CN113169655A - 用于驱动平面驱动系统的转子的方法 - Google Patents

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Abstract

提出用于在平面驱动系统中驱动至少一个转子(200)的方法,其中转子(200)具有至少一个用于产生磁场的设备、尤其是磁体。转子(200)能够在借助于定子模块形成的驱动面上移动。定子模块具有第二磁场发生器。在此,首先求出转子(200)的虚拟的二维的电势曲线(300),其中转子(200)的目标点(260)具有在虚拟的二维电势曲线(300)之内的吸引电势。随后,求出转子(200)的第一位置(252)处的虚拟的力向量(250),所述虚拟的力向量从虚拟的二维电势曲线(300)中得出,并且所述力向量具有向量方向和向量长度。随后,与转子(200)的磁场相互作用的驱动磁场借助于磁场发生器产生,使得通过驱动磁场与磁场的交互作用在转子(200)上引起合力。合力的方向根据向量方向设定。合力的大小根据向量长度设定。此外,提出一种用于执行该方法的控制单元和一种具有这种控制单元以及多个定子模块和转子(200)的平面驱动系统。

Description

用于驱动平面驱动系统的转子的方法
技术领域
本发明涉及用于驱动平面驱动系统的转子的方法。本发明还涉及一种用于执行该方法的控制单元以及一种平面驱动系统。
本专利申请要求德国专利申请DE 10 2018 129 731.9的优先权,其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
平面驱动系统还可使用在自动化技术、尤其是生产技术、操作技术和工艺技术中。借助于平面驱动系统可以将机器的设施的可移动的元件、即所谓的转子沿至少两个线性无关的方向移动或定位。平面驱动系统可以包括具有平面定子和转子的永久励磁的电磁平面马达,其中所述转子在定子上可沿至少两个方向移动。
在永久激励的电磁平面马达的情况下,通过如下方式将驱动力施加到转子上:即电通流的导体产生驱动磁场,所述驱动磁场与磁体装置、尤其永磁体的装置磁性地交互作用。本发明尤其涉及平面驱动设备的设计,其中转子具有静态磁场,而导体调点与定子相关联。因此,驱动磁场借助于定子来提供。
从EP 3 095 739 A1中已知用于在驱动面上驱动至少一个转子的设备和方法,其中,对转子计算行进路线。在此,借助于基于图像的算法、例如借助所谓的A*算法或从A*算法中推导出的算法来进行计算。A*算法的使用对提供用于计算的存储提出了高的要求。对存储器容量的要求随所考虑的系统的复杂度而提高。
发明内容
本发明的目的是:提供用于驱动转子的较简单的方法,所述方法降低了对计算耗费或存储器空间的要求。本发明的另一目的是提供用于执行该方法的控制单元以及具有这种控制单元的平面的驱动系统。特别地,本发明的目的是提供一种用于驱动转子的方法,其中可以执行简单地计算转子的移动轨迹或移动方向。
本发明的目的通过根据独立权利要求的方法、控制单元以及平面驱动系统来实现。在从属权利要求中分别说明改进形式。
在用于驱动平面驱动系统的至少一个转子的方法中,转子具有至少一个用于产生磁场的设备。用于产生磁场的该设备可以尤其包括磁体。转子可在驱动面上移动,其中驱动面借助于定子模块形成。定子模块具有磁场发生器,其例如呈用于产生磁场的导体条带的形式。该方法作为第一步骤包括:求出转子的虚拟的二维的电势曲线,其中转子的目标点具有在虚拟的二维电势曲线之内的吸引电势。在第二方法步骤中,求出转子的第一位置处的虚拟的力向量。在此,虚拟的力向量从虚拟的二维电势曲线中得出。在此,虚拟的力向量具有向量方向和向量长度。在第三方法步骤中,控制磁场发生器,使得产生与转子的磁场相互作用的驱动磁场。在此,产生驱动磁场,使得通过驱动磁场与转子的磁场的交互作用在转子上引起合力。合力的方向根据向量方向设定。合力的大小根据向量长度设定。
如果磁场发生器以导体条带的形式构成,则借助于控制导体条带的通电来控制驱动磁场的产生。在此,通电的控制既包括提供关于电流强度的信息,而且包括提供具有特定电流强度的电流,其中可控制的电压源借助所述信息设定电流强度。
可以提出:为了求出虚拟的二维电势曲线将不同的吸引和排斥电势相加。这例如可以通过如下方式进行:针对相应的地点,为不同的虚拟的二维子电势指派电势值,并且对每个地点将子电势的电势值相加成该地点处的总电势值,其中总电势值形成虚拟的二维电势曲线。
可以提出:也使用虚拟的n维电势曲线,从所述虚拟的n维电势曲线中得出虚拟的力向量。在此,n可以大于2。
控制单元构成用于执行根据本发明的方法。为此,控制单元尤其具有如下可行性:即与定子模块交换数据,其中定子模块包括用于产生磁场的导体条带。在这种情况下,可以在定子模块中设有附加的控制装置,所述附加的控制装置根据由控制单元提供的、关于电流强度的信息对导电条带执行通电的控制。
平面驱动系统由这种控制单元、多个定子模块和至少一个转子构成。定子模块具有磁场发生器,例如导体条带形式的磁场发生器,以产生驱动磁场。然而,也可以考虑定子模块内的磁场发生器的其他可行性。
计算机程序包括命令,当通过计算机执行计算机程序时所述命令促使所述计算机执行该方法。
通过求出虚拟的二维电势曲线,可以根据虚拟的力向量对每个转子计算移动方向,进而触发磁场发生器的控制,所述虚拟的力向量根据虚拟的二维电势曲线求出,其中转子尽可能沿着虚拟的力向量借助所述驱动磁场移动,使得可以进行朝目标点的移动。
在一个实施方式中,通过排斥电势考虑驱动面上的障碍物,使得可以在绕开障碍物的情况下朝目标点移动。
在一个实施方式中,转子的第一位置借助于定子模块的传感器来求出。在另一实施方式中,借助于所述传感器求出障碍物的第二位置。在此可以提出:障碍物是另一转子。典型地,平面驱动系统具有用于求出转子位置的传感器。于是,在求出虚拟的二维电势曲线时可以考虑该所求出的位置。静态障碍物也可以根据障碍物的已知的位置在没有借助于传感器确定位置时考虑。
在一个实施方式中,该方法附加地针对另一转子执行。在此,对其原始执行该方法的转子可以理解为具有另一转子的排斥电势的障碍物并且在求出另一转子的虚拟的电势曲线时考虑。由此,该方法可以应用于平面驱动系统之内的多个转子。
在一个实施方式中,转子的排斥电势不同并且具有较高优先级的转子具有更高的电势。由此,相反地,具有较低优先级的转子更强地由具有较高优先级的转子排斥。由此,在同时驱动多个转子时具有较高优先级的转子比具有较低优先级的转子更强地保持在理想轨迹上,其中理想轨迹是如下轨迹,如果相应的另一转子不存在,则得到所述轨迹。这就是说,相反,具有较低优先级的转子更强地偏差于具有较高优先级的转子。
在一个实施方式中,在预设的持续时间到期之后,重新执行该方法。特别地,该方法可以以能预设的时间周期重复地执行。由此,转子可以沿着根据虚拟的力向量在相应的方法步骤中求出的移动轨迹朝目标点移动。
在方法的一个实施方式中,在重新执行方法步骤时改变目标点。这例如当原始的方法步骤的目标点是在到最终目标点的路线上的中间目标点时是有利的。于是,可以提出:在达到中间目标点时,但是或者在达到中间目标点之前已经转向到最终的目标点。由此可以实现显著更复杂的移动可行性。
在一个实施方式中,根据虚拟的二维电势曲线的二维求导来求出虚拟的力向量。这表示简单的、从虚拟的二维电势曲线中求出虚拟的力向量的数学可行性。特别地,可以将虚拟的二维电势曲线的梯度用于计算。
在一个实施方式中,定子模块分别具有四个边缘。在此,边缘是内边缘或外边缘。另外的定子模块邻接于内边缘,而不邻接于外边缘。外边缘分别具有排斥电势,在求出虚拟的二维电势曲线时考虑排斥电势。
如果驱动面由多个定子模块构建,则转子应可在内边缘之上自由移动,定子模块所述内边缘处彼此邻接。然而,转子应尽可能不朝其他定子模块不邻接的外边缘的方向移动,因为否则存在如下风险:即转子离开驱动面。因此,通过在外边缘处的排斥电势,可以限制且理想地完全阻止转子从驱动面向下移动。
在一个实施方式中,在求出虚拟的二维电势曲线时不考虑设置在距转子的预设的间距之外的电势。这实现简化二维的电势曲线的求出并且随后计算虚拟的力向量,因为不考虑更远离的对于当前移动步骤不那么相关的电势。
在一个实施方式中,如果目标点位于预设的间距之外,则也考虑目标点的吸引电势。由此实现:驱动转子,使得即使目标点位于预设的间距之外,还进行朝目标点的方向的移动。
在一个实施方式中,如果目标点与预设的间距相比更远离转子,则通过中间点取代目标点,其中中间点具有吸引电势。在此,中间目标点具有吸引电势。如果目标点位于预设的间距外,则在求出虚拟的力向量时不再考虑目标点的吸引电势。在该情况下有意义的是:使用中间目标点,用所述中间目标点取代目标点。在此,中间目标点可以设置在转子和目标点之间的区域中。
在一个实施方式中,在求出虚拟的二维电势曲线时,考虑虚拟的均衡电势,使得在转子和目标点之间不存在转子轨迹上的局部的电势最小值。因此,目标点本身在转子和目标点之间的区域中具有唯一的电势最小值。有利的是:排除在转子轨迹上的局部电势最小值,因为否则根据虚拟的力向量进行朝局部且不朝目标点的电势最小值的移动。在此,虚拟的均衡电势可以有助于:排除转子轨迹上的这种局部的电势最小值并且由此实现朝目标点的移动。
