NL1029246C2

NL1029246C2 - Flat actuator production method, e.g. for planar motors, involves modelling magnetic forces and pairings generated by actuator coils

Info

Publication number: NL1029246C2
Application number: NL1029246A
Authority: NL
Inventors: Jacob Willem Jansen; Elena Andreevna Lomonova; Cornelis Martinus Maria Lierop
Original assignee: Univ Eindhoven Tech
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-12-18

Abstract

The magnetic forces and pairings generated following activation of one or more of the actuator coils (10, 12, 14) during use of the actuator are modelled so that the actuator can be produced in such a way that the forces and pairings associated with the different coils are uncoupled as much as possible. The forces and pairings are modelled in a matrix and actuator production is designed so that the condition number of the matrix is kept to a minimum, preferably by moving the coils, especially so that the windings of one or more of the coils extend parallel to the working surface of the stationary part of the actuator. The actuator comprises a stationary part containing adjacent coils which form a working surface and a movable support located opposite this surface which comprises a group of magnets (3, 7) designed to allow the support to move relative to the stationary part.

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke actuator alsmede een vlakke actuator aldus vervaardigd.Brief indication: Method for manufacturing a flat actuator and a flat actuator thus manufactured.

5 Gebied van de uitvindinoField of the invention

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke actuator omvattende een stationair deel waarin een veelheid aangrenzend ten opzichte van elkaar geplaatste spoelen een werkingsvlak vormen, en een tegenover het werkingsvlak van 10 het stationaire deel gelegen beweegbare drager omvattende een groepering magneten voor het in bedrijf vrijgeven van beweging van de drager ten opzichte van het stationaire deel, onder invloed van door bekrachtiging van de spoelen uitoefenbare onderlinge magnetische krachten en koppels.The present invention relates to a method for manufacturing a planar actuator comprising a stationary part in which a plurality of adjacent coils located with respect to each other form a working surface, and a movable carrier opposite the working surface of the stationary part comprising a grouping of magnets for releasing, during operation, movement of the carrier relative to the stationary part, under the influence of mutual magnetic forces and torques exerted by energizing the coils.

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een vlakke 15 actuator vervaardigd met behulp van een werkwijze zoals hierboven is omschreven, omvattende een stationair deel waarin een veelheid aangrenzend ten opzichte van elkaar geplaatste spoelen een werkingsvlak van het stationaire deel vormen, en een tegenover het werkingsvlak van het stationaire deel gelegen beweegbare drager omvattende een groepering 20 geschikt geplaatste magneten voor het in bedrijf vrijgeven van beweging van de drager ten opzichte van het stationaire deel onder invloed van door bekrachtiging van de spoelen uitoefenbare onderlinge magnetische krachten en koppels.The invention furthermore relates to a flat actuator manufactured with the aid of a method as described above, comprising a stationary part in which a plurality of coils placed adjacent to each other form a working surface of the stationary part, and a working surface of the stationary part movable carrier located at a stationary part comprising a grouping of suitably placed magnets for releasing, during operation, movement of the carrier relative to the stationary part under the influence of mutual magnetic forces and torques exerted by energizing the coils.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor 25 het besturen van een vlakke actuator, waarbij de actuator een stationair deel omvat waarin een veelheid aangrenzend ten opzichte van elkaar geplaatste spoelen een werkingsvlak van het stationaire deel vormen, en een tegenover het werkingsvlak van het stationaire deel gelegen beweegbare drager omvattende een groepering geschikt geplaatste magneten 30 voor het vrijgeven van beweging van de drager ten opzichte van het stationaire deel, waarbij beweging van de drager plaatsvindt onder 1 02924 6 2 invloed van door bekrachtiging van de spoelen uitgeoefende onderlinge magnetische krachten en koppels.The invention further relates to a method for controlling a planar actuator, the actuator comprising a stationary part in which a plurality of coils placed adjacent to each other form an operating surface of the stationary part, and an operating surface of the stationary part movable carrier part comprising a group of suitably placed magnets 30 for releasing movement of the carrier relative to the stationary part, movement of the carrier taking place under the influence of mutual magnetic forces and couples exerted by energizing the coils .

Achtergrond van de uitvinding 5 Dergelijke vlakke actuatoren zijn bekend en beogen het verschaffen van een gecontroleerde beweging van de drager met behulp van het bekrachtigen van één of meer in het werkingsvlak gelegen spoelen. De beweging die de drager ten opzichte van het werkingsvlak maakt kan worden beheerd en gestuurd door het beheren van de stroom welke door elk van de 10 spoelen wordt gestuurd.Background of the invention. Such flat actuators are known and are intended to provide a controlled movement of the carrier by energizing one or more coils located in the operating plane. The movement that the wearer makes relative to the working surface can be controlled and controlled by controlling the current which is controlled by each of the coils.

Een vlakke actuator van het hierboven beschreven type wordt bijvoorbeeld beschreven in Amerikaanse octrooiaanvrage nummer US 2003/0085676, getiteld "Six degree of freedom control of planar motors".A flat actuator of the type described above is described, for example, in U.S. Patent Application No. US 2003/0085676, entitled "Six degree of freedom control of planar motors".

ii

Hierin wordt een besturingsmethodiek beschreven, waarin voor een vlakke j 15 actuator bestaande uit een werkingsvlak voorzien van spoelen en een drager omvattende een veelheid magneten de door het bekrachtigen van de spoelen verkregen magnetische krachten worden berekend in drie orthogonale richtingen. Op basis van deze berekening wordt de vlakke actuator aangestuurd.Herein a control method is described in which for a flat actuator consisting of an operating surface provided with coils and a carrier comprising a plurality of magnets, the magnetic forces obtained by energizing the coils are calculated in three orthogonal directions. The flat actuator is controlled based on this calculation.

20 De beschreven besturingsmethodiek kent een groot aantal nadelen. Om te beginnen dient de actuator te worden gecompenseerd voor koppels uitgeoefend op de drager. Hiervoor worden overeenkomstig de beschreven methode correctietermen berekend. De uit te voeren correctiestappen die benodigd zijn teneinde voor ongewenste magnetische 25 koppels te compenseren zijn zeer groot. Compensatie daarvan is slechts ten dele succesvol, waardoor het besturen van de beweging van de drager moeizaam verloopt.The described control method has a large number of disadvantages. To begin with, the actuator must be compensated for the torque applied to the carrier. Correction terms are calculated for this in accordance with the method described. The correction steps to be performed that are required to compensate for undesired magnetic couples are very large. Compensation thereof is only partially successful, which makes it difficult to control the movement of the wearer.

Een ander nadeel is dat de bewegingsvrijheid van de drager ten opzichte van het werkingsvlak relatief klein is. Het uitvoeren van 30 een lange bewegingsslag met de drager is niet mogelijk met de beschreven besturingsmethodiek, en de vlakke actuator kan daarom slechts kleine 102924 6 3 bewegingsslagen uitvoeren.Another drawback is that the freedom of movement of the carrier relative to the working surface is relatively small. Performing a long movement stroke with the carrier is not possible with the described control method, and the flat actuator can therefore only carry out small movement strokes.

De problemen bij de stand van de techniek worden veelal veroorzaakt door hogere-orde-effecten in de verandering van de uitgeoefende magnetische krachten en koppels tijdens de relatieve 5 beweging van de drager ten opzichte van het werkingsvlak. Zoals reeds beschreven zijn deze hogere-orde-effecten voor een gekozen ontwerp van de vlakke actuator moeilijk te compenseren.The problems with the prior art are often caused by higher-order effects in the change of the applied magnetic forces and torques during the relative movement of the carrier relative to the working plane. As already described, these higher order effects are difficult to compensate for a chosen design of the flat actuator.

Samenvatting van de uitvinding 10 Het is een doel van de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het ontwerpen en vervaardigen van een vlakke actuator te verschaffen waarmee de bovenbeschreven problemen ten aanzien van bestaande vlakke actuatoren kunnen worden opgelost.Summary of the invention It is an object of the present invention to provide a method for designing and manufacturing a flat actuator with which the above-described problems with regard to existing flat actuators can be solved.

Voorts is het een doel van de onderhavige uitvinding een 15 werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke actuator, alsmede een vlakke actuator te verschaffen welke vloeiende beweging van de drager ten opzichte van het werkingsvlak mogelijk maakt.It is a further object of the present invention to provide a method for manufacturing a flat actuator, as well as a flat actuator, which allows smooth movement of the carrier relative to the operating surface.

Deze en andere doelen worden door de onderhavige uitvinding opgelost, doordat deze een werkwijze voor het vervaardigen van een vlakke 20 actuator verschaft, omvattende een stationair deel waarin een veelheid aangrenzend ten opzichte van elkaar geplaatste spoelen een werkingsvlak vormen, en een tegenover het werkingsvlak van het stationaire deel gelegen beweegbare drager omvattende een groepering magneten voor het in bedrijf vrijgeven van beweging van de drager ten opzichte van het 25 stationaire deel, onder invloed van door bekrachtiging van de spoelen uitoefenbare onderlinge magnetische krachten en koppels, met het kenmerk, dat de in bedrijf door het bekrachtigen van één of meer van de spoelen uitoefenbare magnetische krachten en koppels worden gemodelleerd, en dat de vlakke actuator zodanig wordt vervaardigd dat de magnetische krachten 30 en koppels in bedrijf uitgeoefend door verschillende spoelen zoveel mogelijk ontkoppeld zijn.These and other objects are solved by the present invention in that it provides a method for manufacturing a flat actuator, comprising a stationary part in which a plurality of adjacent coils positioned with respect to each other form a working surface, and a working surface opposite the working surface of the movable carrier located at a stationary part comprising a grouping of magnets for releasing, during operation, movement of the carrier relative to the stationary part, under the influence of mutual magnetic forces and couples exerted by energizing the coils, characterized in that the magnetic forces and torques exertable by energizing one or more of the coils are modeled, and the planar actuator is manufactured such that the magnetic forces and torques exerted in operation by different coils are decoupled as much as possible.

1029246 41029246 4

Aan de uitvinding ligt het inzicht ten grondslag dat door het ontkoppelen van magnetische krachten en koppels uitgeoefend door de verschillende gelijktijdig bekrachtigde spoelen, de drager van de actuator zeer goed en nauwkeurig te besturen is omdat de invloed van de 5 verschillende spoelen op de beweging van de drager goed kan worden voorspeld. Bij het ontwerpen van de vlakke actuator dient daarom reeds rekening gehouden te worden met het tijdens het besturen ervan gelijktijdig te bekrachtigen spoelen en de invloed daarvan op de beweging van de drager. De besturing van de actuator bepaalt daarmee rechtstreeks 10 de aan de actuator gestelde eisen. Hierdoor is het met een vlakke actuator overeenkomstig de uitvinding mogelijk om bewegingen met een lange slag uit te voeren.The invention is based on the insight that by uncoupling magnetic forces and torques exerted by the different coils energized simultaneously, the carrier of the actuator can be controlled very well and precisely because the influence of the different coils on the movement of the carrier can be predicted well. When designing the flat actuator, account must therefore be taken of the coils to be energized simultaneously during control thereof and their influence on the movement of the carrier. The control of the actuator thus directly determines the requirements imposed on the actuator. This makes it possible with a flat actuator according to the invention to perform movements with a long stroke.

Wiskundig kan dit bijvoorbeeld bereikt worden door, overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm, de in bedrijf door het 15 bekrachtigen van één of meer van de spoelen uitoefenbare magnetische krachten en koppels te modelleren in een matrix, en de actuator zodanig te vervaardigen dat het conditiegetal van de matrix minimaal is.Mathematically, this can be achieved, for example, by modeling, in accordance with a preferred embodiment, the magnetic forces and torques exertable by energizing one or more of the coils in a matrix, and manufacturing the actuator such that the condition number of the matrix is minimized. is.

