DE3334911A1

DE3334911A1 - Zweiachsen-linearmotor

Info

Publication number: DE3334911A1
Application number: DE19833334911
Authority: DE
Inventors: Thomas Edward 80907 Colorado Springs Col. Berg; Christopher Anthony 80132 Monument Col. Pollard
Original assignee: Magnetic Peripherals Inc
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1983-09-27
Publication date: 1984-06-14
Also published as: JPS59110368A; NL8304068A; AU552338B2; AU2141783A; FR2537800A1; GB2132034A; GB8329855D0; FR2537800B1; CA1192592A; GB2132034B; US4587466A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzei & Meinig g Patentanwälte

European Patent Attorneys · Zugelassene Vertrete· vor de· ■ Europaischen Pateniamt

Dr phi! G Henkel Murcher Dipi -Ing J Pfenning. Berlin D^r rer nat L Feiler Manche-Dipi -Ing W Hanzel N/Vicher Dipl-Phys K H Meinig Berli-· Dr Ing. A Butenschon Berlin

Mohistraße 37 D-8000 München 80

MPI 733-WG Tel 089.'982085-87

Telex. 0529802 hnki α Telegramme ellipsoid

27. Sep. 1983

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MAGNETIC PERIPHERALS INC.
81OO-34th Avenue South, Minneapolis, Minnesota, U.S.A.

Zweiachsen-Linearmotor

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Zweiachsen-Linearmotor

Die Erfindung betrifft einen Zweiachsen-Linearmotor.

Solche Motoren werden insbesondere verwendet zum Tragen der Objektivlinse in einem optischen Kopf eines optischen Aufzeichnungssystems, in welchem ein Laserstrahl zur optischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Information verwendet wird, wobei zur Speicherung der Information eine rotierende Scheibe mit einem optischen Medium vorgesehen ist.

Es ist auf dem Gebiet der optischen Aufzeichnung bekannt, daß eine Objektivlinse, die von dem optischen Kopf im optischen Aufzeichnungssystem getragen wird, kontinuierlich bewegt werden muß, um den die Objektivlinse passierenden Laserstrahl auf das optische Medium zu fokussieren, da ständige Schwankungen des Abstandes zwischen der Linse und der rotierenden Scheibe als Folge von mechanischen Ungenauigkeiten im Antriebssystem auftreten.

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Selbst sehr geringe Schwankungen der Scheibe bewirken, daß der Brennpunkt des Laserstrahls außerhalb des optischen Mediums liegt. Eine genaue Fokussierung ist jedoch für den Aufzeichnungsvorgang entscheidend. Wenn der Laserstrahl nicht ordnungsgemäß fokussiert ist, dann ist die Energie des Strahls nicht hoch genug, um den Einschreibvorgang im optischen Medium zu bewirken.

Es sind optische Köpfe bekannt, bei denen eine Spulenanordnung einen eine Objektivlinse tragenden Anker zu der das optische Medium enthaltenden Scheibe hin und von dieser weg bewegt. Der optische Kopf wird von einem Arm getragen, über den eine grobe Positionssteuerung erfolgt. Es ist zusätzlich eine Feinsteuerung der Position bekannt, bei der die Objektivlinse in radialer Richtung in bezug auf die Scheibe bewegt wird, um geringfügige Spureinstellfehler hinsichtlich der jeweiligen Aufzeichnungsspur, auf die die Objektivlinse fokussiert werden soll, auszugleichen. Es ist eine optische Lesevorrichtung bekannt, durch die sowohl die Fokussierungsbewegung als auch die radiale Spureinstellungsbewegung erzielt werden.

Diese Vorrichtung ist in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. 0002547 beschrieben, Es werden hier getrennte Wicklungen und Magnetstrukturen sowohl für die Spureinstellungsbewegungen als auch für die Fokussierbewegungen gezeigt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gegenüber dem bekannten verbesserten Zweiachsen-Linearmotor zu schaffen, der insbesondere in einem optischen Aufzeichnungskopf zum Tragen

einer Objektivlinse eines optischen Aufzeichnungssysteins verwendet werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einem Zweiachsen-Linearmotor erfindungsgemäß gelöst durch: eine Magnetvorrichtung mit zumindest zwei Hochenergie-Permanentmagneten, einem länglichen mittleren Polstück und einem Paar von länglichen, in der Längsrichtung parallel zum und angrenzend an das mittlere Polstück angeordneten seitlichen Polstücken zur Bildung eines Paares von Magnetfluß-Spalten,

eine Ankervorrichtung, die derart ausgebildet ist, daß sie über dem und um das mittlere Polstück herum angeordnet ist und die eine erste Spule in einer ersten Koordinatenbezugsebene in dem Paar von Magnetfluß-Spalten und eine zweite Spule in einer zweiten, verschiedenen Koordinatenbezugsebene in dem Paar von Magnetfluß-Spalte aufweist,

eine biegsame Aufhängevorrichtung zum Befestigen der Ankervorrichtung an der Magnetvorrichtung, derart, daß die Ankervorrichtung in zwei Richtungen bewegbar ist, wobei die erste Richtung senkrecht zu der ersten Koordinaten bezugsebene und die zweite Richtung senkrecht zu der zweiten Koordinatenbezugsebene verlaufen und wobei die biegsame Aufhängevorrichtung die Ankervorrichtung gegen unerwünschte Drehungen und Verschiebungen mit Ausnahme der Bewegungen in der ersten und der zweiten Richtung sichert.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Zweiachsen-Linearmotor weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch: 35

