JP2004242447A - Magnetic levitated arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板磁石を磁気浮上させる装置に関するもので、磁気浮上により損失を小さくさせ、外部から回転などの駆動も可能にし、ジャイロや表示装置としても利用できるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、モーターや回転体などの非接触軸受けや、搬送体の磁気浮上などとして、永久磁石や電磁石の吸引力や反発力を利用した装置、さらに超伝導のマイスナー効果に基づく反磁性を利用した磁気浮上装置などが多数報告されている。
【0003】
しかし、重力に対して浮上させることが主体で、左右の変動を防止するためのガイドレールや支持軸、更には台車を用いるのが一般的であった。
【0004】
また、電磁石と位置センサとを利用し、左右の振れをセンサで検知し、電磁石で振れを防止するように制御するなど、大掛かりな装置となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガイドレールや支持軸が存在すると、ここでの摩擦が問題になり、三次元的にどの角度でも宙に浮いた無支持の浮上体が求められていた。
【0006】
また、位置センサを用いた磁気浮上制御システムでは、電力の問題や応答速度の問題など、単純な構造が求められていた。
【0007】
本発明は、永久磁石を利用した単純な構造で、三次元的にどの角度でも周囲に接触しない、省エネの磁気浮上装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係わる磁気浮上装置は、永久磁石の磁極間の反発力を利用した磁気浮上装置において、磁気浮上部が浮遊板磁石10であること、この浮遊板磁石10を取り巻くようにその周囲に配置された固定磁石20との間に空隙を有して、この浮遊板磁石10が閉じ込められた構造であること、この浮遊板磁石10は上面と下面が互いに反対の磁極1に帯磁されていること、この浮遊板磁石10が空隙内で移動しても、この浮遊板磁石10の磁極1に対して固定磁石20の磁極1の最近接磁極は反対の磁極1であることが維持されるように空隙の間隔が設定されていること、この浮遊板磁石10の磁極1と周囲の対向する固定磁石20の磁極1との反発力によりこの浮遊板磁石10が磁気浮上する構造となるように構成したもので、永久磁石の磁極間の反発力を利用しているので、磁気浮上自体には電力を必要とせず、省エネ的で、かつ構造が単純な磁気浮上体が提供できる。
【0009】
本発明の請求項2に係わる磁気浮上装置は、固定磁石20として上側と下側に、上面と下面が互いに反対の磁極1に帯磁された板磁石が浮遊板磁石10を挟むように配置されてあり、浮遊板磁石10の磁極1と、これらの上側と下側の板磁石21、23の磁極1とは互いに反発し合うように、上側と下側の板磁石21、23とが間隔を空けて接合固定されている場合で、固定磁石20は、板磁石を二枚用意し、これらをスペーサを介して張り合わせるなどして、その間に浮遊板磁石10は空隙を空けて、互いに反発しあうように挿入しておけば良く、製作も容易で、単純な構造である。
【0010】
本発明の請求項3に係わる磁気浮上装置は、固定磁石20として少なくとも上側、中側、下側の3枚重ねて互いに接合された構造であり、それらのうちの少なくとも中側の磁石の一部がくり貫かれ空洞110を有した構造であり、この空洞110内に浮遊板磁石10が閉じ込められた構造である場合である。この場合は、独立の板磁石を用意し、浮遊板磁石10を除いて、空隙100に相応するスペーサを介して、互いに反発するように接着剤などで接合する構造であり、単純で製作が容易である。
【0011】
本発明の請求項4に係わる磁気浮上装置は、磁極1がスリット300の周囲に局在化することにより磁気浮上に寄与する反発力が大きくなるように、上側と下側の板磁石21、23のうち、少なくとも一方にスリット300を形成した場合である。固定磁石20である上側と下側の板磁石21、23に、一般にスリット300を設けると、そのスリット300の周りに磁極1が強く顔を出すので、浮遊板磁石10の周辺に沿ってスリット300を設けると浮遊板磁石10の周辺の磁極1と浮遊板磁石10の周辺の磁極1との間で反発し合い、一層磁気浮上しやすくなるという利点がある。
【0012】
本発明の請求項5に係わる磁気浮上装置は、浮遊板磁石10に半導体層50を設けた場合である。シリコン単結晶半導体などのチップに、片面もしくは両面に板磁石を上側と下側の固定磁石20に対して、互いに反発し合うように貼り付けて浮遊板磁石10を形成するか、もしくは、浮遊板磁石10上にアモルファスシリコンや多結晶シリコンなどの半導体層60を形成しておき、ここに太陽電池や集積回路などを形成することができる。
【0013】
本発明の請求項6に係わる磁気浮上装置は、半導体層50に集積回路などの電子回路や、太陽電池やセンサなどの電子装置55を形成した場合である。
