CN110498236A - 输送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输送系统、尤其是多载体系统，输送系统具有至少一个输送元件，输送元件能够借助至少一个线性电机移动，其中，输送元件在通过线性电机进行移动期间安置在线性电机的导轨上，其中，输送元件包括产生吸引力的至少一个磁体，输送元件通过吸引力被压按到导轨上。根据本发明的输送系统被构造为，用于根据控制指令增强和/或减弱由磁体产生的吸引力。

Description

输送系统
技术领域
本发明涉及一种输送系统、尤其是多载体系统。输送系统包括至少一个输送元件和至少一个线性电机，其中，输送元件借助线性电机能够移动和/或进行移动。输送元件在通过线性电机进行移动期间安置在线性电机的导轨上。输送元件包括产生吸引力的至少一个磁体，输送元件通过吸引力被压按到导轨。
背景技术
这种输送系统、即尤其是多载体系统优选包括大量输送元件，其借助沿着导轨布置的多个线性电机移动。输送元件在此可以单独和彼此独立地移动，从而多载体系统实现灵活地匹配于不同的工业过程以及尤其是也可以对工业过程中的改变作出灵活反应的可能性。
为了实现一种尽可能灵活的输送系统，因此必须的是，利用输送元件执行许多不同的输送任务并且尤其是以高的速度移动。输送元件的交换也必须在没有大的开销的情况下实现。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，开头提到的类型的输送系统被进一步扩展为，使得提高输送系统的使用范围并且尤其是能够以简单的方式实现输送系统的改变。
根据本发明，上述技术问题通过根据本发明的输送系统来解决。尤其是以如下方式解决上述技术问题，即，输送系统被构造为，用于根据控制指令增强和/或减弱由磁体产生的吸引力。要理解的是，在相应的时间点可以仅增强或者仅减弱吸引力，但输送系统被构造为用于减弱和增强。
这意味着，输送系统能够有意地和/或主动地增强和/或减弱吸引力。由此产生针对输送系统的许多优点。例如，输送元件可以更快速地移动通过弯道，因为在弯道中出现的离心力可以通过吸引力的增强而得到平衡。另一方面，输送元件从导轨的移除例如可以以简单的方式和尤其是手动地实现，其方法是，可以减弱吸引力，由此可以明显减小为了将输送元件从导轨移除所需的力。可以放弃为此迄今为止通常需要的机器人的辅助或放弃升降工具和/或杠杆工具的使用。总之，根据本发明的输送系统因此可以更灵活地使用并且在更大的使用范围中使用，因为例如更高的弯道速度是可能的。此外在改变输送系统时降低维护和/或换装开销。
要理解的是，通过增强或减弱来相应优选地增强或减弱产生的吸引力。
随后阐述根据本发明的输送系统的另外的细节。
输送系统的磁体优选可以是一个或多个永磁体。借助由线性电机产生的自身改变的磁场和/或行波磁场(wanderndes Magnetfeld)向永磁体施加驱动力，其中，驱动力导致输送元件沿着导轨移动。在此，借助输送元件例如可以沿着导轨来输送工件。
可以沿着导轨依次布置大量线性电机。优选地，在导轨上可以同时布置多个输送元件，并且其尤其是彼此独立地和单独地移动。
吸引力优选具有垂直于输送元件的移动方向和因此也垂直于驱动力的方向。进一步优选地，吸引力的方向从导轨延伸至线性电机或线性电机的线圈。
通常以如下方式产生吸引力，即，输送元件的磁体被线性电机和/或导轨的金属或磁的部件吸引。
吸引力理解为在相应的时刻起作用的、将输送元件压按到导轨上的力。输送元件优选可以持续地借助滚轮或滑动的表面安置在导轨上。
输送元件也可以被称为所谓的移动体，相反地，线性电机也可以被称为定子。
