由子组件所组成的运动装置
专利摘要:本发明涉及一种包括第一和第二组件(20、30)的运动装置(10),其中所述第一组件(20)由多个子组件(50)所组成。根据本发明,两个紧邻的子组件(50)在分界线(14)处彼此邻接,其中所提到的两个子组件(50)形成至少一个第一配对(51)的紧邻的第一永磁装置(22),所述第一永磁装置通过所述分界线(14)彼此分开,其中第一配对(51)的两个第一永磁装置(22)相对于所述分界线(14)分别以相对于分度间距(12)减小的分界间距(13)来布置,使得其彼此间具有所述分度间距(12),其中在所提到的两个子组件(50)的内部分别存在至少一个第二配对(52)的紧邻的第一永磁装置(22),所述第一永磁装置彼此间具有所述分度间距(12)。
专利说明:
由子组件所组成的运动装置
[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及一种根据权利要求1所述的运动装置和两种根据权利要求12和13所述的用于运行所述运动装置的方法。用这样的运动装置,能够仅仅通过磁力将第二组件相对于第一组件保持在悬浮状态中并且使其在受控的情况下运动,其中第一和第二组件的角色也能够交换。
[0003] 背景技术
[0004] 从WO 2015/017 933 A1中已知一种运动装置,对于该运动装置来说借助于电磁体来产生磁力。这导致高能量损失。
[0005] 在具有文件登记号102016224951.7的德国专利申请中,申请人描述了一种完全新颖的运动装置,利用该运动装置能够仅仅通过永磁体的使用来实现从WO 2015/017 933 A1中已知的功能。由此,所产生的废热少得多,其中同时能够将大得多的载荷保持在悬浮状态中。
[0006] 本发明的优点是,第一组件能够制造得非常大,而没有由此明显地使运动装置的制造变得困难。第二组件的位置调节基本上没有受到不好的影响,所述第二组件的位置调节是本请人的在同一天所提交的专利申请的主题。
[0007] 发明内容
[0008] 根据独立权利要求1,按本发明的运动装置与根据DE102016224951.7所述的运动装置的区别在于,两个紧邻的子组件在分界线处彼此邻接,其中所提到的两个子组件形成至少一个第一配对的紧邻的第一永磁装置,所述第一永磁装置通过分界线彼此分开,其中第一配对的两个第一永磁装置相对于所述分界线分别以与相对于分度间距减小的分界间距来布置,使得其彼此间具有所述分度间距,其中在所提到的两个子组件的内部分别存在至少一个第二配对的紧邻的第一永磁装置,所述第一永磁装置彼此间具有所述分度间距。所提到的分度间距优选在第二组件的位置调节的范围内使用,以用于计算第一和第二组件之间的在运行中出现的磁力。根据本发明将第一组件划分为子组件,这引起以下结果,即在这种计算的范围内不必考虑到将第一组件划分为子组件。所述计算由此显著地得到简化。
[0009] 在所述运动装置的运行期间,第一和第二组件优选相对于彼此以如此小的间距来布置,使得能够设定第二永磁装置与第一永磁装置的至少一部分之间的磁力,所述磁力足够强烈,以用于克服重力的作用将所述两个组件隔开或者保持在悬浮状态。第二组件优选能够通过相对于第一组件调节第一永磁装置这种方式来运动。
[0010] 子组件优选在分界线处彼此邻接,其中在那里最优选不存在缝隙。
[0011] 运动装置能够包括唯一的第一组件和至少一个第二组件,其中第一组件、特别是第一基座在定子的意义上位置固定地布置,而至少一个第二组件则相应地本身能够相对于第一组件运动,因此它能够比如用作工件载体或运输体。
[0012] 运动装置能够包括至少一个第一组件和唯一的第二组件,其中所述第二组件、特别是第二基座在定子的意义上位置固定地布置,而至少一个第一组件则相应地本身能够相对于第二组件运动,因此它能够比如用作工件载体或运输体。与定子不同的组件或工件载体优选能够在与定子隔开的情况下或者自由悬浮地运动。
[0013] 子组件优选基本上彼此相同地构成。子组件之间的区别比如能够在明确的标识的分配方面产生,以便所述子组件能够在位置调节的范围内进行区分。
