Abstract
In the field of classical drive technology, rotational actuators with unlimited motion range are the most common actuators. Special movements like alternating movements with halts are realized with a mechanical transmission between actuator and load, which has a certain amount of drawbacks. As a result of steadily improving electronic control, an increasing number of direct drives is advantageously employed, which can carry out a limited linear or rotational motion. Chapter 4 of the book describes the design and function of magnetic drive sections based on reluctance or electrodynamic effect, which are especially suited for the application as direct drives. These are DC, AC and polarized electromagnets, linear stepping motors and electrodynamic linear motors, planar hybrid stepping motors and planar electrodynamic motors with a motion DOF of 2 to 6. It is particularly beneficial for the user of these drive sections that not only the advantages of these actuators, but also the limits of their applicability are pointed out.
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References
Kallenbach, E.: Der Gleichstrommagnet. Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig KG 1969
Kallenbach, E.; Eick, R.; Quendt, P.: Elektromagnete. Stuttgart: Teubner 1994
Kallenbach, E.; Eick, R.; Quendt, P.; Ströhla, T.; Feindt, K.; Kallenbach, M.: Elektromagnetische Grundlagen, Berechnung, Entwurf und Anwendung. 2. überarbeitete und ergänzte Auflage. B. G. Teubner Stuttgart Leipzig Wiesbaden 2003
Ljubcik, M. A.: Optimal’noe projektirovanie silovych elektromagnitnych mechanizmov (Optimale Projektierung von elektromagnetischen Mechanismen). Moskau: Energija 1974
Kallenbach, E.: Untersuchungen zur systematischen Projektierung nichtlinearer gleichstromerregter elektromagneto-mechanischer Antriebselemente mit translatorischer Ankerbewegung. Diss. B TH Ilmenau 1978
Aldefeld, B.: Felddiffusion in Elektromagnete, Feinwerktechnik und Messtechnik, 90 (1982) 5, S. 222–226
Kallenbach, E.; Feindt, K.; Hermann, R.; Schneider, S.: Auslegung von schnellwirkenden Elektromagneten unter Berücksichtigung von Wirbelströmen bei bewegtem Anker. 3. Magdeburger Maschinenbautage, 1997, Tagungsband II, S. 59–68
Oesingmann, D.: Systematisierung der Schwinganker. Berechnung und experimentelle Überprüfung elektromagnetischer Schwinganker. Wissenschaftliche Zeitschrift, TH Ilmenau 20 (1974) 2, S. 51–62
Hermann, R.: Untersuchungen zur Dynamik von wechselstromerregten elektro-mechanischen Antrieben. Diss. A, TH Ilmenau 1983
Nikitenko, A.G. u. a.: Matematiceskoj modelirovanije i avtomatisazija projektirovanija tjagovych elekticesky apperatov (Mathematische Modellierung und Automatisierung der Projektierung elektrischer Apparate). Moskau: Vyssaja skola 1996
Hermann, R.: Zum dynamischen Verhalten von wechselstromerregten Magnetsystemen. Feingerätetechnik 28 (1979) 12, S. 547
Habiger, E. u. a.: Elektromagnetische Verträglichkeit. Berlin/München:, Verlag Technik, 2. Auflage 1992
Kallenbach, E.; Feindt, K.; Hermann, R.; Schneider, S.; Nikitenko, A.G.: Dynamische Leistungsgrenzen von Elektromagneten, DRIVES 97, Nürnberg 1997 Tagungsband, S. 462–471
Kallenbach, E.; Bögelsack, G.: Gerätetechnische Antriebe. Berlin: Verlag Technik, 1991; München/Wien: Hanser Verlag 1991
Kallenbach, E.; Birli, O.; Dronsz; F., Feindt; K., Spiller, S.; Walter, R.: STURGEON – an existing software system for the completely CAD of elektromagnets. IDED 97 Tampere Finnland Proceedings, Bd. I
Ströhla, T.: Ein Beitrag zur Simulation und zum Entwurf von elektromagnetischen Systemen mit Hilfe der Netzwerkmethode. Dissertation 2002, TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau
Birli, O.; Kallenbach, E.: Grobdimensionierung magnetischer Antriebssysteme mit dem Programmsystem SESAM. Tagungsband des Statusseminars Simulationswerkzeuge für schnelle magnetische SEnSor- und Aktorelemente der Mikrosystemtechnik (SESAM), 24. 9. 2001 Ilmenau, Herausgeber: Technische Universität Ilmenau und VDI/VDE-Technologiezentrum Informationstechnik GmbH Teltow S. 35–42
Spiller, S.: Untersuchungen zur Realisierung eines durchgängigen rechnergestützten Entwurfssystems für magnetische Aktoren unter Einbeziehung von thermischen Netzwerkmodellen. Dissertation 2001, TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau
Feindt, K.: Untersuchungen zum Entwurf von Elektromagneten unter Berücksichtigung dynamischer Kenngrößen, Dissertation TU Ilmenau 2002
Riethmüller, J.: Eigenschaften polarisierter Elektromagnete und deren Dimensionierung anhand eines Entwurfsalgorithmus mit einem Optimierungsverfahren. Dissertation TU Ilmenau 2004
Kleineberg, T.: Modellierung nichtlinearer induktiver Bauelemente der Leistungselektronik. Dissertation TU Chemnitz 1994, VDI Fortschrittsberichte Reihe 20 Rechnerunterstützte Verfahren, Nr. 161, VDI Verlag Düsseldorf 1995
Schweer, J.B.: Berechnung kleiner Wechselstrom-Ventilmagnete mit massivem Eisenkreis. Dissertation Universität Hannover 1997
VDI 2206 Beuth-Verlag 2004
Blank, G.: Untersuchungen zur Steuerung inkremental geregelter linearer Ein- und Mehrkoordinatengleichstrommotoren für Positioniersysteme. Diss. TH Ilmenau 1982.
