DE102011122287A1

DE102011122287A1 - Magnetically supported positioning axis

Info

Publication number: DE102011122287A1
Application number: DE201110122287
Authority: DE
Inventors: Ibrahim Doertoluk; Bernd Schnurr; Christian Freier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-10-31
Also published as: WO2012089341A2; WO2012089341A3

Abstract

Die Erfindung stellt eine Lösung bereit, mittels welcher ein Körper 11 relativ zu einem anderen Körper 12 in der Schwebe gehalten und dessen aktuelle Position im Schwebezustand in vielen Richtungen verändert werden kann.The invention provides a solution by means of which a body 11 can be held in suspension relative to another body 12 and whose current position can be changed in many directions in the suspended state.

Description

Die Erfindung betrifft das übergeordnete Gebiet der elektromagnetischen Einrichtungen. Die Erfindung schlägt gemäß den unabhängigen Ansprüchen eine magnetgelagerte Positionierachse, ein Verfahren für deren Betrieb und diverse Verwendungen vor.The invention relates to the parent field of electromagnetic devices. The invention proposes according to the independent claims, a magnetic bearing positioning, a method for their operation and various uses.

Bei der Erfindung werden Erkenntnisse aus dem Prinzip der Magnetschwebetechnik genutzt.Insights from the principle of magnetic levitation technology are used in the invention.

Die Deutsche Offenlegungsschrift 27 10 156 beispielsweise zeigt ein Trag-, Führ- und Vortriebsverfahren, welches sich dieser Prinzipien bedient.The German Offenlegungsschrift 27 10 156 For example, shows a supporting, guiding and propulsion method, which uses these principles.

Die Anwendung ist in vielen technischen Bereichen möglich, beispielsweise in der Halbleiterindustrie, in der Medizintechnik, bei hochpräzisen Messmaschinen, in der Lithographie, bei der Salarzellenherstellung oder bei der Herstellung von Festplatten und LCD-Anzeigen.The application is possible in many technical areas, for example in the semiconductor industry, in medical technology, in high-precision measuring machines, in lithography, in saline cell production or in the production of hard disks and LCD displays.

Bei der Erfindung werden Erkenntnisse aus der linearen Antriebstechnik genutzt. Das Prinzip der Funktionsweise von Linearmotoren ist hinreichend bekannt.In the invention, findings from the linear drive technology are used. The principle of operation of linear motors is well known.

Das Patent EP 0 580 107 B1 zeigt ein magnetisches Schwebesystem, welches für Transportzwecke mit geraden und kurvenförmigen Wegabschnitten ausgelegt ist. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Regelung des Luftspaltes, abhängig von der Belastung des Sekundärteiles, mittels einer am Sekundärteil befestigten Regelungseinrichtung. Diese Regelungseinrichtung wird über eine Induktionsschleife mit einer 10 kHz Spannungsquelle berührungslos mit Energie versorgt.The patent EP 0 580 107 B1 shows a magnetic levitation system, which is designed for transport purposes with straight and curved path sections. The focus here is on the regulation of the air gap, depending on the load of the secondary part, by means of a control device attached to the secondary part. This control device is supplied via an induction loop with a 10 kHz power source without contact with energy.

Das Patent US 6,502,517 B1 zeigt ebenfalls ein magnetisches Schwebesystem.The patent US 6,502,517 B1 also shows a magnetic levitation system.

Die Erfindung stellt eine Lösung bereit, mittels welcher ein Lager realisiert und betrieben werden kann, dessen Komponenten neben der von einem Linearmotor vorgegebenen Bewegungsrichtung zusätzlich und gleichzeitig auch von der Linearbewegung abweichende Bewegungen ausführen kann. Dies ermöglicht eine extrem genaue Feinjustierbarkeit der Lagerkomponenten. Von dem Lager transportierte oder gehaltene Objekte können somit präzise positioniert werden.The invention provides a solution by means of which a bearing can be realized and operated, the components of which can additionally and at the same time execute deviations from the linear motion in addition to the direction of movement of a linear motor. This allows extremely accurate fine adjustment of the bearing components. Objects transported or held by the bearing can thus be precisely positioned.

Die Erfindung erreicht dies mittels einer magnetgelagerten Positionierachse. Diese magnetgelagerte Positionierachse umfasst ein erstes Lagerteil mit einer ersten Linearmotorkomponente und ein zum ersten Lagerteil korrespondierend ausgeführtes zweites Lagerteil mit einer zweiten Linearmotorkomponente. Im Betrieb der Achse ist somit eine Relativbewegung beider Lagerteile entlang der mittels des Linearmotors vorgegebenen Bewegungsrichtung möglich.The invention achieves this by means of a magnet-mounted positioning axis. This magnet-bearing positioning axis comprises a first bearing part with a first linear motor component and a first bearing part correspondingly designed second bearing part with a second linear motor component. During operation of the axle, a relative movement of both bearing parts is thus possible along the direction of movement predetermined by means of the linear motor.

Von den Lagerteilen sind mehrere Erregerteile umfasst. Zumindest aber weist wenigstens eines der Lagerteile Erregerteile auf. Unter Erregerteilen werden Komponenten verstanden, welche in der Lage sind ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, mittels dessen es möglich ist einen Schwebezustand zwischen zwei Bauteilen zu realisieren. Von zumindest einem der Lagerteile, vorzugsweise von dem ersten Lagerteil mit der ersten Linearmotorkomponente, ist ein lokales Betriebsmittel umfasst. Das Betriebsmittel dient zur Ansteuerung der Erregerteile mit elektrischem Strom und damit zur Steuerung eines von den Erregerteilen erzeugbaren Magnetfeldes. Das Betriebsmittel hat vorzugsweise auch eine Regelfunktion. Das Betriebsmittel kann somit die Ansteuerung der Erregerteile mit elektrischem Strom unter Verwendung von Sollwerten und von Istwerten für die ausgeführte Bewegungsrichtung oder die ausgeführte Bewegungsintensität durchführen, indem es Sollwerte und Istwerte miteinander vergleicht und bei einer Abweichung regulierend eingreift.From the bearing parts several exciter parts are included. At least, however, at least one of the bearing parts on exciter parts. Exciter parts are components that are capable of generating an electromagnetic field, by means of which it is possible to realize a state of limbo between two components. At least one of the bearing parts, preferably of the first bearing part with the first linear motor component, comprises a local operating means. The equipment is used to control the exciter parts with electrical current and thus to control a magnetic field generated by the exciter parts. The resource preferably also has a control function. The operating means can thus carry out the control of the exciter parts with electric current using setpoint values and actual values for the executed movement direction or the executed movement intensity, by comparing desired values and actual values with one another and regulatingly interfering with a deviation.

