AT518732A1 - Flächen-Schrittmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend zwei einander gegenüberliegende, insbesondere aneinander anliegende oder mit konstantem Abstand beabstandete, und gegeneinander frei verschiebbare Platten (1, 2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (1, 2, 3) jeweils eine Mehrzahl von, insbesondere elektrischen und/oder magnetischen, Aktuatorelementen (4-7) aufweisen, von denen zumindest eine Teilmenge ansteuerbar und aktivierbar ist, wobei die Aktuatorelemente dazu ausgebildet sind im Zusammenwirken mit jeweils einem auf der gegenüberliegenden Platte (1, 2, 3) angeordneten Aktuatorelement (4-7) eine Relativbewegung der beiden Platten (1, 2, 3) mit einer Bewegungskomponente entlang einer oder beider Plattenrichtungen, gegebenenfalls auch normal zu den Plattenrichtungen, auszuführen.

Description

Flächen-Schrittmotor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl unterschiedlicher Linearmotoren bekannt, mit denen es möglich ist, eine lineare oder in einer Ebene stattfindende Relativbewegung zweier Motorteile zueinander durchzuführen, insbesondere um einzelne Bauteile relativ zueinander zu positionieren.

Insbesondere kann eine solche Relativbewegung zwischen einem Fahrzeug und einer Fahrbahn vorgenommen werden. Die Erfindung ist dabei insbesondere geeignet, die im Folgenden genannten Probleme zu lösen:

Im Bereich der fahrflächengebundenen Mobilität, die heute typischerweise auf befestigten Straßen stattfindet, wird die Bewegung primär durch Traktion zwischen Fahrbahn und radbasierenden Fahrzeugen erreicht und ist wesentlich von den Umwelteinflüssen wie Wasser, Schnee, Eis, Verschmutzungen und dem Luftwiderstand abhängig.

Ein Nachteil von traktionsbasierender Mobilität ist auch, dass sie für höhere Geschwindigkeiten >300km/h durch den stark erhöhten Reifenabrieb und die für Menschen viel zu kurzen Reaktionszeiten nicht mehr brauchbar ist, und daher sichere, robuste selbstlenkende, zentral gesteuerte Mobilitätsalternativen wie im Flugbetrieb auch bei Fahrzeugen notwendig macht.

Im Bereich des Transportes, bei Fertigungsstraßen in der Produktion, in Land- und Forstwirtschaft, in der Bauwirtschaft, im Weltraum sind flexible, frei skalierbare universelle, programmierbare, einheitliche Bausteine, eine äußerst wünschenswerte technische Maßnahme, die es so in der heutigen Form nicht gibt.

Ein ungelöstes Kostenproblem ist der nahe der Erde gelegene Weltraum in Bezug auf Nutzlast- und Personentransportes in den Orbit. Es ist notwendig, möglichst viele Aufgabenstellungen im Vakuum mit elektrischer Energie und hochgradig wiederverwendbaren räumlich frei anordenbaren Bauelementen zu Verbänden einzusetzen, die es derzeit nicht gibt.

Eine wesentliche Forderung bei Starts in den Weltraum ist die kontrollierbare, humanverträgliche Beschleunigung auf hohe Vakuumgeschwindigkeiten bis zur ersten Fluchtgeschwindigkeit, die den Einsatz von Railguns oder Treibladungs-Geschossen mit ihren unkontrollierbaren Beschleunigungen und ihrer Energie-Ineffizienz stark einschränkt.

Start-Landebahnen auf insbesondere Flugzeugträgern die eine schwankende Fahrbahn haben, sollten einen stabilen hochdynamischen Kraftschluß bei Starts und Landungen unter allen Wetterbedingungen ermöglichen, den es so heute nicht gibt.

Weiters kann die Erfindung auch im Bereich der Robotik nutzbar gemacht werden, wobei die folgenden grundsätzlichen Probleme zu lösen sind:

Bedingt durch die immer effizientere Nutzung von Ressourcen auf unserem Planeten ist der Wunsch nach einem möglichst universell verwendbaren, frei skalierbaren Werkzeug-Baukastensystem in der Industrie schon lange ein Thema. Genauso wie in der Programmierung ein Mikroprozessor ein beliebig frei nach den Bedürfnissen auslegbares Werkzeug für Simulation und Steuerung geworden ist, so sollte es ein mechanisches Gegenstück dazu geben, dass sich räumlich nach den Bedürfnissen frei anordnen und immer wieder neu umstrukturieren lässt, ohne das jedes Mal die dafür notwendigen Werkzeuge entwickelt und gefertigt werden müssen. Dies ist darüber hinaus auch ein für unser Klima wichtiger globaler Faktor, die C02 Emissionen durch Resourcenverschwendungen tunlichst zu vermeiden und auf robuste Technik zu setzen, die sich einfach immer wieder zu neuen Anwendungen praktisch zerstörungsfrei wiederverwenden lässt.

In der Robotik ist eine nachhaltige Forderung eine Hardware mit einheitlichen, drahtlos steuerbaren, robusten, überlastungssicheren, leicht austauschbaren und frei skalierbaren Robotikbausteinen ein Universalwerkzeug zur Verfügung zu haben, das sich räumlich programmierbar gesteuert anordnen lässt, wieder verwendbar ist, kostengünstig, wartungsarm und sowohl statisch als auch dynamische Anwendungen abdeckt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei einer Vorrichtung umfassend zwei einander gegenüberliegende, insbesondere aneinander anliegende oder mit konstantem Abstand beabstandete, und gegeneinander frei verschiebbare Platten, ist vorgesehen, dass dass die Platten jeweils eine Mehrzahl von, insbesondere elektrischen und/oder magnetischen, Aktuatorelementen aufweisen, von denen zumindest eine Teilmenge ansteuerbar und aktivierbar ist, wobei die Aktuatorelemente dazu ausgebildet sind im Zusammenwirken mit jeweils zumindest einem auf der gegenüberliegenden Platte angeordneten Aktuatorelement eine Relativbewegung der beiden Platten mit einer Bewegungskomponente entlang einer oder beider Plattenrichtungen, gegebenenfalls auch eine Bewegungskomponente normal zu den Plattenrichtungen, auszuführen.

Eine besonders große und effiziente Kraftübertragung sowie eine einfache Art der Ansteuerung der Bewegung wird ermöglicht, wenn die Aktuatorelemente als magnetische Kräfte abgebende Bauelemente, insbesondere als Elektromagnete oder Permanentmagnete, ausgebildet sind.

Eine Übertragung von Energie an einzelne Aktuatorelemente kann vermieden werden, wenn als Aktuatorelemente einer der Platten ausschließlich Permanentmagnete und dass als Aktuatorelementen auf der jeweils anderen Platte ausschließlich Elektromagnete angeordnet sind.

Weiters ist es auch möglich, Informationen über die einzelnen Aktuatorelemente zwischen den Platten zu übertragen.

Eine besonders effiziente Kraftübertragung bei sehr kleinen Strukturen sowie eine einfache Art der Ansteuerung der Bewegung wird ermöglicht, wenn die Aktuatorelemente als elektrostatische Kräfte abgebende Bauelemente, insbesondere Elektrete oder, insbesondere oberflächlich isolierte, Kondensatorplatten ausgebildet sind.

Eine einfache strukturierte Ansteuerung der einzelnen Aktuatorelemente wird ermöglicht, wenn dass die Aktuatorelemente auf zumindest einer der Platten, insbesondere auf beiden Platten, in Form eines Rasters mit Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei je zwei in Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente zueinander jeweils denselben Abstand und/oder die selbe Relativposition haben, und/oder wobei je zwei in Zeilenrichtung benachbarte Aktuatorelemente zueinander jeweils denselben Abstand und/oder die selbe Relativposition haben, und/oder wobei je zwei in Zeilenrichtung und/oder Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente ein nach derselben Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtete elektrisches oder magnetisches Feld ausbilden.

Eine besonders einfach zu erstellende Ausführungsform der Erfindung, die eine Fortbewegung nach einer Zeilen oder Spaltenrichtung ermöglicht, sieht vor, dass das Verhältnis des Abstands zwischen zwei Aktuatorelementen in Zeilen- und/oder Spaltenrichtung der ersten Platte zum Abstand zwischen zwei Aktuatorelementen in Zeilen- und/oder Spaltenrichtung der zweiten Platte vorgegeben ist, insbesondere 1:1,2:3 oder 3:4 ist.

Ein einfacher Aufbau eines Rasters von Aktuatorelementen sieht vor, das alle Zeilen des Rasters einer Platte untereinander parallel sind, und/oder dass alle Spalten des Rasters der Platte untereinander parallel sind.

Ein bevorzugter Aufbau, der eine große Anzahl von einzelnen Relativpositionen der beiden Platten bei der Bewegung ermöglicht, sieht vor, dass die untereinander parallelen Zeilen des Rasters der ersten Platte parallel zu den untereinander parallelen Zeilen des Rasters der zweiten Platte ausgerichtet sind und dass die untereinander parallelen Spalten des Rasters der ersten Platte in einem vorgegebenen Winkel zu den untereinander parallelen Spalten des Rasters der zweiten Platte stehen, wobei insbesondere die Spalten des Rasters der ersten Platte zu den Zeilen des Rasters der ersten Platte im rechten Winkel stehen, oder die Spalten des Rasters der zweiten Platte zu den Zeilen des Rasters der zweiten Platte im rechten Winkel stehen. 5/103

Alternativ kann anstelle eines Winkels der Spaltenrichtungen der beiden Platten auch der Versatz der Aktuatorelemente der zweiten Platte gegenüber zwischen den einzelnen Zeilen angegeben werden kann. Dieser Versatz entspricht vorteilhafterweise einem ganzzahligen Teiler des Abstands der Spalten der zweiten Platte.

Eine einfache Steuerung der Aktuatorelemente wird dadurch erreicht, dass auf zumindest einer der Platten steuerbare Aktuatorelemente vorhanden sind und dass die einzelnen steuerbaren Aktuatorelemente an eine Steuereinheit angeschlossen sind.

Bei der Ansteuerung von Platten mit rasterförmig angeordneten Aktuatorelementen ergibt sich dabei der wesentliche Vorteil einer einfachen periodischen Ansteuerung der einzelnen Aktuatorelemente durch die Steuereinheit, wenn die Steuereinheit zur Durchführung einer Relativbewegung der Platten die rasterförmig angeordneten Aktuatorelemente mit einem periodischen Steuersignal ansteuert, und dass die Steuereinheit einzelne Aktuatorelemente entsprechend ihrer räumlichen Position jeweils mit unterschiedlichen periodischen Signalen ansteuert, wobei insbesondere die Steuereinheit diejenigen Aktuatorelemente, deren Zeilen- und/oder

Spaltenindizes sich um einen vorgegebenen Wert unterscheiden, jeweils mit denselben periodischen Signal beaufschlagt.

Eine besondere Ansteuerung, mit der eine Vielzahl unterschiedlicher

Relativbewegungen ermöglicht wird und bei der kleine Schrittweiten erzielt werden können, sieht vor, dass die Steuereinheit für die Durchführung einer Bewegung der ersten Platte nach einer vorgegebenen Richtung jeweils diejenigen ansteuerbaren Aktuatorelemente aktiviert, - die zu räumlich nahe liegenden Aktuatorelementen der jeweils gegenüberliegenden zweiten Platte einen oberen Schwellenwert unterschreitenden und einen unteren Schwellenwert überschreitenden

Abstand haben und - die zu dem jeweils nahe liegenden Aktuatorelement eine Relativposition aufweisen, die in Bewegungsrichtung weist, wobei die Steuereinheit die das jeweilige ansteuerbare Aktuatorelement derart ansteuert, dass sich die erste Platte nach der vorgegebenen Richtung bewegt.

Zur Ermittlung einer einfachen Ansteuerung von Aktuatorelementen, die eine große Kraftwirkung in Bewegungsrichtung erreicht, kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit für den Fall, dass der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Aktuatorelementen der ersten und zweiten Platte einen unteren Schwellenwert überschreitet, eines oder beide der Aktuatorelemente derart ansteuert, dass die Aktuatorelemente einander anziehen.

Vorteilhaft kann eine bestimmte Bewegungsrichtung für jedes einzelne der Aktuatorelemente vorgegeben sein. Dies ermöglicht die Durchführung von komplexen Bewegungen, die sich als Kombination von Translations- und Rotationsbewegungen ergeben. Alternativ kann die Bewegungsrichtung für alle Aktuatorelemente gleich vorgegeben werden.

Zur Durchführung einer Rotationsbewegung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit für die Durchführung einer Rotationsbewegung um ein vorgegebenes Rotationszentrum nach einer vorgegebenen Rotationsrichtung jeweils diejenigen ansteuerbaren Aktuatorelemente aktiviert, - die zu räumlich nahe liegenden Aktuatorelementen der jeweils gegenüberliegenden Platte einen einen Schwellenwert unterschreitenden Abstand haben und - die zu dem jeweils nahe liegenden Aktuatorelement eine Relativposition aufweisen, die der Rotationsbewegung im betreffenden Aktuatorelement entspricht, wobei die Steuereinheit die das jeweilige ansteuerbare Aktuatorelement derart ansteuert, dass die erste Platte gegenüber der zweiten Platte um das Rotationszentrum nach der vorgegebenen Rotationsrichtung rotiert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden zur Durchführung eines Bewegungsschritts ausgewählten Aktuatorelemente von der oder einer Steuereinheit ansteuerbar sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, beide Aktuatorelemente anzusteuern, um die erzielte Kraftwirkung zu erhöhen.

Um zu jedem Zeitpunkt der Relativbewegung der beiden Platten jeweils ausreichend Energie zur Verfügung zu haben, kann vorgesehen sein, dass die Aktuatorelemente in mehreren Lagen räumlich untereinander, übereinander oder ineinander verschachtelt auf einem oder beiden Platten angeordnet sind.

Um mit einem auf einer Fahrbahn nach einer Richtung fahrenden Fahrzeug einfach Ausweichmanöver durchführen zu können, kann vorgesehen sein, dass umfassend eine im Bereich einer Fahrbahn, insbesondere Straße, angeordnete erste Platte und ein auf der Fahrbahn, insbesondere normal zur Fahrbahnrichtung, sitzendes von einer Antriebseinheit angetriebenes Kettenlaufwerk, dessen Kettenglieder Aktuatorelemente aufweisen, wobei die der Fahrbahn zugewandten Kettenglieder als zweite Platte fungieren, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Aktuatorelemente der beiden Platten nach einer Fortbewegungsrichtung zueinander relativ bewegt, wobei die Fortbewegungsrichtung normal oder im Winkel zur Fahrtrichtung des Kettenlaufwerks steht, und wobei gegebenenfalls die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, bei Verschiebung des Kettenlaufwerks normal zur Fortbewegungsrichtung die Aktuatorelemente, die auf der Fahrbahn zugewandten Kettenglieder angeordnet sind, zur Bewegung in Fortbewegungsrichtung anzutreiben.

Um eine vorteilhafte Einstellung der einzelnen Aktuatorelemente einer der Platten zueinander zu erreichen, insbesondere um einen Versatz der einzelnen Aktuatorelemente zwischen den Zeilen einfach hersteilen zu können, kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Aktuatorelemente einer oder beider Platten jeweils einer Zeile auf einem verschiebbaren Träger, insbesondere auf separat geführten Ketten eines Kettenlaufwerks, angeordnet sind, wobei die einzelnen verschiebbaren Träger, insbesondere Ketten, gegeneinander in Zeilenrichtung, insbesondere in Laufrichtung des Kettenlaufwerks, verschiebbar angeordnet sind und eine von der Steuereinheit angesteuerte Zeilenstelleinheit vorgesehen ist, die die jeweiligen Träger in Zeilenrichtung verschiebt.

