专利名称：组合的支承和驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的用于自动运行门的组合支承和驱动系统。组合支承和驱动系统由一永久磁铁励磁的磁力支承系统和一直线电机组成，前者具有至少一列位置固定的磁铁和至少一列位置可变的磁铁，其中成对的面对面的位置固定和位置可变磁铁条极性相同，直线电机与磁性支承系统相连接，其中直线电机和支承系统安装在一个共同的壳体内。
由DE 40 16 948 A1已知一种这一类型的支承和驱动系统，其中相互共同作用的磁铁在正常的载荷时作用成借助于一直线电机可运动地保持在一滑轨内的门扉的非接触悬浮导轨。这里缺点是永久磁铁的V形结构，因为通过这种结构不能实现对于直线电机电枢的稳固的侧向导轨。
此外已知，直线移动装置典型的是借助于机械支承导向，并用绳索、皮带、齿形带等等与旋转电机形式的驱动装置相连接。电机可以受控制地或自动调节地运行。支承和驱动的分离决定了高的结构成本，其次由于支承部位的机械接触导致磨损现象。
因此本发明的目的是开发一种按权利要求1前序部分的支承和驱动系统，使得在功能提高和使用材料和成本减小的情况下形成一种节省空间的系统。
这个目的用在权利要求1中规定的特征来实现。权利要求1的内容的优选结构在从属权利要求中给出。
本发明按权利要求1的支承和驱动系统具有这样的优点，由于支承系统磁铁回路布局的优化一方面可以在功能方面改善支承的导向，另一方面以小的磁铁体积达到要求的支承力，因此磁铁费用较低。
通过永磁支承系统和直线电机的结合形成的支承和驱动的功能集成使得一个紧凑和共同的结构可以安装在一合适的壳体内。采用直线型永久磁铁励磁的悬浮系统作为支承系统，它建立在同性磁极结构的排斥力作用的基础上。因此悬挂的装置，例如单扇或多扇滑门装置的门可以灵活和完全没有声响地运动。由于非接触的支承不出现磨损，并且可以不用润滑剂。因为在支承面上不产生磨损，并且支承和驱动系统完全安装在一个壳体内，由外界影响造成的工艺过程的功能故障减小到最小的限度。由于造成了一个结构单元不需要单独的支承。得到一个紧凑的、机械方面牢固的和价格低廉的驱动装置。
壳体适宜于由轻型材料，例如铝型材构成。这里特别是在大的重量负荷时由于其相对于其它类型的型材固有的稳定性好，因此优选采用U形型材。
直线电机的布局取决于所采用的壳体类型和具体的安装条件。直线电机可以例如垂直地安装在悬浮系统的下面或上面，或侧向错开地安装在它旁边，其中直线电机相对于悬挂的装置可以朝水平方向或垂直方向定向。出现的横向力通过支承和驱动系统加以补偿。装置可以直接或间接地固定在直线电机的电枢上，或支承系统的悬浮部分上。这里间接固定可以借助于相应的结构，例如方形或臂形结构进行。原则上装置必须在本身的导轨中移动，并且装置一支承系统的连接应该补偿所出现的移动。其中在用在多门扉门装置时门的连接这样地进行，使它们相向移动。这里两个悬浮支承系统的连接是有利的。
永磁支承按力的排斥作用原理工作。这种作用原理可以达到稳定的悬浮状态，而不需要电气调节装置。为了得到悬浮状态不需要辅助能量。这种磁力支承直线导轨由于消除了摩擦其特征是，特别好的灵活性和无噪声的工作方式，并且没有磨损和无需保养。
永久磁铁励磁的支承系统由于其结构的对称性处于不稳定的重量平衡状态下。在固定支座和可动支座上分别有一磁铁条，它们根据结构的不同相互离开或不离开一定距离。无论在那种情况下面对面的磁铁条在磁性方面都是极性相同的，以便达到磁力作用。不管是固定支座还是可动支座都做成平的，因此固定在它上面的磁铁条各自分布在一个平面内，并借助于一侧向导向元件得到稳定的导向。如果磁力系统正好位于磁铁条的中心，那么侧向力等于零。这个位置用导向元件来实现。在误差很小时得到很大的横向力，随着移动的加大横向力超比例增大。对于刚度足够大的导轨悬浮系统用一个框架安装在支座型材内。
