EP3807926A1 - Conveying device for conveying at least one wafer - Google Patents

Conveying device for conveying at least one wafer

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Publication number
EP3807926A1
EP3807926A1 EP19729462.2A EP19729462A EP3807926A1 EP 3807926 A1 EP3807926 A1 EP 3807926A1 EP 19729462 A EP19729462 A EP 19729462A EP 3807926 A1 EP3807926 A1 EP 3807926A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transport
stator
transport body
magnets
actuating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19729462.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heike Raatz
Bas Verhelst
Joachim Frangen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3807926A1 publication Critical patent/EP3807926A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
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    • H01L21/67736Loading to or unloading from a conveyor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65GTRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G2811/00Indexing codes relating to common features for more than one conveyor kind or type
    • B65G2811/06Devices controlling the relative position of articles
    • B65G2811/0647Changing the direction of movement of articles or bulk material
    • B65G2811/0668Magnetic or electrostatic devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65GTRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G54/00Non-mechanical conveyors not otherwise provided for
    • B65G54/02Non-mechanical conveyors not otherwise provided for electrostatic, electric, or magnetic
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • Conveyor device for conveying at least one wafer
  • the present invention relates to a conveying device for conveying at least one wafer and a method for operating the same.
  • Magnetic levitation is preferably used for the floating transport and / or for the positioning and / or orientation of the at least one wafer.
  • the solution presented here can preferably be used in the field of semiconductor production.
  • transport systems are conventionally used, which move the wafers in defined lanes or rails.
  • defined lanes or rails generally only allow a movement, also referred to as a one-dimensional movement, which has the disadvantage in particular that the wafers are transported in a defined order and, in particular, it is generally not possible to advance a rear wafer in front of a front one ,
  • a transport device for transporting at least one wafer, with at least one transport body, the transport body being set up at least for carrying or holding at least one wafer and the transport device being set up to carry the at least one transport body in at least two dimensions on one To move the transportation area.
  • a wafer is generally a disk that is used in particular in microelectronics, photovoltaics and / or microsystem technology, for example circular or square, about one millimeter thick. These wafers or wafers are regularly made from single or polycrystalline (semiconductor) blanks, so-called ingots, and generally serve as a substrate (base plate) for electronic components, including for integrated circuits (IC, "chip”), micromechanical components and / or photoelectric coatings.
  • IC integrated circuits
  • chip micromechanical components and / or photoelectric coatings.
  • the transport body is designed for carrying and / or holding at least one wafer.
  • the at least one wafer (above) can be positioned on the transport body, below the transport body or next to the transport body.
  • the transport body can also be designed to carry and / or hold a stack of several wafers.
  • the transport body is further configured to move individual wafers out of the stack of wafers and, if appropriate, back into the stack.
  • the transport body can have one or more forks, each of which is set up to hold or carry at least one wafer or a stack of several wafers.
  • the transport body can have a tray (in the form of a plate) which is set up in such a way that at least one wafer or a stack of multiple wafers can be deposited.
  • the tray has a fixing element which is set up to releasably fix one or more wafers placed on the tray (during transport).
  • the transport device is set up to move the at least one transport body at least two-dimensionally (or possibly even three-dimensionally) on a transport surface.
  • the transport device is set up to move the at least one transport body along an at least two-dimensional or even three-dimensional transport path (on the transport surface).
  • a two-dimensional movement is characterized in particular by the fact that it takes place in one plane.
  • the transport body can be moved in six degrees of freedom.
  • the solution proposed here enables in particular a particularly advantageous trans port system for semiconductor production, in which one or more wafers can be conveyed freely on a conveying surface or in one plane.
  • This movement also referred to here as two-dimensional, advantageously allows more flexible transport of at least one wafer, in particular to a processing station and / or within a processing station.
  • semiconductor manufacturing plants in particular so-called cluster tools, can be better designed.
  • the conveying device is set up to convey the at least one transport body in a controlled manner in a suspended manner.
  • this relates in particular to a contactless or contactless transport of the transport body.
  • the conveying device is designed in the manner of a magnetic transport system or the suspended conveyance is implemented magnetically.
  • Pending transportation is particularly advantageous in connection with cleanrooms, such as those used in semiconductor manufacturing, since this can further reduce the risk of possible contamination of the cleanrooms.
  • a magnetic implementation is particularly advantageous here if the transport is to take place under vacuum conditions. In particular outside of such vacuum conditions, compressed air systems could also be used, for example, which provide an air cushion under the transport body, for example.
  • the conveying device further has a stator, the conveying device being set up to convey the at least one transport body in a controlled manner relative to the stator.
  • the stator can have a plurality of movably arranged adjusting magnets, each of which is connected to the stator via an adjusting element, the adjusting element being set up to change a position and / or an orientation of the associated adjusting magnet relative to the stator in a controlled manner;
  • the at least one transport body has at least two stationary magnets which are connected to the transport body in such a way that the at least two stationary magnets are immovable relative to the transport body;
  • the stator and the at least one transport body can be magnetically coupled by means of the at least two station arm magnets and the plurality of actuating magnets; and the conveying device can be set up to convey the at least one transport body relative to the stator by controlled positioning and / or orientation of the plurality of actuating magnets by means of the actuating elements.
  • the at least one transport body can have a plurality of movably arranged actuating magnets, each of which is connected to the transport body via an actuating element, the actuating element being set up to control the position and / or orientation of the associated actuating magnet relative to the transport body in a controlled manner to change;
  • the stator has at least two stationary magnets which are connected to the stator in such a way that the at least two stationary magnets are immovable relative to the stator;
  • the at least one transport body and the stator can be magnetically coupled by means of the at least two stationary magnets and the plurality of actuating magnets;
  • the conveying device can be configured to convey the at least one transport body relative to the stator by means of the actuating element by means of a controlled positioning and / or orientation of the plurality of actuating magnets.
  • a transport device with a stator for the controlled transport of a transport body relative to the stator is proposed in particular for providing a floating transport.
  • a controlled transport of a transport body relative to a stator is advantageously made possible by one of the two elements having a plurality of at least partially movably arranged actuating magnets, the respective position and / or orientation of which relative to this element are predefined in a controlled manner via actuating elements can, and the other of the two elements via at least two immovably connected with this element tionärmagneten, the stationary magnets are magnetically coupled with actuating magnets.
  • the conveying device is set up to convey the transport body relative to the stator by controlled positioning and / or orientation of actuating magnets. Transporting in particular includes bringing the at least one transport body into a desired position and / or orientation relative to the stator.
  • this enables complete magnetic levitation of the transport body in six degrees of freedom, i.e. in three translational and three rotational degrees of freedom relative to the stator.
  • This has the advantage that the transport body can be transported more flexibly than with conventional systems.
  • This also offers the advantage that levitation and / or forward movement of the transport body relative to the stator can be made possible by appropriate positioning and / or orientation of the actuating magnets by means of the respective actuating elements.
  • This makes it possible to dispense with the provision of a complex arrangement and control of magnetic coils. This not only reduces the complexity of the transport device and thus the manufacturing costs, but also allows the use of permanent magnets, which can often provide a much higher flux density than magnetic coils that can be used for such purposes. This in turn can enable a greater lifting height or a larger air gap between the stator and the transport body, which can result in greater freedom of movement for movements in the Z direction and or in the pitch and roll angle range.
  • an interruption in the supply of electrical energy does not necessarily lead to a malfunction or even cause damage.
  • an interruption in the power supply does not lead to a loss of the magnetic field or the magnetic coupling between the stator and the transport body.
  • the coupling forces between the actuating magnets and the stationary magnets can increase as soon as the position and / or the orientation of the actuating magnets yields to the attractive force of the stationary magnets, whereupon the transport body is pulled onto the stator and thus against uncontrolled Falling back is secured.
  • this advantageous embodiment offers the advantage that the magnetic coupling between the stator and the transport body can both bring about a levitation of the transport body, ie a stroke above the stator, and also a movement of the transport body relative to the stator, ie transportation, without further touching or non-contacting systems would be absolutely necessary.
  • This enables a contactless transport, so that the transport device can also be used in environments with increased cleanliness requirements (such as the cleanrooms mentioned above in semiconductor production).
  • the transport body can be transported in an environment with increased cleanliness requirements, while the stator is arranged outside in an environment with lower cleanliness requirements. Through an air gap between the stator and the transport body, for example, separating elements can run in order to separate the various areas of cleanliness.
  • the conveying device is thus also suitable for use in chemical processes, for example in the chemical field of semiconductor production, and for example in gas-tight, liquid-tight and / or encapsulated areas.
  • the advantage can be made possible that magnetic coils do not have to be provided in the transport body or in the stator, so that heating of the transport body and / or the stator by currents occurring in such coils can be avoided.
  • This favors the use of the conveying device in heat-critical environments or for conveying heat-sensitive objects and improves the energy efficiency of the conveying device, since the dissipation of electrical energy can be reduced.
  • decoupling of the transport body or the conveying device from vibrations and / or vibrations and / or structure-borne sound waves can also be achieved in an efficient manner, as a result of which the conveying device can also be used when conveying sensitive objects, such as Semiconductor products, can be used in a particularly advantageous manner.
  • the conveying device preferably has a plurality of actuating magnets and / or a plurality of stationary magnets.
  • the actuating magnets and / or the stationary magnets are particularly preferably arranged over a conveying surface in or on the stator or in or on the transport body, so that the transport body can be levitated and / or conveyed along the conveying surface. In this way, a larger Be can be generated, in which the transport body can be transported.
  • the actuating magnets have a total of a number of degrees of freedom which is at least as large as the number of degrees of freedom of the transport body in which the transport body is to be conveyed or positioned in a controlled manner.
  • control magnets can be set up such that the transport body interacts with at least six control magnets at any time.
  • the magnetic field of the actuating magnets and / or the magnetic field of the at least two stationary magnets faces the conveying surface, i.e. a magnetic pole faces the promotional area.
  • the transport area is the area along which the transport body is transported in a controlled manner relative to the stator.
  • the conveying surface can coincide with a stator plane and / or an active surface of the stator.
  • the transport area is particularly preferably in a (transport) plane.
  • the transport surface can also be curved and / or run with at least one kink or discontinuous.
  • a surface lying between the stator and a transport body levitated by the stator can represent the conveying surface.
  • the magnetic coupling between the actuating magnet and the stationary magnet can be increased or optimized.
  • the magnetic poles of the actuating magnets and stationary magnets face one another or are arranged such that their magnetic fields have an overlap and / or interact.
  • the magnetic fields are preferably minimized in directions facing away from the conveying surface.
  • the conveying device is set up to convey at least two transport bodies on the conveying surface along different transport routes (in a controlled manner relative to the stator), in particular in such a way that a transport body can overtake another transport body.
  • waiting zones can also be formed, in particular in such a way that one waiting transport body can let another pass.
  • an overtaking transport body maintains a (predefined) minimum distance from the other transport body. The minimum distance is in this Relationship in particular predefined in such a way that the overtaking transport body does not impair the magnetic levitation of the other transport body.
  • the conveying device be set up to convey at least two transport bodies on the conveying surface along an at least two-lane conveying path (in a controlled manner relative to the stator).
  • multi-lane transport routes can advantageously be made possible on the conveying surface, as a result of which the production capacity can be increased before.
  • the conveying device is set up to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) to a (wafer) processing station and / or the wafer transported by means of the transport body in a processing station to position and / or align (orient).
  • the processing station can be, for example, a chemical processing station, a lithographic processing station or an examination station in which the wafer can be examined, for example, by means of a microscope.
  • the conveying device can be set up to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) to a warehouse or storage for wafers and / or the wafer transported by means of the transport body in a warehouse or storage to position and / or align (orient) wafers.
  • the conveying device is preferably set up to convey the at least one transport body from and / or from a storage or storage for wafers to egg ner and / or into a processing station.
  • the conveying device is further preferably configured to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) through a (wafer) processing station. Furthermore, the conveying device can be set up to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) along a (wafer) processing station in such a way that the wafer transported by means of the transport body is conveyed through the (wafer) processing station , In addition, the transport device can be set up to use the of the transport body to position and / or align (orient) the wafer transported during the transport through the processing station in the processing station.
  • an environment with increased cleanliness requirements can be set in the processing station.
  • the transport body for example a holder or gripper or pliers of the transport body, projects into the processing station for moving the wafer into the processing station.
  • This part of the transport body can be arranged upstream of the processing station, for example
  • Alignment of the wafer (the position of the wafer) in the processing station can take place, for example, by inclining the transport body relative to the transport surface and / or by rotating the transport body about its vertical axis.
  • a positioning of the wafer (the position of the wafer) in the processing station can also be carried out, for example, by a (two-dimensional) movement along the conveying surface and / or a rotation of the transport body about its vertical axis.
  • An inclination of the transport body relative to the conveying surface can also be advantageous during the conveying along the conveying surface, since this may result in an increased conveying speed. For example, a (targeted) inclination of the transport body could prevent the wafer from falling off while the transport body is accelerating.
  • the at least two stationary magnets and / or the actuating magnets each have at least one permanent magnet.
  • This has the advantage that the use of magnetic coils in the stator and / or in the transport body can be reduced or even completely avoided and thus the energy consumption of the transport device can be reduced.
  • a magnetic field that is very strong compared to magnetic coils can be generated by means of permanent magnets, which magnetic field can also be provided in a small space.
  • permanent magnets when using permanent magnets to provide the magnetic field, it is not necessary to supply the magnets with electrical power, as is the case, for example, when using magnetic coils.
  • permanent magnets do not dissipate electrical power and therefore do not contribute to an undesirable one Heating of the conveyor.
  • a stationary magnet and / or an actuating magnet particularly preferably have only one or more permanent magnets, without additionally having magnet coils. In this way, it can be avoided, for example, that the transport body must be contacted with a supply line for electrical energy which is an obstacle to locomotion.
  • a permanent magnet (at a point on the surface) provides a magnetic flux density of at least 0.05 T, preferably at least 0.1 T, more preferably at least 0.25 T, even more preferably at least 0.5 T, particularly preferably at least 0.75T, most preferably at least 1T.
  • permanent magnets can be selected such that the forces and moments required for transport and / or positioning of the transport body are achieved through the selected flux densities. Magnets with a larger flux density can serve, for example, to effect a larger stroke and / or to effect higher accelerations and / or to transport heavier loads with the transport body.
  • a control magnet preferably has a magnet group, which preferably has a plurality of permanent magnets and / or magnet coils.
  • the stationary magnets preferably also form at least one magnet group, the magnet group preferably having a plurality of permanent magnets and / or magnetic coils.
  • the magnets in such a way that the plurality of magnets are oriented or arranged in such a way that their magnetic dipoles are not aligned in parallel or not point in the same direction, in particular not all are aligned parallel to the straight line.
  • a non-parallel arrangement of the dipoles can be advantageous for a controlled transport or movement of the transport body in all six degrees of freedom.
  • the plurality of permanent magnets and / or magnetic coils of the at least one magnet group is particularly preferably at least partially arranged according to a Halbach array.
  • This offers the advantage that the magnetic fields generated by the several magnets are strengthened in one direction away from the Halbach array and reduced in another direction away from the Halbach array or even completely extinguished.
  • This can be advantageous, for example, in that the magnetic fields between in one direction the stator and the transport body can be reinforced, while the magnetic fields are reduced in other directions or even completely extinguished.
  • the magnetic field can thus be used for levitation in a particularly efficient manner and / or the magnets having a Halbach array can be arranged adjacent to one another, in particular in a narrow space, without adversely affecting one another.
  • the Halbach arrays are preferably arranged in such a way that a magnetic field of the magnetic group preferably extends to the transport surface or active surface.
  • the total weight and / or the moment of inertia of the magnets can be reduced by the arrangement as a Halbach array with the same coupling forces and moments.
  • the most preferred are flat arrangements of magnets which form Halbach arrays in different spatial directions in order to transmit high forces and moments in all degrees of freedom.
  • the actuating element preferably has a drive element which is set up to change the position and / or the orientation of the actuating magnet connected thereto in a controlled manner.
  • a drive element can have an electric motor, which is connected directly or via a gear and / or a linkage to the actuating magnet in order to move it.
  • a drive element can be set up in such a way that several actuating magnets can be moved with it.
  • Such arrangements have the advantage that the actuating magnets connected to an actuating element can be individually changed in their position or orientation.
  • the actuating element can be set up such that it can rotate the actuating magnet (s) about an axis and / or a center of gravity of the actuating magnet.
  • a drive element can be set up so that more than one degree of freedom of the at least one actuating magnet can be moved.
  • the actuating element further preferably has a sensor element which is set up to determine the position and / or the orientation of the actuating magnet connected to the actuating element. This makes it possible to regulate the orientation and / or position of the actuating magnet and to effect the desired effect in an efficient and effective manner by means of the actuating magnet.
  • the actuating element further preferably has a control element which is set up to set the position and / or the orientation of the actuating magnet connected to the actuating element to a predetermined value by means of the drive.
  • control element can have a control and / or regulating unit, by means of which the movement of the actuating magnet is controlled and / or regulated via the drive element.
  • the Positioning or orientation of the actuating magnet is particularly quick and / or successful.
  • a transport device can also have a position determination unit, which is set up to determine a relative position and / or orientation of the at least one transport body relative to the stator.
  • the position determination unit can have optical sensors and / or capacitive sensors and / or magnetic field sensors, such as Hall sensors, which at least partially determine a position and / or orientation of the transport body relative to the stator based on the magnetic field caused by a transport body ,
  • a method for operating a transport device proposed here is also proposed, the at least one transport body being moved freely on the transport surface to a desired position and / or orientation.
  • Figure 1 shows schematically a conveyor device according to a preferred embodiment in a plan view.
  • FIGS. 2A to 2E show conveying devices according to preferred embodiments in a schematic representation.
  • Figures 3A and 3B show a transport body according to a preferred embodiment.
  • FIGS. 4A to 4M show different arrangements of stationary magnets or of magnet groups in a schematic representation in a top view.
  • FIGS. 5A to 5C show preferred embodiments of a transport body.
  • Figure 6 shows a transport body according to a preferred embodiment with a set function.
  • FIGS. 7A to 7D show stators according to preferred embodiments in a schematic illustration.
  • FIGS. 8A to 8E show exemplary arrangements of magnet groups or actuating magnets.
  • Figures 9A to 9H show preferred embodiments of actuating magnets and magnet groups and preferred arrangements.
  • FIGS. 10A and 10B show schematic representations of preferred embodiments of adjusting elements.
  • Figure IOC shows a block diagram of an exemplary principle of operation of a
  • FIG. 11 shows a preferred embodiment of a position determination unit.
  • FIG. 12 shows an exemplary control diagram.
  • FIGS. 13A to 13C show preferred embodiments of conveying devices.
  • FIG. 14 shows a preferred embodiment of a conveying device.
  • FIG. 15 shows an exemplary process flow diagram.
  • Figure 1 shows schematically a conveyor device 10 according to a preferred embodiment from a top view.
  • the conveying device 10 is used for conveying at least one wafer 36.
  • the conveying device 10 here has, for example, two transport bodies 200.
  • Each transport body 200 is designed to carry and / or hold at least one wafer 36, here, for example, by parts of the transport body 200 in the kind of grippers are formed.
  • the conveying device 10 is designed to move the transport body 200 two-dimensionally on a conveying surface 35.
  • the transport bodies 200 can move substantially freely on the conveying surface 35 because of this and in the process spend wafers 36 towards processing stations 37 and possibly even hold them in the processing stations 37 or even position and / or align them in the processing stations 37.
  • slot valves 39 can be provided, for example, through which at least the part (s) holding the wafer 36 of the trans port body 200 (with the valve open) can protrude.
  • FIG. 2A shows a conveyor device 10 according to a preferred embodiment in a schematic representation with associated coordinate systems 900 and 920
  • the transport device 10 shown is arranged on a machine table 12 and has a stator 100 and a transport body 200. Between the stator 100 and the transport body 200, a levitation field 14 is shown schematically, which in this case is an actively controlled magnetic field.
  • the levitation field 14 is generated by actuating magnets and stationary magnets (not shown) on the active surface 102 of the stator 100, which are formed in the stator 100 and in the transport body 200, respectively.
  • the levitation field 14 is located between the stator 100 and the transport body 200, the transport body 200 floating in the levitation field 14.
  • the dashed line shows schematically an optionally attachable hermetic seal 16, which makes it possible to use the stator 100 outside the hermetic seal 16 to convey the transport body 200 inside the hermetic seal 16.
  • Connections 18 are also shown schematically, by means of which the transport device 10 can be supplied with electrical energy and via which communication data can be supplied and / or discharged.
  • the position and orientation of the transport body relative to the stator can be represented in a stator coordinate system 900 which is spanned by an x direction 902, a y direction 904 and a z direction 906.
  • the transport body has its own transport body coordinate system 920, which is spanned by an xl direction 922, a yl direction 924, and zl direction 926 and has a roll angle 932, a pitch angle 934 and a yaw angle 936.
  • the conveying device 10 is preferably regulated in such a way that the transport body 200 levitates in a stable manner and is guided on a predetermined target curve with regard to translation and rotation.
  • FIG. 2A shows a conveying device 10 in table mode, that is to say arranged or lying on one level, so that the transport body 200 is accelerated by the force of gravity 940 in the direction of the stator 100
  • FIG. 2B shows a conveying device 10 in wall mode, in which the Gravity accelerates the transport body essentially parallel to the transport surface.
  • the magnetic coupling between the stator 100 and the transport body 200 is set so that the forces for compensating for gravity also act parallel to the transport surface.
  • the le vitationsfeld 14 prevents slipping and / or falling of the transport body 200. If actuating magnets and stationary magnets (not shown) have permanent magnets, slipping and / or falling can also be prevented if the supply of electrical power is interrupted.
  • FIG. 2C shows a conveying device 10 in ceiling operation, which is shown schematically in FIG. 2C.
  • FIG. 2D shows a schematic representation of a conveying device 10 with three transport bodies 200, which are transported via three adjoining stators 100 or stator modules, the stator modules forming a flat active surface 102. Furthermore, FIG. 2D shows a positioning of the transport bodies 200 at different lifting heights or at different distances in the z direction 906.
  • FIG. 2E shows a schematic representation of a transport device 10 according to a further preferred embodiment, in which a transport body 200 is transported, positioned or oriented by two separate stators 100, each stator being coupled only to a partial area of the magnet arrangement in the transport body.
  • the transport body 200 can be rotated by the yaw angle 936 and / or tilted by the roll angle 932 and / or inclined by the pitch angle 934.
  • FIG. 3A shows a transport body 200 according to a preferred embodiment in a schematic illustration in a cross section in the Xl / Zl plane, the transport body 200 having a magnet group 24 of stationary magnets 22.
  • Figure 3B shows the transport body of Figure 3A in plan view.
  • the transport body 200 also has an upper cover element 202 and a lower cover element 204, which are arranged adjacent to the magnet group 24 above or below. In the embodiment shown, different positions along the zl direction 926 are denoted by top and bottom.
  • an edge element 206 is formed adjacent to the magnet group 24.
  • the transport body 200 can act as a mechanical link between a transport good 20, for. B. a holder for holding a wafer 36, on the one hand and the stator 100 on the other hand.
  • the transport body 200 is preferably designed as a mechanically rigid element and configured to support or transport a transport good 20 on an upper side of the upper cover element 202.
  • the transport goods 20 can preferably be fixed on the transport body 200 and then together with the Transport body 200 guided on a target curve above the stator 100 and / or held stable at a target position.
  • the transport body 200 is electrically passive, ie it does not require any electrical energy or connections to carry out its function and, in particular, has no actuating magnets.
  • the transport body 200 comprises a plurality of stationary magnets 22 in a flat arrangement in the Xl / Yl plane, which are arranged as a magnet group 24 in a geometric arrangement, the geometric arrangement of the stationary magnets 22 fixing relative to the transport body 200 and the stationary magnets 22 therefore do not move relative to the transport body 200.
  • the upper cover element 202 and / or the lower cover element 204 and / or the edge element 206 can be configured to at least partially fix the stationary magnets 22 in their position or in their geometric arrangement.
  • the transport body 200 can have one or more further components in order to fix the stationary magnets 22.
  • the stationary magnets 22 preferably comprise a permanent magnet and / or are designed as permanent magnets.
  • the stationary magnets 22 particularly preferably have permanent magnets made of rare earth alloys.
  • the position of a magnet or stationary magnet 22 is preferably understood to mean the position of its center of gravity.
  • a direction of magnetization of the respective stationary magnet is described by a dipole vector, which is symbolically shown as a corresponding arrow.
  • each stationary magnet 22 is arranged or oriented differently with respect to its direction of magnetization than the respective adjacent arranged stationary magnets 22. In the case shown, they form a Halbach array, the magnetic field of which is Zl direction is particularly strong and is weakened in the opposite direction.
  • magnets 22 are used as stationary magnets, which are magnetized essentially homogeneously, so that the dipole vectors of individual partial volumes of the respective stationary magnet 22 point approximately in the same direction as the total dipole vector of the stationary magnet 22.
  • the dipole vector points in the direction of the arrowhead.
  • the arrangement of the stationary magnets 22 in the transport body 200 is preferably matched or adapted to an arrangement of actuating magnets 26 (see, for example, FIG. 8) in the stator 100 in such a way that the forces required for transport are on the respective stator 100 in a working area of the transport body 200 and moments can be transmitted from the stator 100 to the transport body 200 and / or all desired degrees of freedom of the transport body 200 can always be controlled independently.
  • FIGS. 4A to 4M show different arrangements of stationary magnets 22, which form a magnet group 24, in a schematic representation in a top view.
  • the arrows indicate the magnetization direction of the respective stationary magnet 22, the stationary magnets 22 provided with a point or with an X having a magnetization direction which extends in the zl direction 926 out of the drawing plane or into the drawing plane ,
  • Figures 4A to 4G show arrangements of stationary magnets 22 in a regular, rectangular grid.
  • a transport body 200 preferably has at least two stationary magnets 22 (see FIG. 4A), which are arranged linearly on a straight line, where at the dipole moment at least one of the stationary magnets is not oriented parallel to this straight line. This is particularly advantageous in order to be able to control or move the transport body 200 in all six degrees of freedom.
  • a transport body 200 preferably has at least three stationary magnets 22 (see FIGS. 4B to 3G), which are located in a spatial plane, for example in the xl-yl plane, and / or which form a complex three-dimensional, spatial arrangement.
  • Arrangements in which the stationary magnets 22 are all arranged in one arrangement plane are particularly suitable for applications in which predominantly translatory movements are to be carried out parallel to the arrangement plane and / or rotations about the z axis of the stator 100 or the zl axis of the respective transport body 200.
  • the magnet groups 24 preferably have stationary magnets 22 which are arranged as at least one Halbach array.
  • the Halbach array or arrays are preferably oriented or arranged in such a way that the magnetic field or the magnetic field strength is increased in the direction of the stator 100 and / or in the direction of the transport goods 20 and / or in the direction of possible adjacent transport bodies 200 which may be on the same stator 100 are promoted, is reduced.
  • Exemplary arrangements of stationary magnets 22, which among other things form Halbach arrays, are shown in FIGS. 4D, 4F and 4G.
  • a length l indicates the length of a Halbach period, ie a period of a half-axis array.
  • FIGS. 4H to 4K show magnet groups 24 in which the stationary magnets 22 are arranged along a hexagonal grid.
  • the arrangements according to FIGS. 41 and 4K are based on a 2-dimensional arrangement of Halbach arrays.
  • Figures 4L and 4M show magnet groups 24 in which the stationary magnets 22 are arranged along a circular grid.
  • FIG. 4L shows an arrangement in which the stationary magnets 22 are arranged in five Halbach arrays or Halbach periods over an angular range of 72 ° each.
  • the stationary magnets 22 are arranged equidistantly with an angular distance of 18 °.
  • the arrangement in FIG. 4M has, in addition to the arrangement shown in FIG.
  • FIGS. 5A to 5C show preferred embodiments of a transport body 200 which have a magnet group 24 in which the stationary magnets 22 are arranged in a three-dimensional arrangement.
  • the lower cover layer 204 and the upper cover layer 202 are not shown.
  • FIG. 5A shows a partially cylindrical arrangement of the stationary magnets 22, which can provide an enlarged swivel range, for example, when rotated about the yl axis.
  • FIG. 5B shows a spherical segment-shaped arrangement of the stationary magnets 22, which can provide a larger swivel range for rotations about the xl axis and about the yl axis. Both arrangements are not necessarily subject to restrictions with regard to rotatability or pivotability about the zl axis.
  • the arrangement of the stationary magnets 22 on a curved plane can offer an increased swivel angle range in at least one direction of the transport body 200.
  • an endless rotation about the z-axis of the gate 100 may be possible.
  • the swivel angle range can be expanded in two spatial directions of the transport body 200.
  • a spherical transport body equipped with stationary magnets 22 can, if necessary, perform 200 endless rotations in all spatial directions.
  • the transport body 200 can also be designed as a cylinder or spherical segment, as shown for example in FIGS. 5A and 5B, with a curved side which is equipped with magnets and a flat side which is designed to receive a transport good.
  • These arrangements can offer, for example, the possibility of realizing a goniometer table with a large swivel angle range (for example 90 degrees), which can additionally perform a rotation about the zl axis and preferably a translation in all spatial directions.
  • This arrangement can, for example, advantageously be used in machining processes such as laser machining or in inspection processes such as industrial image processing, since, for example, a workpiece used as transport goods 20 can be freely positioned and / or oriented under a machining tool or under the test equipment.
  • workpieces can optionally be transported quickly in and out of a process position, so that an often economically inefficient workpiece changeover time in which the process cannot be used can be minimized.
  • FIG. 5C shows a transport body 200 according to a further preferred embodiment, in which the stationary magnets 22 are arranged in an angular arrangement.
  • the transport body 200 shown has stationary magnets 22 which extend horizontally along a first leg in the Xl / Yl plane and along a second leg in the Xl / Zl plane.
  • a transport body 200 can be provided with two active surfaces, as shown, for example, with a horizontally right and a vertical active surface, for example, at different times or simultaneously from differently arranged stators 100, for example from a horizontally arranged and a vertically arranged stator 100, to be levied or promoted.
  • Such an arrangement can, for example, in a transport body 200 are used, which is continuously operated on differently oriented active surfaces.
  • a transport body 200 can have two active surfaces arranged at a 90 ° angle. If this is operated on an arrangement of two stators, which are also arranged at an angle of 90 ° to one another, one stator 100 being operated horizontally and the other stator 100 being operated vertically, it is possible, for example, to switch from floor to wall operation without mandatory interruption become.
  • a structural component or housing or scaffold of a transport body 200 which holds, for example, the individual components of the transport body 200, such as the stationary arm 22, is preferably made of non-ferromagnetic material, for example of plastic and / or ceramic and / or non-ferrous metals ,
  • it has an edge element 206 which is not equipped with magnets and which, for example, serves as a spacer to other transport bodies 200, so that preferably mutual contact forces between two transport bodies 200 in contact are limited and free positioning of both transport bodies 200 preferably not even when they are touched be prevented.
  • the transport body 200 can be provided on the side facing the stator 100 with a lower cover element 204 which, for example, has a cover layer which preferably acts as a spacer to possible objects in the vicinity of the transport body 200 and preferably the distance and thus the maximum active forces the stati onärmagneten 22 can safely limit.
  • a reduction in the risk of injury when handling transport bodies 200 can be achieved, such as, for example, the risk of fingers being crushed when an ferromagnetic object is improperly approached.
  • an overload limit for drives or actuating magnets in the stator 100 can preferably be achieved, since the forces and moments exerted by the transport bodies 200 on the actuating magnets in the stator 100 can preferably be limited.
  • a better cleaning of the transport bodies 200 from adhering ferromagnetic particles can preferably be achieved since the holding forces are lower.
  • An optional integration of additional functions in the lower cover element, such as a coil for inductive energy transmission or a data carrier for identifying the transport body 200, can also be advantageous.
  • a plurality of transport bodies 200 can be coupled mechanically and / or in terms of control technology, for example in order to carry out a function together.
  • passive mechanical rod kinematics the rods of which are actively driven and positioned by separate transport bodies 200, can perform handling tasks.
  • a plurality of transport bodies 200 can transport loads that are too heavy for a single transport body 200, for example, in that they are preferably moved or transported in synchronized fashion.