Um eine einfache Anpassung der Positionen der Aktuatorelemente an die Aktuatorelemente der gegenüberliegenden Platte sowie die gewünschte durchzuführende Bewegung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Aktuatorelemente in der Ebene der Platten, insbesondere in Zeilen und/oder Spaltenrichtung verschiebbar angeordnet sind und für die verschiebbar angeordneten Aktuatorelemente jeweils eine Stelleinheit, insbesondere ein Linearmotor oder Piezo-Element, vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, das jeweilige Aktuatorelement in der Ebene der Platte zu verschieben.

Hierbei kann insbesondere zur Erreichung einer vorteilhaften Schrittweite vorgesehen sein, dass für jedes Aktuatorelement, das von einer Stelleinheit angesteuert ist, eine Bewegungsrichtung vorgegeben ist und dass die Steuereinheit die Stelleinheiten derart ansteuert, dass die Relativposition zwischen dem von der Stelleinheit gestellten Aktuatorelement und einem diesem Aktuatorelement an der jeweils gegenüberliegenden Platte nahe liegenden Aktuatorelement der Bewegungsrichtung entspricht^

Um mit einer der Platten größere Lasten gegenüber der anderen Platte bewegen zu können und die zwischen den Platten bestehenden Reibungskräfte zu minimieren, kann vorgesehen sein, dass die erste Platte eine Ausnehmung sowie eine über der Ausnehmung positionierte Hubplatte aufweist, - dass im Bereich der Ausnehmung ein oder mehrere Führungselemente zur Führung der Hubplatte normal zur Erstreckungsrichtung der ersten Platte vorgesehen ist, - dass die Hubplatte weitere Aktuatorelemente aufweist und - dass die Steuereinheit die weiteren Aktuatorelemente der Hubplatte derart ansteuert, dass sich die Aktuatorelemente der Hubplatte und die Aktuatorelementen der zweiten Platte gegenseitig abstoßen.

Um, insbesondere beim Verschieben größerer Lasten, ein Verrutschen der beiden Platten gegeneinander zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass in derselben Ebene oder parallel zur Ebene der ersten Platte eine Führungsplatte mit Aktuatorelementen vorgesehen ist, die eine Ausnehmung aufweist, in der die erste Platte nach einer vorgegebenen Bewegungsrichtung verschiebbar angeordnet ist, und - dass die Steuereinheit die Führungsplatte und die erste Platte derart ansteuert, dass abwechselnd - jeweils eine der Platten an der zweiten Platte haftet und - sich die jeweils andere Platte in der Bewegungsrichtung gegenüber der zweiten Platte fortbewegt, wobei insbesondere - die Führungsplatte von einer oder mehreren weiteren Führungsplatten umgeben ist, die denselben Aufbau aufweisen wie die Führungsplatte.

Ein besonderer Aspekt dieser Erfindung ist das Morphing von dreidimensionalen Körpern in statischen und hochdynamischen Anwendungen.

Wie bereits erwähnt, liegt eine besondere Aufgabe der Erfindung darin, Robotik-Bausteine zur Verfügung zu stellen, die gegeneinander frei anordenbar und verschiebbar sind.

Einfache solche Systeme umfassen zumindest zwei solche geradflächig begrenzte Bausteine, wobei jeweils eine der Platten an einer Oberfläche jeweils eines der Bausteine angeordnet ist und die beiden Bausteine über die die Platten tragenden Seiten aneinander anliegen oder einander zugewandt sind.

Ein vorteilhaftes Zusammensetzen mehrerer solcher Bausteine kann erreicht werden, wenn die Bausteine die Form eines Polyeders, insbesondere eines Würfels, eines Quaders oder eines Tetraeders, aufweisen.

Um ein möglichst flexibles System zum Zusammensetzen mehrerer Bausteine zu erhalten, kann vorgesehen sein, dass die Bausteine an einer Mehrzahl von Oberflächenbereichen oder an allen Oberflächenbereichen von weiteren Platten begrenzt sind.

Vorteilhafterweise weist jeder dieser Bausteine jeweils eine separate Steuereinheit, gegebenenfalls auch eine separate Energieversorgung auf.

Eine vorteilhafte Anordnung, mit der ein Fahren eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn ermöglicht wird, sieht vor, dass die erste Platte im Bereich, insbesondere unmittelbar unterhalb, einer Fahrbahn angeordnet ist, und dass die zweite Platte im Unterbereich eines Fahrzeugs angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Anordnung, mit der ein Fahren eines Fahrzeugs im Inneren einer Tunnelröhre ermöglicht wird, sieht vor, dass die erste Platte an der Wandung einer Röhre, insbesondere eines Tunnels, angeordnet ist und/oder anliegt, und dass die zweite Platte an der Außenhülle eines in der Röhre beweglichen Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die Form der Außenhülle des Fahrzeugs an die Form der Röhre angepasst ist.

Die Erfindung ermöglicht, ebene, gekrümmte oder zu drei Dimensionen entwickelte Plattensysteme magnetisch oder elektrisch gegeneinander verschiebbar zu steuern, ohne das weitere bewegliche Teile benötigt werden.

Die Erfindung ist skalierbar, und ermöglicht damit einen breiten Anwendungsbereich, der sich von Robotik, Hochgeschwindigkeitselektromobilität, Weltraumtechnik, Medizintechnik, Nano-Technologie, bis zu militärischen Anwendungsbereichen und dem möglichen Morphing von drei dimensionalen Objekten erstreckt.

Als geschlossene 3D-Flächen-Schrittmotor-Bausteine ermöglicht die Erfindung, frei skalierbare räumlich programmierbare übergeordnete Anordnungen die sich sowohl statisch als auch dynamisch steuern lassen und damit eine ganz neue Form von Robotik und Kybernetik begründen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend mindestens zwei frei verschiebbare ebene oder gekrümmte, gegebenenfalls biegsame einander gegenüberliegenden Trägerplatten, im Folgenden auch als Stator- und Rotorplatte bezeichnet, auf der magnetisch und/oder elektrisch aktive und/oder passive Aktuatorelemente angeordnet sind, die zu flächig angeordneten Arrays verbaut sind, und über mindestens eine Steuer- und Leistungselektronik programmierbar angesteuert sind.

Prinzipiell sind elektrische Ansteuerungen von Aktuatorelementen in den Trägerplatten nach dem Stand der Technik ausführbar. Grundlegend ist von Elektromotoren bekannt, das diese in ihrer Kraftentfaltung von Parametern wie Strom, Spannung, oder Phase gesteuert sind. Dies ist auch für die Ansteuerung von Aktuatorelementen gemäß der Erfindung ausführbar. Darüber hinaus können die Aktuatorelemente gemäß der Erfindung auch zusätzlich über Pulsweite- und Frequenz-Tastverhältnisse innerhalb eines einzelnen Steps feiner angesteuert und damit kalibriert werden. Durch diese feinere Form der Ansteuerung sind die Reduktion der Gleitreibung von sich gegenüberliegenden Trägerplatten und darauf angeordneten Aktuatorelementen bis hin zu einem berührungsfrei schwebend gehaltenem Betrieb ausführbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die drahtlose Energieübertragung zwischen Trägerplatten auf der Basis von Induktion von sich gegenüberliegenden angenäherten Elektromagneten aber auch bei Elektreten durch Ladungsverschiebung positionsdynamisch ermöglicht. Grundsätzlich kann elektrische Energie mittels Transformatoren übertragen werden, deren Spulen zueinander magnetisch gekoppelt sind. Dies ist natürlich auch bei der dargestellten Ausführungsform von sich gegenüberliegenden Aktuatorelementen insbesondere Elektromagneten möglich, da hier auch viele Elektromagneten aneinander anliegen oder einander gegenüber liegen und daher über Magnetfelder elektrische Energien per Induktion übertragen werden. Insbesondere im statischen Betrieb, wenn sich die Statorplatte nicht oder nur gering gegen die Motorplatte bewegt, eignet sich diese Form der drahtlosen elektrischen Energieübertragung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine drahtlose Energieübertragung zwischen sich gegenüberliegenden Trägerplatten auf der Basis von elektromagnetischen Strahlern und elektromagnetischen Absorbern und nachgeschaltenen Gleichrichtern anordenbar.

Aus der Solartechnik ist bekannt, das Licht das auf ein Solarmodul auftrifft, in elektrischen Strom umwandelbar ist. Dies ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auch durch den Einsatz von monochomatischen punktuellen Lichtquellen, die positionsdynamisch zu dem auf der gegenüberliegenden Trägerplatte angebrachten Solarmodul sind, erreichbar (Fig. 12; Fig. 16a,..,16g). Durch die extrem schnelle Ansteuerung der punktuellen Lichtquellen lässt sich auch eine kontinuierliche berührungsfreie Energieübertragung auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten aufrecht erhalten. Die Lichtstrahlung zwischen den sich gegenüberliegenden Trägerplatten kann auch zusätzlich mit einer

Strahlungsschirmung in Form von Abdeckungen, Luftkissen gegenüber der Außenumgebung erreicht werden.

Darüber hinaus ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur drahtlosen geschirmten kontaktlosen Energieübertragung auch hochfrequente Strahlung insbesondere Mikrowellen einsetzbar (Fig. 15a,..,15d). Als

Strahlungsquelle werden positionsdynamisch mitgeführte schnell schaltbare punktuell strahlende Magnetron-Arrays von der Statorplatte in die sich gegenüberliegende Rotorplatte mit einer dafür ausgelegten Schirmkammer und Absorberantennen und nachgelagerten Gleichrichterelementen, insbesondere Zyclotron-Wave-Konverter, wie später gezeigt, ausgeführt. Diese Art der Ansteuerung ist besonders dann zu bevorzugen, wenn hohe Energiemengen bei sehr dynamischen Bewegungen insbesondere in der Hochgeschwindigkeitselektromobilität auftreten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die drahtgebundene Energieübertragung zwischen sich gegenüberliegenden Trägerplatten und den nachgelagerten Aktuatorelementen eine weitere Ausführungsmöglichkeit. Insbesondere wenn die Bewegungen der sich gegenüberliegenden Trägerplatten begrenzt sind und ein besonders hoher Wirkungsgrad angestrebt wird. Darüber hinaus ist die Kombinierbarkeit der Energieübertragung mit einer HF-Modulierbarkeit zum Informationsaustausch zwischen Steuereinheit und den Trägerplatten mit den dort angeordneten Steuerkreisen machbar. Insbesondere ist bevorzugt die geschirmte Gleichspannung zu bevorzugen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Energiespeicherung in den Trägerplatten in mehreren Varianten ausführbar. Grundsätzlich kann die Energiespeicherung in auf den Trägerplatten angeordneten Akku-Batterien erfolgen. Des weiteren können diese Akku-Batterien wie in räumlichen Verbänden im Inneren angeordnet sein (Fig. 13, Fig. 14a,14b, Fig. 15a,15b, Fig. 16h). Um Lastspitzen und chemische Alterung zu minimieren sind bei der Energieversorgung der Steuer- und Leistungselektronik auch großdimensionierte Kondensatoren insbesondere Super-Caps anordenbar. Diese autarken Energiespeicher können mit den hier genannten drahtgebundenen und drahtlosen Energieüberträgern kombiniert werden, um damit ein Maximum an Betriebsmöglichkeiten zu erreichen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die bidirektionale Informationsübertragung auf mehreren Arten möglich.

Erstens kann die Informationsübertragung zwischen einer zentralen Steuereinheit (Fig. 3) und den einzelnen Steuer- und Leistungseinheiten auf den Trägerplatten drahtgebunden erfolgen. Dabei ist eine Art der Anordnung die, das im Falle einer drahtgebundenen Energieversorgung durch hochfrequente Modulation mit der Energieversorgung auch die Informationsübermittlung erfolgt. Die andere Art der Anordnung ist, die Verbindung der zentralen Steuereinheit mit drahtgebundenen Steuerleitungen zu den Trägerplatten mit den darauf angeordneten Steuer- und Leistungseinheiten.

Zweitens kann die Informationsübertragung durch Modulation der an den Trägerplatten zusätzlich angeordneten kontaktlosen Energieüberträgern auf der Basis von positionsdynamisch mitgeführten Licht oder Mikrowellen-Strahlern zwischen den sich gegenüberliegenden Trägerplatten erfolgen.

Drittens kann die Informationsübertragung durch Einstrahlung von modulierter Hochfrequenz zwischen der zentralen Steuereinheit und den einzelnen Trägerplatten 3 und nachgelagerten Steuer- und Leistungseinheiten 10 angeordnet sein.

Die für die Ansteuerung notwendige Leistungselektronik steht im Stand der Technik zur Verfügung. Auch die für die Steuerung der an den Trägerplatten angeordneten Aktuatorelementen und Positionssensoren steht im Stand der Technik zur Verfügung. Bevorzugt können Mikrokontroller, insbesondere Master- und/oder Slave-Mikrokontroller und programmierbare Steuereinheiten verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Ermittlung der Position von sich gegenüberliegenden Aktuatorelementen mit Positionssensoren nach dem Stand der Technik durchgeführt werden. Insbesondere können Hall-Sensoren zur Positionsermittlung verwendet werden.

Die räumliche Lage wird in Master- und/oder Slave-Mikrokontrollern aus den Positionsdaten ermittelt und zur Steuerung der relativen Bewegung von Statorplatte zur Motorplatte eingesetzt. Der Einsatz von Positionssensoren ermöglicht auch das erkennen und wiederholen von fehlerhaft ausgeführten Steps unter sich dynamisch ändernden Steuer- und Leistungsparametern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann zumindest ein Teil der Aktuatorelemente durch supraleitende Magnete ausgebildet sein. Einerseits wird damit energieeffizient ein schwebend gehaltener Antrieb erreicht, andererseits können damit sehr konstante Bedingungen für die Steuerung, Längs- und Querbeschleunigung von sich gegenüberliegenden Trägerplatten mit den darauf angeordneten Aktuatorelementen erreicht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zumindest ein Teil der Aktuatorelemente mit einem Eigenspin, Eigenrotation ausführbar. Die Eigenrotation bewirkt ein erschwertes Eindringen des Magnetfeldes von außen und ermöglicht bei höheren Anwendungstemperaturen, vergleichbare Eigenschaften wie bei Supraleitern in Bezug auf das Magnetfeld-Verhalten, zu kostengünstigeren Bedingungen, insbesondere bei Raumtemperatur, oder technischen Rahmenbedingungen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können durch die elektrischen und magnetischen Kraftwirkungen zwischen sich gegenüberliegenden Trägerplatten mit darauf angeordneten Aktuatorelementen zerstörungsfreie Sollbruchstellen realisiert werden, die über elektrische Parameter kalibrierbar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden durch Einbau von Statorplatten mit Aktuatorelementen in eine Fahrbahn und Motorplatten mit