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ein unteres magnetisches Polstück, das eine Basisstruktur bildet,

ein Paar seitliche Magnete, von denen jeweils einer auf jeder Seite des unteren Polstücks angeordnet ist,

ein Paar obere Polstücke, von denen jeweils eines auf jedem seitlichen Magnet angeordnet ist, ein inneres mittleres Polstück, das an dem unteren magnetischen Polstück befestigt ist und in Abstand von jedem der oberen Polstücke angeordnet ist, um Magnetfluß-Spalte zwischen dem inneren mittleren Polstück und jedem der oberen Polstücke zu bilden,
einen eine Linsenanordnung tragenden Anker, eine erste Spule auf dem Anker, die bei Stromdurchfluß wirksam ist, um eine Fokussierungsbewegung des Ankers zu erzeugen, eine zweite und eine dritte Spule auf dem Anker, die senkrecht zu der ersten Spule angeordnet sind und die bei Stromdurchfluß wirksam sind, um eine Spureneinstellungsbewegung des Ankers zu erzeugen, und eine Aufhängevorrichtung zum Halten des Ankers, so daß er über dem und um das innere mittlere Polstück herum angeordnet ist und sich die erste, zweite und dritte Spule in den Magnetfluß-Spalten zwischen den oberen Polstücken und dem inneren mittleren Polstück befinden.

Die genannte Aufgabe wird bei einem Linearmotor, der in zwei zueinander senkrechten Richtungen wirkt, schließlich auch erfindungsgemäß gelöst durch:

eine stationäre Magnet- und Polstückvorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes zwischen einem Paar von Magnetfluß-Spalten, mit einer

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inneren mittleren und einer diese umgebenden äußeren Struktur mit einem Paar von oberen Elementen, von denen jeweils eines an jede Seite des inneren mittleren Stückes angrenzt, die Magnetfluß-Spalte als Teil eines vollständigen, das innere mittlere Stück und die äußere Struktur einschließenden magnetischen Kreises definiert, einen um die innere mittlere Struktur und innerhalb der Magnetfluß-Spalte angeordneten Anker,

eine vom Anker getragene erste Spule, um eine Bewegung in einer ersten Richtung zu bewirken, eine vom Anker getragene zweite Spule, um eine Bewegung in einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung zu bewirken, wobei die erste und die zweite Spule auf dem Anker innerhalb der von der stationären Magnet- und Polstückvorrichtung gebildeten Magnetfluß-Spalte angeordnet sind, eine biegsame Tragvorrichtung für den Anker, um diesen innerhalb der Magnetfluß-Spalte zu halten, zu dessen linearer Bewegung in der ersten und der zweiten Richtung und zur Unterdrückung anderer Bewegungen des Ankers, die erste und zweite Haltedrähte, die sich von der stationären Vorrichtung zu einem Ende des Ankers erstrecken und ein Parallelogramm bilden, das senkrecht zu der ersten .und der zweiten Richtung angeordnet ist, sowie dritte und vierte Haltedrähte umfaßt, die sich von der stationären Vorrichtung zu dem anderen Ende des Ankers erstrecken und ein Parallelogramm bilden, das senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung angeordnet ist.

Die Anordnung der Magnet- und Polstückvorrichtung erfolgt in der Weise, daß der magnetische Fluß in

den Flußspalten auf beiden Seiten des mittleren Polstückes entweder zu diesem hin oder von diesem weg zu den seitlichen Polstücken gerichtet ist. Der Anker trägt zwei verschiedene Spulensysteme. Das erste Spulensystem besteht aus der Fokussierspule, die bewirkt, daß der die Objektivlinse tragende Anker-auf und ab bewegt wird, um die entsprechende Brennpunkteinstellung in bezug auf das Aufzeichnungsmedium vornehmen zu können. Das andere Spulensystem besteht aus der Spureinstellungsspule, welche eine Bewegung des Ankers in der Längsrichtung der Magnetstruktur bewirkt. Sowohl die Spureinstellungsspule als auch die Fokussierspule sind in der gleichen Magnetstruktur und in dem gleichen Magnetfluß-Spaltsystem, das zwischen dem mittleren Polstück und den beiden parallelen seitlichen Magneten und Polstücken gebildet ist, wirksam. Die Magnetvorrichtung enthält Hochenergiemagnete, so daß zur Erzeugung der Bewegungen des Ankers eine vergleichsweise hohe Energie bei den verfügbaren Antriebsströmen erzeugt wird.

Die Ankervorrichtung wird von einer Aufhängebzw. Tragvorrichtung getragen, die unerwünschten Bewegungen einen extremen Widerstand entgegensetzt und welche vergleichsweise frei von unerwünschten harmonischen Schwingungen, die entweder durch äußere Störungen oder durch das System selbst als Folge von Treibsignalen erzeugt werden können, ist. Die Aufhängevorrichtung ermöglicht im wesentlichen lineare Bewegungen der Ankervorrichtung in der Spureinstellungs- und der Fokussierungsrichtung. Diese Eigenschaft wird dadurch erreicht, daß das Aufhängesystem keine mechanischen Drehpunkte oder ähnliche Merkmale aufweist, durch die

mechanische Bewegungsschwankungen hervorgerufen werden können. Die Geometrie des Systems ist vergleichsweise einfach, was eine verhältnismäßig niedrige Masse im System zur Folge hat. Weiterhin ist' die Massenverteilung im System derart/ daß unerwünschte harmonische Schwingungen des Systems sowohl durch äußere Einwirkung als auch durch die Erregung des Spulensystems selbst vermieden werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung einen Zweiachsen-Linearmotor gemäß einer ersten Ausführungsform zur Verwendung in einem optischen Kopf eines optischen Aufzeichnungssystems;

Fig. 2 einen Zweiachsen-Linearmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 den Zweiachsen-Linearmotor nach Fig. in auseinandergezogener Darstellung;

Fig. 4 ein Detail des Linearmotors nach den Fig. 2 und 3; und

Fig. 5 einen Zweiachsen-Linearmotor gemäß

einer dritten Ausführungsform in auseinandergezogener Darstellung.