Bei dem Betriebsmittel kann es sich auch um Funktionsblöcke zur Fortbewegungs- bzw. Bewegungsregelung sowie um Datenverarbeitungsvorrichtungen zur Positionserfassung inklusive der dafür notwendigen Sensoren und/oder Mittel zur Kommunikation handeln. Dies macht die Vorrichtung insgesamt sehr flexibel bezüglich der denkbaren Einsatzfelder. Von der komplexen Transport-, Verpackungs- und Automatisierungseinrichtung mit einer Vielzahl von unabhängig betriebenen Lagern bis hin zur Realisierung einer einfachen Linearbewegung sind alle Ausführungsformen denkbar und realisierbar.The operating means may also be functional blocks for locomotion or movement control and data processing devices for position detection, including the necessary sensors and / or means for communication. This makes the device as a whole very flexible with regard to the conceivable fields of application. From the complex transport, packaging and automation equipment with a variety of independently operated bearings up to the realization of a simple linear movement all embodiments are conceivable and feasible.

Selbst Prozessenergie könnte mit diesem Verfahren auf eines der Lagerteile berührungslos übertragen werden. Unter Prozessenergie wird in diesem Zusammenhang Energie verstanden, die nicht zur Versorgung von antriebsrelevanten Verbrauchern, sondern für die Durchführung eines Vorganges innerhalb eines Prozesses benötigt wird. Dies könnte beispielsweise das Verschweißen einer Folie für Lebensmittel nach der Befüllung durch eine Verpackungsmaschine sein. Beliebige weitere Anwendungsformen sind denkbar. Für den Einsatz in industriellen Maschinen wird deshalb vorgeschlagen, dass zumindest ein zum Betriebsmittel zusätzlich am ersten Lagerteil angeordneter Verbraucher eine prozessrelevante Apparatur ist, die einen Ver- bzw. Bearbeitungsschritt innerhalb eines industriellen Prozesses übernimmt.Even process energy could be transmitted without contact to one of the bearing parts with this method. In this context, process energy is understood to mean energy that is not required to supply drive-relevant consumers, but rather to carry out a process within a process. This could be, for example, the welding of a film for food after being filled by a packaging machine. Any other forms of application are conceivable. For use in industrial machines, it is therefore proposed that at least one load additionally arranged on the first bearing part for the operating medium is a process-relevant apparatus which takes over a processing step within an industrial process.

Die Erregerteile sind derart an den Lagerteilen angeordnet, dass mittels des Betriebsmittels eine Änderung der relativen Bewegungsrichtung beider Lagerteile zueinander abweichend oder auch überlagernd und damit gleichzeitig in Echtzeit zu der von dem Linearmotor ausgeführten Bewegungsrichtung möglich ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerteil besteht während des Betriebes stets ein geringfügiger Luftspalt, so dass sich beide Teile berührungslos und relativ zueinander in bis zu sechs verschiedenen Freiheitsgraden bewegen können, indem Druck- und Zugkräfte unter Verwendung von magnetischen Feldern zwischen den Lagerteilen erzeugt werden, welche der eigentlichen und mittels des Linearmotors vorgegebenen Bewegungsrichtung überlagert werden können.The exciting parts are arranged on the bearing parts such that by means of the operating means a change in the relative direction of movement of both Bearing parts to each other deviating or superimposed and thus simultaneously in real time to the running of the linear motor movement is possible. There is always a slight air gap between the first and second bearing parts during operation, so that both parts can move without contact and relative to each other in up to six different degrees of freedom by generating compressive and tensile forces using magnetic fields between the bearing parts, which of the actual and predetermined by the linear motor movement direction can be superimposed.

Es wird damit möglich vorzugsweise für die Halbleiterindustrie unter Reinraumbedingungen, für die Medizintechnik, für die Messtechnik (bspw. hochpräzise Messmaschinen wie Schichtdickenmessung), für die Lithograpie (z. B. extreme Ultraviolettlithographie oder die Nanolithographie) oder für die Solarzellenherstellung, die Herstellung von Festplatten oder die Herstellung von LCD-Displays hochpräzise Maschinen zu realisieren.It is thus possible, preferably for the semiconductor industry under clean room conditions, for medical technology, for measuring technology (for example high-precision measuring machines such as layer thickness measurement), for lithography (eg extreme ultraviolet lithography or nanolithography) or for solar cell production, the production of hard disks or the production of LCD displays to realize high-precision machines.

Die Lagerteile lassen sich in Serie und getrennt voneinander leicht und damit kostengünstig herstellen. Die Erfindung zeichnet sich durch hohe Modularität und flexible Einsetzbarkeit aus.The bearing parts can be easily and thus inexpensively manufactured in series and separately. The invention is characterized by high modularity and flexible usability.

Das frei schwebende System ist verschleißarm, da kein mechanischer Lagerverschleiß stattfindet. Es kann in Vakuumumgebungen und in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden. Bei hochpräzisen Fertigungsmaschinen, wie Sie beispielsweise für die Waferherstellung verwendet werden, können Lagerschäden und Unebenheiten zu Prozessfehlern führen. Auch dies wird mittels der Erfindung aufgrund der berührungslosen und hochgenauen Positionierbarkeit vermieden.The free-floating system is low-wear, since no mechanical bearing wear takes place. It can be used in vacuum environments and explosive environments. In high-precision manufacturing machines, such as those used for wafer production, bearing damage and unevenness can lead to process errors. Again, this is avoided by means of the invention due to the contactless and highly accurate positioning.

Beide Lagerteile umfassen üblicherweise Spulenanordnungen, welche zur Erzeugung und zur Einkopplung eines Energieversorgungsfeldes zur Versorgung des Betriebsmittels mit elektrischer Energie dienen. Auch eine kapazitive Energieübertragung oder die Verwendung eines Energiespeichers auf einem der Lagerteile wäre denkbar. Bevorzugt kommt jedoch die induktive Energieübertragung zum Einsatz.Both bearing parts usually comprise coil arrangements, which serve for generating and for coupling in a power supply field for supplying the operating means with electrical energy. A capacitive energy transfer or the use of an energy storage on one of the bearing parts would be conceivable. Preferably, however, the inductive energy transfer is used.

Da die Lagerteile berührungslos zueinander im Betrieb angeordnet sind, wird eine drahtlose Übertragung von Energie und Steuersignalen von einem auf das andere Lagerteil vorgesehen. Bei den Steuersignalen handelt es sich bspw. um Sollwerte für die auszuführende Bewegung. Diese Sollwerte sind für das Betriebsmittel bestimmt, damit es die Erregerteile entsprechend der Sollvorgaben mit Strom beaufschlagen und somit die gewünschte Bewegung hervorrufen kann. Auf einem der Lagerteile angeordnete elektrische Komponenten werden mit Energie und Signalen unter Verwendung des zwischen beiden Lagerteilen vorhandenen Luftspaltes versorgt.Since the bearing parts are arranged in contact with each other in operation, a wireless transmission of energy and control signals from one to the other bearing part is provided. The control signals are, for example, setpoints for the movement to be executed. These setpoints are intended for the equipment, so that it can energize the excitation parts according to the target specifications and thus can cause the desired movement. On one of the bearing parts arranged electrical components are supplied with energy and signals using the existing air gap between the two bearing parts.

Speziell bei Verwendung eisenloser Linearmotoren ist die bevorzugte Ausführung ein Sekundärteil mit Permanentmagneten und ein Primärteil mit vergossenen Luftspulen, welches seine Energieversorgung auf dem Lagerteil mitführen muss.Especially when using ironless linear motors, the preferred embodiment is a secondary part with permanent magnets and a primary part with potted air coils, which must carry its energy supply to the bearing part.

