JP3769840B2 - ボイスコイルモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイスコイルモータにおけるサイドフォースを低減させる構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気ディスク装置やステッパ露光装置の除振用等に用いられるボイスコイルモータは、図9に示すように、両側に設けた外側ヨーク1、1の内側に空隙Gを介してセンターヨーク2を平行にそなえ、外側ヨーク1とセンターヨーク2の両端部相互をサイドヨーク3で連結して閉磁路を構成し、外側ヨーク1の内側面に取り付けた永久磁石4による主磁束φmが、N極から空隙Gを通ってセンターヨーク2に入り、サイドヨーク3および外側ヨーク1を経てS極に戻る磁路を形成しており、前記空隙G内に配置したコイル5と鎖交してコイル坦体6に推力を与えるようになっている。しかし、ボイスコイルモータでは空隙G内にコイル5とコイル坦体6を設けて推力を取り出すため空隙Gが大きくなり、永久磁石4の両側端部からサイドヨーク3あるいは外側ヨーク1に漏洩磁束φ1 、φ2 を生じ、図10に示すように、この漏洩磁束に含まれている空隙方向に対して直角な磁束ベクトル成分Bxが大きくなっている。空隙方向のベクトル成分Byは、コイルが移動したときに推力の発生に作用するが、ベクトル成分Bxは推力の方向に対して直角方向に働くサイドフォースと称する有害な力を発生する。このため、実開昭60−151293号では、永久磁石4の磁極面とヨークとの接続する面を除いて永久磁石4のすべての表面を覆う補助磁石を設けたものが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のボイスコイルモータは、永久磁石端部からの漏洩磁束によって生じるサイドフォースが大きく、効率が低下している。また、実開昭60−151293号のように、永久磁石の側面全部を囲むように、磁石側面に接してサイドヨーク3と外側ヨーク1との間に補助磁石を充填して設けたものでは、補助磁石の取り付けが面倒になるだけでなく、有効ストロークが永久磁石の長さに制限され、大きな補助磁石を必要とするため、その磁束によるヨークの飽和が大きい欠点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、外側ヨークとセンターヨークを空隙を介して対向させ、前記外側ヨークと前記センターヨークの両端相互間を連結するサイドヨークを設けて磁路を形成させ、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方の空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着し、空隙内のコイルを有するボイスコイルモータにおいて、前記補助永久磁石が、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方に固着した前記主永久磁石の側面に対向する位置から、他方のヨークに近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石であって、前記補助永久磁石の空隙に対向する面を前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置したものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記サイドヨークが、その内側面に前記主永久磁石を固着するヨーク側を高くした取付座を備え、前記取付座に前記補助永久磁石を固着したものである。
請求項3に記載の発明は、外側ヨークとセンターヨークを空隙を介して対向させ、前記外側ヨークと前記センターヨークの両端相互間を連結するサイドヨークを設けて磁路を形成させ、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方の空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着し、空隙内のコイルを有するボイスコイルモータにおいて、
補助永久磁石が、前記主永久磁石の側面に対向する側の高さを、他方の側の高さより高くした台形断面形状であって、傾斜した空隙対向面をもち、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方に固着した前記主永久磁石の側面に対向する位置から、他方のヨークに近い位置までの長さの永久磁石であって、
前記補助永久磁石の空隙に対向する面を前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置したものである。
請求項4に記載の発明は、外側ヨークとセンターヨークを空隙を介して対向させ、前記外側ヨークと前記センターヨークの両端相互間を連結するサイドヨークを設けて磁路を形成させ、前記外側ヨークと前記センターヨークのそれぞれの空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着し、空隙内にコイルを配置したボイスコイルモータにおいて、前記補助永久磁石が、前記外側ヨークまたは前記センターヨークの前記主永久磁石の側面に対向する位置から、前記外側ヨークと前記センターヨークの空隙中心に近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石であって、前記補助永久磁石の空隙に対向する面をそれぞれの前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、それぞれの前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置したものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
