DD205052A3 - Zweikoordinatenschrittmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen linearen Zweikoordinatenschrittmotor, der vorteilhaft fuer Positionierzwecke in der Geraetetechnik einsetzbar ist, weil mit ihm sehr kleine Schrittweiten sowie eine gute Dynamik erreichbar sind. Das Wesen besteht darin, dass eine oder mehrere Spulenanordnungen bestimmter Abmessungen in einer beweglichen Tischplatte befestigt sind, die in Luftspalten von Magnetsystemen so gefuehrt ist, dass sie bei Stromfluss in den Spulen eine Kraft auf die Tischplatte ausueben und dass die Spulen auf ihrem Bewegungsweg in zwei Koordinaten nicht aus dem Bereich der Wirkung der magnetischen Induktion gelangen. Die die Spulen oder Magnete tragende Tischplatte ist mit einem Zweikoordinatenmesswertgeber mechanisch oder optisch so verbunden, dass der angeschlossene Lageregler die Spulen entsprechend den vorgegebenen Steuerimpulsen und den ermittelten Lagekoordinaten so an Spannungsquellen anschliesst, dass die gewuenschte Sollposition erreicht und gehalten wird.

Description

Z. ό Ö ό D ά /

Zweikoordinatenschrittmotor Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Zvveikoordinatenschrittmotor, insbesondere für die schnelle und genaue Positionierung räumlicher und flächenhafter Objekte in der Gerätetechnik für die Ortsstrukturerkennung bzw. -veränderung. Derartige Antriebe sind besonders für den Anschluß an digitale Signale erzeugende elektronische Systeme geeignet .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zs ist bekannt, daß Zwaikoordinatenbevvegungseinrichtungen existieren, bei denen Kreuztische durch rotatorisch arbeitende Scnrittmotore über eine Mutter-Spindel-Paarung mittels längsbevveglicher Kardanwellen, über Seilzüge speziell in xy-3chreibern oder direkt über eine federgekoppelte spielfreie und querverschiebbare Anlenkung angetrieben werden. Als Antrieb werden auch kontinuierlich arbeitende Rotationsrnotore mit Kupplungen und 3rein33.inrichtungen in Verbindung, mit inkrementeilen Gebern und Regeleinrichtungen verwendet. Auch Linearmotore werden für den Antrieb von Kreuztischen verwendet.

Kreuztische besitzen jedoch eine große Masse für die Bewegungseinrichtung in der zweiten Koordinate, wenn eine hohe Positioniergenauigkeit notwendig ist, und sie haben deshalb ein ungünstiges dynamisches Verhalten.

Außerdem existieren nach dem Reluktanzprinzip aufgebaute und

polarisierte Zweikoordinatenschrittmotore mit durch die Herstellbarkeit der Zahnstrukturen bzw. der polarisierten Pole (z. B. SU-Patentschrift Nr. 483741) begrenzter Auflösung.

In der DD-PS 129948 ist eins-Anordnung beschrieben, bei der sich zwischen einem ersten und einem zweiten Teil, zwischen denen sich ein magnetischer Fluß schließt, ein drittes Teil befindet, das so angeordnet ist, daß zwischen ihm und mindestens einem der ersten beiden Teile eine Relativbewegung möglich ist. Für eine Schrittbewegung in mehreren Koordinatenrichtungen sind Leiterbahnen und Zähne für die Bewegung entlang der einzelnen Koordinaten so angeordnet, daß sich immer eine ausreichende Leiterlänge jeder ineinander kreuzungsfrei verschachtelten Leiterbahnen im zugehörigen Magnetfeld befindet.

Die in den Figuren 3a bis 3d dargestellten Prinzipien zeigen die Anordnung von Zähnen und Leitern zueinander und machen drei wesentliche Nachteile deutlich, die in einer sehr geringen erzeugten Kraft bei kleinen Schrittgrößen infolge der geringen zulässigen Strombelastung dünner Leiterzüge, der nur möglichen relativ großen Schrittweite infolge der technologisch begrenzten Herstellbarkeit kleinster Zahnbreiten und der bei feinen Zahnteilungen und Leiterbahnen infolge geringer Intensitätsunterschiede bedingten geringen Schrittgenauigkeit, insbesondere bei wirkenden Gegenkräften.