χ Der in Fig. 1 dargestellte Zweiachsen-Linearmotor IO umfaßt eine Magnetvorrichtung 12 und eine Ankervorrichtung 14, welche über der und zumindest um einen Teil der Magnetvorrichtung herum angeordnet ist. Die Magnetvorrichtung 12 bildet einen zweifachen magnetischen Kreis mit Hilfe von zwei Permanentmagneten 24 und 26, die über zwei obere Polstücke 32 und 34, welche von der selben.,magnetischen Polarität sind, und ein einzelnes unteres Polstück 16, an welchem ein mittleres Polstück 20 befestigt ist, das von der Ankervorrichtung 14 umgeben wird, wirksam sind. Jeweils ein Magnetfluß-Spalt wird gebildet zwischen dem mittleren Polstück 20 und jedem der oberen Polstücke 32 und 34, wobei die magnetischen Flußlinien diese Spalte in entgegengesetzten Richtungen durchqueren, das heißt entweder auf beiden Seiten zum mittleren Polstück hin oder von diesem weg, wie in Fig. durch die angegebenen Polaritäten und die Pfeilrichtungen angezeigt ist. Diese Spalte und die darin bestehenden Magnetfelder werden für die Bewegung der Ankervorrichtung 14 verwendet, wie im folgenden erläutert werden wird.

Das dieser Beschreibung zugrundeliegende Koordinatenbezugssystem ist mit 22 bezeichnet, in welchem die Z-Achse die Fokussierachse in bezug auf ein Aufzeichnungsmedium und die X-Achse eine radiale Spureinstellungsachse in bezug auf die Bewegung von einer Aufzeichnungsspur zu einer anderen auf dem Aufzeichnungsmedium'sind, während die Y-Achse tangential zu einer Aufzeichnungsspur auf dem Aufzeichnungsmedium verläuft.

Die Magnetvorrichtung 12 ist länglich ausgebildet, wobei ihre Längsrichtung in Richtung der X-Achse

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verläuft, welche die radiale Spurauswahlrichtung in bezug auf das Aufzeichnungsmedium darstellt. Das Polstück 32 besitzt eine Innenkante, die eine parallele P.lanarflache zu der angrenzenden Kante 36 des Polstückes 20 darstellt. Das Polstück 34 besitzt eine Innenkante 38, welche einen länglichen Spalt mit einer angrenzenden, äußeren Kante des Polstückes 20 bildet. Der Flußspalt zwischen dem Polstück 34 und dem Polstück 20 ist mit 40 und der Flußspalt zwischen dem mittleren Polstück 20 und dem Polstück 32 mit 42 bezeichnet.

Die Ankervorrichtung 14 weist einen Ankerkörper auf, der eine öffnung zum Befestigen einer Objektivlinsenanordnung 48 besitzt und der dem mittleren Polstück 20 angepaßt ist, so daß er über diesem und um dieses herum angeordnet ist. Die Objektivlinsenanordnung 48 ist über einer öffnung 50 befestigt, die durch das Polstück 20 verläuft, so daß ein Laserstrahl des optischen Aufzeichnungssystems die Objektivlinsenanordnung 48 passieren kann. Der Ankerkörper 44 trägt ein Paar Spureinstellungswicklungen 52 und 54, von denen jeweils eine zu einem Ende des Ankerkörpers hin versetzt angeordnet ist und die elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Wegen des Polstückes 16 können die Spureinstellungswicklungen 52 und 54 in diesem Ausführungsbeispiel nicht ganz um den Ankerkörper 44 herumgeführt werden. Daher besteht jede Spureinstellungswicklung aus einem ersten Abschnitt 56 bzw. 58, welcher die magnetischen Flußlinien in den Spalten 40 und 42 schneidet, und einem zweiten Abschnitt bzw. 62, welcher zur Vervollständigung des elektrischen

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χ Kreises dient und welcher in der X-Y-Ebene um die Enden des Anktrkörpers 44 herum und aus den Magnetflußspalten 40 und 42 herausgeführt ist. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2, 3 und 5 laufen diese Wicklungen ganz um den Ankerkörper herum.

Eine einzelne Fokussierwicklung 64 wird vollständig um den Ankerkörper 44 in der X-Y-Ebene herumgeführt, um eine Fokussierbewegung des XO Linearmotors zu ermöglichen. Die Fokussierwicklung 64 ist so angeordnet, daß sie sich in den Magnetfluß-Spalten 40 und 42 bewegt.