通过应用高能磁铁、例如由钕铁硼(NdFeB)组成，由于其较高的剩余磁感应可产生比使用硬磁性铁氧体磁体高得多的力密度。因此在规定的支承力时用高能磁体系统在几何尺寸上可以做得更小，从而节省位置。高能磁铁高的材料费用至少通过比较小的磁铁体积得到补偿。
根据原理支承力随气隙、也就是支承系统的固定部分和运动部分之间的间距的不同而变化。气隙越小、在磁铁系统内产生的支承力越大。偏移量和力之间的关系通常是非线性的。
永久磁铁悬浮系统可以做成单列或多列的。磁路结构可以通过磁化方向的改变、磁铁条的间距优化，磁通的引导可以通过钢填隙片加以改善。
根据磁铁结构的不同相邻磁铁条的间距对支承力起着决定性的影响。在不管是固定的还是运动的部分内的相邻磁铁条磁化方向相同时这个间距应该尽可能大。当固定的和运动的部分的磁铁条是同极性的，但是相邻的磁铁条是不同极性的这种结构时在最小的磁铁间距时产生最大的支承力。
如果永久磁铁被钢件包围，使得磁通量集中在气隙区域内，那么支承力可以进一步增加。这里在磁铁条侧面以在磁铁背向气隙的底面上的钢件用作磁导轭铁(Rueckschluss)。支承力的提高通过在磁铁侧面和底面上的钢件的厚度的优化达到。从节省空间的观点来看磁铁表面齐平地埋入钢件内特别有利。
直线电机的电枢与支承系统的悬浮部分连接，其中磁性间距集中在高能磁铁的贮力区内。由于高能磁铁作用力大支座的长度可以减到最小，因此只需要少量的磁铁。
作为驱动装置采用同步或异步结构的单相或多相交流直线电机。它可以单端或双端工作。直线电机的控制或调节用一个电子控制装置进行。借助于传感器检测移动路程，传感器表示出门的终点位置并可同时用于连锁功能。移动路程也可以用磁增量式测量系统测量。
这里优选采用双端作用两相同步直线电机，它不产生横向力，因此悬浮导轨在垂直于运动方向的方向不承受载荷。支承系统和在中心移动的电枢的直接连接在重量分布方面创造了一种最佳的布局。用于电枢导向的支承设置在两个零件之间，因为不必补偿导轨内的导向误差。
在本发明的一种优良结构中采用带有无铁芯电枢的同步直线电机。电磁激励的部分只具有由推力决定的长度，而支承永久磁铁的部分／零件具有移动路程加上电磁零件的长度。运动由短定子执行，它由安装在支座上的两相绕组组成。运动质量小特别有利，因为只采用两相绕组。因此供电的整流器也只有两相，从而做得价格低廉。
采用这种类型的电机使得驱动系统可以具有装配工艺方面优良的结构。驱动装置水平地安装在磁力支承系统的旁边。从而使驱动装置可以相对于支承系统独立地安装和拆卸。这不仅是在运行时有意义，而且在关系到更换电机的修理时具有决定性的意义，因为只需要拆电机。因为支承系统的气隙做得可以通过永久磁铁结构的设计参数加以改变，即使门倾斜时也可以保证支承系统非接触地运行。因此门在底面上的导轨的决定性的间隙可以和应用场合相适应。
除了用于带支承的门和入口的驱动以外该组合式的支承和驱动系统也可以用于输入装置、操作装置和运输系统中。
现在借助于实施例对本发明作较详细的说明。其中表示
图1具有安装在上方的直线电机的组合的支承和驱动系统，图2具有安装在下方的直线电机的组合的支承和驱动系统，图3具有安装在下方的直线电机的组合支承和驱动系统的另一个图6具有同方向磁化的相邻磁铁条的磁路结构，图7具有异向磁化的相邻磁铁条的磁路结构。
在下面的叙述中相同或功能相同的构件配以相同的附图标记。
在图1至4中画出了支承和驱动系统1的草图。其中直线电机2和支承系统7相互作用相连，并一起安装在一壳体4内。直线电机2的位置可变的电枢5借助于连接装置6与支承系统7的悬浮部分相连。根据结构形式的不同不是在直线电机2上就是在支承系统7上固定一安装在支承和驱动系统1上的装置8。该装置8可以例如建立与未画出的自动门设施的门或入口的连接。除了用于带支承的门或入口的驱动以外该组合支承和驱动系统1也可以用于输入装置、操作装置或运输系统中。
