DE2358421C3 - Impulsgesteuerter Schrittmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen impulsgesteuerten Schrittmotor mit einem ersten und einem zweiten Stator, die auf einer ihrer Oberflächen in konstanten Abständen in zwei aufeinander senkrechten Richtungen erste und zweite Statorzähne bildendes magnetisches und unmagnetisches Material aufweisen und mit wenigstens einem über der Oberfläche des ersten und/oder zweiten Stators angeordneten, beweglichen, ein erstes bzw. ein zweites Gleitstück enthaltenden Teil, das durch das erste Gleitstück, welches erste Erregerspulen und erste Gleitstückzähne aus magnetischem Material in konstantem Absland voneinander aufweist, in der ersten Richtung und durch das zweite Gleitstück, welches zweite Erregerspulen und zweite Gleitstückzähne aus magnetischem Material in konstantem Abstand voneinander aufweist, in der zweiten Richtung verschiebbar ist.

Ein derartiger impulsgesteuerter Schrittmotor ist aus der US-PS 36 56 014 bekannt. Der bekannte Schrittmotor eignet sich jedoch nur für Bewegungen innerhalb einer Ebene und ist dann nicht verwendbar, wenn eine Bewegung in drei aufeinander senkrechten Richtungen, d. h. also im Raum erforderlich ist.

Eine Verbesserung dieses bekannten impulsgesteuerten Schrittmotors ist in der DT-OS 23 45 424 voriieschlaßcn worden; jedoch läßt auch der vorgeschlagene verbesserte Schrittmotor nur eine Bewegung in einer Ebene zu.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen impulsgesteuerien Schrittmotor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit ihm die Positionierung eines Werkstücks innerhalb eines vorgegebenen Raums möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem impulsgesteuerten Schrittmotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung gelöst durch einen an dem wenigstens einen beweglichen Teil befestigten dritten Stator, der dritte Statorzähne und dritte Erregerspulen aufweist, und durch ein drittes Gleitstück, das dritte Gleitstückzähne aus magnetischem Material in konstantem Abstand voneinander aufweist und das in einer auf der ersten und zweiten Richtung senkrecht stehenden dritten Richtung verschiebbar ist. Der Unteranspmch enthält eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.

Der erlindungsgemäße impulsgesteuerte lineare Schrittmotor verfügt über ein drittes Gleitstück, das sich verükal und längs einer dritten Richtung, die senkrecht zu den ersten beiden in einer Ebene verlaufenden Richtungen verläuft, in eine beliebige Position bewegen kann. Die Bewegung wird in Abhängigkeit von Befehlsimpulsen aus einer Steuerschaltung vorgenommen. Ein auf die Oberfläche des dritten Gleitstücks aufgesetztes Werkstück kann daher durch Bewegung des ersten Gleitstücks und damit zwangsläufig auch des zweiten und des dritten Gleitstücks in einer ersten Richtung, durch Bewegung des zweiten Gleitstücks und damit zwangsläufig auch des dritten Gleitstücks in einer zweiten Richtung und durch alleinige Bewegung des dritten Gleitstücks in einer dritten Richtung bewegt und damit zu einem beliebigen Punkt innerhalb eines festgelegten Raums gebracht werden.

Um das gemeinsame Gewicht eines Werkstücks und des dritten Gleitstücks auszugleichen, schlägt eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung eine Ausgleichsvorrichtung vor. Diese ermöglicht, daß, wenn das elektromagnetisch mit dem dritten Stator zusammenwirkende dritte Gleitstück sich vertikal bewegt, die nach unten wirkende Kraft infolge des Gewichts des Gleitstücks und des Werkstücks keinen Einfluß auf die Genauigkeit der Bewegung längs der dritten Richtung hat.

Im folgenden soll die Erfindung zur Darstellung weiterer Vorteile an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht, die ein erläuterndes Beispiel eines typischen vorgeschlagenen irnpulsgcsteuertcn linearen Schrittmotors darstellt,

F i g. 2 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung,

F i g. 3 eine Schrägansicht, teilweise geschnitten, einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen impulsgesteuerten linearen Schrittmotors,

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung des dritten Gleitstückes und des dritten Stators gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschräg- und -schnittansicht des erfindungsgemäßcn dritten Statorteils,

F i g. 6 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der dritten Statorstücke gemäß der Erfindung,

Fig 7 eine Anordnung der dritten Statorstücke aus der Richtung von Pfeilen 93 in Fig. 6 aus gesehen,

if

Fig. 8 cine Schrägansicht eines driiten Statoritückes der Fig. 6,

F i g. 9 eine Schriigansicht einer anderen Ausführungsform des in F i g. 6 gezeigten Statorstückes,

