JP2010156418A - Collective magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石の磁力を磁性体で誘導することで、見かけ上磁力の強力な磁石を構成するものであり、特に非接触型の動力伝達装置や磁気軸受けへの適応に関するものである。 The present invention constitutes a magnet with an apparently strong magnetic force by inducing the magnetic force of a permanent magnet with a magnetic material, and particularly relates to adaptation to a non-contact type power transmission device and a magnetic bearing.
半導体や液晶等の製造において、半導体ウエハやガラス板等の基板の表面にフォトレジストの薄膜を形成し、あるいは表面を洗浄又は乾燥する作業工程があるが、そこでは回転ヘッド部上に載置された基板を高速で回転させるスピンコータ等の装置が用いられている。ここで、半導体等の基板処理はクリーンルームで行われ、不純物の混入を抑制し、基板処理の歩留を上昇させることが至上命題となっている。 In the manufacture of semiconductors, liquid crystals, etc., there is an operation process in which a thin film of photoresist is formed on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer or a glass plate, or the surface is washed or dried. An apparatus such as a spin coater that rotates the substrate at high speed is used. Here, substrate processing of semiconductors and the like is performed in a clean room, and it is extremely important to suppress the mixing of impurities and increase the yield of substrate processing.
しかし、スピンコータは回転させる必要があるため、駆動装置及びシール材(ベアリング等)が必要となり、その部分から微粒子状の異物が発生して基板処理を行うクリーン環境を汚染してしまう。この汚染を完全に防止することができず、処理後の基板の品質低下を招くという問題がある。 However, since it is necessary to rotate the spin coater, a driving device and a seal material (bearing or the like) are required, and fine foreign matters are generated from the portion, thereby contaminating a clean environment in which the substrate processing is performed. There is a problem that this contamination cannot be completely prevented and the quality of the substrate after processing is reduced.
そこで、図10に示す超伝導を利用したシール材の存在しないスピンコータの発明が提案されている(例えば特許文献1参照)。図10のスピンコータ40は回転ヘッド部48を浮上させる浮上機構と回転させる回転機構からなる。
In view of this, an invention of a spin coater that does not have a sealing material using superconductivity shown in FIG. 10 has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The
前記浮上機構は、前記回転ヘッド部48の下面に設置された浮上用永久磁石50と超伝導体43から構成され、超伝導体43は冷却材44で冷却されることでピン止め効果を発揮し、前記浮上用永久磁石50を浮上させる。この効果により回転ヘッド部46は密閉容器45内に収納されたまま、支持台47から浮上することになる。
The levitation mechanism is composed of a levitation
前記回転機構は回転ヘッド部46の下面に設置された回転用永久磁石41と、モータ42に設置した回転用永久磁石41からなり、浮上した回転ヘッド部46に磁力を介して回転力を伝達するマグネットカップリングを構成している。 The rotating mechanism includes a rotating permanent magnet 41 installed on the lower surface of the rotating head portion 46 and a rotating permanent magnet 41 installed on the motor 42, and transmits the rotating force to the floating rotating head portion 46 via magnetic force. It constitutes a magnetic coupling.
