线性电机系统及其动子的制作方法

1.本公开内容总体上涉及线性驱动运输系统，并且更特别地涉及线性驱动运输系统中的动子的磨损指示器。


背景技术：

2.已知一系列线性电机并且其在整个工业中使用，特别是在制造、填充和材料处理应用中。这样的电机通常包括细长的轨道，其中，电机线圈与定子芯(例如，层叠的芯)相关联。根据电机设计，线圈可以具有各种取向。永磁体动子可以放置在轨道上，并且自轨道线圈的选择性激励产生的场与动子的永磁体相互作用，以使动子以期望的方向、速度和加速度沿轨道移动，并且在期望的位置处停止和启动。可以通过与轨道段的线圈相关联的控制和驱动器电路来实现一个或更多个动子的移动的高度灵活且精确的控制。
3.动子的永磁体与轨道的线圈之间的适当间距有助于确保动子的控制和/或最大推力。动子的轴承可以沿轨道的导轨移动，并且可能最终磨损。当轴承由于动子的时间和/或使用而磨损时，永磁体与轨道的线圈可能远离适当的间距，并且可能导致线性电机和动子的低效操作并且/或者可能损坏线性电机或动子。因此，如本文中所讨论的，提供磨损指示器以向用户通知更换动子的轴承可以增加操作效率并且可减少损坏线性电机和动子系统的机会。
4.本部分旨在向读者介绍可能与以下描述和/或要求保护的本技术的各个方面相关的技术的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以有助于更好地理解本公开内容的各个方面。因此，应当理解的是，要从这个角度来理解这些陈述，而不是作为对现有技术的承认。


技术实现要素：

5.下面阐述本文中公开的某些实施方式的概述。应当理解的是，呈现这些方面仅是为了向读者提供这些特定实施方式的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开内容的范围。实际上，本公开内容可以涵盖以下可能未阐述的各个方面。
6.在实施方式中，一种线性电机系统的动子包括：壳体和耦接至壳体的材料，该材料包括一个或更多个突起，一个或更多个突起被构造成朝向线性电机系统的轨道延伸。动子还包括轴承，该轴承被构造成与轨道接合，其中，轴承包括一个或更多个凹部，一个或更多个凹部从轴承的第一表面朝向轴承的与第一表面相对的第二表面延伸，其中，一个或更多个凹部中的每一个被构造成接纳材料的一个或更多个突起中的相应的突起，其中，轴承被构造成当动子沿轨道行进时随时间流逝从第二表面磨损，从而使一个或更多个突起暴露于轨道。
7.在另一实施方式中，一种线性电机系统包括：轨道段和动子，轨道段包括多个线圈，多个线圈能够通电以产生受控磁场，动子被配置成通过受控磁场被移位。动子包括磁体阵列和磨损指示器，磁体阵列被配置成布置在距多个线圈的阈值距离范围内，磨损指示器
包括凸片，其中，磨损指示器的凸片被构造成当磁体阵列落在距多个线圈的阈值距离范围之外时与线性电机系统的轨道段接合。
8.在又一实施方式中，一种方法包括：操作轨道的多个线圈以产生受控磁场；以及利用受控磁场使动子沿轨道移动，其中，动子的轴承被构造成与轨道接合，并且当动子沿轨道行进时随时间流逝而磨损。该方法还包括：响应于动子沿轨道行进了阈值距离而暴露磨损指示器，磨损指示器被构造成与轨道接合，其中，磨损指示器被构造成减慢动子沿轨道的移动。
附图说明
9.当参照附图阅读以下详细描述时，本公开内容的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件，在附图中：
10.图1是根据本文中描述的实施方式的示例性线性电机系统的透视图，示出了直的和弯曲的轨道段以及被定位成用于沿轨道段移动的若干个动子；
11.图2是根据本文中描述的实施方式的图1的线性电机系统的动子中的一个的透视图。
12.图3是根据本文中描述的实施方式的图1和图2的系统的示意图；
13.图4是根据本文中描述的实施方式的包括磨损指示器的图1的动子中的一个的分解图；
14.图5是根据本文中描述的实施方式的在线性电机系统的轨道上的图1的动子中的一个的透视图；以及
15.图6是根据本文中描述实施方式的包括磨损指示器的图1的动子中的一个的截面图。
具体实施方式
