短块线性同步电机和换向机构的制作方法
【专利说明】短块线性同步电机和换向机构
[0001]交叉引用和相关应用
[0002]本申请要求于2012年9月20日提交的申请号为13/623，124的美国专利申请的权益，该申请号为13/623，124的美国专利申请是于2010年6月22日提交的申请号为12/692,441的美国专利申请的部分继续申请并要求其权益，该申请号为12/692,441的美国专利申请是于2009年I月23日提交的申请号为12/359，022、名为“由短块线性同步电机驱动的运输系统”的美国专利申请的部分继续申请并要求其权益，同时也要求于2009年6月5日提交的申请号为61/184，570的美国临时专利申请“由短块线性同步电机驱动的改进运输系统”的权益。上述申请的内容被援引纳入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及运输系统，尤其是例如具有短块线性同步电机的、基于导轨的运输系统。本发明的应用包括，但不限于，生产线应用、实验室应用、和要求复杂的轨道、急转弯、交汇和岔道换向以及/或者翻转的操作的其它应用。
[0004]发明背景
[0005]有许多可以使物体在轨道上运动的运输系统类型。其实例包括:由旋转或线性电机推动的轮悬挂式运载工具，由线性电机或线缆推动的磁悬浮或空气垫悬浮式运载工具，由空气压力推动以在管内运动的运载工具，由轴承支承或引导的运载工具，以及在传送带上运动的运载工具。现有运输系统具有很多实际应用，但也有许多可进行重大改进的地方，例如，在比较小且靠得很近的物体在复杂导轨上的精确运动方面。
[0006]小尺寸和中等尺寸物体往往在传送带上运输，因为这样就不需要轮子和其它机构来悬挂、引导和推动这些物体。带运输系统相对便宜，但它们缺乏经常需要的精密控制，而且因为有许多运动部件需要大量的维修。低成本运输的其它途径包括在管内运动的由空气推动的运载工具，和利用重力使物体沿斜面向下运动，但这些方法的控制精度更差。
[0007]利用线性同步电机(LSM)推进的众多优点是广为人知而且在其它的专利(包括，但不限于，美国专利 7, 458，454，7，448，327，6，983，701，6，917，136，6，781，524，6，578，495，6，499，701，6，101，952，和6，011，508，它们受让给本申请的受让人且它们的全部教导被援引纳入本文)中有所说明，但在很多情况下，尤其是当移动小且靠得很近的物体时，LSM可能更昂贵，而且生产率比一些竞争的推进系统要低。
[0008]基于以上原因，本发明的目的是提供改进的运输系统、装置和方法。
[0009]本发明的相关目标是提供能发挥LSM技术优势的这类系统、装置和方法。
[0010]本发明的另一个相关目标是提供适合用来运输小型物体和/或中等尺寸物体的这类系统、装置和方法。
[0011]本发明的另一个相关目标是提供适合用来运输靠得很近的物体的这类系统、装置和方法。
[0012]本发明的又一个相关目标是提供适合用在生产线，实验室和要求复杂轨道、急转弯、交汇和岔道换向和/或翻转操作的其它应用的这类系统、装置和方法。
【发明内容】
[0013]以上是本发明要达到的一些目标，本发明以几种方案提供一种运输系统，其包括具有若干推进线圈的轨道，所述若干推进线圈沿着在其中一个或多个运载工具被推动的区域布置。一个或多个运载工具被布置在所述轨道上，每个所述运载工具包括磁通源。轨道具有支承运载工具的一个或多个行驶表面，运载工具沿行驶表面滚动或滑动。各个运载工具可具有收窄的横截面的隔板部，所述隔板部连接至所述运载工具的一个或多个本体部。所述轨道包括岔道区域，所述岔道区域包括鳍状板和位于所述岔道的顶点处的所述行驶表面的延伸部。所述鳍状板通过对所述运载工具施加侧向力从而在岔道处使运载工具方向开始转换。所述延伸部通过与所述隔板接触从而使得在所述岔道处的运载工具方向转换继续进行。
[0014]本发明的其它方案提供例如如上所述的运输系统，其中，所述鳍状板通过例如沿着所述运载工具的本体的其中一个外表面与所述运载工具接触(而不是例如与运载工具的隔板接触)从而使运载工具方向开始转换。
[0015]本发明的其它方案提供例如如权利要求1所述的运输系统，其中，岔道处的行驶表面延伸部呈三角形。
[0016]本发明的其它方案提供例如如上所述的运输系统，其中，所述轨道具有限制所述运载工具向侧向运动的一个或多个引导表面。根据上述及相关的方案，这些表面为岔道处的运载工具方向的转换提供引导。
[0017]因此例如在本发明的一些方案中，所述鳍状板通过对所述运载工具施加侧向力从而在岔道处使运载工具方向开始转换，所述行驶表面的位于岔道的顶点处的延伸部使运载工具方向的转换继续，并且/或者所述引导表面为在岔道的后点位置处的换向提供进一步引导。
