DD146525A1 - TWO COORDINATE STEP MOTOR - Google Patents
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- DD146525A1 DD146525A1 DD21626679A DD21626679A DD146525A1 DD 146525 A1 DD146525 A1 DD 146525A1 DD 21626679 A DD21626679 A DD 21626679A DD 21626679 A DD21626679 A DD 21626679A DD 146525 A1 DD146525 A1 DD 146525A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen linearen Zweikoordinatenschrittmotor, der vorteilhaft fuer Positionierzwecke in der Geraetetechnik einsetzbar ist, weil mit ihm sehr kleine Schrittweiten sowie eine gute Dynamik erreichbar sind. Das Wesen besteht darin, dass eine oder mehrere Spulenanordnungen bestimmter Abmessungen in einer beweglichen Tischplatte befestigt sind, die in Luftspalten von Magnetsystemen oder dass mehrere Permanentmagnete in dieser Tischplatte ueber festen Spulen so angeordnet sind, dass sie bei Stromfluss in den Spulen eine Kraft auf die Tischplatte ausueben und dass die Spulen oder Magnete auf ihrem Bewegungsweg in zwei Koordinaten nicht aus dem Bereich der Wirkung der magnetischen Induktion gelangen. Die die Spulen oder Magnete tragende Tischplatte ist mit einem Zweikoordinatenmesswertgeber mechanisch oder optisch so verbunden, das der angeschlossene Lageregler die Spulen entsprechend den vorgegebenen Steuerimpulsen und den ermittelten Lagekoordinaten so an Spannungsquellen anschliesst, dass die gewuenschte Sollposition erreicht und gehalten wird. - Fig. 1 -The invention relates to a linear two-coordinate stepping motor, which is advantageously used for positioning purposes in the Geraetetechnik, because with him very small increments and good dynamics can be achieved. The essence is that one or more coil assemblies of certain dimensions are mounted in a movable table top, which are arranged in air gaps of magnetic systems, or several permanent magnets in this table top over fixed coils so as to exert a force on the table top upon current flow in the coils exercise and that the coils or magnets on their path of movement in two coordinates not get out of the range of the effect of the magnetic induction. The table top supporting the coils or magnets is mechanically or optically connected to a two-coordinate transducer so that the connected position controller connects the coils to voltage sources in accordance with the predetermined control pulses and the determined position coordinates in such a way that the desired position is reached and maintained. - Fig. 1 -
Description
-A--A-
ZweikoordinatenschrittmotorTwo-coordinate stepper motor
Anwendungsgebiet der Erfindung; Area of application of the invention;
Die Erfindung betrifft einen Zweikoordinatenschrittmotor, insbesondere für die schnelle und genaue Positionierung räumlicher und flächenhafter Objekte in der Gerätetechnik für die Ortsstrukturerkennung bzw. -veränderung. Derartige Antriebe sind besonders für den Anschluß an digitale Signale erzeugende elektronische Systeme geeignet. The invention relates to a two-coordinate stepper motor, in particular for the quick and accurate positioning of spatial and planar objects in the device technology for the location structure recognition or change. Such drives are particularly suitable for connection to digital signals generating electronic systems.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCh arakteristik the known technical solutions
Es ist bekannt, daß Zweikoordinatenbewegungseinrichtungen existieren, bei denen Kreuztische durch rotatorisch arbeitende Schrittmotore über eine Mutter-Spindel-Paarung mittels längsbeweglicher Kardanwellen, über Seilzüge speziell in xy-Schreibern oder direkt über eine federgekoppelte spielfreie und querverschiebbare Anlenkung angetrieben werden. Als Antrieb werden auch kontinuierlich arbeitende Rotationsmotore mit Kupplungen und Bremseinrichtungen in Verbindung .mit inkrementellen Gebern und Regeleinrichtungen verwendet* Auch Linearmotore v/erden für den Antrieb von Kreuztischen verwendet.It is known that Zweikoordinatenbewegungseinrichtungen exist in which cross tables are driven by rotationally operating stepper motors via a mother-spindle pairing by means of longitudinally movable cardan shafts, via cables especially in xy-writers or directly via a spring-loaded backlash and transversely displaceable articulation. Continuous rotary motors with couplings and brake devices in conjunction with incremental encoders and control devices are also used as drives. Linear motors are also used for driving cross tables.
Kreuztische besitzen jedoch eine große Masse für die Bewegungseinrichtung in der zweiten Koordinate,-wenn eine hohe Positdoniergenauigkeit notwendig ist, und sie haben deshalb ein ungünstiges dynamisches Verhalten.However, crosstables have a large mass for the moving means in the second coordinate, if a high positioning accuracy is necessary, and therefore they have unfavorable dynamic behavior.
In der DD-PS 129 948 ist eine Anordnung beschrieben, bei der sich zwischen einem ersten und einem zweiten Teil, zwischen denen sich ein magnetischer Pluß schließt, ein drittes Teil befindet, daß so angeordnet ist, daß zwischen ihm und mindestens einem der ersten beiden Teile eine Relativbewegung möglich ist. Pur eine Schrittbewegung in mehreren Koordinatenrichtungen sind Leiterbahnen und Zähne für die Bewegung entlang der einzelnen Koordinaten so angeordnet, daß sich immer eine ausreichende Leiterlänge jeder ineinander kreuzungsfrei verschachtelten Leiterbahnen im zugehörigen Magnetfeld befindet«In DD-PS 129 948 an arrangement is described in which there is a third part between a first and a second part, between which closes a magnetic splice, that is arranged so that between it and at least one of the first two Parts a relative movement is possible. Pur a step movement in several coordinate directions are tracks and teeth for the movement along the individual coordinates arranged so that there is always a sufficient conductor length of each intersecting nested interconnects in the associated magnetic field «
Die in den Figuren 3a bis 3d dargestellten Prinzipien zeigen die Anordnung von Zähnen und Leitern zueinander und machen drei wesentliche Nachteile deutlich, die in einer sehr geringen erzeugten Kraft bei kleinen Schrittgrößen infolge der geringen zulässigen Strombelastung dünner Leiterzüge, der nur möglichen relativ großen Schrittweite infolge der technologisch begrenzten Herstellbarkeit kleinster Zahnbreiten und der bei feinen Zahnteilungen und Leiterbahnen infolge geringer Intensitätsunterschiede bedingten geringen Schrittgenauigkeit, insbesondere bei wirkenden Gegenkräften«The principles shown in Figures 3a to 3d show the arrangement of teeth and conductors to each other and three major drawbacks, resulting in a very low power generated at small step sizes due to the low allowable current load on thin conductor tracks, the only possible relatively large pitch as a result Technologically limited manufacturability of very small tooth widths and the low step accuracy caused by fine differences in the intensity of the tooth pitches and printed conductors, especially in the case of counter-forces acting «
Ziel der Erfindung Z iel the invention
Ziel der Erfindung ist es, einen Zweikoordinatenschrittmotor zu schaffen, mit dem sich drehmomentenfreie, drehmomentenkompensierbare und Drehmomente erzeugende Kräfte an einer Tischplatte auch für kleinste Schrittweiten unter 1 am realisieren lassen, der sich durch geringe Masse und große Kräfte und damit gute Dynamik und geringen Herstellungsaufwand auszeichnet.The aim of the invention is to provide a two-coordinate stepping motor, with the torque-free, torque-compensating and torque generating forces can be realized on a table top for even smallest increments below 1 am, which is characterized by low mass and large forces and thus good dynamics and low production costs ,
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the nature of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweikoordinatenschrittmotor zu schaffen, der ein günstiges dynamisches Verhalten besitzt und auch kleinste Schrittweiten bis unter 1 um ermöglicht«The invention has for its object to provide a two-coordinate stepping motor, which has a favorable dynamic behavior and allows even the smallest increments to less than 1 to «