支承系统7由一固定安装在壳体4上的支座9组成，该支座上装有一铁磁材料制成的板材形磁导轭铁件10。该磁导轭铁件10支承两块带有永久磁铁的磁铁条11和12。在可动支座13上固定一磁导轭铁件14，它上面同样安装两块带有永久磁铁的磁铁条15和16。需要支承和驱动的装置8固定在可动支座13上。固定磁铁条11，12和安装在面对的可动支座13上的磁铁条15，16极性做成这样，使得它们之间产生一个排斥作用力。可动支座13的侧导向由导向元件17连同侧导向板18承担，在图1和2中侧导向板由壳体4构成。
直线电机2具有一固定安装在壳体4上的磁路20和固定在它上面的永久磁铁励磁装置19。它们之间有一个带有绕组3的位置可变的垂直设置的电枢5。此电枢5通过连接装置6与可动支座13机械连接。
按图1和图2的支承和驱动系统1的两种实施方案的结构其区别在于主要元件的布局不同。图1中支承系统7设置在直线电机2的下方，其中装置8位于支承系统7和直线电机2之间，并将它们相互连接。按图2直线电机设置在下方，并通过连接装置6与对面的支承系统7连接。装置8在支承系统7的上方安装在向上开口的壳体4的上面。
其次装置8可以按图3和4固定在支承和驱动系统1上。这里所采用的壳体4的形状和安装状态有重要意义。存在这样的可能性，将装置8安装在直线电机2的电枢5上，或者借助于结构22将装置8固定在悬浮的支座13上。在这两种情况下例如固定在装置8上的门必须在其本身的导轨中移动，其中连接装置应该补偿门-悬浮系统出现的移动。
按图3由铝型材组成的壳体4做得向下张开。特别是U形型材由于其固有的稳定性适合于这种类型的应用场合。装置8装在直线电机2的电枢5上。连接装置6上的单独的导向元件21增加了电枢5和悬挂在它上面的装置8的中心支承的稳定性。为了灵活轻便性导向元件17和21最好做成滚珠支承。与另一半门的连接用未详细画出的机械连接装置，例如绳索或皮带进行，使得另一半门反方向移动。两个悬浮的支座13固定地连接是合适的。
按图4由铝型材组成的壳体4做得向上张开，其中离空间的闭合有一定距离。装置8通过一特别的结构22与可动支座13连接。悬挂的半扇门的连接可以用齿形带实现，齿形带与悬浮支座13固定相连。
作为驱动装置适合于采用扁平的直线电机2，它通过其紧凑的结构形式装在壳体4内支承系统7的下方。为重量最佳地分布直线电机2固定在支承系统7的下方正中间。直线电机2通过电子控制装置进行控制。电源电压适宜于低于60伏，额定电流约为3安培。移动路程借助于一传感器测量，它标明门终点位置并可以同时用于连锁功能。移动路程可以借助于磁增量式或模拟测量系统测量。
直线电机2可以相对于支承系统7不同地布置。所述实施形式涉及垂直布局。按图5示意表示了在一种优良的结构方案中的在支承系统7旁边的侧向错开的布局。该同步直线电机2具有一无铁的电枢5。电磁激励部分仅仅具有由推力确定的长度，而支承永久磁铁的部分／零件具有移动路程加上电磁部分的长度。一个短定子实现运动，短定子由安装在支座上的两相绕组组成。如果运动质量小，则特别有利，因为只用了两相绕组。因此供电的整流器也是两相的，从而做得价格低廉。
采用这种类型的电机使得支承和驱动系统1在装配工艺方法具有优良的结构。直线电机2水平地安装在磁性支承系统7的旁边。因此使直线电机2可以相对于支承系统7独立地安装和拆卸。这不仅在运行时，而且尤其是在关系到更换电机的修理时具有决定性的意义，因为只需要拆卸直线电机2。因为支承系统7的气隙可以通过永久磁铁结构的设计参数做得可以改变，即使在门倾斜时也可以保证支承系统7非接触地运行。因此门在底面上的导轨之上的决定性的间隙可以与应用场合相适应。