Aktuatorelementen in Fahrzeuge selbstlenkende Fahrzeuge eine neue Art der Elektromobilität geschaffen. Die Fahrbahnen können dabei ebenflächig, gekrümmt oder als geschlossene Röhren mit oder ohne Unterdrück beaufschlagt ausgeführt sein. Insbesondere im Bereich von Hochgeschwindigkeits-Elektromobilität auf der Erde aber auch zur kontrollierten Beschleunigung in den nahen Weltraum stehen die genannten selbstlenkenden Eigenschaften zur Verfügung (Fig. 13, Fig. 14a,14b, Fig. 15a,..,15d).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Elektromobilität durch die Anordnung von speziell quer zur Hauptfahrrichtung angeordneten Raupenketten mit darauf angeordneten Motorplattenelementen flexible Ausweichmanöver quer zur Fahrrichtung ohne den Verlust der kinetischen Energie in Bewegungsrichtung durchgeführt werden (Fig. 13).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Statorplatten an Oberflächen auch senkrecht, über Kopf oder auch der darunterliegenden Oberfläche angepasst, anordenbar. Motorplatten-Elemente (Fig. 14a,14b) passen ihre Aktuatorelemente entsprechend der Statorplatten-Oberfläche an, und ermöglichen so, ein Befahren dieser Oberflächen in allen Lagen, Winkeln und Drehungen. Dabei wird sowohl eine Bewegung durch die relative Verschiebung von Statorplattenelementen gegen Motorplattenelementen ausgeführt, als auch das magnetische und elektrische Anhaften von Aktuatorelementen auf sich gegenüberliegenden Plattenelementen erreicht. Die umlaufenden Raupenketten übernehmen dann durch vorwärts-rückwärts Bewegung der Raupenkette die Bewegung entlang der Statorplatten. Die einzelnen Aktuatorelemente der Motorplatten an der Raupenkette haften sich während der Annäherung an die Aktuatorelemente der Statorplatte an der Unterseite der Raupenkette festsitzend aneinander, bilden eine magnetischen und/oder elektrischen Kraftschluß und das darauf angeordnete Fahrzeug führt eine Translationsbewegung gegenüber der Statorplatte aus (Fig. 14a, 14b).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der Motorplatte in Schienen geführte Hubplatten eingelassen, die als berührungsfreie Lasttransport-Elemente entlang einer als Statorplatte ausgeführten Fahrbahn ausführbar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Motorplatten und Statorplatten auch in ebenflächigen dreidimensionalen räumlichen Elementen insbesondere als 3D-Flächen-Schrittmotor-Baustein anordenbar. Die 3D-Flächen-Schrittmotor-Bausteine sind dann zu übergeordneten räumlichen Verbänden sowohl statisch als auch hochdynamisch steuerbar, und ermöglichen insbesondere das Modellieren von Strukturen wie Werkzeuge, Greifarme, Räder, aber auch humane Gesichtszüge, Flände.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lassen sich Statorplatten in geschlossenen mit Unterdrück beaufschlagten Kreisbahnen anordnen und darauf beschleunigte Motorplatten als Geschosse auf eine definierte Abschußgeschwindigkeit beschleunigen. Insbesondere bei hoher Feuerfrequenz sind die Motorplatten-Geschoße parallel in Kreisbahnen beschleunigt und an Auskopplungs-Statorplatten auf einer justierbaren Abschussrampe, insbesondere an Schiffsgeschossen, angeordnet. Die Motorplatten-Geschoße sind darüber hinaus ohne hochexplosive Treibladungen ausführbar, und damit insbesondere für großvolumige Geschoße bevorzugt ausführbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Trägerplatten auf Start- und Landevorrichtung von insbesondere Flugzeugträgern oder Plattformen im Weltraum anordenbar und ermöglichen damit kontrollierte Beschleunigungen, Verzögerungen und stabile Bodenhaftung von Luftfahrzeugen oder Raumfahrzeugen unter unterschiedlichsten Wetter- und/oder Umweltverhältnissen und schwankenden Untergründen.

Legende zu den Figuren: (1) Motorplatte (2) Statorplatte (3) Trägerplatte starr oder biegsam (4) Elektromagnet (5) Permanentmagnet (6) Elektret (7) Aktuatorelement insbesondere Elektromagnet, Permanentmagnet, Elektret (8) elektrische und/oder magnetische Feldlinien (9) Positionssensor (10) Elektrische Steuereinheit mit Microkontroller und Leistungsausgängen (11) Elektrische Energieversorgung, kabelgebunden und/oder Ladungsspeicher (12) Drahtlose oder drahtgebundene Datenübertragung zwischen Flächen-Schrittmotor und Steuereinheit (13) Bidirektionale Steuereinheit zur Bedienung des Flächen-Schrittmotors (14) Bewegungsrichtungspfeile der Motorplatte relativ zur Statorplatte (15) Schwingungsdämpfung (16) Gestänge (17) Linearmotor-Element insbesondere Piezo-Steuerelement (18) In der Trägerplatten-Ebene in X- und Y-Richtung gesteuertes, verschiebbares Aktuatorelement (19) Hub-Motorplatte für schwebenden Lastentransport (20) Führungsschiene für die Hubplatte (21) positionsdynamisch schaltbare punktuell auf die Motorplatte strahlende Lichtquelle (22) Solarmodul zur Licht in Strom Rückumwandlung (23) Umlenkrollen für quer zur Fahrtrichtung geführte Motorplatten Elemente (24) Steuermotor für die quer zur Fahrrichtung geführte Raupe (25) Fahrzeug-Aufbau für Lasten- und Personen-Transport (26) Umlenkrollen in Fahrtrichtung (27) Raupe oder Kette aus einzelnen mit einander verbundenen Motorplatten (28) Steuermotoren für jede Längsraupe (29) Höhenverstellbare Raupenrollen (30) Rakete mit Transportkontainer (31) geschlossene mit Unterdrück beaufschlagte Röhre (32) umhüllende Einbettung (33) HF/DC Wandler Zyclotron-Wave-Converter Element (34) HF Absorberelement Antennen-Array (35) Hornantenne (36) Zirkulator/Isolator (37) positionsdynamisch mitgeführtes HF Strahlungsgenerator Magnetron-Element (38) Fahrzeug-gekoppelte Steuerelektronik (39) Strahlungsdichte Schirmkammer (40) Fahrbahn-Unterbau, Tragkonstruktion, Strahlungsdichte Ausführung (41) Strahlungsabschirmung gegenüber Umgebung (42) 3D-Motor Einheitszelle in der Fläche des Würfels (43) 3D-Stator Einheitszelle in der Fläche des Würfels (44) Motor-Seitenfläche eines 3D-Flächen-Schrittmotor-Würfels (45) Stator-Seitenfläche eines 3D-Flächen-Schrittmotor-Würfels (46) 3D-Würfel-2:3 Stator-Motor-Würfel-Element (47) 3D-Flächen-Schrittmotor-Baustein

Beschreibung der Figuren:

Fig. 1a und 1b zeigen zwei sich gegenüberliegende Trägerplatten 3 im Schrägriss, auf denen jeweils Arrays von Aktuatorelementen 7 angeordnet sind. Die Trägerplatten 3 sind entweder starr Fig. 1a oder biegsam Fig. 1b ausgeführt, und sind relativ gegeneinander verschiebbar. Im vorliegenden Fall ist zwischen den beiden Platten ein kleiner Spalt. Die Platten können zueinander einen vorgegebenen Abstand haben oder aneinander anliegen.

Die Trägerplatten 3 werden aufgrund von magnetischen und elektrischen Kräften, zueinadner verschoben. Diese Kräfte weisen Bewegungskomponenten oder Kraftkomponenten in den Plattenrichtungen auf, dh der Kraftvektor steht nicht exakt normal zu den Plattenrichtungen sondern weist eine Bewegungskomponente oder Kraftkomponente nach zumindest einer der Plattenrichtungen auf. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass Haltekräfte zwischen den Trägerplatten wirken, die auch eine Komponenten normal zu den Plattenrichtungen aufweisen.

Die elektrischen oder magnetischen Kräfte werden von den Aktuatorelementen 7 erzeugt, die über eine elektrische Steuereinheit 10 angesteuert sind. Die Aktuatorelemente sind dazu ausgebildet, im Zusammenwirken mit jeweils einem auf der gegenüberliegenden Platte 3 angeordneten Aktuatorelement 7 eine

Relativbewegung der beiden Platten 3, wobei die Relativbewegung eine Bewegungskomponente entlang einer oder beider Plattenrichtungen. Selbstverständlich ist es auch möglich und regelmäßig der Fall, dass die aufgrund der elektrischen oder magnetischen Kräfte erzeugte Relativbewegung der beiden Platten 3 zueinander auch eine Bewegungskomponente aufweist, die normal zu den beiden Plattenrichtungen steht.

Fig. 2a bis 2c zeigen verschiedene Kombinationen von einander gegenüberliegenden Aktuatorelementen 4, 5, 6 im Schrägriss. Die einander gegenüberliegenden Aktuatorelemente 4, 5, 6 üben entweder anziehende oder abstoßende Feldkräfte 8 abhängig von ihrem relativen Abstand aufeinander aus.

In Fig. 2a sind die Aktuatorelemente als Elektromagnete 4 ausgeführt, die mittels dahinterliegenden Steuereinheiten 10 steuerbare magnetische Felder 8 aufeinander ausüben. Diese magnetischen Felder 8 können zur Kraft- Informations- und Energieübertragung herangezogen werden.

In Fig. 2b ist ein Aktuatorelement 4 als steuerbarer von einer Steuereinheit 10 angesteuerter Elektromagnet 4 und das andere Aktuatorelement 5 als Permanentmagnet ausgebildet.

In Fig. 2c sind die Aktuatorelemente als Kondensatorplatten 6 ausgeführt, die jeweils von einer Steuereinheit 10 gesteuert sind. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass bei der Verwendung von Kondensatorplatten 6 als Aktuatorelemente einige der Aktuatorelemente als Elektrete ausgebildet sind. Diese elektrischen Felder 8 können zur Kraft- Informations- und Energieübertragung herangezogen werden.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch die in Fig. 1a dargestellte Ausführungsform der Erfindung von zwei einander gegenüberliegenden Trägerplatten 3 mit darin angeordneten Aktuatorelementen 4a, 4b Positionssensoren 9 und damit verbundenen elektrischen Steuereinheiten 10 und darüberliegender elektrischer Energieversorgung 11. Die Steuereinheiten 10 werden über eine drahtlose Datenübertragung 12 von außen über eine bidirektionale zentrale Steuereinheit 13 angesteuert und liefern selbst Positions- und Zustandsdaten der Aktuatorelemente 4, 7 und der elektrischen Steuereinheiten 10.

Fig. 4a-g zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung von auf den gegenüberliegenden Trägerplatten 1, 2 - nachfolgend mit Motorplatte 1 und Statorplatte 2 bezeichnet - mit darauf rasterförmig in Zeilen 210 ... 270 und Spalten angeordneten Aktuatorelementen 4a, 4b. Hinter den Aktuatorelementen 4a, 4b ist eine Steuereinheit angeordnet.

Fig. 4a zeigt die untere Trägerplatte, im Folgenden als Statorplatte 2 bezeichnet, im Schrägriss. Auf der Statorplatte 2 sind rasterförmig, in Form eines rechtwinkeligen Rasters in Zeilen und Spalten Aktuatorelemente 4 in Form von Elektromagneten angeordnet. Zur eindeutigen Kennzeichnung der Aktuatorelemente 4 werden in Fig. 4a bis Fig. 4g Bezugszeichen 211-278 verwendet. Die Zeilen 210 ... 270 und Spalten 201 .. 208 stehen zueinander in einem Winkel von 90°. Je zwei in Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente haben zueinander jeweils denselben Abstand bzw die selbe Relativposition. .Je zwei in Zeilenrichtung benachbarte Aktuatorelemente haben zueinander jeweils denselben Abstand und/oder die selbe Relativposition. Je zwei in Zeilenrichtung und/oder Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente geben ein nach derselben Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtetes elektrisches oder magnetisches Feld ab. Alle Zeilen 210 ... 270 des Rasters sind untereinander parallel. Alle Spalten 201 .. 208 des Rasters sind untereinander parallel.

Die Ausrichtung der Hauptrichtung des von den Aktuatorelementen abgegebenen Magnetfeldes steht im rechten Winkel zur Ebene der Statorplatte 2. Je nach dahinterliegender Ansteuerung kann das betreffende Aktuatorelement entweder ein elektromagnetisches Feld mit Ausrichtung nach einer Richtung oder in die entgegengesetzte Richtung abgeben oder kein Magnetfeld abgeben.

Jedes Aktuatorelement 4 verfügt über eine dahinter angeordnete Steuereinheit 10, die das betreffende Aktutatorelement 4 entweder nach einer N-S Ausrichtung ansteuert oder S-N Ausrichtung ansteuert, oder nicht ansteuert, sodass von diesem

Aktuatorelement 4 nur ein vernachlässigbar geringes elektromagnetisches Feld ausgeht.

Fig. 4b zeigt die obere Trägerplatte, im Folgenden als Motorplatte 1 bezeichnet, im Schrägriss. Auf der Motorplatte 1 sind rasterförmig, in Form eines schrägwinkeligen Rasters in Zeilen 110 ... 170 und Spalten 101 .. 108 Permanentmagnete 5 angeordnet. Zur eindeutigen Kennzeichnung der Aktuatorelemente 5 werden in Fig. 4a bis Fig. 4g Bezugszeichen 111 - 177 verwendet.

Je zwei in Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente 5 der Motorplatte haben zueinander jeweils denselben Abstand bzw die selbe Relativposition. .Je zwei in Zeilenrichtung benachbarte Aktuatorelemente 5 der Motorplatte haben zueinander jeweils denselben Abstand und/oder die selbe Relativposition haben. Je zwei in Zeilenrichtung und/oder Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente geben ein nach derselben Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtetes elektrisches oder magnetisches Feld ab. Alle Zeilen 110 ... 170 des Rasters sind untereinander parallel. Alle Spalten 101 .. 108 des Rasters sind untereinander parallel.

Die Zeilen und Spalten stehen zueinander in einem Winkel von 81°. Dies bewirkt, dass Aktuatorelemente, die sich in derselben Spalte und in benachbarten Zeilen befinden, zueinander einen Spaltenversatz - verglichen mit einem rechtwinkeligen Raster - von 0,25d aufweisen. Daneben ist es auch möglich, dass ein Versatz gewählt wird, der einem ganzzahligen Teiler des Abstands d entspricht.

Die Ausrichtung des Magnetfeldes der Permanentmagnete 5 steht im rechten Winkel zur Motorplatte 1. Je nach Ausrichtung des Magnetfelds der Permanentmagnete 5 wird der betreffende Permanentmagnet 5 mit N oder S bezeichnet. Jeweils im Raster einer Zeile 110 ... 170 wie auch im Raster einer Spalte 101 .. 108 haben benachbart angeordnete Permanentmagnete eine jeweils unterschiedliche Feldausrichtung.

Der Abstand der benachbarten Aktuatorelemente 4 in einer Spalte der Statorplatte 2 steht zum Abstand der Aktuatorelemente 5 der gegenüberliegenden Motorplatte 1 in einem vorgegebenen festen Verhältnis von 2:3, in der Fig. 4a mit 1.5d und in Fig. 4b mit d bezeichnet.

Fig. 4c zeigt die Anordnung der Motorplatte 1 zur Statorplatte 1 im Schrägriss geschnitten in der Ebene A-A der Fig. 4a und 4b. Die Platten 1,2 sind übereinander und parallel angeordnet. Die beiden Zeilen D, D' liegen in derselben Schnittebene. Insgesamt liegen jeweils Zeilen der Motorplatte 1 einzelnen Zeilen der Statorplatte 2 gegenüber. Aufgrund der unterschiedlichen Spaltenabstände der Aktuatorelemente 5 der Motorplatte 1 gegenüber den Aktuatorelementen 4 der Statorplatte 2 werden die Spalten nicht zur Deckung gebracht, sodass ausschließlich das Aktuatorelement 243 mit N-S Ausrichtung dem Aktuatorelement 143 N-S gegenüber liegt und angesteuert wird und das Aktuatorelement 245 mit S-N Ausrichtung dem Aktuatorelement 146 S-N gegenüber liegt und angesteuert wird. Die anderen Aktuatorelemente 241, 242, 244, 246, 247, 248 bleiben in dieser Stellung inaktiv. Die in den Elektromagneten 243, 245 induzierten magnetischen Felder haben dieselbe Ausrichtung wie die Permanentmagnete 143, 146. Durch diese Aktivierung entsteht eine magnetische Kraft, die die beiden Aktuatorelemente 143, 243 sowie die Aktuatorelemente 146, 245 einander annähert und die beiden Trägerplatten 1, 2 gegeneinander in Zeilenrichtung x verschiebt.