16.下面将描述本公开内容的一个或更多个具体实施方式。为了提供这些实施方式的简明描述，在说明书中可能不会描述实际实现方式的所有特征。应当理解的是，在任何这样的实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于实现方式的决策以实现开发者的特定目标，例如，遵守系统相关和商业相关的约束，这些特定目标可以在各个实现方式中各不相同。此外，应当理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言，这样的开发工作仍然是设计、制造和生产的常规任务。
17.当介绍本公开内容的各种实施方式的元件时，冠词“一”、“一个”，“该”和“所述”旨在意指存在一个或更多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意指可能存在除了所列出的元件之外的附加元件。
18.现在参照附图，并且首先参照图1，示出了用于使物品或产品围绕轨道12移动的线性电机系统10。如本领域技术人员理解的，在许多应用中，线性电机系统10可以在整体自动化、包装、材料处理或其他应用中与其他机器、机器人、输送机、控制设备等(未单独示出)互操作。线性电机系统10通常可以被称为如下所述的“线性电机”，其中，移动部件在受控磁场和电磁场的影响下被定位、加速、减速、并且通常移动。在所示实施方式中，轨道12包括多个
直的轨道段14和多个弯曲的轨道段16。这些区段通常可以是自容式(self-contained)的并且可以以各种物理配置进行安装，例如，图1所示的椭圆形。应当注意的是，如下所述，其他配置也是可能的。该配置可以形成各种形状的闭合回路，但是也可以包括端部开口的段。线性电机系统10还可以包括一个或更多个动子18，一个或更多个动子可以安装到轨道12并且可以沿轨道12移动。同样地，通过对被通电和断电的系统的线圈的适当控制，位置、速度、加速度和高阶导数参数对于这些动子18是可控的。在所示的实施方式中，动子18与轨道段16的外围20内的和外围20周围的固定元件相互作用，然而也可设想其他配置。
19.每个动子18可以包括安装平台。在实际实现方式中，各种工具、保持器、支承结构、载荷等可以安装到该安装平台。动子18本身可以被配置成与所示的那些不同，以适应各种载荷。虽然在图1中示出了水平配置，但是也可以提供其他取向，例如，所示椭圆形通常立在侧面或端部上或者以任何角度立在两者之间的取向。
20.线性电机系统10还可以包括用于控制动子的移动的电路。在图1所示的实施方式中，该电路可以包括驱动电路22，该驱动电路向每个轨道段16并且特别是轨道段16的各个线圈提供信号，以产生与轨道段16上的磁体相互作用的电动势，从而以特定的速度、加速度等将动子18驱动至特定位置。该驱动电路22通常可以包括逆变器电路，该逆变器电路利用电力电子开关以受控的方式向每个区段的各个线圈提供驱动电力。在一些实施方式中，驱动电路22可以包括在每个单独的轨道段16中，并且信号由电力和控制电路24提供至驱动电路22。该电力和控制电路24(以及驱动电路22)可以接收来自动子18的反馈以检测每个动子18的位置、速度、加速度等。在某些实施方式中，还可以由电力和控制电路24将动子18识别为被独立控制的各个轴，但是调节它们的位置、速度和加速度以避免冲突、碰撞等。取决于要执行的特定任务，由电力和控制电路24实现的特定运动曲线通常可以在设计和调试线性电机系统10时实现。最后，可以提供各种远程控制和/或监测电路26并且可以通过一个或更多个网络28链接至线性电机系统10。这样的远程电路26通常可以允许线性电机系统10的操作与其他自动化部件、机器系统、制造和材料处理机器等的协调。