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst,daß in bekannter Weise eine oder mehrere in einer beweglichen Tischplatte befestigte Spulenanordnungen bestimmter Abmessungen in den Luftspalten von Magnetsystemen angeordnet sind» Bei Stromfluß in den Spulen wird dann aufgrund der Kraftwirkung der Magnetfelder auf bewegte Ladungen eine Kraft auf die Tischplatte ausgeübt. Die Stromzuführung erfolgt über Schleppkabel. Pur die Bewegung der Tischplatte in zwei Koordinaten-x, y wer den «jeweils zwei entgegengesetzt polarisierte Dauermagneten für Jede Koordinate in einer Reihe auf einer ferromagnetischen Grundplatte oder einem ferromagnetisehen Teilstück der Grundplatte angeordnet« Die minimale Lange der einzelnen Magnetpolflächen lj-p ist durch die Größe des vorgesehehen Verfahrweges S in dieser Koordinate und der benutzten Spulenstrangbreite b nach der Be-ZiehungThe object of the invention is achieved in that in a known manner, one or more fixed in a movable table top coil assemblies of certain dimensions in the air gaps of magnetic systems are arranged at current flow in the coils then due to the force of the magnetic fields on moving charges, a force on the Table top exercised. The power supply via tow cable. The movement of the table top in two coordinates-x, y is the "each two oppositely polarized permanent magnets for each coordinate arranged in a row on a ferromagnetic base plate or ferromagnetisehen section of the base plate." The minimum length of the individual magnetic pole faces lj-p is through the Size of the planned travel path S in this coordinate and the used coil strand width b after the Be-Ziehung
1MP = V bs 1 MP = V b s
festgelegt. Die Magnetpolbreite b^p, die Magnethöhe h™ und- die Luft spalthöhe hL wird entsprechend der notwendigen mit einem bestimmten Strom durchflossenen Leiterlange, die sich für eine bestimmte Kraft im Bereich einer bestimmten magnetischen Induktion befinden muß, nach der bekannten Beziehung P = B · I · I gewählt* Auf der ferromagnetischen Grundplatte bzw. dem ferromagnetischen Teilstück der Grundplatte ist über Jedem Dauermagnetpaar entgegengesetzter Polarität ein ferromagnetisches Rückschlußteil angeordnet. In den Luft spalten zwischen den Dauermagnetpaaren und den ferromagnetischen Rückschlüssen befinden sich die in der beweglichen Tischplatte befestigten rechteckigen Spulen mit weit über die Magnete ragenden Spulenköpfen. Die minimale Länge der Spulenköpfe 1 M. Λ wird' durch dieestablished. The magnetic pole width b ^ p, the magnetic height h ™ and the air gap height h L is, according to the known relationship with a certain current conductor length, which must be for a given force in the range of a certain magnetic induction, according to the known relationship P = B. * I · I chosen * On the ferromagnetic base plate or the ferromagnetic portion of the base plate is arranged on each permanent magnet pair of opposite polarity, a ferromagnetic yoke member. In the air gaps between the permanent magnet pairs and the ferromagnetic Rückschlüssen are fixed in the movable table top rectangular coils with protruding far beyond the magnets coil ends. The minimum length of the coil heads 1 M. Λ will 'by the
Vo, S Mln 'Vo, S Mln '
Größe des halben Verfahrweges -^= der zur Kraftwirkungsrichtung der betreffenden Spulenstränge senkrechten Koordinate, der Spulenstrangbreite b und der Große der inneren Spulenkopfradien r nach der BeziehungSize of the half travel - ^ = the coordinate normal to the direction of action of the respective coil strands, the coil strand width b and the size of the inner coil head radii r according to the relationship
Die Spulen sind in bekannter Weise in einer nichtmagnetisierbaren beweglichen kreuzförmigen Tischplatte befestigt, die mit Gleitfüßen versehen ist und Aussparungen neben den der Tischmitte zugewendeten kraftwirksamen Spulensträngen mindestens inThe coils are fixed in a known manner in a non-magnetizable movable cross-shaped table top, which is provided with sliding feet and recesses adjacent to the middle of the table facing force-effective coil strands at least in
der Größe des Querschnittes der Rückflußstücke zuzüglich der vorgesehenen Verfahrwege besitzte In der Tischmitte ist ein Objektträgerteil aus strahlungsdurchlässigem Werkstoff, z.B. Glas, angeordnet und in zwei Ecken der kreuzförmigen Tischplatte sind Liniengitter tragende Rasterplatten in einer Ebene senkrecht zueinander befestigte Diese Rasterplatten werden durch Lichtquellen beleuchtet, mit optoelektronischen Empfängern abgetastet und liefern inkrementale Ortssignale für einen angeschlossenen Lageregler, der die Ortssignale mit den zugeführten Steuersignalen vergleicht und entsprechend den notwendigen Bewegungen zur Erreichung der Sollposition die entsprechenden Spulen an vorhandene Gleichspannungsquellen entsprechender Polarität äquivalent der auftretenden .Regelabweichung mit verschieden langer Impulszeit anschließt. Die Lageinformation kann aber auch über ein an sich bekanntes Laserwegmeßsystem oder andere inkrementeHe Geber gewonnen werden, wobei dann auf der Tischplatte nur die Laserinterferometerspiegel oder andere inkrementell? Geberplatten angeordnet werden und die Meßwertverarbeitung außerhalb des Tisches erfolgt und keine Massebelastung ergibt.the size of the cross-section of the reflux pieces plus the provided traverse paths In the middle of the table is a slide carrier made of radiation-transparent material, e.g. These grid plates are illuminated by light sources, scanned with opto-electronic receivers and provide incremental location signals for a connected position controller, which compares the location signals with the supplied control signals and accordingly the necessary movements to achieve the desired position, the corresponding coils to existing DC voltage sources corresponding polarity equivalent of the occurring .Regelabweichung followed by different long pulse time. The position information can also be obtained via a per se known Laserwegmeßsystem or other incremental encoder, then on the table top only the laser interferometer or other incremental? Encoder plates are arranged and the measured value processing takes place outside the table and no mass load results.
Zur Vergrößerung der erzeugten Kraft, zur Kompensation bzw. zur Erzeugung von Drehmomenten zur Verhinderung bzw. Erzeugung von Drehbewegungen geringer Größe werden mindestens vier Spulen mit den kraftwirksamen Spulensträngen zur Tischmitte in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede Koordinate x, y in der Tischplatte und die entsprechenden Dauermagnetpaare auf einer ferromagnetischen Grundplatte oder entsprechenden.ferromagnetischen Teilstücken der Grundplatte angeordne t. Die Stromstärke in den Spulen wird dann durch den Lageregler so eingestellt, daß je nach der vorhandenen Bewegungsaufgabe eine zentrisch wirkende Summenkraft oder ein Drehmoment auf die Tischplatte ausgeübt wird.To increase the generated force, to compensate or to generate torques for preventing or generating small-sized rotational movements, at least four coils with the force-effective coil strands are centered in the table center in two parallel force lines for each coordinate x, y in the table top and the corresponding pairs of permanent magnets on a ferromagnetic base plate or appropriate .ferromagnetic portions of the base plate arrange t. The current in the coils is then adjusted by the position controller so that depending on the existing motion task a centrally acting sum force or torque is exerted on the table top.
Zum Erreichen einer großen Feinfühligkeit der Drehmomentenkompensation oder zur Erzeugung großer Drehmomente mit kleinen Kräften bei geringer Spulenzahl werden jeweils zwei Spulen und die entsprechenden Dauermagnete in zwei parallelen.Kraftwirkungslinien mit den nichtkraftwirksamen Spulenköpfen zur Tisch-To achieve a high degree of sensitivity of the torque compensation or to generate large torques with small forces with low number of coils, two coils and the corresponding permanent magnets in two parallel.Kraftwirkungslinien with the non-energetic coil heads for table
mitte für jede Koordinate x, y benutzt. Die Stromstärke wird auch in den Spulen entsprechend der vorhandenen Bewegungsaufgabe geregelt. Die ferromagnetische Grundplatte und die Tischplatte ist vorzugsweise kreuzförmig ausgebildet und die Rasterplatten sind in der Nähe der Tischmitte angeordnetemiddle for each coordinate x, y used. The current is also regulated in the coils according to the existing motion task. The ferromagnetic base plate and the table top is preferably formed cross-shaped and the grid plates are arranged near the center of the table
Zur Kompensation oder zur Erzeugung von Drehmomenten und zur Erzeugung der Zweikoordinatenbewegung mit geringem Spulenaufwand werden insgesamt nur drei Spulen und drei Dauermagnetpaare, vorzugsweise unter einem Winkel von 120 , auf einer ferromagnetischen Grundplatte oder ferromagnetischen Teilstücken dieser Grundplatte von sechseckiger Form angeordnet« Der Tisch ist auf nur drei Gleitfüßen gelagert« Zur Verringerung der Tischplattenabmessungen sind die Rasterplatten in zwei Spulenkernen befestigt Die Ströme in den Spulen werden entsprechend den Bewegungsaufgaben geregelt.For compensation or for the generation of torques and for generating the two-coordinate movement with low coil effort a total of only three coils and three pairs of permanent magnets, preferably at an angle of 120, on a ferromagnetic base plate or ferromagnetic portions of this base plate of hexagonal shape arranged «The table is on only three sliding feet mounted «To reduce the table top dimensions, the grid plates are fixed in two coil cores. The currents in the coils are regulated according to the movement tasks.