このように、外側ヨークの内側に、空隙を介して設けたセンターヨークと、外側ヨーク両端とセンターヨークを連結する両側のサイドヨークを設け、前記外側ヨークとセンターヨークのいずれか一方の空隙対向面に、主磁束を発生させる主永久磁石をそなえるとともに、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方に固着した前記主永久磁石の側面に対向する位置から、他方のヨークに近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石である補助永久磁石を、前記補助永久磁石の空隙に対向する面を前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて配置して、前記主永久磁石からの漏洩磁束と同じ方向の補助磁束を発生させ、主永久磁石からサイドヨークや外側ヨークへの漏洩磁束によるサイドフォースの発生を押さえ、空隙方向のベクトル成分Byを大きくするようにしてある。なお、サイドヨークの内側面に前記主永久磁石を固着するヨーク側を高くした取付座を備え、前記取付座に前記補助永久磁石を固着し、あるいは、前記主永久磁石の側面に対向する側の高さを、他方の側の高さより高くした台形断面形状であって、傾斜した空隙対向面をもつ補助永久磁石を固着し、補助永久磁石の主永久磁石側を他方側より高くして、補助永久磁石を主永久磁石端面に近づけることにより、主永久磁石を固着したヨークへの漏洩磁束を少なくすることができる。また、外側ヨークとセンターヨークのそれぞれの空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着させる場合は、補助永久磁石が、前記外側ヨークまたは前記センターヨークの前記主永久磁石の側面に対向する位置から、前記外側ヨークと前記センターヨークの空隙中心に近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石であって、前記補助永久磁石の空隙に対向する面をそれぞれの前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、それぞれの前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置し、補助永久磁石相互の空隙に対向する極面の極性が反対になり、対向する空隙中の主磁束の方向と、補助永久磁石による補助磁束の方向が同一方向になるようにしている。
【0006】
【実施例】
これを図に示す実施例について説明する。図1および図2は、主永久磁石を空隙の一方(図では外側ヨーク)に設けた場合の実施例を示すもので、1、1は板状の外側ヨーク、2は前記外側ヨーク1、1の中間に空隙Gを介して平行に配置されたセンターヨーク、3は前記外側ヨーク1、1とセンターヨーク2の両端相互を連結して閉磁路を構成するサイドヨーク、4は外側ヨーク1の内側面に取り付けた主永久磁石で、空隙G側にN極を配置して主磁束φmを発生させている。5は前記空隙G内に配置したコイル、6はコイル坦体で、ヨークより外側に設けた連結座7に図示しない可動体を連結して推力を伝達する。8はサイドヨーク3の内側面に取り付けた補助永久磁石で、補助永久磁石8が、外側ヨーク1とセンターヨーク2のいずれか一方に固着した主永久磁石4の側面に対向する位置から、他方のヨークに近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石であって、補助永久磁石8の空隙に対向する面を主永久磁石4のコイル5に対向する極性と同極性とし、サイドヨーク3内側面の空隙に対向する位置に、主永久磁石4の側面との間に間隙を設けて、補助永久磁石8を配置し、主永久磁石4の空隙側の極性Nと同じ極性のN極の極面を空隙Gと対向させ、S極の極面をサイドヨーク3に接触させて取り付けている。φsは補助磁束である。
したがって、図3に示すように、主永久磁石4の空隙側端部からサイドヨーク3あるいは外側ヨーク1へ漏洩しようとする磁束φ1、φ2の通路になる間隙に同極性の補助永久磁石8の磁界が形成されるため、漏洩磁束φ2が減少し、磁束φ1はサイドヨーク3に流れずにセンターヨーク2側に修正される。このため、主磁束φmを有効に利用できるとともに、主永久磁石端部における磁束φ1に含まれる主磁束φm方向の磁束ベクトル成分Byが大きく、これと直角方向の磁束ベクトル成分Bxが小さくなり、コイル坦体6に作用する推力を増大させ、サイドフォースを減少させることができる。
なお、主永久磁石4の空隙側がS極になるように取り付けられている場合は、補助永久磁石8の空隙に対向する極面の極性を、S極になるようにすればよく、主永久磁石4がセンターヨーク2に取り付けられている場合も、同様に補助永久磁石8の空隙に対向する極面の極性を、主永久磁石4の空隙側の極性と同じ極性にしておけばよく、補助永久磁石8は主永久磁石4の端面に対向する位置から外側ヨーク1になるべく接近する位置までの極面をそなえることが望ましい。
【0007】
図4は、図1と同様の構成において、補助永久磁石8を台形断面に形成して外側ヨーク1側の高さをセンターヨーク2側の高さより大きくしており、外側ヨーク側の極面を主永久磁石4の端面に近づけて、主永久磁石4の端部から外側ヨーク1に漏洩する磁束を制限するようにしている。
