JPS58186366A - リニアモ−タ - Google Patents

リニアモ−タ

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JPS58186366A
JPS58186366A JP6833782A JP6833782A JPS58186366A JP S58186366 A JPS58186366 A JP S58186366A JP 6833782 A JP6833782 A JP 6833782A JP 6833782 A JP6833782 A JP 6833782A JP S58186366 A JPS58186366 A JP S58186366A
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JP
Japan
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stator
movable element
pole teeth
magnetic pole
mover
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JP6833782A
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Terumichi Fukumoto
福本 照道
Noriaki Wakabayashi
若林 則章
Hiromi Onodera
博美 小野寺
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固定子、可動子がともに磁性体からなる多数
の凹凸の磁極歯を有し、可動子が固定子と一定の間隙を
維持しながら直線運動を行なうようなりニアモータに関
するもので、可動子の重量を増加させることなく、固定
子と可動子との間に作用する磁気吸引力の固定子に垂直
な方向の成分の力を軽減し、可動子案内手段に作用する
負荷力を小さくすることによって、動作音が小さく、ベ
アリング等の可動子案内手段の寿命が長い軽葉なりニア
モータを提供することを目的とする。
可動子が固定子に対して一定の間隙を維持しながら前記
固定子との間に作用する磁気吸引力によって運動を行な
うリニアモータにおいては、可動子の推力に関与するの
は前記磁気吸引力の前記固定子に平行な方向(長手方向
)の成分の力であり、前記固定子に垂直な方向の成分の
力は前記可動子案内手段に作用する負荷力となり、該負
荷力が大きいと、ベアリング等の前記可動子案内手段の
寿命が短くなり、またモータの動作音も大きくなる。
第1図は、可動子と固定子との間に作用する磁気吸引力
の前記固定子に垂直な方向の成分の力を軽減するように
考慮して設計されたリニアモータの従来例を示す概略図
である。同図において、1は磁性体よりなる固定子で、
2は固定子1上にその長手方向に一定のピッチで形成さ
れた磁極歯を小している。3は可動子のコアで磁性体よ
りなっている。4は前記コア3の前記固定子1との対向
面上に形成された可動子の磁極歯で前記固定子1の磁極
歯2と同一ピッチで形成されている。5は可動子に罎載
された第1の永久磁石であり、モータの推力に関係する
。6は可動子の前後に取付けられた非磁性体よりなる支
持部材で、ベアリング7およびヨーク8が取付けられて
いる。ベアリング7は可動子との間隙を一定に保ちなが
ら可動子を固定子に対して滑らかに相対運動可能ならし
める役割を果している。8は磁性体よりなるヨークで、
中央に第2の永久磁石9をはさみ、前記非磁性体の支持
部材6によって前記コア3と連結されている。10a、
10bは前記コア3に巻回された励磁巻線である。
この従来例では、いわゆるSAVffEfl−MOTO
Rとして従来から知られているリニア・パルス・モータ
に、固定子と可動子との間に作用する磁気吸引力の固定
子に垂直な方向の成分のカを軽減する磁気回路(前記第
2の永久磁石9と、前記磁性体よりなるヨーク8と、前
記固定子1とで形成される)を設けたものである。前記
コア3と前記固定子1との間に作用する磁気吸引力の前
記固定子1に垂直な方向の成分の力を、前記ヨーク8と
前記固定子1との間に作用する磁気吸引力によって軽減
しようとするものである。前記ヨーク8と前記固定子1
との間隙Gおよび前記第2の永久磁石9の大きさは、可
動子が固定子に対していかに高速に相対運動しても、前
記ヨーク8が前記固定子1に吸着してしまわないように
選定される。このような従来例においては、可動子に推
力を発生させる部材(前記第1の永久磁石5と前記コア
3)と、可動子と固定子との間に作用する磁気吸引力の
固定子に垂直な方向の成分を軽減する部材(前記第2の
永久磁石9と前記ヨーク8)とが独立して構成されてい
るため、可動子の重両が重く、前記磁気吸引力の固定子
