CN108964358A - 线性传输系统的无缆供电装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线性传输系统的无缆供电装置。线性传输系统包括线性马达，线性马达包括定子和多个动子单元，定子具有定子线圈组件，动子单元具有永磁铁阵列，动子单元由无缆供电装置供电，无缆供电装置包括：通电单元，其沿定子延伸；导电滑块单元，构造成能够与通电单元滑动地接触并与通电单元形成电连接；导电电缆，与导电滑块单元形成电连接；动子支撑单元，固定到所述动子单元；以及连接单元，连接导电滑块单元与动子支撑单元。本发明的传输系统中的动子单元可以自由移动而没有连接的线缆，不会造成线缆缠绕的问题。

Description

线性传输系统的无缆供电装置

技术领域

本发明涉及一种线性传输系统，具体地涉及一种线性传输系统的无缆供电装置。

背景技术

随着制造技术向高产率、高精密化方向发展，精密运动控制技术的研究变得越来越重要，相应地，运动定位控制系统需求量也越来越大，广泛应用于自动化生产线，例如包装与运输、装配自动化、丝网印刷、高速自动分拣、自动装填等行业。对于线性传输系统的不同应用，每个动子单元均要设计用来可控、有效的承载和移动物料或零部件，并实现快速、更快加速的运动。因此，动子单元上需要进一步设计夹持、支撑或移动物料或零部件的夹具或工装，其中，所述的夹具和工装可直接安装于动子单元上或独立安装运行。

对于包括各种类型的线性传输系统的一个问题是：在任意时刻或任意位置为动子部件(托盘)提供动力源，使得传输系统更加具有加工柔性，可以提供比如按照指令实时受控地进行夹持、吸附、拉伸、推送、精密移动定位等用于零部件或物料的处理、测试、加工等功能应用。

一些应用中动子上的托盘需要承载或支撑易碎、柔软、细小的零件或物料，传统方式常采用通过物料自身重力保持固定，导致物料在传输过程中因变速、碰撞等原因而坠落、破碎。而且，传统固定方式难以使得物料精确的固定在某个位置，使得在堆叠、搬运、装卸过程需要更大的容差，容易造成生产过程的失效环节，更进一步的是难以进行精密地加工或装配等高性能应用生产。此外，传统技术还常采用电缆、动力气体管路或真空管路连接到传输系统运动动子上，为动子元件上的执行器提供动力。对于线性的传输系统，随着生产线不断加长，这种方式下线缆或管路会很长且导致增加额外的拖动负载；而对于环形线传输系统，线缆或管路不断绕圈，产生了新的问题导致更为复杂的解决方案，而且传输系统的运动动子越多，线缆越复杂。传统技术或采用在移动的动子单元上加载电池部件为执行器提供电力，但这增加动子的运行负载，且电池还需要定期更换或充电。

综上所述，这些针对运动动子单元的动力解决方法并不能满足线性传输系统的应用环境需求。因此，必须更便捷的用于向传输系统提供电源的系统或方法。

发明内容

本发明要解决现有技术中传输系统中移动动子上难以接入电源的问题。

为实现上述目的，根据本发明的实施例，本发明提供一种线性传输系统的无缆供电装置，所述线性传输系统包括线性马达，所述线性马达包括定子和多个动子单元，所述定子具有定子线圈组件，所述定子线圈组件包括多个电枢绕组单元，以及所述动子单元具有永磁铁阵列，其特征在于，所述动子单元由所述无缆供电装置供电，所述无缆供电装置包括：

通电单元，所述通电单元沿所述定子延伸；

导电滑块单元，所述导电滑块单元构造成能够与所述通电单元滑动地接触并与所述通电单元形成电连接；

导电电缆，所述导电电缆与所述导电滑块单元形成电连接；

动子支撑单元，所述动子支撑单元固定到所述动子单元；以及

连接单元，所述连接单元连接所述导电滑块单元与所述动子支撑单元。

在一优选实施例中，所述连接单元为偏压单元，所述偏压单元设置在所述导电滑块单元与所述动子支撑单元之间并对所述导电滑块单元施加偏压力以将所述导电滑块单元偏压抵靠所述通电单元。

