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Dokumentenidentifikation DE102004048183A1 07.07.2005
Titel Planarmotor
Anmelder Chiba Precision Co., Ltd., Funabashi, Chiba, JP
Erfinder Oisugi, Yutaka, Funabashi, Chiba, JP;
Sato, Hideaki, Ichikawa, Chiba, JP
Vertreter Zenz, Helber, Hosbach & Partner GbR, 45128 Essen
DE-Anmeldedatum 30.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004048183
Offenlegungstag 07.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.07.2005
IPC-Hauptklasse H02K 41/02
IPC-Nebenklasse G05D 3/20   
Zusammenfassung Der Planarmotor ermöglicht eine flachere Bauweise, eine Steuerung der Vibrationen und eine hochgenaue Positionierung, indem ein kernloser X-Achse- und Y-Achse-Linearmotor ohne Verwendung einer Linearführung in derselben Ebene angeordnet und in der X- und Y-Richtung hochgenaue Kapazitätswegsensoren verwendet werden. Zwei Paare von Permanentmagneten sind orthogonal zu einer von zwei orthogonalen Achsen auf einem bewegbaren Tisch derart angeordnet, daß sie magnetische Flüsse in einer Richtung senkrecht zu der Fläche des bewegbaren Tisches erzeugen. Ferner sind die Permanentmagnete eines Paares symmetrisch zueinander bezüglich einer der zwei Achsen angeordnet, während die des anderen Paares symmetrisch zueinander zu der anderen Achse angeordnet sind. Zwei Paare von Spulen sind derart angeordnet, daß sie den Paaren von Permanentmagneten gegenüberliegen und diesen angepaßt sind. Eine kreuzförmige gemeinsame Elektrode ist an dem bewegbaren Tisch befestigt und derart angeordnet, daß sie einer feststehenden Elektrodenanordnung gegenüberliegt, die aus zwei Elektroden gebildet ist, welche auf einer feststehenden Elektrodenbasis angeordnet sind. Verschiebungen des bewegbaren Tisches können anhand von Änderungen der Kapazität von Kondensatoren ermittelt werden, die von der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode und den feststehenden Elektroden gebildet werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Planarmotor, welcher zum Ausführen einer Feinpositionssteuerung eines Mikroskoptisches oder dergleichen verwendet wird.

Als Einrichtung, die zum zweidimensionalen Positionieren eines Objektes in Richtung der X-Achse und der Y-Achse geeignet ist, ist bisher ein XY-Tisch bekannt. Der XY-Tisch ist aufgebaut aus einem Tisch, der in einer Linearführung montierte Kugelspindeln und Servomotoren umfaßt und sich in eine Richtung erstreckt, und aus einem weiteren Tisch, der in orthogonaler Richtung bezüglich des obengenannten Tisches aufgesetzt ist.

Ein weiterer bekannter Planarmotor weist einen X-Achse-Linearantriebsmotor und einen Y-Achse-Linearantriebsmotor vom Typ der Schrittmotoren mit variabler Reluktanz auf, die auf derselben Ebene angeordnet sind, wie es in der ungeprüften japanischen Offenlegungsschrift Nr. H10-75562 beschrieben ist. Ein weiterer bekannter Planarmotor weist einen biaxialen Linearmotor und eine Mehrzahl von Laser-Interferometern auf, die als Positionsdetektoren zum Erzielen einer hochgenauen Positionierung in drei Richtungen auf der Ebene verwendet werden, wie es in der japanischen Patentanmeldung Nr. H3-172326 beschrieben ist.

Der erste, oben beschriebene Planarmotor weist eine Stapelkonstruktion auf, was eine Verringerung seiner Höhe erschwert. Ferner erfordert dieser Planarmotor mehr mechanische Komponenten, was sich aufgrund von aus Spiel resultierendem Totgang oder von Tischgewicht nachteilig auf die Ansprechempfindlichkeit und Genauigkeit auswirken.

