DE102007037886B4 - Field-guided planar precision drive with an air-bearing rotor - Google Patents

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Abstract

Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb mit einem luftgelagerten Läufer (1), der als Planartisch ausgebildet ist, welcher Permanentmagnetkreise (4) aufweist, weiterhin mit einer unterhalb des Läufers (1) befindlichen Statorplatte (6), auf der Statorplatte (6) jeweils gegenüberliegend vorgesehenen Antriebsspulenpaaren (3), um je nach Bestromung der Antriebsspulenpaare (3) Kraftwirkungen auf den Läufer (1) mit den Permanentmagnetkreisen (4) auszuüben, wobei die Antriebsspulenpaare (3) symmetrisch in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem angeordnet sind, weiterhin die Statorplatte (6) Linearführungen (5), die jeweils in einem rechten Winkel zueinander stehen, für jedes Antriebsspulenpaar (3) aufweist, um eine Bewegung der Antriebsspulenpaare (3) entlang der jeweiligen x- oder y-Achse des Koordinatensystems zu erreichen, wobei bei einer Verstellung des Läufers (1) in x-Richtung eine Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen derjenigen gegenüberliegenden Antriebsspulenpaare (3) vorliegt oder erzeugt wird, welche der Verstellung des Läufers (1) in y-Richtung dienen, sowie bei einer Verstellung des Läufers (1) in y-Richtung eine Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen derjenigen gegenüberliegenden Antriebsspulenpaare (3) vorliegt oder erzeugt wird, welche der Verstellung des Läufers (1) in x-Richtung dienen, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Außenränder der Unterseite des Planartisches (1) die Permanentmagnetkreise (4) angeordnet sind, die Längsausdehnung der Antriebsspulenpaare (3) nur unwesentlich größer als die Breite der Permanentmagnetkreise (4) ist und die Linearführungen (5) kreuzförmig symmetrisch auf dem Stator (6) angeordnet sind, wobei jede Linearführung (5) jeweils ein Antriebsspulenpaar (3) aufnimmt.Field-guided planar precision drive with an air-bearing rotor (1), which is designed as a planar table, which has permanent magnet circuits (4), furthermore with a stator plate (6) located below the rotor (1), on the stator plate (6) each opposing drive coil pairs ( 3), in order to exert force effects on the rotor (1) with the permanent magnet circuits (4) depending on the energization of the drive coil pairs (3), the drive coil pairs (3) being arranged symmetrically in a right-angled xy coordinate system, furthermore the stator plate (6) linear guides (5), which are each at right angles to one another, for each drive coil pair (3) in order to achieve a movement of the drive coil pairs (3) along the respective x- or y-axis of the coordinate system, with an adjustment of the rotor ( 1) a force component in the x-direction for pulling or moving those opposite pairs of drive coils (3) vo r lies or is generated, which are used to adjust the rotor (1) in the y-direction, as well as an adjustment of the rotor (1) in the y-direction a force component for dragging or moving those opposite drive coil pairs (3) is present or generated which serve to adjust the rotor (1) in the x-direction, characterized in that the permanent magnetic circuits (4) are arranged along the outer edges of the underside of the planar table (1), the longitudinal extent of the drive coil pairs (3) is only slightly larger than the width of the permanent magnetic circuits (4) and the linear guides (5) are arranged symmetrically in a cross shape on the stator (6), each linear guide (5) receiving a pair of drive coils (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen feldgeführten planaren Präzisionsantrieb mit einem luftgelagerten Läufer gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a field-guided planar precision drive with an air-bearing rotor according to the preamble of patent claim 1.

Aus der DE 30 37 648 C2 ist ein Zweikoordinatenmotor zum Verschieben eines Objektträgers mit für jede Bewegungskoordinate mindestens einer Spule und einem relativ dazu beweglichen Dauermagneten mit Eisenrückschluss vorbekannt. In jeder Bewegungskoordinate x und y sind mindestens zwei entgegengesetzt polarisierte Dauermagneten auf einer ferromagnetischen Grundplatte und jeweils über den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten ein ferromagnetisches Rückschlussteil angeordnet. Im Luftspalt zwischen Dauermagneten und Rückschlussteil befindet sich mindestens eine mit einer Tischplatte verbundene Spule mit zwei den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten zugeordneten, kraftwirksamen Spulenseiten und mit weit über die Magnetpolbreite ragenden Spulenköpfen. Weiterhin sind in der vorerwähnten Tischplatte Aussparungen für das Rückschlussteil und in der Tischmitte der Objektträger aus strahlungsdurchlässigem Werkstoff vorgesehen.From the DE 30 37 648 C2 is a two-coordinate motor for moving a slide with known for each movement coordinate of at least one coil and a relatively movable permanent magnet with iron yoke. In each movement coordinate x and y at least two oppositely polarized permanent magnets on a ferromagnetic base plate and in each case over the oppositely polarized permanent magnet, a ferromagnetic Rückschlussteil arranged. In the air gap between the permanent magnet and the return part is at least one associated with a table top coil with two opposite polarized permanent magnet associated, effective coil sides and with far beyond the Magnetpolbreite projecting coil ends. Furthermore, recesses are provided for the return part and in the center of the table of slides from radiation-permeable material in the aforementioned table top.

