JP3687867B2 - Single pole linear DC motor - Google Patents

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JP3687867B2
JP3687867B2 JP05365196A JP5365196A JP3687867B2 JP 3687867 B2 JP3687867 B2 JP 3687867B2 JP 05365196 A JP05365196 A JP 05365196A JP 5365196 A JP5365196 A JP 5365196A JP 3687867 B2 JP3687867 B2 JP 3687867B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種OA機器、各種光学機器および各種測定機器等において、振動および推力変動を嫌う各種移動部の駆動の用に供され、脈動の無い推力の発生、大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を可能とする単極形リニア直流モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の単極形リニア直流モータの構造および動作を、図1および図2に示す断面図と、図3および図4に示す推力特性図とにより説明する。
【0003】
図1に示す従来の単極形リニア直流モータは、二つの閉磁路を形成する固定子1と、固定子1の一部に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12よりなる可動子11とにより構成され、脈動の無い推力の発生、可動子11の小型化、可動子11の軽量化および変動の少ない推力の発生を可能とする特徴を有するものである。
【0004】
固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2および第2のヨーク3のそれぞれの両端部を機械的かつ磁気的に接続する一組の第3のヨーク4a、4bと、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面にS極の極性を有する磁極面が固着される平板状をなす永久磁石5とを主に構成され、第1のヨーク2、第2のヨーク3、永久磁石5および一組の第3のヨーク4a、4bのそれぞれの相対面は空間21を構成する。
【0005】
固定子1は、永久磁石5のN極の極性を有する磁極面の矢印A方向の端部から中央部までの範囲より、空間21の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、第1のヨーク2の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、第3のヨーク4a、第2のヨーク3の矢印A方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石5の矢印A方向の端部から中央部までのS極の極性を有する磁極面に至る第1の閉磁路31と、永久磁石5のN極の極性を有する磁極面の矢印B方向の端部から中央部までの範囲より、空間21の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、第1のヨーク2の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、第3のヨーク4b、第2のヨーク3の矢印B方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石5の矢印B方向の端部から中央部までのS極の極性を有する磁極面に至る第2の閉磁路32とを形成する。
【0006】
可動子11は、第1のヨーク2の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間21内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置され、第1の巻線12に図示の方向に所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12に図示と異なる方向に前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0007】
図2に示す従来の単極形リニア直流モータは、二つの閉磁路を形成する固定子1と、固定子1の一部に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12よりなる可動子11とにより構成され、脈動の無い推力の発生、固定子1の小型化、固定子1の軽量化および低価格化を可能とする特徴を有するものである。
【0008】
固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2の第2のヨーク3への相対面の両端部にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面の両端部にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される一組の永久磁石6a、6bとを主に構成され、第1のヨーク2、第2のヨーク3および一組の永久磁石6a、6bのそれぞれの相対面は空間22を構成する。
【0009】
固定子1は、永久磁石6aのN極の極性を有する磁極面より、第1のヨーク2の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、空間22の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、第2のヨーク3の矢印A方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石6aのS極の極性を有する磁極面に至る第1の閉磁路31と、永久磁石6bのN極の極性を有する磁極面より、第1のヨーク2の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、空間22の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、第2のヨーク3の矢印B方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石6bのS極の極性を有する磁極面に至る第2の閉磁路32とを形成する。
【0010】
可動子11は、第2のヨーク3の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間22内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置され、第1の巻線12に図示の方向に所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12に図示と異なる方向に前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0011】
図3は、図1に示す従来の単極形リニア直流モータのストロークx[mm]を100[mm]に設定した際の推力特性図であり、図4は、図2に示す従来の単極形リニア直流モータのストロークx[mm]を100[mm]に設定した際の推力特性図である。
【0012】
図3および図4に示す推力特性図において、曲線Aは可動子11を構成する第1の巻線12に5[W]の電力を供給した際の推力特性を示し、曲線Bは可動子11を構成する第1の巻線12に20[W]の電力を供給した際の推力特性を示し、曲線Cは可動子11を構成する第1の巻線12に45[W]の電力を供給した際の推力特性を示す。即ち、曲線Aは第1の巻線12にI[A]の電流を流した際の推力特性であり、曲線Bは第1の巻線12に2×I[A]の電流を流した際の推力特性であり、曲線Cは第1の巻線12に3×I[A]の電流を流した際の推力特性である。
【0013】
一般に、従来の単極形リニア直流モータの推力は、第1の巻線12に鎖交する第1の閉磁路31を流れる磁束あるいは第1の巻線12に鎖交する第2の閉磁路32を流れる磁束、即ち、空間21、22内の第1の閉磁路31が形成される範囲の磁界あるいは空間21、22内の第2の閉磁路32が形成される範囲の磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12に流れる電流とに比例して増加する。
【0014】
従来の単極形リニア直流モータの大推力化は、第1の巻線12に鎖交する磁束の増加、第1の巻線12の巻数の増加あるいは第1の巻線12に流れる電流の増加により可能になる。しかし、第1の巻線12に鎖交する磁束の増加は、固定子1の大型化、固定子1の重量化および高価格化等の欠点を有し、第1の巻線12の巻数の増加は、可動子11の大型化、可動子11の重量化および応答性の悪化等の欠点を有するため、第1の巻線12に流れる電流の増加により対処されている。
【0015】
可動子11を構成する第1の巻線12に流れる電流の増加は、第1の巻線12の周囲に発生する磁界の傾斜を大きくし、固定子1が空間21内あるいは空間22内に形成する磁界の分布に傾斜を与え、図3および図4に示す推力特性の曲線Bおよび曲線Cに示すように、全ストロークに対する推力変動を大きくするという問題点を有するものである。
【0016】
従来の単極形リニア直流モータのロング・ストローク化は、第1のヨーク2、第2のヨーク3および第3のヨーク4a、4bの体積の増加と、永久磁石5、6a、6bの体積の増加とにより可能になる。しかし、固定子1の大型化、固定子1の重量化、高価格化および漏洩磁束の増加等の欠点を有し、漏洩磁束の増加に伴い第1の巻線12を鎖交する磁束が減少し、推力が減少するという問題点を有するものである。
【0017】
更に、固定子1の形成する第1の閉磁路31および第2の閉磁路32が固定子1の両端部へ集中し、空間21内あるいは空間22内の中央部における磁界を減少させ、第1の巻線に鎖交する磁束を減少させる。即ち、可動子11が空間21あるいは空間22の中央部に位置した際、推力が極めて小さくなるという欠点を有するものである。
【0018】
一般に、単極形リニア直流モータは、脈動の無い推力を発生し得る唯一のリニア・モータであり、可動子の軽量化を可能とする優れた応答性を有するリニア・モータであり、各種位置検出装置を装着してサーボ制御することにより推力および速度の広範囲の制御と停止位置の高精度の制御とを可能とし、振動および推力変動を嫌う負荷と広範囲の速度での運転を必要とする負荷とに対応し得る唯一のリニア・アクチュエータである。
【0019】
図1に示す従来の単極形リニア直流モータは、可動子11の小型化、可動子11の軽量化および変動の少ない推力の発生を可能とする反面、大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を困難とする問題点を有するものであり、図2に示す従来の単極形リニア直流モータは、固定子1の小型化、固定子1の軽量化および低価格化を可能とする反面、大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を困難とする問題点を有するものである。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、従来の単極形リニア直流モータの大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を実現することが困難である点である。
【0021】
【課題を解決するための手段】
従来の単極形リニア直流モータの固定子1が構成する空間21あるいは空間22の中央部から一方の端部までの範囲を構成する固定子1の構成部材に第2の巻線と、固定子1が構成する空間21あるいは空間22の中央部から他方の端部までの範囲を構成する固定子1の構成部材に第3の巻線とを、それぞれ巻装することを最も主要な特徴とし、大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少という目的を極めて簡単に実現した。
【0022】
【実施例】
次に、図5、図8および図11ないし図16に示す実施例と、図6および図9に示す磁界分布図と、図7および図10に示す推力特性図とに基づいて、本発明の単極形リニア直流モータの構造および動作を説明する。
【0023】
図5は、本発明の単極形リニア直流モータの第1の実施例の構造説明を目的とした断面図である。(特許請求の範囲の請求項3に記載の単極形リニア直流モータの実施例である。)
【0024】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2および第2のヨーク3のそれぞれの両端部を機械的かつ磁気的に接続する一組の第3のヨーク4a、4bと、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面にS極の極性を有する磁極面が固着される平板状をなす永久磁石5と、空間21の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第2の巻線7と、空間21の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第3の巻線8とを主に構成される。
【0025】
尚、空間21は、第1のヨーク2、第2のヨーク3、永久磁石5および一組の第3のヨーク4a、4bのそれぞれの相対面により構成される。
【0026】
固定子1は、永久磁石5のN極の極性を有する磁極面の矢印A方向の端部から中央部までの範囲より、空間21の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、空間21内に位置する第2の巻線7、第1のヨーク2の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、第3のヨーク4a、第2のヨーク3の矢印A方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石5のS極の極性を有する磁極面の矢印A方向の端部から中央部までの範囲に至る第1の閉磁路31と、永久磁石5のN極の極性を有する磁極面の矢印B方向の端部から中央部までの範囲より、空間21の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、空間21内に位置する第3の巻線8、第1のヨーク2の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、第3のヨーク4b、第2のヨーク3の矢印B方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石5のS極の極性を有する磁極面の矢印B方向の端部から中央部までの範囲に至る第2の閉磁路32とを形成する。
【0027】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第2のヨーク3および永久磁石5の周囲にそれぞれ所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間21内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。
【0028】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第1の閉磁路31を流れる磁束あるいは第2の閉磁路32を流れる磁束、即ち、空間21内の第1の閉磁路31が形成される範囲の磁界あるいは空間21内の第2の閉磁路32が形成される範囲の磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0029】
図6は、図5に示す本発明の単極形リニア直流モータの動作原理説明を目的とした磁界分布図である。
【0030】
直線Aは、永久磁石5により空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、磁界が空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部まで、Hg[A/m]にて一様に分布する状態を示す。
【0031】
