DE1908850A1 - Magnetische Positionierungsvorrichtung - Google Patents

Magnetische Positionierungsvorrichtung

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DE1908850A1 DE19691908850 DE1908850A DE1908850A1 DE 1908850 A1 DE1908850 A1 DE 1908850A1 DE 19691908850 DE19691908850 DE 19691908850 DE 1908850 A DE1908850 A DE 1908850A DE 1908850 A1 DE1908850 A1 DE 1908850A1
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    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
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    • G05D3/18Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device delivering a series of pulses
    • G05D3/183Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device delivering a series of pulses using stepping motor
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Description

  • Magnetische Positionierungsvorrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Aufzeichnungsgeräte und auf Steuersysteme, die in Verbindung-mit Aufzeichnungsgeräten und anderen Positionierungsvorri¢htungen betrieben werden können. Sie stellt eine Verbesserung der in der US-Patentchrift Nr. 3.376.578 beschriebenen Vorrichtung dar.
  • Die dem oben erwähnten US-Patent zugrundeliegende Erfindung stellt eine magnetische Schrittschaltvorrichtung dar, welche einen Kopf beinhaltet, der über einer Platte bewegt werden kann und eine Markierungseinrichtung zum Aufzeichnen von Daten auf einem auf'der Platte angebrachten Papierblatt oder dergleichen trägt Im Kopf sind Sätze aus Magneten untergebracht, wobei jeder Magnetsatz aus mehreren einzelnen Magneten, typischerweise aus dreien besteht. Man spricht dann von einem sogenannten Drei-Phasen-System.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zweiphasiges, polarisiertes System zu sehatfen, welches gegenüber dreiphasigen und hönerphasigen Vorrichtungen zahlreiche Vorteile besitzt, Ein Zwei-Phasen-System enthält in jedem Magnetsatz zwei Magneten und arbeitet wie ein vierphasiges System mit doppelseitig gerichteten Strömen in jeder Spule.
  • Das der vorliegonden Erfindung entsprechende Zwei-Phasen-System gestattet eine einfache Spulen- und S,pulenkernanordnung. Das zweiphasige System benutzt einen permanenten, polarisierenden oder eine Vormagnetisierung bewirkenden magnetischchen Kraftfluss, wie er etwa von Permanentmagneten erzeugt werden kann. Der Kraftfluss äussert sich in einer konstanten Ha-ltekraft. Die Spulenverluste lassen sieh verringern, weil die Permanentmagneten einen Teil der für die Schrittschal-toperation benötigten Energie liefern. Eine kürzere Zeitkonstante lässt sich erreichen, da die Querdurchflutungswege in den Spulenkernen so-ausgelegt werden können, dass sie leicht im Sättigungsbereich arbeiten. Dadurch wird die Induktivität bei der Vormagnetisierung geringer. Das Zwei-Phasen-System erlaubt ferner während einer Schrittschaltoperation die Verwendung von Beschleunigungs- und Bremsströmen in den auf andere Weise nicht erregten Spulen, so dass alle Spulen praktisch während der gesamten Zeit in Betrieb sind.
  • Weitere Ziele, Vorteile, Wesensmerkmale und Ergebnisse dieser-Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
  • Die Zeichnungen und die Beschreibung dienen zur Erläuterung bevorzugter und als Beispiel gedachter Ausftihrungsformen dieser Erfindung.
  • Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: In einer magnetischen Positionierungsvorrichtung wird ein Markierungswerkzeug zum Aufzeichnen von Kurven, Diagrammen und anderen Daten über eine Pläche bewegt. In einem Kopfteil sina tur jede von zwei senkrecht zueinander verlaufenden achsen zwei parallele Magnetsätze vorgesehen. Ein plattenförmiger Körper enthält Bereiche aus magnetischem Material, die in Gestalt eines Rasters angeordnet sind. Treiberschaltungen erregen Magnetspulen wahlweise in Abhängigkeit vön Eingangsschrittsignalen, um den Kopf längs jeder Achse über die Platte führen zu können.
