DE3874818T2

DE3874818T2 - Linearer schrittmotor.

Info

Publication number: DE3874818T2
Application number: DE8888110365T
Authority: DE
Inventors: Masanori Murofushi
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2008-06-30
Also published as: EP0297532A1; US4879482A; EP0297532B1; DE3874818D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen linearen Schrittmotor und insbesondere einen linearen Schrittmotor, der für einen Antriebsmechanismus geeignet ist, der dazu geeignet ist, einen Magnetkopf in einer Zielspur zu positionieren.
Ein linearer Schrittmotor wird verwendet, um zum Beispiel einen Magnetkopf oder einen optischen Kopf in radialer Richtung einer Magnetplatte linear zu bewegen bis der Kopf eine Zielspur der Platte erreicht.
Ein linearer Schrittmotor für eine derartige Anwendung ist in US-A-4,578,622, insbesondere in dessen Figuren 6 und 10, offenbart, das einen stationären Teil mit vier Magnet-Polelementen und ein bewegliches Teil (Nebenteil), das auf und entlang dem stationären Teil linear verrutschbar ist, umfaßt. Ein Paar von ersten und zweiten Führungsteilen befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten von Magnetpolzähnen des stationären Teils, um das bewegliche Teil während der linearen Bewegung des letzteren zu führen. Während das erste Führungsteil durch Nieten sicher mit dem stationären Teil verbunden ist, kann sich das zweite Führungsteil durch die Nieten und eine Blattfeder in eine Richtung senkrecht zu seiner Längsrichtung bewegen. Die Führungsteile sind jeweils mit Kugelführungsteilen ausgestattet, die jeweils eine Kugel aufnehmen. Die Kugeln rollen in den einzelnen Kugelführungensteilen ab, so daß das bewegliche Teil auf dem stationären Teil gleitet. Unter den Zähnen befindet sich ein Permanentmagnet zum Anlegen eines magnetischen Feldes an die Zähne dieses stationären Teils. Ferner wird ein Paar von Magnetkernrahmen neben den Permanentmagnet gestellt, um das Magnetfeld selektiv zu schwächen, um dadurch das bewegliche Teil zu bewegen, wobei um jedes der Kerneisen eine Spule gewickelt ist.
Im oben beschriebenen herkömmlichen linearen Schrittmotor ist das bewegliche Teil linear verschiebbar, wobei das erste Führungsteil, das fest auf dem stationären Teil ist, als Bezug dient. Eine Voraussetzung bei einer derartigen Struktur ist, daß das erste Führungsteil durch Nietverbindung exakt auf dem stationären Teil positioniert ist, um exakte Parallelität zwischen den Zähnen des stationären Teils und jenen des beweglichen Teils sicherzustellen. Da jedoch die Bearbeitung der Magnetpolelemente und des ersten Führungselementes mit äußerster Genauigkeit schwierig ist, gelingt es nicht, daß die Zähne des stationären Teils und des beweglichen Teils zueinander parallel werden. Unter einer derartigen Voraussetzung ändert sich das statische Drehmoment des beweglichen Teils abhängig von der Position, an der das bewegliche Teil angehalten wird.
Ferner wird im herkömmlichen linearen Schrittmotor die Größe eines Abstands, der zwischen den Zähnen des stationären Teils und jenen des beweglichen Teils definiert ist, durch die vier Kugeln, die auf den vier einzelnen Magnetpolelementen abrollen, bestimmt. Folglich verhindert jeder Fehler in der Montage der Magnetpolelemente, daß ein gleichmäßiger Abstand zwischen den Zähnen des stationären Teils und jenen des beweglichen Teils in Längsrichtung der ¹Zähne definiert wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen linearen Schrittmotor zur Verfügung zu stellen, bei dem die Zähne eines stationären Teils und jene eines beweglichen Teils genau parallel zueinander positioniert sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen linearen Schrittmotor zur Verfügung zu stellen, bei dem zwischen den Zähnen des stationären Teils und jenen des beweglichen Teils ein gleichmäßiger Abstand definiert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen linearen Schrittmotor zur Verfügung zu stellen, der es erlaubt, Abmessungsfehler von einzelnen konstruktiven Teilen und Elementen während der Montage zu kompensieren.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindeung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden; es zeigen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionszeichnung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines in der Ausführungsform enthaltenen stationären Teils;
Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines in der Ausfuhrungsform enthaltenen Zahnrads;
Fig. 4 ist eine Aufsicht eines in der Ausführungsform enthaltenen beweglichen Teils;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ist ein entlang der Linie VI-VI von Fig. 5 genommenes Schnittbild;
Fig. 7A bis 7D sind Diagramme, die schematisch die Funktion der in Fig.5 gezeigten Ausführungsform zeigen;
Fig. 8 und 9 sind eine Auf- und eine Seitenansicht, die ein Diskettenlaufwerk zeigen, das mit der Ausführungsform von Fig. 5 implementiert ist; und
Fig. 10 ist ein entlang der Linie X-X von Fig. 8 genommenes Schnittbild.
In den gesamten Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugsnummern die gleichen konstruktiven Elemente.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein erfindungsgemäßer linearer Schrittmotor ein stationäres Teil 10 mit vier Magnetpolelementen 1a bis 4a, welche an ihren oberen Oberflächen jeweils mit Zähnen 1t bis 4t versehen sind. Insbesondere werden die Magnetpolelemente 1a bis 4a von einem im allgemeinen rechteckigen Vorsprung 13 aufgenommen, der in einem mittleren Teil des stationären Teils 10 vorgesehen ist. Alle Zähne 1t bis 4t der Magnetpolelemente 1a bis 4a erstrecken sich parallel zueinander und haben die gleiche Teilung, Breite und Höhe. Die Fortsetzungen der Köpfe der Zähne 1t und 2t bilden jeweils mit den Köpfen der Zähne 3t und 4t eine Linie. Die Zähne 1t und 3t weichen von den Zähnen 2t und 4t jeweils um eine halbe Teilung ab. Die obere Oberfläche des Vorsprungs 13 hat die gleiche Höhe wie die Köpfe der Zähne 1t bis 4t. Um das Eindringen von Staub und anderen Verunreinigungen zu verhindern, wird ein Harz oder ähnliches Material in die Unterseite der Zähne 1t bis 4t versenkt. Der Vorsprung 13 ist von einem Flachteil 14 umgeben. Ein Stift 15 zur Einschränkung des Bewegungsbereichs des beweglichen Teils 40 wird an ein Eck des Flachteils 14 genagelt. Vier Schraubenlöcher 17 werden durch die vier Ecken des Flachteils 14 neben dem Vorsprung 13 gedreht.
Einzelheiten des stationären Teils 10 werden mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Eisenkerne 1b bis 4b erstrecken sich jeweils von der unteren Oberfläche der Magnetpolelemente 1a bis 4a aus. Spulenkörper 1c bis 4c sind aus Nylon oder ähnlich isolierendem Material gefertigt und werden jeweils mit den Eisenkernen 1b bis 4b verbunden. Spulen 1d und 4d werden jeweils entgegen dem Uhrzeigersinn um die Spulenkörper 1c und 4c gewickelt. Spulen 2d und 3d werden jeweils im Uhrzeigersinn um die Spulenkörper 2c und 3c gewickelt. Die Spulen 1d und 2d werden durch eine modifizierbar bedruckte Schaltkarte 5 in Reihe geschaltet, und die Spulen 3d und 4d werden ebenfalls durch die Schaltkarte 5 in Reihe geschaltet. Die Schaltkarte 5 umfaßt einen Anschlußbereich 5', der mit vier Steuerstrom-Eingangsanschlüssen ausgestattet ist. Die Eisenkerne 1b bis 4b werden jeweils von Löchern 1e bis 4e aufgenommen, welche in den Eisenjochen 6n und 6s über Fenster der Schaltkarte 5 ausgebildet werden, und sie werden dadurch mit den Jochen 6n und 6s magnetisch verbunden. Zwischen die Joche 6n und 6s wird ein Permanentmagnet 7 gebracht, der jeweils Nord- bzw. Südpole an der Joch-6n- Seite bzw. an der Joch-6s-Seite hat.
