DE102017003120A1 - Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects - Google Patents

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Abstract

Planares Transportsystem (1) und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten mit
- mindestens einem Läufermodul (2), das sich in einer ebenen xy-Grundläche (3) frei in x- und in y-Richtung verschieben kann,
- mindestens einem Statormodul (4) mit ebener xy-Grundfläche (3), das aus matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Spulen (5) besteht, deren Symmetrieachse senkrecht zur xy-Grundfläche (3) angeordnet sind,
- mindestens einer Führung des Läufermoduls (2) auf dem Statormodul (4) in der xy-Grundfläche (3),
- mindestens einer Stromzuführung für die Spulen (5) und
- mindestens einer Steuerung für die Spulenströme dadurch gekennzeichnet, dass
a) ein Läufermodul (2) mindestens aus einem ebenen Magneten (7) hoher magnetischer Feldstärke mit quadratischer xy-Hauptfläche besteht, der eine Magnetisierung senkrecht zur xy-Hauptfläche aufweist,
b) die Spulen (5) in Zeilen und Spalten in einem gleichmäßigen Abstand der Spulenachsen nebeneinander angeordnet sind,
c) jedes Läufermodul (2) während der Bewegung stets mit mindestens 2 Spulenabschnitten in magnetischer Wechselwirkung steht, wodurch tangential in x- und y-Richtung und orthogonal in z-Richtung Kräfte entstehen,
d) die Spulendrähte jeder Spule (5) mit mindestens einem elektronischen Schaltkreis (8) zum individuellen Schalten des Stromes und zur individuellen Wahl der Stromrichtung verbunden sind,
e) der Schaltkreis (8) mit Betriebsspannung versorgt wird und impulsförmig Spulenstrom in verschiedener Stromrichtung in die Spule (5) einprägt,
f) nach jedem Impuls der Strom eine kurze Zeit Δt fließt,
g) die Schaltkreise (8) auf einer Leiterkarte (9) angeordnet sind,
h) die Schaltkreise (8) durch eine Steuerung (6) individuell mit Informationen versorgt werden und
i) das Läufermodul (2) mindestens ein Befestigungselement (10) zur Objektaufnahme und das Statormodul (4) Befestigungen (18) zur Positionierung auf einem Gestell aufweist.

Figure DE102017003120A1_0000
Planar transport system (1) and method for the simultaneous, independent handling of objects with
at least one rotor module (2) which can move freely in the x and y directions in a planar xy base surface (3),
at least one stator module (4) with a planar xy base surface (3) which consists of coils (5) arranged in matrix form in rows and columns, the axes of symmetry of which are arranged perpendicular to the xy base surface (3),
at least one guide of the rotor module (2) on the stator module (4) in the xy base surface (3),
- At least one power supply for the coils (5) and
- At least one controller for the coil currents, characterized in that
a) a rotor module (2) consists of at least one flat magnet (7) of high magnetic field strength with a square xy main surface which has a magnetization perpendicular to the xy main surface,
b) the coils (5) are arranged side by side in rows and columns at a uniform spacing of the coil axes,
c) each rotor module (2) is always in magnetic interaction with at least two coil sections during the movement, whereby forces arise tangentially in the x and y direction and orthogonally in the z direction,
d) the coil wires of each coil (5) are connected to at least one electronic circuit (8) for individual switching of the current and for individual selection of the current direction,
e) the circuit (8) is supplied with operating voltage and pulse-shaped coil current in different current direction in the coil (5) impresses,
f) after each pulse the current flows a short time Δt,
g) the circuits (8) are arranged on a circuit board (9),
h) the circuits (8) are individually supplied with information by a controller (6) and
i) the rotor module (2) has at least one fastening element (10) for object reception and the stator module (4) has fasteners (18) for positioning on a frame.
Figure DE102017003120A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein planares Transportsystem und ein Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten. Das technische Gebiet betrifft vorrangig den Transport und die Lagerung von Gütern sowie den Einsatz in flexiblen Fertigungssystemen zur Teilebereitstellung.The invention relates to a planar transport system and a method for the simultaneous, independent handling of objects. The technical area primarily concerns the transport and storage of goods as well as the use in flexible production systems for parts supply.

In der Patentschrift DD 293 540 A5 von Dreifke vom 27.10.83 „Industrieroboter zum zeitlich parallelen, voneinander unabhängigen Handhaben und/oder Verändern der Form von Objekten“ wird ein Industrieroboter beschrieben, der aus mindestens einer mikrotechnischen Baugruppe besteht, in der programmgesteuerte Elemente flächenhaft, matrixförmig angeordnet sind und in den programmgesteuerten Elementen feinstrukturiert, vorzugsweise monolithisch integriert, mikromechanische Aktoren und Effektoren sowie mikromechanische oder optoelektronische Sensoren, mindestens ein Stell- oder Regelglied und mindestens ein Mikrorechner angeordnet sind.In the patent DD 293 540 A5 von Dreifke of 27.10.83 "Industrial robots for temporally parallel, independent handling and / or changing the shape of objects" an industrial robot is described, which consists of at least one microtechnical assembly in the program-controlled elements areally, arranged in a matrix and programmatically Finely structured elements, preferably monolithically integrated, micromechanical actuators and effectors and micromechanical or optoelectronic sensors, at least one actuator or control element and at least one microcomputer are arranged.

In DE 10 2007 025 822 A1 von Bergmann vom 18.12.08 wird ein „Kombinierbares Flächenelement mit einer Vielzahl von ansteuerbaren Wandlerelementen“ angegeben. Die Aktorik wird auf das Zusammenwirken von Permanentmagneten im Läufer und Elektromagneten im Stator eingegrenzt. Wegen der hohen magnetischen Anziehungskraft sind tragende Rollelemente erforderlich, was zusätzliche Kosten und Geräusche verursacht sowie zusätzlichen Bauraum erfordert.In DE 10 2007 025 822 A1 Bergmann of 18.12.08 a "combinable surface element with a variety of controllable transducer elements" is given. The actuators are limited to the interaction of permanent magnets in the rotor and electromagnets in the stator. Due to the high magnetic attraction bearing rolling elements are required, which causes additional costs and noise and requires additional space.

In EP 2 165 406 B1 von Bergmann vom 24.3.10 „Lager- oder Transportsystem“ wird ein elektromagnetischer Flächenmotor angegeben, der eine Transporteinrichtung antreibt, wobei der Flächenmotor eine Mehrzahl von aktiven Wandlern aufweist, die geeignete Magnetfelder zur Krafteinwirkung auf die Transportvorrichtung erzeugen können, die Transportvorrichtung auf Rädern oder Rollen gelagert ist und die Transporteinrichtung hinsichtlich des Antriebs durch den Flächenmotor passiv ausgestaltet ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einrichtung zur Metalldetektion in den Flächenmotor integriert ist und dass mindestens eine Einrichtung zur Metalldetektion als ein induktiver Näherungsschalter ausgebildet ist.In EP 2 165 406 B1 Bergmann, 24.3.10 "Storage or transport system", a surface electromagnetic motor is provided which drives a transport device, wherein the surface engine has a plurality of active transducers that can generate suitable magnetic fields for applying force to the transport device, the transport device on wheels or rollers is stored and the transport device is designed passive with respect to the drive by the surface engine, characterized in that at least one device for metal detection is integrated in the surface engine and that at least one device for metal detection is designed as an inductive proximity switch.

In WO 2013/098202 A1 von Siemens vom 4.7.13 wird ein „Transportsystem und Verfahren zum Betrieb“ für Proben und Reagenzien angegeben. Eine Antriebsfläche ist zeilen- und spaltenweise in Elektromagnete oder Permanentmagnete gegliedert. Das Fahrzeug besitzt eine Anordnung aus Permanentmagneten, magnetischen Elementen aus ferromagnetischem Material oder Elektromagneten. Die Bewegung des Läufers erfolgt aufgrund von Kräften zwischen einem oder mehreren Magneten im Fahrzeugboden und einer Mehrzahl von schaltbaren Elektromagneten in der Antriebsfläche. Im Wesentlichen werden Anziehungskräfte ausgenutzt. Eine eisenlose Spule ist nicht angegeben. In der Literatur E. Kallenbach u.a.: „Elektromagnete“ Vieweg Teubner 2008 S. 7 heißt es: „Eisenkreis, Erregerspule und Arbeitsluftspalt sind die funktionsrelevanten Elemente jedes Elektromagneten.“In WO 2013/098202 A1 by Siemens of 4.7.13 a "transport system and method of operation" for samples and reagents is given. A drive surface is divided into electromagnets or permanent magnets in rows and columns. The vehicle has an arrangement of permanent magnets, magnetic elements of ferromagnetic material or electromagnets. The movement of the rotor is due to forces between one or more magnets in the vehicle floor and a plurality of switchable electromagnets in the drive surface. Essentially, attractions are exploited. An ironless coil is not specified. In the literature E. Kallenbach et al .: "Electromagnets" Vieweg Teubner 2008 p. 7 states: "Iron circle, excitation coil and working air gap are the functionally relevant elements of each electromagnet."

Im Verfahren ist eine zweidimensionale Bewegung und Positionierung des Fahrzeuges im Wesentlichen parallel zur Antriebsfläche angegeben. Über Stromversorgungsleitungen werden Orientierungssignale übermittelt. „Damit wird die Stelle an der Fahrfläche eines beobachteten Fahrzeugs identifiziert. Ebenfalls über die Versorgungsleitung kann das Fahrzeug mit dem zentralen Steuerrechner Informationen austauschen, insbesondere seine Position.“ Die Datenverbindung erfolgt über Informationskanäle in der Antriebsfläche. Ebenso kann über drahtlose Kommunikation gesteuert bzw. geregelt werden. Weitere Möglichkeiten sind optische oder per Funkt realisierte Verbindungen.In the method, a two-dimensional movement and positioning of the vehicle is indicated substantially parallel to the drive surface. Orientation signals are transmitted via power supply lines. "This identifies the location on the running surface of an observed vehicle. Likewise via the supply line, the vehicle can exchange information with the central control computer, in particular its position. "The data connection takes place via information channels in the drive surface. Likewise can be controlled or regulated via wireless communication. Other options are optical or wireless connections.

In der Literatur F. Mochel u.a. „Neuer Gestaltungsansatz bei aerostatisch geführten Ein- und Mehrkoordinatenantrieben“ 8. ETG/GMM-Fachtagung Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik 23.9.10 wird ein elektrodynamischer Planarantrieb mit einem Läufer aus einer Anordnung von 4 Permanentmagneten und einem Stator aus zeilen- und spaltenweise dicht angeordneten eisenlosen Spulen beschrieben. Die Spulen sind 6-strängig verschaltet, um eine Bewegung in x- oder y-Richtung zu erzielen.In the literature F. Mochel et al. "New design approach for aerostatically guided single- and multi-coordinate drives" 8th ETG / GMM Symposium Innovative Small and Micro Drive Technology 23.9.10 becomes an electrodynamic planar drive with a rotor consisting of an array of 4 permanent magnets and a stator of dense iron-free rows and columns Coils described. The coils are interconnected in 6-strands to achieve movement in the x or y direction.

In EP 1842101 B1 von Philips vom 20.1.2006 wird eine „Verstellvorrichtung“ patentiert. Das Passivteil besteht aus Permanentmagneten unter Anwendung der Hallbach-Anordnung. Das Aktivteil besteht aus mehrphasig angeordneten eisenlosen x-Spulen und y-Spulen, die mit vielen Magneten gleichzeitig in magnetischer Wechselwirkung stehen. Die Spulen erzeugen im Zusammenwirken mit den Magneten Kräfte in x-, y- und z-Richtung. Die Spulen sind länglich oval und in x- und y-Gruppen von 3 Spulen zusammengefasst und schachbrettartig wechselnd für die Krafterzeugung in x- und in y-Richtung geformt. Zur Ausführung einer Bewegung muss das Permanentmagnetteil mit mindestens 2 Stück x- und 2 Stück y-Gruppen in Wechselwirkung stehen. Die für die Bewegung in y-Richtung vorgesehenen Spulen können nicht für die Krafterzeugung in x-Richtung genutzt werden.In EP 1842101 B1 from Philips, 20.1.2006, an "adjustment device" is patented. The passive part consists of permanent magnets using the Hallbach arrangement. The active part consists of multiphase ironless x-coils and y-coils, which interact with many magnets simultaneously in magnetic interaction. The coils, in cooperation with the magnets, generate forces in the x, y and z directions. The coils are oblong oval and in x- and y-groups of 3 coils combined and formed like a checkerboard alternately for the force generation in the x and y direction. To perform a movement, the permanent magnet part must interact with at least 2 pieces of x and 2 pieces of y groups. The coils provided for movement in the y direction can not be used for force generation in the x direction.

EP 1842101 B1 baut auf US 6,441,541 B1 vom 28.4.97 auf, um höhere Leistungsdichte und Präzision zu erreichen. EP 1842101 B1 build up US Pat. No. 6,441,541 B1 from 28.4.97 to achieve higher power density and precision.

In DE 10 2007 024 602 A1 gibt Etel eine technologische Verbesserung zu EP 1842101 B1 an. In DE 10 2007 024 602 A1 gives Etel a technological improvement EP 1842101 B1 at.

In WO 00/10242 von Nikon „Compact planar Motor having multiple degrees of freedom“ wird ein Aktivteil mit matrixförmig angeordneten Spulen und ein Passivteil mit matrixförmig angeordneten Magneten für die Waferfabrikation angegeben. Dabei werden Magnete verwendet, die in der Bewegungsrichtung und senkrecht dazu polarisiert sind. Auch hier sind Spulen für die x-Bewegung und andere Spulen für die y-Bewegung vorgesehen, um eine traditionelle mehrphasige Regelung durchzuführen.In WO 00/10242 by Nikon "Compact planar motor having multiple degrees of freedom" is an active part with matrix-shaped coils and a passive part with matrix-shaped magnets for wafer fabrication specified. Magnets are used which are polarized in the direction of movement and perpendicular thereto. Again, x-motion coils and other y-motion coils are provided to perform traditional multi-phase control.

In EP 2 733 833 wird von Etel „Primärteil eines eisenlosen Linearmotors“ eine Kühlplatte beschrieben, mit der die phasenweise bestromten Spulen wärmeleitend verbunden sind.In EP 2 733 833 Etel "primary part of an ironless linear motor" describes a cooling plate, with which the phase-energized coils are thermally conductively connected.

US 2009/0027506 A1 von Fujinon vom 29.01.2009 „XY Stage and image-taking apparatus“ zeigt eine Positionsmesseinrichtung unter Verwendung von Hallsensoren. Wenn ein Permanentmagnet bei konstanter Höhe tangential über einem Hallsensor verschoben wird, so steigt beispielsweise bei Annäherung eines Südpols das Detektionssignal an und bei Annäherung eines Nordpoles sinkt es ab. Liegen Nord- und Südpole dicht nebeneinander besitzt das Signal einen sinusähnlichen Verlauf. US 2009/0027506 A1 by Fujinon vom 29.01.2009 "XY Stage and image-taking apparatus" shows a position measuring device using Hall sensors. If a permanent magnet is displaced tangentially over a Hall sensor at a constant height, then, for example, when approaching a south pole, the detection signal increases and as the north pole approaches it sinks. If north and south poles are close together, the signal has a sinusoidal course.

In DE 10 2004 048 183 A1 „Planarmotor“ wird ein kapazitives Wegmesssystem für einen Planarmotoren mit eisenlosen Spulen und Magneten vorgeschlagen.In DE 10 2004 048 183 A1 "Planar Motor", a capacitive displacement measuring system for a planar motors with ironless coils and magnets is proposed.

In DE 44 368 65A1 wird von PASIM am 17.10.94 ein „Modularer Planarläufer und Verfahren zu seiner Herstellung“ angegeben. Die planare Läuferbewegung erfolgt durch 3phasige x-Modulbausteine und y-Modulbausteine, die auf einem Stator mit Zahnstruktur luftgelagert sind.In DE 44 368 65A1 PASIM specifies on 17.10.94 a "Modular Planar Runner and Process for its Production". The planar rotor movement is carried out by 3-phase x-module modules and y module modules, which are air-stored on a stator with tooth structure.

In DE 101 61 669 A1 von Bosch werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aktivieren bzw. Deaktivieren verteilter Steuereinheiten vorgeschlagen, bei denen über einen Schnittstellenbaustein im Rahmen einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu den dezentralen Steuereinheiten der Mikrocomputer einer zentralen Steuereinheit entsprechende Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsbefehle abgegeben werden.In DE 101 61 669 A1 Bosch proposes a method and a device for activating or deactivating distributed control units, in which corresponding activation or deactivation commands are issued via an interface module in a point-to-point connection to the decentralized control units of the microcomputers of a central control unit.

Der Erfindung verfolgt das Ziel, folgende Probleme zu lösen und lange bestehende Bedürfnisse zu befriedigen:

  1. 1. Planarmotoren haben im Gegensatz zu Kreuztischen den x-Motor und den y-Motor parallelkinematisch in einer xy-Ebene. Diese Direktantriebe arbeiten beispielsweise nach dem Prinzip des hybriderregten Synchronmotors wie in DE 44 268 65 A1 angegeben, nach dem elektrodynamischen Prinzip, dem Induktionsprinzip oder mit Piezoantrieben. Der Nachteil besteht darin, dass der x-Motor und der y-Motor getrennt arbeiten und Bauraum benötigen, der nur zeitweise genutzt wird. Bei einer Bewegung in x-Richtung kann der y-Motor zwar eine Führungsaufgabe ausführen aber keinen Beitrag zur Beschleunigung leisten. Die Masse des zeitweise nicht benutzten Motors ist für die Dynamik nachteilig. Dieser prinzipielle Nachteil soll erfindungsgemäß beseitigt werden, indem keine Trennung in x-Motor und y-Motor erfolgt. Die verfügbaren Kraftwirkungen zwischen den Magneten eines Läufers und den Spulen eines Statormoduls in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung sollen zur Lösung der Bewegungsaufgabe effektiver ausgenutzt werden. Möglichst alle Spulen, die mit dem Läufer in Wirkverbindung sind, sollen parallel und optimal für die Aktorik und Führung genutzt werden.
  2. 2. Planarmotoren nach dem Stand der Technik besitzen x-Motoren und y-Motoren, die mehrphasig aufgebaut sind. Das ist notwendig, um in jedem Bewegungszustand die Bewegungsrichtung eindeutig festzulegen und einen gleichmäßigeren Bewegungsablauf herzustellen. Das erfordert Bauraum und verursacht besonders bei Planarmotoren Mehrkosten sowohl bei der Fertigung von Läufern und Statoren. Erfindungsgemäß soll das Problem gelöst werden, indem selbständig agierende Läufermodule geschaffen werden, die auch einphasig als Hüpfer arbeiten können oder die Spulen des Statormoduls so zeitversetzt angesteuert werden, dass räumlich versetzt angeordnete Läufermodule optimale Kraft erzeugen.
  3. 3. Planarmotoren nach dem Stand der Technik werden mit x- und y-Motoren betrieben, die in der Regel 2- oder 3phasig aufgebaut sind. Zum Betrieb wird eine 2- oder 3-phasige Steuerung oder Regelung benötigt. Durch Wahl einer größeren Phasenanzahl lassen sich im Schrittmotorbetrieb ein besserer Gleichlauf und eine höhere Positioniergenauigkeit erreichen, jedoch wird das aus Gründen höherer Kosten für die Steuerung selten angewendet. Die erfinderische Aufgabenstellung besteht darin, Motoren mit einer Vielzahl von Phasen zu schaffen ohne den Steuerungsaufwand wesentlich zu erhöhen.
  4. 4. Direktantriebe nach dem Stand der Technik werden in der Regel mit Sinuskommutierung betrieben. Für jede Motorphase muss ein sinusähnliches Signal erzeugt werden, wobei die Amplitude und die Frequenz variabel sind. Der Steuerungsaufwand soll erfindungsgemäß wesentlich gesenkt werden, indem digital gearbeitet wird, also lediglich die Stromrichtung umgeschaltet oder der Spulenstrom ausgeschaltet wird und der Betrieb mit einer Chopper-Steuerung erfolgt.
  5. 5. Bei bisherigen Planarmotoren sind in der Regel die Läufer mit einer Energie- und Informationsversorgung verbunden. Bei einem Transportsystem müssen Zuleitungen vermieden werden, und es ist wichtig, dass Läufer dicht nebeneinander agieren und dicht einparken können. Läufer aus einer Permanentmagnetanordnung dürfen sich nicht wesentlich untereinander beeinflussen.
  6. 6. Bisher werden in Transporteinrichtungen die Objekte einzeln von einer Annahme- zu einer Abnahmeposition gebracht. Bei größeren Distanzen wäre es dagegen günstiger, wenn Läufermodule zu einem Pulk zusammengestellt und gemeinsam transportiert werden. Ziel der Erfindung ist es, den Pulk in der Nähe der Abnahmeposition zu parken und Läufermodule mit den Objekten von dort aus schnell in die Abnahmeposition zu transportieren.
  7. 7. Bisher gestatten Planarläufer nur eine Bewegung in x-Richtung und/oder in y-Richtung. Sie können an beliebiger Position in der xy-Fläche nicht oder nur um einen kleinen Winkel α gedreht werden. Im Stand der Technik wird das Drehen von Objekten um kleine Winkel um die z-Achse dadurch gelöst, dass beispielsweise 2 x-Motoren und ein y-Motor verwendet werden. Eine komplette Drehung von Objekten um die z-Achse wird durch Verwendung von 2 Planarläufern gelöst, indem ein Objektträger gelenkig mit den Läufern verbunden ist. Damit sind hohe Kosten für die Steuerungstechnik, für die Läufer und die größere Statormodulfläche verbunden. Erfindungsgemäß soll sowohl die Drehung von kleinen Objekten mit 2 Läufermodulen als auch größerer Objekte auf einem Läufer ermöglicht werden.
  8. 8. Im Stand der Technik ist die Steuerung oder Regelung jedes einzelnen Läufers vorgesehen. Dazu muss jeder Läufer in definierter Lage referenziert werden oder die Startposition muss gemessen werden. In einem planaren Transportsystem sind meistens nur die Start- und die Zielposition von Bedeutung, und die Behandlung der Läufer ist mit einer Priorität zu versehen. Bisher ist kein Planarmotor bekannt, der Läufer in der Gruppe betreiben kann. Läufer sollen selbständig auf Fahrwegen an Hindernissen vorbei fahren und sich überholen können. Die Bewegung einer Gruppe von Läufern kann nicht mehr durch Programmierung einzelner Bahnkurven gesteuert werden. Bisher ist nicht bekannt, wie sich Läufer in der Gruppe bewegen und individuelle Zielpositionen auf kürzestem Wege ohne Kollision finden. Dabei soll eine Vielzahl von Läufern gleichzeitig effektiv agieren.
  9. 9. Transportsysteme nach dem Stand der Technik sind mit externen Messsystemen zur Positionsbestimmung von Läufern ausgestattet bzw. die Integration des Positionsmesssystems mit dem Planarmotor ist gering. Damit sind die Kosten zu hoch, die Messsysteme sind im Bewegungsraum störend oder zu unsicher, um bei einer Vielzahl von Läufern Fehlpositionierungen oder Kollisionen auszuschließen.
  10. 10. Bei Verwendung einer Vielzahl von Läufern besteht das Erfordernis, dass Läufer auf einfache Weise und sicher an beliebiger Position in der xy-Fläche hinzugefügt oder entfernt werden können. Ein aufwendiges Referenzieren soll vermieden werden.
  11. 11. Bisher ist keine kostengünstige Steuerung bekannt, mit der die Positionskontrolle und die Bewegung einer großen Anzahl von Läufern in der xy-Ebene beherrscht werden.
  12. 12. Im Mittelpunkt steht bei der gleichzeitigen und unabhängigen Handhabung insbesondere von vielen Objekten über große Fahrwege stets die Kostensenkung. Das Transportsystem soll in hohem Maße modular aufgebaut sein. Die Stator- und Läufermodule müssen sich ohne hohe Anforderungen an die Toleranzen leicht zu größeren Einheiten zusammensetzen lassen und eine hohe Kraftdichte gestatten. Das Gestellsystem, auf dem die Statormodule zu befestigen sind, muss kostengünstig gefertigt und montiert werden können.
The invention aims to solve the following problems and satisfy long-standing needs:
  1. 1. In contrast to cross tables, planar motors have the x-motor and the y-motor parallel kinematic in an xy-plane. These direct drives work, for example, on the principle of the hybrid-excited synchronous motor as in DE 44 268 65 A1 specified, according to the electrodynamic principle, the induction principle or with piezo drives. The disadvantage is that the x-motor and the y-motor work separately and require space, which is used only temporarily. When moving in the x-direction, the y-motor can perform a leadership task but not contribute to the acceleration. The mass of the temporarily unused motor is detrimental to the dynamics. This principal disadvantage is to be eliminated according to the invention by no separation in the x-motor and y-motor. The available force effects between the magnets of a rotor and the coils of a stator module in the x-direction, y-direction and z-direction should be used more effectively to solve the motion task. As far as possible, all coils that are in operative connection with the rotor should be used in parallel and optimally for the actuators and guidance.
  2. 2. Planar motors according to the prior art have x-motors and y-motors, which are constructed multi-phase. This is necessary in order to clearly define the direction of movement in each movement state and to produce a more uniform movement sequence. This requires installation space and, especially for planar motors, causes additional costs both in the production of rotors and stators. According to the invention, the problem is to be solved by independently operating rotor modules are created, which can also work as a single-phase hops or the coils of the stator module are controlled in time so that spatially staggered rotor modules generate optimal force.
  3. 3. Planar motors according to the prior art are operated with x and y motors, which are usually constructed in 2 or 3 phases. For operation, a 2- or 3-phase control or regulation is required. By choosing a larger number of phases, better tracking and positioning accuracy can be achieved in stepper motor operation, but this is rarely used for reasons of increased control cost. The inventive task is to create motors with a variety of phases without significantly increasing the control effort.
  4. 4. Direct drives according to the prior art are usually operated with sinusoidal commutation. For each motor phase, a sinusoidal signal must be generated, the amplitude and the frequency being variable. The control effort according to the invention is to be substantially reduced by working digitally, so switched only the current direction or turned off the coil current and the operation is done with a chopper control.
  5. 5. In previous planar motors, the runners are usually connected to an energy and information supply. In a transport system, supply lines must be avoided, and it is important that runners can operate close together and park tightly. Runners from a permanent magnet arrangement must not influence each other significantly.
  6. 6. So far, the objects are brought individually in transport facilities from an acceptance to a decrease position. For larger distances, however, it would be cheaper if runner modules are assembled into a pulp and transported together. The aim of the invention is to park the pulp in the vicinity of the removal position and to transport runner modules with the objects from there quickly to the removal position.
  7. 7. So far Planarläufer allow only one movement in the x-direction and / or in the y-direction. They can not be rotated at any position in the xy surface or only rotated by a small angle α. In the prior art, rotating objects by small angles about the z-axis is accomplished using, for example, 2 x motors and a y motor. A complete rotation of objects about the z-axis is accomplished by using 2 planar rotors by hinging a slide to the rotors. This involves high costs for the control technology, for the rotor and the larger stator module surface. According to the invention, both the rotation of small objects with 2 rotor modules as well as larger objects on a rotor should be made possible.
  8. 8. In the prior art, the control or regulation of each individual runner is provided. For this purpose, each runner must be referenced in a defined position or the start position must be measured. In a planar transport system, usually only the start and the destination position are important, and the treatment of the runners has to be given a priority. So far, no planar motor is known that can run runners in the group. Runners should be able to independently drive past obstacles on driveways and overtake themselves. The movement of a group of runners can no longer be controlled by programming individual trajectories. So far it is not known how runners in the group move and find individual target positions on the shortest path without collision. A large number of runners should act effectively at the same time.
  9. 9. Transport systems according to the prior art are equipped with external measuring systems for determining the position of runners or the integration of the position measuring system with the planar motor is low. Thus, the costs are too high, the measuring systems are disturbing or too uncertain in the movement space to exclude misalignments or collisions in a large number of runners.
  10. 10. When using a plurality of runners, there is a requirement that runners can be added or removed easily and safely at any position on the xy surface. A complex homing should be avoided.
  11. 11. So far, no cost control is known, with the position control and the movement of a large number of runners are dominated in the xy plane.
  12. 12. The focus is always on the simultaneous and independent handling, especially of many objects on long driveways, the cost reduction. The transport system should be highly modular. The stator and rotor modules must be easy to assemble into larger units without high tolerances requirements and allow a high power density. The rack system on which the stator modules are to be mounted must be inexpensive to manufacture and install.

Für die Erfindung wird mit den angegebenen Patentansprüchen Schutz begehrt.For the invention protection is sought with the specified claims.

Die erfinderische Idee besteht darin, dass sich einzelne Permanentmagnete oder Magnetanordnungen auf einer Fläche von zeilen- und spaltenweise angeordneten Spulen gleichzeitig und unabhängig bewegen lassen. Dazu werden die Spulen individuell programmgesteuert geschaltet. An der Spulenoberseite können Hallsensoren zur Positionserfassung des Läufers und/oder eine Leuchtdiode zum Erkennen des Zustandes der Bestromung der Spulen angeordnet sein.The inventive idea is that individual permanent magnets or magnet arrangements can be moved simultaneously and independently on a surface of coils arranged in rows and columns. For this purpose, the coils are switched individually programmatically. Hall sensors for detecting the position of the rotor and / or a light-emitting diode for detecting the state of the current supply to the coils can be arranged on the upper side of the coil.

Im Hauptanspruch 1 wird dargestellt, wie ein Läufermodul aus einem einzelnen Permanentmagneten oder einer einfachen Anordnung von Magneten auf einem Statormodul aus einem Array von Spulen bewegt werden kann. Der Permanentmagnet muss eine hohe Magnetflussdichte und deshalb eine hohe Magnetfeldstärke aufweisen. Während der Bewegung muss das Läufermodul mindestens mit 2 Spulen in magnetischer Wirkverbindung stehen. In einem Unteranspruch wird später dargestellt, dass zum Positionieren und Parken auch die Wirkverbindung zu einer Spule ausreichen kann. Das Statormodul besitzt eine parallele Grundstruktur derart, dass jede Spule mit mindestens einem Schaltkreis in Form einer leistungselektronischen Schaltung, jeder Schaltkreis mit einer Spannungs- und Informationsversorgung verbunden ist und jede Spule unabhängig von den anderen von einer Steuerung betrieben werden kann.In the main claim 1 is shown how a rotor module can be moved from a single permanent magnet or a simple arrangement of magnets on a stator module from an array of coils. The permanent magnet must have a high magnetic flux density and therefore a high magnetic field strength. During movement, the rotor module must have at least 2 coils in magnetic operative connection. In a dependent claim will be shown later that for positioning and parking and the operative connection to a coil can be sufficient. The stator module has a parallel basic structure such that each Coil having at least one circuit in the form of a power electronic circuit, each circuit is connected to a voltage and information supply and each coil can be operated independently of the other by a controller.

Der Spulendraht jeder Spule ist mit einem elektronischen Schaltkreis verbunden ist. Der Schaltkreis wird mit einer Betriebsspannung und möglichst einer Stromeinprägung versorgt, die Strom in positiver Richtung und in negativer Richtung gestattet und mit der der Strom ausgeschaltet werden kann. Der Strom soll beispielsweise unter Verwendung eines Kondensators eine kurze Zeit lang fließen und zur Vermeidung einer Überlastung selbständig ausgeschaltet werden. Wenn der Strom längere Zeit fließen soll, dann erfolgt das durch Pulsen (Choppern). Die Amplitude des Stromes wird durch die Pulsamplitude, die Pulsdauer und die Pulsfrequenz eingestellt.The coil wire of each coil is connected to an electronic circuit. The circuit is supplied with an operating voltage and if possible a current injection, which allows current in the positive direction and in the negative direction and with which the power can be turned off. For example, the current should flow for a short time using a capacitor and be turned off automatically to avoid overloading. If the current is to flow for a long time, this is done by pulsing (chopping). The amplitude of the current is set by the pulse amplitude, the pulse duration and the pulse frequency.

Es wird eine Leiterkarte angegeben. Von der Oberseite aus werden die eventuell vorher verstärkten Drähte der Spulen durch die Leiterkarte gesteckt. Die Schaltkreise sind in der Nähe der Spule auf der Unterseite der Leiterkarte angeordnet. Auf der Leiterkarte können Adressbus, Datenbus, Steuerleitungen sowie die Versorgungsleitungen für die Betriebsspannung und weitere elektronische Bauelemente angeordnet sein. Ein Rechner ist angegeben, der individuelle Informationen an die Schaltkreise liefert. Im Verfahrensanspruch wird der Ablauf der schrittweisen Bestromung der Spulen zur Durchführung der Bewegung näher beschrieben.A printed circuit board is specified. From the top of the possibly previously reinforced wires of the coils are inserted through the circuit board. The circuits are located near the coil on the underside of the circuit board. On the circuit board address bus, data bus, control lines and the supply lines for the operating voltage and other electronic components can be arranged. A calculator is provided which provides individual information to the circuits. In the method claim, the sequence of the stepwise energization of the coils for carrying out the movement is described in detail.

Damit erfolgt eine Abgrenzung zum Stand der Technik, der unter Philips genannt wurde, wo ein Permanentmagnet zur Krafterzeugung nur mit einer Spule in Verbindung steht, die Spulen nicht matrixförmig angeordnet sind und phasenweise mit Strom versorgt werden.This is a distinction from the prior art, which has been called Philips, where a permanent magnet for generating power is connected only to a coil, the coils are not arranged in a matrix and are supplied in phases with power.

Im Nebenanspruch 2 wird das Verfahren und Wesen der Krafterzeugung genauer beschrieben. In einer Experimentaleinrichtung wurden Spulenströme in Form eines Bestromungsmusters digital geschaltet, um die Bewegung in x-Richtung und y-Richtung zu zeigen. Dabei ist die Nutzung aller Spulen sowohl für die x- als auch für die y-Richtung das Neue. Im Spulenunterteil verlaufen magnetische Feldlinien parallel zur xy-Fläche und erzeugen Anziehungs- und Abstoßungskräfte. Die Gestaltung von Schwebekräften ist für den Planarmotor mit Gleitführung von grundsätzlicher Bedeutung. Deshalb ist im Gegensatz zum symmetrisch aufgebauten elektrodynamischen Motor die Spulenhöhe im Vergleich zum Spulendurchmesser höher.In dependent claim 2, the process and nature of the power generation is described in more detail. In an experimental device, coil currents were switched digitally in the form of an energization pattern to show the movement in the x-direction and y-direction. The use of all coils is new for both the x and the y direction. In the coil base magnetic field lines run parallel to the xy surface and generate attraction and repulsion forces. The design of levitation forces is of fundamental importance for the planar motor with sliding guide. Therefore, in contrast to the symmetrically constructed electrodynamic motor, the coil height is higher compared to the coil diameter.

Die räumliche Verteilung der Magnetflussdichte eines Solenoids in Luft wird in der Literatur „Magnetic Materials“ auf Seite 19 dargestellt, und der typische Verlauf der magnetischen Feldlinien wird gezeigt. In einer Grafik wird der Verlauf der magnetischen Feldstärke H in Abhängigkeit von der z-Koordinate und von der Stromstärke angegeben. Die Feldstärke ist an den Polen nur etwa halb so groß wie im Spulenzentrum. Die Magnetflussdichte B = µo * H ist bei eisenlosen Spulen relativ gering. Die magnetische Feldstärke ist etwa H = I * w / Wurzel (d2 + h2), also dem Strom I und der Windungszahl w proportional. Mit d ist der Spulendurchmesser und mit h die Spulenhöhe gekennzeichnet. Die zulässige Stromstärke ergibt sich aus der zulässigen Stromdichte, die von der Einschaltdauer und der Erwärmung abhängig ist. Die Windungszahl soll möglichst hoch sein. Aber eine hohe Induktivität L = w2 / magnetischer Widerstand erfordert eine hohe Spannung zur Stromeinprägung. Die max. Spannung soll aus Kostengründen auf 70 V begrenzt sein. Der Kupferfüllfaktor soll hoch sein, denn ein großer Spulendurchmesser d und eine große Spulenhöhe h vermindern die magnetische Feldstärke.The spatial distribution of the magnetic flux density of a solenoid in air is presented in the literature "Magnetic Materials" on page 19, and the typical course of the magnetic field lines is shown. The diagram shows the course of the magnetic field strength H as a function of the z-coordinate and the current intensity. The field strength at the poles is only about half as large as in the coil center. The magnetic flux density B = μo * H is relatively low for ironless coils. The magnetic field strength is approximately H = I * w / root (d 2 + h 2 ), ie proportional to the current I and the number of turns w. D is the coil diameter and h is the coil height. The permissible current strength results from the permissible current density, which depends on the duty cycle and the heating. The number of turns should be as high as possible. But a high inductance L = w 2 / magnetic resistance requires a high voltage for current injection. The max. Voltage should be limited to 70 V for cost reasons. The copper fill factor should be high, because a large coil diameter d and a large coil height h reduce the magnetic field strength.

In „Magnetic Material“ auf S. 24 wird in einer Grafik der typische Verlauf der magnetischen Feldstärke eines quaderförmigen Permanentmagneten in z-Richtung (senkrecht zur xy-Grundfläche) in Abhängigkeit von der Distanz z des Messpunktes von der Magnetgrundfläche angegeben. Die magnetische Feldstärke ist am Rand des Magneten etwa halb so groß wie im mittleren Bereich. Die Magnetflussdichte B des Magneten ist im Bereich des Zusammenwirkens der Magnetfelder um ein Vielfaches größer als die Magnetflussdichte, die in der Nähe des Spulendrahtes erzeugt wird. Die Kraftwirkung im Raum der Überschneidung der Magnetfelder ergibt sich nach Lorentz aus dem Vektorprodukt Kraft F = Stromstärke Ix Magnetflussdichte B * Drahtlänge 1. Daraus ergeben sich die skalaren Kraftkomponenten zu Fx = Iy * Bz * l, Fy = Ix * Bz * l, Fz = Iy * Bx * l, Fz = Ix * By * l, Fx = Iz * By *1 und Fy = Iz * Bx * l.In "Magnetic Material" on page 24, the typical course of the magnetic field strength of a parallelepiped-shaped permanent magnet in the z-direction (perpendicular to the xy-base) as a function of the distance z of the measuring point from the magnetic base is indicated in a graph. The magnetic field strength is about half as large at the edge of the magnet as in the middle region. The magnetic flux density B of the magnet is many times greater in the region of interaction of the magnetic fields than the magnetic flux density generated in the vicinity of the coil wire. According to Lorentz, the force effect in the space of the intersection of the magnetic fields results from the vector product force F = current intensity Ix magnetic flux density B * wire length 1. This results in the scalar force components Fx = Iy * Bz * 1, Fy = Ix * Bz * 1, Fz = Iy * Bx * 1, Fz = Ix * By * 1, Fx = Iz * By * 1 and Fy = Iz * Bx * l.

In der xz-Ebene ergibt sich nach der „Drei-Finger-Regel“ im Drahtbereich der Spule eine Kraft in x-Richtung, wenn der Vektor der technischen Stromrichtung in y-Richtung und der Vektor der Magnetflussdichte in z-Richtung wirken. In der xz-Ebene ergibt sich auch eine Kraft in z-Richtung, wenn der Stromvektor in y-Richtung und der Vektor der Magnetflussdichte in x-Richtung wirken. Nach der „Drei-Finger-Regel“ ist die Kraft Fz entgegen der z-Koordinate gerichtet. Sie stellt eine abstoßende Kraft zwischen Magnet und Spule dar, wird als Schwebekraft bezeichnet und trägt zur Verringerung der Reibung in der Gleitführung bei. Interessant ist auch die Entstehung einer Kraft Fx, wenn mindestens eine Komponente des Stromvektors in z-Richtung und eine Komponente des Vektors der Magnetflussdichte in y-Richtung zeigen. Eine entsprechende Betrachtung kann in der yz-Ebene durchgeführt werden.In the xz plane, according to the "three-finger rule" in the wire region of the coil, a force results in the x direction when the vector of the technical current direction in the y direction and the vector of the magnetic flux density in the z direction. In the xz plane, there is also a force in the z direction when the current vector acts in the y direction and the vector of the magnetic flux density in the x direction. According to the "three-finger rule", the force Fz is directed against the z-coordinate. It represents a repulsive force between magnet and coil, called hovering force and contributes to the reduction of friction in the sliding guide. The generation of a force Fx is also interesting if at least one component of the current vector in the z-direction and one component of the vector show the magnetic flux density in the y-direction. A corresponding consideration can be carried out in the yz-plane.

Der differentielle Kraftvektor dF am vektoriellen Leiterelement dl, das sich an einem Ort des Vektors der Magnetflussdichte B befindet und vom Strom I durchflossen wird, kann auch nach folgendem Vektorprodukt berechnet werden: dF = I * (dl x B). Damit wird die Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter im magnetischen Feld angegeben. In einem Schnitt durch die Zylinderspule in der xz-Ebene ist das vektorielle Leiterelement dl auf der einen Seite in y gerichtet und auf der anderen Seite in -y. Wenn beidseitig der Vektor der Flussdichte in Richtung -z zeigt, dann sind die Kraftvektoren auf beiden Seiten vom gleichen Betrag und entgegen gerichtet. Wenn Magnet und Spule im Bereich des Zusammenwirkens verschiedene Pole aufweisen, dann verlaufen die Kraftvektoren in Richtung Spulenmitte, und der Magnet nimmt in der xz-Ebene eine stabile Position ein. The differential force vector dF at the vectorial conductor element dl, which is located at a location of the vector of the magnetic flux density B and is traversed by the current I, can also be calculated according to the following vector product: dF = I * (dl x B). This indicates the force acting on a current-carrying conductor in the magnetic field. In a section through the cylindrical coil in the xz plane, the vectorial conductor element dl is directed on one side in y and on the other side in -y. If on both sides the vector shows the flux density in direction -z then the force vectors on both sides are of the same magnitude and opposite. When the magnet and coil have different poles in the region of interaction, the force vectors are in the coil center direction and the magnet assumes a stable position in the xz plane.

