CN116216332A - 感应式平面输送系统 - Google Patents

Abstract

感应式平面输送系统，属于电机应用技术领域。解决了现有多维度平面输送系统结构复杂、承载能力差、控制难度高的问题。本发明中m个定子单元拼装形成输送平面；n个动子输送单元分布在输送平面上，且动子输送单元的万向滚珠轴承与输送平面接触；上位机以无线信号传输的方式控制动子输送单元产生交叠的行波磁场，在行波磁场的作用下定子单元中产生感应电流，在行波磁场和感应电流的相互作用下，产生电磁力推动动子输送单元顺着行波磁场的运动方向做运动。本发明主要应用于物流领域。

Description

感应式平面输送系统

技术领域

本发明属于电机应用技术领域。

背景技术

工业4.0时代的到来使得全球制造企业面临巨大变革和挑战，诸如电工电子、机械、化工、医药、食品等行业对由输送系统驱动的生产线、装配线以及检测线提出越来越高的要求。目前许多工控场合如电工、电子、机械、化工、医药等生产流水线和装配线，一般常采用钢丝绳、轨道小车或者链传动输送系统，这些传统的输送系统通常由驱动装置、主动滚筒、从动滚筒、张紧装置、换向滚筒、托棍、墙板等模块拼接而成，结构复杂，系统庞大，故障率高，效率低，维护量大。

国外一些发达国家则逐步采用了基于直线电机驱动的输送系统，该类型的系统相对于传统的输送系统有了很大改进，但是在一些多维度输送场合仍显窘迫。

目前，国内外一些企业和机构开发了基于永磁同步平面电机的平面磁悬浮输送系统，该类型系统采用磁悬浮支撑，可以实现多自由度输送，但正因为其采用磁悬浮支撑方式，所以承载能力普遍比较弱，并且控制难度较高，工作环境要求苛刻，安装及维护比较麻烦，通常还需要额外配备相关的冷却设备，结构复杂、成本及售价普遍偏高。

因此，随着新型立体仓库、无人看守生产线、智能工厂的快速发展，越来越多的工控场合迫切需要一种可以实现多维无限制运动、结构简单、布置方便、承载能力强、成本低廉的智能输送系统，以满足生产和制造的需求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有多维度平面输送系统结构复杂、承载能力差、控制难度高的问题，本发明提供了一种感应式平面输送系统。

感应式平面输送系统，包括m个定子单元、n个动子输送单元和上位机；m和n均为整数；

m个定子单元拼装形成输送平面；n个动子输送单元分布在输送平面上，且动子输送单元的万向滚珠轴承与输送平面接触；

上位机输出的控制信号以无线传输的方式控制动子输送单元产生交叠的行波磁场，在行波磁场的作用下定子单元中产生感应电流，在行波磁场和感应电流的相互作用下，产生电磁力推动动子输送单元顺着行波磁场的运动方向运动；

其中，动子输送单元产生交叠的行波磁场，以保证动子输送单元在输送平面内沿x轴方向、y轴方向、以及绕z轴方向的运动，所述x轴方向和y轴方向所构成的平面为输送平面所在的平面，z轴方向为垂直于输送平面的方向。

优选的是，动子输送单元还包括动子支架、无线信号收发装置、电能存储模块、承载框架、2p个初级模块和驱动及位置检测模块；

万向滚珠轴承固定在动子支架的下表面；

无线信号收发装置设置在动子支架侧壁上，用于将上位机下发的控制信号发送至驱动及位置检测模块；

电能存储模块和承载框架均固定在动子支架的上表面，且承载框架覆盖电能存储模块；

动子支架的下表面设有存放槽，初级模块和驱动及位置检测模块均固定在存放槽内；驱动及位置检测模块用于检测动子输送单元在输送平面上的实时位置，还用于根据上位机下发的控制信号调用电能存储模块中的电能来驱动初级模块产生交叠的行波磁场。