[0014] 永磁装置优选包括至少两个磁偶极子,所述磁偶极子分别成对地相对于彼此以固定的间距并且以固定的旋转位置来布置。在此不言而喻,理想的磁偶极子只能在技术上近似实现。在本发明的一种优选的实施方式中,足够的是,能够使用在互联网地址
[0015] 下能调用的、用于两个磁偶极子之间的力和转矩的公式或者等效的简化的近似公式或者近似数值表格。优选永磁装置分别由多个单独的单个磁体所组成,所述单个磁体分别形成唯一的磁偶极子。由此可以以简单的方式来特别好地接近于所提到的公式。
[0016] 优选致动器各自具有唯一的自由度、至多优选具有无限的旋转自由度。致动器优选构造为电动马达、至多优选构造为无刷直流马达。第一永磁装置优选固定地与所分配的电动马达的传动轴相连接。传动轴或其旋转轴线优选垂直于第一基座的朝向第二组件的运动表面来定向。
[0017] 在从属权利要求中说明了本发明有利的拓展方案和改进方案。
[0018] 能够规定,子组件一起形成第一基座的面向第二组件的无缝隙的运动表面。所述运动表面特别是在分界线处无缝隙地构成。能够考虑,运动表面具有更大的自由空间,所述自由空间由于能够用子组件占据的位置没有被子组件占据而产生。运动表面优选平坦地构成。运动表面能够在空间中无弯折地弯曲地伸展。运动表面能够由多个平坦的、分别具有不同的定向的子表面所组成,所述子表面成对地分别与分界线邻接。运动表面能够垂直于重力的方向来定向,其中所述定向能够自由地选择。在子组件的内部,所述运动表面优选无中断地构成。
[0019] 能够规定,所述致动器分别具有限定旋转轴线的、唯一的无限的旋转自由度,其中所述旋转轴线相应地基本上垂直于第一基座的运动表面来定向,使得所述旋转轴线与所述运动表面相交,其中在相应的交点处测量分度间距。由此产生所述分度间距的精确的定义。
[0020] 能够规定,沿着共同的轴来测量第一配对和第二配对的分度间距。优选相关的分界线与所提到的共同的轴相交。
[0021] 能够规定,存在着以非零的角度相交的第一轴和第二轴,其中不仅为第一轴而且为第二轴都分配了至少一个第一配对和多个第二配对的第一永磁装置。因此,关于与两根所提到的轴相关的运动存在按本发明的优点。第一轴和第二轴优选以90°的角度相交。配属于第一和第二轴的分度间距优选是相同的,其中其也能够不同。
[0022] 能够规定,分界间距等于一半的分度间距。因此,所有子组件能够尽可能相同地构成。尽管如此存在按本发明的、和所述子组件被安装在彼此上面一样的优点,以用于获得大的第一组件。
[0023] 能够规定,为每个子组件分配了单独的子控制装置,这个子组件的致动器被连接到所述子控制装置上,其中所述子控制装置至少间接地处于数据交换连接之中。子控制装置为每个所分配的致动器优选具有位置调节器、特别是旋转位置调节器。数据交换连接能够有线地、比如用电线或者用光纤来进行。它也能够无线地、比如在使用无线电波或感应地耦合的线圈的情况下来进行。数据交换连接能够在使用标准化的总线协议、比如I2C、SPI、CAN、Interbus、Profibus等来进行。
[0024] 能够规定,至少一个子控制装置仅仅与布置在紧邻地布置的子组件中的子控制装置处于数据交换连接之中。由此产生的布线成本特别低。比如能够考虑到,将相应的插塞连接器安置在子组件的壳体上,当子组件被安装在彼此上面时,所述插塞连接器彼此嵌合。优选所有子控制装置如上所述处于数据交换连接之中。
[0025] 能够规定,所有子控制装置与共同的主控制装置处于数据交换连接之中。在主控制装置中优选执行下述控制任务,子控制装置不能用其局部所获取的或者可用的数据来执行所述控制任务。在这种情况下,比如可以考虑到跨越多个子组件的运动轨迹的执行。
[0026] 能够设置位置确定装置,其中每个子组件包括这个位置确定装置的一部分。位置确定装置比如能够根据US 6 615 155 B2来实现。
[0027] 能够规定,每个子组件设有单独的冷却装置,其中多个、优选所有冷却装置被连接到共同的冷却剂供给机构和/或共同的冷却剂清除机构上。因此,能够没有问题地排出在致动器和/或子控制装置中产生的废热。在由子组件来组装第一组件时,在冷却方面所产生的开销很少。仅仅要连接所述冷却剂供给机构。