Fig. 10 eine Teilschnittansicm einer Anordnung des in Fig. 9 dargestellten dritten Statorstückes und des dritten Gleitstückes gemäß der Erfindung

Fig. 11 eine Schrägansicht einer zweiten Ausführungsform eines eriindungsgemäßen impulsgesteuerten Schrittmotors,

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine Anordnung von ersten Gleistikkzähnen der Erfindung,

Fig. 13 eine Schnittansicht längs der Linie I-I in Fig. 11,

Fig. 14 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 11,

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine Anordnung von zweiten Gleilstückzähnen der Erfindung,

Fig. 16 eine Schrägansicht einer dritten Ausführungsform eines erfmdungsgemäßen impulsgesteuerten Schrittmotors,

Fig. 17 eine Schnittansicht längs der Linie I1I-II1 in F i g. 16,

Fig. 18 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung einer erfindungsgeniäßen Ausgleichsvorrichtung.

Fig. 1 stellt eine Schrägansicht des in der DT-OS 23 45 424 vorgeschlagenen impulsgesieuerten Schrittmotors dar, dessen grundsätzliche Bestandteile zum besseren Verständnis der darauf aufbauenden Erfindung kurz erläutert werden sollen. Mit 40 sind ein Fundament des Schrittmotors und mit 15 ein auf der Oberfläche dieses Fundaments vorgesehener erster und zweiter Stator 15 bezeichnet. Der plattenförmige Stator 15 weist auf einer seiner Oberflächen in konstanten Abständen in zwei aufeinander senkrechten Richtungen erste und zweite Statorzähne bildendes magnetisches und unmagnetisches Material auf. Die Statorzähne wirken elektromagnetisch mit Gleitstückzähnen (X- und Y-Gleitstückzähnen) eines ersten und eines zweiten Gleitstücks zusammen, die am Boden eines beweglichen Körpers 10 angeordnet sind. Sowohl die Statorzähne als auch die Gleitstückzähne sind in Fig. 1 der Einfachheit halber nicht dargestellt; ihre genaue Anordnung ist aus der bereits erwähnten DT-OS 23 45 424 ersichtlich. Der bewegliche Körper 10 ist am Boden eines zweiten beweglichen Teils 41 befestigt. Dieses ist mit Rollen 42 verschen, 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 am Stator 15 aufrecht erhalten. Das zweite bewegliche Teil 41 ist ferner an seinen vier Ecken mit Führungsrollcn 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 das zweite Gleitstück bzw. die Y-Glcitstücke durch die verstärkten Befehlsimpulse aus einer 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 ist ebenfalls mit Rollen 47 versehen, die auf Schienenflächen 48 laufen; die Bodenfläche des ersten beweglichen Teils 43 hält während der Bewegung 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-Achsenrichiung in irgendeine gewählte Position versetzt werden kann, wenn das erste Gleitstück bzw. die X-Gleitstücke durch verstärkte Befehlsimpulse von der Steuerschaltung CC über die Speiseleitung 46 erregt werden und

ίο daduieh das zweite bewegliche Teil 41 genau, gleichmäßig und selektiv in eine Position längs der X-Achsenrichtung 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 Rollen 42 und 47 aus beständigem Material wie Aluminium, Messing oder ähnlichen Materialien herzustellen. Das erste und das zweite bewegliche Teil müssen also mechanisch stabil aufgebaut sein.

F i g. 2 stellt ein Blockdiagramm der Steuerschaltung CC dar. Das X-Glcitstück wird von einer Steuerschaltung CC und das Y-Gleitstück von einer anderen Steuerschaltung CC getrieben. Beide Steuerschaltungen haben dasselbe in Fig. 2 dargestellte Biockdiagramm. 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 Erregungsreihenfolge der Erregerspulen der Gleitvorrichtung, und die Ausgangssignale der Erreger-Stellervorrichtung 21 erregen über Verstärker 23/1, 23ß, ..., 23£ die ausgewählten Erregerspulen entsprechend den Erregungsreihenfolgen. In Fig. 2 stellt jeder Satz aus zwei in Reihe geschalteten Dlindwidcrständen ein Paar an jedem Gleitstück angeordneter Erregerspulen dar. Wenn umgekehrte Erregerreihenfolgen erforderlich sind, werden die Befehlsimpulse an einen Rückwärtseingangsanschluß 24, d. h. einen Anschluß für Rückwäitxsignale, angelegt.

Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Schrägansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen impulsbetriebenen linearen Schrittmotors. Wie aus F i g. 3 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 4Γ angeordnet. Und das zweite bewegliche Teil 4Γ ist auf der oberen Fläche 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 ersten und zweiten 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 net, wie die Mehrzahl Statorzähne 71 eines jeden bewegt, bewegt sich auch das dritte bewegliche Teil kreisförmigen Statorstückes. Das dritte bewegliche 60, wie auch das auf die obere Fläche des dritten Teil 60 kann sich auf entsprechende Erregungsfolgen beweglichen Teils 60 gegebene Werkstück, horizontal hin in kleinen Schritten aufwärts und abwärts bewein einer anderen Ebene zu der gewünschten Position. 5 gen. Zwischen den Gleitstückzähnen angeordnete Da sich das dritte Gleitstück 62 bezüglich des dritten und in F i g. 4 mit 75 bezeichnete Nuten sind mit Stators 61, der am zweiten beweglichen Teil 4Γ bc- nichtmagnetischen Materialien wie Harz, Glas* Alufestigt ist, vertikal bewegt, kann sich das am dritten minium oder Messing gefüllt. Es ist jedoch nicht Gleitstück 62 befestigte dritte bewegliche Teil 60 unbedingt notwendig, die Zwischenräume mit nichtebenfalls vertikal längs der Z-Achse zu irgendeiner io magnetischen Materialien zu füllen, da Luft ebenfalls gewünschten Ebene bewegen. Das dritte Gleitstück ein nichtmagnetisches Material ist. Im vorliegenden

62 wirkt elektromagnetisch mit dem dritten Stator Fall bewegt sich das Gleitstück 62 vertikal, wobei zusammen und bewegt sich mit kleinen Schritten auf seine Oberfläche mit einem Kugellager 76 in Eingriff eine Erregung hin, die von der Steuerschaltung über steht. Folglich ist es vorzuziehen, die Oberfläche des eine Speiseleitung (nicht dargestellt) zugeführt wird. 15 Gleitstücks 62 dadurch wie eine Ebene glatt zu Das Prinzip der Bewegung zwischen dem dritten machen, daß man diese Nuten 75 mit nichtmagne-Gleitstück und dem dritten Stator ist dasselbe, wie es tischem Material wie Harz ausfüllt. Das Kugellager in der DT-OS 23 45 424 für einen Schrittmotor ge- 76 kann dann die Oberfläche des Gleitstücks 62 ohne maß Fig. 1 erläutert ist. In diesem Fall sind jedoch Reibung berühren. Ferner ist es zu bevorzugen, das die Erregerspulen anstatt um das Gleitstück 62 um 20 Gleitstück 62 dadurch leicht zu machen, daß es aus den Stator 61 gewickelt. Demzufolge werden die Be- einem Rohr hergestellt wird, wie in Fi g. 4 gezeigt ist. fehlsimpulse von der Steuerschaltung dem Stator 61 F i g. 5 zeigt eine vergrößerte Teilschräg- und zugeführt. Dies ergibt sich klar aus F i g. 4. Außerdem -Schnittansicht eines der in F i g. 4 dargestellten kreissind der dritte Stator und das Gleitstück je kreis- förmigen Statorstücke [SZB).

bzw. zylinderförmig. Kehrt man wieder zu Fi g. 3 zu- 25 F i g. 6 zeigt eine Draufsicht zur erläuternden Darrück, so kann man sehen, daß das dritte bewegliche stellung einer anderen Ausführungsform des dritten Teil 60 außerdem an seinen vier Ecken mit Füh- Stators 6Γ. Die fünf kreisförmigen Statorstücke rungsstangen 63 versehen ist. Die Führungsstangen (SZA, SZB, . . . , SZE) in den F i g. 3 und 4 sind in

63 können durch Führungslöcher 64 gleiten, die an F i g. 6 ausgetauscht gegen fünf U-förmige Statorvier Ecken des zweiten beweglichen Teils 41'vorge- 30 stücke. Die U-förmigen Statorstücke UZA, UZB, sehen sind. Somit kann sich das dritte bewegliche UZC, UZD und UZE sind längs der inneren kreis-Teil 60 mit Hilfe dieser Führungsstangen 63 linear förmigen Fläche des dritten Stators 61' in gleichem längs der Z-Achse bewegen. Abstand (2 .τ/5 rad) angeordnet. Jedes Statorstück

