对次级部件在基于直线电机的系统中使用期间进行定位的制作方法

本发明涉及一种对次级部件在基于直线电机的系统和在基于直线电机的系统中使用期间进行定位的方法。

背景技术：

基于直线电机的系统用于工业环境中，从而例如借助于直线电机技术控制和调节可移动地安装在传输系统上的次级部件的行驶。例如，有时被称为转子的次级部件可以例如在制造工厂中的处理站之间或处理站内传送组件或货物。机床或其他机器也可以使用直线电机作为驱动器，并因此具有次级部件。次级部件也可以作为工件载体使用或能与运输工件的工件载体耦联。在此，次级部件例如作为所谓的运输体(carrier)沿着初级部件借助于设置在初级部件中的绕组或线圈高精度地移动。从现有技术中已知所谓的多运输体系统(multi-carrier-system)，缩写为mcs，其中在长定子上设置有多个载体并且它们可以彼此独立地通过线圈的相应驱控来行驶。

为了使运输体以最优的方式相互协调一致，例如为了避免碰撞或实现与系统的其它部件、特别是连续的传送带或机器人臂等部件协调，位置传感器可以安装到运输体上。这是与初级部件相对较高的技术耗费相关联的。必须安装有传感器和相应的电缆连接，并且必须设立传感器评估。还必须专门为设施的位置传感器系统设置运输体。将传感器分派给初级部件需要相对较高的软件耗费，因为运输体由多个初级部件驱动。在mcs应用中，运输体通常在称为区段的多个初级部件之上移动。

为了避免这种耗费，次级部件在直线电机系统中通常纯受控地运行。在此，必须忍受诸如位置精度低或速度精度低的缺点以及较低的可能的动态性进而更低的速度和加速度运行。

技术实现要素：

在这种背景下，本发明的目的是对次级部件在基于直线电机的系统中使用期间实现简化的定位。

本发明涉及一种对次级部件在基于直线电机的系统中使用期间进行定位的方法，

-其中，在基于直线电机的系统中设置有至少一个具有初级部件线圈的初级部件，

-其中，次级部件具有用于形成次级部件磁场的磁性主动部件，并且初级部件线圈能够利用驱动电流被驱控以形成初级部件磁场，从而实现次级部件的推进，

-其中，在次级部件上设置由至少一个次级部件绕组，并且具有测试频率的次级电流在次级部件绕组中的感应产生引起了位于次级部件的附近空间中的初级部件线圈的电感变化，

-其中，为了定位次级部件，以具有测试频率的初级电流对至少一个所述初级部件供应电流(s1)，从而感应产生(s2)次级电流，并且测量所述初级部件线圈的相应的电流响应

-其中，电流响应的所测量的电流的变化表明相应的初级部件线圈的电感变化，以及次级部件相对于相应的初级部件线圈的相对位置。

本发明中的初级部件被理解为是指直线电机的一个主动部件或多个主动部件。它可以是长定子，沿着该定子移动次级部件并且其自身构造成固定的。通过单独对线圈供电，沿初级部件产生磁行波场，即初级部件磁场，这使得次级部件沿着初级部件移动。次级部件具有磁性主动部件，例如永磁体，其通过初级部件的磁行波场而受到推进力。由磁性主动部件形成的次级部件磁场在此与初级部件磁场相互作用，从而产生引起次级部件前进的推进力，例如在沿着水平固定的长定子的水平方向上。

在本发明中，直线驱动器被理解为意指其中使用直线电机来驱动的驱动系统。驱动电流被理解为如下电流，利用该电流对初级部件线圈进行供电以产生磁行波场，并且该电流例如负责沿定子移动载体。它可以是利用单线圈技术的具有相应的初级部件的直线驱动器，或具有依次排列的区段的基于三相电的驱动器。

