DE3526350A1

DE3526350A1 - Linearer schrittmotor

Info

Publication number: DE3526350A1
Application number: DE19853526350
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Kanagawa Mizuno; Sakae Atsugi Kanagawa Yamamoto
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1985-02-09
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1986-08-14
Also published as: FR2577356B1; FR2577356A1; DE3526350C2; JPS61185059A; US4714849A; CA1265568A

Description

Beschreibung

Linearer Schrittmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen linearen Schrittmotor mit einem bewegbaren Teil, welches sich auf einer geraden Linie mit einem konstanten Wert bewegt, welcher genau mit einem Impuls-Eingangssignal übereinstimmt und im speziellen auf einem linearen Schrittmotor, bei welchem Erregereisenkerne> welche mit mehreren Feldschenkeln versehen sind, voneinander in der zur Bewegungsrichtung des bewegbaren Teils rechtwinkligen Richtung getrennt angeordnet sind und bei welchem ein magnetisches Feld eines Dauermagneten und ein magnetisches Feld einer Erregerspule sich im rechten Winkel kreuzen.

Ein linearer Schrittmotor, bei welchem Eisenerregerkerne, die an mehreren Feldschenkeln vorgesehen sind, entlang einer Richtung, welche schräg zur Bewegungsrichtung eines bewegbaren Teils verläuft, getrennt voneinander angeordnet sind, ist allgemein bekannt. Bei einem derartigen linearen Schrittmotor muß eine Verzahnung, welche aus einem Paar von Eisenerregerkernen auf der Primärseite oder aus einem Paar von nichterregten Eisenkernen auf der Sekundärseite ausgebildet ist, einstückig vorgesehen werden, um die Phase der Bewegungsrichtung des bewegbaren Teils zu versetzen. Wenn infolgedessen z.B. eine Siliciumstahlplatte durch eine Stanzpresse bearbeitet wird und die so gewonnenen Siliciumstahlplatten laminiert werden und ein Paar von Eisenerregerkernen oder ein Paar von nichterregten Eisenkernen gebildet werden, sind wenigstens zwei Preßformen nötig, um das jeweilige Paar von Eisenerregerkernen oder ein Paar von nichterregten Eisenkernen zu bilden, woraus sich das Problem ergibt, daß die Herstellungskosten entsprechend hoch sind.

.5.

Weiterhin wird üblicherweise bei einer Ausgestaltung, in welcher ein Paar von Eisenerregerkernen oder ein Paar von nichterregten Eisenkernen an einem bewegbaren Teil oder einem Stator befestigt sind, der magnetische Widerstand wegen dieser Ausgestaltung, bei welcher ein Bauteil, wie etwa ein Bolzen jeden Eisenkern durchdringt, sehr groß, so daß als Folge davon auch der Erregerstrom zunimmt, wodurch sich das Problem ergibt, daß die Temperatur der Primärseite ansteigt.

Es ist ein Ziel der Erfindung, im Hinblick auf die Nachteile des bekanten linearen Schrittmotors, die obengenannten Probleme dadurch zu lösen, daß ein Schrittmotor geschaffen wird, welcher mit geringem Kostenaufwand dadurch hergestellt werden kann, daß ein gemeinsames Paar von Eisenkernen sowohl als Eisenerregerkerne auf der Primärseite als auch als niehterregte Eisenkerne auf der Sekundärseite vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen linearen Schrittmotor gelöst, welcher ein Paar von Erregereisenkernen aufweist, welche mit mehreren Feldschenkeln versehen sind, die aus mehreren Verzahnungen mit einer konstanten Teilung f gebildet sind. Wenn die Anzahl der Pole des linearen Schrittmotors P ist und die Anzahl der Phasen n, dann ist der Abstand der Feldschenkel (N+(m/n)) * X (wobei N und m ganze Zahlen sind und m < η ist) . Die Verzahnung in dem Paar von Eisenerregerkernen ist um nicht mehr als (L/P) 'X außer Phase oder in der Phase versetzt, wobei L eine ganze Zahl ist und L 4. P und 2L i? sind. Weiterhin sind die an einem Endbereich des Feldschenkels an den Eisenerregerkernen vorgesehenen Verzahnungen um nicht mehr als (L/P) 'T außer Phase von der Endfläche der Eisenerregerkerne und das Paar von Eisenerregerkernen weist dieselben Abmessungen auf.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen linearen Schrittmotor zu schaffen, welcher nur einen geringen magnetischen Widerstand aufweist und bei welchem die erzeugte Wärme auf der Primärseite wirksam verteilt wird.

Zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe sind die Erregereisenkerne an einem Befestigungsabschnitt mittels einer Befestigungsplatte gelagert, welche mit mehreren Eingriffsausnehmungen versehen ist, welche in freiem Eingriff mit dem Feldschenkel der Eisenerregerkerne ist. An der Befestigungsplatte sind weiterhin mehrere Wärmeleitrppen vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, mittels derer weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden, in Verbindung mit der Zeichnung dargestellt, dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schrittmotors,

Fig. 2 eine Seitenansicht der primären Eisenerregerkerne,

Fig. 3 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Schrittmotors,

Fig. ¹J einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V von Fig. U, 30

Fig. 6 eine Seitenansicht der sekundären Eisenkerne,

Fig. 7 eine Draufsicht, teils im Schnitt, auf ein weiteres

Ausführungsbeispiel des linearen Schrittmotors, 35

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII von Fig. 7,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX von Fig. 7, 5

Fig. 10 eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines linearen Schrittmotors,

Fig. 11 eine perspektivische Schrägansicht einer Stanzvorrichtung, bei welcher ein allgemeines Beispiel für die Verwendung eines linearen Schrittmotors gegeben wird,

Fig. 12 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie XII-XII von Fig. 11,

Fig. 13 eine Vorderansicht einer Schleifmaschine als Beispiel einer Verwendung eines linearen Schrittmotors,

Fig. 14 eine Vorderansicht des wesentlichen Teils von Fig. 13 und

Fig. 15 ein Blockdiagramm eines Steuerschaltkreises eines

linearen Schrittmotors.
25

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer linearer Schrittmotor dargestellt, welcher ein Paar von primärseitigen .Erregereisenkernen 7A, 7B aufweist, die mit mehreren Feldschenkeln 5A, 5B

versehen sind, die aus mehreren Verzahnungen 3 mit einer kon-30

stanten Teilung T ausgebildet sind. Weiterhin weist der Schrittmotor einen länglichen, sekundärseitigen,nichterregten Eisenkern 11 auf, welcher aus mehreren Verzahnungen 9 gebildet ist, die eine konstante Teilung T aufweisen

und den Verzahnungen 3 gegenüberliegen. Ein Paar von Dauer-35

magneten 13A, 13B sind jeweils auf den oberen Bereichen des

.S-

Paars von Eisenerregerkernen 7A, 7B angeordnet und bilden ein magnetisches Feld in einer schrägen Richtung, welche der Bewegungsrichtung des bewegbaren Teils des linearen Schrittmotors 1 gegenüberliegt. Die Dauermagnete 13A, 13B sind über ein Joch 15 einstückig miteinander verbunden.

In diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen linearen Schrittmotors bildet das Paar von primärseitigen Eisenerregerkernen 7A, 7B und die mit ihnen verbundenen Bauteile den bewegbaren Teil des linearen Schrittmotors 1, während der sekundärseitige, nichterregte Eisenkern 11 den feststehenden Teil bildet. Der sekundärseitige, nichterregte Eisenkern 11 ist, wie nachfolgend im einzelnen noch erklärt werden wird, auf einem geeigneten feststehenden Bereich befestigt und die primärseitigen Eisenerregerkerne 7A, 7B sind relativ zu dem nichterregten Eisenkern 11 bewegbar.

Die Eisenerregerkerne 7A, 7B sind in denselben Abmessungen ausgebildet. Einer der Eisenerregerkerne, z.B. der Kern 7B ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, so ausgebildet, daß seine Vorschubrichtung von der Vorderseite zu der Rückseite umgekehrt ist. Der Abstand der Feldschenkel 5A, 5B an den Eisenerregerkernen 7A, 7B ist, wie aus Fig. 2 deutlich wird, (N+(m/n)) · f , (wobei N und M ganze Zahlen sind und m < η ist; η ist die Anzahl der Phasen des linearen Schrittmotors, in diesem Ausführungsbeispiel ist η = 2). Die Verzahnungen 3 an einem geeigneten Feldschenkel, in diesem Ausführungsbeispiel dem Feldschenkel 5A,sind so ausgebildet, daß keine Phasenverschiebung im Hinblick auf die Endkante 7E des Eisenerregerkernes 7A (7B) erfolgt. Die Verzahnungen an dem anderen Feldschenkel, in diesem Ausführungsbeispiel dem Feldschenkel 5B, ist so ausgebildet, daß von dem anderen Ende 7E¹ des Eisenerregerkernes 7A (7B) eine Phasenverschiebung auftritt, die nicht größer ist als (L/P) - T, wobei P die Anzahl der Pole des linearen Schrittmotors (die Gesamtzahl der Feldschenkel), in diesem Ausführungs-

.9-

beispiel P = 4, ist und L eine ganze Zahl ist, welche den Bedingungen L<P und 2L i? genügt. In einem Abstand H von dem Oberteil der Eisenerregerkerne 7A, 7B und in einem Abstand I₁ von jeder der Seitenkanten 7E und 7E¹ sind mehrere identisch ausgebildete Ausnehmungen 7H-1 angeordnet. Weiterhin sind mehrere Ausnehmungen 7H-2 in einem Abstand 1 von jeder der Ausnehmungen 7H-1 vorgesehen.