Ein dem Fortbewegungsfeld des Linearmotors überlagertes Energieversorgungsfeld könnte auch dadurch erzeugt werden, dass der zur Herstellung des Fortbewegungsfeldes erforderlichen Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz (jede andere Frequenz ist denkbar) eine weitere Wechselspannungsquelle mit beispielsweise 10 kHz oder variabler Frequenz so zugeschaltet wird, dass sich aus der Überlagerung beider Spannungen der gewünschte Überlagerungseffekt einstellt. Ein Empfängerschwingkreis am bewegten Lagerteil wäre dann auf die auszukoppelnde Frequenz abzustimmen, so dass er die maximal mögliche Energie für die am bewegten Lagerteil angeordnete Betriebsmittel und Erregerteile einkoppeln kann. Ein Spannungs- und Pegelwandler müsste die Ausgangsspannung an die Anforderungen von Betriebsmitteln und Erregerteilen adaptieren.An energy supply field superimposed on the locomotion field of the linear motor could also be generated by connecting the alternating voltage source required for producing the locomotion field with a frequency of, for example, 50 Hz (any other frequency conceivable) to another alternating voltage source with eg 10 kHz or variable frequency such that the desired superimposition effect arises from the superposition of both voltages. A receiver resonant circuit on the moving bearing part would then have to be tuned to the frequency to be coupled out so that it can couple in the maximum possible energy for the operating means and exciter parts arranged on the moving bearing part. A voltage and level converter would have to adapt the output voltage to the requirements of equipment and exciter parts.

Je nachdem wie man die Spannungs- und/oder Pegelwandler auswählt, können unterschiedlichste Anforderungen erfüllt werden. Durch die Kombination von AC/DC-, AC/AC- und DC/DC-Wandlern können sowohl Verbraucher mit Wechsel- als auch Gleichspannungsanschluss mit Strom versorgt werden. Über integrierte Spannungsteiler ist es möglich den an der Energieversorgungsschnittstelle abgegriffenen Spannungspegel an die Verbraucher anzupassen. Es ist also denkbar, dass jeder Verbraucher einen eigenen Wandler besitzt, der die individuellen, verbraucherspezifischen Spannungen und Pegel sicherstellt.Depending on how you select the voltage and / or level converter, various requirements can be met. The combination of AC / DC, AC / AC and DC / DC converters provides power to both AC and DC power consumers. Integrated voltage dividers make it possible to adapt the voltage level tapped at the power supply interface to the consumers. It is therefore conceivable that each consumer has its own converter, which ensures the individual, user-specific voltages and levels.

Sinnvollerweise ist ein Wegerfassungsmittel vom erfindungsgemäßen Lagermittel umfasst. Dieses umfasst wiederum eine erste Komponente und eine zweite Komponente zur Messung des mittels des Linearmotors zurückgelegten Weges. Die Komponenten des Wegerfassungsmittels sind relativ zueinander angeordnet und korrespondierend zueinander ausgeführt. Die erste Komponente ist am ersten Lagerteil und die zweite Komponente ist am zweiten Lagerteil angeordnet. Beide Komponenten sind wie die Lagerteile während des Betriebs der Anordnung mittels eines Luftspaltes voneinander getrennt. Das Wegerfassungsmittel dient dem Betriebsmittel als Istwertgeber, so dass das Betriebsmittel in der Lage ist die Linearbewegung zu regeln.It makes sense to include a path detection means of the bearing means according to the invention. This in turn comprises a first component and a second component for measuring the distance covered by the linear motor. The components of the path detection means are arranged relative to each other and designed to correspond to one another. The first component is arranged on the first bearing part and the second component is arranged on the second bearing part. Both components are like the bearing parts separated during operation of the arrangement by means of an air gap. The path detection means serves the operating means as an actual value transmitter, so that the operating means is able to regulate the linear movement.

Das erste Lagerteil ist zur Realisierung einer Vorschubbewegung ausgebildet, indem die am ersten Lagerteil angeordnete Linearmotorkomponente als passives Sekundärteil ausgeführt ist, sofern es sich um Langstator-Linearmotores handelt. Dies hat den Vorteil, dass diese Komponente nicht mit Energie versorgt werden muss und die für die Realisierung einer Vorschubbewegung erforderliche Energie somit auch nicht auf das bewegte Lagerteil übertragen werden muss. The first bearing part is designed to realize a feed motion by the arranged on the first bearing part linear motor component is designed as a passive secondary part, if it is Langstator Linearmotores. This has the advantage that this component does not need to be supplied with energy and thus the energy required for the realization of a feed motion does not have to be transferred to the moving bearing part.

Da das erste Lagerteil das Betriebsmittel umfasst, fährt dieses mit der Bewegung des ersten Lagerteils mit und kann die lokal am ersten Lagerteil angeordneten Erregerteile betreiben. Die hierfür benötigte Energie ist im Vergleich zur für den Betrieb eines Vorschubmotors erforderliche Energie verhältnismäßig gering und kann daher leicht vom feststehenden zweiten Lagerteil auf das bewegliche erste Lagerteil übertragen werden.Since the first bearing part includes the operating means, this moves with the movement of the first bearing part and can operate locally arranged on the first bearing part exciting parts. The energy required for this purpose is relatively low in comparison to the energy required for the operation of a feed motor and can therefore be easily transferred from the fixed second bearing part to the movable first bearing part.

Bei Verwendung eines eisenlosen Linearmotors wäre die am ersten Lagerteil angeordnete Linearmotorkomponente als aktives Primärteil auszubilden, wobei dann auch die Energie für die Realisierung einer Vorschubbewegung auf das Lagerteil übertragen werden muss.When using an ironless linear motor arranged on the first bearing part linear motor component would be formed as an active primary part, in which case the energy for the realization of a feed movement must be transferred to the bearing part.

Die am zweiten Lagerteil angeordnete Linearmotorkomponente ist als aktives Primärteil mit ein Magnetfeld erzeugenden Wicklungen ausgeführt, sofern es sich um Langstator-Linearmotores handelt. Das zweite Lagerteil ist lokal an einem festen Untergrund montiert und kann leicht auch drahtgebunden mit ausreichend Energie versorgt werden.The arranged on the second bearing part linear motor component is designed as an active primary part with a magnetic field generating windings, if it is Langstator Linearmotores. The second bearing part is mounted locally on a solid surface and can easily be supplied with sufficient energy by wire.

Bei Verwendung eines eisenlosen Linearmotors wäre die am zweiten Lagerteil angeordnete Linearmotorkomponente als passives Sekundärteil auszubilden.When using an ironless linear motor arranged on the second bearing part linear motor component would be formed as a passive secondary part.

Jedes Erregerteil umfasst zumindest eine Erregerwicklung zur Erzeugung eines elektrisch steuerbaren Magnetfeldes unter Verwendung des Betriebsmittels. Zumindest ein Teil der Erregerteile umfasst zusätzlich Permanentmagnete zur Erzeugung eines permanenten Magnetfeldes. Die Anordnungen sind derart realisiert, dass das mittels eines Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld mittels des durch eine Erregerwicklung erzeugten Magnetfeldes beeinflusst werden kann.Each excitation part comprises at least one excitation winding for generating an electrically controllable magnetic field using the operating means. At least part of the exciter parts additionally comprises permanent magnets for generating a permanent magnetic field. The arrangements are realized such that the magnetic field generated by means of a permanent magnet can be influenced by means of the magnetic field generated by a field winding.