Zur besseren Ausnutzung der Spulen zur Krafterzeugung durch Wegfall der Spulenkopfbreiten und der Hälfte der Spulenkopfanzahl wird die Kraftwirkung an der Tischplatte durch nur eine rechteckige Spule in Verbindung mit jeweils zwei in einer Kraftwirkungslinie befindlichen Gleichstrommagneten auf einer nichtferromagnetischen Grundplatte erzeugt. Die minimale äußere Ab- . messung einer Seite der rechteckigen Spule ist entsprechend dem Verfahrweg in der zur Kraftrichtung dieses Spulenstranges senkrechten Koordinate S. , der doppelten Spulenstrangbreite 2 b .For better utilization of the coils for generating power by eliminating the coil head widths and half the number of coil heads, the force is generated on the table top by only a rectangular coil in conjunction with two DC in a line of action DC magnets on a non-ferromagnetic base plate. The minimum outer ab-. Measurement of a side of the rectangular coil is corresponding to the travel in the direction of the force of this coil strand perpendicular coordinate S., the double coil strand width 2 b.
V Jaw OV Jaw O
dem doppelten Radius der äußeren Spulenstrangbegrenzung an den ' Ecken 2 ΓςΤΓ und der Spulenstranglänge entsprechend der 'Magnetpolbreite b^p des Gleichstrommagneten durch die Beziehungthe double radius of the outer coil strand boundary at the 'corners 2 ' and the coil strand length corresponding to the 'magnetic pole width b ^ p of the DC magnet through the relationship
1Sa 1 = Svx + 2hB+ 2 rSE + bMP 1 Sa 1 = S vx + 2h B + 2 r SE + b MP
bestimmt. Durch entsprechend der notwendigen Bewegungsrichtung geartete Umschaltung der Stromrichtung sowohl in der Spule als auch in den Gleichstrommagneten wird jede Koordinate innerhalb des Bewegungsbereiches erreicht* Die Drehmomentenkompensation erfolgt durch Zuschaltung eines oder zweier zur ersten Kraft-certainly. By switching the direction of current in the coil as well as in the DC magnets according to the necessary direction of movement, each coordinate within the range of motion is achieved. The torque compensation is effected by connecting one or two to the first force.
Wirkungsrichtung senkrecht angeordneter Gleichstrommagnete* Tischplatte und nichtferromagnetische Grundplatte sind rechteckig und die Rasterplatten sind an zwei Ecken des Tisches gegenüber befestigt.Direction of action of vertically arranged DC magnets * Table top and nonferromagnetic base plate are rectangular and the grid plates are attached to two corners of the table.
Zur weiteren Vergrößerung der erzeugten Kraft und zur Drehmomentenkompensation oder Drehmomentenerzeugung mit nur einer rechteckigen Spule werden mindestens vier Elektromagneten in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede Koordinate x, y auf einer nichtmagnetisierbaren rechteckigen Grundplatte angeordnet. Die minimale äußere Abmessung einer Seite der rechteckigen Spule ist entsprechend 1 - . vergrößert um den Abstand 1, zwischen den Gleichstrommagneten einer Spulenstrangseite und aller Magnetpolbreiten b^p^ dieser Seite nach der BeziehungTo further increase the force generated and to torque or torque generate with only a rectangular coil, at least four electromagnets are arranged in two parallel lines of force for each coordinate x, y on a non-magnetizable rectangular base plate. The minimum outer dimension of one side of the rectangular coil is corresponding to 1 - . increased by the distance 1, between the DC magnets of a coil strand side and all Magnetpolbreiten b ^ p ^ this page after the relationship
1Sa 2 B Svx + 2 bs + 2 rSE + bMPG + 1A 1 Sa 2 BS vx + 2 b s + 2 r SE + b MPG + 1 A
bestimmt. Die Tischplatte ist rechteckig mit an den Ecken vorhandenen Verstärkungen für die Aufnahme der Gleitfüße und die Rasterplatten sind in der Nähe der strahlungsdurchlässigen Objektträgerplatte angeordnet.certainly. The table top is rectangular with reinforcements provided at the corners for receiving the sliding feet and the grid plates are arranged in the vicinity of the radiolucent slide plate.
Zur Verringerung des Aufwandes an Gleichstrommagneten bei Verwendung nur einer Spule werden drei Gleichstrommagnete auf einer nichtmagnetisierbaren Grundplatte angepaßter Abmessung unter einem Winkel von vorzugsweise 120 zueinander angeordnet* Die Spule hat die Form eines nichtgleichseitigen Sechsecks mit einer Mindestlänge der äußeren kraftwirksamen langen Spulenstränge, die durch die Magnetpolbreite bj£p» dem vierfachen Verfahrweg 4 S und etwa dem dritten Teil des vierfachen äußeren Radius an den Ecken $ rg-g nach der BeziehungTo reduce the cost of DC magnets using only one coil three DC magnets on a non-magnetizable base plate adapted dimension at an angle of preferably 120 arranged to each other * The coil has the shape of a non-uniform hexagon with a minimum length of the outer effective long coil strands, by the Magnetpolbreite bj £ p »the quadruple traverse 4 S and about the third part of the quadruple outer radius at the corners $ rg-g according to the relation
1Sa 3^13MP + 4 Sv + 1 rSE 1 Sa 3 ^ 13 MP + 4 S v + 1 r SE
bestimmt wird. Die Tischform ist der Spule angepaßt und die drei Gleitfüße werden in Tischverstärkungen an den kurzen Seiten der Spule befestigt. Die Rasterplatten befinden sich in zweiis determined. The table shape is adapted to the spool and the three sliding feet are mounted in table reinforcements on the short sides of the spool. The grid plates are in two
Tischecken innerhalb der Spulenbegrenzung. Durch den Lageregler werden Spule und Gleichstrommagneten entsprechend der Positionieraufgabe mit Spannung versorgt.Table corners within the coil limit. The position controller supplies the coil and the DC magnet with voltage in accordance with the positioning task.