优选由输送系统本身产生导致吸引力的增强或减弱的控制指令。然而同样可能的是，由外部单元产生并且由输送系统接收控制指令。原则上可以以任意的形式设计控制指令，只要对于输送系统来说可以识别出应当进行增强或减弱。控制指令也可以包括增强和/或减弱的大小(例如-50％、+50％或+75％)。
本发明的有利的扩展方案从说明书、附图和/或从属权利要求中得到。
根据第一有利的实施方式，借助由线性电机产生的调整磁场来增强和/或减弱由磁体产生的吸引力。这意味着，线性电机产生调整磁场，其中，调整磁场作用到输送元件的磁体上。调整磁场以如下方式取向，即，要么增强吸引力，要么调整磁场与吸引力相抗并且因此减弱吸引力。尤其是当调整磁场在线性电机的方向上吸引输送元件的磁体时，增强了吸引力。以相应的方式，当调整磁场将输送元件的磁体推离线性电机时，减弱了吸引力。
替换地或附加地可能的是，通过机械地引入附加的磁体、尤其是永磁体导致增强和/或减弱吸引力。该附加的磁体于是可以产生调整磁场，并且因此例如排斥输送元件。
根据另一有利的实施方式，调整磁场仅产生在吸引力的方向上的或与吸引力相反的(得到的)力。换言之，调整磁场不导致输送元件的移动或输送元件的已经发生的移动的改变。因此，调整磁场可以有效地仅包括在吸引力的方向上的力分量或与吸引力相反的力分量，从而通过调整磁场不能实现横向于吸引力延伸的、导致输送元件移动的力分量。在此有利的是，通过调整磁场改变吸引力不影响输送元件的移动，并且因此不影响输送元件的移动控制。针对输送元件的更复杂的位置调节或再调节相应地是不需要的。
根据另一有利的实施方式，输送系统被构造为，用于确定输送元件的位置。优选地，借助线性电机在输送元件的区域中产生调整磁场，使得调整磁场仅产生在吸引力的方向上的力或者仅产生与吸引力相反的力。基于输送元件的已知的位置，输送元件的磁体的位置也是已知的。因此，可以在适当的位置处、尤其是在导轨内的适当的位置处产生调整磁场，从而调整磁场在磁体内仅产生在吸引力的方向上的力或者仅产生与吸引力相反的力。调整磁场的适当的位置通常位于输送元件的移动方向的垂直线上，并且位于磁体与线性电机之间。在输送元件移动期间，调整磁场可以优选与输送元件一起移动。以该方式也可以在输送元件移动时实现吸引力的改变。
优选与调整磁场无关地产生必要时由线性电机产生的、设置用于移动输送元件的磁场(即驱动磁场)。特别地，调整磁场和驱动磁场可以叠加。调整磁场和驱动磁场的方向优选相互垂直，其中，驱动磁场包括在输送元件的移动方向的方向上的至少一个分量。
根据另一有利的实施方式，在线性电机与输送元件的磁体之间存在气隙。气隙优选竖直地延伸。通过气隙，在磁体与线性电机之间实现很小的间距，从而磁体不在线性电机上刮擦。相应地，输送元件可以仅在导轨的区域中具有与线性电机的机械接触。例如可以通过两个彼此间隔开的轨道形成导轨，其中，输送元件可以借助滚轮在轨道上运行。在轨道之间可以产生驱动磁场和/或调整磁场。
如果气隙在竖直方向上布置，则这意味着，气隙的最大延伸尺寸在竖直方向上延伸。相应地，轨道也可以在竖直方向上彼此间隔开。于是，吸引力在水平方向上延伸。在该情况下，输送元件因此“在外部”在导轨上运行，其中例如在弯道中，离心力使输送元件从导轨脱离。通过增强吸引力可以与离心力相抗，即，吸引力在向心力的方向上起作用。
但同样也可能的是，轨道在水平方向上彼此间隔开，其中，吸引力在竖直方向上延伸。
根据另一有利的实施方式，借助气隙的大小来调节吸引力，其中气隙的大小的提高尤其导致吸引力的增强，其中吸引力被进一步优选地调节为，使得气隙的大小保持恒定和/或保持在预先确定的边界内。气隙的大小尤其可以是气隙的最小延伸方向和/或是在线性电机与输送元件的磁体之间延伸的方向。