Als Trageeinrichtung für das erste Lagerteil dienende erste Erregerteile sind E-förmig ausgebildet und umfassen zusätzliche Permanentmagnete. Ein magnetisch geringfügig leitfähiges Element ist als Querelement vorgesehen. Es bildet die Symmetrieachse des Erregerteils und trennt die magnetischen Kreise voneinander. Zwei unabhängig voneinander arbeitende magnetische Kreise sind damit realisiert. Die Beeinflussung der Lage beider Lagerteile zueinander ist somit in zwei verschiedenen Richtungen möglich. Die Erregerwicklungen beider magnetischen Kreise sind unabhängig voneinander ansteuerbar.As a support means for the first bearing part serving first exciter parts are formed E-shaped and include additional permanent magnets. A magnetically slightly conductive element is provided as a cross member. It forms the axis of symmetry of the excitation part and separates the magnetic circles from each other. Two independently operating magnetic circuits are realized. The influence of the position of both bearing parts to each other is thus possible in two different directions. The excitation windings of both magnetic circuits can be controlled independently of each other.

Um die Kraft des Permanentmagneten zu kompensieren, ist ein Strom bis zu 5 A erforderlich. Für ein schnelles Regelverhalten und kurze Stromaufbauzeiten muss zudem eine ausreichend hohe Spannung an den Spulen anliegen. Dazu wird ein Stromregler verwendet, welcher einen Dauerstrom von bis zu 7 A bei einer pulsweitenmodulierten Spannung von bis zu 75 V zur Verfügung stellen kann und üblicherweise zur Ansteuerung von Gleich- und Drehstrommotoren oder Steppermotoren verwendet wird.To compensate for the force of the permanent magnet, a current of up to 5 A is required. For fast control behavior and short current build-up times, a sufficiently high voltage must also be applied to the coils. For this purpose, a current controller is used, which can provide a continuous current of up to 7 A at a pulse width modulated voltage of up to 75 V available and is usually used to control DC and AC motors or stepper motors.

Die Einspeisung der Sollwerte könnte mittels des Signalausgangs eines Digital-/Analogwandlers erfolgen. Die Vorgabe eines pulsweitenmodulierten Steuersignals für die Ansteuerung der Erregerwicklungen kann mittels eines vom Betriebsmittel umfassten Mikrocontrollers erfolgen, dessen Analogeingang wiederum mit dem Signalausgang des Digital-/Analogwandlers verbunden ist. Die implementierte Regelung ist so realisiert, dass sie eine konstante Stellgröße liefert.The feed of the setpoints could be done by means of the signal output of a digital / analog converter. The specification of a pulse width modulated control signal for the control of the excitation windings can take place by means of a microcontroller included in the operating medium, whose analog input in turn is connected to the signal output of the digital / analog converter. The implemented control is realized in such a way that it delivers a constant control value.

Der für die Schweberegelung benötigte Strom verhält sich proportional zur Kraft. Dies wird im Rahmen der Erfindung bei der Ermittlung der Luftspaltgrenzen eingesetzt, um die relative Position beider Lagerteile zueinander zu regeln. Im Gegensatz zur Positionsregelung mittels Kraftmessung ist nun kein dauerhafter Kontakt zwischen beiden Lagerteilen erforderlich.The current required for the levitation control is proportional to the force. This is used in the context of the invention in determining the air gap limits in order to regulate the relative position of the two bearing parts to one another. In contrast to position control by means of force measurement, no permanent contact between the two bearing parts is required.

Als Seitenführungseinrichtung für das erste Lagerteil sind U-förmige zweite Erregerteile mit Erregerwicklung, jedoch ohne die Verwendung zusätzlicher Permanentmagnete, umfasst. Die Seitenführung erfordert ein schwächeres Magnetfeld als die Trägerseite. Daher können die Permanentmagnete hier eingespart werden und das magnetische Feld wird rein elektrisch erzeugt. Selbstverständlich könnten zusätzliche Permanentmagnete verwendet werden.As a side guide device for the first bearing part are U-shaped second excitation parts with exciter winding, but without the use of additional permanent magnets comprises. The side guide requires a weaker magnetic field than the carrier side. Therefore, the permanent magnets can be saved here and the magnetic field is generated purely electrically. Of course, additional permanent magnets could be used.

Das zweite Lagerteil dient für das mittels der ersten oder zweiten Erregerteile erzeugte Magnetfeld als magnetisches Rückschlussjoch und umfasst Anordnungen, die mit den Erregerteilen auf dem ersten Lagerteil korrespondieren. Die Aufgabe des Rückschlussjoches ist es, den magnetischen Kreis über den Luftspalt hinaus zu schließen.The second bearing part serves for the magnetic field generated by means of the first or second exciter parts as a magnetic yoke yoke and comprises arrangements which correspond to the exciter parts on the first bearing part. The task of the yoke is to close the magnetic circuit beyond the air gap.

Das Erregerteil kann mehrere Polpaare zur Erzeugung des permanenten Magnetfeldes umfassen. Das Erregerteil ist derart realisiert und die Polpaare sind derart am Erregerteil angeordnet, dass sich das steuerbare Magnetfeld mit dem permanenten Magnetfeld gleichsinnig überlagern kann, sobald der magnetische Kreis geschlossen ist.The excitation part may comprise a plurality of pole pairs for generating the permanent magnetic field. The exciter part is realized in this way and the pole pairs are arranged on the exciter part such that The controllable magnetic field can be superimposed in the same direction with the permanent magnetic field as soon as the magnetic circuit is closed.

Das Erregerteil ist vorzugsweise einstückig oder mehrteilig realisiert. Die Permanentmagnete sind auf ein optimales Verhältnis bezüglich des erforderlichen Energieaufwandes für den Schwebevorgang und die aufzubringende Anhebekraft dimensioniert. Da keine Querschnittsverkleinerungen im System auftreten, steigt die magnetische Durchflutung an vereinzelten Stellen im System nicht an und das Eisen kann somit nicht in die Sättigung geraten.The excitation part is preferably realized in one piece or in several parts. The permanent magnets are dimensioned for an optimal ratio with respect to the required energy expenditure for the levitation process and the applied lifting force. Since there are no cross-sectional reductions in the system, the magnetic flux at isolated points in the system does not increase and the iron can therefore not saturate.

Vorzugsweise umfasst jedes Polpaar eines Erregerteils wenigstens zwei Permanentmagnete mit entgegengesetzter Polarität derart, dass diese in Summe ein gleichgerichtetes Magnetfeld innerhalb des gleichen magnetisch leitfähigen Materials erzeugen können. Dies führt zu einem im wesentlichen homogenen Magnetfeld auch innerhalb der Luftspalte.Preferably, each pair of poles of an exciter part comprises at least two permanent magnets of opposite polarity such that in sum they can generate a rectified magnetic field within the same magnetically conductive material. This leads to a substantially homogeneous magnetic field also within the air gaps.