Door bij de keuze van het ontwerp het conditiegetal van de matrix zo klein mogelijk te kiezen kan het stelsel kracht- en 20 koppel vergelijkingen waarmee de door de spoelen in het werkingsvlak uitgeoefende magnetische krachten en koppels als functie van de stromen in die spoelen worden beschreven, met grote nauwkeurigheid worden opgelost. Hierdoor wordt het mogelijk de eenmaal ontworpen vlakke actuator met precisie te besturen.By choosing the condition number of the matrix as small as possible when selecting the design, the system of force and torque comparisons with which the magnetic forces and torques exerted by the coils in the working plane can be described as a function of the currents in those coils, can be described, solved with great accuracy. This makes it possible to control the once-designed flat actuator with precision.

25 De uitvinding verschaft derhalve een ontwerpmethode waarin met het optreden van ongewenste magnetische krachten en koppels tijdens het besturen van de bewegingen van de drager reeds rekening wordt gehouden. De uiteindelijke besturing van de vlakke actuator wordt in grote mate bepaald door de nauwkeurigheid waarmee de kracht- en 30 koppel vergelijkingen van de drager ten opzichte van het werkingsvlak bepaald kunnen worden. Door een ontwerp te kiezen waarvoor het 1029246 5 conditiegetal van de matrix waarvan de elementen worden bepaald door de in bedrijf uitoefenbare magnetische krachten en koppels, minimaal is, kan deze beweging vloeiend en eenvoudig worden uitgevoerd.The invention therefore provides a design method in which the occurrence of undesired magnetic forces and couples during the control of the movements of the carrier is already taken into account. The final control of the flat actuator is largely determined by the accuracy with which the force and torque comparisons of the carrier with respect to the operating surface can be determined. By choosing a design for which the condition number of the matrix, the elements of which are determined by the magnetic forces and torque that can be used in operation, is minimal, this movement can be carried out smoothly and easily.

Een ander voordeel van deze gebruikte methode is dat op 5 deze wijze een vlakke actuator ontworpen kan worden welke bovendien op een energie-efficiënte wijze aanstuurbaar is.Another advantage of this method used is that in this way a flat actuator can be designed which, moreover, can be controlled in an energy-efficient manner.

Overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm van de bovengenoemde werkwijze worden de spoelen van de actuator zodanig onderling geplaatst, dat het conditiegetal van de matrix minimaal is. De 10 plaatsing van de spoelen ten opzichte van elkaar is van grote invloed op de in bedrijf uitoefenbare magnetische krachten en koppels op de drager. Wijziging van de onderlinge plaatsing van de spoelen is van invloed op de matrix waarin de uitoefenbare magnetische krachten en koppels worden gemodelleerd. Door wijziging van deze matrix kunnen de singuliere waarden 15 en daarmee het conditiegetal van de matrix eveneens gewijzigd worden, en wordt het mogelijk het ontwerp zodanig in te richten dat een relatief klein conditiegetal verkregen wordt. Onderlinge plaatsing van de spoelen is daarom direct van invloed op de bestuurbaarheid van de verkregen vlakke actuator. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding worden de 20 spoelen zodanig geplaatst dat de windingen van één of meer van de spoelen evenwijdig aan het werkingsvlak zijn gelegen.According to a preferred embodiment of the above-mentioned method, the coils of the actuator are positioned relative to each other such that the condition number of the matrix is minimal. The placement of the coils relative to each other has a great influence on the magnetic forces and torques on the carrier that can be used in operation. Changing the relative placement of the coils affects the matrix in which the exercisable magnetic forces and torques are modeled. By changing this matrix, the singular values and thus the condition number of the matrix can also be changed, and it becomes possible to design the design in such a way that a relatively small condition number is obtained. Mutual placement of the coils therefore has a direct influence on the controllability of the obtained flat actuator. In an embodiment of the invention, the coils are positioned such that the windings of one or more of the coils are parallel to the operating plane.

In weer een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt j elk van de spoelen, in verhouding tot aangrenzend te plaatsen spoelen, ten opzichte van het werkingsvlak in twee orthogonale richtingen 25 versprongen geplaatst. Dit blijkt een gunstige invloed te hebben op het conditiegetal van de matrix en de bestuurbaarheid van de vlakke actuator.In yet another embodiment of the invention, each of the coils, relative to coils to be placed adjacent, is placed offset in two orthogonal directions relative to the operating surface. This appears to have a favorable influence on the condition number of the matrix and the controllability of the flat actuator.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm wordt ten minste één winding van één of meer van de spoelen zodanig vormgegeven dat het conditiegetal van de matrix minimaal is. Hieraan ligt het inzicht ten 30 grondslag dat de vorm van de spoelen eveneens van grote invloed is op het conditiegetal van de matrix. Door de windingen van de spoelen aan te 1 02924 6 6 passen wordt ook de vorm van de spoel aangepast, en verandert het magneetveld dat kan worden verkregen bij bekrachtiging van de spoelen. Als zodanig veranderen tevens de magnetische krachten en koppels, en zal daarmee ook de matrix waarin deze krachten en koppels gemodelleerd worden 5 wijzigen. Het conditiegetal van de matrix kan daarmee overeenkomstig gewijzigd worden. De ontwerpmethode overeenkomstig deze uitvoeringsvorm vereist bij het ontwerpen van de vlakke actuator dat één of meer windingen van ten minste één van de spoelen van het werkingsvlak zodanig wordt aangepast dat het conditiegetal voor het ontwerp minimaal is. Van 10 de ontwerper vraagt dit voortdurende aanpassing van het ontwerp tot een optimaal conditiegetal verkregen wordt, waarmee de bewegingen van de drager ten opzichte van het werkingsvlak nauwkeurig kunnen worden beschreven.According to a further embodiment, at least one turn of one or more of the coils is designed such that the condition number of the matrix is minimal. This is based on the insight that the shape of the coils also has a major influence on the condition number of the matrix. By adjusting the turns of the coils, the shape of the coil is also adjusted, and the magnetic field that can be obtained when the coils are energized changes. As such, the magnetic forces and torques also change, and with that also the matrix in which these forces and torques are modeled will change. The condition number of the matrix can thus be changed accordingly. The design method according to this embodiment requires, when designing the planar actuator, that one or more turns of at least one of the coils of the working surface be adjusted such that the condition number for the design is minimal. The designer requires this continuous adaptation of the design until an optimum condition number is obtained, with which the movements of the wearer with respect to the working surface can be accurately described.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm worden de 15 windingen zodanig vormgegeven, dat deze een vorm hebben behorend tot een groep omvattende een rechthoek, een ovaal, een rechthoek met afgeronde hoeken, een rechthoek met halfcirkelvormige uiteinden, een lijn symmetrische veelhoek, een cirkel of een andere geschikte vorm.According to a further embodiment, the turns are designed such that they have a shape belonging to a group comprising a rectangle, an oval, a rectangle with rounded corners, a rectangle with semicircular ends, a line of symmetrical polygon, a circle or other suitable form.

Dergelijke vormen blijken geschikt te kunnen worden 20 gebruikt bij het ontwerpen van vlakke actuatoren overeenkomstig de uitvinding.It is found that such shapes can be suitably used in the design of flat actuators according to the invention.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm zijn de windingen van de spoelen langwerpig gevormd voor het verschaffen van langwerpig gevormde spoelen. De keuze van langwerpige spoelen, waarbij in 25 het vlak van de windingen de spoelen in de lengte langer zijn dan in de breedte, blijkt het voor de ontwerper makkelijker te maken de spoelen zodanig te plaatsen dat een minimaal of optimaal conditiegetal wordt verkregen.According to a further embodiment, the turns of the coils are elongated to provide elongated coils. The choice of elongated coils, wherein in the plane of the windings the coils are longer in length than in width, appears to make it easier for the designer to position the coils in such a way that a minimum or optimum condition number is obtained.

In een bijzondere uitvoeringsvorm hiervan wordt ten minste 30 één eerste spoel van de spoelen zodanig geplaatst ten opzichte van ten minste één tweede spoel van de spoelen, dat de langsrichtingen van de ten 1029246 7 minste ene eerste spoel en de ten minste ene tweede spoel een hoek met elkaar vormen. Door de langwerpig gevormde spoelen onder een hoek te plaatsen lijkt het conditiegetal van de matrix nog verder te kunnen worden verkleind en kunnen de uitoefenbare magnetische krachten en 5 koppels in verschillende orthogonale richtingen ten opzichte van het werkingsvlak van de vlakke actuator beter worden beïnvloed.In a special embodiment thereof, at least one first coil of the coils is positioned with respect to at least one second coil of the coils such that the longitudinal directions of the at least one first coil and the at least one second coil together. By placing the elongated coils at an angle, it appears that the condition number of the matrix can be reduced even further and that the exertable magnetic forces and couples in different orthogonal directions can be influenced better with respect to the working plane of the flat actuator.

Een voorbeeld van een uitvoeringsvorm waarmee met behulp van de ontwerpmethode overeenkomstig de uitvinding grote voordelen kunnen worden behaald, is een uitvoeringsvorm waarin de spoelen worden geplaatst 10 in een visgraatpatroon voor het vormen van het werkingsvlak. In het bijzonder kan de hoek tussen de langsrichtingen van de ten minste ene eerste spoel en de ten minste ene tweede spoel daarbij een rechte hoek zijn. Een dergelijk gevormd werkingsvlak blijkt ideale eigenschappen te hebben ten aanzien van het conditiegetal van de modelleringsmatrix van de 15 magnetische krachten en koppels.An example of an embodiment with which great advantages can be achieved with the aid of the design method according to the invention is an embodiment in which the coils are placed in a herringbone pattern for forming the working surface. In particular, the angle between the longitudinal directions of the at least one first coil and the at least one second coil can thereby be a right angle. Such a shaped operating surface appears to have ideal properties with regard to the condition number of the modeling matrix of the magnetic forces and torques.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt voor het modelleren van de in bedrijf uit te oefenen magnetische krachten en koppels het aantal in bedrijf gelijktijdig te bekrachtigen spoelen in afhankelijkheid gekozen van een aantal gewenste 20 vrijheidsgraden van beweging voor de drager van de actuator.According to a further embodiment of the invention, for modeling the magnetic forces and torques to be exerted during operation, the number of coils to be energized simultaneously during operation is selected in dependence on a number of desired degrees of freedom of movement for the carrier of the actuator.

In de praktijk blijkt dat voor het goed besturen van de drager van de actuator het aantal gelijktijdig te bekrachtigen spoelen minimaal gelijk dient te zijn aan het aantal gewenste vrijheidsgraden van beweging voor de drager van de actuator. Voor een vlakke actuator waarin 25 de drager zes vrijheidsgraden heeft (drie translatierichtingen en drie rotatierichtingen), blijkt het bekrachtigen van ten minste zes spoelen een goede bestuurbaarheid van de drager te verschaffen. Hierbij wordt opgemerkt dat hoe meer spoelen gelijktijdig bekrachtigd worden, hoe eenvoudiger het wordt om de drager aan te sturen.In practice it appears that for the proper control of the carrier of the actuator the number of coils to be energized simultaneously must be at least equal to the number of desired degrees of freedom of movement for the carrier of the actuator. For a flat actuator in which the carrier has six degrees of freedom (three translation directions and three rotation directions), energizing at least six coils appears to provide good controllability of the carrier. It is noted here that the more coils are energized simultaneously, the easier it is to control the carrier.

