用于托持、定位和移动物体的装置的制作方法

文档序号:13426452
用于托持、定位和移动物体的装置的制作方法

本发明涉及一种用于托持、定位和/或移动物体的装置,所述物体具体来说是基板。



背景技术:

对于用于生产半导体部件的基板处理,例如,对于显示器应用,相对较大面积的基板必须经历各种表面处理工艺。例如,必须受到机械或化学地处理,例如,以在所涉及的基板上形成涂层或表面结构。必须在清洁室条件下或甚至在真空中执行任何表面处理工艺,特别是在必须执行诸如例如溅射、物理气相沉积或化学气相沉积之类的(也可能是等离子体辅助的)表面处理步骤时。

由于有时必须在基板上形成微米或甚至纳米级的结构,需要在基板平面中、和正交于基板平面极其精确地定位所述基板。

针对在基板环境中没有颗粒的要求有必要实现基板的无接触承载和相应托持、移动或横移驱动。空气轴承仅在有限程度上适用于高纯度生产环境,是因为可由此可在基板附近产生非期望的气流,这可能与基板处理中要求的准确度相违背。

此外,存在所谓的磁性晶片台或具有基座和运载物体的载体的磁性托持或定位装置。对于载体在基座上的非接触式承载,多个磁性轴承通常各自具有距离传感器和控制电路,磁性轴承将载体以悬浮状态托持在与基座相距预定距离处。

例如,从US 7 868 488 B2获知一般晶片台。

特别是在真空环境中主动调节和相应电性可控磁性轴承的实现证明是极其复杂的。

对于容纳物体(例如,基板)的载体的非接触式承载的已知解决方案可包含在输送方向上彼此间隔开的多个单独或分离的磁性轴承,载体将沿静止基座移动。为了使载体沿一排磁性轴承移动,在载体的输送移动期间,需要依载体的瞬时位置使静止布置在基座上的磁性轴承与载体机械地相互作用。

必须启用在输送方向上位于前方与载体进入操作连接的磁性轴承,同时必须相应停用在输送方向上位于载体后端的磁性轴承。尽管对于进入移动载体的作用范围内的单独磁性轴承的可选启用和停用进行适当电气控制,但是无法阻止载体上的振荡或共振现象的出现。此外,也可设想,基座也可受到可能的外部引发的机械干扰影响,或载体在基座上的非接触式承载可导致基座的振荡激发。

此外,还必须为载体沿基座预定的行进路径的非接触式承载和非接触式输送提供侧向或横向引导手段。同样地,可利用适当构造的磁性轴承来实现所述引导手段。在这种程度上,必须时常沿基座预定的行进路径提供至少两种类型的磁性轴承,即那些在垂直方向上与载体相互作用从而补偿载体重力和用作所谓水平磁性轴承的另外的磁性轴承,利用这些水平磁性轴承可提供与载体的输送方向正交的侧向稳定或侧向引导。

还必须为载体沿基座的非接触式输送和非接触式移动提供驱动器。通常可以线性电动机的形式提供所述驱动器。

本发明旨在提供一种用于非接触式托持、定位和/或移动物体的装置,所述装置在控制技术方面是有利的,并且为载体的移动提供改进的侧向稳定。此外,本发明的目的在于提供侧向稳定型磁性轴承的有利且改进的布置,所述磁性轴承位于可在输送方向上移动的载体的边缘区域外部,使得原则上可允许载体在基座上的二维移动。再者,应通过特别紧凑的结构来表征所述装置。另外,应能够以特别有效且多功能的方式使用为载体的非接触式输送而提供的磁性轴承。



技术实现要素:

使用如权利要求1所述的装置来解决这个问题。有利的实施例是从属权利要求的标的。

在这方面提供的装置适用于物体的非接触式托持、定位和移动。装置包括静止或固定基座和用于物体的至少一个载体,所述载体可相对于基座移动。为了载体沿基座的非接触式支撑和非接触式输送和移动,提供至少一个磁性轴承以在基座与载体之间产生承载力或托持力。因此,经由磁性轴承在基座上无接触地支撑载体。还在基座与载体之间提供以非接触方式作用的驱动器,用于在至少一个输送方向上使载体沿基座位移。

具体来说,驱动器包含具有至少一个定子和一个移动构件(在本文中也称为滑块)的线性电动机,将定子和移动构件布置在基座和载体上,并且除了沿输送方向作用的位移力之外,定子和移动构件被构造成在基座与载体之间产生另一个力,即抵消承载力或托持力的反作用力。因此,用于沿基座移动载体的线性电动机不仅在移动或输送方向上产生位移力,而且还产生抵消至少一个磁性轴承的反作用力。

如果磁性轴承被构造成用于重力补偿和用于载体的悬浮非接触式托持,例如作为垂直磁性轴承,那么驱动器或驱动器的线性电动机产生朝向载体的重力方向的反作用力。因此,可实现对于载体改善的横向稳定。由于除重力之外由驱动器产生的力也作用于载体,对于非接触式承载,必须相应增加由磁性轴承产生的承载力或托持力。对于关于垂直方向的非接触式承载,必须注意确保由磁性轴承产生的托持力在大小上与载体的重力和由驱动器产生的反作用力的总和大致相同。

毫无疑问,反作用力和托持力的增大初看之下显得并不明智。然而,如此可实现载体在托持器上更好的横向稳定。因此,可改变载体在基座上的承载的共振频率,具体来说是增加和转变成实际上处于相关范围之外的频率范围。也可通过反作用力增加承载的动力。作为大致在重力方向上提供和产生反作用力的结果,可使承载力或托持力作用于载体,这些力比重力加速度大得多。