Mit diesem Präzisionsantrieb soll es gelingen, das dynamische Verhalten zu verbessern, wobei auch kleinste Schrittweiten realisierbar sind. Regelabweichungen werden optoelektronisch ermittelt, wobei auf der Tischplatte nur z. B. Laserinterferometerspiegel oder andere inkrementale Geberplatten angeordnet sind, so dass sich keine zusätzliche Massebelastung ergibt.With this precision drive, it should be possible to improve the dynamic behavior, with even the smallest increments can be realized. Control deviations are determined optoelectronically, on the table only z. As laser interferometer or other incremental encoder plates are arranged so that there is no additional mass load.

Zur Vergrößerung der erzeugten Kraft, zur Kompensation bzw. zur Erzeugung von Drehmomenten oder 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 angeordnet. Die Stromstärke in den Spulen wird dann durch einen vorhandenen Lageregler so eingestellt, dass je nach der vorhandenen Bewegungsaufgabe eine zentrisch wirkende Summenkraft oder aber auch ein Drehmoment auf die Tischplatte ausübbar ist.To increase the force generated, to compensate or to generate torques or to prevent or generate rotational movements of small size at least four coils with the force effective coil strands to the center of the table in two parallel force lines of action for each coordinate x, y in the table top and the corresponding Permanent magnet pairs arranged on a ferromagnetic base plate or corresponding ferromagnetic portions of the base plate. The current in the coils is then adjusted by an existing position controller so that depending on the existing motion task a centrally acting sum force or even a torque on the table top is exercisable.

Eine Weiterentwicklung der in der DE 30 37 648 C2 beschriebenen Ausführungsform ist in der DE 195 11 973 A1 erläutert. Demnach soll auf mechanische Führungselemente verzichtet werden und eine besonders flache Bauweise für einen feldgeführten planaren Präzisionsantrieb erreicht werden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Planarantrieb gemäß DE 195 11 937 A1 aus Antriebsgrundelementen besteht, die zwei entgegengesetzt polarisierte Magneten umfassen, welche über ferromagnetische Joche und einen ferromagnetischen Stator einen kurzen Magnetkreis bilden, wodurch relativ dünne und damit massearme ferromagnetische Joche verwendbar sind, die im Läufer mitbewegt werden.An evolution of the in the DE 30 37 648 C2 described embodiment is in the DE 195 11 973 A1 explained. Accordingly, should be dispensed with mechanical guide elements and a particularly flat design for a field-guided planar precision drive can be achieved. This object is achieved in that the planar drive according to DE 195 11 937 A1 consists of drive base elements comprising two oppositely polarized magnets, which form a short magnetic circuit via ferromagnetic yokes and a ferromagnetic stator, whereby relatively thin and therefore low-mass ferromagnetic yokes are used, which are moved in the rotor.

Die Realisierung eines großen Verfahrbereichs soll mit Hilfe einer Kaskadierung von Antriebsgrundelementen und vorzugsweise einer elektronischen Kommutierung erreicht werden. Eine gegenphasige Bestromung jeweils gegenüberliegender Spulen oder Spulenpaare gestattet die Erzeugung eines Antriebsmoments bezüglich des Massenschwerpunkts des dort vorgesehenen Läufers. Der Läufer ist mittels aerostatischer Führungselemente an vier Aufnahmepunkten auf insgesamt vier Lagerflächen in z-Richtung abgestützt und trägt die vorerwähnten Dauermagnetkreise, die jeweils paarweise symmetrisch gegenüberliegend für jede Koordinate x und y angeordnet sind. Zum Erreichen eines entsprechend großen Verstellwegs ist die Ausdehnung der Antriebsspulenpaare in Längsrichtung wesentlich größer als die Breite der dortigen Permanentmagnetkreise mit der Folge, dass der Aufwand für die Herstellung der Spulen größer und das Gesamtgewicht der Anordnung erhöht ist.The realization of a large travel range should be achieved by means of a cascading of drive basic elements and preferably an electronic commutation. An opposite-phase energization of respectively opposite coils or pairs of coils allows the generation of a drive torque with respect to the center of mass of the rotor provided there. The rotor is supported by means of aerostatic guide elements at four receiving points on a total of four bearing surfaces in the z direction and carries the aforementioned permanent magnet circuits, which are arranged in pairs symmetrically opposite each coordinate x and y. To achieve a correspondingly large displacement, the expansion of the drive coil pairs in the longitudinal direction is substantially greater than the width of the local permanent magnet circuits, with the result that the cost of producing the coils is greater and the total weight of the assembly is increased.

