DE2436900A1

DE2436900A1 - Zweiachsige elektromagnetische positionierungseinrichtung

Info

Publication number: DE2436900A1
Application number: DE2436900A
Authority: DE
Inventors: Seiji Irie; Hiromichi Shichida; Kenichi Toyoda
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Fanuc Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fanuc Corp
Priority date: 1973-07-31
Filing date: 1974-07-31
Publication date: 1975-02-20
Also published as: FR2239316B1; GB1474408A; US3906262A; FR2239316A1; JPS5037169U

Description

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Fujitsu.Limited Kawasaki-shi / Japan

Fujitsu Fanuc Limited

Tokyo / Japan . ·

Zweiachsige elektromagnetische Ppsitionierungs-

einrichtung

Die Erfindung "betrifft eine zweiachsige magnetische Positionierungseinrichtung mit einem impulsgesteuerten Linearmotor, der ein erstes Teil mit einer ersten Oberfläche * ein zweites Teil mit einer zweiten Oberfläche an dessen Boden und einer dritten Oberfläche an dessen Oberseite sowie ein drittes Teil mit einer vierten Oberfläche aufweist, wobei das zweite Teil in bezug auf das erste Teil unter Aufrechterhaltung eines kleinen Luftspalts zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche beweglich ist und das dritte Teil in bezug auf das. zweite Teil unter Aufrechterhaltung eines kleinen Luftspaltes zwischen der dritten Oberfläche und der vierten Oberfläche in einer zweiten Richtung beweglich ist, welche die erste Richtung kreuzt.

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Mittels einer zweiachsigen magnetischen Po sit ionierungs einri ch~-■■ tung kann ein Objekt in einer ersten Richtung, einer zweiten Richtung, welche die erste Richtung kreuzt, oder in jeder Richtung zwischen der ersten und der zweiten Richtung transportiert werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine zweiachsige magnetische Positionierungseinrichtung, bei der ein impulsbetriebener bzw. impulsgesteuerter Linearmotor verwendet wird, welcher ein erstes Teil und ein mit diesem zusammenwirkendes zweites Teil aufweist, die als Stator bzw. als Gleitstück dienen. Das zweite Teil kann sich dabei mit konstanten kleinen Schritten in einer Richtung entlang der Oberfläche des ersten Teiles bewegen. Die Bewegung des zweiten Teiles wird als Antwort auf Befehls- bzw. Steuerimpulse von Steuerschaltungen elektromagnetisch gesteuert. Der impulsgesteuerte Linearmotor besitzt wenigstens eine elektromagnetische Erregereinrichtung aus magnetischem Material, die von Erregerspulen umgeben ist und jene Steuerimpulse empfängt, und wenigstens einen Stator aus magnetischem Material, der mit dem Gleitstück elektromagnetisch zusammenwirkt. Zusätzlich besitzt der impulsbetätigte bzw. impulsgesteuerte Linearmotor eine Einrichtung zur Schaffung eines Abstands zwischen der Bodenfläche des zweiten Teils und der oberen Oberfläche des ersten Teiles, welches als Skala dient. Der Abstand verhindert einen direkten Eontakt der beiden Oberflächen, obwohl eine starke Anziehungskraft zwischen ihnen auftritt, wenn die Erregerspulen erregt werden.

509808/1010 original

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Der impulsgesteuerte Linearmotor wird beispielsweise bei einem automatischen Herstel.lungssystem. verwendet, das eine genaue Maschinensteuerung ohne Handbetätigung erfordert; dabei wird das Werkstück auf die Oberfläche des zweiten Teiles gesetzt, das sich eben oberhalb der oberen Oberfläche des ersten Teiles befindet. Bei einem solchen Herstellungssystem besitzt der impulsgesteuerte Linearmotor folgende Vorteile. Wenn eine Bewegung in einer Richtung gefordert wird, dann wird sie gewöhnlich durch Umwandlung einer Rotationsbewegung von einem herkömmlichen Elektromotor oder von einem Handgriff in eine geradlinige Bewegung erzeugt; hierzu wird eineUmwandlungseinrichtung wie beispielsweise eine Spindel oder ein ähnlicher Schraubentyp verwendet. Bei dem, impulsgesteuerten Linearmotor ist jedoch eine solche Umwandlungseinrichtung nicht erforderlich,_:da die geradlinige Bewegung direkt erzeugt wird. Ein bekannter Nachteil einer Umwandlungseinrichtung, wie etwa der Spindel, ist .das Spiel, das bei der Betätigung auftritt. Dieses Spiel hat Fehler zur Folge, ■wodurch eine hohe Genauigkeit bei Her st ellungs arbeiten eingebüsstwird. ..Es ist daher leicht einzusehen, dass der impulsge-. steuerte Linearmotor, mit hoher Genauigkeit betrieben werden kann, da, wie oben erwähnt, Umwandlungseinrichtungen, wie eine Spindel, nicht erforderlich sind, und somit Spiel nicht auftreten kann. Da ausserdem die Umwandlungseinrichtung, während des Betriebes einem Verschieds£- unterliegt, bedarf ein Herstellungssystem, das von einer solchen Umwandlungseinrichtung.Gebrauch macht, periodischer Inspektionen und Wartungen. Eine diesbezügliche Wartung ist beim