21.图2是线性电机系统的动子18中的一个的透视图。动子18沿包括导轨48的轨道段定位。动子18可以包括壳体30、磨损指示器32、轴承34、板36和磁体阵列38。壳体30、磨损指示器32和轴承34可以布置在导轨48的第一侧上(例如，上方)。壳体30可以(例如，经由紧固件)耦接至磨损指示器32和轴承34并且可以预加载磨损指示器32和轴承34。在某些实施方式中，壳体30可以可移除地耦接至磨损指示器32和轴承34。因此，可以通过移除壳体30并且插入新的磨损指示器32和/或新的轴承34来(例如，由于磨损)更换磨损指示器32和轴承34。磨损指示器32可以由橡胶材料、软木材料、含氟弹性体材料(例如，viton)、任何其他合适的材料或其任何组合形成，并且可以布置在壳体30与轴承34之间。动子18可以与导轨48接合并且沿导轨48移动。例如，当动子18沿轨道移动时，轴承34的底表面可以接合导轨48的顶表面。轴承34可以由诸如聚缩醛的聚合物材料、诸如igus 350的塑料材料、聚醚醚酮(peek)材料、聚四氟乙烯(ptfe)材料、任何其他合适的材料或其任何组合形成，并且可以允许动子18沿导轨48的线性运动。轴承34可以由具有比磨损指示器32的材料的当接触导轨48时的摩擦系数低的当接触导轨时的摩擦系数的材料形成。因此，轴承34可以允许动子18以比当磨损指示器32接触导轨48时更小的力沿导轨48移动。在某些实施方式中，轴承34可以由适合于期望任务(例如，经由工业标准)的材料形成。例如，轴承34可以由用于装瓶和食品接触任务
的食品级聚合物形成。作为另一示例，轴承34可以由用于卫生任务的卫生材料形成。当动子18沿导轨48行进时(例如，行进超过数百、数千或数万公里)，轴承34可能开始磨损。在轴承34的一部分被磨损之后，磨损指示器32的一部分可能暴露于导轨48中的至少一个并与导轨48中的至少一个接合。例如，动子18可以具有高达5,000km(例如，高达7,500km、高达10,000km、高达12,000km、高达15,000km、高达16,000km等)的寿命。当与导轨48中的至少一个接触时，磨损指示器32可以使动子18减慢并且/或者使动子18停止，并且可以阻止动子18的移动。因此，磨损指示器32可以向线性电机系统10的用户通知动子18的永磁体不再处于距轨道段16的线圈的阈值间距范围内。板36可以至少部分地布置在导轨48的第二侧上(例如，下方)，并且可以(例如，经由紧固件)耦接至壳体30。板36可以耦接至磁体阵列38，并且可以保持动子18与导轨48对准。
22.图3是线性电机系统10的示意图，示出了一个轨道段16和沿轨道段16定位的一个动子18。图3所示的轨道段16可以是直的或弯曲的轨道段，这两个轨道段的物理配置不同，并且如下所述，由于弯曲区段的弯曲性质而具有某些实际特性。然而，通常，每个动子18可以包括其上可以安装多个磁体40的磁体阵列38。这些磁体40可以是永磁体，并且被安装成使得在磁体40与轨道段16的线圈50之间提供小的气隙。小的气隙可以是预定的并且可以被选择以提供动子18的最大推力和/或效率。在某些实施方式中，气隙可以达到阈值距离(例如，达到0.25mm、达到0.5mm、达到1mm、达到5mm、达到8mm、达到10mm等)。附加地或替选地，气隙可以是阈值距离范围(例如，在0.25mm至1mm之间、5mm至1mm之间、5mm至8mm之间、1mm至5mm之间以及1mm至10mm之间等)。当轴承34通过动子18的使用继续磨损时，气隙的大小可能改变。例如，当轴承34磨损时，永磁体40可以在移动得更低到导轨48下方并且更靠近线圈50，从而减小气隙的大小。通过继续使用动子18，轴承34可能经受预定量的磨损。因此，永磁体40和线圈50可能落在用于对动子18进行有效操作和/或控制的阈值距离范围之外。如图3所示，动子18还可以包括传感器部件42，例如，永磁体、通电线圈、霍尔效应传感器或任何其他合适的装置。然而，应当注意的是，包括在动子18中的特定传感器部件42可以依赖于感测策略的性质、感测分辨率、传感器42在动子18上的位置(以及轨道段16上的协作部件)等。在某些实施方式中，传感器部件42可以布置在磨损指示器32和/或轴承34的一部分内。例如，传感器部件42可以检测到磨损指示器的一部分在导轨的阈值距离内并且/或者可以在轴承34的预定量的磨损之后接合导轨48。传感器部件42可以感测导轨48和/或检测与导轨48的接合，并且可以向线性电机系统10的用户提供通知。例如，传感器部件42可以生成听觉警报(例如，警报)、视觉警报(例如，光、闪烁光、磨损指示器的暴露部分)、触觉警报(例如，振动)和任何其他合适的警报。