  • a transport body 200 can also have a greater degree of freedom and, for example, consist of a plurality of components which are movable relative to one another, so that it preferably has a total of more than six degrees of freedom.
  • a disk 208 rotatably mounted in the transport body 200 can be rotated separately, for example to carry out an additional function on the transport body 200, such as a gripping or tensioning function for a transport good 20.
  • a transport body 200 can be equipped with function groups for further additional functions.
  • a mechanical energy transfer can take place in that a preferably rotatably mounted and magnetically equipped disk in the transport body 200 is actively driven by the stator 100.
  • the disk is treated by the stator 100, for example, as a seventh degree of freedom.
  • An electrical, non-contact energy transmission can also be optionally implemented by, for example, integrating coils for inductive energy transmission in the stator 100 and the transport body 200, for example.
  • a permanently rotating magnet in the stator 100 can induce an AC voltage in a coil in the transport body 200, which can preferably be used for the power supply on the transport body 200.
  • the task of exciting the additional function is continuously transferred to other magnet groups 24 or actuating magnets of the stator 100, which lie, for example, in an active region of the induction coil.
  • a contactless data transmission between stator 100 and transport body 200 for example with inductive and / or of optical transmitters and receivers.
  • localization and / or identification of the transport body 200 can optionally be provided.
  • an optical, camera-based sensor in the stator 100 can read a position or identification code which is attached to the side of the transport body 200 facing the stator 100.
  • at least some of the transport bodies 200 can be equipped with an identification element, such as a bar code, by means of which the transport device 10 or the stator 100 can identify the respective transport body 200.
  • FIGS. 7A and 7B show a schematic illustration of a stator 100 according to a preferred embodiment in a perspective illustration (FIG. 7A) and in a cross-sectional view (FIG. 7B).
  • the stator 100 has a large number of actuating magnets 26, which in turn each have a magnet group 24.
  • the actuating magnets 26 are at least partially enclosed by a structural component 112 of a stator housing.
  • the magnet groups 24 are arranged according to the preferred embodiment shown on a surface or side of the stator 100, which in the case shown is the upper side of the stator 100. Although the magnet groups 24 in the illustration shown in Figure 7A are all aligned, i.e.
  • the magnet groups 24 are designed to be movable in such a way that they are arranged can rotate at least in their order level relative to the stator housing. Although only three magnets are shown in each magnet group in FIG. 24 in the cross-sectional view in FIG. 7B, the magnet groups 24 can have fewer or more than three magnets, which can be arranged in a one, two or three-dimensional arrangement.
  • the actuating magnets 26 or magnet groups 24 are connected to actuating elements 114, by means of which you can change their position and / or orientation.
  • An actuating element 114 has, for example, at least one drive, such as an electric motor, which is preferably connected to the magnet group 24 via a drive shaft and / or a gear and / or a linkage.
  • the magnetic field generated by the magnet groups 24 emerges at least partially from the active surface 102 of the stator 100 and exerts forces and / or moments on the stationary magnets 22 in the transport body 200.
  • the direction and strength of the forces and / or moments in the transport body 200 is influenced by the position or orientation of the actuating magnets 26 or magnet groups 24 in the stator 100.
  • the position of the actuating magnets 26 or magnet groups 24 in the stator 100 is preferably regulated such that the transport body 200 floats and is guided in all six dimensions in accordance with a predetermined target curve or is kept stable at a predetermined target position with a predetermined target orientation.
  • the stator 100 has an arrangement of movable actuating magnets 26.
  • Control elements 114 can change the orientation and / or position of the magnet groups 24 or the control magnets 26 in accordance with a target specification.
  • a transport body position determination element 116 is set up to determine an actual position of all transport bodies 200 transported on the stator 100 or all transport bodies in the area of influence of the respective stator 100.
  • the transport body position determination element 116 can have a sensor layer and / or a printed circuit board with sensors.
  • a control element 122 can preferably evaluate the sensor signals provided by the transport body position determination element 116 and provide them, for example, to a higher-level system.
  • the actuating elements 114 can be contacted, for example, via a printed circuit board 120.
  • the stator 100 has a magnet position determination element 118, by means of which the actually present position and / or orientation of the magnet groups 24 or the actuating magnets 26 can be determined.
  • the magnetic position determination element 118 can have a sensor layer.
  • the arrangement of the magnet groups 24 in the stator 100 is preferably flat, i.e. that preferably all magnet groups 24 are arranged in one plane.
  • FIGS. 7C and 7D show a stator 100 according to a further preferred embodiment, which is similar to the embodiment shown in FIGS. 7A and 7B and additionally has a cover 112a and an optional coil layer 128.
  • Cover 112a is preferably made of non-ferromagnetic materials.
  • the magnetic field emanating from the magnet groups 24 emerges through the cover 112a, which is made, for example, at least partially of plastic and / or non-magnetic metal and / or ceramic and / or glass.
  • the cover 112a can, for example, shield the interior of the stator 100 against the working space of the transport body 200 and thus prevent particles from entering and / or escaping.
  • the cover 112a can serve to reliably limit the maximum active forces of the actuating magnets 26 in the stator 100 to objects outside the stator 100.
  • the distance can be designed such that a transport body 200 resting on the cover 112a preferably does not lead to a blockage of the actuating elements 114.
  • an attraction force is preferably limited to ferromagnetic parts which are not deposited on the cover 112a as intended, so that they are easily removable and do not lead to injuries during handling.
  • the coil layer 128 can be designed, for example, as a multilayer printed circuit board with the coils lying on the inside.
  • the surface of the cover 112a facing the at least one transport body 200 preferably forms the active surface 102 of the stator 100.
  • a mechanical retraction device can be provided (not shown) which increases the distance of all magnet groups 24 of the actuating magnets 26 from the active surface 102.
  • the retraction device can, for example, be activated automatically when the conveying device 10 is at a standstill, so that the magnetic fields emerging from the active surface 102 at a standstill are reliably limited. For example, safe handling in front of the active surface 102 can be made possible and cleaning of adhering ferromagnetic particles can be facilitated.
  • the stator 100 can preferably be operated in any direction to the force of gravity, for example in table operation (transport body 200 hovers over the active surface 102), in wall operation (transport body 200 hovers next to the active surface 102) or in ceiling operation (transport body 200 hovers under the active surface 102). In principle, it is also possible to operate the overall system in an accelerated reference system or under weightless conditions.
  • the stator 100 is preferably constructed modularly, so that several identical and / or different stator modules can be strung together in a simple manner, preferably seamlessly (see FIG. 2D).
  • the stator modules are preferably equipped with data connections 124, for example with communication channels, so that information about the states of the stator 100 and the transport bodies 200 located thereon can preferably be transmitted in real time.
  • the transport bodies 200 can preferably slide freely from one stator module to another stator module. In this way, a working area of the transport body 200 can preferably be expanded as required.
  • Each module also preferably has an interface for power supply 126 and mechanical interfaces for coupling to further stator modules and for easy integration into a system.
  • the magnetic field of the stator 100 is preferably generated by a predominantly flat or planar arrangement of the magnet groups 24.
  • the arrangement of the magnet groups 24 preferably forms a regular square grid of magnet groups 24, but other regular or irregular arrangements are also possible.
  • FIGS. 8A to 8E show exemplary arrangements of magnet groups 24 or actuating magnets 26.
  • FIG. 8A shows an arrangement of the magnet groups 24 according to a rectangular, in particular square, grid.
  • FIG. 8B shows an arrangement of the magnet groups 24 according to a hexagonal grid.
  • FIG. 8C shows an exemplary arrangement of different magnet groups 24 according to a rectangular grid.
  • the magnetic groups can differ in their magnetic dipole moment.
  • some of the magnet groups can also be fast or slow rotating, can be connected to the drive via different gears and / or can be operated with different drives. Arrangements according to FIGS. 8A to 8C are particularly advantageous when it is intended that the axes of rotation be substantially perpendicular to the arrangement plane.
  • FIGS. 8A to 8C are particularly advantageous when it is intended that the axes of rotation be substantially perpendicular to the arrangement plane.
  • FIGS. 9A and 9B show arrangements in which the magnet groups are connected to the drives via drive shafts 28, the drive shafts running essentially parallel to the active surface 102.
  • the drive shafts 28 run parallel, in accordance with the arrangement in FIG. 8E at least approximately radially or circularly.
  • An actuating magnet 26 is formed according to a preferred embodiment by a single magnet, as shown in FIGS. 9A and 9B, alternatively by an arrangement of a plurality of magnets in a magnet group 24, the magnets preferably being mechanically firmly connected to one another, as in the figures 9C and 9D.
  • an actuating magnet 26 can be formed by a magnet group 24 which has several differently magnetized areas.
  • the magnet group 24 preferably forms a Halbach array (see FIGS. 9C and 9D) which is oriented in the direction of the active surface. This offers the advantage that the flux density is increased in the direction of the active surface 102 and reduced in all other directions, in particular in the direction of adjacent magnet groups 24.
  • the actuating magnets 26 or magnet groups 24 shown in FIGS. 9A to 9D are in this case with the Drive shaft 28 connected that the axis of rotation of the drive is perpendicular to the active surface 102.
  • the angle a denotes the setting angle of the drive shaft 28 or the setting magnet 26 or the magnet group 24.
  • FIGS. 9E and 9F show arrangements in which the actuating magnets 26 and the magnet groups 24 are connected to the respective drive shaft 28 in such a way that the drive shafts 28 run essentially parallel to the active surface 102. In such arrangements, therefore, the actuating magnets 26 or the magnet groups 24 rotate about the X-axis 902.
  • FIG. 9G schematically shows an arrangement according to a preferred embodiment of 6 ⁇ 6 magnet groups 24 according to a square grid in a stator 100, the magnet groups 24 each being designed as a Halbach array.
  • FIG. 9H A detailed representation of an individual magnet group 24, in particular with typical dimensions according to a preferred embodiment of such a magnet group 24, is shown in FIG. 9H.
  • the magnet groups 24 are preferably individually adjustable in the stator 100, so their position and / or orientation can be changed. You can preferably perform a linear movement and / or a rotation and / or a superimposed movement. Before preferably a rotation about a structurally predetermined axis of rotation of the drive shaft 28 is carried out. In order to achieve an effective change in the magnetic field through the rotation, the dominant dipole vector of the magnet group 24 is preferably oriented perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft 28.
  • the axes of rotation of the magnet groups 24 can be oriented differently with respect to the active surface 102. They are preferably oriented perpendicular and / or parallel to the active surface 102.
  • the distance between adjacent magnet groups 24 is selected so that the torques on the magnet groups 24, which are caused by their magnetic interaction, are small in relation to the typical torques caused by the transport body 200.
  • actuating elements 114 are used, which can preferably carry out linear movements and / or rotations and / or superimposed movements.
  • An actuating element 114 preferably moves at least one magnet group 24.
  • actuating elements 114 are used which can cover an angle range of 360 ° and are preferably able to carry out endless rotations. This can be advantageous for many movements of the transport body 200.
  • FIGS. 10A and 10B show preferred embodiments of actuating elements 114 in schematic representations. These preferably have a drive which, for example, has a motor 34, such as an electric motor, which optionally has a gear 32 and the drive shaft 28 with the actuating magnet 26 or the magnet group 24 is mechanically connected or coupled.
  • the actuating element 114 preferably has a sensor 30 for determining the actuating angle a and optionally a controller (not shown), which can set or adjust the actuating angle a preferably quickly and precisely to a predetermined desired position.
  • an actuating element 114 has an electric motor, on the axis of which at least one magnet group 24 is mounted.
  • the sensor 30 measures the angle of rotation a of the drive shaft
  • a PID controller with an optional downstream drive amplifier preferably controls the motor 34.
  • a Ge gear 32 can be provided between the motor 34 and the drive shaft 28.
  • the gear 32 can be self-locking, for example, so that the motor 34 does not have to be supplied with current in order to maintain a torque in a constant angular position.
  • the exemplary, flat arrangements of magnet groups 24 of the same type shown in FIGS. 8A to 8E in a regular grid are preferably such configured such that each of the magnet groups 24 can be driven or moved by a separate actuating element 114.
  • the large and small magnet groups 24 shown in FIG. 8C can be driven by different actuating elements 114, for example large magnet groups 24 being actuated by actuating elements 114 with high torque and great inertia (for example with a gear), while small magnet groups 24 by actuating elements 114 can be controlled with less torque and less inertia.
  • FIG. 8D shows an exemplary arrangement in which the drive shafts 28 run parallel to the active surface 102 and preferably each drive shaft 28 drives a plurality of magnet groups 24.
  • An actuating element 114 with a plurality of drives can preferably influence a plurality of degrees of freedom of a magnet group 24.
  • a gimbal-mounted magnet group 24 rotatable in two spatial directions by two actuating elements 114 can be rotated in two different spatial directions.
  • the magnet groups 24 can be advantageous to rotate the magnet groups 24 about one of their main axes of inertia with a low moment of inertia.
  • the axis of rotation preferably runs through the center of gravity of the respective magnet group 24 in order to avoid vibrations of the stator 100 due to imbalance.
  • additional spools can be used, for example, below the active surface 102 (see FIGS.
  • the active field or levitation field 14 or magnetic field of the stator 100 then results from a superposition of the actuating magnet fields and the coil fields, the coil fields possibly being significantly weaker, but can be changed more quickly.
  • FIG. IOC shows in a block diagram an exemplary functional principle of an actuating element 114.
  • a target position 1001 of the respective magnet group 24 is transmitted to a controller 1002.
  • the drive 1004 can then be controlled via a drive amplifier 1003 in such a way that the magnet group 24 may be controlled accordingly via a gear 1005.
  • the actual angular position or the actual position 1007 of the magnet group 24 can be determined via a corresponding sensor 1006 and fed back to the position controller, so that a control loop is created by means of which the magnet group can be positioned and / or oriented as precisely as possible.
  • the transport device has a position determination unit. This is preferably set up in such a way that the position and / or orientation of the at least one transport body 200 relative to the active surface of the stator 100 can be detected, preferably cyclically, particularly preferably with a high frequency and low latency. All degrees of freedom of the transport body 200 are preferably recorded. A measurement can be the basis for regulating the position of the transport body, for example.
  • FIG. 11 shows a preferred embodiment of a position determination unit which has a transport body position determination element 116.
  • the transport body position determination element 116 can be configured as a printed circuit board, which preferably has cutouts for the magnet groups 24 or the actuating magnets 26 and / or is equipped with sensors 132, the sensors 132 preferably being designed as magnetic field sensors.
  • the position determination unit can be at least partially integrated in the stator 100 or installed spatially separate from the stator 100 and transmit the position data to a stator control.
  • the position determination unit is preferably integrated in the stator 100, which preferably ensures a constant dimensional reference to the stator 100 and / or simplifies the handling of the overall system.
  • the available installation space can also be used efficiently, since the position is determined on the side of the transport body 200 that faces the stator 100, and thus preferably the position is not obstructed or falsified by the goods to be transported.
  • Magnetic field sensors and / or capacitive sensors and / or optical sensors are preferably used as sensors 132.
  • the sensors are preferably arranged in a regular grid below the active surface 102.
  • Hall sensors can detect the magnetic field in the transport body 200 at several locations and / or in different spatial directions. All sensor signals are preferably transmitted to a computer system for evaluation. There, for example, the actual position of the transport body 200 can be determined from the sensor signals and a model description of the magnet arrangements in the transport body 200 and stator 100 using an algorithm.
  • the sensors 132 are preferably mounted at the greatest possible distance from the magnet groups 24 of the stator 100.
  • magnetic shielding devices can be present which weaken the influence of the magnetic groups 24 on the sensors 132 designed as magnetic field sensors.
  • the sensor signal of all sensors 132 can be measured as a function of the position of each individual magnet group 24 in a one-time automatic calibration process without the presence of the transport body, and the measured values can be stored permanently in a memory of the computer system as a correction table. In operation, for example, the raw sensor values can be corrected after each measurement by the missing amounts of all magnet groups stored in the correction table - depending on their current position.
  • an operating interface in the stator 100 provides basic operating and display elements for the setup and / or the operation and / or the service and / or the maintenance. For example, there may be on / off switches, reset buttons and signal lamps for indicating the operating or fault status of the stator 100. More complex setup functions can preferably be operated from a higher-level computer system that is connected to the stator 100, for example, via a communication interface.
  • An electronic control system preferably detects the sensor signals with at least one computer system, communicates with the higher-level system, with the operator interface and, if appropriate, with further stators and system components, and controls the control elements.
  • a computer system is preferably integrated in each stator 100 or in each stator module. If several stators 100 or stator modules are used, their computer systems can be networked, for example, with bus systems whose topology can be flexibly expanded.
  • An exemplary control diagram is shown in FIG. 12, which has the following elements:
  • the bus systems are able to transfer large amounts of data in a short time without latency.
  • the bus systems can transmit the data in an electrical, optical and / or inductive manner.
  • adjacent stators 100 or stator modules can have optical transmitters and receivers via which they exchange status information.
  • Further computer systems can be integrated in the bus systems.
  • the method for operating the conveying device 10 can be implemented in the form of algorithms on the at least one computer system.
  • a group of several stators 100 can be treated as a functional unit, so that the control of a transport body 200 takes place regardless of whether it is in the area of influence of only one stator 100 or several stators 100.
  • the computer systems are preferably synchronized on a common time base.
  • the at least one computer system preferably provides all functions that are required for the establishment and / or the safe operation and / or for service and maintenance of each stator 100 and a group of several stators 100.
  • integrated self-diagnosis functions can permanently monitor the correct function that a malfunction can be recognized and reported immediately and / or replacement measures can be taken and the system can automatically go to the safe emergency stop if necessary.
  • the transport device 10 here has at least one stator 100 or at least one stator module and at least one transport body 200.
  • design parameters that can be influenced to adapt to a target application, e.g. Dimensions of the stator 100 for scaling to the size or weight of the goods to be transported, a maximum torque and / or speed and / or moment of inertia of the drives, a strength and / or arrangement of the actuating magnets 26 and stator magnets in the stator 100 or the transport body 200 , as well as control parameters.
  • the arrangement of the magnet groups 24 in the stator 100 is preferably matched to the arrangement of the magnet groups 24 in the transport body 200 that a transport body 200 with f degrees of freedom at any point in its working space can be influenced by the forces and moments of at least f magnet groups 24.
  • the magnet arrangements are designed in such a way that there are no singularities, that is to say no singular areas in the work space where this condition is not met. Exemplary pairings of magnet arrangements in the stator and transport body are as follows:
  • While l denotes the period length of a Halbach arrangement of stationary magnets 22 or magnet groups 24 of stationary magnets 22, g denotes a period length of a regular arrangement of actuating magnets 26 or magnet groups 24 (see for example FIG. 8A).
  • the transport bodies 200 are preferably overdetermined, ie they can be influenced simultaneously by more than f magnet groups 24.
  • the redundancy achieved in this way has advantages, such as improved reliability. If a magnet group 24 is no longer effective is controllable, other magnet groups 24 preferably compensate for the failure at least partially, so that the position of the transport body 200 can be complied with, if necessary.
  • the change in position required for a change in force / torque can preferably be distributed over a plurality of magnet groups 24. This preferably reduces the change in position for each individual magnet group 24. Therefore, the change in position can be carried out faster overall, so that the dynamics of the conveying device 10 increase.
  • the forces and moments to be applied for guiding a transport body 200 are preferably distributed over a plurality of magnet groups 24, so that smaller magnet groups 24 with weaker actuating elements 114 can be used in order to achieve the same effect. This can bring benefits for energy consumption and the cost of the conveyor 10.
  • the transport device can preferably be combined with classic transfer systems.
  • the transport bodies 200 can be transported over long distances with a belt webbing, for example, by leaving a stator 100, moving from a belt webbing to a new position, and then driving onto a stator or being placed there again.
  • stators 100 with different capabilities can be combined.
  • Stators with curved surfaces can also be realized by corresponding arrangement of the magnet groups, for example in a round design, as shown in FIGS. 13B and 13C, which have an outer or inner guided transport body 200 and have an internal or external stator 100.
  • transport devices can be advantageous for use as a me mechanical bearing, for example, to rotatably support a shaft.
  • the actuating elements 114 can preferably be operated temporarily with reduced current or switched off as long as there is no transport body 200 in the feed area of the respective magnet group 24.
  • a transport body 200 approaches they are preferably reactivated briefly.
  • the outer surfaces of stator 100 and transport body 200 can preferably be designed in such a way that they are adapted to the respective environmental conditions, for example extreme temperature requirements, high cleanliness requirements, freedom from particles, sterility, easy cleanability, resistance to aggressive materials, use in potentially explosive areas, use are fitted under a liquid or gas atmosphere etc.
  • non-ferromagnetic materials are available, such as non-ferrous metals, plastic, Teflon, ceramics, glass,
  • a group of transport bodies 200 can preferably perform a task together. For example, a plurality of transport bodies 200 moved in synchronized fashion can transport a large load that is too heavy for one transport body 200. Or several transport bodies 200 are connected to one another, for example, by means of passive rod kinematics and joints, so that the kinematics can be used as a handling device.
  • the stator 100 can preferably be combined with classic axis systems or vehicles as a movement device.
  • an axle system or a vehicle with wheels transports a stator 100 in a large work area, while the stator 100 can position a transport body 200 in a small work area in a precise and floating manner.
  • An intermediate level is optionally located between stator 100 and transport body 200.
  • the transport body 200 can preferably be in the clean Be rich, however, the vehicle outside.
  • the locomotive function primarily takes over, for example, the vehicle with its classic wheel drive, the levitation function and precision positioning of the stator 100 with the transport body 200.
  • stator 100 and the transport body 200 can be interchanged in other preferred embodiments, so that, for example, an arrangement in the stator 100 tion of stationary magnets 22 and actively moving actuating magnets 26 in the transport body 200.
  • the transport body 200 can carry the energy supply 38 (for example an accumulator, fuel cell, solar cells) or can be supplied with energy from outside (for example via a cable).
  • a wafer holder for holding a wafer 36 with an active drive can move without wheels, in which it has a drive 42 with actuating magnets 26, for example in order to travel on a rail or plane attached to the base 40 and equipped with stationary magnets 22 ( see Figure 14).
  • the at least one transport body 200 experiences forces and moments in a dynamically variable magnetic field, which is generated by the controlled movement of actuating magnets 26 in at least one stator 100.
  • Cartesian coordinate systems 900 and 920 are given to describe the position of the at least one transport body 200:
  • Each transport body i has a coordinate system 920i with the axes (c ,, y ,, z) and a fixed reference to the transport body, its origin lies, for example, in the calculated center of gravity of the magnet arrangement of the transport body.
  • the stator coordinate system 900 with the axes (X, Y, Z) has a fixed reference to the stator. Its X and Y axes lie in the effective area of the stator, the Z axis is perpendicular to the effective area and points in the direction of the transport body.
  • the position of the trans port body with the index i is described in the stator coordinate system by the location vector, which indicates the origin of the transport body coordinate system.
  • the angular position of the transport body i is expressed by the vector (p t , the three components of which indicate the angles which are each enclosed by the X, Y and Z axes of the coordinate systems of the stator and transport body.
  • magnet groups in the stator which are individually movable in at least one dimension relative to the stator and the position of which can be changed with adjusting elements.
  • the rotational position or angular position of the magnet group is variable, the axis of rotation in the stator coordinate system being constant and passing through the center of mass of the magnet group.
  • the current rotational position of the magnet group k is otk.
  • the method is implemented as a program in the control and is run through cyclically at a frequency of 100-10,000 Hz.
  • the functional steps of an exemplary loop run which is shown by way of example in FIG. 15, is described below.
  • Magnetic field sensors, capacitive sensors and / or optical sensors are installed in a regular grid below the effective area of the stator.
  • the following description is based on Hall sensors as an example.
  • Each Hall sensor measures three magnetic field components in orthogonal directions.
  • the raw sensor values are read in by a computer, as is the angular position of all magnet groups in the stator. If other stators are adjacent, the measured values determined there at the same time are transmitted to the stator via a data bus.
  • the entire reading process typically takes 0.1 ms - 1 ms.
  • the measured values of each sensor are corrected for the influence of the neighboring magnetic groups.
  • the field contributions of the adjacent magnet groups were determined once for each sensor in an initialization run and are stored in correction tables depending on the angle of rotation.
  • the correction tables are accessed using the currently read rotation angle of the neighboring magnet groups.
  • the field contributions of the neighboring magnet groups are subtracted from all raw sensor values.
  • the corrected sensor values obtained in this way represent the flux density of the transport body magnet arrangement over the active surface.
  • the position of the at least one transport body is then determined. For this purpose, a description of the magnet arrangement of the transport body is stored as a list in the memory of the computer. The list contains the positions and dipole vectors of all actuating magnets and / or magnet groups 24, specified in the transport body coordinate system.
  • a calculation model of the flux density distribution of the transport body is created.
  • the model can be used to calculate the flux density vectors that are to be expected for a given transport body position at the location of the stator sensors.
  • a scalar error function determines a measure for the mismatch of the measured and modeled flux densities of all transport bodies and magnet groups.
  • the iterative optimization of the position and angular position of the transport body in the model minimizes the error function, i.e. it is adapted to the real measurement data.
  • the iteration process is ended as soon as no further improvement is achieved and / or a previously defined error threshold is undershot.
  • the 6D position of the at least one transport body i determined in this way is interpreted within the framework of the accuracy of the model as the real position of the transport body i with the location vector and the angle vector ⁇ ßi.
  • the actual speed is calculated with the speed vector v i soü for the translation and the angular velocity vector (o i SO u for the rotation.
  • a higher-level system can inform the control system of the desired movement path of at least one transport body as a result of 6D target positions, target times and / or target speeds.
  • the path can consist of straight lines, circular sections or other basic geometric elements.
  • the control interpolates the trajectory in space and time.
  • Various interpolation methods that are common in robotics, for example linear, spline or polynomial interpolation, come into consideration for spatial interpolation.
  • the control breaks down the spatially interpolated path into support points. In each cycle, it provides the target position with the location vector f l SOÜ and the angle vector (pi SO u) for each transport body i and optionally the target speed with the speed vector for the translation and the angular velocity vector w ⁇ 50 ⁇ for the rotation and transfers this to the path controller.
  • the path control is used to quickly and precisely track the actual position of the transport body to the target position.
  • the path controller calculates the control deviation, i.e. the difference between the target and actual position and / or the target and actual speed in all 6 dimensions. He uses this as an input variable for a control algorithm, for example the PID algorithm, which is calculated separately for each dimension to be controlled.
  • the path controller supplies the target force vector F i SO u and the target torque vector M i SO u for each transport body i, which is required to correct the path.
  • the controller parameters such as gain (P), readjustment time (I) and lead time (D), are either determined once and permanently stored in the control, or are dynamically adapted to the movement and loading status of the transport bodies, such as their total mass or the mass distribution, which can be determined by an observer or an observation device (see 3000f).
  • this program part calculates the target positions for all magnet groups that lead to the generation of the target forces and moments. All magnet groups that have an influence on the transport bodies to be controlled are taken into account.
  • the force / torque control uses a spatial model of the magnet arrangement in the stator and in the at least one trans port body. The model is able to approximately calculate the forces and moments that occur at a given position of the magnet groups.
  • the magnet arrangements of the transport bodies are stored in the model as a list of the positions and dipole vectors of all transport body magnets. There is also a list of the magnets in each magnet group.
  • Magnetic field B of a magnetic dipole ß at location r Magnetic field B of a magnetic dipole ß at location r:
  • Magnetic field B tot as a superposition of the fields B t (principle of superposition)
  • n is the number of overlapping fields.
  • the additional torque M F is caused by forces F u that are at a distance from the center of gravity, where n represents the number of forces:
  • m represents the number of transport bodies
  • F t or M t the actual force or the actual moment
  • F i SOll or M i should the target force or the target torque and F 0 or M 0 the reference force or the reference moment.
  • the smaller E the better the correspondence between the actual and target forces and moments of all transport bodies.
  • the error function can be modified or extended by additional terms, so that energetically more favorable constellations are preferred. For example, the behavior of the overall system can be optimized for minimum power consumption, minimal change in position of the magnet groups or minimal number of magnet groups that are involved in a change in position.
  • the positions of the magnet groups in the model are changed step by step in an iterative optimization process. After each step, the forces and moments in the model are recalculated and evaluated using the error function. Steps that reduce the error E are retained and form the basis for the next iteration step. As soon as the error cannot be reduced further and / or falls below a preset threshold and / or a predetermined number of iteration steps has been carried out, the optimization loop is ended.
  • the positions of the magnet groups optimized in the model are output to the control elements as target specifications.
  • An algorithm called an “observer” records the time course of the actual position of the magnet groups and the transport body in response. He uses this information to determine the movement parameters of the transport bodies with the help of an extended model.
  • the extended model is based on the force / moment model described above and is supplemented by further physical variables that describe the state of motion of the transport body, such as mass, damping, center of gravity, gravity vector, inertia tensor or inertial acceleration.
  • the equations of motion of the transport bodies are calculated in the model, both in translation and in rotation.
  • motion parameters are not known a priori, their value is estimated at the beginning and then in an iterative calculation of the model using targeted parameter variants. tion optimized.
  • a scalar error function is used to evaluate the mismatch, which evaluates the deviation of the modeled trajectory from the measured trajectory over the period of the last measurements.
  • the motion parameters mentioned above can e.g. can be used within the controller to optimize controller parameters such as P, I and D.
  • controller parameters such as P, I and D.
  • the motion parameters can also be output as status information to the higher-level system (Fig. 16), so that it can, for example, infer the loading status from the weight of the transport body and thereby carry out a process control.
  • the conveying device for detecting a loading condition or the total mass of the transport body can have a loading detection device.
  • a shift in the center of gravity for example when transporting a sloshing liquid, can be actively regulated so that open containers with liquid can be transported quickly and reliably.
  • the at least two stationary magnets (22) and / or the plurality of actuating magnets (26) each have at least one permanent magnet;
  • the at least one permanent magnet has a magnetic flux density of at least 0.05 T, preferably at least 0.1 T, more preferably at least 0.25 T, even further preferably at least 0.5 T, particularly preferably at least 0.75 T, most preferably at least 1 T;
  • the plurality of actuating magnets (26) each have a magnet group (24) and / or the at least two stationary magnets (22) are arranged in a magnet group (24), each actuating magnet (26) preferably having a magnet group (24) and / or wherein preferably each actuating magnet (26) has a magnet group (24), and each magnet group has a plurality of permanent magnets and / o the magnet coils;
  • the plurality of permanent magnets and / or magnetic coils of the at least one magnet group (24) are arranged in accordance with at least one Halbach array in such a way that a magnetic field of the magnet group (24) preferably extends to the conveying surface;
  • the actuating element (114) has a drive element which is set up to change the position and / or the orientation of the actuating magnet (26) connected thereto in a controlled manner; and / or wherein the actuating element (114) has a sensor element which is set up to determine the position and / or the orientation of the actuating magnet (26) connected to the actuating element (114); and / o the wherein the actuating element (114) has a control element which is set up to set the position and / or the orientation of the actuating magnet (26) connected to the actuating element (114) to a predetermined value by means of the drive;
  • the conveying device (10) further has a position determining unit which is set up to determine a relative position and / or orientation of the at least one transport body (200) relative to the stator (100);
  • the conveying device (10) further comprises a movement device which is set up to move the stator relative to an environment
  • the transport body (200) or the stator has an energy store
  • the at least one transport body (200) has at least one internal degree of freedom and preferably has a total of more than six degrees of freedom;
  • stator (100) and / or the transport body (200) further comprise a cover (112a) which is set up to limit forces acting between the stator (100) and the transport body (200);
  • the stationary magnets (22) are arranged as two-dimensional Halbach arrays and in particular have a rectangular and / or square and / or hexagonal and / or circular arrangement;
  • the stationary magnets (22) are arranged in the transport body (200) at least partially in a cylindrical and / or spherical manner such that they have a larger swivel range than the transport body (200) with a flat arrangement of stationary magnets (22);
  • the at least one transport body (200) has an identification element and the transport device (10) is set up to identify the transport body (200) on the basis of the identification element;
  • the stator has several stator modules, which are preferably arranged adjacent to one another;
  • the adjusting elements (114) are designed as rotary actuators, which in particular have an axis of rotation perpendicular to an active surface (102) of the stator (100);
  • stator (100) has a curved active surface (102);
  • a number of degrees of freedom of the actuating magnets (26) is at least as large as a number of degrees of freedom along which the at least one transport body (200) is to be conveyed and / or positioned in a controlled manner;
  • the conveyor device (10) is formed as a non-contact mechanical bearing
  • the conveying device is set up to fix the at least one transport body to the at least one stator in the event of a power supply interruption
  • the transport device (10) further comprises a load detection device which is set up to determine a load state of the transport body;
  • the transport device (10) further comprises an observation device which is set up to determine a mass and / or a center of gravity of the transport body (200) relative to the stator (100).