Die Magnetfeldstärke im Luftspalt zwischen den Erregerteilen und dem Rückschlußjoch kann durch die Beeinflussung des Stromes in der Erregerspule mittels des am ersten Lagerteil angeordneten Betriebsmittels beeinflusst werden.The magnetic field strength in the air gap between the exciter parts and the yoke yoke can be influenced by influencing the current in the field coil by means of the operating means arranged on the first bearing part.

Zum Betrieb der magnetischen Positionierachse wurde ein Verfahren erfunden, welches die relative Lage der Lagerteile zueinander und abweichend von der mittels des Linearmotors vorgegebenen Bewegung mittels des Betriebsmittels unter der Beeinflussung des in den Erregerteilen auftretenden Stromes einstellt.For the operation of the magnetic positioning axis, a method was invented which adjusts the relative position of the bearing parts to each other and deviating from the predetermined by means of the linear motor movement by means of the operating means under the influence of the current occurring in the exciting parts.

Es werden sich gegenüberliegende oder unmittelbar benachbarte Erregerteilpaare derart angesteuert, dass folgende relativen Bewegungen zwischen den Lagerteilen ausgeführt werden können:

a) Absenken des ersten Lagerteils gegenüber dem zweiten Lagerteil entlang einer der gemeinsamen Längsachsen beider Lagerteile;
b) Absenken des ersten Lagerteils gegenüber dem zweiten Lagerteil entlang einer gemeinsamen Querachse beider Lagerteile;
c) Durchführung einer Drehbewegung des ersten Lagerteils gegenüber des zweiten Lagerteils bezüglich des Mittelpunktes beider Lagerteile;
d) Vertikales Absenken des ersten Lagerteils gegenüber des zweiten Lagerteils;
e) Vertikales Anheben des ersten Lagerteils gegenüber des zweiten Lagerteils;
f) Horizontales Bewegen des ersten Lagerteils gegenüber des zweiten Lagerteils in Längsrichtung;
g) Horizontales Bewegen des ersten Lagerteils gegenüber des zweiten Lagerteils in Querrichtung;
h) Horizontaler Vorschub des ersten Lagerteils gegenüber des zweiten Lagerteils;
i) Beliebige Kombinationen aus den weiter oben genannten Bewegungen.

Opposing or directly adjacent excitation subpairs are controlled in such a way that the following relative movements can be carried out between the bearing parts:

a) lowering the first bearing part relative to the second bearing part along one of the common longitudinal axes of both bearing parts;
b) lowering the first bearing part relative to the second bearing part along a common transverse axis of both bearing parts;
c) performing a rotational movement of the first bearing part relative to the second bearing part with respect to the center of both bearing parts;
d) vertical lowering of the first bearing part relative to the second bearing part;
e) vertical lifting of the first bearing part relative to the second bearing part;
f) horizontally moving the first bearing part relative to the second bearing part in the longitudinal direction;
g) horizontally moving the first bearing part relative to the second bearing part in the transverse direction;
h) horizontal feed of the first bearing part relative to the second bearing part;
i) Any combination of the movements mentioned above.

Die sich aus dem Betriebsverfahren ergebenden Vorteile sind identisch mit den bereichst für das Lager als solches beschriebenen Vorteilen.The advantages resulting from the method of operation are identical to the advantages described for the bearing as such.

Die Positionierachse wird für folgende erstmalige Verwendungen vorgeschlagen, und zwar als Lager

– bei einer Messeinrichtung;
– bei einer Maschine, bspw. einer Werkzeugmaschine;
– bei einem Transportsystem;
– bei einem medizinischen Gerät;
– bei einer Verpackungsmaschine;
– bei einem Robotersystem.

The positioning axis is proposed for the following initial uses, as a bearing

- at a measuring device;
- In a machine, for example. A machine tool;
- in a transport system;
- at a medical device;
- at a packaging machine;
- in a robot system.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Positionierachse im Querschnitt. 1 shows a positioning axis according to the invention in cross section.

2 zeigt das erste, bewegliche Lagermittel mit Betriebsmittel. 2 shows the first, movable storage means with resources.

3 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform eines Erregerteils. 3 shows a first possible embodiment of a field member.

4 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform eines Erregerteils mit Ansteuerung. 4 shows a second possible embodiment of a driver part with drive.

5 zeigt vom Betriebsmittel koordinierte Prozessabläufe Keine dieser Ausführungsformen schränkt die Erfindung auf die nachfolgend erwähnten Konstruktionsdetails ein. Es handelt sich um mögliche Ausführungsvarianten, die die Anmelderin anderen möglichen Varianten gegenüber bevorzugt hat. Abweichende Lösungskonzepte unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten könnten ebenfalls zur Realisierung der Erfindung herangezogen werden. 5 Shows Processes Coordinated by Equipment No of these embodiments limits the invention to the design details mentioned below. These are possible variants which the applicant preferred over other possible variants. Deviating solution concepts using possibilities known from the prior art could likewise be used to implement the invention.

Fig. 1Fig. 1

1 zeigt eine magnetgelagerte Positionierachse, umfassend ein erstes Lagerteil 11 mit einem ersten Linearmotorläufer 111 und ein zum ersten Lagerteil 11 korrespondierend ausgeführtes zweites Lagerteil 12 mit einem Linearmotorstator 121. Der Linearmotor ist vorzugsweise eisenlos ausgeführt, um störende Magnetkräfte und Rastmomente zu vermeiden. 1 shows a magnetic bearing positioning, comprising a first bearing part 11 with a first linear motor rotor 111 and one to the first bearing part 11 correspondingly executed second bearing part 12 with a linear motor stator 121 , The linear motor is preferably ironless designed to avoid disturbing magnetic forces and cogging torques.

In dieser Abbildung ist die Fahrtrichtung in die Bildebene hinein zu denken, während die Schweberichtung in der Vertikalen verläuft.In this illustration, the direction of travel is to be considered in the image plane, while the floating direction is vertical.

Von den Lagerteilen 11, 12 sind Seitenführungselemente 112 und Tragelemente 113 umfasst.From the bearing parts 11 . 12 are lateral guide elements 112 and supporting elements 113 includes.

Die Tragelemente 113 stellen die äußere Komponente und die Seitenführungselemente 112 die innere Komponente des ersten Lagerteils 11 dar. The supporting elements 113 represent the outer component and the side guide elements 112 the inner component of the first bearing part 11 represents.

Das feststehende Lagerteil 12 umfasst symmetrisch angeordnete, gegenüber liegende Reaktionsschienenpaare 122 und 125, welche entlang der durch den Linearmotor 111, 121 vorgegebenen Bewegungsrichtung montiert sind und zur Führung des magnetischen Flusses der Tragelemente 113 und der Seitenführungselemente 112 dienen.The fixed bearing part 12 includes symmetrically arranged opposite pairs of reaction rails 122 and 125 which go along through the linear motor 111 . 121 are predetermined direction of movement and to guide the magnetic flux of the support elements 113 and the side guide elements 112 serve.