Fig. 4 stellt eine detaillierte erläuternde Darstel- (UZA, UZB, ..., UZE) weist auf seiner inneren lung des dritten Gieitsiückes 62 und des dritten Sta- 35 Oberfläche eine Mehrzahl von Statorzähnen 91 auf, tors 61, die in Fig. 3 gezeigt sind, dar. In Fig. 4 die längs der Z-Achsenrichtung in vorgegebenem weist der dritte Stator 61 fünf kreisförmige Stator- Zahnabstand P angeordnet sind. Der Abstand, in stücke SZA, SZB, SZC, SZD und SZE auf. Jedes welchem die Statorstücke (UZA, UZB, ..., UZE) Statorstück hat auf seiner inneren Oberfläche eine angeordnet sind, ist gleich Vs P gewählt. Diese An-Mchrzahl kreisförmiger Statorzähne 71. Die Mehrzahl 40 Ordnung der Statorstücke (UZA, .... UZE) wird in kreisförmiger Statorzähne 71 eines jeden Statorstücks Fig. 7 erläutert. In Fig. 7 ist die Anordnung der ist längs der Z-Achsenrichtung in vorgegebenem Statorstücke, die in Wirklichkeit kreisförmig ange-Zahnabstand P angeordnet. Die Statorstücke (SZA, ordnet sind, linear dargestellt, indem die Stator- SZB, ..., SZE) sind so angeordnet, daß sie stets stücke UZA -^ UZE neu angeordnet sind, wie man Vs P von SZA -> SZE gleiten, da fünf kreisförmige 45 sie vom Blickwinkel der Pfeile 93 in F i g. 6 her von Statorteile vorhanden sind. Jedes Statorstück weist links nach rechts sieht, was dem leichteren Verständferner kreisförmige dritte Erregerspulen 72 auf. Die ni> dienen soll. Es ist offensichtlich, daß die längs dei Erregerspulen 72 sind über die Speiseleitung (nicht Z-Achse verlaufende Distanz zwischen den Statordargestellt) mit der Steuerschaltung verbunden, und stücken UZA und UZE der F i g. 6 im Vergleich zu die Befehlsimpulse werden den Erregerspulen 72 zu- 50 der der F i g. 4 sehr kurz ist. Demzufolge kann man geführt. Wenn die Befehlsimpulse beispielsweise dem einen Schrittmotor kleiner Fläche erhalten, wenn mar kreisförmigen StatorstückSZA zugeführt werden, er- die Statorteile UZA, ..., UZE des dritten Stators hält man einen magnetischen Flußverlauf durch die 61' so anordnet, wie es in Fi g. 6 dargestellt ist, ohne Statorzähne 71 und das Gleitstück 62, wie es in daß die Länge der Bewegung längs der Z-Achse de: F i g. 4 durch eine gestrichelte Linie 73 angegeben 55 dritten beweglichen Teils 60 verringert wird. Jede;

ist. Man erhält dann eine Anziehungskraft zwischen Statorstück UZA UZE wird von Errcgerspulei

den Statorzähnen 71 und dem Gleitstück 62. Das 92 umgeben. F i g. 8 zeigt eine Schrägansicht eine:

zylindrische Gleitstück 62 weist magnetische und der Statorstücke (UZA, .... UZE) in Fig. 6

nichtmagnetische Materialien auf, die abwechselnd F i g. 9 zeigt ebenfalls eine Schrägansicht, und zwa

längs der Z-Achsenrichtung in vorbestimmtem Ab- 60 einer anderen Ausführungsform der Statorstücki

stand angeordnet sind. Die magnetischen Materia- (UZA, .... UZE). Wenn die Erregerspulen 92 de

lien bilden, wie obenerwähnt, zylindrische Gleit- Fig. 8 durch Befehlsimpulse, die von der Steuerschal

stückzähne, die elektromagnetisch mit den Stator- tung (CC) zugeführt werden, erregt werden, erhäl

zähnen 72 zusammenwirken. Die zylindrischen Gleit- man einen magnetischen Flußverlauf, der in F i g. 1

stückzähne sind in F i g. 4 durch Schraffierung darge- 65 durch eine gestrichelte Linie 98 dargestellt ist. Wer

stellt und durch die Bezugsziffer 74 gekennzeichnet. den die Erregerspulen 92 der F i g. 9 in derselbci

Die zylindrischen Gleitstückzähne 74 sind längs der Weise erregt, erhält man einen magnetischen Fluß

Z-Achsenrichtung im selben Zahnabsland angcord- verlauf, der in Fig. 10 durch eine gestrichelte Lini

100 dargestellt ist. Fig. 10 zeigt eine Teilschnittansicht einer Anordnung der Statorstücke (in Fig. 9 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 typischen linearen Schrittmotors ist bereits mit Bezugnahme auf die F i g. 1 beschrieben worden. Beim typischen linearen Schrittmotor von F i g. 1 sind die ersten und zweiten Statorzähne längs der X- bzw. Y-Achse auf derselben Oberfläche angeordnet (vgl. DT-OS 23 45 424). Ferner sind die eisten und die zweiten Gleitstücke ebenfalls am selben beweglichen Körper 10 angeordnet (DT-OS 23 45 424).