Nachdem die verschiedenen Teile des oben beschriebenen stationären Teils 10 zusammenmontiert wurden, wird die Untergruppe einem Preßvorgang unterzogen, bei dem Plastik oder vorzugsweise ungesättigtes Polyester, welches Glasfasern enthält, verwendet wird, damit man die Konfiguration von Fig. 1 erhält, die den Vorsprung 13 und das Flachteil 14 enthält. Die Zähne 1t bis 4t werden dann auf der oberen Oberfläche der Magnetpolelemente 1a bis 4a durch Schneiden oder Ätzen ausgeformt.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein rahmenähnliches Führungsteil 20 aus Aluminium mit einem Fenster in seinem mittleren Teil ausgeformt. Eine aus Phosphorbronze gefertigte Abstandsfeder 21 ist ebenfalls mit einem Fenster in ihrem Mittelteil gefertigt und durch ihre Montageteile 22 an die untere Oberfläche des Führungsteils 20 angepaßt. Das Führungsteil 20 ist an einer seiner gegenüberliegenden Seiten mit einer Nut 23 mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt und auf der anderen Seite mit einem flachen Abschnitt 27 versehen. Ein Stift 26 zum Montieren eines Zahnrads 25 wird senkrecht in eine Ecke des Führungsteils 20 gesteckt. Das Führungsteil 20 mit der Abstandsfeder 21 ruht auf dem Flachteil 14 des stationären Teils 10. In diesem Zustand werden die jeweils in dem Führungsteil 20 und in der Abstandsfeder 21 ausgeformten Öffnungen 24 und 24' mit dem Stift 16 verbunden.
In einer derartigen Anordnung ist das Führungsteil 20 drehbar um den Stift 16, so daß die Längsrichtung der V- förmigen Nut 23 senkrecht auf die Zähne 1t bis 4t der Magnetpolelemente 1a bis 4a werden kann. Die Horizontalebene oder Höhe des Führungsteils 20 ist durch vier durch die Löcher 17 eingesetzte Schrauben 18 einstellbar. Nachdem das Führungsteil 20 in den zwei verschiedenen Richtungen durch eine Methode, die noch beschrieben wird, eingestellt wurde, wird das Führungsteil 20 durch Verwendung eines Harzes, das bei Beleuchtung mit ultravioleter Strahlung härtet, sicher am Flachteil 14 des stationären Teils 10 befestigt.
Ein Halter 30 wird aus Polyacetat gefertigt und in Form eines Rahmens mit Fenster ausgebildet. Der Halter 30 wird verschiebbar entlang der oberen Oberfläche auf das Führungsteil 20 montiert. Insbesondere werden in einer Seite des Halters 30 Kugeln 31 abrollbar versenkt und in der V- förmigen Nut 23 des Führungsteils 20 aufgenommen, und in der anderen Seite des Halters 30, die sich auf dem flachen Abschnitt 27 des Führungsteils befindet, werden Zylinderwalzen 32 abrollbar versenkt. Der Halter 30 ist auf seiner Seite, an der sich die Zylinderwalzen 32 befinden, mit einer Zahnstange 33 versehen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist das Zahnrad 25 aus einem größeren Zahnrad 251 und einem kleineren Zahnrad 25s, die koaxial sind, zusammengesetzt, wobei die Zahnstange 33 mit dem kleineren Zahnrad 25s ineinandergreift.
Ebenso bezugnehmend auf Fig. 4 wird mittels Photoätzung ein aus Gußeisen gefertigtes bewegliches Teil 40 mit zwei Matrizen aus Zähnen 42n und 42s auf dessen tieferliegender Oberfläche 41 (d.h. der Oberfläche, die den Magnetpolelementen 1a bis 4a zugewandt ist) gebildet. Während die Zahnmatrizen 42n und 42s die gleiche Teilung und die gleiche Breite wie die Zähne 1t bis 4t haben, sind sie um ein Viertel der Teilung (eine halbe Zahnbreite) gegeneinander verschoben. Die Zahnmatrizen 42n bzw. 42s sind jeweils den Magnetpolelementen 1a und 2a bzw. 3a und 4a zugewandt. Eine Nut 43 mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt erstreckt sich in einem Seitenteil der tieferliegenden Oberfläche 41 des beweglichen Teils 40, das andere Seitenteil der tieferliegenden Oberfläche 41 ist als Flachteil 47 ausgebildet. Die Nut 43 ist geeignet, die Kugeln 31 aufzunehmen. Das bewegliche Teil 40 ist mit einer Zahnstange 44 versehen, die die gleiche Teilung wie die Zahnstange 33 hat und mit dem größeren Zahnrad 251 ineinandergreift. Ein Eckteil des beweglichen Teils 40 ist zu einer Nase 45 und zu einem Widerlager 46 ausgeformt, die selektiv mit dem Stift 15 in Eingriff gebracht werden können.