図11は前記浮上機構と回転機構の働きを示した概略図であり、回転ヘッド部46は、超伝導体43のピン止め効果により、回転ヘッド部48に設置された浮上用永久磁石50の磁束49が保持され、図11に示した距離dの高さを維持するよう構成されている。
FIG. 11 is a schematic view showing the functions of the levitation mechanism and the rotation mechanism. The rotation head portion 46 is a magnetic flux of the levitation
また、回転機構は隣同士で極性が交互になるようにリング状に永久磁石を配列した回転用永久磁石41をモータ42で回転させることで、前記回転用永久磁石41の磁束49を介して、回転ヘッド部48に回転力を伝達するよう構成されている。
Further, the rotating mechanism rotates the rotating permanent magnet 41 in which the permanent magnets are arranged in a ring shape so that the polarities are alternately adjacent to each other by the motor 42, thereby allowing the rotating permanent magnet 41 to pass through the
上記のように特許文献1に記載の発明によれば、密閉容器内に回転ヘッド部を収納し、前記密閉容器外部より磁力を利用して回転ヘッド部を上昇させ、回転力を伝達するように構成することで、微粒子状の異物が発生する箇所(例えばベアリング、モータ等の回転部分)を密閉容器外に設置可能としている。このように構成された発明により、密閉容器内に設置された回転ヘッド部を密閉容器外から非接触状態で浮上させて回転操作することができる。
As described above, according to the invention described in
また、回転ヘッド部の浮上には、第二種超伝導体を利用することで回転する位置を維持することを可能としている。なお、第二種超伝導体とは、磁場の強さがある値を超えると
材料内部に超伝導と常伝導の部分が混在しはじめる材料を言い、第二種超伝導体を通過する外部磁束が、材料内部の常伝導部分に保持されることにより生じる復元力である磁気的ピン止め力により、回転ヘッド部の回転する位置を維持することが可能となっている。
In addition, the floating position of the rotating head can be maintained by using the second type superconductor. The
さらに、回転ヘッド部に回転力を伝達する際に、永久磁石を使用したマグネットカップリングを使用することで、非接触型の動力伝達を実現している。そのため、密閉容器内の回転ヘッド部に駆動部分がなくなり保守・修理の必要はほとんどなく、密閉容器内のクリーンな環境を維持したまま薄膜形成を行うことができ、薄板状物、特に半導体基板(ウエハ)などの被処理物の品質を向上させることができる。
しかしながら、特許文献1に記載のスピンコータでマグネットカップリングを使用する際、軸等で直接連結したモータにより回転させる場合と比べ、伝達可能な回転力が小さくなる傾向にある。特に、回転ヘッド部46は超伝導により密閉容器45内を浮上しているため、対向する回転用永久磁石41同士の距離dが長くなり、伝達可能な回転力が小さくなってしまう問題がある。
However, when using a magnetic coupling in the spin coater described in
図11に示すように伝達可能な回転力を増加させるためには、対向する回転用永久磁石41間に発生する磁束49の密度を増加させる必要がある。ここで、大きな永久磁石を使用することで、回転用永久磁石41同士の引力を増加させ、伝達可能な回転力を増加させることを考えた場合、永久磁石の大型化により回転ヘッド部46全体の重量が増加し、回転するために必要な回転力が増加するという悪循環に陥る可能性があり、同様に電磁石の利用を考えた場合、大量の電力を使用することで磁束49の密度を増加させることが可能であるが、回転ヘッド部46側に電磁石を使用することは不可能であるため、現実的にはそれほど多くの効果を得ることはできない。
In order to increase the transmittable rotational force as shown in FIG. 11, it is necessary to increase the density of the
また、自動車用のハイブリッドモータや携帯電話等の工業用に使用する磁石は、小型でありながら強い磁力を持つネオジウム系磁石が多く使われている。このネオジウム系磁石の原料であるネオジウム、ディスプロシウム、テルビウム等のレアアースと呼ばれる鉱物は、中国やインドに偏在していると言われており、多くの工業製品に使用するための必要量を入手することが困難となっており、今後さらにその傾向は強くなると考えられる。 Moreover, as magnets used for industrial purposes such as automobile hybrid motors and mobile phones, neodymium magnets that are small but have a strong magnetic force are often used. Minerals called rare earths, such as neodymium, dysprosium, and terbium, which are the raw materials for this neodymium magnet, are said to be unevenly distributed in China and India, and the necessary amount for use in many industrial products is obtained. It is difficult to do so, and it is thought that the trend will become stronger in the future.
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来の永久磁石と鉄片等の磁性体を適切に組み合わせることで、強力な磁力を持つ集合磁石の製造を実現し、これに伴い、磁石原料の使用量を減らしながら、磁力の強力な磁石を提供するものである。さらに、前記集合磁石を利用したマグネットカップリングを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to realize the production of a collective magnet having a strong magnetic force by appropriately combining a conventional permanent magnet and a magnetic material such as an iron piece. Accordingly, a magnet having a strong magnetic force is provided while reducing the amount of magnet raw material used. Furthermore, it aims at providing the magnet coupling using the said collective magnet.