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impulsgesteuerten Motor nicht erforderlich, da keine Umwandlungseinrichtung verwendet wird. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass ein Herstellungssystem, das einen impulsgesteuerten Linearmotor aufweist, kaum Lärm macht und ein Werkstück mit hoher Geschwindigkeit in eine gewünschte Position bringen kann. Ein Werkstück, das auf das zweite Teil aufgesetzt ist, kann in einer horizontalen Ebene je nach Ausführung zu jeder Position gebracht werden. An dieser Position wird das Werkstück mit der erwünschten Konfiguration, einem Loch, einem Gewindeloch oder einer Nut versehen, was mittels Schneidwerkzeugen, wie etwa einem Bohrer und/oder einer Frässvorrichtung geschieht, welche im Hinblick auf das Werkstück stationär angeordnet sind.

Die oben erwähnte magnetische Positionierung wurde bereits in. verschiedenen Formen realisiert. Eine der typischen Formen wurde in dem amerikanischen Reissoe-Patent 27 4-36 (Ursprungspatent 3 376 578) vorgeschlagen. Die typische magnetische Positionierungseinrichtung hat jedoch den Nachteil, dass die Effektivität der Umwandlung einer elektrischen Eingangsleistung in eine Antriebskraft relativ gering ist. Dies liegt daran, dass ein erstes Paar elektromagnetischer Erregereinrichtungen, von denen jede am ersten bzw. zweiten Teil angebracht ist und das zweite Teil in einer ersten Richtung transportiert, und ein zweites Paar elektromagnetischer Erregereinrichtungen, von denen jede ebenfalls am ersten bzw. zweiten Teil befestigt ist und das zweite Teil in einer zweiten Richtung transportiert, nicht gesondert sondern alle innerhalb des selben Bereichs angeordnet sind.

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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Positionierungseinrichtung zu schaffen, die einen impulsbetätigten Linearmotor aufweist, der im Vergleich zum Stand der Technik mit hohem Wirkungsgrad eine elektrische Eingangsenergie in eine Antriebskraft umwandelt und demzufolge eine starke Antriebskraft erzeugt. · .

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch, eine elektromagnetische Positionierungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. ■

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen: ■ .

Fig. 1A, 1B, 1C und 1E vergrösserte Seitenansichten, die das Prinzip einer Bewegung eines impulsgesteuerten Linearmotors illustrieren,

Fig-. 1D eine teilweise vergrösserte Draufsicht auf den Boden des zweiten Teiles,

Fig. 1F eine Schnittansicht eines herkömmlichen impulsgesteuer-, ten Linearmotors zur Illustrierung des Prinzips der Bewegung,

Fig. 2 ein !Blockschaltbild einer Steuerschaltung, ' . ; Fig. .3 eine perspektivische Ansicht, teilweise weggeschnitten, die eine Ausführungsform eines impulsgesteuerten linearen

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Oberflächenmotors gemäss der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 4- und 5 Draufsichten, teilweise weggeschnitten, auf den Boden bzw. das Oberteil eines X-Gleitstücks,

Fig. 6 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung entsprechend der Linie 6-6 der Fig. 3,

Fig. 7 "bis 9 Schnittansi-chten einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Fig, 6 entsprechende Schnittebene dargestellt ist,

Fig. 1OA eine perspektivische Ansicht einer typischen zweiachsigen magnetischen Positionierungseinrichtung bekannter Art,

Fig. 1OB eine perspektivische Ansicht des Bodens eines zweiten Teiles und

Fig. 1OC eine vergrösserte Draufsicht auf einen Teil der oberen Oberfläche C eines ersten Teiles in Fig. 1OA.

Das Prinzip der Bewegung des impulsgesteuerten Linearmotors wird unter bezug auf die Fig. 1A, 1B und 10 beschrieben. In den Fig. 1A bis 1C ist mit 10 ein X-Gleitstück bezeichnet, an dem X-Gleitstückelemente SXA, SXB, SXC, SXD und SXE aus magnetischen Materialien befestigt sind; das zweite Teil besteht aus dem X-Gleitstück 10 und den X-Gleitstückelementen und bewegt sich durch sequentielles Erregen der X-Gleitstückelemente in der ersten Richtung längs der X-Achse, was oben links in Fig. 1A angedeutet ist. Jedes X-Gleitstückelement ist mit einem PoI-