Der Ankerkörper wird von einem Paar von biegsamen

X5 Aufhängevorrichtungen 66 und 68 getragen. Die Aufhängevorrichtungen bestehen aus gegenüberliegenden Parallelogrammen, die die Ankervorrichtung 14 zwingen, sich geradlinig in der X-Achse und der Z-Achse in Form kleiner Auslenkungen zu bewegen, während eine Bewegung in der Y-Achse verhindert wird. Die geradlinige Bewegung in der X- und der Z-Achse bezieht sich insbesondere auf die Mitte des Ankerkörpers, da sich hier die Linsenanordnung 48 befindet. Die Enden der Ankervorrichtung brauchen daher nicht in dem gleichen Maße einer geradlinigen Bewegung unterworfen zu sein wie dessen mittlerer Teil. Nur hinsichtlich dieses Teils ist es entscheidend, daß die Bewegung geradlinig verläuft. Die Aufhängevorrichtungen 66 und 68 entwickeln Rückführkräfte, um den Ankerkörper wieder in die mittlere Ausgangsstellung zurückzubringen, wenn keine Ströme durch die Fokussier- oder Spureinstellungswicklungen fließen. Da der Radius von den Einspannpunkten der Aufhängevorrichtungen 66 und 68 konstant ist,

erfolgt, wenn der Ankerkörper die maximalen Auslenkungen erreicht, eine leichte Drehung dieses Ankerkörpers um die zentrale Z-Achse.

Jede Aufhängevorrichtung 66 bew. 68 besitzt ein mit dieser verbundenes Befestigungsteil 70 bzw. 72. Die Befestigungsteile 70 und 72 können in jeder geeigneten Weise an der Magnetvorrichtung befestigt sein, wie beispielsweise in Fig. 1 durch Schrauben 74 und 76, die durch die Befestigungsteile hindurchgeführt und in Gewindebohrungen 78 und 80 in den Permanentmagneten eingeschraubt werden.

Die Aufhängevorrichtungen 66 und 68 weisen biegsame Elemente auf, die sich von den Befestigungsteilen 70 und 72 zu dem Ankerkörper erstrecken. Im vorliegenden Beispiel erstreckt sich ein Paar paralleler Drähte 82 und 84 vom Befestigungsteil 70 zum Ankerkörper 44, an dem sie befestigt sind.

in gleicher Weise besitzt die Aufhängevorrichtung 68 parallele biegsame Drähte 86 und 88, die sich vom Befestigungsteil 72 zum Ankerkörper 44 erstrecken und an diesem befestigt sind. Diese Drähte können aus einem steifen Draht oder einem Federdraht wie beispielsweise Musikinstrumentendraht bestehen. Die vier Drähte 82, 84, 86 und 88 steuern die Bewegung des Ankerkörpers 44, wobei sie nur eine Bewegung in der X- und der Z-Achse in bezug auf die Magnetvorrichtung zulassen.

Sie erlauben nur äußerst geringfügige Drehungen um die Z-Achse. Eine unerwünschte, vergleichsweise kleine Auslenkung (pitch), das heißt eine Drehung um die Y-Achse in der Längsrichtung, welche in der X-Z-Ebene gesehen ist, ist allerdings möglich.

Diese X-Z-Ebenen-Auslenkung ist jedoch begrenzt durch die vergleichsweise kleinen Abmessungen der Anordnung sowie durch die Steifheit der Drähte 82, 84, 86 und 88.

Als Permanentmagnete 24 und 26 können beispielsweise Magnete 28 und 30 mit einer extrem hohen Energie, etwa 18 Megagauß-Oersted ausgewählt werden. 18 Megagauß-Oersted sind das Energieprodukt einer Magnettype, wobei dieses Produkt für einen Punkt der Demagnetisierungskurve erreicht wird, welcher eine optimale Arbeitsbedingung für diesen Magneten darstellt, das heißt die richtige Breite des Flußspaltes, Länge des Magneten, Fläche und Volumen des Magneten, Flußkonzentration und so weiter.

Dies bedeutet nicht notwendigerweise, daß der Magnet diese Energie bei jeder besonderen Anwendung erreicht. Dieses Energieprodukt ist das maximale Produkt des Wertes der Magnetisierungskraft und der Restinduktion gemäß der Demagnetisierungskurve eines Magneten. Dieser Wert zeigt an, welche Energie von jeder Raumeinheit des Magneten für eine externe Verwendung geliefert werden kann. Dies bedeutet, daß eine Wicklung mit einem vorgegebenen Strom im Kraftfeld eines solchen Magneten mehr Energie erzeugen kann als bei der Verwendung eines Magneten mit einer niedrigeren äußeren Energie. Magnete, die eine externe Energie von dem genannten Wert besitzen, können keramische, aus seltenen Erden bestehende oder Eisen-Kobalt-Magnete sein. Solche Magnete sind im Handel erhältlich.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bewegt sich der Ankerkörper 44 in der Spureinstellrichtung etwa 0,3 mm vorwärts und rückwärts aus einer mittleren Stellung und in der Fokussierungs-