なお、本発明は、JSTの委託開発課題「超伝導体利用半導体製造用スピン処理装置」に関する新技術開発を実施する過程において、その成果として得られたものである。 The present invention was obtained as a result in the process of developing a new technology related to JST's consignment development issue “Spin Processing Device for Superconductor Utilization Semiconductor Manufacturing”.
上記の目的を達成するための本発明に係る集合磁石は、互いに反発する極性を向かい合わせた少なくとも2つの永久磁石の間に、前記永久磁石から発生する磁力を誘導するために任意の一方向に突出した磁力誘導部を設けた磁性体を挟み、前記永久磁石の外側から前記磁性体と同様の方向に磁力誘導部を設けた磁性体で挟み込んで固定し櫛歯状に構成したことを特徴とする。 The collective magnet according to the present invention for achieving the above object is provided in any one direction in order to induce a magnetic force generated from the permanent magnet between at least two permanent magnets having opposite polarities facing each other. It is characterized by sandwiching a magnetic body provided with a protruding magnetic force induction part and sandwiching and fixing with a magnetic body provided with a magnetic induction part in the same direction as the magnetic body from the outside of the permanent magnet. To do.
上記の目的を達成するための本発明に係る非接触型動力伝達装置は、前記磁性体の磁力誘導部を上面とした前記集合磁石を、円周状に均等に円板上に配置し、前記円板と同様に構成した円板及び集合磁石を互いに中心を合わせて磁気浮上状態で向かい合うように設置して構成したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a non-contact power transmission device according to the present invention is configured such that the collective magnets having a magnetic force induction portion of the magnetic body as an upper surface are arranged uniformly on a circular plate in a circumferential shape, It is characterized in that a disk and a collective magnet configured in the same manner as the disk are installed so as to face each other in a magnetically levitated state with their centers aligned.
上記の非接触型動力伝達装置において、前記円板上に永久磁石と磁性体を複数個組み合わせてリング状に固定し、前記複数の永久磁石は互いに反発する極性の面が向かい合うように配置し、前記磁性体は上部に磁力誘導部を設け、前記円板の上部に磁力を誘導するように構成し、前記円板を向かい合わせて構成したことを特徴とする。 In the above non-contact power transmission device, a plurality of permanent magnets and magnetic bodies are combined and fixed in a ring shape on the disc, and the plurality of permanent magnets are arranged so that the surfaces of the repulsive polarities face each other, The magnetic body is provided with a magnetic force induction portion at an upper portion thereof, configured to induce a magnetic force at an upper portion of the disk, and configured so that the disks face each other.
上記の目的を達成するための本発明に係る磁気軸受けは、軸の周囲に、前記軸の回転方向に永久磁石と磁性体が交互に並ぶように前記集合磁石を複数個設置し、前記集合磁石の外周で前記集合磁石と対向する位置に、前記集合磁石を具備した軸受けを設置したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a magnetic bearing according to the present invention includes a plurality of the collective magnets arranged around a shaft so that permanent magnets and magnetic bodies are alternately arranged in the rotation direction of the shaft, The bearing provided with the said magnet is installed in the position which opposes the said magnet on the outer periphery of this.