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stück 11 versehen, auf dem eine Vielzahl X-Gleitstückzähne 12 angebracht ist, und ferner mit X-Erregerspulen 1.3» die das Polstück 11 umgeben. Jeder Anschluss 14· der X-Erregerspulen 13 ist mit der Steuerschaltung GC (Fig. 2) verbunden. Die Steuerschaltung wählt die Reihenfolge aus, nach der die einzelnen Erregerspulen erregt werden. Mit 15 ist ein X-Stator, d.h. eine Skala, bezeichnet, an dem X-ßtatorzähne 16 angebracht sind; beide zusammen bilden das erste Teil.' Diese X-Statorzähne 16 sind in einer ersten Sichtung längs der X-Achse mit vorbestimmter Teilung P angeordnet, wobei sich jeder Zahn 16 in.der zweiten Richtung auf einer vertikalen Ebene erstreckt.

Die Teilung, mit der die X-Gleitstückelemente angeordnet sind, ist für den Fall, dass fünf X-Gleitstückelemente SXA bis SXE vorhanden sind, zu 1/5 P gewählt, wobei die Teilung P gewöhnlich ungefähr 1 mm beträgt. Wenn das X-Gleitstück 10 von drei X-Gleitstückelementen SXA bis SXO angetrieben wird, sollte die Teilung 1/3 P betragen. Die Teilung, mit der die X-Gleitstückelemente angeordnet sind, wird anhand yon Fig. 1D noch besser verständlich. Fig. 1D stellt eine teilweise, vergrösserte Ansicht von unten her dar und zeigt die Anordnung der X-Gleitstückelemente, die das zweite Teil bilden.· · ■

Die, Art, wie die Bewegung erfolgt, wird nachfolgend erläutert. ■ Wenn leistungsverstärkte Steuerimpulse vom Ausgang der Steuerschaltung CC, die in Fig. 2 dargestellt ist, an die X-Erregerspulen 13, welche an den X-Gleitstückelementen SXA angebracht

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sind, angelegt werden, ergibt sich, ein magnetischer Fluss, dessen Bahn in Fig. 1F durch die gestrichelte Linie F angedeutet ist. Vie in Fig. 1F gezeigt, werden ein Nordpol N und ein Südpol S ' erzeugt, wodurch eine Anziehungskraft zwischen dem Paar von X-Gleitstückzähnen des X-Gleitstückelementes SXA und einem Paar mit ihnen zusammenwirkender Statorzähne 16 erzeugt wird. Diese Anziehungskraft ist mittels paralleler Linien 17 in Fig. 1A angedeutet. Das X-Gleitstückelement SXA und mit ihm das X-Gleitstück 10 bewegen sich in eine Stellung, in der sich, der Mittelteil der X-Gleitstückzähne 12 mit dem Mittelteil der benachbarten X-Statorzähne 16 deckt. Danach werden zwei getrennte leistungsverstärkte Steuerimpulse vom Ausgang der Steuerschaltung CC an die X-Erregerspulen 13, die am X-Gleitstückelement SXA angebracht sind, und an die X-Erregerspulen 13, die am X-Gleitstückelement SXB angebracht sind, geliefert. Dadurch werden zwei Anziehungskräfte hervorgerufen, die in Fig. 1B durch zwei Gruppen paralleler Linien 17 dargestellt sind. Die X-Gleitstückelemente SXA und SXB und mit ihnen das X-Gleitstück 10 bewegen sich in eine Stellung, in der sich der Mittelpunkt zwischen den Mittelteilen der Gleitstückzähne, die an den Gleitstückelementen SXA und SXB angebracht sind, mit dem Mittelpunkt zwischen den Mittelteilen der zwei benachbarten Statorzähne 16 deckt. Zu diesem Zeitpunkt hat man eine Schrittbewegung des X-Gleitstücks 10 längs der X-Achsen-Richtung erhalten, deren Länge 1/10 P entspricht. Wenn die Teilung P zu 1 mmm gewählt wird, dann beträgt ein Sehritt 0,1 mm. Als nächstes wird nur die X-Erregerspule 13, die am X-Gleitstückelem^nt SXB befestigt ist, erregt; daraufhin bewopt

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sich, das X-Gleitstückelement SXB in eine Stellung, in der der Mittelteil der. X-Gleitstückzähne des X-Gleitstückelements"SXB sich mit dem Mittelteil der "benachbarten X-Statorzähne 16 deckt.