直線Bは、空間21内に直線Aにより示される磁界Hg[A/m]が存在せず、第2の巻線7および第3の巻線8に図5に示す方向にそれぞれ所定の電流を流した際、空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、磁界が−Hb[A/m]からHc[A/m]まで所定の傾斜をもって増加する状態を示す。
【0032】
通常、第2の巻線7の巻数および巻線抵抗等の巻線仕様と、第3の巻線8の巻数および巻線抵抗等の巻線仕様とは同一に構成され、磁界−Hb[A/m]および磁界Hc[A/m]の大きさは等しく形成される。
【0033】
直線Cは、空間21内に直線Aおよび直線Bにより示される磁界が存在せず、可動子11を構成する第1の巻線12に図5に示す方向に所定の電流を流し、可動子11を空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部まで外力により移動させた際、空間21内に位置する第1の巻線12の周囲の所定の位置に形成される磁界の分布を示し、磁界がHd[A/m]から−Ha[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態を示す。
【0034】
通常、磁界Hd[A/m]および磁界−Ha[A/m]の大きさは等しく形成される。尚、第1の巻線12に流す電流は、図1に示す従来の単極形リニア直流モータに図3に示す推力特性図の曲線Bあるいは曲線Cで示す推力特性を与える大きさである
【0035】
直線Dは、空間21内に直線Aで示す磁界が分布し、空間21内に直線Cで示す磁界を形成する所定の電流を第1の巻線12に流し、可動子11が空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部まで全ストローク移動した際、空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、磁界がHi[A/m]からHe[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態を示す。
【0036】
空間21の矢印B方向の端部の磁界Hi[A/m]および空間21の矢印A方向の端部の磁界He[A/m]は数式1により現される。
【0037】
直線Eは、空間21内に直線Aおよび直線Bで示す磁界が分布し、空間21内に直線Cで示す磁界を形成する所定の電流を第1の巻線12に流し、可動子11が空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部まで全ストローク移動した際、空間21の矢印B方向の端部から空間21の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、磁界がHh[A/m]からHf[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態を示す。
【0038】
直線Eは、直線Dで分布する磁界と直線Bで分布する磁界とを合成したものであり、空間21の矢印B方向の端部の磁界Hh[A/m]および空間21の矢印A方向の端部の磁界Hf[A/m]は数式2により現される。
【0039】
【数1】

Figure 0003687867
【0040】
【数2】
Figure 0003687867
【0041】
直線Dは、図1に示す従来の単極形リニア直流モータの空間21内の推力の発生に関与する磁界の分布を示すものであり、直線Eは、図5に示す本発明の単極形リニア直流モータの空間21内の推力の発生に関与する磁界の分布を示すものである。
【0042】
図5に示す本発明の単極形リニア直流モータは、図6に示す磁界分布図において、磁界−Hb[A/m]および磁界Hd[A/m]の大きさを等しく設定し、磁界Hc[A/m]および磁界−Ha[A/m]の大きさを等しく設定した際、数式2に示すように、磁界Hh[A/m]および磁界Hf[A/m]の大きさは、磁界Hg[A/m]の大きさと等しくなり、直線Eは直線Aにより現される。即ち、全ストロークに対して変動の無い磁界が空間21内に形成される。
【0043】
図7は、図5に示す本発明の単極形リニア直流モータの推力特性図であり、直線Aおよび曲線Bは、ストロークx[mm]を100[mm]に設定した際の推力特性を示し、曲線Cは、図3に示す従来の単極形リニア直流モータの推力特性図の曲線Cを示す。
【0044】
曲線Cは、図6の磁界分布図に示す直線Dに対応するものであり、曲線Bは、図6の磁界分布図に示す直線Eに対応するものである。直線Aは、図6の磁界分布図において、磁界−Hb[A/m]および磁界Hd[A/m]の大きさを等しく設定し、磁界Hc[A/m]および磁界−Ha[A/m]の大きさを等しく設定した際の図6の磁界分布図に示す直線Aに対応するものである。即ち、本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータに対して、全ストロークに対する推力変動の減少を可能とするものである。更に、変動の無い推力の発生を可能とするものである。全ストロークに対する推力変動の減少は、大推力化およびロング・ストローク化を可能とするものである。
【0045】
図8は、本発明の単極形リニア直流モータの第2の実施例の構造説明を目的とした断面図である。(特許請求の範囲の請求項5に記載の単極形リニア直流モータの実施例である。)
【0046】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2の第2のヨーク3への相対面の両端部にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面の両端部にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される一組の永久磁石6a、6bと、空間22の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第2の巻線7と、空間22の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第3の巻線8とを主に構成される。
【0047】
尚、空間22は、第1のヨーク2、第2のヨーク3および一組の永久磁石6a、6bのそれぞれの相対面により構成される。
【0048】
固定子1は、永久磁石6aのN極の極性を有する磁極面より、第1のヨーク2の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、空間22内に位置する第2の巻線7、空間22の矢印A方向の端部から中央部までの範囲、第2のヨーク3の矢印A方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石6aのS極の極性を有する磁極面に至る第1の閉磁路31と、永久磁石6bのN極の極性を有する磁極面より、第1のヨーク2の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、空間22内に位置する第3の巻線8、空間22の矢印B方向の端部から中央部までの範囲、第2のヨーク3の矢印B方向の端部から中央部までの範囲を介して永久磁石6bのS極の極性を有する磁極面に至る第2の閉磁路32とを形成する。
【0049】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第2のヨーク3の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間22内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。
【0050】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第1の閉磁路31を流れる磁束あるいは第2の閉磁路32を流れる磁束、即ち、空間22内の第1の閉磁路31が形成される範囲の磁界あるいは空間22内の第2の閉磁路32が形成される範囲の磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0051】
図9は、図8に示す本発明の単極形リニア直流モータの動作原理説明を目的とした磁界分布図である。
【0052】
屈曲線Aは、永久磁石6aおよび永久磁石6bにより空間22の矢印B方向の端部から空間22の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、空間22の矢印B方向の端部からストロークxa[mm]までの範囲の磁界が、Hga[A/m]からHg[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態と、ストロークxa[mm]からストロークxb[mm]までの範囲の磁界が、Hg[A/m]にて一様に分布する状態と、ストロークxb[mm]から空間22の矢印A方向の端部までの範囲の磁界が、Hg[A/m]からHgb[A/m]まで所定の傾斜をもって増加する状態とを示す。
【0053】
通常、永久磁石6aの体積およびエネルギー積等の仕様と、永久磁石6bの体積およびエネルギー積等の仕様とは同一に構成され、磁界Hga[A/m]および磁界Hgb[A/m]の大きさは等しく形成される。
【0054】
直線Bは、空間22内に屈曲線Aにより示される磁界が存在せず、第2の巻線7および第3の巻線8に図8に示す方向にそれぞれ所定の電流を流した際、空間22の矢印B方向の端部から空間22の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、磁界が−Hb[A/m]からHc[A/m]まで所定の傾斜をもって増加する状態を示す。
【0055】
通常、第2の巻線7の巻数および巻線抵抗等の巻線仕様と、第3の巻線8の巻数および巻線抵抗等の巻線仕様とは同一に構成され、磁界−Hb[A/m]および磁界Hc[A/m]の大きさは等しく形成される。
【0056】
直線Cは、空間22内に屈曲線Aおよび直線Bにより示される磁界が存在せず、可動子11を構成する第1の巻線12に図8に示す方向に所定の電流を流し、可動子11を空間22の矢印B方向の端部から空間22の矢印A方向の端部まで外力により移動させた際、空間22内に位置する第1の巻線12の周囲の所定の位置に形成される磁界の分布を示し、磁界がHd[A/m]から−Ha[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態を示す。
【0057】
通常、磁界Hd[A/m]および磁界−Ha[A/m]の大きさは等しく形成される。尚、第1の巻線12に流す電流は、図2に示す従来の単極形リニア直流モータに図4に示す推力特性図の曲線Bあるいは曲線Cで示す推力特性を与える大きさである
【0058】
屈曲線Dは、空間22内に屈曲線Aで示す磁界が分布し、空間22内に直線Cで示す磁界を形成する所定の電流を第1の巻線12に流し、可動子11が空間22の矢印B方向の端部から空間22の矢印A方向の端部まで全ストローク移動した際、空間22の矢印B方向の端部から空間22の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、空間22の矢印B方向の端部からストロークxa[mm]までの範囲の磁界が、Hi[A/m]からHia[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態と、ストロークxa[mm]からストロークxb[mm]までの範囲の磁界が、Hia[A/m]からHib[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態と、ストロークxb[mm]から空間22の矢印A方向の端部までの範囲の磁界が、Hib[A/m]からHe[A/m]まで所定の傾斜をもって増加する状態とを示す。
【0059】
空間22の矢印B方向の端部の磁界Hi[A/m]、ストロークxa[mm]の磁界Hia[A/m]、ストロークxb[mm]の磁界Hib[A/m]および空間22の矢印A方向の端部の磁界He[A/m]は数式3により現される。
【0060】
屈曲線Eは、空間22内に屈曲線Aおよび直線Bで示す磁界が分布し、空間22内に直線Cで示す磁界を形成する所定の電流を第1の巻線12に流し、可動子11が空間22の矢印B方向の端部から空間22の矢印A方向の端部まで全ストローク移動した際、空間22の矢印B方向の端部から空間22の矢印A方向の端部までの範囲に形成される磁界の分布を示し、空間22の矢印B方向の端部からストロークxa[mm]までの範囲の磁界が、Hh[A/m]からHha[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態と、ストロークxa[mm]からストロークxb[mm]までの範囲の磁界が、Hha[A/m]からHhb[A/m]まで所定の傾斜をもって減少する状態と、ストロークxb[mm]から空間22の矢印A方向の端部までの範囲の磁界が、Hhb[A/m]からHf[A/m]まで所定の傾斜をもって増加する状態とを示す。
【0061】
屈曲線Eは、屈曲線Dで分布する磁界と直線Bで分布する磁界とを合成したものであり、空間22の矢印B方向の端部の磁界Hh[A/m]、ストロークxa[mm]の磁界Hha[A/m]、ストロークxb[mm]の磁界Hhb[A/m]および空間22の矢印A方向の端部の磁界Hf[A/m]は数式4により現される。
【0062】
【数3】
Figure 0003687867
【0063】
【数4】
Figure 0003687867
【0064】
屈曲線Dは、図2に示す従来の単極形リニア直流モータの空間22内の推力の発生に関与する磁界の分布を示すものであり、屈曲線Eは、図8に示す本発明の単極形リニア直流モータの空間22内の推力の発生に関与する磁界の分布を示すものである。
【0065】
図8に示す本発明の単極形リニア直流モータは、図9に示す磁界分布図において、磁界−Hb[A/m]および磁界Hd[A/m]の大きさを等しく設定し、磁界Hc[A/m]および磁界−Ha[A/m]の大きさを等しく設定した際、数式4に示すように、磁界Hh[A/m]の大きさは、磁界Hga[A/m]の大きさと等しくなり、磁界Hha[A/m]および磁界Hhb[A/m]の大きさは、磁界Hg[A/m]の大きさと等しくなり、磁界He[A/m]の大きさは、磁界Hgb[A/m]の大きさと等しくなり、屈曲線Eは屈曲線Aにより現される。即ち、ストロークxa[mm]からストロークxb[mm]までの範囲に変動の無い磁界が形成される。
【0066】
図10は、図8に示す本発明の単極形リニア直流モータの推力特性図であり、曲線Aおよび曲線Bは、ストロークx[mm]を100[mm]に設定した際の推力特性を示し、曲線Cは、図4に示す従来の単極形リニア直流モータの推力特性の曲線Cを示す。
【0067】
曲線Cは、図9の磁界分布図に示す屈曲線Dに対応するものであり、曲線Bは、図9の磁界分布図に示す屈曲線Eに対応するものである。曲線Aは、図9の磁界分布図において、磁界−Hb[A/m]および磁界Hd[A/m]の大きさを等しく設定し、磁界Hc[A/m]および磁界−Ha[A/m]の大きさを等しく設定した際の図9の磁界分布図に示す屈曲線Aに対応するものである。即ち、本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータに対して、全ストロークに対する推力変動の減少を可能とするものである。更に、本発明の単極形リニア直流モータは、変動の無い推力の発生を可能とするものである。
【0068】
図11は、本発明の単極形リニア直流モータの第3の実施例の構造説明を目的とした断面図である。(特許請求の範囲の請求項6に記載の単極形リニア直流モータの実施例である。)
【0069】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2の第2のヨーク3への相対面の両端部にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面の両端部にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される一組の永久磁石6a、6bと、空間22の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第2の巻線7と、空間22の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第3の巻線8とを主に構成される。
【0070】