  • Die Zeichnungen zeigen: Fig. 1 die Draufsicht auf ein Tisch-Aufzeichnungsgerät, das eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung enthält, Fig. 2 die räumliche Ansieht der Unterseite des Kopfteil's von Fig. 1, wobei der Mark-ierungsstift weggelassen i'st; Fig. 3 die perspektivische Ansicht der Oberseite des Kopfes, wobei die Abdeckung der Oberseite weggelassen ist; Fig. 4 in vergrösserter Darstellung einen längs der Linie 4-4 von Fig. 2 ausgeführten Schnitt; Fig. 5 die räumliche Ansicht eines umgedrehten Rahmens; Fig. 6' die räumliche Ansicht einer,Spulen- und Polschuh-Baugruppe; Fig. 7 die räumliche Ansicht eines Teils des Gehäuses; Fig. 8 eine vergrösserte, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht des Gerätes von Fig. 1, wobei der Schnitt längs der Linie S-S von Fig. 1 geführt worden ist; Fig. 9 eine vergrösserte Draufsicht auf den Markierungsstift von Fig'. i; Fig. 10 einen längs der Linie 10-10 von Fig. 9 geführten Schnitt; Fig. 11 anhand eines der Fig. 4 ähnlichen Schaubildes die Arbeitsweise der Vorrichtung; Fig. 12 in einer ähnlichen Darstellung wie in Fig. 11 eine alternative Bauform zum Erzielen des vormagnet'isierenden Kraftflusses; Fig. 13 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer bevorzugten Schaltung zum Steuern der Vorrichtung; und Fig. 14 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der in Fig. 13 gezeigten Schaltung.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Vorrichtung enthält einen plattenförmigen Körper 20 und ein Kopfteil 21. Die Oberseite des plattenförmigen Körpers trägt ein aus unmagnetischem Material bestehendes Raster, in das Felder-aus magnetischem Material eingebettet sind, wobei die auf di-ese Weise sich ergebende gitterförmige Einrichtung erste und zweite Achsen bestimmt, die normalerweise rechtwinklig zueinander verl-aufen.
  • Diese Achsen werden manchmal auch als x-Achse und als y-Achse bezeichnet.
  • Zzeckmässigerseise besteht der plattenformige Körper 20 aus einer Tafel oder Platte 24 aus ferromagne-tischem Material, etwa Eisen, in das mehrere parallel verlaufenda, Vertiefungen 25 eingearbeitet sind, wobei eine Gruppe von Vertiefungen zur x-Aohse und eine andere Gruppe von Vertiefungen zur y-Achse senkrecht verläuft (Fig. ii). Felder oder Rippe aus magnetischem Material 26 stehen aufrecht zwischen diesen Vertiefungen In der in den Zeichnungen gezeigten bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Vertiefungen rechtwinklig zueinander und, längs beider Achsen, im gleichen Abstand voneinander, wobei die- aufragenden Rippen aus magnetischem Material einen viereckigen Querschnitt besitzen. In einer typischen Ausführungsform sind die Vertiefungen oder Kerben 25 etwa 0,5 mm breit und etwa 0,5 mm tief. Ihre Mittellinien sind läng-s beider Achsen etwa i mm voneinander entfernt. Die Vertiefungen könnten offengelassen werden, wobei die Luft-als unmagnetisches Material dienen würde. Vorzugsweise full-t man die Vertiefungen jedoch mit einem Kunststoff oder einem anderen unmagnetischen, festen Stoff aus, um eine glatte Oberfläche auf dem plattenförmigen Körper zu erzielen.
  • In einem typischen Aufzeichnungsgerät ruht ein Papierblatt 28 auf dem plattenförmigen Körper 20 und das Kopfteil wird über das Blatt bewegt. Einrichtungen zum Festhalten des Papiers in gesicherter Lage auf dem plattenförmigen Körper können vorgesehen werden. Eine derartige Einrichtung ist in der oben erwähnten US-Patentschrift erläutert.
  • Der Kopfteil enthält vier Magnetsätze 30, 31, 32 und 33, die in einem Gehäuse oder Träger 34 befestigt sind, wobei die Polflächen der Magneten an der Oberfläche des Trägers liegen.
  • Der Träger 34 ist zweckmässigerweise eine Aluminium- oder Kunststoffplatte, welche vier Öffnungen 35 besitzt, in denen die Magnetsätze untergebracht werden können. Die Platte besitzt ferner eine zentrale Öffnung 36 flir eine Luftlagerschraube, die unten noch näher beschrieben wird.
  • Die Magnetsätze 30 und 32 sind parallel zu einer der Raster achsen, beispielsweise zur x-Achse, angeordnet und werden zum Bewegen und Positionieren des Kopfteils längs der x-Aohse benutzt. In gleicher Weise werden die'Magnetsätze 31 und 33 zum Verschieben und Positionieren des- Kopfteiles längs der anderen Achse, in dem hier angenommenen Beispiel also längs der y-Aohse, verwendet.
  • Der Aufbau der fler Magnetsätze- kann gleich. so in. Einer dieser Magnetsätze soll jetzt beschrieben werden. Jeder Satz besteht aus zwei Magneten und jeder Magnet besitzt zwei Polsohuhe. Der Magnetsatz 30 enthält einen Rahmen'40 und-Polschuhe 41 @ 42, 43 und 44 (Fig. 4). Jeder dieser Polschuhe -41-44 besteht aus einem Stapel ausgestanzter Lamellen, Zwei Polschuhe 41 und 42-sind zusammen mit einer darin befindlichen Spule 46 in Fig. 6 dargestellt. Fig. 3 zeigt den Rahmen 40 von oben -und Fig. 5 von unten. Jeder der Polschuhe besitzt eine seitlich abstehende Schulter an jeder oberen Kante, so dass er in entsprechende Vertiefungen des Rahmens 40 eingeschoben werden kann, Ein u-förmiges Joch 47 ist mit einer Schiene 4,8 des Rahmens-40 verbunden, und zwar mit Hilfe einer Schraube. Ein gleichermassen aufgebautes Joch 49 ist an der Schiene 50 des Rahmens 40 befestigt. Der Rahmen 40 besteht aus unmagnetischem Material, etwa aus Aluminium. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung bestehen die Joche 47 und 49 aus Permanentmagneten, die einen vormagnetisierenden oder po-larisierenden Kraftfluss in den zugeordneten Polschuhen bewirken.