  • control elements (114) are controlled so that the at least one transport body (200) assumes a desired position and / or orientation relative to the stator (100);
  • Transport body (200) assumes a desired position and / or orientation relative to the stator (100), comprises:

Abstract

The invention relates to a conveying device (10) for conveying at least one wafer (36), comprising at least one transport body (200), wherein the transport body (200) is designed at least for supporting or holding a wafer (36), and wherein the conveying device (10) is designed to move the at least one transport body (200) at least two-dimensionally on a conveying surface (35).

Description

Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers  Conveyor device for conveying at least one wafer
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers und ein Verfahren zum Betrieb derselben. Vorzugsweise kommt hierbei eine magnetische Levitation zum schwebenden Transport und/oder zur Positionierung und/oder Orientierung des mindestens einen Wafers zum Einsatz. Die hier vorgestellte Lösung kann dabei bevorzugt im Bereich der Halbleiterfertigung zur Anwendung gelangen. The present invention relates to a conveying device for conveying at least one wafer and a method for operating the same. Magnetic levitation is preferably used for the floating transport and / or for the positioning and / or orientation of the at least one wafer. The solution presented here can preferably be used in the field of semiconductor production.
Stand der Technik State of the art
Im Rahmen der Halbleiterfertigung müssen oftmals Objekte wie Wafer transportiert oder po sitioniert werden. Dazu werden herkömmlicherweise Transportsysteme eingesetzt, welche die Wafer auf festgelegten Fahrspuren oder Schienen bewegen. Entsprechend festgelegte Fahrspuren oder Schienen erlauben in der Regel nur eine auch als eindimensional bezeich- nete Bewegung, welche insbesondere den Nachteil aufweist, dass die Wafer in festgelegter Reihenfolge befördert werden und insbesondere ein Vorziehen eines hinteren Wafers vor ei nen vorderen in der Regel nicht möglich ist. In the context of semiconductor production, objects such as wafers often have to be transported or positioned. For this purpose, transport systems are conventionally used, which move the wafers in defined lanes or rails. Correspondingly defined lanes or rails generally only allow a movement, also referred to as a one-dimensional movement, which has the disadvantage in particular that the wafers are transported in a defined order and, in particular, it is generally not possible to advance a rear wafer in front of a front one ,
Darüber hinaus ist es bekannt zum Wafertransport innerhalb eines sogenannten Cluster- Werkzeugs eine zentral angeordnete Handhabungseinrichtung zu verwenden, die die Wafer jeweils entlang einer radialen Richtung (eindimensional) hin zu in einem Kreis um die Hand habungseinrichtung angeordneten Bearbeitungsstationen des Cluster-Werkzeugs befördern kann. Diese bis dato übliche Art des Wafertransport innerhalb des Cluster-Werkzeugs führt jedoch zu Einschränkungen bei der Auslegung des Cluster-Werkzeugs. Es ist daher wünschenswert, eine Beförderungsvorrichtung bereitzustellen, die eine flexiblere Beförderung mindestens eines Wafers insbesondere hin zu einer Bearbeitungsstation und/o der innerhalb einer Bearbeitungsstation ermöglicht. In addition, it is known to use a centrally arranged handling device for wafer transport within a so-called cluster tool, which can transport the wafers along a radial direction (one-dimensional) towards processing stations of the cluster tool arranged in a circle around the handling device. This type of wafer transport within the cluster tool, which has been common until now, leads to restrictions in the design of the cluster tool. It is therefore desirable to provide a conveying device which enables more flexible conveyance of at least one wafer, in particular to a processing station and / or within a processing station.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Hier vorgeschlagen wird gemäß Anspruch 1 eine Beförderungsvorrichtung zum Befördern mindestens eines Wafers, mit zumindest einem Transportkörper, wobei der Transportkörper zumindest zum Tragen oder zum Halten mindestens eines Wafers eingerichtet ist und wobei die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper zu mindest zweidimensional auf einer Beförderungsfläche zu bewegen. Here, according to claim 1, a transport device is proposed for transporting at least one wafer, with at least one transport body, the transport body being set up at least for carrying or holding at least one wafer and the transport device being set up to carry the at least one transport body in at least two dimensions on one To move the transportation area.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.
Bei einem Wafer handelt es sich in der Regel um eine insbesondere in der Mikroelektronik, Photovoltaik und/oder Mikrosystemtechnik zur Anwendung kommende, beispielsweise kreis runde oder quadratische, etwa ein Millimeter dicke Scheibe. Diese Wafer bzw. Scheiben werden regelmäßig aus ein- oder polykristallinen (Halbleiter-) Rohlingen, sogenannten Ingots, hergestellt und dienen in der Regel als Substrat (Grundplatte) für elektronische Bauele mente, unter anderem für integrierte Schaltkreise (IC,„Chip“), mikromechanische Bauele mente und/oder photoelektrische Beschichtungen. A wafer is generally a disk that is used in particular in microelectronics, photovoltaics and / or microsystem technology, for example circular or square, about one millimeter thick. These wafers or wafers are regularly made from single or polycrystalline (semiconductor) blanks, so-called ingots, and generally serve as a substrate (base plate) for electronic components, including for integrated circuits (IC, "chip"), micromechanical components and / or photoelectric coatings.
Der Transportkörper ist zum Tragen und/oder zum Halten mindestens eines Wafers einge richtet. In diesem Zusammenhang kann der mindestens eine Wafer (oben) auf dem Trans portkörper, unterhalb des Transportkörpers oder neben dem Transportkörper positioniert werden. Darüber hinaus kann der Transportkörper auch zum Tragen und/oder zum Halten eines Stapels von mehreren Wafern eingerichtet sein. In diesem Zusammenhang ist es be sonders bevorzugt, wenn der Transportkörper weiterhin dazu eingerichtet ist, einzelne Wafer aus dem Stapel von Wafern heraus und ggf. wieder in den Stapel hinein zu bewegen. Der Transportkörper kann eine oder mehrere Gabeln aufweisen, die jeweils zum Halten oder Tra gen mindestens eines Wafers oder eines Stapels von mehreren Wafern eingerichtet sind. Al ternativ oder kumulativ kann der Transportkörper eine Ablage (in der Arte einer Platte) auf weisen, die derart eingerichtet ist, dass darauf mindestens ein Wafer oder ein Stapel von mehreren Wafern ablegbar ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Ablage ein Fixierungselement aufweist, welches dazu eingerichtet ist einen oder mehrere auf der Ablage abgelegte Wafer (während des Transports) (lösbar) zu fixieren. The transport body is designed for carrying and / or holding at least one wafer. In this context, the at least one wafer (above) can be positioned on the transport body, below the transport body or next to the transport body. In addition, the transport body can also be designed to carry and / or hold a stack of several wafers. In this context, it is particularly preferred if the transport body is further configured to move individual wafers out of the stack of wafers and, if appropriate, back into the stack. The transport body can have one or more forks, each of which is set up to hold or carry at least one wafer or a stack of several wafers. Alternatively or cumulatively, the transport body can have a tray (in the form of a plate) which is set up in such a way that at least one wafer or a stack of multiple wafers can be deposited. In this context, it is particularly preferred if the tray has a fixing element which is set up to releasably fix one or more wafers placed on the tray (during transport).
Die Beförderungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den zumindest einen Transportkörper zu mindest zweidimensional (oder ggf. sogar dreidimensional) auf einer Beförderungsfläche zu bewegen. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Beförderungs vorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper entlang eines zumin dest zweidimensionalen oder sogar dreidimensionalen Beförderungsweges (auf der Beförde rungsfläche) zu bewegen. Eine zweidimensionale Bewegung zeichnet sich hierbei insbeson dere dadurch aus, dass sie in einer Ebene erfolgt. Darüber hinaus ist es (wie auch weiter un ten erörtert) vorteilhaft, wenn der Transportkörper in sechs Freiheitsgraden bewegbar ist. The transport device is set up to move the at least one transport body at least two-dimensionally (or possibly even three-dimensionally) on a transport surface. In this context, it is particularly preferred if the transport device is set up to move the at least one transport body along an at least two-dimensional or even three-dimensional transport path (on the transport surface). A two-dimensional movement is characterized in particular by the fact that it takes place in one plane. In addition, (as also discussed below), it is advantageous if the transport body can be moved in six degrees of freedom.
Die hier vorgeschlagene Lösung ermöglicht insbesondere ein besonders vorteilhaftes Trans portsystem für die Halbleiterfertigung, bei dem ein oder mehrere Wafer frei auf einer Beför derungsfläche bzw. in einer Ebene befördert werden können. Diese hier auch als zweidimen sional bezeichnete Bewegung erlaub in vorteilhafter Weise eine flexiblere Beförderung min destens eines Wafers insbesondere hin zu einer Bearbeitungsstation und/oder innerhalb ei ner Bearbeitungsstation. Dies erlaubt auch den weiteren Vorteil, dass Halbleiterfertigungsan lagen, insbesondere sogenannte Cluster-Werkzeuge besser ausgelegt werden können. The solution proposed here enables in particular a particularly advantageous trans port system for semiconductor production, in which one or more wafers can be conveyed freely on a conveying surface or in one plane. This movement, also referred to here as two-dimensional, advantageously allows more flexible transport of at least one wafer, in particular to a processing station and / or within a processing station. This also allows the further advantage that semiconductor manufacturing plants, in particular so-called cluster tools, can be better designed.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrich tung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper in kontrollierter Weise schwebend zu befördern. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere eine kontaktlose bzw. berührungslose Beförderung des Transportkörpers. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Beförderungsvorrichtung in der Art eines magnetischen Transportsystems gebildet bzw. die schwebende Beförderung magnetisch realisiert ist. Eine schwebende Beförderung ist insbesondere im Zusammenhang mit Reinräumen, wie diese auch in der Halbleiterfertigung zum Einsatz kommen, voreilhaft, da dadurch das Risiko einer möglichen Kontamination der Reinräume weiter reduziert werden kann. Hierbei ist eine mag netische Realisierung insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die Beförderung unter Vakuumbedingungen erfolgen soll. Insbesondere außerhalb solcher Vakuumbedingungen wären beispielsweise auch Druckluftsysteme einsetzbar, die beispielsweise ein Luftkissen unter dem Transportkörper bereitstellen. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Beförderungsvorrichtung weiter hin einen Stator auf, wobei die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper in kontrollierter Weise relativ zum Stator zu befördern. Hierbei kann der Stator mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten aufweisen, von denen jeder über ein Stellelement mit dem Stator verbunden ist, wobei das Stellelement dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten relativ zum Stator in kontrollierter Weise zu ändern; der zumindest eine Transportkörper zumindest zwei Stationärmagneten aufweisen, welche mit dem Transportkörper derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten relativ zum Transportkörper unbeweglich sind; der Stator und der zumindest eine Transportkörper mittels der zumindest zwei Stationärmagne ten und der mehreren Stellmagneten magnetisch gekoppelt sein; und die Beförderungsvor richtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehreren Stellmagneten mittels der Stellelemente relativ zum Stator zu befördern. Alternativ kann hierbei der zumindest eine Transportkörper mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten aufweisen, von denen jeder über ein Stel lelement mit dem Transportkörper verbunden ist, wobei das Stellelement dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten relativ zum Transportkörper in kontrollierter Weise zu ändern; der Stator zumindest zwei Stationär magneten aufweisen, welche mit dem Stator derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten relativ zum Stator unbeweglich sind; der zumindest eine Transportkörper und der Stator mittels der zumindest zwei Stationärmagneten und der mehreren Stellmagne ten magnetisch gekoppelt sein; und die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zumindest einen Transportkörper durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientie rung der mehreren Stellmagneten mittels des Stellelements relativ zum Stator zu befördern. According to an advantageous embodiment, it is proposed that the conveying device is set up to convey the at least one transport body in a controlled manner in a suspended manner. In other words, this relates in particular to a contactless or contactless transport of the transport body. In this context, it is particularly preferred if the conveying device is designed in the manner of a magnetic transport system or the suspended conveyance is implemented magnetically. Pending transportation is particularly advantageous in connection with cleanrooms, such as those used in semiconductor manufacturing, since this can further reduce the risk of possible contamination of the cleanrooms. A magnetic implementation is particularly advantageous here if the transport is to take place under vacuum conditions. In particular outside of such vacuum conditions, compressed air systems could also be used, for example, which provide an air cushion under the transport body, for example. According to a particularly advantageous embodiment, the conveying device further has a stator, the conveying device being set up to convey the at least one transport body in a controlled manner relative to the stator. Here, the stator can have a plurality of movably arranged adjusting magnets, each of which is connected to the stator via an adjusting element, the adjusting element being set up to change a position and / or an orientation of the associated adjusting magnet relative to the stator in a controlled manner; the at least one transport body has at least two stationary magnets which are connected to the transport body in such a way that the at least two stationary magnets are immovable relative to the transport body; the stator and the at least one transport body can be magnetically coupled by means of the at least two station arm magnets and the plurality of actuating magnets; and the conveying device can be set up to convey the at least one transport body relative to the stator by controlled positioning and / or orientation of the plurality of actuating magnets by means of the actuating elements. Alternatively, the at least one transport body can have a plurality of movably arranged actuating magnets, each of which is connected to the transport body via an actuating element, the actuating element being set up to control the position and / or orientation of the associated actuating magnet relative to the transport body in a controlled manner to change; the stator has at least two stationary magnets which are connected to the stator in such a way that the at least two stationary magnets are immovable relative to the stator; the at least one transport body and the stator can be magnetically coupled by means of the at least two stationary magnets and the plurality of actuating magnets; and the conveying device can be configured to convey the at least one transport body relative to the stator by means of the actuating element by means of a controlled positioning and / or orientation of the plurality of actuating magnets.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere zur Bereitstellung eines schwebenden Trans ports eine Beförderungsvorrichtung mit einem Stator zur kontrollierten Beförderung eines Transportkörpers relativ zum Stator vorgeschlagen. Hierbei wird in vorteilhafter Weise eine kontrollierte Beförderung eines Transportkörpers relativ zu einem Stator ermöglicht, indem eines der beiden Elemente über eine Vielzahl zumindest teilweise beweglich angeordneter Stellmagneten verfügt, deren jeweilige Position und/oder Orientierung relativ zu diesem Ele ment über Stellelemente in kontrollierter Weise vorgegeben werden kann, und das andere der beiden Elemente über zumindest zwei unbeweglich mit diesem Element verbundene Sta- tionärmagneten verfügt, wobei die Stationärmagneten mit Stellmagneten magnetisch gekop pelt sind. Die Beförderungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Transportkörper relativ zum Stator durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung von Stellmagneten zu befördern. Dabei umfasst das Befördern insbesondere, den zumindest einen Transportkör per in eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator zu bringen. In this connection, a transport device with a stator for the controlled transport of a transport body relative to the stator is proposed in particular for providing a floating transport. In this case, a controlled transport of a transport body relative to a stator is advantageously made possible by one of the two elements having a plurality of at least partially movably arranged actuating magnets, the respective position and / or orientation of which relative to this element are predefined in a controlled manner via actuating elements can, and the other of the two elements via at least two immovably connected with this element tionärmagneten, the stationary magnets are magnetically coupled with actuating magnets. The conveying device is set up to convey the transport body relative to the stator by controlled positioning and / or orientation of actuating magnets. Transporting in particular includes bringing the at least one transport body into a desired position and / or orientation relative to the stator.
Dies ermöglicht insbesondere eine vollständige magnetische Levitation des Transportkörpers in sechs Freiheitsgraden, d.h. in drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden relativ zum Stator. Dies hat den Vorteil, dass die Beförderung des Transportkörpers flexibler erfolgen kann, als bei herkömmlichen Systemen. In particular, this enables complete magnetic levitation of the transport body in six degrees of freedom, i.e. in three translational and three rotational degrees of freedom relative to the stator. This has the advantage that the transport body can be transported more flexibly than with conventional systems.
Ferner bietet dies den Vorteil, dass eine Levitation und/oder eine Vorwärtsbewegung des Transportkörpers relativ zum Stator durch eine entsprechende Positionierung und/oder Ori entierung der Stellmagneten mittels der jeweiligen Stellelemente ermöglicht werden kann. Dadurch kann auf eine Bereitstellung einer komplexen Anordnung und Ansteuerung von Magnetspulen verzichtet werden. Dies reduziert nicht nur die Komplexität der Beförderungs vorrichtung und somit die Herstellungskosten, sondern erlaubt auch den Einsatz von Perma nentmagneten, welche oftmals eine sehr viel größere Flussdichte bereitstellen können als für derartige Zwecke verwendbare Magnetspulen. Dies kann wiederum eine größere Hubhöhe bzw. einen größeren Luftspalt zwischen dem Stator und dem Transportkörper ermöglichen, wodurch sich ein größerer Bewegungsspielraum bei Bewegungen in Z-Richtung und oder im Nick- und Roll-Winkelbereich ergeben kann. Ferner bietet dies den Vorteil, dass auch eine Unterbrechung der Versorgung mit elektrischer Energie nicht zwangsläufig zu einer Fehl funktion oder gar der Verursachung eines Schadens führen muss. Insbesondere führt eine Unterbrechung der Leistungsversorgung nicht zu einem Verlust des Magnetfelds bzw. der magnetischen Kopplung zwischen Stator und Transportkörper. Beispielsweise können im Falle einer Unterbrechung der Leistungsversorgung die Kopplungskräfte zwischen den Stell magneten und den Stationärmagneten zunehmen, sobald die Position und/oder die Orientie rung der Stellmagneten der anziehenden Kraftwirkung der Stationärmagneten nachgibt, wo raufhin der Transportkörper auf den Stator gezogen wird und so gegen unkontrolliertes Her abfallen gesichert ist. Darüber hinaus bietet diese vorteilhafte Ausgestaltung den Vorteil, dass die magnetische Kopplung zwischen dem Stator und dem Transportkörper sowohl eine Levitation des Transportkörpers, d.h. einen Hub über dem Stator, bewirken kann, als auch eine Fortbewegung des Transportkörpers relativ zum Stator, d.h. Beförderung, ohne dass dafür noch weitere berührende oder berührungslose Systeme zwingend erforderlich wären. Dadurch kann ein berührungsloser Transport ermöglicht werden, so dass die Beförderungs vorrichtung auch in Umgebungen mit erhöhten Sauberkeitsanforderungen (wie etwa den oben erwähnten Reinräumen bei der Halbleiterfertigung) zum Einsatz gelangen kann. Bei spielsweise kann der Transportkörper in einer Umgebung mit erhöhten Sauberkeitsanforde rungen befördert werden, während der Stator außerhalb in einer Umgebung mit geringeren Sauberkeitsanforderungen angeordnet ist. Durch einen Luftspalt zwischen dem Stator und dem Transportkörper können beispielsweise Trennelemente verlaufen, um die verschiede nen Sauberkeitsbereiche zu trennen. Somit eignet sich die Beförderungsvorrichtung auch zur Anwendung bei chemischen Verfahren, etwa im chemischen Bereich einer Halbleiterferti gung, sowie beispielsweise in gasdichten, flüssigkeitsdichten und/oder abgekapselten Berei chen. This also offers the advantage that levitation and / or forward movement of the transport body relative to the stator can be made possible by appropriate positioning and / or orientation of the actuating magnets by means of the respective actuating elements. This makes it possible to dispense with the provision of a complex arrangement and control of magnetic coils. This not only reduces the complexity of the transport device and thus the manufacturing costs, but also allows the use of permanent magnets, which can often provide a much higher flux density than magnetic coils that can be used for such purposes. This in turn can enable a greater lifting height or a larger air gap between the stator and the transport body, which can result in greater freedom of movement for movements in the Z direction and or in the pitch and roll angle range. This also has the advantage that an interruption in the supply of electrical energy does not necessarily lead to a malfunction or even cause damage. In particular, an interruption in the power supply does not lead to a loss of the magnetic field or the magnetic coupling between the stator and the transport body. For example, in the event of an interruption in the power supply, the coupling forces between the actuating magnets and the stationary magnets can increase as soon as the position and / or the orientation of the actuating magnets yields to the attractive force of the stationary magnets, whereupon the transport body is pulled onto the stator and thus against uncontrolled Falling back is secured. In addition, this advantageous embodiment offers the advantage that the magnetic coupling between the stator and the transport body can both bring about a levitation of the transport body, ie a stroke above the stator, and also a movement of the transport body relative to the stator, ie transportation, without further touching or non-contacting systems would be absolutely necessary. This enables a contactless transport, so that the transport device can also be used in environments with increased cleanliness requirements (such as the cleanrooms mentioned above in semiconductor production). In example, the transport body can be transported in an environment with increased cleanliness requirements, while the stator is arranged outside in an environment with lower cleanliness requirements. Through an air gap between the stator and the transport body, for example, separating elements can run in order to separate the various areas of cleanliness. The conveying device is thus also suitable for use in chemical processes, for example in the chemical field of semiconductor production, and for example in gas-tight, liquid-tight and / or encapsulated areas.
Ferner kann der Vorteil ermöglicht werden, dass weder im Transportkörper noch im Stator zwingend Magnetspulen bereitgestellt werden müssen, so dass eine Erwärmung des Trans portkörpers und/oder des Stators durch in solchen Spulen auftretende Ströme vermieden werden kann. Dies begünstigt einen Einsatz der Beförderungsvorrichtung in wärmekritischen Umgebungen oder zur Beförderung von wärmeempfindlichen Objekten und verbessert die Energieeffizienz der Beförderungsvorrichtung, da die Dissipation von elektrischer Energie re duziert werden kann. Furthermore, the advantage can be made possible that magnetic coils do not have to be provided in the transport body or in the stator, so that heating of the transport body and / or the stator by currents occurring in such coils can be avoided. This favors the use of the conveying device in heat-critical environments or for conveying heat-sensitive objects and improves the energy efficiency of the conveying device, since the dissipation of electrical energy can be reduced.
Durch die vorteilhafte Levitation bzw. Beförderung mittels magnetischer Kopplung kann auch auf effiziente Weise eine Entkopplung des Transportkörpers bzw. der Beförderungsvorrich tung von Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder Körperschallwellen erreicht werden, wodurch die Beförderungsvorrichtung auch bei der Beförderung von empfindlichen Objekten, wie etwa Halbleiterprodukten, in besonders vorteilhafter Weisezum Einsatz kommen kann. Due to the advantageous levitation or conveyance by means of magnetic coupling, decoupling of the transport body or the conveying device from vibrations and / or vibrations and / or structure-borne sound waves can also be achieved in an efficient manner, as a result of which the conveying device can also be used when conveying sensitive objects, such as Semiconductor products, can be used in a particularly advantageous manner.
Vorzugsweise weist die Beförderungsvorrichtung eine Mehrzahl von Stellmagneten und/oder eine Mehrzahl von Stationärmagneten auf. Besonders bevorzugt sind die Stellmagneten und/oder die Stationärmagneten über eine Beförderungsfläche in oder am Stator bzw. in o- der am Transportkörper angeordnet, so dass der Transportkörper entlang der Beförderungs fläche levitiert und/oder befördert werden kann. Auf diese Weise lässt sich ein größerer Be reich erzeugen, in welchem der Transportkörper befördert werden kann. Besonders bevor- zugt weisen die Stellmagneten insgesamt eine Anzahl von Freiheitsgraden auf, welche min destens so groß ist wie die Anzahl der Freiheitsgrade des Transportkörpers, in welchen der Transportkörper kontrolliert befördert bzw. positioniert werden soll. Soll beispielsweise der Transportköper in sechs Freiheitsgraden befördert und/oder positioniert werden, ist es vor teilhaft, mehrere Stellmagneten bereitzustellen, welche insgesamt sechs oder mehr Frei heitsgrade aufweisen. Beispielsweise können dazu die Stellmagneten derart eingerichtet sein, dass zu jedem Zeitpunkt der Transportköper mit zumindest sechs Stellmagneten wech selwirkt. The conveying device preferably has a plurality of actuating magnets and / or a plurality of stationary magnets. The actuating magnets and / or the stationary magnets are particularly preferably arranged over a conveying surface in or on the stator or in or on the transport body, so that the transport body can be levitated and / or conveyed along the conveying surface. In this way, a larger Be can be generated, in which the transport body can be transported. Especially before the actuating magnets have a total of a number of degrees of freedom which is at least as large as the number of degrees of freedom of the transport body in which the transport body is to be conveyed or positioned in a controlled manner. For example, if the transport body is to be transported and / or positioned in six degrees of freedom, it is advantageous to provide a plurality of actuating magnets which have a total of six or more degrees of freedom. For example, the control magnets can be set up such that the transport body interacts with at least six control magnets at any time.
Vorzugsweise ist das Magnetfeld der Stellmagneten und/oder das Magnetfeld der zumindest zwei Stationärmagneten der Beförderungsfläche zugewandt, d.h. ein Magnetpol ist der Be förderungsfläche zugewandt. Die Beförderungsfläche ist dabei die Fläche, entlang welcher der Transportkörper in kontrollierter Weise relativ zum Stator befördert wird. Insbesondere kann die Beförderungsfläche mit einer Statorebene und/oder einer Wirkfläche des Stators zusammenfallen. Besonders bevorzugt liegt die Beförderungsfläche in einer (Transport- ) Ebene. Darüber hinaus kann die Beförderungsfläche aber auch gekrümmt und/oder mit min destens einen Knick bzw. unstetig verlaufen. Beispielsweise kann eine zwischen dem Stator und einem von dem Stator levitierten Transportkörper liegende Fläche die Beförderungsflä che darstellen. Eine derartige Anordnung bietet den Vorteil, dass die magnetische Kopplung zwischen den Stellmagneten und den Stationärmagneten vergrößert bzw. optimiert werden kann. Vorzugsweise sind die Magnetpole der Stellmagneten und Stationärmagneten einan der zugewandt bzw. derart angeordnet, dass deren magnetische Felder einen Überlapp auf weisen und/ oder wechselwirken. Vorzugsweise werden dabei die magnetischen Felder in von der Beförderungsfläche abgewandten Richtungen minimiert. Preferably, the magnetic field of the actuating magnets and / or the magnetic field of the at least two stationary magnets faces the conveying surface, i.e. a magnetic pole faces the promotional area. The transport area is the area along which the transport body is transported in a controlled manner relative to the stator. In particular, the conveying surface can coincide with a stator plane and / or an active surface of the stator. The transport area is particularly preferably in a (transport) plane. In addition, the transport surface can also be curved and / or run with at least one kink or discontinuous. For example, a surface lying between the stator and a transport body levitated by the stator can represent the conveying surface. Such an arrangement offers the advantage that the magnetic coupling between the actuating magnet and the stationary magnet can be increased or optimized. Preferably, the magnetic poles of the actuating magnets and stationary magnets face one another or are arranged such that their magnetic fields have an overlap and / or interact. The magnetic fields are preferably minimized in directions facing away from the conveying surface.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungsvorrich tung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper auf der Beförderungsfläche ent lang unterschiedlicher Beförderungswege (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) zu be fördern, insbesondere so, dass ein Transportkörper einen anderen Transportkörper überho len kann. In diesem Zusammenhang können auch Wartezonen gebildet sein, insbesondere so, dass ein wartender Transportkörper einen anderen passieren lassen kann. Darüber hin aus kann vorgesehen sein, dass ein überholender Transportkörper einen (vordefinierten) Mindestabstand zu dem anderen Transportkörper einhält. Der Mindestabstand ist in diesem Zusammenhang insbesondere derart vordefiniert, dass der überholende Transportkörper nicht das magnetische Schweben des anderen Transportkörpers beeinträchtigt. According to an advantageous embodiment, it is proposed that the conveying device is set up to convey at least two transport bodies on the conveying surface along different transport routes (in a controlled manner relative to the stator), in particular in such a way that a transport body can overtake another transport body. In this context, waiting zones can also be formed, in particular in such a way that one waiting transport body can let another pass. In addition, it can be provided that an overtaking transport body maintains a (predefined) minimum distance from the other transport body. The minimum distance is in this Relationship in particular predefined in such a way that the overtaking transport body does not impair the magnetic levitation of the other transport body.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungs vorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper auf der Beförderungsflä che entlang eines zumindest zweispurigen Beförderungsweges (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) zu befördern. Hierdurch können in vorteilhafter Weise mehrspurige Transport wege auf der Beförderungsfläche ermöglicht werden, wodurch die Produktionskapazität vor teilhaft erhöht werden kann. According to a further advantageous embodiment, it is proposed that the conveying device be set up to convey at least two transport bodies on the conveying surface along an at least two-lane conveying path (in a controlled manner relative to the stator). As a result, multi-lane transport routes can advantageously be made possible on the conveying surface, as a result of which the production capacity can be increased before.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Beförderungs vorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) hin zu einer (Wafer-) Bearbeitungsstation zu befördern und/oder den mittels des Transportkörpers transportierten Wafer in einer Bearbeitungsstation zu posi tionieren und/oder auszurichten (zu orientieren). Bei der Bearbeitungsstation kann es sich beispielsweise um eine chemische Bearbeitungsstation, eine lithographische Bearbeitungs station oder eine Untersuchungsstation handeln, in der der Wafer beispielsweise mittels ei nes Mikroskops untersucht werden kann. According to a further advantageous embodiment, it is proposed that the conveying device is set up to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) to a (wafer) processing station and / or the wafer transported by means of the transport body in a processing station to position and / or align (orient). The processing station can be, for example, a chemical processing station, a lithographic processing station or an examination station in which the wafer can be examined, for example, by means of a microscope.
Alternativ oder kumulativ kann die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den zu mindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) hin zu einem Lager bzw. Speicher für Wafer zu befördern und/oder den mittels des Transportkörpers transpor tierten Wafer in einem Lager bzw. Speicher für Wafer zu positionieren und/oder auszurichten (zu orientieren). Bevorzugt ist die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet, den zumindest einen Transportkörper aus und/oder von einem Lager bzw. Speicher für Wafer bis hin zu ei ner und/oder in eine Bearbeitungsstation zu befördern. Alternatively or cumulatively, the conveying device can be set up to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) to a warehouse or storage for wafers and / or the wafer transported by means of the transport body in a warehouse or storage to position and / or align (orient) wafers. The conveying device is preferably set up to convey the at least one transport body from and / or from a storage or storage for wafers to egg ner and / or into a processing station.
Weiterhin bevorzugt ist die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, den zumindest ei nen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) durch eine (Wafer-) Bearbei tungsstation hindurch zu befördern. Weiterhin kann die Beförderungsvorrichtung dazu einge richtet sein, den zumindest einen Transportkörper (in kontrollierter Weise relativ zum Stator) derart entlang einer (Wafer-) Bearbeitungsstation zu befördern, dass der mittels des Trans portkörpers transportierte Wafer durch die (Wafer-) Bearbeitungsstation hindurch befördert wird. Darüber hinaus kann die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, den mittels des Transportkörpers transportierten Wafer während des Transports durch die Bearbeitungs station in der Bearbeitungsstation zu positionieren und/oder auszurichten (zu orientieren). The conveying device is further preferably configured to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) through a (wafer) processing station. Furthermore, the conveying device can be set up to convey the at least one transport body (in a controlled manner relative to the stator) along a (wafer) processing station in such a way that the wafer transported by means of the transport body is conveyed through the (wafer) processing station , In addition, the transport device can be set up to use the of the transport body to position and / or align (orient) the wafer transported during the transport through the processing station in the processing station.
In der Bearbeitungsstation kann beispielsweise eine Umgebung mit erhöhten Sauberkeitsan forderungen (Reinraum) und/oder ein Vakuum eingestellt sein. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn zum Verbringen des Wafers in die Bearbeitungsstation ledig lich ein Teil des Transportkörpers, beispielsweise ein Halter oder Greifer bzw. eine Zange des Transportkörpers in die Bearbeitungsstation hineinragt. Hierbei kann dieser Teil des Transportkörpers beispielsweise durch eine der Bearbeitungsstation vorgeordneten For example, an environment with increased cleanliness requirements (clean room) and / or a vacuum can be set in the processing station. In this context, it is particularly preferred if only part of the transport body, for example a holder or gripper or pliers of the transport body, projects into the processing station for moving the wafer into the processing station. This part of the transport body can be arranged upstream of the processing station, for example
Schleuse hindurchgreifen. Reach through the lock.