在所谓的多运输体系统中，长定子的初级部件线圈被提供有驱动电流，使得多个运输体可以沿定子彼此独立地移动。

例如，初级部件包括多个线圈，特别是在三相电供电的情况下为三的整数倍。

在一个次级部件上或在有多个次级部件的情况下的至少一个次级部件上设置有至少一个次级部件绕组。有利地，次级部件绕组设计为单相的。次级部件绕组有利地在附件空间安装在次级部件的永磁体上，例如围绕磁体的磁极。次级部件绕组因此与次级部件一起沿着初级部件移动。其设置用于在感应产生具有测试频率的次级电流。一旦在位于附近空间的线圈中的初级电流在次级部件绕组轴线的方向上引起可变磁场，就会在次级部件绕组中观察到感应产生次级电流的已知现象。

为了定位次级部件而提出，利用选定的测试频率的初级电流对初级部件线圈供电。这会在次级部件绕组中感应产生测试频率的次级电流。次级部件绕组中的次级电流引起位于次级部件的空间附近的初级部件线圈的电感变化。这种电感变化对相关的初级部件线圈的电流响应产生影响。如果在初级部件线圈的电流响应中测量到这种电流变化，则这可以归因于相应的初级部件线圈的电感变化，并且因此可以辨识出次级部件在该初级部件线圈的空间附件。该次级部件绕组也可以被称为定位绕组。

以测试频率供电是在一个限定的方向上进行的，该方向与次级部件绕组的指向协调一致，从而可以感应产生次级电流。

该方法也适用于具有单线圈技术或无区段的基于直线电机的系统。特别地，初级部件具有不同的绕组，这些绕组是为了在系统上进行驱动供电所需要的，并且同时还是为了定位供电所需要的。

在一个变体方案中，每个次级部件设置有多个、特别是两个或四个次级部件绕组。例如，在次级部件具有多个极的情况下，为每个极设置有一个次级部件绕组。多个次级部件绕组可以形成独立的绕组。同样，单个次级部件绕组可以在多个极上延伸并被曲折地连接成一个所谓的波形绕组。

以有利的方式，借助于对初级部件线圈中的电流的监控来辨识，在相应的初级部件线圈中是否可以辨识到电感变化。因此可以推断出存在次级电流，其必定存在于绕组附近的空间中。因此，可以推出具有所属的次级部件绕组的次级部件在附近。由于次级线圈中的次级电流(其本身是通过在初级线圈中加载测试频率的初级电流而感应产生的)的变化产生的初级线圈中的电流的作用效果使得所提出的方法以有利的方式在没有位置传感器的情况下实现了对次级部件的定位。

有利的是，借助所提出的基于测试信号的方法可以实现同步电机的、尤其是永磁同步电机、开关磁阻电动机或所谓的内置式永磁同步电机的无传感器调节。

在本发明中，测试频率被理解为根据所选择的结构或应用场景或根据所选择的组件预定或可预定的频率，其专门用于定位供电。根据次级部件绕组的所选择的条件，调整次级部件绕组或次级部件绕组集成在其中的电路的特性。例如，通过变流器预设形成测试信号频率的可用频率。如果以测试频率供电，那么也实现了感应产生大概具有测试频率的次级电流。

根据一个设计方案，次级部件绕组的绕组轴线至少部分地、尤其是完全地设置在由磁性主动部件预设的d轴中。在一个特别有利的设计方案中，次级部件绕组完全地设置在d轴的方向上或次级部件磁场的主流动方向上。尤其地，次级部件绕组然后布置成，使得绕组分担由次级部件的永磁体产生的通量。次级部件的永磁体形成主流动方向或d方向或d轴，其是由次级部件中的磁性主动部件的空间布置预设的。次级部件绕组被安装成，使得其可以用于使主流方向场强增强或弱化。在特别有利的情况下，次级部件绕组完全地安装在d方向上，并且除了在q方向上的驱动供电之外，定位供电也同样在预定的d方向上实现，从而最小化对推进力的干扰。由于驱动电流和对于推进力所需的磁场，具有在由永磁体预设的d方向上的分量的交变磁场尽可能小地影响推进运动。