尚、空間22は、第1のヨーク2、第2のヨーク3および永久磁石6a、6bのそれぞれの相対面により構成される。
【0071】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第1のヨーク2に巻装された第2の巻線7あるいは第3の巻線8の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間22内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。
【0072】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、空間22内に形成される磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0073】
図12は、本発明の単極形リニア直流モータの第4の実施例の構造説明を目的とした断面図である。(特許請求の範囲の請求項2に記載の単極形リニア直流モータの実施例である。)
【0074】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2および第2のヨーク3のそれぞれの両端部を機械的かつ磁気的に接続する一組の第3のヨーク4a、4bと、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面にS極の極性を有する磁極面が固着される平板状をなす永久磁石5と、空間21の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第2の巻線7と、空間21の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2に巻装される第3の巻線8とを主に構成される。
【0075】
尚、空間21は、第1のヨーク2、第2のヨーク3、永久磁石5および一組の第3のヨーク4a、4bのそれぞれの相対面により構成される。
【0076】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第1のヨーク2に巻装された第2の巻線7あるいは第3の巻線8の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間21内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。
【0077】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、空間21内に形成される磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0078】
図13は、本発明の単極形リニア直流モータの第5の実施例の構造説明を目的とした断面図である。(特許請求の範囲の請求項1に記載の単極形リニア直流モータの実施例である。)
【0079】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2および第2のヨーク3のそれぞれの両端部を機械的かつ磁気的に接続する一組の第3のヨーク4a、4bと、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面にS極の極性を有する磁極面が固着される平板状をなす永久磁石5と、空間21の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第2のヨーク3および永久磁石5に巻装される第2の巻線7と、空間21の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第2のヨーク3および永久磁石5に巻装される第3の巻線8とを主に構成される。
【0080】
尚、空間21は、第1のヨーク2、第2のヨーク3、永久磁石5および一組の第3のヨーク4a、4bのそれぞれの相対面により構成される。
【0081】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第1のヨーク2の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間21内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。
【0082】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、空間21内に形成される磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0083】
図14は、本発明の単極形リニア直流モータの第6の実施例の構造説明を目的とした断面図である。(特許請求の範囲の請求項4に記載の単極形リニア直流モータの実施例である。)
【0084】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第1のヨーク2および平板状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2および第2のヨーク3のそれぞれの両端部を機械的かつ磁気的に接続する一組の第3のヨーク4a、4bと、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面にS極の極性を有する磁極面が固着される平板状をなす永久磁石5と、空間21の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第2のヨーク3および永久磁石5に巻装される第2の巻線7と、空間21の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第2のヨーク3および永久磁石5に巻装される第3の巻線8とを主に構成される。
【0085】
尚、空間21は、第1のヨーク2、第2のヨーク3、永久磁石5および一組の第3のヨーク4a、4bのそれぞれの相対面により構成される。
【0086】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第2のヨーク3および永久磁石5に巻装された第2の巻線7あるいは第3の巻線8の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間21内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。
【0087】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、空間21内に形成される磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0088】
図15は、本発明の単極形リニア直流モータの第7の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【0089】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、平板状をなす第2のヨーク3と、第2のヨーク3にそれぞれ所定の距離を隔て相対して配置される一組の第1のヨーク2a、2bと、第1のヨーク2aおよび第1のヨーク2bの第2のヨーク3へのそれぞれの相対面の両端部にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク3の第1のヨーク2aおよび第1のヨーク2bへのそれぞれの相対面の両端部にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される一組の永久磁石6a、6b、6c、6dと、空間22aの中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2aに巻装される第2の巻線7aと、空間22aの中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2aに巻装される第3の巻線8aと、空間22bの中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2bに巻装される第2の巻線7bと、空間22bの中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1のヨーク2bに巻装される第3の巻線8bとを主に構成される。
【0090】
尚、空間22aは、第2のヨーク3、第1のヨーク2aおよび永久磁石6a、6bのそれぞれの相対面により構成され、空間22bは、第2のヨーク3、第1のヨーク2bおよび永久磁石6c、6dのそれぞれの相対面により構成される。
【0091】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第2のヨーク3の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間22a内および空間22b内を矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。
【0092】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7a、7bおよび第3の巻線8a、8bに図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、空間22a内に形成される磁界および空間22b内に形成される磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7a、7bおよび第3の巻線8a、8bに図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0093】
図16は、本発明の単極形リニア直流モータの第8の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【0094】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子1は、所定の距離を隔て同軸円筒状に配置される円筒状をなす第1のヨーク2および円筒状をなす第2のヨーク3と、第1のヨーク2の第2のヨーク3への相対面の両端部にN極の極性を有する磁極面が固着され、第2のヨーク3の第1のヨーク2への相対面の両端部にS極の極性を有する磁極面が固着される円筒状をなす一組の永久磁石6a、6bと、空間22の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第2のヨーク3に巻装される第2の巻線7と、空間22の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第2のヨーク3に巻装される第3の巻線8とを主に構成される。
【0095】
尚、空間22は、第1のヨーク2、第2のヨーク3および一組の永久磁石6a、6bのそれぞれの相対面により構成される。
【0096】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子11は、第2のヨーク3に巻装された第2の巻線7あるいは第3の巻線8の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第1の巻線12を主に構成され、空間22内を、矢印A方向および矢印B方向に円滑に移動し得る構造に配置される。矢印A方向の端部から矢印B方向の端部まで空間22内を移動する可動子11の推力は、固定子1を構成する第1のヨーク2に設けられた開口を介して外部に伝達される。
【0097】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、空間22内に形成される磁界と、第1の巻線12の巻数と、第1の巻線12を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印A方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8に図示と異なる方向にそれぞれ前記所定の電流を流すことにより前記所定の推力をもって矢印B方向に移動する。
【0098】
図11、図12および図14に示す本発明の単極形リニア直流モータは、第1の巻線12、第2の巻線7および第3の巻線8を第1のヨーク2あるいは第2のヨーク3のどちらか一方に巻装することにより、薄型化および小型化を可能とするものであり、各種装置等への搭載および設置を容易にするものである。
【0099】
図15に示す本発明の単極形リニア直流モータは、図8に示す本発明の単極形リニア直流モータの大推力化に際し、可動子11の小型化および軽量化と、可動子11の小型化および軽量化に伴う応答性の向上とを可能とするものであり、図5および図11ないし図14に示す本発明の単極形リニア直流モータにおいても同様に構成し得るものである。
【0100】
図16に示す本発明の単極形リニア直流モータは、図11に示す本発明の単極形リニア直流モータの大推力化に際し、ロング・ストローク化と、固定子1の漏洩磁束の減少と、漏洩磁束の減少に伴う推力の発生に関与する磁束の増加と、推力の発生に関与する磁束の増加に伴う推力の増加と、固定子1を構成する永久磁石6a、6b、第1のヨーク2および第2のヨーク3の体積の減少と、固定子1の体積の減少に伴う小型化および軽量化とを可能とするものであり、図12および図14に示す本発明の単極形リニア直流モータにおいても同様に構成し得るものである。
【0101】
一般に、本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータの大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を実現させるために、第2の巻線7、7a、7bの巻数および巻線抵抗等の巻線仕様と、第3の巻線8、8a、8bの巻数および巻線抵抗等の巻線仕様とを同一に構成する。しかし、第2の巻線7、7a、7bの巻線仕様あるいは流れる電流の大きさと、第3の巻線8、8a、8bの巻線仕様あるいは流れる電流の大きさとを、それぞれ変化させることにより、その使用目的にあわせた推力特性を容易に設定し得るものである
【0104】
図5および図12ないし図14に示す本発明の単極形リニア直流モータのロング・ストローク化に際し、固定子1を構成する第1の永久磁石5は、組立、製造および着磁等の理由により複数の永久磁石片のそれぞれ同一の極性を有する磁極面を隣接させ、第1のヨーク2あるいは第2のヨーク3の一部に固着して構成され、低価格化および組立の簡略化等を目的とする際には、複数の永久磁石片のそれぞれ同一の極性を有する磁極面を所定の距離を隔て列設し、第1のヨーク2あるいは第2のヨーク3の一部に固着し構成される。
【0105】
図8、図11、図15および図16に示す本発明の単極形リニア直流モータの固定子1を構成する永久磁石6a、6b、6c、6dは、製造、着磁および価格等の理由により複数の永久磁石片をそれぞれ異なる極性を有する磁極面が相対するように積層して構成され、空間22、22a、22bの容積、空間22、22a、22b内に形成される磁界あるいは固定子1を構成する各種ヨークの体積に規制がある際には、所定数の永久磁石片と所定数の磁性体片とを積層して構成される。
【0106】
本発明の単極形リニア直流モータにおいて、第1のヨーク2、2a、2b、第2のヨーク3、第3のヨーク4a、4bは、電磁軟鉄、構造用圧延鋼あるいは炭素鋼等の優れた磁気特性を有する金属により構成される。第1の巻線12、第2の巻線7、7a、7bおよび第3の巻線8、8a、8bは、巻枠に所定の径を有する素線を所定数巻いて構成されるが、小型化および軽量化を図る際には自己融着線により構成され巻枠が不要となる。
【0107】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータの大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を実現することを可能とするものである。従来の単極形リニア直流モータでは実現不可能であった、推力変動の増加を伴わない大推力化および推力変動の増加を伴わないロング・ストローク化を可能とするものであり、更に、変動の無い推力の発生を可能とするものである。大推力化に伴い可動子11の小型化および可動子11の軽量化が可能となり、可動子11の小型化に伴いストロークが増加し、可動子11の軽量化に伴い応答性が向上する効果がある。ロング・ストローク化に伴い固定子1の小型化、固定子1軽量化および低価格化が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の単極形リニア直流モータの断面図である。