30 Indien het aantal in bedrijf gelijktijdig te bekrachtigen spoelen wordt vergroot, zal blijken dat het conditiegetal van de matrix 1029246 8 kleiner zal worden, zodat besturing van de drager eenvoudiger wordt. Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt daarom het aantal in bedrijf gelijktijdig te bekrachtigen spoelen voldoende groot gekozen voor het verkrijgen van een conditiegetal dat kleiner is dan een 5 grenswaarde. In het ideale geval wordt een conditiegetal van de matrix gekozen dat zo dicht mogelijk bij één ligt. Voor het verkrijgen van een gewenste nauwkeurigheid van de bewegingsvectoren kan echter een grenswaarde worden berekend voor het conditiegetal en kan het aantal spoelen eenvoudig worden aangepast teneinde een conditiegetal te krijgen 10 dat beneden deze grenswaarde ligt.If the number of coils to be energized simultaneously during operation is increased, it will be seen that the condition number of the matrix 1029246 8 will become smaller, so that control of the carrier becomes easier. According to an embodiment of the invention, the number of coils to be energized simultaneously during operation is therefore chosen to be sufficiently large to obtain a condition number that is smaller than a limit value. Ideally, a condition number of the matrix is chosen that is as close as possible to one. In order to obtain a desired accuracy of the motion vectors, however, a limit value can be calculated for the condition number and the number of coils can be easily adjusted in order to obtain a condition number that is below this limit value.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm wordt de onderlinge plaatsing van in bedrijf gelijktijdig te bekrachtigen spoelen bij het modelleren zodanig gekozen, dat het conditiegetal van de matrix minimaal is. Hierin ligt het inzicht ten grondslag dat voor het 15 verkrijgen van een zo klein mogelijk conditiegetal van de matrix, niet alleen het aantal spoelen, de vorm van de spoelen en de onderlinge plaatsing daarvan van belang is, maar dat tevens de onderlinge ligging van de gelijktijdig bekrachtigde spoelen van grote invloed is.According to a further embodiment, the mutual placement of coils to be energized simultaneously during operation during the modeling is chosen such that the condition number of the matrix is minimal. This is based on the insight that for obtaining the least possible condition number of the matrix, not only the number of coils, the shape of the coils and their mutual placement is important, but also that the mutual location of the simultaneous powered coils is of great influence.

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm worden de 20 magneten in de drager zodanig aangrenzend van elkaar geplaatst, dat de magneten aan één zijde daarvan tezamen een dragervlak vormen. Dit dragervlak wordt met voordeel tegenover het werkingsvlak van de vlakke actuator geplaatst voor het verkrijgen van de gewenste werking daarvan.According to a further embodiment, the magnets in the carrier are placed adjacent to each other such that the magnets together form one carrier surface on one side thereof. This carrier surface is advantageously placed opposite the operating surface of the flat actuator for obtaining the desired effect thereof.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm hiervan omvatten de 25 magneten een eerste groep en een tweede groep, waarbij de magneten uit de eerste groep zodanig zijn geplaatst dat het magnetisch veld daarvan normaal aan het dragervlak naar buiten toe gericht is, waarbij de magneten uit de tweede groep zodanig zijn geplaatst, dat het magnetisch veld daarvan normaal aan het dragervlak naar binnen toe gericht is. 30 Hierbij worden de magneten uit de eerste groep en de tweede groep, ten opzichte van het dragervlak, over het dragervlak periodiek afwisselend 1029246 9 geplaatst in twee orthogonale richtingen in het dragervlak. Op een dergelijke wijze kan een schaakbordpatroon van magneten verkregen worden waarbij afwisselend het magnetisch veld normaal aan het oppervlak naar binnen toe en naar buiten toe gericht is. Het ontstane magnetische veld 5 is periodiek.According to an embodiment thereof, the magnets comprise a first group and a second group, wherein the magnets from the first group are positioned such that the magnetic field thereof is normally directed outwards on the carrier surface, the magnets from the second group being such that the magnetic field thereof is normally directed inwards on the carrier surface. In this case, the magnets from the first group and the second group are periodically alternately placed over the carrier surface over the carrier surface in two orthogonal directions in the carrier surface. In such a way, a checkerboard pattern of magnets can be obtained in which alternately the magnetic field is normally directed inwards and outwards on the surface. The resulting magnetic field 5 is periodic.

Overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan zijn de magneten uit de eerste groep verbindbaar door ten minste één denkbeeldige eerste as, en zijn de magneten uit de tweede groep verbindbaar door ten minste één denkbeeldige tweede as, waarbij de afstand tussen ten minste 10 één eerste as en ten minste één aangrenzende tweede as zodanig is dat het conditiegetal van de matrix minimaal is. Bij een configuratie van magneten waarin de magneten regelmatig periodiek over het drageroppervlak zijn geplaatst, zoals bijvoorbeeld in een schaakbordpatroon, kan het zijn dat de afstand tussen de eerste as en ten minste één daaropvolgende of 15 aangrenzende tweede as constant is voor alle assen. Deze afstand, welke wordt bepaald door de afstand tussen de afzonderlijke magneten, kan worden beschouwd als herhalingsconstante en geeft de periodiciteit van de groepering magneten van het drageroppervlak weer.According to a preferred embodiment thereof, the magnets from the first group are connectable by at least one imaginary first axis, and the magnets from the second group are connectable by at least one imaginary second axis, the distance between at least one first axis and at least one adjacent second axis is such that the condition number of the matrix is minimal. With a configuration of magnets in which the magnets are regularly periodically placed over the carrier surface, such as for example in a checkerboard pattern, it may be that the distance between the first axis and at least one subsequent or adjacent second axis is constant for all axes. This distance, which is determined by the distance between the individual magnets, can be considered as a repeat constant and represents the periodicity of the grouping of magnets from the carrier surface.

De afstand tussen deze assen, of bij een regelmatig 20 oppervlak de herhalingsconstante, blijkt van grote invloed te zijn op het conditiegetal van de matrix waarin de door de spoelen uit te oefenen magnetische krachten en koppels gemodelleerd zijn. Door het aanpassen van de verdeling/groepering van de magneten op het drageroppervlak kan daarom het conditiegetal van de matrix voor het ontwerp geminimaliseerd worden. 25 Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding worden de magneten in het drageroppervlak geplaatst overeenkomstig een Halbach-configuratie. In een dergelijke configuratie bevinden zich tussen de afwisselend geplaatste magneten uit de eerste groep en de tweede groep in een schaakbord-configuratie, magneten uit een 30 derde groep welke zodanig zijn geplaatst, dat het magnetisch veld daarvan te allen tijde evenwijdig aan het dragervlak is, en dat het magnetisch 1029246 10 veld zodanig is gericht dat deze te allen tijde vanuit een magneet uit de eerste groep wijst naar een magneet uit de tweede groep. Een dergelijke configuratie verschaft een krachtig periodiek (sinusvormig) permanent magneetveld van het dragervlak, of in ieder geval een goede benadering , 5 daarvan, welke met voordeel kan worden toegepast in de ontwerpmethode van ! de onderhavige uitvinding. jThe distance between these axes, or in the case of a regular surface, the repetition constant, appears to have a major influence on the condition number of the matrix in which the magnetic forces and torques to be exerted by the coils are modeled. Therefore, by adjusting the distribution / grouping of the magnets on the carrier surface, the condition number of the matrix for the design can be minimized. According to a further embodiment of the invention, the magnets are placed in the carrier surface in accordance with a Halbach configuration. In such a configuration, between the alternately placed magnets from the first group and the second group in a chessboard configuration, there are magnets from a third group which are arranged such that the magnetic field thereof is parallel to the carrier surface at all times, and that the magnetic 1029246 field is oriented such that it points from a magnet from the first group to a magnet from the second group at all times. Such a configuration provides a powerful periodic (sinusoidal) permanent magnetic field of the carrier surface, or at least a good approximation thereof, which can advantageously be used in the design method of! the present invention. j

Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de matrix een veelheid elementen, welke elementen deelcomponenten vormen van de magnetische krachten en koppels in ten 10 opzichte van elkaar orthogonale richtingen. De matrix wordt, overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm vermenigvuldigd met een wegingsmatrix voor het wegen van de elementen, voor het onderling proportioneren van de door de spoelen uit te oefenen magnetische krachten en koppels door aan de verschillende elementen van de matrix een andere 15 wegingsfactor toe te kennen, wordt bereikt dat beïnvloedbaarheid van de verschillende componenten van de magnetische krachten en koppels door de spoelen welke het werkingsvlak vormen kan worden aangepast aan de voorkeuren en wensen van de ontwerper.According to a further embodiment of the invention, the matrix comprises a plurality of elements, which elements form sub-components of the magnetic forces and couples in orthogonal directions relative to each other. In accordance with a further embodiment, the matrix is multiplied by a weighting matrix for weighing the elements, for proportioning the magnetic forces and couples to be exerted by the coils by assigning a different weighting factor to the various elements of the matrix. It is achieved that influenceability of the various components of the magnetic forces and couples through the coils which form the working surface can be adapted to the preferences and wishes of the designer.

Overeenkomstig een tweede aspect van de uitvinding 20 verschaft deze een vlakke actuator vervaardigd met behulp van een werkwijze zoals hierboven is beschreven, omvattende een stationair deel waarin een veelheid aangrenzend ten opzichte van elkaar geplaatste spoelen een werkingsvlak van het stationaire deel vormen, en een tegenover het werkingsvlak van het stationaire deel gelegen beweegbare 25 drager omvattende een groepering geschikt geplaatste magneten voor het in bedrijf vrijgeven van beweging van de drager ten opzichte van het stationaire deel onder invloed van door bekrachtiging van de spoelen uitoefenbare onderlinge magnetische krachten en koppels, met het kenmerk, dat het werkingsvlak zodanig gevormd is dat de in bedrijf door het 30 bekrachtigen van verschillende spoelen in het werkingsvlak uitoefenbare magnetische krachten en koppels zoveel mogelijk ontkoppeld zijn.According to a second aspect of the invention, it provides a planar actuator manufactured by a method as described above, comprising a stationary part in which a plurality of adjacent coils positioned with respect to each other form a working surface of the stationary part, and a face opposite working plane of the movable carrier located at the stationary part, comprising a group of suitably placed magnets for releasing, during operation, movement of the carrier relative to the stationary part under the influence of mutual magnetic forces and torques exerted by energizing the coils, characterized in that: that the operating plane is shaped such that the magnetic forces and torques exerted in operation by energizing different coils in the operating plane are decoupled as much as possible.

1029246 111029246 11

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van het tweede aspect van de uitvinding omvat de vlakke actuator middelen voor het bekrachtigen van de spoelen, welke middelen zijn ingericht voor het individueel of gelijktijdig bekrachtigen van één of meer van de spoelen.According to an embodiment of the second aspect of the invention, the planar actuator comprises means for energizing the coils, which means are adapted to actuate one or more of the coils individually or simultaneously.

5 De middelen voor het bekrachtigen van de spoelen kunnen, overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm daarvan, zijn ingericht voor het geleidelijk in en uitschakelen van de bekrachtigingsstroom voor ten minste één van de spoelen. Op deze wijze kan een vloeiende beweging van de drager worden verkregen.The means for energizing the coils may, in accordance with a further embodiment thereof, be arranged for gradually switching the excitation current on and off for at least one of the coils. In this way a smooth movement of the carrier can be obtained.

