JP2000193025A - 磁気回路 - Google Patents
磁気回路Info
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Abstract
が得られるようにした安価な磁気回路を提供すること。 【解決手段】 2極磁石6,8を分離し、分離された2
極磁石6,8の中央に導体10を配置した。また、サス
ペンションユニットに取り付け、反発系の磁気バネを構
成するようにした。
Description
ニット等に取り付けられ、反発系の磁気バネを構成する
磁気回路に関する。
い材料で構成されることが多い機械や構造物の振動・騒
音対策として、様々な制振材、制振器、制御方法が提案
されている。
ム、空気バネ、粘弾性材料、ダンパーといったバネと減
衰材を最適に組み合わせて用いるが、この組合せは、動
倍率と損失係数のように二律背反関係にあることが多
い。そのため、動吸振器を含めた受動制振装置や準能動
・能動制御により振動を抑制する試みが数多くなされて
いる。これら、制振器の特性材として、ロバスト性のあ
るもの、制振対象の特性変動に応じられるもの、高温、
低温、油、オゾンなどの環境に左右されず、経年変化し
ないものが望まれる。
する永久磁石が、実用化されるに伴い、磁気浮上、磁気
軸受、磁性流体を用いたダンパーなど磁気制振系の研究
が盛んに行われている。特に、電磁誘導による渦電流と
磁束の作用による磁気減衰を利用した磁気ダンパーは、
減衰力要素として用いられ、応用範囲も拡大している。
導による制動効果を高めるための磁気回路の形状、構造
等については、十分な検討がなされていないのが現状で
あり、同極の永久磁石を対向させた反発系の磁気バネを
構成する効率的磁気回路の構成については、まだまだ研
究の余地があった。
題点に鑑みてなされたものであり、反発系の磁気バネを
構成し、より強い反発力が得られるようにした安価な磁
気回路を提供することを目的としている。
に、本発明のうちで請求項1に記載の発明は、分離され
た2極磁石と、該2極磁石の中央に配置された導体とを
有する磁気回路である。
たN極及びS極の中央に開口部を設け、該開口部に導体
を埋設したことを特徴とする。
体にアルミニウムと銅のいずれかを使用したことを特徴
とする。
ションユニットに取り付けられ、反発系の磁気バネを構
成するようにしたことを特徴とする。
て、図面を参照しながら説明する。同極の永久磁石を対
向させた反発系の永久磁石は、運動を与えることにより
負荷質量や入力に応じてバネ定数が変化することから、
ロバスト性があり、振動方向に対して非接触で対応でき
る。そこで、全方位の振動絶縁を行うことができる磁気
バネ特性について以下説明する。
系)をお互いに反発しあうように向かい合わせ、相対運
動させたときに生ずる反発力、吸引力、電磁誘導による
磁気制動力により構成される。
面直方向に運動させたときの磁石間距離(z)と静的な
反発力(f)の関係を示したものであり、磁石A,B,
Cのサイズはそれぞれ、s=75×75mm2、h=2
0mm、s=75×75mm2、h=10mm、s=5
0×50mm2、h=10mmとなっている。磁気バネ
系における荷重−変位特性は、摩擦損失が無視できるほ
ど小さいとき、可逆的であり、
磁界による影響を受けにくく、減磁曲線上で磁化の強さ
はほとんど変化せず、ほぼその飽和磁化の強さの値を保
つ。そのため、磁石端面に磁荷が均一に分布していると
仮定したチャージモデルを用いて磁石間に働く反発力を
計算する。
N2上の点(x2,y2,δ)と永久磁石4の表面S1上の点
(x1,y1,0)に働く吸引力f(1)は、
ぞれ微少面積dx1dy1,dx2dy2の磁荷で、Rは、
(2)とし、S1,S2間で働く反発力をf(3)とすると、荷
重FzとFxは、
す。ξは、2つの磁石間のずれ量を示し、計算上の原点
は、それぞれの磁石の中心に置いている。この結果は、
補正係数を乗じることで実験値と5%の誤差範囲内でよ
く一致している。
を乗せたときの運動方程式は、
た質量である。cは、筐体などによって生ずる粘性減衰
係数で、第2項は減衰項を示す。第4項は重力項で、F
(t)は外力である。重りを乗せた磁石の平衡位置をz
0とおくと、
るとし、
ため、金属バネとは逆の関係になっている。動作点の設
定位置及び、磁気回路の調整で、荷重−変位特性の最適
な曲率を設定することにより、負荷質量に関係なく、共
振点をほぼ一定にすることがてきる。(13)の近似を
2次の項まで考えると、(10)式は、
反発力bζ2が加わっており、その力で周期的外力を減
衰させる。つまり、永久磁石の運動の軌跡を調整し、バ
ネ定数を制御することにより、入力に限定を受けるが、
強制振動を負荷質量により減衰する。
(反磁界+外部磁界)でその大きさが決まり、 B=4πI−Hm+Hex(CGS単位) で与えられる。ただし、4πIは、自発磁化Iにより発
生する磁束で、Hmは、磁石が自らを弱める力で反磁界
を示し、Hexは、磁極が対向することで生ずる外部磁界