在一个实施方式中,在求出虚拟的二维电势曲线时,考虑定子模块的的区域的温度、尤其一个或多个定子模块的温度。在此,将排斥电势可以与驱动面的区域相关联,其中排斥电势越大,相应的区域中的温度就显得越大。附加地,可以设有温度传感器,借助所述温度传感器求出区域的温度。由此,驱动面的由于之前产生驱动力而加热的区域可以不那么强地频繁使用并且由此再次冷却。
在一个实施方式中,预测另一转子的移动,并且在执行移动之后同样在求出虚拟的二维电势曲线时考虑另一转子的未来的另一第二位置。在此可以提出:根据虚拟的二维电势曲线中的权重考虑另一转子的不同位置,其中可以将通过另一转子达到不同位置的时间点考虑到权重中。
附图说明
下面根据实施例并参考附图更详细地阐述本发明。在此,分别以示意图示出:
图1示出具有定子模块、控制单元和转子的平面驱动系统的视图;
图2示出具有六个彼此并排设置的定子模块的另一平面驱动系统的视图;
图3示出具有磁体装置的图1或2中示出的平面驱动系统的转子;
图4示出定子模块的立体图;
图5示出具有第一、第二、第三和第四定子层的图1或2中示出的平面驱动系统的扇区的分解图;
图6示出具有各个定子区段以及转子的磁体装置的设备的第一扇区的图5中示出的定子层;
图7示出具有转子、目标点和障碍物的虚拟的电势曲线;
图8至11示出图7的虚拟的电势曲线的不同的割线处的虚拟的电势曲线;
图12示出平面驱动系统的俯视图;
图13示出具有转子、目标点和障碍物的另一虚拟的电势曲线;和
图14示出图13的另一虚拟的电势曲线,转子根据所述电势曲线移动。
具体实施方式
本发明主要涉及在公开文献WO 2013/059934 A1、WO 2015/017933 A1、WO 2015/179962 A1、WO 2015/184553 A1、WO 2015/188281 A1和WO 2017/004716 A1中公开的平面驱动系统的改进形式。所提及的参考文献的公开内容也通过引用整体上成为本说明书的主题。
本发明还涉及在2017年12月27日向德国专利商标局(DPMA)提交的德国专利申请10 2017 131 304.4、10 2017 131 314.1和10 2017 131 321.4中公开的平面驱动系统的改进形式。通过引用将德国专利申请10 2017 131 304.4、10 2017 131 314.1和10 2017131 321.4的公开内容也整体上成为本说明书的主题。
图1示出由转子200和定子模块10构成的平面驱动系统1。定子模块10包括模块壳体19和定子单元100。定子模块10具有上侧8和与上侧8相对置的下侧9。定子单元100沿从下侧9到8取向的竖直方向15设置在模块壳体19之上并且设置在定子模块10的上侧8处。定子单元100构成为平面定子,并且在定子模块10的上侧8处具有平面的、即平坦的定子面11。定子面11同时形成定子模块10的表面。
定子面11垂直于竖直方向15取向,并沿方向12和14在定子单元100和定子模块10的整个上侧8上延伸。在定子面11处,定子单元100包括至少一个可加载驱动电流的导体条带125。如所示的那样,定子单元100可以在定子面11处具有多个导体条带125。可以由控制单元20分别对导体条带125加载驱动电流。借助于导体条带125中的驱动电流,可以产生磁场,所述磁场以与转子200的图1未示出的磁体交互作用的方式驱动转子200。具有电通流的导体条带125的定子单元100和转子200形成电磁平面马达。导体条带125形成定子单元100的线圈导体,并且也可以被称为线圈导体。导体条带125形成磁场发生器127。
转子200在运行中可移动地设置在定子模块10的定子面11上,并且在运行中既可以沿第一方向12驱动,也可以沿第二方向14上驱动。第一方向12和第二方向14线性独立。特别地,如图1所示,第一方向12和第二方向14可以彼此垂直定向。第一方向12和第二方向14分别平行于定子面11并且垂直于竖直方向15取向。通过转子200被同时沿第一方向12和第二方向14驱动,转子200可以在定子面11上方沿任意方向驱动。在运行中,转子200可以悬浮地保持在定子面11之上,例如通过在驱动磁体和导体条带125中的合适的驱动电流之间的磁相互作用来保持。除了沿第一和/或第二方向12、14驱动转子200之外,也可以沿竖直的第三方向15进行驱动。此外,转子200也可以绕其轴线转动。
定子面11矩形地构成。特别地,如图所示,定子面11可以正方形地构成。定子面11通过四个分别直线的边缘30限界。各两个彼此相对置的边缘30平行于第一方向12取向,并且两个另外的彼此相对置的边缘30平行于第二方向14取向。
定子单元100在竖直方向15上的扩展小于定子单元100在第一方向和第二方向12、14上的扩展。因此,定子单元100形成扁平的、在第一方向和第二方向12、14上扩展的长方体或在第一和第二方向12、14上扩展的板。
可以在定子模块10的下侧9处或在模块壳体19的下侧处将其他的部件设置在模块壳体19或定子模块10处。这些另外的部件在第一方向12或第二方向14上最多伸展直至定子单元100的边缘30,使得另外的部件在第一方向或第二方向12、14上不伸出于定子单元100的边缘30。
在模块壳体19的下侧处设置有未在图1中示出的端子,用于将定子模块10与多条连接线18、21连接。连接线18、21例如可以是数据网络的数据输入导线18和用于对定子模块10供应电能的能量供应导线21。控制单元20可以与数据连接线18连接。特别地,可以经由能量供应导线21将电能输送给定子模块10以产生驱动电流。控制单元20可以设计用于操控导体条带125中的驱动电流。这尤其表示:根据通过控制单元20提供的控制信号在定子模块10之内对定子单元100的导体条带125加载通过控制信号限定的电流,其中所述控制信号借助于数据连接线18传输给定子模块10。
定子面11可以在第一方向12上具有在100mm和500mm之间、特别是在120mm和350mm之间、特别是240mm的扩展。定子面11可以在第二方向12上具有在100mm与500mm之间、特别是在120mm与350mm之间、特别是240mm的扩展。定子模块10可以在竖直方向15上具有在10mm与100mm之间、特别是在15mm与60mm之间、特别是30mm的扩展。模块壳体19可以在竖直方向15上具有在8mm与80mm之间、特别是在13mm与55mm之间、特别是26.6mm的扩展。模块壳体19可以在第一方向和/或第二方向12、14上具有与定子面11相同的扩展。
定子模块10的多个样本可以彼此并排地设置,使得相邻的定子模块10的边缘30相互贴靠,并且定子模块10的定子面11形成连续的驱动面,转子200可以无中断地在所述驱动面之上移动,如这在图2所示。由于定子模块10的侧面在边缘30处于定子面11平接,所以可以通过如下方式将两个彼此并排设置的定子模块10的定子面11几乎无缝地彼此邻接的设置:即定子模块10以定子单元100的侧面彼此贴靠或定子面11的边缘30彼此贴靠的方式设置。
相邻的定子模块10分别彼此靠近地设置成,使得相邻的定子模块10的定子面11的边缘30彼此贴靠。由此,定子模块10的定子面11形成用于转子200的连续的、平面驱动面22。转子200可以无缝地从定子模块10之一的定子面11移动到相邻的定子模块10的定子面11上或在其至少移动。可以经由各自身的连接导线18、21将控制信号和/或能量输送给每个定子模块10。所有定子模块的数据连接线18都与控制单元20连接。在此,控制单元20设计用于如图1的描述中所阐述的那样控制定子模块10的通电。
定子模块10的替选的在此未示出的实施方式也可以具有电连接元件,借助所述连接元件可以将控制信号和/或电能从一个定子模块10传输至相邻的定子模块10。这种连接元件例如可以设置在定子模块10的侧面处。连接元件可以构成为插接连接器或构成为可相邻设置的接触面。
图3示出图1和2的平面驱动系统的转子200的从下方到转子200的下侧的视图。转子200在下侧处具有磁体装置201。磁体装置201矩形地、尤其正方形地构成并且包括多个磁体。转子200的下侧尤其在磁体装置201的磁体的区域中平面或平坦地构成。在运行中,转子200的具有磁体装置201的下侧基本上平行于定子面11取向并且朝向定子面11设置。
磁体装置201包括第一磁体单元210、第二磁体单元220、第三磁体单元230和第四磁体单元240。第一磁体单元210和第三磁体单元230分别在第一转子方向206上长形地构成并且沿着垂直于第一转子方向206取向的第二转子方向208彼此并排设置的驱动磁体211。特别地,第一和第三磁体单元210、230可以分别具有三个驱动磁体211。第二磁体单元220和第四磁体单元240分别具有在第一转子方向206上彼此并排设置的并且沿着第二转子方向208长形构成的另外的驱动磁体221。在运行中,第一和第三磁体单元210、230用于沿第二转子方向208驱动转子200,并且在运行中,第二和第四磁体单元220、240用于沿第一转子方向206驱动转子200。第一和第三磁体单元210、230的驱动磁体211和第二和第四磁体单元220、240的另外的驱动磁体221分别垂直于第一和第二转子方向206、208磁化。
