JP2663576B2 - パルスモータ - Google Patents

パルスモータ

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JP2663576B2
JP2663576B2 JP63282021A JP28202188A JP2663576B2 JP 2663576 B2 JP2663576 B2 JP 2663576B2 JP 63282021 A JP63282021 A JP 63282021A JP 28202188 A JP28202188 A JP 28202188A JP 2663576 B2 JP2663576 B2 JP 2663576B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば、産業用ロボットなどのように比
較的大きな推力が要求されるFA(ファクトリーオートメ
ーション)機器に用いて好適なパルスモータに関するも
のである。
「従来の技術」 周知のように、リニアパルスモータはスライダに供給
されるパルス信号に基づき、スライダまたは二次側スケ
ール(以下、単にスケールと称す)をステップ上に歩進
動作させるものであり、その磁気回路の構成は、第11図
に示す通りである。この図において、1は長尺板状の磁
性体によって構成されたスケールであり、その上面に
は、凹凸状の歯部1a,1a,…が長手方向(図面左右方向)
に沿って等間隔に形成されている。このスケール1の上
面にはスライダ2が図示せぬローラ等からなる支持機構
によってスケール1の長手方向へ移動自在に支持された
状態で載置されている。スライダ2は、コ字状のA相鉄
心4およびB相鉄心5と、A相鉄心4のA相磁極4aおよ
び相磁極4bに各々巻回されたコイル6aおよび6bと、B
相鉄心5のB相磁極5aおよび相磁極5bに各々巻回され
たコイル7aおよび7bと、鉄心4および5の上面に図示す
る極性で取り付けられた永久磁石8および9と、永久磁
石8および9の上面に取り付けられた板状の磁性体によ
って構成されるバックプレート10とから構成されてい
る。そして、磁極4aの下面には、スケール1の歯部1aの
ピッチPと同一ピッチの極歯14aが3個形成されてお
り、磁極4b,5a,5bの各下面にも同様に極歯14b,15a,15b
が各々形成されている。また、これらの極歯15b,14b,15
aは極歯14aに対して順次P/4ずつずらして配置されてお
り、極歯14a,14b,15a,15bの各下面と歯部1aと上面との
間には、所定の間隙Gが各々形成されている。そして、
コイル6a,6b,7a,7bに所定のパルス信号を順次供給する
ことにより、コイル6a,6b,7a,7bが発生する磁束と、永
久磁石8,9が発生する磁束とが各磁極4a,4b,5a,5bにおい
て、順次加減され、スケール1に対するスライダ2の磁
気的安定位置が順次移動し、これにより、スライダ2が
スケール1の長手方向に沿って移動する。ここで2組の
コイル6a,6bおよび7a,7bに常に電流を供給する2相励磁
方式によってスライダ2を駆動する場合を例にして説明
する。
第12図(a)に示す様に、コイル6a,6bに端子6cから6
dへ向って所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bに端子
7dから7cへ向って所定の電流を流すことによって、コイ
ル6aが発生する磁束と、永久磁石8が発生する磁束とが
A相磁極4aにおいて相加わり、相磁極4bにおいて互い
に打ち消し合う一方、コイル7aが発生する磁束と、永久
磁石9が発生する磁束とがB相磁極5aにおいて相加わ
り、相磁極5bにおいて、互いに打ち消し合うので、図
に実線φで示す主磁束が発生し、この結果、A相磁極
4aおよびB相磁極5aと各極歯14aおよび15aと、スケール
1の歯部1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した
位置となる。
第12図(b)に示す様に、コイル6a,6bにと同一方
向へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと逆方
向へ所定の電流を流すことによって、図に実線φで示