由次级部件或载体的永磁体预设的并由次级部件绕组增强的通量轴线的位置被用于确定运输体的位置。

根据一个设计方案，为了定位，以初级电流对至少一个初级部件供电，初级电流引起具有沿次级部件绕组的卷绕轴线的方向的分量、尤其地完全沿次级部件绕组的绕组轴线的方向的交变磁场。至少在一定程度上，供电应当产生在次级部件绕组的卷绕轴线方向上的交变磁场。交变磁场的方向与次级绕组的方向越一致，感应电流越高。

这有利地通过用于d方向的单独的电流调节器对初级部件线圈的驱控来实现。有利的是，由驱动电流形成的初级部件磁场与指向初级部件磁场的次级部件磁场因此受到尽可能小的影响。由此，次级部件的推进运动尽可能少地受到损害。驱动电流和初级电流叠加在初级部件线圈上并一起加载到其上。在特别有利的实例中，在d方向上形成次级部件绕组，并且同样完全在d方向上实现以初级电流供电，即，在初级部件线圈上如下地施加初级电流，使得交流磁场仅在次级部件绕组的卷绕轴线的方向引导。一方面，这使得次级电流对初级部件线圈的电感变化的作用最大化，并且同时使通过初级电流的交变磁场对初级部件磁场的影响最小化。

在一个变体中，利用具有大于1khz、特别是2khz或4khz的测试频率的初级电流对初级部件线圈供电。测试信号频率越高，由测试信号得到的传感器信号可达到的“传感器频率”就越高。传感器频率越高，可达到的调节器动态就越高，但同时实现测试信号方法则耗费越高。该测试频率由变流器预设，特别地由变流器以该测试频率对多个合适的定子线圈进行加载，以便在次级部件绕组中引起所需要的次级电流，这可能引起电感变化。

根据一个设计方案，利用初级电流对至少一个初级部件的初级部件线圈供电，在其附近空间估计初级部件。对初级部件线圈的初级电流供应可以例如如下地实行，即通过估计来对合适的初级部件线圈进行供电。例如，通过粗略的估计可以预测次级部件大致位于多个区段的哪个区域。以具有测试频率的初级电流对所有这些合适的区段供电，以便使剩余区段及其初级线圈与定位不相关。

根据一个设计方案，利用产生交变磁场的具有能量传输频率的初级电流对所选择的初级部件线圈供电，其中，通过交变磁场在位于所选择的初级部件线圈附件空间中的次级部件绕组中感应产生电压，并且该电压被用于向连接到位于附近空间的次级部件绕组的次级部件的一个或多个负载或能量存储器提供能量。

除了借助于以定位频率供电进行定位之外，因此还同时或交替地进行以能量传输频率的供电。例如，定位频率具有与能量传输频率相比相对较高的频率，并且例如被匹配为其中集成有次级部件绕组的谐振电路的谐振频率。

除了定位绕组的功能之外，次级部件绕组还具有功率传输绕组的功能。这两个功能是由不同频率驱动的，从而是不相交的。有利的是，可以通过具有电容部分的负载来实现。相应地为这两种功能设计有次级部件绕组安装到其中的电路。

本发明还涉及一种基于直线电机的系统，具有：

-具有初级部件线圈的至少一个初级部件；

-具有磁性主动部件的至少一个次级部件，以形成次级部件磁场，其中，至少一个初级部件能够利用驱动电流被驱控以形成初级部件磁场，从而能够实现至少一个次级部件沿着至少一个初级部件的推进，

-次级部件，还具有至少一个次级部件线圈，其中，在次级部件绕组中感应产生的具有测试频率的次级电流引起了位于次级部件附近空间中的初级部件线圈的电感变化，

-控制单元，用于利用具有测试频率的电流为至少一个初级部件供电，以感应产生初级电流，

-测量装置，用于测量初级部件线圈的相应的电流响应，其中，电流响应的测量到的电流变化显示出相应的初级部件线圈的电感变化以及次级部件相对于相应的初级部件线圈的相对位置。

尤其地，电流响应的测量是通过驱动相应的初级部件线圈的变流器来实现的。对于具有三相电机的变体方案来说，变流器在施加的电流的两个相位或三个相位中测量电流，并获得从u/v/w坐标系经由alpha/beta坐标系转换到d/q坐标系后的d分量。

