DE1904905A1

DE1904905A1 - Lineare Bewegungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1904905A1
Application number: DE19691904905
Authority: DE
Inventors: Helms Clifford J
Original assignee: Ricoh Printing Systems America Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems America Inc
Priority date: 1968-02-09
Filing date: 1969-01-31
Publication date: 1969-09-25
Also published as: NL6901999A; US3505544A; FR2001635A1; GB1260913A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 1904905

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

HA/HI

Data Products Gorp. 8535 Warner Drive Culver City, California, U S A ■

Lineare Bewegungsvorriehtung.

Die Erfindung betrifft Bewegungsvorrichtungen mit linearer Bewegung.

Insbesondere betrifft die Erfindung lineare Antriebe,

die dort Anwendung finden, wo hohe Geschwindigkeit, Exaktheit und relativ lange Hube erforderlich sind. Eine Anwendung ist die als lineare Einstellvorrichtung in einem magnetischen Plattenspeicher. Solche Speicher enthalten magnetische Platten, die mehr als zwölfhundert konzentrische Spuren aufweisen können, die auf einer Oberfläche mit einem Durchmesser von 30,58 cm aufgezeichnet sind. In solchen Speichern ist an jeder Plattenoberfläche ein Kopf tragender Arm vorgesehen. Der Arm kann beispielsweise nur 4 Köpfe tragen, so daß es notwendig ist, den Arm radial um 7»62 o;a gegenüber der

909839/09 3 9

Platte bewegen zu können, um den Kopf in die riohtige Stellung gegenüber einer ausgewählten Spur bringen zu können. Es sei bemerkt, daß solche Anwendungen ein extrem schnelles Einstellen erfordern. Insofern als die Kopfeinstellzeit einen bedeutenden Faktor der gesamten Speicherzuführzeit ausmacht, ist weiterhin eine sehr schnelle Einstellung äußerst wichtig. Ein weiteres Erfordernis einer linearen Einstellvorrichtung zur Verwendung in einem Plattenspeichersystem ist, daß sie einen langen Hub hat, d.h. von mehr als 2,54 cm, um die Anzahl der pro Plattenoberfläche benötigten Köpfe zu verringern.

Es sind eine Reihe lineare Einstellvorrichtuhgen zur Verwendung in magnetischen Plattenspeichersystemen bekannt geworden. Siehe z.B. das US- Patent Br. 3 135 und das US- Patent Nr. 3 314 057» Obwohl diese bekannten Vorrichtungen in vielen Plattenspeichertypen ausreichend funktionieren, werden sie in dem Maße ungeeignet wie die Spuarendichte zu- und die Einstellzeit abnimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,,eine schnelle und lineare Uewegungsvorrichtung anzugeben, die diese !Nachteile nicht aufweist und die einen angemessen langen Hub hat.

Bei einer linearen Bewegungsvorrichtung wird die vorstehende Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Kernstruktur, die einen Spalt mit senkrechten, longitudinalen, seitlichen und vertikalen Abmessungen bildet, durch Einrichtungen zum Erzeugen eines iuagnetfeldes im Spalt, das im wesentlichen parallel zu der vertikale Abmessung verläuft, durch eine erste, den Spalt durch-

909339/0939

windende Spule, die in Richtung der Seitenabmessungen ausgedehnt ist und durch eine Einrichtung zur Halterung der ersten Spule zur Hin- und Herbewegung in Richtung der longitudinalen Abmessung.

aemäfi der Erfindung ist also eine Bewegungsvorrichtung vorgesehen, die eine Magnetkernstruktur enthält, die um einen zentralen Steg herum einen Luftspalt bildet. Außerdem sind Spulen vorgesehen zum Erzeugen eines gleichmäßigen Magnetfeldes durch den Spalt. Um den zentralen Steg ist eine bewegliche Antriebsspule konzentrisch angeordnet, die den Spalt durchwindet, so daß ein die Spule durchfließender Strom eine Antriebskraft auf die Spulenstruktur ausübt, die ausreicht, um die Spule entlang des zentralen Stegs zu bewegen« Um die Induktanz der Antriebsspule zu verringern und damit rasche Stromänderungen zu erhalten, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung auch eine Gegenwindungsspule um den zentralen Steg gewunden, um den Kraftfluß im zentralen Steg zu minimalisieren. Ein weiteres bedeutendes Merkmal, das aus der Einführung der Gegenwindungsspule resultiert, ist die Reduktion des äußeren Restmagnetfeldes, das durch die Antriebsspule erzeugt wird. Die Gegenwindungsspule ist gemäß der Erfindung fest montiert und konzentrisch um den zentralen Steg angeordnet. Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung kann die Gegenwindungsspule auch zur Bewegung längs des zentralen Steges montiert sein. -