す主磁束が発生し、この結果、各極歯14aおよび15bと歯
部1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した位置と
なる。
第12図(c)に示す様に、コイル6a,6bにと逆方向
へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと同方向
へ所定の電流を流すことによって、図に実線φで示す
主磁束が発生し、この結果、各極歯14bおよび15bと歯部
1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した位置とな
る。
第12図(d)に示す様に、コイル6a,6bにと同方向
へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと逆方向
へ所定の電流を流すことによって、図に実線φで示す
主磁束が発生し、この結果、各極歯14bおよび15aと歯部
1aと上下に対向した位置が磁気的に安定した位置とな
る。
以上の→→→の各励磁モードの順にパルス励
磁を繰り返すことによって、スライダ2が図面右方向、
すなわち磁極4aから5bに向かう方向へ移動し、→→
→の各励磁モードの順にパルス励磁を繰り返すこと
によって、スライダ2が図面左方向、すなわち磁極5bか
ら4bに向かう方向へ移動する。なお、スライダ2を固定
してスケール1を移動させる場合も同様である。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、一般に、リニアパルスモータはオープンル
ープで高精度な位置決めが可能なことから、OA(オフィ
スオートメーション)機器のプリンタのキャリッジ駆動
等に用いられているものの、余り大きな推力が得られな
いため、産業用ロボットなどのように比較的大きな推力
が要求されるFA機器には、適用することが困難であっ
た。すなわち、上述したリニアパルスモータにおいて
は、第12図(a)〜(d)に示すように、一方のA相磁
極4aもしくはB相磁極5aにおいてコイル6aもしくは7aが
発生する磁束と永久磁石8,9が発生する磁束とが相加わ
り、推力が発生している期間、他方の相磁極4bもしく
は相磁極5bにおいては、コイル6bもしくは7bが発生す
る磁束と、永久磁石8,9が発生する磁束とが互いに打ち
消し合い、推力が発生しないように構成されている。逆
に、相磁極4bもしくは相磁極5bにおいて推力が発生
している期間、A相磁極4aもしくはB相磁極5bにおいて
は、推力が発生しないように構成されている。したがっ
て、実際に推力発生に寄与する推力発生面積は、スケー
ル1と対向する各磁極4a,4b,5a,5bの総面積の内、50%
しかなく、この推力発生面積を広げることが、推力向上
を図る際の重要な課題となっていた。また、このような
推力向上を図ったパルスモータを実用化する際におい
て、可能な限り簡素な構成とし、容易に製造し得ると共
に、充分な剛性強度が得られる構造とすることも重要な
課題となっていた。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、
スケールと対向する各磁極の総面積を推力発生用に有効
に利用して得て、大きな推力が得られると共に、簡素な
構成で、容易に製造することができ、かつ充分な剛性強
度が得られるパルスモータを提供することを目的として
いる。
「課題を解決するための手段」 この発明は、特定方向に沿って1ピッチの等間隔に歯
部が形成された二次側スケールと、前記二次側スケール
に対して前記特定方向に移動自在に支持された一次側磁
束発生部とからなり、前記一次側磁束発生部の各磁極と
二次側スケールの各歯部との間に形成された各間隙に順
次磁束を発生させることにより、前記一次側磁束発生部
を二次側スケールに対して相対移動させるパルスモータ
において、前記一次側磁束発生部は、前記特定方向に直
交する方向に並設されたある相とその反転する相の磁極
を有し、該併設された各磁極を前記特定方向に沿って前
記歯部の1/2ピッチよりも狭い幅で複数に分割し、その
各々を前記歯部の1/2ピッチ間隔に配列した分割鉄心
と、該分割鉄心の各鉄心間に、極性が互いに逆方向とな
るように各々挿入配設された複数の永久磁石と、前記分