に垂1Hな方向の成分を軽減する部材のないリニアモー
タに比較して加速性が悪い。
葦た、第1図に示すように可動子に推力を発生させる部
材の作る磁束φ1 (第1図においては、コイル10a
に通電した場合の磁束を示している。)と可動子と固定
子との間に作用する磁気吸引力の固定子に垂直な方向の
成分を軽減する部材の作る磁束φ2は共通の固定子1の
中を流れるので互いに磁気的な干渉を生じゃすく推力が
低下しがちである。これを防止するためには、前記固定
子1の厚みtを十分に厚くするが、または前記固定子1
をL下にわけて中央に非磁性体をはさみ、前記磁束φ、
情φ2の磁路を分離するなどの]L夫が必要である。
本発明の17 ニアモータは前記従来の欠点を除去し、
可動子の推力に関係する磁束の一部が可動子と固定子と
の間に作用する磁気吸引力の固定子に垂直な方向の成分
を軽減する役割りも果すように構成したもので、可動子
に推力を発生させる部材と可動子と固定子との間に作用
する磁気吸引力の固定子に垂直な方向の成分の力を軽減
する部材とが同一の部材で構成されており、可動子の重
量を増加させることなく、可動子案内手段に作用する負
荷力を軽減することができると共に可動子の推力に関係
する磁束と、可動子案内手段に作用する負荷力を軽減す
ることに関係する磁束との相互干渉はなく、両者を特に
分離するような工夫を施さなくても、可動子と固定子と
の間に作用する磁気吸引力の固定子に垂直な方向の成分
を軽減することによる可動子の推力の低下への影響はな
い。従って加速性を維持したまま可動子案内手段に作用
する負荷力を軽減することのできる動作音が静かで、案
内手段の寿命の長いリニアモータを提供しうる。
以下、本発明について図示の実施例に基いて説明する。
第2図および第3図は本発明の第1の実施例を示す図で
あり、第2図は斜視図、第3図(−)は正面図、第3図
(b)は同図(a)におけるA −A/線における断面
図である。ただし、いずれの図においてもモータに接続
されるリード線やコネクタ等は省略しである。
第2図および第3図において、11は磁性体よりなる固
定子で、その長手方向と垂直な面における断面の形状は
略々コ字型になっており、該固定子の内側の表面11a
と11bは平行に構成されている。該固定子11は磁性
体よりなる角棒を切削加工することによって製作するこ
とができるが、第4図に示すように磁性体よりなる3つ
の部材11C111d、および11eから組み立てるこ
とも可能である。捷た第6図に示すように磁性体よりな
る2つの部材11cおよび11fから組みヴてることも
可能である。12は前記固定子11の表面11b上に一
定のピッチで形成された固定子磁極歯を示している。該
磁極1′#12は機械加工によって形成することができ
るが、磁極歯12の歯の^さに相当する厚みを持った磁
性体よりなる板にエツチング加工を施すによって、前記
磁極歯12の四部に相癲する部分の幅を持つ多数のスリ
ットを前記磁極歯12と同一ピッチで形成したエツチン
グ板を前記固定子110表面11b[接着することによ
っても形成することが可能である。
13は可動子のコアで磁性体からなり、その長手方向に
3つの界磁部25 a 、 25 b、 26 C71
5形成されている。14は前記3つの界磁部26d。
2sb、25Cのそれぞれの端面に前記固定子11の磁
極歯12と同一ピッチで形成されている可動子磁極歯で
る。す、前記各々の界磁部25a、25b。
25cについて磁極歯の位相はそれぞれ一ピッチづつず
れて形成されている。15は可動子に搭載されている永
久磁石であり、前記コア13の磁極歯14の形成されて
いる面と反対側の面に密着して固定されており、該固定
面に垂直な方向に着磁されている。16はベアリング1
7を支持する非磁性体よりなるベアリング支持部材であ
る。ベアリング17は前記コア13と前記固定子11と
の間隙G1 を一定に保ちながら可動子を固定子11に
対して滑らかに相対運動させる役割を果たしている。1
8Fi前記固定子11の磁極歯12の形成されている部
分の端部に設けられたガイドレールで前記固定子11に
沿って設けられている。19は可動子の片側の側面に取
付けられた非磁性体よりなるサイドプレートであり、2
個のベアリング20.20を支持する役割りを果してい
る。21はベアリング20′を支持する補助プレートで
あり、前記サイドプレート19に設けられた軸22を中
心として回動可能なように構成されている。3個のベア
リング20,20.20’は可動子が固定子11に沿っ
て運動するようにガイドレール18の両側をはさみ込む
ことによ−ノて可動子を案内する〇前記補助プレート2
1と前記サイドプレート19Fi スフ) ンク23で
連結されていて、該スプリ7グ23は前記サイドプレー
ト19に直接取付けられた前記2個のベアリング20.