优选的是，动子输送单元还包括防撞缓冲板；

防撞缓冲板围在动子支架的侧壁上；

无线信号收发装置位于周向方向上相邻的两个防撞缓冲板之间。

优选的是，2p个初级模块包括p个x轴方向初级模块和p个y轴方向初级模块；

其中，x轴方向初级模块用于驱动动子输送单元在输送平面内沿x轴方向运动；y轴方向初级模块用于驱动动子输送单元在输送平面内沿y轴方向运动。

优选的是，x轴方向初级模块和y轴方向初级模块均采用多套电枢绕组实现。

优选的是，定子单元由上至下依次包括复合次级板和磁体阵列；磁体阵列设置在复合次级板内。

优选的是，复合次级板包括上基板和下基板；磁体阵列固定在上基板和下基板之间。

优选的是，感应式平面输送系统，还包括无线充电桩；

所述无线充电桩通过无线传输的方式给动子输送单元中电能存储模块充电。

优选的是，通过控制输入至初级模块中电流的幅值和频率，来改变动子输送单元的运动速度。

本发明带来的有益效果是：

1、本发明提出一种感应式平面输送系统，该系统结构简单、可实现模块化设计、便于组装，输送轨道可根据需要拼接为任意形状；动子输送单元采用万向滚珠轴承支撑、成本低廉、承载能力强，经济实用。本发明控制难度低、安装及维护比较简单，对驱动过程中产生的热量无需额外配备相关的冷却设备。

2、感应式平面输送系统的定子单元和动子输送单元均可实现模块化设计、加工、维护简单、快速，大大降低了输送系统的成本。

3、本发明控制难度低、安装及维护比较简单，利用电磁感应式的感应电机生成推力、推力密度大，耐高温能力强，在生成推力的过程中产生的热量无需额外配备相关的冷却设备。本发明也没有退磁的风险。

4、通过无线信号控制动子输送单元，动子通过无线能量传输获得能量并通过蓄电池存储，省去了线缆对动子运动的干扰和限制，实现了无线控制和长时间运动，极大的提高了系统的灵活性，降低了系统机械设计工作量和总体成本。本发明代替传统的线缆构架结构设计，减少了线缆扰动对动子运动的干扰，提高了整机运动精度，降低了控制难度，提高了稳定性，实现了无线控制和长时间运动。

5、所述的感应式平面输送系统具有结构简单、响应速度快、适用于高温等恶劣环境、可靠性高等一系列的优点。

6、本发明主要应用于物流领域。

附图说明

图1是本发明所述感应式平面输送系统的整体结构示意图；

图2是动子输送单元2的装配分解示意图；

图3是动子输送单元2装配之后的三维结构示意图；

图4是对图3进行上下翻转后的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一、参见图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述的感应式平面输送系统，包括m个定子单元1、n个动子输送单元2和上位机；m和n均为整数；

m个定子单元1拼装形成输送平面；n个动子输送单元2分布在输送平面上，且动子输送单元2的万向滚珠轴承2-1与输送平面接触；

上位机输出的控制信号以无线传输的方式控制动子输送单元2产生交叠的行波磁场，在行波磁场的作用下定子单元1中产生感应电流，在行波磁场和感应电流的相互作用下，产生电磁力推动动子输送单元2顺着行波磁场的运动方向运动；

其中，动子输送单元2产生交叠的行波磁场，以保证动子输送单元2在输送平面内沿x轴方向、y轴方向、以及绕z轴方向的运动，所述x轴方向和y轴方向所构成的平面为输送平面所在的平面，z轴方向为垂直于输送平面的方向。

本发明所述的感应式平面输送系统结构简单、可实现模块化设计、便于组装，输送平面可根据需要拼接为任意形状；动子输送单元2采用万向滚珠轴承2-1支撑、承载能力强、成本低廉、经济实用。本发明通过控制动子输送单元2产生交叠的行波磁场，来驱动动子输送单元2运动，省去了线缆对动子运动的干扰和限制，实现了无线控制、极大的提高了系统的灵活性，降低了系统机械设计工作量。

定子单元1和动子输送单元2构成电磁感应电机。

本发明控制难度低、安装及维护比较简单，利用电磁感应式的感应电机生成推力、推力密度大，耐高温能力强，在生成推力的过程中产生的热量无需额外配备相关的冷却设备。本发明也没有退磁的风险。