现在，如果输送元件运行经过弯道，并且因此被离心力推离线性电机，则气隙可以增大。这可以被识别出，随后产生控制指令，根据控制指令增强吸引力，以便将气隙的大小保持在预先确定的边界内，并且因此确保输送元件还安置在导轨上。以相应的方式，气隙的大小太小会导致产生造成吸引力减弱的控制指令。
气隙的大小的改变优选在几毫米或者零点几毫米的范围内。进一步优选地，气隙的大小在0.5mm至2.5mm之间、优选在1.0mm至1.5mm之间、特别优选在1.2mm至1.4mm之间的范围内。
根据另一有利的实施方式，线性电机包括至少一个线圈，其中，输送系统被构造为，用于借助线圈的电感的改变确定气隙的大小。线性电机尤其是包括大量沿着导轨布置的线圈，这些线圈中的分别当前位于输送元件附近的、即相对于输送元件位于预先确定的间距内的那些线圈被考虑用于检测电感的改变。
沿着导轨布置的线圈优选产生驱动磁场和/或调整磁场。线圈因此提供输送元件的推力，并且也提供吸引力的增强或减弱。
因为位于线圈附近的输送元件的磁体对线圈的电感的大小产生影响，并且在线圈与磁体之间的间距升高时减小电感，所以可以借助电感的改变确定气隙的大小。在此例如可以定量地确定气隙的大小。但同样也可能的是，仅定性地确定气隙的大小改变。
替换地或附加地，也可以借助霍尔传感器、优选3D霍尔传感器确定气隙的大小。在此，可以借助霍尔传感器确定输送元件的磁体的位置和因此确定气隙的大小。同样可能的是，输送元件包括附加磁体，通过霍尔传感器检测附加磁体的位置。附加磁体相对于输送元件的磁体的相对位置可以是已知的，由此又可以确定气隙的大小。
此外，关于吸引力的调节替换地或附加地，可以借助气隙的大小直接测量(得到的)吸引力。例如可以例如借助在导轨上运行的输送元件的滚轮上或中的压电元件或在导轨上的压电元件测量如下力，输送元件利用该力被压按到导轨上。根据因此确定的力可以增强或减弱例如调整磁场，例如以便吸引力基本上保持恒定。
进一步替换地或附加地也可能的是，借助所确定的输送元件的速度并且借助已知的导轨半径计算出作用到输送元件上的离心力。于是可以通过产生调整磁场来补偿因此确定的离心力。
在此，离心力优选根据如下公式计算出
Fz＝m*v2/r
其中，Fz是离心力，m是输送元件的质量，v是输送元件的速度，并且r是导轨的半径。
针对借助线圈的电感确定气隙的大小的情况，输送系统可以优选被构造为，用于给线圈施加矩形电压或另外的可改变的电压，其中，由通过线圈得到的电流变化来确定线圈的电感。在此，足够高地选择矩形电压的频率(例如在几千赫兹的范围内)，以便产生得到的电流的相应大约线性地(并且非指数地)升高或下降的变化。在此优选地，线圈被建模为理想的线圈，其与欧姆电阻和EMK电压源串联连接。EMK电压源在此象征由磁体在线圈中感应出的电动势。线圈上的电压相应可以利用如下公式表达：
U＝UEMK+R*i+L*(di/dt)。
相应地，电感为：
L＝(U-UEMK-R*i)/(di/dt)，
其中，U是线圈上的电压，UEMK是电动势的电压，R是欧姆电阻的大小，i是流过线圈的电流，并且L是电感的大小。
由于电感的大小与气隙的大小成比例，即
L≈(N2*μ0*A)/lAir，
由此得到：
lAir≈(N2*μ0*A)/L，
因此可以从电感的大小计算出长度lAir。在此，N是线圈绕组的数量，A是线圈面积，μ0是空气的磁导率，并且lAir是气隙的双倍大小。
相应地，电感的相对改变归因于气隙的大小的相对改变(ΔL≈1/ΔlAir)。