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 F i g. I 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 Y-Achse angeordnet und umfaßt lediglich den zweiten Stator. In diesem Fall sollten die ersten und zweiten Gleitstücke ebenfalls getrennt sein, und sie würden dann elektromagnetisch mit dem ersten bzw. zweiten Stator zusammenwirken. Dieses Konzept ist für den linearen Schrittmotor verwirklicht, wie er in Fig. 11 dargestellt ist. Fig. 11 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. Ein 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 in der DT-OS 23 45 424 für einen Schrittmotor gemäß F i g. 1 beschrieben ist.

In Fig. 11 ist das erste bewegliche Teil 43' (43") auf der oberen Fläche eines ersten Stators 110 (HO') angeordnet und vermag sich mittels der Rollen 47' (47") längs der X-Achse zu bewegen. Das erste bewegliche Teil, wie es in F i g. 12 dargestellt ist, weist erste Gleitstücke SXA, SXB, SXC, SXD und SXE (nicht dargestellt), und wenn notwendig, SXA'. SXB', SXC, SXD' und SXE' (nicht dargestellt) auf der der Oberfläche des Stators 110 (HO') gegenüberliegenden Seitenfläche des ersten beweglichen Teils 43' (43") auf. Die ersten Gleitstücke SXA, ..., SXE und SXA',..., SXE' wirken elektromagnetisch mit Zähnen 111 (Hl') des ersten Stators zusammen, die in Fig. 11 dargestellt sind. Wenn die Erregerspulen 13 in Fig. 12 erregt werden, bewegen sich die ersten Gleitstücke in kleinen Schritten auf entsprechende Erregungsfolgen hin längs der X-Achse. Das erste bewegliche Teil 43' (43") weist ferner Rollen 49' (49") auf, die auf der Seitenfläche des ersten Stators 110 (HO') laufen. Die Rollen 49' (49") halten einen konstanten kleinen Abstand längs der X-Achse zwischen der Oberfläche des ersten Stators HO (HO') und der Oberfläche der ersten Gleitstücke, d. h. der X-Gleitstücke SXA, .... SXE und SXA', ..., SXE', aufrecht.

Das zweite bewegliche Teil 41" ist auf einer oberen Fläche 112 eines zweiten Stators 113 angeordnet und vermac 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 SYA, SYB, SYC, SYD und SYE und. wenn notwendig, SYA', SYB', SYC, SYD' und SYE' (nicht dargestellt) an beiden inneren, den beiden Flächen des zweiten Stators 113 (H3') gegenüberliegenden Oberflächen des zweiten beweglichen Teils 41" versehen. Die zweiten GleitstückeSYA,.., ,SYE und SYA', . . . , SYE' sind in derselben Weise angeordnet, wie es in F i g. 15 dargestellt ist. Die zweiten Gleitstücke SYA, ..., SYE und SYA', . . . , SYE' wirken elektromagnetisch mit Zähnen 114 (114') des zweiten Stators zusammen und können sich mit kleinen Schritten auf entsprechende Erregungsfolgen hin

t5 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 Rollen 44' halten einen konstanten kleinen Abstand längs der Y-Achse zwischen

ao der Oberfläche des zweiten Stators 113 und der Oberfläche der zweiten Gleitstücke SYA, . . . , SYE und SYA', ...,SYE.

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 Gleitstückes zusammen und ermögliehen es dem dritten Gleitstück 115, sich in kleinen Schritten längs der Z-Achse zu bewegen. Ein Werkstück, das unter Verwendung T-förmiger Befestigungsnuten 116 auf der oberen Fläche des dritter beweglichen Teils 60' befestigt ist, kann genau und schnell in jede gewünschte Position innerhalb eines bestimmten Raums gebracht werden.