因此,可将相对较大的加速力(即大于1g)作用于载体以用于承载载体。这种加速力导致载体在基座上的特别直接和相当大程度上的动态的承载和位置稳定。在这方面,可改善载体在基座上关于横贯方向的非接触式承载的干扰敏感性,而无需对此单独或额外的水平作用的磁性轴承。

在这方面,可通过由驱动器产生的反作用力更简单地满足载体在基座上的横向稳定或侧向引导的必要轮廓。例如可设想,减少为侧向稳定而提供的水平作用的磁性轴承的数量或完全省去用于侧向稳定的轴承。然而,至少可简化对例如水平作用的磁性轴承和为载体的侧向稳定或侧向引导而提供的磁性轴承的控制工作的复杂性。因此,可减少用于这种装置的生产和操作成本。

由驱动器产生的反作用力导致载体在基座上于横贯方向(即正交于由基座预定的输送方向以及正交于由磁性轴承产生的托持力的方向)上的承载或引导的刚度增加。通过施加反作用力产生的刚度增加可在一定程度上与弹簧轴承相比较,其中基本上提供承载的弹簧现具有较高的弹簧常数。

根据另一实施例,至少一个磁性轴承被构造为可主动控制的磁性轴承。这种磁性轴承包含与反作用件磁性地相互作用的电性可控电磁体以及与电性可控电磁体耦接的距离传感器和电子单元。可通过电子单元、距离传感器和电磁体以目标方式调整基座和载体的预定相对位置。磁性轴承通常具有控制电路,控制电路基于距离传感器所确定的距离测量信号以如下的方式来控制电磁体:距离传感器与反作用件之间的距离大部分保持恒定或处于预设范围内。

如果由电磁体产生的对反作用件的吸引力导致电磁体和反作用件移动靠近在一起,则由距离传感器检测这一情形。与距离传感器和电磁体耦接的电子单元可随后逐步或连续减少通过电磁体的电流,从而基于控制来调整和维持距离传感器与反作用件之间的所需距离。

优选地,紧邻电磁体布置距离传感器。距离传感器与电磁体之间的距离最小化特别有利于增加搭配度。每个磁性轴承通常具有自己的控制电路,包含电磁体、距离传感器和自己的电子单元。以此方式,可精确地检测和选择性评估在各个磁性轴承区域中基座与载体之间的局部距离变化,并且可单独用于对所涉及的电磁体的相应控制。

为多个磁性轴承中的每一个设置单独的控制电路进一步使得在各个磁性轴承区域中局部产生和处理用于电磁体的控制电流或控制信号成为可能。因此,可减少距离传感器与电子单元之间以及电子单元与各个分配的电磁体之间的布线(cabling)要求。这对整个装置的真空兼容性可具有有利影响。在任何情况下,根据本发明的装置可提供载体相对于基座在几微米范围或甚至亚微米范围内的定位和位移精度。装置通常被构造成真空兼容的;也就是说,装置适用于真空条件下的操作,例如在真空中或在特别低的压力下进行的真空处理,举例而言,诸如用于基板的涂覆。

根据另一实施方式,根据本发明的装置包含多个磁性轴承,这些磁性轴承通常在输送方向上或正交于所述输送方向彼此间隔开。磁性轴承中的至少一个或数个是或被构造为垂直磁性轴承,以产生抵消载体重力的垂直托持力。经由根据载体面积分配布置的至少一个磁性轴承,通常经由至少两个或三个磁性轴承,可补偿载体的重力,并且因此可在基座上悬浮和无接触地托持载体。

可在载体和基座上不同地分配磁性轴承和反作用件的布置。对于真空应用,在基座侧上提供具有电磁体的磁性轴承和在载体上提供与电磁体磁性地相互作用的反作用件是有利的。对于载体在输送方向上的垂直承载,则需要在基座上提供在输送方向上彼此间隔开的多个磁性轴承,其中所述磁性轴承在输送方向上的间隔必须小于载体或反作用件在输送方向上的相应延伸。

通常选择在输送方向上彼此间隔开的垂直磁性轴承的间隔,以使得在输送方向上跟随彼此的至少两个垂直磁性轴承总是位于与载体的作用范围内。

因此,可在基座上于输送方向上布置一排分离的磁性轴承。可在此处提供在输送方向上延伸的单排垂直磁性轴承,并且是足够的。这特别适用于载体在基座上的悬浮承载。或者,也可在输送方向上提供磁性轴承的多个(例如,两个)通常平行的排,其中磁性轴承的排在横贯方向上则具有间隔。

根据另一实施方式,至少一个磁性轴承或至少多个磁性轴承是被构造为水平磁性轴承,以在基座与载体之间产生水平作用的托持力。在每种情况下,水平磁性轴承及垂直磁性轴承可各自包含自己的控制电路,控制电路具有电磁体、距离传感器和电子单元。然而,水平磁性轴承和垂直磁性轴承的作用方向是不同的。这可通过电磁体和反作用件的适当布置与对准来实现,电磁体可与反作用件磁性啮合。

原则上可设想,沿侧向邻接载体的引导件布置水平磁性轴承,并且具体来说是在所述侧向引导件处以与垂直磁性轴承相同的方式布置在输送方向上彼此间隔开的多个水平磁性轴承,以在载体的位移运动过程中与载体相继地啮合和脱离。

由于在基座与载体之间作用的驱动器被构造成产生抵消磁性轴承的反作用力和在这方面提供例如在横贯方向上增加的承载刚度,可有利地降低对用于载体的侧向引导或横向稳定的水平磁性轴承的要求。在这方面,驱动器可在一定程度上有助于水平磁性轴承的作用。