10 Voorts kan de vlakke actuator overeenkomstig dit tweede aspect terugkoppel middel en omvatten voor het compenseren van een bekrachtigingsstroom door ten minste één van de spoelen in afhankelijkheid van bewegingsafwijkingen van een gewenste beweging van de drager. Hoewel bewegingsafwijkingen met de onderhavige ontwerpmethode in 15 grote mate effectief kunnen worden onderdrukt, kan in sommige gevallen, waarin bijvoorbeeld genoegen wordt genomen met grotere waarden voor het conditiegetal van de matrix ten behoeve van bijvoorbeeld vervaardigingskosten, de verkregen vlakke actuator worden uitgevoerd met dergelijke terugkoppel middel en.Furthermore, the planar actuator according to this second aspect may comprise feedback means and for compensating for an excitation current through at least one of the coils in dependence on movement deviations from a desired movement of the carrier. Although movement deviations can be suppressed to a large extent effectively with the present design method, in some cases where, for example, greater values for the condition number of the matrix for, for example, manufacturing costs are taken into account, the obtained flat actuator can be provided with such feedback means. and.

20 Voorts kunnen overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm de middelen voor het bekrachtigen van de spoelen werkzaam zijn verbonden met een centrale verwerkingseenheid, welke het bekrachtigen van de spoelen aanstuurt.Furthermore, according to a further embodiment, the means for energizing the coils can be operatively connected to a central processing unit which controls the energization of the coils.

Overeenkomstig een derde aspect van de uitvinding verschaft I 25 deze een werkwijze voor het besturen van een vlakke actuator, waarbij de actuator een stationair deel omvat waarin een veelheid aangrenzend ten opzichte van elkaar geplaatste spoelen een werkingsvlak van het stationaire deel vormen, en een tegenover het werkingsvlak van het stationaire deel gelegen beweegbare drager omvattende een groepering 30 geschikt geplaatste magneten voor het vrijgeven van beweging van de drager ten opzichte van het stationaire deel, waarbij beweging van de 1 02924 6 12 drager plaatsvindt onder invloed van door bekrachtiging van de spoelen uitgeoefende onderlinge magnetische krachten en koppels, met het kenmerk, dat voor het doen bewegen van de drager één of meer van de spoelen worden bekrachtigd, waarbij de te bekrachtigen één of meer spoelen zodanig 5 worden gekozen dat de door de één of meer spoelen in bedrijf uitgeoefende krachten en koppels zoveel mogelijk ontkoppeld zijn.According to a third aspect of the invention, it provides a method for controlling a planar actuator, wherein the actuator comprises a stationary part in which a plurality of coils placed adjacent to each other form an operating surface of the stationary part, and an operating surface of the stationary part working surface of the movable carrier located at the stationary part, comprising a group of suitably placed magnets for releasing movement of the carrier relative to the stationary part, wherein movement of the carrier takes place under the influence of mutual exertion exerted by energizing the coils magnetic forces and torques, characterized in that one or more of the coils are energized for moving the carrier, the one or more coils to be energized being selected such that the forces exerted by the one or more coils in operation and couples are disconnected as much as possible.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding volgens dit derde aspect worden de te bekrachtigen spoelen zodanig gekozen dat deze zijn gelegen in een gedeelte van het werkingsvlak dat 10 zich tegenover de drager bevindt. In de praktijk is gebleken dat spoelen welke niet zijn gelegen in dit gedeelte van het werkingsvlak geen of geen gewenste bijdrage leveren aan de beweging van de drager. Het bekrachtigen daarvan kan daarom slechts de magnetische velden en daarmee de beweging van de drager verstoren.According to an embodiment of the invention according to this third aspect, the coils to be energized are selected such that they are located in a part of the working surface that is opposite the carrier. In practice it has been found that coils which are not located in this part of the working surface make no or no desired contribution to the movement of the carrier. Energizing it can therefore only disturb the magnetic fields and thus the movement of the wearer.

15 Overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm worden tijdens het bewegen van de drager ten opzichte van het werkingsvlak, de voor het bewegen bekrachtigde spoelen welke zijn gelegen in een gedeelte van het werkingsvlak dat zich ten opzichte van de drager nabij de rand daarvan of daarbuiten bevinden geleidelijk uitgeschakeld, zonder daarbij de 20 ontkoppeling van krachten en koppels te beïnvloeden.According to a further embodiment, during the movement of the carrier relative to the working surface, the coils energized for moving which are situated in a part of the working surface which are situated relative to the carrier near the edge thereof or outside it, without thereby influencing the decoupling of forces and torques.

Voorts worden overeenkomstig een verdere uitvoeringsvorm voor het geleidelijk uitschakelen van de spoelen, één of meer vervangingsspoelen geleidelijk ingeschakeld, zonder daarbij de ontkoppeling van krachten en koppels te beïnvloeden, waarbij de 25 vervangingsspoelen zijn gelegen in een gedeelte van het werkingsvlak dat zich tegenover de drager bevindt.Furthermore, according to a further embodiment for gradually switching off the coils, one or more replacement coils are switched on gradually, without thereby influencing the decoupling of forces and torques, the replacement coils being situated in a part of the working surface opposite the carrier. .

De beschreven methode van aansturen van de vlakke actuator blijkt energie-efficiënt te zijn en maakt een goed bestuurbare beweging van de drager mogelijk. Deze besturingsmethode verschaft met name goede 30 resultaten indien zij wordt toegepast op vlakke actuatoren welke zijn ontworpen overeenkomstig dé ontwerp- en vervaardigingsmethodiek volgens 1 02924 6 13 de uitvinding, maar kan tevens worden toegepast op vlakke actuatoren volgens de stand van de techniek. Indien de methode van aansturen wordt toegepast op conventionele actuatoren worden eveneens goede resultaten geboekt. Zo blijkt de methode bijvoorbeeld met succes toepasbaar te zijn 5 op de vlakke actuator welke is beschreven in bovengenoemd Amerikaans octrooi nummer US 2003/0085676, waarbij met de besturingsmethodiek overeenkomstig de uitvinding met deze actuator lange bewegingsslagen kunnen worden uitgevoerd, welke niet kunnen worden uitgevoerd indien gebruik wordt gemaakt van de in genoemd octrooi beschreven werkwijze.The described method of controlling the flat actuator appears to be energy-efficient and allows a well-controlled movement of the carrier. This control method provides particularly good results if it is applied to flat actuators which are designed in accordance with the design and manufacturing method according to the invention, but can also be applied to flat actuators according to the prior art. Good results are also achieved if the method of driving is applied to conventional actuators. For example, the method appears to be successfully applicable to the flat actuator described in the above-mentioned US patent number US 2003/0085676, wherein with the control method according to the invention long movements of movement can be performed with this actuator, which cannot be carried out if use is made of the method described in said patent.

10 De uitvinding zal hieronder worden beschreven aan de hand van enkele specifieke uitvoeringsvormen daarvan, onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen. Hierbij wordt opgemerkt dat de beschreven en getoonde uitvoeringsvormen slechts ter illustratie van de uitvindings-gedachte dienen, en derhalve niet als beperkend voor de uitvinding 15 bedoeld zijn. De omvang van de uitvinding wordt slechts beperkt door de bijgevoegde conclusies.The invention will be described below with reference to a few specific embodiments thereof, with reference to the accompanying drawings. It is noted here that the described and shown embodiments only serve to illustrate the inventive idea, and are therefore not intended to limit the invention. The scope of the invention is only limited by the appended claims.

Korte omschrijving van de tekeningen In de tekeningen toont: 20 figuur 1 een schematische weergave waarmee de ontwerpmethode van de onderhavige uitvinding inzichtelijk gemaakt kan worden; figuur 2 een schematische weergave van een drager en een werkingsvlak van een vlakke actuator overeenkomstig de onderhavige 25 uitvinding; figuur 3 een schakelmethode voor het bekrachtigen van spoelen bij een vlakke actuator overeenkomstig de onderhavige uitvinding; figuur 4 schematisch een vlakke actuator overeenkomstig de uitvinding; 30 figuur 5 een alternatieve configuratie van spoelen voor het vormen van een werkingsvlak van een actuator overeenkomstig de 1029246 14 uitvinding. !Brief description of the drawings In the drawings: figure 1 shows a schematic representation with which the design method of the present invention can be made transparent; figure 2 shows a schematic representation of a carrier and an operating surface of a flat actuator according to the present invention; Figure 3 shows a switching method for energizing coils with a flat actuator according to the present invention; Fig. 4 schematically shows a flat actuator according to the invention; Figure 5 shows an alternative configuration of coils for forming an operating surface of an actuator according to the 1029246 14 invention. !

Gedetailleerde beschrijving van de tekeningen.Detailed description of the drawings.

In figuur 1 wordt een dragervlak 1 van een drager van een 5 vlakke actuator overeenkomstig de uitvinding schematisch weergegeven. Het dragervlak 1 omvat een veelheid permanente magneten, welke zijn geplaatst in een Halbach-configuratie. In een Halbach-configuratie zijn permanente magneten op een zodanige wijze ten opzichte van elkaar geplaatst en gerangschikt, dat de door de permanente magneten verschafte magnetische 10 velden, afwisselend ten opzichte van het vlak naar binnen en naar buiten toe gericht zijn.Figure 1 schematically shows a carrier surface 1 of a carrier of a flat actuator according to the invention. The carrier surface 1 comprises a plurality of permanent magnets which are placed in a Halbach configuration. In a Halbach configuration, permanent magnets are positioned and arranged relative to each other in such a way that the magnetic fields provided by the permanent magnets are alternately directed inwards and outwards relative to the plane.

Het resulterende permanente magneetveld, ten opzichte van het oppervlak, is tweedimensionaal periodiek. Dit wordt als volgt bereikt. Voor magneten uit een eerste groep, zoals magneet 3, is het 15 magnetisch veld normaal en naar buiten toe gericht ten opzichte van het vlak 1. Voor een magneet uit de tweede groep, zoals magneet nummer 7, is het magnetisch veld normaal ten opzichte van het vlak 1 en (gezien vanuit het vlak 1) naar binnen toe gericht. Voor magneten welke tussen de magneten uit de eerste en de tweede groep gelegen zijn, zoals magneet 5, 20 heeft het door het permanente magneet verschafte magnetische veld een richting evenwijdig aan het dragervlak 1, en deze richting wijst vanaf de magneet uit de eerste groep (bijvoorbeeld magneet 3) naar de magneet uit de tweede groep (bijvoorbeeld magneet 7). Op een zodanige wijze ontstaat ! een Halbach-configuratie waarmee een tweedimensionaal sinusvormig 25 magneetveld kan worden verschaft.The resulting permanent magnetic field, relative to the surface, is two-dimensional periodic. This is achieved as follows. For magnets from a first group, such as magnet 3, the magnetic field is normal and directed outwards with respect to the plane 1. For a magnet from the second group, such as magnet number 7, the magnetic field is normal with respect to the plane 1 and (viewed from the plane 1) directed inwards. For magnets located between the magnets of the first and the second group, such as magnet 5, the magnetic field provided by the permanent magnet has a direction parallel to the carrier surface 1, and this direction points from the magnet of the first group ( for example magnet 3) to the magnet from the second group (e.g. magnet 7). In such a way arises! a Halbach configuration with which a two-dimensional sinusoidal magnetic field can be provided.

Indien de magneten uit de eerste groep worden verbonden met een eerste denkbeeldige as, zoals as 17, en de magneten uit de tweede groep worden verbonden met een denkbeeldige as zoals as 18 (welke assen met stippellijnen zijn aangegeven), verschaft de aftand τ tussen twee 30 opeenvolgende assen van de eerste en de tweede groep (zoals de afstand tussen as 17 en 18), een herhalingsconstante welke een belangrijke 1029246 ! 15 parameter vormt in de ontwerp- en vervaardigingsmethode overeenkomstig de onderhavige uitvinding.If the magnets from the first group are connected to a first imaginary axis, such as axis 17, and the magnets from the second group are connected to an imaginary axis such as axis 18 (which axes are indicated by dashed lines), the decay τ provides between two 30 consecutive axes of the first and the second group (such as the distance between axes 17 and 18), a repeat constant which is an important 1029246! Constitutes a parameter in the design and manufacturing method according to the present invention.