[0028] 此外,要求保护一种用于运行按本发明的运动装置的方法,其中子控制装置之间的数据交换基于恒定的时间周期。由此能够将下述时间限制到最大值,第二组件的位置调节需要所述时间,以用于对故障做出反应。此外,数据交换的流程得到简化。所有子组件的时间周期优选是同步的。
[0029] 此外,要求保护另一种用于运行按本发明的运动装置的方法,其中在位置确定的范围内在子组件之间交换数据。
[0030] 不言而喻,前面提到的和下面还要阐释的特征不仅能够在相应地所说明的组合中使用,而且能够在其它的组合中或单独地使用,而不离开本发明的范围。
[0031] 附图说明
[0032] 接下来借助于附图对本发明进行详细解释。其中:
[0033] 图1示出了按本发明的运动装置的粗略示意性的剖视图;
[0034] 图2示出了第二组件的粗略示意性的俯视图;
[0035] 图3示出了单个的子组件的粗略示意性的俯视图;并且
[0036] 图4示出了整个第一组件的与图3相对应的视图。
[0037] 具体实施方式
[0038] 图1示出了按本发明的运动装置10的粗略示意性的剖视图。所述运动装置10在此包括唯一的第一组件20和三个第二组件30,其中第一组件20以位置固定的定子的类型来构成,其中第二组件30以能运动的工件载体或运输体的类型来构成。定子典型地关于其运动表面25构造得比工件载体大得多。第一和第二组件与定子和工件载体的配属关系也能够相反地来选择。与定子不同的组件能够存在单倍或多倍。
[0039] 第一组件20包括基座21,所述基座由多个子组件50、特别是其壳体构成。不同的子组件50的壳体优选被安装在共同的底板16上,以便子组件50相对于彼此精确地定向。
[0040] 在当前情况下,基座21的上侧面形成封闭的平坦的运动表面25,第二组件30能够沿着所述运动表面自由悬浮地运动。子组件50、特别是其各自的壳体因此在分界线14处基本上无缝隙地贴靠在彼此上面。在当前情况下,运动表面25垂直于重力的方向来定向,其中所述定向能够自由地选择。特别是按照图1的装置能够在掉头180°的情况下运行。运动表面25能够在空间中尽可能任意弯曲地伸展。
[0041] 在第一基座21的内部布置有多个第一永磁装置22,所述第一永磁装置分别通过所分配的致动器24与第一基座21相连接。在此,在每个子组件50中分别布置有多个第一永磁装置22,其具有相应所分配的致动器24。优选第一永磁装置22彼此相同地构成并且分别包括三个第一单个磁体23,所述第一单个磁体平行于运动表面25并排地布置成一排。第一单个磁体23各自具有磁场,所述磁场至少在一定距离中接近磁偶极子的磁场。相应的偶极矢量26以海尔贝克阵列的式样来布置,从而朝第二组件30产生特别强烈的磁场。第一永磁装置22相对于运动表面25的间距对于所有第一永磁装置22来说分别选择得相同。
[0042] 致动器24在此构造为电动马达、特别是无刷直流马达。因此,其具有唯一的无限的旋转自由度,其中相应的旋转轴线27垂直于运动表面25来定向。电动马达的传动轴与第一单个磁体23固定地连接,使得其形成基本上刚性的单元,该单元能够作为整体相对于相关的旋转轴线27旋转。所述旋转轴线27布置在所分配的第一永磁装置22的中间。
[0043] 第一组件20优选包括多个具有所分配的致动器24的第一永磁装置22,其以面状的格栅在运动表面25的范围内分布地布置。其中由于另外的细节而参照关于图3和4 的解释。
[0044] 为第一组件20分配了直角坐标系11,其第一轴X和第二轴Y平行于运动表面25来定向,其中其第三轴Z垂直于运动表面25来定向。
[0045] 第二组件30在此以工件载体的类型来构成。其中它能够构造为任意的运输体。它包括第二基座31,该第二基座在此以具有恒定的厚度的平板的形式来构成,其中它具有平坦的上侧面和平坦的下侧面35、36。上侧面35用于承受有效载荷34,其中该上侧面能够尽可能任意地设计而成。面向第一组件20的下侧面36优选与运动表面25相匹配,其中尤其应该能够使下侧面36与运动表面25直接接触,使得第二组件30特别是在运动装置10的无电流的状态下稳定地安放在第一组件20上。