由驱动器产生的反作用力不一定必须作用在垂直方向上。当驱动器抵消垂直磁性轴承的垂直作用的托持力时,情况将总是如此。根据替代实施例,也可设想,由驱动器产生的反作用力抵消水平磁性轴承的水平作用的托持力。在这种情况下,驱动器可有助于载体的磁性轴承的垂直稳定,或者可由驱动器的作用替代位于载体的一侧上的水平磁性轴承或一排水平磁性轴承。本发明的工作原理保持不变。由驱动器产生的反作用力将仅作用于水平方向上,并且因此正交于载体和布置在载体上的物体的重力。

根据另一实施例,水平磁性轴承包含布置在基座或载体上的至少一个电磁体,电磁体与布置在载体或基座上的反作用件协作以使载体在横贯方向上位移。横贯方向在此相对于输送方向、横向地、通常正交于输送方向以及正交于垂直方向延伸。对于真空应用,具体来说也设置成使得在基座侧上布置水平磁性轴承的电磁体,同时在载体上布置与电磁体磁性地相互作用的反作用件。当然,分别将电磁体和与电磁体相互作用的反作用件在基座上或在载体上布置成面向彼此,使得两者之间的无阻碍磁性相互作用是可能的。

根据水平磁性轴承的另一实施例,载体或基座上的反作用件包含以交替方式极化的至少一排永磁体,这些永磁体在与输送方向倾斜或正交的横贯方向上彼此间隔开。永磁体可被构造成例如棒状磁体,这些棒状磁体利用其纵轴例如在横贯方向上定向。水平磁性轴承的电磁体可包含线圈所缠绕的铁芯,所述铁芯具有多个铁芯柱(legs),其中一个铁芯柱穿过线圈延伸。

铁芯柱在横贯方向上的间隔通常稍微小于彼此间隔开的永磁体在横贯方向上的间隔。将至少一个线圈所缠绕的铁芯的铁芯柱的自由端朝向在横贯方向上彼此相邻布置的永磁体。由于线圈所产生的磁场与永磁体的磁场相互作用,所得洛伦兹力在横贯方向上产生分力。作为改变水平磁性轴承的电磁体通电的结果,可在大小方面和在方向上改变横贯方向上的分力或由水平轴承产生的横向力。

具体来说,这样的实施例使得在垂直方向上与磁性轴承的电磁体间隔地布置与水平磁性轴承协作的反作用件成为可能。这进一步使得磁性地相互作用的电磁体和反作用件在基座和载体上能够垂直间隔布置。以此方式,可实施水平磁性轴承,而无需为此目的提供用于侧向引导或非接触式承载的轨道或托持夹具,沿载体的行进路径侧向布置所述轨道或托持夹具。具体来说,在横贯方向上与载体相邻的基座区域可被构造成大部分无阻挡层。

根据另一实施例,设置成使得水平磁性轴承与载体的上侧或下侧磁性地相互作用。如果在基座侧上沿所述基座上的输送方向布置至少一个或多个水平磁性轴承,则是有利的。这些水平磁性轴承通常位于载体上方或载体下方。具体来说,载体的上侧或下侧包含与水平磁性轴承磁性地相互作用的至少一个反作用件。因此在载体的上侧或下侧处布置所述反作用件。以此方式,并且由于反作用件与水平磁性轴承的具体实施例和交互布置,使得将侧向区域(即与载体的输送方向水平或正交的区域)构造成大部分无阻挡层成为可能。可有利地省去侧向导轨,诸如通常为一般非接触式输送系统而提供的侧向导轨。

具体来说,可设置成使得在位于例如载体的上方的同一个基座上一起布置所有水平磁性轴承和所有垂直磁性轴承。在这方面,可仅仅通过水平磁性轴承和垂直磁性轴承的磁性相互作用将载体沿浮动引导和悬浮在基座上。

根据另一实施例,一般设置成使得至少一个磁性轴承和驱动器与载体的彼此相对侧磁性地相互作用。在所述实施例中,设置成使得在载体的一侧上与水平或垂直磁性轴承相对地布置驱动器。如果例如驱动器将产生抵消垂直托持力的垂直反作用力,则有利地设置成使得驱动器与载体的下侧相互作用,并且垂直磁性轴承与载体的上侧进入操作性磁性连接。因此,也可设置成使得驱动器与载体的左侧或外边缘相互作用,而水平磁性轴承与载体的右侧边缘进入磁性相互作用。

根据另一实施例,基座包含在输送方向或横贯方向上彼此间隔开的多个磁性轴承,这些磁性轴承相继磁性地与布置在载体上的至少一个反作用件进入操作连接,以在输送方向或横贯方向上沿基座移动载体。

基座上的多个磁性轴承的布置对于装置的真空兼容性是有利的。可经由静止或固定基座相对较好地带走通过磁性轴承的线圈的通电而产生的废热。与在载体侧上布置的磁性轴承的情况相比,在任何情况下都可更好地且更容易地实施与静止布置的磁性轴承的热传导。在真空中非接触式支撑的载体的热输送相对昂贵和复杂。

可进一步设置成使得成对的水平磁性轴承和垂直磁性轴承在基座上于输送方向上间隔地布置。也可设想,在基座上于横贯方向上间隔地布置垂直磁性轴承和/或水平磁性轴承。因此,原则上使得在输送方向以及横贯方向两者上相对于基座无接触地移动载体成为可能。

在此的改进中,进一步设置成使得基座包含在输送方向和横贯方向上彼此正交或倾斜延伸的两个输送路径,在每种情况下具有多个磁性轴承,其中输送路径在交叉区域中彼此邻接。具体来说,可在交叉区域中改变载体相对于基座的主要移动方向。取决于交叉区域的实施例,例如在输送方向上延伸的输送路径可发展成在横贯方向上延伸的另一输送路径。