Wie sich aus obenstehender Beschreibung ergibt, ist das Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B identisch ausgebildet. Nachdem ,die Vorderseite und die Rückseite (die linke und die rechte Seite in Fig. 2) eines geeigneten Eisenerregerkernes 7B umgekehrt ist, durchdringt ein Bolzen oder Stift jede der Ausnehmungen 7H-1 und 7H-2. Durch den einstückigen Aufbau des Paares von Eisenerregerkernen 7A, 7B weisen die Verzahnungen 3 eines Erregereisenkerns 7A und die Verzahnungen 3 des anderen Eisenerregerkerns 7B eine Phasenverschiebung von nicht mehr als (L/P) * ΊΓ auf (in diesem Ausführungsbeispiel 1/4 'T). Wenn das Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B durch einen Stanzvorgang in einer Presse aus Siliciumstahlplatten, welche laminiert werden, hergestellt werden, ist nur eine Preßform nötig, so daß niedrige Produktionskosten ermöglicht werden.

Weiterhin kann die Ausgestaltung, bei welcher das Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B einstückig aufgebaut sind, z.B. dadurch erreicht werden, daß eine Keilnut 7K in jeder der jeweiligen Kanten 7E und 7E' der Eisenerregerkerne 7A, 7Β ausgebildet wird und daß ein Längskeil in die Keilnut 7K eingeführt wird, so daß es möglich ist, ein einstückig aufgebautes Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7Β herzustellen. In diesem Falle wird der magnetische Widerstand durch die Ausbildung der Ausnehmungen in den Eisenerregerkernen 7A, 7B niedrig, was äußerst wünschenswert ist.

Wie im einzelnen in den Fig. 3, 4 und 5 in Zusammenhang mit diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel näher darge-

stellt ist, ist der nichterregte Eisenkern 11, welcher den feststehenden Teil des linearen Schrittmotors 1 bildet, einstückig auf der Oberfläche eines Basisteils 19 befestigt, welches sich in Fig. 4 von links nach rechts erstreckt. Diese Befestigung kann über in der Zeichnung nicht dargestellte Schrauben erfolgen. Es sind mehrere Führungsschienen 21 angeordnet, um eine Führungsschiene 21 auf jeder Seite des nichterregten Eisenkerns 11 in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung zu bilden. Jede der Führungsschienen 21 ist mittels Schrauben oder ähnlicher Befestigungsmittel mit dem Basisteil 19 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B an einem bewegbaren Körper 23 gelagert, welcher derart ausgebildet ist, daß er sich frei entlang der Führungsschienen 21 bewegen kann. Im einzelnen ist der bewegbare Körper 23 in Form eines Kanals (U-förmig) mit mehreren Flanschen 23F¹ ausgebildet, welche rechtwinklig an beiden Enden in einer Richtung schräg zur Längsrichtung der Führungsschienen 21 angeordnet sind. An den Flanschen 23F sind an mehreren geeigneten Stellen drehbare Räder 25 vorgesehen, welche auf der oberen Fläche der Führungsschienen 21 bewegbar sind und welche mittels einer Welle 27 drehbar gelagert sind. Ein geeignet ausgebildeter Radträger 29 ist in der Nähe der beiden in Bewegungsrichtung gelegenen Enden des bewegbaren Körpers 23 angeordnet. Mehrere innere Räder 31, welche die innere Fläche der Führungsschienen 21 berühren, sind drehbar an dem Randträger 29 befestigt. Folglich kann sich der bewegbare Körper 23 entlang der Führungsschienen 21 bewegen, ohne von diesen getrennt zu werden.

Wie im einzelnen in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, sind mehrere Erregerspulen 33A, 33B vorgesehen, welche jeweils um die Feldschenkel 5A, 5B des Paares von Eisenerregerkernen 7A, 7B gewickelt sind. Die Erregerspulen 33A, 33B erzeugen durch Anlegen eines elektrischen Stromes ein

magnetisches Feld in der Vorschubrichtung des bewegbaren Körpers 23 und in der Richtung parallel zu dieser und werden dazu verwendet, um die Anziehungskraft der Feldschenkel 5A, 5B der Eisenerregerkerne 7A, 7B zu steuern. Ein Abstandsblock 35 aus Vierkantmaterial ist zwischen dem Paar der Eisenerregerkerne 7A, 7B angeordnet, um einen geeigneten Abstand aufrechtzuerhalten. Weiterhin sind mehrere Eisenkern-Befestigungsplatten 37 vorgesehen, so daß eine Befestigungsplatte 37 auf jeder Seite der Eisenerregerkerne 7A, 7B angeordnet ist. Die Eisenkern-Befestigungsplatten 37, das Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B und der Abstandsblock 35 sind einstückig mittels mehrerer Verbindungsbolzen 39 angeordnet, welche die Ausnehmungen 7H-1, 7H-2, welche in den Befestigungsplatten 37 und in den Eisenerregerkernen 7A, 7B ausgebildet sind, und den Abstandsblock 35 durchdringen. Das Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B durchdringt den bewegbaren Körper 23 und sind einstückig an diesem mittels mehrerer Sicherungsschrauben 41 befestigt, welche in die Eisenkern-Befestigungsplatte 37 eingeschraubt sind.

