DE2358421A1

DE2358421A1 - Linearer schrittmotor

Info

Publication number: DE2358421A1
Application number: DE19732358421
Authority: DE
Inventors: Seiuemon Inaba; Hiromichi Shichida; Kenichi Toyoda
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Fanuc Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fanuc Corp
Priority date: 1972-11-25
Filing date: 1973-11-23
Publication date: 1974-06-06
Also published as: GB1416638A; JPS4976012A; DE2358421B2

Description

BLUMBACH · WESER -BERGEN «1 KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN O *i C Q A O Λ

DIPL-ING.P.G.BLUMBACH DIPL-PHYS. DR. W. WESER. DIPL-ING. DR.JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R.KRAMER

62WIESBADEN . ₈ MÜNCHEN 60, FLOSSMANMSTRASSE15

TELEFON (089) 883603/883604

• . ; 73/87.35 -

Fujitsu Ijtd., Kawasaki-shi, Japan Fujitsu ÜEfanuö Ltd.,' Tokyo, Japan

Linearer Schrittmotor

Die Erfindung betrifft einen impulsbetriebenen linearen Schrittmotor mit einem ersten beweglichen Teil, das nur längs einer ersten Sichtung bewegbar ist, und einem zweiten beweglichen Teil, das am ersten Teil angeordnet und einzeln nur längs einer zweiten, senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden Richtung bewegbar ist. . . ... - .

Allgemein betrifft die Erfindung ein impulsbetriebenes elektromagnetisches Antriebssystem, bei welchem sich ein bewegliches Teil längs einer Richtung in ,geringem Abstand von und, parallel zu der Oberfläche eines mit ihm zusammenwirkenden stationären Teils bewegt. Die. Bewegung des beweglichen Teils wird in Abhängigkeit von Befehlsimpulsen, die von Steuerschaltungen zugeführt .werden, elektromagnetisch gesteuert. Insbesondere betrifft die Erfindung Bolch& Antriebssysteme wie einen linearen Schrittmotor und bezieht sich auch

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auf die beweglichen und die damit zusammenwirkenden stationären Elemente, wie ein Gleitstück bzw. einen Stator. Das bewegliche Teil, d.h. das Gleitstück, kann sich mit konstanten, kleinen Schritten in einer Richtung längs der Oberfläche des Stators aufgrund der Befehlsimpulse bewegen, und der Stator dient gleichzeitig als Schritteinteilungsskala. Der lineare Schrittmotor umfaßt wenigstens ein Gleitstück, das aus magnetischem Material hergestellt und von Erregerspulen umgeben ist, welche die Befehlsimpulse empfangen, und er schließt wenigstens einen magnetisches Material aufweisenden Stator ein, der mit dem Gleitstück elektromagnetisch zusammenwirkt. Ferner weist der lineare Schrittmotor eine Vorrichtung zur Schaffung eines Zwischenraums zwischen dem beweglichen Teil und der Oberfläche des als Skala dienenden Stators auf, um eine direkte Berührung des beweglichen Teils mit dem Stator zu verhindern, da eine starke Anziehungskraft zwischen diesen auftritt, wenn die Erregerspulen erregt sind. Die Bewegungsaktion des Gleitstückes ist sehr nützlich, wenn der lineare Schrittmotor beispielsweise in einer automatischen Herstellungsanlage verwendet wird, die eine genaue Bearbeitungssteuerung ohne manuelle Betätigung erfordert, wobei ein Werkstück auf die Oberfläche des beweglichen Teils oder Gleitstücks gegeben wird. Die Vorteile des impulsbetriebenen linearen Schrittmotors sind folgende. Wenn eine Bewegung längs einer Richtung erforderlich ist, ist diese normalerweise dadurch erzeugt worden, daß eine kreisförmige Bewegung eines elektrischen

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Motors oder einer Welle unter Verwendung einer Umsetzungsvorrichtung in eine geradlinige Bewegung umgewandelt worden ist. Diese Umsetzungsvorrichtung wird gewöhnlich durch'eine Vorschubspindel oder eine ähnliche Schraubenart verwirklicht. Beim linearen Sehrittmotor ist jedoch keine Umsetzungsvorrichtung erforderlich, da die geradlinige Bewegung direkt
erzeugt wird. Des weiteren besteht ein wohlbekannter Mangel darin, daß eine Umsetzungsvorrichtung, wie die Vorschubspindel, während eines Arbeitsvorgangs totes Spiel erzeugt. Dieses tote Spiel verursacht natürlich Fehler, wodurch eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung von Werkstücken eingebüßt wird. Folglich ist es einleuchtend, daß der lineare
Schrittmotor mit hoher Genauigkeit betrieben werden kann,
da er, wie bereits gesagt, keine solche Umsetzungsvorrichtung wie eine Vorschubspindel benötigt, die totes Spiel erzeugt. Außerdem nutzt sich die Umsetzungsvorrichtung, wie die Vorschubspindel, während des Betriebes ab. Dies hat zur Folge, daß' eine Herstellungsaniage, die eine solche Umsetzungsvorrichtung umfaßt, periodische Inspektionen und Wartungen erforderlich macht. In dieser Hinsicht kann der lineare Schrittmotor wartungsfrei betrieben werden, daer keine Umsetzungsyorrichtung umfaßt. Ferner macht eine Herstellungsanlage
mit. einem linearen Schrittmotor fast kein Geräusch und kann ■ ein Werkstück mit hoher Geschwindigkeit in eine gewünschte
Position bringen. ■

Solche linearen Schrittmotoren sind schon weitgehend in Her-

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Stellungsanlagen wie numerisch gesteuerteHerstellungsmaschinen verwendet worden. Gewöhnlich weist der impulsgesteuerte lineare Schrittmotor ein erstes und ein zweites Gleitstück und einen ersten und einen zweiten Stator auf. Die »Statoren wirken elektromagnetisch mit dem ersten bzw. zweiten Gleitstück zusammen. Der erste und der zweite Stator weisen magnetisches und nicht magnetisches Material auf. Diese Materialien sind beide in vorgegebenen Abständen in einer ersten und einer zweiten Richtung, die senkrecht zueinander in einer Ebene verlaufen, angeordnet, wobei die magnetischen Materialien Statorzähne bilden, die als Polstücke wirken, welche elektromagnetisch mit dem ersten bzw. zweiten Gleitstück zusammenwirken. Die Bewegung des ersten Gleitstückes ist auf lediglich die erste Richtung beschränkt. Die Bewegung des am ersten Gleitstück angeordneten zweiten Gleitstückes allein ist auf lediglich die zweite Richtung beschränkt. Da sich jedoch das zweite Gleitstück auch zusammen mit dem ersten Gleitstück in der ersten Richtung bewegt, kann sich das zweite Gleitstück in beliebiger Richtung in der Ebene oberhalb der Oberfläche des ersten und des zweiten Stators bewegen, und.zwar mittels kleiner Schritte entweder in einer ersten oder einer zweiten Richtung oder in beiden Richtungen gleichzeitig, entsprechend den Befehlsimpulsen von der Steuerschaltung. Einen solchen linearen Schrittmotor, der ein erstes und ein zweites Gleitstück und einen ersten und einen zweiten Stator aufweist, nennt man gewöhnlich einen KLächenschrittmotor. Wenn der Flächenschritt-

