具有安全功能的运输设备
专利摘要:本发明涉及一种运输设备(10),其具有定子(20)和至少一个传输体(50),其中运输设备(10)被设定用于:以受控的方式相对于定子(20)运输至少一个传输体(50),其中设置了与调节元件(23)连接的调节磁体(21),其中调节元件(22)被设定用于:以受控的方式改变与之连接的调节磁体(21)的位置和/或定向,其中设置了至少两个固定磁体(51)。根据本发明,调节元件(22)能够借助电流调节,其中调节元件(22)的卡锁力和/或摩擦力在无电流的状态下选择为很小,从而调节元件(22)在无电流的状态下,在固定磁体(51)与调节磁体(21)之间的磁耦合的影响的情况下自动运动到稳定位置中。
专利说明:
具有安全功能的运输设备
[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及一种根据权利要求1和2的运输设备,利用该运输设备能够实现的是,至少一个传输体仅通过磁力保持在悬浮中,并且受控地运动该传输体。此外,本发明涉及一种根据权利要求8和11的用于运行这种运输设备的方法。
[0003] 背景技术
[0004] 由WO 2015/017933 A1已知了一种相应的运输设备,其中磁力借助电磁体产生。这导致高的能量损耗。此外,实现运动设备的规定的运行安全是非常昂贵的。这需要的是,传输体在电流中断的情况下本身运动到安全位置中。在高空运行的情况下,传输体尤其是不能够遵循重力的作用下降。由DE 10 2014 225 171 A1已知了一种相应的昂贵的安全系统。
[0005] 在具有专利号102016224951.7的德国专利申请中,申请人描述了一种完全新式的运输设备,利用该运输设备能够实现的是,由WO 2015/017 933 A1已知的功能仅通过使用永磁体获得。由此形成更少的废热,其中同时更大的负载可以保持在悬浮中。
[0006] 发明内容
[0007] 本发明的优点是,规定的运行安全可以利用特别小的费用实现。此外,至少一个传输体可以仅通过永磁力保持在悬浮中,其中相对于定子的相应的位置可以在六个自由度中调节,即在很大程度上任意地调节。尽管只使用永磁体,与恩绍定理相反地可能的是,传输体稳定地保持在悬浮中。
[0008] 根据两个独立权利要求1和2,根据本发明的运输设备与根据DE102016224951.7的运输设备的不同之处在于,调节元件的卡锁力和/或摩擦力在无电流的状态下选择为很小,从而调节元件在无电流的状态下,在固定磁体和调节磁体之间的磁耦合的影响下自动运动到稳定位置中。
[0009] 在提到的稳定位置中,遵循物理定理地,磁北极位于定子上,磁南极位于至少一个传输体上,或相反。由此,在至少一个传输体与定子之间产生强的永磁吸引力,从而至少一个传输体非常强地被定子吸引,并且摩擦锁合地保持在那里。传输体因此不再能够运动,并且相应位于安全位置中。
[0010] 调节元件优选是电动马达。电动马达在无电流的状态下经常具有所谓的齿槽力矩,其由电动马达本身中的永磁力和/或铁磁力导致。该齿槽力矩尤其是在本发明的范围内很小地选择。
[0011] 调节元件优选分别具有唯一的运动自由度、尤其是无限的转动自由度。调节元件优选装备有转动位置调节。所有调节元件的转动轴线优选基本上平行地取向,其中其最优选基本上垂直于定子的平坦的、面对至少一个传输体的运输面地取向。调节磁体和/或固定磁体优选以海尔贝克阵列的方式布置,以便利用很小的材料量产生大的磁力。
[0012] 运输设备优选包括位置确定单元,其被设定用于:测量至少一个传输体相对于定子的相对位置和/或定向。优选地,可以获知每个传输体在六个自由度中的位置和定向。位置确定单元例如可以根据US 6 615 155 B2构造。可以给至少一个传输体、优选所有传输体配属位置调节,其实际参量由通过位置确定单元测量的位置或定向形成,其中其调节参量通过调节元件的位置形成。
[0013] 要理解的是,提到的磁耦合在位于配属的传输体的区域中的调节磁体中是特别强的,而进一步远离传输体的调节磁体具有小得多的磁耦合。
[0014] 调节磁体和/或固定磁体优选是永磁体、最优选是钕-铁-硼磁体,其具有特别强的磁场。只要在本申请的范围内提到多个固定磁体或多个调节磁体,由此也应该理解为一体式的永磁体装置,其形成多个磁偶极子。永磁体装置例如可以在3D打印法中制造,其中相应的塑料形成针对永磁粒子的粘合剂。