【0014】
本発明の請求項7に係わる磁気浮上装置は、浮遊板磁石10に導体層60を設けた場合であり、例えば、外部化から回転磁界などを加えると、導体層60に渦電流が流れ、これによる磁界との相互作用で、浮遊板磁石10が回転する。このように外部から浮遊板磁石10を駆動するのに導体層60が使用できる。
【0015】
本発明の請求項8に係わる磁気浮上装置は、上側と下側の板磁石21、23の少なくとも一方に穴200を形成し、浮遊板磁石10の一部が露呈するようにした場合で、この穴200を通して浮遊板磁石10の回転の様子を観測したり、レーザ光を照射したり、浮遊板磁石10に塗ってある色の変化を観測したりすることができる。もちろん、この穴200は、透明な非磁性材料で塞ぎ、鉄粉などのゴミが入らないようにした方がよい。
【0016】
本発明の請求項9に係わる磁気浮上装置は、浮遊板磁石10に電気、磁気もしくは光に感応する領域を備えてあり、この領域に外部から電気的、磁気的もしくは光のエネルギーを供給して、浮遊板磁石10を駆動できるようにした場合で、例えば、電気的に感応する領域として静電駆動用電極を浮遊板磁石10周辺部と固定部の対応する箇所に多数設けておけば、電気的に回転させることもできるし、磁気に感応する領域として導体を形成したり、更に浮遊板磁石10周辺部に凹凸をつけたり、更に固定磁石20の浮遊板磁石10側にも凹凸を形成するなどして磁極1が露出しやすいようにすると、外部から磁界を回転させてやれば、スムーズに回転させたり、クリックが効く様にスイッチング動作をさせることもできる。また、窓を通して光を当てて浮遊板磁石10に形成した太陽電池などで発電して、これをエネルギー源として静電的駆動もしくは磁気的な駆動もできる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気浮上装置の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【0018】
【実施例1】
図1は、本発明の磁気浮上装置の一実施例の断面概略図を示したもので、固定磁石2020は、上面と下面がN極とS極とにほぼ一様に帯磁させた上側の板磁石21、中側の板磁石22、及び下側の板磁石23なる3枚の板磁石が互いに反発しあうように非磁性体充填接着剤500で間隙を設けて接合させた構造をもち、中央には、これらの3枚の上側,中側、下側の板磁石と同一の板磁石から作製した浮遊板磁石10が接合されずに、周囲の磁極1同士に反発されて宙に浮いた状態で保持されている。
【0019】
本実施例では、上側の板磁石21と下側の板磁石23を浮遊板磁石10と同様に円盤状に残るようにドーナツ状のスリット300により分割してあり、そのスリット300周辺には磁極1が露呈し易くしてある。
【0020】
実験では、浮遊板磁石10の直径を10mmとし、厚みを1mm程度とした。また、スリット300の幅を0.3mmとしている。磁性体粉をポリイミドやエポキシ樹脂に入れたシート状の板磁石を上側の板磁石21、下側の板磁石23及び浮遊板磁石10として用いた。
【0021】
また、ドーナツ状のスリット300は、非磁性充填接着材500により充填されて、分割された中央部の上側の板磁石21aと周辺部の上側の板磁石21bおよび分割された中央部の下側の板磁石23aと周辺部の下側の板磁石23bとがそれぞれ一体化した状態になっている。
【0022】
また、浮遊板磁石10の上面と下面の磁極1に対して、周囲の上側,中側、下側の板磁石21、22,23のうち、最近接の磁極1は、浮遊板磁石10が動きえる空隙100内を移動しても互いに同一型の磁極1(例えば、N極同士か、S極同士)になるように、空隙100の寸法と浮遊板磁石10などの厚みが決定されている。実験では、空隙100の寸法を約0.3mmとした。この空隙100の寸法は、1mm厚の浮遊板磁石10が約0.3mmの空隙100内を移動しても、浮遊板磁石10の磁極1が常に周囲の固定磁石2020の対向するどの磁極1に対しても、最近接の磁極1は、同一の型の磁極1が維持されているので、常に反発力が発生して、浮遊板磁石10を浮上させるように働いていることがわかる。
【0023】
また、浮遊板磁石10の直径と、中央部の上側の板磁石21aと下側の板磁石23aとの直径を異なるようにし、磁極1間の反発が強められるようにしている。
【0024】
また、中央部の上側の板磁石21aには、そのほぼ中央部に穴200が開いており、内部の浮遊板磁石10の様子が穴200を通して観察したり、気体や液体を注入したりできるようになっている。
【0025】
図2は、上記図1に示した本発明の磁気浮上装置の概略的な鳥瞰図で、外部からは見えない浮遊板磁石10も強調して描いている。
【0026】
上述の浮遊板磁石10を更に小型化して、空隙やスリット300などを更に微細にするには、公知のフォトファブリケーションにより形成すると精度がよく、再現性の良いものになる。
【0027】
【実施例2】
