DE3037648C2 - - Google Patents
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- DE3037648C2 DE3037648C2 DE19803037648 DE3037648A DE3037648C2 DE 3037648 C2 DE3037648 C2 DE 3037648C2 DE 19803037648 DE19803037648 DE 19803037648 DE 3037648 A DE3037648 A DE 3037648A DE 3037648 C2 DE3037648 C2 DE 3037648C2
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- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
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Description
Die Erfindung betrifft einen Zweikoordinatenmotor, insbesondere
für die schnelle und genaue Positionierung
räumlicher und flächenhafter Objekte in der Gerätetechnik
für die Ortsstrukturerkennung bzw. -veränderung, mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1, 5 oder 9.
Derartige Antriebe sind besonders für den Anschluß an digitale
Signale erzeugende elektronische Systeme geeignet.
Es ist bekannt, daß Zweikoordinatenbewegungseinrichtungen
existieren, bei denen Kreuzstiche durch rotatorisch arbeitende
Schrittmotore über eine Mutter-Spindel-Paarung mittels
längsbeweglicher Kardanwellen, über Seilzüge speziell in xy-
Schreibern oder direkt über eine federgekoppelte spielfreie
und querverschiebbare Anlenkung angetrieben werden. Als
Antrieb werden auch kontinuierlich arbeitende Rotationsmotore
mit Kupplungen und Bremseinrichtungen in Verbindung
mit inkrementellen Gebern und Regeleinrichtungen verwendet.
Auch Linearmotore werden für den Antrieb von Kreuzstichen
verwendet.
Kreuztische besitzen jedoch eine große Masse für die
Bewegungseinrichtung in der zweiten Koordinate, wenn
eine hohe Positioniergenauigkeit notwendig ist, und
sie haben deshalb ein ungünstiges dynamisches Verhalten.
In der DD-PS 1 29 948 ist eine Anordnung beschrieben, bei der
sich zwischen einem ersten und einem zweiten Teil, zwischen
denen sich ein magnetischer Fluß schließt, ein drittes Teil
befindet, daß so angeordnet ist, daß zwischen ihm und
mindestens einem der ersten beiden Teile eine Relativbewegung
möglich ist. Für eine Schrittbewegung in mehreren
Koordinatenrichtungen sind Leiterbahnen und Zähne für
die Bewegung entlang der einzelnen Koordinaten so angeordnet,
daß sich immer eine ausreichende Leiterlänge
jeder ineinander kreuzungsfrei verschachtelten Leiterbahnen
im zugehörigen Magnetfeld befindet.
Die in den Fig. 3a bis 3d der DD-PS 1 29 948 dargestellten
Prinzipien zeigen die Anordnung von Zähnen und
Leitern zueinander und machen drei wesentliche Nachteile
deutlich, die in einer sehr geringen erzeugten Kraft
bei kleinen Schrittgrößen infolge der geringen zulässigen
Strombelastung dünner Leiterzüge, der nur möglichen relativ
großen Schrittweite infolge der technologisch begrenzten
Herstellbarkeit kleinster Zahnbreiten und der
bei feinen Zahnteilungen und Leiterbahnen infolge
geringer Intensitätsunterschiede bedingten geringen
Schrittgenauigkeit, insbesondere bei wirkenden Gegenkräften.
Ein Zweikoordinatenmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs
der Ansprüche 1, 5 und 9 ist aus der US-PS 34 49 754
bekannt. Dort sind bei einen Graphik-Plotter für die Feinpositionierung
Gleichstromlinearmotorelemente in Verbindung
mit Membranfederführungen, einem Signalgeber für das Ist-
Signal und ein daran angeschlossener Lageregler vorgesehen,
wobei die beiden einzelnen Koordinatenbewegungen über
ein Kreuzschubgleitstein konventionell verbunden sind.
Der Zweck der Feinpositionierung zeigt bereits den eingeschränkten
Bewegungsweg, was durch die Verwendung von Membranfederführungen
unterstrichen wird. Außerdem sind Signalgeber
für reine Linearbewegungen und nicht solche für
Zweikoordinatenbewegungen vorgeschlagen.
Ein weiterer Nachteil ist, daß während der Grobpositionierung
die gesamte Masse der Feinpositioniereinrichtung mit
Spulen und Dauermagnetkreisen sowie Führungselementen mitbewegt
werden muß. Der Grobantrieb erfolgt konventionell
mit Servomotor über Zahnstange und Ritzel im Grundaufbau
eines Kreuztisches.