根据一个设计方案，次级部件绕组至少部分地、特别是完全地布置在由磁性主动部件预设的d轴中。

根据一个设计方案，次级部件绕组被嵌入在磁性主动部件内。例如，绕组形成在次级部件的永磁体周围。

根据一种改进方案，次级部件绕组在空间上，特别是侧向地偏置于磁性主动部件。因此，次级部分绕组虽然被实施在次级部件内部，但在次级部分的磁性主动部件、特别是次级部件永磁体与定位绕组之间没有机械相关性。在所有三个空间维度上，空间地偏置都是可行的，即在永久磁铁的前面或后面或者旁边或上面或下面。

根据一个设计方案，控制单元被设计为利用初级电流为至少一个初级部件供电，该初级电流引起部分地、尤其是完全地在次级部件绕组的绕组轴线的方向上的交变磁场。

在一个变体中，控制单元设计为用于以具有测试频率值1khz、特别是2khz或4khz的初级电流对初级部件线圈进行供电。控制单元为此特别地与变流器控制单元相互作用或者由变流器控制单元构成。

根据一个设计方案，次级部件绕组被连接成串联谐振电路或谐振电路或者被短路。次级部件绕组可以被短路。或者，次级部件绕组可以集成到谐振电路或串联谐振电路中。然后，将这种布置的谐振频率调谐到测试信号频率，从而在初级部件线圈中电感变化可以达到特别显着的效果。

根据一个设计方案，每个次级部件设置有多个次级部件绕组。

根据一个设计方案，一个或多个次级部件绕组被引导围绕次级部件的一个或多个极。

根据一个设计方案，基于直线电机的系统具有多个连续的区段。尤其是这些区段是通过直线电机技术使运输体能够在区段上行驶的区段，并且同时通过使区段的相应变流器系统相互协调来实现载体在多个区段之间或在多个部段上的传输。

有利的是，借助于本发明的方法和基于直线电机的系统，借助于测试信号方法可以确定载体或次级部件在基于直线电机的系统上的位置。由此，电机能够以场指向的方式运行。在次级部件中感应产生的电流在以d方向上供电以及次级部件线圈指向在d方向的情况下仅仅作用于次级部件的主要磁通放大或衰减。对于驱动和向前运动通常布使用d方向，并且可以根据本发明用于定位。理想情况下，由自感应仅影响d方向上的初级部件线圈的电感或d电感。次级部件可以有利地被调节而不是仅仅被控制。由此，可以得到明显更高的精度和动态性，并且可以在大程度上补偿由于干扰力或加工力或齿槽力的影响。

附图说明

接下来，借助附图根据实施例更详细地解释本发明。

图1示出了具有次级部件的基于直线电机的系统的一部分。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的具有示例性次级部件20的基于直线电机的系统100的一部分的示意图。基于直线电机的系统100具有带有线圈或初级部件线圈11、12、13的初级部件10。例如，基于直线电机的系统100由作为配备有直线电机技术的并形成长定子200的初级部件的多个区段101、102组成。借助于直线电机，初级部件10的初级部件线圈11、12、13被如下供电，即具有磁性主动部件21次级部件20能够沿着长定子200在区段的内部并且在多个区段上受控地移动。在此，通过对单个线圈进行精确的供电可以实现精确的移动。通过对初级部件线圈11、12、13的供电形成了初级部件磁场，该供电引起通过磁性主动部件21围绕次级部件20产生的次级部件磁场试图使其自身对准初级部件磁场，由此沿着长定子200产生了力。作用在次级部件20上的这个力可以精确地设定，从而可以实现灵活的可以为次级部件20单独预定的运动模式，包括加速过程和停止过程。

图1的示意图示例性地示出了在作为初级部件10的部段或区段101上的这种次级部件20。示出了另外的部段或区段102并且可以在实施例中依次以任何期望的数量设置。此外，可以实施有(这里未示出的)多个次级部件，这些次级部件可以分别在区段101上以及不同的区段101、102上移动。图1还示意性地示出，在次级部件20上设置有次级部件绕组22，这些次级部件绕组在所述实施例中围绕磁性主动部件21地布置，例如永磁体。绕组设计为曲折形状，围绕着两个示出的极卷绕，其具有电容器并因此形成谐振电路。