上記の磁気軸受けにおいて、前記軸の周囲に、前記軸の回転方向に永久磁石と磁性体が交互に並ぶように固定し、前記永久磁石は互いに反発する極性の面が向かい合うように配置し、前記磁性体は軸の外周方向に磁力誘導部を設け、前記軸を支持する軸受け内に、前記軸受けの回転方向に永久磁石と磁性体が交互に並ぶように固定し、前記永久磁石は互いに反発する極性の面が向かい合うように配置し、前記磁性体は軸受けの中心方向に磁力誘導部を設け、前記軸を前記軸受けにより非接触で支持することを特徴とする。 In the magnetic bearing described above, the permanent magnets and magnetic bodies are fixed around the shaft so that the magnets are alternately arranged in the rotation direction of the shaft, and the permanent magnets are arranged so that the surfaces having opposite polarities face each other, The magnetic body is provided with a magnetic force guiding portion in the outer peripheral direction of the shaft, and is fixed in a bearing supporting the shaft so that permanent magnets and magnetic bodies are alternately arranged in the rotation direction of the bearing, and the permanent magnets repel each other. The magnetic bodies are arranged so that the polar surfaces face each other, the magnetic body is provided with a magnetic force guiding portion in the center direction of the bearing, and the shaft is supported by the bearing in a non-contact manner.
上記の集合磁石、非接触型動力伝達装置及び磁気軸受けにおいて、前記永久磁石の位置に電磁石を設置したことを特徴とする。 In the collective magnet, the non-contact power transmission device, and the magnetic bearing, an electromagnet is installed at the position of the permanent magnet.
前述のように構成した集合磁石は、櫛歯状に形成されており、N極から磁力誘導部に誘
導された磁力をより遠くに飛ばすことが可能となっており、さらに遠くに飛ばされた磁力を前記とは異なる磁力誘導部からS極に誘導することで、図4に示すような急激にカーブする磁界を形成することが可能となっている。この磁力を遠くに飛ばし、かつ磁界を曲げて磁界の勾配を大きくすることで、強力な磁力を得ることができる。
The collective magnet configured as described above is formed in a comb-like shape, so that the magnetic force induced from the N pole to the magnetic force induction unit can be dissipated further, and the magnetic force dissipated further away. Is induced to the south pole from a magnetic force induction unit different from the above, it is possible to form a rapidly curved magnetic field as shown in FIG. A strong magnetic force can be obtained by flying this magnetic force far away and bending the magnetic field to increase the gradient of the magnetic field.
強力な磁力を持つ集合磁石1を利用することで図5に示すような非接触型動力伝達装置20の円板22、23間の距離を離しても動力伝達ができる。集合磁石1を非接触型動力伝達装置20の円板22、23上の円周状に形成し配置することで、円板22,23間で発生するトルクを大きくすることが可能となり、より巨大な動力を非接触で伝達することができる。
By using the
図6に示すような磁気軸受け21を形成した際、例えば軸25と軸受け24の間に隔壁等を設けた場合であっても、集合磁石1は磁力が強力なため十分な動力を伝えることを可能とした。前記集合磁石1の永久磁石10を電磁石に変更して構成することで、図5及び図6の形態であれ、他のリニアモーターカー等の形態であれ、動力を発生する効果を付加することができる。
When the magnetic bearing 21 as shown in FIG. 6 is formed, for example, even when a partition wall or the like is provided between the
また、集合磁石1により、同様の磁力を得るために必要となる磁石原料の使用量を、抑制することを可能とした。これにより本発明の集合磁石1は今後の危惧されるネオジウム、ディスプロシウム、テルビウム等のレアアースの資源枯渇や価格の高騰等の問題を緩和することが可能となった。
Further, the
大きな磁力が必要な場合は、従来磁石の大きさを大きくしていたが、本発明の集合磁石