Völlig drehmomentenfreie Zweikoordinatenschritt.raotore werden durch Verwendung gekrümmter oder als Polygonzug ausgebildeter Spulen realisiert. Der Krümmungsradius aller kraftwirksamen Spulenteile entspricht immer dem jeweiligen Abstand der einzelnen Lage der Spule vom Zentrum der Tischplatte oder der Polygonzug ist diesem Radius beliebig fein angepaßt« Bei Anwendung von nur zwei Polygonzugabschnitten zur Annäherung des genannten Radiuses liegt die Knickstelle des Polygonzuges in der Mitte der kraftwirksamen Spulenstranglänge und der Abstand der einzelnen Lagen der Spule von der Tischmitte entspricht an dieser Stelle auch dem genannten Radius der idealen Krümmung. Die Spulenkopflänge ist auch durch die BeziehungTotally torque-free two-coordinate step rotors are realized by using curved or polygonal-shaped coils. The radius of curvature of all force-effective coil parts always corresponds to the respective distance of the individual layer of the coil from the center of the table top or the polygon is arbitrarily fine adapted to this radius «When using only two Polgonzugabschnitten to approximate said radius, the kink of the polygon is in the middle of the force-effective Coil strand length and the distance of the individual layers of the coil from the center of the table corresponds at this point also the said radius of the ideal curvature. The coil end length is also due to the relationship
1B min 1^ 2 + Ds + rs 1 B min 1 ^ 2 + D s + r s
bestimmt. Mit diesen gekrümmten oder als Polygonzug ausge bildeten Spulen werden für jede Koordinate x, y nur eine Spule und ein entgegengesetzt polarisiertes Dauermagnetpaar benötigt, die senkrecht zueinander auf einer angepaßt geformten ferromagnetischen Grundplatte angeordnet sind. Die Magnetpollänge Ιτ/τρ-η muß um die Höhe des kraftwirksamen Spulenkreisabschnittes verlängert werden* Die Tischplatte j die die beiden Spulen trägt, benötigt nur drei Gleitfüße und die Rasterplatten sind in der lähe der Tischnitte angeordnet, wo sich die Objektträgerplatte befindet. Die Aussparungen für die Tischplattenbewegung besitzen die Größe und Lage wie bei ungekrümmten Spulen.certainly. With this curved or out as a polygon coils formed for each coordinate x, y only one coil and an oppositely polarized permanent magnet pair is needed, which are arranged perpendicular to each other on a suitably shaped ferromagnetic base plate. The Magnetpollänge Ιτ / τρ-η mu ß be extended by the amount of force effective coil circuit portion * The tabletop j which bears the two coils, requires only three sliding feet and the grid plates are arranged, where the slide plate is in the lähe the Tischnitte. The recesses for the table top movement have the size and position as with uncoiled coils.
Zur Vergrößerung der zentrischen Kräfte am Tisch' werden . mindestens zwei Paare von gekrümmten oder Polygonzugspulen und entgegengesetzt polarisierte Dauermagnetpaare in einer Kraftwirkungslinie für jede Koordinate x, y in der Tischplatte bzw. auf der ferromagnetischen GrundplatteTo increase the centric forces at the table 'become. at least two pairs of curved or traverse polygons and oppositely polarized pairs of permanent magnets in a force line of action for each coordinate x, y in the table top and on the ferromagnetic base plate, respectively
bzw. den ferromagnetische*! Teilstücken der Grundplatte angeordnet* Die Tischplatte ist dann kreuzförmig ausgebildet, besitzt vier Gleitfüße, in zwei gegenüberliegenden Ecken sind die Rasterplatten angeordnet und die Aussparungen haben Lage und Größe wie bei Verwendung ungekrümmter Spulen.or the ferromagnetic *! Partitions of the base plate arranged * The table top is then formed cross-shaped, has four sliding feet, in two opposite corners of the grid plates are arranged and the recesses have location and size as when using uncoiled coils.
Zur Verringerung des Spulenaufwandes und der Masse des Tisches bei drehmomentenfreien Zweikoordinatenschrittmotoren wird nur eine kreisförmige Spule oder Teile davon in einer kreisförmigen oder kreisabschnittförmigen Tischplatte in Verbindung mit nur jeweils einem Gleichstrommagnet in 'jeder Koordinate x, y auf einer nichtferromagnetischen Grundplatte genutzt. Die Form der Grundplatte ist der Lage der Gleichstrommagnete und der Gleitlagerung der Tischplatte angepaßt. Die Tischplatte trägt innerhalb der Spule an Verstärkungen drei Gleitfüße und Objektträger- und Rasterplatten an speichenartigen Verstrebungen.To reduce the bobbin effort and mass of the table in torque-free two-coordinate stepper motors, only a circular coil or portions thereof in a circular or circular tabletop is used in conjunction with only one DC magnet in each coordinate x, y on a nonferromagnetic base plate. The shape of the base plate is adapted to the position of the DC magnets and the sliding bearing of the table top. The tabletop supports within the coil on reinforcements three sliding feet and slide and grid plates on spoke-like struts.
Für eine Erhöhung der erzeugten drehmomentenfreien Kraft werden zwei Gleichstrommagneten in einer Kraftwirkungslinie für jede Koordinate x, y auf einer rechteckigen nichtmagnetisierbaren Grundplatte befestigt und in deren Luftspalten eine kreisförmige Spule, die in einer kreisförmigen Tischplatte befestigt ist, angeordnet. Die Tischplatte ist auf vier Gleitfüßen gelagert und die Rasterplatten sind außerhalb der Spule an der Tischplatte befestigt.To increase the generated torque-free force, two DC solenoids are mounted in a force line of action for each coordinate x, y on a rectangular non-magnetizable base plate and in their air gaps a circular coil mounted in a circular tabletop is placed. The table top is mounted on four sliding feet and the grid plates are mounted outside the coil on the table top.
Zur Vermeidung der Nachführung von Schleppkabeln und nichtzentrisch am Tisch wirkender Kräfte wird eine Spulenanordnung von mindestens einer rechteckigen Spule für je eine Koordinate x, y auf einer ferromagnetischen Grundplatte angepaßter Form befestigt. Mit der Grundplatte ist ein Rückschlußdeckel so verbunden, daß über den Spulen ein Luftspalt bleibt» In diesem Luftspalt ist eine nichtmagnetische bewegliche Tischplatte angeordnet, in der mindestens ein, vorzugsweise mehrere Dauermagnetpaare mit Magneten entgegengesetzter Polarität über 'den. festen SpulenTo avoid the tracking of trailing cables and noncentric forces acting on the table, a coil assembly of at least one rectangular coil for each coordinate x, y is mounted on a ferromagnetic base plate adapted form. With the base plate, a return cover is connected so that an air gap remains over the coils. In this air gap, a non-magnetic movable table top is arranged, in which at least one, preferably several permanent magnet pairs with magnets of opposite polarity on the. fixed coils
für jede Koordinatenrichtung x, y angeordnet sind. Die Rückschlußplatte hat über der Tischplatte Druckluftzuführungen für eine fluide Lagerung der Tischplatte« Bei vorzugsweise kreuzförmiger Tischplattenform ist die minimale Breite h^ ^. der Kreuzstege des Tisches durch die Druckluftzuführungaflächenbreite b^p bestimmt nach der Beziehung bgrp u±n^ 2 b^, damit der Tisch nicht aus dem Wirkungsbereich des Luftpolsters der fluiden Lagerung kommt«, Die Magnetpollänge lMp wird durch den vorgesehenen Verfahrweg S und die Spulenstrangbreite b nach der BeZi ehung .are arranged for each coordinate direction x, y. The return plate has compressed air supply above the table top for fluid storage of the tabletop. In the case of a preferably cross-shaped tabletop shape, the minimum width is h . the crossbar of the table by the compressed air supply surface width b ^ p determined by the relationship bgrp u ± n ^ 2 b ^, so that the table does not come out of the sphere of action of the air cushion of the fluid storage, the magnetic pole length l Mp is determined by the provided path S and Coil strand width b after BeZi ehung.