[0046] 在此,第二基座31在俯视图中具有正方形的轮廓,其中也能够考虑矩形的、圆形的或任意其他的轮廓。第二组件30包括相对于第二基座31固定地布置的第二永磁装置32。第二永磁装置32包括多个第二单个磁体33,其磁场至少在一定距离中接近磁偶极子的磁场。参照图2更详细地解释第二单个磁体33的可能的布置。第二单个磁体33尽可能紧邻下侧面36来布置,从而能够朝第一永磁装置22设定强烈的磁力。
[0047] 此外,运动装置10包括比如根据US 6 615 155 B2来构成的位置确定装置15,其中该位置确定装置部分地15a布置在第一组件20中并且部分地15b布置在第二组件30中。在此在每个子组件50中布置了所述位置确定装置15的一部分15a。位置确定装置15以感应的方式进行工作。它包括处于第一组件20中的平面的线圈,其在整个运动表面25的范围内分布地布置。此外,在第二组件30中设置有线圈。用这个位置确定装置15,比如可以获取第二组件30的三个关于坐标系11的位置坐标X、Y、Z,其中此外比如可以获取三个关于坐标系11的欧拉角(https://de.wikipedia.org/wiki/Eulersche_Winkel)。
[0048] 标有附图标记60的箭头勾画出两个紧邻的子组件50之间的数据交换连接。为每个子组件50分配了子控制装置53,所述子控制装置例如以电子板的形式来构成。在子控制装置53上尤其连接了子组件50的致动器24和位置确定装置的布置在子组件50中的部分15a。子控制装置53分别与紧邻的子控制装置53处于数据交换连接60之中。如果期望更加远离彼此地布置的子控制装置53之间的数据交换,则能够通过布置在其之间的子控制装置53来促成所述数据交换。为此优选使用标准化的总线协议。
[0049] 标有附图标记61的箭头勾画出主控制装置54与子控制装置53之间的数据交换连接。在主控制装置54中比如能够进行位置确定,其访问来自多个子控制装置53的测量数据。此外,第二组件30的位置调节的至少一部分能够在那里进行。
[0050] 每个子组件50设有单独的冷却装置55。应该用该冷却装置50将在致动器24和/或子控制装置中所产生的废热排出。冷却装置55能够以空气冷却的形式来构成。如果其冷却功率不足,那么冷却装置55能够以液体冷却的形式来构成。然后,不同的子组件50的冷却装置55优选被连接到共同的冷却剂供给机构上,通过该冷却剂供给机构来输送或者排出冷却液体。
[0051] 图2示出了第二组件30的粗略示意性的俯视图。图纸平面平行于第二组件的下侧面(图1中的附图标记36)来定向,其中观察方向指向第一组件。第二单个磁体33在第二基座31的整个下侧面的范围内分布地布置。其偶极矢量各自具有六种不同的可能的布置之一,所述布置成对地垂直地或平行地定向。第二单个磁体33的、设有按照附图标记33a的符号的偶极矢量垂直地背离所述下侧面指向。第二单个磁体33的、设有按照附图标记33b的符号的偶极矢量垂直地朝向所述下侧面指向。第二单个磁体33的、设有按照附图标记33c的符号的偶极矢量沿着箭头方向平行于所述下侧面指向。优选根据海尔贝克阵列来如此选择第二单个磁体23的布置和定向,从而朝第一组件产生特别强烈的磁场。
[0052] 此外,第二单个磁体33的精确的布置倒不如说是次要的。首要的是,第二单个磁体33相对于第二基座31的布置和定向是已知的,使得其能够在第二组件的位置调节的范围内使用、尤其能够在磁力的计算的范围内使用。
[0053] 不言而喻,也能够取代第二单个磁体33而使用以类似的方式磁化的单件式的第二永磁装置。所述第二永磁装置比如能够以3D打印方法来制造,其中相应的塑料形成用于永磁颗粒的粘合剂。然而,在批量生产的范围内,用单个磁体可以容易得多地产生能够以小的公差再现的、此外非常强烈的磁场。此外,用单个磁体可以容易得多地产生下述磁场,所述磁场可以非常近似地通过用于理想的磁偶极子的公式来描述。
[0054] 图3示出了单个的子组件50的粗略示意性的俯视图。子组件50在此具有方形的壳体轮廓57,其侧线平行于直角坐标系11的第一和第二轴X,Y来定同。壳体轮廓57的四条侧线形成两个紧邻的子组件50之间的潜在的分界线(图4中的附图标记14),因为子组件50能够在其侧线上任意地安装在彼此上面。应该说明,也能够使用矩形的或六边形的壳体轮廓57。