然而,也可设想,输送路径中的一个输送路径圆滑地邻接另一输送路径以形成T形交叉,或者两个连续输送路径在交叉区域中简单相交。取决于交叉区域的具体实施例,可设想,沿输送路径沿第一输送路径移动的载体在交叉区域中经历方向上的变化,因此载体在到达交叉区域之前先在输送方向上遵循第一输送路径,然后在横贯方向上沿第二输送路径向前移动。在水平平面上不同地延伸多个输送路径的实现和用于耦接不同输送路径的交叉区域的实现使得载体能够沿不同路径几乎任意地二维移动。因此,例如,可在不同方向上彼此无碰撞地引导多个载体,这可证明对于可布置在载体上的待处理物体的处理步骤和生产顺序是极其有利的。

根据本发明的另一实施例,进一步设置成使得在载体上布置两个线性驱动器的至少两个不同对准的滑块或定子,其中一个被构造用于在输送方向上相对于基座移动载体,而另一个被构造用于在横贯方向上相对于基座移动载体。可对应于每种情况下所讨论的输送路径的方向对准在载体侧上提供的驱动器的部件(例如,被构造为被动元件的滑块)。

因此,载体包含例如第一驱动器的滑块,滑块被构造成沿输送方向和沿第一输送路径移动载体。载体可同样具有第二驱动器的另一滑块,滑块被专门构造成在横贯方向(即沿与横贯方向一致的第二输送路径)上移动载体。

具体来说,设置成使得仅同时启用布置在载体上的两个驱动器中的一个的滑块或定子。如果载体位于交叉区域中,而在具有两个驱动器的两个不同对准的定子或滑块的基座侧也提供这一交叉区域,则为了改变载体的移动方向,经设置以停用一个驱动器的定子而支持另一驱动器的定子,或者交换两个驱动器的主动定子的作用。

这当然也必须伴随着对交叉区域处邻接的不同输送路径的各个磁性轴承的相应启用和停用的设置。

类似于磁性轴承,也适用于驱动器,使得在基座上固定地布置驱动器的所有主动部件(在本例中是定子或多个定子)从而改善装置的真空兼容性,并且在载体上布置磁性地相互作用的滑块。对于其他非真空应用,可在基座和载体上提供磁性轴承的主动部件和被动部件(即电磁体和反作用件)的任何布置。这同样适用于驱动器的被动部件和主动部件(即滑块和定子)。

根据另一实施例,将至少两个滑块或定子彼此平行对准,并且在输送方向或横贯方向上彼此以预定的最小间隔布置。在这方面,在载体上于输送方向或横贯方向上间断地布置驱动器的部件(即定子或滑块)。在载体上提供驱动器的彼此平行对准但在输送方向或横贯方向上彼此以最小间隔布置的两个部件,其结果是在输送方向或横贯方向上并非连续地而是彼此间隔地布置在基座侧上对应的驱动器的部件。

例如,可设置成使得在基座上布置在输送方向上彼此间隔开的多个分离定子以用于载体在输送方向上位移,并且在载体上布置可与其产生操作性连接的滑块。从输送方向上看,基座侧定子以及载体侧滑块彼此各自具有某一最小间隔。此处以如下的方式选择间隔:载体的至少一个滑块在任何情况下都与基座的至少一个定子处于操作性连接中。必须选择滑块和定子在载体和基座上的延伸和在输送方向上的间隔以使得载体的至少一个滑块在任何情况下都与基座的至少一个定子总是处于操作性连接中。可同样为替代实施例提供这样的布置,其中在载体侧上布置定子或至少一个定子,并且在基座侧上布置滑块或至少一个滑块。

在输送方向或者横贯方向上对布置在载体上的驱动器的滑块或定子设置预定最小间隔能够实现彼此邻接的两个输送路径的交叉区域。

根据所述装置的另一实施例,在输送方向或横贯方向上的每个输送路径包含彼此间隔开的定子或滑块。一个输送路径的滑块或定子布置在另一输送路径的滑块或定子之间的中间空间的水平位置处。例如,如果在基座侧上提供并在输送方向上延伸的第一输送路径包含在输送方向上以大致规则间距间隔开的一排定子,则在基座侧上提供的第二输送路径可同样包含在横贯方向上彼此间隔开的多个定子。第二输送路径的所有定子的虚拟连接线在第一输送路径的定子之间的中间空间中与第一输送路径相交,反之亦然。以此方式,可在一个相同平面中相对于彼此无碰撞和无接触地布置第一输送路径和第二输送路径的定子。

在两个邻接或相交输送路径的交叉区域中,可设置成使得第一输送路径和第二输送路径的滑块或定子之间的中间空间基本上彼此重叠。

根据另一实施例,设置成使得在两个输送路径的交叉区域中,布置在载体上和基座上的两个驱动器的彼此对应且属于输送路径中的一个输送路径的一对滑块和定子可与另一输送路径的一对对应的滑块和定子交替地启用。换句话说,每个输送路径都具有自己的驱动器。在这种程度上,两个驱动器同时存在于交叉区域中,驱动器被构造用于在不同方向上输送载体。当载体存在于交叉区域中时,仅启用作用在不同水平方向上的两个驱动器中的一个,而停用另一驱动器。

在此举的改进中,以及根据另一实施例,可在交叉区域中启用分配给两个输送路径中的一个输送路径的至少两个磁性轴承,同时相应连续地停用分配给另一输送路径的另外两个磁性轴承。具体来说,这适用于垂直磁性轴承。如果第一输送路径和第二输送路径具有不同的垂直磁性轴承,并且两种不同类型的垂直磁性轴承存在于交叉区域中,则为了改变载体在交叉区域中的方向,需要停用例如一个输送路径的垂直磁性轴承,但支持另一输送路径的垂直磁性轴承。在每种情况下以连续和相对的方式进行位于交叉区域中的垂直磁性轴承的停用和启用,使得载体在从一个输送路径的垂直磁性轴承切换到另一输送路径的垂直磁性轴承期间不会经历任何位置变化。