Der Vektor der Magnetflussdichte B weist besonders in größerem Abstand von der xy-Grundfläche auf der einen Seite eine Komponente Bx und auf der anderen Seite eine Komponenten -Bx auf. Dadurch entsteht in beiden Spulenseiten eine Kraftkomponente Fz mit gleichem Betrag und gleicher Richtung, was einer Anziehungskraft entspricht.The vector of the magnetic flux density B has a component Bx at a greater distance from the xy base surface on one side and a component -Bx on the other side. As a result, in both coil sides, a force component Fz with the same amount and the same direction, which corresponds to an attractive force.

Weisen Magnet und Spule eine unterschiedliche Polung auf, so verlaufen beide Kraftkomponenten Fx in Richtung Spulenrand, und die symmetrische Lage des Magneten über der Spulenmitte ist instabil. In dem Falle weisen beide Kraftkomponenten Fz in die entgegengesetzte Richtung, was einer Abstoßungskraft (Schwebekraft) entspricht.If the magnet and the coil have a different polarity, then both force components Fx run in the direction of the coil edge, and the symmetrical position of the magnet above the coil center is unstable. In this case, both force components Fz in the opposite direction, which corresponds to a repulsive force (levitation force).

Im allgemeinen Fall entstehen differentielle Kraftvektoren dF in Abhängigkeit vom Betrag und der Richtung des Vektors B an der Stelle des betrachteten Leiterelementes dl. Der Strom ist ein Proportionalitätsfaktor.In the general case, differential force vectors dF arise as a function of the magnitude and the direction of the vector B at the location of the considered conductor element d1. The current is a proportionality factor.

Da die Leiterelemente einen Abstand vom Schwerpunkt des Läufermoduls aufweisen, wirken auf den Läufer außer den Kraftkomponenten Fx, Fy und Fz auch die Komponenten Mx, My und Mz des Drehmomentvektors M.Since the conductor elements have a distance from the center of gravity of the rotor module, act on the rotor in addition to the force components Fx, Fy and Fz and the components Mx, My and Mz of the torque vector M.

In der xy-Grundfläche wirkt die Reibungskraft Fr = µ * Fz, wobei bei Beginn und Ende der Bewegung ein Wechsel zwischen dem Haftreibungskoeffizienten µo und dem Gleitreibungskoeffizient µ auftritt Eine Reibungskraft tritt nur auf, wenn die Normalkraft aus der Summe von Motorkraft und äußeren Kräften eine Druckkraft in der xy-Grundfläche darstellt. Durch die Überlagerung des Magnetfeldes des Läufermoduls mit dem Magnetfeld der Spule entstehen auch Kräfte zwischen Magnetpolen. Bei der Berechnung der Kräfte und Momente im Raum ist auch die Lage der Schwerpunkte vom Läufer und vom zu transportierenden Objekt zu beachten.In the xy base, the frictional force Fr = μ * Fz, wherein at the beginning and end of the movement, a change between the coefficient of static friction μo and the sliding friction coefficient μ occurs A friction force occurs only when the normal force of the sum of engine power and external forces a Represents compressive force in the xy base area. The superimposition of the magnetic field of the rotor module with the magnetic field of the coil also creates forces between magnetic poles. When calculating the forces and moments in space, the position of the center of gravity of the runner and the object to be transported must also be taken into account.

Um Gewährung des Verfahrensanspruchs wird gebeten, weil wesentliche Schlussfolgerungen daraus für weitere Ansprüche erwachsen:

  • - Die magnetischen Feldlinien des Magneten sollen fokussiert und in das Innere der Spule gelenkt werden.
  • - Die Spule soll so hoch ausgeführt werden, dass der überwiegende Teil der vom Magneten erzeugten Magnetfeldlinien durch den Wickelraum gehen.
  • - Der Wickelraum im Bereich der Oberfläche des Statormoduls ist für die Erzeugung der Schubkräfte Fx und Fy am wichtigsten. Die Gleitschichten des Läufermoduls und des Statormoduls sollen dünn sein. Durch einen Rechteckquerschnitt der Spule besonders im oberen Spulenbereich wird der Raum mit der größten Magnetflussdichte besser ausgenutzt.
  • - Durch eine Schrägwicklung können zusätzliche Schubkräfte Fx und Fy erzeugt werden.
  • - Mit einer Magnetanordnung erzeugte Vektorkomponenten der Magnetflussdichte in x- und y-Richtung führen zu Schwebe- oder Anzugskräften. Schwebekräfte führen zur Verringerung der Reibung und damit zu höherer Dynamik. Anzugskräfte können zur verbesserten Führung des Läufermoduls beitragen und sind für den Betrieb von Läufermodulen über Kopf notwendig.
  • - Liegt beispielsweise ein Magnet zentrisch auf einer Spule, dann heben sich die Schubkräfte auf, die unterhalb der xy-Grundfläche wirken. In Abhängigkeit von der Stromrichtung wird das Läufermodul angezogen oder es schwebt in einem instabilen Zustand. Mit der Korkenzieher-Regel (auch als Rechte-Faust-Regel bezeichnet) lässt sich in Abhängigkeit von der technischen Stromrichtung der Nordpol ermitteln.
  • - Der Magnet wird am besten positioniert, wenn er in der Mitte von 4 Spulen, die mit Strom in gleicher Richtung versorgt werden, angeordnet ist und sich die Pole vom Magnet und den Spulen anziehen. Wenn die 4 Spulen mindestens einen kurzen Impuls in entgegengesetzter Stromrichtung erhalten, kann ein kurzzeitiges Schweben und eine genauere Ausrichtung in dieser Position erreicht werden. Durch Pulsen lässt sich fühlen, ob das Läufermodul auf einer bestromten Spule in Wirkverbindung steht. Damit kann eine zusätzliche Sensorik eingespart werden.
  • - Da die Motorkräfte im Inneren der Spule auftreten und an Hebelarmen wirken, muss auch die Wirkung der Drehmomente berücksichtigt werden.
  • - Von jeder in Wirkverbindung mit dem Läufer stehenden Spule gehen während der Bewegung Motorkräfte und Motormomente aus, die von der Position des Läufers und vom Betrag und der Richtung des Stromes abhängig sind. Zu jeder Position muss zur Realisierung der Bewegungsaufgabe ein Bestromungsmuster berechnet und realisiert werden.
  • - Ein Läufermodul kann von einem Bestromungsmuster von Nachbarspulen begleitet werden, das das Bewegungsverhalten unterstützt. Es können Bestromungsmuster programmiert werden, um die Verdrehung eines Läufers zu vermeiden oder zu beeinflussen. Geeignete Bestromungsmuster können gestaltet werden, um in Bewegungsrichtung des Läufers eine zusätzliche Kraft aufzubringen, die im Falle eines instabilen Zustandes die weiterführende Bewegungsrichtung bestimmt.
In order to be granted the procedural claim, substantial conclusions are drawn from it for further claims:
  • - The magnetic field lines of the magnet should be focused and directed into the interior of the coil.
  • - The coil should be made so high that the majority of the magnetic field lines generated by the magnet go through the winding space.
  • - The winding space in the area of the surface of the stator module is the most important for generating the thrust forces Fx and Fy. The sliding layers of the rotor module and the stator module should be thin. A rectangular cross-section of the coil, especially in the upper coil area, makes better use of the space with the greatest magnetic flux density.
  • - By an oblique winding additional thrust forces Fx and Fy can be generated.
  • - Vector components of the magnetic flux density in x- and y-direction generated with a magnet arrangement lead to levitation or attraction forces. Floating forces lead to a reduction in friction and thus to greater dynamics. Tightening forces can contribute to the improved guidance of the rotor module and are necessary for the operation of overhead runner modules.
  • - If, for example, a magnet is centered on a coil, then the thrust forces that act below the xy base surface cancel each other out. Depending on the current direction, the rotor module is attracted or floats in an unstable state. With the corkscrew rule (also known as rights-fist rule) can be determined depending on the technical direction of the current north pole.
  • - The magnet is best positioned if it is placed in the middle of 4 coils supplied with current in the same direction and the poles of the magnet and the coils attract each other. If the 4 coils receive at least one short pulse in opposite current direction, a brief hovering and a more accurate alignment can be achieved in this position. Pulses can be used to determine whether the rotor module is in operative connection with an energized coil. Thus, an additional sensor can be saved.
  • - Since the motor forces occur inside the coil and act on lever arms, the effect of the torques must be considered.
  • - Of each standing in operative connection with the rotor coil go out during the movement of engine forces and engine torque from the Position of the runner and the amount and direction of the current are dependent. For each position an energization pattern has to be calculated and realized to realize the motion task.
  • - A rotor module can be accompanied by an energizing pattern of neighboring coils, which supports the movement behavior. It can be programmed Bestromungsmuster to avoid the rotation of a runner or affect. Suitable Bestromungsmuster can be designed to apply an additional force in the direction of movement of the rotor, which determines the further direction of movement in the case of an unstable state.

Der Bewegungsablauf eines Läufermoduls und eines Läufers wird später im Verfahren und anhand eines Beispiels in den Figuren gezeigt.The motion sequence of a rotor module and a rotor will be shown later in the method and by way of example in the figures.

Integriert man die Kraftvektoren in den finiten Elementen einer Spule, so erhält man einen Kraftvektor und einen Drehmomentvektor, der von der Position des Läufers gegenüber der Spule abhängig ist. Die Kraft- und Drehmomentvektoren von jeder in Wirkverbindung stehenden Spule können nach der Matrizenrechnung addiert werden. Die während der Bewegung am Läufermodul angreifenden statischen und dynamischen Beanspruchungen in Form von Kräften und Drehmomenten ändern sich nach Gesetzen, die durch FEM-Berechnungen oder experimentell ermittelt werden können. Die Beanspruchungen an Läufern, die aus mehreren Läufermodulen bestehen, können zumindest näherungsweise aus der Summe der Beanspruchungen am Läufermodul ermittelt werden.By integrating the force vectors in the finite elements of a coil, one obtains a force vector and a torque vector, which is dependent on the position of the rotor relative to the coil. The force and torque vectors from each coil in operative connection can be added after the matrix calculation. The static and dynamic stresses in the form of forces and torques acting on the rotor module during movement change according to laws that can be determined by FEM calculations or experimentally. The stresses on runners, which consist of several rotor modules, can be determined at least approximately from the sum of the stresses on the rotor module.

Sind Matrizen für jeden Läufertyp sowie für jede Läuferposition gefunden und gespeichert, dann können die Stromamplitude und Stromrichtung zur Erfüllung der Bewegungsaufgabe gemäß Berechnungsprogramm in Form von Software-Routinen aus dem Speicher ausgelesen werden. Der Einfluss der Geschwindigkeit auf die optimale Steuerung kann im Rechenprogramm erfasst werden.If matrices have been found and stored for each rotor type and for each rotor position, then the current amplitude and current direction can be read from the memory in the form of software routines in order to fulfill the motion task according to the calculation program. The influence of the speed on the optimal control can be recorded in the calculation program.

Im Anspruch 2 wird der Einfluss von benachbarten Spulen angegeben, die nicht bevorzugt sondern nur von einem kleineren Teil der Magnetfeldlinien des Läufermoduls durchdrungen werden. Wenn in der Nähe eines Läufermoduls kein weiteres Läufermodul unabhängig bewegt werden soll, so können die von Nachbarspulen erzeugten Kräfte beispielsweise zur Kompensation unerwünschter Drehbewegung des Läufermoduls herangezogen werden.In claim 2, the influence of adjacent coils is given, which are not preferred but are penetrated only by a smaller part of the magnetic field lines of the rotor module. If no further rotor module is to be moved independently in the vicinity of a rotor module, the forces generated by adjacent coils can be used, for example, to compensate for undesired rotational movement of the rotor module.

In Nebenanspruch 3 wird Schutz für ein einpoliges Läufermodul beantragt, das in 2 dargestellt ist. Die P-Magnete dienen der Verstärkung des Magnetflusses an der Magnetunterseite. Die magnetische Abschirmung ist notwendig, damit Läufermodule untereinander nur wenig magnetisch beeinflusst werden und dicht aneinander heranfahren können. Die Abschirmung besteht aus Blech ausreichender Permeabilität und Dicke. Sie soll doppelt so hoch wie der Magnet ausgeführt sein. Einpolige Läufermodule stellen die kleinste Läufereinheit und die Grundlage für das Transportsystem dar. Sie können dicht nebeneinander zu einem Pulk angeordnet werden, im Pulk zusammenhängend fahren ohne miteinander mechanisch verbunden zu sein. In einer Fertigungszelle können Kleinteile mit Läufermodulen aus dem Pulk angeliefert oder in den Pulk gebracht werden.In dependent claim 3 protection is sought for a single-pole rotor module, which in 2 is shown. The P magnets are used to amplify the magnetic flux at the magnet bottom. The magnetic shielding is necessary so that rotor modules are only slightly influenced by each other magnetically and can approach each other close. The shield consists of sheet of sufficient permeability and thickness. It should be twice as high as the magnet. Single-pole rotor modules represent the smallest rotor unit and the basis for the transport system. They can be arranged close to each other to form a pulp, drive in a continuous manner without being mechanically connected to each other. In a manufacturing cell small parts can be supplied with rotor modules from the pulp or brought into the crowd.

In Anspruch 4 wird die Verwendung von Vergussmasse mit Gleiteigenschaft vorgeschlagen, mit der eine Funktionsintegration erfolgt. Der Magnet, die P-Magnete, die Objektbefestigung und die Abschirmung werden verbunden. Auf der Unterseite des Läufermoduls wird eine möglichst dünne Gleitschicht geschaffen. Die Dicke der Gleitschicht wird von der Haftfestigkeit der Vergussmasse bestimmt. Unter Verwendung einer Vergussvorrichtung und Trennmittel wird eine hohe Ebenheit erzielt, so dass keine Nachbearbeitung erforderlich ist. Alternativ kann auf eine Gleitschicht verzichtet oder ein Gleitmaterial aufgeklebt werden. Wie bei einer Halbach-Magnetanordnung wird die Magnetflussdichte auf der Magnetunterseite verstärkt und an der Magnetoberseite geschwächt. Durch ein Kippen des P-Magneten im Bereich der Magnetoberseite zur Außenseite des Magneten wird die Magnetflussdichte auf der Magnetunterseite weiter erhöht. Bei paralleler Anordnung des P-Magneten gegenüber der xy-Grundfläche erfolgt die Erhöhung der Magnetflussdichte an der Außenseite in der unteren Hälfte des P-Magneten. Durch das Kippen des P-Magneten wird der neben dem Läufermodul verlaufende Magnetfluss noch näher an die xy-Grundfläche herangeführt und in den Spulenbereich geführt, was in 3 dargestellt wird. Der schräg angeordnete P-Magnet wird vorteilhaft aus mindestens 2 Stück gekippten P-Magneten zusammengesetzt, die geschichtet und untereinander versetzt angeordnet sind.In claim 4, the use of potting compound with sliding property is proposed, with which a functional integration takes place. The magnet, the P magnets, the object fixture and the shield are connected. On the underside of the rotor module as thin as possible sliding layer is created. The thickness of the sliding layer is determined by the adhesive strength of the casting compound. Using a potting device and release agent, a high flatness is achieved, so that no post-processing is required. Alternatively, it is possible to dispense with a sliding layer or gluing a sliding material. As with a Halbach magnet assembly, the magnetic flux density on the magnet bottom is amplified and weakened on the magnet top. By tilting the P magnet in the area of the upper side of the magnet to the outside of the magnet, the magnetic flux density on the underside of the magnet is further increased. When the P magnet is arranged parallel to the xy base, the increase in the magnetic flux density on the outer side takes place in the lower half of the P magnet. Due to the tilting of the P magnet, the magnetic flux running next to the rotor module is brought closer to the xy base surface and guided into the coil region, which results in 3 is pictured. The obliquely arranged P-magnet is advantageously composed of at least 2 pieces of tilted P-magnets, which are layered and arranged offset from each other.

In Anspruch 5 wird ein Wechselpol-Läufermodul beschrieben, das in 4 dargestellt ist. Die Befestigung dient als Rückschlussplatte und zum Halten des Objektes. Durch Wechselpolanordnung wird eine höhere Kraftdichte erreicht. Das Wechselpol-Läufermodul ist die kleinste Einheit mit hoher Kraftdichte. Mit dem Wechselpol-Läufermodul können auch ein geringfügiges Schweben senkrecht zur xy-Grundfläche, eine Drehung im Winkel α um die x-Achse und eine Drehung im Winkel β um die y-Achse bei entsprechender Bestromung der Spulen ausgeführt werden.In claim 5, a Wechselpol rotor module is described which in 4 is shown. The attachment serves as a return plate and for holding the object. By Wechselpolanordnung a higher power density is achieved. The reversible pole rotor module is the smallest unit with high power density. With the Wechselpol runner module can also be a slight floating perpendicular to the xy base, a rotation at an angle α about the x-axis and a rotation at an angle β around the y-axis with appropriate energization of the coils are performed.

In Anspruch 6 wird Patentschutz für ein Verfahren zur programmgesteuerten Gestaltung von Läufern begehrt, die aus einpoligen Läufermodulen oder Wechselpol-Läufermodulen montiert sind, wobei dafür das Transportsystem selbst genutzt wird. In Anspruch 2 wurde bereits gezeigt, dass Läufermodule auf dem Statormodul selbständig agieren können. In claim 6 patent protection is sought for a method for program-controlled design of runners, which are mounted from unipolar rotor modules or Wechselpol runner modules, using the transport system itself is used. In claim 2 has already been shown that rotor modules can act independently on the stator module.

Läufermodule können in großer Stückzahl kostengünstig gefertigt werden und mit einer Befestigung untereinander zu einem Läufer montiert werden. Im Transportsystem besteht die Möglichkeit, dass mehrere Läufermodule in der Gruppe eine Transportaufgabe lösen. Dazu werden Läufermodule geordert, zusammengestellt, um beim Transport synchron zu fahren. Ein langes Objekt kann aber auch von 2 Läufermodulen linear und drehend bewegt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Läufermodule temporär zu Läufern gestaltet werden können. Prinzipiell können auch einpolige Läufermodule mit unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung und Wechselpol-Läufermodule montiert werden. Dazu müssen für die Läufermodule hinterlegte Bestromungsmuster zusammengeführt werden. In der Umgebung des Transportsystems können Vorrichtungen zum Auf- und Abnehmen von Objekten, Bewegungsvorrichtungen, Roboter und Bearbeitungsmaschinen angeordnet sein. Beispielsweise können Befestigungselemente auf dieses Weise zwischen Läufermodulen angebracht und entfernt werden.Rotor modules can be manufactured inexpensively in large quantities and mounted with a mounting to each other to a runner. In the transport system it is possible that several runner modules in the group solve a transport task. For this purpose, rotor modules are ordered, put together to run synchronously during transport. A long object can also be moved in a linear and rotating manner by 2 rotor modules. It is particularly advantageous if rotor modules can be made temporary to runners. In principle, single-pole rotor modules with different magnetization direction and Wechselpol rotor modules can be mounted. For this purpose, the current patterns stored for the rotor modules must be merged. In the vicinity of the transport system, devices for mounting and dismounting objects, moving devices, robots and processing machines can be arranged. For example, fasteners can be mounted and removed in this way between rotor modules.

In Anspruch 7 wird der Schutz für den Aufbau eines Statormoduls beantragt. Die Technologie basiert auf dem kostengünstigen Ausgießen der Zwischenräume der Spulen, der Leiterkarte, der Schaltkreise, der Befestigungselemente mit einer Vergussmasse, die zu einem monolithischen Körper aushärtet, die Wärme gut leitet, einen geringen Ausdehnungskoeffizienten und gute Gleiteigenschaften aufweist. Derartige Vergussmasse wird für die Fertigung von Planarmotoren nach DE 44 368 65A1 verwendet.In claim 7, the protection for the construction of a stator module is requested. The technology is based on the cost-effective pouring of the interstices of the coils, the printed circuit board, the circuits, the fasteners with a potting compound that cures to a monolithic body that conducts heat well, has a low coefficient of expansion and good sliding properties. Such potting compound is for the production of planar motors DE 44 368 65A1 used.

Die Statormodule müssen von oben austauschbar sein und Befestigungselemente mit Schnappverschluss und mindestens eine Öffnung zum Abziehen besitzen. In Parkpositionen soll das Läufermodul ohne Strom fixiert werden. Deshalb ist mindestens in einem solchen Bereich ein magnetisch leitfähiges Blech unter den Spulen anzuordnen.The stator modules must be interchangeable from above and have snap fasteners and at least one opening for removal. In parking positions, the rotor module should be fixed without power. Therefore, a magnetically conductive sheet is to be placed under the coils at least in such a range.