[0055] 在图3中在壳体轮廓57的内部绘入了具有细实线的坐标格栅58,其平行于坐标系11来定向。在第一轴和第二轴X、Y的方向上,坐标格栅58各自具有恒定的格栅间距,其相应于分界间距13。壳体轮廓57与坐标格栅58的格栅线重合。第一永磁装置22的旋转轴线(图1中的附图标记27)各自精确地布置在两根交叉的格栅线之间的交点上。
[0056] 两个紧邻的第一永磁装置22具有两条格栅线的间距,使得其的分度间距12等于双倍的分界间距13。关于第一轴和第二轴X、Y相同地选择了所述分度间距12。根据该分度间距12,坐标格栅58无空隙地被第一永磁装置22占据,从而能够在任何地方设定基本上同样强烈的磁力,所述磁力以自由悬浮的方式支撑着第二组件。
[0057] 图4示出了整个第一组件20的与图3相对应的视图。第一组件20在此由六个子组件50所组成,其中所述第一组件能够由任意数量的子组件50组成。对于大型运动装置来说,能够考虑到,在内部留有未被子组件占据的自由空间,从而能够在那里安装其他装置、例如对与第二组件一起运送的工件进行加工的加工装置。
[0058] 在图4中,两个紧邻的子组件之间的所有分界线用附图标记14来表示。根据方形的壳体轮廓(图3中的附图标记57),其是直的并且平行于坐标系11的所分配的轴X,Y来定向。在分界线14的区域中,产生第一配对51的第一永磁体装置22,所述第一永磁装置通过相关的分界线14彼此分开。这些第一配对51彼此间也具有分度间距12,子组件50内部的所有第二配对52也具有所述分度间距。因此,在第二组件的位置调节的范围内不必考虑到相关的第二组件是位于子组件50的内部还是刚好处于两个子组件50之间的分界线14的上面。将第一组件20分成子组件50几乎对第二组件相对于第一组件20的运动没有影响。
[0059] 附图标记列表:
[0060] X 第一轴
[0061] Y 第二轴
[0062] Z 第三轴
[0063] 10 运动装置
[0064] 11 坐标系
[0065] 12 分度间距
[0066] 13 分界间距
[0067] 14 分界线
[0068] 15 位置确定装置
[0069] 15a 第一组件中的位置确定装置的一部分
[0070] 15b 第二组件中的位置确定装置的一部分
[0071] 16 底板
[0072] 20 第一组件
[0073] 21 第一基座
[0074] 22 第一永磁装置
[0075] 23 第一单个磁体
[0076] 24 致动器
[0077] 25 运动表面
[0078] 26 偶极矢量
[0079] 27 旋转轴线
[0080] 30 第二组件
[0081] 31 第二基座
[0082] 32 第二永磁装置
[0083] 33 第二单个磁体
[0084] 33a 具有垂直地背离下侧面的偶极矢量的第二单个磁体
[0085] 33b 具有垂直地朝向下侧面的偶极矢量的第二单个磁体
[0086] 33c 具有沿着箭头方向平行于下侧面的偶极矢量的第二单个磁体
[0087] 34 有效载荷
[0088] 35 上侧面
[0089] 36 下侧面
[0090] 50 子组件
[0091] 51 第一配对的第一永磁装置
[0092] 52 第二配对的第一永磁装置
[0093] 53 子控制装置
[0094] 54 主控制装置
[0095] 55 冷却装置
[0096] 56 冷却剂供给机构
[0097] 57 壳体轮廓
[0098] 58 坐标格栅
[0099] 60 子控制装置之间的数据交换连接
[0100] 61 主控制装置与子控制装置之间的数据交换连接。
权利要求:1.包括第一和第二组件(20、30)的运动装置(10),其中所述第一组件(20)包括第一基座(21)和多个第一永磁装置(22),其中所述第一永磁装置(22)通过相应所分配的致动器(24)与所述第一基座(21)如此连接,使得其相应地作为整体能够在至少一个自由度中借助于相应所分配的致动器(24))相对于所述第一基座(21)运动,其中所述第二组件(30)包括第二基座(31)和第二永磁装置(32),其中所述第二永磁装置(32)相对于所述第二基座(31)固定地布置,其中所述第一组件(20)由多个子组件(50)所组成,所述子组件分别形成所述第一基座(21)的所分配的部分,其中所述子组件分别包括多个具有相应所分配的致动器(24)的第一永磁装置(22),
