用于包括具有完整地形成在其中的同步电机齿、编码器齿和换向轨道的高导磁材料薄片的线性驱动电机的次级

摘要

用于电机的次级，例如线性驱动电机，具有高导磁材料的薄片，该薄片具有沿所述薄片的长度间隔开的、延伸穿过所述薄片的多个槽。所述槽限定所述薄片中的多个齿，并且使得当形成所述电机的所述次级时，所述薄片能与安装表面一致。所述薄片的顶面具有邻近多个槽所形成的多个凹槽。所述凹槽平行于所述薄片的宽度延伸，并沿所述薄片的长度间隔开。所述凹槽形成传感器，所述传感器有效地连接到所述电机的控制器。所述传感器可以是编码器，和/或所述传感器可以有效地连接到控制器，所述控制器用于：控制所述电机的换向，和/或设置用于所述电机的方位界限和/或“（多个）出发点”，提供绝对方位信息，和/或提供关于所述薄片的信息，例如，许多压板中的一个压板的标识。

说明书

背景技术

本公开涉及线性驱动电机，包括同步线性驱动电机。更具体地， 本公开涉及用于此类电机的次级，包含固定的次级以及移动的次级， 并且还包含具有磁体的次级以及不具有磁体的次级。在一方面，如将 在以下详细描述的，导磁材料的薄的薄片由槽形成，该槽延伸通过该 材料以形成次级的齿，并且该薄片还具有与电机齿同时形成的凹槽或 凹处，以消除制造或对齐变化。凹槽或凹处中的一些凹槽或凹处可形 成齿，该齿用作用于电机的编码器标尺的一部分，并且凹槽或凹处中 的其它凹槽或凹处可用作一个或多个传感器中的一部分以便为电机 提供定位信息，以及用于调节电机的换向的驱动组件即换向齿的传感 器。在另一方面，凹槽用于提供编码器，并且换向功能可以与安装在 次级中的小磁体对齐，编码器将小磁体视为“出发点”位置或界限。 在又一方面，凹槽或凹处被添加至薄片中，并且与换向和编码器齿同 步，以在给定压板次级上提供“绝对位置”，从而使对用于电机的驱 动器进行灵活编程，以及当许多压板次级串联在一起成一直线时，识 别特定的压板次级，以及提供针对整个串的“绝对位置”。因此，本 文所描述的构思提供了使电机齿与编码器齿和/或换向齿以及其它驱 动系统组件同时形成（并且同步）。以此种方式形成以形成次级的薄 片消除了传统的“霍尔效应”设备的需要，并且内在地使建立或维持 电机换向的问题最小化，例如，在具有压板的正弦型换向线性电机中 的电机换向，所述压板具有在压盘中的齿被创建之后所附接的分离的 编码器标尺。由于以本文所描述的方式所形成的薄片减少了变化，从 而使电机的“电角或换向角偏移”标准化，其进而减少了装配和校正 时间，同时提供了增强的灵活性。此外，驱动器可以将初级电联接到 一串次级中的一个次级，并且在不需要在下一个次级中重新建立定相 的情况下，使用在先前的次级中所使用的电机齿和编码器齿之间的相 同的换向模式继续。没有减慢运动，或停止运动以执行“相搜索”或 读取“霍尔效应”传感器。

附图说明

图1是用于压板段的薄片的一个实施例的平面图，该薄片包括： 电机齿，其通过薄片蚀刻；以及编码器齿，该编码器齿包括与该电机 齿同步的部分蚀刻的凹槽或齿；

图2是沿图1的线2-2截取的薄片的横截面视图；

图3是沿图1的线3-3截取的薄片的横截面视图；

图4是沿图1的线4-4截取的薄片的横截面视图；

图5是从图2的细节区域5-5截取的放大的横截面视图；

图6是用于压板段的薄片的另一个实施例的平面图，该薄片包括： 电机齿，其通过薄片蚀刻；编码器齿，其包括与电机齿同步的部分蚀 刻的凹槽；换向齿，其包括与电机齿同步的部分蚀刻的凹槽；以及磁 体定位器，其包括与电机齿同步的部分蚀刻的凹槽，并用作用于驱动 功能的出发点、界限或参考标记；

图7是沿图6的线7-7截取的薄片的横截面视图；

图8是沿图6的线8-8截取的薄片的横截面视图；

图9是沿图6的线9-9截取的薄片的横截面视图；

图10是从图6的细节区域10-10截取的放大的横截面视图；

图11是用于压板段的薄片的另一个实施例的平面图，该薄片包 括：具有槽的堆叠的叠片，该槽通过在其上具有环氧树脂并且形成电 机齿的叠片中的每个叠片蚀刻；以及编码器齿，其包括与电机齿同步 的顶部叠片中的部分蚀刻的凹槽，其中电机齿比在图1的薄片中所示 出的电机齿具有更大的节距；

图12是沿图11的线12-12截取的薄片的横截面视图；

图13是沿图11的线13-13截取的薄片的横截面视图；

图14是沿图11的线14-14截取的薄片的横截面视图；

图15是从图12的细节区域15-15截取的放大的横截面视图；

图16是用于压板段的薄片的另一个实施例的平面图，该薄片包 括：堆叠的叠片，其具有通过叠片中的每个叠片蚀刻的电机齿、具有 编码器齿，该编码器齿包括用作与电机齿同步的顶部叠片中的参考标 记或齿的部分蚀刻的凹槽；换向齿，其包括与电机齿同步的顶部叠片 中的部分蚀刻的凹槽；以及磁体定位器，其包括用作用于顶部叠片中 的驱动功能的出发点、界限或参考标记的部分蚀刻的凹槽，所述凹槽 与电机齿和换向齿同步；