Zu diesem Zeitpunkt ist eine Bewegung des X-Gleitstücks 10 um einen Schritt, d.h. um 1/10 P in der gleichen Weise erfolgt, wie oben zu Fig. 1Δ beschrieben. Infolgedessen bewegt sich das X-(jleitstück 10 mit jeder entsprechenden Erregung stufenweise um 1/10 P längs der X-Achse, wenn die an den X-Gleitstückeleinenten SXA bis SXE angebrachten X-Erregerspulen 13 in folgender Reihenfolge erregt werden: (SXA), (SXA, SXB), (SXB), (SXB, SXC), (SXG), ,(SXG, SXD), (SXD), (SXD, SXE), (SXE), (SXE, SXA). Die Eeihenfolge der Erregung der X-Erregerspulen 1J ist nicht auf die oben angegebene Reihenfolge beschränkt. Reihenfolgen wie: (SXA, SXB), (SXA, SXB, SXC), (SXB, SXC), (SXB, SXC, SXD), (SXC, SXD), (SXD, SXD, SXE), (SXD, SXE), (SXD, SXE, SXA),- (SXE, SXA), (SXE, SXA, SXB) sind im Hinblick auf eine erhöhte Antriebskraft und reduzierte Vibration während des tatsächlichen Betriebes vorteilhafter« Die oben genannte Reihenfolge ist die sogenannte Zweiphasen-Dreiphasen-Wechselerregung«, Die Anzugskräfte 17 in der Dreiphasen-Wechselerregung, beispielsweise die Reihenfolge (SXA, SXB, SXC) sind in Fig. 1E dargestellt.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der. Steuerschaltung CC. Das X-Gleitstückelement wird von einer.Steuerschaltung CC angetrieben/ während das Y-Gleitstückelement von einer anderen Steuerschaltung CC angetrieben wird« Beide Steuerschaltungen besitzen

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das gleiche Blockschaltbild, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Steuerschaltung arbeitet folgendermassen:

Befehlsimpulse werden einem Erregersteuergerät 21 über eine Eingangsklemme 22 für Vorwärtsbetrieb zugeführt. Das Erregersteuergerät 21 bestimmt die Reihenfolge, in der die X-(Y-) Erregerapulen der X-(X-) Gleitstücke erregt werden. Die Ausgänge des Erregersteuergerätes 21 erregen die ausgewählten Erregerspulen über Leistungsverstärker 23A, 23B, ..., 23E entsprechend der,Erregerreihenfolge. In Fig. 2 stellen jeweils zwei in Reihenschaltung verbundene Reaktanzelemente ein Erregerspulenpaar dar, das jeweils an einem Gleitstück angebracht ist. Wenn umgekehrte Erregerreihenfolgen gefordert werden, werden die Befehlsimpulse einer Eingangskiemme24- für Rückwärtsbetrieb zugeführt.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter bezug auf die Fig. 3 bis 9 erläutert. Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise weggeschnitten, die eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt.' In dieser Figur ist mit 31 das erste Teil bezeichnet. Es besitzt auf seiner ersten Oberfläche 31' den X-Stator 15. Der XrStator 15, der als Skala wirkt, enthält X-Statorzähne 16, die in der ersten Richtung, d.h. längs der X-Achse, mit vorbestimmten konstanter Teilung angeordnet sind. Jeder X-Statorzahn 16 erstreckt sich in der zweiten Richtung, d.h. längs der Y-Achse. Die Bezugszahl 10 bezeichnet das zweite Teil, das oberhalb der Oberfläche 31^s, d.h. der oberen Oberfläche der X-ßtatorzähne 16 angeordnet ist. Das zweite Teil 10 kann

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sich mittels Rollen 32 in der ersten Richtung (X) "bewegen. Die Rolle 32 läuft auf einer Schiene 33, die sich auf der ersten Oberfläche 31' des ersten Teiles 31 befindet. Die Rolle 32 hält einen konstanten kleinen Luftspalt zwischen der ersten Oberfläche 31' und einer zweiten Oberfläche 10' (nicht gezeigt) aufrecht. Die zweite Oberfläche 10' ist die untere Oberfläche des zweiten Teiles 10. Die X-Gleitstückelemente sind auf der zweiten Oberfläche 10' des zweiten Teiles 10 angeordnet; sie wirken elektromagnetisch mit den X-Statorzähnen 16 entsprechend den leistungsverstärkten Steuerimpulsen aus der Steuerschaltung GC zusammen. Die Steuerimpulse werden über eine Leitung 34- zugeführt. Die X-Gleitstückelemente sind in der in Fig. 4 dargestellten Weise angeordnet. Fig. 4 zeigt eine vergrösserte Draufsicht, teilweise weggeschnitten, auf die zweite Oberfläche 1.0'. In Fig. 4 sind fünf Paare von X-GleitStückelementen SXA. bis SXE vorhanden, von denen ö^edes X-Gleitstückzähne 12 und Eiregerspulen 13 besitzt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist Jedes X-Gleitstückelement SXA bis SXE in bezug auf das benachbarte Element tatsächlich um 1/5 P in der ersten Richtung längs der X-Achse versetzt, wie vorher unter bezug auf Fig. 1D erwähnt wurde. Wenn leistungsverstärkte Steuerimpulse aus der Steuerschaltung GC an die Er-* regerspulen 13 geliefert werden, bewegen sich die X-Gleitstückelemente SXA bis SXD und mit ihnen das zweite Teil 10 in kleinen Schritten in bezug auf den X-Stator 15» d.h. das erste Teil 31, in der ersten Richtung längs der X-Achse. Das der Bewegung zugrunde liegende Prinzip ist das gleiche, wie es vorher unter