20を前記ガイドレール18の一方の而に適当な圧力で
接触させると共に前記補助プレート21に取付けられた
前記1個のベアリング20’を前記ガイドレール18の
他方の而に適当な圧力で接触せしめ、前ddガイトレー
ル18を前記3個のベアリング20,20゜20’で両
側からはさみ込む。このように前記固定子11に沿った
前記ガイドレール18を前記固定子11の端部に該ガイ
ドレール18の両側を少なくとも3個のベアリングでは
さみ込むことによって可動子を前記固定子11に沿って
案内する方式は案内機構をすべて可動子の片側に配置す
ることができるので可動子の他の片側の空間に固定子を
有効に配置することができ、前記固定子11と前記コア
13と前記永久磁石16がつくる磁路の長さが短くなる
ような構造とすることができる。その結果、前記永久磁
石16の磁束の漏洩を軽減することができ、磁束の漏洩
によるモータの推力の低下を緩和することができる。2
4a、24b。
24cは、前記界磁部25a、25b、25cにそれぞ
れ巻回された励磁巻線を示す。
次に本発明の第1の実施例の動作原理について説明する
。第6図は前記第1の実施例の動作原理を説明するだめ
の図である。同図において、φ。
は前記永久磁石16によって前記界磁部26a。
また、φ8.φb、φ。は前記励磁巻線24a、24b
24cを励磁した時に生ずる磁束をそれぞれ表わしてい
る。第6図(−)は前記励磁巻!24&を励磁した時の
磁束の流れを示す図で、前記界磁部26a。
25b、250内に生ずる磁束をそれぞれφ9.。
φp21φp3とすると、 φ2.=φ。十φ2          中・・・・・
・・(1)φp2=φ。−3φ6     ・・・・・
・・・・・(2)φp3=φ。−職φ2    ・・・
・・・・川(3)となる。ここで前記励磁巻線24aの
励磁電流または巻回数を調節して、φ2を制御すること
にょ一ンて、 す、)φp21φ2.)φp3   ・・・・・(4)
となるようにすることができる。
このような状態においては、前記界磁部25aに磁束の
強い流れが生じ、前記界磁部25aが前記固定子11の
磁極歯12に強く吸引され、推力が発生する。第6図(
b)は前記励磁巻線24bを励磁した時の磁束の流れを
示す図で、前記界磁部25a、25b、25c内に生ず
る磁束φ2.。
φp2・φp3は・ φ2.=φm/2φb      ・・・−・・・(6
)φp2−φ。+φb       ・・・・・・・(
6)φp3−φm/iφb         ・・・・
・・・ ケ)となり、前記励磁巻線24bの励磁電流ま
たは巻回数を調節して、φbを制御することによって、
φp2)す4.φp2)φp3  ・・・・・(8)と
なるようにすることができる。
このような状態においては、前記界磁部25bに磁束の
強い流れが生じ、前記界磁部26bが前記固定子11の
磁極歯12に強く吸引され、推力が発生する。第6図(
C)は前記励磁巻線24aを励磁した時の磁束の流れを
示す図で、前記界磁部25a、25b、25c内に生ず
る磁束φ2.。
φp2.φp3は、 φ2.=φm−4φ。      ・・・・・・・(9
)φp2”φm/2φ。      ・・・・・(10
)φP3−φ。+φ。       ・・・・・・(1
1)となり、前記励磁巻a240の励磁電流、または巻
回数を調節して、φ。を制御することによって、す。)
φp 1+す、)φp2  ・・・(12)となるよう
にすることができる。
このような状態においては、前記界磁部25cに磁束の
強い流れが生じ、前記界磁部25cが前記固定f11の
磁極歯12に強く吸引され、推力が発生する。前記各々
の界磁部25a、2csb。
26cに形成されている磁極歯の位相はそれぞれ1/3
ピツチづつずれて形成されているので、前記励磁巻線2
4a、24b、24cを選択的に順次励磁してゆくこと
によって、本発明の第1の実施例に示すリニアモータは
3ピツチづつ歩進する。
また、第6図に示すように前記永久磁石16の磁束は、