Die Verzahnungen 3 an dem Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B und die Verzahnungen 9 an dem nichterregten Eisenkern 11 sind mit einem leichten Abstand einander gegenüberliegend angeordnet.

Um den optimalen Zwischenraum zwischen den Verzahnungen 9 des nichterregten Eisenkerns 11 und den Verzahnungen 3 der Feldschenkel 5A, 5B des Paares von Eisenerregerkernen 7A, 7B aufrechtzuerhalten, sind mehrere Justierschrauben 43 vorgesehen, welche den bewegbaren Körper 23 und das Joch 15 rechtwinklig durchdringen und in Eingriff mit dem Abstandsblock 35 stehen. Ein Justierblock 45, welcher die Aufwärtsbewegung des Abstandsblocks 35 regelt, durchdringt das Joch 15 und ist zwischen dem Abstandsblock 35 und dem bewegbaren Körper 23 angeordnet. Folglich kann der Abstand zwischen den Verzahnungen 3 der Eisenerregerkerne 7A, 7B und der Verzahnungen 9 des nichterregten Eisenkerns 11 mittels der

. fa'

Justierschrauben 43 in optimaler Weise einjustiert und aufrechterhalten werden, so daß die Eisenerregerkerne 7A, 7B nicht zu stark angehoben werden. Weiterhin ist die Anziehungskraft der Verzahnungen 3 und 9 mittels der mehreren Justierschrauben 43 von dem bewegbaren Körper 23 aufgenommen und verhindert somit eine Biegung in der Nähe des zentralen Teils der Verbindungsbolzen 39.

Durch die Aufbringung eines geeigneten Impulsstroms auf die Erregerspulen 33A, 33B, welche um die Feldschenkel 5A, 5B des Paars von Eisenerregerkernen 7A, 7B gewickelt sind, wird der bewegbare Teil, welcher die Eisenerregerkerne 7A, 7B umfaßt, zu einem entsprechenden Schritt auf dem feststehenden Teil, welcher dem nichterregten Eisenkern 11 umfaßt, veranlaßt.

Da die Prinzipien der schrittweisen Bewegung eines linearen Schrittmotors allgemein bekannt sind, wird auf eine nähere Erklärung verzichtet. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist jedoch eine gesamte Menge von vier Feldschenkel 5A, 5B auf den Eisenerregerkernen 7A, 7B vorgesehen und der Abstand der Feldschenkel 5A, 5B auf dem Paar von Eisenerregerkernen 7A, 7B beträgt (N+(1/2)) ' T . Da weiterhin die Verzahnungen 3 auf den Eisenerregerkernen 7A, 7B in ihrer Phase um nicht mehr als (1/4 ^%Ύ) verschoben sind, bewegen sich die bewegbaren Teile (die Eisenerregerkerne 7A, 7B) zu jedem Zeitpunkt um einen Schritt von 1/4 der Teilung ΊΓ der Verzahnungen 3- Wenn die Ausbildung, wie oben bereits erklärt wurde, derart ausgestaltet ist, daß die Gesamtzahl der Feldschenkel z.B. sechs oder acht beträgt, erfolgt eine Phasenverschiebung der Verzahnungen an dem Paar von Eisenerregerkernen um nicht mehr als z.B. (1/6) ^% Toder (1/8) * T, wobei der Abstand der Feldschenkel festliegt Durch geeignete Wahl der Anzahl der Phasen, nämlich (1/6) * Toder (1/8) * f kann eine entsprechende Schrittstufung erfolgen.

. /13.

1 Obwohl bereits erklärt wurde, daß das Paar der primärseitigen Eisenerregerkerne 7A, 7B den bewegbaren Teil und der sekundärseitige , nichterregte Eisenkern 11 den feststehenden Teil bildet,-ist es zusätzlich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel unerheblich, welcher Teil bewegbar und welcher feststehend ist. Deshalb ist es möglich, zu einer Ausgestaltung zu gelangen, bei welcher ein Paar von primärseitigen Eisenerregerkernen 7A, 7B den feststehenden Teil umfassen und der sekundärseitige, nichterregte Eisenkern in Form des bewegbaren Teiles ausgestaltet ist.

Da die Verzahnungen 3 der Eisenerregerkerne 7A, 7B um nicht mehr als (L/P) * ¹X außer Phase sind, können die Phasen der Verzahnung 3 gleichwertig sein. Es kann also der nichterregte Eisenkern 11 gleichwertig zu den Eisenerregerkernen 7A, 7B sein, in dem er z.B. aus zwei Reihen aufgebaut ist, so daß es möglich ist, zu einer Ausgestaltung zu gelangen, bei der die Verzahnungen der zwei Reihen des nichterregten Eisenkernes 11 um nicht mehr als (L/P) * ¹^ phasenverschoben sind. In diesem Fall ist es wünschenswert, eine Ausgestaltung vorliegen zu haben, in welcher der nichterregte Eisenkern 11, wie in Fig. 6 dargestellt ausgebildet ist.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen linearen Schrittmotors 47. Dabei ist fast im Totpunkt eines Basisteils 49, welches sich in Links-Rechts-Richtung erstreckt, eine Primärseite befestigt und eine Sekundärseite ist so gelagert, daß sie auf dem Basisteil 49 bewegbar ist.