Fig. 4d zeigt die Anordnung wie in Fig. 4c im Schnitt A-A in der Ebene der Zeilen D, D'. Benachbarte Permanentmagnete 141, ..., 147 der Motorplatte 1 weisen zueinander jeweils den Abstand d auf, während die Elektromagneten 241,..., 248 der Statorplatte 2 jeweils den Abstand 1.5d zueinander aufweisen.

Fig. 4e zeigt die Anordnung der Motorplatte 1 zur Statorplatte 2 im Schrägriss geschnitten in der Ebene B-B. Die Zeile C und C liegen in derselben Schnittebene. Aufgrund der unterschiedlichen Spaltenabstände der Permanentmagnete 131,...,137 gegenüber den Elektromagneten 231,...,237 werden die Spalten nur teilweise zur Deckung gebracht. Die Elektromagnete 232, 236 liegen den Permanentmagneten 132, 138 zentral gegenüber und werden derart angesteuert, dass das von ihnen ausgehende magnetische Feld nach derselben Richtung ausgerichtet ist wie das Magnetfeld der Permanentmagnete. Der Elektromagnet 234 liegt dem Permanentmagneten 135 zentral gegenüber und wird derart angesteuert, dass das von ihm ausgehende Feld nach derselben Richtung ausgerichtet ist wie das Magnetfeld des Permanentmagneten 135. Die anderen Elektromagneten 231, 233, 235, 237, 238 bleiben inaktiv. Die in den Elektromagneten 232, 234, 236 induzierten magnetischen Felder haben dieselbe Ausrichtung wie die Permanentmagnete 132, 135, 138. Durch diese Aktivierung entsteht eine magnetische Kraft, die die Motorplatte 1 gegenüber der Statorplatte 2 festhält.

Fig. 4f zeigt die Anordnung wie in Fig. 4e im Schnitt B-B in der Zeilenebene 130 und 230. Benachbarte Permanentmagnete 131,...,137 der Motorplatte 1 haben zueinander jeweils den Abstand d, während die benachbarten Elektromagnete 231,...,238 der Statorplatte 2 zueinander jeweils den Abstand 1.5d aufweisen. Die Permanentmagnete 131,...,137 sind in der Spaltenebene gegenüber den Permanentmagneten 141,...,147 der jeweils nachfolgenden Zeile gegenüber der Ausrichtung in einem Rechteckgitter um 0.25d versetzt, dieser Abstand wird auch als Spaltenversatz bezeichnet.

Fig. 4g zeigt von oben gesehen die Lage der Motorplatte 1 zur Statorplatte 2. Die von den Permanentmagneten ausgehende Feldausrichtung erfolgt normal zur Plattenebene und wird mit den Symbolen S und N dargestellt. S steht für eine S-N Ausrichtung des Permanentmagneten, N steht für eine N-S Ausrichtung des Permanentmagneten. Die selbe Symboldarstellung wird auch für die angesteuerten Elektromagneten verwendet. Im vorliegenden Fall soll die Motorplatte 1 relativ gegenüber der Statorplatte 2 nach rechts bewegt werden. Die sich gegenüberliegenden Zeilenpaare C, C und D, D' erfüllen in dem dargestellten Bewegungsschritt unterschiedliche Funktionen. Im ersten Zeilenpaar D, D' (Schnitt A-A) wird durch die Ansteuerung eine Bewegung in Zeilenrichtung x nach rechts bewirkt. Das zweite Zeilenpaar C, C (Schnitt B-B) bewirkt durch die Ansteuerung eine magnetische Haltekraft zwischen Motor- und Statorplatte. Durch das zeitlich versetzte Inaktivschalten der Zeilenpaare C, C und D, D' wird der eigentliche kontrollierte Bewegungsvorgang ausgelöst. Ein Bewegungsschritt in Zeilenrichtung x nach rechts wird ausgeführt.

In der hier dargestellten konkreten Ausführungsform der Erfindung wiederholt sich die Ansteuerung der Elektromagneten mit jeder zweiten Zeile und kann periodisch fortgesetzt werden, sodass zur Darstellung der Ansteuerung aller Aktuatorelemente nur zwei Zeilen und sechs Spalten dargestellt werden. Die Ansteuerung der übrigen Elektromagneten kann räumlich und zeitlich periodisch fortgesetzt werden.

Bei allen, auch den erst im Folgenden dargestellten, Ausführungsformen der Erfindung kann die konkrete Ansteuerung der einzelnen Aktuatorelemente 4-7 durch die Steuereinheit 10 vorab vorgegeben sein. Dabei besteht die Möglichkeit, dass für die Durchführung einer Bewegung jedes der einzelnen rasterförmig angeordneten Aktuatorelementen 7 jeweils mit einer periodischen Abfolge von Steuerimpulsen, wie in den vorstehenden Tabellen dargestellt, angesteuert wird, um eine Relativbewegung der Motorplatte zur Statorplatte zu erreichen. Die Steuereinheit 10 kann einzelne Aktuatorelemente 4-7 entsprechend ihrer räumlichen Position jeweils mit unterschiedlichen periodischen Signalen ansteuern, wobei die Steuereinheit 10 insbesondere Aktuatorelemente 4-7, deren Zeilen- und/oder Spaltenindizes sich um einen vorgegebenen Wert unterscheiden, jeweils mit denselben periodischen Signal beaufschlagt. Dies verringert auch den für die Abspeicherung der einzelnen Steuerabfolgen erforderlichen Aufwand.

Alternativ dazu ist es auch möglich, die einzelnen für die Durchführung einer Relativbewegung erforderlichen Steuersignale aufgrund der aktuellen, mittels eines Positionssensors 9 ermittelten Position zu ermitteln bzw zu errechnen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Steuereinheit 10 für die Durchführung einer Bewegung der Motorplatte 1 nach einer vorgegebenen Richtung Aktuatorelemente 4-7 nach den folgenden Kriterien zur Ansteuerung auswählt:

Ein erstes Kriterium besteht darin, räumlich nahe liegende Aktuatorelemente 4-7 für die Ansteuerung auszuwählen, die zum betreffenden Aktuatorelement 4-7 der jeweils gegenüberliegenden Platte einen oberen Schwellenwert unterschreitenden und einen unteren Schwellenwert überschreitenden Abstand haben. Dies bewirkt, dass lediglich Aktuatorelemente ausgewählt werden, mit denen eine ausreichend hohe Kraftwirkung erzielt werden kann. Zudem wird durch die Vorgabe eines unteren Schwellenwerts erreicht, dass diejenigen Aktuatorelemente nicht angesteuert werden, mit denen lediglich oder überwiegend eine Kraftwirkung normal zu den beiden Plattenrichtungen x, y erstellt werden kann.

Eine konkrete Bewegungsrichtung kann entweder für die gesamte Motorplatte vorgegeben werden oder aber für jedes einzelne Aktuatorelement.

Sofern der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Aktuatorelementen 4-7 der Platten 1, 2 einen unteren Schwellenwert überschreitet, können eines oder beide der Aktuatorelemente 4-7 derart angesteuert werden, dass die Aktuatorelemente 4-7 einander anziehen und derart Haltekräfte ausüben, insbesondere als Haltemagnete wirken.

Auch wenn dies nicht ausdrücklich dargestellt ist, ist es selbstverständlich auch möglich, dass sowohl die Motorplatte als auch die Statorplatte über ansteuerbare Aktuatorelemente verfügen. In diesem Fall können sowohl die Aktuatorelemente der Rotorplatte als auch die Aktuatorelemente der Statorplatte aktiviert werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Motorplatte als auch die Statorplatte über eine separate Steuereinheit sowie gegebenenfalls über eine separate Energiequelle verfügen. Gegebenenfalls kann es sich bei der Energiequelle auch bloß um einen Zwischenspeicher handeln, der durch eine der bereits vorstehend genannten Maßnahmen zur Energieübertragung gespeist wird und die einzelnen Aktuatorelemente mit Energie versorgt.

Ein zweites Kriterium zur Auswahl von Aktuatorelementen für die Ansteuerung zur Durchführung einer Relativbewegung leiegt darin, lediglich Aktuatorelemente anzusteuern, die zueinander eine Relativposition aufweisen, die in

Bewegungsrichtung weist, dh der Verbindungsvektor der beiden Aktuatorelemente ist parallel zur vorgegebenen bzw gewünschten Bewegungsrichtung.

Fig. 5a-u zeigen ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Die

Bewegungsausführung ist dabei so gesteuert, dass zu jedem Zeitpunkt zwischen der Statorplatte 2 und der Motorplatte 1 anziehende magnetische Kräfte wirken.

Fig. 5a zeigt im Schrägriss eine Statorplatte 1 mit darauf rasterförmig angeordneten Elektromagneten 4a und darauf frei beweglich eine Motorplatte 2 mit darauf rasterförmig angeordneten Permanentmagneten 4b. Die Zeilen der

Permanentmagnete 4b stehen im gleichen Abstand 1.5d wie die Zeilen der Elektromagnete 4a. Die Spalten der Permanentmagnete 4b stehen im Abstand d. Der Spaltenabstand der Elektromagnete 4a beträgt 1,5d. Zwischen der ersten Zeile und der zweiten Zeile der Permanentmagnete der Motorplatte 1 ist ein Spaltenversatz von 0.25d.

Im Folgenden werden für die Darstellung der Ausrichtung der von den Aktuatorelemente abgegebenen Magnetfelder die in Fig. 5b dargestellten Symbole verwendet. Ein großer Kreis mir vertikalen Linien symbolisiert einen angesteuerten Elektromagnet 4, der nach N-S Ausrichtung in der Statorplatte 2 gesteuert ist. Ein großer Kreis mit horizontalen Linien symbolisiert einen angesteuerten Elektromagnet 4, der nach S-N Ausrichtung in der Statorplatte 2 gesteuert ist. Ein großer Kreis ohne Linien symbolisiert einen inaktiven, nicht angesteuerten Elektromagnet 4, in der Statorplatte 2.

Ein kleiner Kreis mit vertikalen Linien symbolisiert einen Permanentmagnet 5, der nach N-S normal zur Motorplatte 1 ausgerichtet ist. Ein kleiner Kreis mit horizontalen Linien symbolisiert einen Permanentmagnet 5, der nach S-N normal zur Motorplatte 1 ausgerichtet ist.

Fig. 5c zeigt einen ersten Bewegungsschritt von oben gesehen. Die Statorplatte 2 ist am Rand mit einer in Zeilen und Spalten markierten Rasterbezeichnung beschrieben. Die horizontalen Spalten reichen von Α,,.,Ι und die vertikalen Zeilen reichen von 1,..,9 und werden zur Bezeichnung des von der Steuereinheit 10 angesteuerten Elektromagneten mit A1 ,..,19 bezeichnet.

Die angesteuerten Elektromagnete 4 sind durch vertikale und horizontale Striche in den großen Kreisen der Statorplatte 2 symbolisiert und zeigen die Magnetfeldausrichtung zu den darüber benachbarten Permanentmagneten 5 der Motorplatte.

In dem in Fig. 5c dargestellten ersten Schritt wird eine Bewegung nach rechts in Richtung des Pfeiles gezeigt. Die Elektromagnete an den Positionen 3B,3D,3F, erzeugen hierbei ein die Motorplatte in Pfeilrichtung x annäherndes magnetisches Feld. Die Elektromagnete 4 an den Positionen 4B,4D,4F erzeugen ein die Motorplatte haltendes magnetisches Feld. Die übrigen angesteuerten Elektromagnete sind inaktiv. Bei dieser Ansteuerung bewegt sich die Motorplatte 1 in Pfeilrichtung x um den Abstand 0.25d nach rechts.

Fig. 5d zeigt einen zweiten Bewegungsschritt in Pfeilrichtung x nach rechts. Dabei üben die Elektromagnete 4 an den Positionen 3B,3D,3F die haltende magnetische Kraft aus, während die Elektromagnete 4 an den Positionen 4C,4E ein Magnetfeld erzeugen, das eine Bewegung der Motorplatte 1 in Pfeilrichtung x bewirkt.

Fig. 5e zeigt einen dritten Bewegungsschritt in Pfeilrichtung x nach rechts. Dabei üben die Elektromagnete 4 an den Positionen 4C,4E eine haltende magnetische Kraft aus, während die Elektromagnete 4 an den Positionen 3C,3E ein Magnetfeld erzeugen, das eine Bewegung der Motorplatte 1 in Pfeilrichtung x bewirkt.

Fig. 5f zeigt einen vierten Bewegungsschritt in Pfeilrichtung x nach rechts. Dabei üben die Elektromagneten 4 an den Positionen 3C,3E eine haltende magnetische Kraft aus, während die Elektromagnete 4 an den Positionen 4D,4F ein Magnetfeld erzeugen, das eine Bewegung der Motorplatte 1 in Pfeilrichtung x bewirkt.

Fig. 5g zeigt einen fünften Bewegungsschritt in Pfeilrichtung x nach rechts. Dabei üben die Elektromagnete 4 an den Positionen 4D,4F eine haltende magnetische Kraft aus, während die Elektromagnete 4 an den Positionen 3D,3F ein Magnetfeld erzeugen, das eine Bewegung der Motorplatte 1 in Pfeilrichtung x bewirkt.

Fig. 5h zeigt einen sechsten Bewegungsschritt in Pfeilrichtung x nach rechts. Dabei üben die Elektromagnete 4 an den Positionen 3D,3F eine haltende magnetische Kraft aus, während die Elektromagnete 4 an den Positionen 4C,4E,4G ein Magnetfeld erzeugen, das eine Bewegung der Motorplatte 1 in Pfeilrichtung x bewirkt.

Fig. 5i zeigt einen siebenten Bewegungsschritt in Pfeilrichtung x nach rechts. Dabei üben die Elektromagnete 4 an den Positionen 4C,4E,4G eine haltende magnetische

Kraft aus, während die Elektromagneten 4 an den Positionen 3C,3E,3G ein Magnetfeld erzeugen, das eine Bewegung der Motorplatte 1 in Pfeilrichtung x bewirkt.

Die Fig. 5i ist mit der Fig. 5c ident, lediglich die Motorplatte 1 wurde gegenüber der Statorplatte 2 um den Abstand zweier benachbarter Elektromagnete 4 bewegt.

Der selbe Vorgang lässt sich für die Schritte Fig. 5i nach Fig. 5c auch in umgekehrter Richtung durchführen und bewirkt dann eine Bewegung der Motorplatte 1 nach links in x-Richtung.

Fig. 5j bis Fig. 5t zeigt die Ansteuerung der Elektromagnete 4 der Statorplatte 2 im selben Raster wie die Fig. 5c,..Fig. 5i. Dabei wird eine Bewegung der Motorplatte um einen Zeilenabstand in y-Richtung in elf Schritten gezeigt, wobei die Ansteuerung der einzelnen Elektromagnete 4 der Statorplatte 2 erfolgt.

Die Bewegung in y-Richtung kann auch in umgekehrter Richtung durchgeführt werden, sodass die Motorplatte 1 damit eine Positionsänderung entlang der y-Richtung vollführt. Die Ansteuerung der einzelnen Aktuatorelemente erfolgt dabei in zeitlich umgekehrter Reihenfolge.