图4示出平面驱动系统1的定子模块10的没有转子200的定子模块10。定子模块10的定子单元100包括第一定子扇区110、第二定子扇区112、第三定子扇区113和第四定子扇区114。定子扇区110、112、113、114就其而言分别包括设置在定子单元100的定子面11处的导体条带125的一部分。定子面11处的每个导体条带完全地设置在定子扇区110、112、113、114之一中。定子扇区110、112、113、114矩形地构成。特别地,定子扇区110、112、113、114可以正方形地构成,使得定子扇区110、112、113、114在第一方向12上的扩展对应于定子扇区110、112、113、114在第二方向14上的扩展。
定子扇区110、112、113、114分别包括定子单元100的面的四分之一,即一个象限。
在定子扇区110、112、113、114内,导体条带125设置在多个叠置的定子层或定子平面中,其中每个定子层仅包括如下导体条带125,所述导体条带或者基本上沿着第一方向12或者基本上沿着第二方向14长形地扩展。除了导体条带125的伸展之外,并且只要在下文中没有描述区别,不同定子层上的定子扇区110、112、113、114就相同地构成。在定子模块10的图4所示的定子单元100中,在定子面11处的定子层仅包括导体条带125,所述导体条带沿第一方向12长形地扩展并且沿着第二方向14彼此并排且彼此靠近地设置。
定子面11处的图4中可见的定子层形成定子单元100的第一定子层。在第一定子层下方在竖直方向15上,定子单元100至少包括又一第二定子层。
图5示出具有各个定子层的定子单元100的分解图的示意立体图。
在竖直方向15上,定子单元100在设置在定子面11处的第一定子层104下方包括第二定子层105,在第二定子层105下方包括第三定子层106并且在第三定子层106下方包括第四定子层107。只要在下文中没有描述区别,第二、第三和第四定子层105、106、107如定子单元100的定子面11处的图4所示的第一定子层104构成。
第一至第四定子扇区110、112、113、114在第三定子层106中如同在第一定子层104中那样包括沿着第一方向12长形扩展的且在第二方向14上彼此并排且彼此紧靠设置的导体条带125。在第二定子层105中和在第四定子层107中,第一至第四定子扇区110、112、113、114包括另外的导体条带126。只要在下文中没有描述区别,另外的导体条带126就如第一定子层104和第三定子层106中的导体条带125那样构成。与第一和第三定子层104、106的导体条带125不同,第二和第四定子层105、107的另外的导体条带126沿第二方向14长形地扩展并且在第一方向12上彼此并排且彼此贴靠地设置。
导体条带125和另外的导体条带126形成磁场发生器127。
在第一和第三定子层104、106中,第一至第四定子扇区110、112、113、114仅包括沿第一方向12长形扩展的导体条带125,并且也还不附加地包括沿第二方向14长形伸展的导体条带126。同样地,在第二和第四定子层105、107中,第一至第四定子扇区110、112、113、114仅包括沿第二方向14长形扩展的另外的导体条带126,并且也还不附加地包括沿第一方向12长形扩展的导体条带125。
第一至第四定子扇区110、112、113、114在所有第一至第四定子层104、105、106、107中分别具有相同的尺寸。特别地,在所有第一至第四定子层104、105、106、107中,第一至第四定子扇区110、112、113、114在第一方向12和第二方向14上分别具有相同的尺寸。
彼此叠置的第一至第四定子层104、105、106、107的导体条带125和另外的导体条带126分别彼此电绝缘地构成。例如,第一至第四定子层104、105、106、107可分别构成为多层电路板的相互绝缘的印制导线层。
第一至第四定子扇区110、112、113、114以可彼此独立通电的方式构成。特别地,定子单元100上的第一至第四定子扇区110、112、113、114的导体条带125和另外的导体条带126彼此电绝缘地构成。
尽管定子单元100上的各个第一至第四定子扇区110、112、113、114的导体条带125和其他的导体条带126分别与其余的第一至第四定子扇区110、112、113、114的导体条带125和其他的导体条带126电绝缘地构成,而各个第一至第四定子扇区110、112、113、114之内的导体条带125和其他的导体条带126可以分别彼此导电地连接。特别地,在第一至第四定子扇区110、112、113、114内,第一定子层104和第三定子层106的分别彼此叠置的导体导带125可以彼此导电地连接。例如,第一至第四定子扇区110、112、113、114的分别彼此叠置的导体条带125可以串联。同样地,在第一至第四定子扇区110、112、113、114内,第二定子层105和第四定子层107的分别彼此叠置的另外的导体条带126可以彼此导电地连接。例如,第一至第四定子扇区110、112、113、114的分别彼此叠置的另外的导体条带126可以彼此串联。
定子单元100的替选的在此未示出的实施方式可包括在第二和第三定子层105、106之间沿竖直方向15上下设置的另外的定子层。在此,在竖直方向15上,定子单元100可分别交替地包括具有基本上沿第一方向12长形扩展的导体条带125的定子层和具有基本上沿第二方向14长形扩展的另外的导体条带126的定子层。在替选于此的同样未示出的实施方式中,定子单元100可沿竖直方向15上分别包括具有基本沿第一方向12长形扩展的导体条带125的定子层和具有基本上沿第一方向12长形扩展的另外的导体条带126的定子层,其中具有基本上沿第一方向12长形扩展的导体条带125的定子层的总和具有基本上沿第二方向14长形扩展的另外的导体条带126的定子层的总和具有距定子面11相同的平均间距。另外,在定子单元100的替选的未示出的实施方式中,在第一和第二定子层104、105之间和/或在第三和第四定子层106、107之间,设置有具有沿第一方向12扩展的导体条带125或具有沿第二方向14扩展的另外的导体条带126的另外的定子层。
第一至第四定子扇区110、112、113、114的导体条带125和另外的导体条带126在第一至第四定子层104、105、106、107内分别组合成定子区段。
图6示出第一定子扇区110的第一至第四定子层104、105、106、107的示意图,所述定子层具有各个定子区段。
第一定子扇区110的导体条带125和另外的导体条带126在第一至第四定子层104、105、106、107内分别组合成定子区段120、121。第一定子扇区110在每个第一至第四定子层104、105、106、107中分别包括三个彼此并排且彼此贴靠设置的定子区段120、121。每个定子区段120、121分别包括六个彼此并排设置的导体条带125或另外的导体条带126。第一定子扇区110在第一和第三定子层104、106中分别包括三个第一定子区段120并且在第二和第四定子层105、107中分别包括三个第二定子区段121。第一定子区段120分别包括沿着第二方向14彼此并排设置的且沿着第一方向12长形扩展的导体条带125中的六个彼此并排的导体条带。
定子单元100的第一定子扇区110因此在第一定子层104和第三定子层106中仅包含沿第一方向12长形扩展的导体条带125,并且在第二定子层105和第四定子层107中仅包含沿着第二方向14长形扩展的另外的导体条带126。
第一和第二定子区段120、121除了其取向外具有相同的尺寸。特别地,第一定子区段120在第一方向12上的尺寸对应于第二定子区段121在第二方向14上的尺寸,并且第一定子区段120在第二方向14上的尺寸对应于第二定子区段121在第一方向12上的尺寸。
定子区段120、121彼此叠置地设置,使得第一定子扇区110的第一和第三定子层104、106的第一定子区段120中的每个分别在第一定子区段110的第二和第四定子层105、107的沿第一方向12彼此并排设置的三个第二定子区段121之上延伸。此外,第一定子扇区110的第二和第四定子层105、107的第二定子区段121在第二方向14上在第一定子扇区110的第一和第三定子层104、106的所有在第二方向14上彼此并排设置的第一定子区段120上延伸。
导体条带125和另外的导体条带126在第二定子扇区112、第三定子扇区113和第四定子扇区114的第一至第四定子层104、105、106、107中的设置对应于导体条带125和另外的导体条带126在第一定子扇区110的第一至第四定子层104、105、106、107中的图6所示的设置。
在平面驱动系统1运行中,转子200可以在定子单元100上定向成,使得第一转子方向206沿第一方向12取向,并且第二转子方向208沿第二方向14取向。在运行中,第一磁体单元210和第三磁体单元230可以与通过第一定子区段120的导体条带125产生的磁场相互作用,以便沿第二方向14驱动转子200。在运行中,第二磁体单元220和第四磁体单元240可以与通过第二定子区段121的另外的导体条带126产生的磁场相互作用,以便沿第一方向12驱动转子200。
替选地,与图6所示不同,转子200也可以定向成,使得第一转子方向206沿第二方向14取向并且第二转子方向208沿着第一方向12取向。在这种情况下,第一和第三磁体单元210、230与第二定子区段121的磁场共同作用以沿第一方向12驱动转子200,并且第二和第四磁体单元220、240与第二定子区段120的磁场共同作用,以沿第二方向14驱动转子200。
