越传送机的横向宽度获得更大或更均匀的悬浮作用，可以在电磁铁支撑结构85中安排多个另外的磁铁87来与皮带80中的另外的永磁铁84'相互作用。安装在该皮带之下的电磁铁支撑结构85中的多个位移传感器或接近度传感器59检测该传送机载道中该皮带的高度。因此，该悬浮的皮带(可以替代地为一种直线运行皮带)可以在低摩擦下进行操作。图6D示出了可用于使该皮带80实现模块式塑料传送皮带的一个外侧边缘皮带模块91的一种型式。永磁铁84、84'被嵌入该模块的外侧边缘55以及底侧结构94之中。

图7的框图展示了一种闭环控制系统的简化型式，该系统用于调节这些电磁铁以获得最优的或所希望的皮带操作。一个控制器98，如可编程逻辑控制器、工作站或其他可编程计算装置，接收一个输入信号100，该输入信号是来自嵌在皮带中的一个传感器102(参见图2)或来自一个传感器102'，如图4或图6的位移传感器或在一个皮带驱动电动机116中、在传送机框架中或在该皮带的其中一个驱动部件(电动机、电动机控制器、齿轮箱、或轴)上的用于测量电动机电流的一个电流传感器。该传感器或这些传感器感测该皮带的一种或多种操作条件，如皮带速度、皮带张力、皮带负荷、或皮带高度。例如，一种皮带速度传感器可以被实现为安装至驱动轴或空转轴上的一个转速计、或实现为安装至该传送机框架上以便当这些皮带磁铁通过时对其计数的一个皮带圈数计数器。一种皮带张力传感器可被实现为安装在该皮带中的一个张力传感器、或被实现为在这些侧导轨中用于感测皮带伸长率的一个光学传感器。一种皮带负荷传感器可被实现为安装在该传送机框架中的一个重量传感器、安装在该皮带中的一个压电传感器、或一个电动机电流传感器。皮带高度可以由安装在这些侧导轨中的多个光学传感器或接近度传感器来感测。皮带的横向或径向位置可以由这些侧导轨中的或该皮带上的多个接近度传感器、位移传感器、或光学传感器来感测。多个皮带承载式传感器102所获得的测量值被缓存并通过该皮带中的一个发射器104经由一个天线106进行传输。经由一个远程天线108和接收器110接收所传输的传感器信号。该接收器将该传感器信号发送至该控制器98。安装在该传送机框架中的多个传感器102可以通过如图7中由虚线所示的硬线连接、或通过如在皮带承载式传感器102的情况下以无线方式来将其信号发送至控制器98。在该控制器中运行的控制算法使用这些传感器信号、工厂或操作员的设定、该传送皮带的动态模型、以及这些皮带和电磁铁的磁特性来调节场强或幅度并且在某些情况下调节这些磁场的极性，以便定位该皮带来维持所希望的或合适的操作条件。控制器98将多个电磁铁控制信号112输出至这些电磁铁114以便适当地调节其磁场。例如，电动机电流的增加可以指示由该皮带与传送机内导轨之间的摩擦接触的增加而导致的皮带张力的上升。该控制器可以通过增大这些电磁铁的排斥力以推动该皮带的内侧边缘离开该导轨并减小接触和皮带张力，来响应这个增加的电动机电流。该控制器可以任选地被编程以便利用一个电动机控制信号118来控制该皮带的驱动电动机116的速度。连接在该控制器与这些电磁铁和电动机之间的多个驱动器(未示出)将功率提升至足以驱动这些电磁铁和该电动机的一个水平。

所描述的磁铁和电磁铁的这些不同安排仅代表用于沿着一个载道来控制传送皮带的水平或竖直位置的一些可能安排。而且，虽然这些皮带被展示为具有分立的永磁铁或未磁化的铁磁元件，但是这些皮带元件的磁特性也可以通过将铁磁材料与聚合物材料混合并将其注射模制到一起以形成具有磁特性的均匀热塑性皮带模块来实现、或通过环绕一个铁磁芯或多个铁磁元件包覆模制一个热塑性皮带外壳来实现。此外，这些皮带可以为如所描述的模块式塑料传送皮带、平坦的橡胶或塑料传送皮带、金属皮带或金属链条、或由金属铰链杆链接而成的非金属皮带或非金属链条，只要可以通过与这些电磁铁所产生的磁场的相互作用而使可控的力作用在其上。