Eine Ausrichtung des Wafers (der Lage des Wafers) in der Bearbeitungsstation kann bei spielsweise durch eine Neigung des Transportkörpers relativ zur Beförderungsfläche und/o der durch eine Drehung des Transportkörpers um dessen Hochachse erfolgen. Eine Positio nierung des Wafers (der Lage des Wafers) in der Bearbeitungsstation kann beispielsweise auch durch eine (zweidimensionale) Bewegung entlang der Beförderungsfläche und/oder eine Drehung des Transportkörpers um dessen Hochachse erfolgen. Eine Neigung des Transportkörpers relativ zur Beförderungsfläche kann darüber hinaus auch während der Be förderung entlang der Beförderungsfläche vorteilhaft sein, da hierdurch ggf. eine erhöhte Be förderungsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Beispielsweise könnte durch ein (gezieltes) Neigen des Transportkörpers ein Herunterfallen des Wafers während einer Beschleunigung des Transportkörpers vermieden werden. Alignment of the wafer (the position of the wafer) in the processing station can take place, for example, by inclining the transport body relative to the transport surface and / or by rotating the transport body about its vertical axis. A positioning of the wafer (the position of the wafer) in the processing station can also be carried out, for example, by a (two-dimensional) movement along the conveying surface and / or a rotation of the transport body about its vertical axis. An inclination of the transport body relative to the conveying surface can also be advantageous during the conveying along the conveying surface, since this may result in an increased conveying speed. For example, a (targeted) inclination of the transport body could prevent the wafer from falling off while the transport body is accelerating.
Vorzugsweise weisen die zumindest zwei Stationärmagneten und/oder die Stellmagneten je weils zumindest einen Permanentmagneten auf. Dies hat den Vorteil, dass im Stator und/o der im Transportkörper die Verwendung von Magnetspulen verringert oder gar ganz vermie den werden kann und somit der Energieverbrauch der Beförderungsvorrichtung gesenkt wer den kann. Ferner kann mittels Permanentmagneten ein im Vergleich zu Magnetspulen sehr starkes Magnetfeld erzeugt werden, welches darüber hinaus auf kleinem Raum bereitgestellt werden kann. Auch ist bei der Verwendung von Permanentmagneten zur Bereitstellung des Magnetfeldes keine Versorgung der Magneten mit elektrischer Leistung erforderlich, wie dies beispielsweise bei der Verwendung von Magnetspulen der Fall ist. Zudem dissipieren Per manentmagneten keine elektrische Leistung und tragen somit nicht zu einer unerwünschten Erwärmung der Beförderungsvorrichtung bei. Besonders bevorzugt weisen ein Stationär magnet und/oder ein Stellmagnet ausschließlich einen oder mehrere Permanentmagneten auf, ohne zusätzlich Magnetspulen aufzuweisen. Auf diese Weise kann beispielsweise ver mieden werden, dass der Transportkörper mit einer bei der Fortbewegung hinderlichen Zu fuhrleitung für elektrische Energie kontaktiert werden muss. Preferably, the at least two stationary magnets and / or the actuating magnets each have at least one permanent magnet. This has the advantage that the use of magnetic coils in the stator and / or in the transport body can be reduced or even completely avoided and thus the energy consumption of the transport device can be reduced. Furthermore, a magnetic field that is very strong compared to magnetic coils can be generated by means of permanent magnets, which magnetic field can also be provided in a small space. Also, when using permanent magnets to provide the magnetic field, it is not necessary to supply the magnets with electrical power, as is the case, for example, when using magnetic coils. In addition, permanent magnets do not dissipate electrical power and therefore do not contribute to an undesirable one Heating of the conveyor. A stationary magnet and / or an actuating magnet particularly preferably have only one or more permanent magnets, without additionally having magnet coils. In this way, it can be avoided, for example, that the transport body must be contacted with a supply line for electrical energy which is an obstacle to locomotion.
Vorzugsweise liefert ein Permanentmagnet (an einem Punkt der Oberfläche) eine magneti sche Flussdichte von zumindest 0,05 T, bevorzugt zumindest 0,1 T, weiter bevorzugt zumin dest 0,25 T, noch weiter bevorzugt zumindest 0,5 T, besonders bevorzugt zumindest 0,75 T, am meisten bevorzugt zumindest 1 T auf. Insbesondere können Permanentmagneten derart ausgewählt werden, dass durch die gewählten Flussdichten die zum Transport und/oder zur Positionierung des Transportkörpers erforderlichen Kräfte und Momente erzielt werden. Per manentmagneten mit einer größeren Flussdichte können beispielsweise dazu dienen, einen größeren Hub zu bewirken und/oder höhere Beschleunigungen zu bewirken und/oder schwe rere Lasten mit dem Transportkörper zu befördern. Preferably, a permanent magnet (at a point on the surface) provides a magnetic flux density of at least 0.05 T, preferably at least 0.1 T, more preferably at least 0.25 T, even more preferably at least 0.5 T, particularly preferably at least 0.75T, most preferably at least 1T. In particular, permanent magnets can be selected such that the forces and moments required for transport and / or positioning of the transport body are achieved through the selected flux densities. Magnets with a larger flux density can serve, for example, to effect a larger stroke and / or to effect higher accelerations and / or to transport heavier loads with the transport body.
Vorzugsweise weist ein Stellmagnet eine Magnetgruppe auf, welche vorzugsweise mehrere Permanentmagneten und/oder Magnetspulen aufweist. Vorzugsweise bilden auch die Statio närmagneten zumindest eine Magnetgruppe, wobei die Magnetgruppe vorzugsweise meh rere Permanentmagneten und/oder Magnetspulen aufweist. Insbesondere für den Fall, dass die mehreren Magneten einer Magnetgruppe entlang einer Geraden angeordnet sind, kann es vorteilhaft sein, die Magneten derart anzuordnen, dass die mehreren Magneten derart ori entiert bzw. angeordnet sind, dass deren magnetische Dipole nicht parallel ausgerichtet sind bzw. nicht in die gleiche Richtung zeigen, insbesondere nicht alle parallel zu der Geraden ausgerichtet sind. Eine nicht-parallele Anordnung der Dipole kann dabei für eine kontrollierte Beförderung bzw. Bewegung des Transportkörpers in allen sechs Freiheitsgraden von Vorteil sein. A control magnet preferably has a magnet group, which preferably has a plurality of permanent magnets and / or magnet coils. The stationary magnets preferably also form at least one magnet group, the magnet group preferably having a plurality of permanent magnets and / or magnetic coils. In particular, in the event that the plurality of magnets of a magnet group are arranged along a straight line, it may be advantageous to arrange the magnets in such a way that the plurality of magnets are oriented or arranged in such a way that their magnetic dipoles are not aligned in parallel or not point in the same direction, in particular not all are aligned parallel to the straight line. A non-parallel arrangement of the dipoles can be advantageous for a controlled transport or movement of the transport body in all six degrees of freedom.
Besonders bevorzugt ist die Mehrzahl von Permanentmagneten und/oder Magnetspulen der zumindest einen Magnetgruppe zumindest teilweise gemäß einem Halbach-Array angeord net. Dies bietet den Vorteil, dass sich die durch die mehreren Magneten erzeugten Magnet felder in eine Richtung vom Halbach-Array wegführend verstärken und in eine andere Rich tung vom Halbach-Array wegführend verringern oder gar ganz auslöschen. Dies kann bei spielsweise dahingehend vorteilhaft sein, dass die Magnetfelder in einer Richtung zwischen dem Stator und dem Transportkörper verstärkt werden können, während sich die Magnetfel der in andere Richtungen reduzieren oder gar ganz auslöschen. Somit kann das Magnetfeld auf eine besonders effiziente Weise zur Levitation genutzt werden und/oder die ein Halbach- Array aufweisenden Magneten aneinander angrenzend, insbesondere auf engem Raum, an geordnet werden, ohne sich gegenseitig negativ zu beeinflussen. Vorzugsweise werden die Halbach-Arrays derart angeordnet, dass sich ein Magnetfeld der Magnetgruppe vorzugs weise zur Beförderungsfläche bzw. Wirkfläche hin erstreckt. Insbesondere kann durch die Anordnung als Halbach-Array bei gleichen Kopplungskräften und -momenten das Gesamtge wicht und/oder das Trägheitsmoment der Magneten reduziert werden. Am meisten bevorzugt sind flächige Anordnungen von Magneten, die in verschiedenen Raumrichtungen Halbach- Arrays ausbilden, um hohe Kräfte und Momente in allen Freiheitsgraden zu übertragen. The plurality of permanent magnets and / or magnetic coils of the at least one magnet group is particularly preferably at least partially arranged according to a Halbach array. This offers the advantage that the magnetic fields generated by the several magnets are strengthened in one direction away from the Halbach array and reduced in another direction away from the Halbach array or even completely extinguished. This can be advantageous, for example, in that the magnetic fields between in one direction the stator and the transport body can be reinforced, while the magnetic fields are reduced in other directions or even completely extinguished. The magnetic field can thus be used for levitation in a particularly efficient manner and / or the magnets having a Halbach array can be arranged adjacent to one another, in particular in a narrow space, without adversely affecting one another. The Halbach arrays are preferably arranged in such a way that a magnetic field of the magnetic group preferably extends to the transport surface or active surface. In particular, the total weight and / or the moment of inertia of the magnets can be reduced by the arrangement as a Halbach array with the same coupling forces and moments. The most preferred are flat arrangements of magnets which form Halbach arrays in different spatial directions in order to transmit high forces and moments in all degrees of freedom.
Bevorzugt weist das Stellelement ein Antriebselement auf, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten in kontrollierter Weise zu ändern. Beispielsweise kann ein solches Antriebselement einen Elektromotor auf weisen, welcher direkt oder über ein Getriebe und/oder ein Gestänge mit dem Stellmagneten verbunden ist, um diesen zu bewegen. Zudem kann ein Antriebselement derart eingerichtet sein, dass mehrere Stellmagneten damit bewegt werden können. Derartige Anordnungen ha ben den Vorteil, dass die mit einem Stellelement verbundenen Stellmagneten individuell in ihrer Position bzw. Orientierung geändert werden können. Beispielsweise kann das Stellele ment derart eingerichtet sein, dass es den bzw. die Stellmagneten um eine Achse und/oder einen Schwerpunkt des Stellmagneten rotieren kann. Des Weiteren kann ein Antriebsele ment so eingerichtet sein, dass damit mehr als ein Freiheitsgrad des mindestens einen Stell magneten bewegt werden kann. Weiter bevorzugt weist das Stellelement ein Sensorelement auf, welches dazu eingerichtet ist, um die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement verbundenen Stellmagneten zu ermitteln. Dies ermöglicht es, die Orientierung und/oder Position des Stellmagneten zu regeln und den gewünschten Effekt mittels des Stellmagneten auf effiziente und effektive Weise zu bewirken. Weiter bevorzugt weist das Stellelement ein Kontrollelement auf, welches dazu eingerichtet ist, um die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement verbundenen Stellmagneten mittels des Antriebs auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Beispielsweise kann das Kontrollelement eine Steuer- und/oder Regelungseinheit aufweisen, mittels welcher die Bewegung des Stellmag neten über das Antriebselement gesteuert und/oder geregelt wird. Auf diese Weise kann die Positionierung bzw. Orientierung des Stellmagneten besonders schnell und/oder genau erfol gen. The actuating element preferably has a drive element which is set up to change the position and / or the orientation of the actuating magnet connected thereto in a controlled manner. For example, such a drive element can have an electric motor, which is connected directly or via a gear and / or a linkage to the actuating magnet in order to move it. In addition, a drive element can be set up in such a way that several actuating magnets can be moved with it. Such arrangements have the advantage that the actuating magnets connected to an actuating element can be individually changed in their position or orientation. For example, the actuating element can be set up such that it can rotate the actuating magnet (s) about an axis and / or a center of gravity of the actuating magnet. Furthermore, a drive element can be set up so that more than one degree of freedom of the at least one actuating magnet can be moved. The actuating element further preferably has a sensor element which is set up to determine the position and / or the orientation of the actuating magnet connected to the actuating element. This makes it possible to regulate the orientation and / or position of the actuating magnet and to effect the desired effect in an efficient and effective manner by means of the actuating magnet. The actuating element further preferably has a control element which is set up to set the position and / or the orientation of the actuating magnet connected to the actuating element to a predetermined value by means of the drive. For example, the control element can have a control and / or regulating unit, by means of which the movement of the actuating magnet is controlled and / or regulated via the drive element. In this way, the Positioning or orientation of the actuating magnet is particularly quick and / or successful.
Darüber hinaus kann eine Beförderungsvorrichtung auch eine Positionsbestimmungseinheit aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, eine relative Position und/oder Orientierung des zu mindest einen Transportkörpers relativ zum Stator zu ermitteln. Beispielsweise kann die Po sitionsbestimmungseinheit optische Sensoren und/oder kapazitive Sensoren und/oder Mag netfeldsensoren, wie etwa Hall-Sensoren, aufweisen, welche auf Basis des von einem Transportkörper verursachten Magnetfeldes zumindest teilweise eine Position und/oder Ori entierung des Transportkörpers relativ zum Stator ermitteln. In addition, a transport device can also have a position determination unit, which is set up to determine a relative position and / or orientation of the at least one transport body relative to the stator. For example, the position determination unit can have optical sensors and / or capacitive sensors and / or magnetic field sensors, such as Hall sensors, which at least partially determine a position and / or orientation of the transport body relative to the stator based on the magnetic field caused by a transport body ,
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer hier vorgeschlage nen Beförderungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei der zumindest eine Transportkörper frei auf der Beförderungsfläche hin zu einer gewünschten Position und/oder Orientierung bewegt wird. According to a further aspect, a method for operating a transport device proposed here is also proposed, the at least one transport body being moved freely on the transport surface to a desired position and / or orientation.
Die im Zusammenhang mit der Beförderungsvorrichtung erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfah ren auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Cha rakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen. The details, features and advantageous configurations discussed in connection with the conveying device can accordingly also occur in the method presented here and vice versa. In this respect, full reference is made to the explanations given there for the more detailed characterization of the features.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kom binationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne von der vorliegenden Erfindung ab zuweichen. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dar gestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrie ben, ohne jedoch auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Gleiche oder ähnliche Elemente werden dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ent sprechende Erläuterungen werden im Sinne der Knappheit nicht wiederholt. The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawings and is described in detail below with reference to the drawings, but without being limited to the exemplary embodiments shown. The same or similar elements are provided with the same reference numerals. Corresponding explanations are not repeated in the sense of scarcity.
Figurenbeschreibung figure description
Figur 1 zeigt schematisch eine Beförderungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform in einer Draufsicht. Figure 1 shows schematically a conveyor device according to a preferred embodiment in a plan view.
Figuren 2A bis 2 E zeigen Beförderungsvorrichtungen gemäß bevorzugter Ausführungsfor men in einer schematischen Darstellung. FIGS. 2A to 2E show conveying devices according to preferred embodiments in a schematic representation.
Figuren 3A und 3B zeigen einen Transportkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungs form. Figures 3A and 3B show a transport body according to a preferred embodiment.
Die Figuren 4A bis 4M zeigen verschiedene Anordnungen von Stationärmagneten bzw. von Magnetgruppen in einer schematischen Darstellung in Draufsicht. FIGS. 4A to 4M show different arrangements of stationary magnets or of magnet groups in a schematic representation in a top view.
Figuren 5A bis 5C zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines Transportkörpers. FIGS. 5A to 5C show preferred embodiments of a transport body.
Figur 6 zeigt einen Transportkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Zu satzfunktion. Figure 6 shows a transport body according to a preferred embodiment with a set function.
Figuren 7A bis 7D zeigen in einer schematischen Darstellung Statoren gemäß bevorzugten Ausführungsformen. FIGS. 7A to 7D show stators according to preferred embodiments in a schematic illustration.
Figuren 8A bis 8E zeigen beispielhafte Anordnungen von Magnetgruppen bzw. Stellmagne ten. FIGS. 8A to 8E show exemplary arrangements of magnet groups or actuating magnets.
Figuren 9A bis 9H zeigen bevorzugte Ausführungsformen von Stellmagneten und Magnet gruppen und bevorzugte Anordnungen. Figures 9A to 9H show preferred embodiments of actuating magnets and magnet groups and preferred arrangements.
Figuren 10A und 10B zeigen in schematischen Darstellungen bevorzugter Ausführungs-for- men von Stellelementen. Figur IOC zeigt in einem Blockdiagramm ein beispielhaftes Funktionsprinzip eines Stellele ments. FIGS. 10A and 10B show schematic representations of preferred embodiments of adjusting elements. Figure IOC shows a block diagram of an exemplary principle of operation of a Stellele element.
Figur 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Positionsbestimmungseinheit. FIG. 11 shows a preferred embodiment of a position determination unit.
Figur 12 zeigt ein beispielhaftes Steuerungsdiagramm. FIG. 12 shows an exemplary control diagram.
Figuren 13A bis 13C zeigen bevorzugte Ausführungsformen von Beförderungsvorrichtungen. Figur 14 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Beförderungsvorrichtung. FIGS. 13A to 13C show preferred embodiments of conveying devices. FIG. 14 shows a preferred embodiment of a conveying device.
Figur 15 zeigt ein beispielhaftes Verfahrensablaufschema. FIG. 15 shows an exemplary process flow diagram.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing
Figur 1 zeigt schematisch eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Aus führungsform in einer Draufsicht. Die Beförderungsvorrichtung 10 dient zum Befördern min destens eines Wafers 36. Die Beförderungsvorrichtung 10 hat hier beispielhaft zwei Trans portkörper 200. Jeder Transportkörper 200 ist zum Tragen und/oder zum Halten mindestens eines Wafers 36 eingerichtet, hier beispielhaft dadurch, dass Teile der Transportkörper 200 in der Art von Greifern gebildet sind. Weiterhin ist die Beförderungsvorrichtung 10 dazu ein gerichtet, die Transportkörper 200 zweidimensional auf einer Beförderungsfläche 35 zu be wegen. Figure 1 shows schematically a conveyor device 10 according to a preferred embodiment from a top view. The conveying device 10 is used for conveying at least one wafer 36. The conveying device 10 here has, for example, two transport bodies 200. Each transport body 200 is designed to carry and / or hold at least one wafer 36, here, for example, by parts of the transport body 200 in the kind of grippers are formed. Furthermore, the conveying device 10 is designed to move the transport body 200 two-dimensionally on a conveying surface 35.
Die Transportkörper 200 können sich im Wesentlichen frei auf der Beförderungsfläche 35 be wegen und dabei Wafer 36 hin zu Bearbeitungsstationen 37 verbringen und diese ggf. sogar in den Bearbeitungsstationen 37 halten oder sogar darin positionieren und/oder ausrichten. Um dabei trotzdem eine möglichst gute Trennung des Innenraums der Bearbeitungsstatio nen 37 von der Umgebung gewährleisten zu können, können beispielsweise Schlitzventile 39 vorgesehen sein, durch die zumindest der den oder die Wafer 36 haltende Teil des Trans portkörpers 200 (bei geöffnetem Ventil) hindurchragen kann. The transport bodies 200 can move substantially freely on the conveying surface 35 because of this and in the process spend wafers 36 towards processing stations 37 and possibly even hold them in the processing stations 37 or even position and / or align them in the processing stations 37. In order to nevertheless be able to ensure the best possible separation of the interior of the machining stations 37 from the surroundings, slot valves 39 can be provided, for example, through which at least the part (s) holding the wafer 36 of the trans port body 200 (with the valve open) can protrude.
Figur 2A zeigt eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung mit zugehörigen Koordinatensystemen 900 und 920. Die dargestellte Beförderungsvorrichtung 10 ist auf einem Maschinentisch 12 angeordnet und weist einen Stator 100 und einen Transportkörper 200 auf. Zwischen dem Stator 100 und dem Transportkörper 200 ist schematisch ein Levitationsfeld 14 dargestellt, welches in die sem Fall ein aktiv geregeltes Magnetfeld ist. Das Levitationsfeld 14 wird durch Stellmagneten und Stationärmagneten (nicht gezeigt) an der Wirkfläche 102 des Stators 100 erzeugt, die im Stator 100 bzw. im Transportkörper 200 ausgebildet sind. Das Levitationsfeld 14 befindet sich zwischen dem Stator 100 und dem Transportkörper 200, wobei der Transportkörper 200 im Levitationsfeld 14 schwebt. Die gestrichelte Linie zeigt schematisch eine optional anbring- bare hermetische Abdichtung 16, welche es ermöglicht, mit dem Stator 100 außerhalb der hermetischen Abdichtung 16 den Transportkörper 200 innerhalb der hermetischen Abdich tung 16 zu befördern. Ferner sind schematisch Anschlüsse 18 gezeigt, mittels welcher die Beförderungsvorrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgt werden kann und über welche Kommunikationsdaten zu- und/oder abgeführt werden können. FIG. 2A shows a conveyor device 10 according to a preferred embodiment in a schematic representation with associated coordinate systems 900 and 920 The transport device 10 shown is arranged on a machine table 12 and has a stator 100 and a transport body 200. Between the stator 100 and the transport body 200, a levitation field 14 is shown schematically, which in this case is an actively controlled magnetic field. The levitation field 14 is generated by actuating magnets and stationary magnets (not shown) on the active surface 102 of the stator 100, which are formed in the stator 100 and in the transport body 200, respectively. The levitation field 14 is located between the stator 100 and the transport body 200, the transport body 200 floating in the levitation field 14. The dashed line shows schematically an optionally attachable hermetic seal 16, which makes it possible to use the stator 100 outside the hermetic seal 16 to convey the transport body 200 inside the hermetic seal 16. Connections 18 are also shown schematically, by means of which the transport device 10 can be supplied with electrical energy and via which communication data can be supplied and / or discharged.
Die Position und Orientierung des Transportkörpers relativ zum Stator kann dabei in einem Statorkoordinatensystem 900, welches durch eine x-Richtung 902, eine y-Richtung 904 und eine z-Richtung 906 aufgespannt wird, dargestellt werden. Der Transportkörper besitzt ein eigenes Transportkörperkoordinatensystem 920, welches durch eine xl-Richtung 922, eine yl- Richtung 924, und zl-Richtung 926 aufgespannt wird und einen Roll-Winkel 932, einen Nick-Winkel 934 und einen Gier-Winkel 936 aufweist. The position and orientation of the transport body relative to the stator can be represented in a stator coordinate system 900 which is spanned by an x direction 902, a y direction 904 and a z direction 906. The transport body has its own transport body coordinate system 920, which is spanned by an xl direction 922, a yl direction 924, and zl direction 926 and has a roll angle 932, a pitch angle 934 and a yaw angle 936.
Die Beförderungsvorrichtung 10 wird dabei vorzugsweise derart geregelt, dass der Trans portkörper 200 stabil levitiert und hinsichtlich der Translation und Rotation auf einer vorgege benen Sollkurve geführt wird. The conveying device 10 is preferably regulated in such a way that the transport body 200 levitates in a stable manner and is guided on a predetermined target curve with regard to translation and rotation.
Während Figur 2A eine Beförderungsvorrichtung 10 im Tischbetrieb zeigt, d.h. in einer Ebene angeordnet bzw. aufliegend, so dass der Transportkörper 200 durch die Erdanzie hungskraft 940 in Richtung des Stators 100 beschleunigt wird, zeigt Figur 2B eine Beförde rungsvorrichtung 10 im Wandbetrieb, bei der die Schwerkraft den Transportkörper im We sentlichen parallel zur Beförderungsfläche beschleunigt. Dabei wird die magnetische Kopp lung zwischen dem Stator 100 und dem Transportköper 200 so eingestellt, dass die Kräfte zur Kompensation der Schwerkraft ebenfalls parallel zur Beförderungsfläche wirken. Das Le vitationsfeld 14 verhindert dabei ein Abrutschen und/oder Abstürzen des Transportkörpers 200. Sofern Stellmagneten und Stationärmagneten (nicht gezeigt) Permanentmagneten auf weisen, kann auch bei einer Unterbrechung der Zufuhr von elektrischer Leistung gegebenen falls ein Abrutschen und/oder Abstürzen verhindert werden. Gleiches gilt für eine Beförde rungsvorrichtung 10 im Deckenbetrieb, die in Figur 2C schematisch dargestellt ist. 2A shows a conveying device 10 in table mode, that is to say arranged or lying on one level, so that the transport body 200 is accelerated by the force of gravity 940 in the direction of the stator 100, FIG. 2B shows a conveying device 10 in wall mode, in which the Gravity accelerates the transport body essentially parallel to the transport surface. The magnetic coupling between the stator 100 and the transport body 200 is set so that the forces for compensating for gravity also act parallel to the transport surface. The le vitationsfeld 14 prevents slipping and / or falling of the transport body 200. If actuating magnets and stationary magnets (not shown) have permanent magnets, slipping and / or falling can also be prevented if the supply of electrical power is interrupted. The same applies to a conveying device 10 in ceiling operation, which is shown schematically in FIG. 2C.
Figur 2D zeigt in einer schematischen Darstellung eine Beförderungsvorrichtung 10 mit drei Transportkörpern 200, welche über drei aneinander angrenzend angeordnete Statoren 100 bzw. Stator- Module transportiert werden, wobei die Stator-Module eine ebene Wirkfläche 102 bilden. Ferner ist in Figur 2D eine Positionierung der Transportkörper 200 in unter schiedlichen Hubhöhen bzw. in unterschiedlichen Abständen in z-Richtung 906 gezeigt. FIG. 2D shows a schematic representation of a conveying device 10 with three transport bodies 200, which are transported via three adjoining stators 100 or stator modules, the stator modules forming a flat active surface 102. Furthermore, FIG. 2D shows a positioning of the transport bodies 200 at different lifting heights or at different distances in the z direction 906.
Figur 2E zeigt in einer schematischen Darstellung eine Beförderungsvorrichtung 10 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welcher ein Transportkörper 200 durch zwei separate Statoren 100 befördert bzw. positioniert bzw. orientiert wird, wobei jeder Stator nur an einen Teilbereich der Magnetanordnung im Transportkörper ankoppelt. Auf diese Weise kann der Transportkörper 200 um den Gierwinkel 936 gedreht und/oder um den Roll winkel 932 gekippt und/oder um den Nickwinkel 934 geneigt werden. FIG. 2E shows a schematic representation of a transport device 10 according to a further preferred embodiment, in which a transport body 200 is transported, positioned or oriented by two separate stators 100, each stator being coupled only to a partial area of the magnet arrangement in the transport body. In this way, the transport body 200 can be rotated by the yaw angle 936 and / or tilted by the roll angle 932 and / or inclined by the pitch angle 934.
Figur 3A zeigt einen Transportkörper 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in ei ner schematischen Darstellung in einem Querschnitt in der Xl/Zl-Ebene, wobei der Trans portkörper 200 eine Magnetgruppe 24 von Stationärmagneten 22 aufweist. Figur 3B zeigt den Transportkörper aus Figur 3A in Draufsicht. Der Transportkörper 200 weist ferner ein oberes Deckelement 202 und ein unteres Deckelement 204 auf, welche an die Magnet gruppe 24 oben bzw. unten angrenzend angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform werden mit oben und unten verschiedene Positionen entlang der zl-Richtung 926 bezeich net. An den Seiten des Transportkörpers 200 in xl-Richtung 922 und yl-Richtung 924 ist an die Magnetgruppe 24 angrenzend ein Randelement 206 ausgebildet. FIG. 3A shows a transport body 200 according to a preferred embodiment in a schematic illustration in a cross section in the Xl / Zl plane, the transport body 200 having a magnet group 24 of stationary magnets 22. Figure 3B shows the transport body of Figure 3A in plan view. The transport body 200 also has an upper cover element 202 and a lower cover element 204, which are arranged adjacent to the magnet group 24 above or below. In the embodiment shown, different positions along the zl direction 926 are denoted by top and bottom. On the sides of the transport body 200 in the xl direction 922 and yl direction 924, an edge element 206 is formed adjacent to the magnet group 24.
Der Transportkörper 200 kann dabei als ein mechanisches Bindeglied zwischen einem Transportgut 20, z. B. einem Halter zum Halten eines Wafers 36, einerseits und dem Stator 100 andererseits dienen. Vorzugsweise ist der Transportkörper 200 als ein mechanisch star res Element ausgebildet und dazu eingerichtet, auf einer Oberseite des oberen Deckele ments 202 ein Transportgut 20 zu stützen bzw. zu transportieren. Vorzugsweise kann das Transportgut 20 auf dem Transportkörper 200 fixiert werden und dann gemeinsam mit dem Transportkörper 200 auf einer Sollkurve über dem Stator 100 geführt und/oder stabil an einer Sollposition gehalten werden. Der Transportkörper 200 ist gemäß der gezeigten Ausfüh rungsform elektrisch passiv, d.h. zur Ausführung seiner Funktion benötigt er keine elektri sche Energie oder Anschlüsse und weist insbesondere keine Stellmagneten auf. The transport body 200 can act as a mechanical link between a transport good 20, for. B. a holder for holding a wafer 36, on the one hand and the stator 100 on the other hand. The transport body 200 is preferably designed as a mechanically rigid element and configured to support or transport a transport good 20 on an upper side of the upper cover element 202. The transport goods 20 can preferably be fixed on the transport body 200 and then together with the Transport body 200 guided on a target curve above the stator 100 and / or held stable at a target position. According to the embodiment shown, the transport body 200 is electrically passive, ie it does not require any electrical energy or connections to carry out its function and, in particular, has no actuating magnets.
Der Transportkörper 200 umfasst gemäß der gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von Stationärmagneten 22 in einer flächigen Anordnung in der Xl/Yl-Ebene, welche als eine Magnetgruppe 24 in einer geometrischen Anordnung angeordnet sind, wobei die geometri sche Anordnung der Stationärmagneten 22 relativ zum Transportkörper 200 fixiert ist und sich die Stationärmagneten 22 somit relativ zum Transportkörper 200 nicht bewegen. Bei spielsweise können das obere Deckelement 202 und/oder das untere Deckelement 204 und/oder das Randelement 206 dazu eingerichtet sein, die Stationärmagneten 22 zumindest teilweise in ihrer Position bzw. in ihrer geometrischen Anordnung zu fixieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Transportkörper 200 eines oder mehrere weitere Bauteile aufweisen, um die Stationärmagneten 22 zu fixieren. Vorzugsweise umfassen die Stationärmagneten 22 ei nen Permanentmagneten und/oder sind als Permanentmagneten ausgebildet. Besonders bevorzugt weisen die Stationärmagneten 22 Permanentmagneten aus Selten- Erd-Legierun- gen auf. According to the embodiment shown, the transport body 200 comprises a plurality of stationary magnets 22 in a flat arrangement in the Xl / Yl plane, which are arranged as a magnet group 24 in a geometric arrangement, the geometric arrangement of the stationary magnets 22 fixing relative to the transport body 200 and the stationary magnets 22 therefore do not move relative to the transport body 200. For example, the upper cover element 202 and / or the lower cover element 204 and / or the edge element 206 can be configured to at least partially fix the stationary magnets 22 in their position or in their geometric arrangement. Alternatively or additionally, the transport body 200 can have one or more further components in order to fix the stationary magnets 22. The stationary magnets 22 preferably comprise a permanent magnet and / or are designed as permanent magnets. The stationary magnets 22 particularly preferably have permanent magnets made of rare earth alloys.