参见图2至图4，提供了动子输送单元2的一种具体结构，动子输送单元2还包括动子支架2-2、无线信号收发装置2-3、电能存储模块2-4、承载框架2-5、2p个初级模块2-6、驱动及位置检测模块2-7和防撞缓冲板2-8；

电能存储模块2-4和承载框架2-5均固定在动子支架2-2的上表面，且承载框架2-5覆盖电能存储模块2-4；

防撞缓冲板2-8固定在动子支架2-2的侧壁上；无线信号收发装置2-3固定在两个防撞缓冲板2-8之间，用于将上位机下发的控制信号发送至驱动及位置检测模块2-7；万向滚珠轴承2-1固定在动子支架2-2的下表面；

动子支架2-2的下表面设有存放槽，初级模块2-6和驱动及位置检测模块2-7均固定在存放槽内；驱动及位置检测模块2-7用于检测动子输送单元2在输送平面上的实时位置，还用于根据上位机下发的控制信号调用电能存储模块2-4中的电能来驱动初级模块2-6产生交叠的行波磁场。更进一步的，动子输送单元2还包括防撞缓冲板2-8；防撞缓冲板2-8围在动子支架2-2的侧壁上；无线信号收发装置2-3位于周向方向上相邻的两个防撞缓冲板2-8之间。

本实施方式中，动子输送单元2结构紧凑，可便于组装。动子输送单元2通过无线能量传输获得能量并通过蓄电池存储，省去了线缆对动子运动的干扰和限制，实现了无线控制和长时间运动，极大的提高了系统的灵活性，提高了整机运动精度、降低了控制难度、提高了稳定性，实现了无线控制和长时间运动。防撞缓冲板2-8的引入更进一步增加了对动子输送单元2的防护能力。

更进一步的，2p个初级模块2-6包括p个x轴方向初级模块和p个y轴方向初级模块；其中，x轴方向初级模块，用于驱动动子输送单元2在输送平面内沿x轴方向运动；y轴方向初级模块，用于驱动动子输送单元2在输送平面内沿y轴方向运动。所述x轴方向初级模块和y轴方向初级模块均采用多套电枢绕组实现。P的最优取值为2。

参见图1，定子单元1由上至下依次包括复合次级板和磁体阵列；磁体阵列设置在复合次级板内。其中，复合次级板包括上基板和下基板；磁体阵列固定在上基板和下基板之间。具体应用时，一般上基板采用铜材质实现，而下基板采用钢材质实现，在上基板上车身生感应电流。动子输送单元2上的驱动及位置检测模块2-7与定子单元1上的磁体阵列配合工作，提供输送动子输送单元2的实时位置。

为了省去了线缆对动子运动的干扰和限制，实现了无线控制和长时间运动，极大的提高了系统的灵活性，降低系统机械设计工作量和总体成本，本发明感应式平面输送系统，还包括无线充电桩；所述无线充电桩通过无线传输的方式给动子输送单元2中电能存储模块2-4充电。工作时电能存储模块2-4以无线能量传输的方式从无线充电桩获得能量，并存储于蓄电池中，为动子输送单元2提供能量，可实现长时间运动。

具体应用时，当感应式平面输送系统工作时，上位机通过无线信号收发处理系统向动子输送单元2发出指令，动子输送单元2的无线信号收发装置2-3接到信号后通知驱动及位置检测模块2-7，此时，驱动及位置检测模块2-7获得电能存储模块2-4中的电能并作处理后向初级模块2-6的电枢绕组中通入三相对称的正弦电流后，会产生沿直线方向分布的交叠正弦气隙磁场即：交叠行波磁场。当三相电流随时间变化时，气隙磁场将按A、B、C相的相序沿直线移动。行波磁场将在定子单元1的复合次级板中感应出电动势和电流，复合次级板中的感应电流和行波磁场相互作用，产生水平推力推动动子输送单元2顺着行波磁场的运动方向做直线运动。