χ richtung etwa 0,7 nun auf- und abwärts aus einer mittleren Stellung. Die Magnetfluß-Spalte 40 und 42 haben eine Breite von etwa 1 rom. Die Fokussierwicklung hat vorzugsweise 35 bis 40 Windungen aus Nr. 36-Draht. Die Spureinstellungswicklungen 52 und 54 besitzen vorteilhaft 20 bis 25 Windungen aus Nr. 36-Draht. Der Ankerkörper 44 hat eine Breite von etwa 7 mm bis 8 mm in Richtung der Y-Achse und eine Länge von etwa 16 mm bis 18 mm in Richtung der X-Achse. Der Ankerkörper hat ein Gewicht von etwa 2 g. Die Drähte 82, 84, 86 und 88 können aus Musikinstrumentendraht bzw. rostfreiem Stahl 303 bestehen.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Linearmotor in zusammengesetzter und auseinandergezogener Darstellung gezeigt, der einen bewegbaren Anker 100 und eine stationäre Magnet- und Polstückvorrichtung 102 aufweist. Der Anker hat eine Schalenform mit einem im wesentlichen hohlen Innenraum. Der Anker wird getragen von Aufhängedrähten 104, 106, 108 und 110. Der Anker trägt Befestigungsschienen 105 und 109 zur Verbindung mit den Aufhängedrähten

104 bzw. 108. Entsprechende nicht gezeigte Befestigungsschienen werden für die Aufhängedrähte 106 und 110 verwendet. Die Befestigungsschienen

105 und 109 klemmen die Aufhängedrähte fest ein, so daß diese sich nicht drehen können und die Bewegung nur durch Biegen der Drähte gesteuert wird. Der Anker hat Spulen 112 und 114, die den Wicklungen 52 und 54 bei der, Ausführungsform nach Fig. 1 entsprechen. Der Anker besitzt weiterhin eine .Fokussierspule 116, die der Wicklung 64 in Fig. 1 entspricht. Der Anker trägt eine Linsenanordnung 118. Die Einzelheiten dieser Linsenanordnung sind hier nicht wesentlich, sie muß jedoch für das

optische Aufzeichnen geeignet sein.

Die stationäre Vorrichtung weist ein unteres Polstück 130 auf, welches die Basis für die Vorrichtung darstellt. Am unteren Polstück 130 ist ein inneres Polstück 132 befestigt, welches sich innerhalb des Ankers befindet und in diesen eingesetzt werden muß, bevor die Spulen 112 und 114 gewickelt werden. Das innere Polstück 132 ist durch Schrauben 134 am unteren Polstück befestigt. Nach dem Einsetzen des inneren Polstücks 132 in den hohlen Innenraum des Ankers 100 werden Spulenplatten 101 und 103 in den Boden des Ankers eingefügt, um das Polstück zu halten und um ein Zusammenfallen des Ankers während des Wickeins der Spulen zu verhindern. Nach dem Einfügen der Spulenplatten werden die Spulen gewickelt.

An dem unteren Polstück 130 sind seitliche Magnete 140 und 142 befestigt, die in der gleichen Weise wie die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschriebenen Magneten wirken.

über den Magneten 140 und 142 befinden sich obere Polstücke 150 und 152, die Flächen 154, 156, und 160 aufweisen. Diese dienen zusammen mit dem inneren Polstück 132 zur Bildung von Flußspalten, in denen sich die Spulen auf dem Anker befinden. Dde Flächen 154, 156, 158 und 160 sind in geringerem Abstand vom inneren Polstück angeordnet als die restlichen Flächen der oberen Polstücke, so daß sie enge Flußspalte für die Spulen 112 und 114 bilden, durch die der Magnetfluß auf die Enden des Ankers konzentriert wird und

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hier die größten Kräfte auf den Anker einwirken. Dadurch, daß die Kräfte an den Enden des Ankers und nicht in dessen Mitte erzeugt werden, wird eine bessere Steuerung der Bewegung und eine geringere Tendenz zu unerwünschten Bewegungen

erreicht.

Die Magnet- und Polstückvorrichtung wird durch ein vorderes Stützteil 166 und ein hinteres Stützteil 168 in ihrer Lage gehalten. Das hintere

Stützteil 168 weist einen Schlitz 170 auf. Eine am Anker 100 befestigte Fahne 172 kann sich in diesem Schlitz bewegen. Die Fahne 172 selbst besitzt einen sehr engen Schlitz 174, der eine öffnung für den Durchgang von Licht

darstellt. Das Licht wird von einem Lichtelement 176 durch den Schlitz 174 auf einen Lichtempfänger 178 projiziert. Diese Anordnung dient zur Feststellung der Bewegungen des Ankers, da der zum Lichtempfänger gelangende Lichtstrahl durch die

Lage des Schlitzes 174 beeinflußt wird.

Diese Ausfuhrungsform weist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 den Vorteil auf, daß die Spulen 112 und 114 vollständig um den

²-* Ankerkörper herumgeführt werden können, ohne daß sie umgebogen und um die Enden des Ankerkörpers herumgelegt werden müssen, so wie dies bei dem Linearmotor gemäß Fig. 1 der Fall ist. Jedoch ist beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und

das innere Polstück 132 durch die Spulen dauernd im Anker eingeschlossen, so daß der Anker und das innere Polstück ständig miteinander verbunden sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist das vorteilhafteste für die meisten kommerziellen Anwendungen.

Es ist jedoch auch möglich, daß für bestimmte

Anwendungsfälle demgegenüber die Ausführungsform nach Fig. 1 vorzuziehen ist.

Fig. 4 enthält ein Einzelmerkmal des Motors nach den Fig. 2 und 3 und zeigt das Lichtelement 176, das durch den Schlitz 174 in der Fahne 172 Licht auf ein Paar Lichtdetektoren 178a und 178b projiziert, um die Bewegung der Fahne festzustellen. Die Differenz der von den Detektoren 178a und 178b gelieferten Ströme ist abhängig von durch die Bewegung der Fahne 172 hervorgerufenen Lichtänderungen.