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können Vorrichtungen der Erfindung als lineare !Tachometer verwendet werden, in denen ein Laufschlitten eine Tastspule (entsprechend der Antriebsvorrichtungsspule) durch den Spalt führt, so daß eine Spannung induziert wird. Die Verwendung einer Gegenwindungsspule in solchen Vorrichtungen reduziert die Empfindlichkeit eines

909839/0939

Tachometers gegenüber äußeren Magnetfeldern.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 1 bis 8.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer linearen Einstellvorrichtung für einen magnetischen Plattenspeicher mit einer linearen Bewegungsvorrichtung gemäß der Er-.findung.

Figur 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die lineare Bewegungsvorrichtung der Figur 1.

Figur 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III—III der Figur 2_#

Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Form der elektrischen Verbindung zwischen der beweglichen Antriebsspule und der stationären Gegenwindungsspule der Bewegungsvorrichtungen der Figuren 1 bis 3.

Figur 5 ist eine schematische Darstellung einer anderen Form der Verbindung zwischen der beweglichen Antriebsspule und der stationären Gegenwindungsspule der Vorrichtungen nach den Figuren 1 bis 3.

In Figur 6 ist im vertikalen Schnitt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Weiterbildung der Erfindung.

9098 3 9/0939

In Figur 1 ist eine lineare Einstellvorrichtung dargestellt. Obwohl die lineare Einstellvorrichtung gemäß Figur 1 in erster Linie zum Einstellen von Magnetköpfen in einem Plattenspeichersystem verwendet wird, ist leicht einzusehen, daß die Vorrichtung auch zum Gebrauch in vielen anderen Anwendungen geeignet ist·

Die lineare Einstellvorrichtung nach Figur 1 umfaßt einen linearen Antrieb 12, der imstande ist, einen gehalterten Laufschlitten H zu bewegen. Der Laufschlitten kann mit Gleitschienen 15 versehen sein, die in angepaßten Gleitriemen oder Kugellagern (nicht dargestellt) entlanggleiten, so daß die Laufschlittenbewegung nur in einer linearen Richtung erfolgen kann. Die lineare Einstellvorrichtung nach Figur 1 enthält auch einen linearen Tachometer 16, der, wie später ersichtlich werden wird, im wesentlichen nach den gleichen Prinzipien arbeitet wie der lineare Antrieb 12» Der Antrieb 12 und der Tachometer 16 sind auf einer geeigneten Grundplatte 18 befestigt»

Der Antrieb 12 enthält einen Weicheisenkern 20. Der Weicheisenkern 20, am besten ersichtlich aus den Figuren 2 und 3> kann aus zwei entgegengesetzt orientierten E-förinigen Teilen 22A und 22B bestehen» Kernteil 22 A umfaßt einen vertikalen Steg 24 A, einen oberen Steg 26 A, einen Mittelsteg 28 A und einen unteren Steg 30 A» Ähnlich weist der Kernteil 22 B einen vertikalen Steg 24 B, einen oberen Steg 26 B, einen Mittelsteg 28 B und einen unteren Steg 30 B auf» Obere Aussparungen 32 A bzw· 32 B trennen die oberen Stege 26 A und 26 B von den Mittelstegen 28 A und 28 B. Ähnlich trennen die unteren Aussparungen 34 A bzw. 34 B die unteren Stege 30 A und 30 B von den Mittelstegen 28 A und 28 B. Die Kernteile 22 A und 22 B sind, wie in Figur 2 ge-

909839/0939

zeigt ist, zueinander so angeordnet, daß sie über die Stirnflächen der oberen, mittleren und unteren Stege in innigem Kontakt miteinander sind. Im Folgenden wird der zusammengesetzte Kern 20 als aus einem oberen Steg 26, einem mittleren Steg 28 und einem unteren Steg 30 sowie vertikalen Stegen 24 A und 24 B bestehend bezeichnet. Die oberen und unteren Aussparungen in dem zusammengesetzten Kern 20 werden mit den Hummern 32 bzw. 34 bezeichnet.

Es sei bemerkt, daß obwohl der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kern 20 aus 2 E-förmigen Teilen besteht, dieser auch - bedingt durch die gewählten Herstellungstechniken - aufi einer kleineren oder größeren Anzahl Teilen bestehen könnte.