各个第一或第二定子区段120、121的导体条带125或另外的导体条带126分别独立于其余的第一或第二定子区段120、121的导体条带125或另外的导体条带126可借助驱动电流通电。特别地,第一或第二定子区段120、121中的一个中的驱动电流不强制性与其他第一或第二定子区段120、121中的一个中的驱动电流相关。另外,第一或第二定子区段120、121中的一个的导体条带125或另外的导体条带126可被加载驱动电流,而其他的、例如相邻的第一或第二定子区段120、121的导体条带125或另外的导体条带126是无电流的。各个第一或第二定子区段120、121的导体条带125或另外的导体条带126在定子单元100上与其余的第一或第二定子区段120、121的导体条带125或另外的导体条带126电绝缘地构成。例如,不同的第一或第二定子区段120、121的导体条带125或另外的导体条带126例如可以由分别单独的功率模块或由单独的电流产生单元或定子模块10的功率模块的端部级加载驱动电流。
各个第一至第四定子扇区110、112、113、114中的导体条带125或另外的导体条带126可分别互连成具有共同星形点的多相系统。星形点可以在定子单元100上构成。特别地,导体条带125或另外的导体条带126可以互连成具有共同星形点的三相系统。三相系统可以分别包括六个相邻的导体条带125或六个相邻的另外的导体条带126。三相系统之一中的相邻的导体条带125或另外的导体条带126的数量也可以分别是三个、十二个或三的其他倍数个。
多相系统可以在定子单元100上接触,使得每个多相系统可以独立于其他多相系统加载驱动电流。替选地,在定子单元100上各两个或更多个多相系统可以彼此连接,使得所连接的多相系统分别共同被加载共同的驱动电流。例如,定子单元100上的所连接的多相系统可以串联或并联。
为了对导体条带125或另外的导体条带126通电,在将导体条带125或另外的导体条带126互连成多相系统时,与在对各个导体条带125或另外的导体条带126单独通电的情况下相比,需要更少的触点。由此,减小了对于对导体条带125或另外的导体条带126通电所需的硬件耗费、尤其对于通电所需的电力产生单元的数量。
如图4和5所示,第一至第四定子扇区110、112、113、114可以在第一至第四定子层104、105、106、107的每个中分别包括十八个导体条带125或另外的导体条带126。各六个相邻的导体条带125或另外的导体条带126可互联成三相系统,并且第一至第四定子扇区110、112、113、114可分别具有三个在第一方向12上彼此并排的三相系统和分别具有三个在第二方向14上彼此并排的三相系统。在此,导体条带125或另外的导体条带126可以串联成共同的三相系统,其中所述导体条带基本上沿相同方向扩展并且在第一至第四定子层104、105、106、107中叠置。导体条带125或另外的导体条带126在此可以互联成,使得在竖直方向15上叠置的导体条带125或另外的导体条带126分别加载相同的驱动电流。借此,三相系统具有三个相,所述相由在第一至第四定子层104、105、106、107中叠置的导体条带125或另外的导体条带126联接而成。
例如,在各个第一至第四定子层104、105、106、107中,可以分别将所有叠置的且平行定向的导体条带125或另外的导体条带126串联。特别地,第一定子层104中和第三定子层106中叠置的三相系统的导体条带125以及在第二定子层105和在第四定子层107中彼此叠置的三相系统的另外的导体条带126分别串联成共同的三相系统。在此,第一和第三定子层104、106和第二和第四定子层105、107的所有在竖直方向上彼此叠置且平行取向的导体条带125或另外的导体条带126可以分别串联。
特别地,在定子单元100中在各个定子区段120内将沿着第一方向12长形扩展的定子条带125分别互联成具有共同的星形点的多相系统。在此,不同的定子区段120的各个多相系统可以彼此独立地通电。同样地,各个另外的定子区段121的所有另外的导体条带126分别互联成另外的多相系统。另外的定子区段121的各个另外的多相系统分别可以彼此独立地并且独立于定子区段120的多相系统通电。特别地,定子区段120的导体条带125和另外的定子区段121的另外的导体条带126分别互联成三相系统。导体条带125和另外的导体条带126可分别加载三相驱动电流。驱动电流包括第一相U、第二相V和第三相W,所述相彼此间分别具有彼此120°的相移。
导体条带1空间上25在第二方向14上分别以偏移第一和第三磁体单元210、230的与导体条带125相互作用的驱动磁体211的有效波长的三分之一的方式设置。另外的导体条带126空间上在第一方向12上分别以偏移第二和第四磁体单元220、240的与另外的导体条带126相互作用的另外的驱动磁体221的另一有效波长的三分之一的方式设置。
转子为该设备的可移动的元件,并且具有用于产生磁场的机构,特别是磁体或永磁体。转子的磁场与定子单元的可变的磁场确保了转子在定子单元上移动,使得尤其在定子单元和转子之间构成气隙。
因此,如在图1至图6的描述中所阐述的那样的,转子200可在由定子模块10形成的驱动面之上移动。这通过借助于磁场发生器127产生驱动磁场来进行,所述磁场发生器设计为导体条带125和另外的导体条带127。现在,在下文中描述了:根据何种标准对导体条带125和另外的导体条带126加载电流并且根据何种标准进行该通电。在此,将虚拟的二维电势曲线用于转子200。
图7示出可以在平面驱动系统的驱动方法中使用的虚拟的二维电势曲线300。可以对应于图1至图3所示的转子200的转子200在驱动面22上移动。驱动面22可包括图1和2的定子表面11。在图7中示出等势线301的曲线。根据虚拟的二维电势曲线300,应当通过如下方式实现定子200移动至目标点260:即相应地对图1至6所示的定子模块10的定子单元100或导体条带125或另外的导体条带126通电,由此由于通过通电形成的驱动磁场连同转子200的永磁体得出驱动力。替选地,可以控制磁场发生器,使得得到这种驱动磁场。同样在图7中示出两个障碍物270,其中一个障碍物270是另一转子280。转子200设置在第一位置252处。在此,等势线301从目标点260的吸引电势和障碍物270的排斥电势中产生。因此,由于障碍物270和目标点260求出虚拟的二维电势曲线300。在随后的步骤中,求出在转子的第一位置252处的虚拟的力向量250。在此,虚拟的力向量250具有向量方向和向量长度,所述向量方向和向量长度在图7中借助于对于向量常用的箭头表示来说明。然后,对定子模块的扇区的导体条带通电,使得导体条带的通电产生驱动磁场,所述驱动磁场与转子200的磁场相互作用,以至于通过驱动磁场与磁场的相互作用将合力作用于转子200上,其中合力的方向可以根据虚拟的力向量250的向量方向来设定。可以根据虚拟的力向量250的向量长度来设定通电的电流强度。由此,转子200在移动轨迹251上朝目标点260的方向移动一段。替选地,也可以通过相应地控制磁场发生器来控制驱动磁场的产生。
可以提出:根据驱动磁场和磁场来产生合力,使得转子200沿虚拟力的方向移动。由此,尤其可以考虑转子200的已经进行的移动。
在此可以提出:除了向量长度之外,在控制导体条带的通电时附加地考虑其他参数。例如,可以进行通电的控制,使得不超过根据导体条带和/或定子模块的温度预设的最大电流。驱动面22的各个点上的温度还可以通过自身的电势来表示和考虑。由此,驱动面22的通过通电在过去变热的点被转子200绕开。驱动面22的温度可以通过温度传感器来检测。此外,如果转子200的加载仅应到达最大的加速度,例如当在开放容器中在转子200上运输液体时,可以减小导体条带的通电。因此,也可以考虑定子模块的运行参数和转子200的移动参数。也可以在合力的方向中考虑这两个不同的参数。
为了控制例如可以以导体条带125和另外的导体条带126的形式实施的磁场发生器127,可以提出:平行于向量方向设定由于通过磁场发生器127产生的驱动磁场和转子200的磁场的相互作用引起的合力的方向。在此,通常,附加地可以考虑动态极限和动态规划。
替选地,可以提出:设定合力的方向和强度,使得转子200尽可能快地沿虚拟力的方向、即沿向量方向移动,其中可以提出:在考虑在此所产生的动态极限。如果转子200已经移动,为此所必需的合力的方向会与虚拟力的方向偏差。
同样可以考虑根据向量方向和向量长度设定合力的方向和强度的其他标准,例如通过使用上述两种方法的组合的方式。
在该方法的一个实施例中提出:转子200的第一位置252借助于定子模块内的传感器来求出。此外,可以附加地或替选地提出:借助于所述传感器来求出障碍物270的第二位置,特别是障碍物270的第二位置271和另外的转子280的另一第二位置281。
在一个实施例中,根据虚拟的二维电势曲线300的二维求导来求出虚拟的力向量250。该计算尤其可以借助于计算虚拟的二维电势曲线300的梯度来执行。
如果借助于虚拟的二维电势曲线300的梯度来执行虚拟的力向量250的计算并且然后分别驱动转子200使得在移动轨迹251的所有点上虚拟力向量250平行于移动轨迹,使得转子在移动轨迹251上移动,使得移动轨迹251与等势线301垂直相交。