前記可動子のコア13と前dピ固定量11との間隙G1
  と、前記永久磁石15と前記固定子11との間隙G
2を通過するので、可動子に作用する磁気吸引力の前記
固定子11に垂直な方向の成分の力は、前記間隙G1 
で生ずる前記固定子11の而11bへの力FG1と、前
記間隙G2で生ずる前記固定子110而11aへの力F
G2とであり、特にFG2は前記FG、を打ち消す方向
に作用するので、可動子に作用する磁気吸引力の前記固
定子11に垂直な方向の成分の力は、FGl−FG2と
なる。従って、本発明によれば、可動子と固定子との間
に作用する磁気吸引力の固定子に垂直な方向の成分の力
を軽減することができる。前記間隙G2は、可動子が前
記固定子11に対していかに高速に相対運動しても、前
記固定子11の而11aに吸着してしまわないように、
G2〉G、の範囲で選定する。また、前述のように可動
子に推力を発生させるのに必要な前記永久磁石16の磁
束φ。が、可動子と固定子との間に作用する磁気吸引力
の固定子に垂直な方向の成分の力を軽減する役割りも果
たすように構成されているので、可動子に推力を発生さ
せる部材と可動子と固定子との間に作用する磁気吸引力
の固定子に垂直な方向の成分を軽減する部材とが同一で
あり、可動子の重量を増加させることなく、可動子案内
手段に作用する負荷力を軽減することができる。さらに
可動子の推力に関係する磁束の一部が、可動子案内手段
に作用する負荷力を軽減する磁束にもなっているので、
前記可動子の推力に関係する磁束と、前記可動子案内手
段に作用する負荷力を軽減する磁束との間の磁気的な干
渉はもちろんない。
第7図は本発明の第2の実施例の原理構成図であり、可
動子と固定子の間隙維持手段を含む可動子案内手段は先
述の第1の実施例と同一であるとして、省略しである。
第7図(−)は正面図、第7図1’b)は側面図を示す
。同図において、前記第1の実施例と同一の番号を付け
た部分は、前記第1の実施例と同一の部材を示す。OT
動子がコ字形の固定子11の内部に、間隙G1 および
G2(G2〉G1)をへだてて配置されているのは前記
第1の実施例と同じである。可動子のコアは磁性体より
なる2つの部材、第1のコア26および第2のコア27
から構成され、前記第1のコア26は3つの界磁部30
 a 、 30 b 、 30 cを前記固定子11の
長手方向に有しており、前記第2のコア27は3つの界
磁部31 a、  31 b、  31 cを前記固定
子11の長手方向に有している。28は前記第1のコア
26の前記固定子11と対向する面に形成された第1の
可動子磁極歯であり、前記界磁部30a。
30b、30cのそれぞれの端面に形成されていて、各
界磁部について位相がそれぞれ4ヒツチづつずれて形成
されている。29は前記第2のコア27の前記固定子1
1と対向する面に形成された第2の可動子磁極歯であり
、前記界磁部31a。
31bf31Cのそれぞれの端面に形成されていて、各
界磁部について位相がそれぞれるヒツチづつずれて形成
されている。また前記第1のコア26の前記磁極歯2B
と前記第2のコア2了の前記磁極歯29とは位相が互い
にtピッチずれて形成されている。このように磁極歯を
形成すると、前記界磁部30aの磁極歯を基準とすると
、前記界磁部3−10の磁極歯の位相は4ピツチずれて
おり、前記界磁部3obの磁極歯は%ピッチ、前記界磁
部30cの磁極歯は%ピッチ、前記界磁部31bの磁極
歯は6/6ビノテそれぞれ位相がずれることになる。従
って、前記界磁部30a〜30aおよび31a〜31c
を次の様に順次励磁すれば、本発明の第2の実施例のモ
ータは%ピッチずつ歩進する。
30a−+31 c−+30b−+31 a−+30c
m+31b・・・・・・・(13) 32aは前記界磁部30aと31bにわたって巻回され
ている励磁巻線であり、前記界磁部30 aと31aと
では互いに逆方向に巻回されている。
32bは前記界磁部sobと31bにわたって巻回され
ている励磁巻線であり、前記界磁部30bと31bとで