Gemäß der Erfindung sind Vorrichtungen vorgesehen zum Erzeugen eines Magnetfeldes in den Aussparungen 32 und 34» das in wesentlichen parallel zu den vertikalen Stegen 24 A und 24 B verläuft« Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Permanentmagnete 36 an der Unterseite des oberen Steges 26 in der Aussparung 32 befestigt. Ähnlich sind Permanentmagnete 38 an der Oberseite des unteren Steges 30 in der Aussparung 34 befestigt. Die vertikalen Abmessungen (wie in Figur 2 gezeigt) der Permanentmagnete 36 und sind kleiner als die vertikalen Abmessungen der Aussparungen 32 und 34t um dadurch Spalte 40 bzw. 42 zu bilden. D.h. Spalt 40 ist zwischen den Permanentmagneten 38 und dem Mittelsteg 28 gebildet. Die Permanentmagnete 36 und 38 sind so orientiert, daß Magnetfelder erzeugt werden, die entweder in die Mittelstege 28 hinein oder aus diesen heraus verlaufen. Die gestrichelten linien 44 und 46 in Figur 2,stellen Magnetfeldlinien dar, die aus den Permanentmagneten austreten, und in den Mittelsteg 28 und dann durch den vertikalen Steg 24 A entweder zum oberen Steg 26 oder

909839/093 3

zum unteren Steg 30 verlaufen. Wie im Folgenden besser ersichtlich werden wird, wird eine lineare Bewegungsvorrichtung gemäß der Erfindung zufriedenstellend arbeiten, wenn beide Magnetfelder'in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, d.h. vom Mitteluteg 28 durch die Spalte zum Permanentmagnet.

Gemäß der Erfindung ist eine im wesentlichen starre Vielwindungsantriebsspule 50 uij. eine Spulenform 51 gewunden, die konzentrisch um den Mittelsteg 28 angeordnet ist. Die Antriebsspule 50 und die Form 51 "bilden zusammen eine starre Anordnung, die zwischen einem Paar Laufschlittenseitenrahmenteilen 52 und gehaltert ist. Die-Laufschlittenseitenrahmenteile und 54 können aus Materialen hergestellt werden, die nach Bemessung und Form es ermöglichen, daß die Teile leicht aber steif sind. Die anzutreibende Last kann mit dem Laufschlitten 14 gegenüber dem Ende der Antriebsspule 50 verbunden werden. Der Strom wird den beweglichen Spulen durch flexible Teile 56 zugeleitete In Figur 1 ist nur eines der flexiblen Teile dargestellt· Die flexiblen Teile 56 besitzen ein erstes Ende 58, das mit der Basis 18 verankert aber gegen diese isoliert ist. Ein zweites Ende 60 ist befestigt mit aber elektrisch isoliert gegen einen Seitenrahmenteil des Laufschlittens 14« Die Eigenschaften der flexiblen Teile sind so ausgewählt, daß eine Verbindung mit geringem Widerstand zu der Antriebsspule und nur eine geringfügige Aufladung bei der Bewegung des Laufschlittens gewährleistet sind. Damit die Antriebsspule 50 längs des Mittelsteges beweglich ist, muß deren Länge natürlich kürzer als die Länge oder longitudinale Dimension des Mittelstegee 28 sein. Folglich kann, wie das aus den Figuren und 2 ersichtlich ist, die longitudinale Dimension der Spule 50 ungefähr die Hälfte der longitudinalen Dimension des Mittelsteges 28 betragen. Somit kann

909839/0939

die Spule 50 beispielsweise, wenn die longitudinale Dimension des Mittelsteges 28 etwa 10,16 cm beträgt, eine longitudinale Dimension von etwa 5»08 cm haben, wobei die Differenz (von etwa 5»08 cm) die Hublänge bildet.

Um die Antriebsspule 50 und den starr mit dieser verbundenen Laufschlitten H zu bewegen, wird ein elektrischer Strom durch die Antriebsspule geschickt, der mit dem Magnetfeld durch die Spalte 40 und 42 in Wechselwirkung tritt, so daß eine Kraftwirkung auf die Spule ausgeübt wird, die parallel zu den longitudinalen Dimensionen des Mittelsteges 28 wirkt. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die gehalterten Blattfedern 56 elektrisch leitend und mit diesen ist eine Spannungsquelle verbunden, so daß ein Strom durch die Antriebsspule 50 fließen kann. Die Erläuterung der elektrischen Verbindungen zwischen den Blattfedern 56, der Antriebsspule 50 und einer einzusetzenden Gegenwindung sspule wird im Folgenden im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 4 und gegeben.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Bewegungsvorrichtung im Hinblick auf seine Brauchbarkeit in den beabsichtigten Anwendungen, sehr schnell sein sollte und einen ausreichend langen Hub aufweisen sollte. Damit die Bewegungsvorrichtung sehr schnell ist, sollte die Seitendimension der Spalte 40 und 42 groß sein, da die Größe der auf die Spule ausgeübten Kraft im wesentlichen proportional der Länge der Spule 50 in den Spalten ist. Um die Magnetfeldstärke durch die Spalte zu maximalisieren, sollte die vertikale Spaltdimension so schmal wie möglich sein. Obwohl die bisher beschriebene