1MP s Sv + bs 1 MP s S v + b s
festgelegt« Die Magnetpolbreite und die Magnetpolhöhe wird durch die für das Erreichen einer geforderten Dynamik in Verbindung mit der vorhandenen Tischplatten- und Objektmasse notwendigen Kraft bei dem gewählten Dauermagnetmaterial bestimmt. Die Spulenlänge wird zur Vermeidung von Kräften senkrecht zur Antriebsrichtung durch die Spulenkopf quer stränge und den von den Magneten ausgehenden Streuflüssen größer als die Summe von Magnetpolbreite bMp, dem Verfahrweg der zur Kraftv/irkungsrichtung der betreffenden Spule senkrechten Koordinate S , der doppelten Spulenstrangbreite 2 b und der doppelten Magnethöhe 2 h™ nach der Beziehung"The magnetic pole width and the magnetic pole height are determined by the force required for achieving a required dynamic in connection with the existing table top and object mass with the selected permanent magnet material. The coil length is to avoid forces perpendicular to the drive direction by the coil head strands and the emanating from the magnets stray fluxes greater than the sum of Magnetpolbreite b M p, the travel of the direction of Kraftv / irkungsrichtung the respective coil perpendicular coordinate S, the double coil strand width b and twice the magnetic height 2 h ™ after the relationship
1S Min 2 ^ bMP + Svl +2V2 hM .. 1 s min 2 ^ b mp + s vl + 2 v 2 h m ..
festgelegt. Die den Magneten zugewandte Seite des Rückschlußdeckels besitzt eine Kunststoffbeschichtung, vorzugsweise PTFE, zur Verringerung der Anziehungskräfte und des Verschleißes bei Abschaltung der Druckluft. Die Ab- . schaltung der Druckluft ermöglicht gleichzeitig die magnetische Klemmung der Tischplatte als Arretierung gegen von außen auf die Tischplatte wirkende Kräfte während der Stillstandsphasen. Der Rückschlußdeckel besitzt außerestablished. The magnet-facing side of the return cover has a plastic coating, preferably PTFE, to reduce the attractive forces and wear when switching off the compressed air. The Ab-. Circuit of the compressed air also allows the magnetic clamping of the table top as a lock against external forces acting on the table top forces during standstill phases. The return cover has except
seinen vier Befestigungsstegen an den Seiten noch zwei Flußführungsstrecken für die nahe der Mitte des Tisches liegenden Magnete, damit durch die entgegengesetzte Polung der Magnete in gleichen Flußpfaden keine entgegengesetzt gerichtete magnetischen.Flüsse auftreten» Die Rasterplatten für die optoelektronische Signalgewinnung sind symmetrisch zu diesen zusätzlichen Flußführungsstrecken angeordnete In der Mitte des Rückflußdeckels, des Tisches und der Grundplatte befinden sich strahlungsdurchlässige Öffnungen, wobei in der Tischmitte die Objektträgerplatte, z. B. aus Glas, angeordnet ist.its four fastening webs on the sides of two Flußführungsstrecken for the near the center of the table lying magnets so that the opposite polarity of the magnets in the same flow paths no oppositely directed magnetic.Flüsse occur »The grid plates for the optoelectronic signal acquisition are arranged symmetrically to these additional Flußführungsstrecken In the middle of the Rückflußdeckels, the table and the base plate are radiation-permeable openings, wherein in the middle of the table slide plate, z. B. glass, is arranged.
Zur Verringerung des Aufwandes für die Lagerung des Tisches wird eine Lagerung auf Gleitfüßen, die zwischen den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten oder zentrisch zur Tischplattenmitte an anderen geeigneten Orten angeordnet sind, benutzt. Die Erhöhung der Reibung wird zur Schwingsdämpfung durch Verwendung von PTFE oder anderer geschwindigkeitsabhängige Reibung aufweisender Kunststoffe an den Gleitfüßen ausgenutzt. Die ferromagnetische Rückschlußplatte besitzt statt der Kunststoff beschichtung an der Unterseite nur eine besonders glatte Oberfläche an den vorgesehenen GIeitflächen* Die Tischplatte kann jetzt für minimale Masseverhältnisse kreuzförmig so ausgebildet werden, daß nur die Magnete, die Objektträgerplatte und die Rasterplatten in einer Ebene genau geführt v/erden können.To reduce the effort for the storage of the table is a storage on sliding feet, which are arranged between the opposite polarized permanent magnet or centric to the center of the tabletop at other suitable locations used. The increase in friction is exploited for vibration damping by using PTFE or other speed-dependent friction-containing plastics on the sliding feet. The ferromagnetic yoke plate has instead of the plastic coating on the bottom only a particularly smooth surface on the intended GIeitflächen * The table top can now be formed for minimum mass ratios cruciform so that only the magnets, the slide plate and the grid plates in a plane exactly v / can ground.
Au s führung s b e i tsp i el Au s Lead ung s at t sp i el
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert« In den beiliegenden Zeichnungen wird gezeigt:The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. In the attached drawings:
Fig. 1 Prinziplösung eines Zweikoordinatenschrittmotors im Schnitt AA mit zwei in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen in einer Kraftwirkungslinie für jede Koordinate x, y und festen PermanentmagnetenFig. 1 principle solution of a two-coordinate stepping motor in section AA with two fixed in a movable table top coils in a force line of action for each coordinate x, y and fixed permanent magnet
I/igs 2 Schnitt BB zu Fig. 1I / igs 2 section BB to Fig. 1
Fig. 3 Zweikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit vier in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede Koordinate X1 y und festen PermanentmagnetenFig. 3 two-axis stepping motor in section AA with four mounted in a movable table top coils in two parallel force action lines for each coordinate X 1 y and fixed permanent magnet
Fig. 4 Schnitt BB zu Fig. 3Fig. 4 section BB to Fig. 3rd
Pig. 5 Zweikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit zwei in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede Koordinate x, y und festen PermanentmagnetenPig. 5 Two-axis stepper motor in section AA with two coils mounted in a movable table top in two parallel lines of force for each coordinate x, y and fixed permanent magnets
Fig. 6 Teilansicht C zu Fig. 5 Fig. 7 Schnitt BB zu Fig. 5FIG. 6 partial view C to FIG. 5 FIG. 7 section BB to FIG. 5
Fig. 8 Zweikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit drei in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen unter einem Winkel von 120 ° und festen PermanentmagnetenFig. 8 two-coordinate stepping motor in section AA with three fixed in a movable table top coils at an angle of 120 ° and fixed permanent magnet
Fig. 9 Schnitt BB zu Fig. 8Fig. 9 section BB to Fig. 8
Fig. 10 Zweikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spule und zwei Gleichstrommagneten in einer Kraftwirkungsrichtung für jede Koordinate x, y10 shows a two-axis stepping motor in section AA with a coil mounted in a movable table top and two DC magnets in a direction of force action for each coordinate x, y
yr 12yr 12
Fig. 11 Schnitt BB zu Pig. 10Fig. 11 section BB to Pig. 10
Fig. 12 Zweikoordinatenschrittmotor in Schnitt AA mit einerFig. 12 two-coordinate stepping motor in section AA with a
in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spule und vier Gleichstrommagneten in zwei parallelen Kraftwirkungslinien in jeder Koordinate x, yin a movable table top mounted coil and four DC magnets in two parallel force lines in each coordinate x, y
Fig. 13 Schnitt BB zu Fig. 12Fig. 13 section BB to Fig. 12th
Fig. 14 Zweikoordinatenschrittmotor mit 3 teilweise abgeschnittenen Gleichstrommagneten unter 120 und einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten nichtgleichseitigen Sechseckspule14 shows a two-coordinate stepping motor with three partially cut-off DC magnets below 120 and a non-uniform hexagonal coil mounted in a movable tabletop
Fig. 15 Zweikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit je einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spule mit gekrümmten Spulensträngen für jede Koordinatenrichtung Xj y und festen PermanentmagnetenFig. 15 two-coordinate stepping motor in section AA, each with a mounted in a movable table top coil with curved coil strands for each coordinate direction Xj y and fixed permanent magnet
Fig. 16 Schnitt BB zu Fig. 15 .Fig. 16 section BB to Fig. 15.
Fig. 17 Zweikoordinatenschrittmotor mit teilweise abgeschnittenen Rückschlußstücken und zwei in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen mit gekrümmten Spulensträngen in jeder Koordinatenrichtung x, y und festen Permanentmagneten17 shows a two-coordinate stepping motor with partially cut-off return pieces and two coils mounted in a movable table top with curved coil strands in each coordinate direction x, y and fixed permanent magnets
Fig« 18 Zweikoordinatenschrittmotor mit je einem teilweise abgeschnittenem Gleichstrommagneten für jede Koordinate x, y und einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten kreisförmigen Spule .FIG. 18 shows a two-coordinate stepping motor, each with a partially cut-off DC magnet for each coordinate x, y and a circular coil mounted in a movable table top.