Im einzelnen sind mehrere Führungsschienen 49G vorgesehen, welche in Längsrichtung des Basisteils 49 angeordnet sind und welche so befestigt sind, daß sie auf jeder Seite des Basisteils 49 eine Führungsschiene bilden. Ein Joch 51 in Form einer flachen Platte, welche aus einem Material mit guter magnetischer Permeabilität hergestellt ist, ist im

Jl··

Zentralbereich in Längsrichtung des Basisteils 49 eingebettet. Mehrere Dauermagnete 53A, 53B sind an der Oberfläche des Jochs 51 gelagert und erstrecken sich in Längsrichtung des Basisteils 49 und sind in einer Richtung rechtwinklig zur Längsrichtung des Basisteils 49 in einem Abstand zueinander angeordnet. Ein Paar von Eisenerregerkernen 57A, 57B, welche mit mehreren Feldschenkeln 55A, 55B versehen sind, welche nach oben weisen, sind auf den Dauermagneten 53A, 53B gelagert. Durch diese Ausgestaltung ist das Magnetfeld der Dauermagnete 53A, 53B in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Basisteils 49 ausgebildet. Die Eisenerregerkerne 57A, 57B sind in gleicher Weise ausgebildet, als die Eisenerregerkerne 7A, 7B, mit der Ausnahme, daß keine Ausnehmungen zu deren Befestigung vorgesehen sind.

Auf eine detaillierte Darstellung wird deshalb verzichtet. Verzahnungen 59, welche mit einer konstanten Teilung T versehen sind, sind auf den oberen Flächen der Feldschenkel 55A, 55B angeordnet, während mehrere Erregerspulen C1, C2, C3 und C4 vorgesehen sind, so daß die Erregerspulen um die Feldschenkel 55A, 55B der Eisenerregerkerne 57A, 57B gewickelt sind. Der Abstand der Feldschenkel 55A, 55B auf den Eisenerregerkernen 57A, 57B und die Wirkung der Verzahnungen 59, welche an den Feldschenkeln 55A, 55B ausgebildet sind, sind dieselben, wie die Wirkung der Feldschenkel 5A, 5B, welche in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurden. Die Wirkung der Eisenerregerkerne 57A, 57B ist ebenfalls dieselbe, wie die Wirkung der Eisenerregerkerne 7A, 7B. Deshalb wird auf eine nähere Erklärung der Eisenerregerkerne 57A, 57B verzichtet.

Eine Befestigungsplatte 61 ist vorgesehen, um die Eisenerregerkerne 57A, 57B mit dem Basisteil 49 zu verbinden. Die Befestigungsplatte 61 ist nahezu quadratisch ausgestaltet. Mehrere Ausnehmungen 61H sind in der Platte 61 ausgebildet, mit welchen die Feldschenkel 55A, 55B der Eisenerregerkerne 57A, 57B in Eingriff stehen. Weiterhin sind

• IG-

mehrere Wärmeleitrippen 6IF vorgesehen, welche an der oberen Fläche der Befestigungsplatte 61 ausgebildet sind. Die Befestigungsplatte 61 ist mittels mehrerer Schrauben 63, welche die Umfangskante der Befestigungsplatte 61 tiurchdringen, befestigt. Durch eine derartige Befestigung der Befestigungsplatte 61 werden die Eisenerregerkerne 57A, 57B an den Magneten 53A, 53B mittels des aufgebrachten Druckes befestigt. Die Magnete 53A, 53B sind durch Druckbeaufschlagung an dem Joch 51 befestigt.

Da, wie bereits beschrieben wurde, keine Ausnehmungen zum Zwecke der Befestigung in Bauteile, wie z.B. die Eisenerregerkerne 57A, 57B oder das Joch 51 eingebracht sind, wird der primärseitige magnetische Widerstand sehr niedrig.

Deshalb wird auch die primärseitig erzeugte Wärme durch die an der Befestigungsplatte 61 ausgebildeten Wärmeleitrippen 61F abgeleitet, so daß die Primärseite wirksam gekühlt wird.