909839/0939

erfindungsgemäße Vorrichtung als linearer Antrieb arbeitet, ist dieser noch nicht schnell genug, um. "bestimmten Anwendungserfordernissen zu genügen. Es sei bemerkt, daß die Einstellgeschwindigkeit sich direkt bezieht auf die Anstiegszeit der Vorderkante des Antriebsspulenstromes. D.h., wenn der Antriebsspulenstrom sehr rasch zu seiner veranschlagten Höhe ansteigt, wird die physikalische Anregung der Spulenstruktur sehr rapid sein. Andererseits wird die physikalische Anregung der Antriebsspulenstruktur entsprechend langsam sein, wenn die Antriebsspulenstromanstiegszeit langsam ist.

Damit ermöglicht wird, daß die Anstiegszeit des Antriebsspulenstromes sehr kurz ist, ist es notwendig, die Induktanz der Antriebsspule zu minimalisieren. Leider ist diese Forderung nicht völlig vereinbar mit dem bisher beschriebenen Vorrichtungsaufbau, weil die Antriebsspule einen magnetischen Fluß im Mittelsteg 28 verursachen wird, was zu einer größeren Antriebsspuleninduktanz Anlaß gibt als wenn der Mittelsteg fortgelassen wäre. Zusätzlich könnte der durch den Antriebsspulenstrom hervorgerufene Fluß einige Teile im magnetischen Kraftlinienweg insbesondere nahe den Enden des Mittelsteges sättigen. Ein anderer Grund für die Forderung, die Induktanz zu minimalisieren ist der, das durch die Antriebsspule hervorgerufene äußere Restmagnetfeld zu reduzieren.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist eine Gegenwindungsspule 70 um den Mittelsteg 28 herumgewunden, um die Antriebsspuleninduktanz zu minimalisieren. Die Gegenwindungsspule 70 in den Vorrichtungen gemäß den Figuren 1 bis 3 ist feststehend und ist im Grunde genommen konzentrisch mit der Antriebsspule 50 aber

909839/0939

- 10

schmaler als diese. Die Gegenwindungsspule 70 ist mit der Antriebsspule 50 in Reihe geschaltet und ist so gewunden, daß in dem Mittelsteg 28 ein Feld erzeugt wird, das dem von der Antriebsspule 50 erzeugten entgegengesetzt ist· Folglich reduziert die Spule tfO den magnetischen Restfluß im Steg 28 und daher ist die Restinduktanz der zwei in Reihe liegenden Spulen kleiner als die jeder einzelnen Spule selbst.

Die stationäre Gegenwindungsspule 70 kann entlang der Gesamtlänge des Mittelsteges 28 mit derselben Steigung v/ie die der beweglichen Antriebsspule 50 gewunden werden. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, kann ein Ende der beweglichen Antriebsspule 50 mit einem Ende der Blattfedern 56- verbunden werden. Das zweite Ende der Antriebsspule 50 kann mit einem beweglichen Kontakt oder Bürste 72 verbunden werden, die mit einer zweiten Bürste 74· gekoppelt ist. Die Bürsten 72 bzw. 74 geben Kontakt mit isolationsfreien Gebieten der stationären Gegenwindungsspule 70· Die Bürste 74 ist mit der zweiten Blattfeder 56« verbunden. Zwischen die freien Enden der Federn 56^ und 56« ist eine Stromquelle geschaltet, so daß der durch Pfeile angedeutete Strom durch die Spulen fließt.

Die beweglichen Bürsten 72 und 74 werden von der Spulenform 51 gehalten und sind so angeordnet, daß für jede Stellung der beweglichen Spule 50 ein entsprechender Teil der stationären Gegenwindungsspule 70 erregt wird. Das bedeutet, daß der magnetische Fluß in dem von der beweglichen Spule 50 umgebenen Teil des zentralen Steges 28 immer minimalisiert ist durch die kombinierte Einwirkung der Spule 50 und dem Teil der Spule 70, der durch die beweglichen Kontakte 72 und 74 herausgegriffen wird. Als eine Auswirkung der durch die Spule