在一些实施方式中，传感器部件42可以将通知发送至控制器，例如，远程控制和/或监测电路26。例如，远程控制和/或监测电路26可以包括用于显示通知的用户接口。远程控制和/或监测电路26可以提供听觉警报、视觉警报、触觉知警报和任何其他合适的警报。在某些实施方式中，通知可以包括更换轴承34和/或磨损指示器32的指示。因此，线性电机系统10的用户可以被告知轴承34的磨损量，并且可以被指示更换动子18的磨损指示器32和/或轴承34。平台44设置在动子18上，以用于安装工具、载荷等。轴承34可以安装到动子18的机械结构(例如，壳体)，并且可以用于与轨道的一个或更多个导轨48相互作用。轴承34和轨道的导轨48可以允许动子18保持牢固地附接至轨道段16，同时允许动子18沿轨道段16的相对自由移动并且支承运动期间遇到的机械载荷和力。
23.轨道段16可以包括与定子或电枢52相关联的一系列平行线圈50。在当前设想的实施方式中，这些线圈50可以安装到定子52中的槽中，并且定子52本身可以由磁性材料制成，该磁性材料形成为层压件的堆叠并且被构造成允许安装在轨道段16壳体内。线圈50和定子52部件的特定配置、磁性结构、安装结构等通常超出本公开内容的范围。如上所述，驱动电路54可以包括在每个轨道段16中，以允许受控的电力信号施加至线圈50，从而适当地将动子18驱动和定位在轨道段16周围。最后，传感器阵列58设置在每个轨道段16中，以允许与动子18的传感器部件42相互作用。该传感器阵列58可以提供反馈，该反馈可以指示动子18的位置，并且可以用于得出速度、加速度、加加速度(jerk)和其他运动参数。在所示实施方式中，多个轨道段16可以端对端地安装并且彼此互连并且/或者与电力和控制电路24互连，以接收用于对线圈50供电的信号。
24.如本领域技术人员所理解的，轨道段16连同动子18的磁体阵列38一起通常可以形成可以被认为是线性电机系统10的部分。即，由线圈50的受控场生成电动势，并且这些场与磁体阵列38的磁场之间的相互作用，用于以期望的速度等将动子18驱动到期望的位置。如上所述，这些线圈50和线性电机本身可以根据各种配置策略(例如，具有围绕轨道段16的外围布置的线圈50的配置策略、其中线圈50通常为平面(在轨道段16的顶部或底部位置)的配置策略等)来设计。尽管“线性”电机系统10可以用于本公开内容，但是应当理解，各种配置的弯曲区段旨在包括在本公开内容的范围内。
25.考虑到前述内容，图4示出了根据本公开内容的实施方式的包括磨损指示器32的图1的动子18透视图。壳体30可以包括穿过其中的孔30a，并且孔30a可以接纳紧固件以耦接壳体30和板36。磨损指示器32可以包括任何数目的凸片，例如，凸片60a、60b，并且凸片60a、60b可以至少部分地布置在轴承34的一部分中。例如，轴承34可以包括任何数目的凹部，凹部部分延伸到轴承中并且被构造成接纳磨损指示器32的任何数目的凸片。凸片60a、60b可以朝向磨损指示器32的外围定位，并且可以位于磨损指示器32的面向导轨48的表面上。凸片60a、60b可以位于磨损指示器32的表面上，使得当动子18放置在轨道段16上时，凸片60a、60b的至少一部分可以位于轨道的对应导轨48上方。在轴承34的阈值量的磨损之后，凸片60a、60b可以接合轨道段16的导轨48。例如，凸片60a、60b的至少一部分可以接合导轨48并且可以使动子18减慢和/或可以使动子18停止。磨损指示器32可以包括穿过其中的孔32a，并且孔32a可以接纳紧固件以耦接壳体30和磨损指示器32。轴承34可以包括穿过其中的孔34a，并且孔34a可以接纳紧固件以耦接壳体30和轴承34。附加地或替选地，任何数目的部件可以替换动子18。例如，可以通过在轴承34上发生阈值量的磨损之后移除壳体30来更换轴承34和/或磨损指示器32。