である。自己減磁対策で、多極化し隣の磁石で順磁界を
作るとHmを小さくできる。しかしながら、磁力線の勾
配がないと、外部へ磁力線が出ない。つまり、Hmを小
さくするために極数を増やしていくと中央部の磁力線が
外部へほとんど出なくなる。さらに、端部の磁束も飛ば
なくなり、反発力が弱まる。つまり、反発力の強さは、
対向面積と極数と通常使用している磁石間距離で決ま
る。
さが20mmで極数が1〜4極の永久磁石を示し、図5
は、同一磁極を対向させたときの磁石間距離と反発力の
関係を示している。
おける人体を浮上させる領域での効率の良い磁気回路
は、2極磁石であることがわかる。磁壁に相当する交互
磁石間で漏れ磁界が生じ、対向磁石が接近したとき、よ
り強い反発力が得られ、底付き現象も軽減する。
明する。まず、電磁誘導による磁気制動力を求めるのに
際し、円柱磁石に起因して生じる磁界を計算し、電磁誘
導の法則から起電力を導き、電流密度を求め、次に磁束
変化により導体中に増加した磁気エネルギー密度を計算
し、電流密度に働く力より、導体全体に働く力を算定す
る。
の円柱状磁石で下面の任意の点(x,y)が、導体中の
任意の点(ξ,o,z)に作る磁場dHLは、
使うと、 x=rcosψ、y=rsinψ、ds=rdψdr であるから、
る磁場の垂直成分Hz(ξ,0,z)は、
増加するので、それを防げる方向に起電力eが生じる。
れた領域内の磁束である。接近する速度をvとすると円
周Rに沿う電圧Vは、
周と半径ξ+dξの円周で囲まれた部分の磁界は、Hz
(ξ,o,z)で与えられ、その面積は2πξ・dξであ
るから、磁束Φ(R,z)は、
断面積をS、回路の長さをd、d=2πRとすると電流
密度Jは、
した磁気エネルギー密度umは、
(R)は、
離、z2は導体下面までの距離である。(34)、(3
5)、(37)より、
で囲まれた領域内の磁束で、磁気制動力Fzは、導体の
厚さと磁石と導体の相対速度に依存する。磁石と導体の
変位の方向と、磁気制動力の方向は、逆になり、例え
ば,磁石が導体から離れる場合は、吸引力が誘導され
る。
る制動効果を図8に示す。対向面積75×75mm2、
厚さ20mmの2極永久磁石と、導体として厚さ20m
mのアルミニウム板と、3.876kgの負荷質量とを
使用するとともに、f(周波数)=15Hz、A(振
幅)=1mmのサイン波を入力波として使用した。ま
た、平衡点での磁石と導体との離間距離を5mmに設定
した。変位方向と逆方向に導体である磁石に図中のa部
分に示される磁気制動力が働き、最大で28.7(N)
となる。
依存性のある反発力と動的磁気バネ定数を図10に示
す。対向面積75×75mm2、厚さ20mmの2極永
久磁石を使用するとともに、f(周波数)=0.2〜7
Hz、A(振幅)=2mmのサイン波を入力波として使
用した。また、平衡点での磁石間距離を15mmに設定
した。希土類磁石で構成される磁気バネ系は、フェライ
ト磁石と異なり、磁石自体も導体であるため電磁誘導に
よる渦電流が発生し、磁石の働きを妨げる方向に制動力
が働く。振幅2mm一定のサイン波で励振した場合、周
波数でいえば、0.2Hzから7Hzへの変化で動的磁
気バネ定数は、41.653(N/mm)から26.7
68(N/mm)へバネ定数が変化する。
を利用したサスペンションユニット(以下、磁気サスと
称す)と、バネ定数k=8.1N/mmの金属バネを使
用したサスペンションユニットの荷重−変位特性と振動
特性を図11に示す。被験者の体重は72kgで、振幅
2.5mmのサイン波を入力波として使用した。バネ定
数は大きく異なるが、振動特性は近似している。磁気サ
スの動的磁気バネ定数は22N/mm変化し、金属バネ
を使用したサスペンションユニットはショックアブソー
バーによって減衰させており、2つのユニットの共振周
波数が近似している。
の対向面積を50×50mm2、75×75mm2とした
場合の振動特性である。尚、磁石の厚さは15mmと同
一である。
さ15mmの磁石に対して、負荷質量が30kgおよび
20kgの場合の振動特性である。負荷質量が同一の場
合、磁石の対向面積を大きくすると、静的磁気バネ定数
は大きくなり、硬いバネの様相を示す。振動を与えたと
きは磁束が急激に増加するため、大きな制動力が発生
し、動的バネ定数が小さくなり、振動伝達率も低くな
る。負荷質量が大きい場合は、静的磁気バネの荷重−変
位曲線上の硬いバネの部分を用いる。同様に、動的バネ
定数は小さくなり、共振点が低周波数域に移行し、制動
力により、振動伝達率も抑制される。
るために、磁気回路中に導体片(例えばアルミニウム、
銅等)を設けた例を示しており、(a)は穴あき磁石6
を、(b)はセパレート磁石8を示している。図14
(a)の穴あき磁石6は、2極磁石を分離して、その中
央に導体10を配置するとともに、N極12及びS極1
4の中央に矩形開口を穿設した後、開口部に導体16,
18を埋設している。一方、図14(b)のセパレート