Met verwijzingscijfer 15 is een assenkruis weergegeven welke de voor de onderhavige beschrijving van belang zijnde orthogonale 5 richtingen x, y en z, weergeeft. De herhalingsconstante τ kan eveneens worden verkregen door overeenkomstige denkbeeldige assen (niet getoond) evenwijdig aan de y-as te kiezen, welke de magneten uit de eerste groep of de magneten uit de tweede groep met elkaar verbinden.Reference numeral 15 denotes an axial cross which represents the orthogonal directions x, y and z of importance for the present description. The repeat constant τ can also be obtained by choosing corresponding imaginary axes (not shown) parallel to the y-axis, which connect the magnets from the first group or the magnets from the second group.

In figuur 1 zijn voorts schematisch een drietal (in het 10 licht van de werkwijze en vlakke actuator overeenkomstig de uitvinding) geschikt gevormde en geplaatste spoelen 10, 12 en 14 ter illustratie aangeduid. De spoel aangeduid met verwijzingscijfer 10 alsmede spoel 12 hebben een langwerpige rechthoekige vorm, waarbij de langsassen (de symmetrieassen van de spoelen (en windingen) met de grootste lengte) 15 respectievelijk zijn gericht langs de x- en y-richting. Als gevolg daarvan maken de langsrichtingen van spoelen 10 en 12 een hoek van 45° met de kolommen en rijen van de Halbach-configuratiemagneten. Spoel 14 is niet langwerpig gevormd, maar is daarentegen vierkant, waarbij de zijden van het vierkant een hoek van 45° vormen met de x- en y-as, en derhalve 20 zijn uitgelijnd ten opzichte van de kolommen en rijen van de Halbach-configuratie van permanente magneten in het dragervlak 1.Figure 1 furthermore schematically shows three (in the light of the method and flat actuator according to the invention) suitably shaped and placed coils 10, 12 and 14 for illustration. The coil designated by reference numeral 10 as well as coil 12 have an elongated rectangular shape, wherein the longitudinal axes (the axes of symmetry of the coils (and windings) with the largest length) are directed along the x and y directions, respectively. As a result, the longitudinal directions of coils 10 and 12 make an angle of 45 ° with the columns and rows of the Halbach configuration magnets. Coil 14 is not elongated, but is square, the sides of the square forming an angle of 45 ° with the x and y axes, and therefore aligned with the columns and rows of the Halbach configuration of permanent magnets in the carrier surface 1.

De keuze van langwerpig gevormde spoelen 10 en 12 blijkt een gunstige keuze te zijn bij het ontwerpen van een vlakke actuator overeenkomstig de vervaardigingsmethode van de onderhavige uitvinding. 25 Aangezien geschikte langwerpige spoelen afhankelijk van hun positie ten opzichte van de magneten in de drager met name krachten uitoefenen in de x- en z-richting (of y- en z-richting) en niet in de y-richting (of x-richting), draagt juiste plaatsing bij tot betere conditionering van de matrix. Gebleken is dat het plaatsen van dergelijke langwerpig gevormde 30 spoelen onder een hoek van 45° met de kolommen en rijen van de groepering j magneten, derhalve evenwijdig aan ofwel de x- ofwel de y-as weergegeven j i | 1029246 16 in assenkruis 15, een klein conditiegetal in de (hieronder beschreven) ontwerpmatrix verschaft.The selection of elongated coils 10 and 12 appears to be a favorable choice when designing a flat actuator according to the manufacturing method of the present invention. Since suitable elongated coils, depending on their position with respect to the magnets in the carrier, exert particular forces in the x and z direction (or y and z direction) and not in the y direction (or x direction) ), correct placement contributes to better conditioning of the matrix. It has been found that placing such elongated coils at an angle of 45 ° with the columns and rows of the grouping of magnets, therefore shown parallel to either the x or y axis. 1029246 16 in a coordinate cross 15, a small condition number in the design matrix (described below).

Wanneer de spoelen 10, 12 en 14 met behulp van elektrische stromen worden bekrachtigd, brengen de spoelen 10, 12 en 14 magnetische 5 velden voort die, in wisselwerking met de door de permanente magneten in het dragervlak 1 verschafte magnetische velden, resulterende magnetische krachten en koppels voortbrengen. Deze krachten zijn afhankelijk van de positie van de Halbach-configuratie 1 ten opzichte van de desbetreffende spoel (10, 12 of 14) en zijn evenredig met de aan de spoel opgelegde 10 stroom, alsmede het aantal windingen van de spoel. De magnetische krachten en koppels uitgeoefend door elk van de spoelen 10, 12 en 14 zullen (bij geschikte grootte en richting) resulteren in een beweging van het dragervlak 1 ten opzichte van de spoelen 10, 12 en 14 (waarbij ervan is uitgegaan dat de spoelen 10, 12 en 14 ten opzichte van de ruimte 15 gefixeerd zijn).When the coils 10, 12 and 14 are energized with electric currents, the coils 10, 12 and 14 generate magnetic fields which, in interaction with the magnetic fields provided by the permanent magnets in the carrier surface 1, resultant magnetic forces and producing couples. These forces depend on the position of the Halbach configuration 1 relative to the respective coil (10, 12 or 14) and are proportional to the current imposed on the coil, as well as the number of turns of the coil. The magnetic forces and torques exerted by each of the coils 10, 12 and 14 will (with suitable size and direction) result in a movement of the carrier surface 1 relative to the coils 10, 12 and 14 (assuming that the coils are 10, 12 and 14 are fixed relative to the space 15).

ii

Voor elke individuele bekrachtigde spoel resulteert het bekrachtigen daarvan in een 6-dimensi onale vectorfunctie welke de positie van het massamiddelpunt van het dragervlak, de opgelegde stroom en de krachten en koppels op het bewegende dragervlak 1, van elkaar afhankelijk 20 maakt. De vorm en oriëntatie van de spoelen 10, 12 en 14 bepalen in sterke mate de beschreven vectorfunctie. Elk van de spoelen zal een koppel teweegbrengen ten opzichte van het massamiddelpunt van een beweegbare drager welke het dragervlak 1 omvat. Voorts zal elk van de spoelen een resulterende magnetische kracht teweegbrengen in 25 verschillende orthogonale richtingen. Zo zal spoel 10 voornamelijk krachten teweegbrengen in de x- en de z-richting, zal spoel 12 voornamelijk krachten teweegbrengen in de y- en de z-richting, en zal spoel 14 voornamelijk krachten teweegbrengen in elk van de richtingen x, y en z, afhankelijk van de relatieve positie ten opzichte van het 30 massamiddelpunt van de drager omvattende dragervlak 1 met de Halbach-configuratie.For each individual energized coil, energizing it results in a 6-dimensional vector function which makes the position of the center of mass of the carrier surface, the applied current and the forces and torque on the moving carrier surface 1 dependent on each other. The shape and orientation of the coils 10, 12 and 14 largely determine the described vector function. Each of the coils will produce a torque with respect to the center of mass of a movable carrier which comprises the carrier surface 1. Furthermore, each of the coils will produce a resulting magnetic force in different orthogonal directions. For example, coil 10 will mainly generate forces in the x and z directions, coil 12 will primarily produce forces in the y and z directions, and coil 14 will primarily produce forces in each of the x, y and z directions depending on the relative position with respect to the mass center of the support comprising support surface 1 with the Halbach configuration.

1 02924 6 17 s1 02924 6 17 s

Bij bekrachtiging van alle spoelen zal de resulterende kracht op de drager (omvattende het dragervlak 1) een vectoriële optelling zijn van de bijdragende vectorfuncties van de individuele spoelen. Dit resulteert in een stel positie-afhankelijke vergelijkingen 5 welke de stromen en de krachten en koppels van elkaar afhankelijk maakt, en welke beschreven kan worden met een matrix K(q) waarin q de positievector in het referentiecoördinatenstelsel voorstelt. Eén en ander kan als volgt worden afgeleid.Upon energization of all coils, the resulting force on the carrier (including the carrier surface 1) will be a vectorial sum of the contributing vector functions of the individual coils. This results in a set of position-dependent equations 5 which makes the currents and the forces and torques dependent on each other, and which can be described with a matrix K (q) in which q represents the position vector in the reference coordinate system. All this can be deduced as follows.

De wrench-vector w, welke de krachten en koppels op het 10 dragervlak 1 representeert, is op de volgende wijze afhankelijk van de stroomvector i, omvattende de elektrische stromen door de spoelen van het werkingsvlak: w = Ktot x 1 , (1) 15 waarin een matrix is waarvan de elementen worden gevormd door de magnetische krachten en koppels uitgeoefend op het massamiddelpunt van de de drager omvattende dragervlak 1.The wrench vector w, which represents the forces and torques on the support surface 1, is dependent on the current vector i comprising the electric currents through the coils of the working surface in the following manner: w = Ktot x 1, (1) wherein a matrix is the elements of which are formed by the magnetic forces and torques exerted at the center of mass of the carrier surface 1 comprising the carrier.

Voor het ontwerpen van een vlakke actuator hoeft men bij 20 het invullen van de elementen van matrix slechts die krachtcomponenten en koppel componenten mee te nemen die worden uitgeoefend door de in bedrijf gelijktijdig te bekrachtigen spoelen.For designing a flat actuator, when filling in the elements of matrix, only those force components and coupling components need to be taken along that are exerted by the coils to be energized simultaneously during operation.

! Hierbij kan men bijvoorbeeld uitgaan van de veronderstelling dat voor het goed kunnen beheersen en besturen van n vrijheidsgraden van beweging ten 25 minste n spoelen gelijktijdig bekrachtigd dienen te worden. Indien meer spoelen gelijktijdig worden bekrachtigd wordt het besturen nauwkeuriger.! In this context, one may assume, for example, that in order to be able to properly control and control n degrees of freedom of movement, at least n coils must be energized simultaneously. If more coils are energized simultaneously, control becomes more accurate.

Indien slechts deze componenten worden meegenomen kan het subschrift 'tot' bij Ktot worden weggelaten. Voor iedere aanpassing van het ontwerp dient K opnieuw opgesteld te worden teneinde het ontwerp door te rekenen.If only these components are included, the subscript 'up to' at Ktot can be omitted. For each modification of the design, K must be re-drafted in order to calculate the design.