图17是沿图16的线17-17截取的薄片的横截面视图；

图18是沿图16的线18-18截取的薄片的横截面视图；

图19是沿图16的线19-19截取的薄片的横截面视图；

图20是从图16的细节区域20-20截取的放大的横截面视图；

图21是用于压板段的薄片的另一个实施例的平面图，该薄片包 括：堆叠的叠片，其具有通过叠片中的每个叠片蚀刻的电机齿、具有 编码器齿，该编码器齿包括用作与电机齿同步的顶部叠片中的部分蚀 刻的凹槽；换向齿，其包括与电机齿同步的顶部叠片中的部分蚀刻的 凹槽，并包含换向轨道中的附加的参考标记；以及磁体定位器，其包 括与电机齿和换向齿同步的用于定位器的部分蚀刻的凹槽，该定位器 用于顶部叠片中的小磁体；

图22是沿图21的线22-22截取的薄片的横截面视图；

图23是沿图21的线23-23截取的薄片的横截面视图；

图24是沿图21的线24-24截取的薄片的横截面视图；

图25是从图22的细节区域25-25截取的放大的横截面视图；

图26是压板段的薄片的可替代实施例的平面图，该薄片包括： 通过薄片蚀刻的电机齿；具有编码器齿，其包括与电机齿同步的薄片 中的部分蚀刻的凹槽；换向齿，其包括与电机齿同步的薄片中的部分 蚀刻的凹槽；具有附加参考标记的轨道，其包括与电机齿同步的薄片 中的部分蚀刻的凹槽；以及部分蚀刻的凹槽，其包括与电机齿同步的 薄片中的磁体定位器；

图27是压板的可替代实施例的放大的剖面图，该压板包括：槽， 其通过薄片蚀刻以容纳次级的电机磁体；具有编码器齿，其包括与次 级磁体槽同步的薄片中的部分蚀刻的凹槽；换向齿，其包括与具有附 加参考标记的电机齿同步的薄片中的部分蚀刻的凹槽；以及部分蚀刻 的凹槽，其包括与电机齿同步的薄片中的磁体定位器；

图28是单轴式线性驱动电机的分解透视图，该电机具有未示出 的外壳，但是示出了：初级，其包括三个电机叠层；次级，其包括以 由以上附图的集合中任何附图所示出的方式所形成的薄片；次级支撑 基座，其用于具有集成的轴承轨道、编码器、侧磁预载荷的薄片；以 及用于初级的顶部和侧面的轴承系统和用于初级的轴承系统；

图29与图28的透视图的相对的透视图，示出了具有组装到壳体 的图28的单轴线性驱动电机；

图30示出了可与次级一起使用的电机叠层，所述次级包括以由 以上附图集合中的任何附图所示出的方式形成的薄片；以及用于此的 轴承系统；

图31示出了具有环氧树脂涂层的图30的无壳电机；

图32是具有单个薄片点焊以形成旋转电机初级的旋转电机的可 替代实施例；

图33是形成在管状形状中，并关于彼此同轴布置以形成旋转电 机初级的两个薄片的可替代实施例；

图34是旋转或有限或无限力矩电机的可替代实施例，其具有集 成的垂直“z”轴电机，具有正交布置的电机叠层以创建多轴能力；

图35是示例性的压板段和弯曲的支撑结构的分解透视图；以及

图36是图35的压板段和弯曲支撑结构的透视图，其用有效地耦 合到那里以用于沿次级平移的弧形电机组装。

具体实施方式

虽然描述是参照如图1-26和图28-29中所示出的线性驱动电机， 但是本文中所描述的原理可与如在图32-34中所示出的旋转电机、或 在次级中具有磁体的永磁线性电机结合使用，永磁线性电机比如铁芯 电机或甚至例如图27中所示出的无齿电机。另外，虽然本说明书有 关于线性驱动电机，其中初级移动并且次级是固定的，但是本文所描 述的原理可与固定的初级和移动的次级结合使用，例如，在CNC运 输机系统中，其移动和排序位于或固定到一个或多个压板段上的物 品，或以精确的方式定位物品，例如在自动装配、加工或制造中。因 此，本说明书不应当被视为任何形式的限制。出于说明的目的，将描 述具有移动初级和固定次级的线性驱动电机。

电机初级

如在图28中所最佳示出的，线性驱动电机50包括：移动的初级 滑架52，其具有包含线圈56和磁体58的脱氧钢叠层54。该叠层可 由叠片或脱氧钢芯制成，并被布置有磁体和线圈。脱氧钢叠层是优选 的，在于它们在设计上是非常简单的，并且可以从单片钢而不从被冲 压、堆叠和结合在一起的叠片机械加工它们。此外，脱氧钢叠层提供 它们自身的集成支撑而不必增加中间的支撑。移动的初级滑架52还 可包括：机械壳体60，其容纳脱氧钢叠层、线圈和磁体。壳体还可是 挤压片。图28示出来了没有壳体的电机初级的分解图，并且图29示 出了具有包围初级滑架组件的壳体60的线性电机。具有磁体的脱氧 钢叠层54可被安装在空腔处，并且与移动初级滑架壳体中的安装孔 自行对齐。然后，可将线圈56放置到叠层中，并且同一壳体60可用 作用于封装具有环氧树脂的部件的模具。因为叠层中的结构支撑不需 要环氧树脂，因此可选择更适合的非结构性的环氧树脂或另一材料， 例如，具有更好的热传导性、产生更少的“释气”、并且因此满足净 化室要求、或更适合于高度真空操作的材料。

作为一种替代，如在图30中所示出的叠层62可以用如在图31 中所示出的环氧树脂64封装，以形成没有壳体（即，无壳体）的初 级。环氧树脂填充齿并覆盖叠层62和线圈56，以用于电气绝缘、机 械保护、美观、或安全原因。用户可将固定装置或作业工具直接安装 至脱氧钢叠层。叠层上的外表面可配置有安装孔68，以用于基于终端 用户应用根据需要安装组件，包含将用户的有效载荷直接安装到叠 层。叠层还可被配置为支撑编码器和轴承。如在图30中所示出的， 叠层具有突出部分70，并且滚珠轴承72可直接安装到叠层的突出部 分。叠层具有附加突出部分和轮廓73，以保护或隐藏位于电机齿下的 线圈56的端匝，并减少来自轴承的潜在冲击，或可替代地以提供更 大的齿区域，在一些电机的设计中有时牺牲齿区域。