[0015] 为了清楚性,本发明在两个独立权利要求1和2中要求保护。在根据权利要求1的适当的在图1中示出的变型方案中,调节磁体布置在定子上,其中固定磁体布置在至少一个传输体上。在根据权利要求2的同样可想到的变型方案中,布置是相反的。要理解的是,也应该理解保护的任意的混合形式。
[0016] 在从属权利要求中说明了本发明的有利的扩展方案和改进方案。
[0017] 可以设置的是,调节元件包括电动马达,其构造为具有永磁动子的同步马达或具有短路动子的异步马达。提到的电动马达在无电流的状态下实际上不具有齿槽力矩。提到的同步马达也被称为无刷式的直流马达。
[0018] 可以设置的是,电动马达的驱动轴与配属的调节磁体固定地连接。电动马达和配属的调节磁体因此不通过齿轮传动装置处于转动驱动连接中。齿轮传动装置可以导致高的摩擦,或者在极端情况下是自锁的。这违反调节磁体的根据本发明的自取向。
[0019] 可以设置的是,至少一个传输体和/或定子分别具有能量存储器,其中运输设备被设定,从而当从外部的能量供应中断时,运输设备从一个能量存储器或多个能量存储器提取对于进一步运行所需的能量。能量存储器优选是电能存储器,其尤其是包括蓄电池和/或电容器。外部能量供应优选是电能供应。要指出的是,根据本发明的基本原理也在没有能量存储器的情况下实现期望的运行安全。然而,利用能量存储器可以实现对运行安全的进一步的改进。
[0020] 可以设置的是,定子具有闭合的运输面,其布置在调节磁体和至少一个传输体之间。相应地,调节磁体被保护防止用户拿取,并且防止异物侵入。运输面进一步限定了调节磁体与固定磁体之间的最小间距,其是不可低于的。因此避免非常大的磁力,其损坏至少一个传输体的受控的运动,因为电动马达的转矩不足够用于克服这种大的磁力。运输面优选平坦地构造,其中另外的形状同样是可想到的。其优选由至少一个单独的盖板形成。
[0021] 可以设置的是,运输设备被设定用于:通过多个调节磁体借助调节元件的受控的定位和/或定向相对于定子运输至少一个传输体。在该关系中,尤其是参考至少一个传输体的在下面描述的位置调节。
[0022] 此外要求保护一种用于运行根据本发明的运输设备的方法,其中从外部的能量供应在中断(Ausfall)方面被监控,其中在能量供应中断的情况下,至少一个传输体在使用来自一个能量存储器或多个能量存储器的能量的情况下受控地被放置到定子上,从而当调节元件转移到无电流的状态中时,传输体不再进一步运动。至少一个传输体优选被放置到运输面上。
[0023] 可以设置的是,当至少一个传输体位于定子上时,调节元件在使用来自定子的能量存储器的能量的情况下与电流输入分离。调节元件的电流供应的中断因此以受控的方式进行。因此避免至少一个传输体的无意的运动。
[0024] 可以设置的是,在再建立从外部的能量供应后,调节元件长时间保持无电流,直到运输设备又能够以受控的方式相对于定子运输至少一个传输体,其中调节元件随后被加载以电流,从而至少一个传输体从定子提升。至少一个传输体在此优选垂直于定子地提升。在调节元件被加载以电流之前优选地获得用户的确认。这例如通过按键或触摸屏实现。
[0025] 此外要求保护一种另外的用于运行根据本发明的运输设备的方法,其中调节元件在故障功能(Fehlfunktion)方面被监控,其中具有故障功能的调节元件不再被操控或在时间上恒定地被操控,其中仅调节元件的被测量的位置在受控运输至少一个传输体的范围内被考虑。提到的恒定的操控可以在无故障的运行的情况下可选地导致对调节元件的恒定的调节或者调节元件的恒定的调节速度。要理解的是,在故障功能的情况下不能够预见的是调节元件在恒定的操控中如何运动。监控故障功能例如以如下方式进行,调节元件的设置的目标位置与例如通过转动传感器测量的实际位置比较。当相应的差超过预设的极限值时,就存在故障功能。
[0026] 要理解的是,之前提到的和随后还将阐述的特征可以不仅在相应说明的组合中,而且也在其他的组合中或单独地使用,而不会离开本发明的范围。
[0027] 附图说明
[0028] 随后借助附图详细阐述本发明。其中:
[0029] 图1示出了根据本发明的运输设备的非常示意性的截面图。
[0030] 具体实施方式
[0031] 图1示出了根据本发明的运输设备10的非常示意性的截面图,该运输设备根据具有专利号102016224951.7的德国专利申请构建。之前提到的专利申请的整个内容被参考,并且成为本申请的内容。