30 Ten behoeve van het voorbeeld gaan we uit van de situatie zoals deze in figuur 3 schematisch is weergegeven, en welke in het 1029246 18 hiernavolgende aan bod zal komen. In figuur 3 worden spoelen 40, 41, 42, 43, 44 en 45 gelijktijdig bekrachtigd. De krachtencomponenten en koppel componenten van elke spoel op het massamiddelpunt van de drager (37) vullen de matrix K, waarbij vergelijking 1 overgaat in: 5 ^(p) ^,41 (p) ^Λ,42 (p) ^,43 (p) FX,AA (p) 7^ 45(p) j'40 ^.40 (p) ^,4.(p) F>,M Fy,M FyM FyAp) Ul w = Fz,40 (p) ^Ml(p) F.# (p) Fz,43 (P) *U(p) ^,45 (p) 7^,40 (p) TxM (p) TxA1 (p) T’43 (p) TxM (p) TxAS (p) /43For the purpose of the example, we assume the situation as shown schematically in Figure 3, and which will be discussed in the following 1029246 18. In Figure 3, coils 40, 41, 42, 43, 44 and 45 are energized simultaneously. The force components and coupling components of each coil at the mass center of the support (37) fill the matrix K, equation 1 passing into: 5 ^ (p) ^, 41 (p) ^ Λ, 42 (p) ^, 43 ( p) FX, AA (p) 7 ^ 45 (p) j'40 ^ .40 (p) ^, 4. (p) F>, M Fy, M FyM FyAp) Ul w = Fz, 40 (p) ^ M1 (p) F. # (p) Fz, 43 (P) * U (p) ^, 45 (p) 7 ^, 40 (p) TxM (p) TxA1 (p) T'43 (p) TxM ( p) TxAS (p) / 43

7^,,40 (p) 7;i4,(p) Ty i2 (p) 7^43 (p) TyM (p) Ty ii (p) iM7 ^ ,, 40 (p) 7; i4, (p) Ty i2 (p) 7 ^ 43 (p) TyM (p) Ty ii (p) iM

/,.40(p) Fzm(p) 7^42(p) 7^43(p) 7^i44(p) ^,4s(p)_ <ζ45> (2)/,.40(p) Fzm (p) 7 ^ 42 (p) 7 ^ 43 (p) 7 ^ i44 (p) ^, 4s (p) _ <ζ45> (2)

Hierin is τ de herhalingsconstante in het dragervlak (zoals voor dragervlak 1 hierboven is aangegeven); Fx40, Fy40 en Fz40 zijn de krachten 15 uitgeoefend door spoel 40 uit de eerste groep; Fx>41, Fy41 en Fz41 zijn de krachten uitgeoefend door spoel 41 uit de eerste groep; Fx42, Fy>42 en Fz>42 zijn de krachten uitgeoefend door spoel 42 uit de tweede groep; Fx>43, Fy>43 en Fz>43 zijn de krachten uitgeoefend door spoel 43 uit de tweede groep; FXi44, Fy>44 en Fz44 zijn de krachten uitgeoefend door spoel 44 uit de eerste 20 groep; Fx>45, Fy>45 en Fz>45 zijn de krachten uitgeoefend door spoel 45 uit de eerste groep; Tx>40, Ty>40 en Tz>40 zijn de koppels uitgeoefend door spoel 40 uit de eerste groep; Tx>41, Ty>41 en Tz4i zijn de koppels uitgeoefend door spoel 41 uit de eerste groep; TXt42, Ty>42 en Tz>42 zijn de koppels uitgeoefend door spoel 42 uit de tweede groep; Tx>43, Ty43 en TM3 zijn de 25 koppels uitgeoefend door spoel 43 uit de tweede groep; Tx44, Ty44 en Tz>44 zijn de koppels uitgeoefend door spoel 44 uit de eerste groep; Tx>45, Ty,45 en TZ(45 zijn de koppels uitgeoefend door spoel 45 uit de eerste groep; de vector p is de positie en oriëntatie van het massamiddelpunt van de drager; en de vector i in vergelijking (1) is in vergelijking (2) 30 uitgeschreven met componenten i40, i41, i42, i43, i44 en i45 die de stromen door de spoelen 40, 41, 42, 43, 44 en 45 vertegenwoordigen.Herein τ is the repeat constant in the carrier plane (as indicated for carrier plane 1 above); Fx40, Fy40 and Fz40 are the forces exerted by coil 40 from the first group; Fx> 41, Fy41 and Fz41 are the forces exerted by coil 41 from the first group; Fx42, Fy> 42 and Fz> 42 are the forces exerted by coil 42 from the second group; Fx> 43, Fy> 43 and Fz> 43 are the forces exerted by coil 43 from the second group; FXi44, Fy> 44 and Fz44 are the forces exerted by coil 44 from the first group; Fx> 45, Fy> 45 and Fz> 45 are the forces exerted by coil 45 from the first group; Tx> 40, Ty> 40 and Tz> 40, the couples are applied by coil 40 from the first group; Tx> 41, Ty> 41 and Tz4i are the couples exerted by coil 41 from the first group; TXt42, Ty> 42 and Tz> 42 are the torque applied by coil 42 from the second group; Tx> 43, Ty43 and TM3, the 25 pairs applied by coil 43 from the second group; Tx44, Ty44 and Tz> 44 are the couples applied by coil 44 from the first group; Tx> 45, Ty, 45 and TZ (45 are the couples exerted by coil 45 from the first group; the vector p is the position and orientation of the mass center of the support; and the vector i in equation (1) is in comparison (2) written with components i40, i41, i42, i43, i44 and i45 representing the currents through the coils 40, 41, 42, 43, 44 and 45.

1029246 191029246 19

De matrix K vormt de basis van de bewegingsvergelijkingen die de beweging van de drager ten opzichte van een werkingsvlak (zoals werkingsvlak 35 in figuur 3) beschrijven. Deze bewegingsvergelijkingen kunnen als volgt worden beschreven: 5 *=V+A.W> (3) waarin x een toestandsvector is die afhankelijk is van de positievector q, en welke als volgt is gedefinieerd: 10 r q X = |_qjThe matrix K forms the basis of the movement equations describing the movement of the wearer relative to an operating plane (such as operating plane 35 in Figure 3). These motion equations can be described as follows: 5 * = V + A.W> (3) where x is a state vector that depends on the position vector q, and which is defined as follows: r r X X = | _qj

Atot en Btot in vergelijking (3) zijn systeemmatri ces van de toestandsruimtebeschrijving van de systeemdynamica. Conform gebruikelijke 15 notatie zijn de afgeleiden naar tijd van de toestandsvector x van het systeem en de positievector q van de drager zijn aangeduid met een stipje boven de vectoren.Atot and Btot in equation (3) are system matrices of the state space description of the system dynamics. In accordance with usual notation, the time derivatives of the state vector x of the system and the position vector q of the carrier are indicated by a dot above the vectors.

Overeenkomstig de ontwerp- en vervaardigingsmethodiek van de onderhavige uitvinding dienen de in bedrijf door de gelijktijdig te 20 bekrachtigen spoelen (40, 41, 42, 43, 44 en 45) op de drager uitgeoefende magnetische krachten en koppels voor het ontwerp zoveel mogelijk te kunnen worden ontkoppeld. Het ontwerp wordt daarmee direct afhankelijk gemaakt van de aansturing van de beweging van de drager van de te ontwerpen vlakke actuator. Deze onderlinge afhankelijkheid van krachten 25 en koppels wordt mathematisch beschreven door matrix K. Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan het ontkoppelen van de magnetische krachten en koppels daarom worden verkregen door het | (positieafhankelijke) conditiegetal van de matrix K voldoende klein te kiezen in het gehele volume waarin de drager (bijvoorbeeld drager 37 in 30 figuur 3) beweegbaar is. In dat geval kunnen alle combinaties van krachten en koppels binnen de beperkingen van de opstelling in het 1 02924 6 20 genoemde volume verkregen worden, en kan de drager binnen dit volume nauwkeurig worden voortbewogen in alle gewenste vrijheidsgraden.In accordance with the design and manufacturing method of the present invention, the magnetic forces and torque applied to the carrier during operation by the coils (40, 41, 42, 43, 44 and 45) to be simultaneously actuated should be possible as far as possible for the design disconnected. The design is thus made directly dependent on the control of the movement of the carrier of the flat actuator to be designed. This interdependence of forces and torques is mathematically described by matrix K. According to an embodiment of the invention, the uncoupling of the magnetic forces and torques can therefore be achieved by the | (position-dependent) condition number of the matrix K to be selected sufficiently small in the entire volume in which the carrier (e.g. carrier 37 in Figure 3) is movable. In that case, all combinations of forces and couples within the limitations of the arrangement can be obtained in the volume mentioned, and the carrier can be accurately advanced within this volume in all desired degrees of freedom.

Figuur 2 toont schematisch een werkingsvlak 25 van een vlakke actuator overeenkomstig de uitvinding. Het werkingsvlak 25 wordt 5 gevormd door een veelheid spoelen zoals spoel 27 en spoel 29. De spoelen zijn onderling zodanig gerangschikt, dat een eerste groep spoelen met zijn langsrichting is gelegen in een eerste richting, zoals spoel 27, terwijl een tweede groep spoelen zoals spoel 29, met zijn langsrichting is gelegen in een richting welke loodrecht staat op de langsrichting van 10 de eerste groep spoelen. Als zodanig wordt een oppervlak verkregen omvattende een veelheid spoelen gelegen in een eerste en tweede richting, waarmee zoals beschreven is ten aanzien van spoelen 10 en 12 in figuur 1, krachten kunnen worden uitgeoefend op een drager 30 omvattende een groepering magneten welke zijn gelegen in een Halbach-configuratie, zoals 15 getoond in figuur 2.Figure 2 shows schematically an operating surface 25 of a flat actuator according to the invention. The working surface 25 is formed by a plurality of coils such as coil 27 and coil 29. The coils are arranged so that a first group of coils is located with its longitudinal direction in a first direction, such as coil 27, while a second group of coils such as coil 29, with its longitudinal direction located in a direction which is perpendicular to the longitudinal direction of the first group of coils. As such, a surface is obtained comprising a plurality of coils located in a first and second direction, with which, as described with respect to coils 10 and 12 in Figure 1, forces can be exerted on a carrier 30 comprising a grouping of magnets located in a Halbach configuration, as shown in Figure 2.

In figuur 3 wordt een zelfde werkingsvlak 35 (van hetzelfde type als werkingsvlak 25 in figuur 2) getoond waarin een veelheid langwerpig gevormde spoelen 39 is uitgelijnd in een eerste richting voor het vormen van een eerste groep spoelen en een veelheid langwerpig 20 gevormde spoelen 38 is uitgelijnd in een tweede richting voor het vormen van een tweede groep spoelen. Een drager 37 omvattende een Halbach- configuratie permanente magneten is schematisch weergegeven met kader 37, teneinde de onderliggende groepenngspoelen van het werkingsvlak 35 te kunnen waarnemen.Figure 3 shows the same operating surface 35 (of the same type as operating surface 25 in Figure 2) in which a plurality of elongated coils 39 are aligned in a first direction to form a first group of coils and a plurality of elongated 20 coils 38 aligned in a second direction to form a second group of coils. A carrier 37 comprising a Halbach configuration permanent magnets is shown schematically with frame 37 in order to be able to observe the underlying group coils of the working surface 35.

25 Teneinde drager 37 in zes orthogonale vrijheidsgraden, waarvan drie vrijheidsgraden van translatie en drie vrijheidsgraden van rotatie, gecontroleerd te kunnen doen bewegen, dienen voor het verkrijgen van een voldoende klein conditiegetal van de ontwerpmatrix K ten minste een zestal spoelen te worden bekrachtigd. In figuur 3 zijn de te 30 bekrachtigen spoelen 40, 41, 42, 43, 44 en 45 met dikke lijnen weergegeven om aan te geven dat de spoelen gelijktijdig worden 1029246 21 bekrachtigd voor het doen bewegen van de drager 37 in een gewenste richting.In order to allow support 37 to move in a controlled manner in six orthogonal degrees of freedom, of which three degrees of freedom of translation and three degrees of freedom of rotation, at least six coils must be energized to obtain a sufficiently small condition number of the design matrix K. In Figure 3 the coils 40, 41, 42, 43, 44 and 45 to be energized are shown in bold lines to indicate that the coils are simultaneously energized to cause the carrier 37 to move in a desired direction.