线性编码器读头74（图28，图29）可直接附接到电机滑架。线 性编码器读头74是线性编码器系统的一部分，其向电机的驱动或控 制器提供方位反馈。如将在以下详细描述的，线性编码器读头74读 取提供在次级上的编码器标尺，并去除了常常提供在壳体上以建立电 机换向的霍尔效应传感器。编码器读头可被放置在邻近叠层的安装凹 槽中。通过连同用于叠层的安装孔一起机械加工用于编码器读头的安 装凹槽，在制造过程中，可准确地建立并重复电机叠层54和编码器 读头74之间的固定关系。这固定了用于初级的“电或换向角偏移”， 从而促进了装配和互换零部件。

初级滑架52还可具有轴承布置80，其可包括相对简单并且不昂 贵的滚珠轴承部件（大约3或4），该滚珠轴承装置可处理初级和次级 之间的高磁预载荷。滚珠轴承80可被配置用于与支撑板的坚硬的磨 损面滚动接触。可使用传统的构件将滚珠轴承80安装到壳体60，并 且可替换常常在一些线性驱动电机中找到的昂贵的轴承块和精密加 工的垫片。可使用有肩螺钉将滚珠轴承80安装到壳体中，该有肩螺 钉在螺钉的端部具有四角螺帽，适合放入壳体上的槽中，以在适当的 位置容纳轴承。顶开螺栓可用于调节槽中的有肩螺钉的方位，以获得 期望的电机气隙。可通过机械加工磁体下的叠层中的凹处或凹槽，以 容纳用于在其中滑动运动的方螺母，以类似的方式将轴承安装到脱氧 钢叠层，并且有肩螺钉可用于安装轴承。还可直接将轴承安装到脱氧 钢叠层。还可以以类似的方式，将侧导轴承82安装到壳体（或叠层）。 可在壳体（叠层）中提供孔84，以接近顶开螺栓。可提供磁预载荷部 件86，以容纳与压板的侧相抵的电机。磁预载荷部件86可由放置在 如图28中所示出的两个钢板之间的永磁体来制成。

薄片描述

线性驱动电机的固定次级90包括高导磁材料的薄片92，优选地 具有高铁含量和低碳含量。该薄片可固定到支撑结构94，以形成用于 次级的压板段。支撑结构94可包括具有接收薄片的凹槽的相对厚的 板，例如，如在图28中所示出的。形成支撑结构94的材料可以是为 了强度和耐磨性的高碳钢或其它坚硬的钢，同时薄片92的嵌件由相 对软但高导磁材料制成。支撑结构94可具有三个精密研磨和坚硬的 轴承表面96，其通常在顶部表面上是两个，并且在用于与初级滑架相 关联的滚珠轴承80和侧导轴承82的压板的一侧上的导引表面上是一 个。因此，支撑结构94可提供用于压板段的整个支撑，以及用于高 磁预载荷和用户负载的轴承支撑，以及导引。可在支撑基座和薄片之 间放置非常薄的坚硬的或回火的钢板（未示出），以便提供用于滚珠 轴承接触的耐磨表面。当磨损时，根据需要，可以容易地替换耐磨条。 虽然在附图中所示出的薄片为可插入到支撑结构的腔98中以形成用 于次级的坚硬且平坦的基座，但薄片可被安装到平坦表面。可以使用 螺钉、点焊或粘合剂，将薄片92紧固到或安装到支撑结构94。

另外，如在图32和图34中所示出的，在管102中可形成薄的薄 片92，或如在图33中所示出的，两个薄片92a可被包裹入同轴布置 的管中，以形成层102a，进而形成旋转永磁伺服电机的转子。薄片的 相对侧边缘可附接在一起，以形成管状形状。如图35-36中所示出的， 还可将薄的薄片92安装到弯曲支撑104，并符合该弯曲支撑。因此， 本文所描述的原理可与旋转伺服电机和要求线性或旋转运动的齿轮 应用结合使用。

参照图1-27，优选地，虽然两面可以是相同的尺寸，但是薄片92 具有宽度110和长度112，以及具有在其间延伸的厚度118的第一表 面114和对面的第二表面116。薄片的厚度可以是0.060英寸至0.100 英寸。薄片可以具有大约2mm或（.0787英寸）的厚度。在这些更 薄的厚度中，更高的导磁材料可容易地可用。在第一表面和第二表面 中，薄片92具有多个槽120，并且平行于薄片的宽度110至少部分地 延伸穿过薄片的厚度，并且沿薄片的长度112间隔开。槽限定槽之间 的薄片中的多个齿121，并且使薄片能够符合安装表面，当形成电机 的次级时，该薄片被安装到该安装表面。槽/齿可具有限定电机节距的 间距。

可在薄片中增加安装孔122，以用于将薄片安装到基座。取决于 终端用户的应用和对固定装置和作业工具的外部安装的需求，可以在 薄片中提供引导孔124。引导孔124（和/或安装孔122）可与本文所 描述的薄片的特征同步（即，以下所公开的用于绝对定位的“轨道3”）， 以在电机次级中建立公共的“零方位”。另外，在将薄片安装到支撑 结构或基座板后，引导孔124可提供参考以供用户使用，例如，用于 在终端用户的应用中所使用的用于合销的铰孔和安装或用于螺纹孔 的精密钻孔。

参照图1-26，薄片可具有形成在齿之间的槽中的多个桥126，从 而有效地将齿121连接在一起。这确保电机齿121的间距相对恒定， 但是也允许在制造过程中处理薄片，而不使齿变形，并且还符合其被 安装到的表面。当薄片符合于弯曲支撑结构时，电机齿121之间的桥 126帮助将齿保持在适当的空间关系中。桥126可在第一表面114和 第二表面116中的至少一个表面中形成凹处。虽然桥可以是薄片的整 个厚度，但是优选地，桥是大约薄片厚度的25%。如所期望的，一般 还可以使桥126与第一表面和第二表面中的任何一个表面齐平。使桥 与第二表面齐平减少了由桥所引起的初级和次级之间的通量分布的 干扰的影响。如希望的，调节桥的厚度和方位（即从第一侧或第二侧 齐平或凹陷）允许根据期望改变薄片的相对柔软性。