Unter der Position eines Magneten bzw. Stationärmagneten 22 wird dabei vorzugsweise die Position seines Schwerpunkts verstanden. Eine Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Sta tionärmagneten wird durch einen Dipolvektor beschrieben, welcher symbolisch als entspre chender Pfeil dargestellt ist. So ist in Figur 3A erkennbar, dass gemäß der gezeigten Ausfüh rungsform jeder Stationärmagnet 22 hinsichtlich seiner Magnetisierungsrichtung anders an geordnet bzw. ausgerichtet ist, als die jeweiligen benachbart angeordneten Stationärmagne ten 22. Sie bilden im gezeigten Fall ein Halbach-Array, dessen Magnetfeld in -Zl-Richtung besonders stark ist und in der Gegenrichtung abgeschwächt ist. Vorzugsweise werden als Stationärmagneten 22 Magneten verwendet, die im Wesentlichen homogen magnetisiert sind, so dass die Dipolvektoren einzelner Teilvolumina des jeweiligen Stationärmagneten 22 annähernd in die gleiche Richtung weisen wie der Gesamt-Dipolvektor des Stationärmagne ten 22. Der Dipolvektor zeigt in die Richtung der Pfeilspitze. Die Anordnung der Stationärmagneten 22 im Transportkörper 200 wird vorzugsweise derart auf eine Anordnung von Stellmagneten 26 (siehe beispielsweise Figur 8) im Stator 100 abge stimmt bzw. angepasst, dass in einem Arbeitsbereich des Transportkörpers 200 auf dem je weiligen Stator 100 die zum Transport erforderlichen Kräfte und Momente vom Stator 100 auf den Transportkörper 200 übertragen werden können und/oder stets alle gewünschten Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 unabhängig steuerbar sind. The position of a magnet or stationary magnet 22 is preferably understood to mean the position of its center of gravity. A direction of magnetization of the respective stationary magnet is described by a dipole vector, which is symbolically shown as a corresponding arrow. It can be seen in FIG. 3A that, according to the embodiment shown, each stationary magnet 22 is arranged or oriented differently with respect to its direction of magnetization than the respective adjacent arranged stationary magnets 22. In the case shown, they form a Halbach array, the magnetic field of which is Zl direction is particularly strong and is weakened in the opposite direction. Preferably magnets 22 are used as stationary magnets, which are magnetized essentially homogeneously, so that the dipole vectors of individual partial volumes of the respective stationary magnet 22 point approximately in the same direction as the total dipole vector of the stationary magnet 22. The dipole vector points in the direction of the arrowhead. The arrangement of the stationary magnets 22 in the transport body 200 is preferably matched or adapted to an arrangement of actuating magnets 26 (see, for example, FIG. 8) in the stator 100 in such a way that the forces required for transport are on the respective stator 100 in a working area of the transport body 200 and moments can be transmitted from the stator 100 to the transport body 200 and / or all desired degrees of freedom of the transport body 200 can always be controlled independently.
Die Figuren 4A bis 4M zeigen verschiedene Anordnungen von Stationärmagneten 22, wel che eine Magnetgruppe 24 bilden, in einer schematischen Darstellung in Draufsicht. Auch bei diesen Figuren indizieren die Pfeile die Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Stationär magneten 22, wobei die mit einem Punkt bzw. mit einem X versehenen Stationärmagneten 22 eine Magnetisierungsrichtung aufweisen, welche in zl-Richtung 926 aus der Zeichen ebene heraus bzw. in die Zeichenebene hinein verläuft. FIGS. 4A to 4M show different arrangements of stationary magnets 22, which form a magnet group 24, in a schematic representation in a top view. In these figures, too, the arrows indicate the magnetization direction of the respective stationary magnet 22, the stationary magnets 22 provided with a point or with an X having a magnetization direction which extends in the zl direction 926 out of the drawing plane or into the drawing plane ,
Die Figuren 4A bis 4G zeigen Anordnungen von Stationärmagneten 22 in einem regelmäßi gen, rechteckigen Raster. Bevorzugt weist ein Transportkörper 200 mindestens zwei Statio närmagneten 22 auf (siehe Figur 4A), welche linear auf einer Geraden angeordnet sind, wo bei das Dipolmoment mindestens eines der Stationärmagneten nicht parallel zu dieser Gera den orientiert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, um den Transportkörper 200 in allen sechs Freiheitsgraden steuern bzw. kontrolliert bewegen zu können. Vorzugsweise besitzt ein Transportkörper 200 jeweils mindestens drei Stationärmagneten 22 (siehe Figuren 4B bis 3G), die sich in einer räumlichen Ebene, beispielsweise in der xl-yl-Ebene, befinden und/o der eine komplexe dreidimensionale, räumliche Anordnung bilden. Figures 4A to 4G show arrangements of stationary magnets 22 in a regular, rectangular grid. A transport body 200 preferably has at least two stationary magnets 22 (see FIG. 4A), which are arranged linearly on a straight line, where at the dipole moment at least one of the stationary magnets is not oriented parallel to this straight line. This is particularly advantageous in order to be able to control or move the transport body 200 in all six degrees of freedom. A transport body 200 preferably has at least three stationary magnets 22 (see FIGS. 4B to 3G), which are located in a spatial plane, for example in the xl-yl plane, and / or which form a complex three-dimensional, spatial arrangement.
Anordnungen, bei welchen die Stationärmagneten 22 alle in einer Anordnungsebene ange ordnet sind, sind besonders für Anwendungen geeignet, bei denen vorwiegend translatori sche Bewegungen parallel zur Anordnungsebene auszuführen sind und/oder Rotationen um die z-Achse des Stators 100 bzw. die zl-Achse des jeweiligen Transportkörpers 200. Arrangements in which the stationary magnets 22 are all arranged in one arrangement plane are particularly suitable for applications in which predominantly translatory movements are to be carried out parallel to the arrangement plane and / or rotations about the z axis of the stator 100 or the zl axis of the respective transport body 200.
Die Magnetgruppen 24 weisen vorzugsweise Stationärmagneten 22 auf, die als zumindest ein Halbach-Array angeordnet sind. Das bzw. die Halbach-Arrays sind vorzugsweise derart orientiert bzw. angeordnet, dass das Magnetfeld bzw. die Magnetfeldstärke in Richtung des Stators 100 erhöht wird und/oder in Richtung des Transportgutes 20 und/oder in Richtung möglicher benachbarter Transportkörper 200, welche gegebenenfalls auf demselben Stator 100 befördert werden, reduziert wird. Beispielhafte Anordnungen von Stationärmagneten 22, welche unter anderem Halbach-Arrays bilden, sind in den Figuren 4D, 4F und 4G dargestellt. Eine Länge l indiziert dabei die Länge einer Halbach-Periode, d.h. einer Periode eines Halb ach-Arrays. The magnet groups 24 preferably have stationary magnets 22 which are arranged as at least one Halbach array. The Halbach array or arrays are preferably oriented or arranged in such a way that the magnetic field or the magnetic field strength is increased in the direction of the stator 100 and / or in the direction of the transport goods 20 and / or in the direction of possible adjacent transport bodies 200 which may be on the same stator 100 are promoted, is reduced. Exemplary arrangements of stationary magnets 22, which among other things form Halbach arrays, are shown in FIGS. 4D, 4F and 4G. A length l indicates the length of a Halbach period, ie a period of a half-axis array.
Die Figuren 4H bis 4K zeigen Magnetgruppen 24, bei welchen die Stationärmagneten 22 entlang einem hexagonalen Raster angeordnet sind. Die Anordnungen gemäß Figuren 41 und 4K basieren dabei auf einer 2-dimensionalen Anordnung von Halbach-Arrays. Die Figu ren 4L und 4M zeigen Magnetgruppen 24, bei welchen die Stationärmagneten 22 entlang ei nem zirkularen Raster angeordnet sind. Insbesondere zeigt Figur 4L eine Anordnung, bei welcher die Stationärmagneten 22 in fünf Halbach-Arrays bzw. Halbach-Perioden über je weils einen Winkelbereich von 72° angeordnet sind. Die Stationärmagneten 22 sind dabei äquidistant mit einem Winkelabstand von 18° angeordnet. Die Anordnung in Figur 4M weist zusätzlich zur in Figur 4L gezeigten Anordnung fünf radial angeordnete Halbach-Arrays auf, welche sich einen gemeinsamen Stati onärmagneten 22 im Mittelpunkt bzw. im Zentrum der zirkularen Anordnung teilen. Derartige Anordnungen können vorteilhaft mit einer Stator- Mag netanordnung mit quadratischem Raster kombiniert werden. Insbesondere kann eine derar tige Anordnung vorteilhaft sein, um Singularitäten hinsichtlich der Anordnung von Stellmag neten und Stationärmagneten relativ zueinander zu vermeiden. FIGS. 4H to 4K show magnet groups 24 in which the stationary magnets 22 are arranged along a hexagonal grid. The arrangements according to FIGS. 41 and 4K are based on a 2-dimensional arrangement of Halbach arrays. Figures 4L and 4M show magnet groups 24 in which the stationary magnets 22 are arranged along a circular grid. In particular, FIG. 4L shows an arrangement in which the stationary magnets 22 are arranged in five Halbach arrays or Halbach periods over an angular range of 72 ° each. The stationary magnets 22 are arranged equidistantly with an angular distance of 18 °. The arrangement in FIG. 4M has, in addition to the arrangement shown in FIG. 4L, five radially arranged Halbach arrays which share a common positional magnet 22 in the center or in the center of the circular arrangement. Such arrangements can advantageously be combined with a stator magnetic arrangement with a square grid. In particular, such an arrangement can be advantageous in order to avoid singularities with respect to the arrangement of Stellmag and stationary magnets relative to each other.
Die Figuren 5A bis 5C zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines Transportkörpers 200, welche eine Magnetgruppe 24 aufweisen, bei denen die Stationärmagneten 22 in einer drei dimensionalen Anordnung angeordnet sind. Zur besseren Darstellung sind die untere Deck schicht 204 und die obere Deckschicht 202 nicht dargestellt. Figur 5A zeigt dabei eine teil zylindrische Anordnung der Stationärmagneten 22, welche beispielsweise bei Drehungen um die yl-Achse einen vergrößerten Schwenkbereich bereitstellen kann. Figur 5B zeigt eine ku gelsegmentförmige Anordnung der Stationärmagneten 22, welche sowohl bei Drehungen um die xl-Achse als auch um die yl-Achse einen größeren Schwenkbereich bereitstellen kann. Beide Anordnungen unterliegen nicht notwendigerweise Beschränkungen hinsichtlich einer Drehbarkeit bzw. Schwenkbarkeit um die zl-Achse. FIGS. 5A to 5C show preferred embodiments of a transport body 200 which have a magnet group 24 in which the stationary magnets 22 are arranged in a three-dimensional arrangement. For a better illustration, the lower cover layer 204 and the upper cover layer 202 are not shown. FIG. 5A shows a partially cylindrical arrangement of the stationary magnets 22, which can provide an enlarged swivel range, for example, when rotated about the yl axis. FIG. 5B shows a spherical segment-shaped arrangement of the stationary magnets 22, which can provide a larger swivel range for rotations about the xl axis and about the yl axis. Both arrangements are not necessarily subject to restrictions with regard to rotatability or pivotability about the zl axis.
Die Anordnung der Stationärmagneten 22 auf einer gekrümmten Ebene kann einen erhöhten Schwenkwinkelbereich in zumindest einer Richtung des Transportkörpers 200 bieten. Bei spielsweise kann ein zylinderförmiger Transportkörper 200, dessen gekrümmte Mantelfläche als Wirkfläche auf einem Stator 100 levitiert, gegebenenfalls eine Endlos-Drehung um seine Zylinderachse durchführen. Zusätzlich kann eine Endlos-Drehung um die z-Achse des Sta tors 100 möglich sein. The arrangement of the stationary magnets 22 on a curved plane can offer an increased swivel angle range in at least one direction of the transport body 200. For example, a cylindrical transport body 200, the curved outer surface levitated as active surface on a stator 100, if necessary carry out an endless rotation about its cylinder axis. In addition, an endless rotation about the z-axis of the gate 100 may be possible.
Durch eine in zwei Raumrichtungen gekrümmte Fläche kann beispielsweise der Schwenk winkelbereich in zwei Raumrichtungen des Transportkörpers 200 erweitert werden. Bei spielsweise kann gegebenenfalls ein mit Stationärmagneten 22 bestückter, kugelförmiger Transportkörper 200 Endlos-Drehungen in allen Raumrichtungen ausführen. By means of a surface curved in two spatial directions, for example the swivel angle range can be expanded in two spatial directions of the transport body 200. For example, a spherical transport body equipped with stationary magnets 22 can, if necessary, perform 200 endless rotations in all spatial directions.
Der Transportkörper 200 kann auch als Zylinder- oder Kugelsegment, wie beispielsweise in den Figuren 5A und 5B gezeigt, ausgeführt sein, mit einer gekrümmten Seite, die mit Magne ten bestückt ist, und einer Planseite, die zur Aufnahme eines Transportguts ausgebildet ist. Diese Anordnungen können beispielsweise die Möglichkeit bieten, einen Goniometertisch mit großem Schwenkwinkelbereich (beispielsweise 90 Grad) zu realisieren, der zusätzlich eine Drehung um die zl-Achse und bevorzugt eine Translation in allen Raumrichtungen ausfüh ren kann. Diese Anordnung kann beispielsweise vorteilhaft in Bearbeitungsprozessen wie der Laserbearbeitung oder bei Prüfprozessen wie der industriellen Bildverarbeitung einge setzt werden, da beispielsweise ein als Transportgut 20 eingesetztes Werkstück in weiten Bereichen frei unter einem Bearbeitungswerkzeug oder unter dem Prüfmittel positioniert und/oder orientiert werden kann. Zusätzlich können optional Werkstücke schnell in und aus einer Prozessposition transportiert werden, so dass eine oftmals wirtschaftlich ineffiziente Werkstück-Wechselzeit, in der der Prozess nicht genutzt werden kann, minimiert werden kann. The transport body 200 can also be designed as a cylinder or spherical segment, as shown for example in FIGS. 5A and 5B, with a curved side which is equipped with magnets and a flat side which is designed to receive a transport good. These arrangements can offer, for example, the possibility of realizing a goniometer table with a large swivel angle range (for example 90 degrees), which can additionally perform a rotation about the zl axis and preferably a translation in all spatial directions. This arrangement can, for example, advantageously be used in machining processes such as laser machining or in inspection processes such as industrial image processing, since, for example, a workpiece used as transport goods 20 can be freely positioned and / or oriented under a machining tool or under the test equipment. In addition, workpieces can optionally be transported quickly in and out of a process position, so that an often economically inefficient workpiece changeover time in which the process cannot be used can be minimized.
Figur 5C zeigt einen Transportkörper 200 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungs form, bei welchem die Stationärmagneten 22 in einer winkelförmigen Anordnung angeordnet sind. Insbesondere weist der gezeigte Transportkörper 200 Stationärmagneten 22 auf, wel che sich entlang eines ersten Schenkels waagrecht in die Xl/Yl-Ebene erstrecken und ent lang eines zweiten Schenkels in die Xl/Zl-Ebene. Auf diese Weise kann ein Transportkörper 200 mit zwei Wirkflächen bereitgestellt werden, wie gezeigt beispielsweise mit einer waag rechten und einer senkrechten Wirkfläche, um beispielsweise zu verschiedenen Zeitpunkten oder gleichzeitig von verschiedenen angeordneten Statoren 100, beispielsweise von einem waagrecht angeordneten und einem senkrecht angeordneten Stator 100, levitiert bzw. beför dert zu werden. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise in einem Transportkörper 200 zum Einsatz kommen, der in laufendem Wechsel an unterschiedlich orientierten Wirkflächen betrieben wird. Beispielsweise kann ein Transportkörper 200 zwei im 90°-Winkel angeord nete Wirkflächen besitzen. Wenn dieser auf einer Anordnung von zwei Statoren betrieben wird, die ebenfalls im Winkel vom 90° zueinander angeordnet sind, wobei ein Stator 100 hori zontal und der andere Stator 100 vertikal betrieben wird, kann beispielsweise ohne zwin gende Unterbrechung vom Boden- in den Wandbetrieb gewechselt werden. FIG. 5C shows a transport body 200 according to a further preferred embodiment, in which the stationary magnets 22 are arranged in an angular arrangement. In particular, the transport body 200 shown has stationary magnets 22 which extend horizontally along a first leg in the Xl / Yl plane and along a second leg in the Xl / Zl plane. In this way, a transport body 200 can be provided with two active surfaces, as shown, for example, with a horizontally right and a vertical active surface, for example, at different times or simultaneously from differently arranged stators 100, for example from a horizontally arranged and a vertically arranged stator 100, to be levied or promoted. Such an arrangement can, for example, in a transport body 200 are used, which is continuously operated on differently oriented active surfaces. For example, a transport body 200 can have two active surfaces arranged at a 90 ° angle. If this is operated on an arrangement of two stators, which are also arranged at an angle of 90 ° to one another, one stator 100 being operated horizontally and the other stator 100 being operated vertically, it is possible, for example, to switch from floor to wall operation without mandatory interruption become.
Ein Strukturbauteil bzw. Gehäuse bzw. Gerüst eines Transportkörper 200, welches beispiels weise die einzelnen Komponenten des Transportkörpers 200, wie etwa die Stationärmagne ten 22 zusammenhält, ist vorzugsweise aus nicht-ferromagnetischem Material hergestellt, beispielsweise aus Kunststoff und/oder Keramik und/oder Nichteisenmetallen. Optional hat es ein nicht mit Magneten bestücktes Randelement 206, das beispielsweise als Abstandshal ter zu anderen Transportkörper 200 dient, so dass vorzugsweise gegenseitige Kontaktkräfte zwischen zwei sich berührenden Transportkörpern 200 begrenzt werden und eine freie Posi- tionierbarkeit beider Transportkörper 200 vorzugsweise auch bei deren Berührung nicht be hindert wird. A structural component or housing or scaffold of a transport body 200, which holds, for example, the individual components of the transport body 200, such as the stationary arm 22, is preferably made of non-ferromagnetic material, for example of plastic and / or ceramic and / or non-ferrous metals , Optionally, it has an edge element 206 which is not equipped with magnets and which, for example, serves as a spacer to other transport bodies 200, so that preferably mutual contact forces between two transport bodies 200 in contact are limited and free positioning of both transport bodies 200 preferably not even when they are touched be prevented.
Die Transportkörper 200 können an der dem Stator 100 zugewandten Seite hin mit einem unteren Deckelement 204 versehen sein, welches beispielsweise eine Deckschicht aufweist, die vorzugsweise als ein Distanzhalter zu möglichen Objekten im Umfeld des Transportkör pers 200 wirkt und vorzugsweise den Abstand und somit die maximalen Wirkkräfte der Stati onärmagneten 22 sicher begrenzen kann. Dadurch kann beispielsweise eine Reduzierung der Verletzungsgefahr bei der Handhabung von Transportkörpern 200 erreicht werden, wie etwa die Gefahr von Quetschungen von Fingern bei unsachgemäßer Annäherung eines fer romagnetischen Gegenstands. Ferner kann vorzugsweise eine Überlastungs-Begrenzung für Antriebe bzw. Stellmagneten im Stator 100 erreicht werden, da die Kräfte und Momente, die der Transportkörpern 200 auf die Stellmagneten im Stator 100 ausübt, vorzugsweise be grenzt werden können. Darüber hinaus kann vorzugsweise eine bessere Reinigung der Transportkörper 200 von anhaftenden ferromagnetischen Partikeln erreicht werden, da die Haltekräfte geringer sind. Auch eine optionale Integration von Zusatzfunktionen in das untere Deckelement, wie beispielsweise eine Spule zur induktiven Energieübertragung oder ein Da tenträger zur Identifikation des Transportkörpers 200, können dabei vorteilhaft sein. Mehrere Transportkörper 200 können mechanisch und/oder steuerungstechnisch gekoppelt sein, um beispielsweise gemeinsam eine Funktion auszuführen. Beispielsweise kann eine passive mechanische Stabkinematik, deren Stäbe aktiv von separaten Transportkörpern 200 angetrieben und positioniert werden, Handhabungsaufgaben ausführen. In einem anderen Beispiel können mehrere Transportkörper 200 gemeinsam Lasten transportieren, die bei spielsweise für einen einzelnen Transportkörper 200 zu schwer sind, indem sie vorzugs weise synchronisiert bewegt bzw. befördert werden. The transport body 200 can be provided on the side facing the stator 100 with a lower cover element 204 which, for example, has a cover layer which preferably acts as a spacer to possible objects in the vicinity of the transport body 200 and preferably the distance and thus the maximum active forces the stati onärmagneten 22 can safely limit. In this way, for example, a reduction in the risk of injury when handling transport bodies 200 can be achieved, such as, for example, the risk of fingers being crushed when an ferromagnetic object is improperly approached. Furthermore, an overload limit for drives or actuating magnets in the stator 100 can preferably be achieved, since the forces and moments exerted by the transport bodies 200 on the actuating magnets in the stator 100 can preferably be limited. In addition, a better cleaning of the transport bodies 200 from adhering ferromagnetic particles can preferably be achieved since the holding forces are lower. An optional integration of additional functions in the lower cover element, such as a coil for inductive energy transmission or a data carrier for identifying the transport body 200, can also be advantageous. A plurality of transport bodies 200 can be coupled mechanically and / or in terms of control technology, for example in order to carry out a function together. For example, passive mechanical rod kinematics, the rods of which are actively driven and positioned by separate transport bodies 200, can perform handling tasks. In another example, a plurality of transport bodies 200 can transport loads that are too heavy for a single transport body 200, for example, in that they are preferably moved or transported in synchronized fashion.
Ein Transportkörper 200 kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch in nere Freiheitsgrade besitzen und beispielsweise aus mehreren relativ zueinander bewegli chen Bauteilen bestehen, so dass er vorzugsweise insgesamt mehr als sechs Freiheitsgrade besitzt. Durch Bereitstellen von Stationärmagneten 22 in mehreren der Bauteile können vor zugsweise die mehr als sechs Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 aktiv angesteuert werden. Wie in Figur 6 dargestellt, kann beispielsweise eine im Transportkörper 200 drehbar gelagerte Scheibe 208 separat gedreht werden, um beispielsweise eine Zusatzfunktion auf dem Transportkörper 200 auszuführen, wie beispielsweise eine Greif- oder Spannfunktion für ein Transportgut 20. According to a further preferred embodiment, a transport body 200 can also have a greater degree of freedom and, for example, consist of a plurality of components which are movable relative to one another, so that it preferably has a total of more than six degrees of freedom. By providing stationary magnets 22 in several of the components, the more than six degrees of freedom of the transport body 200 can be actively controlled before. As shown in FIG. 6, for example, a disk 208 rotatably mounted in the transport body 200 can be rotated separately, for example to carry out an additional function on the transport body 200, such as a gripping or tensioning function for a transport good 20.
Zudem kann ein Transportkörper 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit Funkti onsgruppen für weitere Zusatzfunktionen ausgerüstet sein. Beispielsweise kann eine mecha nische Energieübertragung stattfinden, indem eine vorzugsweise drehbar gelagerte und mit Magneten bestückte Scheibe im Transportkörper 200 vom Stator 100 aktiv angetrieben wird. Zum Antrieb wird die Scheibe vom Stator 100 beispielsweise als siebter Freiheitsgrad behan delt. Auch kann optional eine elektrische, berührungslose Energieübertragung realisiert wer den, indem beispielsweise im Stator 100 und im Transportkörper 200 jeweils Spulen zur in duktiven Energieübertragung integriert werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispiels weise ein permanent rotierender Magnet im Stator 100 eine Wechselspannung in einer Spule im Transportkörper 200 induzieren, die vorzugsweise zur Stromversorgung auf dem Transportkörper 200 genutzt werden kann. Bei einer Fortbewegung des Transportkörpers 200 wird die Aufgabe der Anregung der Zusatzfunktion fortwährend auf andere Magnetgrup pen 24 bzw. Stellmagneten des Stators 100 übertragen, die beispielsweise in einem Wirkbe reich der Induktionsspule liegen. Auch kann beispielsweise eine berührungslose Datenüber tragung zwischen Stator 100 und Transportkörper 200, beispielsweise mit induktiven und/o- der optischen Sendern und Empfängern, realisiert werden. Ferner kann optional eine Lokali sierung und/oder Identifizierung des Transportkörpers 200 vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein optischer, kamerabasierter Sensor im Stator 100 einen Positions- oder Identifizie rungscode, der auf der dem Stator 100 zugewandten Seite des Transportkörpers 200 ange bracht ist, auslesen. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Transportkörper 200 mit ei nem Identifikationselement ausgestattet sein, wie etwa mit einem Strichcode, anhand dessen die Beförderungsvorrichtung 10 bzw. der Stator 100 den jeweiligen Transportkörper 200 identifizieren kann. In addition, according to a preferred embodiment, a transport body 200 can be equipped with function groups for further additional functions. For example, a mechanical energy transfer can take place in that a preferably rotatably mounted and magnetically equipped disk in the transport body 200 is actively driven by the stator 100. For the drive, the disk is treated by the stator 100, for example, as a seventh degree of freedom. An electrical, non-contact energy transmission can also be optionally implemented by, for example, integrating coils for inductive energy transmission in the stator 100 and the transport body 200, for example. Alternatively or additionally, for example, a permanently rotating magnet in the stator 100 can induce an AC voltage in a coil in the transport body 200, which can preferably be used for the power supply on the transport body 200. When the transport body 200 moves, the task of exciting the additional function is continuously transferred to other magnet groups 24 or actuating magnets of the stator 100, which lie, for example, in an active region of the induction coil. A contactless data transmission between stator 100 and transport body 200, for example with inductive and / or of optical transmitters and receivers. Furthermore, localization and / or identification of the transport body 200 can optionally be provided. For example, an optical, camera-based sensor in the stator 100 can read a position or identification code which is attached to the side of the transport body 200 facing the stator 100. For example, at least some of the transport bodies 200 can be equipped with an identification element, such as a bar code, by means of which the transport device 10 or the stator 100 can identify the respective transport body 200.
Die Figuren 7A und 7B zeigen in einer schematischen Darstellung einen Stator 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung (Figur 7A) und in einer Querschnittsansicht (Figur 7B). Der Stator 100 weist dabei eine Vielzahl Stellmagneten 26 auf, welche jeweils wiederum eine Magnetgruppe 24 aufweisen, . Die Stellmagneten 26 sind zumindest teilweise von einem Strukturbauteil 112 eines Statorgehäuses umschlossen. Die Magnetgruppen 24 sind dabei gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform an einer Fläche bzw. Seite des Stators 100 angeordnet, welche in dem gezeigten Fall die Ober seite des Stators 100 ist. Wenngleich die Magnetgruppen 24 in der gezeigten Darstellung in Figur 7A alle gleich ausgerichtet sind, d.h. dass ihre gesamten bzw. effektiven Dipol-Vekto ren, die sich aus den einzelnen Dipol Vektoren der zur Magnetgruppe 24 gehörenden Mag neten ergeben, parallel angeordnet sind, wird darauf hingewiesen, dass die Magnetgruppen 24 derart beweglich ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass sie sich zumindest in ihrer An ordnungsebene relativ zum Statorgehäuse drehen können. Wenngleich in der Quer schnittsansicht in Figur 7B lediglich drei Magneten in jeder Magnetgruppe in 24 gezeigt sind, können die Magnetgruppen 24 weniger oder mehr als drei Magneten aufweisen, die in einer ein-, zwei- oder dreidimensionalen Anordnung angeordnet sein können. FIGS. 7A and 7B show a schematic illustration of a stator 100 according to a preferred embodiment in a perspective illustration (FIG. 7A) and in a cross-sectional view (FIG. 7B). The stator 100 has a large number of actuating magnets 26, which in turn each have a magnet group 24. The actuating magnets 26 are at least partially enclosed by a structural component 112 of a stator housing. The magnet groups 24 are arranged according to the preferred embodiment shown on a surface or side of the stator 100, which in the case shown is the upper side of the stator 100. Although the magnet groups 24 in the illustration shown in Figure 7A are all aligned, i.e. that their entire or effective dipole vectors, which result from the individual dipole vectors of the mag nets belonging to the magnet group 24, are arranged in parallel, it is pointed out that the magnet groups 24 are designed to be movable in such a way that they are arranged can rotate at least in their order level relative to the stator housing. Although only three magnets are shown in each magnet group in FIG. 24 in the cross-sectional view in FIG. 7B, the magnet groups 24 can have fewer or more than three magnets, which can be arranged in a one, two or three-dimensional arrangement.
Die Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 sind mit Stellelementen 114 verbunden, mit tels welcher Sie in Ihrer Position und/oder Orientierung geändert werden können. Ein Stel lelement 114 weist dabei beispielsweise mindestens einen Antrieb, wie etwa einen Elektro motor auf, welcher vorzugsweise über eine Antriebswelle und/oder ein Getriebe und/oder ein Gestänge mit der Magnetgruppe 24 verbunden ist. The actuating magnets 26 or magnet groups 24 are connected to actuating elements 114, by means of which you can change their position and / or orientation. An actuating element 114 has, for example, at least one drive, such as an electric motor, which is preferably connected to the magnet group 24 via a drive shaft and / or a gear and / or a linkage.
Die benötigten Magnetfelder zur Führung des mindestens einen Transportkörpers 200 wer den durch eine kontrollierte, beispielsweise geregelte Bewegung, der Magnetgruppen 24 bzw. Stellmagneten 26 in dem Stator 100 erzeugt. Das von den Magnetgruppen 24 erzeugte Magnetfeld tritt zumindest teilweise aus der Wirkfläche 102 des Stators 100 aus und übt auf die Stationärmagneten 22 im Transportkörper 200 Kräfte und/oder Momente aus. Die Rich tung und Stärke der Kräfte und/oder Momente im Transportkörper 200 wird durch die Lage bzw. Orientierung der Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 im Stator 100 beeinflusst.The magnetic fields required for guiding the at least one transport body 200 by a controlled, for example regulated movement of the magnet groups 24 or actuating magnet 26 generated in the stator 100. The magnetic field generated by the magnet groups 24 emerges at least partially from the active surface 102 of the stator 100 and exerts forces and / or moments on the stationary magnets 22 in the transport body 200. The direction and strength of the forces and / or moments in the transport body 200 is influenced by the position or orientation of the actuating magnets 26 or magnet groups 24 in the stator 100.
Die Lage der Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 im Stator 100 wird dabei vorzugs weise so geregelt, dass der Transportkörper 200 schwebt und entsprechend einer vorgege benen Sollkurve in allen sechs Dimensionen geführt oder an einer vorgegebenen Sollposi tion mit einer vorgegebenen Sollorientierung stabil gehalten wird. The position of the actuating magnets 26 or magnet groups 24 in the stator 100 is preferably regulated such that the transport body 200 floats and is guided in all six dimensions in accordance with a predetermined target curve or is kept stable at a predetermined target position with a predetermined target orientation.
Wie in Figur 7B gezeigt, weist der Stator 100 eine Anordnung von beweglichen Stellmagneten 26 auf. Stellelemente 114 können die Orientierung und/oder Position der Magnetgruppen 24 bzw. der Stellmagneten 26 entsprechend einer Sollvorgabe ändern. Ein Transportkörperpositi onsbestimmungselement 116 ist dazu eingerichtet, eine Ist-Position aller auf dem Stator 100 beförderten Transportkörper 200 bzw. aller Transportkörper im Einflussbereich des jeweiligen Stators 100 zu bestimmen. Beispielsweise kann das Transportkörperpositionsbestimmungsele ment 116 eine Sensorschicht und/oder eine Leiterplatte mit Sensoren aufweisen. Ein Steue rungselement 122 kann vorzugsweise die von dem Transportkörperpositionsbestimmungsele ment 116 bereitgestellten Sensorsignale auswerten und diese beispielsweise einer übergeord neten Anlage bereitstellen. Die Stellelemente 114 können beispielsweise über eine Leiterplatte 120 kontaktiert werden. As shown in FIG. 7B, the stator 100 has an arrangement of movable actuating magnets 26. Control elements 114 can change the orientation and / or position of the magnet groups 24 or the control magnets 26 in accordance with a target specification. A transport body position determination element 116 is set up to determine an actual position of all transport bodies 200 transported on the stator 100 or all transport bodies in the area of influence of the respective stator 100. For example, the transport body position determination element 116 can have a sensor layer and / or a printed circuit board with sensors. A control element 122 can preferably evaluate the sensor signals provided by the transport body position determination element 116 and provide them, for example, to a higher-level system. The actuating elements 114 can be contacted, for example, via a printed circuit board 120.