图8示出在图7中所示的第一割线321处的虚拟的电势曲线326。在此,第一割线321设置经过障碍物270。虚拟的电势曲线326说明了:障碍物270的虚拟电势变得无限大。在此,在图8中,虚拟的电势曲线326在地点325之上绘制,其中地点325对应于沿着图7的第一割线321的位置。
图9示出沿着图7的第二割线322的虚拟的电势曲线326的与图8相同的视图,所述第二割线同样伸展经过障碍物270。
图10示出沿着图7的第三割线323的类似于图8和9的虚拟的电势曲线326,其中第三割线323平行于第一割线321引导穿过目标点260。由此变得显而易见的是:吸引电势与目标点260相关联。
图11示出沿着图7的第四割线324的虚拟的电势曲线326,所述第四割线同样引导穿过目标点260并且平行于第二割线322引导。在该虚拟的电势曲线326中,在目标点260区域的右侧可见在另一转子280的区域中更高的电势。
图7至图11所示的虚拟的二维电势曲线300可以示例性地根据下面的计算来求出。将0和1之间范围中的坐标x和y与图7所示的驱动面22相关联。对于目标点260,根据如下公式确定二次方部分电势
V_z=15*sqrt((x-0.2)^2+(y-0.8)^2)
根据如下公式将部分电势与障碍物270相关联
V_h=0.1/((x-0.4)^2+(y-0.6)^2)
根据如下公式将部分电势与另一转子280相关联
V_m=0.1/((x-0.7)^2+(y-0.7)^2)。
虚拟的二维电势曲线300相应地从各个电势的叠加中得出:
V=V_z+V_h+V_m。
替选地,也可以借助其他公式将其他部分电势包括在计算中。
在一个实施例中,在求出虚拟的二维电势曲线300时,考虑定子模块10的区域的温度,特别是一个定子模块10或多个定子模块10的温度。在此,可以将排斥势与驱动面22的区域相关联,其中相应区域中的温度显得越高,排斥电势就越大。附加地,可以设有温度传感器,借助所述温度传感器求出区域的温度。由此,驱动面22的由于先前产生的驱动力而被加热的区域可以不那么强频繁地地使用并且由此再次冷却。
在一个实施例中,同样针对另一转子280执行图7中描述的方法,所述方法具有虚拟的二维电势曲线300和图8至图11所示的虚拟的电势曲线326。在此可以提出:将不同的优先级与转子200和另一转子280相关联。在此,转子200的优先级可以是哪个转子200、280在转子200,280在驱动面22之上移动时应优选朝其目标点260的方向移动的量度和/或是哪个转子200,280应偏离另一转子200、280的量度。可以执行虚拟的二维电势分布300的求出,使得转子200或与较高优先级相关联的另一转子280具有较高的电势。例如,与另一转子280相比,可以将更高优先级与转子200相关联。在求出转子200的虚拟的二维电势曲线时,与在求出另一转子280的虚拟的二维电势曲线时的转子200相比,考虑具有较低电势的另一转子280。
在一个实施例中,在预先设定持续时间到期之后重新执行该方法。这尤其可以意味着:在预设的时间周期内重复执行该方法。例如,在图7中,可以使转子200沿着移动轨迹251在虚拟力向量250的方向上移动。在预设的或可预设的持续时间之后,现在可以根据已经求出的虚拟的二维电势曲线300重新求出虚拟力向量250,并且由此例如在对方向进行适配,因为移动轨迹251不是线性的而是弯曲的。因此,在通行弯曲的移动轨迹251的一部分之后,在重新通过方法步骤时改变虚拟力矢量250的方向。
在一个实施例中,在求出虚拟的二维电势曲线300时,考虑另一转子280的移动。一方面,这可以在多次通过方法时根据另一转子280的相应的当前的另一第二位置281来进行。另一方面,可以通过如下方式将预测的另一第二位置281已经用于求出图7所示的虚拟的二维电势曲线:即例如也在求出虚拟的二维电势曲线251时还考虑未来的另一第二位置282。在此,另一转子280的移动可以借助于定子单元的传感器来检测,或者如果该方法同样被应用于另一转子280,则可以由于另一转子280的通过该方法触发的移动来考虑另一转子280的移动。
在一个实施例中,在重新执行方法步骤时,改变目标点260。在这种情况下,除了求出新的虚拟的力向量250,还根据改变的目标点重新求出整个虚拟的二维电势分布300。同样地可以提出:由于另一转子280的移动执行虚拟的二维电势曲线280的重新求出。在此,另一转子280的移动或者可以借助于定子单元的传感器来检测,或者如果将该方法同样用于另一转子280,则由于通过该方法触发的移动考虑另一转子280的移动。
在一个实施例中,在求出虚拟的二维电势曲线300时,考虑虚拟的均衡电势,使得在转子200和目标点260之间在转子路线251上不存在局部电势最小值。
图12示出平面驱动系统的驱动面22的俯视图。如图2所描述的那样,驱动面22由多个定子模块10组成。在驱动面22上设置有转子200和三个另外的转子280,其中另外的转子280在针对转子200计算虚拟的二维电势曲线时类似于图7形成障碍物。由于未示出的虚拟的二维电势曲线,类似于图7得出到目标点260的移动轨迹251。
在驱动面22内设置有自由区域33。定子模块10和通过其限定的板形的扇区分别具有四个边缘30。在此,边缘30是内边缘31或外边缘32。另外的板形的扇区或定子模块10设置在内边缘31处。相反,外边缘32为通过定子模块10提供的驱动面22的边缘。在求出虚拟的二维电势分布时,考虑外边缘32的排斥电势。由此,可以避免转子200在驱动面22的通过外边缘32限定的边缘上至少的移动。邻接于自由区域33的定子模块10同样在该部位处具有引导至排斥电势的外边缘32。自由区域33位于转子200和目标点260之间。由于外边缘32的排斥电势,移动路径251围绕自由区域33引导。
替选地可以提出:在计算虚拟的二维电势倾斜时考虑自由区域33作为障碍物。
在一个实施例中,在求出虚拟的二维电势曲线时,考虑另一转子280在驱动面22上的移动。一方面,这可以在一个或多个另外的转子280同样移动时进行。例如,可以对设置在驱动面22上的所有转子200、280都执行根据本发明的方法。
可以提出:在图12中示出的驱动面22仅为平面驱动系统的一断面。特别地,可以以邻接于驱动面22的方式设置另外的定子模块10,其中由此现在将附加的定子模块10以邻接于至今为止的外边缘32的方式设置,则由此外边缘32也可以成为内边缘31。
在一个实施例中,可以考虑转子200和目标点260之间的中间目标点261的吸引电势。同样在图12中示出这种可选的中间目标点261。可以提出:在求出虚拟的二维电势曲线时,当转子200达到中间目标点261时才考虑目标点260的吸引电势。替选地,在求出虚拟的二维电势曲线时,也可以考虑中间目标点261和目标点260的吸引电势。
图13示出虚拟的二维电势曲线300,其对应于图7的虚拟的二维电势曲线300,主要在下文中没有描述区别。相反于图7,在求出虚拟的二维电势曲线300时,不考虑在距转子200的预设的间距290之外的电势。另外的转子280之一部分地设置在预设的间距290内,因此在求出虚拟的二维电势曲线300时考虑该另外的转子280的排斥电势。其他的另外的转子280设置在预设的间距290之外,因此在求出虚拟的二维势曲线300时不考虑这些另外的转子280的排斥电势。
在图13中的虚拟的二维电势曲线300处可见:在求出虚拟的二维电势曲线300时,考虑目标点260的吸引电势。
从如针对图7所描述的虚拟的二维电势曲线300中得出的转子移动轨迹251会导致与设置在预设的间距290之外的另一转子280的碰撞。
图14示出当转子200沿着图13的移动轨迹251移动了一段时图13的转子200的虚拟的二维电势曲线300。现在,两个另外的转子280为预设的间距290内,使得在求出虚拟的二维电势曲线300时考虑两个另外的转子280的排斥电势。由于改变的虚拟的二维电势曲线300,现在得到新的移动轨迹254,所述移动轨迹引导经过另外的转子280,并且避免与其他转子280的碰撞。对应于图13的移动轨迹的原始的移动轨迹253会导致与另外的转子280之一的碰撞。
同样在图14中可识别出:另外的转子280同样移动并且由此改变其另外的第二位置281,其中对于所述另外的转子在图13和14中在原始的移动轨迹253上会发生碰撞。这也在求出虚拟的二维电势曲线300时考虑。
因此,该方法在转子200和另一转子280的达到图14中所示的布置之后重新执行并且求出偏差于图13的移动轨迹251的新的移动轨迹254。这当在求出图13的虚拟的二维电势曲线300时已经考虑所有其他转子200的排斥电势时同样可以类似地进行,例如以便可以在重新执行该方法时考虑另外的转子280的移动。
可以提出:类似于图12的中间目标点在预设的间距290之内设有中间目标点,并且在求出虚拟的二维电势曲线300时将其考虑在内。
图7至14中描述的方法可以借助于图1和2的控制单元20来执行。为此,控制单元20可以具有执行所需的计算的计算单元。附加地,控制单元可以具有与图1和图2的定子模块10交换数据并且执行导体条带125、126进而定子模块10的驱动磁场的操控的可行性。