Die Differenz der Ströme der Detektoren kann somit verwendet werden, um die Richtung und das Maß der Bewegung des Ankers anzuzeigen.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform des Linearmotors dargestellt. Diese Ausführungsform ähnelt weitgehend der in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten, wobei einige der Teile der Motoren einander identisch sind. Diese sind in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 2 bis 4 versehen. Teile, die im wesentlichen übereinstimmen und die gleiche Funktion besitzen, haben die gleiche Bezugsnummer, an die jedoch in Fig. 5 ein Buchstabe angehängt ist. Teile, die vollständig voneinander verschieden sind, besitzen verschiedene Bezugszeichen. Der wesentliche unterschied zwischen der Ausführungsform nach Fig. 5 und den anderen Ausführungsformen besteht in dem äußeren Aufbau (packaging), der durch die Verwendung einer Abdeckung 200 gekennzeichnet ist, die zum mechanischen Halten und Sichern der anderen Elemente des Linearmotors auf einer Basisplatte bzw. unterem magnetischen Polstück 130a dient. Wie Fig. 5 zeigt, und sich aus einem Vergleich mit Fig. 3 ergibt, besitzt die Basisplatte bzw.

das untere Polstück 130a die gleiche Funktion hinsichtlich der Zusammensetzung des Linearmotors, wobei es jedoch in Fig. 5 unterschiedlich ausgestaltet ist, um es der Abdeckung 200 anzupassen.

Der Anker 100 in Fig. 5 ist im wesentlichen identisch mit dem Anker in Fig. 3. Jedoch sind die Befestigungsschienen 105a und 109a leicht abgeändert, um die biegsamen Aufhängedrähte 104a, 106a, 108a und 110a zu sichern. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, weisen die Aufhängedrähte 104, 106, 108 und 110 abgebogene Enden auf, die zur Sicherung der Drähte in den Befestigungsschienen 105 und 109 dienen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Aufhängedrähte 104a, 106a, 108a und 110a gerade und in Bohrungen in den Befestigungsschienen 105a, 109a und lila eingesetzt. Auch der Aufhängedraht 106a ist in eine nicht gezeigte Befestigungsschiene eingeführt.

Das innere Polstück 132a übt im wesentlichen die gleiche Funktion aus und besitzt im wesentlichen die gleiche Gestalt wie das innere Polstück 130 in Fig. 3. Das innere Polstück 132a gemäß Fig. 5 besitzt diese etwas unterschiedliche Form, um die Basisplatte bzw. das untere Polstück 130a daran zu befestigen. Die Magnete 140 und 142 sowie die Polstücke 150 und 152 sind mit den entsprechenden Teilen in den Fig. 2 bis 4 identisch.

Die Abdeckung 200 ist an der Basisplatte bzw. dem unteren Polstück 130a mit Schrauben befestigt, die durch die Seitenwände der Abdeckung 200 geführt und in das Polstück 130a eingeschraubt sind. Die Magnete 140 und 142 und die Polstücke 150 und 152 sind auf dem Polstück 130a angeordnet.

Stützelemente 202 und 204 sind mit Hilfe von Schrauben an den Polstücken 150 und 152 befestigt. Die Stützelemente 202 und 204 tragen die Aufhängedrähte 104a, 106a, 108a und 110a, welche ihrerseits den Anker 100 tragen. Eine Endplatte 206 ist am Polstück 130a befestigt und dient als Anschlußstück für die Drähte der Spulenwindungen. Wenn der Motor zusammengesetzt ist, ragen die Befestigungsschienen 105a und 109a in Schlitze 105b und 109b der Abdeckung 200. Sie können in diesen vor- und rückwärts bewegt werden. Es ist vorgesehen, daß der Anker und die Befestigungsschienen die Abdeckung 200 an den Enden dieser Schlitze nicht berühren; die Schlitze dienen jedoch als Führung und als äußere Begrenzung für die Bewegung des Ankers, um den Motor zu schützen. Diese Ausführungsform des Linearmotors hat den Vorteil, daß das Zusammensetzen der einzelnen Bauteile vergleichsweise einfach ist und daß die Abdeckung 200 als ein Strukturelement des Motors dient und diesen gegen äußere mechanische Einwirkungen schützt.

Die Abdeckung kann den Motor zusätzlich vor elektrischen oder magnetischen Streufeldern schützen sowie verhindern, daß die vom Linearmotor erzeugten elektrischen und magnetischen Felder nach außen dringen.

Es ist vorgesehen, daß die Vibrationsresonanzfrequenz des Ankerkörpers in Verbindung mit dem Aufhängesystem eine vergleichsweise niedrige Frequenz ist, so daß sie unterhalb einer Frequenz liegt, die innnerhalb eines optischen Aufzeichnungssystems auftreten kann. Da ein optisches Aufzeichnungssystem Vibrationen mit den üblichen Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz aufgrund von Leistungstransformatoren ausgesetzt sein kann, wird für die natürliche

	Eigenfrequenz des	t# — - - - - -
1	Frequenz gewählt,	Systems vorzugsweise eine
	zwischen 30 und 50	die unterhalb 50 Hz im Bereich
		Hz liegt.
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Claims