通常在载体处于静止状态时进行从第一输送路径的垂直磁性轴承到第二输送路径的垂直磁性轴承的这种切换。可以类似方式进行从一个输送路径的水平磁性轴承到交叉区域处邻接的另一输送路径的水平磁性轴承的类似切换。可以定时和同步方式进行垂直磁性轴承的切换,而对于交叉区域中的水平磁性轴承的切换也存在时间偏移。

也可设想,布置在交叉区域中的垂直磁性轴承同等属于两个邻接输送路径。那么对于载体在交叉区域中的方向变化,不需要针对垂直磁性轴承采取任何特殊措施。仅在离开交叉区域时需要沿着载体移动的输送路径启用输送路径的垂直磁性轴承。

附图说明

在下文参照附图的实施例的实例的描述中说明本发明的其他目的、特征和有利实施例。在附图中:

图1示出具有控制电路的磁性轴承的示意图,

图2示出根据本发明的具有驱动器的装置的功能原理的示意图,驱动器除了驱动力之外还产生抵消磁性轴承的承载力或托持力的反作用力,

图3示出带有两个水平磁性轴承的图2中所示实施例的实例的改进,

图4示出具有水平间隔开的两个垂直磁性轴承、水平磁性轴承和具有与水平磁性轴承相对布置的驱动器的另一实施例,

图5示出根据本发明的装置的另一实施例,其中在载体外部布置水平磁性轴承,

图6示出构造为线性电动机的驱动器的截面图示意图,

图7示出水平磁性轴承的滑块的平面图,

图8示出通过水平磁性轴承的实施例的截面图,

图9示出根据本发明的具有在输送方向上伸长的基座的装置的平面图,

图10示出在不同方向上作用的两个驱动器的滑块的示意图,所述滑块布置在载体的下侧,

图11示出在载体的上侧处的两种不同类型的反作用件的平面图,反作用件与在不同水平方向上作用的水平磁性轴承协作,

图12示出彼此成直角延伸的具有载体位于交叉区域中的两个输送路径的示意图,

图13示出对于载体的输送路径和由此产生的横移或位移方向的构造的示意图,和

图14示出对于基座上以非接触方式支撑的载体的不同输送路径以及由此产生的横移或位移可能性的另一实施例。

具体实施方式

图4和图9示出根据本发明的用于托持、定位和/或移动物体52的装置1的简化示意图,物体布置在载体50上。装置1可被构造为例如是用于显示器的真空涂覆的晶片台或输送系统。装置1包含固定基座30,在本例中为至少两个导轨的形式固定基座,导轨在根据图9的表示中在输送方向(T)上或在Z方向上延伸。

为了载体50在基座30上的非接触式承载和非接触式输送,在基座30上于输送方向(T)上提供多个磁性轴承10,所述磁性轴承在输送方向上彼此间隔开,并且在输送方向上对准和彼此相继排列成一行。在本例中于载体50的左侧边缘和右侧边缘(与输送方向(T)相关)处提供的磁性轴承10用作载体50在静止或固定基座30上的非接触式承载。

此外,在基座30上也于输送方向(T)上布置驱动器40的多个分离定子43,定子与载体50上相应的至少一个滑块41以线性电动机38的方式无接触地协作。可由基座侧定子43和至少一个或多个载体侧移动构件(“滑块41”)形成线性电动机38,线性电动机在装置1的操作期间对载体50施加朝向输送方向的位移力(V)。以此方式,可在基座30上无接触地支撑载体50,并且也可沿基座无接触地移动载体。

在图2的截面图中示出磁性轴承10的基本结构。在基座侧上(即在静止基座30上)布置磁性轴承10。磁性轴承包含具有线圈16和铁芯14或铁氧体(ferrite)磁芯的至少一个电磁体12。构造成马蹄形的铁芯14的铁芯柱的自由端面向载体50。在载体50上,面向磁性轴承10布置与电磁体12磁性地相互作用的反作用件18。磁性轴承10进一步包含距离传感器20,距离传感器测量载体50与布置在基座侧上的磁性轴承10之间的距离26。可将反作用件18构造成铁磁体或永磁体。反作用件通常平行于基座30或平行于基座30的导轨(未明确示出)延伸,可以非接触方式使载体50沿基座位移。

距离传感器20、电磁体12和电子单元15形成控制电路11,在图1中单独且稍微详细地示出控制电路。除了距离传感器26之外,控制电路11还包含设定点产生器25、控制器22、放大器24和充当电磁定子的电磁体12。代替电磁体12,原则上也可将其他电磁定子用于所有磁性轴承10、100、200,其他电磁定子例如双向作用洛伦兹或柱塞线圈定子。

放大器24放大可由控制器22产生的控制信号,并相应地馈送到线圈16以产生作用于反作用件18的托持力(H)。优选地,紧邻电磁体12或电磁定子布置距离传感器20,所述距离传感器永久测量与反作用件18或载体50的距离26。以距离信号形式将距离传感器20所确定的距离26馈送到设定点产生器25。在设定点产生器25中将设定点值和实际值相互比较。对应于设定点值与实际值之间的差异,将相应比较信号馈送到控制器22,控制器由此产生提供用于控制电磁体12的控制信号,并将所述控制信号馈送到放大器24。