In das erste Reaktionsschienenpaar 122 sind Energieübertragungsspuleneinheiten 124 integriert, welche zur Erzeugung und zur Einkopplung eines Energieversorgungsfeldes zur Versorgung von auf dem ersten Lagerteil 11 montierten elektrischen Komponenten (nicht gezeigt, siehe 2) dienen. Die Energieübertragungsspuleneinheiten 124 werden mittels einer Energiebereitstellungseinheit 126, welche außerhalb der erfindungsgemäßen Lagereinheit angeordnet ist oder in diese integriert sein kann, mit elektrischer Energie versorgt.In the first reaction rail pair 122 are energy transmission coil units 124 integrated, which for generating and for coupling a power supply field for the supply of on the first bearing part 11 mounted electrical components (not shown, see 2 ) serve. The energy transmission coil units 124 be by means of an energy supply unit 126 , which is arranged outside the storage unit according to the invention or can be integrated in this, supplied with electrical energy.

Zur Erfassung des Vorschubweges ist ein Linearmesssystem vorgesehen, welches eine Linearmesssystemleseeinheit 114 und eine Maßverkörperung 123 umfasst. Die Linearmesssystemleseeinheit 114 ist am ersten Lagerteil 11 montiert, welches als Schwebeeinheit 11 fungiert. Die Linearmesssystemleseeinheit 114 führt die gleiche Bewegung wie das Sekundärteil des Linearmotors 111 aus.For detecting the feed path, a linear measuring system is provided which comprises a linear measuring system reading unit 114 and a material measure 123 includes. The linear measuring system reading unit 114 is on the first bearing part 11 mounted, which as floating unit 11 acts. The linear measuring system reading unit 114 performs the same movement as the secondary part of the linear motor 111 out.

2 zeigt das erste Lagerteil 11 der erfindungsgemäßen Positionierachse schematisch mit daran angeordneten elektrischen und mechanischen Komponenten, welche für den Betrieb erforderlich sind. Die elektrischen Komponenten dienen zur Realisierung des weiter oben erwähnten Betriebsmittels für die Positionierachse. 2 shows the first bearing part 11 the positioning of the invention schematically with arranged thereon electrical and mechanical components, which are required for operation. The electrical components are used to implement the above-mentioned equipment for the positioning.

Die elektromechanischen Komponenten umfassen die Tragemagnete 220 oben links im Bild, die Tragemagnete 221 unten links im Bild, die Tragemagnete 222 oben rechts im Bild, die Tragemagnete 223 unten rechts im Bild. Unter Tragemagneten werden diejenigen Erregerteile verstanden, welche die Last des ersten Lagerteils aufnehmen, so dass dieses gegenüber dem zweiten Lagerteil schwebend im Betrieb angeordnet bleibt.The electromechanical components comprise the carrying magnets 220 top left in the picture, the carrying magnets 221 bottom left in the picture, the carrying magnets 222 top right in the picture, the carrying magnets 223 bottom right in the picture. Support magnets are understood to mean those exciter parts which receive the load of the first bearing part, so that it remains suspended in operation relative to the second bearing part.

Weiter sind umfasst die Seitenführungsmagnete 224 oben rechts mittig im Bild, die Seitenführungsmagnete 225 oben links mittig im Bild, die Seitenführungsmagnete 226 unten rechts mittig im Bild, die Seitenführungsmagnete 227 unten links mittig im Bild. Unter Seitenführungsmagneten werden diejenigen Erregerteile verstanden, welche die Lage des ersten Lagerteils beeinflussen, so dass dieses gegenüber dem zweiten Lagerteil schwebend im Betrieb seine Position auch abweichend von der mittels des Linearmotors vorgegebenen Richtung ändern kann.Next are the side guide magnets 224 top center right in the picture, the side guiding magnets 225 top left center in the picture, the side guiding magnets 226 bottom center right in the picture, the side guiding magnets 227 bottom left in the middle of the picture. Side guide magnets are understood to mean those exciter parts which influence the position of the first bearing part so that it can change its position in deviation from the direction predetermined by means of the linear motor in operation, in comparison to the second bearing part.

Zusätzlich umfasst sind diverse Vertikalabstandssensoren 228, 229, 230, 231 und diverse Horizontalabstandssensoren 232, 233. Auch umfasst sind: eine Linearmesssystemleseeinheit 234, eine Steuer- und Leistungseinheit 235, ein Schweberegler 236, ein Positionierregler 237, eine Steuerleitung 238 zum Wechselrichter 246, eine Steuerleitung 239 zu den Halbbrücken H1–H8 (dienen der Versorgung der Trag- und Seitenführungsmagnete) der Leistungseinheit 248, eine Energieempfangseinheit 240, eine Energieempfangsspuleneinheit 241, eine Gleichrichtereinheit 242, ein Energiespeicher 243, eine Projektierungseinheit 244 mit Sende- und Empfangseinheit zur Realisierung der Sollwertevorgabe für das Betriebsmittel und für den Istwertempfang mittels beispielsweise einer Funkverbindung. Eine Sende- und eine Empfangseinheit 245 (WLAN und dergleichen) für das Senden von Istwerten und von Diagnosemeldungen und den Empfang von Sollwerten sowie der Linearmotorläufer 111 sind ebenfalls an dem gegenüber dem zweiten Lagerteil beweglich angeordneten ersten Lagerteil angebracht. Das Lageistwertsignal des Vorschubs wird mittels einer Leitung 247 von der Linearmesssystemleseeinheit 234 geliefert und zum Positionsregler 237 geleitet.Additionally included are various vertical distance sensors 228 . 229 . 230 . 231 and various horizontal distance sensors 232 . 233 , Also included are: a linear measuring system reading unit 234 , a control and power unit 235 , a levitation regulator 236 , a positioning controller 237 , a control line 238 to the inverter 246 , a control line 239 to the half-bridges H1-H8 (to supply the carrying and lateral guide magnets) of the power unit 248 , an energy receiving unit 240 , a power receiving coil unit 241 , a rectifier unit 242 , an energy storage 243 , a configuration unit 244 with transmitting and receiving unit for realizing the setpoint specification for the equipment and for the actual value reception by means of, for example, a radio link. One transmitting and one receiving unit 245 (WLAN and the like) for sending actual values and diagnostic messages and the reception of setpoints and the linear motor rotor 111 are also mounted on the opposite of the second bearing part movably arranged first bearing part. The actual position signal of the feed is made by means of a line 247 from the linear measuring system reading unit 234 delivered and to the position controller 237 directed.