此外,提供了一种计算机程序,所述计算机程序包括命令,所述命令在由计算机执行该计算机程序时促使所述计算机执行所描述的方法的步骤。所述计算机程序尤其可以由控制单元20的计算单元执行。替选地,该计算机程序可以由另一计算单元执行,并且仅将计算结果传送给控制单元20,由此控制单元20可以被置于相应地操控定子模块10。
附图标记列表
1 平面驱动系统
8 上侧
9 下侧
10 定子模块
11 定子面
12 第一方向
14 第二方向
15 竖直方向
18 数据连接线
19 模块壳体
20 控制单元
21 供电导线
22 驱动面
30 定子面的边缘
31 内边缘
32 外边缘
33 自由区域
100 定子单元
104 第一定子层
105 第二定子层
106 第三定子层
107 第四定子层
110 第一定子扇区
112 第三定子扇区
113 第二定子扇区
114 第四定子扇区
120 第一定子区段
121 第二定子区段
125 导体条带
126 另一导体条带
127 磁场发生器
200 转子
201 磁体装置
206 第一转子方向
208 第二转子方向
210 第一磁体单元
211 驱动磁体
220 第二磁体单元
221 另一驱动磁体
230 第三磁体单元
240 第四磁体单元
250 虚拟的力向量
251 移动轨迹
252 第一位置
253 原始的移动轨迹
254 新的移动轨迹
260 目标点
261 中间目标点
270 障碍物
271 第二位置
280 另一转子
281 另一第二位置
282 未来的另一第二位置
290 预设的间距
300 虚拟的二维电势曲线
301 等势线
321 第一割线
322 第二割线
323 第三割线
324 第四割线
325 地点
326 虚拟的电势曲线

Claims (20)

1.一种用于驱动平面驱动系统(1)的至少一个转子(200)的方法,其中所述转子(200)具有至少一个用于产生磁场的设备、尤其是磁体装置(201),其中所述转子(200)能够在驱动面(22)上移动,其中所述驱动面(22)借助于定子模块(10)形成,其中所述定子模块(10)具有磁场发生器(127),所述方法具有如下步骤:
-求出所述转子(200)的虚拟的二维的电势曲线(300),其中所述转子(200)的目标点(260)具有在所述虚拟的二维电势曲线(300)之内的吸引电势;
-求出所述转子(200)的第一位置(252)处的虚拟的力向量(250),所述虚拟的力向量从所述虚拟的二维电势曲线(300)中得出,其中所述虚拟的力向量(250)具有向量方向和向量长度;
-控制所述磁场发生器(127)以产生与所述转子(200)的磁场相互作用的驱动磁场,使得通过所述驱动磁场与所述磁场的交互作用在所述转子上引起合力,其中所述合力的方向根据所述向量方向设定,并且其中所述合力的大小根据所述向量长度设定。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述转子的所述第一位置(252)借助于所述定子模块(10)的传感器来求出。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,至少一个障碍物(270)具有在所述虚拟的二维电势曲线(300)之内的排斥电势。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述障碍物(270)的第二位置(271)借助于所述定子模块(10)的传感器来求出。
5.根据权利要求3或4所述的方法,其中,所述障碍物(270)是另一转子(280)。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述方法附加地针对所述另一转子(280)执行。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述转子(200,280)的排斥电势是不同的,并且具有较高优先级的所述转子(200,280)具有更高的电势,其中所述较高的优先级是哪个转子(200,280)在所述转子(200,280)在所述驱动面(22)之上移动时应优选朝其目标点(260)的方向移动的量度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中,在预设的持续时间到期之后,重新执行所述方法步骤,尤其以能预设的时间周期重复地执行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中,根据所述虚拟的二维电势曲线(300)的二维求导来求出所述虚拟的力向量(250)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中,所述定子模块(10)分别具有四个边缘(30),其中,所述边缘(30)是内边缘(31)或外边缘(32),其中另外的定子模块(10)邻接于内边缘(31),其中外边缘(32)具有排斥电势,在求出所述虚拟的二维电势曲线(300)时考虑所述排斥电势。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中在求出所述虚拟的二维电势曲线(300)时不考虑设置在距所述转子(200)的预设的间距(290)之外的电势。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,也考虑在所述预设的间距(290)之外的所述目标点(260)的吸引电势。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,如果所述目标点与所述预设的间距(290)相比更远离所述转子(200),则通过中间点取代所述目标点(260),其中所述中间点具有吸引电势。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法,其中,在求出所述虚拟的二维电势曲线(300)时,考虑虚拟的均衡电势,使得在所述转子(200)和所述目标点(260)之间不存在所述转子轨迹(251)上的局部的电势最小值。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法,其中,在求出所述虚拟的二维电势曲线(300)时,考虑所述定子模块(10)的温度。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法,其中,预测另一转子(280)的移动,并且其中,在执行所述移动之后同样在求出所述虚拟的二维电势曲线(300)时考虑所述另一转子(280)的未来的另一第二位置(282)。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法,其中,所述磁场发生器(127)具有导体条带(125,126),其中借助于对所述导体条带(125,126)通电来产生所述驱动磁场。
18.一种控制单元(20),所述控制单元构成用于执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法。
19.一种平面驱动系统(1),其由根据权利要求18所述的控制单元(20)、多个定子模块(10)和至少一个转子(200)构成,其中所述定子模块(10)具有用于产生驱动磁场的磁场发生器(127)。
20.一种计算机程序,所述计算机程序包括指令,所述指令在通过计算机执行所述计算机程序时执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法的步骤。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018129731A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Antreiben eines Läufers eines Planarantriebssystems
DE102018129732A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Vermeiden einer Kollision beim Antreiben von wenigstens zwei Movern auf einer Antriebsfläche
DE102018129739A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung zum Antreiben von wenigstens einem Mover auf einer Antriebsfläche
DE102018129738A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung und Verfahren für eine Pfadplanung für einen Mover einer Antriebsvorrichtung
DE102018129727A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Vermeiden einer Kollision beim Antreiben von wenigstens zwei Movern auf einer Antriebsfläche