Bekannt sind weiterhin Linearmotorelemente mit alternierenden
magnetischen Polen nach US-PS 35 99 020, deren
Struktur mittels eines röhrenartigen Aufbaus im Sinne
einer Tauchspule realisiert wird.
Weiterhin sind gedruckte Faltspulen für den Aufbau von
elektrischen Linearmaschinen aus der DE-OS 20 50 861
bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweikoordinatenmotor
zu schaffen, der ein günstiges dynamisches
Verhalten besitzt und auch kleinste Schrittweiten
bis unter 1 µm ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1, 5 oder 9 gelöst.
In zwei Ecken der kreuzförmigen Tischplatte sind
Liniengitter tragende Rasterplatten in einer Ebene
senkrecht zueinander befestigt. Diese Rasterplatten
werden durch Lichtquellen beleuchtet, mit optoelektronischen
Empfängern abgetastet und liefern
inkrementale Ortssignale für einen angeschlossenen
Lageregler, der die Ortssignale mit den zugeführten
Steuersignalen vergleicht und entsprechend den notwendigen
Bewegungen zur Erreichung der Sollposition die entsprechenden
Spulen an vorhandene Gleichspannungsquellen entsprechender
Polarität äquivalent der auftretenden Regelabweichung
mit verschieden langer Impulszeit anschließt.
Die Lageinformation kann aber auch über ein an sich bekanntes
Laserwegmeßsystem oder andere inkrementelle Geber
gewonnen werden, wobei dann auf der Tischplatte nur die
Laserinterferometerspiegel oder andere inkrementelle Geberplatten
angeordnet werden und die Meßwertverarbeitung außerhalb
des Tisches erfolgt und keine Massebelastung ergibt.
Zum Erreichen einer großen Feinfühligkeit der Drehmomentenkompensation
oder zur Erzeugung großer Drehmomente mit
kleinen Kräften bei geringer Spulenzahl werden jeweils zwei
Spulen und die entsprechenden Dauermagnete in zwei
parallelen Kraftwirkungslinien mit den nichtkrafwirksamen
Spulenköpfen zur Tischmitte für jede Koordinate x,y benutzt.
Die Stromstärke wird auch in den Spulen entsprechend der vorhandenen
Bewegungsaufgabe geregelt. Die ferromagnetische
Grundplatte und die Tischplatte ist vorzugsweise kreuzförmig
ausgebildet und die Rasterplatten sind in der Nähe der
Tischmitte angeordnet.
Zur Vergrößerung der erzeugten Kraft, zur Kompensation bzw.
zur Erzeugung von Drehmomenten zur Verhinderung bzw. Erzeugung
von Drehbewegungen geringer Größe werden mindestens
vier Spulen mit den kraftwirksamen Spulensträngen zur
Tischmitte in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede
Koordinate x, y in der Tischplatte und die entsprechenden
Dauermagnetpaare auf einer ferromagnetischen Grundplatte
oder entsprechenden ferromagnetischen Teilstücken der
Grundplatte angeordnet.
Die Stromstärke in den Spulen wird dann durch den Lageregler
so eingestellt, daß je nach der vorhandenen Bewegungsaufgabe
eine zentrisch wirkende Summenkraft oder ein Drehmoment
auf die Tischplatte ausgeübt wird.
Zur besseren Ausnutzung der Spulen zur Krafterzeugung
durch Wegfall der Spulenkopfbreiten und der Hälfte der
Spulenkopfanzahl wird die Kraftwirkung an der Tischplatte
durch nur eine rechteckige Spule in Verbindung mit jeweils
zwei in einer Kraftwirkungslinie befindlichen Gleichstrommagneten
auf einer nichtferromagnetischen Grundplatte erzeugt.
Durch entsprechend der notwendigen Bewegungsrichtung geartete
Umschaltung der Stromrichtung sowohl in der Spule
als auch in den Gleichstrommagneten wird jede Koordinate
innerhalb des Bewegungsbereiches erreicht. Die Drehmomentkompensation
erfolgt durch Zuschaltung eines oder
zweier zur ersten Kraftwirkungseinrichtung senkrecht angeordneter
Gleichstrommagnete. Tischplatte und nichtferromagnetische
Grundplatte sind rechteckig und die
Rasterplatten sind an zwei Ecken des Tisches gegenüber befestigt.