Der zweite Planarmotor ist im wesentlichen aus Schrittmotoren aufgebaut, so daß er im Falle von Step-Outs nicht gesteuert werden kann. Darüber hinaus können beim Betrieb auftretende Vibrationen nicht unterdrückt werden, selbst wenn eine hochentwickelte Steuereinrichtung verwendet wird.

Der dritte Planarmotor erfordert zur Positionserkennung eine kostspielige Peripherieeinrichtung und bedingt bei der Installation eine schwierige Justierung.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Planarmotor bereitzustellen, der eine flachere Bauweise, eine Kontrolle der Vibrationen und eine hochgenaue Positionierung erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Planarmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei werden kernlose X-Achse- und Y-Achse-Linearmotoren ohne Verwendung einer kostspieligen Linearführung in der gleichen Ebene angeordnet, und es werden hochgenaue kapazitive Wegsensoren in X- und Y-Richtung vorgesehen.

Der erfindungsgemäße Planarmotor umfaßt einen bewegbaren Tisch mit zwei Paaren von S/N-Permanentmagneten, die magnetische Flüsse orthogonal zu einer Oberfläche des bewegbaren Tisches erzeugen. Die Permanentmagnete eines Paares sind derart angeordnet, daß sie bezüglich einer von zwei Achsen orthogonal sind, wobei die zwei Achsen orthogonal zueinander auf einer Ebene des bewegbaren Tisches ausgerichtet sind. Die Permanentmagnete eines Paares sind ferner äquidistant zu der anderen der beiden Achsen.

Der Planarmotor umfasst ferner einen feststehenden Tisch mit den Permanentmagneten gegenüberliegenden Spulen, wobei jede Spule zum Bewegen des bewegbaren Tisches in Richtung der Ebene des feststehenden Tisches ansteuerbar ist.

Der Planarmotor weist darüber hinaus eine kreuzförmige gemeinsame Elektrode auf, die sich zusammen mit dem bewegbaren Tisch in einer Ebene bewegt, sowie eine Mehrzahl von feststehenden Elektroden, die einen Spalt zu der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode bilden. Jede feststehende Elektrode umfasst ein Elektrodenpaar, welches so angeordnet ist, daß es mit jedem Elektrodenendabschnitt der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode zusammenwirkt, wobei Kapazitäten von zwei Kondensatoren, die jeweils aus dem Paar von feststehenden Elektroden, die der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode gegenüberliegen, gebildet werden, als Reaktion auf eine Bewegung in einer axialen Richtung, in welcher die Kondensatoren orientiert sind, unverändert bleiben, während sie als Antwort auf eine Bewegung in der anderen axialen Richtung differentielle Änderungen zeigen, so daß einer von diesen zunimmt und der andere proportional zu einer aus einer Verschiebung resultierenden Verschiebung abnimmt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Planarmotors ist gekennzeichnet durch einen Teil einer oder eine vollständige komparative Rechenschaltung zum Berechnen von Verschiebungen in X, Y und &thgr; Richtung anhand von Kapazitäten sämtlicher Kondensatoren, die zwischen der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode und den feststehenden Elektroden gebildet werden. Die Stellungssteuerung in der X, Y und &thgr; Richtung wird dabei auf der Basis von Verschiebungsausgaben der komparativen Rechenschaltung ausgeführt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Planarmotors ist gekennzeichnet durch einen Teil einer oder eine vollständige komparative Rechenschaltung zum Berechnen von Verschiebungen in der X und Y-Richtung anhand von Kapazitäten sämtlicher Kondensatoren, die zwischen der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode und den feststehenden Elektroden gebildet werden. Die Stellungssteuerung in der X und Y-Richtung wird dabei auf der Basis von Verschiebungsausgaben der komparativen Rechenschaltung ausgeführt.