DE102020130795A1 (de) * 2020-11-20 2022-05-25 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Steuern eines Planarantriebssystems und Planarantriebssystem
DE102021108988A1 (de) * 2021-04-12 2022-10-13 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Bearbeiten eines Objekts mittels eines Planarantriebssystems
DE102021127039A1 (de) 2021-10-19 2023-04-20 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Planarantriebssystems und Planarantriebssystem
DE102021134510B3 (de) 2021-12-23 2023-06-01 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Bearbeiten eines flächigen Objekts mittels eines Planarantriebssystems

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1330807A (zh) * 1998-11-06 2002-01-09 路德维格·E·布里茨 控制转动装置的系统
WO2013059934A1 (en) * 2011-10-27 2013-05-02 The University Of British Columbia Displacement devices and methods for fabrication, use and control of same
CN104094507A (zh) * 2011-11-02 2014-10-08 哈美顿博纳图斯股份公司 具有传感器单元和模块式定子结构的直线电动机
EP3095739A1 (en) * 2015-05-22 2016-11-23 Roche Diagniostics GmbH Method of operating a laboratory sample distribution system, laboratory sample distribution system and laboratory automation system

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03112393A (ja) 1989-09-21 1991-05-13 Kao Corp 搬送装置
WO1999048192A1 (fr) * 1998-03-19 1999-09-23 Nikon Corporation Moteur plat, etage, dispositif d'exposition et son procede de fabrication, et dispositif et procede permettant de fabriquer lesdits elements
US6097114A (en) * 1998-08-17 2000-08-01 Nikon Corporation Compact planar motor having multiple degrees of freedom
JP3341687B2 (ja) 1998-10-16 2002-11-05 株式会社富士電機総合研究所 リニア電磁型マイクロアクチュエータ
AU1262699A (en) * 1998-11-30 2000-06-19 Nikon Corporation Stage device and method of manufacturing the same, and aligner and method of manufacturing the same
JP2001118773A (ja) * 1999-10-18 2001-04-27 Nikon Corp ステージ装置及び露光装置
US6316849B1 (en) * 2000-02-22 2001-11-13 Paul Konkola Methods and apparatus involving selectively tailored electromagnetic fields
US20050107909A1 (en) 2003-11-14 2005-05-19 Siemens Technology-To-Business Center Llc Systems and methods for programming motion control
CN100521468C (zh) * 2004-08-20 2009-07-29 清华大学 永磁同步平面电动机
DE102006007623B4 (de) 2006-02-18 2015-06-25 Kuka Laboratories Gmbh Roboter mit einer Steuereinheit zum Steuern einer Bewegung zwischen einer Anfangspose und einer Endpose
US8538692B2 (en) * 2006-06-19 2013-09-17 Amazon Technologies, Inc. System and method for generating a path for a mobile drive unit
DE102007025822A1 (de) 2007-06-02 2008-12-18 Lars Bergmann Kombinierbares Flächenelement mit einer Vielzahl von ansteuerbaren Wandlerelementen
JP2009220956A (ja) 2008-03-17 2009-10-01 Murata Mach Ltd 浮上搬送装置と浮上搬送方法
US8346468B2 (en) 2008-07-08 2013-01-01 Sky-Trax Incorporated Method and apparatus for collision avoidance
DE102009008529B4 (de) 2009-02-11 2014-11-27 Festo Ag & Co. Kg Elektromagnetisches Fördersystem
EP2589966A1 (en) 2011-11-04 2013-05-08 Roche Diagnostics GmbH Laboratory sample distribution system and corresponding method of operation
CN103135640B (zh) 2013-03-08 2014-10-15 山东省计算中心 基于北斗系统的绿色储运与冷链物流监管系统及方法
DE102013105687A1 (de) 2013-06-03 2014-12-04 Krones Ag Vorrichtung zum Transportieren von Behältnissen mit magnetischem Antrieb
JP6373992B2 (ja) 2013-08-06 2018-08-15 ザ・ユニバーシティ・オブ・ブリティッシュ・コロンビア 変位デバイスおよび方法とそれに関連付けられた運動を検出し推定するための装置
WO2015179962A1 (en) 2014-05-30 2015-12-03 The University Of British Columbia Displacement devices and methods for fabrication, use and control of same
EP3152822B1 (en) 2014-06-07 2019-08-07 The University Of British Columbia Methods and systems for controllably moving multiple moveable stages in a displacement device
EP3155712A4 (en) 2014-06-14 2018-02-21 The University Of British Columbia Displacement devices, moveable stages for displacement devices and methods for fabrication, use and control of same