Wie in Fig. 5 gezeigt wird das aus Gußeisen gefertigte bewegliche Teil 40 durch den Halter 30 mittels der Anziehungskraft des Magneten 7 in Richtung des stationären Teils angezogen. In diesem Augenblick weisen die Zähne 1t bis 4t in Richtung der auf der tieferliegenden Oberfläche 41 des beweglichen Teils 40 in einem Abstand von 30um vorgesehenen Zähne. Das bewegliche Teil 40 ist auf und entlang dem Führungsteil 20 in einer durch einen doppelspitzigen Pfeil B angezeigten Richtung beweglich, da die Kugeln 31 in der V- förmigen Nut 23 und 43 abrollen und die Zylinderwalzen 32 auf den Flachteilen 27 und 47 abrollen. Eine derartige Verschiebung des beweglichen Teils 40 wird durch den Stift 15 beschränkt, an dem die Nase 45 und das Widerlager 46 angreifen können. Der Halter 30 ist in der gleichen Richtung wie das bewegliche Teil 40 um die halbe Strecke wie das bewegliche Teil 40 beweglich. Das größere Zahnrad 251, das mit der Zahnstange 44 des beweglichen Teils 40 ineinandergreift, hat zweimal mehr Zähne als das kleinere Zahnrad 25s, das mit der Zahnstange 33 des Halters 30 ineinandergreift. Folglich bleibt das Positionsverhältnis zwischen dem beweglichen Teil 40 und dem Halter 30 relativ zur Richtung B das gleiche, selbst wenn zwischen den Kanälen 23 und 43 und den Flachteilen 27 und 47 ein Schlupf auftritt.
Nachstehend wird bezugnehmend auf Fig. 6 beschrieben, wie der Abstand G zwischen den Zähnen 1t bis 4t des stationären Teils 10 und den Zähnen 42n und 42s des beweglichen Teils 40 und die Parallelität der zwei Teile 10 und 40 eingestellt werden.
Das Führungsteil 20 wird wie vorher beschrieben auf dem Flachteil 14 des stationären Teils 10 mittels einer Abstandsfeder 21 positioniert. Wenn der Halter 30 auf dem Führungsteil 20 und dann das bewegliche Teil 40 auf dem Halter 30 positioniert sind, wird eine Magnetschleife geschlossen, die sich vom Magnet 7 über das Joch 6n, die Eisenkerne 1b und 2b, die Magnetpolelemente 1a und 2a, das bewegliche Teil 40, die Magnetpolelemente 3a und 4a, die Eisenkerne 3b und 4b und das Joch 6s zurück zum Magnet 7 erstreckt. Deshalb haften die Oberflächen der Zähne 42n und 42s des beweglichen Teils 40 magnetisch an den Magnetpolelementen 1a bis 4a. In diesem Zustand (der Abstand G ist null) werden die vier Schrauben 18 einzeln von unten in die Schraublöcher 17 gedreht und angezogen bis ihre Köpfe die tieferliegende Oberfläche des Führungsteils 20 berühren. Dann werden die Schrauben 18 jeweils in gleichem Umfang gedreht, damit sie um 30 um höher werden, so daß die Zähne 42n und 42s des beweglichen Teils 40 gleichmäßigen Abstand von 30um von den Zähnen 1t bis 4t der Magnetpolelemente 1a bis 4a haben. Nach derartigem Einstellen des Abstands G wird die Abstandsfeder 21 mit elastischem Klebstoff provisorisch am Flachteil 14 des stationären Teils 10 befestigt. In diesem Montagestadium sind das Führungsteil 20 und die Abstandsfeder 21 immer noch geringfügig um den Stift 16 drehbar.
Daraufhin wird das Führungsteil 20 um den Stift 16 gedreht bis seine Nut 23 senkrecht auf die Zähne 1t bis 4t steht, und dabei werden die Zähne 42n und 42s des beweglichen Teils 40 parallel zu den Zähnen 1t bis 4t ausgerichtet. Um diese genaue Einstellung in dem in Fig. 5 gezeigten Zustand zu erleichtern, kann das bewegliche Teil 40 mit konstanter Geschwindigkeit in die Richtung B bewegt werden, und das Führungsteil 20 kann so um den Stift 16 gedreht werden, daß die Stromwerte aufgrund elektromotorischer Kräfte, die in den Spulen 1d bis 4d erzeugt werden, als Sinuswellen erscheinen, die sich in der Phase um Π/4 voneinander unterscheiden. Nach dieser Einstellung wird ein Harz 50, das bei Beleuchtung mit ultravioleter Strahlung härtet, in den Zwischenraum zwischen dem Führungsteil 20 und dem Flachteil 14 des stationären Teils 10 gefüllt und dann durch ultraviolette Strahlen gehärtet. Im Ergebnis ist das Führungsteil 20 starr mit dem Flachteil 14 des stationären Teils 10 verbunden. Auf diese Weise werden die Parallelität und der Abstand zwischen den Zähnen 42n und 42s des beweglichen Teils 40 und den Zähnen 1t bis 4t des stationären Teils 10 eingestellt.