割鉄心の周囲に巻回されたコイルとからなるブロック
を、前記特定方向に複数個配設してなり、前記二次側ス
ケールの歯部は、前記ある相の磁極とその反転する相の
磁極とに各々対向するように前記特定方向に分けて設け
られ、かつ、該分けて設けられた一方の歯部を他方の歯
部に対して1/2ピッチの長さ分ずらして形成されている
ことを特徴としている。
「作用」 上記構成によれば、コイルに一定方向に電流を流した
場合、二次側スケールから、分割鉄心のある相の磁極に
流入した磁束が永久磁石を介して隣合う分割鉄心に流入
し、その分割鉄心の上記ある相に反転する相磁極から、
二次側スケールに流入する主磁束ループが形成されるの
で、二次側スケールと対向する各磁極の総面積を推力発
生用に有効に利用することができ、これにより大きな推
力を得られ、さらに、上記のある相とその反転する相の
磁極を一次側磁束発生部と二次側スケールとの相対移動
方向に対して直交する方向に並設し、また、二次側スケ
ールに形成された歯部を、ある相の磁極とその反転する
相の磁極とに個々に対向するよう上記相対移動方向に沿
って分けて設け、かつ、分けて設けられた一方の歯部を
他方の歯部に対して1/2ピッチの長さ分ずらして形成し
たことにより、分割鉄心の形状を例えばE字状やコ字状
にすることができるので、簡素な構成で充分な剛性強度
を得られる。
「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明
する。
第1図はこの発明の第1実施例によるリニアパルスモ
ータの全体構成を示す分解斜視図、第2図は同リニアパ
ルスモータの要部の構成を示す一部切欠斜視図、第3図
は同リニアパルスモータの静止時における磁束経路を説
明するための図である。
これらの図において、21は固定されたスケールであ
り、このスケール21の上面中央部には、その長手方向へ
沿ってピッチPの間隔で歯部21a,21a,…が形成されてお
り、スケール21の上面両側部にも、その長手方向へ沿っ
てピッチPの間隔で歯部21b,21b…と歯部21c,21c,…が
各々形成されている。この場合、中央部の歯部21aと、
両側部の歯部21b,21cとは、互いにP/2だけずらして形成
されている。
一方、22はスライダ(一次側磁束発生部)であり、ロ
ーラ17,18とフレーム19とからなる支持機構20によって
スケール21の長手方向(図示に示す矢印M方向)へ移動
自在に支持されている。このスライダ22は、A相ブロッ
ク23とB相ブロック33とから構成されており、これらA
相ブロック23とB相ブロック33はフレーム19に取り付け
られることによって互いの位置関係が規定される。
A相ブロック23は、その移動方向Mへ4分割されたE
字状の分割鉄心24a〜24dと、該分割鉄心24a〜24dの各鉄
心24a,24b,24c,24dの間に、隣合うものの極性が互いに
逆方向(第3図参照)となるように各々挿入配置された
E字状の永久磁石25a〜25cと、分割鉄心24a〜24dの中央
部分に巻回されたA相コイル26とから構成されている。
この場合、分割鉄心24a〜24dは、歯部、21a,21b,21cが
形成されたピッチPに対応した間隔で分割されており、
歯部21a,21a,…と対向する中央部分がA相磁極27a〜27d
となり、歯部21b,21b,…および21c,21c,…と各々対向す
る両側部分が相磁極28a〜28dおよび29a〜29dとなって
いる。これにより、第3図に示すように、中央部のA相
磁極27aと27cが歯部21aと対向している状態において、
両側部の相磁極28b(29b)と28d(29d)が歯部21b(2
1c)と対向する位置関係となる。
また、B相ブロック33は、A相ブロック23と同様に、
分割鉄心34a〜34dと、該分割鉄心34a〜34dの各鉄心34a,
34b,34c,34dの間に各々挿入配置された永久磁石35a〜35
cと、分割鉄心34a〜34dの中央部分に巻回されたB相コ
イル36とから構成されており、分割鉄心34a〜34dは、上
記ピッチPに対応した間隔で分割され、歯部21aと対向
する中央部分がB相磁極37a〜37dとなり、歯部21b,21b
…および21c,21c…と対向する両側部分が相磁極38a〜
38dおよび39a〜39dとなる。そして、上記B相ブロック3