  • Die Polfläche jedes der Pol schuhe 41-44 weist eie oder mehrere rippenförmige Erhöhungen aus magnetischem Material auf und ist vorzugsweise mit mehreren Rippen der gleichen Breite und des gleichen Abstandes wie die Felder 26 des magnetischen Materials im plattenförmigen Körper 24 versehen.
  • Die Magnetsätze sind in entsprechenden Öffnungen des Trägers 34 untergebrach-t und werden dort mit Hilfe von Schrauben 52 befestigt. Die Öffnungen 53 im Rahmen 40 (Fig. 5) und der Kanal 54 im Rahmen 40 (Fig. 8) bi-eten Raum fiir die Verdrahtung.
  • An den vier Ecken des Kopfteils können Fiillklötze 56 angebracht werden, um eine gleichmässige äussere Form zu erreichen. Die Klötze werden mit Hilfe eines Bandes 57 und Schraube (nicht dargestellt) befestigt, Eine Abdeckplatte 58 fur die Oberseite kann über den Magnetsätzen angebracht werden, um der Vorrichtung ein besseres Aussehen zu geben und sie vor Verschmutzung zu schUtzen.
  • Zur räumlichen Trennung des Kopfteils vom platenförmigen Körper können Einrichtungen vorgesehen werden, welche einen direkten Kontakt zwischen den beiden Einrichtungen verhindern oder welche eine Berührung zwischen dem Kopfteil und dem auf dem plattenförmigen Körper liegenden Papier verhüten. Dabei werden dann auch'Reibungslçräfte zwischen den beiden Körpern vermieden. Zu diesem Zweck können verschiedene Anordnungen, etwa Fluidlager, Räder oder Kugeln, benutzt. werden. Das in der oben erwähnten US-Patentschrift beschriebene Luftlager soll auch im Kopfteil der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • Eine Zuführungsleitung für Pressluft und ein Kabel für elektrischen Änschluss können in einer Steuerleitung .60, welche mit dem Kopfteil 21 verbunden ist, untergebracht werden. Die Luft-Zuführungsleitung der Steuerleitung mündet in eine Röhre 61, die von einer Schraube 62 gehalten wird. Die Schraube 62 sitzt in cjer Öffnung 36 des Trägers 34 (Fig. 8). Ein Kanal 63 in der Schraube 62 stellt eine Verbindung mit vier Kanälen 64'her, welche von der Schraube radial nach aussen durch den Träger 34 verlaufen und in Auslassöffnungen 65 (Fig. 2) enden. Eine Dichtung 66 sorgt für einen dichten Abschluss zwischen der Röhre 61 und dem Träger. Eine andere Dichtung 67 sorgt für einen dichten Abschluss zwischen der Schraube 62 und dem Träger.
  • Bei dieser Anordnung ergibt sich ein konstanter Luftstrom durch die Luftzuführungsleitung in der Steuerleitung 60 hindurch in den Kopfteil, von dort aus durch die I(anäle 64 und die Öffnungen 65 nach aussen zwischen die Unterseite des Kopfteils und die Oberseite des plattenförmigen Körpers. Dieser luftstrom sorgt für ein Luftpolster zwischen den beiden Einrichtungen.
  • Die durch die magnetische Kopplung zwischen den Körpern bestehende Anziehungskraft wird durch die Abstosskraft des Luftpolsters ausgelichen, wenn man die Eigenschaften der Austrittsöffnungen des Luftlagers und den Druck der zugeftihrten Luft entsprechend einstellt, wobei der Kopfteil dann praktisch in gleichbleibend ein Abstand über dem plattenförmigen Körper verbleibt. Dieser Abstand liegt typischerweise in der Grössenordnung von etwa einigen ilundertstel MillimeternO Es sei nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Eine Halterung 7Ü für ein Werkzeug oder eine Markierungseirichtung kann an einer Ecke des Kopfteils 21 mit Hilfe von Schrauben 71 bebefestigt werden. Die verschiedensten Werkzeuge und Markie-rung-seinrichtungen und die verschiedensten Halterungen können verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist, in Fig. 9 und Fig. 10 dargestellt. Ein Ärm 72 befindet sich innerhalb des Körpers 73 auf einer Feder 74. Die Feder ist' mit Hilfe einer Schraube 75 mit dem Körper verbunden. Eine-Schreib-oder Zeichenfender oder ein entsprechender Stift ist in eine Öffnung am äusseren Ende des armes 72 eingeechraubt. Im Körper 73 befindet sic ein Elektromagnet 77, der, wenn er erregt wird, den Arm 72 anzieht und die Spitze des Zeichen--oder Schreibstiftes 76 vom Papierblatt oder von der Folie 28, die sich auf dem plattenförmigen Körper 20 befindet, abhebt. Ein Ring 78 ist mit dem Körper des Zeiehenstiftes 76 verbunden.