Patentansprüche

Zweiachsen-Linearmotor, gekennzeichnet durch:

eine Magnetvorrichtung mit zumindest zwei Hochenergie-Permanentmagneten, einem länglichen mittleren Polstück und einem Paar von länglichen, in der Längsrichtung parallel zum und angrenzend an das mittlere Polstück angeordneten seitlichen Polstücken zur Bildung eines Paares von Magnetfluß-Spalten, eine Ankervorrichtung, die derart ausgebildet ist, daß sie über dem und um das mittlere Polstück herum angeordnet ist und die eine erste Spule in einer ersten Koordinatenbezugsebene in dem Paar von Magnetfluß-Spalten und eine zweite Spule in einer zweiten, verschiedenen Koordinatenbezugsebene in dem Paar von Magnetfluß-Spalten aufweist, eine biegsame Aufhängevorrichtung zum Befestigen der Ankervorrichtung an der Magnetvorrichtung, derart, daß die Ankervorrichtung in zwei Richtungen bewegbar ist, wobei die erste Richtung senkrecht zu der ersten Koordinatenbezugsebene und die zweite Richtung senkrecht zu der zweiten Koordinatenbezugsebene verlaufen und wobei die biegsame Aufhängevorrichtung die Ankervorrichtung gegen unerwünschte Drehungen und Verschiebungen mit Ausnahme der Bewegungen in der ersten und der zweiten Richtung sichert.
2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch,gekennzeichnet, daß die biegsame Aufhängevorrichtung aus einem Paar gegenüberliegender parallelogrammförmiger Biegeelemente besteht, von denen das erste Biegeelement zwei das eine an einer Seite

des mittleren Polstücks angeordnete Ende der Ankervorrichtung haltende parallele Drähte und das zweite Biegeelement zwei das andere an der anderen Seite des mittleren Polstücks angeordnete Ende der Ankervorrichtung haltende ^ parallele Drähte aufweisen.
3. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule der Ankervorrichtung ein Paar von Spureinstellungsspulen darstellt, von denen jede einen ersten, in der ersten Koordinatenbezugsebene in den Magnetfluß-Spalten angeordneten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, der in einer verschiedenen Bezugsebene außerhalb der Magnetfluß-Spalte zurückkehrt, aufweist.
4. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mittleren Polstück der Magnetvorrichtung eine Öffnung besitzt und daß die Ankervorrichtung Mittel zum Befestigen einer Objektivlinse über der Öffnung aufweist.
5. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der länglichen seitlichen Polstücke mit einem Paar von Flächen ausgebildet ist, die an den Enden der seitlichen Polstücke näher zum mittleren Polstück hin hervorstehen, so daß sich die Enden der Ankervorrichtung innerhalb der durch diese Flächen und das mittlere Polstück gebildeten engeren Magnetfluß-Spalte befinden, wodurch die größte Bewegungskraft zur besseren Steuerung der Ankerbewegung und zur Begrenzung einer unerwünschten Ankerbewegung an den Enden der Ankervorrichtung ausgeübt wird.
6. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankervorrichtung mit einem Paar von oberen Befestigungsschienen zur Verbindung mit der biegsamen Aufhängevorrichtung ausgebildet ist und daß eine Abdeckvorrichtung 5- zur mechanischen Sicherung des Linearmotors und zur Verbindung mit dem mittleren Polstück vorgesehen ist, die mindestens ein Paar von an die Befestigungsschienen angepaßten Schlitzelementen zur Begrenzung der Bewegung der Ankervorrichtung durch die an die Bewegungsbahn der Befestigungsschienen angrenzenden Schlitze aufweist.
7. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Aufhängevorrichtung eine Vibrations-Eigenfrequenz von weniger als 50 Hz hat.
8. Zweiachsen-Linearmotor, gekennzeichnet durch: ein unteres magnetisches Polstück, das eine Basisstruktur bildet,

ein Paar seitliche Magnete, von denen jeweils einer auf jeder Seite des unteren Polstücks angeordnet ist,

©in Paar obere Polstücke, von denen jeweils eines auf jedem seitlichen Magnet angeordnet ist, ein inneres mittleres Polstück, das an dem unteren magnetischen Polstück befestigt ist und in Abstand von jedem der oberen Polstücke angeordnet ist, um Magnetfluß-Spalte zwischen dem inneren mittleren Polstück und jedem der oberen Polstücke zu bilden,
einen eine Linsenanordnung tragenden Anker, eine erste Spule auf dem Anker, die bei Stromdurchfluß wirksam ist, um eine Fokussierungs-

bewegung des Ankers zu erzeugen, eine zweite und eine dritte Spule auf dem Anker, die senkrecht zu der ersten Spule angeordnet sind und die bei Stromdurchfluß wirksam sind, um eine Spureneinstellungsbewegung des Ankers zu erzeugen, und eine Aufhängevorrichtung zum Halten des Ankers, so daß er über dem und um das innere mittlere Polstück herum angeordnet ist und sich die erste, zweite und dritte Spule in den Magnetfluß-Spalten zwischen den oberen Polstücken und dem inneren mittleren Polstück befinden.
9. Linearmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der oberen seitlichen