Fig. 5j zeigt einen ersten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen B4,D4,F4 sind als Haltemagnete angesteuert: Die Elektromagnete 4 sind an der Position B3,D3,F3 zur Erzeugung einer magnetischen Kraft in y-Richtung angesteuert.

Fig. 5k zeigt den zweiten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen B3,B4,D3,D4 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an den Positionen F3,F4 sind zur Erzeugung einer magnetisch abstoßenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 51 zeigt den dritten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen D3,D4 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 B2,B3,B4,F3,F4,F5 sind zur Erzeugung einer magnetischen abstoßenden

Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen B3,F4 sind zur Erzeugung einer magnetisch anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5m zeigt den vierten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen D3,D4 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an den Positionen B3,F4 sind zur Erzeugung einer magnetischen abstoßenden

Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen B2,B3,F4,F5 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5n zeigt den fünften Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen D4,F4,F5 sind als Haltemagnete angesteuert. Der Elektromagnet 4 an der Position B3 ist zur Erzeugung einer magnetischen abstoßenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5o zeigt den sechsten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen D4,F4,F5 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an den Positionen B2,B3 sind zur Erzeugung einer magnetischen abstoßenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5p zeigt den siebenten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Postionen F4,F5 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an den Positionen B3,C4 sind zur Erzeugung einer magnetischen abstoßenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete4 an den Positionen B4,C4 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5q zeigt den achten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen F4,F5,B3,B4 sind als Haltemagnete angesteuert. Der Elektromagnet 4 an der Position B4 ist zur Erzeugung einer magnetisch anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5r zeigt den neunten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen F4,F5,B4 sind als Haltemagnete angesteuert. Der Elektromagnet 4 an der Position B3 ist zur Erzeugung eines magnetischen abstoßenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen D4,D5 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5s zeigt den zehnten Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete 4 an den Positionen F4,F5 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an den Positionen D4,B4 sind zur Erzeugung einer magnetischen abstoßenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen D4,D5,B4,B5 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 5t zeigt den elften Schritt zur Bewegung der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Der elfte Schritt entspricht dem ersten Schritt, lediglich um eine Zeile nach unten versetzt. Die Elektromagnete 4 an den Positionen B5,D5,F5 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an den Positionen B4,D4,F4 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Nachstehend sind zwei Tabellen dargestellt, in denen die Ansteuerung der einzelnen Aktuatorelemente 4 im Detail dargestellt ist, wobei jede Zeile die Ansteuerung der Aktuatorelemente 4 während eines Schritts enthält und jede Spalte jeweils die Ansteuerung eines Aktuatorelementes 4 über den gesamten Vorgang hinweg angibt, um eine Bewegung der Motorplatte 1 in x-Richtung als auch in y-Richtung darzustellen. Die Aktuatorelemente 4 an den nicht in den Tabellen angegebenen

Positionen sind während des Vorgangs inaktiv. Die in den Tabellen angeführten N-S und S-N Einträge zeigen die Ansteuerung der Aktuatorelemente 4.

Die obere Tabelle zeigt eine Bewegung der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung in sieben Schritten. Dabei wird die Motorplatte 1 um ein Spalte Elektromagneten 4 durch die Ansteuerung nach rechts versetzt bewegt. Die untere Tabelle zeigt eine Bewegung der Motorplatte 1 in y-Richtung in elf Schritten. Dabei wird die Motorplatte 1 um eine Zeile Elektromagneten 4 durch die Ansteuerung nach unten versetzt bewegt. Die in beiden Tabellen angeführte Schritt Abfolge der Motorplatte 1 relativ zur Statorplatte 2 ist umkehrbar und kann auch zur Durchführung der Bewegung nach der jeweils umgekehrten Richtung eingesetzt werden. vor-zurüdk. BewegungsaMoige m 6 Steps:

Koordinaten der angesteuerten Elektromagneten aus dem Array (A,1) bis (6,7)

FialirstreifenwecteeJ Bewegyngsaibtolge m 10 Steps:

Koordinaten der angesteuerten Elektromagneten aus dem Array (A,1) bis (6,7)

Fig. 6a-p zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit dem eine Bewegung der Motorplatten 1 sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung möglich ist. Die Bewegungsausführung ist dabei so gesteuert, dass zu jedem Zeitpunkt zwischen der Statorplatte 2 und der Motorplatte 1 eine anziehende magnetische Kraft wirkt.

Fig. 6a zeigt im Schrägriss eine Statorplatte 2 mit darauf rasterförmig angeordneten Elektromagneten 4 und darauf frei beweglich eine Motorplatte 2 mit darauf rasterförmig angeordneten Permanentmagneten 5. Die Zeilen- und Spaltenabstände der Elektromagnete 4 der Statorplatte 2 haben einen Abstand von 1.5d.

Die Zeilen der Permanentmagnete 5 stehen im gleichen Abstand 1.5d wie die Zeilen der Elektromagnete 4. Die Spalten der Permanentmagnete 5 stehen im Abstand d zueinander. Zwischen der ersten Zeile und der zweiten Zeile der Permanentmagneten der Motorplatte 1 ist ein Spaltenversatz von 0.25d.

Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Motorplatte 1 ist quadratisch ausgeführt und enthält viermalig die Anordnung der in Fig. 5a ausgeführten Motorplatte wobei bei je zwei dieser Anordnungen die Zeilenrichtung parallel zur Zeilenrichtung der Statorplatte 2 steht und bei den anderen beiden Anordnungen die Zeilenrichtung normal zur Zeilenrichtung der Statorplatte 2 steht.

Mit einer derart ausgebildeten Motorplatte 1 ist eine Bewegungsabfolge der Motorplatte 1 relativ zur darunter angeordneten Statorplatte 2 sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung möglich.

Fig. 6b zeigt die im Folgenden für die verwendeten Symbole in Analogie zu Fig. 5b.

Fig. 6c zeigt den ersten Schritt der Motorplatte 1 relativ gegenüber der darunterliegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Statorplatte 2 ist am Rand mit einer in Zeilen und Spalten markierten Rasterbezeichnung beschrieben. Die horizontalen Spalten reichen von Α,,.,Ι und die vertikalen Zeilen reichen von 1,..,9 und werden zur Bezeichnung des von der Steuereinheit 10 angesteuerten Elektromagneten mit A1 ,..,19 bezeichnet.

Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung. Die Statorplatte 2 ist am Rand mit einer in Zeilen und Spalten markierten Rasterbezeichnung beschrieben. Die horizontalen Spalten reichen von A,..,G und die vertikalen Zeilen reichen von 1,..,7 und werden zur Bezeichnung des von der Steuereinheit 10 angesteuerten Elektromagneten bzw. Aktuatorelementen mit A1,..,G7 bezeichnet.

Im ersten Schritt sind folgende die Elektromagnete an den Positionen B2,D3,A5,D5 als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen A3,C3,E6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Kraft angesteuert. Zusammen bewirkt diese Ansteuerung eine relative Verschiebung der Motorplatte 1 in einem Teilschritt nach rechts in x-Richtung.

Fig. 6d zeigt den zweiten Schritt der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen A3,C3,E6 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen A2,C2,E5 sind als zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Kraft angesteuert.

Fig. 6e zeigt den dritten Schritt der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagneten an den Positionen A2,C2,E5 sind als Haltemagneten angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen B3,D6,F6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 6f zeigt den vierten Schritt der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen B3,D6,F6 sind als Haltemagneten angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen B2,D5,F5 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 6g zeigt den fünften Schritt der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen B2,D5,F5 sind als Haltemagneten angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C3,E6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 6h zeigt den sechsten Schritt der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen C3,E6 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C2,E3,B5,E5 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 6i zeigt den ersten Schritt der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2 um einen ganze Spalte nach rechts verschoben. Von hier weg wiederholen sich die Schritte Fig. 6c,..,Fig. 6h periodisch, wenn eine weitere Bewegung in x-Richtung durchgeführt werden soll. Die Elektromagnete an den Positionen C2,E3,B5,E5 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagneten an den Positionen B3,F6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 6j zeigt den ersten Schritt der Motorplatte 1 nach unten in y-Richtung relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Wie bei der horizontalen Bewegung werden die Elektromagnete 4 so angesteuert, dass in den einzelnen Schritten jeweils ein Teil der Elektromagnete 4 als Haltemagnete arbeitet, während ein anderer Teil zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden und/oder abstoßenden Bewegungskraft arbeitet. Die Fig. 6j,.., Fig. 6p zeigen das durch die schraffierten Fläche als Ansteuerrichtung der Magnete wie in Fig. 6b veranschaulicht.

In Fig. 6k-p ist die konkrete Ansteuerung der einzelnen Aktuatorelemente zur Fortbewegung der Motorplatte in y-Richtung dargestellt. Die einzelnen Aktuatorelemente sind durch eine dahinterliegende Steuereinheit 10 mit einer vorgegebenen Schrittfolge angesteuert, um die Motorplatte 1 in y-Richtung um eine Position von Elektromagnet zu Elektromagnet zu verschieben.

In der nachstehenden Tabelle finden sich die einzelnen im Rahmen der Fortbewegung genützten Aktuatorelemente bzw. deren Position sowie die konkrete

Ansteuerung bei den einzelnen Schritten. Alle Elektromagneteder Statorplatte 2, deren Ansteuerung nicht in den Tabellen enthalten Zeilen und Spalten angegeben sind, sind während der Bewegungsabfolge inaktiv. Die in den Tabellen angeführten N-S und S-N Einträge zeigen die Ansteuerung der Elektromagneten.

Die obere Tabelle zeigt eine Bewegung der Motorplatte 1 nach rechts in x-Richtung in sieben Schritten. Dabei wird die Motorplatte 1 um ein Spalte Elektromagneten 4 durch die Ansteuerung nach rechts versetzt bewegt. Die untere Tabelle zeigt eine Bewegung der Motorplatte 1 in y-Richtung in sieben Schritten. Dabei wird die Motorplatte 1 um eine Zeile Elektromagneten 4 durch die Ansteuerung nach unten versetzt bewegt.

Die in beiden Tabellen angeführte Schrittabfolge der Motorplatte 1 relativ zur Statorplatte 2 ist umkehrbar und bewirkt dann auch eine Umkehrung der Bewegungsrichtung der Motorplatte.

Koordinaten der angesteueren Elektromagneten ans dem Array (A,1) bis (G,7)

Vertikale Bewegungsabfolge in 6 Steps: Koordinaten der angesteuerten Elektromagneten aus dem Array (A,1) bis (G.7)

Fig. 7a-g zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Rotationsbewegung der Motorplatte. Die Bewegungsausführung ist dabei so gesteuert, dass zu jedem Zeitpunkt zwischen der Statorplatte 2 und der Motorplatte 1 eine anziehende magnetische Haltekraft wirkt.

Fig. 7a zeigt im Schrägriss eine kreisförmig angeordnete Motorplatte 1 mit darauf kreisförmig angeordneten Permanentmagneten 5 und darunter eine angeordnete Statorplatte 2 mit darauf rasterförmig angeordneten Elektromagneten 4. Die Zeilen-und Spaltenabstände der Elektromagneten 4 der Statorplatte haben einen Abstand von 1.5d. Mit dieser Anordnung ist eine Rotationsbewegungsabfolge der Motorplatte 1 relativ zur darunter angeordneten Statorplatte 2 ausführbar.

In den Fig. 7c-7g wird die gleiche Symbolik wie in Fig. 5b dargestellt. Fig. 7b zeigt die im Folgenden für die verwendeten Symbole in Analogie zu Fig. 5b.

Fig. 7c zeigt den ersten Schritt der Rotation der Motorplatte 1 relativ gegenüber der darunterliegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Statorplatte 2 ist am Rand mit einer in Zeilen und Spalten markierten Rasterbezeichnung beschrieben. Die horizontalen Spalten reichen von Α,,.,Ι und die vertikalen Zeilen reichen von 1,..,9 und werden zur Bezeichnung des von der Steuereinheit 10 angesteuerten Elektromagneten mit A1 ,..,19 bezeichnet.

Die Rotationsbewegung der Motorplatte 1 erfolgt dabei im Uhrzeigersinn.

Im ersten Schritt sind die Elektromagnete an den Positionen C2,H3,G8,B7,E5 als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen E2,H5,E8,B5 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Zusammen bewirken die einzelnen Bewegungskräfte eine relative Drehung der Motorplatte 1 in einem Teilschritt im Uhrzeigersinn.

Fig. 7d zeigt den zweiten Schritt der Rotation der Motorplatte 1 im Uhrzeigersinn relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen E2,H5,E8,B5,E5 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den

Positionen D2,H4,F8,B6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden

Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 7e zeigt den dritten Schritt der Rotation der Motorplatte 1 im Uhrzeigersinn relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen D2,H4,F8,B6,E5 sind als Flaltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den

Positionen B3,G2,FI7,C8 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden

Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 7f zeigt den vierten Schritt der Rotation der Motorplatte 1 im Uhrzeigersinn relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen B3,G2,FI7,C8,E5 sind als Flaltemagnete angesteuert. Die Elektromagneten an den Positionen C2,FI3,G8,B7 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden

Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 7g zeigt den fünften Schritt der Rotation der Motorplatte 1 im Uhrzeigersinn relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2. Die Ansteuerung der Aktuatorelemente entspricht dabei der beim ersten Schritt verwendeten Ansteuerung.

Zur weiteren Drehung der Motorplatte kann die in Fig. 7c bis 7g gezeigte Ansteuerung periodisch fortgesetzt werden.

Fig. 7c-7g zeigen die Ansteuerung der Aktuatorelemente während der einzelnen Schritte der Rotationsbewegung im Uhrzeigersinn zeigt.

Die in der nachfolgenden Tabelle angeführten N-S und S-N Einträge zeigen die Ansteuerung der Elektromagnete in den dazugehörigen Schritte.

Die in der Tabelle angeführte Schrittabfolge der Motorplatte 1 relativ zur Statorplatte 2 kann zeitlich umgekehrt werden und bewirkt im Fall der zeitlichen Umkehrung auch eine Umkehrung der Rotationsbewegung der Motorplatte entgegen dem Uhrzeigersinn. > g-

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Fig. 8a-i zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung für eine Bewegung der Motorplatte 1 in x-Richtung nach rechts mit einer darin enthaltenen Hubplatte 19 zum Tragen von schwebend mitgeführten Lasten. Die Bewegungsausführung ist dabei so gesteuert, dass zu jedem Zeitpunkt zwischen der Statorplatte 2 und der Motorplatte 1 eine anziehende magnetische Haltekraft wirkt und die Hubplatte 19 in schwebendem Zustand über der Statorplatte 1 gehalten wird.

Fig. 8a zeigt im Schrägriss eine Motorplatte 1 mit einer Ausnehmung im Innenbereich umfassend im Randbereich der Motorplatte angeordnete Permanentmagnete 5. Gegenüber der Motorplatte 1 befindet sich eine Statorplatte 2 mit darauf rasterförmig angeordneten Elektromagneten 4. Die Zeilen- und Spaltenabstände der Elektromagnete 4 der Statorplatte 2 haben einen Abstand von 1.5d. Benachbarte Permanentmagnete 5 der Motorplatte 1 haben zueinander einen Abstand von 1 .Od. Das Verhältnis der Abstände benachbarter Elektromagnete 4 der

Statorplatte 1 zu den Abständen benachbarter Permanentmagnete 5 der Motorplatte 1 beträgt im vorliegenden Fall somit 3:2.