Die Verwendung von Stützelementen zwischen einer Grundplatte, die unter der Leiterkarte angeordnet ist und einer Deckplatte aus Material mit niedrigem Haft- und Gleitreibungskoeffizienten ist als Alternative angegeben. Eine Kühlung kann auch durch einen Luftstrom entlang der Spulen und Schaltkreise erfolgen. Eine transparente Deckplatte ist erforderlich, wenn in der Nähe von mindestens einer Spule eine Leuchtdiode angeordnet ist, um den Stromfluss in der Spule anzuzeigen.The use of support elements between a base plate, which is arranged under the circuit board and a cover plate made of material with low coefficient of adhesion and sliding friction is given as an alternative. Cooling can also be done by an air flow along the coils and circuits. A transparent cover plate is required when a light emitting diode is located near at least one coil to indicate the current flow in the coil.

Ein Stator für das Transportsystem besteht aus Statormodulen, die dicht in Reihen oder parallel angeordnet sind, so dass der Spulenabstand zwischen den Statormodulen gleich groß ist wie der Abstand zwischen den Spulen innerhalb des Statormoduls, die Spulen zeilen- und spaltenförmig auf geraden Linien angeordnet sind und gleichen Abstand zueinander aufweisen. Jedes Statormodul verfügt über eine Schnittstelle zur Bereitstellung der Zwischenkreisspannung und zum Rechner. Die Statormodule sind untereinander oder mit einem ebenenen Gestellsystem, z.B. mit Halteelementen im Fussboden so verbunden, dass der gesamte Stator eine glatte Oberfläche aufweist. Im Falle einer aerostatischen oder hydrostatischen Führung sind die Nahtstellen zwischen den Statormodulen abgedichtet, beispielsweise vergossen und geschliffen.A stator for the transport system consists of stator modules, which are arranged closely in rows or parallel, so that the coil spacing between the stator modules is the same size as the distance between the coils within the stator module, the coils are arranged in rows and columns on straight lines, and have the same distance from each other. Each stator module has an interface for providing the intermediate circuit voltage and the computer. The stator modules are interconnected or with a planar rack system, e.g. connected with holding elements in the floor so that the entire stator has a smooth surface. In the case of an aerostatic or hydrostatic guide, the seams between the stator modules are sealed, for example potted and ground.

Vorteilhafter Weise besteht das Gestellsystem aus Material mit geringem Ausdehnungskoeffizienten, um Wärmespannungen zwischen den Statormodulen und den Einfluss der Temperatur auf die Positioniergenauigkeit gering zu halten.Advantageously, the frame system is made of material with a low coefficient of expansion in order to keep thermal stresses between the stator modules and the influence of the temperature on the positioning accuracy low.

Der Bewegungsbereich der Läufer wird durch am Statorrand befestigte Schienen, die über die Statorfläche herausragen begrenzt.The range of motion of the runners is limited by fixed to the stator edge rails that protrude beyond the stator.

Im Verfahrensanspruch 8 wird der Ablauf der Bewegung eines einzelnen quadratischen Permanentmagneten beschrieben, der auf ein Array aus eisenlosen Spulen gelegt wird. Die Magnetlänge ist so groß wie der Abstand zwischen den Spulenachsen. Durch geeignetes Umschalten der Stromrichtung in 6 Spulen, die den Magneten umgeben, wird der Magnet um den Betrag seiner Magnetlänge bewegt. In einer Versuchseinrichtung wurde die Steuereinrichtung durch ein Array aus Schaltern realisiert, mit denen jede Spule mit Strom in der gewünschten Richtung versorgt wird. Der Magnet bewegt sich in x- und y-Richtung gleitend. Ein technisches Vorurteil wird überwunden und gezeigt, dass ein Magnet in der Fläche einfach durch Umschalten des Stromes in eisenlosen Spulen gesteuert bewegt werden kann. Wenn ein Magnet von 4 Nachbarspulen umgeben ist, die gleiche Polung untereinander und die gleiche Polung wie der Magnet auf der Unterseite aufweisen, dann wird das Läufermodul angetrieben. Der Magnet hüpft um eine Magnetlänge weiter. Als vorteilhaft erweist sich, dass in einer Stellung auch Spulen nicht bestromt werden. Mit dem Magnet nach 1 werden durch die seitlich austretenden Feldlinien Antriebs- und Schwebekräfte erzeugt. Der Vorteil besteht darin, dass die Bewegung eines Läufermoduls auch möglich ist, wenn die Spulen nur in einer Richtung bestromt werden. Auf einfachste Weise lassen sich so ganze und halbe Schritte ausführen, worin in Anspruch 8g) um Schutz ersucht wird. Der Bewegungsverlauf kann mit dem in 1 dargestellten Läufermodul verfolgt werden.In method claim 8, the sequence of movement of a single square permanent magnet is described, which is placed on an array of ironless coils. The magnet length is as large as the distance between the coil axes. By suitably switching the current direction in 6 coils surrounding the magnet, the magnet is moved by the amount of its magnet length. In a test facility, the control device has been implemented by an array of switches, with which each coil is supplied with current in the desired direction. The magnet moves in the x and y directions. A technical prejudice is overcome and shown that a magnet in the surface can be moved easily controlled by switching the current in ironless coils. If a magnet is surrounded by 4 adjacent coils, have the same polarity with each other and the same polarity as the magnet on the bottom, then the rotor module is driven. The magnet hops on by a magnet length. It proves to be advantageous that coils are not energized in one position. With the magnet after 1 Drive and levitation forces are generated by the laterally exiting field lines. The advantage is that the movement of a rotor module is also possible when the coils are energized only in one direction. In the simplest way can thus perform whole and half steps, wherein claimed in claim 8g) protection. The course of movement can be combined with the in 1 tracked rotor module are tracked.

Im Unteranspruch 9 wird ein Verfahren zum Bewegung mehrerer Läufermodule in dichter Folge angegeben. In sub claim 9, a method for moving a plurality of rotor modules is indicated in close succession.

Läufermodule können zwischen 4 Spulen aufgesetzt, positioniert und fixiert werden, um sie von dort aus über die Fläche zu bewegen. Läufermodule können auch am Statorrand geparkt, nebeneinander und parallel dicht zusammengestellt werden. Wenn ein Läufermodul in eine indifferente Position gelangt, sind benachbarte Spulen einzubeziehen. Die Anordnung eines magnetisch leitfähigen Bleches unterhalb der Spulen führt zur Erhöhung der Anziehungskräfte zum Fixieren von Läufermodulen ohne Bestromung, für Fahrten auf schiefer Ebene oder zur Bewegung über Kopf.Rotor modules can be placed between 4 coils, positioned and fixed to move them from there over the surface. Runner modules can also be parked on the edge of the stator, side by side and parallel. If a rotor module gets into an indifferent position, adjacent coils must be included. The arrangement of a magnetically conductive sheet below the coil leads to increase the attractive forces for fixing rotor modules without energization, for driving on a slate plane or for moving overhead.

Mit Anspruch 10 wird um Patentschutz für einen Läufer aus einpoligen Läufermodulen oder Wechselpol-Läufermodulen ersucht. Mit nur geringen konstruktiven Veränderungen der Läufermodule können aus Läufermodulen größere Läufer montiert werden. In 8 wird beispielsweise ein Läufer gezeigt, der aus Wechselpolläufer-Modulen gefertigt ist. Bei der Aneinanderreihung wird natürlich anstelle der 2 seitlich angeordneten P-Magnete im Läufermodul ein doppelt so breiter P-Magnet verwendet. Dazu können die 2 und 4 zum Vergleich herangezogen werden.With claim 10 patent protection for a runner from single-pole rotor modules or Wechselpol-rotor modules is requested. With only minor structural changes in the rotor modules larger rotor can be mounted from rotor modules. In 8th For example, a rotor is shown, which is made of Wechselpolläufer modules. When lining up, of course, a twice as wide P magnet is used instead of the 2 laterally arranged P magnets in the rotor module. These can be the 2 and 4 be used for comparison.

Beispielsweise kann ein Läufer aus 6 einphasigen Läufermodulen in x-Richtung 3phasig oder 6phasig betrieben werden. Der Abstand der Spulenachsen beträgt in 6 a + a/6. Er könnte auch a + a/3 betragen. Die Spulen werden zeitversetzt angesteuert.For example, a runner can be operated from 6 single-phase rotor modules in the x-direction 3-phase or 6-phase. The distance of the coil axes is in 6 a + a / 6. He could also be a + a / 3. The coils are controlled with a time delay.

In den Läufern können die P-Magnete auch schmaler als die Magnete ausgeführt werden, wenn sich in der Optimierung eine höhere Magnetflussdichte im Spulenbereich ergibt Die Magnet- und Montagekosten können gesenkt werden, wenn Abstände für Vergussmasse zwischen den Magneten und P-Magneten vorgesehen werden.In the runners, the P-magnets can also be made narrower than the magnets if the optimization results in a higher magnetic flux density in the coil area. The magnet and assembly costs can be reduced if distances for potting compound between the magnets and P-magnets are provided.

Die hauptsächliche Bewegungsrichtung des Läufers kann auch im Winkel von 45° zu den zeilen- und spaltenweise angeordneten Spulen erfolgen, wenn der Läufer gegenüber dem Statormodul gedreht aufgesetzt wird.The main direction of movement of the rotor can also be carried out at an angle of 45 ° to the row and column coils arranged, when the rotor is placed rotated relative to the stator module.

Die Spulen können auch in dichtester Kreispackung angeordnet sein, um wesentlich mehr Drahtlänge pro Volumen des Statormoduls unterzubringen, um die Kraftdichte zu erhöhen und die Wärmeableitung zu verbessern. Primär sind Anordnungen und Verfahren wichtig, die zur Kostensenkung des planaren Transportsystems führen, weil viele Läufermodule, Läufer, Statormodule und Steuerungsmodule erforderlich sind. Dagegen sind die einmaligen Softwarekosten gering, denn der Anwender verwendet bestehende Softwaremodule. Den Anforderungen entsprechende Bestromungsmuster für Spulengruppen lassen sich für kostengünstige Hardwarekomponenten errechnen oder experimentell bestimmen.The coils may also be arranged in the tightest circular package to accommodate significantly more wire length per volume of the stator module to increase the power density and improve heat dissipation. Primarily, arrangements and methods that reduce the cost of the planar transport system are important because many rotor modules, rotors, stator modules, and control modules are required. In contrast, the one-time software costs are low because the user uses existing software modules. The appropriate energizing patterns for coil groups can be calculated for cost-effective hardware components or determined experimentally.

Im Anspruch 11 werden Läufer beschrieben, die aus Läufermodulen bestehen und auf der Läuferoberseite durch eine biegeelastische Befestigung verbunden sind. Läufer können sich dadurch auf Statoren bewegen, bei denen die Statormodule um einen Winkel α um die x-Achse oder einen Winkel β um die y-Achse versetzt angeordnet sind. Solche winklig zueinander angeordneten Statormodule sind geeignet, um Läufer von der horizontalen Lage auf eine schiefe Ebene zu bringen und Höhenunterschiede zu überwinden. Die Montage von Statormodulen auf einem Gestell kann kostengünstiger erfolgen, wenn größere Winkeltoleranzen zulässig sind. Biegeelastische Läufer können sich auch darauf bewegen, wenn Winkelfehler vorliegen. Biegeelastische Objekte können auf biegeelastischen Läufern verformt oder gerichtet werden. Läufermodule kommen dadurch in engere Verbindung zum Stator, wodurch die Kraftdichte erhöht wird. Mit diesem erfinderischen Gedanken wird erreicht, dass mit dem planaren Transportsystem Objekte im Raum bewegt werden können.In claim 11 runners are described, which consist of rotor modules and are connected to the rotor upper side by a flexurally elastic attachment. Runners can thereby move on stators, in which the stator modules are arranged offset by an angle α about the x-axis or an angle β about the y-axis. Such stator modules arranged at an angle to one another are suitable for bringing runners from the horizontal position onto an inclined plane and for overcoming differences in height. Mounting stator modules on a rack can be more cost effective if larger angle tolerances are allowed. Bend-elastic runners can also move on if there are angular errors. Bend-elastic objects can be deformed or straightened on flexurally elastic runners. Rotor modules come into closer connection to the stator, which increases the power density. With this inventive idea is achieved that objects can be moved in space with the planar transport system.

Mit Anspruch 12 wird eine Sensorik angegeben, mit der die Position der einpoligen Läufermodule sowie die Position und Richtung der Wechselpol-Läufermodule und der Läufer bestimmt werden kann. Bei Überdeckung mit einem Läufermodul wird durch den Magneten ein Schaltsignal ausgelöst. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld kann dem gegenüber vernachlässigt werden, denn es stört nicht. Die Sensorik soll kostengünstig und robust ausgeführt werden und mit jeder Spule verbunden sein. Die Sensorik ist zum Regeln oder zur Nachführung der Bewegung in die Sollposition notwendig. Mindestens ein digitaler Hallsensor wird dazu im oberen Bereich in der Symmetrieachse der Spule oder in einem Freiraum zwischen den Spulen in geeignetem Abstand von der xy-Grundfläche angeordnet. Mit einer Anordnung aus 2 Hallsensoren kann die Polarisierungsrichtung der vorbei fahrenden Magnete in Nord und Süd unterschieden werden. Die Stromversorgung und die Signalleitungen werden vorzugsweise durch den hohlen Kernbereich der Spule zur Leiterkarte geführt. Die Information vom Hallsensor wird über das Bussystem an einen Rechner übertragen.Claim 12 specifies a sensor with which the position of the unipolar rotor modules and the position and direction of the Wechselpol-rotor modules and the rotor can be determined. When covered with a rotor module, a switching signal is triggered by the magnet. The magnetic field generated by the coil can be neglected, because it does not bother. The sensors should be designed cost-effective and robust and be connected to each coil. The sensors are necessary for controlling or tracking the movement into the setpoint position. At least one digital Hall sensor is arranged in the upper region in the axis of symmetry of the coil or in a space between the coils at a suitable distance from the xy base surface. With an arrangement of 2 Hall sensors, the polarization direction of passing magnets in North and South can be distinguished. The power supply and the signal lines are preferably passed through the hollow core portion of the coil to the circuit board. The information from the Hall sensor is transmitted via the bus system to a computer.

Zur Positionsbestimmung gibt es verschiedene weitere Möglichkeiten. Im Stand der Technik sind auch induktive Verfahren bekannt. Durch Überlagerung der Spulenströme mit hochfrequenten Signalen lässt sich die Induktivitätsänderung in den Spulen bestimmen, um daraus ein Signal für die Läuferüberdeckung zu gewinnen.There are various other possibilities for determining the position. Inductive methods are also known in the prior art. By superposition of the coil currents with high-frequency signals, the inductance change in the coils can be determined in order to obtain a signal for the rotor overlap.

Ein Läufer kann auch mit mindestens 3 Transpondern ausgestattet sein, die im Abstand zueinander auf dem Läufer befestigt sind. Mit einem Lesegerät kann die zeitliche Differenz in der Abfolge der Transponderdaten bestimmt und daraus die Lage und Orientierung des erkannten Läufers berechnet werden. A runner can also be equipped with at least 3 transponders, which are mounted at a distance from each other on the runner. With a reading device, the time difference in the sequence of transponder data can be determined and from this the position and orientation of the recognized runner can be calculated.

Mindestens ein Läufer oder ein zu transportierendes Objekt kann auch mit mindestens einem programmierbaren Transponder ausgestattet sein, um den Bewegungsablauf im Transportsystem zu beeinflussen oder einen Informationsaustausch mit externen Einrichtungen oder Stationen vorzunehmen. Damit können Maßnahmen zum Umgang mit den Läufermodulen geplant, durchgeführt und ausgewertet werden.At least one runner or an object to be transported can also be equipped with at least one programmable transponder in order to influence the movement sequence in the transport system or to carry out an exchange of information with external devices or stations. This means that measures for handling the rotor modules can be planned, carried out and evaluated.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Aufsetzen von Läufermodulen und Läufern in das Transportsystem beschrieben. Läufermodule oder Läufer werden in der Regel durch Einrichtungen und Automaten an ausgewählten Positionen in das Transportsystem gebracht oder von dort entfernt. Sie sollen jedoch auch von Hand auf eine vorgegebene Position und Richtung gesetzt werden können, beispielsweise beim Eingreifen eines Bedieners in das System. Das Aufsetzen eines Läufermoduls oder Läufers in das Transportsystem erfolgt auf die von mindestens einer Signallampe oder Leuchtdiode beleuchtete Fläche und starten des programmierten Bewegungsablaufes. Dazu ist in mindestens einer Spule an der Spulenoberseite im Bereich der Spulenachse eine Signallampe angeordnet, die bei Bestromung der Spule leuchtet. Die Bewegung von Signalpunkten oder Signalbereichen kann zur Simulation einer Läuferbewegung genutzt werden. Auch durch Pulsieren des Stromes lässt sich anhand der Vibration erkennen, welche Spulen eingeschaltet sind.Furthermore, a method for placing runner modules and runners in the transport system is described. Runner modules or runners are usually brought into or removed from the transport system by means of devices and machines at selected positions. However, they should also be able to be set manually to a predetermined position and direction, for example when an operator enters the system. The placement of a rotor module or rotor in the transport system takes place on the illuminated by at least one signal lamp or LED surface and start the programmed movement. For this purpose, a signal lamp is arranged in at least one coil on the upper side of the coil in the region of the coil axis, which lights up when the coil is energized. The movement of signal points or signal areas can be used to simulate a rotor movement. By pulsing the current can be seen from the vibration, which coils are turned on.

In Anspruch 13 wird ein Wagen mit vorzugsweise 4 Kugelrollen angegeben, der zum Bewegen schwererer Objekte notwendig ist. Bei Haft- und Gleitreibung steigt die Reibkraft etwa proportional mit dem Gewicht Die Kugelrollen dienen der Entlastung des Läufers. Die xy-Grundfläche muss hart genug sein, um die Herzsche Pressung der Kugeln aufzunehmen. Das Gestell des Wagens ist so ausgeführt, dass die Außenkanten in geringem seitlichen Abstand über den Läufer gestülpt und von den Seitenflächen des Läufers mitgenommen werden, so dass der Läufer weiterhin gleitet Die Mitnahme kann auch durch mindestens 2 Stifte zwischen Gestell und Läufer erfolgen. Die Innovation besteht darin, dass der Abstand zwischen Läufer und Stator klein gehalten wird, um hohe Kraftdichte zu erzielen.In claim 13, a carriage is specified with preferably four ball rollers, which is necessary for moving heavier objects. With friction and friction friction increases approximately proportionally with the weight The ball rollers are used to relieve the rotor. The xy base must be hard enough to accommodate the heart's compression of the balls. The frame of the car is designed so that the outer edges are slipped over the runner at a small lateral distance and taken from the side surfaces of the runner, so that the runner continues to slide The entrainment can also be done by at least 2 pins between the frame and runner. The innovation is that the distance between rotor and stator is kept small in order to achieve high power density.

In Anspruch 14 wird ein Verfahren zum Verschieben und Drehen eines Objektes auf 2 Läufermodulen in der xy-Grundfläche angegeben. Daraus wird das Verfahren zum Positionieren und Orientieren von Läufern abgeleitet.Claim 14 specifies a method for moving and rotating an object on 2 rotor modules in the xy base area. From this, the method for positioning and orienting runners is derived.

Im Anspruch 15 werden die Hardwarekomponenten und die Systemtopologie bzw. Kommunikation des Transportsystems geschrieben. Die übergeordnete Steuerung, die ein Industrie PC mit soft SPS sein kann, berechnet die Routen der einzelnen Läufen und sendet die Daten über einen Feldbus wie ProfiNet, SercosIII oder EtherCAT an die Steuereinheiten in harter Echtzeit. Jedem Statormodul ist eine Steuereinheit zugeordnet. Die Steuereinheit kann auf der Leiterkarte im Statormodul angeordnet sein. Sie berechnet aus den Daten der übergeordneten Steuerung die Adressen der Spulen und die Art der Bestromung und sendet diese Daten über einen geräteinternen Bus wie SPI oder I2C an die entsprechenden Schaltkreise (Spulentreiber) in harter Echtzeit. Die Bestromung der Spulen erfolgt somit individuell in Form eines Musters der Bestromung einer Gruppe von Spulen auf dem Statormodul, was als Bestromungsmuster bezeichnet wird. Die betroffenen Spulen und die Art der Bestromung verändern sich in schnellem Wechsel. Die Schaltkreise sind in der Nähe der Spulen und Hallsensoren angeordnet und setzen die Information in eine Bestromung der Spule um. Die Schaltkreise bestehen aus einer leistungselektronischen Schaltung, z.B. einer Voll- oder Halbbrücke als IC. Hierin wird die 5V Logik-Spannung von der Leistungsspannung galvanisch getrennt. Die Informationen aus den Hall-Sensoren werden an die Steuereinheit im Statormodul in harter Echtzeit zurückgeführt. Die Signalerzeugung, die Kommunikationsschnittstelle für SPI oder I2C und die Rückmeldung der Signale von den Hall-Sensoren können mit einzelnen ICs oder als Mikrocontroller aufgebaut sein. Die Statormodule sind an eine zentrale Zwischenkreisspannung angeschlossen.In claim 15, the hardware components and the system topology or communication of the transport system are written. The higher-level control, which can be an industrial PC with soft PLC, calculates the routes of the individual runs and sends the data to the control units in hard real-time via a fieldbus such as ProfiNet, SercosIII or EtherCAT. Each stator module is assigned a control unit. The control unit can be arranged on the printed circuit board in the stator module. It calculates the addresses of the coils and the type of current supply from the data of the higher-level controller and sends this data to the corresponding circuits (coil drivers) in hard real-time via an internal device bus such as SPI or I 2 C. The energization of the coils is thus individually in the form of a pattern of energization of a group of coils on the stator module, which is referred to as Bestromungsmuster. The affected coils and the type of current change in rapid change. The circuits are arranged in the vicinity of the coils and Hall sensors and convert the information into an energization of the coil. The circuits consist of a power electronic circuit, such as a full or half bridge as IC. Here, the 5V logic voltage is galvanically isolated from the power voltage. The information from the Hall sensors is fed back to the control unit in the stator module in hard real time. The signal generation, the communication interface for SPI or I 2 C and the feedback of the signals from the Hall sensors can be constructed with individual ICs or as a microcontroller. The stator modules are connected to a central DC link voltage.