Gemäß den oben erwähnten Anordnungen werden in jeder der zwei Richtungen der Ebene zwei Linearmotoren und zwei Wegsensoren zur vorgesehen. Daher kann die Steuerung derart ausgeführt werden, daß bei Beschränkung auf entweder die X- oder die Y-Achse die Verschiebung auf der anderen Achse immer Null ist. Mit anderen Worten, die Funktion einer Führung kann erfüllt werden, indem eine Servo-Verriegelung bei einer vorgegebenen Stellung einrastet, so daß der Motor auch als ein eindimensionaler Linearmotor verwendet werden kann, ohne eine kostspielige Linearführung zu benötigen.

Darüber hinaus ermöglichen Ausgaben der komparativen Rechenschaltung eine präzise Steuerung der jeweiligen Richtungen einer Ebene.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

1 ist eine perspektivisch Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels;

2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A'-O-A in 1;

3A und 3B sind graphische Darstellungen zur Erläuterung der räumlichen Beziehungen zwischen X-Achse- und Y-Achse-Spulen und -Permanentmagneten;

4A bis 4C sind zweidimensionale graphische Darstellungen, welche die räumliche Beziehung zwischen den Elektroden eines kapazitiven Sensors veranschaulichen;

5A und 5B sind graphische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Anordnung von Permanentmagneten;

6A und 6B sind graphische Darstellungen zum Erläuterung der Arbeitsweise einer komparativen Rechenschaltung; und

7A und 7B sind graphische Darstellungen zum Erläutern eines weiteren Ausführungsbeispiels einer kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode des erfindungsgemäßen Planarmotors.

Die Ausführungsform nach 1 ist ein Beispiel eines aus Permanentmagneten und Spulen gebildeten Planarmotors mit bewegbaren Magneten. Ein Planarmotor besteht im allgemeinen aus einer X-Achse-Linearmotorstruktur und einer Y-Achse-Linearmotorstruktur, welche geometrisch senkrecht bezüglich der X-Achse-Linearmotorstruktur liegt, wobei diese beiden Linearmotoren in der gleichen Ebene angeordnet sind.

Die X-Achse-Linearmotorstruktur weist ein Paar von Permanentmagneten 2a und 2b, welche an der unteren Fläche eines bewegbaren Tisches 1 aus einem ferromagnetischen Material befestigt sind, und ebenen Spulen 5a und 5b aus einem ferromagnetischen Material auf, welche an der oberen Fläche eines festen Tisches 4 befestigt sind. Die ebenen Spulen 5a und 5b sind mit magnetischen Flüssen der Permanentmagnete 2a und 2b verbunden.

Die Y-Achse-Linearmotorstruktur weist ein Paar von Permanentmagneten 3a und 3b, welche an der unteren Fläche des bewegbaren Tisches 1 befestigt sind, und ebenen Spulen 6a und 6b auf, die an der oberen Fläche des festen Tisches 4 befestigt sind. Die ebenen Spulen 6a und 6b sind mit magnetischen Flüssen der Permanentmagneten 3a und 3b verbunden.

Die Permanentmagnete 2a und 2b sind derart angeordnet, daß ihre Längsrichtungen (S/N-Polaritätsrichtungen) der X-Achse-Richtung entsprechen, und sie sind senkrecht bezüglich der Y-Achse und symmetrisch zueinander um die X-Achse angeordnet.

Entsprechend sind die Permanentmagnete 3a und 3b derart angeordnet, daß ihre Längsrichtungen (S/N-Polaritätsrichtungen) der Y-Achse-Richtung entsprechen, und sie sind senkrecht bezüglich der X-Achse und symmetrisch zueinander um die Y-Achse angeordnet.

Die 3A und 3B zeigen eine räumliche Beziehung zwischen den Permanentmagneten 2a, 2b, 3a und 3b und den ebenen Spulen 5a, 5b, 6a und 6b.