Draeger, J.; Moczala, H.: Linearkleinmotoren. München: Franzis-Verlag 1985.
Draeger, J.; Moczala, H.: Gleichstrom-Linearantriebe kleiner Leistung. Technische Rundschau Bern 77 (1985) 25, S. 80–88.
Draeger, J.; Moczala, H.: Gleichstrom-Linearmotoren kleiner Leistung ohne Kommutator. Feinwerktechnik & Messtechnik 87 (1979) 4, S. 157–162.
Glöß, R.: Schnelle Präzisionspositioniersysteme für magnetomotorische Speicher. Feingerätetechnik 39 (1990) 2, S. 61–63.
Hartramph, R.: Integrierte Wegmessung in feinwerktechnischen elektrodynamischen Lineardirektantrieben. Diss. Universität Stuttgart, 2001.
Honds, L.; Meyer, H.: Nichtlinearität der Kraft-Weg-Kurven von Tauchspullinearmotoren. Feinwerktechnik & Messtechnik 88 (1980) 4, S. 162–166.
Honds, L.; Meyer, H.: Unipolar-Linearmotor mit bewegtem Magneten für verschleißarme Linearantriebe. Feinwerktechnik & Messtechnik 87 (1979) 4, S. 152–156.
Joksch, C.; Oettinghaus, D.: Magnetsysteme für Gleichstromlinearmotoren. Thyssen Edelstahl, Technische Berichte 6, Bd. 1, 1980.
Katterloher, R.; Menzel, K.: Linearmotor zum Einsatz bei kryogenen Temperaturen. Feinwerktechnik & Messtechnik 93 (1985) 4, S. 165–168.
Krause, W.; Schinköthe, W.: Linearantriebe für die Feinwerktechnik. Feinwerktechnik & Messtechnik 98 (1990) 7–8, S. 303–306.
Krause, W.; Schinköthe, W.: Gleichstromlinearmotoren in der Feinwerktechnik - Robust, schnell und genau. Technische Rundschau Bern 83 (1991) 28, S. 42–45.
Kühnel, A.: Einsatzuntersuchungen zu Tauchspullinearantrieben in Magnetfolienspeichern. Diss. TU Karl-Marx-Stadt 1986.
Moczala, H.: Bürstenlose Gleichstrom-Linearmotoren kleiner Leistung mit gegenüber dem Ständer kurzem Läufer. Feinwerktechnik & Messtechnik 88 (1980) 4, S.177–182.
Moczala, H.: Ein Beitrag zur Gestaltung bürstenloser Gleichstrom-Linearmotoren für kurze Wegstrecken. VDI-Berichte Nr. 482 (1983), S. 43–47.
Nasar, S. A.; Boldea, I.: Linear motion electric machines. New York, London, Sydney, Toronto: Jon Wiley & Sons 1976.
Olbrich, O. E.: Aufbau und Kennwerte elektrodynamischer Linearmotoren als Positionierer für Plattenspeicher. Feinwerktechnik & Micronic 77 (1973) 4, S. 151–157.
Schinköthe, W.: Dimensionierung permanenterregter Tauchspullinearantriebe für gerätetechnische Positioniersysteme. Diss. TU Dresden 1985.
Schinköthe, W.: Gleichstromlinearmotoren für die Gerätetechnik. Feingerätetechnik 35 (1986) 5, S. 207–211.