Das mittels einer am festen Lagerteil angeordneten Energiebereitstellungseinheit erzeugbare Magnetfeld wird von der Energieempfangseinheit 240 unter Verwendung der Energieempfangsspuleneinheit 241, der Gleichrichtereinheit 242 und dem Energiespeicher 243 in eine Gleichspannung umgewandelt und der Steuer- und Leistungseineinheit 235 als Zwischenkreisspannung zugeführt. Die Steuer- und Leistungseineinheit 235 umfasst einen Positionierregler 237, der das Lageistwertsignal 247 der Linearmesssystemleseeinheit 234 auswertet und mittels der Steuerleitung 238 die Wechselrichtereinheit 246 derart ansteuert, dass der Linearmotorläufer 111 dem vorgegebenen Lagesollwert folgt. Der Schweberegler 236 verarbeitet die Signale der Abstandssensoren 228 bis 233 und bildet die Steuersignale 239 für die H-Brücken H1 bis H8 zur Ansteuerung der Tragmagnete 220 bis 223 und der Seitenführungsmagnete 224 bis 227.The magnetic field which can be generated by means of an energy supply unit arranged on the fixed bearing part is supplied by the energy receiving unit 240 using the power receiving coil unit 241 , the rectifier unit 242 and the energy storage 243 converted into a DC voltage and the control and power unit 235 supplied as a DC link voltage. The control and power unit 235 includes a positioning controller 237 , the actual position signal 247 the linear measuring system reading unit 234 evaluates and by means of the control line 238 the inverter unit 246 such that the linear motor rotor 111 follows the predetermined position setpoint. The levitation regulator 236 processes the signals from the distance sensors 228 to 233 and forms the control signals 239 for the H-bridges H1 to H8 for controlling the supporting magnets 220 to 223 and the side guide magnets 224 to 227 ,

Das in 3 gezeigte und als Trageinheit für das Lagerteil 11 dienende Erregerteil 113 ist E-förmig ausgeführt und wie hier gezeigt montiert auf einem provisorischen Versuchsstand. Die 3 zeigt den schematischen Aufbau des Erregerteils 113 mit einem Permanentmagneten 313 im Kern, dessen magnetisches Feld durch 2 konträr gewickelte Spulen 311 so verstärkt oder abgeschwächt werden kann, dass eine definierte Bewegung in die eingezeichnete y-Richtung hervorgerufen werden kann. Die Verwendung des Permanentmagneten 313 ermöglicht es ein für das Tragen des ersten Lagerteils gegenüber des zweiten Lagerteils erforderliches Magnetfeld bereitzustellen, ohne dass dafür elektrische Energie erforderlich wäre.This in 3 shown and as a carrying unit for the bearing part 11 serving exciter part 113 is E-shaped and mounted as shown here on a provisional test stand. The 3 shows the schematic structure of the excitation part 113 with a permanent magnet 313 in the core, its magnetic field by 2 oppositely wound coils 311 can be increased or decreased so that a defined movement in the drawn y-direction can be caused. The Use of the permanent magnet 313 makes it possible to provide a required for carrying the first bearing part relative to the second bearing part magnetic field, without requiring electrical energy would be required.

Im Einzelnen umfasst das Erregerteil 113 einen in y-Richtung (vertikale Richtung in Bezug auf die erfindungsgemäßen beiden Lagerteile) frei beweglichen Teil, mittels zweier mit Kupferlackdraht 311 bewickelte Blechpakete 312, den Permanentmagneten 313 oder mehrere Permanentmagnete und ein Distanzstück aus Aluminium 314 oder einem anderen magnetisch geringfügig leitfähigen Material. Das in der Versuchsanordnung feststehende Rückschlussjoch 315 wurde als Schiene ausgeführt und ist bei Umsetzung der Erfindung Bestandteil des zweiten Lagerteils, wie weiter oben schon beschrieben.In detail, the exciter part includes 113 one in the y-direction (vertical direction with respect to the two bearing parts according to the invention) freely movable part, by means of two with enameled copper wire 311 wound laminated cores 312 , the permanent magnet 313 or more permanent magnets and a spacer made of aluminum 314 or another magnetically slightly conductive material. The conclusion yoke fixed in the experimental arrangement 315 was designed as a rail and is in the implementation of the invention part of the second bearing part, as already described above.

Der Anteil des über die Spulen 311 zu regelnden Magnetfeldes, welches maßgeblich für die Kompensation der Gewichtskraft des ersten Lagerteils verantwortlich ist, bildet sich in den vier Luftspalten 316 bis 319 aus. Aufgrund der parasitären Luftspalte zwischen Rückschlussjoch 315 und den Stirnseiten der Blechpakete 312 tritt eine Kraft in x-Richtung auf, die allerdings relativ zur Kraft in den Hauptluftspalten gering ist, so dass ihr Einfluss als Störeinfluss betrachtet und in einem Vorschubsystem durch zusätzliche Seitenführungsmagnete (nicht gezeigt) ausgeregelt werden kann (siehe Beschreibung zu 2).The proportion of over the coils 311 to be controlled magnetic field, which is largely responsible for the compensation of the weight of the first bearing part, is formed in the four air gaps 316 to 319 out. Due to the parasitic air gaps between yoke yoke 315 and the end faces of the laminated cores 312 a force occurs in the x-direction, which, however, is small relative to the force in the main air gaps, so that their influence is considered to be disturbing and can be compensated in a feed system by additional side guide magnets (not shown) (see description of FIG 2 ).

4 zeigt den alternativen Aufbau eines Erregerteils 4a. Es umfasst vier Polpaare 411, 412, 413 und 414, deren magnetische Felder durch zwei Elektrobleckpakete 415 und 416 und über die Luftspalte 417, 418, 419 und 420 durch zwei Rückschlussjoche 421 und 422 geführt werden. Die Permanentmagnete 411 und 412, sowie 413 und 414 sind entgegengesetzt vertikal magnetisch orientiert und die Permanentmagneten 411 und 413, sowie 412 und 414 sind gleich vertikal magnetisch orientiert. 4 shows the alternative construction of an exciter part 4a , It includes four pairs of poles 411 . 412 . 413 and 414 , whose magnetic fields through two Elektrobleckpakete 415 and 416 and over the air gap 417 . 418 . 419 and 420 through two inference yokes 421 and 422 be guided. The permanent magnets 411 and 412 , such as 413 and 414 are oppositely vertically oriented magnetically and the permanent magnets 411 and 413 , such as 412 and 414 are equally vertically oriented magnetically.

Die magnetische Verbindung der Blechpakete 415 und 416 ist mittels des Isolators 423 unterbrochen. Die stromdurchflossene Spule 424 wird mittels der Spannungsquelle 425 versorgt.The magnetic connection of the laminated cores 415 and 416 is by means of the insulator 423 interrupted. The current-carrying coil 424 is by means of the voltage source 425 provided.

Das Betriebsmittel 426 berechnet die Stellgröße für den Spannungsregler 427, durch dessen Ausgangssignal die Spannungsquelle 425 angesteuert wird. Der Spannungsregler 427 sorgt dafür, dass die von der Schweberegelung 426 berechnete Spannungssollgröße eingehalten wird. Die Erregerspule 424 erzeugt demnach einen magnetischen Fluss, der eine Verstärkung oder Abschwächung des magnetischen Feldes in den Luftspalten bewirkt und damit die Einstellung eines definierten Schwebezustandes des Erregerteils 4a ermöglicht. Bezugszeichen 429 kennzeichnet die Verbindung zwischen Betriebsmittel 426 und Spannungsregler 427 zur Übermittlung der oben erwähnten Stellgröße. Bezugszeichen 428 kennzeichnet die Rückkopplung vom Erregerteils 4a zum Betriebsmittel 426 zur Bildung eines Regelkreises.The resource 426 calculates the manipulated variable for the voltage regulator 427 , by whose output signal the voltage source 425 is controlled. The voltage regulator 427 ensures that the of the hover 426 calculated voltage setpoint is maintained. The exciter coil 424 thus generates a magnetic flux which causes a gain or attenuation of the magnetic field in the air gaps and thus the setting of a defined floating state of the excitation part 4a allows. reference numeral 429 identifies the connection between resources 426 and voltage regulator 427 for transmission of the above-mentioned manipulated variable. reference numeral 428 identifies the feedback from the exciter part 4a to the resource 426 to form a control loop.