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. - -5- . 2358^2 Ί _ ·

motor in einer Herstellungsanläge_Λ speziell in einer numerisch' gesteuerten'Herstellungsmaschine, verwendet wird* wird ein entsprechend einem Entwurf zu "bearbeitendes Werkstück auf das zweite Gleitstück aufgebracht, und das Werkstück bewegt sich zusammen mit der Bewegung des zweiten Gleitstückes. Das Werkstück erhält die gewünschte Konfiguration, das gewünschte Loch^ Gewindeloch, oder die gewünschte Nut unter Verwendung von Schneidwerkzeugen wie einem Bohrer und/oder Fräser, die bezüglich des Werkstückes stationär angeordnet sind. Somit kann ein Werkstück, das auf dem zweiten Gleitstück äufge-* - ■ bracht ist, gemäß: dem Entwurf in jede Position auf einer Fläche gebracht werden. Es muß jedoch darauf hingewiesen wer- ^: den, daß der Flächenschrittmotor ein Werkstück lediglich an einen Punkt der horizontalen Ebene bringen kann. Deshalb kann ein auf den Flächenschrittmotor aufgesetztes Werkstück einem komplizierten Entwurf nicht vollständig folgen. In den letzten Jahren ist das Bedürfnis nach einem Schrittmotor aufgekommen, "der ein Werkstück innerhalb eines durch den Motor festgelegten Raumes zu jeder Position bringen kann.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung daring einen linearen Schrittmotor verfügbar zu jtLactien, mit dem ein Werkstück an jede Position innerhalb eines vorgegebenen Eaums gebrächt werden kann.

!Diese kaigäbe wird mit einem linearen Sehrittiiiotor der eingangs

beschriebenen Art gelöst, der sich, auszeichnet durch ein drittes bewegliches Teil, das am zweiten Teil angeordnet und einzeln nur längs einer dritten, senkrecht zur ersten und zur zweiten Eichtung verlaufenden Richtung bewegbar ist j

durch eine erste elektromagnetische Antriebsvorrichtung, die eine Antriebskraft ausübt auf das erste bewegliche Teil, welches ein erstes Organ mit einer Vielzahl erster Zähne, die aus magnetischem Material hergestellt und mit vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs der ersten Sichtung angeordnet sind, und ein erstes Magnetisierungsglied mit einer Vielzahl erster Magnetisierungszähne, die als Polstücke wirken und in vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs der ersten Sichtung angeordnet sind, aufweist, "wobei die ersten Magnetisierungszähne von ersten Erregerspulen umgeben und durch diese erregbar sind;

durch eine zweite elektromagnetische Antriebsvorrichtung, die eine Antrieb skr aft ausübt auf das zweite bewegliche !eil, welches ein zweites Organ mit einer Vielzahl zweiter Zähne, die aus magnetischem Material hergestellt und mit vorgegebenem, konstantem Zalmabstand längs der zweiten !Richtung angeordnet sind, und ein zweites Hagnetisierungsglied mit einer Vielzahl zweiter Magnetisierungszähne, die als Polstücke wirken und in vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs der- zweiten Eichtung angeordnet sind, aufweist, wobei die zweiten Kagnetisierungszähne von zweiten Erregerspulen umgeben und durch diese erregbar sind;

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und durch eine dritte elektromagnetische Antriebsvorrichtung," die eine Antriebskraft ausübt auf das dritte bewegliche Teil, welches ein drittes Organ mit einer Vielzahl dritter Zähne, die aus magnetischem Material hergestellt und mit vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs d.er dritten Richtung angeordnet sind, und ein drittes Hagnetisierungsglied mit einer Vielzahl dritter Magnetisierungszähne, die .als Polstücke wirken und in vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs der dritten Richtung angeordnet sind, aufweist, wobei die dritten Magnetisierungszähne von dritten Erregerspulen umgeben und durch diese erregbar sind.

Mit der Erfindung ist ein linearer Schrittmotor verfügbar mit einem dritten Gleitstück, das sich vertikal und längs einer dritten Richtung, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung verläuft, in eine beliebige Position bewegen kann, und zwar in Abhängigkeit von Befehlsimpulsen von einer Steuerschaltung. Dadurch kann ein auf die Oberfläche des dritten Gleitstückes aufgesetztes Werkstück zu einer beliebigen Position innerhalb eines festgelegten Raums gebracht werden.

Um das gemeinsame Gewicht eines Werkstücks und des dritten Gleitstücks, die aufgrund der Schwerkraft eine nach unten gerichtete Kraft ausüben, auszugleichen, schlägt eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung eine Ausgleichsvorrichtung vor. Wenn das elektromagnetisch mit dem dritten Stator, zu-■ \ /8

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sammenwirkende dritte Gleitstück sich vertikal bewegt, hindert die nach unten wirkende Kraft das dritte Gleitstück, wie auch' das Werkstück, daran, sich gleichmäßig und mit hoher Genauigkeit längs der dritten Richtung zu "bewegen. Me Ausgleichsvorrichtung sorgt dafür, diese nach unten wirkende Kraft auszugleichen oder zu .annullieren.

Im folgenden soll die Erfindung zur Darstellung weiterer Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C vergrößerte Seitenansichten zur Darstellung des Prinzips eines Bewegungsvorgangs eines impulsbetriebenen linearen Motors, der auch als linearer Schrittmotor bezeichnet wird;

Fig. 1D eine vergrößerte Teil-Draufsicht auf die Unterseite eines Gleitstücks;

IPig. 2 ein Biockdiagramm einer Steuerschaltung;

Fig. 3A, 3B und 30 vergrößerte Schrägansichten von Statorzähnen;

Mg. 4 eine Schrägansicht, die ein erläuterndes Beispiel eines typischen bekannten linearen Schrittmotors darstellt j

Fig. 5 eine Unteransicht des in Fig. 4 dargestellten beweglichen Körpers j

Fig. 6 eine Schrägansicht, teilweise geschnitten, einer

ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen linearen

Schrittmotors;

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Pig. 7 eine erläuternde Darstellung des dritten Gleitstückes und des dritten Stators gemäß der Erfindung}

J"ig. 8 eine vergrößerte Teilschräg- und —Schnittansicht des erfindungsgemäßen dritten Statorteils;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der dritten Statorstücke gemäß der Erfindung;

Fig. 10 eine- Anordnung der dritten Statorstücke aus der Richtung von Pfeilen 93 in Fig. 9 aus gesehen;

Fig. 11 eine Schrägansicht eines dritten Statorstückes der

Fig. 9; - ;■.... '"■'-;■'■

Fig. 12 eine Schrägansicht einer anderen Ausführungsform des in Fig. 9 gezeigten StatorStückes;

Fig. 13 eine Teilschnittansicht einer Anordnung des in Fig.

12 dargestellten dritten Statorstückes und des dritten Gleitstückes gemäß der Erfindung;

Fig. 14- eine Schrägansicht einer zweiten Ausführungsform eines.-erfindungsgemäßen linearen Schrittmotors;

Fig. 15" eine Draufsicht auf eine Anordnung von ersten Gleitstückzähnen der Erfindung;

Fig. 16 eine Schnittansicht längs der Linie I*- I in Fig. 14;

Fig. 17 eine Schnittansicht längs der Linie II- II in ' Fig. 14;

Fig* 18 eine Draufsicht auf eine Anordnung von zweiten Gleit-' stückzähnen der Erfindung;

Fig. 19 eine Schrägansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen linearen Schrittmotors;

ν- ; /ίο

40 9 823/082 5 '■ ' \.

Fig. 20 eine Schnittansicht längs der Linie III - III in

Fig. 21 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung.