Die ebenen Spulen sind, von oben betrachtet, rechteckig und flach ausgebildet. Sie sind derart angeordnet, daß ihre Längsrichtungen senkrecht zu den Längsrichtungen (S/N-Polaritätsrichtungen) der Permanentmagnete sind und daß die magnetischen Flüsse der Permanentmagnete die Oberflächen der ebenen Spulen durchdringen.

An den vier Ecken der unteren Fläche des bewegbaren Tisches 1 sind Kugelstopper 7 befestigt, wobei jeder eine Öffnung 7a in seiner Mitte aufweist. In den Öffnungen 7a sind Trägerscheiben 8 aus einem festen Material angeordnet.

Entsprechend sind an den vier Ecken der oberen Fläche des festen Tisches 4 Kugelstopper 7 befestigt, wobei jeder eine Öffnung 7a in seiner Mitte aufweist. In den Öffnungen 7a sind Trägerscheiben 8 aus einem festen Material angeordnet.

In den Öffnungen 7a der Kugelstopper 7 an den vier Ecken des festen Tisches 4 werden Kugeln 9 angeordnet, und anschließend wird der bewegbare Tisch 1 angebracht. Dies bewirkt, daß die zwei Tische 1 und 4 aufgrund der zwischen den Permanentmagneten 2a, 2b, 3a und 3b und dem festen Tisch 4 entstehenden Anziehungskraft zueinander gezogen werden. Gleichzeitig sorgen die Kugeln 7 für einen vorgegebenen Spalt zwischen den beiden Tischen 1 und 4, während der bewegbare Tisch 1 gleichzeitig innerhalb eines definierten Bereiches auf dem festen Tisch 4 frei bewegbar ist.

Ein Ende einer direktkoppelnden Welle 11 ist in der Mitte der unteren Fläche des bewegbaren Tisches 1 befestigt. Eine kreuzförmige gemeinsame Elektrode 12 ist an dem anderen Ende der direktkoppelnden Welle 11 derart befestigt, daß die kreuzförmige gemeinsame Elektrode 12 und der bewegbare Tisch an ihren mittig miteinander fluchten und elektrisch gegeneinander isoliert sind. Eine feste Elektrodenbasis 14 weist acht feste Elektroden 13a1, 13a2 bis 13d1, 13d2 auf, die derart angeordnet sind, daß sie der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode 12 des bewegbaren Tisches 1 gegenüberliegen, und zwar parallel zu einem dazwischen gebildeten vorgegebenen Spalt. Ferner werden insgesamt vier Sätze von Kondensatoren, d.h. insgesamt acht Kondensatoren (jeder Satz besteht aus zwei Kondensatoren), zwischen Elektrodenspitzen 12a, 12b, 12c und 12d der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode 12 und den festen Elektroden 13a1 und 13a2, 13b1 und 13b2, 13c1 und 13c2 und 13d1 und 13d2 gebildet. Die Kapazität jedes Kondensators ändert sich, sobald die kreuzförmige gemeinsame Elektrode 12 verschoben wird, wodurch kapazitive Sensoren entstehen.

2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A'-O-A des aus den in 1 gezeigten Bauelementen aufgebauten Planarmotors.

Der feste Tisch 4 weist in seiner Mitte eine Öffnung für die direktkoppelnde Welle 11 auf, durch die sich die Welle erstreckt, und die eine ungehinderte Bewegung des bewegbaren Tisches 1 in seinem Bewegungsbereich sicherstellt. Der feste Tisch 4 weist ferner an den vier Ecken seiner unteren Fläche ausgebildete Innengewinde auf. Die vier Ecken der festen Elektrodenbasis 14 weisen Durchgangsöffnungen auf, in welche Schrauben 15 eingeführt und durch zwischenliegende Distanzstücke 10 hindurch in die Innengewinde geschraubt sind. Dies befestigt den festen Tisch 14 an der festen Elektrodenbasis 14.