Die erfinderische Idee findet seine Hauptanwendung in der gleichzeitigen, unabhängigen Bewegung einer Vielzahl von Läufern. Eine traditionelle Steuerung oder Regelung unter Verwendung von Spulen, die einer Motorphase fest zugeordnet sind, ist nicht effizient oder ungeeignet. Der Aufwand in der Verkabelung der einzelnen Spulen wäre zu groß, besonders wenn jede Spule zu unterschiedlicher Zeit mit Strom, mit Strom in unterschiedlicher Richtung und gepulst mit veränderlichem Effektivstrom versorgt werden soll. Signale 0 oder 1 sollen aus einer Vielzahl von Hallsensoren in kurzen Zeitabständen ausgelesen werden.The inventive idea finds its main application in the simultaneous, independent movement of a large number of runners. Traditional control using coils that are dedicated to a motor phase is not efficient or inappropriate. The effort in the wiring of the individual coils would be too large, especially if each coil to be supplied at different times with electricity, with electricity in different directions and pulsed with variable RMS. Signals 0 or 1 should be read out of a large number of Hall sensors at short intervals.

Nach der Erfindung soll die Bereitstellung von Informationen über Betrag und Richtung des Spulenstromes und das Auslesen der Informationen aus den Hallsensoren mit der Steuereinheit im Zeitmultiplexverfahren oder mit einem Serial Peripheral Interface (SPI) erfolgen. Hier ist das Wissen über die Bereitstellung von Informationen zur Erzeugung bewegter Bilder auf einem Bildschirm oder auf einer Leuchtpixelleinwand und das Wissen zur Informationsausgabe bei einer Tastatur anzuwenden.According to the invention, the provision of information about the amount and direction of the coil current and the reading out of the information from the Hall sensors with the control unit in the time division multiplex method or with a Serial Peripheral Interface (SPI). Here is the knowledge about providing information to generate moving To apply images on a screen or on a light pixel screen and the knowledge to output information on a keyboard.

Von der Steuereinheit wird über einen Adressbus kurzzeitig eine Verbindung zum Schaltkreis hergestellt, der sich in der Nähe der Spule und des Hallsensors befindet. Die Taktzeit beträgt T = 1/f. Wenn das Zeitintervall kleiner gewählt wird mit Δt < = T/k kann ein Vollschritt in k Mikroschritte geteilt werden.The control unit briefly establishes a connection to the circuit via an address bus, which is located in the vicinity of the coil and the Hall sensor. The cycle time is T = 1 / f. If the time interval is chosen smaller with Δt <= T / k, a full step can be divided into k microsteps.

Die gewünschte Erneuerung der Daten erfolgt im Beispiel bei k = 6 Mikroschritten, einer Läufergeschwindigkeit von v = 0,1 m/s bei einer Schrittweite von 30 mm im Zeitintervall Δt = T/k = 0,05 Sekunden, denn T = s/v = 30 mm / 100 mm/s = 0,3 s.The desired renewal of the data takes place in the example at k = 6 microsteps, a rotor speed of v = 0.1 m / s with a step size of 30 mm in the time interval Δt = T / k = 0.05 seconds, because T = s / v = 30 mm / 100 mm / s = 0.3 s.

Die Frequenz f ist mindestens so hoch, dass alle Zeilen und Spalten durchlaufen werden, um einen Impuls und damit einen Strom in der Spule auszulösen. Bei einer Läufergeschwindigkeit von 0,12 m/s sind bei einer Teilungsperiode von 30mm mindestens 4 Impulse pro Sekunde am einzelnen Schaltkreis nötig. Die Schaltkreise sind mit einem geräteinternen Bus und einer Zwischenkreisspannung verbunden. Sie verfügen über einen Stromrichtungswechsler. Für die typischen Bewegungen eines Läufermoduls ist eine Folge von Bestromungsmustern programmiert und gespeichert Das Bestromungsmuster für die Bewegung von Läufern ergibt sich im Wesentlichen aus der Überlagerung der Bestromungsmuster von Läufermodulen.The frequency f is at least so high that all rows and columns are passed through to trigger a pulse and thus a current in the coil. At a rotor speed of 0.12 m / s, a split period of 30mm requires at least 4 pulses per second on the single circuit. The circuits are connected to a device internal bus and a DC link voltage. They have a current direction changer. For the typical movements of a runner module, a sequence of energization patterns is programmed and stored. The energization pattern for the movement of runners results essentially from the superimposition of the energization patterns of rotor modules.

Zur Steuerung der Bewegung werden die Informationen von den Hallsensoren ausgelesen ähnlich wie bei Tastaturen. Aus den Signalen werden im Rechner in harter Echtzeit Lagematrizen gespeichert, mit denen die aktuellen Positionen und Orientierungen der Läufer angegeben werden.To control the movement, the information from the Hall sensors are read out similar to keyboards. From the signals, position matrices are stored in the computer in hard real-time, with which the current positions and orientations of the runners are specified.

Die Bewegung einer Vielzahl von Läufern wird in harter Echtzeit durch Abruf von Lage- und Aktormatrizen gesteuert. Sollwerte für die aktuelle Geschwindigkeit und Beschleunigung sind zu berücksichtigen.The movement of a large number of runners is controlled in hard real-time by retrieving position and actuator matrices. Setpoints for the current speed and acceleration must be taken into account.

Die Berechnung von Bewegungsstrategien kann beispielsweise nach dem Gruppenprinzip erfolgen. Dabei ist die Darstellung der aktuellen Position des Läufers nicht erforderlich oder nicht sinnvoll. Die Zielmatrizen können mit einem Prioritätsmerkmal ausgestattet sein, das den Zeitpunkt des Eintreffens mindestens des jeweils wichtigsten Läufers am Ziel darstellt. Das kann auch als Zielzeitmatrix verstanden werden. Vom Rechnerprogramm kann daraus eine Priorität für den Bewegungsablauf berechnet werden. Daraus wird bestimmt, welcher Läufer Vorfahrt hat und mit der größten Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung agiert. Die betreffenden Spulen werden dann mit maximalem Effektivstrom betrieben. Die Haupt- und Nebenwege sollen vorgegeben werden und sich mit einem Grafikprogramm übersichtlich erstellen lassen. Damit werden auch Überhol-, Halte- und Parkbereiche markiert sowie Hindernisse.The calculation of movement strategies can be carried out, for example, according to the group principle. The representation of the current position of the runner is not necessary or not useful. The target matrices may be provided with a priority feature representing the time of arrival of at least the most important runner at the target. This can also be understood as a target time matrix. From the computer program can be calculated from a priority for the movement. From this it is determined which runner has right of way and acts with the highest speed or acceleration. The respective coils are then operated with maximum RMS current. The main and byways should be specified and can be created clearly with a graphics program. This also marks overtaking, stopping and parking areas as well as obstacles.

Einzuhaltende Abstände zwischen den Läufern können vorgegeben werden. Bis zu einer Grenzgeschwindigkeit wird eine Kollaboration, ein Anstoßen oder Drängeln zwischen den Läufern und Personen zugelassen.Stops to be kept between the runners can be specified. Up to a speed limit, a collaboration, a push or push between the runners and persons is allowed.

Im Rechner kann ein thermischer Überlastschutz programmiert werden, mit dem das Verhalten eines thermischen Motorschutzschalters nachgestaltet wird. Nach dem Stromwärmegesetz weist jede Spule in Abhängigkeit von der Zeit t einen Stromwärmeverlust von Q = I2 * R * t auf. Die Temperaturerhöhung ergibt sich aus ΔT = Q / Wärmekapazität. Bei fortdauernder Energiezufuhr stellt sich bei einer erhöhten Temperatur ein Gleichgewichtszustand ein, in der die abgegebene Wärme pro Zeitspanne der aufgenommenen elektrischen Leistung gleicht. Im Rechner wird für jede Spule mit dem ohmschen Widerstand R hinterlegt, wieviel Strom I welche Zeit t geflossen ist. Die Wärmekapazität, der Wärmeübergangskoeffizient und die beim Wärmetransport beteiligte Oberfläche lassen sich in einem Rechenmodell hinterlegen.In the computer, a thermal overload protection can be programmed, with which the behavior of a thermal motor protection switch is modeled. According to the Stromwärmegesetz, each coil has a current heat loss of Q = I 2 * R * t as a function of the time t. The temperature increase results from ΔT = Q / heat capacity. With continued energy supply, an equilibrium state arises at an elevated temperature, in which the heat released per time period equals the recorded electrical power. In the computer is deposited for each coil with the ohmic resistance R, how much current I flowed which time t. The heat capacity, the heat transfer coefficient and the surface involved in the heat transport can be stored in a mathematical model.

Die Ansteuerung der Spulen kann durch Choppern erfolgen, um den Gleichlauf des Transportsystems zu verbessern.The control of the coils can be done by choppers to improve the synchronization of the transport system.

Die Chopper-Steuerung, auch Impulssteuerung genannt, ist eine verlustarme Steuermethode für Elektromotoren. Um die gewünschten Stromwerte zu erreichen, wird entweder die Taktfrequenz oder die Einschaltdauer verändert.The chopper control, also called pulse control, is a low-loss control method for electric motors. To achieve the desired current values, either the clock frequency or the duty cycle is changed.

Die Signalerzeugung im Schaltkreis kann digital (+, - und 0) oder mit digitaler oder analoger Pulsweitenmodulation erfolgen.The signal generation in the circuit can be digital (+, - and 0) or with digital or analog pulse width modulation.

Die Steuereinheit kann ein Mikrocontroller oder ein Prozessor mit diskrete ROM, RAM und Flash- Speicher oder ein Ein-Chip-System sein mit den entsprechenden Kommunikationsschnittstellen Feldbus und geräteinterner Bus. Die Steuereinheit kann auch als separates Gerät ausgeführt sein, dass über den geräteinternen Bus mit den Schaltkreisen kommuniziert. An die Steuereinheit können auch mehrere Statormodule angeschlossen sein.The control unit may be a microcontroller or a processor with discrete ROM, RAM and flash memory or a one-chip system with the corresponding communication interfaces fieldbus and device-internal bus. The control unit can also be designed as a separate device that communicates with the circuits via the device-internal bus. It is also possible to connect a plurality of stator modules to the control unit.

Die Erfindung ist gewerblich nutzbar zur

  • - Gestaltung großflächiger, intelligenter Transport- und/oder Lagersysteme in der Logistik, z.B. bei der Sortierung von Post oder im Versand beim Online-Handel,
  • - parallelen und unabhängigen Bewegung von Objekten auf engem Raum in flexiblen Fertigungssystemen,
  • - individuellen Teilebereitstellung in der Montage.
The invention is commercially available for
  • - Design of large-scale, intelligent transport and / or storage systems in logistics, for example, in the sorting of mail or in shipping in online retail,
  • - parallel and independent movement of objects in confined spaces in flexible manufacturing systems,
  • - Individual parts provision in the assembly.

Die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind zusammengefasst:

  1. 1. Im Gegensatz zum Förderband können die Läufer mit den Objekten an Stationen warten oder aneinander vorbei zu anderen Stationen fahren, z.B. in Fertigungsstraßen.
  2. 2. Das Transportsystem verfügt über Lagerbereiche. Läufermodule mit Objekten können im Pulk zum Lager gebracht und von dort abgerufen werden.
  3. 3. Flexible Fertigungszellen können individuell mit Werkstücken und Werkzeugen versorgt werden, z.B. in der Autoindustrie. Die bisher starre Taktung des Fertigungsprozesses kann damit überwunden werden.
  4. 4. Der Teilefluss zwischen Arbeitsstationen erfolgt individuell und programmgesteuert, was für die Vernetzung von Maschinen in der modernen Fertigung nötig ist.
  5. 5. Läufermodule und Läufer lassen sich in der Gruppe entsprechend der Zielvorgabe und der Priorität bewegen.
  6. 6. Das planare Transportsystem kann im Baukastensystem ausgeführt und im Vergleich zu Planarmotoren nach dem Stand der Technik kostengünstiger gefertigt werden.
  7. 7. Ein großflächiger Stator ist aus Statormodulen zusammengesetzt, die auf einem modularen Gestellsystem befestigt sind und eine Randbegrenzung aufweisen.
  8. 8. Ein Statormodul besteht aus vorgefertigten Spulen, die mit einer Leiterkarte verbunden sind und durch Vergussmasse gehalten werden. Die Leiterkarte trägt die Schaltkreise, Leitungsführungen und Leitungsverbinder. Im Oberteil der Spulen können jeweils ein Hallsensor und/oder eine Leuchtdiode integriert angeordnet sein. Statormodule können unter einem geringen Winkel zueinander angeordnet werden, eine schiefe Ebene bilden und eine Bewegung im Raum ermöglichen.
  9. 9. Einpol-Läufermodule und Wechselpol-Läufermodule als kleinste Einheiten können selbständig und im Pulk agieren, dicht auf dem Stator geparkt werden. Mehrere Läufermodule können fest miteinander zu einem Läufer verbunden werden.
  10. 10. Läufermodule bestehen aus vorgefertigten Magnetanordnungen, die mit Hilfe einer Montagevorrichtung zu Läufern mit verschiedener Funktionsfläche montiert werden. Mit der Montagevorrichtung wird durch Versatz von Läufermodulen die Anzahl der Motorphasen bestimmt.
  11. 11. Mit einheitlich aufgebauten Signalleitungen erfolgt die Übertragung von Sensor- und Aktorsignalen parallel zwischen Statormodul, Steuereinheit und Rechner.
  12. 12. Die Bewegung der Läufer erfolgt mit Hilfe von Softwarebausteinen in Form von Bewegungsroutinen, in denen Unterprogramme aufgerufen werden. Die Steuerungshardware ist modular aufgebaut.
The advantages over the prior art are summarized:
  1. 1. In contrast to the conveyor belt, the runners can wait with the objects at stations or drive past each other to other stations, eg in production lines.
  2. 2. The transport system has storage areas. Runner modules with objects can be brought to the warehouse in bulk and retrieved from there.
  3. 3. Flexible manufacturing cells can be individually supplied with workpieces and tools, eg in the automotive industry. The hitherto rigid timing of the manufacturing process can thus be overcome.
  4. 4. The flow of parts between workstations takes place individually and programmatically, which is necessary for the networking of machines in modern production.
  5. 5. Runner modules and runners can be moved in the group according to the target and the priority.
  6. 6. The planar transport system can be executed in a modular system and manufactured more cost-effectively compared to planar motors according to the prior art.
  7. 7. A large-area stator is composed of stator modules which are mounted on a modular rack system and have a deckle.
  8. 8. A stator module consists of prefabricated coils, which are connected to a printed circuit board and held by potting compound. The circuit board carries the circuits, wiring, and wiring. In the upper part of the coils, a Hall sensor and / or a light-emitting diode can be arranged integrated in each case. Statormodule can be arranged at a slight angle to each other, form an inclined plane and allow movement in space.
  9. 9. Single-pole rotor modules and alternating pole rotor modules as the smallest units can act independently and in a cluster, being parked close to the stator. Several rotor modules can be firmly connected to a rotor.
  10. 10. Rotor modules consist of prefabricated magnet arrangements, which are mounted by means of a mounting device to runners with different functional surface. With the mounting device, the number of motor phases is determined by displacement of rotor modules.
  11. 11. The transmission of sensor and actuator signals takes place in parallel between the stator module, control unit and computer with uniformly structured signal lines.
  12. 12. The movement of the runners takes place with the aid of software components in the form of motion routines in which subroutines are called. The control hardware is modular.

Die Erfindung soll an Beispielen im Einzelnen an Hand von folgenden Zeichnungen dargelegt werden:

  • 1: Kräfte zwischen Magnet und eisenlosen Spulen
  • 2: Einpoliges Läufermodul mit magnetischer Abschirmung
  • 3: Magnet mit schräg angeordneten P-Magneten
  • 4: Wechselpol-Läufermodul
  • 5: Kräfte zwischen einpoligem Läufermodul und Statormodul in Abhängigkeit von der Läuferposition
  • 6: Kraftwirkung zwischen Wechselpol-Läufermodul und Statormodul
  • 7: Kräfte zwischen Wechselpol-Läufermodul und Statormodul in Abhängigkeit von der Läuferposition
  • 8: Läufer aus Wechselpol-Läufermodulen mit Phasenversatz
The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the following drawings:
  • 1 : Forces between magnet and ironless coils
  • 2 : Single-pole rotor module with magnetic shielding
  • 3 : Magnet with slanted P magnets
  • 4 : Change pole rotor module
  • 5 : Forces between single-pole rotor module and stator module as a function of the rotor position
  • 6 : Force effect between reversing pole rotor module and stator module
  • 7 : Forces between the alternating pole rotor module and stator module as a function of the rotor position
  • 8th : Rotor made up of alternating pole rotor modules with phase offset

1 zeigt ein planares Transportsystem (1) mit 2 Läufermodulen (2), die in einfachster Form aus einem NdFeB Magneten (7) bestehen und beispielsweise ein Format von 30 mm × 30 mm × 8 mm aufweisen, und einem Statormodul (4) aus 15 Stück Spulen (5), einer ebenen xy-Grundfläche (3), einer Leiterkarte (9), Schaltkreisen (8), Befestigungselementen (10) und Vergussmasse (19). Die Strom- und Informationsleitungen verlassen das Statormodul (4) nach unten zur Steuerungseinheit (6), was hier nicht dargestellt ist. Die Breite a des Läufermoduls (2) ist gleich dem Abstand zwischen 2 benachbarten Spulenachsen. Die Magnetisierungsrichtungen des Läufermoduls (2) und der Spulen (5) sind mit Nord oder Süd angegeben. Die Kräfte in den mit Magnetfluss durchdrungenen stromdurchflossenen Leitern entstehen aufgrund der Lorentzkraft. Dargestellt sind die magnetischen Feldlinien und die Stromrichtung in den beiden Hälften der in der Mitte geschnittenen Spulen (5) mit Punkt (Strom kommt aus der Papierebene) und Kreuz (Strom fließt in physikalischer Stromrichtung in die Papierebene). Die nach der Drei-Finger-Regel bestimmten Kraftvektoren in x- und z-Richtung sind durch Pfeile in den Richtungen x und z angegeben. 1 shows a planar transport system ( 1 ) with 2 rotor modules ( 2 ), in the simplest form of a NdFeB magnet ( 7 ) and, for example, have a format of 30 mm × 30 mm × 8 mm, and a stator module ( 4 ) from 15 pieces of coils ( 5 ), a flat xy surface ( 3 ), a printed circuit board ( 9 ), Circuits ( 8th ), Fasteners ( 10 ) and potting compound ( 19 ). The power and information lines leave the stator module ( 4 ) down to the control unit ( 6 ), which is not shown here. The width a of the rotor module (2) is equal to the distance between 2 adjacent coil axes. The magnetization directions of the rotor module ( 2 ) and the coils ( 5 ) are indicated with north or south. The forces in the flux-traversed current-carrying conductors are due to the Lorentz force. Shown are the magnetic field lines and the current direction in the two halves of the mid-cut coils ( 5 ) with dot (current comes from the paper plane) and cross (current flows in the physical flow direction in the paper plane). The force vectors in the x and z directions determined by the three-finger rule are indicated by arrows in the directions x and z.

In der Draufsicht sind die Spulen (5) nach Zeilen- und Spaltenindex nummeriert. Mit Hilfe von Vergussmasse (19) sind alle Zwischenräume ausgefüllt, so dass ein monolithischer Körper entsteht, der zu einem Stator (21) so zusammengesetzt wird, das alle Spulenachsen den gleichen Abstand voneinander aufweisen. Die Befestigungselemente (10) weisen vorteilhafter Weise einen Schnappverschluss auf, der nicht dargestellt ist, damit das Statormodul (4) von oben auf ein Gestell aufgesetzt und ausgetauscht werden kann.In the plan view, the coils ( 5 ) numbered by row and column index. With the help of potting compound ( 19 ), all interstices are filled to form a monolithic body which becomes a stator ( 21 ) is assembled so that all coil axes are the same distance from each other. The fastening elements ( 10 ) advantageously have a snap closure, which is not shown, so that the stator module ( 4 ) can be placed from above on a rack and replaced.