Die Sekundärseite des linearen Schrittmotors 47 ist in bewegbarer Weise auf den Führungsschienen 49G gelagert, welche an dem Basisteil 49 befestigt sind. Ein kanalförmiger (U-förmiger) bewegbarer Körper 65 ist auf dem oberen Teil der Basisplatte 49 angeordnet. Mehrere verschiebbare Bauteile 67, wie etwa lineare Verschiebungslager, sind in

25verschiebbarer und in Eingriff bringbarer Weise auf den Führungsschienen 49G gelagert und mittels mehrerer Schrauben 69 an mehreren Flanschbereichen 65F befestigt, welche an beiden Seiten des bewegbaren Körpers 65 ausgebildet sind. Die Feldschenkel 55A, 55B des Paares von Eisenerregerkernen 57A, 57B und der gegenüberliegende, nichterregte Eisenkern 71 sind einstückig auf der Unterseite des bewegbaren Körpers 65 befestigt. Mehrere Verzahnungen 73 mit derselben Teilung, wie die Verzahnungen 59 an den Feldschenkel 55A, 55B sind an der Unterseite des nichterregten Eisenkernes ausgebildet.

/6.

Wenn bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein geeigneter Impulsstrom auf die Erregerspulen C1, C2, C3 und C4, welche um die Feldschenkel 55A, 55B gewickelt sind, aufgebracht wird, wird das magnetische Feld von den Erregerspulen C1, C2, C3 und CH in Längsrichtung des Basisteils 49 ausgebildet. Das magnetische Feld von den Magneten 55A, 55B ist in schräger Richtung (transverse) ausgebildet und bewirkt eine geeignete schrittweise Bewegung des bewegbaren Körpers 65.

In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Sekundärseite eines linearen Schrittmotors 75 ist feststehend angeordnet, die Primärseite ist so ausgebildet, daß sie relativ zur Sekundärseite bewegbar ist.

Im einzelnen sind zwei Reihen von Verzahnungen mit einer gemeinsamen Teilung t auf der oberen Fläche des Basisteils 77 ausgebildet, welche sich horizontal erstreckt und an beiden Enden mittels eines geeignet gelagerten Abschnitts gelagert ist. Eine Führungsschiene 81 ist einstückig mit der Unterseite des Basisteils 77 ausgebildet. Ein verschiebbares Bauteil 83 ist in verschiebbarer Weise durch die Führungsschiene 81 gelagert und geführt. Eine Lagerplatte 85 ist horizontal an dem verschiebbaren Bauteil 83 befestigt. Zwischen der Lagerplatte 85 und dem Basisteil 77 ist ein relativ großer Zwischenraum vorhanden. Ein bewegbarer Körper 87, welcher das Basisteil 77 umfaßt, ist auf der Lagerplatte 85 gelagert.

Ein konkaver Abschnitt 87C, welcher nach unten weisend offen ist, ist auf der unteren Fläche des oberen Teils des verschiebbaren Körpers 87 ausgebildet. Ein Paar von Eisenerregerkernen 93A, 93B sind auf der unteren Fläche eines Jochs 89 ausgebildet. Das Joch 89 ist in dem konkaven Teil 87C angeordnet und mittels eines Paares von Dauermagneten 91 befestigt, welche in Bewegungsrichtung des bewegbaren

. ft.

Körpers 87 in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Eisenerregerkerne 93A, 93B sind in der Richtung schräg (transverse) zur Bewegungsrichtung des bewegbaren Körpers 67 versetzt. Ein geeigneter Abstandskörper 95 ist zwischen dem Paar von Eisenerregerkernen 93A, 93B angeordnet. Die Eisenerregerkerne 93A, 93B sind mittels mehrerer Klemmschrauben 97 an dem bewegbaren Körper 87 befestigt, welche den bewegbaren Körper 87 und den Abstandskörper 95 in horizontaler Richtung durchdringen. Weiterhin sind jeweils mehrere Erregerspulen 101A und 101B um mehrere Feldschenkel 99A, 99B gewickelt, welche an den Eisenerregerkernen 93A, 93B ausgebildet sind. Weiterhin sind mehrere Verzahnungen 103, welche gegenüberliegend zu den Verzahnungen 79 des Basisteils 77 angeordnet sind, an der unteren Fläche der Feldschenkel 99A, 99B mit einer gemeinsamen Teilung Ύ ausgebildet. Da die Eisenerregerkerne 93A, 93B in gleicher Weise wie die oben erwähnten Eisenerregerkerne 7A, 7B ausgebildet sind, wurde auf eine detaillierte Darstellung verzichtet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel des linearen Schrittmotors 75 kann eine geeignete Schrittbewegung des bewegbaren Körpers 87 in Längsrichtung des Basisteils 77 durch geeignete Aufbringung eines Impulsstroms auf die Erregerspulen 101A und 101B erzielt werden.