永久磁铁支承系统7按排斥作用力原理工作。这种作用原理使得可以保持稳定的悬浮状态而不需要电气调节装置。为了得到悬浮状态不需要辅助能量。通过运用高能磁铁，例如钕铁硼(NdFeB)由于其高的剩余感应可以比用硬铁磁铁产生高得多的力密度。因此在规定的支承力时磁性系统用高能磁铁可以做得几何尺寸小，从而节省位置。
在固定支座9以及在可动支座13上分别装有磁铁条11，12和15，16，根据结构的不同它们相互离开一定距离或者不离开。在任何情况下面对面的磁铁条11，15和12，16磁极都是同性的，以达到磁力作用。不管是固定支座9还是可动支座13都做成平面的，因此固定在它们上面的磁铁条11，12，15，16分别定向于一个平面之内，并借助于侧面的导向元件17得到稳定的导向。
通过磁化方向的改变，磁铁条的间距A和用钢垫片10，14对磁通量的引导使磁路最佳化。根据原理支承力随气隙L，也就是固定的和可动的支座9和13之间的间距不同而改变。气隙L越小，在支承系统7内产生的支承力越大。偏移量和力之间的关系一般是非线性的。
根据磁铁结构的不同相邻磁铁条11，12和15，16的距离A对支承力起着决定性的影响。在图6中不管是固定支座9还是可动支座13的相邻磁铁条11，15具有相同的磁化方向。其次在两个支座9和13中同性磁极朝向气隙L。这里相邻磁铁条11和15之间的距离A应该尽可能大。
图7中为了必要的排斥作用力固定的和可动的支座9和13上的同性磁铁条11，15和12，16面对面设置，但是在磁铁条11和15中南极面向气隙L，在另一组磁铁条12和16中北极面向气隙L，在这种布局时磁铁距离A小时产生大的支承力。
如果磁铁条11，12，15，16被钢垫片10，14包围，使得磁通集中在气隙L的区域内，那末支承力还可以进一步提高。这里钢件10，14做成在侧面S以及背向气隙L的磁铁条11，12，15，16的磁铁高度H上的磁导轭铁件。支承力的提高通过磁铁高度H和侧面S的优化达到。为了使用于磁导轭铁的铁质材料保持尽可能地少，磁铁条11，12，15，16表面齐平地埋在钢垫片10，14内。根据支承力的不同磁铁高度H和侧面S的最佳结构分别在约2mm时得到。
附图标记表1支承和驱动系统2直线电机3绕组4壳体5电枢6连接装置7支承系统8装置9支座10磁导轭铁，钢垫片11磁铁条12磁铁条13支座14磁导轭铁，钢垫片15磁铁条16磁铁条17导向元件18导向板19励磁装置20磁路21导向元件22结构件L气隙A磁铁距离S侧面高度H磁铁高度
权利要求
1．由永久磁铁励磁的磁力支承系统(7)组成的组合支承和驱动系统(1)，支承系统具有至少一个固定的和至少一个位置可变的磁铁条(11，12、15，16)，其中成对地面对面的位置固定和位置可变的磁铁条(11，15和12，16)是磁极同性的，支承和驱动系统(1)还由一直线电机(2)组成，它与磁力支承系统(7)连接，其中直线电机(2)和支承系统(7)安装在一共同的壳体(4)内，其特征在于支承系统(7)做成对称的，所有位置固定的磁铁条和所有位置可变的磁铁条分别安装在一个平面内，支承系统(7)处于不稳定的重量平衡之中，并具有对称设置的侧向导向元件(17)。
2．按权利要求1的组合支承和驱动系统，其特征在于导向元件(17)滚动式支承。
3．按权利要求1或2的组合支承和驱动系统，其特征在于直线电机(2)做成同步或异步的。
4．按权利要求1至3之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于直线电机(2)做成单相或多相的。
5．按权利要求1至4之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于直线电机(2)是单端或双端作用的。
6．按权利要求1至5之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于采用两相、双端作用同步直线电机(2)。