Die DE 601 09 635 T2 , die dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrunde liegt, betrifft eine XYZ-Positioniereinrichtung, die einen feldgeführten planaren Präzisionsantrieb mit einem Läufer zeigt. Der dortige Läufer weist Permanentmagnetkreise sowie eine Statorplatte unterhalb des Läufers auf. Zudem sind auf der Statorplatte Antriebsspulenpaare vorgesehen, um je nach Bestromung der Antriebsspulenpaare Kraftwirkungen auf den Läufer auszuüben. Des Weiteren wird in der Druckschrift offenbart, die Antriebsspulenpaare symmetrisch in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem anzuordnen.The DE 601 09 635 T2 , which is based on the preamble of claim 1, relates to an XYZ positioning device, which shows a field-guided planar precision drive with a rotor. The rotor there has permanent magnet circuits and a stator plate below the rotor. In addition, drive coil pairs are provided on the stator plate in order to exert force effects on the rotor depending on the current supply of the drive coil pairs. Furthermore, it is disclosed in the document to arrange the pairs of drive coils symmetrically in a rectangular xy-coordinate system.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten feldgeführten planaren Präzisionsantrieb mit einem luftgelagerten Läufer anzugeben, welcher über einen großen Verfahrbereich verfügt, und zwar ohne dass die Verlustleistung des Antriebs und die damit verbundenen Probleme, wie z. B. die Erwärmung zunehmen.From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide an advanced field-guided planar precision drive with an air bearing rotor, which has a large travel range, without the power loss of the drive and the associated problems such. B. increase the warming.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen feldgeführten planaren Präzisionsantrieb mit luftgelagertem Läufer, welcher Permanentmagnetkreise aufweist, gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved by a field-guided planar precision drive with air-bearing rotor, which has permanent magnet circuits, according to the combination of features according to claim 1, wherein the dependent claims include expedient refinements and developments.

Ausgehend von einem luftgelagerten Läufer, welcher Permanentmagnetkreise aufweist und wobei unterhalb des Läufers eine Statorplatte vorhanden ist, welche jeweils gegenüberliegend vorgesehene Antriebsspulenpaare besitzt, um je nach Bestromung der Antriebsspulenpaare Kraftwirkungen auf den Läufer mit dort vorhandenen Permanentmagnetkreisen auszuüben, wobei die Antriebsspulenpaare symmetrisch in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem angeordnet sind, weist die Statorplatte Linearführungen für jedes Antriebsspulenpaar auf, um eine Bewegung der Antriebsspulenpaare entlang der jeweiligen x- oder y-Achse des Koordinatensystems zu erreichen.Starting from an air-bearing rotor, which has permanent magnet circuits and wherein below the rotor, a stator plate is present, which each has oppositely provided drive coil pairs to exert depending on the energization of the drive coil pairs force effects on the rotor with permanent magnet circuits there, the drive coil pairs are arranged symmetrically in a rectangular xy coordinate system, the stator has linear guides for each pair of drive coil to a To achieve movement of the drive coil pairs along the respective x- or y-axis of the coordinate system.

Bei einer Verstellung des Läufers in x-Richtung liegt eine Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen derjenigen gegenüberliegenden Antriebsspulenpaare vor oder wird erzeugt, welche der Verstellung des Läufers in y-Richtung dient. Bei einer Verstellung des Läufers in y-Richtung liegt eine Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen derjenigen gegenüberliegenden Antriebsspulenpaare vor oder wird erzeugt, welche der Verstellung des Läufers in x-Richtung dienen.In an adjustment of the rotor in the x-direction is a force component for entrainment or Mitbewegen the opposite pairs of drive coil is or is generated, which serves to adjust the rotor in the y-direction. In an adjustment of the rotor in the y-direction is a force component for entrainment or Mitbewegen of those opposite pairs of drive coil or is generated, which serve to adjust the rotor in the x-direction.