Ferner weist der Stator 100 gemäß der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ein Magnet stellungsbestimmungselement 118 auf, mittels welchem die tatsächlich vorliegende Position und/oder Orientierung der Magnetgruppen 24 bzw. der Stellmagneten 26 ermittelt werden kann. Beispielsweise kann das Magnetstellungsbestimmungselement 118 eine Sensorschicht aufwei sen. Furthermore, according to the preferred embodiment shown, the stator 100 has a magnet position determination element 118, by means of which the actually present position and / or orientation of the magnet groups 24 or the actuating magnets 26 can be determined. For example, the magnetic position determination element 118 can have a sensor layer.
Die Anordnung der Magnetgruppen 24 im Stator 100 ist vorzugsweise eben, d.h. dass vor zugsweise alle Magnetgruppen 24 in einer Ebene angeordnet sind. The arrangement of the magnet groups 24 in the stator 100 is preferably flat, i.e. that preferably all magnet groups 24 are arranged in one plane.
Die Figuren 7C und 7D zeigen einen Stator 100 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform, welcher ähnlich zur in Figur 7A und 7B gezeigten Ausführungsform ist und zu- sätzlich eine Abdeckung 112a und eine optionale Spulenschicht 128 aufweist. Die Abde ckung 112a ist vorzugsweise aus nicht-ferromagnetischen Materialien gefertigt. Das von den Magnetgruppen 24 ausgehende Magnetfeld tritt durch die Abdeckung 112a nach außen, wel che beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder nichtmagnetischem Metall und/oder Keramik und/oder Glas gefertigt ist. Die Abdeckung 112a kann beispielsweise das Innere des Stators 100 gegen den Arbeitsraum der Transportkörper 200 abschirmen und so mit ein Eindringen und/oder Austreten von Partikeln verhindern. Ferner kann die Abdeckung 112a dazu dienen, die maximalen Wirkkräfte der Stellmagneten 26 im Stator 100 auf Objekte außerhalb des Stators 100 sicher zu begrenzen. Dabei kann der Abstand derart ausgelegt sein, dass ein auf der Abdeckung 112a aufliegender Transportkörper 200 vorzugsweise nicht zu einer Blockade der Stellelemente 114 führt. Zusätzlich wird vorzugsweise eine Anzie hungskraft auf ferromagnetische Teile, die nicht bestimmungsgemäß auf der Abdeckung 112a abgelegt werden, begrenzt, so dass diese leicht wieder ablösbar sind und nicht zu Ver letzungen bei der Handhabung führen. FIGS. 7C and 7D show a stator 100 according to a further preferred embodiment, which is similar to the embodiment shown in FIGS. 7A and 7B and additionally has a cover 112a and an optional coil layer 128. Cover 112a is preferably made of non-ferromagnetic materials. The magnetic field emanating from the magnet groups 24 emerges through the cover 112a, which is made, for example, at least partially of plastic and / or non-magnetic metal and / or ceramic and / or glass. The cover 112a can, for example, shield the interior of the stator 100 against the working space of the transport body 200 and thus prevent particles from entering and / or escaping. Furthermore, the cover 112a can serve to reliably limit the maximum active forces of the actuating magnets 26 in the stator 100 to objects outside the stator 100. The distance can be designed such that a transport body 200 resting on the cover 112a preferably does not lead to a blockage of the actuating elements 114. In addition, an attraction force is preferably limited to ferromagnetic parts which are not deposited on the cover 112a as intended, so that they are easily removable and do not lead to injuries during handling.
Die Spulenschicht 128 kann beispielsweise als eine Mehrlagen-Leiterplatte mit innenliegen den Spulen ausgebildet sein. The coil layer 128 can be designed, for example, as a multilayer printed circuit board with the coils lying on the inside.
Die dem zumindest einen Transportkörper 200 zugewandte Oberfläche der Abdeckung 112a bildet vorzugsweise die Wirkfläche 102 des Stators 100. Optional kann eine mechanische Rückzugsvorrichtung vorgesehen sein (nicht gezeigt), die den Abstand aller Magnetgruppen 24 der Stellmagneten 26 von der Wirkfläche 102 vergrößert. Die Rückzugsvorrichtung kann beispielsweise bei Stillstand der Beförderungsvorrichtung 10 automatisch aktiviert werden, damit die im Stillstand aus der Wirkfläche 102 austretenden Magnetfelder sicher begrenzt werden. So kann beispielsweise ein gefahrloses Hantieren vor der Wirkfläche 102 ermöglicht und eine Reinigung von anhaftenden ferromagnetischen Partikeln erleichtert werden. The surface of the cover 112a facing the at least one transport body 200 preferably forms the active surface 102 of the stator 100. Optionally, a mechanical retraction device can be provided (not shown) which increases the distance of all magnet groups 24 of the actuating magnets 26 from the active surface 102. The retraction device can, for example, be activated automatically when the conveying device 10 is at a standstill, so that the magnetic fields emerging from the active surface 102 at a standstill are reliably limited. For example, safe handling in front of the active surface 102 can be made possible and cleaning of adhering ferromagnetic particles can be facilitated.
Der Stator 100 kann vorzugsweise in beliebiger Richtung zur Schwerkraft betrieben werden, beispielsweise im Tischbetrieb (Transportkörper 200 schwebt über der Wirkfläche 102), im Wandbetrieb (Transportkörper 200 schwebt neben der Wirkfläche 102) oder Deckenbetrieb (Transportkörper 200 schwebt unter der Wirkfläche 102). Auch ein Betrieb des Gesamtsys tems in einem beschleunigten Bezugssystem oder unter Schwerelosigkeit ist prinzipiell mög lich. Vorzugsweise ist der Stator 100 modular aufgebaut, so dass mehrere gleichartige und/oder unterschiedliche Stator-Module auf einfache Weise vorzugsweise nahtlos aneinandergereiht werden können (siehe Figur 2D). Die Stator-Module sind vorzugsweise mit Datenverbindun gen 124 ausgestattet, beispielsweise mit Kommunikationskanälen, so dass Informationen über die Zustände des Stators 100 sowie der darauf befindlichen Transportkörper 200 vor zugsweise in Echtzeit übertragen werden können. The stator 100 can preferably be operated in any direction to the force of gravity, for example in table operation (transport body 200 hovers over the active surface 102), in wall operation (transport body 200 hovers next to the active surface 102) or in ceiling operation (transport body 200 hovers under the active surface 102). In principle, it is also possible to operate the overall system in an accelerated reference system or under weightless conditions. The stator 100 is preferably constructed modularly, so that several identical and / or different stator modules can be strung together in a simple manner, preferably seamlessly (see FIG. 2D). The stator modules are preferably equipped with data connections 124, for example with communication channels, so that information about the states of the stator 100 and the transport bodies 200 located thereon can preferably be transmitted in real time.
Die Transportkörper 200 können vorzugsweise frei von einem Stator-Modul auf ein anderes Stator-Modul hinübergleiten. So kann vorzugsweise ein Arbeitsbereich der Transportkörper 200 nach Bedarf erweitert werden. Jedes Modul hat ferner vorzugsweise eine Schnittstelle zur Energieversorgung 126 und mechanische Schnittstellen zur Kopplung mit weiteren Sta tor-Modulen und zur einfachen Integration in eine Anlage. The transport bodies 200 can preferably slide freely from one stator module to another stator module. In this way, a working area of the transport body 200 can preferably be expanded as required. Each module also preferably has an interface for power supply 126 and mechanical interfaces for coupling to further stator modules and for easy integration into a system.
Das Magnetfeld des Stators 100 wird vorzugsweise durch eine vorwiegend flächige bzw. ebene Anordnung der Magnetgruppen 24 erzeugt. Die Anordnung der Magnetgruppen 24 bil det bevorzugt ein regelmäßiges quadratisches Raster von Magnetgruppen 24, jedoch sind auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Anordnungen möglich. The magnetic field of the stator 100 is preferably generated by a predominantly flat or planar arrangement of the magnet groups 24. The arrangement of the magnet groups 24 preferably forms a regular square grid of magnet groups 24, but other regular or irregular arrangements are also possible.
Die Figuren 8A bis 8E zeigen beispielhafte Anordnungen von Magnetgruppen 24 bzw. Stell magneten 26. Beispielsweise zeigt Figur 8A eine Anordnung der Magnetgruppen 24 gemäß einem rechteckigen, insbesondere quadratischen Raster. Figur 8B zeigt eine Anordnung der Magnetgruppen 24 gemäß einem hexagonalen Raster. Figur 8C zeigt eine beispielhafte An ordnung unterschiedlicher Magnetgruppen 24 gemäß einem rechteckigen Raster. Beispiels weise können sich die Magnetgruppen in ihrem magnetischen Dipolmoment unterscheiden. Ferner können auch manche der Magnetgruppen schnell- oder langsam-drehend sein, über unterschiedliche Getriebe mit dem Antrieb verbunden sein und/oder mit unterschiedlichen Antrieben betrieben werden. Anordnungen gemäß den Figuren 8A bis 8C sind besonders dann vorteilhaft, wenn es beabsichtigt ist, dass die Drehachsen im Wesentlichen senkrecht zur Anordnungsebene liegen. Ferner zeigen Figuren 8D und 8E Anordnungen, bei denen die Magnetgruppen über Antriebswellen 28 mit den Antrieben verbunden sind, wobei die An triebswellen im Wesentlichen parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen. Gemäß der Anordnung Figur 8D verlaufen die Antriebswellen 28 parallel, gemäß der Anordnung in Figur 8E zumin dest annähernd radial bzw. zirkular. Ein Stellmagnet 26 wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch einen einzelnen Magneten gebildet, wie in den Figur 9A und 9B dargestellt, alternativ durch eine Anordnung von mehreren Magneten in einer Magnetgruppe 24, wobei die Magneten vorzugsweise me chanisch fest miteinander verbundenen sind, wie in den Figuren 9C und 9D dargestellt. Al ternativ kann ein Stellmagnet 26 durch eine Magnetgruppe 24 gebildet werden, die mehrere unterschiedlich magnetisierte Bereiche besitzt. Vorzugsweise bildet die Magnetgruppe 24 ein Halbach-Array (siehe Figuren 9C und 9D), welches in Richtung der Wirkfläche orientiert ist. Das bietet den Vorteil, dass die Flussdichte in Richtung der Wirkfläche 102 vergrößert und in allen anderen Richtungen verringert wird, insbesondere in Richtung benachbarter Magnet gruppen 24. Die in den Figuren 9A bis 9D dargestellten Stellmagneten 26 bzw. Magnetgrup pen 24 sind dabei derart mit der Antriebswelle 28 verbunden, dass die Drehachse des An triebs senkrecht zur Wirkfläche 102 steht. Der Winkel a bezeichnet dabei den Stellwinkel der Antriebswelle 28 bzw. des Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppe 24. FIGS. 8A to 8E show exemplary arrangements of magnet groups 24 or actuating magnets 26. For example, FIG. 8A shows an arrangement of the magnet groups 24 according to a rectangular, in particular square, grid. FIG. 8B shows an arrangement of the magnet groups 24 according to a hexagonal grid. FIG. 8C shows an exemplary arrangement of different magnet groups 24 according to a rectangular grid. For example, the magnetic groups can differ in their magnetic dipole moment. Furthermore, some of the magnet groups can also be fast or slow rotating, can be connected to the drive via different gears and / or can be operated with different drives. Arrangements according to FIGS. 8A to 8C are particularly advantageous when it is intended that the axes of rotation be substantially perpendicular to the arrangement plane. FIGS. 8D and 8E also show arrangements in which the magnet groups are connected to the drives via drive shafts 28, the drive shafts running essentially parallel to the active surface 102. According to the arrangement in FIG. 8D, the drive shafts 28 run parallel, in accordance with the arrangement in FIG. 8E at least approximately radially or circularly. An actuating magnet 26 is formed according to a preferred embodiment by a single magnet, as shown in FIGS. 9A and 9B, alternatively by an arrangement of a plurality of magnets in a magnet group 24, the magnets preferably being mechanically firmly connected to one another, as in the figures 9C and 9D. Alternatively, an actuating magnet 26 can be formed by a magnet group 24 which has several differently magnetized areas. The magnet group 24 preferably forms a Halbach array (see FIGS. 9C and 9D) which is oriented in the direction of the active surface. This offers the advantage that the flux density is increased in the direction of the active surface 102 and reduced in all other directions, in particular in the direction of adjacent magnet groups 24. The actuating magnets 26 or magnet groups 24 shown in FIGS. 9A to 9D are in this case with the Drive shaft 28 connected that the axis of rotation of the drive is perpendicular to the active surface 102. The angle a denotes the setting angle of the drive shaft 28 or the setting magnet 26 or the magnet group 24.
Die Figuren 9E und 9F zeigen Anordnungen, bei welchen die Stellmagneten 26 bzw. die Magnetgruppen 24 derart mit der jeweiligen Antriebswelle 28 verbunden sind, dass die An triebswellen 28 im Wesentlichen parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen. Bei derartigen Anord nungen erfolgt daher eine Drehung der Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppen 24 um die X-Achse 902. FIGS. 9E and 9F show arrangements in which the actuating magnets 26 and the magnet groups 24 are connected to the respective drive shaft 28 in such a way that the drive shafts 28 run essentially parallel to the active surface 102. In such arrangements, therefore, the actuating magnets 26 or the magnet groups 24 rotate about the X-axis 902.
Figur 9G zeigt schematisch eine Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform von 6 x 6 Magnetgruppen 24 gemäß einem quadratischen Raster in einem Stator 100, wobei die Magnetgruppen 24 jeweils als ein Halbach-Array ausgeführt sind. Eine detaillierte Darstel lung einer einzelnen Magnetgruppe 24, insbesondere mit typischen Abmessungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer derartigen Magnetgruppe 24, ist in Figur 9H ge zeigt. FIG. 9G schematically shows an arrangement according to a preferred embodiment of 6 × 6 magnet groups 24 according to a square grid in a stator 100, the magnet groups 24 each being designed as a Halbach array. A detailed representation of an individual magnet group 24, in particular with typical dimensions according to a preferred embodiment of such a magnet group 24, is shown in FIG. 9H.
Die Magnetgruppen 24 sind vorzugsweise im Stator 100 einzeln verstellbar, sie können also in ihrer Position und/oder Orientierung verändert werden. Sie können vorzugsweise eine Li nearbewegung und/oder eine Drehung und/oder eine überlagerte Bewegung ausführen. Vor zugsweise wird eine Drehung um eine baulich fest vorgegebene Drehachse der Antriebs welle 28 ausgeführt. Um durch die Drehung eine wirksame Änderung des Magnetfeldes zu erreichen, ist der dominierende Dipolvektor der Magnetgruppe 24 vorzugsweise senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 28 orientiert. Die Drehachsen der Magnetgruppen 24 können in Bezug auf die Wirkfläche 102 unter schiedlich orientiert sein. Vorzugsweise sind sie senkrecht und/oder parallel zur Wirkfläche 102 orientiert. Der Abstand benachbarter Magnetgruppen 24 ist so gewählt, dass die Dreh momente auf die Magnetgruppen 24, die durch ihre magnetische Wechselwirkung verursacht werden, gering sind im Verhältnis zu den typischen Drehmomenten, die durch die Transport körper 200 verursacht werden. The magnet groups 24 are preferably individually adjustable in the stator 100, so their position and / or orientation can be changed. You can preferably perform a linear movement and / or a rotation and / or a superimposed movement. Before preferably a rotation about a structurally predetermined axis of rotation of the drive shaft 28 is carried out. In order to achieve an effective change in the magnetic field through the rotation, the dominant dipole vector of the magnet group 24 is preferably oriented perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft 28. The axes of rotation of the magnet groups 24 can be oriented differently with respect to the active surface 102. They are preferably oriented perpendicular and / or parallel to the active surface 102. The distance between adjacent magnet groups 24 is selected so that the torques on the magnet groups 24, which are caused by their magnetic interaction, are small in relation to the typical torques caused by the transport body 200.
Zur Positionierung und/oder Orientierung der Magnetgruppen 24 werden Stellelemente 114 eingesetzt, die bevorzugt Linearbewegungen und/oder Drehungen und/oder überlagerte Be wegungen ausführen können. Ein Stellelement 114 bewegt vorzugsweise mindestens eine Magnetgruppe 24. Vorzugsweise werden Stellelemente 114 eingesetzt, die einen Winkelbe reich von 360° abdecken können und vorzugsweise in der Lage sind, endlose Drehungen auszuführen. Dies kann für viele Bewegungen des Transportkörpers 200 vorteilhaft sein. For positioning and / or orientation of the magnet groups 24, actuating elements 114 are used, which can preferably carry out linear movements and / or rotations and / or superimposed movements. An actuating element 114 preferably moves at least one magnet group 24. Preferably, actuating elements 114 are used which can cover an angle range of 360 ° and are preferably able to carry out endless rotations. This can be advantageous for many movements of the transport body 200.
Die Figuren 10A und 10B zeigen in schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungs formen von Stellelementen 114. Bevorzugt weisen diese einen Antrieb auf, welcher bei spielsweise einen Motor 34, wie etwa einen Elektromotor, aufweist, welcher optional über ein Getriebe 32 und die Antriebswelle 28 mit dem Stellmagneten 26 bzw. der Magnetgruppe 24 mechanisch verbunden bzw. gekoppelt ist. Vorzugsweise weist das Stellelement 114 einen Sensor 30 zur Ermittlung des Stellwinkels a auf und optional einen Regler (nicht gezeigt), der den Stellwinkel a vorzugsweise schnell und präzise auf eine vorgegebene Sollposition ein stellen bzw. nachführen kann. FIGS. 10A and 10B show preferred embodiments of actuating elements 114 in schematic representations. These preferably have a drive which, for example, has a motor 34, such as an electric motor, which optionally has a gear 32 and the drive shaft 28 with the actuating magnet 26 or the magnet group 24 is mechanically connected or coupled. The actuating element 114 preferably has a sensor 30 for determining the actuating angle a and optionally a controller (not shown), which can set or adjust the actuating angle a preferably quickly and precisely to a predetermined desired position.
Beispielsweise weist ein Stellelement 114 einen Elektromotor auf, auf dessen Achse mindes tens eine Magnetgruppe 24 montiert ist. Der Sensor 30 misst den Drehwinkel a der Antriebs welle, ein PID-Regler mit optional nachgeschaltetem Antriebsverstärker steuert vorzugs weise den Motor 34 an. Zur Erhöhung des Drehmomentes oder der Drehzahl kann ein Ge triebe 32 zwischen dem Motor 34 und der Antriebswelle 28 vorgesehen sein. Das Getriebe 32 kann beispielsweise selbsthemmend sein, so dass der Motor 34 zur Aufrechterhaltung ei nes Drehmomentes in einer konstanten Winkelstellung nicht mit Strom versorgt werden muss. For example, an actuating element 114 has an electric motor, on the axis of which at least one magnet group 24 is mounted. The sensor 30 measures the angle of rotation a of the drive shaft, a PID controller with an optional downstream drive amplifier preferably controls the motor 34. To increase the torque or speed, a Ge gear 32 can be provided between the motor 34 and the drive shaft 28. The gear 32 can be self-locking, for example, so that the motor 34 does not have to be supplied with current in order to maintain a torque in a constant angular position.
Die in den Figuren 8A bis 8E gezeigten beispielhaften, ebenen Anordnungen von gleicharti gen Magnetgruppen 24 in einem regelmäßigen Raster werden dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jede der Magnetgruppen 24 von einem separaten Stellelement 114 ange trieben bzw. bewegt werden kann. Dabei können beispielsweise die in Figur 8C dargestellten großen und kleinen Magnetgruppen 24 von unterschiedlichen Stellelementen 114 angetrie ben werden, wobei beispielsweise große Magnetgruppen 24 von Stellelementen 114 mit ho hem Drehmoment und großer Trägheit (beispielsweise mit Getriebe) angesteuert werden, während kleine Magnetgruppen 24 von Stellelementen 114 mit geringerem Drehmoment und geringerer Trägheit angesteuert werden. Figur 8D zeigt eine beispielhafte Anordnung, bei der die Antriebswellen 28 parallel zur Wirkfläche 102 verlaufen und vorzugsweise jede An triebswelle 28 mehrere Magnetgruppen 24 antreibt. The exemplary, flat arrangements of magnet groups 24 of the same type shown in FIGS. 8A to 8E in a regular grid are preferably such configured such that each of the magnet groups 24 can be driven or moved by a separate actuating element 114. For example, the large and small magnet groups 24 shown in FIG. 8C can be driven by different actuating elements 114, for example large magnet groups 24 being actuated by actuating elements 114 with high torque and great inertia (for example with a gear), while small magnet groups 24 by actuating elements 114 can be controlled with less torque and less inertia. FIG. 8D shows an exemplary arrangement in which the drive shafts 28 run parallel to the active surface 102 and preferably each drive shaft 28 drives a plurality of magnet groups 24.
Ein Stellelement 114 mit mehreren Antrieben kann vorzugsweise mehrere Freiheitsgrade ei ner Magnetgruppe 24 beeinflussen. Beispielsweise kann eine kardanisch in zwei Raumrich tungen drehbar gelagerte Magnetgruppe 24 von zwei Stellelementen 114 in zwei unter schiedlichen Raumrichtungen gedreht werden. An actuating element 114 with a plurality of drives can preferably influence a plurality of degrees of freedom of a magnet group 24. For example, a gimbal-mounted magnet group 24 rotatable in two spatial directions by two actuating elements 114 can be rotated in two different spatial directions.
Anstelle von Elektromotoren können auch andere Antriebssysteme eingesetzt werden, bei spielsweise ein Hubmagnet oder ein Piezoantrieb. Instead of electric motors, other drive systems can also be used, for example a solenoid or a piezo drive.
Zur Erzielung einer hohen Dynamik kann es vorteilhaft sein, die Magnetgruppen 24 um eine ihrer Haupt-Trägheitsachsen mit geringem Trägheitsmoment zu drehen. Die Drehachse läuft vorzugsweise durch den Schwerpunkt der jeweiligen Magnetgruppe 24, um Vibrationen des Stators 100 aufgrund von Unwucht zu vermeiden. Um die Trägheit der mechanischen An triebe zu kompensieren, können beispielsweise unterhalb der Wirkfläche 102 zusätzlich Spu len (siehe Figuren 7c und 7D) eingesetzt werden, die beispielsweise mit hoher Dynamik ver hältnismäßig kleine Korrekturkräfte und/oder -momente auf den Transportkörper 200 ausü ben können. Das Wirkfeld bzw. Levitationsfeld 14 bzw. Magnetfeld des Stators 100 ergibt sich dann aus einer Überlagerung der Stellmagnet-Felder und der Spulen-Felder, wobei die Spulenfelder zwar gegebenenfalls deutlich schwächer, aber schneller veränderbar sein kön nen. To achieve high dynamics, it can be advantageous to rotate the magnet groups 24 about one of their main axes of inertia with a low moment of inertia. The axis of rotation preferably runs through the center of gravity of the respective magnet group 24 in order to avoid vibrations of the stator 100 due to imbalance. In order to compensate for the inertia of the mechanical drives, additional spools can be used, for example, below the active surface 102 (see FIGS. 7c and 7D), which can exert relatively small correction forces and / or moments on the transport body 200 with high dynamics, for example , The active field or levitation field 14 or magnetic field of the stator 100 then results from a superposition of the actuating magnet fields and the coil fields, the coil fields possibly being significantly weaker, but can be changed more quickly.
Da sich die Antriebe sowie die Antriebsverstärker im Betrieb erwärmen können, kann eine Kühlvorrichtung vorgesehen werden, die beispielsweise durch Wärmeableitung über einen Kühlkörper oder eine Lüftung und geeignete Lüftungskanäle im Stator 100 die Antriebe und/oder Antriebsverstärker kühlt (siehe beispielsweise Figur 7B). Figur IOC zeigt in einem Blockdiagramm ein beispielhaftes Funktionsprinzip eines Stellele ments 114. Dabei wird beispielsweise einem Regler 1002 eine Soll-Position 1001 der jeweili gen Magnetgruppe 24 übermittelt. Über einen Antriebsverstärker 1003 kann sodann der An trieb 1004 derart angesteuert werden, dass die Magnetgruppe 24 ggf. über ein Getriebe 1005 entsprechend angesteuert wird. Über einen entsprechenden Sensor 1006 kann die tat sächliche Winkellage bzw. die Ist-Position 1007 der Magnetgruppe 24 ermittelt werden und wieder dem Lageregler zugeführt werden, so dass ein Regelkreis entsteht, mittels welchem eine möglichst genaue Positionierung und/oder Orientierung der Magnetgruppe erfolgen kann. Since the drives and the drive amplifiers can heat up during operation, a cooling device can be provided which cools the drives and / or drive amplifiers, for example by heat dissipation via a heat sink or ventilation and suitable ventilation ducts in the stator 100 (see, for example, FIG. 7B). FIG. IOC shows in a block diagram an exemplary functional principle of an actuating element 114. In this case, for example, a target position 1001 of the respective magnet group 24 is transmitted to a controller 1002. The drive 1004 can then be controlled via a drive amplifier 1003 in such a way that the magnet group 24 may be controlled accordingly via a gear 1005. The actual angular position or the actual position 1007 of the magnet group 24 can be determined via a corresponding sensor 1006 and fed back to the position controller, so that a control loop is created by means of which the magnet group can be positioned and / or oriented as precisely as possible.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beförderungsvorrichtung eine Positionsbestimmungseinheit auf. Diese ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass die Posi tion und/oder Orientierung des zumindest einen Transportkörpers 200 relativ zur Wirkfläche des Stators 100 erfasst werden kann, vorzugsweise zyklisch, besonders bevorzugt mit hoher Frequenz und geringer Latenzzeit. Vorzugsweise werden dabei alle Freiheitsgrade des Transportkörpers 200 erfasst. Eine Messung kann beispielsweise die Basis für die Regelung der Transportkörper-Position darstellen. Figur 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform ei ner Positionsbestimmungseinheit, welche ein Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 aufweist. Beispielsweise kann das Transportkörperpositionsbestimmungselement 116 als Leiterplatte ausgestaltet sein, welches vorzugsweise Aussparungen für die Magnetgrup pen 24 bzw. die Stellmagneten 26 aufweist und/oder mit Sensoren 132 bestückt ist, wobei die Sensoren 132 vorzugsweise als Magnetfeldsensoren ausgebildet sind. According to a further preferred embodiment, the transport device has a position determination unit. This is preferably set up in such a way that the position and / or orientation of the at least one transport body 200 relative to the active surface of the stator 100 can be detected, preferably cyclically, particularly preferably with a high frequency and low latency. All degrees of freedom of the transport body 200 are preferably recorded. A measurement can be the basis for regulating the position of the transport body, for example. FIG. 11 shows a preferred embodiment of a position determination unit which has a transport body position determination element 116. For example, the transport body position determination element 116 can be configured as a printed circuit board, which preferably has cutouts for the magnet groups 24 or the actuating magnets 26 and / or is equipped with sensors 132, the sensors 132 preferably being designed as magnetic field sensors.
Die Positionsbestimmungseinheit kann zumindest teilweise in den Stator 100 integriert sein oder räumlich getrennt vom Stator 100 installiert sein und die Positionsdaten an eine Stator- Regelung übertragen. Vorzugsweise ist die Positionsbestimmungseinheit jedoch im Stator 100 integriert, wodurch vorzugsweise ein konstanter Maßbezug zum Stator 100 gewährleis tet werden kann und/oder die Handhabung des Gesamtsystems vereinfacht wird. Bei In tegration in den Stator 100 kann beispielsweise auch der vorhandene Bauraum effizient ge nutzt werden, da die Positionsbestimmung auf der Seite des Transportkörpers 200 erfolgt, die dem Stator 100 zugewandt ist, und somit vorzugsweise die Positionsbestimmung nicht durch das Transportgut behindert oder verfälscht wird. Als Sensoren 132 werden bevorzugt Magnetfeldsensoren und/oder kapazitive Sensoren und/oder optische Sensoren eingesetzt. Die Sensoren werden bevorzugt in einem regelmä ßigen Raster unterhalb der Wirkfläche 102 angeordnet. Beispielsweise können Hall-Senso ren das Magnetfeld im Transportkörper 200 an mehreren Stellen und/oder in unterschiedli chen Raumrichtungen erfassen. Vorzugsweise werden alle Sensorsignale zur Auswertung an ein Rechnersystem übertragen. Dort kann beispielsweise mittels eines Algorithmus die Ist-Position des Transportkörpers 200 aus den Sensor-Signalen und einer modellhaften Be schreibung der Magnetanordnungen in Transportkörper 200 und Stator 100 ermittelt werden. The position determination unit can be at least partially integrated in the stator 100 or installed spatially separate from the stator 100 and transmit the position data to a stator control. However, the position determination unit is preferably integrated in the stator 100, which preferably ensures a constant dimensional reference to the stator 100 and / or simplifies the handling of the overall system. When integrating into the stator 100, for example, the available installation space can also be used efficiently, since the position is determined on the side of the transport body 200 that faces the stator 100, and thus preferably the position is not obstructed or falsified by the goods to be transported. Magnetic field sensors and / or capacitive sensors and / or optical sensors are preferably used as sensors 132. The sensors are preferably arranged in a regular grid below the active surface 102. For example, Hall sensors can detect the magnetic field in the transport body 200 at several locations and / or in different spatial directions. All sensor signals are preferably transmitted to a computer system for evaluation. There, for example, the actual position of the transport body 200 can be determined from the sensor signals and a model description of the magnet arrangements in the transport body 200 and stator 100 using an algorithm.
Um den Einfluss der Magnetfelder im Stator 100 auf die Positionsbestimmung des Transport körpers 200 zu reduzieren oder zu eliminieren, werden die Sensoren 132 vorzugsweise in möglichst großem Abstand zu den Magnetgruppen 24 des Stators 100 montiert. Zusätzlich können magnetische Abschirmvorrichtungen vorhanden sein, welche den Einfluss der Mag netgruppen 24 auf die als Magnetfeldsensoren ausgebildeten Sensoren 132 abschwächen. Beispielsweise kann in einem einmaligen automatischen Kalibriervorgang ohne Anwesenheit des Transportkörpers das Sensor-Signal aller Sensoren 132 in Abhängigkeit von der Position jeder einzelnen Magnetgruppe 24 gemessen werden, wobei die Messwerte als Korrekturta belle dauerhaft in einem Speicher des Rechnersystems abgelegt werden können. Im Betrieb können beispielsweise die Sensor- Rohwerte nach jeder Messung um die in der Korrekturta belle abgelegten Fehlbeträge aller Magnetgruppen - abhängig von deren aktueller Position - korrigiert werden. In order to reduce or eliminate the influence of the magnetic fields in the stator 100 on the position determination of the transport body 200, the sensors 132 are preferably mounted at the greatest possible distance from the magnet groups 24 of the stator 100. In addition, magnetic shielding devices can be present which weaken the influence of the magnetic groups 24 on the sensors 132 designed as magnetic field sensors. For example, the sensor signal of all sensors 132 can be measured as a function of the position of each individual magnet group 24 in a one-time automatic calibration process without the presence of the transport body, and the measured values can be stored permanently in a memory of the computer system as a correction table. In operation, for example, the raw sensor values can be corrected after each measurement by the missing amounts of all magnet groups stored in the correction table - depending on their current position.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt eine Bedienschnittstelle im Stator 100 grundlegende Bedien- und Anzeigeelemente für die Einrichtung und/oder den Betrieb und/oder den Service und/oder die Wartung bereit. Beispielsweise können Ein-/Aus-Schalter, Rücksetztaster sowie Signallampen für die Anzeige des Betriebs- oder Fehlerzustandes des Stators 100 vorhanden sein. Komplexere Einrichtfunktionen sind vorzugsweise von einem über geordneten Rechnersystem aus bedienbar, das beispielsweise über eine Kommunikations schnittstelle mit dem Stator 100 verbunden ist. According to a further preferred embodiment, an operating interface in the stator 100 provides basic operating and display elements for the setup and / or the operation and / or the service and / or the maintenance. For example, there may be on / off switches, reset buttons and signal lamps for indicating the operating or fault status of the stator 100. More complex setup functions can preferably be operated from a higher-level computer system that is connected to the stator 100, for example, via a communication interface.