  • Der Ring bildet zusammen mit Stiften 79 eine Befestigungs- und Einstelleinrichtung und ein Führungselement für eine vertikale Bewegung des Zeichenstiftes. Die Stifte 79 sind in einer Platte 80 befestigt. Die Platte 80 sitzt in einem Vorsprung-81 des Körpers 73.Eine Feder 82 drückt die Platte 80 nach oben und ein Knopf 33 kann dazu benutzt werden, einen manuelle Druck auf die Feder 32 auszuüben, um die Stifte 79 aus den Öffnungen 85 des Ringes 78 llerauszubringen.
  • Der Körper des Zeichenstiftes kann gedreht werden, um die vertikale Position der Spitze richtig einzustellen. Dazü muss der Knopf 83 niedergedrückt werden, um die Stifte 79 vom,Ring 78 zu trennen. Nach der gewünschten Einstellung wird der Knopf -83 wieder losgelassen, so dass die Stifte 79 wieder in die Öffnungen 85 des Ringes 78 zurückkehren knnnen und dabei den Ring in seiner jetzigem Stellung festhalten. Die Stifte 79 sand geiTligend lang, so dass der Zeichenstift nach oben und unten mit hilfe des Magneten 77 bewegt werden kann, ohne dass die Stifte 79 dabei aus den Öffnungen 85 herauskommen. Auf diese Weise wird für eine Führung und Lagerung des oberen Teils des Zeichenstiftes 76 gesorgt.
  • Die Arbeitsweise der Vorrichtung soll nun anhand des in Fig.
  • 11 gezeigten Schaubildes erläutert werden. Der Polschuh 41 besitzt zwei Polflächen a und c. Jede Polfläche besteht aus einem einzelnen rippenförmigen Stück, das im wesentlichen genau so breit ist wie eines der Felder 26 auf dem plattenförmigen Körper 24 (Fig. 11). Jede Polfläche könnte andererseits natürlich auch mehrere voneinander getrennte rippenförmige Stücke aufweisen, so wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
  • Die Polflächen a und c besitzen einen solchen Abstand voneinander, dass dann, wenn eine Polfläche sich über einem Feld 26 aus magnetischem Material des plat'tenförmigen Körpers befindet, die andere Polfläche über einem Feld aus unmagnetischem Material steht. D.h., der Abstand zwischen den Mittellinien der l'olflächen a und c ist gleich p(n+ffi) , wobei n eine ganze Zahl und p die Rasterteilung oder der Abstand zwischen der Mittellinie einer Vertiefung oder einer Rippe zur Mittellinie der anderen Vertiefung oder anderen Rippe des plattenförmigen Körpers ist.
  • Die Polschuhe Z2, 43 und 44 sind genauso aufgebaut.
  • Die Polschuhe 41 und 42 des Magneten 47 besitzen einen' solchen abstand voneinander, dass die Polflächen a und a' zur gleichen Zeit Uber einem magnetischen Bereich oder einer Rippe stehen. d.h., der Abstand zwischen den Mittellinien der Polschuhe ist gleich n.p.
  • Der Magnet 49 ist genauso aufgebaut wie der Magnet' 47.
  • Die beiden Magneten des Satzes sind so angeordnet,, dass,wenn die Polflächen eines Magneten direkt über einer Rippe oder einer Vertiefung stehen, die Polflächen des anderen Magneten gerade auf der Mitte zwischen der Rippe und der Vertiefung sich befinden Die Mittellinien entsprechend-ar Polflächen der beiden Magneten besitzen also einen Abstand voneinander, der gleich p(n#1/4 ist. Die beiden Magneten eines Satzes werden als A-Phasen-Magnet und als B-Phasen-Magnet bozeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung, in der zwei parallele Magnetsätze, so wie in Fig. 2 dargestellt, benutzt werden, sind die Magneten eines Satzes, hier des Satzes 30, so angeordnet, dass' der A-Phasen-Magnet links und der B-Phasen-Magnet rechts sitzt, während die Magneten des anderen Satzes, hier des Satzes 92, so angeordnet sind, dass der B-Phasen-Magnet links und der A-Phasen-Magnet rechts sitzt. Diese Anordnung gestattet einen besseren Kräfteausgleich, so wie in der oben erwähnten US-Patentschrift erläutert. Bei dieser Anordnungsart besitzen die Magneten eines Satzes einen Abstand voneinander, der gleich p(n+4) ist, und die Magneten des anderen Satzes weisen einen Abstand voneinander auf, der gleich p(n-4) ist. Sind die A-Phasen-Magneten beider Sätze links oder rechts angeordnet, dann ist der Abstand für beide Sätze gleich, dh. entweder p(n+4) oder p(n-4).