909833/0939

- π

unü den aktiven Teil der Spule 70 erzeugten entgegengesetzten Einwirkungen wird der durch die zweiu Spulen im Mittelsteg erzeugte magnetische Restfluß sehr stark reduziert über das Maß hinaus, das jede allein erzeugen könnte. Tatsächlich kann die Induktanz wesentlich kleiner gemacht werden als die Luftkerninduktanz der beweglichen Spule. Obwohl mit der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden, erfordert diese die Verwendung von Bürsten, die mitunter unangenehm sein können hinsichtlich der Kosten, der Reibung, des Zwischenraumes und der Instandhaltung. Eine andere Lösung, zu der keine Bürsten erforderlich sind und die normalerweise vom Leistungsfähigkeitsstandpunkt durchaus akzeptabel ist, ist die, auf der stationären Spule die gleiche Anzahl von Windungen anzuordnen wie auf der Antriebsspule sind; diese Windungen jedoch über etwa das Doppelte der Länge der Antriebsspule auszudehßn. D.h. wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist wieder ein Ende der Antriebsspule 50 mit der Blattfeder 56-j verbunden. Das zweite Ende der Antriebsspule 50 ist wieder mit der Blattfeder 56« verbunden«, Das verankerte Ende der Blattfeder 56g ist mit der Elektrode 78 der feststehenden Spule 70 so in Figur 5 verbunden. Wohingegen eine Stromquelle, die in Figur 4 zwischen die Blattfedern 5S^ und 56g geschaltet ist, in der Vorrichtung nach Figur 5 zwischen die Blattfeder 56^ und die Elektrode 80 der stationären Spule geschaltet ist und somit ein Strom der durch die Spulen 50 und 70 fließt. Die in Figur 5 dargestellte Anordnung ergibt eine Bewegungsvorrichtung mit einer größeren Elektrodeninduktanz als die in Figur 4 dargestellte, wobei die Induktanz aber noch niedrig genug ist, um diese Bewegungsvorrichtung für viele Anwendungen geeignet zu machen.

909839/0939

- 12 -

Bs wurde bereits erläutert, daß zum Erreichen der maximalen Kraft auf die bewegliche Spule eine so hoch wie mögliche magnetische Flußkonzentration in dem Spalt erzeugt werden sollte und daß so viel wie möglicäi des Antriebsspulenleiters in dem Spalt untergebracht werden sollte. Figur 6 zeigt einen Querschnitt einer anderen Vorrichtung gemäß der Erfindung, die geeignet ist, die Magnetflußkonzentration und den Prozentsatz der Antriebsspule im Spalt zu maximalisieren. In der Anordnung der Figur 6 umfaßt der obere zusammengesetzte Steg 80 eine auf der Oberseite einer Permanentmagnetvorrichtung 84 angeordnete Eisenplatte 82. Ein zusätzlicher

Eisenteil 86 ist unter der Magnetvorrichtung 84 angeordnet. Der Eisenteil 86 hat spitz zulaufende Seiten 88, die dazu dienen, den Fluß auf die konkave Oberfläche 90 zu konzentrieren, die im wesentlichen konform zu einem zylindrischen Mittelsteg 92 ausgebildet ist. Unmittelbar um den Steg 92 ist eine Gegenwindungsspule 94 gewunden und um die Spule 44 ist eine bewegliche Antriebsspule angeordnet. Auf der anderen Seite des Mittelsteges 92 ist ein zusammengesetzter unterer Steg 98 angeordnet, der identisch zum"Steg 80 konstruiert ist. Bei der Nutzanwendung des zylindrischen Mittelsteges 92 der Figur 6 ist ein größerer Prozentsatz des Spulenleiters im Spalt angeordnet. Zusätzlich ist die Flußkonzentration im Spalt maximalisiert durch die aus Figur 6 ersichtliche Formgebung der Eisenteile 86. Diese zwei Einwirkungen gewährleisten zusammen, daß eine maximale Kraft auf die Antriebsspule ausgeübt wird, die eine hohe Beschleunigung des LaufSchlittens gewährleistet.