26.考虑到前述内容，图5示出了根据本公开内容的实施方式的布置在轨道的导轨48上的动子18的透视图。轴承34可以包括任何数目的凹部，例如，凹部62a、62b，凹部从轴承34的表面朝向相对表面部分地延伸到轴承中。例如，凹部62a、62b可以形成在面向磨损指示器32的表面中。凹部62a、62b可以形成在轴承34的一部分中，使得当动子18放置在轨道段16上时，凹部62a、62b至少部分地布置在轨道的对应的导轨48上方。凹部62a、62b可以接纳磨损指示器32的至少一个凸片，例如，图4所示的凸片60a、60b。凹部62a、62b可以将磨损指示器32保留和保持在适当位置。动子18可以包括紧固件64，并且紧固件64可以将壳体30耦接至板36。
27.考虑到前述内容，图6示出了根据本公开内容的实施方式的动子18的截面图。磨损指示器32的每个凸片60a、60b可以至少部分地布置在轴承34的对应的凹部中。当动子18沿轨道移动时，轴承34的部分66可以接合导轨48，并且轴承34的部分66可以具有厚度68。厚度68可以基于磁体阵列38(例如，永磁体40)与线圈50之间的阈值距离范围来选择。例如，轴承34的部分66的厚度68可以是1mm或更小(例如，0.75mm、0.6mm、0.5mm、0.25mm等)。在某些实施方式中，厚度68可以等于或小于阈值距离范围的上界与下界之间的差。例如，阈值距离范围的上界可以是至少1mm(例如，2mm、5mm、8mm、10mm等)，并且阈值距离范围的下界可以是至少0.25mm(例如，0.5mm、0.75mm、0.1mm等)。因此，部分66的厚度68可以高达上界与下界之间的差(例如，高达0.75mm)。动子18可以沿导轨48移动，直到轴承34的具有厚度68的部分66磨损。一旦轴承34的部分66磨损，磨损指示器32的凸片60a、60b中的一个或更多个可以被暴露并且可以接合导轨48中的一个或更多个。凸片60a、60b中的一个或更多个与导轨48中的一个或更多个之间的接合可以使动子18减慢和/或使动子18停止。在某些实施方式中，磨损指示器32可以提供通知(例如，经由传感器部件42、经由视觉检查、经由远程控制和/或监测电路26)以向线性电机系统10的用户通知更换轴承34和/或磨损指示器32。因此，磨损指示器32可以减少包括动子18的线性电机系统10的低效操作并且/或者可以防止由于磨损而对线性电机系统10的部件造成损坏。附加地或替选地，轴承34可以包括在一个或更多个外壁(例如，轴承34的外壁34b)上的视觉指示器(例如，凹口、标记)。视觉指示器可以位于轴承34的外壁34b上，与轴承34的底表面(例如，面向板36的表面)相距阈值距离。在某些实施方式中，阈值距离可以等于或小于磨损指示器32的部分66的厚度68。当动子18沿轨道移动时，轴承34可能磨损，并且当更多材料从轴承34的底表面被移除时，轴承34的底表面可能朝向视觉指示器移动。因此，视觉指示器可以提供何时更换动子18的轴承34和/或磨损指示器32的指示。因此，具有动子18的线性电机系统10的用户可以视觉地检查轴承的外壁34b，以确定轴承34是否已经磨损到足以需要更换。
28.本公开内容包括存在于线性驱动运输系统中的动子中的磨损指示器。磨损指示器提供在动子的轴承过度磨损之后的动子的故障安全操作。磨损指示器使动子减慢和/或使动子停止在轨道上，以降低损坏线性电机和动子的风险。磨损指示器和轴承还被设计成可移除地耦接至动子并且可由于磨损而更换。所公开技术的技术效果包括延长轴承和动子的操作寿命、提供用于更换动子内的轴承和磨损指示器的模块化系统以及防止由于轴承的过度磨损而对线性电机和动子造成损坏。
29.虽然本文中仅说明和描述了本公开内容的某些特征，但是本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入本公开内容的真实主旨内的所有这样的修改和改变。在本文中提出和要求保护的技术被引用并且应用于实际性质的物质对象和具体示例，这些物质对象和具体示例明确地改进了本技术领域，并且因此不是抽象的、无形的或纯理论的。此外，如果本说明书所附的任何权利要求包含一个或更多个被指定为“用于[执行][功能]
……
的装置”或“用于[执行][功能]
……
的步骤”的要素，则旨在根据35u.s.c.112(f)来解释这样的要素。然而，对于包含以任何其他方式指定的要素的任何权利要求，旨在将不根据35u.s.c.112(f)来解释这样的要素。