Die Funktion des linearen Schrittmotors mit dem obigen Aufbau wird bezugnehmend auf Fig. 7A bis 7D beschrieben. Im allgemeinen wird der lineare Schrittmotor durch Wiederholung der SCHRITTe 1 bis 4 wie in Fig. 7A bis 7D gezeigt gleichzeitig um einen Schritt gefahren. Das stationäre Teil 10 und das bewegliche Teil 40 sind mit Zähnen ausgebildet, die die gleiche Breite und Höhe haben und in der gleichen Teilung angeordnet sind. In der erklärenden Ausführungsform beträgt die Teilung T 0,75 mm, die Breite W 0,375 mm und die Höhe H 0,375 mm. Wie oben beschrieben sind die Zähne 1t und 2t des stationären Teils 10 um eine halbe Teilung gegeneinander verschoben. Insbesondere wenn die Köpfe der Zähne 1t den Köpfen der Zähne 42n zugewandt sind, sind die Köpfe der Zähne 2t den Füßen der Zähne 42n zugewandt. Diese Beziehung ist auch für die Zähne 3t, 4t und 42s richtig. Ferner sind die Zähne 42n und 42s des beweglichen Teils 40 um eine Viertel Teilung (eine halbe Breite) gegeneinander verschoben. In der folgenden Beschreibung wird die in den Zeichnungen von links nach rechts gesehene Richtung als die positive Stromrichtung angenommen.
Gemäß Fig. 7A wird in SCHRITT 1 ein positiver Strom an die Spulen 1d bis 4d gelegt. In diesem Fall entsteht wie in der Figur gezeigt in den Magnetpolelementen 1a und 3a ein aufwärts gerichteter magnetischer Fluß, während in den Magnetpolelementen 2a und 4a ein abwärts gerichteter magnetischer Fluß entsteht. Da der in jedem der Magnetpolelemente 1a und 3a entstehende magnetische Fluß in die gleiche Richtung geht wie der magnetische Fluß, der durch den Magnet 7 entsteht, tritt jeweils zwischen den Zähnen 1t und 3t bzw. den Zähnen 42n und 42s magnetische Anziehung auf. Andererseits sind die durch die Magnetpolelemente 2a und 4a entstehenden magnetischen Flüsse entgegengesetzt zum magnetischen Fluß des Magneten 7 gerichtet und heben sich daher gegenseitig auf, und es tritt jeweils fast keine magnetische Anziehung zwischen den Zähnen 2t und 4t bzw. den Zähnen 42n und 42s auf.
Wie gezeigt hat das Magnetpolelement 1a Zähne 1t-(1) bis 1t-(5), das bewegliche Teil 40 hat Zähne 42n-(1) bis 42n-(5), die jeweils den Zähnen 1t-(1) bis 1t-(5) gegenüberstehen, das Magnetpolelement 3a hat Zähne 3t-(1) bis 3t-(5) und das bewegliche Teil 40 hat Zähne 42s-(1) bis 42s-(5), die jeweils den Zähnen 3t-(1) bis 3t-(5) gegenüberstehen. Dann greift eine Kraft an den Zähnen 42n-(1) bis 42n-(5) an, die darauf abzielt, sie magnetisch jeweils in Richtung der Zähne 1t-(1) bis 1t-(5) zu treiben. Als Folge wirkt auf das bewegliche Teil 40, wie man in der Figur sieht, eine Kraft, die darauf abzielt, das bewegliche Teil 40 nach rechts zu bewegen. Andererseits wirkt auf die Zähne 42s-(1) bis 42s- (5) eine Kraft, die darauf abzielt, die Zähne 42s-(1) bis 42s-(5) magnetisch auf die Zähne 3t-(1) bis 3t-(5) zu zu treiben, was dazu führt, daß das bewegliche Teil 40 nach links bewegt wird. Das bewegliche Teil 40 wird an einer Position zum Stillstand gebracht, an der sich die rechtsgerichteten und die linksgerichteten treibenden Kräfte im Gleichgewicht halten. Insbesondere wird das bewegliche Teil 40 an einer Position angehalten, an der die Zähne 1t-(1) bis 1t-(5) den Zähnen 42n-(1) bis 42n-(5) und die Zähne 3t-(1) bis 3t-(5) den Zähnen 42s-(1) bis 42s-(5) jeweils auf Dreiviertel der Zahnbreite W gegenüberstehen.
