改进的由短块线性同步电机和换向机构驱动的运输系统的制作方法
【专利说明】改进的由短块线性同步电机和换向机构驱动的运输系统
[0001]本申请是名为“改进的由短块线性同步电机和换向机构驱动的运输系统”、申请日为2010年I月22日、申请号为201080013188.3的中国发明专利申请的分案申请。
[0002]交叉引用和相关应用
[0003]本申请是2009年I月23日提交的申请号为12/359,022的美国专利申请“由短块线性同步电机驱动的运输系统”的部分继续申请并要求其权益，同时也要求于2009年6月5日申请的申请号为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。这些申请的内容被引用结合到本文。
技术领域
[0004]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/或者翻转的操作等的其它应用。
【背景技术】
[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，在比较小而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被引用到这里作参考)中有所说明，但在很多情况下，尤其是当移动靠得很近的小间隔物体时，LSM可能更昂贵，而且生产率比一些竞争的推进系统要低。
【发明内容】
[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]本发明还有一个目标是，提供用于生产线、实验室、和其它要求复杂的轨道、急转弯、交汇和岔道换向以及/或者翻转的操作等方面的这类系统、装置和方法。以上是本发明要达到的一些目标，本发明以几种方案提供以线性同步电机(LSM)为基础的运输系统，此系统包括多个无芯推进线圈，这些线圈沿一个区域排列，在此区域内布置在轨道上的一个或多个运载工具要被推进；以及电子功率和控制电路，该电子功率和控制电路独立地激励这些推进线圈以沿轨道推进这些运载工具。按照发明的这些方案，每个运载工具包含磁通源，例如一个或多个哈尔巴赫(Halbach)阵列或别的磁体阵列。
[0013]按照上述方案的各种系统具有其优点，尤其是在于在轨道上的运载工具可以按被控制的方式彼此独立运动(或者被推动)一例如没有相撞或失控的危险一尽管它们与轨道上的其它运载工具很接近。
[0014]本发明的相关方案提供如上所述的一些运输系统，其中运载工具是沿轨道作滑行运动。在这些方案中，运载工具与轨道具有很低的摩擦系数，比方说，摩擦系数小于0.2。
[0015]按照本发明的相关形式，此轨道可包含引导结构一例如导轨一它有利于保持运载工具在轨道上(或换句话说，防止运载工具脱离轨道。)
[0016]在本发明各相关方案中，上述类型运输系统的轨道是由多个连接(比方说，互锁的)模块组合而成。推进线圈可以安装在这些模块上，尤其是，按照本发明的某些方案，安装在组成该模块的印刷电路板上。线圈被安置在模块内，以便很接近从其上通过的运载工具的磁体阵列(或其它磁通源)。
[0017]在还有一些相关方案中，本发明提供如上所述的运输系统，其中这些模块包含一些功率控制器，它们构成电子功率和控制电路部分，并选择性地与例如相应模块的一个或多个推进线圈电连接。也可以提供微处理器和/或开关，以在功率控制电路和推进线圈之间建立电连接。
[0018]本发明另一种方案提供上述运输系统，其中轨道包含交汇和/或岔道区域，每一个区域可包含机械和/或磁作动换向部件，用来改变通过的运载工具的路径。这些组成轨道的交汇和岔道区域、以及直线区域可包括一个或多个上述连接模块。
[0019]本发明还有一些相关方案提供上述运输系统，其中至少一个岔道区域包含多个无芯推进线圈，它们沿这样的区域间隔开，即在该区域中所通过的运载工具的路径是变化一就是说，沿拐角，曲线和/或分岔间隔开一以将运载工具推过该岔道区域。按照本发明一些相关的方案，交汇区域可类似地装备多个这类线圈。
[0020]本发明另一种方案提供例如上述的运输系统，它包括位于邻近轨道的岔道(或换向)区域的换向部件，而且该换向部件可选择性地相对于轨道运动，以改变作用在运载工具上的、横向于沿轨道运动的运载工具运动方向的磁力。
[0021]按照本发明一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向部件具有(i)第一配置，它与运载工具从岔道或换向区域的入口路径至该区域的第一出口路径的运动有关，以及(ii)第二配置，它与运载工具从入口路径至该区域第二出口路径的运动有关。
[0022]按照本发明另一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向部件包含铁磁材料，它例如可在致动器的控制下，通过枢转、平移、和弯曲中的至少一种手段而运动。
[0023]按照本发明另一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向区域可包含另一个可移动的换向部件，它邻近于换向或岔道区域布置，例如和上述换向部件相对，而且可选择性地与之协同运动，以改变作用在运载工具上的、横向于沿轨道运动的运载工具运动方向的磁力。
[0024]按照本发明另一些相关的方案，例如上述的运输系统的换向区域可包含另一个换向部件，它是固定而不可动的。此固定部件对通过的运载工具施以磁吸力，它足以使该运载工具偏向出口中的一个，例如，当该换向部件所处的位置不能使运载工具通向另一个出口时。
[0025]本发明另一些方案提供轨道、轨道模块、和在上面使用的运载工具，其结构和/或操作如上所述。本发明还有一些方案提供运输系统、轨道、轨道模块、和在上面使用的相应运载工具的操作方法。
【附图说明】
[0026]以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中:
[0027]图1是本发明的系统，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。
[0028]图2表示按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
-K-T。
[0029]图3表不在按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。
[0030]图4与图3相似，但磁体是Halbach阵列。
[0031]图5与图3相似，但使用单个磁体来推进。
[0032]图6表示按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。
[0033]图7表示按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。
[0034]图8表示按照本发明一个实施例的系统中运载工具通过90度水平急弯。
[0035]图9表示按照本发明一个实施例的系统中运载工具通过180度垂向急弯。
[0036]图10表示按照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00决定。
[0037]图11表示可用于按照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。
[0038]图12表示一些推进线圈，它们对在按照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。
[0039]图13表示按照本发明一个实施例的系统中的垂向过渡段。
[0040]图14表不按照本发明的系统的一个例子。
[0041]图15-16表示按照本发明一个实施例的系统中的轨道和运载工具。
[0042]图17表示按照本发明一个实施例的系统中轨道直线段的透视图。
[0043]图18表示按照本发明一个实施例的系统中轨道右岔道段的透视图。
[0044]图19A-19D表示按照本发明一个实施例的系统中轨道各段的另一些结构。
[0045]图20A-20B表示按照本发明一个实施例的系统中轨道右岔道段的顶视图。
[0046]图21表示按照本发明一个实施例的系统中轨道右岔道段的剖开透视图。
【具体实施方式】
[0047]引言
[0048]这里描述的是以LSM为基础的运输系统，它可让运载工具在轨道上运动，此轨道可能很复杂而且可能包含水平和垂向急转弯，交汇和岔道换向，以及翻转的操作。应用实例包括:使正在装配线上灌装和加盖中的瓶子运动，使用于