Wenden wir uns nun wieder Figur 1, insbesondere dem linearen Tachometer 16, zu« Bei bestimmten Anwendungen linearer Einstellvorrichtungen ist es erwünscht, die

909839/093 9

- 13 -

Geschwindigkeit des Laufschlittens zu überwachen, um beispielsweise zu bestimmen, wann sie Null erreicht hat. Der lineare Tachometer 16 der Figur 1 ist geeignet, diese Punktion zu übernehmen und arbeitet auf im wesentlichen denselben Prinzipien wie der lineare Antrieb 12« Genauer umfaßt der Tachometer 16 einen Kern 110 mit oberen und unteren Stegen 112 und 114 und vertikalen Stegen 116 und 118. Die Stege bilden eine Aussparung 120 zwischen diesen. In dem Spalt sind Vorrichtungen zum Erzeugen eines Magnetfeldes, beispielsweise Permanentmagneten 122 angeordnet, um ein Magnetfeld im Spalt 121 zwischen der Magnetvorrichtung und dem Steg 112 hervorzurufen. Eine Nachweisspule 124 (entsprechend der Antriebsspule in Motoranordnungen) umgibt lose den Steg 112. Die Spule 124 ist am Pfosten 126 des laufSchlittens H befestigt. Eine feststehende Gegenwindungsspule 128 ist unmittelbar auf dem Steg 112 gewickelt und ist mit der Spule 124 verbunden, um ein entgegengesetzt gerichtetes Feld durch den Steg 112 hervorzurufen. Bei Betrieb des Tachometers, wenn der Laufschlitten infolge der in der Antriebsspulenanordnung entwickelten Kraft linear bewegt wird, werden die Windungen der Hachweisspule die Magnetflußlinien im Spalt 121 schneiden und dadurch in der Spule 124 eine Spannung erzeugen, die mit der linearen Geschwindigkeit der Spule 124 und des Laufschlittens 14 in Beziehung steht. Durch Überwachung der an der Spule 124 herrschenden Ausgangsspannung wird die Geschwindigkeit des Schlittens 14 ermittelt, Es sei hervorgehoben, daß ein Merkmal der in Figur 1 dargestellten Tachometerkonstruktion ist, daß die an der Nachweisspule 124 hervorgerufene Ausgangsspannung unempfindlich gegen jede Seitenbewegung der Spule 124 ist, oder mit anderen Worten, daß die Ausgangsspannung nur mit einer longitudinalen Bewegung längs des Steges 112 in Beziehung

909839/0939

steht. Die Verwendung einer Gegenwindungsspule 128 im Tachometer reduziert die Empfindlichkeit der Ausgangsspannung gegenüber irgendwelchen magnetischen Störfeldern, da solche Felder in den Windungen 124 und 128 entgegengesetzte Effekte induzieren und sich dadurch gegenseitig aufheben·

Betrachten wir nun Figur 7, in der eine weitere Ausgestaltung der Erfindung schematisch dargestellt ist, bei der ausgiebiger von den von den Permanentmagneten herrührenden feldern Gebrauch gemacht wird. Obwohl in · Figur 7 ein linearer Antrieb dargestellt ist, sei bemerkt, daß die dabei aufgezeigten Merkmale auch in Tachometeranordnungen verwendet werden können. Kurz, der Anordnung nach Figur 7 liegt der Gedanke zugrunde, einen Spalt in einem der vertikalen Stege (d.h. Steg 24 B von Figur 2) der Spulenanordnung zu bilden und den Rückfluß durch diesen durch Anbringen, einer beweglichen Gegenwindungsspule in dem Spalt auszunutzen, die als Hilfsantriebsspule dient.

Genauer wird in der Anordnung der Figur 7 ein Kern 150 verwendet, der einen vertikalen Steg 152, einen oberen Steg 154, einen zentralen Steg 156 und einen unteren Steg 158 umfaßt. Zwischen den Stegen 154 und 156 und den Stegen 156 und 158 sind jeweils Aussparungen 160 und vorgesehen. An die Unterseite des Steges 154 in der Aussparung 160 und an der Oberseite des Steges 158 in der Aussparung 162 sind jeweils Permanentmagnete und 166 angebracht und somit die Spalte 16β und 170 gebildet. Die soweit beschriebene Eernstrüktur. 150 ist identisch mit der £ernstrükttir20 der Figur 2. Sie unterscheidet sich von dieser jedoch dadurch, daß die oberen, mittleren und unteren Stege langer sind und weiter vom linken vertikalen Steg abstehen» Zusätzlich sind, statt der Verwendung eines rechten vertikalen

909839/0939

- 15 -

Steges an den Brückenstegen 154, 156 und 158, Polstücke 172 und 174- vorgesehen, die sich, jeweils gegen den Mittelsteg 156 erheben und dazwischen spalte 176 und 178 bilden. Es soll gleich "bemerkt werden, daß die Magnete 164 entgegengesetzt gerichtete Magnetflußlinien durch die Spalte 168 und 176 erzeugen wie sie beispielsweise durch die gestrichelten Pfeillinien angezeigt sind. Ähnlich erzeugen die Magnete 166 entgegengesetzt gerichtete Flußlinien durch die Spalte 170 und 178 wie das durch die gestrichelten Pfeillinien angedeutet ist. Es sei bemerkt, daß die Flußlinien durch die Spalte 168 und 170 auf den zentralen Steg 156 hin gerichtet sind und die Flußlinien durch die Spalte 176 und 178 vom zentralen Steg 156 weg gerichtet sind.