根据另一有利的实施方式，线性电机包括用于调节输送元件的移动的第一调节元件，其中，线性电机附加地包括第二调节元件，第二调节元件接收控制指令并且优选接收气隙的大小，其中，第二调节元件引起吸引力的增强和/或减弱，其中，第一和第二调节元件确定施加在线圈中的电流。调节元件分别可以是调节回路。第一调节元件优选是线性电机的标准调节回路，其调节线性电机的线圈中的电流，使得可以借助线性电机移动输送元件。
第二调节元件可以负责吸引力的增强和/或减弱，其中，两个调节元件共同确定施加在线性电机的一个线圈或多个线圈中的电流(或为此需要的电压)。
两个调节元件尤其是可以借助模数转换器被告知当前在线圈中流动的电流，其中，模数转换器测量线圈中的电流。电流控制模块尤其是可以从第一和第二调节元件获得信息，并且借助由模数转换器测量的电流相应地调节线圈中的电流。模数转换器的信号也可以被馈送至确定线圈的电感的电感确定模块。气隙确定模块又可以根据线圈的电感来确定气隙的大小。由此确定的气隙的大小又可以被馈送至磁场控制模块。磁场控制模块可以获取输送元件的位置，并且由此确定需要的调整磁场，其中，这些信息被传送至电流控制模块。
磁场控制模块、气隙确定模块和电感确定模块可以共同形成第二调节元件。第一调节元件可以包括位置控制器和速度控制器，其中，速度控制器向电流控制模块传送指示。位置控制器可以获取输送元件的位置，其中，速度控制器可以获取通过位置的时间导数计算出的输送元件的速度。
磁场控制模块可以接收控制指令，随后，磁场控制模块借助调整磁场执行增强和/或减弱。
根据另一有利的实施方式，当输送元件沿着导轨的弯道和/或沿着导轨的弯曲部分移动时，根据控制指令执行吸引力的增强。也就是说，例如可以预防性地在驶过导轨的弯道或弯曲部分时执行吸引力的增强。同样可能的是，在导轨的弯道中或弯曲部分中识别出气隙的增大，随后增大/增强吸引力。
根据另一有利的实施方式，根据控制指令执行吸引力的减弱，控制指令通知了输送元件应当从导轨移除。吸引力的减弱优选可以持续至少一个预先确定的时间段，从而对于操作人员来说保留足够的时间来将输送元件从导轨移除。基于减弱的吸引力，对于移除不需要工具或机器人。要理解的是，当通过移除输送元件例如增大气隙和/或减小作用到输送元件的滚轮上的力时，减弱也被维持。
当输送元件应当重新放置和/或重新被放置到导轨上时，同样可以进行吸引力的减弱。这可以例如通过按下按键来通知操作人员，随后产生相应的控制指令。替换地或附加地，输送系统可以被构造为，用于自动识别新的输送元件的靠近和/或放置，以便随后自动产生用于触发减弱的控制指令。
本发明的另一主题是一种用于控制输送系统、尤其是多载体系统的方法。在该方法中，借助至少一个线性电机移动至少一个输送元件，其中，输送元件在通过线性电机进行移动期间安置在线性电机的导轨上，其中，输送元件包括产生吸引力的至少一个磁体，输送元件通过吸引力被压按到导轨上。根据本发明的方法的特征在于，根据控制指令增强和/或减弱由磁体产生的吸引力。
在此涉及输送系统的说明相应地适用于根据本发明的方法。这尤其是在优点和优选的实施方式方面是适用的。
附图说明
随后纯示例性地参考附图描述本发明。附图中：
图1示出了多载体系统的透视细节视图；
图2示出了多载体系统的透视局部视图；和
图3示出了线性电机的内部结构的示意图。
具体实施方式
图1以透视图从下方示出了多载体系统10的细节，其中，输送元件、即具有滚轮14的移动体安置在具有两个竖直间隔开的轨道的导轨16上。导轨16是线性电机18的一部分。
线性电机18包括大量线圈20，其沿着导轨16布置在轨道之间。线圈产生磁场，磁场作用到移动体12的永磁体22上，并且使移动体12沿着导轨16移动。
线性电机18的线圈20通过气隙24与永磁体22间隔开。