【図2】従来の単極形リニア直流モータの断面図である。
【図3】図1に示す従来の単極形リニア直流モータの推力特性図である。
【図4】図2に示す従来の単極形リニア直流モータの推力特性図である。
【図5】本発明の単極形リニア直流モータの第1の実施例の断面図である。
【図6】本発明の単極形リニア直流モータの第1の実施例の磁界分布図である。
【図7】本発明の単極形リニア直流モータの第1の実施例の推力特性図である。
【図8】本発明の単極形リニア直流モータの第2の実施例の断面図である。
【図9】本発明の単極形リニア直流モータの第2の実施例の磁界分布図である。
【図10】本発明の単極形リニア直流モータの第2の実施例の推力特性図である。
【図11】本発明の単極形リニア直流モータの第3の実施例の断面図である。
【図12】本発明の単極形リニア直流モータの第4の実施例の断面図である。
【図13】本発明の単極形リニア直流モータの第5の実施例の断面図である。
【図14】本発明の単極形リニア直流モータの第6の実施例の断面図である。
【図15】本発明の単極形リニア直流モータの第7の実施例の断面図である。
【図16】本発明の単極形リニア直流モータの第8の実施例の断面図である。
【符号の説明】
1 固定子
2 第1のヨーク
2a 第1のヨーク
2b 第1のヨーク
3 第2のヨーク
4a 第3のヨーク
4b 第3のヨーク
5 永久磁石
6a 永久磁石
6b 永久磁石
6c 永久磁石
6d 永久磁石
7 第2の巻線
7a 第2の巻線
7b 第2の巻線
8 第3の巻線
8a 第3の巻線
8b 第3の巻線
11 可動子
12 第1の巻線
21 空間
22 空間
22a 空間
22b 空間
31 第1の閉磁路
32 第2の閉磁路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention is used for driving various moving parts that dislike vibration and thrust fluctuation in various OA devices, various optical devices, various measuring devices, and the like.Generation of thrust without pulsation, large thrust, long strokeFurther, the present invention relates to a single-pole linear DC motor that can reduce thrust fluctuation with respect to the entire stroke.
[0002]
[Prior art]
The structure and operation of a conventional single-pole linear DC motor will be described with reference to cross-sectional views shown in FIGS. 1 and 2 and thrust characteristic diagrams shown in FIGS. 3 and 4. FIG.
[0003]
The conventional single-pole linear DC motor shown in FIG. 1 includes a stator 1 that forms two closed magnetic paths, and a first winding 12 that is wound around a part of the stator 1 with a predetermined gap. It is comprised with the needle | mover 11,Generation of thrust without pulsation, downsizing of the mover 11, reduction in weight of the mover 11, and generation of thrust with less fluctuationIt has the feature which enables.
[0004]
The stator 1 includes a first yoke 2 having a flat plate shape and a second yoke 3 having a flat plate shape, and a first yoke 2 and a second yoke 3 which are disposed to be opposed to each other at a predetermined distance. A pair of third yokes 4a and 4b that mechanically and magnetically connect both ends of the magnetic poles, and a magnetic pole surface having the polarity of the S pole is fixed to the relative surface of the second yoke 3 to the first yoke 2 The plate-shaped permanent magnet 5 is mainly configured,First yoke 2, second yoke 3, permanent magnet 5, and a set of third yokes 4a and 4bEach of the relative surfaces forms a space 21.
[0005]
The stator 1 has a range from the end in the arrow A direction to the center of the space 21 from the end in the arrow A direction to the center of the magnetic pole surface having the N-pole polarity of the permanent magnet 5, the first The arrow A of the permanent magnet 5 through the range from the end of the yoke 2 in the direction of arrow A to the center, the range from the end of the third yoke 4a and the end of the second yoke 3 in the direction of arrow A to the center. From the end in the direction of arrow B to the center of the first closed magnetic path 31 that reaches the pole face having the polarity of the S pole from the end in the direction to the center and the pole face of the permanent magnet 5 having the polarity of the N pole From the end of the space 21 in the direction of arrow B to the center, range from the end of the first yoke 2 in the direction of arrow B to the center, the third yoke 4b, the second yoke 3 From the end in the direction of arrow B to the center, the end of the permanent magnet 5 from the end in the direction of arrow B to the center Forming the second closed magnetic path 32 leading to the pole face with a polarity of the S pole.
[0006]
The mover 11 is mainly composed of a first winding 12 wound around the first yoke 2 with a predetermined gap, and the space 21 is moved in the direction of the arrow A and the direction of the arrow B.SmoothThe first winding 12 is moved in the direction of arrow A with a predetermined thrust by flowing a predetermined current in the direction shown in the figure, and the first winding 12 is moved in a direction different from that shown in the figure.The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0007]
The conventional single-pole linear DC motor shown in FIG. 2 includes a stator 1 that forms two closed magnetic paths, and a first winding 12 that is wound around a part of the stator 1 with a predetermined gap. It is composed of a mover 11 and generates thrust without pulsation,Smaller stator 1 and lighter stator 1In addition, it has a feature that enables price reduction.
[0008]
The stator 1 includes a flat plate-shaped first yoke 2 and a flat plate-shaped second yoke 3 that are arranged to be opposed to each other at a predetermined distance, and the first yoke 2 to the second yoke 3. N pole magnetic pole surfaces are fixed to both ends of the relative surface, and S pole magnetic pole surfaces are fixed to both ends of the relative surface of the second yoke 3 to the first yoke 2, respectively. A pair of permanent magnets 6a and 6b is mainly configured, and the relative surfaces of the first yoke 2, the second yoke 3 and the set of permanent magnets 6a and 6b constitute a space 22.
[0009]
The stator 1 has a range from the magnetic pole surface of the permanent magnet 6a having the N-polarity to the end of the first yoke 2 in the direction of arrow A to the center, and from the end of the space 22 in the direction of arrow A to the center. The first closed magnetic path 31 reaching the magnetic pole surface having the polarity of the south pole of the permanent magnet 6a through the range from the end of the second yoke 3 in the direction of arrow A to the center thereof, and the permanent magnet 6b From the magnetic pole surface having the polarity of N pole, the range from the end in the arrow B direction to the center of the first yoke 2, the range from the end to the center in the arrow B direction of the space 22, the second yoke And a second closed magnetic path 32 that reaches the magnetic pole surface having the polarity of the south pole of the permanent magnet 6b through a range from the end in the direction of arrow B to the center.
[0010]
The mover 11 is mainly composed of a first winding 12 wound around the second yoke 3 with a predetermined gap therebetween, and the space 22 is moved in the direction of the arrow A and the direction of the arrow B.SmoothThe first winding 12 is moved in the direction of arrow A with a predetermined thrust by flowing a predetermined current in the direction shown in the figure, and the first winding 12 is moved in a direction different from that shown in the figure.The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0011]
3 is a thrust characteristic diagram when the stroke x [mm] of the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG. 1 is set to 100 [mm], and FIG. 4 is the conventional single-pole shown in FIG. It is a thrust characteristic figure at the time of setting the stroke x [mm] of a type | mold linear direct current motor to 100 [mm].