如在图11-25所示出的，薄片可包含堆叠在一起的叠片92a，以 形成薄片。每个叠片可具有如以上所描述的槽布置，以便当堆叠叠片 时，它们形成连续的次级。这允许延伸齿的高度，并且针对最佳条件 选择齿的横截面。因此，叠层中的叠片在几何上可以是不同的，并且 有选择地堆叠，以形成薄片的齿的期望的横截面几何形状。作为在图 12、图17和图22中的示例，薄片包括大约2mm（0.0787英寸）的 两个叠片，其被堆叠以形成用于压板的4mm厚的薄片。因此，齿的 高度已经翻倍，当电机的节距翻倍时，这是期望的。借助于更大的齿 增加了力，并且产生了更大的速度，其可能在电机，尤其是在大节距 电机中被开发。对于较大节距的电机，可以根据期望对叠片进行堆叠， 以提供期望的齿尺寸。当堆叠多个叠片时，可以使桥形成的更窄，以 减少对电机齿和次级齿之间的磁路径的干扰。通过说明并且没有任何 限制的含义，在图11、图16和图21中所示出的次级具有10mm的 电机齿节距。

可以以电机齿具有不同于直线的横截面的方式，形成薄片中的 槽。例如，已经发现，在线性电机中，梯形齿具有有利的磁特性，以 产生更多的力。因此，在薄片的顶面114上的槽120的宽度可以比薄 片的底面侧116的槽宽度更大。图5、图10、图15、图20和图25 示出了此类布置。因此，可以形成叠片中的每个叠片，以便当它们被 堆叠以形成薄片时，获得所期望的形状。图15、图20和图25示出了 此类布置，其中薄片的叠片中的每个叠片具有伴随横截面的齿，使得 当堆叠以形成薄片时，该齿具有复合的梯形横截面。其它的几何形状 也是可能的。例如，叠片可以由齿或如在图33中所示出的内层上的 表面特征组成，该表面特征具有气动外形，以表现的像冷却风扇，从 而直接抽出通过电机的空气。

可在薄片的顶面中提供邻近的电机齿121、多个凹槽或凹处，以 形成用于电机的驱动组件的一个或多个传感器。可将凹槽或凹处形成 为齿，例如，以用于编码器和/或用于生成用于电机的驱动的换向信号 的传感器。还可将凹槽或凹处形成为容纳磁体或在传感器中使用的其 他设备，所述传感器用于与电机的驱动相关联的定位功能。不必要使 每个薄片具有编码器齿或换向齿或包括用于定位或用于识别压板段 的传感器的凹槽。取决于应用，如本文所描述的薄片可包含任何一个 或多个特征。优选地，以同样的制造装配形成凹槽或凹处，以减少变 化。多个凹槽和凹处的顶面可以形成邻近多个槽以形成电机，并且平 行于薄片的宽度延伸，并且沿薄片的长度间隔开。

优选地，通过光化学蚀刻过程形成薄片（或单独的叠片）中的槽， 以及多个凹槽和凹处，所述薄片包括电机齿，所述多个凹槽和凹处包 括用于编码器、换向和/或定位功能的齿和凹槽。例如，可通过“部分 的一面蚀刻”或“阶段性或盲孔蚀刻”形成例如形成编码器轨道和/ 或换向轨道的凹槽。这个过程已经证明符合要求，以用于创建小的精 确特征。作为一个示例，编码器轨道和换向轨道具有齿，该齿蚀刻成 大约0.25mm的深度。优选地，形成压板段的每个薄片可以使其特征 在尺寸上等同于其它薄片，以便当将多个压板段布置在一起时，每个 压板段将具有相同的电或换向角偏移，从而促进装配和互换零部件。

为形成包括电机齿的薄片（或单独的叠片）中的槽，可使用“通 过蚀刻单面”或“通过蚀刻双面”以创建叠片中的槽，尽管“通过蚀 刻双面”过程是优选的。当光化学蚀刻仅从单面时，对于特征的尺寸、 深度、形状和质量存在内在限制。“双面蚀刻”过程在薄片（或叠片） 的双面中同时蚀刻相同特征。双面蚀刻减少了来自“过蚀刻”的问题， 创建了更准确和更可重复的特征，并且允许在薄片（或叠片）的每一 面上蚀刻不同的模式。例如，“双面蚀刻”允许形成齿，该齿在底面 上比顶面上更宽。这种效果将创建具有更好的磁通量特性的“梯形” 形状齿。例如，在梯形齿形状中，齿的底部更大，这允许增加整个磁 通量流，并且针对电机初级或针对齿表面的适当的饱和而对齿的顶部 进行优化。双面光化学蚀刻过程促进了这个过程，其中可以将一个槽 制作得比其它槽更大，以留出适当的梯形齿形状。如上所述，这导致 电机齿在薄片的顶面114上更窄，在薄片的底面116上更宽。优选地， “部分单面蚀刻”和“双面蚀刻”的组合用于形成薄片中的槽/齿、以 及一个步进中的编码器轨道、换向轨道和/或其它轨道和特征，从而允 许蚀刻的凹槽和凹处根据需要与电机齿对齐，以允许准确且可重复的 系统。适当的实现如本文所描述的换向轨道和其它轨道要求在每个磁 极距上，电机齿和特征之间的关系是完全可重复的。因此，“组合蚀 刻”将“双面蚀刻”过程（其形成较大的电机齿）与“部分蚀刻”过 程（其形成较小的关键特征，即用于编码器和其它传感器功能的凹槽） 进行组合。“组合蚀刻”降低了制造次级的成本，并且使电机齿与编 码器和其它传感器凹槽同步。还可通过“组合蚀刻”过程形成凹陷的 桥特征，其中从顶部和底部蚀刻形成电机齿的槽，同时从底部蚀刻桥 的一面上的区域。还可使用形成具有本文所描述的特征的薄片的其它 方法，包含EDM或传统加工。