气隙24在竖直方向上延伸，这意味着，移动体12在多载体系统10的外侧沿着多载体系统移动。
永磁体22被线性电机18的金属部件吸引，并且由此产生吸引力FANZ，吸引力将移动体12在其滚轮14处压按到导轨16上。
图2以从上方的透视图示出了多载体系统10的透视图。在图2中可以看到，多个线性电机18连续布置，从而产生连贯的导轨16。在移动体12的上侧布置有支架26，附加磁体28又安装到支架上。可以借助(未示出的)霍尔传感器检测附加磁体28，以便确定移动体12的位置和速度。
现在，如果移动体12在多载体系统10运行时由线性电机18沿着导轨16移动通过图2所示的导轨16的弯道，则形成与吸引力FANZ相抗并且将移动体12从导轨16推离的离心力。由此形成气隙24的增大，这由多载体系统10通过线圈20的电感的改变来确定。在对该改变的响应中，在多载体系统10中产生控制信号(参见图3)，其中，基于控制信号借助线圈20产生调整磁场，调整磁场增强吸引力FANZ，从而移动体12在经过弯道时可靠地保持在导轨16上。
现在，如果应当将移动体12从导轨16移除，则可以根据相应的控制指令借助线圈20产生与吸引力FANZ相抗的调整磁场，由此，得到的吸引力FANZ变小，并且移动体12例如可以手动地从导轨16移除。
图3示出了线性电机18的内部结构的示意图。根据图3，线性电机18包括用于调节输送元件12的移动的第一调节回路30，其中，线性电机18附加地包括第二调节回路32，其接收控制指令34并且引起吸引力FANZ的增强和/或减弱。
线性电机18包括模数转换器36，其将当前在线圈20中流动的电流的值以数字形式输出至两个调节回路30、32。
第一调节回路30包括位置控制器38和速度控制器40。位置控制器38获取借助附加磁体28测量的移动体12的位置42，其中，速度控制器40获取通过位置42的时间导数计算出的移动体12的速度。速度控制器38从多载体系统(10)获得移动体12的额定位置43(在图3中通过虚线箭头示出)，其中，基于额定位置43实施移动体12的移动。
模数转换器36的信号被馈送至第二调节回路32的电感确定模块44，其确定线圈20的电感。气隙确定模块46又根据线圈20的电感来确定气隙24的大小。由此确定的气隙24的大小又被馈送至磁场控制模块48。磁场控制模块48可以获取移动体12的位置42，并且由此确定需要的调整磁场。
关于需要的调整磁场的信息和速度控制器40的信号被馈送至电流控制模块50，其根据输入的信息借助(未示出的)功率电子器件产生流过线性电机18的一个线圈20或多个线圈20的相应的电流。除了移动体12的移动以外，电流在此可以引起吸引力FANZ的增强或减弱。
通过由此实现的有针对性地改变吸引力FANZ的可能性，多载体系统10可以动态地匹配于不同的运行情况，由此可以得到对于多载体系统10的附加的使用范围。
附图标记列表
10 多载体系统
12 移动体
14 滚轮
16 导轨
18 线性电机
20 线圈
22 永磁体
24 气隙
26 支架
28 附加磁体
30 第一调节回路
32 第二调节回路
34 控制指令
36 模数转换器
38 位置控制器
40 速度控制器
42 测量的位置
43 额定位置
44 电感确定模块
46 气隙确定模块
48 磁场控制模块
50 电流控制模块
FANZ 吸引力

Claims (12)

1.一种输送系统(10)、尤其是多载体系统，所述输送系统具有至少一个输送元件(12)，所述输送元件能够借助至少一个线性电机(18)移动，其中输送元件(12)在通过线性电机(18)进行移动期间安置在线性电机(18)的导轨(16)上，其中输送元件(12)包括产生吸引力(FANZ)的至少一个磁体(22)，输送元件(12)通过所述吸引力被压按到导轨(16)上，