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bezug auf die Fig. 1A bis 10 beschrieben wurde. Das zweite Teil in Fig. 3 bewegt sich daher infolge von Steuerimpulsen aus der Steuerschaltung OG in bezug auf das erste Teil 31 in der ersten Richtung längs der X-Achse zu jeder gewünschten Stellung. Auf eine Bewegung nur in der ersten Richtung längs der X-Achse ist das zweite Teil 10 beim Betrieb mittels einer Führungsschiene 35 beschränkt, die am ersten Teil 31 befestigt ist und sich in der ersten Richtung entlang der X-Achse erstreckt. In Fig. 3 ist das zweite Teil 10 mit einem Führungsglied 36 an seiner Seite dargestellt, das auf der Führungsschiene 35 gleitet.

Über der dritten Oberfläche 10'', d.h. der oberen Oberfläche des zweiten Teiles 10, ist in Fig. 3 ein drittes Teil 37 angeordnet. Das dritte Teil 37 vermag sich mittels Rollen 38 in der zweiten Richtung längs der Y-Achse zu bewegen. Eine Schiene, die in Fig. 3 nicht gezeigt ist, aber in Fig. 6 mit der Bezugszahl 61 versehen ist, ist auf einer vierten Oberfläche 37' vorgesehen und gleitet auf den Rollen 38; die vierte Oberfläche 37' ist die untere Oberfläche des dritten Teiles 37· Die Rollen 38 bewahren einen konstanten kleinen Luftspalt zwischen der dritten Oberfläche Ί0'' und der vierten Oberfläche 37'. Das dritte Teil 37 dient beispielsweise als Maschinentisch, der ein zu bearbeitendes Werkstück auf seiner oberen Oberfläche 37" festhält. Zu diesem Zweck sind T-förmige Befestigungsnuten 40 vorgesehen. Die Y-Statorelemente sind auf der dritten Oberfläche 10'' des zweiten Teiles 10 als ein Körper angeordnet, der elektromagne-

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tisch mit den Y-Gleitstückzähnen 41 entsprechend leistungsverstärkten Steuerimpulsen aus einer Steuerschaltung GC zusammenwirkt, wobei die Steuerimpulse über eine Leitung 34 zugeführt werden. In diesem Fall wirkt die vierte Oberfläche 37' cLes dritten Teiles 37 als eine Skala, die aus Y-Gleitstückzähnen 41 zusammengesetzt ist j wie in Fig. 3 gezeigt. Elektromagnetische Erregerteile, d.h. Erregerspulen sind in dem Y-Stator 39ν ^auf der dritten Oberfläche 10^ll enthalten. Die,Y-Statorelemente sind in der in Fig. 5,gezeigten Weise angeordnet; Fig.. 5 stellt eine vergrösserte Draufsicht, teilweise weggeschnitten, auf die obere Oberfläche des zweiten Teiles 10 dar. ,

Die Y-Gleitstückzahne 41 in Fig. 3 sind in der gleichen Weise angeordnet wie die X-Statorζahne 16; die Y-GIeitstückzahne 41 sind mit vorbestimmter konstanter Teilung in der zweiten Richtung längs der Y-Achse angeordnet, und jeder der Y-Gleitstückzähne 41 erstreckt sic'h in der ersten Richtung längs der X-Achse, In Fig. 5 sind fünf Paare von Y-Statorelementen SYA, SYB, SYG,. SYD und SYE vorhanden, von denen jedes Y-Staborζahne 42 und Errügerspulen 51 besitzt.Wie aus Fig. 5 ersichtlich, isb auch jedes Y-Statorelement in bezug auf das benachbarte Element in der zweiten Richtung längs der Y-Achse um 1/i? P tatsächlich versetzt, so wie es vorher unter bezug auf Fig. 1D erwähnt. ■ wurde. Wenn 1eistungsverstärkte Steuerimpulse ,von der Steuerschaltung. CC an die Erregerspulen gelangen, dann bewegt sich das dritte 'x'eil 37 in der zweiten Richtung längs der Y-Achse in kleinen Schritten in bezug auf den Y-Stabor 39 j d.h. auf