In der US-Patentschrift Nr. 3745433 ist eine lineare und rotatorische Bewegung eines Körpers durch spezielle Spulen- und Magnetanordnungen realisiert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Zweikoordinatenschrittmotor zu schaffen, mit dem sich quasidrehmomentenfreie, Kräfte an einer Tischplatte auch für kleinste Schrittweiten unter 1 ,um realisieren lassen, der sich' durch geringe Masse und große Kräfte und damit gute Dynamik und geringen Herstellungsaufwand auszeichnet.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zweikoordinatenschrittmotor zu schaffen, der quasidrehmomentenfreie Kräfte erzeugt und ein günstiges dynamisches Verhalten besitzt und auch kleinste Schrittweiten bis unter i,um ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jeder Bewegungskoordinate des Zweikoordinatenschrittmotors mindestens zwei entgegengesetzt polarisierte Dauermagneten auf ei-' ner ferromagnetischen Grundplatte und jeweils über den entgegengesetzt polarisierten Dauermagneten ein ferroraagnetisches Rückschlußteil angeordnet ist, wobei in dem so geschaffenen Arbeitsluftspalt Flachspulen beweglich geführt sind.

Quasidrehmomentenfreie Zvveikoordinatenschrittmotore werden durch Verwendung gekrümmter oder als Polygonzug ausgebildeter Spulen realisiert. Der Krümmungsradius aller kraftwirksaraen Spulenteile entspricht immer dem jeweiligen Abstand der einzelnen Lage der Spule vom Zentrum der Tischplatte oder der Polygonzug ist diesem Radius beliebig fein angepaßt. Sei Anwendung von nur zwei Polygonzugabschnitten zur Annäherung des genannten Radiusses liegt die Knickstelle des Polygonzuges in der Mitte der kraftwirksamen Spulenstranglänge und der Abstand der einzelnen Lagen der Spule von der Tischmitte entspricht an dieser Stelle auch dem genannten Radius der idealen Krümmung. Die Spulenkopflänge ist durch die Beziehung

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senkrecht zu der von der entsprechenden Spule erzeugten Bewegung, b die Spulenstrangbreite und r der innere größere Radius des Spulenkopfes ist, bestimmt. Mit diesen gekrümmten oder als Polygonzug ausgebildeten Spulen werden für jede Koordinate x, y minimal nur eine Spule und ein entgegengesetzt polarisiertes Dauerrnagnetpaar -b.enö.tigt-, dia senkrach-t zueinander auf einer angepaßt geformten ferromagnetische^ Grundplatte angeordnet sind. Zur Vergrößerung der zentrischen Kräfte am

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Tisch werden zwei Paare von gekrümmten oder Polygonzugspulen und entgegengesetzt polarisierte Dauermagnetpaare in einer Kraftwirkungslinie für jede Koordinate x, y in der Tischplatte bzw. auf der ferromagnetischen Grundplatte angeordnet. Die Magnetpollänge Ir.ipo rauß um die Höhe des kraftwirksamen Spulenkreisabschnittes verlängert werden. Die Tischplatte, die die beiden Spulen trägt, benötigt nur drei Gleitfüße, vorzugsweise aus PTFE, und zwei Rasterplatten zur Gewinnung inkrementeller Ortssignale sind in der Nähe der Tischmitte angeordnet, wo sich die Objektträgerplatte befindet . Die Aussparungen für die Tischplattenbewegung besitzen die Größe und Lage entsprechend der Bewegung .