Ein Leitungsdraht 17 und ein Masse-Leitungsdraht 16 der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode 12 sind aus der unteren Fläche der festen Elektrodenbasis 14 herausgeführt. Leitungsdrähte zum Anregen der Spulen und Leitungsdrähte der festen Elektroden sind nicht gezeigt.

Die 4A, 4B und 4C sind zweidimensionale graphische Darstellungen, welche eine räumliche Beziehung der Elektroden der kapazitiven Sensoren zeigen.

Die in den graphischen Darstellungen gezeigten schraffierten Bereiche kennzeichnen die Bereiche, in denen die kreuzförmige gemeinsame Elektrode 12 die festen Elektroden 13a1, 13a2 bis 13d1, 13d2 überlappt. Die Größe dieser Bereiche ist proportional zu den Kapazitäten der durch diese Elektroden gebildeten Kondensatoren.

4A zeigt einen Fall, bei welchem sich der bewegbare Tisch 1 in einer Nullbezugsposition zu der X-Achse und der Y-Achse befindet und bei welchem die Kapazitäten der acht Kondensatoren alle gleich sind.

4B veranschaulicht eine räumliche Beziehung der Sensoren, wenn der bewegbare Tisch 1 aus der Nullbezugsposition in eine positive X-Achse-Richtung bewegt wird. Zwei Sätze von in der X-Achse-Richtung angeordneten festen Elektroden 13a1, 13a2 und 13c1, 13c2, zeigen unterschiedliche Änderungen. Genauer gesagt, nimmt die, dem Satz der Elektroden 13a1 und 13c2 entsprechende Kapazität zu, während die dem anderen Satz der Elektroden 13a2 und 13c1 entsprechende Kapazität abnimmt. Gleichzeitig verbleiben die Kapazitäten der zwei Sätze der festen Elektroden 13b1, 13b2 und 13d1, 13d2, die in der X-Achse-Richtung angeordnet sind, unverändert.

4C veranschaulicht eine räumliche Beziehung der Sensoren, wenn der bewegbare Tisch 1 aus der in 4B gezeigten Position in der Y-Achse-Richtung bewegt wird. In diesem Fall verbleiben die den zwei Sätzen fester Elektroden 13a1, 13a2 und 13c1, 13c2, die in der X-Achse-Richtung angeordnet sind, entsprechenden Kapazitäten unverändert, während sich die den festen Elektroden 13b1, 13b2 und 13d1, 13d2, die in der Y-Achse-Richtung angeordnet sind, entsprechenden Kapazitäten unterschiedlich ändern.

Die 5A und 5B sind graphische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einem anderen Layout von Permanentmagneten.

5A zeigt ein Layout-Beispiel von Permanentmagneten des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. 5B zeigt ein weiteres Layout-Beispiel, bei welchem die Permanentmagnete 3a' und 3b' äquidistant zu der Y-Achse angeordnet und vertikal in der X-Achse-Richtung verschoben sind. Entsprechend sind die Permanentmagnete 2a' und 2b' äquidistant zu der X-Achse angeordnet und vertikal in der Y-Achse-Richtung verschoben. Auch dieses Layout ermöglicht es, einen Planarmotor mit gleichen Vorteilen zu schaffen.

6A und 6B sind Schemadarstellungen, welche Ausführungsbeispiele einer komparativen Rechenschaltung zum Erfassen von Ausgangsspannungen der Elektroden zum Bestimmen von Bewegungen des Tisches in Abhängigkeit von Änderungen der Kapazitäten zeigen.