Dann wird im in Fig. 7B gezeigten SCHRITT 2 ein negativer Strom an die Spulen 1d und 2d angelegt, während an die Spulen 3d und 4d ein positiver Strom angelegt wird. Der negative Strom kehrt die Richtung des magnetischen Flusses, der in den Magnetpolelementen 1a und 2a entsteht, um, und daher wird die magnetische Anziehung zwischen den Zähnen 1t und 42n aufgehoben. Gleichzeitig tritt magnetische Anziehung zwischen den Zähnen 2t und 42n auf, und die magnetische Anziehung zwischen den Zähnen 3t und 42s wird aufrechterhalten. Das bewegliche Teil 40 wird zum Stillstand gebracht, wenn es nach links zu einer Position bewegt wurde, an der die von den Magnetpolelementen 2a und 3a ausgeübten Kräfte miteinander im Gleichgewicht stehen. Insbesondere werden die Zähne 42n-(1)' bis 42n-(5)' jeweils von den Zähnen 2t-(1) bis 2t-(5) so angezogen, daß das bewegliche Teil 40 nach links bewegt wird. Wenn die Zähne 42s-(1) bis 42s-(5) weg von den Zähnen 3t-(1) bis 3t-(5) nach links bewegt werden, wird die Kraft, die die Zähne 42s-(1) bis 42s-(5) zu den Zähnen 3t-(1) bis 3t-(5) treibt, zu einer Kraft, die das bewegliche Teil 40 nach rechts bewegt. An einer Position, an der die von den Zähnen 2t-(1) bis 2t-(5) ausgeübte Kraft zum Bewegen des beweglichen Teils 40 nach links und die von den Zähnen 3t-(1) bis 3t-(5) ausgeübte Kraft zum Bewegen des beweglichen Teils 40 nach rechts miteinander im Gleichgewicht stehen, wird das bewegliche Teil 40 angehalten. Das bewegliche Teil 40 wird verglichen mit der Position von Fig. 7A (SCHRITT 1) um eine Entfernung von T/4 (= 0,1875 mm) nach links bewegt.
Im in Fig. 7C gezeigten SCHRITT 3 wird an alle Spulen 1d bis 4d ein negativer Strom angelegt. In diesem Fall wird die vom Magnetpolelement 3a ausgeübte magnetische Kraft aufgehoben, und vom Magnetpolelement 4a wird eine magnetische Kraft ausgeübt. Das Magnetpolelement 2a übt wie in SCHRITT 2 eine magnetische Kraft aus. Das bewegliche Teil 40 wird zum Stillstand gebracht, nachdem es weiter nach links an eine Position bewegt wurde, an der die Kräfte der Magnetpolelemente 2a und 4a miteinander im Gleichgewicht stehen. Insbesondere die Zähne 42s-(1)' bis 42s-(5)' werden jeweils von den Zähnen 41-(1) bis 4t-(5) angezogen, um das bewegliche Teil 40 der Reihe nach nach links zu bewegen. Wenn die Zähne 42n-(1)' bis 42n-(5)' an den Zähnen 2t-(1) bis 2t-(5) vorbei nach links bewegt werden, wird die von den Zähnen 2t-(1) bis 2t-(5) auf die Zähne 42n-(1)' bis 42n-(5)' ausgeübte Kraft zu einer Kraft, die das bewegliche Teil 40 nach rechts treibt. Das bewegliche Teil 40 wird an einer Position angehalten, an der die Kraft des Magnetpolelementes 4a, die das bewegliche Teil 40 nach links treibt, und die Kraft des Magnetpolelementes 2a, die es nach rechts treibt, miteinander im Gleichgewicht stehen. Das bewegliche Teil 40 wird verglichen mit der Position von Fig. 7B um T/4 weiter nach links bewegt.
Im in Fig. 7D gezeigten SCHRITT 4 wird an die Spulen 1d und 2d ein positiver Strom angelegt, während an die Spulen 3d und 4d ein negativer Strom angelegt wird, so daß jedes der Magnetpolelemente 1a und 4a eine anziehende Kraft erzeugt. Das bewegliche Teil 40 wird weiter nach links an eine Position bewegt, an der die Kräfte der Magnetpolelemente 1a und 4a miteinander im Gleichgewicht stehen. Insbesondere ziehen die Zähne 1t-(1) bis 1t-(s) jeweils die Zähne 42n-(2) bis 42n-(6) an, um dadurch das bewegliche Teil 40 nach links zu bewegen. Wenn die Zähne 42s-(1)' bis 42s- (5)' an den Zähnen 4t-(1) bis 4t-(5) vorbei nach links bewegt werden, wird die von den Zähnen 4t-(1) bis 4t-(5) auf die Zähne 42s-(1)' bis 42s-(5)' ausgeübte Kraft zu einer Kraft, die das bewegliche Teil 40 nach rechts treibt. Das bewegliche Teil 40 wird an einer Position angehalten, an der die Kraft des Magnetpolelementes 1a, die das bewegliche Teil 40 nach links treibt, und die Kraft des Magnetpolelementes 4a, die es nach rechts treibt, miteinander im Gleichgewicht stehen. Das bewegliche Teil 40 wird verglichen mit der Position von Fig. 7C um T/4 weiter nach links bewegt. In dieser Stellung wurde das bewegliche Teil 40 gegenüber der in Fig. 7A gezeigten Position um (3/4)T bewegt.
Danach wird der in Fig. 7A gezeigte Strom wiederum durch die Spulen 1d bis 4d geleitet, um das bewegliche Teil 40 um T/4 nach links zu bewegen. Die oben beschriebenen SCHRITTe 1 bis 4 werden wiederholt, um das bewegliche Teil 40 nach links zu bewegen, d. h., das bewegliche Teil 40 wird in einem Zyklus von aufeinanderfolgenden SCHRITTen 1 bis 4 um eine Entfernung von T bewegt. Um das bewegliche Teil 40 nach rechts zu bewegen, werden die Spulen 1d bis 4d unter Umkehrung der Reihenfolge der SCHRITTe 1 bis 4 betrieben.