Fig. 19 Zweikoordinatenschrittmotor mit je zwei teilweise abgeschnittenen Gleichstrommagneten für jede Koordinate x, y und einer in einer beweglichen Tischplatte befestigten kreisförmigen Spule19 shows a two-coordinate stepping motor with two partially cut off DC magnets for each coordinate x, y and a circular coil mounted in a movable table top
£ I Q £, O © 13 £ I Q £, O © 13
Pig« 20 Zweikoordinatenschrittmotor im Schnitt AA mit vier Permanentmagneten in jeder Koordinatenrichtung χ, y in einer fluid gelagerten Tischplatte über festen SpulenPig «20 Two-axis stepping motor in section AA with four permanent magnets in each coordinate direction χ, y in a fluid-mounted table top over fixed coils
Pig. 21 Schnitt BB zu Pig* 20Pig. 21 Cut BB to Pig * 20
Pig« 22 ZweikGordinatenschrittmotor im Teilschnitt AA mit vier Permanentmagneten in jeder Koordinatenrichtung x, y in einer gleitgelagerten Tischplatte über festen SpulenPig «22 Two-coordinate stepping motor in partial section AA with four permanent magnets in each coordinate direction x, y in a slide-mounted table top over fixed coils
Pig. 23 Schnitt BB zu Pig. 22Pig. 23 Cut BB to Pig. 22
Nach Pig. 1 und Pig. 2 ist ein Zweikoordinatenschrittmotor dargestellt. Auf einer ferromagnetischen Grundplatte 1 sind jeweils zwei Paare von entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten 2 in jeder Koordinate x, y und deren ferromagnetisch, ο Rückschlußteile 3 angeordnet. In den Luftspalten zwischen Dauermagneten 2 und Rückschlußteilen 3 ist ein mit Gleitfüßen 5 auf einer Gleitfläche 8 gelagerte Tischplatte 6 angeordnet, in der zwei rechteckige Spulen 4 für jede Koordinatenrichtung x, y so befestigt sind, daß bei Stromfluß in diesen Spulen eine Kraft auf die Tischplatte 6 ausgeübt wird. Die Länge der Spulenköpfe 1 ^. ., ist so zu bemessen, daß die kraftwirksamen Spulenstränge während der Bev/egung nie aus dem Bereich der magnetischen Induktion der Dauermagnete 2 gelangen können« lieben den der Tischmitte zugewandten Spulensträngen sind in der Tischplatte 6 Aussparungen von mindestens der Größe des Querschnittes der Spulenrückflußstücke, vergrößert um den vorgesehenen Verfahrweg in der entsprechenden Koordinate. In der Mitte der Tischplatte 6 ist eine Objektträgerplatte Γ("aus strahlungsdurchlässigem Werkstoff, z. B. Glas, vorhanden und in zwei gegenüberliegenden Ecken der kreuzförmigen Tischplatte 6 sind Rasterplatten 9, 10 senkrecht zueinander in einer Ebene angeordnet, die mit einer Lichtquelle 11 beleuchtet und mit Potoempfängern 12 abgetastet werden. Die dabei gewonnene inkrementale Lageinformation wird einem Lageregler zum Vergleich mit zugeführten SteuersignalenAfter Pig. 1 and Pig. 2, a two-coordinate stepping motor is shown. On a ferromagnetic base plate 1 two pairs of oppositely polarized permanent magnet 2 in each coordinate x, y and their ferromagnetic, ο yoke parts 3 are arranged in each case. In the air gaps between the permanent magnet 2 and yoke parts 3 a mounted with sliding feet 5 on a sliding surface 8 table top 6 is arranged in the two rectangular coils 4 for each coordinate direction x, y are fixed so that when current flows in these coils, a force on the table top 6 is exercised. The length of the coil heads 1 ^. ., is to be dimensioned such that the force-effective coil strands can never come out of the range of the magnetic induction of the permanent magnets 2 during the population «love the center of the table facing coil strands are in the table top 6 recesses of at least the size of the cross section of Spulenrückflußstücke, increased by the intended travel in the corresponding coordinate. In the center of the table top 6 is a slide plate Γ ( "made of radiation-transparent material, eg glass, and in two opposite corners of the cross-shaped table top 6 grid plates 9, 10 are arranged perpendicular to each other in a plane which is illuminated with a light source 11 and sampled with photoreceptors 12. The incremental position information obtained in this way is used to compare a position controller with supplied control signals
zugeführt und dann entsprechend der gegebenen Bewegungsaufgabe die einzelnen Spulen 4 an Spannungsquellen entsprechender Polarität mit der notwendigen Impulsdauer angeschlossen«supplied and then according to the given task of motion, the individual coils 4 connected to voltage sources of the corresponding polarity with the necessary pulse duration «
Nach Fig. 3 und Fig. 4 ist ein Zweikoordinatenschrittmotor in veränderter Ausführung von Fig« 1 und Fig. 2 dargestellt. Zur Vergrößerung der erzeugten Kraft, zur Kompensation oder zur Erzeugung von Drehmomenten werden vier Spulen 4 in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für 3ede Koordinate x, y mit den kraftwirksamen Spulensträngen der Tischplattenmitte zugewandt, in der Tischplatte 13 befestigt und diese in den Luftspalten zwischen Dauermagneten 2 und Rückschlußteil 3 zur Wirkung gebracht. Die Dauermagnete 2 sind auf einer rechteckigen ferromagnetischen Grundplatte befestigt. Die Tischplatte 13 trägt in der Mitte die Objektträgerplatte 7» außen zwischen den nebeneinanderliegenden Spulen die Gleitfüße 5 und entsprechend geformte Aussparungen für die Tischbewegung«, Die Gleitfüße laufen auf Gleitflächen 8. Mit den durch Lichtquellen 11 und Fotoempfänger 12 von den Rasterplatten 9, 10 gewonnenen Lageinformationen wird die Regelung der Stromimpulse in den einzelnen Spulen 4 so vorgenommen, daß entweder entstehende Drehmomente kompensiert oder, wenn gewünscht, verstärkt v/erden.Referring to FIG. 3 and FIG. 4, a two-coordinate stepping motor in a modified embodiment of FIG. 1 and FIG. 2 is shown. To increase the force generated, for compensation or for the generation of torques, four coils 4 in two parallel force lines for each coordinate x, y facing the force effective coil strands of the center of the tabletop, secured in the table top 13 and this in the air gaps between the permanent magnet 2 and yoke 3 brought to action. The permanent magnets 2 are mounted on a rectangular ferromagnetic base plate. The table top 13 carries in the middle of the slide plate 7 "outside between the adjacent coils, the sliding feet 5 and correspondingly shaped recesses for the table movement", the sliding feet run on sliding surfaces 8. With the light sources 11 and photoreceptor 12 from the grid plates 9, 10 won Location information, the regulation of the current pulses in the individual coils 4 is made so that either resulting torques compensated or, if desired, strengthened v / ground.
Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Erhöhung der Feinfühligkeit der Drehmomentenkompensation bzw. zur Erzeugung großer Drehmomente mit kleinen Kräften bei minimalem Spulenauf v/an d jeweils zwei Spulen 4 in zwei parallelen Kraftwirkungslinien mit den nichtkraftwirksamen Spulenköpfen der Tischmitte zugewandt in der beweglichen Tischplatte 21 für jede Koordinate x, y angeordnet sind. Die Tischplatte 21 und die ferromagnetische Grundplatte 20 sind kreuzförmig ausgebildet. Die Dauermagneten 2 und die RückschlußteileFig. 5, Fig. 6 and Fig. 7 show a two-coordinate stepping motor, in which to increase the sensitivity of the torque compensation or to generate high torque with small forces with minimal Spulenauf v / an d two coils 4 in two parallel force lines with the non-effective Coil heads of the center of the table facing in the movable table top 21 for each coordinate x, y are arranged. The table top 21 and the ferromagnetic base plate 20 are formed in a cross shape. The permanent magnets 2 and the yoke parts
sind an den Enden der kreuzförmigen Grundplatte 20 befestigt. In den Ecken der Tischplatte 21 sind die Gleitfüße 5 angeordnet, die auf den Gleitflächen 8 laufen« Die Tischplatte 21 trägt in der Mitte die Objektträgerplatte 7 und daneben die Rasterplatten 9, 10, die wieder mit den Lichtquellen 11 und den Fotoempfängern12 die Lageinformation für den Regelkreis liefern.are attached to the ends of the cross-shaped base plate 20. In the corners of the table top 21, the sliding feet 5 are arranged, which run on the sliding surfaces 8 «The table 21 carries in the middle of the slide plate 7 and next to the grid plates 9, 10, which again with the light sources 11 and the Fotoempfängern12 the position information for the Supply control loop.