[0012]
In the thrust characteristic diagrams shown in FIG. 3 and FIG. 4, the curve A shows the thrust characteristic when 5 [W] of power is supplied to the first winding 12 constituting the mover 11, and the curve B shows the mover 11. The thrust characteristic when power of 20 [W] is supplied to the first winding 12 that constitutes the motor is shown, and a curve C supplies power of 45 [W] to the first winding 12 that constitutes the mover 11. The thrust characteristics are shown. That is, curve A is a thrust characteristic when a current of I [A] is passed through the first winding 12, and curve B is when a current of 2 × I [A] is passed through the first winding 12. The curve C is the thrust characteristic when a current of 3 × I [A] flows through the first winding 12.
[0013]
In general, the thrust of a conventional single-pole linear DC motor is generated by the magnetic flux flowing in the first closed magnetic path 31 linked to the first winding 12 or the second closed magnetic path 32 linked to the first winding 12. FlowingMagnetic fluxThat is, the magnetic field in the range in which the first closed magnetic circuit 31 in the spaces 21 and 22 is formed or the magnetic field in the range in which the second closed magnetic circuit 32 in the spaces 21 and 22 is formed, and the first winding 12. Increases in proportion to the number of turns and the current flowing through the first winding 12.
[0014]
Increasing the thrust of the conventional single-pole linear DC motor increases the magnetic flux interlinked with the first winding 12, increases the number of turns of the first winding 12, or increases the current flowing through the first winding 12. Will be possible. However, the increase in the magnetic flux interlinking with the first winding 12 increases the size of the stator 1,Has disadvantages such as increased weight and higher price of the stator 1The increase in the number of turns of the first winding 12 increases the size of the mover 11,Because it has disadvantages such as weight of the mover 11 and deterioration of responsiveness.This is dealt with by an increase in the current flowing through the first winding 12.
[0015]
The increase in the current flowing through the first winding 12 constituting the mover 11 increases the inclination of the magnetic field generated around the first winding 12 so that the stator 1 is formed in the space 21 or the space 22. Inclination is applied to the distribution of the magnetic field to be applied, and as shown in curves B and C of the thrust characteristics shown in FIGS.problemIt is what has.
[0016]
The long stroke of the conventional single-pole linear DC motor increases the volume of the first yoke 2, the second yoke 3, and the third yoke 4a, 4b, and the volume of the permanent magnets 5, 6a, 6b. It becomes possible by increasing. However, the size of the stator 1 is increased,Stator 1 weight increase, Higher prices and increased leakage fluxDisadvantageThere is a problem that the magnetic flux interlinking the first winding 12 is reduced as the leakage magnetic flux is increased, and the thrust is reduced.
[0017]
Further, the first closed magnetic path 31 and the second closed magnetic path 32 formed by the stator 1 are concentrated on both end portions of the stator 1 to reduce the magnetic field in the central portion in the space 21 or the space 22. The magnetic flux linked to the windings of the coil is reduced. That is, when the mover 11 is positioned in the center of the space 21 or the space 22, the thrust is extremely small.
[0018]
In general, a single-pole linear DC motorThrust freeThis is the only linear motor that can generate a motor, and is a linear motor that has excellent responsiveness that enables the weight of the mover to be reduced. Enables a wide range of control and high-precision control of the stop position.Loads that dislike thrust fluctuations and loads that require driving at a wide range of speedsIs the only linear actuator that can handle
[0019]
The conventional single-pole linear DC motor shown in FIG.Miniaturization of the mover 11, weight reduction of the mover 11, and generation of thrust with little fluctuationOn the other hand,Large thrust, long stroke, and reduction of thrust fluctuation for all strokesThe conventional single-pole linear DC motor shown in FIG.Smaller stator 1 and lighter stator 1While lowering the price is possible, it is possible to increase the thrust, increase the long stroke, and reduce the total stroke.Reduction of thrust fluctuationIt has a problem that makes it difficult.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved is that of the conventional single-pole linear DC motor.Achieves large thrust, long stroke, and reduction of thrust fluctuation for all strokesIt is difficult to do.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
A second winding and a stator are formed on the constituent members of the stator 1 that constitutes a range from the center of the space 21 or the space 22 formed by the stator 1 of the conventional single-pole linear DC motor to one end. The third main feature is that the third winding is wound around the constituent member of the stator 1 that constitutes the range from the center part of the space 21 or the space 22 that the 1 constitutes to the other end part, The objectives of large thrust, long stroke, and reduction of thrust fluctuation for all strokes were realized very easily.
[0022]
【Example】
Next, based on the embodiments shown in FIGS. 5, 8 and 11 to 16, the magnetic field distribution diagrams shown in FIGS. 6 and 9, and the thrust characteristic diagrams shown in FIGS. The structure and operation of the single-pole linear DC motor will be described.
[0023]
FIG. 5 is a cross-sectional view for the purpose of explaining the structure of the first embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.(Embodiment of the single-pole linear DC motor according to claim 3 of the claims)
[0024]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a first yoke 2 having a flat plate shape and a second yoke 3 having a flat plate shape, which are disposed to be opposed to each other at a predetermined distance, A pair of third yokes 4a and 4b that mechanically and magnetically connect both end portions of the yoke 2 and the second yoke 3, and a surface of the second yoke 3 facing the first yoke 2 A flat permanent magnet 5 to which a magnetic pole surface having the polarity of the S pole is fixed, and a first yoke 2 that constitutes a range from the center portion of the space 21 to the end portion in the direction of arrow A are wound around. 2 windings 7 and a third winding 8 wound around the first yoke 2 constituting the range from the center of the space 21 to the end in the direction of arrow B are mainly configured.
[0025]
The space 21 isFirst yoke 2, second yoke 3, permanent magnet 5, and a set of third yokes 4a and 4bIt is comprised by each relative surface.
[0026]
The stator 1 has a space 21 from the end to the center in the arrow A direction of the space 21 from the range from the end to the center in the arrow A direction of the magnetic pole surface having the N-pole polarity of the permanent magnet 5. The second winding 7 located inside, the range from the end in the arrow A direction to the center of the first yoke 2, the center from the end in the arrow A direction of the third yoke 4a and the second yoke 3 The first closed magnetic path 31 extending from the end in the arrow A direction of the magnetic pole surface having the polarity of the south pole of the permanent magnet 5 to the center through the range up to the portion, and the polarity of the north pole of the permanent magnet 5 The third winding 8 located in the space 21, the range from the end in the arrow B direction to the central portion of the space 21, the first winding 8 located in the space 21, the first winding 8. The range from the end of the yoke 2 in the direction of arrow B to the center, the direction of the third yoke 4b, the direction of arrow B of the second yoke 3 Forming the second closed magnetic path 32 leading to a range from the end portion of the arrow B direction of the magnetic pole surface having the polarity of the S pole of the permanent magnet 5 through the range from the end portion to the central portion to the center portion.
[0027]
The mover 11 of the single-pole linear DC motor according to the present invention mainly includes a first winding 12 wound around the second yoke 3 and the permanent magnet 5 with a predetermined gap therebetween, and is a space. 21 in the direction of arrow A and arrow BSmoothIt is arranged in a structure that can move.
[0028]
The mover 11 causes the first winding 12, the second winding 7, and the third winding 8 to pass a predetermined current in the direction shown in the figure, thereby causing the magnetic flux flowing through the first closed magnetic circuit 31 or the first winding Flows through two closed magnetic paths 32Magnetic fluxThat is, a magnetic field in a range in which the first closed magnetic path 31 in the space 21 is formed or a magnetic field in a range in which the second closed magnetic path 32 in the space 21 is formed, and the number of turns of the first winding 12.It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12., The first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0029]
FIG. 6 is a magnetic field distribution diagram for explaining the operating principle of the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG.
[0030]
The straight line A indicates the distribution of the magnetic field formed by the permanent magnet 5 in the range from the end portion of the space 21 in the arrow B direction to the end portion of the space 21 in the arrow A direction. A state in which the distribution is uniformly distributed at Hg [A / m] from the portion to the end of the space 21 in the arrow A direction is shown.
[0031]
Line B isThe magnetic field Hg [A / m] indicated by the straight line A does not exist in the space 21When a predetermined current is passed through the second winding 7 and the third winding 8 in the direction shown in FIG. 5, from the end of the space 21 in the direction of arrow B to the end of the space 21 in the direction of arrow A The distribution of the magnetic field formed in the range is shown, and the magnetic field increases from −Hb [A / m] to Hc [A / m] with a predetermined inclination.
[0032]
Normally, the winding specifications such as the number of turns of the second winding 7 and the winding resistance and the winding specifications such as the number of turns of the third winding 8 and the winding resistance are configured in the same way, and the magnetic field −Hb [A / M] and the magnetic field Hc [A / m] are formed equally.
[0033]
Line C isThe magnetic field indicated by the straight line A and the straight line B does not exist in the space 21, and a predetermined current is supplied to the first winding 12 constituting the mover 11 in the direction shown in FIG. The distribution of the magnetic field formed at a predetermined position around the first winding 12 located in the space 21 when moved by an external force from the end in the arrow B direction to the end in the arrow A direction of the space 21. ShowingThe magnetic field decreases with a predetermined inclination from Hd [A / m] to -Ha [A / m].
[0034]
Usually, the magnitudes of the magnetic field Hd [A / m] and the magnetic field -Ha [A / m] are formed to be equal. The current flowing through the first winding 12 gives the thrust characteristic shown by the curve B or C in the thrust characteristic diagram shown in FIG. 3 to the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG.Size.
[0035]
In the straight line D, the magnetic field indicated by the straight line A is distributed in the space 21, andMagnetic field indicated by a straight line C in the space 21Is passed through the first winding 12, and when the mover 11 has moved from the end of the space 21 in the direction of arrow B to the end of the space 21 in the direction of arrow A, the arrow in the space 21 2 shows a distribution of a magnetic field formed in a range from an end in the B direction to an end in the arrow A direction of the space 21, and the magnetic field decreases with a predetermined inclination from Hi [A / m] to He [A / m]. Indicates the state.