Indien meer dan zes spoelen gelijktijdig worden bekrachtigd onder het dragervlak 37, zal de bestuurbaarheid en beheersbaarheid van de 5 beweging van de drager toenemen. Hierbij wordt opgemerkt dat slechts spoelen welke zich onder het drageroppervlak of in de buurt van de rand daarvan bevinden, effectief kunnen bijdragen aan de beweging van de drager 37. Indien de drager 37 een beweging met een lange slag maakt, voor het afleggen van een relatief grote afstand, zullen daarom tijdens 10 het bewegen ook andere spoelen moeten worden ingeschakeld. Hierbij verdient het de voorkeur het inschakelen en uitschakelen van spoelen onder het drageroppervlak geleidelijk te laten plaatsvinden, teneinde ongewenste inschakel verschijnselen en de effecten daarvan op de krachten en koppels uitgeoefend op het dragervlak 37 tegen te gaan.If more than six coils are energized simultaneously under the carrier surface 37, the controllability and controllability of the movement of the carrier will increase. It is noted here that only coils which are below the carrier surface or in the vicinity of the edge thereof can contribute effectively to the movement of the carrier 37. If the carrier 37 makes a movement with a long stroke for covering a relatively large long distances, therefore other coils will also have to be switched on during movement. In this case, it is preferable for the switching on and switching off of coils below the carrier surface to take place gradually, in order to prevent undesired switch-on phenomena and their effects on the forces and torques exerted on the carrier surface 37.

15 Ten aanzien van het bovenstaande wordt voorts nog opgemerkt dat spoelen welke zich niet of niet voldoende onder het oppervlak van de drager 37 bevinden, het magnetisch veld en daarmee de uitvoerbare beweging kunnen verstoren. Dit kan worden tegengegaan door randeffecten te modelleren, echter een dergelijk model is zeer complex en als gevolg 20 daarvan moeilijk hanteerbaar. Het verdient daarom aanbeveling de spoelen welke zich in de nabijheid van de rand van de drager bevinden (zoals spoelen 40 en 41 in figuur 3) geleidelijk uit te schakelen.With regard to the above, it is furthermore noted that coils which are not or not sufficiently below the surface of the carrier 37 can disturb the magnetic field and thus the executable movement. This can be prevented by modeling edge effects, but such a model is very complex and, as a result, difficult to handle. It is therefore advisable to gradually switch off the coils located in the vicinity of the edge of the carrier (such as coils 40 and 41 in Figure 3).

Het geleidelijk in- en uitschakelen van de spoelen kan worden bereikt door bijvoorbeeld de elektrische stromen waarmee de 25 spoelen 40, 41, 42, 43, 44 en 45 bekrachtigd worden afhankelijk te maken van de relatieve positie van de spoelen tot het massamiddelpunt van de drager 37. In het bijzonder kan dit worden bereikt door de bekrachtigingsstromen voor het bekrachtigen van de spoelen 40, 41, 42, 43, 44 en 45 in afhankelijkheid van de relatieve positie van de drager 37 30 te wegen met een wegingsfactor, waarbij bijvoorbeeld spoelen 44 en 45 welke zich direct in de nabijheid van het massamiddelpunt bevinden een 1029246 22 veel grotere invloed op de beweging van de drager 37 kunnen uitoefenen dan spoelen 40 en 41 welke zich in de nabijheid van de rand daarvan bevinden. Deze wegingsfactoren zijn afhankelijk van de relatieve positie van de drager 37 ten opzichte van het werkingsvlak 35 en bewegen derhalve 5 mee met het dragervlak.The gradual switching on and off of the coils can be achieved, for example, by making the electric currents with which the coils 40, 41, 42, 43, 44 and 45 are energized dependent on the relative position of the coils to the mass center of the carrier 37. In particular, this can be achieved by weighing the excitation currents for energizing the coils 40, 41, 42, 43, 44 and 45 in dependence on the relative position of the carrier 37 with a weighting factor, for example coils 44 and 45 which are directly in the vicinity of the center of mass can exert a much greater influence on the movement of the carrier 37 than coils 40 and 41 which are in the vicinity of the edge thereof. These weighting factors depend on the relative position of the carrier 37 relative to the working surface 35 and therefore move with the carrier surface.

Voor de getoonde onderlinge plaatsing en oriëntatie tussen de gelijktijdig bekrachtigde spoelen 40, 41, 42, 43, 44 en 45, blijkt de. modelleringsmatrix K waarin slechts de invloed van gelijktijdig bekrachtigde spoelen is meegenomen, een relatief klein conditiegetal te 10 hebben, zodat de in figuur 3 getoonde wijze van bekrachtigen van de spoelen bij de werkwijze overeenkomstig de onderhavige uitvinding aansluit. Bij het vervaardigen van de vlakke actuatoren dient men er daarom rekening mee te houden de spoelen daarom individueel in- en uitgeschakeld kunnen worden, maar dat tevens een veelheid spoelen 15 onderling gerangschikt zoals bijvoorbeeld spoelen 40, 41, 42, 43, 44 en 45 gelijktijdig gezamenlijk ingeschakeld en bediend kunnen worden. Voor het doen beheren van de magnetische krachten en koppels op het dragervlak, is het voorts belangrijk dat voor elk van de spoelen de hoeveelheid elektrische stroom gebruikt voor het bekrachtigen van de 20 spoel kan worden gewijzigd, voor het wijzigen van de relatieve verhouding tussen de stroomsterkte in de verschillende spoelen. Voorts is het van belang dat de stroomsterkte in alle spoelen gelijktijdig kan worden gewijzigd, op een zodanige wijze dat de verhouding tussen de elektrische stromen, en daarmee de verhouding tussen de uitgeoefende magnetische 25 krachten en koppels, behouden blijft en in zijn geheel kan toenemen of afnemen. Teneinde deze verhouding te kunnen wijzigen dient daarnaast ook de stroom door elk van de spoelen individueel te kunnen worden geregeld.For the shown mutual placement and orientation between the co-energized coils 40, 41, 42, 43, 44 and 45, the. modeling matrix K in which only the influence of co-energized coils is included, have a relatively small condition number, so that the method of energizing the coils shown in Figure 3 is consistent with the method according to the present invention. When manufacturing the flat actuators, it should therefore be taken into account that the coils can therefore be switched on and off individually, but that a plurality of coils 15 are also arranged mutually, such as coils 40, 41, 42, 43, 44 and 45 simultaneously. can be jointly enabled and operated. For managing the magnetic forces and torques on the carrier surface, it is furthermore important that for each of the coils the amount of electric current used for energizing the coil can be changed, for changing the relative ratio between the current intensity in the different coils. Furthermore, it is important that the current intensity in all coils can be changed simultaneously, in such a way that the ratio between the electric currents, and hence the ratio between the applied magnetic forces and torques, is maintained and can increase overall or decrease. In order to be able to change this ratio, it must also be possible to control the current through each of the coils individually.

Figuur 4 toont schematisch een voorbeeld-uitvoeringsvorm van een vlakke actuator 48 overeenkomstig de uitvinding. 30 De actuator omvat een dragervlak 50 dat in bedrijf zodanig tegenover een werkingsvlak 52 is geplaatst dat het werkingsvlak 52 door middel van het 1 02924 6 23 bekrachtigen van (niet getoonde) spoelen daarin magnetische krachten en koppels op de drager 50 kan uitoefenen. Hierdoor kan de drager 50, iri bedrijf, "zwevend" worden geplaatst boven het werkingsvlak 52, zoals is getoond in figuur 4. Werkingsvlak 52 is ten opzichte van de ondergrond 5 gefixeerd, zoals in figuur 4 is weergegeven met behulp van ondersteuningselementen 54 en 55. De spoelen (niet getoond) welke zich direct onder het oppervlak van het werkingsvlak 52 bevinden, kunnen worden bekrachtigd met behulp van bekrachtigingsmiddelen 58. Deze bekrachtigingsmiddelen zijn ingericht om elk van de spoelen afzonderlijk, 10 maar ook een aantal spoelen gezamenlijk van elektrische stroom te voorzien zodanig dat door de bekrachtigde spoelen magnetische krachten en koppels op de drager 50 worden uitgeoefend. De bekrachtigingsmiddelen worden aangestuurd door een centrale verwerkingseenheid 60 welke in figuur 4 eveneens schematisch is weergegeven. Voorts kan de vlakke 15 actuator 48 zijn voorzien van invoermiddelen (niet getoond) waarmee met behulp van opdrachten aan de centrale verwerkingseenheid 60, het besturen en bewegen van de drager 50 ten opzichte van het werkingsvlak 52 naar de wensen van de gebruiker kan worden uitgevoerd.Figure 4 schematically shows an exemplary embodiment of a flat actuator 48 according to the invention. The actuator comprises a carrier surface 50 which, in operation, is positioned opposite an operating surface 52 such that the operating surface 52 can exert magnetic forces and torques on the carrier 50 by energizing (not shown) coils therein. As a result, the carrier 50 can, in operation, be placed "floating" above the working surface 52, as shown in Figure 4. Working surface 52 is fixed relative to the substrate 5, as shown in Figure 4 with the aid of supporting elements 54 and 55. The coils (not shown) which are located directly below the surface of the working surface 52 can be energized with the aid of energizing means 58. These energizing means are adapted to collect each of the coils separately, but also a number of coils, of electric current. provided such that magnetic forces and couples are applied to the carrier 50 by the excited coils. The energizing means are controlled by a central processing unit 60 which is also schematically shown in Figure 4. Furthermore, the flat actuator 48 can be provided with input means (not shown) with which, with the aid of commands to the central processing unit 60, the control and movement of the carrier 50 relative to the working surface 52 can be carried out according to the wishes of the user.

De onderlinge oriëntatie van spoelen welke het werkingsvlak 20 vormen is niet beperkt tot het hierboven beschreven visgraatmotief.The mutual orientation of coils forming the working surface 20 is not limited to the herringbone pattern described above.

Enkele configuraties van spoelen die overeenkomstig de huidige ontwerpmethodiek een goed bestuurbare actuator verschaffen omvatten configuraties van spoelen waarin bijvoorbeeld elk van de spoelen ten opzichte van de overige spoelen in twee orthogonale richtingen in het 25 vlak versprongen zijn geplaatst. In andere configuraties welke een goed bestuurbare actuator verschaffen zijn langwerpig gevormde spoelen in ten minste twee groepen verdeeld, en hebben de spoelen uit de eerste groep een langsrichting (dit is de richting waarin de langwerpig gevormde spoelen het langst zijn) die dwars staat op de langsrichting van de 30 spoelen uit de tweede groep. Natuurlijk zijn ook andere combinaties mogelijk.Some configurations of coils that provide a well-controlled actuator in accordance with the current design methodology include configurations of coils in which, for example, each of the coils is positioned offset in two orthogonal directions in the plane relative to the other coils. In other configurations that provide a well-controlled actuator, elongated coils are divided into at least two groups, and the coils from the first group have a longitudinal direction (this is the direction in which the elongated coils are the longest) that is transverse to the longitudinal direction of the 30 coils from the second group. Of course, other combinations are also possible.

1 02924 6 241 02924 6 24

Figuur 5 toont een andere voorbeeldconfiguratie van spoelen voor het vormen van een werkingsvlak. De spoelen zijn hierin te verdelen in een tweetal groepen. De eerste groep spoelen, waarvan bijvoorbeeld spoelen 62, 63, 64 en 65 deel uitmaken, zijn gericht met hun 5 langsrichting in een eerste richting. De tweede groep spoelen, waarvan bijvoorbeeld spoelen 68, 69, 70 en 71 deel uitmaken, zijn gericht in een tweede richting dwars op de eerste richting, en in het werkingsvlak.Figure 5 shows another exemplary configuration of coils for forming an operating surface. The coils can be divided into two groups. The first group of coils, of which for example coils 62, 63, 64 and 65 form part, are oriented with their longitudinal direction in a first direction. The second group of coils, of which, for example, coils 68, 69, 70 and 71 form part, are directed in a second direction transverse to the first direction, and in the operating plane.