5 zeigt mittels eines schematischen Ablaufdiagramms, wie mittels der wesentlichen Schritte einer intelligenten Ansteuerung der erfindungsgemäßen Anordnung bis zu sechs Freiheitsgrade in Bezug auf die relativen Bewegungen zwischen beiden Lagerteilen realisiert werden können. Dem auf dem beweglichen ersten Lagerteil angeordneten Betriebsmittel werden von der Projektierungseinheit 244 Lagesollwerte 54 in Form von Raumkoordinaten vorgegeben. Das Betriebsmittel ermittelt mittels der Abstandssensoren den Lageistvektor 55 des ersten Lagerteils relativ zum zweiten Lagerteil. In einer Vorverarbeitung 51 für die Eingangsdaten wird eine Differenzbildung zwischen Sollwerten und um Rauschanteile gefilterten Istwerten durchgeführt und einer Koordinatentransformation auf den Systemschwerpunkt unterworfenen Daten an den Regelalgorithmus 52 übergeben. Dieser berechnet die erforderlichen elektrischen Stellgrößen und gibt diese nach einer Rücktransfomation 53 der Koordinaten an die Leistungsstufen zur Versorgung der Wicklungen der Erregerteile mit elektrischem Strom weiter. 5 shows by means of a schematic flow diagram how up to six degrees of freedom with respect to the relative movements between the two bearing parts can be realized by means of the essential steps of an intelligent control of the arrangement according to the invention. The arranged on the movable first bearing part resources are from the projecting unit 244 Position setpoints 54 given in the form of spatial coordinates. The operating means determines by means of the distance sensors the Lageistvektor 55 the first bearing part relative to the second bearing part. In a preprocessing 51 For the input data, a difference between setpoint values and actual values filtered by noise components is carried out, and data subjected to a coordinate transformation to the system center of gravity are subjected to the control algorithm 52 to hand over. This calculates the required electrical control values and outputs them after a reverse transformation 53 the coordinates to the power stages for supplying the windings of the excitation parts with electric current on.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2710156 A [0003]
EP 0580107 B1 [0006]
US 6502517 B1 [0007]

Claims

Magnetically supported positioning axis, comprising a first bearing part ( 11 ) with a first linear motor component ( 111 ) and one to the first bearing part ( 11 ) correspondingly executed second bearing part ( 12 ) with a second linear motor component ( 121 ), which are arranged such that during operation of the axle a relative movement of both bearing parts ( 11 . 12 ) along the means of the linear motor ( 111 . 121 ) predetermined direction of movement is possible, characterized in that exciter parts ( 112 . 113 ) and at least one of the bearing parts ( 11 . 12 ) a local resource ( 235 ), wherein the exciter parts ( 112 . 113 ) are arranged such that by means of the operating means ( 235 ) a change in the relative direction of movement of both bearing parts ( 11 . 12 ) to one another or superimposed to that of the linear motor ( 111 . 121 ) predetermined direction of movement is possible.

Positioning axis according to claim 1, wherein both bearing parts ( 11 . 12 ) Coil arrangements ( 124 . 240 ), which are used for generating and coupling in a power supply field for supplying the equipment ( 235 ) serve with electrical energy.

Positioning axis according to one of the preceding claims, wherein a position detecting means comprising a first component ( 114 ) and a second component ( 123 ) for non-contact measurement of the means of the linear motor ( 111 . 121 ) is covered, which components ( 114 . 123 ) are executed relative and corresponding to each other, wherein the first component ( 114 ) on the first bearing part ( 11 ) and the second component ( 123 ) on the second bearing part ( 12 ), both components ( 114 . 123 ) are separated from each other during the operation of the arrangement by means of an air gap.

Positioning axis according to one of the aforementioned claims, wherein the first bearing part ( 11 ) is designed for the realization of a feed motion by the on the first bearing part ( 11 ) arranged linear motor component ( 111 ) is designed as an active primary part or passive secondary part and that on the second bearing part ( 12 ) arranged linear motor component ( 121 ) is designed as a passive secondary part or active primary part, wherein the first bearing part ( 11 ) the resource ( 21 ).

Positioning axis according to one of the preceding claims, wherein each exciter part ( 112 . 113 ) comprises at least one field winding for generating a magnetic field which can be influenced by means of electrical energy.

Positioning axis according to claim 5, wherein exciter parts ( 112 . 113 ) additionally comprise permanent magnets for providing a permanently independent of electrical energy magnetic field, which can be attenuated or amplified by means of the magnetic field generated by the excitation winding.

Positioning axis according to claim 5 or 6, wherein as carrying means for the first bearing part ( 11 ) first exciter parts ( 113 ) Are formed E-shaped, comprising a magnetically slightly conductive element as a transverse element, which is the axis of symmetry of the exciter parts ( 113 ), so that two substantially independently operating magnetic circuits are realized with mutually independently operating field windings.

Positioning axis according to one of the preceding claims, wherein as a lateral guide device for the first bearing part ( 11 ) serving U-shaped second exciter parts ( 112 ) are included with excitation winding.

Positioning axis according to one of the preceding claims 7 or 8, wherein the second bearing part ( 12 ) for the means of the first or second excitation parts ( 112 . 113 Magnetic field generated magnetic return yoke assemblies ( 122 . 125 ) which belongs to the exciter parts ( 112 . 113 ) are arranged correspondingly.

Method for operating a positioning axle according to one of the preceding claims, wherein the relative position of the bearing parts ( 11 . 12 ) to each other and deviating from the means of the linear motor ( 111 . 121 ) predetermined movement by means of the operating means ( 235 ) under the influence of that in the exciter parts ( 112 . 113 ) occurring current is set.

Method according to claim 10, wherein at least one of the excitation parts ( 112 . 113 ) is controlled such that the following relative movements between the bearing parts ( 11 . 12 ) are carried out: a) Lowering the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ) along one of the common longitudinal axes of both bearing parts ( 11 . 12 ); b) lowering the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ) along a common transverse axis of both bearing parts ( 11 . 12 ); c) performing a rotational movement of the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ); d) Vertical lowering of the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ); e) Vertical lifting of the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ); f) Horizontal movement of the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ) longitudinal; g) Horizontal movement of the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ) in the transverse direction; h) Horizontal feed of the first bearing part ( 11 ) opposite the second bearing part ( 12 ); i) Any combination of the above-mentioned movements, but in particular also in addition and superimposed to that by means of the linear motor ( 111 . 121 ) predefined and predetermined direction of movement of both bearing parts ( 11 . 12 ) to each other in operation.

Use of the positioning axis according to one of the preceding claims 1 to 9 as feed in a measuring device or in a machine or in a transport system or in a medical device or in a packaging machine or in a robot.