Die Hubplatte 19 ist mit rasterförmig angeordneten Permanentmagneten 5 versehen, deren Magnetfeld senkrecht zur Plattenebene ausgerichtet ist. Das Verhältnis der Abstände benachbarter Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 zum Abstand benachbarter Elektromagneten der Statorplatte 2 ist 3:4, oder umgerechnet 2.2d : 1.5d entspricht.

Mit dieser Anordnung ist eine Bewegung in x-Richtung nach rechts der Motorplatte 1 relativ zur darunter angeordneten Statorplatte 2 dargestellt. Um die Hubplatte 19 in räumlicher Anordnung zur Motorplatte 1 zu halten, sind ineinander gleitende Führungsschienen 20 an der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 senkrecht zur Plattenebene angeordnet.

Fig. 8b zeigt die im Folgenden für die verwendeten Symbole in Analogie zu Fig. 5b.

Fig. 8c zeigt den ersten Schritt der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 relativ gegenüber der darunterliegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Statorplatte 2 ist am Rand mit einer in Zeilen und Spalten markierten Rasterbezeichnung beschrieben. Die horizontalen Spalten reichen von A,..,l und die vertikalen Zeilen reichen von 1,..,9 und werden zur Bezeichnung des von der Steuereinheit 10 angesteuerten Elektromagneten mit A1 ,..,19 bezeichnet.

Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung.

Die Statorplatte 2 ist am Rand mit einer in Zeilen und Spalten markierten Rasterbezeichnung beschrieben. Die horizontalen Spalten reichen von Α,,.,Ι und die vertikalen Zeilen reichen von 1,..,8 und werden zur Bezeichnung des von der Steuereinheit 10 angesteuerten Elektromagneten mit A1,..,I8 bezeichnet.

Im ersten Schritt sind die Elektromagnete an den Positionen B3,D3,F3 als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C6,E6,G6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die

Elektromagnete an den Positionen B5,C4,D4,D5,E5,F4,G4,G5 sind gegenüber den Permanentmagneten der Hubplatte 19 abstoßend angesteuert.

Zusammen bewirken diese magnetischen Kräfte eine relative Verschiebung der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 in einem Teilschritt nach rechts in x-Richtung sowie eine Abstoßung der Hubplatte 19 von der Statorplatte 2.

Fig. 8d zeigt den zweiten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen C6,E6,G6 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagneten an den Positionen C3,E3,G3 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C4,D4,D5,F4,G4,G5 sind gegenüber den Permanentmagneten der Hubplatte abstoßend angesteuert.

Fig. 8e zeigt den dritten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen C3,E3,G3 sind als

Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen D6,F6,H6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C4,C5,D5,F4,F5,G5 sind gegenüber den

Permanentmagneten der Hubplatte abstoßend angesteuert.

Fig. 8f zeigt den vierten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen D6,F6,H6 sind als

Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen D4,F4,H4 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagneten an den Positionen C4,C5,D5,E4,F4,F5,G5,H4 sind gegenüber den Permanentmagneten der Hubplatte abstoßend angesteuert.

Fig. 8g zeigt den fünften Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunterliegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen D4,F4,H4 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C6,E6,G6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C4,C5,E4,F4,F5,H4 sind gegenüber den Permanentmagneten der Hubplatte abstoßend angesteuert.

Fig. 8h zeigt den sechsten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Die Elektromagnete an den Positionen C6,E6,G6 sind als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C3,E3,G3 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C5,E4,E5,F5,H4,H5 sind gegenüber den Permanentmagneten der Hubplatte abstoßend angesteuert.

Fig. 8i zeigt den siebenten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2 der zugleich der erste Schritt um eine Spalte im Raster nach rechts verschoben ist. Die Elektromagneten an den Positionen C3,E3,G3 sind als Haltemagneten angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen D6,F6,H6 sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete an den Positionen C5,E4,E5,F5,H4,H5 sind gegenüber den Permanentmagneten der Hubplatte abstoßend angesteuert.

Die vorstehend dargestellten Schritte lassen sich periodisch beginnend bei Fig. 8c,..Fig. 8i fortsetzen. Durch Umkehrung der Reihenfolge der Ansteuerung kann die Bewegungsrichtung geändert werden.

Im folgenden ist eine Tabelle dargestellt, die die Ansteuerung der Aktuatorelemente durch eine Steuereinheit 10 im Detail zeigt. In dieser Tabelle ist eine Bewegung in x-Richtung nach rechts der Motorplatte 1 mit dazugehöriger Hubplatte 19 dargestellt. Alle nicht in den Tabellen bezeichneten Elektromagnete der Statorplatte 2 sind während der Bewegungsabfolge inaktiv. Die Tabelle ist auf Grund der Tabellenbreite in zwei untereinander zugehörige Teile aufgetrennt. Die in den Tabellenteilen angeführten N-S und S-N Einträge zeigen die Ansteuerung der Elektromagnete in den dazugehörigen Schritten. Die in der Tabelle angeführte Schrittabfolge ist umkehrbar, die Umkehrung der Schrittabfolge bewirkt eine Umkehrung der Bewegungsrichtung in x-Richtung nach links der Motorplatte.

Fig. 9a-o zeigt ein gegenüber den Fig. 8a-8i erweitertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bewegungsausführung ist dabei so gesteuert, dass zu jedem Zeitpunkt zwischen der Statorplatte 2 und der Motorplatte 1 eine anziehende magnetische Haltekraft wirkt. Die Motorplatte 1 weist eine Ausnehmung auf, in der eine Hubplatte 19 wie bei der in Fig. 8a-8i dargestellten Ausführungsform vorgesehen ist.

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Zusätzlich ist die äußere Führungsplatte in der Ebene parallel zur Ebene der zweiten Platte vorgesehen. Diese weist eine Ausnehmung auf, in der die zweite Platte nach der vorgegebenen Bewegungsrichtung verschiebbar ist. Dieses Prinzip der Verschachtelung von Führungsplatten kann nach Erfordernis beliebige Tiefe haben, sodass die Führungsplatte 1a von einer oder mehreren weiteren Führungsplatten umgeben sein kann.

Fig. 9a zeigt im Schrägriss eine Motorplatte 1, die eine Hubplatte 19 trägt und die in der Ausnehmung einer Führungsplatte angeordnet ist. Sowohl die Motorplatte 1 als auch die Führungsplatte 1a weisen Permanentmagnete als Aktuatorelemente auf. Gegenüber der Motorplatte und Führungsplatte ist die Statorplatte 2 mit rasterförmig angeordneten Permanentmagneten als Aktuatorelemente 4 angeordnet. Die Motorplatte 1 liegt in der Ausnehmung der Führungsplatte, sodass sich Motorplatte und Führungsplatte 1a gegeneinander innerhalb einer Spaltenbreite frei in Längsrichtung bewegen können. Durch das Zusammenwirken der Führungsplatte 1a mit der Motorplatte 1 entsteht ein in Längsrichtung in Schritten ablaufender geschienter Fahrverband, der gegen Ausbrechen längs- und quer zur Bewegungsrichtung hohe Stabilität bietet. Die im Inneren der Motorplatte 1 angeordnete Hubplatte 19 ist mit senkrecht dazu angeordneten Führungsschienen 20 mit der Motorplatte 1 verbunden, und weist durchgängig gleich, hier S-N gepolte flächig angeordnete Permanentmagnete auf.

Die Abstände von in derselben Zeile oder Spalte gelegenen benachbarten Elektromagneten 4 betragen bei der Statorplatte jeweils 1.5d. Die Abstände von in derselben Spalte gelegenen benachbarten Elektromagneten 5 betragen bei der Motorplatte 1 betragen jeweils 1.0d, sodass sich ein Verhältnis von 3:2 zwischen den Spaltenabständen der Elektromagnete 4 der Statorplatte 2 zu den Spaltenabständen der Permanentmagnete 5 der Motorplatte 1 ergibt.

Zwischen den beiden Zeilen der Motorplatte 1 besteht ein Versatz von 0.25d. Zwischen den beiden Zeilen der Führungsplatte 1a besteht ein Versatz von 0.25d.

Zur Veranschaulichung der Fortbewegung wird eine komplette Abfolge von Schritten der Motorplatte 1 gezeigt, dann eine Abfolge von Schritten der Führungsplatte 1a, um von einer Zeile von Elektromagneten 4 der Statorplatte 2 nach unten zur jeweils nächsten Zeile der Statorplatte 2 zu gelangen. Ebenso können die Schritte der Führungsplatte 1a und der Motorplatte 1 auch abwechselnd durchgeführt werden, um eine flüssigere Bewegung zu erreichen.

Fig. 9b zeigt die im Folgenden für die verwendeten Symbole in Analogie zu Fig. 5b.

Fig. 9c zeigt den ersten Schritt der Motorplatte 1 und der Flubplatte 19 relativ gegenüber der darunterliegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Statorplatte 2 ist am Rand mit einer in Zeilen und Spalten markierten Rasterbezeichnung beschrieben. Die horizontalen Spalten reichen von A,..,l und die vertikalen Zeilen reichen von 1,..,9 und werden zur Bezeichnung des von der Steuereinheit 10 angesteuerten Elektromagneten mit A1 ,..,19 bezeichnet.

Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung. Für die folgenden Fig. 9c,..,Fig. 9i ist die Ansteuerung der Führungsplatte gleich, die Ansteuerung wird nur in Fig. 9c beschrieben.

Zur Ansteuerung der Führungsplatte 1a sind folgende Elektromagnete als Haltemagnete angesteuert, die auf der Position 7B,7D,7F,7H liegen. Die Elektromagnete an der Position 2B,2D,2F,2H sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Für die Motorplatte 1 und Hubplatte 19 werden diejenigen Elektromagnete 4 als Haltemagnete angesteuert, die die Position 6C,6E,6G aufweisen. Die Elektromagnete 4 an der Position 3C,3E,3G sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 5C,4C,5D,4D,5E,4E,5F,4F,5G,4G sind zur Abstoßung der Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 angesteuert.

Fig. 9d zeigt den zweiten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Die äußere Motorplatte 1 bleibt wie in Fig. 9c beschrieben, unbewegt.

Zur Ansteuerung der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 werden diejenigen

Elektromagnete 4 als Haltemagnete angesteuert, die an der Position 3C,3E,3G liegen. Die Elektromagnete 4 an der Position 6D,6F sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 5C,4C,5D,4D,5E,4E,5F,4F,5G,4G sind zur Abstoßung der Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 angesteuert.

Fig. 9e zeigt den dritten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Die äußere Motorplatte 1 bleibt wie in Fig. 9c beschrieben unbewegt.

Zur Ansteuerung der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 werden diejenigen

Elektromagnete 4 als Haltemagnete angesteuert, die an der Position 6D,6F liegen.

Die Elektromagnete 4 an der Position 3D,3F,3H sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 5C,4C,5D,4D,5E,4E,5F,4F,5G,4G sind zur Abstoßung als Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 angesteuert.

Fig. 9f zeigt den vierten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Die äußere Motorplatte 1 bleibt wie in Fig. 9c beschrieben unbewegt.

Zur Ansteuerung der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 werden diejenigen

Elektromagnete 4 als Haltemagnete angesteuert, die an der Position 3D,3F,3H liegen. Die Elektromagnete 4 an der Position 6C,6E,6G sind als Annäherungsmagnete zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 5C,5D,4D,5E,4E,5F,4F,5G,4G sind zur Abstoßung der Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 angesteuert.

Fig. 9g zeigt den fünften Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Die äußere Motorplatte 1 bleibt wie in Fig. 9c beschrieben unbewegt.

Zur Ansteuerung der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 werden diejenigen Elektromagnete 4 als Haltemagnete angesteuert, die an der Position 6C,6E,6G liegen. Die Elektromagnete 4 an der Position 3E,3G sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 5C,5D,4D,5E,4E,5F,4F,5G,4G,4H sind zur Abstoßung der Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 angesteuert.

Fig. 9h zeigt den sechsten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Die äußere Motorplatte 1 bleibt wie in Fig. 9c beschrieben unbewegt.

Zur Ansteuerung der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 werden diejenigen Elektromagnete 4 als Haltemagnete angesteuert, die an der Position 3E,3G liegen. Die Elektromagnete 4 an der Position 6D,6F, 6H sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 5D,4D,5E,4E,5F,4F,5G,4G,5H,4H sind zur Abstoßung der Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 angesteuert.

Fig. 9i zeigt den siebenten Schritt der Hub- und Schiebebewegung der Motorplatte 1 mit der Hubplatte 19 relativ in x-Richtung nach rechts gegenüber der darunter liegenden Statorplatte 2. Der siebente Schritt ist zugleich der erste Schritt wie in Fig. 9c gezeigt um eine Reihe Elektromagneten 4 nach unten verschoben. Die Führungsplatte bleibt wie in Fig. 9c beschrieben unbewegt.

Zur Ansteuerung der Motorplatte 1 und der Hubplatte 19 werden diejenigen Elektromagnete als Haltemagnete angesteuert, die an der 6D,6F,6H liegen. Die Elektromagnete an der Position 3D,3F,3H sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 5D,4D,5E,4E,5F,4F,5G,4G,5H,4H sind zur Abstoßung der Permanentmagnete 5 der Hubplatte 19 angesteuert.

Fig. 9j zeigt den zweiten Schritt der Führungsplatte relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung. Die Ansteuerung der Motorplatte 1 in der Ausnehmung der Führungsplatte bleibt für die Fig. 9j,..,Fig. 9o wie in Fig. 9i beschrieben unverändert. Die Motorplatte ändert ihre Position nicht.

Zur Ansteuerung der Führungsplatte 1a werden die Elektromagnete 4 an der Position 2B,2D,2F,2H als Flaltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 7C,7E,7G,7I sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 9k zeigt den dritten Schritt der Führungsplatte relativ zur darunter liegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung.

Zur Ansteuerung der Führungsplatte werden die Elektromagnete 4 an der Position 7C,7E,7G,7I als Flaltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 2C,2E,2G,2I sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 9I zeigt den vierten Schritt der Führungsplatte relativ zur darunter liegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung.

Zur Ansteuerung der Führungsplatte 1 a werden die Elektromagnete 4 an der Position 2C,2E,2G,2I als Flaltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 7D,7F,7H sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 9m zeigt den fünften Schritt der Führungsplatte 1a relativ zur darunter liegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung.

Zur Ansteuerung der Führungsplatte 1a werden die Elektromagnete an der Position 7D,7F,7FI als Flaltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 2D,2F,2H sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 9n zeigt den sechsten Schritt der Führungsplatte 1a relativ zur darunterliegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung.

Zur Ansteuerung der Führungsplatte werden die Elektromagnete 4 an der Position 2D,2F,2FI als Flaltemagneten angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 7C,7E,7G,7I sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Fig. 9o zeigt den siebenten Schritt der Führungsplatte 1a relativ zur darunter liegenden Statorplatte 2 von oben gesehen. Die Bewegung erfolgt dabei nach rechts in x-Richtung.

Zur Ansteuerung der Führungsplatte 1 a werden die Elektromagnete 4 an der Position 7C,7E,7G,7I als Haltemagnete angesteuert. Die Elektromagnete 4 an der Position 2C,2E,2G,2I sind zur Erzeugung einer magnetischen anziehenden Bewegungskraft angesteuert.

Die folgende Tabelle zeigt die Ansteuerung der Aktuatorelemente 7 durch eine dahinterliegende Steuereinheit 10 als Schrittfolge, wobei die Motorplatte 1 und die Führungsplatte 1a eine Bewegung in x-Richtung nach rechts vollführen. Alle nicht in den Tabellen angegebenen Elektromagneten der Statorplatte 2 sind während der Bewegungsabfolge inaktiv.