Pig. 8 und Pig. 9 zeigen einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Kompensation oder zur Erzeugung von Drehmomenten mit geringem Spulen- und Magnetaufwand drei Dauermagnetpaare 2 und die dazugehörigen Rückschlußteile 3 unter 120 auf einer sechseckigen ferromagnetischen Grundplatte 22 so befestigt werden, daß eine auf den Gleitfüßen 5 und den Gleitflächen 8 gelagerte sternförmige Tischplatte 23 mit den Spulen 4 so verbunden wird, daß die nichtkraftwirksamen Spulenköpfe der Tischmitte zugewandt sind, v/o sich die Objektträgerplatte 7 befindet, Zur Verringerung der Masse der Tischplatte 23 sind die Rasterplatten 9, 10 in zwei Spulenkernen befestigt, wo sie mit den Lichtquelleni1 und den Fotoempfängerni2 die inkrementale Lageinformation erzeugen, die zur Stromsteuerung der Spulen 4 dient.Pig. 8 and Pig. 9 show a two-coordinate stepping motor, in which three permanent magnet pairs 2 and the associated yoke parts 3 are mounted below 120 on a hexagonal ferromagnetic base plate 22 so that one on the sliding feet 5 and the sliding surfaces 8 to compensate or to generate torques with low coil and magnetic costs mounted star-shaped table top 23 with the coil 4 is connected so that the non-effective coil heads are facing the center of the table, v / o the slide plate 7 is located, To reduce the mass of the table top 23, the grid plates 9, 10 are mounted in two coil cores, where they with the light sources i1 and the photoreceptors i2 generate the incremental position information used to control the current of the coils 4.
Pig. 10 und Pig. 11 zeigen einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur besseren Ausnutzung des Spulenkupfers zur Krafterzeugung nur eine rechteckige Spule 28 in Verbindung mit jeweils zwei Gleichstrommagneten, bestehend aus Spule 26 und Kern 25, für jede Koordinatenrichtung x, y auf einer nichtmagnetisierbaren Grundplatte 24 benutzt wird« Die Tischplatte 27 besitzt rechteckige Grundform und hat an den Ecken Verstärkungen bzw. Erweiterungen für die Befestigung der Gleitfüße 5, die auf den Gleitflächen 8 laufen, und die Anordnung der Rasterplatten 9, 10, die durch die Lichtquelleni1 beleuchtet und die Potoempfanger 12 zur inkrementalen LageSignalgewinnung abgetastet v/erden« In der Tischmitte ist die Objektträgerplatte 7 ange-Pig. 10 and Pig. 11 show a two-coordinate stepping motor, in which only one rectangular coil 28 is used for each coordinate direction x, y on a non-magnetizable base plate 24 for better utilization of the coil copper for force generation in conjunction with two DC magnets, consisting of coil 26 and core 25 27 has a rectangular basic shape and has at the corners reinforcements for the attachment of the sliding feet 5, which run on the sliding surfaces 8, and the arrangement of the grid plates 9, 10 illuminated by the Lichtquelleni1 and the Potoempfanger 12 sampled for incremental LageSignalgewinnung v / ground «In the center of the table, the slide plate 7 is attached.
2 6 6 162 6 6 16
ordnet. Bei nichtzentrisch am Tisch entstehenden Kräften werden jeweils zur ersten Bewegungsrichtung senkrechte Kraftwirkungen in der Spule auslösende Gleichstrommagnete 25, 26 entsprechender Polarität eingeschaltet, um Drehmomente zu kompensieren*assigns. In the case of forces that are not centered on the table, vertical force effects in the coil causing DC magnets 25, 26 of corresponding polarity are respectively switched on to the first direction of movement in order to compensate for torques *
Pig. 12 und Pig. 13 zeigen einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur besseren Kompensation oder zur wirksameren Erzeugung von Drehmomenten im Zusammenwirken von nur einer rechteckigen Spule 28 mit vier Gleichstrommagneten, bestehend aus Spule 26 und Kern 25, in zwei parallelen Kraftwirkungsrichtungen für jede Koordinate x, y auf einer rechteckigen nichtmagnetisierbaren Grundplatte 30 angeordnet werden. Die Tischplatte 29 ist rechteckig und hat an den Ecken Verstärkungen für die Aufnahme der Gleitfüße 5, die auf den Gleitflächen 8 laufen. In der Tischmitte befindet sich die Objektträgerplatte 7 und daneben die Rasterplatten 9, 10, die von Lichtquellen 11 beleuchtet und von Potoempfängern 12 zur Gewinnung des inkrementalen Lagesignals abgetastet werden. Die Stromsteuerung in der Spule und in den Gleichstrommagneten 25, 26 erfolgt entsprechend der vorliegenden Bewegungsaufgabe.Pig. 12 and Pig. 13 show a two-coordinate stepper motor in which, for better compensation or more efficient generation of torques in cooperation of only one rectangular coil 28 with four DC magnets consisting of coil 26 and core 25, in two parallel directions of force action for each coordinate x, y on a rectangular non-magnetizable Base plate 30 are arranged. The table top 29 is rectangular and has at the corners reinforcements for receiving the sliding feet 5, which run on the sliding surfaces 8. In the middle of the table is the slide plate 7 and next to the grid plates 9, 10, which are illuminated by light sources 11 and scanned by photodetectors 12 to obtain the incremental position signal. The current control in the coil and in the DC magnets 25, 26 takes place according to the present motion task.
Fig. 14 zeigt einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Verringerung des Aufwandes an Gleichstrommagneten bei Verwendung nur einer Spule 32 drei Gleichstrommagneten, die aus Spule 26 und Kern 25 bestehen, unter 120 ° auf einer angepaßt geformten nichtmagnetisierbaren Grundplatte 31 angeordnet werden. Die Spule 32 hat die Form eines nichtgleichseitigen Sechsecks und die Tischplatte 47 hat entsprechende Form. An den kurzen Seiten der Tischplatte 47 sind die Gleitfüße 5 angeordnet, die auf den Gleitflächen 8 laufen. In der Tischmitte ist die Objektträgerplatte 7 und in zwei Tischecken sind innerhalb der Spule 32 die Rasterplatten 9, 12 zur inkrementalen Signalgewinnung angeordnet« .Fig. 14 shows a two-coordinate stepping motor, in which to reduce the burden of DC magnets using only one coil 32, three DC magnets, consisting of coil 26 and core 25, are arranged at 120 ° on an adapted shaped non-magnetizable base plate 31. The coil 32 has the shape of a non-uniform hexagon and the table top 47 has corresponding shape. On the short sides of the table top 47, the sliding feet 5 are arranged, which run on the sliding surfaces 8. In the center of the table is the slide plate 7 and in two table corners within the coil 32, the grid plates 9, 12 arranged for incremental signal extraction.