Vorzugsweise erfasst eine elektronische Steuerung mit mindestens einem Rechnersystem die Sensorsignale, kommuniziert mit der übergeordneten Anlage, mit der Bedienerschnitt stelle und ggf. mit weiteren Statoren und System komponenten und steuert die Stellelemente an. Vorzugsweise ist in jeden Stator 100 bzw. in jedes Statormodul ein Rechnersystem integriert. Bei Verwendung mehrerer Statoren 100 bzw. Statormodulen können deren Rechnersysteme beispielsweise mit Bussystemen vernetzt sein, deren Topologie flexibel erweitert werden kann. Ein beispielhaftes Steuerungsdiagramm ist in Figur 12 dargestellt, welches die folgen den Elemente aufweist: An electronic control system preferably detects the sensor signals with at least one computer system, communicates with the higher-level system, with the operator interface and, if appropriate, with further stators and system components, and controls the control elements. A computer system is preferably integrated in each stator 100 or in each stator module. If several stators 100 or stator modules are used, their computer systems can be networked, for example, with bus systems whose topology can be flexibly expanded. An exemplary control diagram is shown in FIG. 12, which has the following elements:
2001: Steuerung einer übergeordneten Anlage 2001: Control of a higher-level system
2002: Zentralsteuerung der Beförderungsvorrichtung  2002: Central control of the conveyor
2003: Bedienerschnittstelle  2003: Operator interface
2004: Modulsteuerung Stator 1  2004: Stator 1 module control
2005: Modulsteuerung Stator 2  2005: Stator 2 module control
2006: Modulsteuerung Stator 3  2006: Stator 3 module control
2007: Modulsteuerung Stator 4  2007: Stator 4 module control
2008: Modulsteuerung Stator 5  2008: Stator 5 module control
2009: Modulsteuerung Stator 6  2009: Stator 6 module control
Die Bussysteme sind in der Lage, große Datenmengen in kurzer Zeit ohne Latenz zu über tragen. Die Bussysteme können die Daten auf elektrische, optische und/oder induktive Weise übertragen. Beispielsweise können benachbarte Statoren 100 bzw. Statormodule opti sche Sender und Empfänger besitzen, über die sie Zustandsinformationen austauschen. In die Bussysteme können weitere Rechnersysteme integriert sein. The bus systems are able to transfer large amounts of data in a short time without latency. The bus systems can transmit the data in an electrical, optical and / or inductive manner. For example, adjacent stators 100 or stator modules can have optical transmitters and receivers via which they exchange status information. Further computer systems can be integrated in the bus systems.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren zum Betrieb der Beförde rungsvorrichtung 10 in Form von Algorithmen auf dem mindestens einen Rechnersystem im plementiert sein. Ein Verbund von mehreren Statoren 100 kann dabei als funktionale Einheit behandelt werden, so dass die Steuerung eines Transportkörpers 200 unabhängig davon er folgt, ob er sich im Einflussbereich nur eines Stators 100 oder mehrerer Statoren 100 befin det. Dazu sind die Rechnersysteme bevorzugt auf eine gemeinsame Zeitbasis synchroni siert. According to a preferred embodiment, the method for operating the conveying device 10 can be implemented in the form of algorithms on the at least one computer system. A group of several stators 100 can be treated as a functional unit, so that the control of a transport body 200 takes place regardless of whether it is in the area of influence of only one stator 100 or several stators 100. For this purpose, the computer systems are preferably synchronized on a common time base.
Das mindestens eine Rechnersystem stellt vorzugsweise alle Funktionen bereit, die für die Einrichtung und/oder den sicheren Betrieb und/oder für Service und Wartung jedes Stators 100 und eines Verbundes von mehreren Statoren 100 erforderlich sind. Beispielsweise kön nen integrierte Eigendiagnosefunktionen permanent die korrekte Funktion überwachen, so dass eine Fehlfunktion sofort erkannt und gemeldet werden kann und/oder Ersatzmaßnah men getroffen werden können und das System ggf. selbsttätig in den sicheren Not-Halt ge hen kann. The at least one computer system preferably provides all functions that are required for the establishment and / or the safe operation and / or for service and maintenance of each stator 100 and a group of several stators 100. For example, integrated self-diagnosis functions can permanently monitor the correct function that a malfunction can be recognized and reported immediately and / or replacement measures can be taken and the system can automatically go to the safe emergency stop if necessary.
Die Beförderungsvorrichtung 10 weist hier mindestens einen Stator 100 bzw. mindestens ein Statormodul und mindestens einen Transportkörper 200 auf. Dabei sind vorzugsweise viele Gestaltungsparameter vorhanden, die zur Anpassung an eine Zielapplikation beeinflusst werden können, z.B. Abmessungen des Stators 100 zur Skalierung auf die Größe bzw. das Gewicht des Transportgutes, ein maximales Drehmoment und/oder Drehzahl und/oder Träg heitsmoment der Antriebe, eine Stärke und/oder Anordnung der Stellmagneten 26 und Stati onärmagneten in Stator 100 bzw. Transportkörper 200, sowie Regelungsparameter. The transport device 10 here has at least one stator 100 or at least one stator module and at least one transport body 200. There are preferably many design parameters that can be influenced to adapt to a target application, e.g. Dimensions of the stator 100 for scaling to the size or weight of the goods to be transported, a maximum torque and / or speed and / or moment of inertia of the drives, a strength and / or arrangement of the actuating magnets 26 and stator magnets in the stator 100 or the transport body 200 , as well as control parameters.
Die Anordnung der Magnetgruppen 24 im Stator 100 ist vorzugsweise derart auf die Anord nung der Magnetgruppen 24 im Transportkörper 200 abgestimmt, dass ein Transportkörper 200 mit f Freiheitsgraden an jedem Punkt seines Arbeitsraumes von den Kräften und Mo menten von mindestens f Magnetgruppen 24 beeinflusst werden kann. Insbesondere sind die Magnetanordnungen so gestaltet, dass es keine Singularitäten gibt, also keine singulären Bereiche im Arbeitsraum, an denen diese Bedingung nicht erfüllt ist. Beispielhafte Paarun gen von Magnetanordnungen in Stator und Transportkörper sind wie folgt: The arrangement of the magnet groups 24 in the stator 100 is preferably matched to the arrangement of the magnet groups 24 in the transport body 200 that a transport body 200 with f degrees of freedom at any point in its working space can be influenced by the forces and moments of at least f magnet groups 24. In particular, the magnet arrangements are designed in such a way that there are no singularities, that is to say no singular areas in the work space where this condition is not met. Exemplary pairings of magnet arrangements in the stator and transport body are as follows:
Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 4F mit y / l = 1 / 3.  Stator like Figure 8A and transport body like Figure 4F with y / l = 1/3.
Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 4G mit y / l = 1 / 3.  Stator like Figure 8A and transport body like Figure 4G with y / l = 1/3.
Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 41 mit g/ l = 1 / 3.  Stator like Figure 8A and transport body like Figure 41 with g / l = 1/3.
Stator wie Figur 8A und Transportkörper wie Figur 4M mit y / 2r = 1 / 3.  Stator like FIG. 8A and transport body like FIG. 4M with y / 2r = 1/3.
Stator wie Figur 8B und Transportkörper wie Figur 4F mit y / l = 1 / 3.  Stator like Figure 8B and transport body like Figure 4F with y / l = 1/3.
Stator wie Figur 8E und Transportkörper wie Figur 41 mit R / r = 1.  Stator like FIG. 8E and transport body like FIG. 41 with R / r = 1.
Während l die Periodenlänge einer Halbach-Anordnung von Stationärmagneten 22 bzw. Magnetgruppen 24 von Stationärmagneten 22 bezeichnet, bezeichnet g eine Periodenlänge einer regelmäßigen Anordnung von Stellmagneten 26 bzw. Magnetgruppen 24 (siehe bei spielsweise Figur 8A). While l denotes the period length of a Halbach arrangement of stationary magnets 22 or magnet groups 24 of stationary magnets 22, g denotes a period length of a regular arrangement of actuating magnets 26 or magnet groups 24 (see for example FIG. 8A).
Vorzugsweise sind die Transportkörper 200 überbestimmt, d.h. sie können von mehr als f Magnetgruppen 24 simultan beeinflusst werden. Die so erzielte Redundanz hat Vorteile, wie etwa eine verbesserte Ausfallsicherheit. Falls eine Magnetgruppe 24 nicht mehr wirksam steuerbar ist, kompensieren vorzugsweise andere Magnetgruppen 24 den Ausfall zumindest teilweise, so dass die Position des Transportkörpers 200 ggf. mit Einschränkungen eingehal ten werden kann. Die für eine Kraft-/Moment-Änderung erforderliche Positionsänderung kann vorzugsweise auf mehrere Magnetgruppen 24 verteilt werden. Dadurch verringert sich vor zugsweise die Positionsänderung für jede einzelne Magnetgruppe 24. Daher kann vorzugs weise die Positionsänderung insgesamt schneller ausgeführt werden, so dass die Dynamik der Beförderungsvorrichtung 10 zunimmt. Vorzugsweise verteilen sich die zur Führung eines Transportkörpers 200 aufzubringenden Kräfte und Momente auf mehrere Magnetgruppen 24, so dass kleinere Magnetgruppen 24 mit schwächeren Stellelementen 114 eingesetzt werden können, um die gleiche Wirkung zu erzielen. Dies kann Vorteile für den Energiever brauch und die Kosten der Beförderungsvorrichtung 10 bringen. The transport bodies 200 are preferably overdetermined, ie they can be influenced simultaneously by more than f magnet groups 24. The redundancy achieved in this way has advantages, such as improved reliability. If a magnet group 24 is no longer effective is controllable, other magnet groups 24 preferably compensate for the failure at least partially, so that the position of the transport body 200 can be complied with, if necessary. The change in position required for a change in force / torque can preferably be distributed over a plurality of magnet groups 24. This preferably reduces the change in position for each individual magnet group 24. Therefore, the change in position can be carried out faster overall, so that the dynamics of the conveying device 10 increase. The forces and moments to be applied for guiding a transport body 200 are preferably distributed over a plurality of magnet groups 24, so that smaller magnet groups 24 with weaker actuating elements 114 can be used in order to achieve the same effect. This can bring benefits for energy consumption and the cost of the conveyor 10.
Die Beförderungsvorrichtung kann vorzugsweise mit klassischen Transfersystemen kombi niert werden. Beispielsweise können die Transportkörper 200 über große Entfernungen mit einem Gurtband transportiert werden, indem sie beispielsweise einen Stator 100 verlassen, von einem Gurtband zu einer neuen Position gefahren werden, und dort wieder auf einen Stator auffahren bzw. aufgesetzt werden. Im Rahmen eines modularen Gesamtsystems kön nen Statoren 100 mit unterschiedlichen Fähigkeiten kombiniert werden. Beispielsweise kann es Stator-Module geben, die auf hohe Geschwindigkeit und/oder hohe Präzision und/oder hohe Kräfte optimiert sind. Diese Module werden vorzugsweise bereichsweise dort einge setzt, wo sie benötigt werden. The transport device can preferably be combined with classic transfer systems. For example, the transport bodies 200 can be transported over long distances with a belt webbing, for example, by leaving a stator 100, moving from a belt webbing to a new position, and then driving onto a stator or being placed there again. Within the framework of a modular overall system, stators 100 with different capabilities can be combined. For example, there may be stator modules that are optimized for high speed and / or high precision and / or high forces. These modules are preferably used in areas where they are needed.
Auch Statoren mit gekrümmten Oberflächen, wie in Figur 13A dargestellt können durch ent sprechende Anordnung der Magnetgruppen realisiert werden, beispielsweise in runder Bau form, wie in den Figuren 13B und 13C dargestellt, welche einen außen- bzw. innen-geführ- ten Transportkörper 200 und einen innen- bzw. außenliegenden Stator 100 aufweisen. Bei spielsweise können derartige Beförderungsvorrichtungen für eine Verwendung als ein me chanisches Lager vorteilhaft sein, beispielsweise um eine Welle drehbar zu lagern. Stators with curved surfaces, as shown in FIG. 13A, can also be realized by corresponding arrangement of the magnet groups, for example in a round design, as shown in FIGS. 13B and 13C, which have an outer or inner guided transport body 200 and have an internal or external stator 100. In example, such transport devices can be advantageous for use as a me mechanical bearing, for example, to rotatably support a shaft.
Zur Einsparung von Energie können vorzugsweise die Stellelemente 114 vorübergehend mit abgesenktem Strom betrieben oder abgeschaltet werden, solange sich kein Transportkörper 200 im Einzugsbereich der jeweiligen Magnetgruppe 24 befindet. Bei Annäherung eines Transportkörpers 200 werden sie vorzugsweise kurzfristig wieder aktiviert. Die Außenflächen von Stator 100 und Transportkörper 200 können vorzugsweise so gestal tet werden, dass sie an die jeweiligen Umweltbedingungen angepasst sind, beispielsweise an extreme Temperaturanforderungen, hohe Sauberkeitsanforderungen, Partikelfreiheit, Keimfreiheit, leichte Reinigbarkeit, Beständigkeit gegen aggressive Materialien, Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, Einsatz unter Flüssigkeits- oder Gasatmosphäre etc. an gepasst sind. Dafür steht beispielsweise eine breite Palette von nicht-ferromagnetischen Ma terialien zur Verfügung, wie etwa Nichteisenmetalle, Kunststoff, Teflon, Keramik, Glas,To save energy, the actuating elements 114 can preferably be operated temporarily with reduced current or switched off as long as there is no transport body 200 in the feed area of the respective magnet group 24. When a transport body 200 approaches, they are preferably reactivated briefly. The outer surfaces of stator 100 and transport body 200 can preferably be designed in such a way that they are adapted to the respective environmental conditions, for example extreme temperature requirements, high cleanliness requirements, freedom from particles, sterility, easy cleanability, resistance to aggressive materials, use in potentially explosive areas, use are fitted under a liquid or gas atmosphere etc. For example, a wide range of non-ferromagnetic materials are available, such as non-ferrous metals, plastic, Teflon, ceramics, glass,
Gummi, Holz u.v.m. Rubber, wood and many more
Eine Gruppe von Transportkörpern 200 kann vorzugsweise gemeinsam eine Aufgabe aus führen. Beispielsweise können mehrere synchronisiert bewegte Transportkörper 200 eine große Last transportieren, die für einen Transportkörper 200 zu schwer ist. Oder mehrere Transportkörper 200 sind beispielsweise über eine passive Stabkinematik und Gelenke mit einander verbunden, so dass die Kinematik als Handhabungsgerät verwendet werden kann. A group of transport bodies 200 can preferably perform a task together. For example, a plurality of transport bodies 200 moved in synchronized fashion can transport a large load that is too heavy for one transport body 200. Or several transport bodies 200 are connected to one another, for example, by means of passive rod kinematics and joints, so that the kinematics can be used as a handling device.
Nicht alle Freiheitsgrade müssen notwendigerweise levitierend ausgeführt werden, stattd es sen können einzelne Freiheitsgrade auch durch eine mechanische Führung realisiert sein. Not all degrees of freedom necessarily have to be levitating, instead individual degrees of freedom can also be realized by mechanical guidance.
Zur preiswerten Realisierung eines levitierenden Systems mit großem Transportbereich kann der Stator 100 vorzugsweise mit klassischen Achssystemen oder Fahrzeugen als Bewegungs einrichtung kombiniert werden. Beispielsweise transportiert ein Achssystem oder ein Fahrzeug mit Rädern einen Stator 100 in einem großen Arbeitsbereich, während der Stator 100 seiner seits einen Transportkörper 200 in einem kleinen Arbeitsbereich präzise und schwebend posi tionieren kann. For the inexpensive realization of a levitating system with a large transport area, the stator 100 can preferably be combined with classic axis systems or vehicles as a movement device. For example, an axle system or a vehicle with wheels transports a stator 100 in a large work area, while the stator 100 can position a transport body 200 in a small work area in a precise and floating manner.
Optional befindet sich zwischen Stator 100 und Transportkörper 200 eine Zwischenebene (Partikel-Barriere). Der Transportkörper 200 kann sich dabei vorzugsweise im sauberen Be reich befinden, das Fahrzeug hingegen außerhalb. Die Fortbewegungsfunktion übernimmt beispielsweise primär das Fahrzeug mit seinem klassischen Radantrieb, die Levitationsfunk tion und Präzisionspositionierung der Stator 100 mit Transportkörper 200. An intermediate level (particle barrier) is optionally located between stator 100 and transport body 200. The transport body 200 can preferably be in the clean Be rich, however, the vehicle outside. The locomotive function primarily takes over, for example, the vehicle with its classic wheel drive, the levitation function and precision positioning of the stator 100 with the transport body 200.
Die Wirkprinzipien von Stator 100 und Transportkörper 200 können in anderen bevorzugten Ausführungsformen vertauscht sein, so dass sich im Stator 100 beispielsweise eine Anord- nung von Stationärmagneten 22 befindet und im Transportkörper 200 aktiv bewegliche Stell magneten 26. Bei dieser Variante kann beispielswiese der Transportkörper 200 die Energie versorgung 38 mitführen (z.B. Akkumulator, Brennstoffzelle, Solarzellen) oder von außen mit Energie versorgt werden (z.B. über ein Kabel). Auf diese Weise kann sich beispielsweise ein Waferhalter zum Halten eines Wafers 36 mit aktivem Antrieb ohne Räder fortbewegen, in dem er einen Antrieb 42 mit Stellmagneten 26 aufweist, um beispielsweise auf einer am Bo den 40 befestigten mit Stationärmagneten 22 bestückten Schiene oder Ebene zu verkehren (siehe Figur 14). The principles of action of the stator 100 and the transport body 200 can be interchanged in other preferred embodiments, so that, for example, an arrangement in the stator 100 tion of stationary magnets 22 and actively moving actuating magnets 26 in the transport body 200. In this variant, for example, the transport body 200 can carry the energy supply 38 (for example an accumulator, fuel cell, solar cells) or can be supplied with energy from outside (for example via a cable). In this way, for example, a wafer holder for holding a wafer 36 with an active drive can move without wheels, in which it has a drive 42 with actuating magnets 26, for example in order to travel on a rail or plane attached to the base 40 and equipped with stationary magnets 22 ( see Figure 14).
Im Folgenden wird auf Basis der zuvor beschriebenen Beförderungsvorrichtung 10 ein Ver fahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, mit dem die stabile magneti sche Levitation von mindestens einem Transportkörper 200 erreicht wird, ohne dass jedoch die Erfindung auf das erläuterte Verfahren beschränkt ist. In the following, a method according to a preferred embodiment is described on the basis of the transport device 10 described above, with which the stable magnetic levitation of at least one transport body 200 is achieved, but without the invention being limited to the method explained.
Der mindestens eine Transportkörper 200 erfährt Kräfte und Momente in einem dynamisch veränderlichen Magnetfeld, das durch die geregelte Bewegung von Stellmagneten 26 in min destens einem Stator 100 erzeugt wird. The at least one transport body 200 experiences forces and moments in a dynamically variable magnetic field, which is generated by the controlled movement of actuating magnets 26 in at least one stator 100.
Zur Beschreibung der Position des mindestens einen Transportkörpers 200 sind die kartesi schen Koordinatensysteme 900 und 920 gegeben: The Cartesian coordinate systems 900 and 920 are given to describe the position of the at least one transport body 200:
Jeder Transportkörper i besitzt ein Koordinatensystem 920i mit den Achsen (c,, y,, z) und ei nem ortsfesten Bezug zum Transportkörper, sein Ursprung liegt beispielsweise in dem be rechneten Massenschwerpunkt der Magnetanordnung des Transportkörpers. Each transport body i has a coordinate system 920i with the axes (c ,, y ,, z) and a fixed reference to the transport body, its origin lies, for example, in the calculated center of gravity of the magnet arrangement of the transport body.
Das Stator-Koordinatensystem 900 mit den Achsen (X, Y, Z) hat einen ortsfesten Bezug zum Stator. Seine X- und Y-Achse liegen in der Wirkfläche des Stators, die Z-Achse steht senk recht auf der Wirkfläche und weist in Richtung des Transportkörpers. Die Position des Trans portkörpers mit dem Index i wird im Stator- Koordinatensystem durch den Ortsvektor be schrieben, der den Ursprung des Transportkörper-Koordinatensystems angibt. Die Winkel lage des Transportkörpers i wird durch den Vektor (pt ausgedrückt, dessen drei Komponen ten die Winkel angeben, die jeweils von den X-, Y- und Z-Achsen der Koordinatensysteme von Stator und Transportkörper eingeschlossen werden. Gegeben ist weiterhin eine Anordnung von Magnetgruppen im Stator, die einzeln in mindes tens einer Dimension relativ zum Stator beweglich sind und deren Position mit Stellelemen ten verändert werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Drehlage bzw. Winkellage der Magnetgruppe veränderlich ist, wobei die Drehachse im Stator-Koordinaten system konstant ist und durch den Massenschwerpunkt der Magnetgruppe verläuft. Die aktu elle Drehlage der Magnetgruppe k ist otk. Von der Steuerung wird der Sollwinkel otk.soii vorge geben, der von dem Regler des Stellelementes schnell und präzise umgesetzt wird, so dass nach kurzer Zeit otk = ak,soii ist. The stator coordinate system 900 with the axes (X, Y, Z) has a fixed reference to the stator. Its X and Y axes lie in the effective area of the stator, the Z axis is perpendicular to the effective area and points in the direction of the transport body. The position of the trans port body with the index i is described in the stator coordinate system by the location vector, which indicates the origin of the transport body coordinate system. The angular position of the transport body i is expressed by the vector (p t , the three components of which indicate the angles which are each enclosed by the X, Y and Z axes of the coordinate systems of the stator and transport body. There is also an arrangement of magnet groups in the stator, which are individually movable in at least one dimension relative to the stator and the position of which can be changed with adjusting elements. In the following it is assumed that the rotational position or angular position of the magnet group is variable, the axis of rotation in the stator coordinate system being constant and passing through the center of mass of the magnet group. The current rotational position of the magnet group k is otk. The control system provides the setpoint angle otk.soii, which is implemented quickly and precisely by the controller of the control element, so that after a short time otk = ak, soii.
Das Verfahren ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform als Programm in der Steuerung implementiert und wird zyklisch mit einer Frequenz von 100 - 10.000 Hz durchlaufen. Die Funktionsschritte eines beispielhaften Schleifendurchlaufes, welcher in Figur 15 beispielhaft dargestellt ist, ist im Folgenden beschrieben. According to the preferred embodiment, the method is implemented as a program in the control and is run through cyclically at a frequency of 100-10,000 Hz. The functional steps of an exemplary loop run, which is shown by way of example in FIG. 15, is described below.
3000a) Bestimmung der Ist- Position und der Ist-Geschwindigkeit der Transportkörper3000a) Determination of the actual position and the actual speed of the transport body
Magnetfeld-Sensoren, kapazitive Sensoren und/oder optische Sensoren sind in einem regel mäßigen Raster unterhalb der Wirkfläche des Stators angebracht. Die folgende Beschrei bung stützt sich beispielhaft auf Hall-Sensoren. Jeder Hall-Sensor misst drei magnetische Feldkomponenten in orthogonalen Richtungen. Die Sensor- Rohwerte werden von einem Rechner eingelesen, ebenso wie die Winkellage aller Magnetgruppen im Stator. Falls weitere Statoren benachbart sind, werden die dort zeitgleich ermittelten Messwerte über einen Da tenbus an den Stator übertragen. Der gesamte Einlesevorgang dauert typischerweise 0,1ms - 1ms. Magnetic field sensors, capacitive sensors and / or optical sensors are installed in a regular grid below the effective area of the stator. The following description is based on Hall sensors as an example. Each Hall sensor measures three magnetic field components in orthogonal directions. The raw sensor values are read in by a computer, as is the angular position of all magnet groups in the stator. If other stators are adjacent, the measured values determined there at the same time are transmitted to the stator via a data bus. The entire reading process typically takes 0.1 ms - 1 ms.
Zunächst werden die Messwerte jedes Sensors um den Einfluss der ihm benachbarten Mag netgruppen korrigiert. Die Feldbeiträge der benachbarten Magnetgruppen wurden für jeden Sensor einmalig in einem Initialisierungslauf bestimmt und sind drehwinkelabhängig in Kor rekturtabellen abgelegt. Unter Verwendung der aktuell eingelesenen Drehwinkel der benach barten Magnetgruppen wird auf die Korrekturtabellen zugegriffen. Von allen Sensor- Rohwer ten werden die Feldbeiträge der benachbarten Magnetgruppen subtrahiert. Die so erhaltenen korrigierten Sensorwerte repräsentieren die Flussdichte der Transportkörper-Magnetanord- nung über der Wirkfläche. Danach wird die Position des mindestens einen Transportkörpers ermittelt. Dazu ist im Spei cher des Rechners eine Beschreibung der Magnetanordnung der Transportkörper als Liste hinterlegt. Die Liste enthält die Positionen und Dipolvektoren aller Stellmagneten und/oder Magnetgruppen 24, angegeben im Transportkörper-Koordinatensystem. Mit Hilfe dieser Liste, der Feldgleichung für einen magnetischen Dipol und des Superpositionsprinzips wird ein Rechenmodell der Flussdichteverteilung des Transportkörpers erstellt. Mit dem Modell lassen sich die Flussdichtevektoren berechnen, die bei einer vorgegebenen Transportkörper- Position am Ort der Stator-Sensoren zu erwarten sind. Eine skalare Fehlerfunktion ermittelt ein Maß für die Fehlanpassung der gemessenen und modellierten Flussdichten aller Trans portkörper und Magnetgruppen. Durch iterative Optimierung der Position und Winkellage der Transportkörper im Modell wird die Fehlerfunktion minimiert, also auf die realen Messdaten angepasst. Das Iterationsverfahren wird beendet, sobald keine Verbesserung mehr erzielt wird und/oder eine zuvor definierte Fehlerschwelle unterschritten wird. First, the measured values of each sensor are corrected for the influence of the neighboring magnetic groups. The field contributions of the adjacent magnet groups were determined once for each sensor in an initialization run and are stored in correction tables depending on the angle of rotation. The correction tables are accessed using the currently read rotation angle of the neighboring magnet groups. The field contributions of the neighboring magnet groups are subtracted from all raw sensor values. The corrected sensor values obtained in this way represent the flux density of the transport body magnet arrangement over the active surface. The position of the at least one transport body is then determined. For this purpose, a description of the magnet arrangement of the transport body is stored as a list in the memory of the computer. The list contains the positions and dipole vectors of all actuating magnets and / or magnet groups 24, specified in the transport body coordinate system. With the help of this list, the field equation for a magnetic dipole and the superposition principle, a calculation model of the flux density distribution of the transport body is created. The model can be used to calculate the flux density vectors that are to be expected for a given transport body position at the location of the stator sensors. A scalar error function determines a measure for the mismatch of the measured and modeled flux densities of all transport bodies and magnet groups. The iterative optimization of the position and angular position of the transport body in the model minimizes the error function, i.e. it is adapted to the real measurement data. The iteration process is ended as soon as no further improvement is achieved and / or a previously defined error threshold is undershot.
Die so ermittelte 6D-Position des mindestens einen Transportkörpers i wird im Rahmen der Genauigkeit des Modells als reale Position des Transportkörpers i mit dem Ortsvektor und dem Winkel-Vektor <ßi interpretiert. Durch numerische Differenzierung der zyklischen Abfolge von Positionswerten wird die Ist-Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsvektor vi soü für die Translation und dem Winkelgeschwindigkeits-Vektor (oi SOu für die Rotation berechnet. The 6D position of the at least one transport body i determined in this way is interpreted within the framework of the accuracy of the model as the real position of the transport body i with the location vector and the angle vector <ßi. By numerically differentiating the cyclic sequence of position values , the actual speed is calculated with the speed vector v i soü for the translation and the angular velocity vector (o i SO u for the rotation.
3000b) Bestimmung der Soll-Position und Soll-Geschwindigkeit der Transportkörper 3000b) Determination of the target position and target speed of the transport body
Eine übergeordnete Anlage kann der Steuerung die gewünschte Bewegungsbahn des min destens einen Transportkörpers als Folge von 6D-Soll-Positionen, Soll-Zeiten und/oder Soll- Geschwindigkeiten mitteilen. Die Bahn kann aus Geraden, Kreisabschnitten oder anderen geometrischen Grundelementen bestehen. A higher-level system can inform the control system of the desired movement path of at least one transport body as a result of 6D target positions, target times and / or target speeds. The path can consist of straight lines, circular sections or other basic geometric elements.
Die Steuerung interpoliert die Bewegungsbahn räumlich und zeitlich. Zur räumlichen Interpo lation kommen verschiedene Interpolationsverfahren in Betracht, die in der Robotik üblich sind, beispielsweise lineare, Spline- oder Polynom-Interpolation. Zur zeitlichen Interpolation zerlegt die Steuerung die räumlich interpolierte Bahn in Stützpunkte. In jedem Zyklus stellt sie für jeden Transportkörper i die Soll-Position mit dem Ortsvektor fl SOÜ und dem Winkel- Vektor (pi SOu bereit sowie optional die Soll-Geschwindigkeit mit dem Geschwindigkeitsvektor für die Translation und dem Winkelgeschwindigkeits-Vektor wί 50ίί für die Rotation und übergibt diese an den Bahnregler. The control interpolates the trajectory in space and time. Various interpolation methods that are common in robotics, for example linear, spline or polynomial interpolation, come into consideration for spatial interpolation. For temporal interpolation, the control breaks down the spatially interpolated path into support points. In each cycle, it provides the target position with the location vector f l SOÜ and the angle vector (pi SO u) for each transport body i and optionally the target speed with the speed vector for the translation and the angular velocity vector w ί 50ίί for the rotation and transfers this to the path controller.
3000c) Bahnregelung 3000c) Path control
Die Bahnregelung dient dazu, die Ist-Position der Transportkörper schnell und präzise auf die Soll-Position nachzuführen. Dazu berechnet der Bahnregler die Regelabweichung, also die Differenz zwischen Soll- und Ist-Position und/oder der Soll- und Ist-Geschwindigkeit in allen 6 Dimensionen. Diese verwendet er als Eingangsgröße für einen Regelalgorithmus, beispielsweise den PID-Algorithmus, der für jede zu regelnde Dimension separat berechnet wird. Als Ausgangsgröße liefert der Bahnregler für jeden Transportkörper i den Soll- Kraftvek tor Fi SOu und den Soll-Momentenvektor Mi SOu, der zur Korrektur der Bahn erforderlich ist. Die Reglerparameter, wie Verstärkung (P), Nachstellzeit (I) und Vorhaltzeit (D), sind entweder einmalig ermittelt und fest in der Steuerung hinterlegt, oder werden dynamisch an den Bewe- gungs- und Beladungszustand der Transportkörper angepasst, wie beispielsweise an deren Gesamtmasse oder die Massenverteilung, die durch einen Beobachter bzw. eine Beobach tungsvorrichtung (s. 3000f)) ermittelt werden kann. The path control is used to quickly and precisely track the actual position of the transport body to the target position. For this purpose, the path controller calculates the control deviation, i.e. the difference between the target and actual position and / or the target and actual speed in all 6 dimensions. He uses this as an input variable for a control algorithm, for example the PID algorithm, which is calculated separately for each dimension to be controlled. As the output variable, the path controller supplies the target force vector F i SO u and the target torque vector M i SO u for each transport body i, which is required to correct the path. The controller parameters, such as gain (P), readjustment time (I) and lead time (D), are either determined once and permanently stored in the control, or are dynamically adapted to the movement and loading status of the transport bodies, such as their total mass or the mass distribution, which can be determined by an observer or an observation device (see 3000f).