Der in der 1 links angeordnete Magnet (7) befindet sich in einer Halteposition zwischen 4 Spulen (5). Wird der Magnet (7) mit dem Nordpol nach unten auf Spulen (5) gelegt, die oben einen Südpol aufweisen, dann erfolgt im Zentrum des Magneten (7) eine Anziehungskraft und am Rande eine Abstoßungskraft, die die Reibung vermindert. Wird dieser Magnet (7) nach rechts ausgelenkt, verringert sich in den Spulen (5) mit den Matrixnummem 11 und 12 die nach rechts gerichtete Kraft, und es erhöht sich in den Spulen 21 und 22 die nach links gerichtete Kraft, wodurch eine stabile Lage entsteht. Wird beispielsweise der Strom in den Spulen 21 und 22 ausgeschaltet, dann bewegt sich der Magnet (7) nach rechts.The Indian 1 left magnet ( 7 ) is in a holding position between 4 coils ( 5 ). Will the magnet ( 7 ) with the north pole down on coils ( 5 ), which have a south pole above, then takes place in the center of the magnet ( 7 ) an attractive force and on the edge a repulsive force that reduces the friction. Will this magnet ( 7 ) deflected to the right, decreases in the coils ( 5 ) with the matrix numbers 11 and 12 the rightward force, and it increases in the coils 21 and 22 the left-hand force, creating a stable position. For example, if the current in the coils 21 and 22 is turned off, then the magnet moves ( 7 ) to the right.

Der rechts in 1 angeordnete Magnet (7) befindet sich nur dann in einer stabilen Halteposition, wenn in x-Richtung 2 Nachbarspulen 33 und 53 und in y-Richtung 2 Nachbarspulen 42 und 44 einen Nordpol aufweisen. Die Spule (5) mit der Matrixnummer 44 ist hier nicht dargestellt und nicht notwendig, wenn der Läufer an einer Randbegrenzung anliegt, die nicht dargestellt ist. In dieser stabilen Lage verursachen die Nachbarspulen Abstoßungskräfte auf den Magnet (7).The right in 1 arranged magnet ( 7 ) is only in a stable holding position when in the x-direction 2 neighboring coils 33 and 53 and in the y-direction 2 neighboring coils 42 and 44 have a north pole. The sink ( 5 ) with the matrix number 44 is not shown here and is not necessary if the rotor bears against a boundary which is not shown. In this stable position, the neighboring coils cause repulsive forces on the magnet ( 7 ).

Die in der Mitte vom Magnet (7) angeordneten Spulen (5) könnten auch ausgeschaltet werden. Wenn ein Magnet (7) nur mit Spulenströmen in einer Richtung angetrieben werden soll verringern sich die Kosten für die Steuerung (6) aber auch die Schubkräfte.The one in the middle of the magnet ( 7 ) arranged coils ( 5 ) could also be turned off. If a magnet ( 7 ) is to be driven only with coil currents in one direction, the cost of the control ( 6 ) but also the shear forces.

Im Weiteren soll mit Hilfe der 1 die Methode erklärt werden, wie durch grafische Darstellung der Feldlinien die Kraftvektoren F(x,y,z) mindestens qualitativ ermittelt werden können. Die Kraftvektoren F erzeugen am Läuferelement auch Drehmomentvektoren M (x,y,z) weil sie in unterschiedlichem Abstand von der xy-Grundfläche auftreten.In addition, with the help of 1 the method can be explained, how the force vectors F (x, y, z) can be determined at least qualitatively by graphical representation of the field lines. The force vectors F also generate torque vectors M (x, y, z) on the rotor element because they occur at different distances from the xy base surface.

Am Beispiel ist erkennbar, dass ein Läufermodul (2) aus einem einfachen Magnet (7) den Nachteil aufweist, dass die Feldlinien allseitig um den Magneten (7) verlaufen. Für die Krafterzeugung sind nur Feldlinien im Bereich der stromdurchflossenen Leiter nutzbar. Die Feldlinien seitlich vom Läufermodul (2) sind störend, weil im Beispiel benachbarte Läufermodule (2) abgestoßen werden.The example shows that a rotor module ( 2 ) from a simple magnet ( 7 ) has the disadvantage that the field lines on all sides around the magnet ( 7 ). For power generation, only field lines in the area of the current-carrying conductors can be used. The field lines to the side of the rotor module ( 2 ) are disturbing, because in the example adjacent rotor modules ( 2 ) are repelled.

Der links in 1 gezeigte Magnet (7) ist mit dem Nordpol zur xy-Grundfläche gerichtet und in einer Position 1 zur Hälfte über der Spule (5) mit der Matrixnummer 11 und zur anderen Hälfte über der Spule 21 angeordnet. Wird die Stromrichtung so gewählt, dass die Spulen 11 und 21 in der Nähe des Magneten (7) einen Südpol aufweisen, dann stellt sich der Magnet (7) auf diese Anziehungsposition im 1. Zustand in einen stabilen Arbeitspunkt.The left in 1 shown magnet ( 7 ) is directed with the north pole to the xy base and in one position 1 in half above the coil ( 5 ) with the matrix number 11 and the other half over the spool 21 arranged. If the current direction is chosen so that the coils 11 and 21 near the magnet ( 7 ) have a south pole, then the magnet ( 7 ) to this attraction position in the first state in a stable operating point.

In einem 2. Zustand der Position 1 wird die Stromrichtung in Spule 11 umgedreht. Der Magnet (7) wird von Spule 11 abgestoßen und von Spule 21 weiterhin angezogen. Die Reibung wird verringert. Das Läufermodul bewegt sich nach rechts bis der Nordpol des Magneten (7) über dem Südpol der Spule 21 liegt.In a 2nd state of the position 1 the current direction is in coil 11 turned around. The magnet ( 7 ) is by coil 11 repelled and from coil 21 still attracted. The friction is reduced. The rotor module moves to the right until the north pole of the magnet ( 7 ) above the south pole of the coil 21 lies.

In dieser Position 2 bzw. bereits vorher wird in einem 2. Zustand die Stromrichtung in Spule 21 umgedreht. Dadurch wird der Magnet (7) vom Nordpol der Spule 21 abgestoßen. In der Position 2 wird durch Spule 21 keine Kraft in x-Richtung erzeugt. Von der Spule 11 geht eine abstoßende Kraft und von Spule 31 eine anziehende Kraft auf den Magneten (7) aus. Beide Kräfte verursachen eine Bewegung des Magneten (7) nach rechts.In this position 2 or already before in a second state, the current direction in coil 21 turned around. This will cause the magnet ( 7 ) from the north pole of the coil 21 repelled. In position 2 is by coil 21 no force generated in the x-direction. From the coil 11 is a repulsive force and coil 31 an attractive force on the magnet ( 7 ) out. Both forces cause a movement of the magnet ( 7 ) to the right.

In Position 3 befindet sich der Magnet (7) zu einer Hälfte über der Spule 21 und zur anderen Hälfte über der Spule 31. Die Bewegung in diese Position 3 wird durch eine Stromrichtung in Spule 31 unterstützt, mit der ein Südpol erzeugt wird. Der Magnet (7) wird in die Position 3 bewegt, weil sowohl der Überdeckungsteil der Spule 21 als auch der Überdeckungsteil der Spule 31 eine Anziehungskraft ausüben. Damit ist der Magnet (7) um eine Teilungsperiode nach rechts gesprungen.In position 3 is the magnet ( 7 ) to one half over the spool 21 and the other half over the spool 31. Moving to this position 3 is supported by a current direction in coil 31, with which a south pole is generated. The magnet ( 7 ) will be in the position 3 moved because both the overlapping part of the coil 21 as well as the overlapping part of the coil 31 exert an attractive force. This is the magnet ( 7 ) jumped to the right by one graduation period.

Um die Bewegung fortzusetzen, wird in einem 2. Zustand der Position 3 die Stromrichtung in Spule 21 umgedreht. Der Magnet (7) wird von Spule 21 abgestoßen und von Spule 31 weiterhin angezogen. Eine Teilungsperiode hat im Beispiel die Länge einer Seitenlänge des Magneten (7).To continue the movement, is in a 2nd state of the position 3 the current direction in coil 21 is reversed. The magnet ( 7 ) is by coil 21 repelled and attracted by coil 31 continues. A graduation period in the example has the length of one side of the magnet ( 7 ).

Vorteilhafter Weise wird vor Erreichen der Position 2 die Spule 21 ausgeschaltet, um eine zeitweise rückwärtsgerichtete Kraft zu vermeiden. Der Bewegungsverlauf lässt sich durch Optimierung des Um- und Ausschaltpunktes der Spulenströme verbessern.Advantageously, before reaching the position 2 the sink 21 switched off to avoid a temporarily backward force. The course of movement can be optimized by optimizing the Improve switching and off point of the coil currents.

In einer Versuchsanordnung betragen beispielsweise die Spulenlänge und die Spulenbreite 20mm und die Spulenhöhe 15mm. Der Draht mit einem Drahtdurchmesser von 0,1 mm wurde auf einen magnetisch nichtleitenden rechteckigen Kern von 6mm × 6mm mit 7300 Windungen gewickelt und verbacken. Der Kern wurde entfernt und durch Pressen wurde die quadratische Form zusätzlich ausgeprägt, um eine dichte Packung zu erreichen. Der Magnet (7) aus NdFeB hatte ein Format von 30mm × 30mm × 3mm. Mit einer Federwaage wurde im Zugversuch statisch eine Haltekraft von 0,5 N gemessen.For example, in one experimental setup, the coil length and coil width are 20mm and the coil height is 15mm. The wire with a wire diameter of 0.1 mm was wound on a magnetic non-conductive rectangular core of 6mm × 6mm with 7300 turns and baked. The core was removed and by pressing the square shape was additionally pronounced to achieve a dense packing. The magnet (7) made of NdFeB had a format of 30mm × 30mm × 3mm. With a spring balance, a holding force of 0.5 N was measured statically in the tensile test.

In 2 wird ein einpoliges Läufermodul (13) gezeigt, bei dem um den Magnet (7) herum 4 P-Magnete (12) angeordnet sind, deren Magnetisierungsrichtungen parallel zur xy-Grundfläche (3) verlaufen. Die P-Magnete (12) führen in Anlehnung an die Halbach-Magnetanordnung wegen Überlagerung der Magnetfelder an der Läuferunterseite (17) zu einer Verstärkung der Magnetflussdichte und an der Läuferoberseite (16) zu einer Schwächung.In 2 is a single-pole rotor module ( 13 ), in which the magnet ( 7 ) around 4 P magnets ( 12 ) whose magnetization directions are parallel to the xy base surface ( 3 ). The P magnets ( 12 ) lead based on the Halbach magnet arrangement due to superimposition of the magnetic fields on the rotor underside ( 17 ) to an increase of the magnetic flux density and on the rotor upper side ( 16 ) to a weakening.

Die Abschirmung (20) bewirkt, dass die Feldlinien am Rand des Läufermoduls (13) im Eisen verlaufen.The shielding ( 20 ) causes the field lines at the edge of the rotor module ( 13 ) in the iron.

Mit Vergussmasse (19) sind der Magnet (7), die P-Magnete (12), die Abschirmung (20) und mindestens ein Befestigungselement (10) zur Halterung mindestens eines Objektträgers über Klebespalte verbunden. Zur Verringerung des Haft- und Gleitreibungskoeffizienten und zur Geräuschreduzierung kann die Vergussmasse (19) auch auf der Läuferunterseite (17) angeordnet sein. Durch Verguss in einer Form mit glatter Oberfläche und unter Verwendung von Trennmittel lässt sich eine ausreichend ebene Gleitfläche ohne Nachbearbeitung erzielen. Die unter 1 dargestellte Versuchsanordnung wurde dahingehend geändert, dass 4 P-Magnete 12) im Format 30mm × 10mm × 5mm mit dem Magneten (7) verbunden wurden. Die Haltekraft hat sich dadurch auf 1,0 N erhöht, also verdoppelt.With potting compound ( 19 ) are the magnet ( 7 ), the P magnets ( 12 ), the shielding ( 20 ) and at least one fastener ( 10 ) for holding at least one slide via adhesive gaps. To reduce the coefficient of static friction and sliding friction and to reduce noise, the potting compound ( 19 ) also on the runner underside ( 17 ) can be arranged. By casting in a mold with a smooth surface and using release agent, a sufficiently flat sliding surface without finishing can be achieved. The under 1 has been modified so that 4 P magnets 12) in the format 30mm × 10mm × 5mm with the magnet ( 7 ). The holding force has thereby increased to 1.0 N, so doubled.

In 3 wird auf der rechten Seite des Magneten (7) gezeigt, dass die P-Magnete (12) nach außen gekippt angeordnet werden können, um den Magnetfluss tiefer in die Spulen (5) zu lenken und die nach der Seite gerichtete magnetische Wirkung zu verringern. Auf der linken Seite des Magneten (7) sind schräg geschichtet angeordnete P-Magnete (12) dargestellt.In 3 will be on the right side of the magnet ( 7 ) showed that the P magnets ( 12 ) can be tilted outwards to lower the magnetic flux into the coils ( 5 ) and to reduce the magnetic effect directed to the side. On the left side of the magnet ( 7 ) are obliquely stacked arranged P magnets ( 12 ).

In 4 wird ein Wechselpol-Läufermodul (14) gezeigt, das 4 Magneten (7), P-Magneten (12), die magnetische Abschirmung (20) und eine Gleitplatte durch Kleben verbunden sind. In 4 is a Wechselpol runner module ( 14 ), the 4 magnets ( 7 ), P magnets (12), the magnetic shield ( 20 ) and a sliding plate are connected by gluing.

Die Magnetisierungsrichtung benachbarter Magnete (7) ist entgegen gerichtet. Die Befestigung (18) besteht aus magnetisch leitfähigem Material und vermindert den magnetischen Widerstand im Kreis der Magnete (7).The magnetization direction of adjacent magnets ( 7 ) is directed against. The attachment ( 18 ) consists of magnetically conductive material and reduces the magnetic resistance in the circle of magnets ( 7 ).

Die 5 zeigt ein einpoliges Läufermodul (13) nach 2 in unterschiedlichen Positionen gegenüber den Spulen (5) auf dem Statormodul (4). Der Abstand der Spulenachsen ist so groß wie die Seitenlänge a des einpoligen Läufermoduls (13). Die Kräfte werden qualitativ aus dem Verlauf der Magnetfeldlinien und der Stromrichtung ermittelt und in der 5 in Form von Pfeilen in x- und z-Richtung angegeben. In den Spulenhälften wirken Schubkräfte und Abstoßungs- bzw. Schwebekräfte in Abhängigkeit von der Stromrichtung. Zunächst wird davon ausgegangen, dass jeder Stromimpuls den gleichen Betrag aufweist.The 5 shows a single-pole rotor module ( 13 ) to 2 in different positions with respect to the coils ( 5 ) on the stator module ( 4 ). The distance of the coil axes is as large as the side length a of the single-pole rotor module ( 13 ). The forces are qualitatively determined from the course of the magnetic field lines and the current direction and in the 5 indicated in the form of arrows in the x and z directions. In the bobbin halves, shear forces and repulsive or levitation forces act as a function of the current direction. First, it is assumed that each current pulse has the same amount.

Das Läufermodul (13) befindet sich, wie in 1 mit dem links angeordneten Magneten (7) dargestellt, zwischen 4 Spulen, von denen wieder nur 2 Spulen dargestellt sind. Zum Verständnis sind die am einpoligen Läufermodul (13) angreifenden Kräfte in Positionen angegeben, die um jeweils ¼ einer Teilungsperiode a versetzt sind.The rotor module ( 13 ) is located as in 1 with the magnet arranged on the left ( 7 ), between 4 coils, of which again only 2 coils are shown. For understanding, the single-pole rotor module ( 13 ) forces in positions which are offset by ¼ of a graduation period a.

Die Kraftverläufe beim einpoligen Läufermodul (13) unterscheiden sich von denen beim Magneten nach 1.

  • - Position x = a zeigt die schon erläuterte Halteposition, wenn dem Nordpol des einpoligen Läufermoduls (13) 2 Südpole von den Spulen (5) gegenüber stehen. Das Läufermodul (13) steht im stabilen Gleichgewicht und wird angezogen. Wird an der gleichen Position die Stromrichtung in der linken Spule (5) gewechselt, dann tritt an beiden Seiten der Spule (5) eine Kraft in x-Richtung auf. Das Läufermodul (13) wird an der linken Seite angehoben.
  • - In Position x = a + a/4 wurde die Stromrichtung in der Spule mit der Matrixnummer 21 gewechselt. In 3 Spulenhälften wird eine Antriebskraft in x-Richtung erzeugt. In 2 Spulenhälften tritt eine Abstoßungskraft auf.
  • - In Position x = a + a/2 liegt ein instabiler Zustand vor wie in 1 mit dem rechts angeordneten Magneten (7) gezeigt Vor Erreichen dieser Position ist die Stromrichtung zu wechseln, um zusätzliche Kraft in x-Richtung zu erzeugen. Durch die dargestellte Bestromung der benachbarten Spulen (5) werden zusätzliche Kräfte in x-Richtung erzeugt. Auf das Läufermodul (13) wird durch Abstoßungs- und Anziehungskräfte am Hebelarm ein Drehmoment um die y-Achse erzeugt.
  • - In Position x = a + 3/2a tritt wiederum in 3 Spulenhälften die gewünschte Antriebskraft auf und in 2 Spulenhälften eine Abstoßungskraft.
  • - Position x = 2a zeigt die Kraftverhältnisse wie in Position x = a. Wenn die Stromrichtung in der Spule 31 nicht gewechselt wird, dann wird keine Kraft in x-Richtung erzeugt und das Läufermodul (13) verharrt in einer stabilen Position. Wird die Stromrichtung in Spule 31 gewechselt, dann entstehen in 2 Spulenhälften Kräfte in x-Richtung und in einer der beiden Spulenhälften eine Abstoßungskraft.
The force curves in the single-pole rotor module ( 13 ) differ from those of the magnet 1 ,
  • Position x = a shows the already explained holding position when the north pole of the single-pole rotor module ( 13 ) 2 south poles of the coils ( 5 ) are opposite. The rotor module ( 13 ) is in stable equilibrium and is attracted. If at the same position the current direction in the left coil ( 5 ), then occurs on both sides of the coil ( 5 ) a force in the x-direction. The rotor module ( 13 ) is raised on the left side.
  • - In position x = a + a / 4, the current direction in the coil with the matrix number became 21 changed. In 3 Coil halves, a driving force is generated in the x direction. In 2 Coil halves occurs a repulsive force.
  • - In position x = a + a / 2 there is an unstable state as in 1 with the magnet on the right ( 7 ) Before reaching this position, the current direction must be changed in order to generate additional force in the x-direction. Due to the illustrated energization of the adjacent coils ( 5 ) additional forces are generated in the x-direction. On the runner module ( 13 ) is generated by repulsion and attraction forces on the lever arm, a torque about the y-axis.
  • In position x = a + 3 / 2a, the desired driving force occurs again in 3 coil halves and in 2 coil halves a repulsive force.
  • - Position x = 2a shows the force relationships as in position x = a. If the current direction in the coil 31 is not changed, then no force is generated in the x-direction and the rotor module ( 13 ) remains in a stable position. If the current direction in coil 31 is changed, forces in x-direction arise in two coil halves and in one of the two coil halves a repulsive force.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass bei der Bewegung über eine Periode x = a
die Spule 11 nur beim Übergang von der Halteposition in die Startposition umgeschaltet wird,
die Spule 21 nur bei x = a + a/4 kurzzeitig umgeschaltet wird,
die Spule 31 bei x = 2a + a/4 umgeschaltet wird.
In summary, it can be stated that during the movement over a period x = a
the sink 11 is switched only at the transition from the stop position to the start position,
the sink 21 only temporarily switched over at x = a + a / 4,
the coil 31 is switched at x = 2a + a / 4.

Der Vorgang des Umschaltens der Spulen (5) erfolgt periodisch und ist vom Feldlinienverlauf des Läufermoduls (13) und vom Verhältnis des Abstandes der Spulenachsen zur Läuferlänge a abhängig.The process of switching the coils ( 5 ) takes place periodically and is from the field line course of the rotor module ( 13 ) and the ratio of the distance of the coil axes to the rotor length a dependent.

Der Gleichlauf lässt sich durch Wahl des Umschaltzeitpunktes für die Spulenströme bzw. zeitweises Abschalten des Spulenstromes optimieren.The synchronization can be optimized by selecting the switching time for the coil currents or temporarily switching off the coil current.

Während des Bewegungsvorganges sind alle Spulen (5) aktiv, in denen Magnetfelder vom Läufermodul (13) wirken.During the movement process, all coils ( 5 ) in which magnetic fields from the rotor module ( 13 ) Act.