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das zweite Teil 10. Das der Bewegung . zugrunde liegende Prinzip ist dasselbe wie vorher unter bezug auf die Fig. 1A und 1C beschrieben. Mittels der Steuerimpulse von der Steuerschaltung GC kann das dritte Teil 37 in Fig. 3 daher in bezug auf das zweite Teil 10 in der zweiten Richtung längs der Y-Achse zu jeder gewünschten Stellung bewegt werden. Beim Betrieb ist das dritte Teil 37 auf eine Bewegung nur in der zweiten Richtung längs der Y-Achse in b.ezug auf das zweite Teil 10 mittels einer Führungsstange 43 beschränkt, die in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Konstruktion der ersten Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung wird unter bezug auf Fig. 6 noch besser verständlich. Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 in Fig. 3 durch das dritte Teil 37 ₅ das zweite Teil 10 und das erste Teil .31 hindurch. In Fig. 6 bewegt sich das zweite Teil 10 oberhalb des ersten Teiles 31 senkrecht zur Zeichenebene in der X-Richtung; das dritte Teil 37 bewegt sich oberhalb des zweiten Teiles 10 in bezug auf dieses in der Y-Richtung. Folglich bewegt sich das zu bearbeitende Werkstück, das auf die obere Oberfläche 37'* äes dritten Teiles gesetzt ist, in Dezug auf das erste Teil 3'I auf einer horizontalen Ebene in der eraten (X) Richtung, der zweiten (Y) Richtung oder in Richtungen, die zwischen der ersten und der zweiten Richtung liegen. Das Werkstück kann weich und erschütterungsfrei in kleinen genauen Schritten zu jeglicher Stellung auf der horizontalen Ebene bewegt werden.

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Aus der obigen Beschreibung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist erkennbar, dass die erste Oberfläche 3I' nur die X-Statorzähne 16 und die mit ihr zusammenwirkende zweite Oberfläche 10' nur die X-Gleitstückzähne 12 und weder Y-Statorzähne noch Y-Gleitstückzähne enthalten. Aus diesem Grund wird der Wirkungsgrad der Umwandlung·einer elektrischen Eingangsenergie in den Transport des zweiten Teiles 10 zusammen mit dem dritten Teil 37 in der ersten Richtung gegenüber den bekannten Lösungen vergrössert. Darüberhinaus enthält die dritte Oberfläche 10'' nur die Y-Statorzähne 42 und die mit ihr zusammenwirkende vierte Oberfläche 37 ' nur die Y-Gle'itstückz ahne 41; weder die dritte noch die vierte Oberfläche enthalten X-Statorzähne oder X-Gleitstückzähneο Deshalb wird der Wirkungsgrad für die , Umwandlung einer elektrischen Eingangsenergie in den Transport des dritten Teiles 37 in bezug auf das zweite Teil 10 verglichen mit bekannten Lösungen vergrössert« Die oben erwähnte Vergrösserung des Wirkungsgrades bzw_e der Effektivität wird aus den Pig. 1OA bis 1OG deutliche Pig= 1OA ist eine perspektivische Ansicht einer typischen zweiachsigen magnetischen Positionierungseinrichtung, wie sie für den Antrieb eines Kartenzeichners oder anderer Einrichtungen verwendet wirdo In Pig. 10A-schwebt ein zweites Teil 110, das dem zweiten Teil 10 entspricht, auf Luft, die durch eine Leitung Pp herausgeblasen wird,^ auf einem ersten Teil 131, das. dem ersten. Teil 31 entspricht; das zweite Teil kann sich in ,jeder Richtung bewegen* In Pig. 1OA ist kein drittes Teil entsprechend dem dritten Teil 37 der ersten erfindungsge-

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massen Ausführungsform vorhanden, da das zweite Teil 110 sowohl X-Gleitstückzähne 112 (entsprechend den X-Gleitstückzähneη 12) und Y-Gleitstückzähne 142 (entsprechend den I-Statorzähnen 42) an seinem Boden aufweist. Pig. 1OB ist eine Draufsicht auf den Boden des zweiten Teiles 110. Das erste Teil 131 hat sowohl X-Statorzähne als auch Y-*Statorzähne auf seiner oberen Oberfläche, wie sie in Fig. 100 gezeigt sind. Fig. 1OC ist eine vergrösserte Draufsicht auf einen Teil der oberen Oberfläche G des ersten Teiles 131 in Fig. 1OA. Wie aus Fig. 10C ersichtlich, ist die gesamte schraffierte Fläche, die aus magnetischem Material besteht und als X-ßtatorzähne und ebenso als Y-Statorzähne dient, viel kleiner als jene der vorliegenden Erfindung.