Eine in 6A gezeigte komparative Rechenschaltung 20 berechnet die Verschiebungen auf der X-Achse und der Y-Achse gemäß den unten aufgeführten Formeln (1) bis (4) auf der Grundlage von Ausgangsspannungen der veränderlichen vier Sätze von Kondensatoren Ca bis Ch (acht Kondensatoren). Diese komparative Rechenschaltung verwendet eine in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-309072 beschriebene arithmetische Formel. Gemäß der arithmetischen Formel können die Änderungen der Kapazitäten des Satzes von Kondensatoren Ca und Cb, die differentiell arbeiten, als DC-Spannungsdetektionssignale mit V0= (Ca – Cb)/(Ca + Cb) bestimmt werden. X1 = (Cb – Ca)/(Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch)(1) X2 = (Ce – Cf)/(Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch)(2) Y1 = (Cc – Cd)/(Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch)(3) Y2 = (Ch – Cg)/(Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch)(4)

Eine Umwandlung der anhand der oben erwähnte komparativen Berechnung bestimmten Verschiebung jedes Satzes der Sensoren in Feedback-Signale ermöglicht es, die Position jedes Linearmotors (jeder der vier Linearmotorstrukturen), der senkrecht auf der Tischebene bezüglich jedes Satzes von Sensoren (jedes der vier Sätze von kapazitiven Sensoren) angeordnet ist, zu steuern.

Eine in 6B gezeigte komparative Rechenschaltung 21 führt unter Verwendung der Ausgangsspannungen der acht Kondensatoren Ca bis Ch, die differentiell arbeiten, Berechnungen gemäß den Formeln (5) bis (7) aus, um Verschiebungen in der X-Achse-Richtung, der Y-Achse-Richtungen und um die Achse &thgr; in senkrechter Richtung zu der Ebene zu berechnen. In diesem Fall werden anstatt einer unabhängigen Steuerung auf einer Koordinatenumwandlung basierende Feedback-Signale für eine zentralisierte Steuerung verwendet, um die Steuerung zu verbessern. Verglichen mit der unabhängigen Steuerung ermöglicht die zentralisierte Steuerung eine Interferenz jeder zu korrigierenden Achse, so daß die Positionssteuerung des Planarmotors weiter verbessert werden kann.

Die 7A und 7B veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode, auf welche die in 6B gezeigte komparative Rechenschaltung 21 sich bezieht.

Nach den 7A und 7B ist eine kreuzförmige gemeinsame Elektrode 22 aus einem kreuzförmigen Substrat aufgebaut, und es sind inselförmige Elektrodenendabschnitte 22a bis 22d an Endabschnitten des kreuzförmigen Substrats ausgebildet, wobei ein ringförmiges Muster 24 in der Mitte des Substrates und lineare Muster 23a bis 23d, welche die Elektrodenendabschnitte 22a bis 22d und das ringförmige Muster 24 verbinden, vorgesehen sind.

Die Elektrodenendabschnitte 22a bis 22d der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode 22 sind wie Inseln ausgebildet, so daß, wie es in 7A gezeigt ist, die Bereiche dieser Abschnitte (schraffierte Abschnitte), die die festen Elektroden 13a1, 13a2 bis 13d1 und 13d2 überlappen, unverändert bleiben, wenn der bewegbare Tisch in die X-Achse-Richtung oder Y-Achse-Richtung oder kreisförmig bewegt wird. Daher kann die Summe der Kapazitäten der acht Kondensatoren (der Wert des Nenners in Formel (7)) bei einem festen Wert gehalten werden, was es möglich macht, von der in 6B gezeigten Rechenschaltung komparative Berechnungen ausführen zu lassen. X1 = X1 + X2(5) Y1 = Y1 + Y2(6) &thgr; = [(Cb + Cd + Cf + Ch) – (Ca + Cc + Ce + Cg)]/(Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch)(7)

Bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen sind die Linearmotoren oben angeordnet, während die Sensoren unter den Linearmotoren liegen; jedoch ist die räumliche Beziehung zwischen den Linearmotoren und den Sensoren darauf nicht beschränkt. Beispielsweise können Sensoren in der Nähe der Mittelpunkte von Linearmotoren angeordnet sein, oder die Sensoren können neben den Linearmotoren liegen.