図3は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図1に示した実施例とほぼ同一であるが、中央部の上側の板磁石21aに設けた穴200には透明板250がはめられてあり、ここから光を照射したり観測窓として利用したりできるようになっていると共に、浮遊板磁石10にも穴210が開けてあり、浮遊板磁石10の磁極1も露呈し易くし、更に、その下部の分割されていない下側の板磁石23からの光学的情報も得られるようにしている。
【0028】
【実施例3】
図4は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図1に示した実施例とほぼ同様であるが、違いは、図1における中側の板磁石22が存在しておらず、その代わり透明板250をスペーサとして使用しており、上側の板磁石21と下側の板磁石23とを接合しており、ここの透明板250を通して光学的な情報や光信号や光エネルギーの供給の窓としても利用できるようにしていること、また、浮遊板磁石10と、中央部の上側の板磁石21aと下側の板磁石23aとの厚みを変化させて、空洞110110があっても、また、浮遊板磁石10が動いても常に反発力が働き、三次元的に回転運動させても浮上できるように空隙100とこれらの厚みを考慮して製作してある。
【0029】
また、外部に隈取コイルなどを用いた公知の回転磁界発生器を取り付けて、回転磁界を発生させると、固定磁石20は動かないが浮遊板磁石10は回転させられる。なお、浮遊板磁石10の周辺に凹凸を付けたり、帯磁にムラをつけてやると回転しやすくなる。
【0030】
また、浮遊板磁石10の周辺に凹凸を付けたり、帯磁にムラをつけてやることにより、クリックの効いた安定な回転位置が存在するようにすることができるので、浮遊板磁石10を所定の回転角度でストップさせたりすることもできる。
【0031】
例えば、一定速度で浮遊板磁石10を回転させておき、この本発明の磁気浮上装置を動かすと、浮遊板磁石10にコリオリ力が働き、浮遊板磁石10の動きを観測することにより、ジャイロスコープとしても使用できる。
【0032】
【実施例4】
図5は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図3に示した実施例とほぼ同様であるが、違いは、浮遊板磁石10を上側の浮遊板磁石10aと下側の浮遊板磁石10bとの2層に分割してあり、さらに、これらの間に光に感応する領域としての太陽電池やその周辺回路を含む電子装置55を形成してあるシリコン単結晶などの半導体50のチップを挿入し接合している点である。
【0033】
また、他の違いは、上側の浮遊板磁石10aと下側の浮遊板磁石10bとの周辺部にリング状のフェライトなどの強磁性体70を取り付けてあり、上側の浮遊板磁石10aと下側の浮遊板磁石10bとの間に磁極1が外部に露呈しないようにしている点である。
【0034】
外部から透明板250の窓を通して、レーザの光などを照射して、浮遊板磁石10に形成してある半導体層50のチップにある太陽電池や周辺回路を利用して、光エネルギーを電気エネルギーに変換して、浮遊板磁石10の回転駆動や搭載しているセンサや電子回路を利用して、回転の制御や計測、更には外部への電磁波信号放射による外部との情報交換もすることができる。
【0035】
【実施例5】
図6は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図4に示した実施例とほぼ同様であるが、違いは、浮遊板磁石10の中心部付近を相対的に薄くさせ、浮遊板磁石10の慣性モーメントを大きくさせた構造にしている点と、外部に取り付けた回転磁界発生器により浮遊板磁石10を電磁誘導で回転させるために、回転磁界に感応する領域としての導体層60を形成してあること、更に、透明板250を通して浮遊板磁石10の周辺に張りうけたマーカー400が見えるようにしてあり、各種の色のマーカー400が貼り付けてあると、表示としても利用できる点にある。
【0036】
本実施例では、慣性モーメントの大きい浮遊板磁石10が得られるので、ジャイロスコープとしての応用に好適である。
【0037】
また、浮遊板磁石10で外部から供給されたエネルギーを利用して、マーカー400として、信号により発光したり、反射率が変化したりして情報を表示すれば、摩擦のない回転表示装置も提供できる。
【0038】
上述の実施例は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の主旨および作用、効果が同一でありながら、本発明の多くの変形があることは明らかである。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気浮上装置によると、永久磁石の磁極間の反発力を利用しているので、磁気浮上自体には電力を必要とせず、省エネ的で、かつ構造が単純な磁気浮上体が提供できる。
【0040】
固定磁石20に、一般にスリット300を設けると、そのスリット300の周りに磁極1が強く顔を出すので、浮遊板磁石10の周辺に沿ってスリット300を設けると浮遊板磁石10の周辺の磁極1と浮遊板磁石10の周辺の磁極1との間で反発し合い、一層磁気浮上しやすくなるという利点がある。