Das Prinzip eines Bewegungsvorgangs des impulsbetriebenen linearen Schrittmotors wird anhand der Fig. 1A, 1B und 1C beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, daß in den Fig. 1A, 1B und 1C einige Modifikationen zur Vereinfachung der Darstellung vorgenommen worden sind. Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Erklärung des auf alle gleichen Erfindungen anwendbaren Prinzips lediglich mit Bezugnahme auf die am beweglichen Körper befestigten ersten Gleitstücke vorgenommen worden ist, da das Prinzip auch auf die am selben bewegbaren Körper befestigten zweiten Gleitstücke zutrifft.

In den !"ig. 1A, 1B und 1C'bezeichnet 10 den beweglichen Körper, an welchem X-Gleitstücke, d.h. die ersten Gleitstücke SXA, SXB, SXO, SXD und SXE, die magnetische Materialien umfassen, angeordnet sind. X oben links in Fig. "IA gibt die Sichtung an, in welcher sich das Gleitstück längs der X-Achse bewegt. Die X-Achse entspricht der oben erwähnten ersten Sichtung. Entsprechend wird das sich längs der Y-Achsenrichtung senkrecht zur X-Achse bewegende Gleitstück Y-Gleitstück genannt mit Y-Gleitstücken SYA, SYB, SYC, SYD und SYE. Jedes X-Gleitstück weist ein Polstück 11 auf, an welchem eine

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Mehrzahl Gleitstückzähne 12 und Erregerspulen ' 1.3 angeordnet* sind, welche die Polstücke 11 umgeben. Jeder Anschluß 14 der Erregerspulen 13 ist mit einer Steuerschaltung GC (Fig.2) verbunden. Die Steuerschaltung bestimmt eine Folge, mittels welcher eine jede Erregerspule erregt wird. Das Bezugszeichen 15 kennzeichnet einen Stator, an welchem Statorzähne 16 angeordnet sind. Diese Zähne 16 sind in einer Richtung längs der X-Achse in vorgegebenem.Zahnabstand P angeordnet. Natürlich sind andere Zähne 16 (nicht dargestellt) in einer Richtung längs "der Y-Achse in vorgegebenem Zahnabstand P¹ angeordnet, wobei vorzugsweise P=P¹ ist und etwa 1 mm beträgt, und wirken elektromagnetisch mit dem Y-Gleitstück zusammen. Dies führt dazu, daß sich das Y-Gleitstück längs der Y-Achse bewegen kann. Die Gleitstückzähne 12 sind ebenfalls in vorgegebenem Zahnabstand P angeordnet.

Der Zahnabstand, mit welchem die X-Gleitstücke angeordnet

sind, ist' zu -k P ausgewählt, wenn fünf X-Gleitstücke SXA, SXB, ....,SXE vorgesehen sind. Wird das bewegliche Teil längs der X-Achsenrichtung durch drei X-Gleitstücke SXA,

1 SXB und SXC angetrieben, so sollte der Zahnabstand zu 4 P gewählt werden. Der Z ahn ab st and;mit welchem die X-Gleitstücke angeordnet werden, wird mit Bezugnahme auf .Fig. ID erläutert. Fig. 1D stellt eine teilweise, vergrößerte Draufsicht von unten auf die wirkliche Konfiguration der X-Gleitstücke dar. ^: -

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Ein Bewegungsvorgang geschieht folgendermaßen. Wenn verstärkte Befehlsimpulse vom Ausgang der in Fig. 2 dargestellten Steuerschaltung 0.0 auf die am X-Gleitstück SXA angeordneten X-Erregerspulen gelangen., tritt zwischen dem GIeitstückzahnpaar des X-Gleitstückes SXA und einem gegenüberliegenden .. Statorzahnpaar eine Anziehungskraft auf. Diese Anziehungskraft ist in Fig. 1A durch imaginäre parallele Linien Ύ] dargestellt. Das X-Gleitstück SXA, und demzufolge das bewegliche Element 10, bewegen sich in eine Position, in welcher der Zentralteil der Gleitstückzähne mit dem Zentralteil der gegenüberliegenden Statorzähne "^übereinstimmt. Als nächstes werden zwei getrennt verstärkte Befehlsimpulse vom Ausgang der Steuerschaltung CC auf die am X-Gleitstück SXA angeordneten X-Erregerspulen und die am X-Gleitstück SXB angeordneten X-Erregerspulen gegeben. Es treten zwei Anziehungskräfte auf, die in Fig. 1B durch zwei Gruppen paralleler Linien dargestellt sind. Die X-Gleitstücke SXA und SXB, und demzufolge das bewegliche Teil 10, bewegen sich zu einer Position, in welcher ein Mittelpunkt zwischen den Zentralteilen der an SXA und SXB angeordneten Gleitstückzähne mit einem Mittelpunkt zwischen den Zentralteilen der beiden gegen überliegenden Statorzähne 16 zusammenfällt. Zu dieser Zeit iet ein Bewegungsschritt des beweglichen Teils 10 längs der X-Achsenrichtung vollzogen, und die Länge dieses einen Schrittes entspricht -^x P. Wenn P gleich 1mm gewählt ißt, wird in Mg. 1G ein Schritt 0,1 mm· Als nächstes wird ledig-

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lieh, die"*· am X-Gleitstück SXB angeordnete Erregerspule
erregt, und das X-Gleitstück SXB bewegt sich zu einer
Position, in welcher der Zentralteil der Gleitstückzähne
von SXB mit dem Zentralteil der gegenüberliegenden Statorzähne 1.6 zusammenfällt.

Zu diesem Zeitpunkt ist eine Bewegung des beweglichen Teils

1
10 um einen Schritt, d.h. um τη* P,in der selben Weise wie

oben bezüglich. Fig. 1A erklärt ausgeführt. Wenn die an den X-Gle.itstücken SXA, SXB, .,.., SXE angeordneten Erregerspulen in der Reihenfolge (SXA),(SXA, SXB), (SXB), (SXB, SXC),
(SXC), (SXC, SXD), (SXD), (SXD, SXE), (SXE) und (SXE, SXA) erregt werden, schreitet das bewegliche Teil 10 auf jede entsprechende Erregung hin längs der X-Achsenrichtung um " . · ¹ P fort. . ·

Es sei darauf hingewiesen, daß das bewegliche Teil 10 auf entsprechende Erregung ebenfalls um ηττ P längs der Y-Achsen richtung fortschreitet, wenn die;YrGleitstücke in folgender Reihenfolge erregt werden: (SYA), (SYA,;SYB), (SYB), (SYB, SYC) j (SYC), (SYC, SYD), (SYD), (SYD', SYE), (SYE) ,und
(SYE, SYA). - ■ .-· '■■■;■■

Die Folge zur'-Erregung der Erregerspulen ist nicht auf die oben angegebene Folge begrenzt, und Reihenfolgen wie (SXA, SXB),- (SXA, ^SXB, SXC), (SXB, SXC), (SXB, SXC, SXD),

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SXD), (SXC, SXD, SXE), (SXD, SXE), (SXD, SXE, SXA), (SXE, SXA) und (SXE, SXA, SXB) sind im Hinblick auf vergrößerte Antriebskraft und reduzierte Vibration beim tatsächlichen Betrieb mehr zu bevorzugen. Diese Folgen werden durch die in Fig. 2 dargestellte Steuerschaltung CC erzeugt.

Fig. 2 stellt ein Blockdiagramm der Steuerschaltung CG dar. Das X-Gleitstück wird von einer Steuerschaltung CC und das Ϊ-Gleitstück von einer anderen Steuerschaltung CC getrieben. Beide Steuerschaltungen haben" dasselbe in Fig. 2 dargestellte Blockdiagramm. Die Steuerschaltung arbeitet folgendermaßen.