Um den Mittelsteg 156 ist eine Antriebsspule 180 konzentrisch herumgewunden, die die Spalte 168 und 170 durchwindet. Um den ffiittelsteg 156 ist außerdem eine Gegenwindungsspule 182 konzentrisch herumgewunden, die einen zur Spule 180 entgegengesetzten Windungssinn aufweist. Die Antriebsspule 180 und die Gegenwindungsspule 182 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Zusätzlich sind die Spulen 180 und 182 in einem starren Körper eingefügt, der zur gegenseitigen Bewegung längs des Mittelsteges angebracht ist.

Es ist offensichtlich, daß beim Fließen eines Stromes durch die in Reihe geschalteten Spulen 180 und 182 in beiden Spulen Kräfte erzeugt werden, die in der gleichen Richtung längs des Mittelsteges 156 wirken. Beispielsweise wird eine Antriebskraft nach rechts in beiden Spulen 180 und 182 hervorgerufen, wenn ein Strom durch die Spulen in Richtung der Pfeile fließt. Somit fördert

909839/0939

- 16 -

die in der Gegenwindungsspule 182 hervorgerufene Kraft die in der Antriebsspule 180 erzeugte Kraft, nichtsdestoweniger bilden die zwei Spulen in Serie geschaltet eine geringere Induktanz als 3ede für sich allein. Weiterhin erzeugen die Spulen entgegengesetztgerichtete Felder in dem Mittelsteg 156 und verhindern daher beide eine Sättigung im Steg und minimalisieren die Erzeugung von äußeren Feldern.

Obwohl die Verwendung der G-egenwindungsspule in Figur 7 . eine geringere Induktanz liefert als die der Antriebsspule allein, ist sie für gewisse Anwendungen nicht gering genug« TJm die Induktanz unter Beibehaltung der Spalte 176 und 178 weiter zu verringern, kann ein Paar zusätzlicher stationärer G-egenwindungsspulen um den Mittelsteg 156 konzentrisch angeordnet werden, wie das aus Figur 8 ersichtlich ist. Genauer gesagt ist in dsr Anordnung in Figur 8 eine stationäre G-egenwindungsspule 184 auf den Mittelsteg 156 unmittelbar unter der Antriebsspule 180 angeordnet. Die Spule 184 ist entgegengesetzt zur Spule 180 gewickelt. Weiterhin ist eine stationäre G-egenwindungsspule 186 auf den Mittelsteg 156 unter der beweglichen Gegenwindungsspule 182 aufgewickelt. Der Windungssinn der Spule 186 ist entgegengesetzt dem der Spule 182«, Die Spulen 184 und 186 können über die Länge der Spulen 180 bzw. 182 ausgedehnt sein in der bereits im Zusammenhang mit Figur 5 beschriebenen Weise. Oder es kann andererseits eine bewegliche Bürstenanordnung des Typs verwendet werden, der bereits im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben wurde. Das bedeutet, daß bei der Verwendung von beweglichen Bürsten der Teil jeder der stationären Spulen, der unmittelbar gegenüber den beweglichen Spulen

909839/0939

- 17 -

liegt, in jeder Lage zu diesen mit Strom versorgt werden kann," um eine optimale Gegenwirkung zu erzielen«

Aus dem Vorausgegangenen geht hervor, daß verschiedene lineare Bewegungsvorrichtungen als lineare Antriebs- und Tachometerkonstruktionen entwickelt wurden, die "bezeichnenderweise sehr schnell sind und exakt und die einen relativ langen HuTd auszuführen vermögen.

- Patentansprüche -

909839/0939

Claims

Patentansprüche

Lineare Bewegungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Kteistruktur (20), die einen Spalt (40, 42) mit senkrechten, longitudinalen, seitlichen und vertikalen Abmessungen bildet, durch Einrichtungen (36, 38) zum Erzeugen eines Magnetfeldes im Spalt (40, 42)_f das im wesentlichen parallel zu der vertikalen Abmessung verläuft, durch eine erste, den Spalt (40, 42) durchwindende Spule (50), die in Richtung der Seitenabmessungen ausgedehnt ist, und durch eine Einrichtung (51, 52, 54) zur Halterung der ersten Spule (50) zur Hin- und Herbewegung in Riöiatung der longitudinalen Abmessung.