Der wie oben angegeben konstruierte und betriebene lineare Schrittmotor kann auf eine 3,5-Inch-Diskettenvorrichtung angewendet werden, wie nachstehend beschrieben wird.
Wieder zurückkommend auf Fig. 5 umfaßt das stationäre Teil 10 des linearen Schrittmotors 60 an dessen gegenüberliegenden Seiten Montageabschnitte 61, und jeder Montageabschnitt 61 ist mit einem Schraubloch ausgebildet. Andererseits umfaßt das bewegliche Teil 40 ein Öffnung 62 zur Montage eines tieferliegenden Magnetkopfes und Schraublöcher 63 zur Montage eines Kopfträgers eines oberen Magnetkopfes.
Gemäß Fig. 8 bis 10 wird ein Grundplatte 70 aus Eisen hergestellt und mit einer Öffnung 71 zum Montieren des linearen Schrittmotors 60 ausgeformt. Die Öffnung 71 ist von einem Plastikrahmen 72 umgeben, der durch Wickel-Verpressen ausgeformt wird. Der Motor 60 wird von der tieferliegenden Oberfläche der Grundplatte 70 in die Öffnung 71 eingesetzt und darin mit Schrauben 61' an den drei Montageabschnitten 61 befestigt, wobei sich das bewegliche Teil 40 über der Grundplatte 70 befindet. Wie am besten in Fig. 10 gezeigt ist, umfaßt der Rahmen 72 Vorsprünge 72', die verhindern, daß das bewegliche Teil 40 vom stationären Teil 10 getrennt wird.
In der Öffnung 62 liegt ein tieferliegender Magnetkopf 641 bereit, der von einer Kardanfeder (nicht gezeigt) getragen wird. Eine höhererliegende Magnetkopfhalterungsmontagegruppe 65 wird auf der oberen Oberfläche des beweglichen Teils 40 montiert. Die Halterungsmontgegruppe 65 umfaßt einen stationären Block 66, der mit Schrauben 63' durch die Schraublöcher 63 sicher montiert ist, und einen beweglichen Arm 68, der auf dem stationären Block 66 durch zwei Blattfedern 67 montiert ist. Der bewegliche Arm 68 wird wie in Fig. 9 gezeigt durch eine Feder 69 dauernd gegen den Uhrzeigersinn vorgespannt. Ein höherliegender Magnetkopf 64u wird auf der Spitze des beweglichen Arms 68 montiert und durch die Kraft der Feder 69 dauernd in Richtung des tieferliegenden Magnetkopfes 641 gespannt. Wie auf dem Fachgebiet gut bekannt ist, wird der bewegliche Arm 68 durch einen Kopflade- und Entlademechanismus in eine Richtung gesteuert, die in Fig. 9 durch einen doppelspitzigen Pfeil angezeigt wird; dabei bewegt sich der obere Kopf 64u auf den tieferen Kopf 641 zu und von ihm weg.
Auf der Unterseite der Grundplatte 70 wird ein Spindelmotor (Fig. 9) montiert. Eine Ausgangswelle des Spindelmotors ragt aus der oberen Oberfläche der Grundplatte 70 heraus, um mit der Spindelnabe 74 zu kuppeln. Die Spindelnabe 74 kann mit der Diskette in Eingriff kommen und sie drehen, wenn die Diskette in die Vorrichtung eingebracht wird. Die Grundplatte 70 ist durch Wickel-Verpressen mit Vorsprüngen 75 ausgeformt, um die Höhenposition der Diskette beim Ineinandergreifen mit einer Ummantelung der Diskette zu bestimmen.
Wenn der lineare Schrittmotor 60 angetrieben wird, werden die höheren und die tieferen Magnetköpfe 641 und 64u in die durch B angezeigte Richtung bewegt, um bei einer gewünschten Spur positioniert zu werden. Da die minimale Teilung der Bewegung des beweglichen Teils 40 0,1875 mm beträgt, ist die Spurteilung ebenfalls 0,1875 mm. Die Position, an der die Nase 45 des beweglichen Teils 40 gegen den Stift 15 stößt und angehalten wird, fällt dabei mit der 0- ten Spur zusammen.
In der gezeigten und beschriebenen Diskettenvorrichtung sind die Spindelnabe 74 und der lineare Schrittmotor 60 direkt auf die Grundplatte 70 montiert. Dies erlaubt es, die Höhe, bei der eine Diskette mit der Spindelnabe 74 ineinandergreift, und die Höhe des tieferliegenden Magnetkopfes 64 genau zu bestimmen. Außerdem ist die Ausdehnung der linearen Bewegung jedes der Magnetköpfe 641 und 64u genau auf das Drehzentrum der Spindelnabe 74 positioniert.