Bei der ersten.Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl erster Zähne aus magnetischem Material, die in Figo 6 mit 16 bezeichnet sind, auf der ersten Oberfläche 31' des ersten Teiles 31 angeordnet. Eine Vielzahl erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen, die in Fig. 6 mit SXA bis SXE bezeichnet sind, ist auf der zweiten Oberfläche 10' des zweiten Teiles 10 angeordnet; eine Vielzahl zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen, die in Fig. 5 mit SYA bis SYE bezeichnet sind, ist auf der dritten Oberfläche 10'' angeordnet und eine Vielzahl zweiter Zähne, die in Fig. 6 mit 41 bezeichnet sind und aus magnetischem Material bestehen, ist auf der vierten Oberfläche 37' des dritten Teiles 37 angeordnet,

Fig» 7 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform

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vorliegenden Erfindung. In Fig. 7 ist eine Vielzahl erster Zähne 16' aus magnetischem Material auf der zweiten. Oberfläche 10' des zweiten Teiles 10 angeordnet; eine Vielzahl erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen,- die mit SXA.' bis SXE' bezeichnet sind, ist auf der ersten Oberfläche 31' des ersten Teiles 31 angeordnet; eine Vielzahl zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen, von denen eine in Fig. 6 mit SXC bezeichnet ist, ist auf der dritten Oberfläche 10 *' des zweiten Teiles 10 angeordnet, und eine Vielzahl zweiter Zähne (41 in Fig. 7) aus magnetischem Material ist auf der vierten Oberfläche 37' des dritten Teiles 37 angeordnet.

Fig. 8 ist ein Querschnitt einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig» 8 ist eine Vielzahl erster Zähne 16 aus magnetischem Material auf der ersten Oberfläche 31 ' cles ersten Teiles 31 angeordnet; eine Vielzahl .erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen SXA bis SXE ist auf der zweiten Oberfläche 10' des zweiten. Teiles 10 angeordnet; eine Vielzahl zweiter Erregereinrichtungen, von denen eine in Fig. 8 mit SYC bezeichnet ist, ist auf der vierten Oberfläche 37' des dritten Teiles 37 angeordnet und eine Vielzahl zweiter Zähne aus magnetischem Material, die in Fig. 8 mit 41 ' bezeichnet sind, ist auf der dritten Oberfläche Ί0'' des zweiten Teiles 10 angeordnet. ·

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführuhgsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 ist eine Vielzahl erster Zähne 16' aus magnetischem Material auf der zweiten Ober-

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fläche 10' des zweiten Teiles 10 angeordnet; eine Vielzahl erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen, von denen eine in Fig. 9 mit SXC bezeichnet ist, ist auf der ersten Oberfläche 31' des.ersten Teiles 31 angeordnet; eine Vielzahl zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen SXA' bis SIE¹ ist auf der vierten Oberfläche 37' des dritten Teiles 37 angeordnet, und eine Vielzahl zweiter Zähne 41 aus magnetischem Material ist auf der dritten Oberfläche 10'' des zweiten Teiles 10 angeordnet.

Die oben angegebene zweite, dritte und vierte Ausführungsform besitzt denselben Vorteil des vergrösserten Wirkungsgrades wie die erste Ausführungsform. Das liegt daran, dass eine Vielzahl erster Zähne und eine Vielzahl mit diesen zusammenwirkender erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen auf einer horizontalen Ebene angeordnet sind, wodurch ein auf das dritte Teil gesetztes Objekt in der ersten Richtung angetrieben wird. Eine Vielzahl zweiter Zähne und eine Vielzahl mit diesen zusammenwirkender zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen sind auf einer anderen horizontalen Ebene angeordnet, um das Objekt in der zweiten Richtung anzutreiben. Die erste Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, dass die Anordnung einfach und leicht herstellbar ist. Dies liegt daran, dass die mechanischen Antriebseinheiten, die beispielsweise die Rollen 32 und 38 verwenden, und die elektromagnetischen Erregereinrichtungen, die beispielsweise die Erregerspulen 13 und 51 > sowie Antriebselemente SXA bis SXE und SYA bis SIE verwenden,

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•welche in der Bearbeitung eine grosse Erfahrung und eine genaue Herstellung erfordern, allein auf dem zweiten Teil 10 konzentriert sind. Auf der anderen Seite sind die anderen Teile, doll, das erste Teil 31 und das dritte Teil 37 leicht herstellbar, da diese Teile nur mit einfachen ersten Zähnen 16 und einfachen zweiten Zähnen 41 versehen sind.

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Claims

74/8726 Patentansprüche

1.· Zweiachsige magnetische Positionierungseinrichtung mit einem impulsgesteuerten Linearmotor, der ein erstes Teil mit einer ersten Oberfläche, ein zweites Teil mit einer zweiten Oberfläche an dessen Boden und einer dritten Oberfläche an dessen Oberseite sowie ein drittes Teil mit einer vierten Oberfläche aufweist, wobei das zweite Teil in bezug auf das erste Teil unter Aufrechterhaltung eines kleinen Luftspalts zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche beweglich ist und das dritte Teil in bezug auf das zweite Teil unter Aufrecht erhaltung eines kleinen Luftspaltes zwischen der dritten Oberfläche und der vierten Oberfläche in einer zweiten Richtung beweglich ist, welche die erste Richtung kreuzt, dadurch gekennzeichnet , dass entweder die erste Oberfläche (31¹) oder die zweite Oberfläche (10') eine Vielzahl erster Zähne (16) aus magnetischem Material aufweist, die mit konstanter Teilung P in der ersten Richtung (X) angeordnet sind, wobei sich jeder einzelne erste Zahn in einer Richtung (Y) erstreckt, die nicht parallel zur ersten Richtung liegt; dass die jeweils andere Oberfläche, d.h. die zweite Oberfläche (10') oder die erste Oberfläche (31') eine Anzahl N erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SXA, SXB, SXC, SXD,SXE) aufweist, welche das zweite Teil (10) in bezug auf das erste Teil (31) durch