Die Kugeln wurden als Mittel zum Stützen des bewegbaren Tisches auf dem festen Tisch verwendet, so daß dieser in der Ebene bewegbar ist. Als alternative Stützmittel können ein Luftkissen oder Magnetschwebemittel verwendet werden, um die Planarbewegung zu ermöglichen. In diesem Falle ist die von den Magneten erzeugte Anziehungskraft entsprechend den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen nicht notwendig, so daß der bei den Ausführungsbeispielen an dem festen Tisch angeordnete Teil der magnetischen Schaltung an dem bewegbaren Tisch angeordnet sein kann.

Ferner wurden Beispiele des planaren X-Y-Achsen-Antriebsmotors mit an dem bewegbaren Tisch befestigten Permanentmagneten und an dem festen Tisch befestigten Spulen beschrieben. Jedoch können entsprechende Vorteile auch erzielt werden, falls die Spulen an dem bewegbaren Tisch und die Permanentmagnete an dem festen Tisch befestigt sind. Dieses Beispiel fällt ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.


Anspruch[de]
  1. Planarmotor in Form eines planaren X-Y-Antriebsmotors mit:

    einem bewegbaren Tisch (1) mit zwei Paaren von S/N-Permanentmagneten (2a, 2b, 3a, 3b), die magnetische Flüsse in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des bewegbaren Tisches (1) erzeugen, wobei die Permanentmagnete eines Paares derart angeordnet sind, daß sie bezüglich einer von zwei Achsen orthogonal sind, wobei die zwei Achsen orthogonal zueinander auf einer Ebene des bewegbaren Tisches ausgerichtet sind, und daß sie ferner equidistant zu der anderen Achse sind;

    einem feststehenden Tisch (4) mit Spulen (5a, 5b, 6a, 6b), die den Permanentmagneten (2a, 2b, 3a, 3b) gegenüberliegen, wobei jede Spule zum Bewegen des bewegbaren Tisches (1) in Richtung der Ebene des feststehenden Tisches ansteuerbar ist;

    einer kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode (12), die derart angeordnet ist, daß sie sich zusammen mit dem bewegbaren Tisch (1) in einer Ebene bewegt; und

    einer Mehrzahl von feststehenden Elektroden (13), die einen Spalt mit der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode (12) bilden, wobei jede aus einem Elektrodenpaar besteht, welches so angeordnet ist, daß es mit jedem Elektrodenendabschnitt der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode (12) zusammenwirkt,

    wobei Kapazitäten von zwei Kondensatoren, die jeweils aus dem Paar von feststehenden Elektroden, die der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode gegenüberliegen, gebildet werden, als Reaktion auf eine Bewegung in einer axialen Richtung, in welcher die Kondensatoren orientiert sind, unverändert bleiben, während sie als Antwort auf eine Bewegung in der anderen axialen Richtung differentielle Änderungen zeigen, so daß einer von diesen zunimmt und der andere proportional zu einer aus einer Verschiebung resultierenden Verschiebung abnimmt.
  2. Planarmotor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Teil einer oder eine vollständige komparative Rechenschaltung zum Berechnen von Verschiebungen in X, Y und &thgr; Richtung anhand von Kapazitäten sämtlicher Kondensatoren, die zwischen der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode und den feststehenden Elektroden gebildet werden, wobei eine Positionssteuerung in der X, Y und &thgr; Richtung auf der Basis von Verschiebungsausgaben der komparativen Rechenschaltung ausgeführt wird.
  3. Planarmotor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Teil einer oder eine vollständige komparative Rechenschaltung zum Berechnen von Verschiebungen in der X und Y-Richtung anhand von Kapazitäten sämtlicher Kondensatoren, die zwischen der kreuzförmigen gemeinsamen Elektrode und den feststehenden Elektroden gebildet werden, wobei eine Positionssteuerung in der X und Y-Richtung auf der Basis von Verschiebungsausgaben der komparativen Rechenschaltung ausgeführt wird.
Es folgen 6 Blatt Zeichnungen






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