当需要动子输送单元2沿着x方向运动时，只需要给x轴方向初级模块供电，同理，当需要动子输送单元2沿着y方向运动时，只需要给y轴方向的x轴方向初级模块供电。当需要动子输送单元2绕z轴旋转时，同时给x、y轴方向初级模块供电，使其产生绕z轴旋转的力矩，带动动子输送单元2转动。通过控制通入初级模块2-6中电流幅值和频率的大小，改变动子输送单元2的运动速度。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.感应式平面输送系统，其特征在于，包括m个定子单元(1)、n个动子输送单元(2)和上位机；m和n均为整数；

m个定子单元(1)拼装形成输送平面；n个动子输送单元(2)分布在输送平面上，且动子输送单元(2)的万向滚珠轴承(2-1)与输送平面接触；

上位机输出的控制信号以无线传输的方式控制动子输送单元(2)产生交叠的行波磁场，在行波磁场的作用下定子单元(1)中产生感应电流，在行波磁场和感应电流的相互作用下，产生电磁力推动动子输送单元(2)顺着行波磁场的运动方向运动；

其中，动子输送单元(2)产生交叠的行波磁场，以保证动子输送单元(2)在输送平面内沿x轴方向、y轴方向、以及绕z轴方向的运动，所述x轴方向和y轴方向所构成的平面为输送平面所在的平面，z轴方向为垂直于输送平面的方向。

2.根据权利要求1所述的感应式平面输送系统，其特征在于，动子输送单元(2)还包括动子支架(2-2)、无线信号收发装置(2-3)、电能存储模块(2-4)、承载框架(2-5)、2p个初级模块(2-6)和驱动及位置检测模块(2-7)；

万向滚珠轴承(2-1)固定在动子支架(2-2)的下表面；

无线信号收发装置(2-3)设置在动子支架(2-2)侧壁上，用于将上位机下发的控制信号发送至驱动及位置检测模块(2-7)；

电能存储模块(2-4)和承载框架(2-5)均固定在动子支架(2-2)的上表面，且承载框架(2-5)覆盖电能存储模块(2-4)；

动子支架(2-2)的下表面设有存放槽，初级模块(2-6)和驱动及位置检测模块(2-7)均固定在存放槽内；驱动及位置检测模块(2-7)用于检测动子输送单元(2)在输送平面上的实时位置，还用于根据上位机下发的控制信号调用电能存储模块(2-4)中的电能来驱动初级模块(2-6)产生交叠的行波磁场。

3.根据权利要求1所述的感应式平面输送系统，其特征在于，动子输送单元(2)还包括防撞缓冲板(2-8)；

防撞缓冲板(2-8)围在动子支架(2-2)的侧壁上；

无线信号收发装置(2-3)位于周向方向上相邻的两个防撞缓冲板(2-8)之间。

4.根据权利要求1所述的感应式平面输送系统，其特征在于，2p个初级模块(2-6)包括p个x轴方向初级模块和p个y轴方向初级模块；

其中，x轴方向初级模块用于驱动动子输送单元(2)在输送平面内沿x轴方向运动；y轴方向初级模块用于驱动动子输送单元(2)在输送平面内沿y轴方向运动。

5.根据权利要求4所述的感应式平面输送系统，其特征在于，x轴方向初级模块和y轴方向初级模块均采用多套电枢绕组实现。

6.根据权利要求1所述的感应式平面输送系统，其特征在于，定子单元(1)由上至下依次包括复合次级板和磁体阵列；磁体阵列设置在复合次级板内。

7.根据权利要求1所述的感应式平面输送系统，其特征在于，复合次级板包括上基板和下基板；磁体阵列固定在上基板和下基板之间。

8.根据权利要求2所述的感应式平面输送系统，其特征在于，还包括无线充电桩；

所述无线充电桩通过无线传输的方式给动子输送单元(2)中电能存储模块(2-4)充电。

9.根据权利要求4所述的感应式平面输送系统，其特征在于，p的取值为2。

10.根据权利要求2所述的感应式平面输送系统，其特征在于，通过控制输入至初级模块(2-6)中电流的幅值和频率，来改变动子输送单元(2)的运动速度。

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