Die nachfolgenden Tabelle ist auf Grund der Tabellenbreite in zwei untereinander zugehörige Teile aufgetrennt. Die in den Tabellenteilen angeführten N-S und S-N Einträge zeigen die Ansteuerung der Elektromagnete 4 in den dazugehörigen Schritten. Die in der Tabelle angeführte Schrittfolge der Motorplatte 1 relativ zur Statorplatte 2 kann beliebig periodisch fortgesetzt werden und ist umkehrbar und bewirkt im Fall der Umkehrung der Ansteuerung auch eine Umkehrung der Bewegung der Motorplatte 1 bzw. der Führungsplatte 1a in x-Richtung nach links.

Fig. 10a zeigt im Schrägriss ein in der Plattenebene der Stator- oder Motorplatte 1,2 frei steuerbares Aktuatorelement 7, dass über Stelleinheiten umfassend drei Linearmotoren 17 und Gestänge 16 in der Ebene in beiden Plattenrichtungen x, y relativ zur Plattenebene 18 bewegt ist. Die dahinterliegende Steuereinheit 10 steuert sowohl das Aktuatorelement 7 als auch die Stelleinheit 17.

Fig. 10b zeigt in Draufsicht ein Raster aus mittels Stelleinheiten 16, 17 verstellbaren Aktuatorelementen 7 wie in Fig. 10a gezeigt auf einer gemeinsamen Platte 3 von oben gesehen. Die Platte 3 kann sowohl eine Statorplatte 2 als auch eine Motorplatte 1 sein. Die einzelnen Aktuatorelemente 7 können im Verhältnis zueinander innerhalb der Reichweite der Stelleinheiten 16, 17 aufeinander zugeschoben oder von einander weggeschoben werden. Damit ist für jedes der Aktuatorelemente 4 innerhalb vorgegebener Grenzen die Position festlegbar und damit ein flexibles Verhältnis zu den benachbarten Aktuatorelementen 7 der jeweils gegenüberliegenden Platte 1, 2, 3 einstellbar. Mittels der Stelleinheiten 16, 17 können Rasterabstände in beiden Plattenrichtungen x, y eingestellt werden.

Besonders vorteilhaft kann die Ansteuerung der Stelleinheiten vorgenommen werden, wenn für jedes Aktuatorelement 4-7, das von einer Stelleinheit 16, 17 angesteuert ist, eine Bewegungsrichtung vorgegeben ist. In diesem Fall kann die Steuereinheit 10 die Stelleinheiten 16, 17 derart ansteuern, dass die Relativposition zwischen dem von der Stelleinheit 16, 17 gestellten Aktuatorelement 4-7 und einem diesem Aktuatorelement 4-7 an der jeweils gegenüberliegenden Platte 1, 2 nahe liegenden Aktuatorelement 4-7 der Bewegungsrichtung entspricht.

Vertikale Bewegongsabfoige in 2x8 Sfeps+1: SchienenHab-Schwebe-Transport Koordinaten der angesteuerten Elektromagneten aas dem Array (A,1) bis (1,8)

Fig. 11 zeigt im Schrägriss einen Plattenausschnitt mit darin eingelassenen Aktuatorelementen 7 die von einer dämpfenden Umrandung 15 umgeben ist. Die Dämpfung hilft, Schwingungen und damit Materialermüdungen der Platte 3 und der Aktuatorelemente 7 zu verringern. Ebenso wird dadurch die Schallübertragung auf die Platte 3 abgeschwächt und räumliche Ungenauigkeiten bei der Anordnung der Aktuatoren an der Platte 3 durch Bewegungsspielraum erhöht. Ebenso wird dadurch das Aktuatorelement 7 besser auf das gegenüberliegende Aktuatorelement 7 der gegenüberliegenden Platte 3 ausgerichtet, was zu einer Erhöhung des Kraftschlusses und damit des Wirkungsgrades beiträgt.

Fig. 12 zeigt in der Draufsicht von oben eine Statorplatte 2 die zwischen den Aktuatorelementen in diesem Fall als Elektromagneten 4 ausgeführt, mit punktuell Licht abstrahlenden Lichtquellen 21 ausgestattet ist. Diese punktuellen Lichtquellen 21 werden abhängig von der Position der darauf liegenden Motorplatte 1 aktiviert, ihre Strahlung ist auf ein Solarpanel 22 der Motorplatte ausgerichtet, sodass während der Bewegung der Motorplatte 1 relativ zur Statorplatte eine kontaktlose Energieübertragung auf die Motorplatte mit dahinterliegender Steuereinheit und Energiespeicherung ermöglicht wird. Diese Ausführungsform zeigt gemäß der Erfindung die Kombination von Bewegungs- und kontaktloser Energieübertragung während des auch auf Dauer ausgelegten Betriebes.

Fig. 13 zeigt im Schrägriss eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, mit einer als Fahrbahn fungierenden Statorplatte 2 mit darauf rasterförmig angeordneten Elektromagneten 4, die zueinander einen Rasterabstand von 1.5d aufweisen.

Auf der Fahrbahn, insbesondere normal zur Fahrbahnrichtung, sitzt ein von einer Antriebseinheit angetriebenes Kettenlaufwerk, auf dessen Kettengliedern Permanentmagnete 5 angeordnet sind. Die jeweils der Fahrbahn zugewandten Kettenglieder sowie die darauf befindlichen Permanentmagnete 5 fungieren als Motorplatte 1. Die Permanentmagnete 5 auf demselben Kettenglied des Kettenlafuwerks haben zueinander einen Abstand von 1d.

Die auf den Motorplattenstreifen aufgebrachten Permanentmagnete 5 haben gegenüber dem vorangehenden und dem nachfolgenden Motorplattenstreifen einen Versatz von 0.25d. Das Kettenlaufwerk wird von einem Elektromotor 24 gesteuert.

Mit der hier dargestellten Ausführungsform ist es möglich, während einer schnellen Längsbewegung in x-Richtung eine stufenlose normal zur Fahrtrichtung stattfindende Bewegung und damit flüssigen Zeilenwechsel der Elektromagnete durchzuführen, ohne die Geschwindigkeit in Längsrichtung verringern zu müssen.

Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht ein über der Fahrbahn sehr rasch dahingleitendes Fahrzeug, das mühelos und ohne hohe Querbeschleunigungen einen Spurwechsel gegenüber anderen Fahrzeugen durchführt und stellt damit eine Anwendung für Hochgeschwindigkeits-Elektromobilität für den Individualverkehr dar.

Fig. 14a-14b zeigen im Aufriss bzw. im Grundriss eine Ausführungsform der Erfindung, in Form eines Fahrzeugs 25 auf einer als Fahrbahn ausgestalteten Statorplatte 2 mit frei gegeneinander verschiebbaren Trägern in Form von Ketten 27, die auf einem umlaufenden Kettenlaufwerk angeordnet sind. Die einzelnen Ketten 27 können separat angesteuert werden und relativ zueinander bewegt werden.

Durch diese Ausführung ist es möglich, dass die einzelnen auf den Ketten 27 bzw Trägern angeordneten Aktuatorelemente 5, im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dies Permanentmagnete, einen beliebigen Versatz zu den Aktuatorelementen der benachbarten Ketten 27 aufweisen. Die einzelnen Ketten 27 bilden die Zeilen der Motorplatte. Der Versatz der einzelnen Zeilen zueinander lässt sich durch die Anordnung der Ketten 27 zueinander steuern bzw variieren.

Durch eine Verschiebung des Versatzes der Zeilen der Motorplatte 1 wird eine flexible Rotation des Fahrzeugs ermöglicht sowie auch eine kraftschlüssige Bewegung des Fahrzeugs auf der Fahrbahn. Die Fahrbahn kann dabei unterschiedlich ausgerichtet sein, die Fahrbahn kann auch auf einer vertikalen Wand oder auf der Decke eines Raums oder Tunnels angeordnet sein. Das Fahrzeug 25 kann sich dementsprechend auch auf einer vertikalen Wand oder über Kopf auf der Fahrbahn bewegen.

Fig. 14a zeigt im Aufriss einen Schnitt A-A durch das Fahrzeug 25. Unten ist ein Träger in Form der in Fahrrichtung umlaufendem Motor-Rau pen kette gezeigt, der je von einem Steuermotor 28 relativ zu einem benachbarten Träger bzw. der benachbarten Kette 27 verschoben werden kann. Auf den einzelnen Kettengliedern ist je ein Permanentmagnet 5 aufgebracht. Höhenverstellbare Raupenrollen 29 ermöglichen das Gleiten des Fahrzeugs auf einer unebenen, biegsamen Statorplatte 2 mit darin eingelassenen rasterförmig angeordneten Elektromagneten 4.

Fig. 14b zeigt im Grundriss einen horizontalen Schnitt B-B oberhalb der umlaufenden Ketten 27. Die auf den Motorplatten-Elementen 1 aufgebrachten Permanentmagnete 5 sind im Abstand 1d angeordnet. Die Elektromagnete 4 sind auf der Statorplatte 2, der Fahrbahn, sowohl längs als auch quer im Abstand 1.5d angeordnet. Die Ketten 27 sind über je einen Elektromotor 28 relativ zu benachbarten Ketten 27 verschiebbar. Dieser Elektromotor 28 verschiebt die Ketten 27 und damit auch die auf den Ketten 27 angeordneten Permanentmagnete 5 in Zeilenrichtung. Das Fahrzeug 25 gleitet damit flexibel an den Untergrund der Statorplatte 2 angepasst in allen Richtungen.

Fig. 15a-15d zeigen im Schnitt Ausführungen gemäß der Erfindung als Fahrbahn und Fahrzeug in verschiedenen Varianten ausgeführt.

Fig. 15a zeigt im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung wobei die Statorplatte 2 als ebenflächige Fahrbahn mit Unterbau 40 und aktiven Aktuatorelementen 7 ausgeführt ist und die Motorplatte in einem Fahrzeug 25 angeordnet ist. Zusätzlich sind zwischen den Aktuatorelementen 7 sowohl im Bereich der Statorplatte - der Fahrbahn - als auch im Bereich der Motorplatte - dem Fahrzeugunterbau -positionsdynamisch schaltbare Module bestehend aus Magnetron-Elementen 37, Zirkulatoren 36, Hornantennen 35 an die Statorplattenoberfläche - die Fahrbahnoberfläche - herangeführt. An der Oberseite, der als Teil des Fahrzeug-Unterbaus ausgeführten Motorplatte ist zwischen den Aktuatorelementen 7 eine Anordnung von Hornantenne 35, Zirkulator 36, Hornantenne 35, Strahlungsdichte Schirmkammer 39, ausgeführt. Diese zusätzliche Anordnung ermöglicht es, hochenergetische Mikrowellenstrahlung von der Statorplatte, der Fahrbahn, in die

Motorplatte, den Fahrzeug-Unterbau einzuspeisen, ohne an die Umgebung Strahlung abzugeben. In der Strahlungsdichten Schirmkammer befinden sich Antennen-Arrays 34 und insbesondere nachgelagerte Zyclotron-Wave-Converter 33 zur Gleichrichtung der Mikrowellenstrahlung in Gleichspannung. Diese zur Verfügung gestellte Gleichspannung wird in die elektrische Energieversorgung 11 des Fahrzeuges eingespeist und für die Energieversorgung der Aktuatorelemente und die Fahrzeug-Elektrik verwendet. Zwischen der Fahrzeug-Steuereinheit 10 und der Fahrbahn Steuereinheit 38 besteht eine drahtlose bidirektionale Verbindung die die HF Energie-Einspeisung in das Fahrzeug und die Aktuatoreelemente der Fahrbahn positionsdynamisch ansteuert.

Fig. 15b zeigt im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung wie in Fig. 15a beschrieben, im Detail durch eine Statorplattenfläche die als innen hohle große mit Unterdrück beaufschlagte Röhre 31 ausgeführt ist. Diese Art der Ausführung ermöglicht es, Motorplatten als Fahrzeug-Unterbau so auszuführen, dass damit die gesamte Innenwand der Hohlröhre 31 von einem Fahrzeug in allen Lagen befahren werden kann. Die Detailansicht zeigt den Aufbau durch eine gekrümmte Statorplatte, als Fahrbahn ausgeführt, und eine gegengleich gekrümmte angepasste Motorplatte, als Fahrzeug Unterbau ausgeführt.

Fig. 15c zeigt im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung wie in Fig. 15b als gesamte mit Unterdrück beaufschlagte innen hohle Röhre 31, in der Fahrzeuge sich in allen Lagen entlang der Röhreninnenseite frei gesteuert bewegen können. Die Fahrgastzelle 25 wird wie gezeigt entsprechend der Ankopplung frei drehbar gesteuert, sodass der Eindruck eines gewöhnlichen Fahrzeuges entsteht. Um Klaustrophopie-Gefühle der Insassen zu minimieren, wird ein solches Hochgeschwindigkeit-Fahrzeug mit hohlographischen hochauflösenden Rundum-Monitoren im Inneren der Fahrgastzelle ausgestattet, die den Eindruck vermitteln durch ein Fahrzeug-Fenster in die Umgebung zu blicken.

Fig. 15d zeigt im Längsschnitt eine Ausführung gemäß der Erfindung wie in Fig. 15b und Fig. 15c als Rakete zur Beschleunigung von der Erde aus in den nahen Orbit ausgeführt. Gemäß den Fig. 1 bis Fig. 9 kann die Kraftübertragung zwischen der Röhre als Statorplatte ausgeführt entnommen werden, und die an der Rakete außen angebrachte gekrümmte Motorplatte als Antrieb.

Fig. 16a-16i zeigt eine Ausführungsform der Erfindung die das Prinzip des Flächen-Schrittmotors aus der Plattenebene zu einem drei dimensionalen Baustein 46 entwickelt. Es werden dabei die gemäß der Erfindung verwendeten Konstruktionsprinzipien verwendet und im speziellen Fall in die Flächen eines Würfels integriert. Die Bausteine 46 werden in einem letzten Schritt durch zentrale Steuerung von außen zu universell programmierbaren Robotik-Modulen frei programmierbar gesteuert.

In Fig. 16a ist eine Draufsicht auf eine Motor-Einheitszelle 42 dargestellt, von der sich eine oder mehrere auf den Flächen der Bausteine 46 befinden. Die Funktionsweise der Einheitsflächen 42 ist in Fig. 6a bis Fig. 6q im Detail beschrieben, wobei in Fig. 16a die Motor-Einheitsfläche, in Fig. 16b eine Stator-Einheitsfläche dargestellt ist. Im Inneren der Motor-Einheitszelle 42 ist ein Solarmodul zur Umwandlung von eingestrahltem Licht in elektrische Energie vorgesehen. In der Einheitszelle sind außen im Winkel von 90° Permanentmagnet-Arrays 5 angeordnet die einen 1.5d Zeilenabstand haben und 1d Spaltenabstand haben und gegen die benachbarte Zeile einen Versatz von 0.25d. Auf einige Flächen des Bausteins 46 sind, wie in Fig. 16e und Fig. 16g dargestellt mehrere Motor-Einheitszellen 42, auf den übrigen Flächen des Bausteins 46 sind Stator-Einheitszellen 43 angeordnet.

Fig. 16b zeigt in der Draufsicht eine Stator Einheitszelle 43, deren Funktion der Statorplatte in Fig. 6a bis Fig. 6q entspricht. Zusätzlich sind im Inneren zwischen den Elektromagneten-Arrays 4 in den Zwischenräumen positionsdynamisch gesteuerte punktuell strahlende Lichtquellen angeordnet, die bei Überdeckung mit Einheits-Motorzellen 42 Licht ausstrahlen und somit drahtlos Energie zur weiteren Einspeisung bereitstellen. Die in der Stator-Einheitszelle 43 rasterförmig eingelassenen Elektromagneten 4 haben sowohl einen Spalten- wie auch Zeilenabstand von 1.5d und sind in diesem gezeigten Fall insbesondere starr angeordnet.