DE102014214697A1 (de) 2014-07-25 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Befüllen eines Behältnisses
EP3172156B1 (de) 2014-07-25 2018-12-12 Robert Bosch GmbH Vorrichtung zum überführen und/oder gruppieren
DE102014214696A1 (de) 2014-07-25 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Transport eines Behältnisses relativ zu einer Füllstation
EP2995958A1 (en) 2014-09-15 2016-03-16 Roche Diagniostics GmbH Method of operating a laboratory sample distribution system, laboratory sample distribution system and laboratory automation system
EP3096144A1 (en) 2015-05-22 2016-11-23 Roche Diagniostics GmbH Method of operating a laboratory automation system and laboratory automation system
DE102015209610A1 (de) 2015-05-26 2016-12-01 Robert Bosch Gmbh Transportvorrichtung
EP3320606B1 (en) 2015-07-06 2023-06-07 The University Of British Columbia Method and system for controllably moving one or more moveable stages in a displacement device
WO2017025137A1 (de) 2015-08-11 2017-02-16 Festo Ag & Co. Kg Positioniersystem mit wicklungsanordnung
DE102015115347A1 (de) 2015-09-11 2017-03-16 Beckhoff Automation Gmbh Magnetanordnung für einen elektrischen Motor
CN105600469B (zh) 2016-01-21 2018-08-31 东莞思谷数字技术有限公司 一种基于电磁驱动和传感模块的可组装自动化运输系统
AT518354B1 (de) 2016-02-02 2018-06-15 B & R Ind Automation Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Fördereinrichtung in Form eines Langstatorlinearmotors
US10108193B2 (en) * 2016-05-27 2018-10-23 Glen C Wernersbach Mover system
US10239418B2 (en) 2016-06-21 2019-03-26 Rockwell Automation Technologies, Inc. Multi-trajectory track and mover system
EP3355065B1 (en) * 2017-01-31 2021-08-18 Roche Diagnostics GmbH Laboratory sample distribution system and laboratory automation system
US10926418B2 (en) 2017-03-27 2021-02-23 Planar Motor Incorporated Robotic devices and methods for fabrication, use and control of same
AT519829A1 (de) 2017-04-04 2018-10-15 B & R Ind Automation Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Langstatorlinearmotors
DE102017131314A1 (de) 2017-12-27 2019-06-27 Beckhoff Automation Gmbh Statormodul
DE102017131304A1 (de) 2017-12-27 2019-06-27 Beckhoff Automation Gmbh Statormodul
DE102017131321B4 (de) 2017-12-27 2020-03-12 Beckhoff Automation Gmbh Statoreinheit und Statormodul
EP3537159B1 (en) 2018-03-07 2022-08-31 Roche Diagnostics GmbH Method of operating a laboratory sample distribution system, laboratory sample distribution system and laboratory automation system
DE102018129731A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Antreiben eines Läufers eines Planarantriebssystems
DE102018129732A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Vermeiden einer Kollision beim Antreiben von wenigstens zwei Movern auf einer Antriebsfläche
DE102018129739A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung zum Antreiben von wenigstens einem Mover auf einer Antriebsfläche
DE102018129727A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Vermeiden einer Kollision beim Antreiben von wenigstens zwei Movern auf einer Antriebsfläche
DE102018129738A1 (de) 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Vorrichtung und Verfahren für eine Pfadplanung für einen Mover einer Antriebsvorrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1330807A (zh) * 1998-11-06 2002-01-09 路德维格·E·布里茨 控制转动装置的系统
WO2013059934A1 (en) * 2011-10-27 2013-05-02 The University Of British Columbia Displacement devices and methods for fabrication, use and control of same
CN104094507A (zh) * 2011-11-02 2014-10-08 哈美顿博纳图斯股份公司 具有传感器单元和模块式定子结构的直线电动机
EP3095739A1 (en) * 2015-05-22 2016-11-23 Roche Diagniostics GmbH Method of operating a laboratory sample distribution system, laboratory sample distribution system and laboratory automation system

Also Published As

Publication number Publication date
EP3871325A1 (de) 2021-09-01
DE102018129731A1 (de) 2020-05-28
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US12040675B2 (en) 2024-07-16
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