  • In Fig. 11 fliesse der volle Strom iA, wobei er den durch die Vormagnetisierung mit hilfe der Permanentmagneten erzeugten Kraftfluss in den Polflächen a und a' unterstützt und den Kraftfluss in den Polflächen c und s' nahezu auf den Wert Null reduziert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom iB in- der Spule des Magneten 49 gleich Null und der Kraftfluss in den Polflächen d, d', b und b' nahezu gleich und etwa halb so gross wie der in den Polflächen a und a'. Die Zeiger für b-b' und d-d' sind etwa ein Viertel so gross wie diejenigen von a-a'.
  • Die Zeiger d-d' sind gegenüber den h gern iS-b t um 180° vcrdreht, so dass b-b' und d-d' keine Tangentialkräfte te erster Ordnung zwischen dem Kopf und der Platte in horizontaler Richtung hervorrufen. Unter diesen Umständen bleibt der Kopf in der in Fig. -11 gezeigten Position.
  • Um den Kopf nach rechts zu bewegen wird der A-Phasen-Strom abgeschaltet und der B-Phasen-Strom angeschaltet. Die Polarität des B-Phasen-Stroms ist so, dass der Strom die Zeichenebene am Pol schuh 47 verlässt und in die Zeichenebene am Pol schuh 44 eintritt. Der magnetische Kraftfluss bei d und d' wird gleich Null und der Kraftfluss bei b und b' erreicht einen maximalen Wert, so dass eine positive Kraft entsteht, welche den Kopf nach rechts bewegt. Ein weiterer Schritt nach rechts kann erreicht werden, wenn man nun den B-Phasen-Strom abschaltet und den A-Phasen-Stroin mit einer Polarität anschaltet, die entgegengesetzt zu der in Fig. 11 gezeigten Polarität ist. Der Kopf führt diesen weiteren Rechtsschritt aus, wobei die Polflächen c und c1 über den Rippen oder über den magnetischen Bereichen der Platte 24 stehen. Zur Ausführung des nächsten Schrittes muss der A-Phasen-Strom abgeschaltet und der B-Phasen-Strom mit einer Polarität angeschaltet werden, die zur oben erläuterten Polarität entgegengesetzt ist. Der nächste Schritt wird ausgeführt, indem man die Ströme unter der in Fig. 11 gezeigten Bedingung fliessen lässt. Die Ausführung von Schritten in der umgekehrten Richtung lässt sich erreichen, wenn man die Ströme in der umgekehrten Folge schaltet. Es liegt also auf der Hand, dass eine Vier-Phasen-Schrittschal,-toperation mit der Zwei-Phasen-Konstruktion der dieser Erfindung entsprechenden Vorrichtung ausgeführt wird. Wenn zwei Magnetsätze parallel verwendet werden, dann werden entsprechend die A-Phasen-Spulen beider Sätze oder die B-Phasen-Spulen beider Sätze zur gleichen Zeit erregt.
  • Ein schnellerer Betrieb kann erreicht werden, indem man Beschleunigungs- und/oder Bremsströme durch die normalerweise nicht erregten Spulen schickt. So kann beispielsweise nach dem Erregen der B-Phasen-Spule und nach dem Abschaltet der A-Phasen-Spule und nach dem Bewegen des Kopfes um ein kleines Stück ein -Stromimpuis zur A-Phasen-Spule übertragen werden, dessen Polarität entgegengesetzt zu dem in d-er A-Phasen-Spule vorher- benutzten Strom ist. Dieser Stromipuls reduziert den Kraftfluss in den Polflächen a und at und erhöht den Kraftfluss in den Polflächen c- und c', so dass eine zusätzliche Kraftkomponente entsteht, welche die Bewegung bes-chleunigt.
  • Danach kann ein anderer Stromimpuls entgegengesetzter Polarität zur A-Phasen-Spule übertragen werden, um-eine der Bewegung entgegenwirkende Kraftkomponente zu erzeugen, wodurch die Bewegung abgebremst und Überschwingerscheinungen gedämpft werden.
  • Eine alternative Ausführungsformm welche fortgesetit erregte Spulen an Stelle von Permanentmagneten henutzt, ist in Fig.