Über einen Vorwärtseingangsanschluß 22, d.h. einen Anschluß für ein Vorwärtssignal, werden einer Erregersteuervorrichtung 21 Befehlsimpulse zugeführt. Die Erregersteuervorrichtung 21 bestimmt die Erregungsreihenfolgen der Erregerspulen der GIeitvorrichtung, und die Ausgangssignale der Erregersteuervorrichtung 21 erregen über Verstärker 23A, 23B,..., 23E die ausgewählten Erregerspulen entsprechend den Erregungsreihenfolgen. In Fig. 2 stellt jeder Satz aus zwei in Reihe geschalteten Blindwiderständen ein Paar an jedem Gleitstück angeordneter Erregerspulen dar. Wenn umgekehrte Erregerreihenfolgen erforderlich sind, werden die Befehlsimpulse an einen Rückwärtseingangsanschluß 24, d.h. einen Anschluß fflr Rückwärtssignale, angelegt.

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Pig. 3A ist ein erstes Beispiel und zeigt eine vergrößerte Schrägansicht des mit dem aus magnetischen Materialien hergestellten Statorzähnen 16 versehenen Stators 15, in dem zahlreiche Hohlräume 31 geformt sind. Als Ergebnis davon bilden die restlichen Teile die Statorzähne längs der X- und Y-Achsen wie ein Gitter. Die Hohlräume 31 sind mit nicht magnetischem Material gefüllt. Es ist Jedoch nicht unbedingt nötig, die Hohlräume mit Materialien wie Glas, Harz, Aluminium oder Messing zu füllen, da Luft auch ein nicht magnetisches Material ist. In dieser Zeichnung sind die X- und Y-Gleitstücke zur Vereinfachung vom beweglichen Teil getrennt.

]?ig. 3B ist ein zweites Beispiel und zeigt eine vergrößerte Scnrägansicht des mit den Statorzähnen 16 versehenen Stators 15, wobei Muten 32 in Gitter form gebildet sind, und als JPolge davon formen die zurückbleibenden vorspringenden Teile die Statorzähne längs der X- und Y-Achsen.

i"ig. 30 ist ein drittes Beispiel und zeigt eine vergrößerte Schrägansicht des mit den Statorzähnen 16 versehenen Stators 15» wobei zwei Arten rechteckiger Hohlräume gebildet sind. Die Länge der einen Art verläuft parallel zur X-Achse und die der anderen Art parallel zur Y-Achse.

Fig. 4 zeigt eine Schrägansicht und gibt eine erläuternde Erklärung eines typischen bekannten linearen Schrittmotors.

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In Fig. 4 kennzeichnet 40 das Fundament eines Flächenschritt-* motors, und ein Stator 15 ist auf der Oberfläche des Fundamentes 40 angeordnet. Der Stator 15 weist Statorzähne 16 (nicht dargestellt) in einer Weise auf, wie sie in Fig. 3A,, 3B oder 30 gezeigt ist. Die Statorzähne 16 wirken elektromagnetisch mit den X- und Y-Gleitstückzähnen 12 (in Fig. nicht dargestellt) zusammen, und diese X- und Y-Gleitstückzähne 12 sind am Boden eines beweglichen Körpers 10 angeordnet. Der bewegliche Körper 10 ist am Boden eines zweiten beweglichen Teils 41 befestigt. Dieses ist mit Rollen 42 versehen, die auf der Oberfläche eines ersten beweglichen Teils 43 ablaufen und einen schmalen vertikalen Spalt zwischen den X- und Y-Gleitstückzähnen am beweglichen Körper 10 und den Statorzähnen 16 am Stator 15 aufrecht erhalten. Das zweite bewegliche Teil 41 ist ferner an seinen vier Ecken mit Führungsrollen 44 versehen, die auf Seitenflächen 45 des ersten beweglichen Teils 43 ablaufen, so daß das zweite bewegliche Teil in jede ausgewählte Position längs der Y-Achsenrichtung verschoben werden kann, wenn die Y-Gleitstücke durch die verstärkten Befehlsimpulse von der Steuerschaltung CC über eine Speiseleitung 46 erregt werden und dadurch das zweite bewegliche Teil 41 genau, gleichmäßig und selektiv in eine Position längs der Y-Achsenrichtung bringen. Das erste bewegliche Teil 43 ißt ebenfalle mit Bollen 47 versehen, die auf Schienenflächen 48 laufen, und die Bodenfläche des ersten beweglichen Teils 43 hält während der Bewegung

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einen geringen vertikalen Abstand zur Oberfläche-* des Stators 15· Das erste bewegliche Teil 43 ist ferner an seinen vier Ecken mit Führungsrollen 49 versehen, die auf den Seitenflächen des Fundamentes 40 laufen, so daß das zweite bewegliche Teil durch Verschieben der Seitenflächen 45 des ersten beweglichen Teils 43 längs der X-Achsenrichtung in irgendeine gewählte Position versetzt werden kann, wenn die X-Gleitstücke durch verstärkte Befehlsimpulse von der Steuerschaltung 0.0 über die Speiseleitung 46 erregt werden und dadurch das zweite bewegliche Teil 41 genau, gleichmäßig und selektiv in eine Position längs der X-Achsenriehtung bringen. Somit kann das zweite bewegliche Teil 41 in jede ausgewählte Position auf. der Oberfläche des Stators 15 verschoben werden, wenn die X- und Y-Gleitstücke über die Speiseleitung 46 durch die Befehlsimpulse erregt werden.

Man kann sich leicht vorstellen, daß ein auf der Oberfläche des zweiten beweglichen Teils 41 befestigtes Werkstück genau und gleichmäßig zu jeder ausgewählten Position längs der Oberfläche des Stators 15 bewegt werden kann. Es sei erwähnt, daß diese hohe Genauigkeit und gleichmäßige Bewegung unabhängig vom Gewicht des auf dem zweiten beweglichen Teil 41 befestigten Werkstücks erhalten wird. Ist die Handhabung schwerer Werkstücke erforderlich, ist es wünschenswert, das zweite bewegliche Teil 41, das erste bewegliche Teil 43 und die Hollen .42 und 47 aus beständigem Material wie Aluminium, Messing oder

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ähnlichen Materialien herzustellen. Erstes und zweites bewegliches !Teil müssen also mechanisch, stabil aufgebaut sein.

Fig. 5 ist ein Beispiel einer Unteransicht des beweglichen Teils 10, wobei die X-Gleitstücke SXA und SXA¹ (ebenfalls

SXB und SXB¹, , SXE und SXE¹) und die T-Gleit stücke

SIA und SYA' (ebenfalls SYB und SYB', , SYE und SYE·)

je gleichzeitig gemäß den durch die Speiseleitung 46 zugeführten Befehlsimpulsen erregt werden.