[0018]本发明的其它相关方案提供例如如上所述的运输系统，其中，换向机构例如通过转动式步进电机被机械致动，所述转动式步进电机不包括编码器或者包括一个或多个编码器。本发明的其它相关方案提供这样的运输系统，其中，步进电机的臂被容纳在所述鳍状板的肾形的孔口中。本发明的其它相关方案提供这样的运输系统，其中，所述电机将鳍状板驱动至以下三个位置中的任一个:非展开位置、展开位置和部分展开位置。
[0019]本发明的其它方案提供例如如上所述的被配置用于小部件检查和/或组装的运输系统，其中，所述运载工具为50mm至200mm宽，具有为所述宽度的一倍至两倍的长度，并且具有0.2kg至4kg之间的负载质量；所述运载工具以超过2m/s的速度在所述轨道上运行；所述鳍状板通过移动小于约2cm使所述运载工具换向开始。
[0020]本发明的其它相关方案提供例如如上所述的运输系统，其中，所述一个或多个运载工具具有包括一个或多个第一区域并包括一个或多个第二区域的引导表面，所述一个或多个第一区域用于在所述轨道的一些部分处与所述轨道的引导表面接触，所述一个或多个第二区域用于在所述轨道的其它部分处与所述轨道的引导表面接触。这些“第一”区域可以是直线的，而“第二”区域可以是弯曲的。另外，根据本发明的其它相关方案，例如如上所述的鳍状板可通过接触所述第二区域中的一个或多个(根据本发明的进一步方案可以是弯曲的)使得在岔道处的运载工具方向转换开始。
[0021]本发明的其它相关方案提供例如如上所述的运输系统，其中，所述一个或多个运载工具具有一个或多个销，所述一个或多个销从形成所述运载工具的一部分的行驶表面沿所述轨道的行驶表面滚动或滑动的位置附近延伸，并且其中，这些销与所述鳍状板相互作用以控制所述运载工具在所述岔道处的运动方向。
[0022]本发明的其它相关方案提供例如如上所述的运输系统，其包括交汇区域，所述交汇区域包括鳍状板和所述行驶表面的加宽区域。当所述运载工具进入所述交汇区域时，所述鳍状板对所述运载工具施加侧向力以改变其角度，并且所述加宽区域通过接触所述运载工具的所述隔板使交汇继续，从而对交汇提供进一步引导或导引。
[0023]本发明的其它相关方案提供这样的运输系统，其中，所述鳍状板被配备成完全展开或部分展开，并且，利用处于部分展开形态的鳍状板以使得当所述运载工具进入交汇时改变所述运载工具的角度。
[0024]本发明的其它方案提供使用在例如如上所述的运输系统中的运载工具。这些运载工具可以是长方形、尖状椭圆形或其它形状的横截面。另外，两个或多个这种运载工具例如以可枢转的方式连接以便形成另外的运载工具。
[0025]本发明的上述和其它方案在下文以及附图中将显而易见。
[0026]本发明的其它方案提供如上述地构造和操作的轨道、轨道模块和用于在其上使用的运载工具。本发明的其它方案提供操作上述运输系统、轨道、轨道模块和用于在轨道和轨道模块上使用的运载工具的方法。
【附图说明】
[0027]通过参考附图可以获得本发明的更完整的理解，其中:
[0028]图1是根据本发明的系统，包括直轨道和多个运载工具，它们在轨道上相隔很近地由LSM推动，而同时又在低摩擦系数轨道表面滑行且由轨道侧面的导轨引导。
[0029]图2显示根据本发明一个实施例的用来支持在图1轨道上运动的物体的运载工具细节。
[0030]图3显示根据本发明一个实施例的系统中运载工具的引导结构和磁体阵列。
[0031]图4与图3相似，但磁体是Halbach阵列。
[0032]图5与图3相似，但使用单个磁体来推进。
[0033]图6显示根据本发明一个实施例的轨道，包括印刷电路板，在该印刷电路板上面安装了推进线圈，后者与轨道表面贴近而且与线路板上的功率控制电路相连接。
[0034]图7显示根据本发明一个实施例的系统中，当运载工具通过时线圈内电流的典型波形。
[0035]图8显示根据本发明一个实施例的系统中运载工具通过90度水平急弯。
[0036]图9显示根据本发明一个实施例的系统中运载工具通过180度垂向急弯。
[0037]图10显示根据本发明一个实施例的系统中的右岔道，其中运载工具的方向由小鳍状板的位置决定。
[0038]图11显示可用于根据本发明一个实施例的系统中的转盘，它可代替曲线实现岔道和交汇操作。
[0039]图12显示一些推进线圈，它们对在根据本发明的系统的右岔道模块上运动的运载工具提供持续的力。
[0040]图13显示根据本发明一个实施例的系统中的垂向过渡段。
[0041]图14显示根据本发明的系统的一个例子。
[0042]图15-16显示根据本发明一个实施例的系统中的轨道和运载工具。
[0043]图17显示根据本发明一个实施例的系统中轨道直线段的透视图。
[0044]图18显示根据本发明一个实施例的系统中轨道右岔道段的透视图。
[0045]图19A-19D显示根据本发明一个实施例的系统中轨道各段的另一些结构。
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