Voss, M.; Schinköthe, W.: Miniaturisierte Linearmotoren erschließen neue Anwendungen. Tagung Innovative Kleinantriebe, Mainz, 9.-10.05.1996. VDI-Berichte 1269, S. 105–119.
Schinköthe, W.; Hartramph, R.: Miniaturlinearantriebe mit integriertem Wegmesssystem. F&M Feinwerktechnik, Mikrotechnik, Mikroelektronik 104 (1997) 9, S. 634–636.
Welk, C.: Detektion interner sensorischer Eigenschaften von elektrodynamischen Lineardirektantrieben. Diss. Universität Stuttgart IKFF, 2004.
Clauß, C.; Schinköthe, W.; Welk, C.: Integrierte Wegmessung in Lineardirektantrieben - Potenziale und Grenzen. Tagung Innovative Klein- und Mikroantriebstechnik, Darmstadt 3./4. 03. 2004, ETG-Fachberichte 96, S.117–122.
Würbel, J.: Entwicklung kleiner elektronisch kommutierter Lineardirektantriebe in Flachbauweise. Diss. TU Dresden 1984.
Fa. ANORAD Europe B.V.: Firmenschriften, Valkenswaard, Niederlande. (Stammhaus ANORAD Corporation, Hauppauge New York, USA).
Fa. ETEL S.A.: Firmenschriften, Motiers, Schweiz.
Fa. Sulzer Electronics AG: Firmenschriften, Zürich, Schweiz.
Fa. präTEC GmbH: Firmenschriften, Rohr/Thüringen.
Fa. SKF Linearsysteme GmbH: Firmenschriften, Schweinfurt.
Fa. Philips Industrial Automation Systems: Firmenschriften, Eindhoven, Niederlande.
Fa. Vishay Siliconix, www.vishay.com.
Gundelsweiler, B.: Dimensionierung und Konstruktion von feinwerktechnischen elektrodynamischen Lineardirektantrieben. Diss. Universität Stuttgart, 2003.
Clauß, C.; Schinköthe, W.: Integrierte Wegmessung in Lineardirektantrieben - Stand und Ausblick. 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium der TU Ilmenau, Ilmenau 19.-23.09.2005.
Boldea, I.; Nasar, A.: Linear electric Actuators and Generators. Cambridge: University Press 1997.
Chen, B.; Lee, T.; Peng K.; Venkataramanan, V.: Hard Disk Drive Servo Systems. Springer London 2006.
Boldea, I.; Nasar, A.: Linear Motion Electromagnetic Devices. Taylor and Francis 2001.
Basak, A.: Permanent-Magnet DC Linear Motors. New York: Oxford University Press 2002.
Holmes, G.; Lipo, T.: Pulse Width Modulation for Power Converters: Principles and Practice. Wiley-IEEE Press 2003.
Bose, B.: Power Electronics and Motor Drives: Advances and Trends. Academic Press 2006.
Blank, G.; Löwe, B.; Wendorff, E.: Vorrichtung und Verfahren zur ebenen berührungslosen Mehrkoordinatenmessung. DD 215645.
CIS Institut für Mikrosensorik e. V. Erfurt: Sachbericht zur Entwicklung und Herstellung eines 2D-Messsystems für hochdynamische Mehrkoordinatenantriebsmodule.
Dettmann, J.: Fullerene. Basel, Boston, Berlin: Birkhäuser Verlag 1994.
Do Quoc Chinh; Schinköthe, W.: Elektrodynamischer Motor zur Erzeugung von Dreh- und Schubbewegungen. Wirtschaftspatent DD 253 331, 1986.
Do Quoc Chinh: Elektromechanische Antriebselemente zur Erzeugung kombinierter Dreh-Schub-Bewegungen für die Gerätetechnik. Diss. TU Dresden, Fakultät Elektronik 1987.
Fa. LPKF CAD/CAM Systeme Thüringen GmbH: Schneller, hochgenauer Zwei-Koordinaten-Antrieb. Firmenschrift, Suhl.
Fa. Heidenhain: Offenes inkrementales Zwei-Koordinaten-Messgerät. Firmenschrift, Traunreut.
Fa. Carl Zeiss Jena GmbH: Firmenschrift zum Encoder Kit L.
Freitag, H.-J.: Neue Wege in der Längen- und Winkelmessung. F&M Feinwerktechnik, Mikrotechnik, Mikroelektronik 103 (1996) 4, S. 257–263.
Furchert, H.-J.: Zweikoordinatenmotor. DE 30 37 648 vom 04.10.1980.