Der Aufbau der in F i g. 11 dargestellten zweiter Ausführungsform wird an Hand der Fig. 13 und I^ näher erläutert. Fig. 13 zeigt eine Schnittansich längs der Linie I-I, welche die X-Gleitstücke SXE und SXB' in Fig. 11 schneidet. In Fig. 13 beweg sich das erste bewegliche Teil 43' mit Hilfe einei Rolle 47', die auf der oberen Fläche des erstei Stators HO läuft, gleichmäßig entlang der X-Achse Die Roüe 47' ist am ersten beweglichen Teil 43 mittels einer Nadelwelle 121 drehbar befestigt Das erste bewegliche Teil 43' weist ferner X-Gleit stücke auf, d. h. die ersten Gleitstücke SXB um SXB'. Andere X-Gleitstücke (SXA, SXA'), (SXC SZC), SXD, SXD') und (SXE, SXE') sind ebenfall am ersten beweglichen Teil 43' in der in Fig. 1 dargestellten Art befestigt. Die X-Gleitstücke SXl und SXB' weisen eine Mehrzahl Gleitstückzähn 120 auf, die von Erregerspulen 13 in der in Fig. 1 dargestellten Art umgeben sind, und wirke elektromagnetisch mit den Zähnen Hl des erste Stators über einen schmalen konstanten Luftspalt (in Fig. 13) zusammen. Die Unveränderlichke des Luftspaltes g wird längs der X-Achse mittels Ro len 49' (die an beiden oberen und unteren Seite des ersten beweglichen Teils 43 angeordnet sind welche am Teil 43' mit Hilfe einer Nadelwelle 12 befestigt sind, aufrechterhalten. Wenn die Errege;

spulen 13 erregt werden, erhält man einen magnetischen Flußverlauf, wie er durch gestrichelte Linien

123 und 123' dargestellt ist. Somit kann sich das bewegliche Element 43' auf entsprechende Erregungsfolgen hin zu einer beliebigen Position längs der X-Achse bewegen. Das Bewegungsprinzip der X-Gleitstücke ist dasselbe, wie es in der DT-OS 23 45 424 für einen Schrittmotor gemäß Fig. 1 erläutert ist. Die Zähne 111 des eisten Stators sind längs der X-Achse in gleichmäßigem Zahnabstand P angeordnet (siehe Fig. 11). Eine Vielzahl Gleitstückzähne 120 eines jeden X-Gleitstückes ist ebenfalls in gleichmäßigem Zahnabstand P (siehe Fi g. 12) angeordnet, jedoch sind die fünf X-Gleitstücke nicht im selben Abstand angeordnet. Die X-Gleitstücke sind so angeordnet, daß sie jeweils ¹Zs P von SXA nach SXE gleiten, wie in Fig. 12 dargestellt, so daß die Abstände zwischen SXE und SXD, SXD und SXC. SXC und SXB und SXB und SXA jeweils

P-N + Vs P

betragen, wobei N eine positive vorgegebene ganze Zahl ist. Der zweite Stator 113, der in Fig. 13 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.

Fig. 14 stellt eine Schnittansicht längs der Linie H-II, welche die Y-Gleitstücke SYB und SYB' in Fig. 13 schneidet, dar. In Fig. 14 kann sich das zweite bewegliche Teil 41" längs der Y-Achse mittels einer Rolle 42' (42") bewegen, die* auf der Oberfläche 112 (Fig. 11) des zweiten Stators 113 abrollt. Die Rolle 42' ist am zweiten beweglichen Teil 41" mittels einer Nadelwelle 131 (131') drehbar befestigt. Das zweite bewegliche Teil 41" weist ferner das Y-Gleitstück auf, d. h. das zweite Gleitstück: SYB [SYB'). Andere Y-Gleitstücke (SYA, SYA'), (SYC, SYC), (SYD, SYD') und (SYE, SYE') sind ebenfalls am zweiten beweglichen Teil 41" an dessen beiden Seiten in einer in Fig. 15 dargestellten Weise befestigt. Fig. 15 zeigt lediglich die Anordnun? der Y-Gleitstücke SYA, . . . , SYE. Die Y-Gleitstücke SYA, SYB . . . SYE (SYA', SYB' . . . SYE') haben eine Mehrzahl Gleitstückzähne 132 (132'), die von Erregerspulen 133 (133') umgeben sind, und wirken elektromagnetisch mit den Zähnen 114 (114') des zweiten Stators Π3 über einen schmalen konstanten Luftspalt g' (in Fig. 14) zusammen. Die Onveränderlichkeit des Luftspaltes g' wird längs der Y-Achse mittels einer Rolle 44' aufrechterhalten, die am zweiten beweglichen Teil 41" mit Hilfe einer Nadclwelle 130 (130') drehbar befestigt ist. Der Bewegungsvorgang der Y-Gleitstücke ist derselbe, wie er oben bezüglich der X-Gleitstücke in F i g. 13 erläutert worden ist. Somit können sich die Y-Gleitstücke ebenso wie das zweite bewegliche Teil 41" gleichmäßig und in kleinen Schritten zu jeder beliebigen Position längs der Y-Achse bewegen. Außerdem kann sich das zweite bewegliche Teil 41" zusammen mit dem ersten beweglichen Teil 43' auch längs der X-Achse bewegen.