Die Antriebsspulenpaare werden in der jeweils anderen, d. h. nicht angesteuerten Richtung x oder y präzisionsgeführt über den gesamten Bewegungsbereich der aktiven Achse mitgezogen, d. h. ebenfalls beweget. Erfolgt dann eine Bestromung der entsprechenden Antriebsspulenpaare, die sich auf der mitgezogenen Achse befinden, liegt eine optimale Position der Permanentmagnetkreise vor mit der Folge, dass die erzeugte Kraft in optimaler Weise auf den Läufer zum Zweck der Verstellung zur Einwirkung bringbar ist. Damit kann der Nachteil des Standes der Technik beseitigt werden, der bei festen Statorspulen vorliegt. Mit zunehmender Spulenlänge, die an sich zur Vergrößerung des Verfahrwegs notwendig ist, nimmt nämlich bekanntermaßen die Verlustleistung derart zu, dass ergänzend zu den thermischen Problemen am Planarmotor Energie- und Fertigungskosten derart steigen, dass ein wirtschaftlicher Betrieb nicht mehr möglich erscheint.The drive coil pairs are in the other, d. H. uncontrolled direction x or y, guided in a precision-guided manner over the entire range of motion of the active axis, d. H. also beweget. If then an energization of the corresponding pairs of drive coils, which are located on the coaxing axis, is an optimal position of the permanent magnet circuits before, with the result that the force generated in an optimal manner on the rotor for the purpose of adjustment can be brought to act. Thus, the disadvantage of the prior art can be eliminated, which is present at fixed stator coils. As the coil length increases, which is necessary to increase the travel distance, the power loss is known to increase in such a way that, in addition to the thermal problems on the planar motor, energy and production costs increase such that economical operation no longer seems possible.

Bei der Variante eines planaren Präzisionsantriebs mit den mitbewegten Antriebsspulenpaaren können so sehr viel kürzere Spulen eingesetzt werden, die kostengünstiger herstellbar sind und darüber hinaus Einsparungen beim Gesamtgewicht der Anordnung ermöglichen.In the variant of a planar precision drive with the mitbewegten drive coil pairs so much shorter coils can be used, which are cheaper to produce and also allow savings in the overall weight of the arrangement.

Die Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen kann erfindungsgemäß durch einen an dem jeweiligen Antriebsspulenpaar fixierten Stift oder Bolzen bewirkt werden, welcher in einer Nut, einer Schiene oder einem Langloch des Läufers geführt wird.The force component for pulling or co-moving can be effected according to the invention by a pin or bolt fixed to the respective drive coil pair, which pin is guided in a groove, a rail or a slot in the rotor.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Kraftkomponente zum Mitbewegen der jeweiligen Antriebsspulenpaare durch einen separaten Antrieb erzeugt werden, welcher von einer übergeordneten Regelung des Präzisionsantriebs entsprechende Steuerinformationen erhält.In an alternative embodiment, the force component for co-moving the respective drive coil pairs can be generated by a separate drive, which receives corresponding control information from a higher-level control of the precision drive.

Dieser separate Antrieb kann in die jeweilige Linearführung integriert sein und z. B. einen Piezoaktor aufweisen.This separate drive can be integrated into the respective linear guide and z. B. have a piezoelectric actuator.

Die Permanentmagnetkreise des erfindungsgemäßen feldgeführten planaren Präzisionsantriebs bestehen aus einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Einzelmagneten, wobei bevorzugt zwei beabstandete Magnete ein Joch zur Bildung eines Eisenrückschlusses aufweisen.The permanent magnet circuits of the field-guided planar precision drive according to the invention consist of a plurality of individual magnets arranged in a row, wherein preferably two spaced-apart magnets have a yoke for forming an iron yoke.

Die Permanentmagnetkreise sind symmetrisch, sich in x- und y-Richtung erstreckend, auf dem Läufer angeordnet und mit diesem verbunden.The permanent magnet circuits are symmetrical, extending in the x and y directions, arranged on the rotor and connected thereto.

Zudem ist der Läufer als ein Planartisch ausgebildet, an dessen Unterseite die Permanentmagnetkreise befindlich sind.In addition, the rotor is designed as a Planartisch, on the underside of the permanent magnet circuits are located.