3は、A相ブロック23に対して、矢印M方向へP/4ずれた
状態でフレーム19を介して連結されており、これによ
り、B相磁極37a〜37dと歯部21a、および相磁極38a〜
38d(39a〜39d)と歯部21b(21c)の各々の位置関係
は、第3図に示す状態となる。
以上の構成において、A相コイル26および36に電流を
供給しない状態においては、第3図に点線で示すよう
に、永久磁石25a〜25cおよび35a〜35cによって生じた磁
束のみによってスケール21を巡る磁束ループが形成さ
れ、この状態で静止している。
ここで、A相コイル26とB相コイル36と一方に電流を
供給する1相励磁方式によってスライダ22を駆動する場
合の動作について第4図を参照して説明する。
第4図(a)に示す様に、A相ブロック23のA相コイ
ル26に対し、図に示す×印から・印の方向へ所定の電流
を流すと、分割鉄心24a〜24dには各A相磁極27a〜27dか
ら相磁極28a〜28dに向ってA相コイル26による起磁力
が発生し、この起磁力に伴う磁束と、永久磁石25a〜25c
によって生じた磁束が、A相磁極27b,27dおよび相磁
極28a,28cで互いに強め合い、A相磁極27a,27cおよび
相磁極28b,28dで互いに打ち消し合い、これにより、図
に点線φで示す如く、スケール21の歯部21aから鉄心2
4b,24cのA相磁極27b,27dに流入した磁束が、永久磁石2
5a〜25cに導かれて隣合う鉄心24a,24cに流入し、それら
の相磁極28a,28c(29a,29c)から、スケール21の歯部
21b(21c)に流入する主磁束ループが形成される。この
結果、A相磁極27b,27dと歯部21aとが対向し、相磁極
28a,28c(29a,29c)と歯部21b(21c)とが対向する位置
がが磁気的に安定した位置となる。
第4図(b)に示す様に、B相ブロック33のB相コイ
ル36に対し、図に示す×印から・印の方向へ所定の電流
を流すと、図に点線φで示す主磁束が発生し、この結
果、B相磁極37b,37dと歯部21aとが対向し、相磁極38
a,38c(39a,39c)と歯部21b(21c)とが対向する位置が
磁気的に安定した位置となる。
第4図(c)に示す様に、A相コイル26にと逆方向
へ所定の電流を流すと、図に点線φで示す主磁束が発
生し、この結果、A相磁極27a,27cとの歯部21とが対向
し、相磁極28b,28d(29b,29d)と歯部21b(21c)とが
対向する位置がが磁気的に安定した位置となる。
第4図(d)に示す様に、B相コイル36にと逆方向
へ所定の電流を流すと、図に点線φで示す主磁束が発
生し、この結果、B相磁極37a,37cと歯部21aとが対向
し、相磁極38b,38d(39b,39d)と歯部21b(21c)とが
対向する位置が磁気的に安定した位置となる。
以上の→→→の各励磁モードの順にパルス励
磁を繰り返すことによって、スライダ22が図面右方向、
すなわちA相ブロック23からB相ブロック33に向かう方
向へ移動し、→→→の各励磁モードの順にパル
ス励磁を繰り返すことによって、スライダ22が図面左方
向、すなわちB相ブロック33からA相ブロック23向かう
方向へ移動する。
ここで、A相コイル26とB相コイル36の両方に、常に
電流を供給する2相励磁方式によってスライダ22を駆動
する場合においては、第5図(a)〜(d)に示す順序
で、A相コイル26とB相コイル36に、図に示す×印から
・印の方向へ所定の電流を流せばよい。
次に、この発明の第2実施例である両面型のリニアパ
ルスモータに適用した場合の構成について第6図および
第7図を参照して説明する。これらの図において、43は
分割鉄心44a〜44hの各鉄心44a,44b,44c,44d,44e,44f,44
g,44hの間に永久磁石45a〜45gを各々挿入配置し、A相
コイル46を巻回して成るA相ブロックであり、53は、分
割鉄心54a〜54hの各鉄心54a,54b,54c,54d,54e,54f,54g,
54hの間に永久磁石55a〜55gを各々挿入配置し、B相コ
イル56を巻回して成るB相ブロックである。これらのA
相ブロック43とB相ブロック53は連結板60によって相互
に連結された状態で、スケール51の上下面と各々対向し