在一优选实施例中，所述偏压单元为弹簧。

在一优选实施例中，所述偏压单元为弹性体块。

在一优选实施例中，还包括导电导轨单元，所述导电导轨单元由绝缘材料制成且所述通电单元固定到所述导电导轨单元并由所述导电导轨单元支撑。

在一优选实施例中，所述通电单元和所述导电滑块的相对表面具有彼此互补的形状。

在一优选实施例中，所述通电单元和所述导电滑块的相对表面分别呈凹陷“V”字形状，和凸出“V”字形状。

在一优选实施例中，所述通电单元和所述导电滑块的相对表面分别呈凹陷弧形形状，和凸出弧形形状。

在一优选实施例中，所述通电单元内嵌在所述导电导轨单元内。

在一优选实施例中，所述通电单元呈杆状，所述滑块单元呈套设在所述通电单元上并能够沿着所述通电单元滑动的开口环状。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

本发明的传输系统中的动子单元可以自由移动而没有连接的线缆，不会造成线缆缠绕的问题。

附图说明

图1示出根据本发明具有独立可控的多动子单元的线性马达和线性传输系统。

图2示出根据本发明的线性传输系统的线性马达动子的一实施例。

图3示出根据本发明的移动动子的电源传输结构的一实施例。

图4示出根据本发明的移动动子的动力气体传输的一实施例。

图5(a)-5(c)示出根据本发明的移动动子的动力气体传输过程的示意图。

图6示出根据本发明的移动动子的命令通讯传输方法的一实施例。

图7示出根据本发明的移动动子上气动夹持载荷的一实施例。

图8示出根据本发明的移动动子上气动提升载荷的一实施例。

图9示出根据本发明的移动动子上2自由度气动作动载荷的一实施例。

图10示出根据本发明等等移动动子上两岸机构拨动载荷的一实施例。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与线性马达相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

在图1所示实施例中，闭环的线性轨道传输系统包括具有通讯模块的主控制单元100，至少一个线性马达的动子单元108，两段直线定子线圈模块104和两段恒定半径的弧形马达定子线圈模块106，气动执行单元113，滚子导轨103，无线通讯模块105，无缆供电单元107，磁栅或光栅110，磁栅或光栅编码器阵列109，动子单元防撞模块111，定子线圈模块阵列的固定支架102，定子基座101，以及动力气体供给单元112。其中，两段直线定子线圈模块104和两段恒定半径的弧形马达定子线圈模块106各设有滚子导轨30。两段直线定子线圈模块104和两段恒定半径的弧形马达定子线圈模块106交替首位相接形成闭环，且滚子导轨30也形成闭环回路。

动子单元108安装于直线定子线圈模块104和恒定半径的弧形马达定子模块106之上，并通过滚子导轨103沿着导轨方向平移运动，每个动子单元108相对于所有的其他动子单元是相互独立运动的。所述的动子单元108包含永磁铁阵列，安装于动子磁轭内侧表面。所述的定子线圈模块104、106构成的直线定子和弧形定子在外周与固定支架102相连。所述的线圈固定支架102安装于定子基座101之上，所述的滚子导轨103通过紧固螺钉固定在定子基座102之上。磁栅或光栅编码器阵列109安装于固定支架102上，编码器阵列109的信号用于动子单元108的位置测量，定子线圈模块104、106通入励磁电流，使得指定线圈激活通电并励磁，线圈产生的励磁磁场在动子单元108的永磁阵列产生的永磁磁场中相互作用形成推力使得动子单元108沿着导轨平移运动。在实施例中，定子线圈模块104，106与动子单元108作为运动控制系统的组合功能独立控制每个动子单元108沿着滚子导轨103运动。

磁栅或光栅编码器阵列109测量的位置信号通过无线通讯模块105传送给主控制单元100的通讯单元接收和解码，然后馈入伺服环路进行闭环控制，主控制单元100根据无线通讯模块105获知动子单元108的位置信息，进一步进行环形线上各个动子单元108的状态和工作指令信息的计算处理，例如激励指定线圈，激活通电并励磁，线圈产生的励磁磁场使得动子单元108产生平移运动的推力。

其中，所述的线性马达的动子单元108上包括磁栅或光栅以及永磁阵列，动子磁轭能够受电磁驱动运动，所述的线性马达的动子单元108之上没有任何线缆连接。用于测量动子单元108位置的位置测量传感器可以是光栅传感器，也可以是磁栅传感器，其编码器109等距间隔开地布置安装于固定支架102上，其间距可根据所需位置控制精度设置。

其中，线性马达的动子单元108之上包括气动接口单元141(见图2)，可以通过动力气体供给单元112输入动力气体，作为动子单元108之上的气动执行单元113的动力源。

其中，所述的线性马达的动子单元108上包括无线通讯模块105，无线通讯模块105通过无线通信的连接方式，接收主控制单元100的无线通信单元的指令信号，并将该信号发送给气动执行单元113的执行器上，以执行下文将描述的操作。