  • 12 dargestellt. Elemente, welche den in Fig. ii gezeigten Teilen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
  • Die Joche 47' und 49t können die gleiche Gestalt wie die Permanentmagnet-Joche 47 und 49 haben und sie können in der gleichen bSeise eingebaut seinn. Sie bestehen jedoch nicht aus Permanentmagneten sondern nur aus magnetischem Material, und sie sind aus Lamellen mit sich überlappenden Verbindungen aufgebaut und bilden mit den Polschuhen eine Einheit. Die Spulen 90, 91 und 92 und 93 sind auf den Jochen befestigt und werden mit geeigneten Strömen erregt, um die gleichen vormagnetisierenden Kraftflüsse zu erzeugen wie mit Hilfe der Permanentmagneten 47 und 49.
  • Eine Schaltung zur Erregung der Spulen der Magneten ist in Fig. 13 dargestellt. Diese Schaltung enthält einen Taktimpulsgenerator 100, eine logische "At"-Schaltung 101, eine logische "A@"-Schaltung 102, eine logische "B+"-Schaltung 103 und eine logische "B-"-Schaltung 104. Ein A-Phasen-Steuerverstärker 105 liefert den Strom für die Spulen 106 und 107 der A-Phasen-Magneten. Ein B-Phasen-Steuerverstärker 108 liefert Strom für die Spulen 109 und iiO der B-Phasen-Magnetcn.
  • Eine Beschleunigungs- und Bremstaktschaltung 111 sorgt für die Beschleunigungs- und Bremssteuerung. Diese letztgenannte Schaltung ist eine zweckmässige aber nicht notwendige Ein richtung in dieser Erfindung Die in Fig. 13 gezeigte Schaltung sorgt fur die Steuerung längs einer Achse. Eine ähnliche Schaltung wird für die andere Achse benutzt, Ein Vorwärtsschrittsignal wird zur Eingangsleitung 113 übertragen, um den Kopf in der einen Richtung zu bewegen Ein Rückwärtsschrittsignal wird zur Leitung 114, Xibertragen, um den Kopf in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen. Der Taktgenerator 100 liefert Taktimpulse für den Betrieb der Schaltung über vier Ausgangsleitungen, die als Taktleitung 1, Taktleitung ?, Taktleitung 3 und Taktleitung 4 gekennzeichnet sind. Der Taktgenerator 100 liefert diese Taktimpulse in Abhängigkeit von Schrittsignalen auf der Leitung 115. Die Arbeitsweise des Taktgenerätors ist in den unteren vier Diagrammen von Fig. 14 gezeigt. Der Taktgenerator enthält zwei Flip-Flop-Schaltungen 116, vier Gatterschaltungen 117 und vier Ausgangsverstärker 118. Die Schrittsignale auf den'Leitungen 113 und 114 werden über ein Gatter 119 und ein Gatter 120 zur Leitung 115 übertragen. Das Gatter 119 sorgt für eine Kombination der Vorwärtsschritt- und Rückwärtsschritt-Signale und das Gatter 120 unterbindet jegliche Operationen der Schaltung, solange kein Signal über die Anschaltleitung übertragen-worden ist, welches anzeigt, dass die Vorrichtung- angeschaltet wurde.
  • Diese Eigenschaft ist wünschenswert, da Schrittsignale von räumlich entfernten Signalqullen kommen können, welche nicht unbedingt der Kontrolle, durch den Operateur des jeweiligen Aufzeichnungsgerätes unterliegen. Über eine Rücksetz-Leitung kann der Taktgenerater auf seinen Aufangszustand zurückgesetzt werden. Eine Sperr-Leitung sperrt den Betrieb der Schaltung, wenn bestimmte Kriterien nicht, erftillt sind, etwa w¢nn die Luftpumpe nicht angeschaltet ist.
  • Jede der logischen Folgesteuerschaltungen enthält sechs Gatter 125, deren Ausgänge mit einem Gatter 126 verbunden sind, um das Spulen-Signal als Eingangssignal zum Steuerverstärker zu übertragen. Ein Signal aus der logischen "A+"-Schaltung erzeugt einen positiven Strom in der A-Phasen-Spule und ein Signal aus der logischen "A-"-Schaltung bewirkt einen negativen Strom in der A-Phasen-Spule, Die B-Phasen-Schaltungen arbeiten in ähnlicher Weise. Die Ausgänge des Taktgenerators sind mit den Gattern der logischen Folgestenerschaltungen in der in Fig. 13 gezeigten Weise verbunden. Die Vorwärtsschritt-Signale und Rückwärtsschritt-Signale werden über Gatterschaltungen 127 und 128 und eine Flip-Flop-Schaltung 131, welche fortgesetzt ein Ausgangssignal liefert, zugeführt. Beschleunigungs- und Bremssignale werden entsprechend über die Leitungen 129 und 130 übertragen.
  • Die Beschleunigungs- und Brems-Taktschaltung ili enthält drei monostabile Flip-Flop-Schaltungen oder monostabile Sperrschwinger 133, 134 und 135, die in Reihe geschaltet sind und von der Schrittsignalleitung 115 aus augesieuert werden. Die Flip-Flop-Schaltung 133 wird durch ein Schrittsignal gesetzt.