1によるとその小型化が可能となる。例えばリニアモーターカーに使用する磁石を本発明の集合磁石1に変更することで、車体を軽く構成することもできる。また、ハイブリッド車でも同様に、搭載しているモータを軽く形成することが可能となり、車重が減少し、燃費効率の向上が見込まれ、環境負荷を低減させることができる。
When a large magnetic force is required, the size of the conventional magnet has been increased. However, according to the
以下、本発明に係る実施の形態の集合磁石について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an assembly magnet according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(集合磁石の構造)
図4は本発明の集合磁石を示しており、互いに反発する極性を向かい合わせた例えばネオジウム磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石等の永久磁石10の間に、例えば鉄片、コバルト、ニッケル、ガドリウム等の磁性体11を挟んで固定している。さらに、永久磁石10を両側から挟むように磁性体11を固定して、櫛歯状の集合磁石を構成している。
(Gathering magnet structure)
FIG. 4 shows a collective magnet according to the present invention. Between
次に集合磁石の原理について説明をする。図3は通常の永久磁石10を、互いに反発する極性を向かい合わせて載置した際の磁束12の様子を示している。前記永久磁石10のN極より放出された磁束12は互いに衝突することで側方に流れるように拡がり、旋回してS極に返るように発生する。
Next, the principle of the collective magnet will be described. FIG. 3 shows the state of the
ここで、図3の永久磁石10の間に、前記永久磁石と図における上下方向に長さの等しい鉄片等の磁性体11を挟み固定した場合も、形成される磁束12の経路は変化しない。さらに、前記と同様の磁性体11を前記永久磁石10の外側に固定した際も磁束12の形状の変化は発生しない。
Here, even when the
しかしながら、図4のように前記磁性体11のいずれか一方向(図4では上方向)に磁力誘導部13を設け、残りの方向(図4では下方、及び手前、奥の方向)は非磁性体(例えば空気)となるように構成することで、磁束12は磁性体11の磁力誘導部13に誘導されるようになる。
However, as shown in FIG. 4, the magnetic
磁気は磁性体及び非磁性体が周囲に存在する場合、磁性体に誘導される性質があり、この性質を利用して、永久磁石10から発生する磁気を磁力誘導部13のある一方向(図4上方)に誘導することで、磁束12の密度を増加させることが可能となる。即ち、従来永久磁石10の周囲に均等に発生していた磁束12を一方向に誘導することにより、見かけ上の磁石の磁力を強化することを実現した。
Magnetism has a property of being induced by a magnetic material when a magnetic material and a non-magnetic material are present in the surroundings. By utilizing this property, magnetism generated from the
同様に永久磁石10の外側に磁性体11Bを固定することにより、永久磁石10の間の磁力誘導部13Aに誘導された磁束12を、外側の磁性体11Bの磁力誘導部13Bを経由して永久磁石10のS極へ誘導することで、磁力誘導部13Aと磁力誘導部13Bの間の磁束密度を高めることが可能となり、素子全体の見かけ上の磁力が強力な集合磁石1を実現した。また、前記永久磁石10を電磁石に変えて、集合磁石1を構成することも可能である。
Similarly, by fixing the magnetic body 11B to the outside of the
(集合磁石の原理)
前述したように磁性体11Aに磁力誘導部13Aを設けることにより、磁気を誘導して遠くに飛ばすことが可能となった。さらに、磁性体11Bにより飛ばされた磁気をS極に誘導するよう構成することで、従来、楕円形状を描きながらN極からS極へ描かれる磁力線は、図4に示すように略矩形を描くようになり、磁界が歪んで構成される。磁界が歪むことで磁界の勾配が大きくなり、結果として磁界が強くなる。数式1に磁力の強さと勾配の関係を示す。
(Principle of collective magnet)
As described above, by providing the magnetic body 11A with the magnetic force induction portion 13A, it is possible to induce the magnetism and fly away. Further, by constructing the magnetic body 11B so as to guide the magnetism blown to the south pole, the magnetic field lines drawn from the north pole to the south pole while drawing an elliptical shape draw a substantially rectangular shape as shown in FIG. Thus, the magnetic field is distorted. As the magnetic field is distorted, the gradient of the magnetic field increases, and as a result, the magnetic field becomes stronger.