7．按权利要求1至6之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于一个平面内的相邻磁铁条(11，12、15，16)离开一定距离或不离开距离地并排设置。
8．按权利要求1至7之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于一个平面内的相邻磁铁条(11，12、15，16)的磁极是同极性或不同极性的。
9．按权利要求1至8之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于磁铁条(11，12、15，16)被钢垫片(10，14)包围。
10．按权利要求9的组合支承和驱动系统，其特征在于磁铁条(11，12、15，16)表面齐平地埋入钢垫片(10，14)内。
11．按权利要求1至10之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于支承系统(7)相对于直线电机(2)安装在上方、下方或侧向错开地设置。
12．按权利要求1至11之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于安装在支承和驱动系统(1)上的装置(8)直接或间接地固定在支承系统(7)或直线电机(2)上。
13．按权利要求12的组合支承和驱动系统，其特征在于直线电机(2)相对于装置(8)水平或垂直地设置。
14．按权利要求1至13之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于壳体(4)由铸造的、螺纹连接的、粘接的或适当的其他方法连接的型材组成。
15．按权利要求1至14之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于壳体(4)做成U形。
16．按权利要求1至15之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于壳体(4)由铝组成。
17．按权利要求1至16之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于支承和驱动系统(1)由一低压电子装置供电。
18．按权利要求1至17之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于设有位置测量装置。
19．按权利要求1至18之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于存在连锁装置。
20．按权利要求1至19之任一项的组合支承和驱动系统，其特征在于在磁铁条(11，12、15，16)中采用高能磁铁。
全文摘要
涉及一种由一永久磁铁励磁的磁力支承系统和一直线电机组成的组合支承和驱动系统,支承系统具有至少一个位置固定的和至少一个位置可变的磁铁条,其中成对地面对面的位置固定和位置可变的磁铁条的磁极是同性的,直线电机与磁力支承系统连接,其中直线电机和支承系统安装在一共同的壳体内,这样地加以改进,使得在提高功能和减少材料应用和成本的情况下形成节省空间的系统,支承系统做成对称的,所有位置固定的磁铁条和所有位置可变的磁铁条分别设置在一个平面内,其中支承系统处于一个不稳定的重量平衡之中,并具有对称设置的侧向导向元件。
文档编号B60L13/10GK1294652SQ00800222
公开日2001年5月9日 申请日期2000年2月25日 优先权日1999年2月26日
发明者彼得·克劳斯·布迪格, 拉尔夫·沃纳, 乌韦·许费恩豪尔 申请人:道尔玛有限公司和两合公司