Fig. 16c zeigt in der Draufsicht eine Motor-Seitenfläche 44 die aus einer Vielzahl von, hier 3x3, rasterförmigen Motor-Einheitszellen 42 zusammengesetzt ist. Motor-Seitenflächen 44 bilden in weiterer Folge drei von sechs Seitenwände eines würfelförmigen Bausteins 46.

Fig. 16d zeigt in der Draufsicht eine Stator-Seitenfläche 45 die aus einer Vielzahl von Stator-Einheitszellen 43 zusammengesetzt ist. Die Stator-Seitenfläche 45 bildet in weiterer Folge die übrigen drei der sechs Seitenwänden eines würfelförmigen Bausteins 46.

Fig. 16e und Fig. 16f zeigen im Schrägriß die Seitenflächen eines würfelförmigen Flächen-Schrittmotor-Bausteins 46. An jeweils einander gegenüberliegenden Würfelseiten liegen je eine Motor-Seitenfläche 44 und eine Stator-Seitenfläche 45. Damit besteht die Möglichkeit, den in dieser Ausführung gezeigten Baustein 46 mit anderen Bausteinen derart anzuordnen, dass je eine Motor-Seitenfläche je einer Stator-Seitenfläche gegenüber liegt.

Fig. 16g zeigt im Schrägriß mehrere frei anordenbare, von außen zentral steuerbare Bausteine 46 als beliebig per Software ausgeführte Struktur. Die einzelnen Bausteine 46 können sich gegeneinander in allen drei räumlichen Dimensionen relativ gegeneinander verschieben.

Die Fig. 16a bis Fig. 16g zeigen den speziell ausgeführten Fall, dass Verhältnis der Abstände benachbarter Aktuatorelemente beim Stator zu den Abständen benachbarter Aktuatorelemente beim Rotor 2:3 beträgt.

Fig. 16h zeigt im Schrägriß einen innen aufgeschnittenen 3D-Flächen-Schrittmotor-Baustein 46, der aus Aktuatorelementen 7, einer im inneren angeordneten Würfel-Steuereinheit 10 und einer Energieversorgung 11 besteht. Die Steuereinheit 10 wird von außen drahtlos bidirektional mit Steuerinformationen gesteuert.

Fig. 16i zeigt einen frei programmierbaren Verband aus vielen Flächen-Schrittmotor-Bausteine 46 die sich auf immer neue Weise in räumlichen Strukturen anordnen lassen. Damit lassen sich universelle Robotik-Baukasten-Systeme anordnen. Auch lassen sich im laufenden Betrieb einzelne beschädigte Flächen-Schrittmotor-Bausteinen 46 durch Austausch aus dem Strukturverband lösen und durch andere Flächen-Schrittmotor-Bausteine 46 ersetzen wie dies auch in biologischen Zellstrukturen erfolgt.

Claims (29)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung umfassend zwei einander gegenüberliegende, insbesondere aneinander anliegende oder mit konstantem Abstand beabstandete, und gegeneinander frei verschiebbare Platten (1,2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (1, 2, 3) jeweils eine Mehrzahl von, insbesondere elektrischen und/oder magnetischen, Aktuatorelementen (4-7) aufweisen, von denen zumindest eine Teilmenge ansteuerbar und aktivierbar ist, wobei die Aktuatorelemente dazu ausgebildet sind im Zusammenwirken mit jeweils zumindest einem auf der gegenüberliegenden Platte (1, 2, 3) angeordneten Aktuatorelement (4-7) eine Relativbewegung der beiden Platten (1, 2, 3) mit einer Bewegungskomponente entlang einer oder beider Plattenrichtungen, gegebenenfalls auch eine Bewegungskomponente normal zu den Plattenrichtungen, auszuführen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorelemente (4-7) als magnetische Kräfte abgebende Bauelemente, insbesondere als Elektromagnete oder Permanentmagnete, ausgebildet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuatorelemente (5) einer der Platten (1) ausschließlich Permanentmagnete und dass als Aktuatorelementen (4) auf der jeweils anderen Platte (2) ausschließlich Elektromagnete angeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorelemente (6) als elektrostatische Kräfte abgebende Bauelemente, insbesondere Elektrete oder, insbesondere oberflächlich isolierte, Kondensatorplatten ausgebildet sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorelemente (4-7) auf zumindest einer der Platten (1, 2, 3), insbesondere auf beiden Platten (1,2), in Form eines Rasters mit Zeilen und Spalten angeordnet sind, - wobei je zwei in Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente (4-7) zueinander jeweils denselben Abstand und/oder die selbe Relativposition haben, und/oder - wobei je zwei in Zeilenrichtung benachbarte Aktuatorelemente (4-7) zueinander jeweils denselben Abstand und/oder die selbe Relativposition haben, und/oder - wobei je zwei in Zeilenrichtung und/oder Spaltenrichtung benachbarte Aktuatorelemente (4-7) ein nach derselben Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtete elektrisches oder magnetisches Feld ausbilden.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Abstands zwischen zwei Aktuatorelementen (4-7) in Zeilen- und/oder Spaltenrichtung der ersten Platte (1) zum Abstand zwischen zwei Aktuatorelementen (4-7) in Zeilen-und/oder Spaltenrichtung der zweiten Platte (2) vorgegeben ist, insbesondere 1:1, 2:3 oder 3:4 ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zeilen des Rasters einer Platte (1, 2, 3) untereinander parallel sind, und/oder dass alle Spalten des Rasters der Platte (1,2, 3) untereinander parallel sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, dass die untereinander parallelen Zeilen des Rasters der ersten Platte (1) parallel zu den untereinander parallelen Zeilen des Rasters der zweiten Platte (2) ausgerichtet sind und dass die untereinander parallelen Spalten des Rasters der ersten Platte (1) in einem vorgegebenen Winkel (a) zu den untereinander parallelen Spalten des Rasters der zweiten Platte (2) stehen, wobei insbesondere - die Spalten des Rasters der ersten Platte (1) zu den Zeilen des Rasters der ersten Platte im rechten Winkel stehen, oder - die Spalten des Rasters der zweiten Platte (2) zu den Zeilen des Rasters der zweiten Platte im rechten Winkel stehen.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer der Platten (1, 2, 3) steuerbare Aktuatorelemente (4-7) vorhanden sind und dass die einzelnen steuerbaren Aktuatorelemente (4-7) an eine Steuereinheit (10) angeschlossen sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) zur Durchführung einer Relativbewegung der Platten (1, 2, 3) die rasterförmig angeordneten Aktuatorelemente (4-7) mit einem periodischen Steuersignal ansteuert, und dass die Steuereinheit (10) einzelne Aktuatorelemente (4-7) entsprechend ihrer räumlichen Position jeweils mit unterschiedlichen periodischen Signalen ansteuert, wobei insbesondere die Steuereinheit (10) diejenigen Aktuatorelemente (4-7), deren Zeilen- und/oder Spaltenindizes sich um einen vorgegebenen Wert unterscheiden, jeweils mit denselben periodischen Signal beaufschlagt.
11. 11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) für die Durchführung einer Bewegung der ersten Platte (1,2,3) nach einer vorgegebenen Richtung jeweils diejenigen ansteuerbaren Aktuatorelemente (4-7) aktiviert, - die zu räumlich nahe liegenden Aktuatorelementen (4-7) der jeweils gegenüberliegenden zweiten Platte (1,2,3) einen oberen Schwellenwert unterschreitenden und einen unteren Schwellenwert überschreitenden Abstand haben und - die zu dem jeweils nahe liegenden Aktuatorelement (4-7) eine Relativposition aufweisen, die in Bewegungsrichtung weist, wobei die Steuereinheit (10) die das jeweilige ansteuerbare Aktuatorelement (4-7) derart ansteuert, dass sich die erste Platte (1,2,3) nach der vorgegebenen Richtung bewegt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) für den Fall, dass der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Aktuatorelementen (4-7) der ersten und zweiten Platte (1, 2) einen unteren Schwellenwert überschreitet, eines oder beide der Aktuatorelemente (4-7) derart ansteuert, dass die Aktuatorelemente (4-7) einander anziehen.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für einzelne Aktuatorelemente (4-7) der ersten und/oder der zweiten Platte (1, 2), insbesondere für alle Aktuatorelemente (4-7) der ersten oder der zweiten Platte (1, 2), jeweils eine lokale Relativbewegungsrichtung vorgegeben ist, oder dass für sämtliche Aktuatorelemente (4-7) der ersten Platte (1) oder der zweiten Platte (2) eine einheitliche Relativbewegungsrichtung vorgegeben ist.
14. 14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) für die Durchführung einer Rotationsbewegung um ein vorgegebenes Rotationszentrum nach einer vorgegebenen Rotationsrichtung jeweils diejenigen ansteuerbaren Aktuatorelemente (4-7) aktiviert, - die zu räumlich nahe liegenden Aktuatorelementen (4-7) der jeweils gegenüberliegenden Platte einen einen Schwellenwert unterschreitenden Abstand haben und - die zu dem jeweils nahe liegenden Aktuatorelement (4-7) eine Relativposition aufweisen, die der Rotationsbewegung im betreffenden Aktuatorelement (4-7) entspricht, wobei die Steuereinheit (10) die das jeweilige ansteuerbare Aktuatorelement derart ansteuert, dass die erste Platte (1) gegenüber der zweiten Platte (2) um das Rotationszentrum nach der vorgegebenen Rotationsrichtung rotiert.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) für den Fall, dass beide Aktuatorelemente (4-7) ansteuerbar sind, beide Aktuatorelemente (4-7) ansteuert, insbesondere derart, dass sich die erste Platte (1) nach der vorgegebenen Richtung (2) bewegt.
16. 16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) und/oder eine Energieversorgung für die Aktuatorelemente (4-7) in einer der Platten (1, 2) oder in beiden Platten (1, 2) angeordnet ist.
17. 17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorelemente (4-7) in mehreren Lagen räumlich untereinander, übereinander oder ineinander verschachtelt auf einem oder beiden Platten (1,2, 3) angeordnet sind.
18. 18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine im Bereich einer Fahrbahn, insbesondere Straße, angeordnete erste Platte und ein auf der Fahrbahn, insbesondere normal zur Fahrbahnrichtung, sitzendes von einer Antriebseinheit angetriebenes Kette nlaufwerk, dessen Kettenglieder Aktuatorelemente (4-7) aufweisen, wobei die der Fahrbahn zugewandten Kettenglieder als zweite Platte fungieren, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die Aktuatorelemente der beiden Platten nach einer Fortbewegungsrichtung zueinander relativ bewegt, wobei die Fortbewegungsrichtung normal oder im Winkel zur Fahrtrichtung des Kettenlaufwerks steht, und wobei gegebenenfalls die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, bei Verschiebung des Kettenlaufwerks normal zur Fortbewegungsrichtung die Aktuatorelemente, die auf der Fahrbahn zugewandten Kettenglieder angeordnet sind, zur Bewegung in Fortbewegungsrichtung anzutreiben.
19. 19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Aktuatorelemente (4-7) einer oder beider Platten (1,2) jeweils einer Zeile auf einem verschiebbaren Träger, insbesondere auf separat geführten Ketten (27) eines Kettenlaufwerks, angeordnet sind, wobei die einzelnen verschiebbaren Träger, insbesondere Ketten, gegeneinander in Zeilenrichtung, insbesondere in Laufrichtung des Kettenlaufwerks, verschiebbar angeordnet sind und eine von der Steuereinheit (10) angesteuerte Zeilenstelleinheit vorgesehen ist, die die jeweiligen Träger in Zeilenrichtung verschiebt.
20. 20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Aktuatorelemente (4-7) in der Ebene der Platten (1, 2, 3), insbesondere in Zeilen und/oder Spaltenrichtung verschiebbar angeordnet sind und für die verschiebbar angeordneten Aktuatorelemente (4-7) jeweils eine Stelleinheit (16,17), insbesondere ein Linearmotor oder Piezo-Element, vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, das jeweilige Aktuatorelement (4-7) in der Ebene der Platte zu verschieben.
21. 21. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Aktuatorelement (4-7), das von einer Stelleinheit (16, 17) angesteuert ist, eine Bewegungsrichtung vorgegeben ist und dass die Steuereinheit (10) die Stelleinheiten (16, 17) derart ansteuert, dass die Relativposition zwischen dem von der Stelleinheit (16, 17) gestellten Aktuatorelement (4-7) und einem diesem Aktuatorelement (4-7) an der jeweils gegenüberliegenden Platte (1, 2) nahe liegenden Aktuatorelement (4-7) der Bewegungsrichtung entspricht.
22. 22. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die erste Platte (1) eine Ausnehmung sowie eine über der Ausnehmung positionierte Hubplatte (19) aufweist, - dass im Bereich der Ausnehmung ein oder mehrere Führungselemente (20) zur Führung der Hubplatte (19) normal zur Erstreckungsrichtung der ersten Platte (1) vorgesehen ist, - dass die Hubplatte (19) weitere Aktuatorelemente (4-7) aufweist und - dass die Steuereinheit (10) die weiteren Aktuatorelemente (4-7) der Hubplatte (19) derart ansteuert, dass sich die Aktuatorelemente (4-7) der Hubplatte (19) und die Aktuatorelementen (4-7) der zweiten Platte (2) gegenseitig abstoßen.
23. 23. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass in derselben Ebene oder parallel zur Ebene der ersten Platte (1) eine Führungsplatte (1a) mit Aktuatorelementen (4-7) vorgesehen ist, die eine Ausnehmung aufweist, in der die erste Platte (1) nach einer vorgegebenen Bewegungsrichtung verschiebbar angeordnet ist, und - dass die Steuereinheit (10) die Führungsplatte (1a) und die erste Platte (1) derart ansteuert, dass abwechselnd - jeweils eine der Platten (1, 1a) an der zweiten Platte (2) haftet und - sich die jeweils andere Platte (1, 1a) in der Bewegungsrichtung gegenüber der zweiten Platte (2) fortbewegt, wobei insbesondere - die Führungsplatte (1a) von einer oder mehreren weiteren Führungsplatten umgeben ist, die denselben Aufbau aufweisen wie die Führungsplatte.
24. 24. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend zwei geradflächig begrenzte Bausteine (46), wobei jeweils eine der Platten (1,2) an einer Oberfläche jeweils eines der Bausteine (46) angeordnet ist und die beiden Bausteine (46) über die die Platten (1, 2) tragenden Seiten aneinander anliegen oder einander zugewandt sind.
25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bausteine (46) die Form eines Polyeders, insbesondere eines Würfels, eines Quaders oder eines Tetraeders, aufweisen.
26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Bausteine (46) an einer Mehrzahl von Oberflächenbereichen oder an allen Oberflächenbereichen von weiteren Platten (1) begrenzt sind.
27. 27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Baustein (46) jeweils eine separate Steuereinheit (10) und gegebenenfalls einen Energiespeicher aufweist.
28. 28. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (1) im Bereich, insbesondere unmittelbar unterhalb, einer Fahrbahn angeordnet ist, und dass die zweite Platte (2) im Unterbereich eines Fahrzeugs angeordnet ist.
29. 29. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (1) an der Wandung einer Röhre, insbesondere eines Tunnels, angeordnet ist und/oder anliegt, und dass die zweite Platte (2) an der Außenhülle eines in der Röhre beweglichen Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die Form der Außenhülle des Fahrzeugs an die Form der Röhre angepasst ist.