Mit Hilfe dieser Rasterplatten, die durch Lichtquellen beleuchtet und mit optoelektronischen Empfängern abgetastet werden, werden bei Bewegung inkreraentale Ortssignale für einen angeschlossenen Lageregler erzeugt, der die Ortssignale mit den zugeführten Steuersignalen vergleicht und entsprechend den notwendigen Bewegungen zur Erreichung der Sollposition die entsprechenden Spulen an vorhandene Gleichspannungsquellen entsprechender Polarität äquivalent der auftretenden Regelabweichung mit verschieden langer Impulszeit anschließt. Die Lageinformation kann aber auch über ein an sich bekanntes Laserwegraeßsystem oder andere inkrementelle Geber gewonnen werden, wobei dann auf der Tischplatte nur die Laserinterferometerspiegel oder andere inkrementelle Geberplatten angeordnet werden und die Meßwertverarbaitung außerhalb des Tisches erfolgt und.keine Massebelastung ergibt ,

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung wird gezeigt :

Fig. 1 Zvveikoordinatenschrittmotor mit teilweise abgeschnittenen Rückschlußstücken und zwei in einer beweglichen Tischplatte befestigten Spulen mit gekrümmten Spulensträngen in jeder Koordinatenrichtung x, y und festen Permanentmagneten

Fig. 1 zeigt einen Zvveikoordinatenschrittmotor, bei dem zur Erzeugung größerer quasidrehmomentenfreier Antriebskräfte für jede Koordinatenrichtung x, y zwei mit~dem Radius vom Tischschwerpunkt gekrümmte oder dieser Krümmung polygonartig angepaßten Spulen 3 in einer kreuzförmigen Tischplatte 4 über je einem entgegengesetzt polarisierten Paar von Dauermagneten 2, die auf einer ferromagnetischen Grundplatte 1 befestigt sind, angeordnet sind.

Über den Dauermagneten 2 und den Spulen 3 ist ein forromagnetischer Rückschluß 5 zur Bildung des Arbeitsluftspaltes angeordnet. Die Tischplatte 4 wird mit vier Gleitfüßchen 6, z. 3. aus PTFE, auf Gleitflächen 12 der Grundplatte 1 geführt. Die Tischplatte 4 besitzt ein strahlungsdurchlässiges Mittelteil 7 und trägt zwei Rasterplatten 3 und 11, die z. 3. mit einer Lichtquelle 9 beleuchtet und mit optoelektronischen Empfängern 10 abgetastet werden. Die dabei gewonnene inkrementelle Lageinformation wird einem Lageregler zum Vergleich mit vorgegebenen Steuersignalen zugeführt, der dann die einzelnen Spulen 3 entsprechend der vorgegebenen Bewegungsaufgabe an Spannungsquellen entsprechender Polarität mit der notwendigen Impulsdauer anschließt.

Claims (2)

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   Erfinduncjsan spruch

   1. Zweikoordinatenschrittmotor j bei dem Spulen in einem beweglichen Teil angeordnet sind, das gleit-, wälz-, fluid- oder durch Magnetschwebung in einer Ebene geführt ist, das seinerseits über festen Magneten angeordnet ist und an dem Rasterplatten, Interferometerspiegel oder andere inkrementelle Geberplatten senkrecht zueinander zur inkrernentellen Signalgewinnung und Lageregelung befestigt sind, dadurch gekennzeichnet , daß in jeder Bevvegungskoordinate (x, y) mindestens eine Spule (3) mit entsprechend dem 3evvegungsvveg, der SpuLensEraiiab reite und dem inneren· Radius des Spulenkopfes verlängerten Spulenköp.f en vorhanden ist, deren kraftwir'ksame Spulenstränge Krümmungsradien besitzen, die jeweils durch den Abstand von der Tischplattenmitte zur Spulenlage bestimmt sind und wobei die Tischplattenmitte mit dem Tischplattenschwerpunkt identisch'ist.
2. 2. Zweikoordinatenschrittmotor nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Form der kraftwirksamen Spulenstränge polygonartig dem Radius des Abstandes der Spulenlagen von der Tischmitte angepaßt ist.

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