[发明专利]用于铁芯直线电机的力校准、力计算和力限制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据独立专利权利要求的前序部分的用于铁芯直线电机的力校准、力计算和力限制的方法。下面，以力计算相应地同样表示力限制且反之亦然。

背景技术

其存在如下应用情况，在其中被用于装配工作或检验工作的工具被固定在直线电机的可移动的部分处。在使用此类工具的情形中，以其可拼接、检验零件或仅可以受限制的力将敏感的零件带到位置中的力值是重要的。

原则上，在直线电机中所测得的电流可被用作该力的值。然而因为铁芯直线电机在移动滑块时已具有在空载运行中不可排除的磁性定位力(齿槽)，所以力测量被影响。该定位力是在永久磁铁与铁芯直线电机的铁极之间的相互作用的结果。其是非线性的、交替正/负且此外还依赖于相应的直线电机的机械公差。出于这些原因，对于力测量而言大多数使用无铁芯直线电机，其在无定位力的情形中工作(例如根据SMAC公司的动圈原理的直线电机，www.smac-mca.de)。

该无铁芯直线电机的缺点在于在相同推进力的情形中相对铁芯直线电机更大的结构体积。额外的力传感器同样可被装入或布置在外部，经由其于是可测量和限制力。然而这意味着额外费用。

目前，直线电机被更紧凑且更便宜地构造。就此而言考虑如下，即，同样可直接以紧凑的铁芯直线电机执行力计算。

发明内容

因此，本发明的目的是，建议一种用于专门在紧凑的铁芯直线电机处的力计算的方法。

该目的的解决方案通过独立专利权利要求的技术理论来实现。

不带有非期望的力的直接力测量是不可能的，然而借助于提前的单次校准可精确检测和保存非期望的力。借助于这些数据于是可间接计算得出该力。

根据本发明的方法现在首次使得铁芯直线电机在其运行期间(通过排除不期望的力)的精确力测量成为可能。该方法由铁芯直线电机利用电流记录形式的不期望的力的检测的单次校准构成。这些被记录的电流数据然后在操作中的运动时可供使用。因此，推进力可被精确地计算得出且被限制。

通常，力测量(力限制)在直线电机的垂直布置中被要求。这意味着，滑块和其用户方面的工具附件的重力额外地向下作用。于是如下是有利的，即，在力计算中考虑该重力。如果该重力通过弹簧、通过压缩空气或通过磁性的预紧元件(MagSpring)被补偿，该补偿力同样应被检测且包含到力计算中。通常，该补偿力在移动路程上同样不是恒定的。另外还附加有导向的摩擦力，其同样应被考虑。

于是存在各种不同的非期望的(寄生)力，其影响以铁芯直线电机的力计算的精度。

利用根据本发明的用于铁芯直线电机的力校准的方法，所有这些寄生力在该校准方法中被精确地检测且被保存。

在铁芯直线电机的垂直布置的情形中，其是：

-磁铁(齿槽、铁/磁相互作用)的定位力

-滑块(包括用户方面的附件)的重力

-重量补偿(一旦存在)的力，通常在移动路程上不恒定

-动摩擦力

-静摩擦力

下面，不同电流的概念被用于该方法的理解：

I_total，在操作中的运行时所测得的电流，

I_paras，通过校准的该方法的经检测的电流，

I_force，在操作中的运行时计算得出的力成正比的电流。

在该方法的情形中，关于在相同位置点的数据总是适用如下：

I_force＝I_total-I_paras

校准的起点是，绝对不出现操作力，仅寄生力可作用到直线电机滑块上。

在方法技术上，在校准的情形中直线电机的滑块(包括用户方面的附件)缓慢地移动经过期望的行进区域(Fahrbereich)且在此经由精确的电流和位置传感器(尽可能点精确地)检测且保存出现的电流(I_paras)和在狭窄的距离间格中的相应的位置。这些电流的值此时代表恰在相应的位置点处的所有寄生力的总和。

在该校准过程之后可利用简单的试验检验这些校准数据。

在该试验的情形中，所保存的电流(I_paras)和相应的位置值的数据集被插值且在直线电机轴中取决于位置地输入。如此被通电，直线电机滑块在实际中完全保持平衡(在任意位置处保持“在悬浮中”)，当该直线电机滑块被手动移动时。由此可见，该方法起作用且所保存的电流-位置值精确地代表了非期望的寄生力。