Furchert, H.-J.: Oberflächenmotor. DD 205 330 vom 01.04.1982.
Furchert, H.-J.: x-y-Flächenantrieb mit begrenzter ν-Drehung und z-Verschiebung. DD 222 747 A1.
Furchert H.-J.: Kugelwanderungsfreie ebene Mehrkoordinatenwälzführung. DD 291 812.
Furchert, H.-J.: Dimensionierung und Strukturierung von integrierten Gleichstromflächenantrieben kleiner Leistung für minimale Bauräume. Habilitation, TH Ilmenau 1990.
Furchert, H.-J.: Stand und Perspektiven der Mehrkoordinatenantriebe. VDI Berichte Nr. 1269, 1996, S. 175–190.
Furchert H.-J.: Gleichstromlinearmotor mit richtungsumkehrender Kraft- Strom-Kennlinie. DD 257 337 A1.
Furchert H.-J.: Optimierte Gleichstromlinearmotorbaugruppen für integrierte Mehrkoordinatenantriebe. Quintessenz 1992, Leistungsspektrum des Fachbereiches Maschinenbau- und Feinwerktechnik, Fachhochschule Gießen-Friedberg, S. 8–22.
Halbach, K.: Design of permanent multipole magnets with oriented rare earth cobalt material. Nuclear Instruments and Methods, vol. 169, no. 1, pp. 1–10, 1980.
Holmes, M.; Hocken, R.; Trumper, D.: A Long-Range Scanning Stage Design (The LORS Projekt), ASPE 1996 Annual Conference, Monterrey, Nov. 11–14.
Kallenbach, E.; Furchert, H.-J.; Löwe, B.: Mehrkoordinatenantriebe für die Roboter- und Automatisierungstechnik. 31. IWK der TH Ilmenau 1986. Vortragsreihe B 1, H. 3, S. 131–135.
Kallenbach, E.: Systementwurf-Methoden zum systematischen Entwurf mechatronischer Produkte des Maschinenbaus. Mechatronik Workshop, Braunschweig 1992.
Kalusa, U.: Innovative und konventionelle Positioniersysteme aus der Sicht der Laserbearbeitung und Mikrosystemtechnik, VDI-Berichte 1269, S. 435–444.
Kelby, E. (Jr.); Wallskog, A.J.: Rotary & linear magnetomotive positioning mechanism. US 3745433 vom 02.02.1971.
Kim, W.-J.; Trumper, D.: Linear Motor-Leviated Stage for Photolithography, Annals of the CIRP Vol. 46/1/1997.
Kovalev, S.; Gorbatenko, N.; Nikitenko, J.; Saffert, E.; Kallenbach, E.: Ein magnetisch geführter Präzisionsantrieb mit 6 Freiheitsgraden. 2. Polnisch-Deutscher Workshop der TU Warschau und der TU Ilmenau, Sept. 1998.
Krause, W. (Hrsg.): Konstruktionselemente der Feinmechanik. München, Wien: Carl-Hanser-Verlag 1992.
Löwe, B.: Untersuchungen zum Einsatz von Wegmesseinrichtungen in Zweikoordinatenantrieben ohne Bewegungswandler. Diss. TH Ilmenau 1986.
Molenaar, L.; Zaaijer, E.; van Beek, F.: A Novel Long Stroke Planar Magnetic Bearing Actuator, MOVIC ’98, Zurich, Switzerland, Auf. 25–28, Volume 3
Saffert, E.; Schäffel, Ch.; Kallenbach, E.: Regelung eines integrierten Mehrkoordinatenantriebs. 41. IWK der TU Ilmenau, Sept. 1996. Steuerungssystem für integrierte Mehrkoordinatenantriebe. 42. IWK der TU Ilmenau, Sept. 1997. Planar Multi-coordinate Drives. 2. Polnisch-Deutscher Workshop der TU Warschau und der TU Ilmenau: Werkzeuge der Mechatronik, Sept. 1998.
Schäffel, Ch.; Saffert, E.; Kallenbach, E.: Ein neuartiger integrierter Mehrkoordinatenantrieb mit Verdrehsperre durch Feldkräfte. 40. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium der TH Ilmenau 1995.
Schäffel, Ch.: Untersuchungen zur Gestaltung integrierter Mehrkoordinatenantriebe. Diss. TH Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau 1996.
Schäffel, Ch.; Glet, U.: Absolutes Zweikoordinatenmesssystem mit Drehwinkelerfassung. DE 42 12 990 A1.
Sorber, J.: Der Drehschubmotor - ein Antriebselement für kombinierte Dreh-Hubbewegungen. VDI Berichte Nr. 1269, 1996, S. 191–204.