[0036]
The magnetic field Hi [A / m] at the end of the space 21 in the arrow B direction and the magnetic field He [A / m] at the end of the space 21 in the arrow A direction are expressed by Equation 1.
[0037]
In the straight line E, the magnetic fields indicated by the straight lines A and B are distributed in the space 21,Magnetic field indicated by a straight line C in the space 21Is passed through the first winding 12, and when the mover 11 has moved from the end of the space 21 in the direction of arrow B to the end of the space 21 in the direction of arrow A, the arrow in the space 21 2 shows the distribution of the magnetic field formed in the range from the end in the B direction to the end in the arrow A direction of the space 21, and the magnetic field decreases from Hh [A / m] to Hf [A / m] with a predetermined inclination. Indicates the state.
[0038]
The straight line E is a combination of the magnetic field distributed along the straight line D and the magnetic field distributed along the straight line B. The magnetic field Hh [A / m] at the end of the space 21 in the arrow B direction and the arrow A of the space 21 in the arrow A direction. The magnetic field Hf [A / m] at the end is expressed by Equation 2.
[0039]
[Expression 1]
Figure 0003687867
[0040]
[Expression 2]
Figure 0003687867
[0041]
A straight line D indicates the distribution of the magnetic field involved in the generation of thrust in the space 21 of the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG. 1, and a straight line E shows the single-pole type of the present invention shown in FIG. It shows the distribution of the magnetic field involved in the generation of thrust in the space 21 of the linear DC motor.
[0042]
The single-pole linear direct current motor of the present invention shown in FIG. 5 has the same magnetic field -Hb [A / m] and magnetic field Hd [A / m] in the magnetic field distribution diagram shown in FIG. When the magnitudes of [A / m] and magnetic field −Ha [A / m] are set equal, as shown in Equation 2, the magnitudes of the magnetic field Hh [A / m] and the magnetic field Hf [A / m] are: It becomes equal to the magnitude of the magnetic field Hg [A / m], and the straight line E is represented by the straight line A. That is, a magnetic field that does not vary with respect to the entire stroke is formed in the space 21.
[0043]
FIG. 7 is a thrust characteristic diagram of the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG.Straight line A and curve B are, Showing the thrust characteristics when the stroke x [mm] is set to 100 [mm],Curve C isThe curve C of the thrust characteristic diagram of the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG. 3 is shown.
[0044]
Curve C is, Corresponding to the straight line D shown in the magnetic field distribution diagram of FIG.Curve B is6 corresponds to the straight line E shown in the magnetic field distribution diagram of FIG.In the magnetic field distribution diagram of FIG. 6, the straight line A sets the magnitudes of the magnetic field −Hb [A / m] and the magnetic field Hd [A / m] to be equal, and the magnetic field Hc [A / m] and the magnetic field −Ha [A / M]. m] corresponds to the straight line A shown in the magnetic field distribution diagram of FIG.. That is, the single-pole linear DC motor of the present invention is capable of reducing thrust fluctuation with respect to the entire stroke as compared with the conventional single-pole linear DC motor.Furthermore, it is possible to generate a thrust without fluctuation. The reduction in the thrust fluctuation with respect to the entire stroke enables a large thrust and a long stroke.
[0045]
FIG. 8 is a cross-sectional view for the purpose of explaining the structure of the second embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.(Embodiment of the single-pole linear DC motor according to claim 5 of the claims)
[0046]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a first yoke 2 having a flat plate shape and a second yoke 3 having a flat plate shape, which are disposed to be opposed to each other at a predetermined distance, N pole magnetic pole faces are fixed to both ends of the relative surface of the yoke 2 to the second yoke 3, and S poles are fixed to both ends of the second yoke 3 relative to the first yoke 2. A pair of permanent magnets 6a and 6b to which magnetic pole faces having the polarities of each are fixed, and a first yoke 2 constituting a range from the center of the space 22 to the end in the arrow A direction. 2 windings 7 and the first yoke 2 constituting the range from the center of the space 22 to the end in the arrow B direction.The third winding 8 andIt is mainly composed.
[0047]
The space 22 isThe first yoke 2, the second yoke 3, and a set of permanent magnets 6a and 6bIt is comprised by each relative surface.
[0048]
The stator 1 has a second winding 7 located in the space 22 in the range from the magnetic pole surface having the N-pole polarity of the permanent magnet 6a to the end portion in the arrow A direction of the first yoke 2 to the center portion. The magnetic pole surface having the polarity of the S pole of the permanent magnet 6a through the range from the end in the arrow A direction to the center of the space 22 and the range from the end in the arrow A direction to the center of the second yoke 3 The first closed magnetic path 31 leading to the first magnetic path 31 and the magnetic pole surface of the permanent magnet 6b having the N-pole polarity from the end to the center in the arrow B direction of the first yoke 2, located in the space 22. Of the S pole of the permanent magnet 6b through the third winding 8, the range from the end in the arrow B direction to the center of the space 22, and the range from the end in the arrow B direction to the center of the second yoke 3. And a second closed magnetic path 32 that reaches the magnetic pole surface having polarity.
[0049]
The mover 11 of the single-pole linear DC motor of the present invention is mainly composed of a first winding 12 wound around the second yoke 3 with a predetermined gap, and an arrow A extends in the space 22. Direction and arrow B directionSmoothIt is arranged in a structure that can move.
[0050]
The mover 11 causes the first winding 12, the second winding 7, and the third winding 8 to pass a predetermined current in the direction shown in the figure, thereby causing the magnetic flux flowing through the first closed magnetic circuit 31 or the first winding Flows through two closed magnetic paths 32Magnetic fluxThat is, a magnetic field in a range in which the first closed magnetic path 31 in the space 22 is formed or a magnetic field in a range in which the second closed magnetic path 32 in the space 22 is formed, and the number of turns of the first winding 12.It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12., The first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0051]
FIG. 9 is a magnetic field distribution diagram for explaining the operating principle of the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG.
[0052]
The bending line A indicates the distribution of the magnetic field formed by the permanent magnet 6a and the permanent magnet 6b in the range from the end of the space 22 in the direction of arrow B to the end of the space 22 in the direction of arrow A. The magnetic field in the range from the end of the direction to the stroke xa [mm] decreases with a predetermined inclination from Hga [A / m] to Hg [A / m], and from the stroke xa [mm] to the stroke xb [mm] ], And the magnetic field in the range from the stroke xb [mm] to the end of the space 22 in the direction of arrow A is Hg [A / m]. m] to Hgb [A / m].
[0053]
Usually, the specifications such as the volume and energy product of the permanent magnet 6a are the same as the specifications such as the volume and energy product of the permanent magnet 6b, and the magnitudes of the magnetic field Hga [A / m] and the magnetic field Hgb [A / m] are large. Are formed equally.
[0054]
Line B isThere is no magnetic field indicated by the bend line A in the space 22,When a predetermined current is passed through the second winding 7 and the third winding 8 in the direction shown in FIG. 8, from the end of the space 22 in the direction of arrow B to the end of the space 22 in the direction of arrow A. The distribution of the magnetic field formed in the range is shown, and the magnetic field increases with a predetermined inclination from -Hb [A / m] to Hc [A / m].
[0055]
Normally, the winding specifications such as the number of turns of the second winding 7 and the winding resistance and the winding specifications such as the number of turns of the third winding 8 and the winding resistance are configured in the same way, and the magnetic field −Hb [A / M] and the magnetic field Hc [A / m] are formed equally.
[0056]
Line C isThe magnetic field indicated by the bending line A and the straight line B does not exist in the space 22, and a predetermined current is passed through the first winding 12 constituting the mover 11 in the direction shown in FIG. Of the magnetic field formed at a predetermined position around the first winding 12 located in the space 22 when the space 22 is moved from the end in the arrow B direction to the end in the arrow A direction of the space 22 by an external force. IndicateThe magnetic field decreases with a predetermined inclination from Hd [A / m] to -Ha [A / m].
[0057]
Usually, the magnitudes of the magnetic field Hd [A / m] and the magnetic field -Ha [A / m] are formed to be equal. The current flowing through the first winding 12 gives the thrust characteristic shown by the curve B or C in the thrust characteristic diagram shown in FIG. 4 to the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG.Size.
[0058]
In the bending line D, the magnetic field indicated by the bending line A is distributed in the space 22,Magnetic field indicated by a straight line C in the space 22Is passed through the first winding 12, and when the mover 11 moves through the entire stroke from the end of the space 22 in the direction of arrow B to the end of the space 22 in the direction of arrow A, the arrow in the space 22 The distribution of the magnetic field formed in the range from the end in the B direction to the end in the arrow A direction of the space 22 is shown, and from the end in the arrow B direction of the space 22Stroke xa [mm]A state in which the magnetic field in the range up to Hi [A / m] decreases to Hi [A / m] with a predetermined inclination;The magnetic field in the range from the stroke xa [mm] to the stroke xb [mm] decreases with a predetermined inclination from Hia [A / m] to Hib [A / m], The magnetic field in the range from the stroke xb [mm] to the end of the space 22 in the direction of arrow A isHib [A / m]And a state of increasing with a predetermined inclination from He to [A / m].
[0059]
At the end of the space 22 in the direction of arrow BMagnetic field Hi [A / m], magnetic field Hia [A / m] with stroke xa [mm], magnetic field Hib [A / m] with stroke xb [mm]The magnetic field He [A / m] at the end of the space 22 in the direction of arrow A is expressed by Equation 3.
[0060]
In the bending line E, the magnetic field indicated by the bending line A and the straight line B is distributed in the space 22,Magnetic field indicated by a straight line C in the space 22Is passed through the first winding 12, and the mover 11 is moved from the end of the space 22 in the direction of arrow B.The direction of arrow A in space 22Shows the distribution of the magnetic field formed in the range from the end of the space 22 in the direction of arrow B to the end of the space 22 in the direction of arrow A, and the end of the space 22 in the direction of arrow B From the departmentStroke xa [mm]A state in which the magnetic field in the range up to Hh [A / m] decreases from Hh [A / m] with a predetermined inclination;The magnetic field in the range from the stroke xa [mm] to the stroke xb [mm] decreases with a predetermined inclination from Hha [A / m] to Hhb [A / m], and from the stroke xb [mm] to the space 22 The magnetic field in the range up to the end in the direction of arrow A is Hhb [A / m].And a state of increasing with a predetermined inclination from Hf [A / m].