Die Permanentmagnetkreise sind erfindungsgemäß entlang der Außenränder der Unterseite des Planartisches, der z. B. eine quadratische oder Rechteckform aufweist, angeordnet.The permanent magnet circuits according to the invention along the outer edges of the underside of the Planartisches, z. B. has a square or rectangular shape arranged.

Die Linearführungen, die auf dem Stator angeordnet sind, können einen Wagen zur Aufnahme eines jeweiligen Antriebsspulenpaars tragen.The linear guides disposed on the stator may carry a carriage for receiving a respective pair of drive coils.

Die Längsausdehnung der Antriebsspulenpaare ist erfindungsgemäß nur unwesentlich größer als die Breite der Permanentmagnetkreise mit der vorerwähnten Folge reduzierter Kosten bei der Herstellung kürzerer Spulen und einer Gewichtseinsparung.The longitudinal extent of the drive coil pairs according to the invention is only slightly larger than the width of the permanent magnet circuits with the aforementioned consequence of reduced costs in the production of shorter coils and a weight saving.

Die Linearführungen sind jeweils in einem rechten Winkel zueinander stehend ausgeführt, wobei bevorzugt die Linearführungen kreuzförmig symmetrisch angeordnet sind.The linear guides are each made at right angles to each other standing, wherein preferably the linear guides are arranged in a cross shape symmetrical.

Die Führungen, welche jeweils ein Antriebsspulenpaar aufnehmen, können als geschlossene Gleit-Prismenführung, als offene prismatische Kugelwälzführung, als geschlossene Gleit-Zylinderführung, aber auch als Luftführung, d. h. areostatische Führung, ausgebildet werden. Die Geradlinigkeit der Bewegung wird primär durch die geometrische Ausführung der gepaarten Oberflächen bestimmt, so dass eine entsprechend sorgfältige Bearbeitung dieser Oberflächenteile erforderlich ist. Zur Vermeidung parasitärer Effekte sind die jeweiligen Führungen möglichst reibungsarm auszugestalten. Von Vorteil sind hier prismatische Luftführungen, die eine äußerst geringe Reibung bei Bewegung und Stillstand aufweisen und bei denen es keinen Stick-Slip-Effekt gibt.The guides, which each receive a pair of drive coils, as a closed sliding prism guide, as an open prismatic ball roller guide, as a closed sliding cylinder guide, but also as an air guide, d. H. areostatic leadership, be trained. The straightness of the movement is determined primarily by the geometric design of the paired surfaces, so that a correspondingly careful processing of these surface parts is required. To avoid parasitic effects, the respective guides are designed to be as low-friction as possible. Advantageous here are prismatic air ducts, which have an extremely low friction during movement and standstill and where there is no stick-slip effect.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of figures.

Hierbei zeigen:Hereby show:

1 eine perspektivische Darstellung eines feldgeführten planaren Präzisionsantriebs mit luftgelagertem Läufer, an dessen Unterseite Permanentmagnetkreise befindlich sind, und 1 a perspective view of a field-guided precision planar drive with luftgelagertem rotor, on the underside of permanent magnet circuits are located, and

2 bis 4 Darstellungen verschiedener Verschiebepositionen des Präzisionsantriebs, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit der Läufer in Form eines Planartisches nicht gezeigt ist. 2 to 4 Representations of different displacement positions of the precision drive, wherein for reasons of clarity, the rotor is not shown in the form of a Planartisches.

Die Ausführungsform eines feldgeführten planaren Präzisionsantriebs gemäß der Darstellung nach 1 geht von einem Läufer 1 aus, der als im Wesentlichen rechteckiger oder quadratischer Planartisch 1 realisierbar ist. Luftlager 2 ermöglichen eine Bewegung des Planartisches 1 mindestens in x- und y-Richtung gemäß dem in den 2 bis 4 angedeuteten Koordinatensystem.The embodiment of a field-guided planar precision drive according to the illustration 1 goes by a runner 1 designed as a substantially rectangular or square planarian 1 is feasible. air bearing 2 enable a movement of the planarian 1 at least in the x and y directions according to the in the 2 to 4 indicated coordinate system.