Sprenger, B.; Binzel, O.; Siegwart, R.: Control of an High Performance 3 DOF e Linear Direct Drive Operating with Submicron Precision, MOVIC ’98, Zurich, Switzerland, August 25–28, 1998, Volume 3.
Trumper, D.; Williams, M.; Mguyen, T. H.: Magnet Arrays for Synchronus Machines, IEEE 1993, Ind. Appl. Soc. Annual Mtg., Toronto, Canada, Oct.
TU Ilmenau, Institut für Mikrosystemtechnik, Mechatronik und Mechanik und Institut für Prozessmess- und Sensortechnik: Firmenschrift Laserinterferometrisch geregeltes Mehrkoordinaten-Positioniersystem für Nanotechnologien. Institut für Mikrosystemtechnik, Mechatronik und Mechanik: Firmenschrift Feldgeführter High-Speed-Positioniertisch.
TU Chemnitz, Institut für Fertigungsmesstechnik und Qualitätssicherung i. G.: Transformations-Messsystem mit Auswertung von Strichkodestrukturen zur absoluten Weg- und Winkelmessung.
Wendorff, E.: Integriertes optoelektronisches Mehrkoordinatenmesssystem für integrierte Mehrkoordinatenantriebssysteme der Gerätetechnik. Diss. TH Ilmenau 1986.
Williams, M.E.; Trumper, D.L.; Hocken, R.: Magnetic bearing stage for photolithography, Annals of the CIRP, 42 (1), p. 607–610, 1993.
Mollenhauer, O.; Spiller, F.: A new XY linear stage for Nanotechnology – The stage can draw 3 diameter true circle. Advanced Photoic Technology Conference and Exhibition, Japan 11/2003.
Schäffel, Ch.: Planar Motion Systems and Magnetic Bearings. 4th Polish-German Mechatronic Workshop, Suhl 2003.
Schäffel, Ch.: Feldgeführter planarer Präzisionsantrieb. DE 19511973.
Peltra, E.: Sawyer Motor Positioning Systems. Proceedings of Conference Applied Motor Control, University of Minnesota, Minneapolis, 1986
Kallenbach, E.; Eick, R.; Quendt, P.: Elektromagnete. Stuttgart: Teubner, 1994
Wendorf, E.; Kallenbach, E.: Direct drives for positioning tasks based on hybrid steppermotor. Intelligent Motion 1993, Proceedings pp. 38–52
Räumschüssel, E.; Lipfert, R.: Nichtlineares Modell eines Linearschrittmotors auf der Basis von Daten aus der Magnetfeldberechnung. 45. IWK TU Ilmenau, 2000, Tagungsband, S. 529–534
Dreifke, L.; Kallenbach, E.: Direktantrieb mit internen Sensoren und Magnetflussregelung. 45. IWK TU Ilmenau, 2000, Tagungsband S. 545–550
Balkovoi, A.; Kallenbach, E.: Linear Stepping Motor Model for Thrust Analysis and Control. 45. IWK TU Ilmenau, 2000, Tagungsband S. 571–576
Kuhn, Ch.: Ein nichtlineares Regelungskonzept für lineare Direktantriebe. 45. IWK TU Ilmenau, 2000, Tagungsband S. 541–544
Kallenbach, E.; Schilling, M.: Antriebsmodule als Elemente der Geräte- und Automatisierungstechnik, Feingerätetechnik, Berlin 39 (1990) 4
Büngener, W.: Prüfung und Beurteilung der Positions- und Schrittwinkelabweichungen von Hybridschrittmotoren. Dissertation Universität, Kaiserslautern 1995
Dittrich, P.: Untersuchungen des Bewegungsverhaltens linearer elektromagnetischer Schrittantriebe der Gerätetechnik. Dissertation TH Ilmenau 1980
Eissfeld, H.: Regelung von Hybridschrittmotoren durch Ausnutzung sensorischer Motoreigenschaften. Dissertation TU, München 1991
Räumschüssel, E.: Simulation mechatronischer Systeme in Vergangenheit und Gegenwart. Festschrift für Eberhard Kallenbach, TU Ilmenau 2000, S. 65–74
Dreifke, L.: Untersuchungen an planaren Hybridschrittmotoren mit Hallsensoren zur Magnetflussregelung und Positionsbestimmung, Dissertation TU Ilmenau 2002
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Kallenbach, E., Schinköthe, W., Furchert, HJ. (2008). Drives with Limited Motion. In: Kallenbach, E., Stölting, HD., Amrhein, W. (eds) Handbook of Fractional-Horsepower Drives. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73129-0_4
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