Fig. 6 zeigt eine teilweise geschnittene Schrägansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen impulsbetriebenen linearen Schrittmotors. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind ein drittes bewegliches Teil 60, ein dritter Stator 61 und ein drittes Gleitstück 62 auf der oberen Fläche des zweiten beweglichen Teils 41 angeordnet. Und das zweite bewegliche Teil 41 ist auf der oberen Hache des ersten beweglichen Teils 43 angeordnet. Diese ersten und zweiten beweglichen Teile bewegen sich längs der X- und/oder Y-Achse ein kleines Stück oberhalb der oberen Fläche des Stators 15 mit Hilfe des beweglichen Körpers 10, wie bereits ausgeführt wurde. Wenn sich das zweite bewegliche Teil 41 zu einer gewünschten Position in einer Ebene bewegt, bewegt sich auch das dritte bewegliche Teil 60, wie auch das auf die obere Fläche des dritten beweglichen Teils 60 gegeben'e Werkstück, horizontal in einer anderen Ebene zu der gewünschten Position. Da sich das dritte Gleitstück 62 bezüglich des dritten Stators 61,

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der am zweiten beweglichen Teil 41 "befestigt ist, vertikal bewegt, kann sich das am dritten Gleitstück 62 befestigte dritte bewegliche Teil 60 ebenfalls vertikal längs der Z-Achse zu irgendeiner gewünschten Ebene bewegen. Das dritte Gleitstück 62 wirkt elektromagnetisch mit dem- dritten Stator zusammen und bewegt sich mit kleinen Schritten auf eine Erregung hin, die von der Steuerschaltung über eine Speiseleitung (nicht dargestellt) zugeführt wird. Das Prinzip der Bewegung zwischen dem dritten Gleitstück und dem dritten Stator ist dasselbe, wie es oben mit Bezugnahme auf die Fig. 1A, 1B und 1C erläutert worden ist. In diesem Fall sind jedoch die Erregerspulen anstatt um das Gleitstück 62 um den , Stator 61 gewickelt. Demzufolge werden die Befehlsimpulse von der Steuerschaltung dem Stator 61 zugeführt. Dies ergibt sich klar aus Fig. 7· Außerdem sind der dritte Stator und das Gleit stück je kreis- bzw. zylinderförmig. Kehrt man wieder zu Fig. 6 zurück, so kann man sehen, daß das dritte bewegliche Teil 60 außerdem an seinen vier Ecken mit Führungsstangen 65 versehen ist. Die Führungsstangen 63 können durch Führungslöcher 64 gleiten, die an vier Ecken des zweiten beweglichen Teils 41 vorgesehen sind. Somit kann sich das dritte bewegliche Teil 60 mit Hilfe dieser Führungsstengen 63 linear läfags der Z-Achse bewegen.

Fig. 7 stellt eine detaillierte erläuternde Darstellung des dritten Gleitetückes 62 und des dritten Stators 61, die in Fig. 6 gezeigt sind, dar. In Fig. 7 weist der dritte Stator 61

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~ ²⁰ - 2356'21

fünf kreisförmige Stftörstücke SZ-A. SZB, 8LG, SZD und SZl; auf. Jedes .otatorstück iiat auf Feiner inneren Oberfläche eine henrzabl kreisförmiger Stator zähne 71· Die' Mehrzahl kreisförmiger Statorzähne 71 eines jeden Statorteils ist längs der Z-Achsenrichtung in vorgegebenem Zahnabstand P angeordnet. Die Statorstücke (SZA, SZB,..., SZE) sind so angeordnet, daß sie stets -^ P von SZA—:—» SZE gleiten, da fünf kreisförmige Statorteile vorhanden sind. Jedes Statorteil weist ferner kreisförmige Erregerspulen 72 auf. Die Erregerspulen. 72 sind über die Speiseleitung (nicht dargestellt) mit der Steuerschaltung verbunden, und die Befehlsimpulse werden den Erreger.spulen 72 zugeführt. Wenn die Befehlsimpulse beispielsweise dem kreisförmigen Statorteil SZA zugeführt werden, erhält man einen magnetischen Plußverlauf durch die Statorzähne 71 und das Gleitstück 62, wie es in Pig. 7 durch eine gestrichelte Linie 73 angegeben ist. Man erhält dann eine Anziehungskraft zwischen den Statorzähnen 71 und dem Gleitstück 62. Das zylindrische Gleitstück 62 weist magnetische und nicht magnetische Materialien auf, die abwechselnd längs der Z-Achsenrichtung in vorbestimmtem Abstand angeordnet sind. Die magnetischen Materialien bilden, wie oben erwähnt, zylindrische Gleitstückzähne, die elektromagnetisch mit den Statorzähnen 72 zusammenwirken. Die. zylindrischen Gleitstückzähne sind in Pig. 7 durch Schraffierung dargestellt und durch die Bezugsziffer 74- gekennzeichnet. Die zylindrischen Gleitstück-

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zahne 7^ Sind längs der Z-Achs.enrichtung im. selben Zahnabstand angeordnet, wie die Mehrzahl Stator.zähne ?1 -eines jeden kreisföiTaigen Stator Stückes. Jj & α dritte bewegliche Teil. 60 kann sich- 'auf ent sprechende Erregungsfolgen hin in kleinen Schritten-aufwärts und abxi/ärts bewegen. Zwischen den Gleitstückzahnen angeordnete und" in 5'ig. 7 -mit" 75 bezeichnete Küten sind-mit nicht-magnetischen Hat er i alien, wie Harz, .Ql as j Aluminium oder Messing gefüllti Es ist gedoch nicht unbedingt notwendig,/ die. Zwischenräume mit nicht-■magnetischen tiateriaiien .x\l füllen, da Luft, ebenfalls. ein nicht^magnetisches'haterial .ist* Im vorliegenden ϊ^ιall-bewegt sich das Gleitstück 62 vertikal, wobei seine Oberfläche mit einem Kugellager. 76. in Eingriff steht, iroIgIich ist es vorzuziehen,^-die Oberfläche des.. u-leitstüeks 62 dadurch wie eine Eben© glatt zu machen-, daß. man diese Hüten. 75 ßiit nicht-mägnetischem imteriäi wie Harz.'ausfüllt* Das Kugellager 76 kann dann die Oberfläche des Gleitstücks 62-ohne Reibung"berühren* ferner ist es zu bevorzugen, das · Gleitstück-62 dadurch leicht-zu-machen,, daß es aus einem Rohr hergestellt -wird, 'wie in E¹Ig* 7 gezeigt ist*

lig* β- zeigt eine Vergrößerte^ Seilschräg- und t- schnitt ansicht eines der in B¹Ig* 7 dargestellte^ kreisförmigen Statorstücke-(SZB)* ' -■■■■■■■■.. . ■ ■ ,.:--. .

iig» ψ zeigt eine !Draufsicht zm? erläuterndeö; Darstellung '--'"■■■■ /22

INSPECTED

einer anderen Ausführungsform des dritten Stators 61. Die fünf kreisförmigen Statorstücke (SZA, SZB, ....,SZE) in den Fig. 6 und 7 sind in Fig.-9 aus getauscht gegen fünf U-förmige Statorstücke. Die U-förmigen Statorstücke UZA, UZB, UZC, UZD und UZE sind längs der inneren kreisförmigen !''lache des dritten Stators 61 in gleichem Abstand ( 2 Jt /5 rad) angeordnet. Jedes ötatorteil (UZA, UZB,...., UZE) weist auf seiner inneren Oberfläche eine Mehrzahl von Statorzäimen 91 auf, die längs der Z-Achs enrich tung in vorgegebenem Zahn abstand t angeordnet sind. Der Abstand, in welchem die Stator--

stücke (UZA, UZB, , UZE) angeordnet sind, ist gleich

■ρ· P gewählt. Diese Anordnung der ütatorstücke (IiZA,. . . . ,UZE) wird in Fig. 10 erläutert. In Fig. 10 ist die Anordnung der ütatorstücke, die in Wirklichkeit kreisförmig angeordnet

sind, linear dargestellt, indem'die Statorstücke UZA > UZJ3

neu ang-eordnet sind, wie man sie vom Blickwinkel, der Pfeile 9;J in !'ig. 9 her von links nach, rechts sieht, was dem leichteren Verständnis dienen soll. Ls ist offensichtlich, daß die längs der Z-Achse verlaufende Distanz zwischen den Stator— teilen UZA und UZE der Fig. 9 im Vergleich zu der der Fig. ^r/ sehr kurz ist. Demzufolge kann'man einen Schrittmotor kleiner Fläche erhalten,"wenn man die Statorteile UZA,...., UZE des dritten Stators 61 so anordnet, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, ohne daß die Länge der Bewegung längs der Z-Achse des dritten beweglichen Teils 60 verringert wird. Jedes Statorteil UZA,...., UZE wird von Erregerspulen 92 umgeben, Fig.