编码器轨道

如在图中所示出的，在邻近电机齿的直线中形成第一多个凹槽 130。这些凹槽可包括用于电机的编码器标尺。绑定到编码器的电机 齿的间距使电机节距锁定到编码器节距或与其同步。优选地，编码器 节距是电机节距的整数倍数。如以下将阐明的，这允许准确的正弦型 电机换向，其在电机行进穿过次级的过程期间，内在地保持最佳的换 向。作为一个示例，如在图1和图26中所示出的，薄片具有用5mm 或10mm节距布置的电机齿和用于提供用1mm节距布置的编码器标 尺的凹槽。

包含读头74和齿130编码器系统可包括：增量线性编码器，其 以相对于移动量的一系列脉冲的形式，生成晶体管-晶体管逻辑 （“TTL”）输出信号。增量线性编码器读头74读取薄片上的一系列 的齿130，并创建一系列的脉冲，驱动器将该脉冲解释为固定的距离 增量。编码器通常是电感式或电容式编码器，并还可以以正弦/余弦信 息的形式提供输出。编码器系统可包括具有参考脉冲的增量编码器和 磁传感器。

优选地，将形成编码器标尺的凹槽130蚀刻到相对近的电机次级 齿。优选地，制作凹槽的宽度和整个凹槽的节距以匹配所使用的编码 器。尽管节距可以根据应用中的要求变化以便提供电机所需的速度、 分辨率或编码器气隙，但是编码器磁极距通常是大约1/2mm至3mm。 编码器的典型分辨率范围从1/4微米至1微米。用于编码器齿中的每 个编码器齿的凹槽的深度可以是大约0.25mm。已经发现这个深度是 符合要求的，因为它允许实现“部分”的光化学蚀刻过程，其将在不 降级的情况下创建准确的特征。以这种方式形成的编码器标尺可抵抗 机械损坏、和来自电机以及来自次级中的磁体的磁场，并且不受灰尘、 油和其它环境污染的影响。

换向轨道

此外或可替代地，薄片上的多个凹槽或凹处140还可形成传感器， 该传感器有效地连接到电机的驱动以促进电机的换向。例如，可在邻 近于形成用于编码器的传感器的凹槽或在该凹槽旁边的薄片的顶面 中的不同（多个）轨道中形成以下凹槽，该凹槽形成用于驱动器换向 功能的传感器。传感器可读取轨道中的齿并控制电机的换向。因此， 可在不使用霍尔效应传感器或执行“相搜索”的情况下，提供换向功 能。优选地，用于换向功能的凹槽形成具有等于编码器轨道的齿的宽 度的宽度的齿。如在图中所示出的，编码器轨道130和换向轨道140 彼此靠的很近。一般来说，被用于用以换向的传感器的凹槽或齿140 的间距是与电机齿121相同的，即相同的节距。优选地，换向轨道的 齿的节距至少与电机的次级的齿相同，但是可以较小。另外，编码器 标尺的齿130的节距是电机次级节距的齿121的节距的整数倍。因此， 每个电机齿将一直沿着压板段的薄片的长度，以重复的模式，与编码 器齿和换向轨道齿对齐。为便于论述，在本文中，与电机齿对齐的换 向轨道中的齿将被称为“初级换向”齿或脉冲142。换向轨道可由初 级换向齿之间的附加齿组成。为便于论述，在本文中，附加齿将被称 为“次级换向齿”或脉冲144。换向轨道可由邻近初级换向齿的附加 齿组成。为便于论述，在本文中，这些齿将被称为“标记”齿或脉冲 146。

取决于应用其可仅包含初级脉冲、或初级和次级脉冲的换向脉冲 142、144允许电机仅移动到下一个换向凹槽或方位，以建立电机换向。 由于换向脉冲142、144与电机的次级齿121同步，因此电机驱动器 能够在小于或等于电机齿节距的距离中定位换向脉冲，从而使电机驱 动器能够确定电机定相。由于换向脉冲与电机齿对齐，因此驱动器可 容易地确定其相对位置。由于例如通过上述的光化学蚀刻过程精确地 形成两种齿，因此电机齿和换向齿精确地对齐，并且在无变化的情况 下进行快速和精确的换向。这消除了当在次级中具有磁体的线性同步 电机上所使用的霍尔效应传感器的需求，或用于在压板中没有磁体但 是反而具有齿的其它线性同步电机建立换向的“相搜索”的需求。

霍尔效应传感器增加了电机成本，例如，附加的布线和传感器， 并且增加了操作要求，例如，当建立换向时的运行时间。具有霍尔效 应传感器的线性驱动电机可能很难在电机初级中对齐或定位，并且如 果在初级上霍尔效应传感器以及在次级上的相关联的磁体的放置中 存在过多的变化，则可使电机中的换向降级。提供与电机次级齿最优 化同步的编码器轨道和换向轨道消除了这些缺点。

作为对霍尔效应传感器的一种替代，可使用“相搜索”，但是可 能产生不可预测的结果。可通过向线圈供电以及使线圈与齿或磁体对 齐，来实现相搜索。然而，由于在“铁芯”电机或具有主要基于铁的 初级的任何电机中的“齿槽”，或当负载例如正从缆绳轨道或重负载 相对电机牵引时，这种方法有时产成较差的结果。特别地，在垂直应 用中，由于重力负载，通常很难执行相搜索。提供同步的编码器轨道 和换向轨道消除了这些缺点。

由于换向脉冲与编码器轨道脉冲同步，编码器轨道脉冲进而与电 机齿同步，因此实现了可预测且可重复的换向。本质上，由于所有的 三个基本组件，即电机齿、编码器齿和换向齿，在每个电机磁极距处 被重新对齐或设置为零，因此在每个电机齿处创建了重复零点。这确 保了正确的正弦型换向对齐，而不管初级和次级之间的相对运动的距 离，或者如以下更详细论述的，不管运动是否涉及穿越了压板段的若 干薄片。也就是说，在建立了换向之后，驱动器仅需要通过编码器轨 道将电机电的或换向角偏移应用于任何压板次级。因为编码器轨道 齿、电机齿和换向轨道齿是同步的，因此，特别是在具有较长的行进 距离要求的具有较小齿节距的电机中，消除了变化。