[0061]
The bending line E is a combination of the magnetic field distributed along the bending line D and the magnetic field distributed along the straight line B, and the magnetic field Hh [A / m] at the end of the space 22 in the direction of the arrow B.Magnetic field Hha [A / m] with stroke xa [mm], Magnetic field Hhb [A / m] with stroke xb [mm]The magnetic field Hf [A / m] at the end of the space 22 in the direction of arrow A is expressed by Equation 4.
[0062]
[Equation 3]
Figure 0003687867
[0063]
[Expression 4]
Figure 0003687867
[0064]
The bending line D indicates the distribution of the magnetic field involved in the generation of thrust in the space 22 of the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG. 2, and the bending line E indicates the single line of the present invention shown in FIG. It shows the distribution of the magnetic field involved in the generation of thrust in the space 22 of the polar linear DC motor.
[0065]
The single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG. 8 has the same magnetic field -Hb [A / m] and magnetic field Hd [A / m] in the magnetic field distribution diagram shown in FIG. When the magnitudes of [A / m] and the magnetic field −Ha [A / m] are set equal, the magnitude of the magnetic field Hh [A / m] is equal to that of the magnetic field Hga [A / m] as shown in Equation 4. The magnitude of the magnetic field Hha [A / m] and the magnitude of the magnetic field Hhb [A / m] are equal to the magnitude of the magnetic field Hg [A / m], and the magnitude of the magnetic field He [A / m] is It becomes equal to the magnitude of the magnetic field Hgb [A / m], and the bending line E is represented by the bending line A. That is, a magnetic field having no variation is formed in the range from the stroke xa [mm] to the stroke xb [mm].
[0066]
FIG. 10 is a thrust characteristic diagram of the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG.Curve A and Curve B are, Showing the thrust characteristics when the stroke x [mm] is set to 100 [mm],Curve C isFIG. 5 shows a curve C of thrust characteristics of the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG.
[0067]
Curve C is, Corresponding to the bending line D shown in the magnetic field distribution diagram of FIG.Curve B is9 corresponds to the bending line E shown in the magnetic field distribution diagram of FIG.In the magnetic field distribution diagram of FIG. 9, the curve A is set so that the magnitudes of the magnetic field −Hb [A / m] and the magnetic field Hd [A / m] are equal, and the magnetic field Hc [A / m] and the magnetic field −Ha [A / M / m] corresponds to the bending line A shown in the magnetic field distribution diagram of FIG.. That is, the single-pole linear DC motor of the present invention is capable of reducing thrust fluctuation with respect to the entire stroke as compared with the conventional single-pole linear DC motor.Furthermore, the single-pole linear DC motor of the present invention enables generation of thrust without fluctuation.
[0068]
FIG. 11 is a sectional view for the purpose of explaining the structure of the third embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.(Embodiment of the single-pole linear DC motor according to claim 6 of the claims)
[0069]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a first yoke 2 having a flat plate shape and a second yoke 3 having a flat plate shape, which are disposed to be opposed to each other at a predetermined distance, N pole magnetic pole faces are fixed to both ends of the relative surface of the yoke 2 to the second yoke 3, and S poles are fixed to both ends of the second yoke 3 relative to the first yoke 2. A pair of permanent magnets 6a and 6b to which magnetic pole faces having the following polarities are respectively fixed, and a range from the center portion of the space 22 to the end portion in the arrow A direction are configured.First yoke 2And the second winding 7 wound around and the range from the center of the space 22 to the end in the arrow B directionFirst yoke 2The third winding 8 wound around is mainly configured.
[0070]
The space 22 is1st yoke 2, 2nd yoke 3, and permanent magnet 6a, 6bIt is comprised by each relative surface.
[0071]
The movable element 11 of the single-pole linear DC motor of the present invention has a second winding 7 wound around the first yoke 2 orAround the third winding 8The first winding 12 wound around a predetermined gap is mainly configured, and the space 22 is directed in the direction of arrow A and arrow B.SmoothIt is arranged in a structure that can move.
[0072]
The mover 11 is configured so that a predetermined current flows through the first winding 12, the second winding 7, and the third winding 8 in the directions shown in the figure, The number of turns of one winding 12,It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12., The first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0073]
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the structure of the fourth embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.(Embodiment of the single-pole linear DC motor according to claim 2 of the claims)
[0074]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a first yoke 2 having a flat plate shape and a second yoke 3 having a flat plate shape, which are disposed to be opposed to each other at a predetermined distance, A pair of third yokes 4a and 4b that mechanically and magnetically connect both end portions of the yoke 2 and the second yoke 3, and a surface of the second yoke 3 facing the first yoke 2 A flat permanent magnet 5 to which a magnetic pole surface having the polarity of the S pole is fixed, and a first yoke 2 that constitutes a range from the center portion of the space 21 to the end portion in the direction of arrow A are wound around. 2 windings 7 and a third winding 8 wound around the first yoke 2 constituting the range from the center of the space 21 to the end in the direction of arrow B are mainly configured.
[0075]
The space 21 isFirst yoke 2, second yoke 3, permanent magnet 5, and a set of third yokes 4a and 4bIt is comprised by each relative surface.
[0076]
The movable element 11 of the single-pole linear DC motor of the present invention is wound around the second winding 7 or the third winding 8 wound around the first yoke 2 with a predetermined gap therebetween. The first winding 12 is mainly configured, and the space 21 is directed in the direction of arrow A and arrow B.SmoothIt is arranged in a structure that can move.
[0077]
The mover 11 is configured so that a predetermined current flows through the first winding 12, the second winding 7, and the third winding 8 in the directions shown in the figure, The number of turns of one winding 12,It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12., The first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0078]
FIG. 13 is a sectional view for the purpose of explaining the structure of the fifth embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.(Example of the single-pole linear DC motor according to claim 1 of the claims)
[0079]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a first yoke 2 having a flat plate shape and a second yoke 3 having a flat plate shape, which are disposed to be opposed to each other at a predetermined distance, A pair of third yokes 4a and 4b that mechanically and magnetically connect both end portions of the yoke 2 and the second yoke 3, and a surface of the second yoke 3 facing the first yoke 2 A permanent magnet 5 having a flat plate shape to which a magnetic pole surface having the polarity of the S pole is fixed, and a second yoke 3 and a permanent magnet 5 constituting a range from the center portion of the space 21 to the end portion in the arrow A direction are wound. A second winding 7 to be mounted, and a third winding 8 wound around the second yoke 3 and the permanent magnet 5 constituting the range from the center of the space 21 to the end in the arrow B direction, It is mainly composed.
[0080]
The space 21 isFirst yoke 2, second yoke 3, permanent magnet 5, and a set of third yokes 4a and 4bIt is comprised by each relative surface.
[0081]
The movable element 11 of the single-pole linear DC motor of the present invention is disposed around the first yoke 2.With a predetermined gapThe first winding 12 to be wound is mainly configured, and the space 21 is directed in the direction of arrow A and arrow B.SmoothIt is arranged in a structure that can move.
[0082]
The mover 11 is configured so that a predetermined current flows through the first winding 12, the second winding 7, and the third winding 8 in the directions shown in the figure, The number of turns of one winding 12,It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12., The first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0083]
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining the structure of the sixth embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.(Embodiment of the single-pole linear DC motor according to claim 4 of the claims)
[0084]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a first yoke 2 having a flat plate shape and a second yoke 3 having a flat plate shape, which are disposed to be opposed to each other at a predetermined distance, A pair of third yokes 4a and 4b that mechanically and magnetically connect both end portions of the yoke 2 and the second yoke 3, and a surface of the second yoke 3 facing the first yoke 2 A permanent magnet 5 having a flat plate shape to which a magnetic pole surface having the polarity of the S pole is fixed, and a second yoke 3 and a permanent magnet 5 constituting a range from the center portion of the space 21 to the end portion in the arrow A direction are wound. A second winding 7 to be mounted, and a third winding 8 wound around the second yoke 3 and the permanent magnet 5 constituting the range from the center of the space 21 to the end in the arrow B direction, It is mainly composed.
[0085]
The space 21 isFirst yoke 2, second yoke 3, permanent magnet 5, and a set of third yokes 4a and 4bIt is comprised by each relative surface.
[0086]
The movable element 11 of the single-pole linear DC motor of the present invention has a predetermined gap around the second winding 7 or the third winding 8 wound around the second yoke 3 and the permanent magnet 5. The first winding 12 to be wound is mainly configured, and the space 21 is directed in the direction of arrow A and arrow B.SmoothIt is arranged in a structure that can move.
[0087]
The mover 11 is configured so that a predetermined current flows through the first winding 12, the second winding 7, and the third winding 8 in the directions shown in the figure, The number of turns of one winding 12,It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12., The first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0088]
FIG. 15 is a sectional view for the purpose of explaining the structure of the seventh embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
[0089]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a flat plate-like second yoke 3 and a set of first yokes disposed opposite to each other at a predetermined distance from the second yoke 3. Magnetic pole faces having N-polarity are fixed to both ends of the relative faces of the yokes 2a and 2b and the first yoke 2a and the first yoke 2b to the second yoke 3, respectively. A pair of permanent magnets 6a, 6b, 6c, 6d to which magnetic pole faces having the polarity of the S pole are respectively fixed at both ends of the respective relative faces to the first yoke 2a and the first yoke 2b, A second winding 7a wound around the first yoke 2a constituting a range from the center of the space 22a to the end in the arrow A direction, and from the center of the space 22a to the end in the arrow B direction. A third winding 8a wound around the first yoke 2a constituting the range; A second winding 7b wound around the first yoke 2b constituting a range from the center of the space 22b to the end in the arrow A direction, and from the center of the space 22b to the end in the arrow B direction. The third winding 8b wound around the first yoke 2b constituting the range is mainly configured.