また、図5に示すように、サイドヨーク3の内側面に外側ヨーク1側が高くなった取付座9を設け、この傾斜した取付座9に厚さが均一な補助永久磁石8を固着させることにより、外側ヨーク1側の補助永久磁石位置を高くして主永久磁石4の端面に接近させるようにすることもできる。
なお、主永久磁石4がセンターヨーク2に固着されている場合は、補助永久磁石8のセンターヨーク側を高くする。
【0008】
図6は、外側ヨーク1の内側面の軸方向に2個の主永久磁石41、42をそなえ、それぞれに対向するコイル51、52を同一のコイル担体6に設けた場合の実施例を示すもので、2はセンターヨーク、3はサイドヨーク、81、82は補助永久磁石である。
一方の主永久磁石41は、空隙Gに対向する極面をN極にし、他方の主永久磁石42の空隙に対向する極面をS極にしており、隣り合う主磁束φmの方向が逆方向になるため、コイル51、52は相互に反対方向に巻装している。この構造では、主永久磁石41側のサイドヨーク3の内側面に取り付けた補助永久磁石81は、空隙Gと対向する極面を主永久磁石41と同じN極とし、他方の主永久磁石42側のサイドヨーク内側面の補助永久磁石82は、空隙と対向する極面がS極になるように取り付けてある。
したがって、主永久磁石41、42からサイドヨーク3へ漏洩しようとする磁束は、サイドヨークに取り付けた補助永久磁石の極面が同極性であるため、サイドヨークへの漏洩が減少し、空隙G内の主磁束方向の磁束ベクトルを大きくしてサイドフォースを減少させる。
なお、補助永久磁石81、82は、図4あるいは図5のように傾斜させることができる。
【0009】
図7は、外側ヨーク1とセンターヨーク2の空隙G側の面に、それぞれ主永久磁石4a、4bを取り付けた場合の実施例で、補助永久磁石8は、サイドヨーク3の内側面に空隙Gの中心位置からそれぞれ主永久磁石4aおよび4b側に片寄らせて設けた2個の補助永久磁石8a、8bで構成されており、外側ヨーク1側の補助永久磁石8aの空隙と対向する極面の極性を、外側ヨークに取り付けた主永久磁石4aの空隙側の極性Nと同極性のN極にし、センターヨーク2側に取り付けた補助永久磁石8bの空隙と対向する極面の極性を、主永久磁石4bの空隙側の極性Sと同極性のS極にしてある。
したがって、主磁束φmと補助磁束φsの方向が等しく、主永久磁石4aの端部から外側ヨーク1へ漏洩する磁束は、補助永久磁石8aが同極性の磁界のため遮られ、センターヨーク2側の主永久磁石4bの端部からサイドヨーク3へ漏洩する磁束は、補助永久磁石8bの磁界で遮られる。
【0010】
図8は外側ヨーク1とセンターヨーク2にそれぞれ軸方向に2組の主永久磁石41a、41bと42a、42bを設けた場合の実施例で、一方の組の主永久磁石41a、41bの空隙側の極性は41aがN極、41bがS極になっており、他方の組の主永久磁石42a、42bの空隙側の極性は、42aがS極、42bがN極になっている。なお、各組の主永久磁石41a、41bおよび42a、42b側のコイル51、52は相互に反対方向に巻装されている。
この場合のサイドヨーク3の内側面に取り付けられる補助永久磁石81a、81b、82a、82bは、空隙と対向する極面が、それぞれ対向する主永久磁石の空隙側の極性と同じ極性になるように取り付けられ、図の実施例では主永久磁石41a、41b側のサイドヨーク内側面には、外側ヨーク側にN極を空隙に対向させた補助永久磁石81aを、センターヨーク側にS極を空隙に対向させた補助永久磁石81bを設け、主永久磁石42a、42b側のサイドヨーク内側面では極性を逆にして、外側ヨーク側にS極を空隙に対向させた補助永久磁石82bを、センターヨーク側にN極を空隙に対向させた補助永久磁石82aを取り付けており、いずれも図7の場合と同様に作用して漏洩磁束を低減させ、サイドフォースを減少させる。
【0011】
【発明の効果】
このように本発明は、外側ヨークとセンターヨークを空隙を介して対向させ、外側ヨークとセンターヨークの両端相互間を連結するサイドヨークを設けて磁路を形成させ、前記外側ヨークとセンターヨークのいずれか一方の空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着し、空隙内にコイルを配置したボイスコイルモータにおいて、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方に固着した前記主永久磁石の側面に対向する位置から、他方のヨークに近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石である補助永久磁石を、前記補助永久磁石の空隙に対向する面を前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて配置しているので、主永久磁石からサイドヨークや外側ヨークに漏洩する磁束を減少させ、主永久磁石端部の主磁束に含まれる磁束ベクトル成分Byを大きくし、これと直角方向の磁束ベクトル成分Bxを小さくしてコイル坦体に作用する推力を増大させ、サイドフォースを小さくする効果がある。また、補助永久磁石をサイドヨークの内側面に取り付けるため、コイル坦体の移動を制限することがなく、大きなコイル移動を行わせることができ、構造も簡単で組み立てが容易であるなどの利点がある。なお、サイドヨークの内側面に前記主永久磁石を固着するヨーク側を高くした取付座を備え、前記取付座に前記補助永久磁石を固着し、あるいは、前記主永久磁石の側面に対向する側の高さを、他方の側の高さより高くした台形断面形状であって、傾斜した空隙対向面をもつ補助永久磁石を固着することにより、補助永久磁石の主永久磁石と対向する側を高くして主永久磁石の端面に近づけ、外側ヨークへの漏洩をさらに有効に減少させることができる。