Voorts zijn spoelen uit de eerste groep versprongen geplaatst in twee orthogonale richtingen van het werkingsvlak ten 10 opzichte van spoelen uit dezelfde eerste groep (hoewel dit in deze configuratie niet voor elke combinatie van spoelen geldig is). Dit geldt tevens voor de spoelen in de tweede groep.Furthermore, coils from the first group are staggered in two orthogonal directions of the operating surface relative to coils from the same first group (although this is not valid for every combination of coils in this configuration). This also applies to the coils in the second group.

Een dergelijke configuratie van spoelen zoals is getoond in figuur 5 blijkt relatief eenvoudig (en daarmee goedkoop) te vervaardigen 15 te zijn, terwijl het zo gevormde werkingsvlak eenvoudig zodanig kan worden geschakeld dat een boven het werkingsvlak geplaatste drager goed en nauwkeurig te besturen is, over zowel een korte als lange bewegingsslag. Hiervoor kunnen natuurlijk overeenkomstig de beschreven werkwijzen, slechts die spoelen gelijktijdig te worden bekrachtigd 20 waarvoor de onderlinge magnetische krachten en koppels van verschillende spoelen zoveel mogelijk ontkoppeld zijn.Such a configuration of coils as shown in Fig. 5 appears to be relatively easy (and therefore inexpensive) to manufacture, while the working surface thus formed can easily be switched such that a support placed above the working surface can be controlled properly and accurately, both a short and long movement. For this, of course, according to the methods described, only those coils can be energized simultaneously for which the mutual magnetic forces and torques of different coils are disconnected as much as possible.

De in de figuren getoonde uitvoeringsvormen zijn uitsluitend bedoeld ter illustratie van de, in de uitvinding beschreven ontwerp- en vervaardigingsmethodiek, alsmede de vlakke actuator. De 25 context van de hier beschreven uitvinding wordt daarom slechts beperkt door de navolgende conclusies. Begrepen zal worden dat de getoonde en beschreven uitvoeringsvormen derhalve niet als beperkend voor de uitvinding bedoeld zijn.The embodiments shown in the figures are intended solely to illustrate the design and manufacturing method described in the invention, as well as the flat actuator. The context of the invention described herein is therefore only limited by the following claims. It will be understood that the embodiments shown and described are therefore not intended to limit the invention.

30 102924630 1029246

Claims

Method for manufacturing a flat actuator comprising a stationary part in which a plurality of adjacent coils located with respect to each other form a working surface, and a movable carrier opposite the working surface of the stationary part comprising a grouping of magnets for releasing in operation of movement of the carrier relative to the stationary part, under the influence of mutual magnetic forces and couples exerted by energizing the coils, characterized in that the magnetic forces exerted in operation by energizing one or more of the coils and torques are modeled, and the planar actuator is manufactured such that the magnetic forces and torques exerted in operation by different coils are decoupled as much as possible.

2. Method as claimed in claim 1, that the magnetic forces and torques exerted in operation by energizing one or more of the coils are modeled in a matrix, and that the actuator is manufactured such that the condition number of the matrix is at least 20.

A method according to claim 2, wherein the coils of the actuator are placed relative to each other such that the condition number of the matrix is minimal.

4. Method as claimed in claim 3, wherein the coils are positioned such that the windings of one or more of the coils are parallel to the operating surface.

5. Method as claimed in any of the claims 3 or 4, wherein each of the coils is placed offset in two orthogonal directions relative to coils to be placed adjacent to the working surface.

A method according to any one of claims 2-5, wherein at least one turn of one or more of the coils is designed such that the condition number of the matrix is minimal.

7. Method as claimed in claim 6, wherein the windings are shaped such that they have a shape belonging to a group comprising a rectangle, an oval, a rectangle with rounded corners, a rectangle with semicircular ends, a line-symmetrical polygon, a circle or a other suitable form.

8. Method according to claims 6 or 7, wherein the turns of the coils are elongated to provide elongated coils.

9. Method as claimed in claim 8, dependent on at least one of claims 3-5, wherein at least one first coil of the coils is positioned relative to at least one second coil of the coils such that the longitudinal directions of the at least one first 15 and the at least one second coil form an angle with each other.

The method of claim 9, wherein the coils are placed in a herringbone pattern to form the operating surface.

11. Method as claimed in claim 9 or 10, wherein the angle between the longitudinal directions of the at least one first coil and the at least one second coil is a right angle.

12. Method as claimed in claim 11, wherein for modeling the magnetic forces and torques to be exerted in operation the number of coils to be energized simultaneously in operation is selected in dependence on a number of desired degrees of freedom of movement for the carrier of the actuator.

A method according to claim 12, wherein the number of coils to be energized simultaneously during operation is chosen to be large enough to obtain a condition number that is smaller than a limit value. ,

A method according to any one of claims 2-13, wherein the mutual placement of coils 1029246 to be energized in operation simultaneously during modeling is selected such that the condition number of the matrix is minimal.

15. Method as claimed in any of the claims 2-14, wherein magnets are placed adjacent to each other in the carrier such that the magnets together on one side thereof form a carrier surface.

The method of claim 15, wherein the carrier surface is placed opposite the operating surface.

17. Method as claimed in claim 15 or 16, wherein the magnets comprise a first group and a second group, wherein the magnets from the first group are positioned such that the magnetic field thereof is normally directed outwards on the carrier surface, the magnets from the second group is positioned such that the magnetic field thereof is normally directed inwards on the carrier surface, wherein the magnets from the first and the second group are periodically placed alternately across the carrier surface in two orthogonal directions in the carrier surface.

18. Method as claimed in claim 17, wherein the magnets from the first group are connectable by at least one imaginary first axis, and wherein the magnets from the second group are connectable by at least one imaginary second axis, wherein magnets from the first group and the second group must be placed alternately periodically in such a way that the condition number of the matrix is minimal.

A method according to claim 17 or 18, wherein the magnets are placed in accordance with a Halbach configuration.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the matrix comprises a plurality, which elements form sub-components of the magnetic forces and couples in orthogonal directions relative to each other.

21. Method as claimed in claim 20, wherein the matrix is multiplied by a weighting matrix for weighing the elements for mutually proportioning the magnetic forces and couples to be exerted by the coils.

22. A flat actuator manufactured with the aid of a method according to any one of claims 1-21, comprising a stationary part in which a plurality of adjacent coils located with respect to each other form a working surface of the stationary part, and a working surface opposite the working surface of the stationary part movable carrier comprising a group of suitably placed magnets for releasing, during operation, movement of the carrier relative to the stationary part under the influence of mutual magnetic forces and couples that can be exerted by energizing the coils 10, characterized in that the operating surface is formed such that is that the magnetic forces and torques which can be used in operation by energizing different coils in the operating plane are decoupled as much as possible.

A method according to claim 22, wherein the condition number 15 of a matrix in which the magnetic forces and torques to be exerted in operation by energizing one or more of the coils are modeled is minimal.

24. A flat actuator as claimed in claim 22 or 23, wherein each of the coils is placed offset in the operating plane in two orthogonal directions relative to coils adjacent thereto.

A flat actuator according to any one of claims 22-24, wherein the windings of one or more of the coils are parallel to the operating plane.

26. A flat actuator according to any one of claims 22-25, wherein the turns of the coils are elongated to provide elongated coils.

27. A flat actuator according to any one of claims 22-26, wherein the windings have a shape belonging to a group comprising rectangular, oval, rectangular with rounded corners, rectangular with semi-circular ends, symmetrical polygonal, round or other suitable shapes. 1 02924 6

The flat actuator of claim 27, depending on claim 20, wherein at least one first coil of the coils is positioned relative to at least one second coil of the coils such that the longitudinal directions of the at least one first and the at least one At least one second coil forms an angle with each other.

The flat actuator of claim 28, wherein the coils are placed in a herringbone pattern to form the operating surface.

A flat actuator according to claim 28 or 29, wherein the angle 10 between the longitudinal directions of the at least one first coil and the at least one second coil is a right angle.

A flat actuator according to any of claims 22-30, further comprising means for energizing the coils.

A flat actuator according to claim 31, wherein the means 15 for energizing are arranged for simultaneously energizing at least two of the coils.

A flat actuator according to claim 31 or 32, wherein the means for actuating are adapted to actuate at least one of the coils individually.

A flat actuator as claimed in any one of claims 31 to 33, wherein the means for energizing is arranged for gradually switching an energizing current for at least one of the coils.

35. A flat actuator according to any one of claims 31-34, further comprising feedback means for compensating an excitation current through at least one of the coils in dependence on movement deviations from a desired movement of the carrier.

36. A flat actuator according to any one of claims 31-35, wherein the means for actuating are operatively connected to a central processing unit. 1029246

A flat actuator according to any one of claims 31-36, wherein magnets are placed adjacent to each other in the carrier such that the magnets together form a carrier surface on one side thereof.

38. A flat actuator according to claim 37, wherein the carrier surface is opposite the operating surface.

39. A flat actuator according to claim 37 or 38, wherein the magnets comprise a first group and a second group, wherein the magnets from the first group are positioned such that the magnetic field thereof is normally directed outwards on the carrier surface, the magnets from the second group are positioned such that the magnetic field thereof is normally directed inwards on the carrier surface, wherein the magnets from the first and the second group are periodically arranged alternately across the carrier surface in two orthogonal directions in the carrier surface.

The flat actuator of claim 39, wherein the magnets from the first group are connectable through at least one imaginary first axis, and wherein the magnets from the second group are connectable through at least one imaginary second axis, wherein magnets from the first group and the second group can be placed alternately periodically such that the condition number of the matrix is minimal.

A flat actuator according to claim 39 or 40, wherein the magnets are placed in accordance with a Halbach configuration.

42. A method for controlling a flat actuator, wherein the actuator comprises a stationary part in which a plurality of coils placed adjacent to each other form a working surface of the stationary part, and a movable carrier opposite the working surface of the stationary part comprising a group of suitably placed magnets for releasing movement of the carrier relative to the stationary part, wherein movement of the carrier takes place under the influence of mutual magnetic forces and torques exerted by energizing the coils, characterized in that: one or more of the coils are energized to cause the carrier to move, the one or more coils to be energized being selected such that the forces and couples exerted in operation by the one or more coils are disconnected as much as possible.

The method of claim 42, wherein the one or more coils to be energized are selected in dependence on the relative location of the one or more coils.

44. Method as claimed in claim 42 or 43, wherein the coils to be energized are chosen such that they are situated in a part of the working surface which is opposite the carrier.

A method according to any of claims 42-44, wherein during the movement of the carrier relative to the working plane, the coils energized for moving are located in a part of the working plane which is located relative to the carrier near the edge thereof or 15 located outside of it are gradually switched off without disturbing the disconnection of magnetic forces and torques.

46. A method according to claim 45, wherein for gradually switching off the coils, one or more replacement coils are switched on gradually, wherein the replacement coils are located in a part of the working surface opposite the carrier.

47. A method according to any one of claims 44-46, wherein electric excitation currents of the energized coils are proportional to each other depending on the relative position of each of the energized coils relative to the carrier.

The method of claim 47, wherein the electric excitation currents are proportioned to each other according to a weighting factor.

49. A method according to any one of the preceding claims 47 and 48, wherein the electric excitation currents are proportioned such that coils which are situated relative to the carrier near their center of mass exert a greater influence on the movement of the carrier than coils which are at least be located near the edge thereof relative to the carrier.

A computer program for performing a method according to at least one of claims 42-49. 1 02924 6