  • Die Flip-Flop-Schaltung 134 wird gesetzt, wenn die Flip-Flop-Schaltung 133 zurückgesetzt wird. Durch das Setzen der Flip-Flop-Schaltung 134 wird das Beschleunigungssignal ausgelöst.
  • Die Flip-Flop-Schaltung 135 wird gesetzt, wenn die Flip-Flop-Schaltung 134 in den Rücksetzzustand übergeht. Durch das Setzen der Flip-Flop-Schaltung 135 wird das Bremssignal erzeugt.
  • Es, sei nun auf Fig. 14 Bezug genommen. Das Diagram von Fig. 11 zeigtden Zustand an Ende des Taktes. Ein Vorwärtsschritt-Signal löst den Takt 2 aus, nacht das "A+"-Spulensignal gleich Null und erzeugt ein "B+"-Spulensignal. Der A-Spulensttrom wird gleich Null und in der Spule fliesst ein positiver Strom.
  • Kurz danach erzeugt das Beschleunigungesignal auf der Leitung 129 ein "A-"-Spulensignal, das das sich' i'n";#inem negatives Strom in der Spule A äussert. Dann b-ewirkt das Bremssignal auf der Leitung 150 ein "A+"-Spulensignal, welches zu einem positiven Strom in der Spule A fahrt. Ein weiteres Vorwärtsschritt-Signal leitet Takt 3 ein, wobei die gleiche Operationsfolge mit unterschiellichen Spulensignalen und Spulentrömen, so wie in Fig. 14 dargestelltm abläuft.

Claims (12)

  1. Patentanmeldung: Magnetische Positionierungsvorrichtung
    P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Magnetische Positionierungsvorrichtung zum Ausfahren einer Relativbewegung zwischen zwei Körpern, gekennzeichnet durch einen plattenförmigen Körper (2O,'4), der auf einer Seite ein abwechselnd aus unmagnetischem Material (25) und magnetischem Material (26) bestehendes Raster aufweist; ein Kopfteil (26), das erste und zweite parallele, mit dem Raster ausgerichtete Sätze von Magneten (30, 31, 32, 33) besitzt; Sätze, welche jeweils aus zwei Magneten (47, 41, 42, 49, 43, 44) bestehen, wobei jeder der Magneten zwei Polschuhe (41, 42, 43, 44) enthält, der Abstand zwischen den Mittellinien der Polschuhe gleich n.p ist, n irgendeiner ganzen Zahl und p der Rasterteilung entspricht, jeder der Polschuhe eine erste und zweite'Polfläche (a, a', d, d', c, c', b, b') besitzt, der Abstand zwischen den Mittellinien der Polfläche gleich p (n+1/2) ist und der Abstand zwischen den Mittellinien entsprechender Polflächen der Magneten eines Satzes gleich p(n+ 2) ist; Einrichtungen (47,49) in jedem der Magneten, weche für einen magnetischen Kraftflussweg zwischen seinen Polschuhen sorgen, und Einrichtungen (47,49) in jedem Magneten, welche einen vormagnetisierenden Kraftfluss in den Polschuhen bewirken, wobei jeder Magnet eine Arbeitsspule (46). zur Erzeugung eines Kraftilusses besitzt, der an der einen Polfläche jedes Polschuhs, den vormagnetisierenden Kraftfluss unterstützt und n der anderen Polfläche dem vormagnetisierenden I(raftfluss entgegenwirkt; und Einrichtungen (100-1v0) zum wahlweisen Erregen entsprechender Spulen der Magnetsätze, um um eine Relativbewegung zwischen dem plattenförmigen Körper und dem Kopfteil auf dem Raster hervorzurufen.