は互いに逆方向に巻回されている032cは前記界磁部
30cと31cにわたって巻(ロ)されている励磁巻線
であり、前記界磁部30 cと31cとでは互いに逆方
向に巻回されている。
前記励磁巻線32a、32b、32cに第8図に示すよ
うな駆動電流を流すと、第(13)式に示すシーケンス
に従って前記界磁部30 a〜30cおよび31a〜3
1cが順次励磁され、本発明の第2の実施例に示すモー
タは74ヒツチずつ歩進する。
該第2の実施例においても、可動子と固定子の間に作用
する磁気吸引力の固定子に垂直な方向の成分の力を軽減
することができること、可動子と固定子との間隙G2の
決め方、可動子の重量を増加させることなく、可動子案
内手段に作用する負荷力を軽減することができること、
可動子の推力に関係する磁束の一部が、可動子案内手段
に作用する負荷力を軽減する磁束となっているので、こ
れら両者の間の磁気的な干渉は存在しないこと等の効果
は先述の本発明の第1の実施例の場合と全く同様である
。また、本発明の第1および第2の実施例において、前
記永久磁石16の上に磁性体よりなる平行平板を密着さ
せて可動子を構成してもさしつかえない。また、界磁部
の数に応じて4相モータ、5相モ〜りなどとして構成し
ても何らさしつかえない。さらに本文で述べた駆動方法
以外にも多相励磁駆動、マイクロステップ駆動などの種
々な駆動法によって本発明のリニアモータを駆動するこ
とが可能である。特に、位置検出器を具備し、閉ループ
制御を行なうことによって、通常のサーボ・モータとし
て動作させることも可能である。
以上の説明で明らかなように、本発明のりニアモータは
、可動子の推力に関係する磁束の一部が可動子と固定子
との間に作用する磁気吸引力の固定子に垂直な方向の成
分を軽減する役割りも果たしており、可動子に推力を発
生させる部材と可動子と固定子との間に作用する磁気吸
引力の固定子に垂直な方向の成分を軽減する部材とが同
一部材で構成されているので、可動子の重量を増加させ
ることなく、可動子案内手段の負荷力を軽減することが
できる。また、可動子の推力に関係する磁束と、可動子
案内手段に作用する負荷力を軽減することに関係する磁
束との相〃干渉もなく、前記負荷力を軽減することによ
る可動子の推力への影響もない。従って、本発明の+)
 ニアモータは、高加速性を維持したまま可動子案内手
段の負荷力を軽減することのできる動作音が静かで案内
手段の寿命の長いリニアモータであり、旨信頼性、長寿
命、静音動作が要求される記録計、プロッタなどへの幅
広い応用かり能である。また、固定子に沿−)たガイド
レールを設け、該ガイドレールの両側を少なくとも3個
のベアリングではさみ込むことによって可動子を前記固
定子に沿って案内する方式を採用することにより、案内
機構をすべて可動子の片側に配置することができ、可動
子の他の片側の空間に固定子を有効に配置し、可動子と
固定子の作る磁路長が短くなる構造とすることが可能で
ある。従って、磁束の漏洩を軽減することができ、磁束
の漏洩によるモータ推力の低下を緩和しうる効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例の概略構成図、第2図は本発明の第1の
実施例の要部斜視図、第3図体)、 (b)はその正面
図と断面図、第4図および第6図は固定子の組立て法を
説明するための図、第6図体L (b)。 (C)は本発明の第一の実施例の動作原理を説明するた
めの概要図、第7図(a)、 (b)は本発明の第2の
実施例の要部正面図と要部側面図、第8図は同本発明の
第2の実施例における駆動電流波形の一例を示す図であ
る。 11・・・・・・固定子、11a、11b・・・・・・
固定子の内側表面、11c、 11d、 11e、 1
1f−−−−・−固定子部材、12・・・・・・固定子
磁極歯、13・・・・・・コア、14・・・・・・可動
子磁極歯、16・・・・・・永久磁石、16・・・・・
°ベアリング支持部材、17・・・・・ベアリング、1