Zur weiteren Vergrößerung der erzeugten Kraft und zur
Drehmomentenkompensation oder Drehmomentenerzeugung
mit nur einer rechteckigen Spule werden mindestens vier
Elektromagneten in zwei parallelen Kraftwirkungslinien
für jede Koordinate x, y auf einer nichtmagnetisierbaren
rechteckigen Grundplatte angeordnet.
Die Tischplatte ist rechteckig mit an den Ecken vorhandenen
Verstärkungen für die Aufnahme der Gleitfüße
und die Rasterplatten sind in der Nähe der strahlungsdurchlässigen
Objektträgerplatte angeordnet.
Völlig drehmomentenfreie Zweikoordinatenmotore werden durch
Verwendung gekrümmter oder als Polygonzug ausgebildeter
Spulen realisiert. Der Krümmungsradius aller kraftwirksamen
Spulenteile entspricht immer dem jeweiligen Abstand der
einzelnen Lage der Spule vom Zentrum der Tischplatte oder
der Polygonzug ist diesem Radius beliebig fein angespaßt.
Mit diesen gekrümmten oder als Polygonzug ausgebildeten
Spulen werden für jede Koordinate x, y nur eine Spule
und ein entgegengesetzt polarisiertes Dauermagnetpaar
benötigt, die senkrecht zueinander auf einer angepaßt geformten,
ferromagnetischen Grundplatte angeordnet sind.
Die Magnetpollänge l MPR muß um die Höhe des kraftwirksamen
Spulenkreisabschnittes verlängert werden. Die Tischplatte,
die die beiden Spulen trägt, benötigt nur drei Gleitfüße
und die Rasterplatten sind in der Nähe der Tischmitte angeordnet,
wo sich die Objektträgerplatte befindet. Die
Aussparungen für die Tischplattenbewegung besitzen die
Größe und Lage wie bei ungekrümmten Spulen.
Zur Vergrößerung der zentrischen Kräfte am Tisch werden
mindestens zwei Paare von gekrümmten oder Polygonzugspulen
und entgegengesetzt polarisierte Dauermagnetpaare
in einer Kraftwirkungslinie für jede Koordinate x,y in der
Tischplatte bzw. auf der ferromagnetischen Grundplatte
bzw. den ferromagnetischen Teilstücken der Grundplatte angeordnet.
Die Tischplatte ist dann kreuzförmig ausgebildet,
besitzt vier Gleitfüße, in zwei gegenüberliegenden Ecken
sind die Rasterplatten angeordnet und die Aussparungen haben
Lage und Größe wie bei Verwendung ungekrümmter Spulen.
Zur Verringerung des Spulenaufwandes und der Masse des
Tisches bei drehmomentenfreien Zweikoordinatenmotoren
wird nur eine kreisförmige Spule oder Teile davon in
einer kreisförmigen oder kreisabschnittförmigen Tischplatte
in Verbindung mit nur jeweils einem Gleichstrommagnet in
jeder Koordinate x,y auf einer nichtferromagnetischen
Grundplatte genutzt. Die Form der Grundplatte ist der Lage
der Gleichstrommagnete und der Gleitlagerung der Tischplatte
angepaßt. Die Tischplatte trägt innerhalb der Spule an Verstärkungen
drei Gleitfüße und Objektträger- und Rasterplatten
an speichenartigen Verstrebungen.
Für eine Erhöhung der erzeugten drehmomentenfreien Kraft
werden zwei Gleichstrommagneten in einer Kraftwirkungslinie
für jede Koordinate x, y auf einer rechteckigen nichtmagnetisierbaren
Grundplatte befestigt und in deren Luftspalten
eine kreisförmige Spule, die in einer kreisförmigen
Tischplatte befestigt ist, angeordnet. Die Tischplatte ist
auf vier Gleitfüßen gelagert und die Rasterplatten sind
außerhalb der Spule an der Tischplatte befestigt.
Zur Vermeidung der Nachführung von Schleppkabeln und nichtzentrisch
am Tisch wirkenden Kräfte wird eine Spulenanordnung
von mindestens einer rechteckigen Spule für je eine
Koordinate x, y auf einer ferromagnetischen Grundplatte
angepaßter Form befestigt. Mit der Grundplatte ist ein
Rückschlußdeckel so verbunden, daß über den Spulen ein
Luftspalt bleibt. In diesem Luftspalt ist eine nichtmagnetische
bewegliche Tischplatte angeordnet, in der mindestens
ein, vorzugsweise mehrere Dauermagnetpaare mit Magneten
entgegengesetzter Polarität über den festen Spulen
für jede Koordinatenrichtung x, y angeordnet sind. Die
Rückschlußplatte hat über der Tischplatte Druckluftzuführungen
für eine fluide Lagerung der Tischplatte. Bei
vorzugsweise kreuzförmiger Tischplattenform ist die minimale
Breite b ST Min der Kreuzstege des Tisches durch die
Druckluftzuführungsflächenbreite b DF bestimmt nach der
Beziehung b ST Min 2 b DF, damit der Tisch nicht aus dem
Wirkungsbereich des Luftpolsters der fluiden Lagerung
kommt.