In der Position x=a ist ein dicht anliegendes weiteres einpoliges Läufermodul (13) gezeigt. In der Position x = a wird im anliegenden Läufermodul (13) keine x-Antriebskraft erzeugt aber in den restlichen Positionen. Das anliegende Läufermodul (13) lässt sich andocken, wenn die Spule 31 an der Spulenoberseite einen Nordpol aufweist.In the position x = a is a close-fitting another single-pole rotor module ( 13 ). In the position x = a, in the adjacent rotor module ( 13 ) no x-drive power is generated but in the remaining positions. The adjacent rotor module ( 13 ) can dock when the coil 31 has a north pole on the coil top.

In 6 und 7 werden für das in 4 dargestellte Wechselpol-Läufermodul (14) die Kraftwirkungen in Abhängigkeit von der Position gegenüber dem Statormodul (4) in Schritten von x = a/4 dargestellt. Vorteilhaft ist das tiefere Eindringen der Feldlinien in den Spulenbereich aufgrund der P-Magnete besonders in der Läufermitte und die starke Ausprägung von Feldlinien parallel zur xy-Grundfläche (3). Die Bestimmung der Stromrichtung in den Spulen (5) zur Durchführung einer Bewegung in x-Richtung erfolgt mit der Drei-Finger-Regel. Zur Hilfe ist im Bild unten links vereinfacht gezeigt, wie bei gegebener grafisch ermittelter Hauptrichtung des Magnetfeldes die Stromrichtung zu wählen ist. So lässt sich für beliebige Magnet- und Spulenanordnungen der Um- oder Ausschaltzeitpunkt des Stromes bestimmen oder die notwendige Stromstärke. Durch Shoppern des Stromes lässt sich die Stromamplitude verändern und damit der Gleichlauf verbessern.In 6 and 7 be in for the 4 illustrated alternating pole rotor module ( 14 ) the force effects as a function of the position relative to the stator module ( 4 ) in steps of x = a / 4. Advantageous is the deeper penetration of the field lines in the coil area due to the P magnets, especially in the middle of the rotor and the strong expression of field lines parallel to the xy base ( 3 ). The determination of the current direction in the coils ( 5 ) for performing a movement in the x-direction takes place with the three-finger rule. For help, the picture below shows in simplified form how to choose the current direction for a given graphically determined main direction of the magnetic field. Thus, for any desired magnet and coil arrangements, it is possible to determine the switch-on or switch-off time of the current or the required current intensity. By shopping the current, the current amplitude can be changed, thus improving the synchronization.

Die Spulen mit den Matrixnummern 11, 21, 31 und 41 sind bei einer Bewegung in x-Richtung nach dem dargestellten Muster zu bestromen. Bei Bewegung in Richtung der negativen x-Achse werden sämtliche Stromrichtungen vertauscht. Dadurch wechseln auch die Kräfte in z-Richtung das Vorzeichen. Um das Bewegungsverhalten zu optimieren, beispielsweise um die Reibkräfte weiter zu reduzieren, können für Fahrten vorwärts und rückwärts unterschiedliche Bestromungsmuster berechnet werden.The coils with the matrix numbers 11 . 21 , 31 and 41 are to be energized in a movement in the x-direction according to the illustrated pattern. When moving in the direction of the negative x-axis, all current directions are reversed. As a result, the forces in the z-direction change the sign. In order to optimize the movement behavior, for example in order to further reduce the frictional forces, it is possible to calculate different energization patterns for forward and reverse travel.

Wie bei Fig. 4 für das einpolige Läufermodul (13) dargestellt, ist hier erkennbar, dass eine dichte Aneinanderreihung und Parallelanordnung von Wechselpol-Läufermodulen (14) realisierbar und eine Bewegung im Pulk möglich ist.As in FIG. 4 for the single-pole rotor module ( 13 shown here, that a tight juxtaposition and parallel arrangement of Wechselpol-rotor modules ( 14 ) and a movement in the crowd is possible.

8 gibt einen Läufer (15) an, der aus 3 Wechselpol-Läufermodulen (14) zusammengesetzt ist. Diese sind durch Vergussmasse (19) untereinander, mit der Abschirmung (20) am Umfang und mit einer biegesteifen, magnetisch leitfähigen Befestigung (18) verbunden. Die Befestigungselemente (10) und das zu transportierende Objekt sind nicht dargestellt. Die Spulen (5) sind wie in 1 im Statormodul (4) vergossen. Ein Wechselpol-Läufermodul (14) hat wie in 3 angegeben eine Breite von 2a. Am Läuferrand ist ein schmalerer P-Magnet (12) angeordnet. Die P-Magnete (12) zwischen den Magneten (7) können auch schmaler ausgeführt werden und zwischen den P-Magneten (12) und den Magneten (7) kann ein Spalt bestehen, der beispielsweise mit Vergussmasse (19) ausgefüllt ist. Die Abschirmung entfällt im Inneren des Läufers. 8th gives a runner ( 15 ), which consists of 3 alternating pole rotor modules ( 14 ) is composed. These are by casting compound ( 19 ) with each other, with the shield ( 20 ) on the circumference and with a rigid, magnetically conductive attachment ( 18 ) connected. The fastening elements ( 10 ) and the object to be transported are not shown. The spools ( 5 ) are like in 1 in the stator module ( 4 ) shed. A Wechselpol runner module (14) has as in 3 indicated a width of 2a. At the runner's edge is a narrower P-magnet ( 12 ) arranged. The P magnets ( 12 ) between the magnets ( 7 ) can also be made narrower and between the P magnets ( 12 ) and the magnet ( 7 ) may be a gap, for example, with potting ( 19 ) is filled out. The shield is omitted inside the runner.

Die einzelnen Spulen (5) mit den Matrixnummern 11, 21, 31, 41, 51 und 61 sind räumlich versetzt angeordnet und werden zeitabhängig kommutiert. Im Beispiel beträgt der Abstand zwischen den Spulenachsen a + a/6. Das entspricht einem 6phasigen Motor. Der Phasenversatz kann auch n-phasig sein, wenn n der Anzahl von einpoligen Läufermodulen (13) entspricht. Damit erhöhen sich die Anforderungen an die Programmierung der Steuerung. Für die Bewegung jedes Wechselpol-Läufermoduls (14) ist ein Bestromungsmuster bereitzustellen, dass zur richtigen Zeit positionsgerecht ausgegeben wird. Zur Steuerung eines Läufers (15) mit Phasenversatz werden die Bestromungsmuster der Wechselpol-Läufermodule (14) verwendet und der zeitliche Versatz in der Bestromung rechnerisch berücksichtigt.The individual coils ( 5 ) with the matrix numbers 11 . 21 , 31, 41, 51 and 61 are arranged spatially offset and are commutated time-dependent. In the example, the distance between the coil axes is a + a / 6. This corresponds to a 6-phase motor. The phase offset can also be n-phase, if n corresponds to the number of single-pole rotor modules (13). This increases the requirements for programming the controller. For the movement of each alternating pole rotor module ( 14 ) is to provide a Bestromungsmuster that is output in the correct position at the right time. To control a runner ( 15 ) with phase offset, the energization patterns of the Wechselpol-rotor modules ( 14 ) and calculates the time offset in the current supply.

Läufer (15) können auch aus Einphasen-Läufermodulen (13), die in 2 dargestellt sind, mit Phasenversatz gefertigt werden. In dem Falle sind zwischen 2 Einphasen-Läufermodulen (13) 2 Stück P-Magnete (12) angeordnet, die mit entgegengesetzter Polarisierung aneinander grenzen.Runner ( 15 ) can also be made of single-phase rotor modules ( 13 ), in the 2 are shown, are manufactured with phase offset. In that case, between 2 single-phase rotor modules (13) are 2 pieces P magnets ( 12 ), which adjoin one another with opposite polarization.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Transportsystemtransport system
22
Läufermodulrunner module
33
xy-Grundflächexy Area
44
Statormodulstator module
55
SpuleKitchen sink
66
Steuerung, SteuereinheitControl, control unit
77
Magnetmagnet
88th
Schaltkreiscircuit
99
LeiterkartePCB
1010
Befestigungselementfastener
1111
Rechnercomputer
1212
P-MagnetP-magnet
1313
einpoliges Läufermodulsingle-pole rotor module
1414
Wechselpol-LäufermodulAlternating-pole rotor module
1515
Läuferrunner
1616
LäuferoberseiteRunners top
1717
LäuferunterseiteRunners bottom
1818
Befestigungattachment
1919
Vergussmassepotting compound
2020
Abschirmungshielding
2121
Statorstator
2222
HallsensorHall sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 4426865 A1 [0017]DE 4426865 A1 [0017]

Claims (15)