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INSPECTED

zeigt eine Schragansicht eines der Statorteile (TJZA,...-.., TJZE) in Fig. 9· Eig· 12 zeigt ebenfalls eine Schrägansicht, und zwar einer anderen Aus fülirungs form der Statorteile (UZA,...., UZE). Wenn die Erregerspulen 92 der E¹Ig. 11 durch Befehlsimpulse, die von der Steuerschaltung (6.C) zugeführt werden, erregt werden, erhält man einen magnetischen Flußverlauf, der in Fig. 9■durch eine gestrichelte Linie 98 dargestellt ist. Werden die Erreger spul en 92'"der Fig. 12 in derselben Weise erregt, erhalt man einen.magnetischen Flußverlauf, der in Fig. -13 durch eine gestrichelte Linie 100 dargestellt ist. Fig. 13 zeigt eine Teilschnittansicht einer Anordnung der Statorstücke (in Fig. 12 dargestellt) und des Gleitstückes 62. .

Wie oben, erwähnt wurde, kann ein auf die obere Fläche des dritten beweglichen Teils 60 gesetztes Werkstück genau und schnell zu jeder beliebigen Position in einem festgelegten· Raum gebracht werden. .

Der Aufbau des t;ypischen linearen Schrittmotors ist bereits mit Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 5 beschrieben worden. Beim. t;ypischen linearen Schrittmotor sind die ersten und zweiten- Statorzähne längs der X- bzw. Y-Achse auf derselben Oberfläche angeordnet, wiß es in den Fig. JA bis 3C dargestellt ist. Ferner sind die ersten und die zweiten Gleitstücke _ebenfalls am .selben beweglichen Körper angeordnet,

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wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die gitterförmige Anordnung, wie sie in den Fig. 3A bis 3C dargestellt ist, ist hinsieht-., lieh des Wirkungsgrades einer Antriebskraft und der Genauigkeit nicht so zu bevorzugen. Um den Wirkungsgrad und die Genauigkeit zu verbessern, können der erste und der zweite Stator getrennt werden. Der lineare Schrittmotor weist dann ein erstes Fundament, das dem Fundament 40 in Fig. 4 entspricht, und ein zweites Fundament auf. Das erste Fundament ist längs der X-Achse angeordnet und umfaßt lediglich den ersten Stator. Das zweite Fundament ist längs der X-Achse angeordnet und umfaßt lediglich den zweiten Stator. In diesem Fall sollten die ersten und zweiten Gleitstücke ebenfalls getrennt sein, und sie wurden dann elektromagnetisch mit dem ersten bzw. zweiten Stator zusammenwirken. Dieses Konzept ist für den linearen Schrittmotor verwirklicht, wie er in Fig. 14 dargestellt ist. Fig. 14 zeigt eine Schrägansicht einer zweiten Ausführungsform des linearen Schrittmotors, bei welchem sich das erste, zweite und dritte bewegliche Element auf dem ersten, zweiten bzw. dritten Stator bewegt. Erstes, zweites und drittes Gleitstück, die am ersten, zweiten bzw. dritten beweglichen Element befestigt sind, bewegen sich längs der X-, Y- bzw. Z-Achse. Das Bewegungsprinzip ist dasselbe, wie es oben mit Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1C beschrieben worden ist.

In Fig. 14 ist das erste bewegliche Teil 43 (43') auf der oberen Fläche eines ersten Stators 110 (110¹) angeordnet

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und vermag sieh, mittels der Hollen 47 (47') längs der X-Achse Z"u bewegen, Das erste bewegliche Teil, wie es in lig, 15 dargestellt ist, weist erste Gleitstücke SXA, SXB₅ SXO, SXB und SXE (nicht dargestellt), und wenn notwendig, SXA'., SXB¹, SXC, SXD¹ und SXE¹ (nicht dargestellt) auf der der Oberfläche des Stators 110. (HO¹) gegenüberliegenden Seitenfläche des ersten beweglichen Teils 43 (43^T) auf*· Die ersten Gleitstücke. SXA, ,..,, SXE und. SXA',.,..., SXE¹ wirken elektromagnetisch mit Zähnen 111 (111') des ersten Stators zusammen, die in Fig· 14 dargestellt sind. Wenn die Erregerspulen 13 in den Jig, 1A und 15 erregt werden, bewegen-.sich die ersten Gleitstücke in kleinen Schritten auf^Λentsprechende Erregungsfolgen hin längs der.X-Achse. Das erste bewegliche Teil 4-3 (43') weist ferner Rollen 49 (49') auf, die auf der Seitenfläche des ersten Stators 110 (110V) laufen. Die !ollen 49 (49') halten einen konstanten kleinen Abstand längs der X-Achse zwischen der Oberfläche, des ersten Stators 110 (110') und der Oberfläche der ersten Gleitstücke, d.h. der X-Gleitstücke SXA,._Ä,,,, SXE und SXA^l,.,.., SXE', aufrecht.

Das zweite bewegliche Teil 41 ist auf einer oberen Jläehe 112 eines zweiten Stators 113 angeordnet^ und vermag sich auf der oberen fläche 112 mittels Rollen (nicht dargestellt) längs der Y~Achse zu bewegen. Das zweite bewegliche Teil 41 ist mit zweiten Gleitstücken SXA, S23_?1 STC, SZEI= und SXE und yvexm notwendig, SYA¹ ,SXB', SW ^y _r BW¹ und.'6XR* (nicht.., dargestellt) an beiden inneren, den beiden; Flächen des zweiten

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Stators 113 (113*) gegenüberliegenden Oberflächen des zweiten beweglichen Teils 41 versehen. Die zweiten Gleitstücke SIA., , SIE und SIA', , SIE' sind in derselben

Weise angeordnet, wie es in Fig. 18'dargestellt ist. Die zweiten Gleitstücke SYA,...., SIE und SIA',...., SIE' wirken elektromagnetisch mit Zähnen 114- (114 \) des zweiten Stators zusammen und können sich mit kleinen Schritten auf entsprechende Erregungsfolgen hin längs der Y-Achse bewegen. Das zweite bewegliche Teil 41 ist des weiteren mit Rollen 44 versehen, die auf einer anderen Seitenfläche des zweiten Stators 113 (113') abrollen. Die Sollen 44 halten einen konstanten kleinen Abstand längs der Y-Achse zwischen der Oberfläche des zweiten Stators 113 und der Oberfläche der zweiten Gleitstücke SIA, , SYE und SYA', , SYE¹.

Das dritte bewegliche Teil 60 ist auf der oberen Fläche (nicht dargestellt) des beweglichen Teils 41 angeordnet und vermag sich längs der Z-Achse zu bewegen. Das dritte bewegliche Teil hat ein drittes Gleitstück 115 (115')· Das .dritte Gleitstück hat auf seiner Innenfläche Zähne (nicht dargestellt), die in gleichem Abstand längs der Z-Achse angeordnet sind. Dritte Statorstücke SZA, SZB, SZC, SZD und SZE (nicht dargestellt), die auf der Außenfläche des zweiten beweglichen !Teils 41 längs der Z-Achse angeordnet sind, wirken elektromagnetisch mit den Zähnen des dritten Gleitstücks zusammen und ermöglichen es dem dritten Gleitstück 115,

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sich in kleinen Schritten längs der Z-Achse zu· "bewegen. Ein Werkstück, das unter Verwendung T-förmiger Befestigungsnuten 116 auf der oberen Fläche des dritten beweglichen Teils 60 befestigt ist, kann genau und schnell in jede gewünschte Position innerhalb eines bestimmten Raums gebracht werden.