Die den Magneten zugewandte Seite des Rückschlußdeckels
besitzt eine Kunststoffbeschichtung, vorzugsweise PTFE,
zur Verringerung der Anziehungskräfte und des Verschleißes
bei Abschaltung der Druckluft. Die Abschaltung der
Druckluft ermöglicht gleichzeitig die magnetische
Klemmung der Tischplatte als Arretierung gegen von außen
auf die Tischplatte wirkende Kräfte während der Stillstandsphasen.
Der Rückschlußdeckel besitzt außer seinen
vier Befestigungsstegen an den Seiten noch zwei
Flußführungsstrecken für die nahe der Mitte des Tisches
liegenden Magnete, damit durch die entgegengesetzte Polung
der Magnete in gleichen Flußpfaden keine entgegengesetzt
gerichtete magnetische Flüsse auftreten. Die
Rasterplatten für die optoelektronische Signalgewinnung
sind symmetrisch zu diesen zusätzlichen Flußführungsstrecken
angeordnet. In der Mitte des Rückschlußdeckels,
des Tisches und der Grundplatte befinden sich strahlungsdurchlässige
Öffnungen, wobei in der Tischmitte die Objektträgerplatte,
z. B. aus Glas angeordnet ist.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläuert. In den beiliegenden Zeichnungen
wird gezeigt
Fig. 1 Prinziplösung eines Zweikoordinatenmotors,
im Schnitt AA mit zwei in einer beweglichen Tischplatte
befestigten Spulen in einer Kraftwirkungslinie
für jede Koordinate x, y und festen Permanentmagneten
Fig. 2 Schnitt BB zu Fig. 1
Fig. 3 Zweikoordinatenmotor im Schnitt AA mit vier
in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen
in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede
Koordinate x, y und festen Permanentmagneten
Fig. 4 Schnitt BB zu Fig. 3
Fig. 5 Zweikoordinatenmotor im Schnitt AA mit zwei in
einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen in
zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede
Koordinate x, y und festen Permanentmagneten
Fig. 6 Teilansicht C zu Fig. 5
Fig. 7 Schnitt BB zu Fig. 5
Fig. 8 Zweikoordinatenmotor im Schnitt AA mit einer
in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spule
und zwei Gleichstrommagneten in einer Kraftwirkungsrichtung
für jede Koordinate x, y
Fig. 9 Schnitt BB zu Fig. 10
Fig. 10 Zweikoordinatenmotor im Schnitt AA mit einer
in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spule und
vier Gleichstrommagneten in zwei parallelen Kraftwirkungslinien
in jeder Koordinate x, y
Fig. 11 Schnitt BB zu Fig. 12
Fig. 12 Zweikoordinatenmotor im Schnitt AA mit je einer
in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spule
mit gekrümmten Spulensträngen für jede Koordinatenrichtung
x, y und festen Permanentmagneten
Fig. 13 Schnitt BB zu Fig. 15
Fig. 14 Zweikoordinatenmotor mit teilweise abgeschnittenen
Rückschlußstücken und zwei in einer beweglichen
Tischplatte befestigten Spulen mit gekrümmten Spulensträngen
in jeder Koordinatenrichtung x, y und festen
Permanentmagneten
Fig. 15 Zweikoordinatenmotor mit je einem teilweise abgeschnittenem
Gleichstrommagneten für jede Koordinate
x, y und einer in einer beweglichen Tischplatte
befestigten kreisförmigen Spule
Fig. 16 Zweikoordinatenmotor mit je zwei teilweise abgeschnittenen
Gleichstrommagneten für jede Koordinate
x, y und einer in einer beweglichen Tischplatte
befestigten kreisförmigen Spule
Fig. 17 Zweikoordinatenmotor im Schnitt AA mit vier
Permanentmagneten in jeder Koordinatenrichtung x, y
in einer fluid gelagerten Tischplatte über festen
Spulen
Fig. 18 Schnitt BB zu Fig. 17
Nach Fig. 1 und Fig. 2 ist ein Zweikoordinatenmotor
dargestellt. Auf einer ferromagnetischen Grundplatte 1 sind
jeweils zwei Paare von entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten
2 in jeder Koordinate x, y und deren ferromagnetische
Rückschlußteile 3 angeordnet. In den Luftspalten zwischen
Dauermagneten 2 und Rückschlußteilen 3 ist ein mit Gleitfüßen
5 auf einer Gleitfläche 8 gelagerte Tischplatte 6 angeordnet,
in der zwei rechteckige Spulen 4 für jede Koordinatenrichtung
x, y so befestigt sind, daß bei Stromfluß
in diesen Spulen 4 eine Kraft auf die Tischplatte 6 ausgeübt
wird. Die Länge der Spulenköpfe ist so zu bemessen, daß
die kraftwirksamen Spulenstränge während der Bewegung nie
aus dem Bereich der magnetischen Induktion der Dauermagnete 2
gelangen können. Neben den der Tischmitte zugewandten
Spulensträngen sind in der Tischplatte 6 Aussparungen von
mindestens der Größe des Querschnittes der Spulenrückflußstücke,
vergrößert um den vorgesehenen Verfahrweg in der
entsprechenden Koordinate. In der Mitte der Tischplatte 6
ist eine Objektträgerplatte 7 aus strahlungsdurchlässigem
Werkstoff, z. B. Glas, vorhanden und in zwei gegenüberliegenden
Ecken der kreuzförmigen Tischplatte 6 sind Rasterplatten
9, 10 senkrecht zueinander in einer Ebene angeordnet,
die mit einer Lichtquelle 11 beleuchtet und mit Fotoempfängern
12 abgetastet werden. Die dabei gewonnene
inkrementale Lageinformation wird einem Lageregler zum Vergleich
mit zugeführten Steuersignalen zugeführt und dann
entsprechend der gegebenen Bewegungsaufgabe die einzelnen
Spulen 4 an Spannungsquellen entsprechender Polarität
mit der notwendigen Impulsdauer angeschlossen.
Nach Fig. 3 und Fig. 4 ist ein Zweikoordinatenmotor
in veränderter Ausführung von Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt.
Zur Vergrößerung der erzeugten Kraft, zur Kompensation
oder zur Erzeugung von Drehmomenten werden vier
Spulen 4 in zwei parallelen Kraftwirkungslinien für jede
Koordinate x, y mit den kraftwirksamen Spulensträngen der
Tischplattenmitte zugewandt, in der Tischplatte 13 befestigt
und diese in den Luftspalten zwischen Dauermagneten
2 und Rückschlußteil 3 zur Wirkung gebracht. Die Dauermagnete
2 sind auf einer rechteckigen ferromagnetischen
Grundplatte befestigt. Die Tischplatte 13 trägt in der Mitte
die Objektträgerplatte 7, außen zwischen den nebeneinanderliegenden
Spulen die Gleitfüße 5 und entsprechend geformte
Aussparungen für die Tischbewegung. Die Gleitfüße laufen
auf Gleitflächen 8. Mit den durch Lichtquellen 11 und
Fotoempfänger 12 von den Rasterplatten 9, 10 gewonnenen
Lageinformationen wird die Regelung der Stromimpulse in
den einzelnen Spulen 4 so vorgenommen, daß entweder entstehende
Drehmomente kompensiert oder, wenn gewünscht, verstärkt
werden,
Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen einen Zweikoordinatenmotor,
bei dem zur Erhöhung der Feinfühligkeit der Drehmomentenkompensation
bzw. zur Erzeugung großer Drehmomente
mit kleinen Kräften bei minimalen Spulenaufwand jeweils
zwei Spulen 4 in zwei parallelen Kraftwirkungslinien
mit den nichtkraftwirksamen Spulenköpfen der Tischmitte zugewandt
in der beweglichen Tischplatte 21 für jede Koordinate
x, y angeordnet sind. Die Tischplatte 21 und die ferromagnetische
Grundplatte 20 sind kreuzförmig ausgebildet.
Die Dauermagneten 2 und die Rückschlußteile 3 sind an den
Enden der kreuzförmigen Grundplatte 20 befestigt. In den
Ecken der Tischplatte 21 sind die Gleitfüße 5 angeordnet,
die auf den Gleitflächen 8 laufen. Die Tischplatte 21 trägt
in der Mitte die Objektträgerplatte 7 und daneben die
Rasterplatten 9, 10, die wieder mit den Lichtquellen 11
und den Fotoempfängern 12 die Lageinformation für den Regelkreis
liefern.