以如下的方式计算和确定馈送到线圈16的放大的控制信号:维持载体50与基座30之间的预定距离26,并且在偏离所需距离的情况下,动态调适由电磁定子或电磁体12产生的力以维持距离26。

磁性轴承10的电子部件通常组合在单个电子单元15中。可至少在常见印刷电路板上例如以单个集成开关电路的形式容纳所有电子部件(例如,放大器24、控制器22和设定点产生器25)。在这方面,可将电子单元的空间要求和附带的布线要求降至最低。

控制电路11还可视情况具有加速或移动传感器28,被构造成确定基座30的振荡激发。通常将可由移动传感器28产生的信号馈送到振荡阻尼器23,可将振荡阻尼器集成在例如控制器22中。利用与设定点产生器25耦接的控制装置29,可以目标方式并根据需要调整基座30与载体50之间的不同所需距离26。

也可在载体50上布置参照部分19,参照部分面向距离传感器20,并且在载体50上与距离传感器20大致重叠但相距垂直距离地布置参照部分(与横贯方向(Q)大体相关)。

在图1和图2中用图形表示的磁性轴承10被构造为垂直磁性轴承。垂直磁性轴承产生托持力(H),具体来说是垂直托持力(Hv),这个力至少补偿或应用于载体50的和布置在载体上的物体52的重力。

在图2、图3和图5所示的实施例的实例中,在载体50的下侧处提供呈线性电动机38形式的驱动器40。线性电动机38在此处包含布置在载体50上的一个或多个滑块41,滑块与相应的定子43协作,所述定子布置在基座30上,以在输送方向(T)上移动载体50。在本例中未示出基座30的具体几何形状。不言而喻,沿着由基座30预定的输送路径31相对于彼此静止地和不移动地布置基座侧上布置的驱动器的部件(即定子43)以及磁性轴承10。

在图6和图7中用图形示出驱动器40的结构。以线性电动机38的方式提供的驱动器40包含在载体50上于输送方向(T)上以规则间距布置的具有交替极性的永磁体42a、42b。在与相邻永磁体42b相对的方向上极化永磁体42a。在与倒数第二个永磁体42a相同的方向上极化在输送方向上跟随永磁体42b的永磁体42a。在载体50上以交替方式极化的磁体42a、42b的规则排列形成细长的滑块41,滑块可与布置在基座30上的电性可控定子43协作。

定子43包含具有多个铁芯柱的铁芯或铁氧体磁芯44,其中在输送方向(T)上围绕每隔一个或再下一个铁芯柱缠绕线圈45、46、47。线圈45、46、47形成定子43的三相,并且可交替地向这些线圈施加电流。铁芯44的单独等距布置的铁芯柱44.1、44.2、44.3、44.4、44.5、44.6和44.7的周期或中心距稍微小于在输送方向(T)上以交替方式布置的永磁体42a、42b、42a、42b的中心距或周期。通过向单独的线圈45、46、47交替地施加电流,因此可相对于基座30对载体50施加作用于输送方向(T)上的位移力(V)。

通常布置在载体50的钢板上的永磁体42a、42b与滑块43的组合使用除了输送方向(T)上的位移力(V)之外还产生施加于载体50的能够吸引的反作用力(G),所述反作用力在图2、图3和图5的实施例的实例中垂直指向下。因此,驱动器40执行双重功能。一方面,驱动器产生在输送方向(T)上移动载体50的位移力(V)。另一方面,驱动器产生抵消磁性轴承10的托持力(H)的反作用力(G)。以此方式,驱动器40可有助于改善载体50关于横贯方向(Q)的横向稳定,即特别是在反作用力(G)与磁性轴承10的托持力(H)成直角或倾斜地作用时。

在根据图7的平面图中可以看出,线性电动机38的滑块41的永磁体42a、42b相对于输送方向(T)不是精确地垂直(即在x方向上)对准,而是与x方向或横贯方向(Q)成一定倾斜角。另一方面,可对应于由永磁体42a、42b形成的矩形虚拟外轮廓60对准滑块43(即滑块的铁芯44)。关于横贯方向(Q)略微倾斜的永磁体42a、42b的定向确保当存在滑块41相对于定子43的平移运动时,产生尽可能相同且恒定的反作用力(G)。在控制技术方面,证明这在载体50在输送方向(T)上的移动期间有利于位于相对驱动器40上的磁性轴承或轴承10、100。

此外,并且独立于驱动器40的滑块41和定子43的具体实施例,如图5所示,驱动器40还可在基座和载体50上具有位置传感器48和对应的编码49。编码49在输送方向(T)上延伸。优选地在载体50上与对应的位置传感器48正相对地布置编码,所述位置传感器通常紧邻驱动器40的定子43。可使用编码49和位置传感器48确定载体50在输送方向(T)上的给定实际位置。

可由例如在垂直方向上向下作用于载体50的反作用力(G)来补偿侧向作用于载体的任何干扰或扰动力。作为提供由驱动器40产生的反作用力(G)的结果,在水平方向和横贯方向(Q)上发生的任何扰动影响对载体50在横贯方向(Q)上的非期望移动具有小得多的影响。

这还具有以下优点:可减少用于无接触地支撑在基座30上的载体50的侧向或横向稳定的支出。这使得装置1的设计更加紧凑,并且实施上还可能更具有成本效益。

作为对图2的补充,图3中提供布置在载体50的左侧边缘和右侧边缘处的两个磁性轴承100。也在基座30上固定地布置这些轴承100。每个磁性轴承与面向磁性轴承的侧向反作用件118协作,后者分别布置在载体50面向磁性轴承100的相对侧上。磁性轴承100的作用模式和结构可与磁性轴承10的作用模式和结构基本上相同或相似。类似于经由布置在载体50上方的磁性轴承10垂直承载载体50,可经由布置在载体50的相对侧上的磁性轴承100实行载体50在横贯方向(Q)上的侧向引导或横向稳定。虽然在图9中未明确示出为侧向稳定而提供的一排水平磁性轴承100,但这些水平磁性轴承或多或少以与所表示的垂直磁性轴承100相同的方式延伸。