Der Aufbau der in Fig. 14 dargestellten zweiten Ausführungsform wird anhand der Fig. 16 und 17 näher erläutert. Fig. zeigt eine Schnittansicht längs der Linie I - I, welche die X-Gleitstücke SXB und SXB' in Fig. 14- schneidet. In Fig. 16 bewegt sich das erste bewegliche Teil 4-3 mit Hilfe einer Rolle 4-7, die auf der oberen Fläche des ersten Stators 110 läuft, gleichmäßig entlang der X-Achse. Die Rolle 4-7 ist am ersten beweglichen Teil 4-3 mittels einer Nadelweile 121 drehbar befestigt. Das erste bewegliche Teil 4-3 weist ferner X-Gleitstücke auf, d.h. die ersten Gleitstücke-SXB und SXB¹. Andere X-Gleitstücke (SXA, SXA¹), (SXO, SXC), (SXD, SXD¹) und (SXE, SXE¹) sind ebenfalls am ersten beweglichen Teil 4-3 in der in Fig. 15 dargestellten Art befestigt. Die X-Gleitstücke SXB und SXB¹ weisen eine Mehrzahl Gleitstückzähne 120 auf, die von Erregerspulen 13 in der in Fig. 15 dargestellten Art umgeben sind, und wirken elektromagnetisch mit den Zähnen 111 des ersten Stators über einen schmalen konstanten Luftspalt g (in Fig. 16) zusammen. Die Unveränderlicnkeit des Luftspaltes g wird längs der ^LX-Achse

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mittels Hollen 49 (die an beiden oberen und unteren Seiten des ersten "beweglichen Teils 43 angeordnet sind), welche am Teil 4-3 mit Hilfe einer Nadelwelle 122 befestigt sind, aufrecht erhalten. Wenn die Erregerspulen 13 erregt werden, erhält man einen magnetischen JTußverlauf, wie er durch gestrichelte Linien 123 und 123' dargestellt ist. Somit kann sich das bewegliche Element 4-3 auf entsprechende Erregungsfolgen hin zu einer beliebigen Position längs der X-Achse bewegen. Das Bewegungsprinzip der X-Gleitstücke ist dasselbe, wie es oben im Zusammenhang mit den Fig. 1A bis 1D erläutert worden ist. Die Zähne 111 des ersten Stators sind längs der X-Achse in gleichmäßigem Zahnabstand P angeordnet (siehe Fig. 14-). Eine Vielzahl Gleitstückzähne 120 eines jeden X-Gleitstückes ist ebenfalls in gleichmäßigem Zahnabstand P (siehe Fig. 15) angeordnet, jedoch sind die fünf X-Gleitstiicke nicht im selben Abstand angeordnet. Die X-Gleitstücke sind so angeordnet, daß sie jeweils -p- P von SXA nach SXE gleiten, wie in üⁿig. 15 dargestellt, so daß die Abstände zwischen SXE und SXD, SXD und SXC, SXC und SXB und SXB und SXA jeweils P · N + 1 P betragen, wobei IT eine positive vorgegebene ganze Zahl ist. Der zweite Stator 113, der in Pig. 16 am ersten beweglichen Teil 43 mit Hilfe eines Bolzens 124 befestigt ist, bewegt sich zusammen mit der Bewegung des ersten beweglichen Teils 43 ebenfalls entlang der X-Achse.

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Schritten zu jeder feeliefeigeai Position längs deor X—Aelise bewegen« Außerdem kann sieiL das zweite tmwegixei&e ¹SeIl 4:1: zusammen mit dem ersten Taewegüeiien Eei2 45 aeafe. lings der Σ-Äcbse bewegen«

Bas dritte bewegliche IeO. 60 ist ü%er/ einen Balg i34-,, unten "feeseiurieiiieB. wird^ aaaJ:' diear ofeeirem ElasiEe' dLes zweite® "be^egiLiclien lEeüs 41; angeamrÄnet* las äiritte "bewegHeiie Te£L 60- weist das dlritte CaiÄitsttfesk; i!1i5 Cli^¹⁷)- sai£_¥ weüLeiEes mit einer, lieiiraaELL GieitstiiGsfezilmie Ü35 (^35 ⁿ} lätogs dear I verseiL&rt ist« Die SLeitatüEcfeEatee Ü55 C"1'35^|5)^: sim:<i. im nräMgem Zaimstbstaiüä. P (sieine i-ig« ^T?) angeQ-EGtaet« Bas zweit© "bewegiiciie TeiX 4M: weist auf seiner MM&nflEsääe (är-itt© . Statorstücfe© BZiLy SZE₁. SZG,, SZB: vmSL SZJB; CS^&.% SZB' _r SZG% ScZD' und SZE'} auf, und. j'ecfces der dJEÜrfeeai. Statur streike ist mit einer Mehrzaiil Stator ζ .äinnie Ί3& CiJS ^t:) verseiiert,, dü.e int Zaiinalastand: P längs der· Z-iLelise angeordnet sind.« lie In— ordming eines jeden drittem, Statorstücfcs 1-5& ^55^;|ϊ ί längs der Z—ÄcJise fcann man in Eig..> 7 seiiem. Biese sind, s© ange—

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in kleinen Schritten zu jeder beliebigen Position längs der Z-Achse, wobei der schmale Luftspalt g" mittels Hollen 138 (138') aufrecht erhalten wird. Das dritte bewegliche Teil 60 kann sich somit entlang der X-, der Y- und der Z-Achse bewegen'.

Fig. 19 zeigt eine Schrägansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen linearen Schrittmotors. Der Hauptteil ist derselbe wie bei der-in 'Flg. 14" dargestellten zweiten Ausführungsform, so daß eine weitere detaillierte Erklärung nicht wesentlich ist. Folgende Teile unterscheiden sich von der zweiten Ausführungsform. Das zweite bewegliche Teil 43 bewegt sich längs der X-Achse mittels Sollen 47, die auf einer Oberfläche eines Fundamentes 140 laufen. Der zweite Stator 113 ist gegenüber dem zweiten Stator. 11"3 der in Fig. 14 dargestellten zweiten Ausführungsform um 90° gedreht, so daß die Oberfläche der Zähne 114 des zweiten Stators .parallel zur X-X Ebene verlaufen. Der detaillierte Aufbau des zweiten und dritten beweglichen Teils und anderer Elemente wird anhand von Fig. 20 erläutert. Fig. 20 stellt eine Schnittansicht längs der Linie IH-III dar, welche das X-Gleitstück STB und STB ^! (nicht dargestellt) in Fig. 19 schneidet. Die Funktion aller Elemente" ist gleich der der in Fig. 17 dargestellten entsprechenden Elemente, was durch Verwendung derselben Bezugsz'eichen und' Symbole angedeutet ist.