Fig. 8 und Fig. 9 zeigen einen Zweikoordinatenmotor, bei dem
zu besseren Ausnutzung des Spulenkupfers zur Krafterzeugung
nur eine rechteckige Spule 28 in Verbindung mit jeweils
zwei Gleichstrommagneten, bestehend aus Spule 26 und
Kern 25, für jede Koordinatenrichtung x, y auf einer nichtmagnetisierbaren
Grundplatte 24 benutzt wird. Die Tischplatte
27 besitzt rechteckige Grundform und hat an den Ecken Verstärkungen
bzw. Erweiterungen für die Befestigung der Gleitfüße
5, die auf den Gleitflächen 8 laufen, und die Anordnung
der Rasterplatten, 9, 10, die durch die Lichtquellen 11
beleuchtet und die Fotoempfänger 12 zur inkrementalen
Lagesignalgewinnung abgetastet werden. In der Tischmitte ist
die Objektträgerplatte 7 angeordnet. Bei nichtzentrisch
am Tisch entstehenden Kräften werden jeweils zur ersten Bewegungsrichtung
senkrechte Kraftwirkungen in der Spule auslösende
Gleichstrommagnete 25, 26 entsprechender Polarität
eingeschaltet, um Drehmomente zu kompensieren.
Fig. 10 und 11 zeigen einen Zweikoordinatenmotor,
bei dem zur besseren Kompensation oder zur wirksameren Erzeugung
von Drehmomenten im Zusammenwirken von nur einer
rechteckigen Spule 28 mit vier Gleichstrommagneten, bestehend
aus Spule 26 und Kern 25, in zwei parallelen Kraftwirkungsrichtungen
für jede Koordinate x, y auf einer
rechteckigen nichtmagnetisierbaren Grundplatte 30 angeordnet
werden. Die Tischplatte 29 ist rechteckig und hat
an den Ecken Verstärkungen für die Aufnahme der Gleitfüße
5, die auf den Gleitflächen 8 laufen. In der Tischmitte
befindet sich die Objektträgerplatte 7 und daneben die
Rasterplatten 9, 10, die von Lichtquellen 11 beleuchtet
und von Fotoempfängern 12 zur Gewinnung des inkrementalen
Lagesignals abgetastet werden. Die Stromsteuerung in der
Spule und in den Gleichstrommagneten 25, 16 erfolgt
entsprechend der vorliegenden Bewegungsaufgabe.
Fig. 12 und Fig. 13 zeigen einen Zweikoordinatenmotor,
bei dem zur Erzeugung drehmomentfreier Antriebskräfte
je eine gekrümmte Spule 17 für jede Koordinatenrichtung
x, y in einer angepaßt geformten Tischplatte 15 über je
einem Paar entgegengesetzt polarisierter Dauermagneten 2,
die auf einer geeignet geformten ferromagnetischen Grundplatte
16 befestigt sind, angeordnet ist. Der Krümmungsradius
aller kraftwirksamen Spulenteile ist gleich dem
Abstand der einzelnen Spulenlagen vom Zentrum der Tischplatte
15, wobei das Zentrum durch den Tischplattenschwerpunkt
bestimmt wird. Die Tischplatte 15 hat neben den der
Tischmitte zugewandten Spulensträngen Aussparungen für
den Durchtritt der Rückschlußteile 3 und den vorgesehenen
Verfahrweg, an drei um ca. 120° versetzten Orten sind Gleitfüße
5 angebracht, die auf den Gleitflächen 8 laufen, in
der Tischplattenmitte ist die Objektträgerplatte 7 und daneben
sind die Rasterplatten 9, 10, die durch die Lichtquellen
11 beleuchtet und die Fotoempfänger 12 abgetastet
werden, angeordnet.
Fig. 14 zeigt einen Zweikoordinatenmotor, bei dem zur
Erzeugung größerer drehmomentenfreier Antriebskräfte für
jede Koordinatenrichtung x, y zwei gekrümmte Spulen 17
in einer kreuzförmigen Tischplatte 18 über je einem
entgegengesetzt polarisierten Paar von Dauermagneten 2
angeordnet sind, wobei die übrigen Funktionsorgane
ähnlich wie in Fig. 1 angeordnet sind.