当通过例如所公开的光化学蚀刻过程，极大地减少了形成压板段 的薄片的特征中的尺寸变化时，可以用另一类似初级来替代初级，和 /或可以用另一类似次级来替代次级。这减少了常常与正弦型换向电机 的较长次级相关联的问题，其中与齿或磁体的位置相关联的制造变化 累积并使错误积聚，该错误是关于驱动器中的期望的相方位以及次级 中的真实的相方位，该期望的相方位依赖于编码器标尺。当驱动器在 小于精确方位处或以小于最佳方式应用相电流时，对具有减小的电机 节距的电机来说，这个错误的影响是多样的。由于以准确且重复的模 式来链接编码器齿和电机次级齿，因此驱动器不太可能丢失换向，并 且在长距离的行进期间，或对于与小节距电机相关联的位置具有较少 的变化。此外，如以下将公开的，在不必减速或停止以“建立换向” 的情况下，可以移动并且在任何数量的固定初级之间任意地互换次 级。此处公开了至少两个方面：（i）即使在任何条件下，正弦型换向 很少变化，以及（ii）一旦初级已经在多个相同压板中的一个压板中 “建立”了换向，则它不需要在其它压板中“重新建立”换向。

在图6-10，图16-20和图21-26中所示出的示例性薄片中，电机 至多移动5mm，并且接收存储在驱动器中的具有电机换向和电或换 向角偏移的换向脉冲。在图21和图26的薄片中，初级换向脉冲142 对应于一组或一系列的标记脉冲146（2至4齿中的任一齿，其在附 图中用“II”，“III”或“IIII”示出）中的第一齿，并且次级换向脉冲 是单独的（即，不是一组或一系列），并且可由驱动器读取为换向脉 冲。在图21和图26的薄片中，附加的次级换向脉冲144允许驱动器， 在电机初级的在初级换向脉冲之间仅移动5mm而不是10mm的距离 内读取换向脉冲。如以下将更详细描述的，初级和次级换向脉冲142、 144还可被用于识别包括压板的薄片上的方位和关于薄片的信息。在 具有相对短长度的压板上，不需要初级和次级换向脉冲读取脉冲。图 6-10和图16-20中的薄片未示出次级换向脉冲。

在涉及无齿轮、铁芯或永磁电机的不同应用中，换向轨道140的 齿可以与次级的磁体槽/凹槽148对齐（而不是如上所述的，使换向轨 道的齿与限定电机齿的槽或凹槽对齐）（图27）。另外，磁体槽/凹槽 148可与初级换向齿142对齐，并且可在邻近的初级换向齿之间增加 次级换向齿144，以便在对应于磁极距的一半的距离中建立换向（图 27）。如在图27中所示出的，在次级中具有磁体的电机上，磁极距由 两个磁体组成。在图27中，磁极距是50mm，并且在两极之间增加5 个不同的脉冲146，以允许在五分之一的磁极距或10mm内完成相搜 索。因此，用于换向所需的移动距离是10mm。当磁极距增加时，可 根据需要增加附加的脉冲，和/或针对最小化距离，电机初级需要移动 以读取换向脉冲。在如图27中所示出的无齿轮电机应用中，磁体可 通过薄片中的槽148延伸，或被放置在薄片中的凹槽中。

轨道3

除了编码器轨道和/或换向轨道外，薄片的顶面可具有附加的轨道 150。如以下将在附加细节中描述的，在薄片的顶面上形成的另一多 个凹槽可用于形成传感器，该传感器有效地连接到用于与电机相关联 的定位功能的电机驱动器。如下文描述的，“轨道3”可用于提供这种 功能。形成轨道3的多个凹槽150可被形成为类似于换向轨道和编码 器轨道的深度的齿，并用于形成传感器，该传感器有效地连接到用于 提供关于薄片或压板段的“绝对方位”信息的电机驱动器。如以下论 述的，当轨道3与轨道4同步，并且压板的多个相同薄片被端到端地 布置在拉长的轨道中时，可生成用于所有压板段的“绝对方位”信息。

轨道3可起灵活的伪绝对编码系统的作用。轨道3的多个凹槽或 齿150可具有一种模式，其不同于其它轨道，但是在不同的间隔处重 复，例如，使用以上图26中所示出的示例，与换向轨道中的模式一 起每隔10mm。与驱动器相关联的（多个）传感器可被配置或使能用 以将由换向轨道的齿和轨道3的齿所生成的脉冲解释为提供在单个薄 片内的绝对定位信息的信息的“分组”。出于说明的目的并没有任何 限制的含义，由换向轨道的齿140所生成的脉冲可被称为“索引脉冲”。 驱动器系统可被配置为查看来自换向轨道的索引脉冲，并且确定在压 板的薄片上的位置。例如，如在图26中所示出的，因为在“初级换 向脉冲”之间的轨道3中有10个脉冲，因此可在换向轨道和编码器 轨道之间的“分组”中收集10比特的唯一信息，并且从这个唯一信 息，可建立绝对方位。信息的分组可关联于在查找表中找到的值，或 者从查找表或依赖于与信息的那个分组相关联的不同换向脉冲的其 它算法确定的值。

在图26中所示出的示例中，轨道3的齿150与换向轨道的齿140 和编码器齿130相关联，其中有5mm的电机齿节距，5mm的换向 齿节距，以及1mm的编码器标尺节距。由第一凹槽或“初级换向脉 冲”限定在换向轨道中的10mm的重复子段。在附图中，初级换向脉 冲总是具有与其相关联的另一个索引脉冲（即，标记齿或多个齿146）。 可能有1、2或3个齿紧挨着初级换向脉冲，以提供索引脉冲。这在 轨道3中创建了更大的重复模式，并且使能创建更多的脉冲，以用于 开发大偏斜或10比特数字的字。