磁石8は、2極磁石を分離して、その中央に導体10を
配置したものである。
ーを使用したサスペンションシートと、s=50×50
mm2、h=10mmのセパレートタイプ2極磁石を組
み込んだ磁気サスに体重60kgの被験者が着座し、首
都高速を80km/hで走行したときの振動特性を比較
したグラフであり、両者の振動特性は極めて類似してい
る。
スペンションシートのバネ特性と荷重−変位特性をそれ
ぞれ示しており、図18は、金属バネ式サスペンション
シートの荷重−変位特性を示している。磁気サスシート
は、ショックアブソーバーが設定されておらず、また、
体重調整もなくなり、磁気バネも小型、軽量になってい
るが、負荷質量が増すとkm=24.2N/mmの動的
磁気バネ定数の影響を受けるため、体重調整の付いた金
属バネ、ショックアブソーバー付きサスペンションシー
トとほぼ同一の振動特性を示す。つまり、負荷質量が小
さいときは、金属バネの領域を使用し、負荷質量が増し
たときは、磁気バネの領域を使用している。
二つのセパレート磁石8,8(片側のみ示されている)
により磁気バネを構成するとともに、複数の磁気バネ2
0,…,20ともに浮上力を発生させている。
ト磁石8と同じサイズで同じ磁束密度の2極磁石とを比
較した荷重−変位特性を示している。セパレート磁石8
は、同一サイズで同一磁束密度の2極磁石に比べて反発
力が約10%増加する。
間隔をあけない場合は、磁石間距離が小さくなるとN1
−N2,S1−S2の反発力以外にN1−S2,N2−
S1の間の吸引力が増大し、消磁状態となる。これに対
し、図21(b)に示されるように、2極間の間隔をあ
けていくと、N1−S2,N2−S1の間の吸引力が減
少し、反発力のみが作用するため、合力としての反発力
が増加して、平衡点回りの振動域の特性が改善される。
あき磁石6から発生する磁力線を示しており、図22
は、穴あき磁石6とほぼ同じサイズで同じ磁束密度の2
極磁石と比較した荷重−変位特性を示している。図22
からわかるように、穴あき磁石6はセパレート磁石8と
同様、反発力が増大している。穴あき部にインサート材
16,18としてアルミニウムを挿入すると、図21
(b)に示されるように擬似的な8極磁石となってい
る。そのため、平衡点から近接位置まで反発力が大きく
なり、動的磁気バネ定数も安定して2極磁石より大きく
変化し、底付き現象が軽減される。
構成される磁気バネの基本特性解析を行った結果、以下
の点が確認された。 1)希土類磁石による磁気バネ特性は、チャージモデル
によるシミュレーションに補正係数を乗じることで計算
値と実測値のカーブがよく一致する。 2)サスペンションユニットにおいて人体を浮上させる
領域では、N極、S極を交互に接着した2極磁石が単極
及び多極磁石に比べて効率の良い磁気回路を形成し、動
的バネ定数、反発力の部分増強にセパレート、穴あき磁
石が適している。 3)磁気バネの静的・動的バネ特性について。 ・磁気バネの振動特性は、共振点から減衰域に至るまで
の挙動が金属バネと逆になる。つまり、磁束密度を大き
くする(硬いバネを使用する)ことで、共振周波数を低
減することがてきる。 ・磁気バネの動的バネ定数は、速度依存性があり、速度
が大きくなるにつれ、動的バネ定数は低下する。 ・負荷質量による重力項で共振峰が抑えられ、自由振動
は減衰する。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。本
発明のうちで請求項1に記載の発明によれば、2極磁石
を分離し、分離した2極磁石の中央に導体を配置したの
で、同一磁極が対向する反発系の磁気バネに利用する
と、同一サイズの磁石に比べ反発力を増大させることが
できる。
離されたN極及びS極の中央に穿設された開口部に導体
を埋設したので、磁気バネの動的磁気バネ定数を安定さ
せることができる。
アルミニウムと銅のいずれかを導体として使用したの
で、磁気回路を安価に作製することができる。
スペンションユニットに取り付けられ、反発系の磁気バ
ネを構成するようにしたので、平衡点回りの振動特性を
改善し、底付き現象を軽減することができる。
の磁石間距離と静的な反発力との関係を示すグラフであ
る。
及び吸引力の解析モデルを示す概略図である。
部磁石に錘を載置したときの平衡点回りの微小振動モデ
ルを示す概略図である。
極を、(b)は2極を、(c)は3極を、(d)は4極
を平行に隣接配置したものを、(e)は4極を「田」形状
に隣接配置したものをそれぞれ示している。
mの図4に示される永久磁石を、同一磁極を対向させて
配置したときの磁石間距離と反発力の関係を示すグラフ
である。
は円柱磁石と導体の座標を、(b)は円柱磁石の円柱座
標を、(c)は導体中の電流密度をそれぞれ示してい
る。
効果を示すグラフである。
である。
フで、(a)は反発力を、(b)は動的磁気バネ定数を
それぞれ示している。
あり、(a)は荷重−変位特性を、(b)は振動特性を
それぞれ示している。
の振動特性を示すグラフである。