Polstücke mit einem Paar von Flächen ausgebildet ist, die an den Enden des inneren mittleren Polstücks diesem gegenüber angenähert sind, um den Magnetfluß entsprechend zu konzentrieren. 20
10. Linearmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er eine öffnung für den Durchgang von Licht durch das innere Polstück aufweist und daß der Anker über dieser öffnung eine Linsenanordnung trägt.
11. Linearmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker eine Fahne trägt, die in Beziehung zu einem stationären Teil des Motors steht und daß eine Lichtquelle und ein Lichtdetektor vorgesehen sind, die derart in bezug auf die Fahne angeordnet sind, daß eine Bewegung der Fahne eine Änderung der vom Lichtdetektor empfangenen Lichtmenge bewirkt, um Bewegungen des Ankers zu überwachen.
12, Linearmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der länglichen seitlichen Polstücke mit einem Paar von Flächen ausgebildet ist, die an den Enden der seitlichen Polstticke näher zum mittleren Polstück hin hervorstehen, so daß sich die Enden der Ankervorrichtung innerhalb der durch diese Flächen und das mittlere Polstück gebildeten engeren Magnetflußspalte befinden, wodurch die größte Bewegungskraft zur besseren Steuerung der Ankerbewegung und zur Begrenzung einer unerwünschten Ankerbewegung an den Enden der Ankervorrichtung ausgeübt wird.
13. Linearmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankervorrichtung mit einem Paar von oberen Befestigungsschienen zur Verbindung mit der biegsamen Aufhängevorrichtung ausgebildet ist und daß eine Abdeckvorrichtung zur mechanischen Sicherung des Linearmotors und zur Verbindung mit dem mittleren Polstück vorgesehen ist, die mindestens ein Paar von an die Befestigungsschienen angepaßten Schlitzelementen zur Begrenzung .der Bewegung der Ankervorrichtung durch die an die Bewegungsbahn der Befestigungsschienen angrenzenden Schlitze aufweist.
14. Linearmotor, der in zwei zueinander senkrechten Richtungen wirkt, gekennzeichnet durch:

eine stationäre Magnet- und Polstückvorrichtung zur Erzeugung eines Magnetischen Feldes zwischen einem Paar von Magnetfluß-Spalten, mit einer inneren mittleren und einer diese umgebenden äußeren Struktur mit einem Paar von oberen Elementen, von denen jeweils eines an jede Seite

des inneren mittleren Stückes angrenzt, die die Magnetfluß-Spalte als Teil eines vollständigen, das innere mittlere Stück und die äußere Struktur einschließenden magnetischen Kreises definiert,
einen um die innere mittlere Struktur und innerhalb der Magnetfluß-Spalte angeordneten Anker,

eine vom Anker getragene erste Spule, um eine Bewegung in einer ersten Richtung zu bewirken, eine vom Anker getragene zweite Spule, um eine Bewegung in einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung zu bewirken, wobei die erste und die zweite Spule auf dem Anker innerhalb der von der stationären Magnet- und Polstückvorrichtung gebildeten Magnetfluß-Spalte angeordnet sind, eine biegsame Tragvorrichtung für den Anker, um diesen innerhalb der Magnetfluß-Spalte zu halten, zu dessen linearer Bewegung in der ersten und der zweiten Richtung und zur Unterdrückung anderer Bewegungen des Ankers, die erste und zweite Haltedrähte, die sich von der stationären Vorrichtung zu einem Ende des Ankers erstrecken und ein Parallelogramm bilden, das senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung angeordnet ist, sowie dritte und vierte Haltedrähte umfaßt, die sich von der stationären Vorrichtung zu dem anderen Ende des Ankers erstrecken und ein Parllelogramm bilden, das senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung angeordnet ist.
15. Linearmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Tragvorrichtung aus einem Paar gegenüberliegender biegsamer parallelogrammförmiger Tragelemente besteht,

wobei das erste Tragelement zwei parallele Drähte, die ein Ende des Ankers an einer Seite des innerenmittleren Stückes tragen, und das zweite Tragelement zwei parallele Drähte, die das andere Ende des Ankers an der anderen Seite des inneren mittleren Stückes tragen, aufweisen.
16. Linearmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule des Ankers aus einem Paar Spureinstellungsspulen besteht, von denen jede einen ersten, in einer ersten Koordinatenbezugsebene in den Magnetfluß-Spalten senkrecht zur Spureinstellrichtung angeordneten Abschnitt und einen zweiten, in einer verschiedenen Bezugsebene außerhalb der Magnetfluß-Spalte angeordneten Abschnitt aufweist,
17. Linearmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das innere mittlere Stück der stationären Magnetvorrichtung eine öffnung und der Anker Mittel zum Befestigen einer Objektivlinse über dieser öffnung besitzen.
18. Linearmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrations-Eigenfrequenz der biegsamen Tragvorrichtung unter 50 Hz liegt.
19» Linearmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der länglichen seitlichen Polstücke mit einem Paar von Flächen ausgebildet ist, die an den Enden der seitlichen Polstücke näher zum mittleren Polstück hin hervorstehen, so daß sich die Enden der Ankervorrichtung innerhalb der durch diese Flächen

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und das mittlere Polstück gebildeten engeren Magnetfluß-Spalte befinden, wodurch die größte Bewegungskraft zur besseren Steuerung der Ankerbewegung und zur Begrenzung einer unerwünschten Ankerbewegung an den Enden der Ankervorrichtung ausgeübt wird.
20. Linearmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankervorrichtung mit einem Paar von oberen Befestigungsschienen zur Verbindung mit der biegsamen Aufhängevorrichtung ausgebildet ist und daß eine Abdeckvorrichtung zur mechanischen Sicherung des Linearmotors und zur Verbindung mit dem mittleren Polstück vorgesehen ist, die mindestens ein Paar von an die Befestigungsschienen angepaßten Schlitzelementen zur Begrenzung der Bewegung der Ankervorrichtung durch die an die Bewegungsbahn der Befestigungsschienen angrenzenden Schlitze aufweist.