ている。そして、連結されたA相ブロック43とB相ブロ
ック53は、ローラ61とリテーナ62とからなるリニアベア
リング(クロスローラ・ベアリング)を介して、スケー
ル51の長手方向へ移動自在となっている。また、スケー
ル51の上面には、上述した第1実施例と同様に、その長
手方向に沿ってピッチPの間隔で中央部に歯部51a,51a,
…が形成され、また両側部に歯部51b,51b,…および歯部
51c,51c,…が各々形成されており、このスケール51の下
面にも同様の歯部が形成されている。ただし、スケール
51の上面の歯部に対して、下面の歯部は各々P/4ずらし
た位置関係となっており、これにより、A相ブロックは
43とB相ブロック53とは上下に一致した位置関係で連結
されておいる。なお、図において63はストッパ、64は調
整ネジである。上述した第2実施例において、A相ブロ
ック43の永久磁石45a〜45gの磁極N/Sの配列順序と、B
相ブロック53の永久磁石54a〜54gの磁極N/Sの配列順序
は、同じとしても、逆としてもどちらでも構わない。
なお、この発明は、上述した実施例に限定されること
なく、以下に挙げる種々の種々の変形が可能である。
上述した第1実施例において、永久磁石25a〜25cと35
a〜35cは分割鉄心全域に挿入配置する必要はなく、十分
な磁束が得られるのであれば、第8図に示すように、磁
極部分のみに方形状の永久磁石70を挿入する構造として
も構わない。この場合、各分割鉄心間の空隙に、例え
ば、非磁性体のステンレス板を挿入し、機械的強度を確
保するようにしても構わない。
第9図に示すように、分割鉄心をコ字状とし、コイル
71、72を巻回して2極形としてもよく、この場合、一次
側スケールの歯部の配置は第10図に示すようになる。さ
らに極数を増やして、例えば4極形としてもよい。
リニアパルスモータに限らず、回転型パルスモータと
してもしてもよい。この場合、第2図に示す構成から容
易に推考できるように、一次側のスライダ22と、二次側
のスケール21を共に円筒状に構成すればよい。
磁極ピッチは相対的なものであるので、一次側もしく
は二次側にいずれかをずらせば良く、例えば、上述した
第1実施例においては、A相と相(B相と相)を同
相とし、二次側のスケール21で半ピッチずらした歯部21
aと21b,21cを形成するようにしたが、これらスケール21
側の歯部を同相とし、スライダ22側の鉄心形状を工夫し
て、A相と相またはB相と相間を半ピッチ変位させ
るように構成してもよい。
第1実施例において、一次側のスライダ22に、二次側
のスケール21に対する相対移動量を検出するセンサを設
け、サーボモータとして駆動させることも勿論可能であ
る。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、一次側磁束
発生部を、二次側スケールとの相対移動方向に直交する
方向に並設されたある相とその反転する相の磁極を有
し、該並設された各磁極を前記相対移動方向に沿って前
記歯部の1/2ピッチよりも狭い幅で複数に分割し、その
各々を前記歯部の1/2ピッチ間隔に配列した分割鉄心
と、該分割鉄心の各鉄心間に、極性が互いに逆方向とな
るように各々挿入配設された複数の永久磁石と、前記分
割鉄心の周囲に巻回されたコイルとからなるブロック
を、前記相対移動方向に複数個配設してならしめ、ま
た、二次側スケールの歯部を、前記ある相の磁極とその
反転する相の磁極とに各々対向するように前記相対移動
方向に分けて設けられ、かつ、該分けて設けられた一方
の歯部を他方の歯部に対して1/2ピッチの長さ分ずらし
て形成したので、コイルに一定方向に電流を流した場
合、二次側スケールから、分割鉄心のある相の磁極に流
入した磁束が永久磁石を介して隣合う分割鉄心に流入
し、その分割鉄心の上記ある相に反転する相磁極から、
二次側スケールに流入する主磁束ループが形成され、こ
れにより、二次側スケールと対向する各磁極の総面積を
推力発生用に有効に利用することができ、従来の2倍の
推力が得られ、例えば、産業用ロボットなどのように比
較的大きな推力が要求されるFA機器にも十分に適用する
ことが可能になるという効果が得られ、さらに、上記の
ある相とその反転する相の磁極を一次側磁束発生部と二
次側スケールとの相対移動方向に対して直交する方向に