[0090]
The space 22a isSecond yoke 3, first yoke 2a and permanent magnets 6a and 6bThe space 22b is composed of the relative surfaces ofSecond yoke 3, first yoke 2b and permanent magnets 6c, 6dIt is comprised by each relative surface.
[0091]
The movable element 11 of the single-pole linear DC motor of the present invention is mainly composed of a first winding 12 wound around the second yoke 3 with a predetermined gap therebetween, and in the space 22a and the space 22b. In the direction of arrow A and arrow BSmoothIt is arranged in a structure that can move.
[0092]
The mover 11 includes a first winding 12,Second winding 7a, 7bAnd by passing predetermined currents through the third windings 8a and 8b in the directions shown in the drawing, the magnetic field formed in the space 22a, the magnetic field formed in the space 22b, and the number of turns of the first winding 12 When,It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12.The first winding 12,Second winding 7a, 7bAnd the third windings 8a and 8b in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0093]
FIG. 16 is a sectional view for explaining the structure of the eighth embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
[0094]
A stator 1 of a single-pole linear DC motor according to the present invention includes a first yoke 2 having a cylindrical shape and a second yoke 3 having a cylindrical shape, arranged in a coaxial cylindrical shape at a predetermined distance, and a first yoke 3. The magnetic pole faces having the polarity of N pole are fixed to both ends of the relative surface of the yoke 2 to the second yoke 3, and the S pole is fixed to both ends of the relative surface of the second yoke 3 to the first yoke 2. A pair of permanent magnets 6a and 6b having a cylindrical shape to which a magnetic pole face having a polarity of 0.25 is fixed, and a second yoke 3 constituting a range from the center of the space 22 to the end in the direction of arrow A And the third winding 8 wound around the second yoke 3 constituting the range from the center of the space 22 to the end in the arrow B direction. The
[0095]
The space 22 isThe first yoke 2, the second yoke 3, and a set of permanent magnets 6a and 6bIt is comprised by each relative surface.
[0096]
The mover 11 of the single-pole linear DC motor of the present invention is wound around the second winding 7 or the third winding 8 wound around the second yoke 3 with a predetermined gap therebetween. The first winding 12 is mainly configured, and the space 22 is directed in the direction of arrow A and the direction of arrow B.SmoothIt is arranged in a structure that can move. The thrust of the mover 11 that moves in the space 22 from the end in the arrow A direction to the end in the arrow B direction is transmitted to the outside through an opening provided in the first yoke 2 that constitutes the stator 1. The
[0097]
The mover 11 is configured so that a predetermined current flows through the first winding 12, the second winding 7, and the third winding 8 in the directions shown in the figure, The number of turns of one winding 12,It moves in the direction of arrow A with a predetermined thrust that increases in proportion to the current flowing through the first winding 12., The first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 in different directions, respectively,The predetermined currentBy flowingThe predetermined thrustTo move in the direction of arrow B.
[0098]
In the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIGS. 11, 12 and 14, the first winding 12, the second winding 7 and the third winding 8 are connected to the first yoke 2 or the second yoke. By being wound around either one of the yokes 3, it is possible to reduce the thickness and the size of the yoke 3, and facilitate mounting and installation in various devices.
[0099]
The single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG. 15 has a smaller and lighter movable element 11 and a smaller movable element 11 when the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG. Therefore, the single pole type linear direct current motor of the present invention shown in FIGS. 5 and 11 to 14 can be similarly configured.
[0100]
The single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG. 16 has a longer stroke and a reduced leakage magnetic flux of the stator 1 when the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIG. The increase in magnetic flux involved in the generation of thrust due to the decrease in leakage magnetic flux, the increase in thrust accompanying the increase in magnetic flux involved in the generation of thrust, the permanent magnets 6a and 6b constituting the stator 1, and the first yoke 2 The volume of the second yoke 3 can be reduced, and the size and weight can be reduced as the volume of the stator 1 is reduced. The single-pole linear direct current of the present invention shown in FIGS. The motor can be similarly configured.
[0101]
In general, the single-pole linear DC motor of the present invention has a large thrust, a long stroke, and a reduction in thrust fluctuation over the entire stroke of a conventional single-pole linear DC motor.RealizationTherefore, the winding specifications such as the number of turns of the second windings 7, 7a and 7b and the winding resistance, and the winding specifications of the third windings 8, 8a and 8b and the winding resistance, etc. Configure the same. But,By changing the winding specifications of the second windings 7, 7a, 7b or the magnitude of the flowing current and the winding specifications of the third windings 8, 8a, 8b or the magnitude of the flowing current, respectively, The thrust characteristics can be easily set according to the purpose of use..
[0104]
When the single-pole linear DC motor of the present invention shown in FIGS. 5 and 12 to 14 is made to have a long stroke, the first permanent magnet 5 constituting the stator 1 is assembled, manufactured, and magnetized. A plurality of permanent magnet pieces, each having a magnetic pole surface having the same polarity, are adjacent to each other and fixed to a part of the first yoke 2 or the second yoke 3 for the purpose of reducing the price and simplifying the assembly. When arranging the magnetic pole surfaces having the same polarity of each of the plurality of permanent magnet pieces at a predetermined distance,First yoke 2Alternatively, it is configured to be fixed to a part of the second yoke 3.
[0105]
FIG. 8, FIG. 11, FIG. 15 and FIG.The permanent magnets 6a, 6b, 6c, 6d constituting the stator 1 of the single-pole linear DC motor areIt is constructed by laminating a plurality of permanent magnet pieces such that magnetic pole faces having different polarities face each other for reasons such as manufacturing, magnetization, and price,Volume of spaces 22, 22a, 22b, magnetic field formed in spaces 22, 22a, 22bAlternatively, when the volumes of various yokes constituting the stator 1 are restricted, a predetermined number of permanent magnet pieces and a predetermined number of magnetic body pieces are laminated.
[0106]
In the single-pole linear DC motor of the present invention, the first yokes 2, 2a, 2b, the second yoke 3, and the third yokes 4a, 4b are excellent in electromagnetic soft iron, structural rolled steel, carbon steel, etc. It is made of a metal having magnetic properties. The first winding 12, the second winding 7, 7a, 7b and the third winding 8, 8a, 8b are configured by winding a predetermined number of strands having a predetermined diameter on a winding frame, When miniaturizing and reducing the weight, it is constituted by a self-bonding wire and no reel is required.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, the single-pole linear DC motor of the present invention has a large thrust, a long stroke, and a reduction in thrust fluctuation over the entire stroke of the conventional single-pole linear DC motor.RealizationIt is possible to do.This makes it possible to achieve large thrust without increasing thrust fluctuation and long stroke without increasing thrust fluctuation, which could not be realized with conventional single-pole linear DC motors. It is possible to generate no thrust. As the thrust increases, the mover 11 can be reduced in size and the mover 11 can be reduced in weight, the stroke increases as the mover 11 is reduced in size, and the responsiveness is improved as the mover 11 is reduced in weight. is there. As the stroke becomes longer, the stator 1 can be reduced in size, the stator 1 can be reduced in weight, and the price can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional single-pole linear DC motor.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional single-pole linear DC motor.
3 is a thrust characteristic diagram of the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG. 1. FIG.
4 is a thrust characteristic diagram of the conventional single-pole linear DC motor shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a first embodiment of a single-pole linear DC motor according to the present invention.
FIG. 6 is a magnetic field distribution diagram of the first embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 7 is a thrust characteristic diagram of the first embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a second embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 9 is a magnetic field distribution diagram of the second embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 10 is a thrust characteristic diagram of the second embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a third embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view of a fourth embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a fifth embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view of a sixth embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view of a seventh embodiment of the single-pole linear DC motor of the present invention.
FIG. 16 is a sectional view of an eighth embodiment of a single-pole linear DC motor according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Stator
2 First yoke
2a First yoke
2b First yoke
3 Second yoke
4a Third yoke
4b 3rd yoke
5 Permanent magnet
6a Permanent magnet
6b Permanent magnet
6c Permanent magnet
6d permanent magnet
7 Second winding
7a Second winding
7b Second winding
8 Third winding
8a Third winding
8b Third winding
11 Mover
12 First winding
21 space
22 space
22a space
22b space
31 First closed magnetic circuit
32 Second closed magnetic circuit

Claims (1)

第1のヨーク及び第2のヨークを所定の距離を隔て相対して配置し、その相対面に少なくとも二つの閉磁路を形成し、第1の巻線を有する可動子を備えた単極形リニア直流モータにおいて、
第1のヨーク又は第2のヨークの相対する面の可動子の移動範囲に固着されかつ相対面方向に着磁された永久磁石又は、第1のヨーク及び第2のヨークの両端部に固着され、相対面方向に着磁された永久磁石を備え、第1のヨークの中央部から端部までの範囲に巻装される第2の巻線と、第1のヨークの中央部から他の一方の端部までの範囲に巻装される第3の巻線とから構成され、第1乃至第3の巻線に所定の電流を流すことによって可動子を移動させることを特徴とする単極形リニア直流モータ。
A single-pole linear device having a first yoke and a second yoke arranged with a predetermined distance therebetween, at least two closed magnetic paths formed on the relative surfaces, and a mover having a first winding In DC motors,
Permanent magnet fixed to the moving range of the mover on the opposing surface of the first yoke or the second yoke and fixed to both ends of the first yoke and the second yoke. A second winding provided with a permanent magnet magnetized in a relative plane direction and wound in a range from the central portion to the end portion of the first yoke, and the other one from the central portion of the first yoke A single pole type comprising a third winding wound in a range up to an end of the movable member, and moving a mover by passing a predetermined current through the first to third windings Linear DC motor.
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