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eine elektromagnetische Zusammenwirkung mit den ersten Zähnen in der ersten Richtung (X) antreiben, wpbei jede einzelne erste elektromagnetische Erregereinrichtung eine Vielzahl von Paaren erster Antriebszähne-(12) besitzt, welche von Erregerspulen (13) umgeben und mit konstanter Teilung P in der ersten Richtung angeordnet sind, wobei sich ferner jeder der ersten Antriebszähne (12) in der Richtung erstreckt, in der jeder erste Zahn (16) angeordnet ist, und jeder der ersten Antriebszähne (12) einer der ersten elektromagnetischen Erregereinrichtung (SXA bis SXE) um (1/N).P in bezug auf jeden der ersten Antriebszähne benachbarter erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen verschoben ist; dass entweder die dritte Oberfläche (10*') oder die vierte Oberfläche (37') aus einer Vielzahl zweiter Zähne (41) aus magnetischem Material zusammengesetzt ist, welche mit konstanter Teilung P' in der zweiten Richtung (I) angeordnet sind und sich in einer Richtung erstrecken, die zur zweiten Richtung nicht parallel liegt; dass die jeweilige andere Oberfläche, d.h. die vierte Oberfläche (37') oder die dritte Oberfläche (10'') eine Anzahl N' zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SYA bis SYE) aufweist, welche das dritte Teil (37) infolge elektromagnetischen Zusammenwirkens mit den zweiten Zähnen (41) in bezug auf das zweite Teil (10) in der zweiten Richtung (Y) antreiben, wobei jede zweite elektromagnetische Erregereinrichtung eine Vielzahl von Paaren zweiter Antriebszähne (42) besitzt, welche von (5'0 umgeben und mit konstanter Teilung £' in

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der zweiten Richtung angeordnet sind, und wobei sich ferner jeder der zweiten Antriebszähne (42) in der Richtung erstreckt, in welcher jeder zweite Zahn (41) angeordnet ist und jeder zweite Antriebszahn einer der zweiten elektromagnetischen Erregereinrichtungen in bezug auf jeden der zweiten Antriebszähne der benachbarten zweiten elektromagnetischen Erregereinrichtungen um (1/N').P' verschoben ist.

2. Zweiachsige magnetische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche (31') aus einer Vielzahl der ersten Zähne (16) aus magnetischem Material besteht, dass die zweite Ober-' fläche (10') eine Anzahl N erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SXA bis SXE) aufweist, dass die dritte Oberfläche (10*') eine Anzahl N' zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SYA bis SXE) aufweist und dass die vierte Oberfläche (37') eine Vielzahl zweiter Zähne (4-1) aus magnetischem Material aufweist (Fig. 6).

3. Zweiachsige magnetische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche (31') eine Anzahl N erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SXA¹ bis SXE¹) aufweist, dass die zweite Oberfläche (10') eine Vielzahl erster Zähne (16') aus magnetischem Material aufweist, dass die dritte Oberfläche (1O^I!) eine Anzahl N' zweiter elektromagnetischer Erregerein-

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richtungen (SYA bis SYE) aufweist und dass die vierte Oberfläche (57') eine Vielzahl zweiter Zähne (41) aus magnetischem Material aufweist (Fig. 7)·

4. Zweiachsige magnetische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeichnet , dass die erste Oberfläche (31') eine Vielzahl erster Zähne (16) aus magnetischem Material aufweist, dass die zweite Oberfläche (10') eine Anzahl H erster elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SXA bis SXE ) aufweist, dass die-dritte Oberfläche (1O¹') eine Vielzahl zweiter Zähne (41') aus magnetischem Material aufweist und dass die vierte Oberfläche (37') eine Anzahl N¹ zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SYA¹ bis'SYE¹) aufweist (Fig. 8). · '. .

5. Zweiachsige magnetische Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche (31') eine Anzahl N e'rster elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SXlA¹ bis SXE¹) aufweist, dass die zweite Oberfläche (10¹) eine Vielzahl erster Zähne (16¹) aus magnetischem Material aufweist, dass die dritte Oberfläche (1O¹¹) eine Vielzahl zweiter Zähne (41') aus magnetischem Material aufweist und dass die vierte Oberfläche (37') eine Anzahl I\T' zweiter elektromagnetischer Erregereinrichtungen (SYA' bis SYE') aufweist (Fig. 9). ·

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