8・・・・・・ガイドレール、19・・・・サイドプレ
ート、20.20′・・・・・・ベアリング、21・・
・・・・補助プレート、23・・・・・・スプリング、
22・・・・・・軸、24a、24b、24c・・・・
・・励磁巻線、26a、26b、26c・・・・・・界
磁部、26・・・・・・第1のコア、27・・・・・・
第2のコア、28・・・・・・第1の可動子磁極歯、2
9・・・・・・第2の可動子磁極歯、30a、 30b
、 30c、 31 a、 31 b、 31 c −
−−−−−界磁部、32a、32b、32c・・・・・
・励磁巻線。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第4図 第6図 (aン 第7図 第8図 L:1gνチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)可動子が固定子に対して案内手段を介して相対運
    動できるように構成され、前記可動子は、固定子の長手
    方向に一定のピンチで凹凸の第1の磁極歯がそれぞれの
    端面に形成されているような複数個の界磁部を含′む磁
    性体よりなる第1の部材と、該第1の部材1の前記複数
    個の界磁部にそれぞれ巻回された複数個の励磁巻線と、
    前記第1の部材の、第1の磁極歯の形成されている面と
    反対側の面に密着して固定され、かつ該固定面に垂直な
    方向に着磁された永久磁石を含めて成り、前記固定子は
    、その長手方向に垂直な断面が略々コ字型の形状をなし
    、前記可動子をとり囲むように配置され、前記可動子の
    第1の磁極歯と所定の第1間隙をへだてると共に、前記
    可動子の第1の磁極歯の形成されている面と反対側の面
    と所定の第2間隙をへだて、かつ前記可動子の第1の磁
    極歯の形成されている面と対向する面上に長手方向に一
    定のピッチで凹凸の第2の磁極歯が形成された磁性体部
    材から構成され、前記案内手段は、前記可動子と#配置
    定量との間の第1および第2間隙を維持せしめる第1手
    段および固定子に沿−】て可動子を長手方向に案内せし
    める第2手段とを含めて成ることを特徴とするりニアモ
    ータ。
  2. (2)案内手段の第1手段は、固定子の第2の磁極歯が
    形成されている而と可動子の第1の磁極歯が形成されて
    いる面との第1間隙を直接的に維持することにより、間
    接的に第2間隙を維持するような第1のベアリング手段
    と、これを支持する第1のベアリング支持機構を含めて
    成り、前記案内手段の第2手段は、長手方向に垂直な断
    面形状が略々コ字型をした固定子の2つの端部のうち、
    少なくとも一方に設けられたガイドレールと、可動子を
    固定子に沿って案内せしめるように前記ガイドレールと
    咬合するように配置された第2のベアリング手段および
    、これを支持する第2のベアリング支持機構を含めてな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のり
    ニアモータ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985005741A1 (en) * 1984-06-05 1985-12-19 Mitsubishi Mining & Cement Co., Ltd. Stepping motor
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EP0792005A1 (en) * 1995-09-12 1997-08-27 Fanuc Ltd. Linear motor driving type feeding device

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