【0041】
浮遊板磁石10に半導体層50を設けることができるので、太陽電池、センサや集積回路、表示や制御回路などの電子装置55を形成することができる。また、エネルギーや信号の授受が容易になる。
【0042】
浮遊板磁石10に電気、磁気もしくは光に感応する領域を備えているので、この領域に外部から電気的、磁気的もしくは光のエネルギーを供給して、浮遊板磁石10を摩擦なく駆動できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気浮上装置の一実施例の断面概略図を示したものである。
【図2】本発明の磁気浮上装置の上記図1に示した実施例の概略的な鳥瞰図である。
【図3】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【図4】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【図5】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【図6】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【符号の説明】
1 磁極
10 浮遊板磁石
20 固定磁石
21、21a、21b 上側の板磁石
22 中側の板磁石
23、23a、23b 下側の板磁石
50 半導体
55 電子装置
60 導体
70 強磁性体
100 空隙
110 空洞
200、210 穴
250 透明板
300 スリット
400 マーカー
500 非磁性充填接着材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a device for magnetically levitating a plate magnet, which reduces loss by magnetically levitating, enables driving such as rotation from the outside, and can be used as a gyro or a display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, non-contact bearings such as motors and rotating bodies, as well as magnetic levitation of carriers, have used permanent magnets and electromagnets that use the attraction and repulsion forces, as well as magnetism that uses diamagnetism based on the superconducting Meissner effect. Many levitation devices have been reported.
[0003]
However, the main component is to levitate against gravity, and it is common to use a guide rail, a support shaft, and a bogie to prevent left-right fluctuation.
[0004]
In addition, a large-scale apparatus has been used, such as using an electromagnet and a position sensor, detecting left and right shakes with a sensor, and controlling the electromagnets to prevent the shake.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if there is a guide rail or a support shaft, friction here becomes a problem, and an unsupported floating body floating in the air at any angle in three dimensions has been required.
[0006]
In addition, a magnetic levitation control system using a position sensor has been required to have a simple structure such as a problem of electric power and a problem of response speed.