Jeder der Typen von linearen Schrittmotoren, welcher gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltungsbeispiele ausgebildet ist, kann an die verschiedensten Einbauvoraussetzungen angepaßt werden. Wie z.B. in Fig. 11 dargestellt ist, kann ein linearer Schrittmotor als Positionierungseinrichtung für eine Stanzvorrichtung verwendet werden, welche mit einem oberen Werkzeug 105 und einem unteren Werkzeug 107 versehen ist, um an einem Werkstück WS Stanzvorgänge durchzuführen. Wie im einzelnen in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, sind mehrere kastenförmige Führungsgehäuse 111, 113

• /A-

vorgesehen, welche sich entlang der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung und entlang der nach links und rechts gerichteten Richtung der Stanzvorrichtung 109 erstrecken. Ein Anschlag 117 ist als bewegbarer Positionierer ausgebildet, um das Werkstück WS mittels eines linearen Schrittmotors 115, welcher in den Führungsgehäusen 111, 113 ausgebildet ist, zu positionieren. Die Ausgestaltung des linearen Schrittmotors wurde obenstehend bereits eingehend beschrieben, so daß auf eine allgemeine Erklärung zurückgegriffen werden kann.

Wie in Fig. 12 dargestellt, ist ein Stator 119 des linearen Schrittmotors 115 vertikal an den inneren Flächen des Führungsgehäuses 111, 113 befestigt. Die Verzahnungen des Stators 119 und die Verzahnungen des bewegbaren Teils 121, welche dem Stator 119 gegenüberliegen, sind vertikal vorgesehen. Es ist wünschenswert, eine Ausgestaltung vorliegen zu haben, in welcher das Ansetzen von Staub unmöglich gemacht ist. Der bewegbare Teil 121 und der Anschlag 117 sind über ein geeignetes Verbindungsteil 123 verbunden, welches durch mehrere Schlitze 111S und 113S in den jeweiligen Führungsgehäusen 111 und 113 hindurchragt. Es ist weiterhin wünschenswert, einen Sensor 127 vorzusehen, welcher mit einer linearen Skala 125 zusammenwirkt, die in den Führungsgehäusen 111 und 113 vorgesehen ist und die an dem bewegbaren Teil 121 gelagert ist, um die Lage des bewegbaren Teils 121 zu ermitteln.

Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, eine Positionierung der Bewegung des Anschlags mit einer höheren Geschwindigkeit zu erzielen, als bei der Verwendung eines Kugelumlaufspindelmechanismus als Positioniermechanismus für den Anschlag. Weiterhin wird der Stoß bei der Berührung des Werkstücks durch den Anschlag durch die Anziehungskraft zum Halten des bewegbaren Teils in einer festen Position absorbiert. Die gezeigte Ausgestaltung gewährleistet somit

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eine Stoßabsorption und eine hervorragende Positionierung des Werkstücks.

Eine weitere praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Schrittmotors ist in Fig. 13 wiedergegeben. Eine Schleifmaschine 129, welche in konventioneller Weise ausgestaltet sein kann, weist einen Tisch 135 auf, welcher so gelagert ist, daß er sich nach links und rechts hin- und herbewegen kann. Der Tisch lagert ein Werkstück W auf einem Support 133, welcher wiederum so gelagert ist, daß er relativ zu einem Rahmen 131 vor- und rückwärts bewegbar ist. Ein Arbeitskopf i4i, an welchem eine Schleifscheibe 139 frei drehbar gelagert ist, ist an einer Säule 137 gelagert, welche vertikal an dem Rahmen 131 befestigt ist. Der Arbeitskopf ist in vertikaler Richtung bewegbar. An der Schleifmaschine 129 ist drehbar ein Handrad 143 angeordnet, um den Support 133 vorwärts und rückwärts zu bewegen, sowie ein Handrad 145, um den Tisch 135 nach links und rechts hin und her zu bewegen. Weiterhin ist ein Handrad 147 vorgesehen, um den Arbeits-kopf 14-1 in vertikaler Richtung zu bewegen. Wenn eine derartige Schleifmaschine mit einem linearen Schrittmotor der oben beschriebenen Art ausgerüstet ist, ist es möglich, diesen als Antrieb für die Hin- und Herbewegung des Supports 133 oder des Tisches 135 zu verwenden.

Die Fig. 14 zeigt im Detail eine Ausgestaltung, bei welcher z.B. die Primärseite des linearen Schrittmotors als Stator 149 auf der Oberfläche des Supports 133 befestigt ist, während die Sekundärseite, welche das bewegbare Teil 151 bildet, an der Unterseite des Tisches 135 befestigt ist. Es ist aber auch möglich, die Relativbewegungsmöglichkeiten der Primär- und Sekundärseiten umzukehren. Dann kann es wünschenswert sein, eine Ausgestaltung zu erzielen, in welcher die Lage des Tisches 135 durch einen geeigneten Positionssensor ermittelt wird, welcher die Tischbewegung

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steuert.

In Fig. 15 ist eine geeignete Ausgestaltung eines Steuerschaltkreises zur Steuerung der oben beschriebenen Typen von Linearmotoren dargestellt. Im einzelnen ist eine Geschwindigkeitssteuereinheit 153 und eine Schrittlängensteuereinheit 155 mittels einer Impulsverteilungseinheit 157 verbunden. Die Impulsverteilungseinheit 157 ist über einen Verstärker 159 mit dem Schrittmotor LSM verbunden.