Der aerostatisch geführte Planartisch 1 als Läufer weist an seiner Unterseite symmetrisch angeordnete Permanentmagnetkreise 4 auf, wobei jeder Permanentmagnetkreis aus zwei Hochleistungs-Permanentmagneten auf einem Eisenrückschluss besteht. Das Prinzip bewegter Magneten sichert eine hohe Steifigkeit der Luftlager, die auf dem mit hoher Ebenheit gefertigten Stator 6 gleiten.The aerostatic Planartisch 1 as a rotor has symmetrically arranged on its underside permanent magnet circuits 4 each permanent magnet circuit consists of two high-performance permanent magnets on an iron yoke. The principle of moving magnets ensures a high stiffness of the air bearings, which on the high flatness manufactured stator 6 slide.

Der Stator 6 weist eine Anordnung von Führungen 5 auf, die als Linear- oder Geradführung realisiert sind.The stator 6 has an array of guides 5 on, which are realized as linear or linear guidance.

Zur Erfassung der Position des Planartisches 1 kann dieser ein nicht dargestelltes Kreuzraster auf einem justierbaren Rahmen umfassen, welches durch ein ebenfalls nicht gezeigtes, mittig auf dem Stator befestigtes Messsystem abtastbar ist, um die Positionen des Planartisches 1 in x- und y-Richtung oder aber auch eine Drehung zu erfassen.For recording the position of the planning table 1 this can include an unillustrated cross grid on an adjustable frame, which is scanned by a likewise not shown, centrally mounted on the stator measuring system to the positions of the Planartisches 1 in x- and y-direction or to detect a rotation.

Im Gegensatz zu bekannten Ausführungsformen von Planarmotoren ist nunmehr vorgeschlagen, an sich bekannte flache, rechteckförmige Antriebsspulenpaare für die x- und y-Achsen nicht fest auf dem Stator 6 zu befestigen, sondern diese Antriebsspulenpaare 3 mit Hilfe der Führungen 5 in der jeweiligen Achsrichtung beweglich, d. h. verschiebbar zu gestalten.In contrast to known embodiments of planar motors is now proposed, known per se, flat, rectangular drive coil pairs for the x and y axes not fixed on the stator 6 to attach, but these drive coil pairs 3 with the help of the guides 5 movable in the respective axial direction, ie to make it displaceable.

Wird hierzu die Folge der 2 und 3 betrachtet, findet eine Verschiebebewegung des Planartisches mit den Permanentmagnetkreisen in, x-Richtung statt. Die für eine Verschiebebewegung in y-Richtung erforderlichen Antriebsspulenpaare 3 werden von den entsprechenden Permanentmagnetkreisen mitgezogen. Hierfür kann an dem jeweiligen Antriebsspulenpaar oder einem vorgesehenen Spulenwagen ein Stift oder Bolzen vorgesehen sein, der in Wirkverbindung mit einer Nut oder einer Führungsschiene an der Unterseite des Planartisches, d. h. des Läufers tritt.Will this be the consequence of 2 and 3 considered, there is a displacement movement of the Planartisches with the permanent magnet circuits in, x-direction instead. The drive coil pairs required for a displacement movement in the y direction 3 are pulled along by the corresponding permanent magnet circuits. For this purpose, a pin or bolt may be provided on the respective drive coil pair or a provided coil trolley, which comes into operative connection with a groove or a guide rail on the underside of the Planartisches, ie the rotor.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen der jeweiligen Antriebsspulenpaare durch einen separaten Antrieb zu erzeugen, welcher von einer übergeordneten Regelung des Präzisionsantriebs Steuerinformationen bzw. Steuersignale erhält. Dieser separate Antrieb kann in die jeweilige Linearführung integriert werden.Alternatively, it is also possible to generate the force component for entrainment or co-movement of the respective pairs of drive coils by a separate drive which receives control information or control signals from a higher-level control of the precision drive. This separate drive can be integrated into the respective linear guide.

4 zeigt eine vollzogene Bewegung des Planartisches 1 mit den Permanentmagnetkreisen 4 in -y-Richtung. Bei dieser Bewegung erfolgt ein Mitziehen der Antriebsspulenpaare 3, die für eine Bewegung des Planartisches 1, d. h. des Läufers in x-Richtung verantwortlich zeichnen. 4 shows a completed movement of the planarian 1 with the permanent magnet circuits 4 in -y direction. During this movement, the drive coil pairs are pulled along 3 that is for a movement of the planarian 1 , ie the runner responsible in the x-direction.