[0007]
An object of the present invention is to provide an energy-saving magnetic levitation device that has a simple structure using a permanent magnet and does not contact the surroundings at any angle in three dimensions.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a magnetic levitation device according to
[0009]
In the magnetic levitation apparatus according to
[0010]
The magnetic levitation device according to claim 3 of the present invention has a structure in which at least three upper, middle, and lower fixed magnets 20 are overlapped and joined to each other, and at least a part of the middle magnet among them. In this case, the
[0011]
The magnetic levitation device according to claim 4 of the present invention provides the upper and
[0012]
The magnetic levitation device according to claim 5 of the present invention is the case where the
[0013]
The magnetic levitation device according to claim 6 of the present invention is a case where an electronic circuit such as an integrated circuit or an electronic device 55 such as a solar cell or a sensor is formed on the
[0014]
The magnetic levitation device according to claim 7 of the present invention is a case in which the conductor layer 60 is provided on the
[0015]
In the magnetic levitation apparatus according to claim 8 of the present invention, a
[0016]
In the magnetic levitation apparatus according to the ninth aspect of the present invention, the
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the magnetic levitation device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a magnetic levitation device according to the present invention. A fixed magnet 2020 has an upper plate whose upper surface and lower surface are substantially uniformly magnetized to an N pole and an S pole. It has a structure in which a gap is provided with a non-magnetic material filling adhesive 500 so that three plate magnets, a
[0019]
In the present embodiment, the
[0020]
In the experiment, the diameter of the floating
[0021]
Further, the donut-shaped
[0022]
Also, with respect to the upper and lower
[0023]
Further, the diameter of the floating
[0024]
The
[0025]
FIG. 2 is a schematic bird's-eye view of the magnetic levitation apparatus of the present invention shown in FIG. 1 above, and also highlights a floating
[0026]
In order to further reduce the size of the above-mentioned floating
[0027]
FIG. 3 shows another embodiment of the magnetic levitation apparatus according to the present invention, which is almost the same as the embodiment shown in FIG. 1, except that a transparent plate is provided in a
[0028]
Embodiment 3
FIG. 4 shows another embodiment of the magnetic levitation apparatus of the present invention, which is almost the same as the embodiment shown in FIG. 1, except that the
[0029]
When a rotating magnetic field is generated by attaching a known rotating magnetic field generator using a shading coil or the like to the outside, the fixed magnet 20 does not move but the floating
[0030]
In addition, by providing irregularities around the floating
[0031]
For example, when the floating
[0032]
Embodiment 4
FIG. 5 shows another embodiment of the magnetic levitation apparatus of the present invention, which is substantially the same as the embodiment shown in FIG. 3 above, except that the floating
[0033]
Another difference is that a
[0034]
A laser beam or the like is irradiated from the outside through a window of the
[0035]
Embodiment 5
FIG. 6 shows another embodiment of the magnetic levitation apparatus of the present invention, which is substantially the same as the embodiment shown in FIG. 4 above, except that the vicinity of the center of the floating
[0036]
In the present embodiment, the floating
[0037]
In addition, if information is displayed by emitting a signal or changing the reflectance as a
[0038]
The above-described embodiment is merely an embodiment of the present invention, and it is apparent that there are many variations of the present invention while the gist, operation, and effects of the present invention are the same.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the magnetic levitation apparatus of the present invention, since the repulsive force between the magnetic poles of the permanent magnets is used, the magnetic levitation itself does not require electric power, is energy saving, and has a simple structure. A magnetic levitation can be provided.
[0040]
Generally, when the fixed magnet 20 is provided with the
[0041]
Since the
[0042]
Since the floating
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a magnetic levitation device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic bird's-eye view of the embodiment shown in FIG. 1 of the magnetic levitation device of the present invention.
FIG. 3 is another embodiment of the magnetic levitation device of the present invention.
FIG. 4 is another embodiment of the magnetic levitation device of the present invention.
FIG. 5 is another embodiment of the magnetic levitation device of the present invention.
FIG. 6 is another embodiment of the magnetic levitation device of the present invention.
[Explanation of symbols]
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Claims (9)
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2003
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