【0012】
また、外側ヨークとセンターヨークの空隙対向面にそれぞれ主磁束を発生させる主永久磁石を固着したボイスコイルモータにおいては、補助永久磁石が、前記外側ヨークまたは前記センターヨークの前記主永久磁石の側面に対向する位置から、前記外側ヨークと前記センターヨークの空隙中心に近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石であって、前記補助永久磁石の空隙に対向する面をそれぞれの前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、それぞれの前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置することによって前記と同様の効果を得ることができる。
【0013】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す構造説明図である。
【図2】図1の斜視図である。
【図3】図1における磁束の状態を示す説明図である。
【図4】他の実施例を示す一部構造説明図である。
【図5】さらに別の実施例を示す一部構造説明図である。
【図6】主永久磁石を軸方向に複数設けた場合の実施例を示す構造説明図である。
【図7】主永久磁石を空隙の両側に設けた実施例を示す構造説明図である。
【図8】主永久磁石を空隙内に2組設けた場合の実施例を示す構造説明図である。
【図9】従来の一般的な例を示す構造説明図である。
【図10】従来例における漏洩磁束の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 外側ヨーク
2 センターヨーク
3 サイドヨーク
4、41、42 主永久磁石
4a、4b、41a、41b、42a、42b 主永久磁石
5、51、52 コイル
6 コイル坦体
8、81、82 補助永久磁石
8a、8b、81a、81b、82a、82b 補助永久磁石
9 取付座
φm 主磁束
φs 補助磁束
Claims (4)
- 外側ヨークとセンターヨークを空隙を介して対向させ、前記外側ヨークと前記センターヨークの両端相互間を連結するサイドヨークを設けて磁路を形成させ、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方の空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着し、空隙内のコイルを有するボイスコイルモータにおいて、
前記補助永久磁石が、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方に固着した前記主永久磁石の側面に対向する位置から、他方のヨークに近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石であって、
前記補助永久磁石の空隙に対向する面を前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置したことを特徴とするボイスコイルモータ。 - 前記サイドヨークが、その内側面に前記主永久磁石を固着するヨーク側を高くした取付座を備え、
前記取付座に前記補助永久磁石を固着したことを特徴とした請求項1のボイスコイルモータ。 - 外側ヨークとセンターヨークを空隙を介して対向させ、前記外側ヨークと前記センターヨークの両端相互間を連結するサイドヨークを設けて磁路を形成させ、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方の空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着し、空隙内のコイルを有するボイスコイルモータにおいて、
補助永久磁石が、前記主永久磁石の側面に対向する側の高さを、他方の側の高さより高くした台形断面形状であって、傾斜した空隙対向面をもち、前記外側ヨークと前記センターヨークのいずれか一方に固着した前記主永久磁石の側面に対向する位置から、他方のヨークに近い位置までの長さの永久磁石であって、
前記補助永久磁石の空隙に対向する面を前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置したことを特徴としたボイスコイルモータ。 - 外側ヨークとセンターヨークを空隙を介して対向させ、前記外側ヨークと前記センターヨークの両端相互間を連結するサイドヨークを設けて磁路を形成させ、前記外側ヨークと前記センターヨークのそれぞれの空隙対向面に主磁束を発生させる主永久磁石を固着し、空隙内にコイルを配置したボイスコイルモータにおいて、
前記補助永久磁石が、前記外側ヨークまたは前記センターヨークの前記主永久磁石の側面に対向する位置から、前記外側ヨークと前記センターヨークの空隙中心に近い位置までの長さをもつ平板な永久磁石であって、
前記補助永久磁石の空隙に対向する面をそれぞれの前記主永久磁石のコイルに対向する極性と同極性とし、前記サイドヨーク内側面の空隙に対向する位置に、それぞれの前記主永久磁石の側面との間に間隙を設けて、前記補助永久磁石を配置したことを特徴とするボイスコイルモータ。
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