Fig. 15 zeigt einen Zweikoordinatenmotor, bei dem zur
Verringerung des Spulenaufwandes bei der Erzeugung
drehmomentenfreier Antriebskräfte nur eine kreisförmige
Spule 34 in einer kreisförmigen Tischplatte 37 verwendet
wird und die sich in den Luftspalten je eines Gleichstrommagneten,
bestehend aus Spule 26 und Kern 25, für jede
Koordinatenrichtung x, y, die auf einer nichtmagnetisierbaren
Grundplatte 36 befestigt sind, befindet. Die
Tischplatte 37 ist äußerst massearm gestaltet und trägt
an speichenartigen Verstrebungen in der Tischmitte die
Objektträgerplatte 7, die Rasterplattenanordnung 9, 10
und die Tischgleitlagerung 5.
Fig. 16 zeigt einen Zweikoordinatenmotor, bei dem zur
Erzeugung größerer drehmomentenfreier Kräfte und besserer
Spulenausnutzung bei Verwendung nur einer kreisförmigen
Spule 34 in einer kreisförmigen Tischplatte 35 diese
sich in den Luftspalten von zwei Gleichstrommagneten,
bestehend aus Spule 26 und Kern 25, für jede Koordinatenrichtung
x,y, die auf einer rechteckigen nichtmagnetisierbaren
Grundplatte 33 befestigt sind, befindet. Am
Rande der kreisförmigen Tischplatte 35 sind die Gleitfüße
5 und die Rasterplatten 9, 10 für die optoelektronische
Signalgewinnung befestigt.
Fig. 17 und 18 zeigen einen Zweikoordinatenmotor,
bei dem zur Vermeidung von Schleppkabeln und zur Erzeugung
von drehmomentfreien Antriebskräften an der kreuzförmigen
Tischplatte 40 eine Spulenanordnung von je zwei
Rechteckspulen 4 für jede Korrdinatenrichtung x, y auf
einer ferromagnetischen Grundplatte 38 angepaßter achteckiger
Form befestigt ist. Mit der Grundplatte 38 ist ein
Rückschlußdeckel 42 verbunden, der über den Spulen 4 einen
Luftspalt frei läßt, in dem eine kreuzförmige Tischplatte
40 angeordnet ist, die in jedem Kreuzsteg über den Rechteckspulen
4 ein entgegengesetzt polarisiertes Paar von
Dauermagneten 2 besitzt und in deren Tischmitte sich die
Objektträgerplatte 7 befindet. Der Rückschlußdeckel 42
besitzt außer seinen vier Befestigungsstegen zur Grundplatte
38 noch zwei besondere Flußführungsstrecken 44
für die nahe der Tischmitte liegenden Dauermagnete 2.
Die Unterseite des Rückschlußdeckels 42 ist mit einer
Kunststoffschicht 41, z. B. PTFE, beschichtet und an
der Oberseite sind Druckluftzuführungen 43 vorhanden,
die die Druckluft zu den Verteilungskanälen im Rückschlußdeckel
42 leitet. Zwischen den Spulen 4 auf der ferromagnetischen
Grundplatte 38 befinden sich nichtmagnetisierbare
Ausfüllteile 39. In zwei Ecken der Tischplatte
40 sind die Rasterplatten 9, 10 befestigt, die von den
Lichtquellen 11 beleuchtet und mit den Fotoempfängern
12 abgetastet werden.
Claims (14)
1. Zweikoordinatenmotor zum Verschieben eines Objektträgers
mit für jede Bewegungskoordinate
- - mindestens einer Spule und einem relativ dazu beweglichen Dauermagneten mit Eisenrückschluß,
- - einem Signalgeber für ein Ist-Signal der Position und
- - einem Lageregler zur Einstellung einer Gleichspannung für die Spule,
dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Bewegungskoordinate
(x, y) mindestens zwei entgegengesetzt polarisierte Dauermagneten
(2) auf einer ferromagnetischen Grundplatte (1) und
jeweils über den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten
(2) ein ferromagnetisches Rückschlußteil (3) angeordnet sind,
daß sich in dem Luftspalt zwischen Dauermagneten (2) und
Rückschlußteil (3) mindestens eine mit einer Tischplatte (6)
verbundene Spule (4) mit zwei den entgegengesetzt polarisierten
Dauermagneten (2) zugeordneten, kraftwirksamen
Spulenseiten und mit weit über die Magnetpolbreite
ragenden Spulenköpfen befindet und daß in dieser Tischplatte
(6) Aussparungen für das Rückschlußteil (3)
und in der Tischmitte der Objektträger (7) aus strahlungsdurchlässigem
Werkstoff vorgesehen sind.
2. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die rechteckigen Spulen (4) so angeordnet
sind, daß die kraftwirksamen Spulenseiten der Tischmitte
zugewandt sind.
3. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die rechteckigen Spulen (4) so angeordnet sind,
daß die nichtkraftwirksamen Spulenköpfe der Tischmitte zugewandt sind.
4. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Bewegungskoordinate (x, y) in
einer Tischplatte (13) mindestens zwei rechteckige Spulen
(4) nebeneinander in zwei parallelen Kraftwirkungsrichtungen
über jeweils entgegengesetzt polarisierten Paaren
von Dauermagneten (2) angeordnet sind.
5. Zweikoordinatenmotor zum Verschieben eines Objektträgers,
mit mindestens einer Spule und mit für jede Bewegungskoordinate
- - mindestens einem relativ dazu beweglichen Gleichstrommagneten,
- - einem Signalgeber für ein Ist-Signal der Position und
- - einem Lageregler zur Einstellung einer Gleichspannung für die Spule,
dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Bewegungskoordinate
(x, y) mindestens ein Gleichstrommagnet, bestehend aus
Spule (26) und Kern (25) auf einer nichtferromagnetischen
Grundplatte (24) angeordnet ist, daß sich in dem Luftspalt
der Gleichstrommagneten (25, 26) mindestens eine mit
einer Tischplatte (27) vebundene Spule (28) mit je einer
einem Gleichstrommagneten zugeordneten, kraftwirksamen
Spulenseite befindet und daß in der Mitte dieser Tischplatte
(27) der Objektträger (7) aus strahlungsdurchlässigem
Werkstoff vorgesehen ist.
6. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Bewegungskoordinate (x, y)
mindestens zwei Gleichstrommagnete, bestehend aus
Spule (26) und Keren (25), in mindestens zwei parallelen
Kraftwirkungslinien angeordnet sind.
7. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine kreisförmige Spule (34) in der
Tischplattenmitte angeordnet ist.
8. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in jeder Bewegungskoordinate (x, y)
eine Spule (17) vorhanden ist, deren kraftwirksame
Spulenstränge Krümmungsradien besitzen, die jeweils
durch den Abstand von der Tischplattenmitte zur Spulenlage
bestimmt sind und wobei die Tischplattenmitte mit
dem Tischplattenschwerpunkt identisch ist.
9. Zweikoordinatenmotor zum Verschieben eines Objektträgers,
mit für jede Bewegungskoordinate
- - mindestens einer Spule und einem relativ dazu beweglichen Dauermagneten mit Eisenrückschluß,
- - einem Signalgeber für ein Ist-Signal der Position und
- - einem Lageregler zur Einstellung einer Gleichspannung für die Spule,
dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Bewegungskoordinate
(x, y) mindestens zwei entgegengesetzt polarisierte
Dauermagneten (2) in einer Tischplatte (40) und
über den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten
(2) ein ferromagnetischer Rückschlußdeckel (42) angeordnet
ist, daß sich in dem Luftspalt zwischen den
Dauermagneten (2) und einer ferromagnetischen Grundplatte
(38) mindestens eine mit der Grundplatte (38) verbundene,
rechteckige Spule (4) mit zwei den entgegengesetzt
polarisiertem Dauermagneten (2) zugeordneten, kraftwirksamen
parallelen Spulenseiten und mit weit über die
Magnetpolbreite ragenden Spulenköpfen befindet und daß
in der Mitte dieser Tischplatte (40) der Objektträger
(7) aus strahlungsdurchlässigem Werkstoff vorgesehen
ist.
10. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß eine kreuzförmige Tischplatte
(40) und ein über die gesamte Magnetpolfläche, Teile der
Tischplattenfläche und dem vorgesehenen Verfahrweg
ragender, zwei besondere Flußleitstücke (44) und in der
Mitte eine Aussparung besitzender Rückschlußdeckel (42)
vorhanden ist, an dessen Unterseite eine Kunststoffschicht
(41), beispielsweise PTFE, und an dessen Oberseite
die Zuführungen für die Druckluft (43) sowie im
Rückschlußdeckel (42) um die Zuführungen der Druckluft
(43) Verteilungskanäle für die Druckluft vorhanden sind.
11. Zweikoordinatenmotor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rückschlußdeckel (42)
mit besonderen Gleitflächen an der Unterseite versehen
ist.
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