其中，所述的线性马达的动子单元108上包括无缆供电单元107，所述的无缆供电单元107用于为每个动子单元108上的气动执行单元113和无线通讯模块105提供电源，以为控制阀140或气缸139上的传感器进行供电。

其中，所述的线性马达的动子单元108在平行于导轨的两侧包括动子单元防撞模块111，当若干个动子单元108在同一个循环线上运动时，若某个动子单元108出现故障，与相邻动子单元108发生意外碰撞时，通常由一些软性材料，如聚氯乙烯等制成的动子单元防撞模块111能够有效吸收因碰撞过程产生的运动动能，防护动子单元108上物料或器件被损坏。

图2详细示出了线性传输系统的线性马达动子单元108的一实施例的侧视图。如图2所示，动子单元108包括固定基座板110、线性马达的永磁阵列单元130、背铁131、永磁阵列辅助支撑板132、背铁支撑板129、导轨导向滚子121、滑座122、防撞块111、无缆供电单元133、磁栅或光栅126、无线通讯模块135、承载基板134、限位块136、物料138、气缸顶杆137、气缸139、控制阀140、气动接口单元141、以及外部供气单元组成。其中，所述的外部供气单元包括：密封单元144、气嘴145、供给气缸143、导轨滑块单元142、气压管路146、外部气压阀147和气源148。

在图2所示实施例中，滑座122设置于固定基座板110下方，一组导轨导向滚子121安装于滑座122下方，并通过滑座122紧固安装至固定基座板110。防撞块111设置在固定基座板110的两侧。在固定基座板110上方设有由彼此相对并大致水平设置的一对永磁阵列辅助支撑板132以及与永磁阵列辅助支撑板132垂直并固定连接的背铁支撑板129构成的永磁阵列框架。在一对永磁阵列辅助支撑板132的相对表面上，一对永磁阵列单元130经由一对背铁131固定至永磁阵列辅助支撑板132，面面相对构成双边永磁U型动子。线性马达的永磁阵列单元130在线圈定子的电流励磁下产生驱动力，推动整个动子单元108模块通过导轨导向滚子121沿着导轨运动，导轨导向滚子121可以沿着直线导轨运动也可以沿着弧形导轨运动。

此外，所述的磁栅或光栅126安装于动子单元108上，在所示具体实施例中安装在固定基座板110上。可由安装于固定支架102上的编码器阵列109进行检测测量，用于感知每个动子单元108的运动位置。

其中，所述的防撞块111采用诸如聚氨酯这样的软性材料，当多个动子单元108运行于同一个闭合的运动轨道上，发生意外碰撞时，防撞块111首先变形吸收冲击的能量，减缓撞击力，保护动子单元108或动子单元108上物料的安全。

在永磁阵列框架上方设有承载基板134，其下方外侧端设有无线通讯模块135。但应理解，无线通讯模块135可设置在任何合适的位置而不超出本发明的发内。承载基板134上方可以放置物料138。承载基板134上方的外侧设有限位块136以阻挡物料138向外移动超出承载基板134而掉落。在承载基板134上方的内侧设有气动执行单元113。气动执行单元113包括气缸139和可在气缸139内线性移动以推动物料138的气缸杆137。气缸139经由控制阀140连接到气动接口单元141。

其中，所述的无线通讯模块135通过无线通信的连接方式，接收主控单元的无线通信单元的指令信号，并将该信号发送给气动执行单元113的控制阀140的执行器上，以进行相关的指令操作。

其中，所述的无缆供电单元133设置在滑座122的外侧，用于为每个动子单元108上的气动执行单元113和无线通讯模块135提供电源，以作为控制阀140或气缸139上的传感器进行供电。

应理解，动子单元108的上述结构仅为示例性的，上述各部件可以不同的方式设置在不同的位置。例如，气动执行单元113和外部供气单元可设置在东子单元108的外侧，而阻挡块则设置在内侧。防撞块114可设置在任何部分的两侧而不限于固定基座板110的两侧。

但应理解，无缆供电单元113可以设置在动子单元108上任何合适的位置，例如也可设置于滑座122的内侧。

图3示出闭环的线性轨道传输系统的动子单元108的无缆供电单元113的一实施例。所述的动子无缆供电单元113包括导电导轨单元301，导电导轨V型通电单元302，导电滑块单元303，导电滑块的偏压弹簧304，动子支撑单元305，以及导电线缆306。

其中，所述的动子支撑单元305安装于动子单元108，导电导轨单元301固定于定子基座101上，所述的导电导轨单元301具有绝缘功能，所述的导电导轨V型通电单元302固定到导电导轨单元301，通有供配电，典型地以直流电。所述的导电滑块单元303在V型通电单元上滑动，在动子单元108移动过程中，V型通电单元302上的电源通入滑块单元303，进一步通过导电线缆306导入动子单元108上的用电单元。