Ein Positionssensor 161 ist mit dem linearen Schrittmotor LSM verbunden, sowie mit der Impulsverteilungseinheit und, mittels eines F/V-Umwandlers 163, welcher die Impulsfrequenz des Positionssensors 161 in eine Spannung umwandelt, mit dem Verstärker 159.

Der Impulsstrom, welcher auf die Erregerspulen des linearen Schrittmotores LSM aufgebracht werden soll, wird von der Impulsverteilungseinheit 157 auf der Basis der Eingangswerte der Geschwindigkeitssteuereinheit 153 und der Schritt- längensteuereinheit 155 verteilt. Der verteilte Impulsstrom wird in dem Verstärker 159 verstärkt und anschließend auf die Erregerspulen des linearen Schrittmotors LSM aufgebracht, um eine Schrittbewegung desselben zu erzeugen. Die von dem linearen Schrittmotor LSM bei der Schrittbewegung erzeugte Position wird von dem Positionssensor 161 festgestellt und der Impulsverteilungseinheit 157 zurückgeführt. Die Impulsfrequenz wird durch den F/V-Umwandler 163 in eine Spannung umgewandelt und dem Verstärker 159 zugeführt. Folglich basiert der Ausgangswert des Verstärkers 159 zu dem linearen Schrittmotor LSM auf der Differenz zwischen dem Eingangswert der Schrittlängensteuereinheit 155 und dem Eingangswert des F/V-Umwandlers 163.

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Claims

Patentansprüche

25 1. Linearer Schrittmotor, gekennzeichnet durch ein Paar von Eisenerregerkernen (7, 57, 93) mit mehreren Feldschenkeln (5, 55), welche mehrere Verzahnungen (3, 59) mit einer gemeinsamen Teilung ¹X bilden, wobei unter der Annahme, daß P die Anzahl der Polse und η die Anzahl

30 der Phasen des linearen Schrittmotors ist, der Abstand der Feldschenkel (5, 55) (N + (m/n)) 'X beträgt, wobei N und m ganze Zahlen sind und wobei m < η ist; und dadurch, daß die Verzahnungen (3, 59) auf dem Paar von Eisenerregerkernen (7, 57, 93) um nicht mehr als (L/P) "X, phasenver-

35 schoben sind, wobei L eine ganze Zahl ist und L< P und 2L jiP sind. i
2. Linearer Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die an einem Ende der Feldschenkel (5, 55) der Eisenerregerkerne (7, 57, 93) ausgebildeten Verzahnungen (3, 59) von der Endfläche der Eisenerregerkerne (5, 57, 93) um nicht mehr als (L/P) *tpasenverschoben sind und daß das Paar von Eisenerregerkernen (5, 57, 93) gleiche Dimensionierungen aufweist.
3. Linearer Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2,

gekennzeichnet durch ein Paar von Eisenerregerkernen (7, 57, 93) mit mehreren Feldschenkeln (5, 55), welche mehrere Verzahnungen (3, 9, 59, 73) mit einer gemeinsamen Teilung T bilden , wobei unter der Annahme, daß P die Anzahl der Pole und η die Anzahl der Phasen des linearen Schrittmotors ist, der Abstand der Feldschenkel (5, 55) (N + (m/n)) ' ¹X beträgt, wobei N und m ganze Zahlen sind und wobei m<nist; und dadurch die Verzahnungen (9, 73) auf einem Paar von nichterregten Eisenkernen (11, 71), welche gegenüberliegend zu dem Paar von Eisenerregerkernen (7, 57, 93) angeordnet sind, um nicht mehr als (L/P) " f phasenverschoben sind, wobei L eine ganze Zahl ist und L<P und 2L iP sind.
4. Linearer Schrittmotor nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet , daß die an einem Ende der Feldschenkel der nichterregten Eisenkerne (11, 71) angeordneten Verzahnungen (9, 73) von der Endfläche der nichterregten Eisenkerne (11, 71) um nicht mehr als (L/P) ' ¹X phasenverschoben sind und daß das Paar der nichterregten Eisenkerne

30(11, 71) gleiche Dimensionierungen aufweist.
5. Linearer Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mehrere Wärmeleitrippen (61F), welche an einer Befestigungsplatte (61) ausgebildet sind, die mit mehreren Eingriffsausnehmungen (61H) versehen ist, die mit mehreren an einem Paar von Eisenerregerkernen

(57) befestigten Feldschenkeln (55) in Eingriff bringbar ist, durch mehrere Eisenerregerkerne (57), welche mittels von einer Druckplatte aufgebrachtem Druck an einem feststehenden Bereich (49) oder an einem b'ewegbaren Bereich

(65) befestigt sind, und durch mehrere nichterregte Eisenkerne (71), welche mit mehreren Verzahnungen (73) versehen sind, die den mehreren Verzahnungen (59) der Eisenerregerkerne (57) gegenüberliegen, und die an dem bewegbaren Bereich (65) oder dem feststehenden Bereich (49) befestigt sind.