  2. 2. Verrichtung nach Anspruch 1m dadurch gekennzeichnet, dass das ltas-ter auf dem plattenförmigen Körper (2.0,24) die Gestalt eines aus unmagnetischem Material (25) bestehenden Netzwerkes besitzt, welches Bereiche aus magnetischem Material (26) einschliesst, wobei das Netz erste und zweite in der Ebene der Oberfläche des plattenförmigen Körpers liegende Achsen bestimmt, die ersten und zweiten Magnetsätze (30,32) mit den ersten Achsen ausgerichtet sind und dritte und vierte Magnetsätze (31,33) vorgesehen sind, welche mit den zweiten Achsen ausgerichtet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die binrichtungen zum irreren der für die Magnetsätze (30,31, 32,33) vorgesehenen Spulen Einrichtungen zum wahlweisen Brregen entsprechender Spulen der ersten und zweiten Magnetsätze (30,32) um eine Relativbewegung zwischen den Körpern (20,,24;21) längs einer ersten Achse zu bewirken, enthalten und Einrichtungen zum wahlweisen Erregen entspre"chender Spulen der dritten und vierten Magnetsätze (31,33) um eine Relativbewegung zwischen den Körpern (20, 24; 21) längs er zweiten Achse zu bewirken, besitzen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten eines der ersten und zweiten Magnetsätze (30,32) und eines der dritten und vierten Magnetsätze (31,33) einen auf die Mittellinien entsprechender Polflächen bezogenen Abstand voneinander haben, der gleich p(n+ g ist, wobei die anderen Magneten einen auf die Mittellinien entsprechender Polflächen bezogenen Abstand voneinander haben, der gleich p(n-1/4) ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet (lass das Vorzeichen den mathematischen Ausdruck p(n+ 4) des Abstandes zwischen den Magneten der ersten und zweiten Sätze, jeweils gleich ist und das Vorzeichen für den mathematischen Ausdruck des Abstandes zwischen den Magneten der dritten und vierten Sätze jeweils gleich ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einen magnetischen Kraftflussweg herstellenden und einen vormagnetisierenden Kraftfluss bewirkenden Einrichtungen (47,49) einen Permanentmagneten enthalten.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch i; dadurch gekennzeichnet, dass die einen magnetischen Kraftflussweg herstellènden und einen vormagnetisierenden Kraftfluss bewirkenden Einrichtungen ein aus magnetischem Material bestehendes Joch (Z;7',49'), welches die Polschuhe verbindet, und stromleitende Einrichtungen (90, 91, 92, 93), die in der Nähe des Joches angebracht sind, besitzen.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich jede der Polflächen über mehrere der Bereiche (26) des plattenförmigen Körpers erstreckt, wobei ede Polfläche aus mehreren Reiben magnetischen Materials, die durch unmagnetisches Material voneinander getrennt sind, besteht, und wobei der Abstand der Reihen im wesentlichen gleich dem Abstand der Bereiche (26) ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magnetsatz (30, 31, 32, 33) einen Rahmen (40) enthalt und jeder der Polschuhe (41, 42, 43, 44) aus einem Stapel von Lamellen besteht, wobei die einzelnen Stapel in den Rahmen iO) längs einer senkrecht zu den Polflächen verlaufenden Achse eingeschoben sind; und die einen magnetischen Kraftflussweg herstellenden Einrichtungen ein am Rahmen (40) befestigtes und oie Polschuhe verbindendes Joch (47,49) enthalten.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (34), däs eine mit Öffnungen versehene Fläche besitzt, wobei jeder Rahmen (40) in einer solchen Öffnung befestigt ist und die Polflächen mit dem Gehäuse in gleicher Ebene liegen.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gek-ennzeichnet, daß jede Erregungseinrichtung (100-130) erste und zweite Eingänge (113,114) zum Aufnehmen erster und zweiter entgegengesetzt gerichteter Schrittschal'tsignales einen Vier-Phasen-Taktgenerator (100) zum sequentiellen Erzeugen von Traktsignalen auf vier Taktleitungen (CLK1, CLK2, CLK3, CLK4) in Abhängigkeit von Schrittsignalen an den Eingängen, eine erste logische Schrittschaltung (101), welche die Takt- und Schrittsignale als Eingangssignale empfängt und daraufhin ein positives Spulenstromsignal (A+) für einen Magneten eines Satzes' erzeugt, eine zweite logische Schrittschaltung (iU2), welche die Takt-und Schrittsignale als Eingangssignal empfängt und daraufhin ein negatives Spulenstromsignal (A-) füriesen einen Magneten eines Satzes erzeugt, eine dritte logische Schrittschaltung (103), welche die Takt- und Schrittsignale als Eingangssignal empfängt und daraufhin ein positives Spulenstromsignal (B+) filr den anderen Magneten des Satzes erzeugt, eine vierte logische Schrittschaltung (104) welche die Takt- und Schrittsignale als Eingangssignale empfängt und daraufhin ein negatives Spulenstromsignal (B-) für den anderen Magneten des Satzes erzeugt, und Verstärkereinrichtungen (105,108), welche durch die-zum Betrieb der Spulen (46) vorgesehenen Spulenstromsignale aktiviert werden, enthält.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1t, gekennzeichnet durch eine Beschleunigungs- und Bremsschaltung (iii) zum sequentiellen Erzeugen eines Beschleunigungssignals und eines Bremssignals in Abhängigkeit von Schrittsignalen an den Eingängen, wobei die Beschleunigungs- und Bremssignale innerhalb der Dauer eines Taktsignals auftreten, und wobei die Beschleunigungs-und Bremssignale als Eingangssignale zu jeder der logischen Schrittschaltungen (101, 102, 103, 104) übertragen werden, um Beschleunigungs- u-nd Bremsströme in der Spule eines Magneten eines Satzes vorzusehen, während die Spule des anderen Magneten des Satzes für einen Schritt erregt ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0170417A1 (de) * 1984-06-28 1986-02-05 Force Engineering Limited Wanderwellen-Induktionsheizgerät

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EP0170417A1 (de) * 1984-06-28 1986-02-05 Force Engineering Limited Wanderwellen-Induktionsheizgerät

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