Das dritte bewegliche Teil 60' ist über einen Bai« 134, der unten beschrieben wird, auf der oberen Fläche des zweiten beweglichen Teils 41" angeordnet. Das dritte bewegliche Teil 60' weist das dritte Gleitstück 115 (115') auf, welches mit einer Mehrzahl Glcitstückzähne 135 (135') längs der Z-Achse versehen ist. Die Glcitstückzähne 135 (135') sind in gleichmäßigem Zahnabstand P (siehe Fig. 14) angeordnet. Das zweite bewegliche Teil 41" weist auf seiner Außenfläche dritte Statorstücke SZA, SZB, SZC, SZD und SZE (SZA'. SZB', SZC, SZD' und SZE') auf, und jedes der dritten Stalorstücke ist mit einer Mehrzahl Statorzähr.2 136 (136') versehen, die im Zahnabstand P längs der Z-Achse angeordnet sind. Die Anordnung eines jeden dritten Statorstücks längs der Z-Achse kann man in Fig. 4 sehen. Diese

ίο sind so angeordnet, daß sie jeweils VsP von SZA nach SZE, in Fig. 14 gleiten, so daß die Abstände zwischen SZE und SZD, SZD und SZC, SZC und SZB und SZB und SZA jeweils P-N' + Vs P betragen, wobei /V eine vorgegebene positive ganze Zahl ist.

Jedes der dritten Statorstücke ist von Erregerspulen 137 (137') umgeben. Wenn entsprechende Erregerspulen erregt werden, bewegt sich das dritte Gleitstück 115 (115') rasch in kleinen Schritten zu jeder beliebigen Position längs der Z-Achse. wobei der

ίο schmale Luftspalt g" mittels Rollen 138 (138') aufrechterhalten wird. Das dritte bewegliche Teil 60' kann sich somit entlang der X-, der Y- und der Z-Achse bewegen.

Fig. 16 zeigt eine Schrägansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen linearen Schrittmotors. Der Hauptteil ist derselbe wie bei der in Fig. 11 dargestellten zweiten Ausführungsform, so daß eine weitere detaillierte Erklärung nicht wesentlich ist. Folgende Teile unterscheiden sich von der zweiten Ausführungsform. Das erste bewegliche Teil 43" bewegt sich längs der X-Achse mittels Rollen 47", die auf einer Oberfläche eines Fundamentes 140 laufen. Der zweite Stator 113' ist gegenüber dem zweiten Stator 113 der in Fi g. 11 dargestellten zweiten Ausführungsform um 90° gedreht, so daß die Oberfläche der Zähne 114" des zweiten Stators parallel zur X-Y-Ebene verlaufen. Der detaillierte Aufbau des zweiten und dritten beweglichen Teils und anderer Elemente wird an Hand von Fig. 17 erläutert. Fig. 17 stellt eine Schnittansicht längs der Linie 1II-I1I dar, welche das Y-Gleitstück SYB und SYB' (nicht dargestellt) in F i g. 16 schneidet. Die Funktion aller Elemente ist gleich der der in Fig. 14 dargestellten entsprechenden Elemente. Abgesehen von den Bezugszahlen 41'" (statt. 41"), 114" bzw. 114'" (statt 114 bzw. 114') sind gleichwirkende Teile in den Fig. 14 und 17 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.

Wie obenerwähnt worden ist, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung eine Ausgleichsvorrichtung vor. Die zwischen den dritten Gleitstücken und den dritten Statorstücken erzeugte Anziehungskraft sollte nur zum Antrieb des dritten beweglichen Teils 6(1 entlang der Z-Achse verwendet werden. Die Anziehungskraft wird jedoch beeinträchtigt durch die Schwerkraft des Gewichts der dritten Gleitstücke de: dritten beweglichen Teils und des auf der oberer Fläche des dritten beweglichen Teils angeordneter Werkstücks. Somit wird die Wirkung der Anziehung kraft vermindert. Demzufolge ist es vorteilhaft, wenr eine Ausgleichsvorrichtung im erfindungsgemäßer linearen Schrittmotor vorgesehen wird, um die Wir kung des Gewichts der dritten Gleitstücke, des drittel beweglichen Teils und des Werkstücks, welches di< Wirkung der Antriebskraft entlang der Z-Achse ver ringert, auszuschalten.