Planares Transportsystem (1) und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten mit - mindestens einem Läufermodul (2), das sich in einer ebenen xy-Grundläche (3) frei in x- und in y-Richtung verschieben kann, - mindestens einem Statormodul (4) mit ebener xy-Grundfläche (3), das aus matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Spulen (5) besteht, deren Symmetrieachse senkrecht zur xy-Grundfläche (3) angeordnet sind, - mindestens einer Führung des Läufermoduls (2) auf dem Statormodul (4) in der xy-Grundfläche (3), - mindestens einer Stromzuführung für die Spulen (5) und - mindestens einer Steuerung für die Spulenströme dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Läufermodul (2) mindestens aus einem ebenen Magneten (7) hoher magnetischer Feldstärke mit quadratischer xy-Hauptfläche besteht, der eine Magnetisierung senkrecht zur xy-Hauptfläche aufweist, b) die Spulen (5) in Zeilen und Spalten in einem gleichmäßigen Abstand der Spulenachsen nebeneinander angeordnet sind, c) jedes Läufermodul (2) während der Bewegung stets mit mindestens 2 Spulenabschnitten in magnetischer Wechselwirkung steht, wodurch tangential in x- und y-Richtung und orthogonal in z-Richtung Kräfte entstehen, d) die Spulendrähte jeder Spule (5) mit mindestens einem elektronischen Schaltkreis (8) zum individuellen Schalten des Stromes und zur individuellen Wahl der Stromrichtung verbunden sind, e) der Schaltkreis (8) mit Betriebsspannung versorgt wird und impulsförmig Spulenstrom in verschiedener Stromrichtung in die Spule (5) einprägt, f) nach jedem Impuls der Strom eine kurze Zeit Δt fließt, g) die Schaltkreise (8) auf einer Leiterkarte (9) angeordnet sind, h) die Schaltkreise (8) durch eine Steuerung (6) individuell mit Informationen versorgt werden und i) das Läufermodul (2) mindestens ein Befestigungselement (10) zur Objektaufnahme und das Statormodul (4) Befestigungen (18) zur Positionierung auf einem Gestell aufweist.Planar transport system (1) and method for the simultaneous, independent handling of objects with - at least one rotor module (2), which can move freely in x and y direction in a flat xy base surface (3), - at least one stator module (4) with a flat xy base (3), which consists of matrix-like arranged in rows and columns coils (5) whose axis of symmetry are perpendicular to the xy base surface (3), - at least one guide of the rotor module (2) on the Stator module (4) in the xy base area (3), - at least one power supply for the coils (5) and - at least one controller for the coil currents, characterized in that a) a rotor module (2) at least one planar magnet (7) high magnetic field strength with square xy main surface having a magnetization perpendicular to the xy main surface, b) the coils (5) in rows and columns in a uniform distance of the coil axes next to each other c) each rotor module (2) is always in magnetic interaction with at least two coil sections during the movement, whereby forces arise tangentially in the x and y directions and orthogonal in the z direction, d) the coil wires of each coil (5) e) the circuit (8) is supplied with operating voltage and impresses pulse-shaped coil current in different current direction in the coil (5), f) according to at least one electronic circuit (8) for individual switching of the current and for individual choice of the current direction g) the circuits (8) are arranged on a printed circuit board (9), h) the circuits (8) are individually supplied with information by a controller (6) and i) the rotor module ( 2) at least one fastening element (10) for object reception and the stator module (4) has fasteners (18) for positioning on a frame. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass a) die vom Läufermodul (2) ausgehende räumlich verteilte Magnetflussdichte in Wechselwirkung mit dem räumlich verteilten Magnetfeld der Spule (5) nach dem Lorentz-Gesetz in Vektorform in jedem finiten Volumenelement der Spule (5) eine räumliche Kraftwirkung erzeugt, b) die in Wirkverbindung mit dem Läufermodul (2) stehenden Spulen (5) Kräfte und Drehmomente auf das Läufermodul (2) erzeugen, die sowohl für die Bewegung in x-Richtung als auch in y-Richtung und bei Schrägfahrten in der xy-Grundfläche (3) sowohl zur Erzeugung einer Kraftkomponente in x-Richtung als auch gleichzeitig einer Kraftkomponente in y-Richtung nutzbar sind, c) die Kraft von der Position des Läufermoduls (2) gegenüber dem Statormodul (4), von der Stromstärke und der Stromrichtung, von der Geschwindigkeit und Beschleunigung, von der Magnetart und Magnetanordnung im Läufermodul (2) und der Spulenart und Spulenanordnung im Statormodul (4) abhängig ist, d) von jeder in Wirkverbindung zum Läufermodul (2) stehenden Spule (5) ein Kraftvektor und ein Drehmomentvektor im Raum ausgehen und die Summe der Vektoren einer Spulengruppe die Bewegung des Läufermoduls (2) bestimmen, e) in jeder Position des Läufermoduls (2) ein Bestromungsmuster für die in Wirkverbindung mit dem Läufermodul (2) stehenden Spulen (5) errechnet und aus dem Speicher der Steuerung (6) aufgerufen wird, f) mit Hilfe von Softwaremodulen eine Reihenfolge von Bestromungsmustern gebildet wird, um die Bewegung zu steuern, g) alle Spulen (5), die in Wechselwirkung mit dem Läufermodul (2) stehen, einschließlich benachbarter Spulen (5), die nicht vorrangig das Bewegungsverhalten bestimmen, in die Krafterzeugung einbezogen werden.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to Claim 1 characterized in that a) the spatially distributed magnetic flux density emanating from the rotor module (2) interacts with the spatially distributed magnetic field of the coil (5) according to the Lorentz law in vector form in each finite volume element of the coil (5) generates a spatial force effect, b ) the coils (5), which are in operative connection with the rotor module (2), generate forces and torques on the rotor module (2) which are suitable both for the movement in the x-direction and in the y-direction and for oblique movements in the xy-base ( 3) can be used both for generating a force component in the x-direction and at the same time a force component in the y-direction, c) the force of the position of the rotor module (2) relative to the stator module (4), of the current and the current direction of the speed and acceleration depends on the type of magnet and magnet arrangement in the rotor module (2) and the coil type and coil arrangement in the stator module (4), d) of each in Wirkve b) a force vector and a torque vector in the space and the sum of the vectors of a coil group determine the movement of the rotor module (2), e) in each position of the rotor module (2) an energization pattern for the in Active connection with the rotor module (2) standing coils (5) and calculated from the memory of the controller (6) is called, f) with the aid of software modules, an order of Bestromungsmustern is formed to control the movement, g) all coils (5 ) interacting with the rotor module (2), including adjacent coils (5) that do not primarily determine the motion behavior in which force generation is involved. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass a) ein einpoliges Läufermodul (13) aus mehreren Permanentmagneten (7) besteht und eine Magnetanordnung bildet, b) im Zentrum des Läufermoduls (2) ein quadratischer Magnet (7) mit hoher magnetischer Feldstärke in der xy-Hauptfläche angeordnet ist, c) an den Seitenflächen des Magneten (7) 2 bis 4 Stück P-Magnete (12) angeordnet sind, deren Magnetisierungsrichtung parallel zur xy-Hauptfläche und senkrecht zur Seitenfläche des Magneten (7) verläuft, d) die P-Magnete (12) mindestens auf zwei gegenüber liegenden Seitenflächen des Magneten (7) angeordnet sind und eng aneinandergrenzen, e) der Magnetisierungsvektor der P-Magnete (12) so gewählt ist, dass gleiche Pole vom Magneten (7) und den P-Magneten (12) im Bereich der xy-Hauptfläche aneinander grenzen, f) die P-Magnete (12) senkrecht zur xy-Hauptfläche höher sind als der Magnet (7), wenn der P-Magnet (12) in Magnetisierungsrichtung flacher ist als der Magnet (7), g) die P-Magnete (12) nicht länger sind als die Seitenlänge des Magneten (7), h) oder mindestens ein P-Magnet (12) gegenüber der Seitenfläche des Magneten (7) an der Oberseite des Magneten (7) schräg nach außen gekippt angeordnet ist, i) oder die P-Magnete (12) mindestens an einer Seitenfläche des Magneten (7) an der Oberseite schräg nach außen gekippt sind und die P-Magnete (12) geschichtet und seitlich versetzt angeordnet sind, j) die Läufermodule auf mindestens einer Außenseite eine magnetische Abschirmung tragen.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 1 and 2 characterized in that a) a unipolar rotor module (13) consists of a plurality of permanent magnets (7) and forms a magnet arrangement, b) in the center of the rotor module (2) a square magnet (7) with high magnetic field strength in the xy main surface is arranged , c) on the side surfaces of the magnet (7) 2 to 4 P-magnets (12) are arranged, the magnetization direction parallel to the xy-main surface and perpendicular to the side surface of the magnet (7), d) the P-magnets (12 ) are arranged at least on two opposite side surfaces of the magnet (7) and close together, e) the magnetization vector of the P magnets (12) is selected so that the same pole of the magnet (7) and the P-magnet (12) in Contiguous to the xy major surface area, f) the P magnets (12) are higher than the magnet (7) perpendicular to the xy major surface when the P magnet (12) is flatter in the direction of magnetization than the magnet (7), g) the P magnets (12) not län ger than the side length of the magnet (7), h) or at least one P-magnet (12) is tilted obliquely outwards relative to the side surface of the magnet (7) on the upper side of the magnet (7), i) or the P-magnets (12) at least on one side surface of the magnet (7) tilted at the top obliquely outwards and the P-magnets (12) are layered and arranged laterally offset, j) the rotor modules on at least one outer side wear a magnetic shield. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass a) zwischen dem Magneten (7) und den angrenzenden P-Magneten (12) ein Klebespalt besteht, der mit einer nicht magnetisch leitenden Vergussmasse (19) ausgefüllt ist, b) die Magnete (7), die P-Magnete (12) und die Abschirmung (20) starr miteinander verbunden sind, c) die Vergussmasse (19) Gleiteigenschaften besitzt und in Form einer dünnen Schicht auf der Läuferunterseite (17) angeordnet ist, d) oder an der Läuferoberseite (16) die Vergussmasse (19) zusätzlich zwischen dem Magneten (7) und den P-Magnete (12) angeordnet ist, um eine zusätzliche Verbindung zu schaffen, e) oder zusätzlich mindestens ein Befestigungselement (10) zum Halten des Objektträgers in die Vergussmasse (19) eingegossen ist, f) oder auf der Läuferunterseite (17) ein Gleitbelag aufgeklebt ist.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to Claim 3 characterized in that a) between the magnet (7) and the adjacent P-magnets (12) there is an adhesive gap which is filled with a non-magnetically conductive potting compound (19), b) the magnets (7), the P-magnets (12) and the shield (20) are rigidly interconnected, c) the potting compound (19) has sliding properties and is arranged in the form of a thin layer on the rotor underside (17), d) or on the rotor upper side (16) the potting compound ( 19) is additionally arranged between the magnet (7) and the P magnets (12) in order to create an additional connection, e) or additionally at least one fastening element (10) for holding the object carrier is cast into the potting compound (19), f) or on the runner underside (17) a sliding coating is glued. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Wechselpol-Läufermodul (14) aus 4 wechselpolig angeordneten Läufermodulen (13) besteht, b) zwischen den Magneten (7) jeweils ein P-Magnet (12) angeordnet ist, wobei an der der xy-Hauptfläche zugewandten Seite des Magneten (7) gleiche Pole von Magnet (7) und P-Magnet (12) nebeneinander angeordnet sind, c) die Magnete (7) an der Läuferoberseite (16) durch eine Befestigung (18) aus magnetisch leitfähigem Material fest verbunden sind, d) mindestens an einem Teil des Umfanges eine magnetische Abschirmung (20) angeordnet ist, e) die Magnete (7) und P-Magnete (12), die Befestigung (18) und die magnetische Abschirmung (20) mit Vergussmasse (19) befestigt sind und f) auf der Läuferunterseite (17) eine Gleitschicht aus Vergussmasse oder ein Gleitbelag aufgebracht ist.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects after at least one of Claims 1 to 4 characterized in that a) a Wechselpol-rotor module (14) consists of 4 mutually alternating rotor modules (13), b) between the magnets (7) each have a P-magnet (12) is arranged, wherein at the xy-main surface facing Side of the magnet (7) the same poles of magnet (7) and P-magnet (12) are arranged side by side, c) the magnets (7) on the rotor upper side (16) by a fastening (18) made of magnetically conductive material are firmly connected d) at least at one part of the circumference a magnetic shield (20) is arranged, e) the magnets (7) and P-magnets (12), the attachment (18) and the magnetic shield (20) with potting compound (19) are fixed and f) on the rotor underside (17) a sliding layer of potting compound or a sliding coating is applied. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 nach einem Verfahren zur programmgesteuerten Gestaltung von Läufern (15) aus einpoligen Läufermodulen (13) oder Wechselpol-Läufermodulen (14) unter Nutzung von Mitteln des Transportsystems (1) dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens 2 einpolige Läufermodule (13) oder 2 Wechselpol-Läufermodule (14) durch mindestens eine magnetisch nicht leitfähige Befestigung (18) lösbar verbunden sind, b) die Montage programmgesteuert erfolgt und einpolige Läufermodule (13) oder Wechselpol-Läufermodule (14) angedockt, verriegelt, entriegelt oder getrennt werden, c) oder mindestens 2 Wechselpol-Läufermodule (14) mit mindestens einer magnetisch leitfähigen Befestigung (18), die an der Läuferoberseite (16) mit den Magneten (7) lösbar verbunden ist, programmgesteuert verbunden werden, d) dazu im Bereich des Transportsystems (1) eine Hubvorrichtung mit einem Elektromagneten angeordnet ist, e) die Elemente zur Befestigung (18) durch Läufermodule (2) der Hubvorrichtung zugeliefert werden.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to one or more of Claims 1 to 5 according to a method for the program-controlled design of rotors (15) from unipolar rotor modules (13) or alternating pole rotor modules (14) using means of the transport system (1), characterized in that a) at least 2 single-pole rotor modules (13) or 2 Wechselpol- Runner modules (14) by at least one magnetically non-conductive attachment (18) are detachably connected, b) the program is program-controlled and unipolar rotor modules (13) or Wechselpol runner modules (14) docked, locked, unlocked or separated, c) or at least 2 Wechselpol-rotor modules (14) with at least one magnetically conductive attachment (18) on the rotor upper side (16) releasably connected to the magnets (7) are programmatically connected, d) to the transport system (1) a lifting device is arranged with an electromagnet, e) the elements for fastening (18) by rotor modules (2) of the lifting device are supplied. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens ein Statormodul (4) aus zeilen- und spaltenweise angeordneten Spulen (5) mit hoher Windungszahl besteht, die in Vergussmasse (19) eingebettet sind, b) die xy-Grundfläche (3) durch die maximalen Maße einer Leiterkarte begrenzt wird, c) die Befestigungselemente (10) zwischen Statormodul (4) und Gestell oder zwischen Statormodulen (4) in der Vergussmasse (19) gehalten werden, d) die Befestigungelemente (10) so ausgeführt sind, das das Statormodul (4) von oben gesteckt, fixiert und gelöst werden kann, e) oder in der Vergussmasse (19) Wärmeleitelemente in der Nähe der Spulen (5) eingeschlossen sind, f) oder mindestens eine Spule (5) mindestens im oberen Bereich, der der xy-Grundfläche (3) zugewandt ist, einen quadratischen Innenraum und außen einen quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist, g) oder mindestens in Teilen der Spule (5), vorzugweise im unteren Bereich und im Bereich des Mantels der Spule (5) die Spulendrähte schräg angeordnet sind und der Winkel zwischen der xy-Grundfläche und den schräg gewickelten Drähten am Umfang 45° beträgt, h) oder mindestens unter einem Teil der Spulen (5) ein magnetisch leitfähiges Blech angeordnet ist, i) oder zwischen der Grundplatte und der Deckplatte des Statormoduls (4) Stützelemente aus magnetisch nicht leitfähigem Material angeordnet sind, j) oder zwischen den Stützelementen eine Kühlplatte angeordnet ist, die mit den Spulen (5) wärmeleitend verbunden ist, k) oder die Statordeckplatte aus transparentem Gleitmaterial besteht.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects after at least one of Claims 1 to 2 characterized in that a) at least one stator module (4) consists of lines and columns arranged coils (5) with high number of turns, which are embedded in potting compound (19), b) the xy base surface (3) by the maximum dimensions of a C) the fastening elements (10) between stator module (4) and frame or between stator modules (4) in the potting compound (19) are held d) the fastening elements (10) are designed so that the stator module (4) can be inserted from above, fixed and released, e) or in the potting compound (19) heat conducting elements in the vicinity of the coil (5) are included, f) or at least one coil (5) at least in the upper region of the xy base surface (3) facing, has a square interior and outside a square cross section with rounded corners, g) or at least in parts of the coil (5), preferably in the lower region and in the region of the shell of the coil (5) the coil wires s häg are arranged and the angle between the xy base and the helically wound wires at the periphery is 45 °, h) or at least under a part of the coils (5) is arranged a magnetically conductive sheet, i) or between the base plate and the cover plate supporting elements of magnetically nonconductive material are arranged, j) or between the support elements, a cooling plate is arranged, which is thermally conductively connected to the coils (5) of the stator module (4), k) or the stator cover plate is made of transparent sliding material. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 1 bis 2 - zur Beschreibung des Verfahrens der prinzipiellen Bewegungserzeugung in offener Steuerkette, - zur Bewegung eines Läufermoduls (2) in x-Richtung oder in y-Richtung auf der xy-Grundfläche, - auf zeilenweise in x-Richtung angeordneten Spulen (5) mit ganzzahliger Nummerierung m = 1 ... i, - spaltenweise in y-Richtung angeordneten Spulen(5) mit ganzzahliger Nummerierung n = 1...j, - mit Schaltkreisen (8), mit denen die Spulen (5) mit den Matrixnummem mn mit Strom unterschiedlicher Richtung versorgt werden oder der Strom ausgeschaltet wird und - einer Steuerung (6) zur Betätigung der Schaltkreise (8) dadurch gekennzeichnet, dass a) in einem 1. Schritt mindestens ein Läufermodul (2) oder ein Magnet (7) gegenüber dem Statormodul (4) in einer Halteposition mittig zwischen zwei benachbarten Spulen 11 und 12 fixiert ist, die Spulen (5) mit den Matrixnummern 11 und 12 in y-Richtung jeweils zur Hälfte und in x-Richtung über der gesamte Länge überdeckt sind, die Spulen 11 und 12 mit Strom gleicher Richtung versorgt werden und sich die unterschiedlichen Pole von Magnet (7) und Spule (5) anziehen, b) in einem 2. Schritt sich das Läufermodul (2) in x-Richtung in eine Startposition bewegt, wenn die beiden Spulen 11 und 12 umgepolt werden, das Läufermodul (2) von diesen Spulen (5) abgestoßen wird, die benachbarten Spulen 21 und 22 so mit Strom versorgt werden, dass das Läufermodul (2) angezogen wird, c) in einem 3. Schritt die beiden Spulen 21 und 22 umgepolt werden, um das Läufermodul (2) senkrecht zur xy-Ebene abzustoßen, die nächsten Nachbarspulen 31 und 32 so mit Strom versorgt werden, dass der Läufer in Bewegungsrichtung angezogen wird und in x-Richtung in eine neue stabile Zwischenposition springt, d) die Zwischenposition von der Startposition den Abstand einer Teilungsperiode T aufweist, die dem Abstand zwischen 2 Spulenachsen entspricht, e) von einer Startposition oder einer Zwischenposition in entsprechender Weise ein weiterer Sprung in x-Richtung oder y-Richtung erfolgt oder der Läufer eine Halteposition einnimmt f) oder die Spulen 21 und 22 vor Erreichen der Zwischenposition zum Erreichen eines gleichmäßigeren Bewegungsverlaufes ausgeschaltet werden g) der Magnet (7) eine Bewegung um eine halbe Teilungsperiode ausführt, wenn die Nachbarspulen 31 und 32 nicht umgeschaltet werden, der Magnet (7) sowohl von den Nachbarspulen 11 und 12 als auch von den Nachbarspulen 31 und 32 abgestoßen wird und die Spulen 21 und 22 ausgeschaltet sind.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 1 to 2 - For the description of the method of principle motion generation in open timing chain, - For moving a rotor module (2) in the x-direction or in the y-direction on the xy-base, - line-wise in the x-direction coils (5) with integer numbering m = 1 ... i, - coils (5) arranged in columns in the y-direction with integer numbering n = 1 ... j, - with circuits (8), with which the coils (5) with the matrix numbers mn with current different direction are supplied or the power is turned off and - a controller (6) for actuating the circuits (8) characterized in that a) in a first step at least one rotor module (2) or a magnet (7) relative to the stator module ( 4) is fixed centrally in a holding position between two adjacent coils 11 and 12, the coils (5) are covered with the matrix numbers 11 and 12 in the y-direction in each case half and in the x-direction over the entire length, the coils 11 and 12 with st om the same direction are supplied and the different poles of magnet (7) and coil (5) tighten, b) moves in a second step, the rotor module (2) in the x direction in a start position when the two coils 11 and 12 are reversed, the rotor module (2) is repelled from these coils (5), the adjacent coils 21 and 22 are energized so that the rotor module (2) is tightened, c) in a third step, the two coils 21st and 22 are reversed to repel the rotor module (2) perpendicular to the xy plane, the next adjacent coils 31 and 32 are energized so that the rotor is attracted in the direction of movement and jumps in the x direction in a new stable intermediate position, d ) the intermediate position from the starting position has the spacing of a pitch period T which corresponds to the distance between two coil axes, e) from a starting position or an intermediate position in a corresponding manner another jump in the x-direction or y- Direction takes place or the rotor occupies a holding position f) or the coils 21 and 22 are turned off before reaching the intermediate position to achieve a more uniform motion path g) the magnet (7) performs a movement by half a division period, when the adjacent coils 31 and 32 are not switched are ejected, the magnet (7) from both the adjacent coils 11 and 12 and from the neighboring coils 31 and 32 and the coils 21 and 22 are turned off. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 2 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass a) mehrere Läufermodule (2) in Bewegungsrichtung dicht oder im Abstand von einem ganzzahligen Vielfachen der Teilungsperiode angeordnet sind und bewegt werden, b) senkrecht zur Bewegungsrichtung im Abstand von mindestens einer Teilungsperiode oder einem ganzzahligen Vielfachen der Teilungsperiode zwischen 2 Spulenreihen angeordnet sind, c) die Bewegung der Läufermodule (2) durch synchrones Umschalten des Stromes in den Spulen (5) erfolgt, d) mehrere Läufermodule (2) auf einem Statormodul (4) in einer dichten Folge nacheinander oder parallel dicht nebeneinander angeordnet sind und im Pulk bewegt werden, e) oder das Fixieren der Läufermodule (2) in einem Bereich erfolgt, wo magnetisch leitfähiges Material an der Unterseite der Spulen (5) angeordnet ist und der Spulenstrom ausgeschaltet wird.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 2 and 8th characterized in that a) a plurality of rotor modules (2) are arranged in the direction of movement dense or spaced from an integer multiple of the pitch period and moved, b) arranged perpendicular to the direction of movement at a distance of at least one pitch period or an integral multiple of the pitch period between 2 rows of coils c) the movement of the rotor modules (2) takes place by synchronously switching the current in the coils (5), d) a plurality of rotor modules (2) are arranged on a stator module (4) in a tight sequence one after the other or parallel next to one another and in the E) or the fixing of the rotor modules (2) takes place in a region where magnetically conductive material is arranged on the underside of the coils (5) and the coil current is switched off. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens 2 Stück einpolige Läufermodule (13) mit gleicher Magnetisierungsrichtung auf einer magnetisch nicht leitfähigen Befestigung (18) zu einem Läufer (15) fest verbunden sind, b) die Länge a des einpoligen Läufermoduls (13) gleich dem Abstand der Spulenachsen ist c) oder der Abstand der Spulenachsen a +/- a/n beträgt, wobei die Phasenanzahl n der Anzahl der Läufermodule (13) oder einem ganzzahligen Bruchteil der Anzahl von Läufermodulen (13) im Läufer (15) entspricht und die Spulen (5) phasenweise zeitversetzt mit Strom versorgt werden, d) oder mindestens 2 Stück Wechselpol-Läufermodule(14) an der Magnetoberseite mit einer magnetisch leitfähigen Befestigung (18) fest verbunden sind, e) die Länge des Wechselpol-Läufermoduls (14) 2a gleich dem 2fachen Abstand der Spulenachsen ist f) oder der Abstand der Spulenachsen a +/- a/n beträgt, wobei die Phasenanzahl n der Anzahl der Läufermodule (14) oder einem ganzzahligen Bruchteil der Anzahl von Läufermodulen (14) im Läufer (15) entspricht und die Spulen (5) phasenweise zeitversetzt mit Strom versorgt werden, g) oder in den Läufern (15) die P-Magnete (12) schmaler als die Magnete (7) ausgeführt sind h) oder die hauptsächliche Bewegungsrichtung des Läufers im Winkel von 45° zu den zeilen- und spaltenweise angeordneten Spulen (5) erfolgt, i) oder die zylindrischen Spulen (5) in dichtester Kreispackung angeordnet sind.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 3 and 4 characterized in that a) at least 2 pieces of single-pole rotor modules (13) with the same direction of magnetization on a magnetically non-conductive attachment (18) to a rotor (15) are fixed, b) the length a of the unipolar rotor module (13) equal to the distance the coil axes is c) or the distance of the coil axes is a +/- a / n, wherein the number of phases n corresponds to the number of rotor modules (13) or an integral fraction of the number of rotor modules (13) in the rotor (15) and the coils (5) are phased out in phase, d) or at least 2 pieces Wechselpol runner modules (14) are firmly connected to the magnet top with a magnetically conductive attachment (18), e) the length of the Wechselpol-rotor module (14) 2a equal f) or the distance of the coil axes is a +/- a / n, wherein the number of phases n of the number of rotor modules (14) or an integer fraction of the number ahl of rotor modules (14) in the rotor (15) corresponds and the coils (5) are phased in time supplied with power, g) or in the runners (15), the P-magnets (12) are made narrower than the magnets (7) h) or the main direction of movement of the rotor at an angle of 45 ° to the row-wise and column-wise arranged coils (5) takes place, i) or the cylindrical coils (5) are arranged in close-packed circular packing. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach Anspruch 3 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass a) die Verbindung zwischen Läufermodulen (2) zu einem Läufer (15) durch eine biegeelastische Befestigung (18) erfolgt, b) im Falle der Verbindung von Wechselpol-Läufermodulen (14) die biegeelastische Befestigung (18) aus magnetisch leitfähigem Material besteht, c) biegeelastische zu transportierende Objekte fest mit der biegeelastischen Befestigung (18) verbunden sind, um die Objekte zu verformen oder auszurichten, d) starre Objekte auf der biegeelastischen Befestigung (18) gelenkig festgehalten werden, damit sich die xy-Hauptfläche des Läufers (15) verbiegen und anpassen kann.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to Claim 3 or 5 characterized in that a) the connection between rotor modules (2) to a rotor (15) by a flexurally elastic attachment (18), b) in the case of the connection of Wechselpol-rotor modules (14), the flexurally elastic attachment (18) of magnetically conductive Material is, c) flexurally elastic objects to be transported firmly connected to the flexurally elastic attachment (18) to deform or align the objects, d) rigid objects on the flexurally elastic attachment (18) are articulated so that the xy main surface of the Runner (15) can bend and adjust. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass a) in mindestens einer Spule (5) in der Nähe der xy-Grundfläche (3) im Bereich der Spulenachse ein digitaler Hallsensor (22) angeordnet ist, der bei Überdeckung mit dem Läufer (15) eine Schaltinformation liefert und b) die Information multiplex über das Bussystem an einen Rechner (11) übertragen wird, c) oder mindestens ein Läufer (15) oder ein zu transportierendes Objekt mit mindestens einem programmierbaren Transponder ausgestattet ist, d) oder ein Läufer (15) mit mindestens 3 Transpondern ausgestattet ist, die im Abstand zueinander auf dem Läufer (15) befestigt sind, e) oder in mindestens einer Spule (5) in der Nähe der xy-Grundfläche (3) im Bereich der Spulenachse eine Signallampe angeordnet ist, die bei Bestromung der zugehörigen Spule (5) leuchtet und mindestens ein Läufermodul (2) oder Läufer (15) auf den beleuchteten Bereich des Statormoduls (4) gelegt wird.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 1 and 2 characterized in that a) in at least one coil (5) in the vicinity of the xy base surface (3) in the region of the coil axis, a digital Hall sensor (22) is arranged, which provides a switching information when overlapping with the rotor (15) and b ) the information is multiplexed via the bus system to a computer (11), c) or at least one runner (15) or an object to be transported is equipped with at least one programmable transponder, d) or a runner (15) with at least 3 transponders equipped e) or in at least one coil (5) in the vicinity of the xy base surface (3) in the region of the coil axis, a signal lamp is arranged, which when energized the associated Coil (5) lights up and at least one rotor module (2) or rotor (15) is placed on the illuminated area of the stator module (4). Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Wagen aus einem Gestell besteht, das oberhalb des Läufermoduls (2) oder des Läufers (15) angeordnet ist, b) am Gestell mindestens 3 Kugelrollen befestigt sind, die sich in der xy-Grundfläche (3) bewegen, c) der Wagen mit dem gleitend geführten Läufermodul (2) oder Läufer (15) in x- und y-Richtung gelenkig oder formschlüssig verbunden ist d) und die Gleitfläche des Stators (21) hart genug ausgeführt ist, um die Hertzsche Pressung der Kugeln aufzunehmen.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 1 and 2 characterized in that a) a carriage consists of a frame which is arranged above the rotor module (2) or the rotor (15), b) at least 3 ball rollers are mounted on the frame, which move in the xy base surface (3) c) the carriage is hingedly or positively connected to the slidably guided runner module (2) or runner (15) in the x and y directions d) and the sliding surface of the stator (21) is made hard enough to withstand the Hertzian pressure of To pick up balls. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Läufermodul (2) durch gleichzeitige Bewegung in x- und y-Richtung auf einer Kreisbahn mit dem Radius r nach der Formel y = Wurzel (r2 - x2) geführt wird und eine Drehung um eine Achse senkrecht zur xy-Grundfläche (3) erfährt, b) ein 2. Läufermodul (2) um 180° versetzt auf der gleichen Kreisbahn bewegt wird, c) auf jedem Läufermodul (2) ein Gelenk angeordnet ist, d) ein Objektträger gelenkig zwischen den Drehpunkten der Läufermodule (2) angeordnet ist und e) der Mittelpunkt der Kreisbahn in x- und y- Richtung verschoben wird, f) oder ein Läufer (15) mit seinem Magnetfeld mit einer Gruppe von Spulen (5) in Wirkverbindung steht, die Spulengruppierung ein vom Rechner gesteuertes Bestromungsmuster aufweist, g) das Bestromungsmuster auf Grundlage von Sollwerten aus der Überlagerung einer Drehbewegung φ um eine feste Achse und einer Bewegung des Achsmittelpunktes auf einer Bahnkurve y(x) berechnet wird, h) die Bestromungsmuster schrittweise ausgegeben werden und die Bewegung als Schrittmotor oder geregelt unter Nutzung eines Wegmesssystems erfolgt.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 1 and 2 characterized in that a) a rotor module (2) is guided by simultaneous movement in the x and y directions on a circular path with the radius r according to the formula y = root (r 2 - x 2 ) and a rotation about an axis perpendicular b) a second runner module (2) is moved on the same circular path offset by 180 °, c) a joint is arranged on each runner module (2), d) a slide is articulated between the pivot points the rotor module (2) is arranged and e) the center of the circular path is displaced in the x and y direction, f) or a rotor (15) with its magnetic field is in operative connection with a group of coils (5), the coil grouping g) the Bestromungsmuster based on set values from the superposition of a rotational movement φ about a fixed axis and a movement of the axial center on a trajectory y (x) is calculated, h) the Bestromungsmuster stepwise output and the movement is carried out as a stepping motor or regulated using a position measuring system. Planares Transportsystem und Verfahren zum gleichzeitigen, unabhängigen Handhaben von Objekten nach den Ansprüchen 1, 2 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass a) ein Rechner (11) in Form einer übergeordneten Steuerung, mit mindestens einer Steuereinheit (6) durch einen Feldbus verbunden ist, b) mindestens ein Statormodul (4) mit einer Steuereinheit (6) verbunden ist, die aus den Daten des Rechners (11) die Spulenadresse und die Art der Bestromung und somit ein Bestromungsmuster in harter Echtzeit erzeugt und als Regler arbeitet, c) die Ansteuerung der Schaltkreise (8) von der Steuereinheit (6) digital oder mit analoger oder digitaler Pulsweitenmodulation erfolgt, d) die Informationen von den Hallsensoren (22) über die Schaltkreise (8) an die Steuereinheit (6) über einen geräteinternen Bus in harter Echtzeit in Form einer Positionsmatrix übermittelt werden.Planar transport system and method for the simultaneous, independent handling of objects according to the Claims 1 . 2 and 8th characterized in that a) a computer (11) in the form of a higher-level control, is connected to at least one control unit (6) by a field bus, b) at least one stator module (4) is connected to a control unit (6) which consists of Data of the computer (11) generates the coil address and the type of energization and thus a Bestromungsmuster in hard real time and works as a controller, c) the control of the circuits (8) from the control unit (6) takes place digitally or with analog or digital pulse width modulation, d) the information from the Hall sensors (22) via the circuits (8) are transmitted to the control unit (6) via a device-internal bus in hard real time in the form of a position matrix.
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