[0032] 运输设备10包括定子20和至少一个传输体50。当前设置三个传输体50,其中在很大程度上可以使用任意多的传输体50。定子20由多个、优选彼此相同的驱动模块36组成,驱动模块在俯视图中优选矩形地、方形地或六边形地构造,从而其可以沿两个空间方向X和Y无间隙地相互安置。要理解的是,可以设置仅一个唯一的驱动模块36。驱动模块36形成共同的平坦的、闭合的运输面23,其中每个驱动模块36优选具有单独的盖板32,其形成运输面23。盖板32优选构造为具有恒定的厚度的平坦的板,其与驱动模块36的保留的壳体固定连接、尤其是旋接。驱动模块36固定在共同的安装平台39上,其例如构造为具有恒定的厚度的平坦的板。
[0033] 在每个驱动模块36的内部布置有带有调节磁体21的多个调节元件22,其优选彼此相同地构造。调节元件22优选构造为电动马达24,其中其具有唯一的运动自由度、即无限的转动自由度。所有调节元件22的转动轴线26垂直于运输面23地取向,从而具有调节磁体21的调节元件22可以顺利地在2维格栅中并排布置,其中调节磁体21非常靠近运输面23地布置。整个格栅(Raster)优选相同形状地构造,其中也可以使用不相同形状的格栅。所有调节磁体21相对运输面23的间距优选相同地构造。电动马达24优选构造为无刷式直流马达,从而其在无电流的状态下不具有齿槽力矩,其中其摩擦力矩同样是很小的。在无电流的状态下,电动马达24因此自动转动到稳定位置,在该稳定位置中,在调节磁体21与传输体50之间存在特别大的磁吸引力。因此,传输体50在无电流的状态下被吸引到运输面23,并且摩擦锁合地保持在那里,从而传输体不能够运动,或者仅在很高的力耗费的情况下是可运动的。
[0034] 每个电动马达24优选装备有转动传感器,从而其转动位置是可测量的。优选地,给每个电动马达24配属单独的转动位置调节器,其是驱动模块36的控制单元37的组成部分。控制单元37当前构造为电路板,其布置在电动马达24下方。电动马达24可以直接与电路板焊接或通过插接器或短的线缆与电路板连接。电动马达例如可以3相地实施,其中可以给每个相配属H桥,利用该H桥可以调节相关的电流。提到的转动位置调节器比较相关的电动马达24的期望的目标转动位置和通过相关的转动传感器测量的实际转动位置,并且借助H桥调节三个马达电流,从而实际转动位置靠近目标转动位置。
[0035] 每个电动马达24的壳体与配属的驱动模块36的壳体固定连接、例如旋接和/或焊接。每个电动马达24的驱动轴25与配属的调节磁体21固定地连接。所有调节磁体21优选彼此相同地构造。调节磁体例如由三个立方体形或方形的单磁体组成,单磁体容纳在例如由塑料构成的共同的保持器中。保持器直接与驱动轴25固定地连接。单磁体平行于运输面地以一列例如布置在运输面23下方。单磁体的磁偶极矩优选相应平行于或垂直于运输面23地取向。提到的磁偶极矩根据海尔贝克布置取向,从而在运输面23上方,在传输体50的区域中得到特别强的磁场。单磁体优选是永磁体,其最优选构造为钕-铁-硼磁体。单磁体优选分别具有磁场,该磁场在一定间距中以良好的近似的方式相应于理想的磁偶极子的磁场。要理解的是,调节磁体21也分别可以一体式地构造,其中其如之前描述的那样被磁化。
[0036] 还指出可选的冷却单元38,其当前布置在电动马达24和控制单元37的下方。尤其是在上面提到的电动马达中形成损耗热,其可借助冷却单元38导出。冷却单元38可以以液体冷却的形式构造,其中优选地,例如利用主动的通风装置设置空气冷却。
[0037] 传输体50优选在其面对运输面23的下侧具有平坦的底部面52,底部面在运输设备10的运行期间大多以一定间距平行于运输面23地布置,其中传输体50在那里仅通过磁力保持在悬浮中。传输体50当前以具有恒定的厚度的平坦的板的形式构造,该板在俯视图中例如具有矩形的、方形的或圆形的轮廓。在此,其是对于工件载体常见的形状,其中传输体50在很大程度上可以任意地成形。传输体50当前承载有效负载70。
[0038] 在底部面52的区域中并且利用与该底部面的很小的间距,多个固定磁体51位置固定地容纳在传输体50中。固定磁体同样实施为永磁体,其中其优选是铁-硼-钕磁体。每个单个固定磁体51优选具有磁场,其至少在一定间距中以良好的近似的方式相应于理想的磁偶极子的磁场。固定磁体51在传输体50的整个底部面52上分布地布置。固定磁体51的精确的分布是次要的。首要的是,其在传输体50上的精确的位置和取向是已知的,从而其可以使用在计算磁力的范围内。因此总归可能的是,计算传输体50的总磁场。固定磁体51的磁偶极矩优选垂直于或平行于底部面52地取向。磁偶极矩以海尔贝克阵列的方式取向,从而在底部面52的下方产生特别强的磁场。