並設し、また、二次側スケールに形成された歯部を、あ
る相の磁極とその反転する相の磁極とに個々に対向する
よう上記相対移動方向に沿って分けて設け、かつ、分け
て設けられた一方の歯部を他方の歯部に対して1/2ピッ
チの長さ分ずらして形成したことにより、分割鉄心の形
状を例えばE字状やコ字状にすることができるので、構
成の簡素化が図られ、製造が容易となり、充分な剛性強
度が得られるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1実施例によるリニアパルスモー
タの全体構成を示す分解斜視図、第2図は同リニアパル
スモータの要部の構成を示す一部切欠斜視図、第3図は
同リニアパルスモータの静止時における磁束経路を説明
するための図、第4図(a)〜(d)は同リニアパルス
モータを1相励磁方式によって駆動した場合の動作を説
明するための図、第5図(a)〜(d)は同リニアパル
スモータを2相励磁方式によって駆動した場合の動作を
説明するための図、第6図および第7図はこの発明の第
2実施例による両面型のリニアパルスモータの構成を示
す一部切欠正面図および一部切欠側面図、第8図〜第10
図はこの発明の他の変形例を説明するための図、第11図
は従来のリニアパルスモータの磁気回路構成を示す図、
第12図(a)〜(d)は同リニアパルスモータを2相励
磁方式によって駆動した場合の動作を説明すための図で
ある。 21(51)……スケール、 21a,21b,21c(51a,51b,51c)……歯部、 22……スライダ、 23(43)……A相ブロック、 24a〜24d(44a〜44h)……分割鉄心、 25a〜25c(45a〜45g)……永久磁石、 26(46)……A相コイル、 27a〜27d……A相磁極、 28a〜28d,29a〜29d……相磁極、 33(53)……B相ブロック、 34a〜34d(54a〜54h)……分割鉄心、 35a〜35c(55a〜55g)……永久磁石、 36(56)……B相コイル、 37a〜37d……B相磁極、 38a〜38d,39a〜39d……相磁極。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】特定方向に沿って1ピッチの等間隔に歯部
    が形成された二次側スケールと、前記二次側スケールに
    対して前記特定方向へ移動自在に支持された一次側磁束
    発生部とからなり、前記一次側磁束発生部の各磁極と前
    記二次側スケールの各歯部との間に形成された各間隙に
    順次磁束を発生させることにより、前記一次側磁束発生
    部を二次側スケールに対して相対移動させるパルスモー
    タにおいて、 前記一次側磁束発生部は、 前記特定方向に直交する方向に並設されたある相とその
    反転する相の磁極を有し、該並設された各磁極を前記特
    定方向に沿って前記歯部の1/2ピッチよりも狭い幅で複
    数に分割し、その各々を前記歯部の1/2ピッチ間隔に配
    列した分割鉄心と、 該分割鉄心の各鉄心間に、極性が互いに逆方向となるよ
    うに各々挿入配設された複数の永久磁石と、 前記分割鉄心の周囲に巻回されたコイルと からなるブロックを、前記特定方向に複数個配設してな
    り、 前記二次側スケールの歯部は、 前記ある相の磁極とその反転する相の磁極とに各々対向
    するよう前記特定方向に分けて設けられ、かつ、該分け
    て設けられた一方の歯部を他方の歯部に対して1/2ピッ
    チの長さ分ずらして形成されていることを特徴とするパ
    ルスモータ。
  2. 【請求項2】前記二次側スケールの両面に前記歯部を各
    々形成すると共に、前記各面の歯部と各々対向する一対
    の一次側磁束発生部を設け、これらの一次側磁束発生部
    は、互いに連結され、かつ前記二次側スケールに対して
    前記特定方向へ移動自在に支持されることを特徴とする
    請求項1記載のパルスモータ。
  3. 【請求項3】前記分割鉄心群の磁極部分にのみ、前記永
    久磁石を挿入配置したことを特徴とする請求項1記載の
    パルスモータ。
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