其特征在于,两个紧邻的子组件(50)在分界线(14)处彼此邻接,其中所提到的两个子组件(50)形成至少一个第一配对(51)的紧邻的第一永磁装置(22),所述第一永磁装置通过所述分界线(14)彼此分开,其中所述第一配对(51)的两个第一永磁装置(22)相对于所述分界线(14)分别以相对于分度间距(12)减小的分界间距(13)来布置,使得其彼此间具有所述分度间距(12),其中在所提到的两个子组件(50)的内部分别存在至少一个第二配对(52)的紧邻的第一永磁装置(22),所述第一永磁装置彼此间具有所述分度间距(12)。
2.根据权利要求1所述的运动装置,
其中所述子组件(50)一起形成所述第一基座(21)的面向第二组件(30)的无缝隙的运动表面(25)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的运动装置,
其中所述致动器(24)分别具有限定旋转轴线(27)的、唯一的无限的旋转自由度,其中所述旋转轴线(27)相应地基本上垂直于所述第一基座(21)的运动表面(25)来定向,使得所述旋转轴线与所述运动表面相交,其中在相应的交点处测量所述分度间距(12)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的运动装置,
其中沿着共同的轴(X、Y)测量所述第一和第二配对(51、52)的分度间距(12)。
5.根据权利要求4所述的运动装置,
其中存在着以非零的角度相交的第一和第二轴(X、Y),其中不仅为所述第一轴(X)而且为所述第二轴(Y)分配了至少一个第一配对(51)和多个第二配对(52)的第一永磁装置(22)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的运动装置,
其中所述分界间距(13)等于一半的分度间距(12)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的运动装置,
其中为每个子组件(50)分配了单独的子控制装置(53),这个子组件(50)的致动器(24)被连接到所述子控制装置上,其中所述子控制装置(53)至少间接地处于数据交换连接(60)之中。
8.根据权利要求7所述的运动装置,
其中至少一个子控制装置(53)仅仅与布置在紧邻地布置的子组件(50)中的子控制装置(53)处于数据交换连接(60)之中。
9.根据权利要求7或8所述的运动装置,
其中所有子控制装置(53)与共同的主控制装置(54)处于数据交换连接(61)之中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的运动装置,
其中设置了位置确定装置(15),其中每个子组件(50)包括这个位置确定装置(15)的一部分(15a)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的运动装置,
其中每个子组件(50)设有单独的冷却装置(55),其中多个、优选所有冷却装置(55)被连接到共同的冷却剂供给机构(56)和/或共同的冷却剂清除机构上。
12.用于运行根据权利要求7或8所述的运动装置的方法,
其中所述子控制装置(53)之间的数据交换基于恒定的时间周期。
13.用于运行根据权利要求9所述的运动装置的方法,
其中在位置确定的范围内在所述子组件(50)之间交换数据。
公开号:CN110601491
申请号:CN201910506909.7A
发明人:J.弗兰根
申请人:罗伯特·博世有限公司
申请日:2019-06-12
公开日:2019-12-20
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