Claims (20)

1.一种传送机，包括：

一个传送机框架；

一个传送皮带，该传送皮带被支撑在该传送机框架中并且具有向该传送皮带提供磁特性的铁磁材料；

多个电磁铁，这些电磁铁是沿着该传送机框架进行布置的并被安排来产生吸引或排斥该传送皮带中的所述铁磁材料的多个磁场；

一个传感器，该传感器感测该传送皮带的一种操作条件并且提供代表该操作条件的一个传感器信号；以及

一个控制器，该控制器接收来自该传感器的该传感器信号并且响应于该传感器信号来控制由这些电磁铁产生的这些磁场，以便与所述铁磁材料相互作用，以排斥或吸引所述铁磁材料并在该传送机框架中定位该传送皮带。

2.如权利要求1所述的传送机，其中所述铁磁材料包括多个磁铁，这些磁铁产生该传送皮带的该磁特性并被安排来与这些电磁铁所产生的这些磁场进行相互作用。

3.如权利要求2所述的传送机，其中这些磁铁是沿着该传送皮带的一个第一侧边缘进行布置的，并且其中这些电磁铁是沿着该传送机框架、邻近该传送皮带的该第一侧边缘进行布置的。

4.如权利要求2所述的传送机，其中该传送皮带包括在该传送皮带下方延伸并容纳这些磁铁的多个悬垂元件，并且其中这些电磁铁是沿着该传送机框架、邻近这些悬垂元件进行布置的。

5.如权利要求1所述的传送机，其中该传送皮带是磁化的。

6.如权利要求1所述的传送机，其中该传送皮带是未磁化的。

7.如权利要求1所述的传送机，其中该传送机框架包括一个转弯部，并且其中所述铁磁材料包括处于该转弯部的内侧的一个侧边缘之中的多个磁铁，并且其中这些电磁铁是沿着该传送机框架、在该转弯部的该内侧处进行布置的以便排斥该传送皮带的该侧边缘中的这些磁铁。

8.如权利要求1所述的传送机，其中该传感器与该传送皮带一同前行。

9.如权利要求1所述的传送机，其中该传感器是安装在该传送机框架之中。

10.如权利要求1所述的传送机，其中该传感器感测该传送机框架中的皮带速度、皮带张力、皮带负荷、皮带横向位置、或皮带高度。

11.如权利要求1所述的传送机，该传送机包括驱动该传送皮带的一个电动机，并且其中该传感器是感测电动机电流的一个电流传感器。

12.如权利要求1所述的传送机，其中这些电磁铁沿着该传送机框架被定位成用于从下方排斥该传送皮带。

13.如权利要求1所述的传送机，其中这些电磁铁沿着该传送机框架被定位成用于从上方吸引该传送皮带。

14.如权利要求1所述的传送机，其中这些电磁铁沿着该传送机框架的一侧被定位成用于排斥该传送皮带而离开该传送机框架的该侧。

15.如权利要求1所述的传送机，其中该控制器随着所感测到的操作条件的变化来对这些电磁铁产生的这些磁场的强度进行控制。

16.一种用于控制传送皮带的方法，该方法包括：

使一个传送皮带沿着一个传送路径前进，该传送皮带具有向该传送皮带提供磁特性的磁性材料；

感测该传送皮带的一种操作条件；

使该传送皮带中的所述磁性材料沿着该传送路径经受多个磁场；

随着所感测到的操作条件的变化来调节这些磁场的强度，以便与所述磁性材料相互作用，以排斥或吸引所述磁性材料并沿着该传送路径横向地或竖直地定位该传送皮带。

17.如权利要求16所述的方法，其中使该传送皮带中的所述磁性材料沿着该传送路径经受多个磁场包括排斥该传送皮带中的所述磁性材料。

18.如权利要求16所述的方法，其中使该传送皮带中的所述磁性材料沿着该传送路径经受多个磁场包括吸引该传送皮带中的所述磁性材料。

19.如权利要求16所述的方法，其中调节这些磁场的强度包括调节沿着该传送路径布置的多个电磁铁中的电流。

20.如权利要求16所述的方法，其中该操作条件为皮带速度、皮带张力、皮带负荷、皮带横向位置、皮带高度、或皮带电动机电流。