Eine erste Ausführungsform der Ausgleichsvor richtung ist in Fig. 14 dargestellt. Die Ausgleichs

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vorrichtung weist im wesentlichen einen Balg 134 auf, der beispielsweise aus Gewebe oder Gummi hergestellt und luftdicht ist. Das obere Fnde des Baip.es 134 ist an der unteren Oberfläche des dritten beweglichen Teils 60' und das untere EmIe des Balges 134 ist an der oberen Flächen des /weiten beweglichen Teils 41" befestigt. Der Balg 134 expandiert und zieht sich zusammen unter der Steuerung eines Hochdruekfluidums wie Luft, öl oder Wasser. Dieses Hochdruckrluidum wird dem Balg 134 über ein Loch 141 im dritten beweglichen Teil 60' zugeführt, welches natürlich durch ein Rohr crset/t werden kann. Fig. 18 zeigt ein Blockdiagramm einer Drucksteuerungsvorrichtung für eine Hoehdruekeinnehtung. In Fig. 18 stellt 151 eine Hochdruckfluidumquclle dar. Das Hochdruckfiuidum wird dem Balg 134 über ein Einstellventil 152 zugeführt. Das Einstellventil 152 ist variabel und vermindert den Druck des Hochdruckfiuidums auf einen vorgegebenen Wert, beispielsweise auf 1,5 atm. Mit dem Bezugszeichen 153 ist ein Steuerventil bezeichnet, das den Druck im Balg 134 steuert, um diesen auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Wenn sich der Balg 134 auf Grund einer Abwärtsbewegii' des dritten beweglichen Teils 60' zusammenzieh;, wird der Druck im Balg 134 gleichzeitig erhöht. In diesem Moment läßt das Steuerventil 153 Hochdruckiluiduni durch seinen Auslaß ab. Wenn sich der Balg 134 auf Grund einer Aufwärtsbewegung des dritten beweglichen Teils 60' ausdehnt, wird der Druck im Balg 134 gleichzeitig rmind.cn. In diesem Moment wird der Auslaß des Steuerventils 153 erschlossen. 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 Werk-Stücks durch cien Balg 134, das Einstellventil 152, das Steuerventil 153 und die Hochdruckfluidumqtielle 151 ausgeglichen. Es sei erwähnt, daß ein auf das dritte bewegliche Teil 60' gegebenes Werkstück durch die Ausgleichsvorrichtung längs der Z-Achsc in be-

lu liebiger Position gehalten werden 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 obenerwähnte Ausgleichsvorrichtung kann auch ohne Verwendung des Balges 134 erhalten werden. Der Balg 134 kann beispielsweise durch einen Luftstrom ersetzt werden. Die einen Luftstrom verwendende Ausgleichsvorrichtung ist in Fig. 17 dargestellt. Ein Hochdruckluftstrom wird über eine mit einem Rohr 162 verbundene Düse 161 zugeführt. Die Hochdruckluft wird von einer Hochdruckquelle, wie sie in Fig. iS durch 151 angedeutet ist, durch das Rohr 162 zur Düse 161 geliefert. Der Luftströmungsdruck wird mittels einer Drucksteuervorrichtung, wie sie in Fig. 18 dutch 152 angedeutet ist. gesteuert und auf einem Druckpegel gehalten, wodurch das Gewicht sowohl der dritten Gleitstücke als auch des dritten beweglichen Teils und des Werkstücks vollkommen ausgeglichen werden.

Hierzu Π Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Impulsgesteuerter Schrittmotor mit einem ersten und einem zweiten Stator., die auf einer ihrer Oberflächen konstanten Abständen in zwei 5 Aufeinander senkrechten Richtungen erste und zweite Statorzähne bildendes magnetisches und unmagneiisches Material aufweisen und mit wenigstens einem über der Oberfläche des ersten und/oder zweiten Stators angeordneten, bewegliehen, ein erstes bzw. zweites Gleitstück enthaltenden Teil, das durch das erste Gleitstück, welches erste Erregerspulen und erste Geitstückzähne aus magnetischem Material in konstantem Abstand voneinander aufweist, in der ersten Riehtung und durch das zweite Gleitstück, welches zweite Erregerspulen und zweite Gleitstückzähne aus magnetischem Material in konstantem Abstand voneinander aufweist, in der zweiten Richtung verschiebbar ist, gekennzeichnet durch einen an dem wenigstens einen beweglichen Teil (41'; 41"; 4Γ") befestigten dritten Slator(61; 6Γ), der dritte Statorzähne (71; 91; 136; 136') und dritte Erregerspulen (72, 92) aufweist, und durch ein drittes Gleitstück (62; 115; 115'), das dritte Gleitstückzähne (74; 135) aus magnetischem Material in konstantem Abstand voneinander aufweist und das in einer auf der ersten und zweiten Richtung senkrecht stehenden dritten Richtung verschiebbar ist.

2. Impulsgesteuerter Schrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausgleichsvorrichtung (134, 151, 152, 153) zum Ausgleich der auf mindestens ein Gleitstück ausgeübten Schwerkraft.