In allen Verschiebepositionen des Planartisches 1 ergibt sich jeweils eine optimale Position zwischen den Permanentmagnetkreisen 4 und den zugehörigen Antriebsspulenpaaren 3 unter gleichzeitiger Sicherung eines großen Verstell- oder Verfahrwegs, der an sich lediglich abhängig ist von der räumlichen Ausdehnung der Führungen 5 auf dem Stator 6. Wie ebenfalls aus den 2 bis 4 ersichtlich ist, bestehen die Permanentmagnetkreise aus einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Einzelmagneten, wobei bevorzugt jeweils zwei Einzelmagnete über ein Joch zur Bildung eines Eisenrückschlusses verfügen. Die Permanentmagnetkreise sind symmetrisch, sich in x- und y-Richtung erstreckend, auf dem Planartisch 1 angeordnet.In all shift positions of the plan table 1 each results in an optimal position between the permanent magnet circuits 4 and the associated drive coil pairs 3 at the same time securing a large adjustment or travel path, which in itself is only dependent on the spatial extent of the guides 5 on the stator 6 , Like also from the 2 to 4 It can be seen, the permanent magnet circuits consist of a plurality of arranged in a row of individual magnets, wherein preferably each two individual magnets have a yoke to form an iron yoke. The permanent magnet circuits are symmetrical, extending in the x- and y-directions, on the planar table 1 arranged.

Dabei befinden sich die Permanentmagnetkreise 4 bevorzugt entlang der Außenränder der Unterseite des Planartisches 1. Die Linearführungen 5 stehen in einem rechten Winkel zueinander und sind bevorzugt kreuzförmig symmetrisch angeordnet. Aus der figürlichen Darstellung ist weiterhin deutlich werdend, dass die Planarmotorvariante mit bewegten Antriebsspulenpaaren den Einsatz kürzerer Spulen ermöglicht, die preiswerter herstellbar sind.Here are the permanent magnet circuits 4 preferably along the outer edges of the underside of the planographic table 1 , The linear guides 5 are at a right angle to each other and are preferably arranged symmetrically in a cross shape. From the figurative representation is further clear that the planar motor variant with moving drive coil pairs allows the use of shorter coils, which are cheaper to produce.

Ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, kann das Mitbewegen der Antriebsspulenpaare dadurch erreicht werden, dass entweder die betreffenden Antriebsspulenpaare auf der Linearführung mit einem eigenen Antrieb montiert sind, wobei dieser jeweilige Linearantrieb von der Zentralregelung des Planarmodus mit Antriebsinformationen versorgt wird, oder es können aber, wie dargelegt, die Spulenanordnungen kollinear über den Planartisch 1 mechanisch gekoppelt werden, wobei in diesem Fall für eine verfahrwiderstandsfreie Linearführung, z. B. in Form einer aerostatischen Führung, zu sorgen ist.Without departing from the basic idea of the invention, the co-movement of the drive coil pairs can be achieved by either the respective drive coil pairs are mounted on the linear guide with its own drive, said respective linear drive is supplied by the central control of the planar mode with drive information, or it can As stated, the coil arrangements are collinear about the planarity 1 mechanically coupled, in which case for a movement resistance-free linear guide, z. B. in the form of an aerostatic guide, care.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
PlanartischPlanartisch
22
Luftlagerair bearing
33
AntriebsspulenpaarDrive coil pair
44
Magnetkreismagnetic circuit
55
Führung, insbesondere LinearführungGuide, in particular linear guide
66
Statorstator

Claims (8)

Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb mit einem luftgelagerten Läufer (1), der als Planartisch ausgebildet ist, welcher Permanentmagnetkreise (4) aufweist, weiterhin mit einer unterhalb des Läufers (1) befindlichen Statorplatte (6), auf der Statorplatte (6) jeweils gegenüberliegend vorgesehenen Antriebsspulenpaaren (3), um je nach Bestromung der Antriebsspulenpaare (3) Kraftwirkungen auf den Läufer (1) mit den Permanentmagnetkreisen (4) auszuüben, wobei die Antriebsspulenpaare (3) symmetrisch in einem rechtwinkligen x-y-Koordinatensystem angeordnet sind, weiterhin die Statorplatte (6) Linearführungen (5), die jeweils in einem rechten Winkel zueinander stehen, für jedes Antriebsspulenpaar (3) aufweist, um eine Bewegung der Antriebsspulenpaare (3) entlang der jeweiligen x- oder y-Achse des Koordinatensystems zu erreichen, wobei bei einer Verstellung des Läufers (1) in x-Richtung eine Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen derjenigen gegenüberliegenden Antriebsspulenpaare (3) vorliegt oder erzeugt wird, welche der Verstellung des Läufers (1) in y-Richtung dienen, sowie bei einer Verstellung des Läufers (1) in y-Richtung eine Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen derjenigen gegenüberliegenden Antriebsspulenpaare (3) vorliegt oder erzeugt wird, welche der Verstellung des Läufers (1) in x-Richtung dienen, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Außenränder der Unterseite des Planartisches (1) die Permanentmagnetkreise (4) angeordnet sind, die Längsausdehnung der Antriebsspulenpaare (3) nur unwesentlich größer als die Breite der Permanentmagnetkreise (4) ist und die Linearführungen (5) kreuzförmig symmetrisch auf dem Stator (6) angeordnet sind, wobei jede Linearführung (5) jeweils ein Antriebsspulenpaar (3) aufnimmt.Field-guided planar precision drive with an air-bearing rotor ( 1 ), which is designed as Planartisch, which permanent magnet circuits ( 4 ), with one below the runner ( 1 ) located stator plate ( 6 ), on the stator plate ( 6 ) each provided opposite drive coil pairs ( 3 ), depending on the energization of the drive coil pairs ( 3 ) Power effects on the runner ( 1 ) with the permanent magnet circuits ( 4 ), the drive coil pairs ( 3 ) are arranged symmetrically in a rectangular xy-coordinate system, furthermore the stator plate ( 6 ) Linear guides ( 5 ), which are each at a right angle to each other, for each drive coil pair ( 3 ) to prevent movement of the drive coil pairs ( 3 ) along the respective x- or y-axis of the coordinate system, wherein in an adjustment of the rotor ( 1 ) in the x-direction, a force component for pulling or moving those opposite drive coil pairs ( 3 ) is present or generated, which of the adjustment of the runner ( 1 ) in y-direction, and in an adjustment of the runner ( 1 ) in y-direction a force component for pulling or moving those opposite pairs of drive coil ( 3 ) is present or generated, which of the adjustment of the runner ( 1 ) in the x-direction, characterized in that along the outer edges of the underside of the plan ( 1 ) the permanent magnet circuits ( 4 ), the longitudinal extent of the drive coil pairs ( 3 ) only slightly larger than the width of the permanent magnet circuits ( 4 ) and the linear guides ( 5 ) cross-symmetrical on the stator ( 6 ) are arranged, each linear guide ( 5 ) each a drive coil pair ( 3 ). Präzisionsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftkomponente zum Mitziehen oder Mitbewegen durch einen an dem jeweiligen Antriebsspulenpaar (3) fixierten Stift oder Bolzen, welcher in einer Nut, Schiene oder einem Langloch des Läufers (1) geführt ist, bereitgestellt wird.Precision drive according to claim 1, characterized in that the force component for entrainment or Mitbewegen by one on the respective drive coil pair ( 3 ) fixed pin or bolt, which in a groove, rail or a slot of the rotor ( 1 ) is provided. Präzisionsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftkomponente zum Mitbewegen der jeweiligen Antriebsspulenpaare (3) durch einen separaten Antrieb erzeugt wird, welcher von einer übergeordneten Regelung des Präzisionsantriebs Steuerinformationen erhält.Precision drive according to claim 1, characterized in that the force component for moving the respective drive coil pairs ( 3 ) is generated by a separate drive, which receives control information from a higher-level control of the precision drive. Präzisionsantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Antrieb in die jeweilige Linearführung (5) integriert ist.Precision drive according to claim 3, characterized in that the separate drive in the respective linear guide ( 5 ) is integrated. Präzisionsantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetkreise (4) aus einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Einzelmagneten mit Eisenrückschluss bestehen.Precision drive according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet circuits ( 4 ) consist of a plurality of arranged in a row individual magnets with iron yoke. Präzisionsantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Permanentmagnete über ein Joch im Eisenrückschluss stehen.Precision drive according to claim 5, characterized in that in each case two permanent magnets are connected via a yoke in the iron yoke. Präzisionsantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetkreise (4) symmetrisch, sich in x- und y-Richtung erstreckend, auf dem Läufer (1) angeordnet sind.Precision drive according to claim 5 or 6, characterized in that the permanent magnet circuits ( 4 ) symmetrical, extending in the x and y directions, on the runner ( 1 ) are arranged. Präzisionsantrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführungen (5) jeweils einen Wagen zur Aufnahme eines Antriebsspulenpaars (3) tragen.Precision drive according to one of the preceding claims, characterized in that the linear guides ( 5 ) each a carriage for receiving a drive coil pair ( 3 ) wear.
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