2_β Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die longitudinale Abmessung des Spaltes (40, 42) größer ist als die vertikale Abmessung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite, den Spalt (40, 42) durchwindende Spule (70), die in Richtung der Seitenabmessung ausgedehnt ist, und durch eine derartige Verbindung der ersten (50) und zweiten (70) Spule, daß in der Kernstruktur (20) entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder entstehen, wenn durch die Spulen (50, 70) ein Strom fließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kernstruktur (20), die einen Mittelsteg (28) und obere (26) und untere Stege (30) umfaßt, die zur Bildung eines oberen (40) und eines

909839/0939

-

unteren Spaltes (42) voneinander räumlich getrennt sind, durch einen gehalterten Laufschlitten (14) zur Hin- und Herbewegung entlang des Mittelsteges (28), wobei der !aufschütten (14) eine um. den Mittelsteg (28) konzentrisch gewundene, den oberen (40) und unteren Spalt (42) durchwindende Spule (50) enthält, durch Einrichtungen (36, 38) zum Erzeugen von Magnetfeldern durch den oberen (40) und den unteren Spalt (42), wobei die Magnetfelder entweder zum Mittelsteg (28) hin oder von diesen wegjgerichtet sind, und durch Stromzuführungen (56, 58, 60, 72, 74) für die Antriebsspule (50), die vom Strom durchflossen eine Kraft zur Bewegung des .Laufschlittens (14) entlang des Steges (28) erzeugt.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungen (56, 58, 6O₉ 72, 74) zur Antriebsspule (50) erste und zweite flexible Teile (56) umfassen, von denen jeder erste (58) und zweite Enden (60) auf v/eist, daß eine Einrichtung (18) zum Verankern der ersten Enden (58) und der ersten und zweiten flexiblen i'eile (5S) besüglich der Kernstruktur (20) vorgesehen sind, nnä. daß eine Einrichtung zur elektrischen Kopplung der zweiten Enden (60) der ersten und zweiten flexiblen Teile (56) mit der Antriebsspuie vorgesehen ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine feststehende Spule (70) um den Mittelsteg (28) gewunden ist_tund daß die Antriebsspule (50) über eine Kontakteinrichtung (56, 72, 74) mit der feststehenden Spule (70) in Reihe geschaltet ist,

909839/0939

- 20 -

so daß ein die Spulen (50, 70) durchfließender Strom entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder in dem Mittelsteg (28) hervorruft.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6_f dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Spule (70) eine größere Windungszahl aufweist als die Antriebsspule (50), wobei die Windungen der feststehenden und der Antriebsspule im wesentlichen die gleiche Steigung haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

* gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtung (56» 72, 74) zur Verbindung der Antriebsspule (50) mit der feststehenden Spule (70) bewegliche Kontakte (72, 74) aufweist zur Verbindung der gleichen Anzahl von Windungen der feststehenden Spule (70) wie die Antriebsspule (50) besitzt.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Spule (70) eine größere Länge längs der longitudinalen Abmessung als die Antriebsspule (50) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der feststehenden Spule (70) eine größere Steigung haben als die Windungen der Antriebsspule (50).

11· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch an den Enden des oberen (154) und unteren Steges (158) angeordnete, sich nach den Mittelsteg (156) hin erhebende Polstütfce (172, 174), die dazwischen einen oberen (176) und einen unteren

90983 9/0939

- 21 -

Hilfsspalt (178) "bilden /und durch eine am Laufschlitten (H) angeordnete Hilfsantriebsspule (182), die konzentrisch um den Mittelsteg (156) gewunden ist und die den oberen (176) und den unteren Hilfsspalt (178) durchwindet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule (180) und die Hilfsantriebsspule (182) miteinander verbunden sind zum Erzeugen entgegengesetzt gerichteter Magnetfelder im Mittelsteg (156).

13o Torrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsspule (180) und die Hilfsantriebsspule (182) in Reihe geschaltet sind ,und daß beide relativ zueinander einen entgegengesetzten Windungssinn haben.

14· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13f dadurch gekennzeichnet, daß erste (184) und zweite (186) feststehende Gegenwindungsspulen benachbart der Antriebs- (180) und der Hilfsantriebsspule (182) angeordnet sind, daß die erste (184) und zweite (186) Gegenwindungsspule gegenüber der Antriebs- (180) und Hilfsantriebsspule (182) entgegengesetzte Windungssinne haben und daß die ersten (184) und zweiten (186) Gegenwindungsspulen mit der Antriebs- (180) und Hilfsantriebsspule (182) in Eeihe geschaltet sind.

909839/093 9