在两个相对侧上,在本示例中是在用于载体50的侧向引导的载体50的左侧55和右侧57两者上,提供在输送方向(T)上彼此间隔开的多个水平磁性轴承100。在此示出具有电磁体12的本示例的实施例中,电磁体12可以仅对载体50或反作用件118施加吸引力,因此载体50在横贯方向(Q)上的引导因此需要布置在载体50的两侧上的水平磁性轴承100。

在根据图4的另一实施例中,仅在载体50的右侧57上提供水平磁性轴承100,而在相对左侧55上布置驱动器40。在实施例的这个实例中,也在载体50上方提供在横贯方向(Q)上彼此间隔开的两个垂直磁性轴承10。待托持在载体上的物体52位于载体50的下侧53处。在装置1的实施例的这个实例中,驱动器40产生作用于水平方向上的反作用力(G),这个反作用力抵消位于相对方向的水平磁性轴承100的侧向托持力(Hh)。

因此,可由驱动器40完全替代图3中布置在载体50的左侧55上的水平磁性轴承100的作用模式。最终通过图4所示的布置和通过驱动器40的双重功能获得对一个水平磁性轴承100的节省。通过沿载体50侧向布置的驱动器40来替代水平磁性轴承100带来相当大的节省潜力。

在这方面,应进一步注意,图2、图3、图4和图5可仅通过示例的方式再现通过图9中的以图形方式示出的装置截面图,并且在输送方向(T)上(即垂直于图2、图3、图4的纸平面)以规则或循环等距的方式布置截面图中所示的所有磁性轴承10、100和驱动部件滑块41和定子43。

不一定必须提供如图9和图12所示的两排单独的磁性轴承10在横贯方向(Q)上平行且彼此间隔开延伸的布置。对于垂直磁性轴承,如果在横贯方向(Q)上仅提供单个垂直磁性轴承10,并且如果在输送方向(T)上成排布置多个这样的磁性轴承10,如例如图2和图3中用图形所示,则原则上是足够的。在这样的实施例中,几乎仅逐点地在基座30上以悬浮方式支撑载体50。可通过由线性驱动器38产生的反作用力(G)来补偿或至少衰减(damp)载体50在横贯方向(Q)上的任何振荡或摆动。

图5和图8示出水平磁性轴承100的另一实施例。后者以与线性驱动器38相同的方式包含具有多个铁芯柱144.1、144.2和144.3的铁芯和铁氧体磁芯114。围绕中心铁芯柱144.2缠绕线圈116。在这种程度上,铁芯114和线圈116形成电磁体112,电磁体如同线性电动机38的定子43一样与反作用件118协作。反作用件118以与滑块41相同的方式包含多个(在本例中至少两个或至少三个)交替极化的永磁体118a、118b、118a,在图5和图8所示的实施例中在载体50上于横贯方向(Q)上彼此间隔开布置这些永磁体。

如先前关于线性电动机38所描述,可通过向线圈116施加电流来施加从基座30向载体50的横贯方向(Q)上的力。图8所示的水平磁性轴承100在这方面与垂直磁性轴承10不同,不仅关于布置和作用模式方面,而且关于结构方面。

图5和图8所示的水平磁性轴承100的实施例的变型是有利的,因为也可在载体50的侧向区域外部(及因此例如在载体50上方)布置作用于水平方向或横贯方向(Q)上的磁性轴承100。例如,可在基座上于横贯方向(Q)上彼此间隔开的两个垂直磁性轴承之间布置水平磁性轴承100。水平磁性轴承100也可具有位置传感器120,位置传感器可与载体50上相对布置的参照部分119协作以确定横贯方向(Q)上的位置。可光学地、电容地或也可磁性地实施位置传感器120以及距离传感器20在垂直方向上的测量。

图8所示的水平磁性轴承100的实施例可毫无疑问地产生载体50在横贯方向(Q)上仅相对较短的行进或相对较小的移动。由于驱动器40所产生的反作用力(G),通过水平磁性轴承100使载体50在横贯方向(Q)上的这种小位移可能已经足够,在根据图5的实施例的实例中这种反作用力与两个垂直磁性轴承10的垂直托持力(Hv)相抵。

根据图5的实施例是有利的,因为不需要在载体50的侧面处为载体50关于横贯方向(Q)的横向稳定和侧向引导提供结构措施(structural measures)。可以这么说,载体50的左右两侧没有阻挡层,因此,作为此处提出的承载的结果,现在原则上提供原则上对于载体在输送方向(T)以及横贯方向(Q)上都可移动的可能性。

最后,基座可因此提供多个不同的定向输送路径31、131,沿这些输送路径布置为载体50的相应移动而提供的磁性轴承10、100。例如,如图13和图14所示,可设想最多样化的输送路径31和131,其中输送路径31在输送方向(T)上延伸和输送路径131在横贯方向(Q)上延伸。通常在水平平面中将输送路径31、131定向为彼此成直角。在这方面,图13和图14示出从上方的俯视图。

单独的输送路径31、131不一定必须包含在输送方向(T)或横贯方向(Q)上间隔开的两排平行的磁性轴承10,例如,如图9所示的。原则上也可由单独的轴承轨形成输送路径31,其中在输送方向(T)或横贯方向(Q)上仅具有彼此间隔开的单排分离的磁性轴承10,如例如图2或图3所标示的。具体来说,单排垂直轴承适用于载体50在基座30上的悬浮布置和承载。