Claims

1. Linearer Schrittmotor mit:

a) einem stationären Teil (10) mit einem Vorsprung (13), in dem Magnetpolelemente (1a bis 4a) angeordnet sind, und mit einem Flachteil (14), das den Vorsprung umgibt, wobei die Magnetpolelemente (1a bis 4a) mehrere erste Zähne (1t bis 4t) aufweisen, die in einer Matrix in einer ersten Richtung angeordnet sind;

b) einem Führungsteil (20), das auf dem Flachteil (14) des stationären Teils (10) angeordnet ist und eine Führungsnut (23) aufweist, die sich in der ersten Richtung erstreckt;

c) einem ersten Einstellelement (16, 24) zum Einstellen einer Position des Führungsteils (20) durch Bewegen des Führungsteils (20) in einer Richtung parallel zum Flachtei1 (14); und

d) einem beweglichen Teil (40), das auf dem Führungsteil (20) über ein Drehteil (31) angeordnet ist, das in Eingriff mit der Führungsnut (23) steht, wobei das bewegliche Teil (40) mehrere zweite Zähne (42s, 42n) aufweist, die mit dem beweglichen Teil einstückig ausgeformt und in einer Matrix in der ersten Richtung angeordnet und so positioniert sind, daß sie im Abstand (G) von den ersten Zähnen (1t bis 4t) zu diesen weisen,

gekennzeichnet durch

e) ein zweites Einstellelement (17, 18) zum Einstellen einer Position des Führungsteils (20) in einer Richtung senkrecht zum Flachteil (14), wobei der Abstand der zweiten Zähne des beweglichen Teils (40) relativ zu den ersten Zähnen des stationären Teils über das Führungsteil (20) durch die zweiten Einstellelemente eingestellt wird.

2. Linearer Schrittmotor nach Anspruch 1, wobei das Führungsteil (20) aufweist:

a) einen ersten Führungsabschnitt mit der Führungsnut (23); und

b) einen zweiten Führungsabschnitt, der von dem ersten Führungsabschnitt in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beabstandet ist und einen flachen Abschnitt (27) aufweist, der sich in der ersten Richtung erstreckt.

3. Linearer Schrittmotor nach Anspruch 2, wobei das Drehteil Kugeln (31) und der Motor ferner Zylinderwalzen (32) aufweisen, die zwischen dem flachen Abschnitt (27) des zweiten Führungsabschnitts und dem beweglichen Teil (40) angeordnet sind.

4. Linearer Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einem Rückhalteelement (30) zwischen dem Führungsteil (20) und dem beweglichen Teil (40), um das Drehteil zurückzuhalten.

5. Linearer Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten Zähne (1t bis 4t) aus einer ersten Matrix und einer zweiten Matrix bestehen, die voneinander in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beabstandet sind, wobei die zweiten Zähne (42s, 42n) eine dritte und eine vierte Matrix bilden, die zur ersten Matrix bzw. zur zweiten Matrix weisen.

6. Linearer Schrittmotor nach Anspruch 5, wobei die Zahnköpfe und Zahnfüße der ersten und zweiten Matrix der ersten Zähne (1t bis 4t) in der ersten Richtung ausgerichtet sind und wobei die Zahnköpfe und Zahnfüße der dritten und vierten Matrix der zweiten Zähne um ein Viertel einer Zahnteilung in der ersten Richtung voneinander abweichen.