[0039] 运输设备10进一步装备有位置确定单元11,其例如可以根据US 6 615 155 B2构造。利用这种位置确定单元11可能的是,确定、即分别在六个自由度中确定每个传输体50相对于定子20的位置。位置确定单元11当前感应地工作。位置确定单元11的定子部分33包括许多平面发送线圈,其以相对于运输面23的很小的间距并且平行于运输面地布置。发送线圈在2维格栅中,在整个运输面23上分布地布置。发送线圈很小地构造,从而在传输体50的区域中布置至少三个、优选更多个发送线圈。位置确定单元11的可运动的部分69包括多个接收线圈、优选至少三个接收线圈,其固定地布置在传输体50上。
[0040] 发送线圈依次被加载以交流电,交流电在接收线圈中感应出电压。从交流电和感应的电压可以计算出传输体50相对于定子20的位置。对感应的电压的测量由传输体50中的控制单元68执行,控制单元优选由在那里的电能存储器66供应能量。在传输体50中的控制单元68与驱动模块36中的控制单元37之间优选存在无线的数据交换连接43,从而对于位置确定来说所需的测量值可以聚合在一起,并且传输体可以将数字鉴别号传递至定子。传输体50的位置优选关于坐标系31被确定,坐标系的轴线垂直于或平行于运输面23地取向。此外指出在相邻的驱动模块36之间的数据接口42与向外的数据接口41。
[0041] 由传输体相对于定子的位置和电动马达24的实际转动位置可以计算出磁力,调节磁体将磁力施加到固定磁体上,其中优选地使用针对在两个磁偶极子之间的力和转矩的公式,其可以在网址
[0042] 下调阅。通过求解相应的非线性的方程组,相反地也可以计算出电动马达24必须占据哪些目标转动位置,从而期望的磁力和期望的磁转矩作用到传输体50上。为了可靠地求解方程组,优选至少六个、最优选至少九个调节磁体直接布置在传输体的下方。
[0043] 提到的磁力和提到的磁转矩优选是传输体50的6维位置调节的调节参量,6维位置调节例如在使用PID调节器的情况下执行。因此可能的是,以受控的方式相对于定子20运动传输体50,其方法是:预设传输体50相应于位置调节的目标位置。位置调节在此尤其能够将传输体50仅通过磁力保持在悬浮中,其中在很大程度上可以调节出传输体50的每个任意的位置。优选地,底部面52大约平行于运输面23地和以相对运输面的很小的间距布置,从而产生强的磁力。磁力在此是很强的,从而总归可能的是,在每个任意的方向中使运输面23相对于重力取向。即使当定子20关于重力布置在传输体50的上方或旁边时,传输体50也可以保持在悬浮中。因此也不强制需要将运输面23平坦地实施,相反地其可以具有在空间中任意弯曲的走向。相应的曲率半径优选很大地选择,从而传输体50可以以一定间距跟随运输面23,该间距能够实现对磁力的调节,磁力是足够大的,以便将传输体50保持在悬浮中。
[0044] 附图标记列表:
[0045] 10运输设备
[0046] 11位置确定单元
[0047] 20定子
[0048] 21调节磁体
[0049] 22调节元件
[0050] 23运输面
[0051] 24电动马达
[0052] 25电动马达的驱动轴
[0053] 26调节元件的转动轴线
[0054] 27从外部的能量供应
[0055] 28定子的能量存储器
[0056] 31坐标系
[0057] 32定子的盖板
[0058] 33位置确定单元的定子部分
[0059] 36定子的驱动模块
[0060] 37驱动模块的控制单元
[0061] 38驱动模块的冷却单元
[0062] 39驱动模块的安装平台
[0063] 41向外的数据接口
[0064] 42通向相邻模块的数据接口
[0065] 43无线的数据交换连接
[0066] 50传输体
[0067] 51固定磁体
[0068] 52传输体的底部面
[0069] 66传输体的能量存储器
[0070] 68传输体的控制单元
[0071] 69位置确定单元的可运动的部分
[0072] 70有效负载。
权利要求:1.一种运输设备(10),其具有定子(20)和至少一个传输体(50),其中运输设备(10)被设定用于:以受控的方式相对于定子(20)运输至少一个传输体(50),其中:
-定子(20)具有多个可运动地布置的调节磁体(21),所述调节磁体中的每个通过调节元件(22)与定子(20)连接,其中调节元件(22)被设定用于:以受控的方式改变与之连接的调节磁体(21)相对于定子(20)的位置和/或定向;
-至少一个传输体(50)具有至少两个固定磁体(51),固定磁体与传输体(50)连接,从而至少两个固定磁体(51)相对于传输体(50)是不可运动的;
-定子(20)和至少一个传输体(50)借助至少两个固定磁体(51)和多个调节磁体(21)磁耦合;和
-调节元件(22)能够借助电流调节,其中调节元件(22)的卡锁力和/或摩擦力在无电流的状态下选择为很小,从而调节元件(22)在无电流的状态下,在固定磁体(51)与调节磁体(21)之间的磁耦合的影响的情况下自动运动到稳定位置中。
2.一种运输设备,其具有定子和至少一个传输体,其中运输设备被设定用于:以受控的方式相对于定子运输至少一个传输体,其中:
-至少一个传输体具有多个可运动地布置的调节磁体,所述调节磁体中的每个通过调节元件与传输体连接,其中调节元件被设定用于:以受控的方式改变与之连接的调节磁体相对于传输体的位置和/或定向;
-定子具有至少两个固定磁体,固定磁体与定子连接,从而至少两个固定磁体相对于定子是不可运动的;
-至少一个传输体和定子借助至少两个固定磁体和多个调节磁体磁耦合;和
-调节元件(22)能够借助电流调节,其中调节元件的卡锁力和/或摩擦力在无电流的状态下选择为很小,从而调节元件在无电流的状态下,在固定磁体与调节磁体之间的磁耦合的影响的情况下自动运动到稳定位置中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的运输设备,其中调节元件(21)包括电动马达(24),电动马达构造为具有永磁动子的同步马达或具有短路动子的异步马达。
4.根据权利要求3所述的运输设备,其中电动马达(24)的驱动轴(25)与配属的调节磁体(21)固定地连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的运输设备,其中至少一个传输体(50)和/或定子(20)分别具有能量存储器(28;66),其中运输设备(10)被设定,从而当从外部的能量供应(27)中断时,运输设备从一个能量存储器或多个能量存储器(28;66)提取对于进一步运行所需的能量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的运输设备,其中定子(20)具有闭合的运输面(23),其布置在调节磁体(21)和至少一个传输体(50)之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的运输设备,其中运输设备(10)被设定用于:通过多个调节磁体(21)借助调节元件(21)的受控的定位和/或定向相对于定子(100)运输至少一个传输体(50)。
8.一种用于运行根据权利要求5所述的运输设备的方法,其中从外部的能量供应(27)在中断方面被监控,其中在能量供应(27)中断的情况下,至少一个传输体(50)在使用来自一个能量存储器或多个能量存储器(28;66)的能量的情况下受控地被放置到定子(20)上,从而当调节元件(22)转移到无电流的状态中时,传输体不再进一步运动。
9.根据权利要求8所述的方法,其中当至少一个传输体(50)位于定子(20)上时,调节元件(22)在使用来自定子(20)的能量存储器(28)的能量的情况下与电流输入分离。
10.根据权利要求8或9所述的方法,其中在再建立从外部的能量供应(27)后,调节元件(22)长时间保持无电流,直到运输设备(10)又能够以受控的方式相对于定子(20)运输至少一个传输体(50),其中调节元件(22)随后被加载以电流,从而至少一个传输体(50)从定子(20)提升。
11.一种用于运行根据权利要求1至7中任一项所述的运输设备的方法,其中调节元件(22)在故障功能方面被监控,其中具有故障功能的调节元件(22)不再被操控或在时间上恒定地被操控,其中仅调节元件的被测量的位置在受控运输至少一个传输体(50)的范围内被考虑。
公开号:CN110601492
申请号:CN201910514466.6A
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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