Pig. 15 und Pig«, 16 zeigen einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Erzeugung drehmomentenfreier Antriebskräfte je eine gekrümmte Spule 17 für jede Koordinatenrichtung x, y in einer angepaßt geformten Tischplatte über je einem Paar entgegengesetzt polarisierter Dauermagneten 2, die auf einer geeignet geformten ferromagnetischen Grundplatte 16 befestigt sind, angeordnet ist« Der Krümmungsradius aller kraftwirksamen Spulenteile ist gleich dem Abstand der einzelnen Spulenlagen vom Zentrum der Tischplatte 15, wobei das Zentrum durch den Tischplattenschwerpunkt bestimmt wird. Die Tischplatte 15 hat neben den der Tischmitte zugewandten Spulensträngen Aussparungen für den Durchtritt der Rückschlußstücke 3 und dem vorgesehenen Verfahrweg, an drei um ca. 120 ° versetzten Orten sind Gleitfüße 5 angebracht, die auf den Gleitflächen 8 laufen, in der Tischplattenmitte ist die Objektträgerplatte'7 und daneben sind die Rasterplatten 9, 10, die durch die Lichtquellen 11 beleuchtet und die Potoempfanger 12 abgetastet werden, angeordnetePig. FIGS. 15 and 16 show a two-coordinate stepping motor in which a curved coil 17 for each coordinate direction x, y is mounted in a suitably shaped table top via a respective pair of oppositely polarized permanent magnets 2 mounted on a suitably shaped ferromagnetic base plate 16 for producing torque-free drive forces The radius of curvature of all the force-effective coil parts is equal to the distance of the individual coil layers from the center of the tabletop 15, the center being determined by the tabletop center of gravity. The table top 15 has in addition to the center of the table facing coil strands recesses for the passage of the yoke pieces 3 and the intended path, at three offset by 120 ° places sliding feet 5 are mounted, which run on the sliding surfaces 8, in the middle of the tabletop is the slide plate ' 7 and next to it, the grid plates 9, 10 which are illuminated by the light sources 11 and the photoreceptors 12 are scanned, arranged
Pig. 17 zeigt einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Erzeugung größerer drehmomentenfreier Antriebskräfte für jede Koordinatenrichtung x, y zwei gekrümmte Spulen 17 in einer kreuzförmigen Tischplatte 18 über je einem entgegengesetzt polarisierten Paar von Dauermagneten 2 angeordnet sind, wobei die übrigen Punktionsorgane ähnlich wie in Pig. 1 angeordnet sind.Pig. 17 shows a two-coordinate stepper motor in which two curved coils 17 are arranged in a cross-shaped table top 18 via an oppositely polarized pair of permanent magnets 2 for generating larger torque-free drive forces for each coordinate direction x, y, the remaining puncturing elements being similar to those in Pig. 1 are arranged.
Pig. 18 zeigt einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Verringerung des Spulenauf v/andes bei der Erzeugung drehmomentenfreier Antriebskräfte nur eine kreisförmige Spule 34 in einer kreisförmigen Tischplatte 37 verwendet wird und die sich in den Luftspalten je eines Gleichstrommagnet en, bestehend aus Spule 26 und Kern 25, für jede Koordinatenrichtung x, y, die auf einer nichtmagnetisierbaren Grundplatte 36 befestigt sind, befindet. Die Tisch-Pig. 18 shows a two-coordinate stepper motor in which only one circular coil 34 in a circular table top 37 is used to reduce the coil rotation and generate torque-free drive forces, and which is located in the air gaps of each DC solenoid consisting of coil 26 and core 25; for each coordinate direction x, y, which are mounted on a non-magnetizable base plate 36 is located. The table-
216 266' 1β 216 266 ' 1β
platte 37 ist äußerst massearm gestaltet und trägt an speichenartigen Verstrebungen in der Tischmitte die Objektträgerplatte 7, die Rasterplattenanordnung 9, 10 und die Tischgleitlagerung 5f plate 37 is designed extremely massearm and contributes to spoke-like struts in the middle of the table, the slide plate 7, the grid plate assembly 9, 10 and the table slide bearing 5 f
Pig. 19 zeigt einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Erzeugung größerer drehmomentenfreier Kräfte und besserer Spulenausnutzung bei Verwendung nur einer kreisförmigen Spule 34 in einer kreisförmigen Tischplatte 35 diese sich in den Luftspalten von zwei Gleichstrommagneten, bestehend aus Spule 26 und Kern 25> für jede Koordinatenrichtung x, y, die auf einer rechteckigen nichtmagnetisierbaren Grundplatte 33 befestigt sind, befindet. Am Rande der kreisförmigen Tischplatte 35 sind die Gleitfüße 5 und die Rasterplatten 9, 10 für die optoelektronische Signalgewinnung befestigt.Pig. 19 shows a two-coordinate stepper motor in which, to generate larger torque-free forces and better coil utilization using only a circular coil 34 in a circular table top 35, these are in the air gaps of two DC magnets consisting of coil 26 and core 25> for each coordinate direction x, y which are mounted on a rectangular non-magnetizable base plate 33 is located. At the edge of the circular table top 35, the sliding feet 5 and the grid plates 9, 10 are mounted for the optoelectronic signal acquisition.
Fig. 20 und Fig. 21 zeigen einen Zweikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Vermeidung von Schleppkabeln und zur Erzeugung von drehmomentenfreien Antriebskräften an der kreuzförmigen Tischplatte 30 eine Spulenanordnung von je zv/ei Rechteckspulen 4 für jede Koordinatenrichtung x, y auf einer ferromagnetischen Grundplatte 38 angepaßter achteckiger Form befestigt ist. Mit der Grundplatte 38 ist ein Rückschlußeckel 42 verbunden, der über den Spulen 4 einen Luftspalt freiläßt, in dem eine kreuzförmige Tischplatte 30 angeordent ist, die in jedem Kreuzsteg über den Rechteckspulen 4 ein entgegengesetzt polarisiertes Paar von Dauermagneten 2 besitzt und in deren Tischmitte sich die Objektträgerplatte 7 befindet. Der Rückschlußdeckel 42 besitzt außer seinen vier Befestigungsstegen zur Grundplatte 38 noch zwei besondere Flußführungsstrecken 44 für die nahe der Tischmitte liegenden Dauermagnete 2. Die Unterseite des Rückschlußdeckels 42 ist mit einer Kunststoffschicht 41, ζ. B. PTFE, beschichtet und an der Oberseite sind Druckluftzuführungen 43 vorhanden, die die Druckluft zu den Verteilungskanälen im RückschlußdeckelFIGS. 20 and 21 show a two-coordinate stepping motor in which, to avoid trailing cables and to generate torque-free drive forces on the cross-shaped table top 30, a coil arrangement of zv / ei rectangular coils 4 for each coordinate direction x, y on a ferromagnetic base plate 38 adapted octagonal Form is attached. With the base plate 38, a Rückschlußeckel 42 is connected, which leaves an air gap on the coil 4, in which a cross-shaped table top 30 angeordent that has an oppositely polarized pair of permanent magnets 2 in each cross bar on the rectangular coils 4 and in the middle of the table Slide plate 7 is located. The yoke cover 42 has in addition to its four mounting webs to the base plate 38 nor two special Flußführungsstrecken 44 for near the middle of the table permanent magnets 2. The underside of the yoke cover 42 is provided with a plastic layer 41, ζ. As PTFE, coated and at the top are compressed air feeds 43 are provided, which the compressed air to the distribution channels in the return cover
leitet. Zwischen den Spulen 4 auf der ferromagnetische!! Grundplatte 38 befinden sich nichtrnagnetisierbare Ausfüllteile 39« In zwei Ecken der Tischplatte sind die Rasterplatten 9, 10 befestigts die von den Lichtquellen 11 beleuchtet und mit den Fotoempfängern .12'abgetastet v/erden.passes. Between the coils 4 on the ferromagnetic !! Base plate 38 are non-magnetizable filling parts 39 "In two corners of the table top, the grid plates 9, 10 are attached s which are illuminated by the light sources 11 and scanned with the photoreceivers .12 '.
Pig. 23 zeigt einen Zweikoordinatenschrittmotor in veränderter Ausführung von Pig» 22 in vergrößertem Ausschnitt. Zur Verringerung der Masse der Tischplatte 45 und des Aufwandes für ihre Lagerung werden Gleitfüße 5 in den Kreuzstegen der Tischplatte 45 zwischen den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten 2 angeordnet und kommen durch die magnetische Anziehungskraft mit den metallischen Gleitflächen an der Unterseite des Rückschlußdeckels 46 in Kontakt und bilden so die Gleitpaarung, die die Luftlagerung ersetzt.Pig. FIG. 23 shows an enlarged-scale two-coordinate stepping motor of Pig »22 in enlarged section. To reduce the mass of the table top 45 and the cost of their storage sliding feet 5 are arranged in the crossbars of the table top 45 between the oppositely polarized permanent magnet 2 and come through the magnetic attraction with the metallic sliding surfaces on the underside of the return cover 46 in contact and form the sliding pair, which replaces the air bearing.
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