以这种方式，紧挨着初级换向脉冲142的标记齿146的数量可用 于识别单个薄片内的位置。例如，紧挨着初级换向脉冲段的一个凹槽 指示方位处于薄片的开始的三分之一中。紧挨着初级换向脉冲段的两 个凹槽指示在薄片的中间的三分之一中的方位。紧挨着初级换向脉冲 段的三个个凹槽指示在薄片的最后的三分之一中的方位。在初级换向 脉冲之后的标记齿或脉冲的使用，向由与轨道3相关联的传感器所收 集的信息的“分组”增加了三的乘数。当许多薄片被串在一起时，这 也减少了电机初级移动以找到绝对方位的距离。如上所述，初级换向 脉冲之间的换向脉冲是次级换向脉冲。不像初级换向脉冲，优选地， 次级换向脉冲144没有与其关联的标记脉冲。因此，在换向轨道中， 次级换向脉冲144易于识别，并且仅用于换向，并且不用于识别轨道 3中的重复模式。如果在应用中，将电机初级移动更长的距离以建立 换向不是问题，则可消除次级换向脉冲。

在轨道3中找到的10比特信息允许对压板段的薄片进行编码。 作为一个示例，形成具有2500mm长度的压板段的薄片将每10mm 被细分成150个子段，每个子段具有其自有的以上述方式编码的参考。 因此，电机可通过移动不超过两个初级换向脉冲，找到绝对方位。使 用上述示例，电机可移动小于5mm以读取在轨道2中呈现的换向脉 冲。例如，如果驱动器读取初级换向脉冲，则该驱动器将首先建立换 向，并继续移动直到它读取了轨道3中的至多10比特的信息，从而 使该驱动器能够识别其在薄片上的准确位置。如果驱动器首选读取次 级换向脉冲，则该驱动器将建立换向，前进到初级换向脉冲，然后读 取轨道3中的10比特信息，从而使该驱动器能够识别其在薄片上的 准确位置。由于轨道3中的信息是同步的或依赖于轨道2的换向脉冲， 因此驱动器能够在它们之间进行区分，并且针对单个压板段中的250 个或更多的唯一的“出发点”位置进行精确地定位。这些“索引脉冲” 建立快速且准确的电机换向和压板段内的绝对方位。由于，实际上， 换向脉冲起归位或编码器内的索引脉冲的作用，因此电机的方位是非 常准确且可重复到1个编码器计数。因此，应用于换向脉冲的来自轨 道3的信息将是精确且可重复到1个编码器计数。

仅需要轨道3中的10比特信息中的7比特，以给出2500mm长 的薄片中的绝对方位。使用所有的10比特将允许对30720mm的压板 进行编码。因此，灵活的伪绝对编码系统可用于：（i）最小化搜索距 离以建立绝对方位；和/或（ii）通过多个段最大化可能的压板长度。 例如，在具有固定初级和具有大约24英寸（610mm）长度的移动次 级的电机中，没有次级换向脉冲的5mm节距的电机能够在仅5mm 的行进中找到换向和绝对方位。可通过在换向轨道（轨道2）中的初 级换向脉冲之后增加1、2或3个脉冲，将压板分割成4个区域（见 图26）。此类电机的轨道3可具有5比特的信息，以及具有5mm的 电机节距，该电机可装备有编码的640mm。

可将偏斜包含在轨道3中，以提供确定压板的薄片上的绝对方位 的可替代构件。因此，“分组”不是10比特信息，而是偏斜。可在每 个初级换向脉冲和“出发点”索引脉冲之间有唯一的偏斜。取决于应 用，如上所述，可能不需要在初级换向脉冲之后增加1、2或3个凹 槽。在初级换向脉冲之后的一个凹槽可用于建立如在图21和图27中 所示出的薄片中的方位标记。可替代地，如果在应用中可接受更长的 距离以建立换向，则可消除次级脉冲。这可有助于最小化驱动器中的 编程。

轨道4

除了编码器轨道和/或换向轨道和/或轨道3外，薄片的顶面可具 有附加的轨道。如将在以下的附加细节中描述的，形成在薄片的顶面 上的另一多个凹槽可用于形成灵活的可编程传感器，所述传感器有效 地连接到电机的驱动器。在轨道中可形成齿。如下文所描述的，“轨 道4”160可用于提供“出发点”和/或方位界限信息，和/或压板段标 识。

随后，可将磁材料添加到轨道4的凹槽160中，以形成用于设置 方位界限的传感器。可在编码器标尺的旁边或邻近于编码器标尺，将 这些附加的凹槽蚀刻到以下深度，该深度使得磁体与编码器标尺近似 地齐平，或根据需要可由编码器头最佳地读取。来自换向轨道的索引 脉冲可与来自方位界限中的磁信号结合使用，以便针对电机提供精确 且准确的方位界限。一般地，由于内在的磁滞，磁界限可能不是非常 准确或可重复。然而，当磁体方位界限与来自换向轨道和/或编码器轨 道中的一个或两个轨道的索引脉冲结合使用时，可消除来自磁滞的影 响。例如，形成用于方位界限的传感器的凹槽可包括“南”磁体，并 且当驱动器接收到由该“南”磁体所产生的信号时，它将至电机初级 的方位指定到由编码器读取的最近的换向索引脉冲的方位，从而针对 初级建立准确到“出发点”的方位。因此，本质上，换向脉冲是“出 发点”索引脉冲。因此，磁体和索引脉冲的组合提供了准确且可重复 的用于归位的“锁存”，其是准确且可重复至1个编码器计数。此外， 可将“北”磁体添加到轨道4。驱动器可被配置为，根据应用的需要， 将“北”磁体读取为一种界限。如果不需要出发点，例如，当标尺被 配置为用于单个次级的伪绝对编码器时，如上所述，可将“北”磁体 和“南”磁体简单地读取为左界限和右界限。