初级部件线圈11、12、13能够利用驱动电流如下地控制，使得次级部件20根据预定的运动模式移动。除了该驱动电流之外，由变流器还输出初级电流以对系统的次级部件进行定位。例如，对一个区段的初级部件线圈供应初级电流。控制单元30发起了利用具有测试频率的初级电流的供电s1。测试频率是一个合适的测试频率，其由所使用的变流器预设，该变流器负责为初级部件线圈供电。在所示的实施例中，次级部件绕组22安装在其谐振频率被设置为测试频率的振荡电路中。利用测试和谐振频率下的初级电流对初级部件线圈进行供电s1，在次级部件绕组中感应产生测试频率的电流。由于这在此是谐振频率，因此感应效应增强。在次级部件的谐振电路中感应产生次级电流s2引起了位于次级部件20的附近空间的初级部件线圈12的电感变化。如果多个线圈位于附近空间内，则多个线圈经历电感变化。

借助于测量装置40，测量初级部件线圈的、例如刚好三个加载有初级定位电流的线圈的电流响应s4，并且因此注意到在初级部件线圈的电感变化。通过位于附近的具有感应产生的次级电流的次级部件绕组产生电感变化s3。即，如果次级部件20处于初级部件线圈上面或在直接空间上邻近的初级部件线圈，那么该次级部件根据相应的初级部件的变化的电流响应被注意到。次级部件绕组在本实施例中指向d轴。同样在d方向上进行以测试频率的供电。因此，次级部件的由次级部件绕组加强的d轴到初级部件的相对位置被测定。在次级部件的振荡电路中感应产生次级电流s2在次级部件20附近空间中的三相初级绕组11、12、13中引起d轴的电感变化。

该实施例示出了次级部件绕组22，该次级部件绕组在极位置处在d轴的方向上取向。还可以想到具有如下的次级部件绕组的变体方案，该次级部件绕组沿着d轴的走向在永磁体之间的区域中倾斜于水平方向或水平地定向。必须根据三相供电的预设的三相角来实现定位供电，以便在绕组的位置处影响永磁体的磁通量。

通过所描述的方法步骤的编号，不应该标记优选的时间顺序。而是，应该由编号说明逻辑关系。这些步骤可以在同一时间或时间交错地进行并持续不同的时间长度。特别地，以作为测试频率的谐振频率供电对于初级电流是均匀的，并且分布在所有定子线圈11、12、13上。在一个变体方案中，仅进行了对相关定子线圈的供电，其中在附近怀疑或估计有次级部件或转子。此外，可以时间上交错地测试多个线圈。同样地，例如持续地或时间上交错地进行对电流响应的测量，以及还例如均等地在所有线圈中或者专门在所选择的初级部件线圈上进行对电流响应的测量。

利用所描述的实施例，次级部件、例如运输体的无传感器定位例如在基于直线电机的系统中实现，其相应地有利地使用运输体，而不需要附加的传感器、电缆和传感器评估装置，这些对于基于传感器的解决方案是必需的。

所提出的解决方案特别有利地用于以下的情况中，其中电感ld和lq存在明显差异，也就是说，当指向d方向的次级部件绕组中产生的感应次级电流对初级部件绕组的电感ld造成明显影响时。

有利的是，现在可以调节例如配备有工件载体的用于制造工厂中的次级部件的额定位置。与受控运行相比，提高了精度和动态性，并且可以在很大程度上补偿干扰力或加工力或齿槽力的影响。

除了传统的位置测量方法之外，还可以使用定位方法作为第二位置测量方法。例如，已经可以设置有不具安全功能的电机传感器，并且通过上述的定位方法在成本较低的具有安全功能的整体系统中实现。由于提出的基于测试信号的定位方法具有安全能力，那么可以提供可认证的具有安全能力的整体系统。