图13示出左输送路径31a,左输送路径在输送方向(T)上延伸,并且在交叉区域32a中邻接与其成直角延伸的另一输送路径131。另一交叉区域32b位于输送路径131的一端,背离交叉区域32a,其中输送路径131再次转换成在输送方向(T)上延伸的另一输送路径31b。

在根据图14的实施例中,在输送方向(T)上彼此间隔开的两个输送路径131a、131b将在横贯方向(Q)上彼此间隔开的两个平行输送路径31a、31b彼此连接。产生总共四个交叉区域32a、32b、32c、32d。因此,在每种情况下,可沿输送路径31a、31b、131a、131b中的一个在交叉区域32a、32b、32c、32d之间几乎任意地移动载体50。

在图12中,稍微放大但用图形简化地表示交叉区域32中的一个。因此,在基座30上沿着在输送方向(T)上延伸的输送路径31布置在输送方向(T)上彼此间隔开的驱动器40的多个定子43,每个定子与在载体50的下侧53处相应提供的载体50的滑块41协作。在布置在基座侧上的单独的定子43之间提供中间空间3。彼此成直角定向的两个输送路径31、131在交叉区域32中相交,其中第二输送路径131在横贯方向(Q)上延伸。

在具有另一驱动器140的定子143的载体侧也提供输送路径131。在另一驱动器140的定子143之间也提供中间空间103,在横贯方向(Q)上偏移并间隔地布置这些定子。以如下的方式在交叉区域32中布置两个驱动器40、140的单独定子43、143:第一输送路径31的所有定子43的虚拟连接线在驱动器140的于横贯方向(Q)上彼此跟随的两个定子143之间的中间空间103中延伸。

相反,也设置成使得驱动器140的所有定子143的虚拟连接线延伸穿过驱动器40的在输送方向(T)上相邻的定子43之间的中间空间3。

在交叉区域32的中心中,两个输送路径31、131的中间空间3、103可能至少在多个区段重叠。

对应于两个驱动器40、140的定子43、143的定向和布置,在载体50的下侧处提供相应滑块41、141,每个滑块包含先前描述的以交替方式布置的永磁体42a、42b和142a、142b。滑块41的永磁体42a、42b的定向相对于驱动器140的滑块141的永磁体142a、142b的定向旋转90°。此外,滑块41、141布置成彼此相邻,并且在载体50的下侧53处不重叠。

应在载体50的下侧53处彼此间隔开布置驱动器40的至少两个滑块41。在载体50上于横贯方向(Q)上以最小距离DQ彼此间隔地布置驱动器140的两个滑块141。这同样适用于彼此平行放置的另一驱动器40的滑块41。在载体50上将后者布置成于输送方向(T)上以最小距离DT彼此间隔。

以此方式,可获得图12中用图形指示的交叉区域32中的构造,其中驱动器40的滑块和定子41、43以及另一驱动器140的定子和滑块141、143在几何上彼此重叠。为了使载体50例如从横贯方向(Q)左边到达交叉区域32中,需要启用沿第二输送路径131延伸的驱动器140的定子143。在到达交叉区域32中的位置后,可停止驱动器140。然后可停用驱动器140的定子143,并且可启用另一驱动器40的定子43。因此,可沿第一输送路径31移动从交叉区域32出发的载体50。

不言而喻,对应于图9,输送路径31、131还各自具有一排垂直磁性轴承10,在基座上沿各自输送路径31、131以规则间距布置这些垂直磁性轴承,并且对应于载体50相对于基座的移动根据需要启用垂直磁性轴承。

最后,图11还通过示例方式示出在载体50的上侧51处布置两个不同水平磁性轴承100、200的单独反作用件118、218。在载体50上于输送方向(T)上彼此间隔开的反作用件118各自包含两个或更多个永磁体118a、118b,这些永磁体在横贯方向(Q)上彼此间隔开,并且由此的纵向对准基本上与输送方向(T)平行延伸。在载体50上于输送方向(T)的前方和后方处布置的两个反作用件118各自与水平磁性轴承100协作,在基座30上于输送方向(T)上以规则间距布置这些水平磁性轴承,并且水平磁性轴承可提供在横贯方向(Q)上施加于载体50的水平托持力(Hh)。

另一方面,在载体50上于横贯方向(Q)的前方和后方处布置的另外两个反作用件218与水平磁性轴承200协作,在基座30上于横贯方向(Q)上沿输送路径131以规则间距间隔地布置这些水平磁性轴承,并且水平磁性轴承可提供在输送方向(T)上作用于载体的托持力(Hh)。因此,在载体50上将永磁体118a、118b布置成也相对于反作用件218的永磁体218a、218b旋转90°。在本示例中布置在载体的上侧51处的反作用件118、218可以以与下侧处提供的滑块41、141相同的方式与相应水平磁性轴承100、200在两个输送路径31、131的交叉区域中几何重叠。

只要为载体50提供方向上的变化,就必须例如停用分配给输送路径31的水平磁性轴承100,同时必须启用分配给其他输送路径131的水平磁性轴承200。

当然,也将为垂直磁性轴承10提供相同情形。如果一个输送路径31的垂直磁性轴承10被构造成大部分与另一输送路径131的那些垂直磁性轴承一致,则在交叉区域32中本身不提供两个输送路径31、131的垂直磁性轴承10的双倍数量的情况下可能足够双重使用。在交叉区域52中的载体的移动方向变化的过程中,只要在载体50一离开交叉区域32并到达仅属于输送路径31、131中的一个输送路径的磁性轴承10的作用区域就总是根据需要启用第一输送路径31和/或第二输送路径131的垂直磁性轴承10,这样就可能是足够的。

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