可替代地，在轨道4中具有磁体或其它标记的凹槽还可用于识别 许多压板中的一个压板。因为驱动器可从来自轨道3的信息，确定针 对压板段的绝对方位信息，所以驱动器可确定每个磁体凹槽相对于每 个初级换向方位位于何处，并且被配置为确定磁体的模式，进而确定 压板段的标识。可将数字代码蚀刻到压板段中，以帮助从许多压板段 中识别一个压板段。这允许可灵活的编程。如上所述，包含在轨道2 和轨道3中的信息，在单个压板段内，既建立了换向方位又建立了绝 对方位。在轨道4中的压板段的开始处的磁体的模式还可用于识别压 板。例如，“北”磁体可用于识别压板，从而允许将“南”磁体用作 界限。作为一可替代，“北”磁体和“南”磁体可用于识别压板段。 作为又一替代，其中将更多的压板结合在一起，在磁体的放置中可使 用偏斜。通过示例，轨道4可由一个2500mm压板段中的200至500 个磁体凹槽组成，并且通过将磁体放置在压板的轨道4中的200至500 个可使用的磁体凹槽中的一个不同的凹槽中，一个磁体可用于识别 200至500个压板段中的一些压板段。通过使用“北”磁体和/或“南” 磁体，可识别400至1000个压板段。如果需要识别更多的压板，则 可使用多个磁体。磁体还可在每个初级换向脉冲之间增加磁体，以便 在从上述示例中仅10mm的压板段长度中识别一个压板的期间，减少 行进的长度。可以在任何多个重复的10mm模式中的一个重复的模式 中，在初级换向脉冲之间放置磁体。另外，“北”磁体和“南”磁体 的不同组合可用于识别压板。模式内的信息可被读取为偏斜或数字 字。该字可以是“二进制”格式，其具有读取提供信息的“比特”的 “北”磁体或“南”磁体的两个条件。该字还可以是3进制的形式， 因此在轨道4中的单个凹槽内，存在三个状态，例如，北磁体被读为 “+1”，凹槽没有磁体被读为“0”，南磁体被读为“-1”。因此，驱动 器可被配置为读取来自轨道4中的磁体的信息的“分组”，并且访问 查找表以识别压板段。当将压板段配置为移动将在固定初级之间经过 的次级时，可优选地以数字字的形式提供轨道4。在此类布置中，驱 动器可被配置为读取开始的10个凹槽，其可包含磁体和空间，并且 根据信息识别压板。在二进制的系统中，可识别1024个压板段；在 三进制的系统中，可识别59049个压板段。

使用本文所描述的原理，电机的驱动器可被配置为运行在“开环” 的模式，直到它读取了轨道2中的任何换向脉冲，从而建立换向，并 且随后，驱动器可被配置为运行在“闭环”或“伺服模式”。详细说 明关于先前所提供的示例，驱动器还可被配置为，使得当它读取初级 换向脉冲142时，它建立换向，并且基于轨道2的初级换向脉冲和从 初级换向脉冲之间的轨道3读取的10比特信息的组合，确定压板段 中的绝对方位。驱动器还可被配置为，使得当它读取初级换向脉冲之 前的次级换向脉冲144时，该驱动器建立次级换向脉冲处的换向，前 进到下一个初级脉冲，并且基于轨道2的初级换向脉冲和从轨道3读 取的10比特信息，确定压板段中的绝对方位。然后，驱动器可被配 置为以一种方式移动电机，该方式为：驱动器读取轨道4的信息，并 且然后，例如通过将轨道4的信息集合成由轨道4上的标记的重复模 式所限定的适当的分组，和/或通过将该信息与算法或查找表进行比 较，来确定压板标识。也就是说，驱动器被配置为基于轨道2的换向 脉冲和轨道3的信息的组合，来确定单个压板上的绝对方位。一旦确 定了单个压板上的绝对方位，则可使驱动器能够读取编码在轨道4中 的信息，例如，读取并解释呈现在轨道4中的磁体和/或空间的任何组 合。因此，通过轨道2的换向脉冲、来自轨道3的方位信息以及轨道 4中的标记的布置的组合，来确定压板标识、出发点方位或界限。因 此，从轨道2的换向脉冲以及轨道3和/或轨道4的信息所开发的方位 或标识信息将是准确且可重复到1个编码器计数。

上述说明使用了传感器，其包括安装在凹槽中的磁体。然而，传 感器可使用用光扫描器读取的标签。可用标签或以定位标签而不是如 上所述的磁体的方式，来蚀刻凹槽160。例如，指令可提供用于驱动 器的编程，以通过一系列的移动移动电机。以这种方式，可在CNC 加工中心使用压板，并且编码在轨道4中的指令可使系统能够将压板 移动到用于加工操作的方位（即，“到达一个点并等待将被钻的孔”）， 并且然后前进到下一个步骤。另一应用可涉及输送线，其用于以无序 方式从一个固定初级到输送机，并且然后到另一个能够旋转以允许将 次级转移到另一输送线的固定初级，来馈送、定位、分类和/或随机转 移“可移动的次级”。由于可针对特定电机来设置电或换向角偏移， 因此在初级、次级和用于给定电机的驱动器之间存在互换性，并且具 有能力以来自一个初级的同一次级传递到另一个初级。还可在具有很 长运行的输送机或轨道系统的仓库或工厂中的系统中使用本文所描 述的系统和方法。在一个示例中，仓库可使用形成压板段的若干薄片， 其被安装在仓库的地板中。此外，可在压板段的不同薄片上使用多个 “机器人”，可建立每个薄片的方位界限和“出发点”，以便机器人彼 此不相互干扰。

如本文所描述的线性工作台是高度集成的并且融合了：（i）关键 的电机次级组件，诸如电机齿、编码器齿、换向轨道、绝对方位轨道、 界限和出发点方位；（ii）轴承轨道系统；以及（iii）关键的电机初级 组件，诸如电机齿、线圈、编码器；所有的组件都彼此邻近，并且在 许多情况下处于功能性的相互关系中。

虽然，已经在上述详细描述中描述了并且在附图中说明了特定实 施例，但是本领域的普通技术人员将了解的是，可根据本公开的整体 教示，针对那些细节，开发各种修改和替代。因此，所公开的特定布 置意在仅是示例性，并且不对本发明的范围进行任何限制，在所附权 利要求及其任何和全部等同的全部宽度给出了本发明的界限。