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Wie oben erwähnt worden ist, sieht eine Ausgestsltung der !Erfindung eine Ausgleichsvorrichtung vor. Die zwischen der · dritten Gleitstücken und den dritten, Statorstücken erzeugte Anziehungskraft sollte nur zum Antrieb des dritten beweglichen Teils 60 entlang der !ü-Achse verwendet werden. .Die Anziehungskraft wird jedoch beeinträchtigt durch die Schwerkraft des Gewichts der dritten Gleitstücke des dritten beweglichen Teils und des auf der oberen Fläche des dritten beweglichen Teils angeordneten Werkstücks. Somit wird die Wirkung der Anziehungskraft vermindert. Demzufolge ist es vorteilhaft, wenn eine Ausgleichsvorrichtung im erfindungsgemäßen linearen Schrittmotor vorgesehen wird, um die Wirkung des Gewichts der dritten Gleitstücke, des dritten beweglichen Teils und des Werkstücks, welches die Wirkung der Antriebskraft entlang der Z-Achse verringert, auszuschalten.

Eine erste Ausführungsform der Ausgleichsvorrichtung ist in Fig. 17 dargestellt. Die Ausgleichsvorrichtung weist im wesentlichen einen Balg 134- auf, der beispielsweise aus Gewebe oder Gummi hergestellt und luftdicht ist. Das obere Ende des Balges 134- ist an der unteren Oberfläche des dritten beweglichen Teils 60 und das untere Ende des Balges 134-is_vt an der oberen Fläche des zweiten beweglichen Teils 4-1 befestigt. Der Balg 154- expandiert und zieht sich zusammen unter der Steuerung eines Hochdruckfluidums wie luft, Ol oder Wasser. Dieses Hochdruckfluidum wird dem ±salg ΛΆ über

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ORiSlNAL INSPECTED

ein Loch 141 im dritten beweglichen Teil 60 zugeführt, welches natürlich durch ein Rohr ersetzt werden kann. Fig. 21 zeigt ein Blockdiagramm einer Drucksteuerungsvorrichtung für eine Hochdruckeinrichtung. In Fig. 21 stellt 151 eine Hochdruckfluiduraquelle dar. Das Ho chdruckfluidum wird dem Balg "134 über ein Einstellventil 152 zugeführt. Das Einstellventil 152 ist variabel und vermindert den Druck des Hoclidruckfluidums auf einen vorgegebenen v/ert, beispielsweise auf 1,5 atm. Hit dem Bezugszeichen 15? ist ein Steuerventil bezeichnet, das den Druck im Balg 134- steuert, um diesen auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Wenn sich der Balg 134· aufgrund einer Abwärtsbewegung des dritten beweglichen Teils 60 zusammenzieht, wird der Druck im Balg 134 gleichzeitig erhöht. In diesem iloment läßt das Steuerventil 155 Hochdruckfluidum durch seinen" Auslaß ab. Wenn sich der Balg 134 aufgrund einer Aufwärtsbewegung des dritten beweglichen Teils 60 ausdehnt, wird der Druck .im Balg 134 gleichzeitig vermindert. In diesem Moment wird der Auslaß des Steuerventils 153 geschlossen* Der Druck im Balg_erhöht sich unter der Steuerung·des Einstellventils 152 auf den vorgegebenen Wert. Somit ist die Schwerkraft --sowohl der dritten Gleitstücke als auch des dritten beweglichen Teils und des Werkstücks durch den Balg 134, das Einstellventil 152, das Steuerventil 153 und die Hochdruckfluidumquelle I5I ausgeglichen* Es sei erwähnt, daß ein auf'das dritte bewegliche Teil 60 gegebenes Werkstück durch die Ausgleichsvorrichtung längs der Z-Achse in beliebiger Position gehalten werden

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kann, wenn die Erregung der Erregerspule beendet worden ist. Außerdem wird die durch die Anziehungskraft zwischen den dritten Gleitstücken und den dritten Statorstücken verursachte Antriebskraft längs der Z-Achse vollständig dazu: verwendet, ein Werkstück in Z-Achsenrichtung anzutreiben.

Die oben erwähnte Ausgleichsvorrichtung kann auch ohne Verwendung des Balges Ί3>4 erhalten werden. Der Balg 134- kann beispielsweise durch einen Luftstrom ersetzt werden. Die einen Luftstrom verwendende Ausgleichsvorrichtung ist in ■ Pig. 20 dargestellt. Ein Hochdruckluftstrom wird über eine mit einem .Rohr 162 verbundene Düse 161 zugeführt. Die Hochdruckluft wird von einer Hochdruckquelle, wie sie in Fig. 21 durch 151 angedeutet ist, durch das Rohr 162 zur Düpe 161 geliefert. Der Luftströmungsdruck wird mittels einer Drucksteuervorrichtung, wie sie in l^?ig. 21 durch 152 'ar·-- gedeutet ist, gesteuert und auf einem Druckpegel gclic.lten, wodurch des Gewicht sowohl der dritten Gleitstücke εIe auch' des dritten beweglichen Teils und dea Werkstücke vollko:miuer Busgeglichen we3.^;den. ■ ■ . -

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Claims

Patentansprüche

Λ . /Impulsbetriebener linearer .Schrittmotor mit einem ersten beweglichen.Teil,-das nur längs einer■ersten Sichtung bewegbar ist, und einem zweiten beweglichen Teil, das am ersten Teil angeordnet und einzeln nur längs einer zweiten, senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden Richtung bewegbar ist, g e k e n.n zeichnet durch ein drittes bewegliches Teil, das am zweiten Teil angeordnet und einzeln nur längs einer dritten, senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung verlaufenden Richtung bewegbar ist; ' . ■ . ' -

eine, erste elektromagnetische Antriebsvorrichtung, die eine. Antriebskraft ausübt auf das erste bewegliche Teil, welches ein erstes Organ mit einer Vielzahl erster Zähne, die aus magnetischem Material-hergestellt und mit vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs der .ersten Richtung angeordnet sind, und ein erstes Magnetisierungsglied mit einer Vielzahl erster Magnetisierungszähne, die als Polstücke wirken und in vorgegebenem, konstantem Z ahn ah st and längs der ersten Richtung angeordnet sind, aufweist, wobei die ersten llegnetisierungszähne von ersten Erregerspulen umgeben·und durch' diese erregbar .sind;

eine zweite elektromagnetische Antriebsvorrichtung, die eine- Antriebskraft ausübt auf das zweite bewegliche Teil, welches ein zweites Organ'mit einer Vielzahl zweiter Zähne,

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die aus rasfviietiFciiein Ii&terial hergestellt und mit vorgegebenem, konstantem 2i aim abBt and lLln^r. der zweiten iiichtunr; angeordnet nind, und ein zweites Ragnetisieiningsglied mit einer Vielzchl zweiter Kagnetisierungszähne , -die al,? PoJ.-stücke wirken und in vorgegebenem, konstantem 7· ahn abstand läng\s der zweiten Sichtung angeordnet sind, aufweist, wobei die zweiten Hagnetisierungszähne von zweiten Erreger— spulen umgeben und durch diese erregbar sind; und eine dritte magnetische Antriebsvorrichtung, die eine Antriebskraft ausübt auf das dritte bewegliche Teil, welches ein drittes Organ mit einer Vielzahl dritter Zähne, die aus magnetischem Material hergestellt und mit vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs der dritten Eichtung angeordnet sind, und ein drittes Magnetisierungsglied mit einer Vielzahl dritter Magnetisierungszähne, die als Polstücke wirken und in vorgegebenem, konstantem Zahnabstand längs der dritten Richtung angeordnet sind, aufweist, wobei die dritten Magnetisierungszähne von dritten Erregerspulen umgeben und durch diese erregbar sind.
2. Schrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleich einer durch Schwerkraft auf wenigstens ein bewegliches Teil ausgeübten Sinkkraft.

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