其特征在于，所述输送系统(10)被构造为，用于根据控制指令(34)增强和/或减弱所述吸引力(FANZ)。
2.根据权利要求1所述的输送系统(10)，其特征在于，借助由线性电机(18)产生的调整磁场来增强和/或减弱由磁体(22)产生的吸引力(FANZ)。
3.根据权利要求1或2所述的输送系统(10)，其特征在于，所述调整磁场仅产生在吸引力(FANZ)的方向上的力。
4.根据权利要求3所述的输送系统(10)，其特征在于，所述输送系统(10)被构造为，用于确定输送元件(12)的位置(42)，以及用于借助线性电机(18)在输送元件(12)的区域中产生调整磁场，从而调整磁场仅产生在吸引力(FANZ)的方向上的力或者仅产生与吸引力(FANZ)相反的力。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的输送系统(10)，其特征在于，在线性电机(18)与输送元件(12)的磁体(22)之间存在气隙(24)，其中气隙(24)优选竖直地延伸。
6.根据权利要求5所述的输送系统(10)，其特征在于，借助气隙(24)的大小来调节吸引力(FANZ)，其中特别地，气隙(24)的大小的提高导致吸引力(FANZ)的增强，其中吸引力(FANZ)被进一步优选地调节为，使得气隙(24)的大小保持恒定和/或保持在预先确定的边界内。
7.根据权利要求5或6所述的输送系统(10)，其特征在于，线性电机(18)包括至少一个线圈(20)，其中输送系统(10)被构造为，用于借助线圈(20)的电感的改变来确定气隙(24)的大小。
8.根据权利要求7所述的输送系统(10)，其特征在于，输送系统(10)被构造为，用于给线圈(20)施加矩形电压或另外的可改变的电压，其中由通过线圈(20)得到的电流变化来确定线圈(20)的电感。
9.根据权利要求7或8所述的输送系统(10)，其特征在于，线性电机(18)包括用于调节输送元件(12)的移动的第一调节元件(30)，其中线性电机附加地包括第二调节元件(32)，第二调节元件接收控制指令(34)并且优选接收气隙的大小，其中第二调节元件(32)引起吸引力(FANZ)的增强和/或减弱，其中第一和第二调节元件(30，32)确定施加在线圈(20)中的电流。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的输送系统(10)，其特征在于，当输送元件(12)沿着导轨(16)的弯道和/或沿着导轨(16)的弯曲部分移动时，根据控制指令(34)进行吸引力(FANZ)的增强。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的输送系统(10)，其特征在于，根据控制指令(34)进行吸引力(FANZ)的减弱，所述控制指令通知了输送元件(12)应当从导轨(16)移除。
12.一种用于控制输送系统(10)、尤其是多载体系统的方法，其中借助至少一个线性电机(18)移动至少一个输送元件(12)，其中输送元件(12)在通过线性电机(18)进行移动期间安置在线性电机(18)的导轨(16)上，其中输送元件(12)包括产生吸引力(FANZ)的至少一个磁体(22)，输送元件(12)通过所述吸引力被压按到导轨(16)上，
其特征在于，根据控制指令(34)增强和/或减弱吸引力(FANZ)。
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