3000d) Kraft-/Momentensteuerung 3000d) Force / torque control
Aus den Soll-Kraftvektoren und den Soll-Momentvektoren für alle Transportkörper berechnet dieser Programmteil die Sollpositionen für alle Magnetgruppen, die zur Erzeugung der Soll- Kräfte und -Momente führen. Berücksichtigt werden alle Magnetgruppen, die einen Einfluss auf die zu steuernden Transportkörper haben. Dazu verwendet die Kraft-/Momentensteuerung ein räumliches Modell der Magnetanordnung im Stator und in dem mindestens einen Trans portkörper. Das Modell ist in der Lage, näherungsweise die Kräfte und Momente zu berech nen, die sich bei vorgegebener Position der Magnetgruppen einstellen. In dem Modell sind die Magnetanordnungen der Transportkörper als Liste der Positionen und Dipolvektoren aller Transportkörper-Magneten hinterlegt. Ebenso ist eine Liste der Magneten jeder Magnetgruppe hinterlegt. In dem Modell werden zunächst die partiellen Kräfte und Momente zwischen allen Magnetpaaren berechnet, daraus wird anschließend die auf jeden Transportkörper wirkende Gesamtkraft und das Gesamtmoment errechnet. Dabei werden alle Einflüsse bestmöglich be rücksichtigt, beispielsweise auch die zwischen zwei Transportkörpern gegenseitig ausgeübten Kräfte und Momente. Zur Berechnung kommen im Wesentlichen folgende Gleichungen zur Anwendung From the target force vectors and the target torque vectors for all transport bodies, this program part calculates the target positions for all magnet groups that lead to the generation of the target forces and moments. All magnet groups that have an influence on the transport bodies to be controlled are taken into account. For this purpose, the force / torque control uses a spatial model of the magnet arrangement in the stator and in the at least one trans port body. The model is able to approximately calculate the forces and moments that occur at a given position of the magnet groups. The magnet arrangements of the transport bodies are stored in the model as a list of the positions and dipole vectors of all transport body magnets. There is also a list of the magnets in each magnet group. The partial forces and moments between all magnet pairs are first calculated in the model, from which the total force and the total moment acting on each transport body is then calculated. All influences are taken into account in the best possible way, for example the forces and moments exerted on each other between two transport bodies. The following equations are essentially used for the calculation
Magnetisches Feld B eines magnetischen Dipols ß am Ort r: Magnetic field B of a magnetic dipole ß at location r:
mit r = |r|, wobei m0 die magnetische Feldkonstante ist. with r = | r |, where m 0 is the magnetic field constant.
Magnetisches Feld Bges als Überlagerung der Felder Bt (Superpositionsprinzip) Magnetic field B tot as a superposition of the fields B t (principle of superposition)
wobei n die Anzahl der sich überlagernden Felder darstellt. where n is the number of overlapping fields.
Kraft F auf einen magnetischen Dipol ß im Feld B: Force F on a magnetic dipole ß in field B:
F = n(mb).  F = n (mb).
Das Drehmoment M, das auf einen magnetischen Dipol ß im Feld B wirkt: The torque M that acts on a magnetic dipole ß in field B:
M = ß x B  M = ß x B
Das zusätzliche Drehmoment MF durch Kräfte Fu die im Abstand vom Schwerpunkt angrei fen, wobei n die Anzahl der Kräfte darstellt: The additional torque M F is caused by forces F u that are at a distance from the center of gravity, where n represents the number of forces:
Unter Einbeziehung der Ist-Position aller Stellelemente und Transportkörper wird in dem Mo dell der Ist- Kraftvektor Fi und der Ist-Momentenvektor Mt berechnet, der aktuell auf jeden Transportkörper i wirkt. Die Fehlanpassung zwischen den Ist- und Soll-Kräften sowie den Ist- und Soll-Momenten aller Transportkörper wird durch eine skalare Fehlerfunktion E bewertet: Taking into account the actual position of all control elements and transport bodies, the actual force vector Fi and the actual torque vector M t that currently act on each transport body i are calculated in the model. The mismatch between the actual and target forces as well as the actual and target moments of all transport bodies is assessed by a scalar error function E:
wobei m die Anzahl der Transportkörper darstellt, Ft bzw. Mt die Ist-Kraft bzw. das Ist-Mo ment, Fi SOll bzw. Mi soll die Soll-Kraft bzw. das Soll-Moment und F0 bzw. M0 die Referenz- Kraft bzw. das Referenz-Moment. Je kleiner E, desto besser ist die Übereinstimmung zwischen den Ist- und Soll-Kräften und - Momenten aller Transportkörper. Die Fehlerfunktion kann modifiziert oder um zusätzliche Terme erweitert werden, so dass energetisch günstigere Konstellationen bevorzugt werden. So kann das Verhalten des Gesamtsystems beispielsweise optimiert werden auf minimalen Leistungsbedarf, minimale Positionsänderung der Magnetgruppen oder minimale Anzahl von Magnetgruppen, die an einer Positionsänderung beteiligt sind. where m represents the number of transport bodies, F t or M t the actual force or the actual moment, F i SOll or M i should the target force or the target torque and F 0 or M 0 the reference force or the reference moment. The smaller E, the better the correspondence between the actual and target forces and moments of all transport bodies. The error function can be modified or extended by additional terms, so that energetically more favorable constellations are preferred. For example, the behavior of the overall system can be optimized for minimum power consumption, minimal change in position of the magnet groups or minimal number of magnet groups that are involved in a change in position.
In einem iterativen Optimierungsverfahren werden die Positionen der Magnetgruppen in dem Modell schrittweise verändert. Nach jedem Schritt werden die Kräfte und Momente im Modell neu berechnet und durch die Fehlerfunktion bewertet. Schritte, die zur Senkung des Fehlers E führen, werden beibehalten und bilden die Basis für den nächsten Iterationsschritt. Sobald der Fehler nicht weiter gesenkt werden kann und/oder eine voreingestellte Schwelle unter schreitet und/oder eine vorgegebene Anzahl von Iterationsschritten ausgeführt wurde, wird die Optimierungsschleife beendet. The positions of the magnet groups in the model are changed step by step in an iterative optimization process. After each step, the forces and moments in the model are recalculated and evaluated using the error function. Steps that reduce the error E are retained and form the basis for the next iteration step. As soon as the error cannot be reduced further and / or falls below a preset threshold and / or a predetermined number of iteration steps has been carried out, the optimization loop is ended.
3000e) Ausgabe der Soll-Positionen an die Stellelemente 3000e) Output of the target positions to the control elements
Die im Modell optimierten Positionen der Magnetgruppen werden als Soll-Vorgabe an die Stellelemente ausgegeben. The positions of the magnet groups optimized in the model are output to the control elements as target specifications.
3000f) Beobachter zur Ermittlung der Bewegungs Parameter (optional) 3000f) Observer to determine the movement parameters (optional)
Ein als„Beobachter“ bezeichneter Algorithmus erfasst den zeitlichen Verlauf der Ist-Position der Magnetgruppen sowie der Transportkörper als Reaktion darauf. Er nutzt diese Informati onen, um mit Hilfe eines erweiterten Modells die Bewegungsparameter der Transportkörper zu bestimmen. Das erweiterte Modell basiert auf dem zuvor beschriebenen Kraft-/Momen- ten-Modell und wird um weitere physikalische Größen ergänzt, die den Bewegungszustand des Transportkörpers beschreiben, beispielsweise Masse, Dämpfung, Schwerpunkt, Schwer kraftvektor, Trägheitstensor oder Inertialbeschleunigung. Zusätzlich werden im Modell die Bewegungsgleichungen der Transportkörper berechnet, sowohl in Translation als auch in Rotation. An algorithm called an “observer” records the time course of the actual position of the magnet groups and the transport body in response. He uses this information to determine the movement parameters of the transport bodies with the help of an extended model. The extended model is based on the force / moment model described above and is supplemented by further physical variables that describe the state of motion of the transport body, such as mass, damping, center of gravity, gravity vector, inertia tensor or inertial acceleration. In addition, the equations of motion of the transport bodies are calculated in the model, both in translation and in rotation.
Da die Bewegungsparameter a priori nicht bekannt sind, wird ihr Wert zu Beginn geschätzt und anschließend in einer iterativen Berechnung des Modells durch gezielte Parametervaria- tion optimiert. Zur Bewertung der Fehlanpassung wird eine skalare Fehlerfunktion verwen det, welche die Abweichung der modellierten Bahnkurve von der gemessenen Bahnkurve über den Zeitraum der letzten Messungen bewertet. Since the motion parameters are not known a priori, their value is estimated at the beginning and then in an iterative calculation of the model using targeted parameter variants. tion optimized. A scalar error function is used to evaluate the mismatch, which evaluates the deviation of the modeled trajectory from the measured trajectory over the period of the last measurements.
Als Ergebnis stehen Näherungswerte für die oben genannten Bewegungsparameter zur Verfü gung. Diese können z.B. innerhalb der Steuerung zur Optimierung der Reglerparameter wie P, I und D verwendet werden. Beispielsweise kann das Gesamtgewicht m des Transportkörpers mit Zuladung ermittelt werden und in der Bahnregelung als Faktor in die Berechnung der Soll kräfte und -momente eingehen, so dass bei doppeltem Gewicht die doppelten Kräfte und Mo mente an den Transportkörper ausgegeben werden und somit die Beschleunigung a = F/m unabhängig von der Masse ist. Die Bewegungsparameter können auch als Zustandsinforma tion an die übergeordnete Anlage ausgegeben werden (Abb. 16), so dass diese beispiels weise aus dem Gewicht des Transportkörpers auf den Beladungszustand schließen und dadurch eine Prozesskontrolle durchführen kann. Beispielsweise kann die Beförderungsvor richtung zur Erkennung eines Beladungszustands bzw. der Gesamtmasse des Transportkör pers eine Beladungserkennungsvorrichtung aufweisen. In einem anderen Beispiel kann eine Schwerpunktverlagerung, beispielsweise beim Transport einer schwappenden Flüssigkeit, ak tiv ausgeregelt werden, so dass offene Behälter mit Flüssigkeit schnell und prozesssicher transportiert werden können. As a result, approximate values are available for the motion parameters mentioned above. These can e.g. can be used within the controller to optimize controller parameters such as P, I and D. For example, the total weight m of the transport body with payload can be determined and included in the path control as a factor in the calculation of the target forces and moments, so that twice the weight and torque are output to the transport body and thus the acceleration a = F / m is independent of the mass. The motion parameters can also be output as status information to the higher-level system (Fig. 16), so that it can, for example, infer the loading status from the weight of the transport body and thereby carry out a process control. For example, the conveying device for detecting a loading condition or the total mass of the transport body can have a loading detection device. In another example, a shift in the center of gravity, for example when transporting a sloshing liquid, can be actively regulated so that open containers with liquid can be transported quickly and reliably.
Zur Weiterbildung der hier vorgeschlagenen Beförderungsvorrichtung (10) können auch eine oder mehrere der folgenden, vorteilhaften Ausgestaltungen beitragen, nach denen insbeson dere: One or more of the following advantageous embodiments, according to which, in particular:
• die zumindest zwei Stationärmagneten (22)  • the at least two stationary magnets (22)
- zwei Stationärmagneten (22), welche auf einer Geraden angeordnet sind, wo bei ein Dipolmoment mindestens eines der Stationärmagneten nicht parallel zu dieser Geraden orientiert ist, oder  - Two stationary magnets (22) which are arranged on a straight line, where at a dipole moment at least one of the stationary magnets is not oriented parallel to this straight line, or
- drei oder mehr Stationärmagneten (22)  - three or more stationary magnets (22)
aufweisen;  exhibit;
• die zumindest zwei Stationärmagneten (22) und/oder die mehreren Stellmagneten (26) jeweils zumindest einen Permanentmagneten aufweisen;  • the at least two stationary magnets (22) and / or the plurality of actuating magnets (26) each have at least one permanent magnet;
• der zumindest eine Permanentmagnet eine magnetische Flussdichte von zumindest 0,05 T, bevorzugt zumindest 0,1 T, weiter bevorzugt zumindest 0,25 T, noch weiter bevorzugt zumindest 0,5 T, besonders bevorzugt zumindest 0,75 T, am meisten be vorzugt zumindest 1 T besitzt; The at least one permanent magnet has a magnetic flux density of at least 0.05 T, preferably at least 0.1 T, more preferably at least 0.25 T, even further preferably at least 0.5 T, particularly preferably at least 0.75 T, most preferably at least 1 T;
• die mehreren Stellmagneten (26) jeweils eine Magnetgruppe (24) aufweisen und/oder die zumindest zwei Stationärmagneten (22) in einer Magnetgruppe (24) angeordnet sind, wobei vorzugsweise jeder Stellmagnet (26) eine Magnetgruppe (24) aufweist und/oder wobei vorzugsweise jeder Stellmagnet (26) eine Magnetgruppe (24) auf weist, und wobei jede Magnetgruppe einer Mehrzahl von Permanentmagneten und/o der Magnetspulen aufweist;  • the plurality of actuating magnets (26) each have a magnet group (24) and / or the at least two stationary magnets (22) are arranged in a magnet group (24), each actuating magnet (26) preferably having a magnet group (24) and / or wherein preferably each actuating magnet (26) has a magnet group (24), and each magnet group has a plurality of permanent magnets and / o the magnet coils;
• die Mehrzahl von Permanentmagneten und/oder Magnetspulen der zumindest einen Magnetgruppe (24) gemäß zumindest einem Halbach-Array derart angeordnet sind, dass sich ein Magnetfeld der Magnetgruppe (24) vorzugsweise zur Beförderungsflä che hin erstreckt;  • The plurality of permanent magnets and / or magnetic coils of the at least one magnet group (24) are arranged in accordance with at least one Halbach array in such a way that a magnetic field of the magnet group (24) preferably extends to the conveying surface;
• das Stellelement (114) ein Antriebselement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten (26) in kontrollierter Weise zu ändern; und/oder wobei das Stellelement (114) ein Sensorele ment aufweist, welches dazu eingerichtet ist, die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement (114) verbundenen Stellmagneten (26) zu ermitteln; und/o der wobei das Stellelement (114) ein Kontrollelement aufweist, welches dazu einge richtet ist, die Position und/oder die Orientierung des mit dem Stellelement (114) ver bundenen Stellmagneten (26) mittels des Antriebs auf einen vorbestimmten Wert ein zustellen;  • the actuating element (114) has a drive element which is set up to change the position and / or the orientation of the actuating magnet (26) connected thereto in a controlled manner; and / or wherein the actuating element (114) has a sensor element which is set up to determine the position and / or the orientation of the actuating magnet (26) connected to the actuating element (114); and / o the wherein the actuating element (114) has a control element which is set up to set the position and / or the orientation of the actuating magnet (26) connected to the actuating element (114) to a predetermined value by means of the drive;
• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Positionsbestimmungseinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine relative Position und/oder Orientierung des zumin dest einen Transportkörpers (200) relativ zum Stator (100) zu ermitteln;  • The conveying device (10) further has a position determining unit which is set up to determine a relative position and / or orientation of the at least one transport body (200) relative to the stator (100);
• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Bewegungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, den Stator relativ zu einer Umgebung zu bewegen;  • the conveying device (10) further comprises a movement device which is set up to move the stator relative to an environment;
• der Transportkörper (200) oder der Stator einen Energiespeicher aufweist;  • the transport body (200) or the stator has an energy store;
• der zumindest eine Transportkörper (200) zumindest einen internen Freiheitsgrad aufweist und vorzugsweise insgesamt mehr als sechs Freiheitsgrade aufweist;  • the at least one transport body (200) has at least one internal degree of freedom and preferably has a total of more than six degrees of freedom;
• der Stator (100) und/oder der Transportkörper (200) ferner eine Abdeckung (112a) aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, zwischen dem Stator (100) und dem Trans portkörper (200) wirkende Kräfte zu begrenzen; • die Stationärmagneten (22) als zweidimensionale Halbach-Arrays angeordnet sind und insbesondere eine rechteckige und/oder quadratische und/oder hexagonale und/oder kreisförmige Anordnung aufweisen; • the stator (100) and / or the transport body (200) further comprise a cover (112a) which is set up to limit forces acting between the stator (100) and the transport body (200); • the stationary magnets (22) are arranged as two-dimensional Halbach arrays and in particular have a rectangular and / or square and / or hexagonal and / or circular arrangement;
• die Stationärmagneten (22) im Transportkörper (200) zumindest teilweise zylinderför mig und/oder kugelförmig derart angeordnet sind, dass diese einen größeren Schwenkbereich aufweisen als Transportkörper (200) mit einer ebenen Anordnung von Stationärmagneten (22);  • The stationary magnets (22) are arranged in the transport body (200) at least partially in a cylindrical and / or spherical manner such that they have a larger swivel range than the transport body (200) with a flat arrangement of stationary magnets (22);
• der zumindest eine Transportkörper (200) ein Identifikationselement aufweist und die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den Transportkörper (200) an hand des Identifikationselements zu identifizieren;  • the at least one transport body (200) has an identification element and the transport device (10) is set up to identify the transport body (200) on the basis of the identification element;
• der Stator mehrere Stator-Module aufweist, welche vorzugsweise aneinander angren zend angeordnet sind;  • The stator has several stator modules, which are preferably arranged adjacent to one another;
• die Stellelemente (114) als Drehsteller ausgebildet sind, welche insbesondere eine Drehachse senkrecht zu einer Wirkfläche (102) des Stators (100) aufweisen;  • the adjusting elements (114) are designed as rotary actuators, which in particular have an axis of rotation perpendicular to an active surface (102) of the stator (100);
• der Stator (100) eine gekrümmte Wirkfläche (102) aufweist;  • the stator (100) has a curved active surface (102);
• eine Anzahl von Freiheitsgraden der Stellmagneten (26) zumindest so groß ist wie eine Anzahl von Freiheitsgraden, entlang welcher der zumindest eine Transportkör pers (200) in kontrollierter Weise befördert und/oder positioniert werden soll;  • a number of degrees of freedom of the actuating magnets (26) is at least as large as a number of degrees of freedom along which the at least one transport body (200) is to be conveyed and / or positioned in a controlled manner;
• die Beförderungsvorrichtung (10) als ein berührungsloses mechanisches Lager aus gebildet ist;  • The conveyor device (10) is formed as a non-contact mechanical bearing;
• die Beförderungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, im Falle einer Unterbrechung einer Leistungsversorgung den zumindest eine Transportkörper an dem zumindest einen Stator zu fixieren;  • the conveying device is set up to fix the at least one transport body to the at least one stator in the event of a power supply interruption;
• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Beladungserkennungsvorrichtung um fasst, welche dazu eingerichtet ist, einen Beladungszustand des Transportkörpers zu ermitteln;  • the transport device (10) further comprises a load detection device which is set up to determine a load state of the transport body;
• die Beförderungsvorrichtung (10) ferner eine Beobachtungsvorrichtung umfasst, wel che dazu eingerichtet ist, eine Masse und/oder einen Schwerpunkt des Transportkör pers (200) relativ zum Stator (100) zu ermitteln.  • The transport device (10) further comprises an observation device which is set up to determine a mass and / or a center of gravity of the transport body (200) relative to the stator (100).
Zur Weiterbildung des hier vorgeschlagenen Verfahrens können auch eine oder mehrere der folgenden, vorteilhaften Ausgestaltungen beitragen, nach denen insbesondere: • die Stellelemente (114) so angesteuert werden, dass der zumindest eine Transport körper (200) eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator (100) einnimmt; One or more of the following advantageous refinements, according to which in particular: • The control elements (114) are controlled so that the at least one transport body (200) assumes a desired position and / or orientation relative to the stator (100);
• die gewünschte Position und/oder Orientierung sechs Freiheitsgrade hat;  • the desired position and / or orientation has six degrees of freedom;
· der Schritt des Ansteuerns der Stellelemente (114) so, dass der zumindest eine · The step of actuating the control elements (114) so that the at least one
Transportkörper (200) eine gewünschte Position und/oder Orientierung relativ zum Stator (100) einnimmt, umfasst:  Transport body (200) assumes a desired position and / or orientation relative to the stator (100), comprises:
- Bestimmen einer Ist-Position und/oder einer Ist-Geschwindigkeit des Trans portkörpers (200) relativ zum Stator (100);  - Determining an actual position and / or an actual speed of the trans port body (200) relative to the stator (100);
- Bestimmen einer Soll-Position und/oder einer Soll-Geschwindigkeit des Trans portkörpers (200) relativ zum Stator (100);  - Determining a target position and / or a target speed of the trans port body (200) relative to the stator (100);
- Ermitteln einer Abweichung der Ist-Position und/oder der Ist-Geschwindigkeit von der Soll-Position bzw. der Soll-Geschwindigkeit;  - Determining a deviation of the actual position and / or the actual speed from the target position or the target speed;
- Berechnen von Soll-Stellungen zumindest eines Teils der Stellmagneten (26) derart, dass die jeweiligen Stellmagneten (26) auf eine Verringerung der Ab weichung der Soll-Position und/oder der Soll-Geschwindigkeit von der Ist-Po sition bzw. der Ist-Geschwindigkeit des Transportkörpers hinwirken. - Calculating target positions of at least some of the actuating magnets (26) such that the respective actuating magnets (26) reduce the deviation from the target position and / or the target speed from the actual position or the actual - Work towards the speed of the transport body.
- Anordnen der jeweiligen Stellmagneten (26) mittels der Stellelemente (114) derart, dass die jeweiligen Stellmagneten die Soll-Stellungen einnehmen. - Arranging the respective actuating magnets (26) by means of the actuating elements (114) in such a way that the respective actuating magnets assume the desired positions.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Beförderungsvorrichtung (10) zum Befördern mindestens eines Wafers (36), mit zu mindest einem Transportkörper (200), wobei der Transportkörper (200) zumindest zum Tra gen oder zum Halten mindestens eines Wafers (36) eingerichtet ist und wobei die Beförde rungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) zu mindest zweidimensional auf einer Beförderungsfläche (35) zu bewegen. 1. Transport device (10) for transporting at least one wafer (36), with at least one transport body (200), wherein the transport body (200) is set up at least for carrying or for holding at least one wafer (36) and wherein the conveying device (10) is set up to move the at least one transport body (200) at least two-dimensionally on a transport surface (35).
2. Beförderungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) in kontrollierter Weise schwebend zu befördern. 2. Transport device (10) according to claim 1, wherein the transport device (10) is set up to convey the at least one transport body (200) in a controlled manner in a suspended manner.
3. Beförderungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Stator (100), wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) in kontrollierter Weise relativ zum Stator (100) zu befördern, wobei: 3. Transport device (10) according to claim 1 or 2, with a stator (100), wherein the transport device (10) is set up to transport the at least one transport body (200) in a controlled manner relative to the stator (100), wherein:
- der Stator mehrere beweglich angeordnete Stellmagneten (26) aufweist, von denen je der über ein Stellelement (114) mit dem Stator (100) verbunden ist, wobei das Stellele ment (114) dazu eingerichtet ist, eine Position und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten (26) relativ zum Stator (100) in kontrollierter Weise zu än dern;  - The stator has a plurality of movably arranged actuating magnets (26), each of which is connected to the stator (100) via an actuating element (114), the actuating element (114) being set up to provide a position and / or an orientation of the associated actuating magnet (26) relative to the stator (100) to change in a controlled manner;
- der zumindest eine Transportkörper (200) zumindest zwei Stationärmagneten (22) auf weist, welche mit dem Transportkörper (200) derart verbunden sind, dass die zumin dest zwei Stationärmagneten (22) relativ zum Transportkörper (200) unbeweglich sind; - The at least one transport body (200) has at least two stationary magnets (22) which are connected to the transport body (200) in such a way that the at least two stationary magnets (22) are immovable relative to the transport body (200);
- der Stator (100) und der zumindest eine Transportkörper (200) mittels der zumindest zwei Stationärmagneten (22) und der mehreren Stellmagneten (26) magnetisch gekop pelt sind; und - The stator (100) and the at least one transport body (200) by means of the at least two stationary magnets (22) and the plurality of actuating magnets (26) are magnetically coupled; and
- die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transport körper (200) durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehre ren Stellmagneten (26) mittels der Stellelemente (114) relativ zum Stator (100) zu be fördern. - The conveying device (10) is set up to promote the at least one transport body (200) by controlled positioning and / or orientation of the several ren actuating magnets (26) by means of the actuating elements (114) relative to the stator (100).
4. Beförderungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Stator (100), wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) in kontrollierter Weise relativ zum Stator (100) zu befördern, wobei: 4. Transport device (10) according to claim 1 or 2, with a stator (100), wherein the transport device (10) is set up to transport the at least one transport body (200) in a controlled manner relative to the stator (100), wherein:
- der zumindest eine Transportkörper (200) mehrere beweglich angeordnete Stellmag neten (26) aufweist, von denen jeder über ein Stellelement (114) mit dem Transportkör per (200) verbunden ist, wobei das Stellelement (114) dazu eingerichtet ist, eine Posi tion und/oder eine Orientierung des damit verbundenen Stellmagneten (26) relativ zum Transportkörper (200) in kontrollierter Weise zu ändern;  - The at least one transport body (200) has a plurality of movably arranged Stellmag neten (26), each of which is connected via an actuating element (114) with the Transportkör by (200), wherein the actuating element (114) is set up, a position and / or to change an orientation of the actuating magnet (26) connected thereto in relation to the transport body (200) in a controlled manner;
- der Stator (100) zumindest zwei Stationärmagneten (22) aufweist, welche mit dem Sta tor (100) derart verbunden sind, dass die zumindest zwei Stationärmagneten (22) rela tiv zum Stator (100) unbeweglich sind;  - The stator (100) has at least two stationary magnets (22) which are connected to the gate (100) in such a way that the at least two stationary magnets (22) are immovable relative to the stator (100);
- der zumindest eine Transportkörper (200) und der Stator (100) mittels der zumindest zwei Stationärmagneten (22) und der mehreren Stellmagneten (26) magnetisch gekop pelt sind; und  - The at least one transport body (200) and the stator (100) by means of the at least two stationary magnets (22) and the plurality of actuating magnets (26) are magnetically coupled; and
- die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transport körper (200) durch eine kontrollierte Positionierung und/oder Orientierung der mehre ren Stellmagneten (26) mittels des Stellelements (114) relativ zum Stator (100) zu be fördern.  - The conveying device (10) is set up to promote the at least one transport body (200) by controlled positioning and / or orientation of the several ren actuating magnets (26) by means of the actuating element (114) relative to the stator (100).
5. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die mehre ren Stellmagneten (26) und/oder die zumindest zwei Stationärmagneten (22) der Beförde rungsfläche (35) zugewandt angeordnet sind, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) entlang der Beförderungsfläche (35) in kontrollierter Weise relativ zum Stator (100) zu befördern. 5. Conveyor device (10) according to one of claims 3 or 4, wherein the several ren adjusting magnets (26) and / or the at least two stationary magnets (22) of the conveying surface (35) are arranged facing, the conveying device (10) being set up for this purpose is to transport the at least one transport body (200) along the transport surface (35) in a controlled manner relative to the stator (100).
6. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper (200) auf der Beförderungsfläche (35) entlang unterschiedlicher Beförderungswege zu befördern, insbesondere so, dass ein Transportkörper (200) einen anderen Transportkörper (200) über holen kann. 6. Transport device (10) according to one of the preceding claims, wherein the transport device (10) is set up to transport at least two transport bodies (200) on the transport surface (35) along different transport routes, in particular such that a transport body (200) one can bring other transport body (200) over.
7. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, zumindest zwei Transportkörper (200) auf der Beförderungsfläche (35) entlang eines zumindest zweispurigen Beförderungsweges zu befördern. 7. Transport device (10) according to one of the preceding claims, wherein the transport device (10) is set up to at least two transport bodies (200) to be conveyed on the conveying surface (35) along an at least two-lane conveying path.
8. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) zumindest hin zu einer Bearbeitungsstation (37) zu befördern oder den mittels des Transportkörpers (200) transportierten Wafer (36) in einer Bearbeitungsstation (37) zumin dest zu positionieren oder auszurichten. 8. Transport device (10) according to one of the preceding claims, wherein the transport device (10) is set up to convey the at least one transport body (200) at least to a processing station (37) or the wafer (200) transported by means of the transport body (200). 36) at least to position or align in a processing station (37).
9. Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die9. Transport device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the
Beförderungsvorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen Transportkörper (200) mittels der mehreren Stellmagneten (26) und der zumindest zwei Stationärmagneten (22) relativ zum Stator (100) zu levitieren. Transport device (10) is set up to levitate the at least one transport body (200) relative to the stator (100) by means of the plurality of actuating magnets (26) and the at least two stationary magnets (22).
10. Verfahren zum Betrieb einer Beförderungsvorrichtung (10) nach einem der vorste henden Ansprüche, wobei der zumindest eine Transportkörper (200) frei auf der Beförde rungsfläche (35) hin zu einer gewünschten Position und/oder Orientierung bewegt wird. 10. The method for operating a conveying device (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one transport body (200) is freely moved on the conveying surface (35) towards a desired position and / or orientation.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI676227B (en) * 2015-01-23 2019-11-01 美商應用材料股份有限公司 Semiconductor process equipment
JP7370233B2 (en) * 2019-11-29 2023-10-27 東京エレクトロン株式会社 Substrate transport equipment and substrate processing system
JP2022107906A (en) * 2021-01-12 2022-07-25 東京エレクトロン株式会社 Substrate conveying device, substrate conveying method, and substrate processing system
EP3883124A1 (en) * 2020-03-19 2021-09-22 Beckhoff Automation GmbH Planar drive system and method for controlling a planar drive system
DE102020204749A1 (en) 2020-04-15 2021-10-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Conveying device
DE102020205002A1 (en) 2020-04-21 2021-10-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Transport system
DE102020212223A1 (en) 2020-09-29 2022-03-31 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Non-contact conveyor
DE102020212642A1 (en) 2020-10-07 2022-04-07 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Non-contact conveyor
JP2022113548A (en) * 2021-01-25 2022-08-04 東京エレクトロン株式会社 Apparatus for transporting substrate, system for processing substrate, and method for processing substrate
JP2022133867A (en) * 2021-03-02 2022-09-14 東京エレクトロン株式会社 Substrate transfer device and substrate processing system
DE102021202915A1 (en) 2021-03-25 2022-09-29 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Non-contact conveyor
CN113707585A (en) * 2021-08-23 2021-11-26 上海引万光电科技有限公司 Magnetic suspension type substrate conveying cavity and conveying method
US20230085667A1 (en) * 2021-09-22 2023-03-23 Applied Materials, Inc. Substrate transfer systems and methods of use thereof
DE102021211426A1 (en) 2021-10-11 2023-04-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung System for carrying out work processes on workpieces or the like.
DE102021127039A1 (en) * 2021-10-19 2023-04-20 Beckhoff Automation Gmbh Method of operating a planar propulsion system and planar propulsion system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6036222A (en) * 1983-08-05 1985-02-25 Irie Koken Kk Article conveying device under high-vaccum
US6206176B1 (en) * 1998-05-20 2001-03-27 Applied Komatsu Technology, Inc. Substrate transfer shuttle having a magnetic drive
DE19960321A1 (en) 1999-12-15 2001-07-05 Daimlerchrysler Aerospace Ag Arrangement for the magnetic levitation of objects, has floor-mounted magnets in two-dimensional arrangement, at least some with variable effective above floor field strengths
US6684794B2 (en) * 2002-05-07 2004-02-03 Magtube, Inc. Magnetically levitated transportation system and method
US7224252B2 (en) * 2003-06-06 2007-05-29 Magno Corporation Adaptive magnetic levitation apparatus and method
US8492934B2 (en) * 2009-03-23 2013-07-23 Nikon Corporation Coil variations for an oval coil planar motor
JP2012019618A (en) 2010-07-08 2012-01-26 Atomu Giken:Kk Magnetic levitation mobile device
DE102011079247B4 (en) * 2011-04-28 2015-07-02 Rofin-Baasel Lasertech Gmbh & Co. Kg Method and device for transporting a thin, areally extended workpiece
AT511407B1 (en) * 2011-05-11 2014-02-15 Franz Haas Waffel Und Keksanlagen Ind Gmbh DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING WAFFLE BLOCKS
KR20140084238A (en) * 2011-10-27 2014-07-04 더 유니버시티 오브 브리티쉬 콜롬비아 Displacement devices and methods for fabrication, use and control of same
US8944739B2 (en) * 2012-06-01 2015-02-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Loadport bridge for semiconductor fabrication tools
DE102014003882B4 (en) * 2014-03-19 2017-07-13 Applied Materials, Inc. (N.D.Ges.D. Staates Delaware) Transport device for moving and / or positioning objects
WO2015184553A1 (en) * 2014-06-07 2015-12-10 The University Of British Columbia Methods and systems for controllably moving multiple moveable stages in a displacement device
DE102014225171A1 (en) * 2014-12-08 2016-06-09 Robert Bosch Gmbh Securing system for an arrangement for moving transport bodies
KR102415944B1 (en) * 2015-06-23 2022-07-04 삼성전자주식회사 Supporting Unit and Substrate Treating Apparatus
DE102016203854A1 (en) * 2016-03-09 2017-09-14 Festo Ag & Co. Kg Conveyor
DE102016224951A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-14 Robert Bosch Gmbh Conveying device with a stator for the controlled transport of a transport body relative to the stator

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