其中，所述的导电滑块单元303与动子支撑单元305之间设置有偏压弹簧304，具有预设的压缩量，其产生的压缩力将导电滑块单元303抵靠于导电导轨V型通电单元302的槽内，防止二者出现松隙，确保无缆供电单元113的可靠性。

应理解，无缆供电单元113的结构并不限于图3所示的实施例。导电导轨V可具有不同的形状，例如“C”形，“W”形等，只要滑块单元303与导电导轨V相对的表面具有互补形状，能够形成的良好的电接触即可。而偏压弹簧304也可由本领域已知的其他弹性装置代替，只要能够施加偏压力将导电滑块单元303抵靠于导电导轨V即可。

在另一未示出实施例中，导电导轨呈杆状，滑块单元303呈套设在杆上并能够沿着杆滑动的开口环状。在该情况下，开口环能与杆形成可靠的滑动连接，开口环可经由连杆之类的连接件直接固定连接至动子支撑单元305而无需偏压弹簧304。

其中，对于外部供气单元，当外部气压阀147打开信号传递过来时，气源148通过气压管路146供给气缸143，供给气缸143中的气嘴145推出，顶上动子单元108上的气动接口单元141，从而形成气体注入通道，将外部正压气体注入动子单元的气动执行单元。其中，所述的供给气缸143可沿着导轨方向移动，确保气嘴145能够有效接触动子单元的气动接口单元141。进一步地，位于气嘴末端处的密封单元144可以有效防止在加注气体过程中出现泄漏，避免注入失败。

进一步地，所述的气动接口单元141在注入正压气体时，控制阀140打开并处于外部气体通入工位，充气结束，控制阀140切换到关闭状态并处于内部气路控制工位。当控制阀140接收到来自无线通讯模块135的关于气缸顶杆137运动的信息指令时，气缸顶杆137进行相应的气动动作。其中，所述的气缸顶杆137具有双工位，包括气缸活塞收缩工位和伸出工位，当活塞伸出时可以顶紧物料138，同时限位块136对物料138进行位置限位，使得物料紧固在预期位置。

进一步地，所述的外部气源气体注入接口采用了一种特殊的对接方法，如图4所示。图4示出了闭环的线性轨道传输系统的动子单元108的外部气源气体注入接口，包括动子单元气体接收接口a，外部气源注入接口b。所述的动子气体接收接口a包括布置在接收侧基座30上的两排SNS永磁阵列41a、42a、43a，41b、42b、43b，气路接口35。所述的外部气源注入接口b包括布置在注入侧基座40上的2块永磁44a和44b，气路注入接口45和围绕气路注入接口45设置的密封圈46。其中两排永磁阵列41a、42a、43a，41b、42b、43b中的N级永磁体42a和42b和气路接口35的位置与永磁44a和44b和气路注入接口45的位置相对应。

如图5(a)-5(b)所示，进一步揭示了所述的闭环的线性轨道传输系统的动子单元108的外部气源气体注入接口的方法。所述的动子单元108的动子气体接收接口a随着动子单元108运动，所述的外部气源注入接口b固定于至少一个工位位置上。当所述的动子单元108的动子气体接收接口a随着动子单元108运动接近外部气源注入接口b固定位置时，如图5a所示，动子单元108的气路接口35上方的S级永磁体与外部气源注入接口上的S级永磁体的空间位置接近产生同性相斥的力量，防止动子气体接收接口a与外部气源注入接口b产生物理干涉。进一步地，当所述的动子气体接收接口a随着动子单元108运动正居中于外部气源注入接口b固定位置时，动子气体接收接口a上的N级永磁体与外部气源注入接口上的S级永磁体的空间位置接近产生异性相吸的力量，使得动子气体接收接口a与外部气源注入接口b吸附在一起，此时，气路接口35和气路注入接口45对接，外部气源阀门打开，动子气体接收接口a上的气阀打开接收气源注入。其中，所述的密封圈46有效防止气体泄漏。进一步地，当所述的动子气体接收接口a随着动子进一步运动，与外部气源注入接口b固定位置进一步远离，动子气体接收接口a上的S级永磁体与外部气源注入接口b上的S级永磁体的空间位置接近产生同性相斥的力量，防止动子气体接收接口a与外部气源注入接口b产生物理干涉。

