[发明专利]直驱式环形柔性输送系统及其协同控制方法

说明书

本发明公开了一种直驱式环形柔性输送系统及其协同控制方法。直驱式环形柔性输送系统包括环形基座、初级励磁型直线电机、供电模块、功率驱动模块、位置检测模块和无线通讯模块。初级励磁型直线电机包括长定子和多个动子，长定子由多段齿槽结构的铁芯衔接而成并安装于环形基座，动子包含短初级、功率驱动模块、位置检测模块和无线通讯模块。短初级由非对称结构的永磁体阵列、电枢绕组和初级铁芯构成。供电模块由供电单元和受电单元构成，其中受电单元安装于各个动子。本发明采用具有高推力密度的初级励磁型直线电机，长定子结构简单且成本低，各动子间可完全独立运行并实现柔性输送。

技术领域

本发明属于柔性输送系统技术领域的一种柔性输送系统及方法，具体涉及一种直驱式环形柔性输送系统及其协同控制方法。

背景技术

随着制造技术向精密化、智能化和柔性化发展，长行程的自动化生产线、包装与运输物流线等工业应用领域对柔性输送系统的需求量越来越大。传统输送系统通常采用旋转电机加链条、皮带等机械部件实现直线传动，传动效率不高且可靠性和控制精度较低，不具备柔性化和智能化的基础。近年来，为了满足制造技术对精密化、智能化和柔性化的需求，利用永磁直线电机直接驱动的柔性输送系统开始得到研究和应用。永磁直线电机兼具永磁电机和直线电机的优势，能够直接将电能转换成直线运动的机械能而不需要中间机械传动部分，具有高推力密度、高速度、高精度和高效率等显著优点，能够较好地满足柔性输送系统的需求。

传统永磁直线电机的工作原理如下所述：当电枢绕组通入交流电时，会在气隙中产生电枢磁场。与此同时，永磁磁极在气隙中产生励磁磁场。上述电枢磁场与永磁励磁磁场共同构成气隙磁场。电机起动时拖动磁极，电枢行波磁场和永磁励磁磁场相对静止，从而电枢绕组中的电流在所述气隙磁场的作用下产生电磁推力。如果电枢固定，则磁极在推力作用下牵入同步做直线运动；反之，则电枢牵入同步做直线运动。

由于运动行程较长(通常几十米至几百米)，传统永磁直线电机直接驱动的柔性输送系统推广应用的一大制约在于成本。当采用动电枢结构时，永磁体作为长定子，需要在整个运动行程范围内铺设，永磁体用量非常大；当采用动磁极结构时，电枢绕组和铁芯作为长定子，需要在整个运动行程范围内铺设，且电枢绕组需要采用多逆变器并联分段供电，控制复杂。因此，无论采用动电枢还是动磁极结构，整体成本都很高。

目前，已有部分专利提出了利用传统永磁直线电机直接驱动的柔性输送系统，如专利号为WO1996027544A1(1996)、US8996161B2(2015)、WO2015028212A1(2015)、EP3045399B1(2017)、US10112777B2(2018)、US10181780B2(2019)、US10407246B2(2019)、WO2019007198A1(2019)、US10773847B2(2020)等专利，均为采用动磁极结构、电枢绕组和铁芯作为长定子的传统永磁直线电机。为了大幅降低上述利用传统永磁直线电机直接驱动的柔性输送系统的成本，本发明创新性地提出了一种利用初级励磁型永磁直线电机直接驱动的柔性输送系统，将永磁体和电枢均集中在电枢一侧作为短动子，而次级仅由叠片铁芯构成并作为长定子。

现有的初级励磁型永磁直线电机主要有以下两种类型：

1、开关磁链型永磁直线电机

如中国专利CN101355289B、CN108155775B所提出的开关磁链型永磁直线电机，该拓扑结构把永磁体夹在电枢铁芯齿的中间位置，其永磁体用量较小且电枢长度较短，在长行程应用场合可以大大降低成本，但也带来新的问题：(1)电枢铁芯由多个分立部件构成，加工及安装困难；(2)槽面积与永磁体互相制约，推力密度受到了限制；(3)永磁体被电枢绕组包围，散热条件较差。

2、磁通反向型永磁直线电机