の振動特性を示すグラフである。
(a)は穴あき磁石を、(b)はセパレート磁石をそれ
ぞれ示している。
サスペンションシートと、セパレートタイプの2極磁石
を組み込んだサスペンションシートの振動特性を示すグ
ラフである。
性を示すグラフである。
変位特性を示すグラフである。
変位特性を示すグラフである。
である。
重−変位特性を示すグラフである。
(a)は2極磁石を、(b)はセパレートタイプ2極磁
石を、(c)は穴あき磁石をそれぞれ示している。
性を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 分離された2極磁石と、該2極磁石の中
央に配置された導体とを有する磁気回路。 - 【請求項2】 分離されたN極及びS極の中央に開口部
を設け、該開口部に導体を埋設した請求項1に記載の磁
気回路。 - 【請求項3】 上記導体にアルミニウムと銅のいずれか
を使用した請求項1あるいは2に記載の磁気回路。 - 【請求項4】 サスペンションユニットに取り付けら
れ、反発系の磁気バネを構成するようにした請求項1乃
至3のいずれか1項に記載の磁気回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37285598A JP4242961B2 (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 磁気バネ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37285598A JP4242961B2 (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 磁気バネ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000193025A true JP2000193025A (ja) | 2000-07-14 |
JP4242961B2 JP4242961B2 (ja) | 2009-03-25 |
Family
ID=18501161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP37285598A Expired - Lifetime JP4242961B2 (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 磁気バネ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4242961B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011040740A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Asml Netherlands Bv | フレームに対して基板を位置決めする位置決めシステムおよび方法 |
JP2016536536A (ja) * | 2013-08-09 | 2016-11-24 | シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント カンパニー リミティド | ハルバッハ配列及び該ハルバッハ配列を採用する磁気浮遊式ダンパー |
CN107628139A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-26 | 浙江大学 | 磁吸附式爬壁轮 |
-
1998
- 1998-12-28 JP JP37285598A patent/JP4242961B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011040740A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Asml Netherlands Bv | フレームに対して基板を位置決めする位置決めシステムおよび方法 |
US8896811B2 (en) | 2009-08-12 | 2014-11-25 | Asml Netherlands B.V. | Positioning system and a method for positioning a substage with respect to a frame |
JP2016536536A (ja) * | 2013-08-09 | 2016-11-24 | シャンハイ マイクロ エレクトロニクス イクイプメント カンパニー リミティド | ハルバッハ配列及び該ハルバッハ配列を採用する磁気浮遊式ダンパー |
CN107628139A (zh) * | 2017-08-22 | 2018-01-26 | 浙江大学 | 磁吸附式爬壁轮 |
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