图6示出了闭环的线性轨道传输系统的一种移动动子单元108的命令通讯传输系统的实施例，该系统包括主控制器发射单元14和动子无线通讯单元15，所述的主控制器发射单元14包括主控制单元100，数据接收器61，命令发射器62。所述的动子无线通讯单元包括接收器63，发射器64，移动控制卡65，以及动子单元上命令执行单元的电磁阀66和气缸67。

其中，主控制单元100通过来自数据接收器61接收外部无线信号，例如来自动子上的无线通讯单元15的发射器64发送过来的信息，所述的信号包括动子上的传感器状态信息、位置信息、执行器状态信息等。主控制单元100根据主控流程在设定的时序中通过命令发射器62向特定的动子发送相关执行器动作命令编译信号。进一步地，动子无线通讯单元15的接收器63接收到来自62发送的信息，并将该指令信息传递给移动控制卡65进行解码，然后移动控制卡65将解码后的信息发送给电磁阀66，进一步驱动气缸67执行相应的动作。

图7示出了所述的闭环的线性轨道传输系统的一种移动动子单元108上气动夹持物料138的一实施例。所述的移动动子单元108上的气动执行单元113在控制阀140接收到动作指令时，伸出气缸活塞所连接的顶杆137，顶杆推动物料138向前移动直至抵靠外侧的限位块136，外侧的限位块136限定物料138的固定位置。

图8示出了闭环的线性轨道传输系统的一种移动动子单元108上气动提升物料138的实施例。所述的移动动子单元108上的气动执行单元113在控制阀140接收到动作指令时，伸出气缸139的活塞所连接的顶杆137，顶杆137向上顶出承载基板134，使得承载基板134搭载物料向上运动到顶部位置。

图9示出了闭环的线性轨道传输系统的一种移动动子单元108上2自由度气动作动物料的实施例。所述的移动动子单元108上设置有2路气动执行单元113，分别沿着X和Y两个方向布置。在控制阀140接收到动作指令时，每路气动执行单元伸出气缸活塞所连接的顶杆137，推动物料138向前移动，可以使得滑块10上的物料实现4个工位的运动，即沿X方向的前后运动和沿Y方向的前后运动。

图10示出了闭环的线性轨道传输系统的一种移动动子单元108上通过连杆机构拨动物料的实施例。所述的移动动子单元108上的气动执行单元113的气缸驱动活塞沿着垂向方向上下移动，活塞在导向部4的导向作用下上下移动，带动铰链1驱动一端固定连接到铰链1的连杆，进一步带动连杆另一端的铰链2，或者进一步带动处于固定杆上固定位置的铰链3，驱动固定连接到铰链3的活动杆11旋转拨动物料138，实现某些特殊的应用功能。

以上已详细描述了本发明的优选实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种线性传输系统的无缆供电装置，所述线性传输系统包括线性马达，所述线性马达包括定子和多个动子单元，所述定子具有定子线圈组件，所述定子线圈组件包括多个电枢绕组单元，以及所述动子单元具有永磁铁阵列，其特征在于，所述动子单元由所述无缆供电装置供电，所述无缆供电装置包括：

通电单元，所述通电单元沿所述定子延伸；

导电滑块单元，所述导电滑块单元构造成能够与所述通电单元滑动地接触并与所述通电单元形成电连接；

导电电缆，所述导电电缆与所述导电滑块单元形成电连接；

动子支撑单元，所述动子支撑单元固定到所述动子单元；以及

连接单元，所述连接单元连接所述导电滑块单元与所述动子支撑单元。

2.根据权利要求1所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述连接单元为偏压单元，所述偏压单元设置在所述导电滑块单元与所述动子支撑单元之间并对所述导电滑块单元施加偏压力以将所述导电滑块单元偏压抵靠所述通电单元。

3.根据权利要求2所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述偏压单元为弹簧。

4.根据权利要求2所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述偏压单元为弹性体块。

5.根据权利要求1所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述无缆供电装置还包括导电导轨单元，所述导电导轨单元由绝缘材料制成且所述通电单元固定到所述导电导轨单元并由所述导电导轨单元支撑。

6.根据权利要求1所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述通电单元和所述导电滑块的相对表面具有彼此互补的形状。

7.根据权利要求6所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述通电单元和所述导电滑块的相对表面分别呈凹陷“V”字形状，和凸出“V”字形状。

8.根据权利要求6所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述通电单元和所述导电滑块的相对表面分别呈凹陷弧形形状和凸出弧形形状。

9.根据权利要求5所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述通电单元内嵌在所述导电导轨单元内。

10.根据权利要求1所述的线性传输系统的无缆供电装置，其特征在于，

所述通电单元呈杆状，所述滑块单元呈套设在所述通电单元上并能够沿着所述通电单元滑动的开口环状。