ここに、Fαは力〔N〕、Hは磁場の強度(A/m)、grandHは磁場の勾配を示しており、永久磁石10により発生する力は磁場の勾配に比例することがわかる。
Here, Fα is the force [N], H is the magnetic field strength (A / m), and grandH indicates the gradient of the magnetic field. It can be seen that the force generated by the
(集合磁石の製造方法)
図4に示す櫛歯状の集合磁石1は、永久磁石10と磁性体11A、11Bを油圧ジャッキ等で接触させ、永久磁石10及び磁性体11に磁気的影響のない、エポキシ等の非磁性体である樹脂で周囲を固めて固定して製造する。永久磁石10が互いに反発する極性を向かい合わせているため、油圧ジャッキ等の力を発生させる装置が必要となる。
(Manufacturing method of collective magnet)
The comb-shaped
ここでは、2つの永久磁石10と3つの磁性体11を使用して集合磁石を構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて永久磁石10の個数を増やすことが可能である。例えば3つの永久磁石10の間と両端にそれぞれ4つの磁性体11を固定して櫛歯状に構成する場合も、前記の集合磁石1と同様の効果を得ることができる。
Here, the collective magnet is configured by using the two
さらに、永久磁石10と磁性体11を交互に環状に並べ、エポキシ等の非磁性体で固定して、集合磁石1を構成することも可能である。このとき、永久磁石10は互いに反発する面が向かい合う向きに固定する必要がある。
Furthermore, the
(マグネットカップリングへの応用)
図1及び図2は、本発明の集合磁石1を互いに向かい合わせ、マグネットカップリングとして使用する際の概略図を示している。
(Application to magnet coupling)
1 and 2 are schematic views when the
上部の集合磁石1は、永久磁石10のN極が向き合うように配置し、間に磁性体11Aを挟み、さらに磁性体11Bを両側から挟みこんで、固定して構成している。そのため、磁力は磁性体11Aの磁力誘導部13Aに誘導され、磁力誘導部13Aから放出された磁力は磁力誘導部13Bに誘導されS極に至る。この時、磁力誘導部13により磁力線は通常の放射状の形から矩形に近い形に変形されるため、磁力勾配が大きくなり発生する力を大きくしている。
The
同様に図2の下部の集合磁石1は、S極を向かい合うように構成している。ここで、下部の集合磁石1を上部と同様にN極を向かい合うように構成したものを使用してもよい。図2に示した集合磁石1の組み合わせのときは、上下の集合磁石1は互いの中心(磁性体11Aの位置)を一致させるように力が働くため、一方の集合磁石1を例えば横方向に移動させた場合、他方の集合磁石1はそれに追従するように力が働く。
Similarly, the
(円板型マグネットカップリングへの応用)
図5は本発明の集合磁石1を円板状の非接触型動力伝達装置20(円板型マグネットカップリング)に適応した際の実施例を示している。円板(動力送信側)22及び円板(動力受信側)23にそれぞれ前記集合磁石1を円周状に4つ、磁力誘導部13が向かい合うように設置している。
(Application to disk-type magnet coupling)
FIG. 5 shows an embodiment when the
ここで、円板22、23を接近させた状態で、円板(動力送信側)22は図示しない駆動装置により回転力を与えられ、回転する。回転した前記円板(動力送信側)22の回転に伴い、集合磁石1の移動が開始し、この集合磁石1の移動に追従するように、円板(動力受信側)22の集合磁石1に磁力が働くことで、円板(動力受信側)23が回転する。
Here, in a state where the
ここで、本発明の非接触型駆動伝達装置20は従来の磁石を使用したものと比べ、磁力が強力なため、円板22、23の間の距離を広く取った場合でも、伝達する回転力を確保することが可能である。
Here, since the non-contact type
例えば図11に示すスピンコータ40に適応する場合、モータ42に設置された回転用永久磁石41の発生する磁束49の密度が高くなるため、回転ヘッド部46との距離d(エアギャップ)を大きく取ることが可能となる。
For example, when applied to the
具体的には、従来型のスピンコータ40では回転ヘッド部46に必要な回転力を伝達するために許容されるエアギャップdは1mm程度であったが、本発明の集合磁石1を利用することで許容されるエアギャップdは10mm以上となった。
Specifically, in the
そのため、図10に示した密閉容器45内に収容され、浮上している回転ヘッド部46に対しても十分な回転力を伝達することが可能となった。例えばスピンコータ40における回転ヘッド部46の重量が約20kg、必要とする回転数が2000rpmから3000rpmとなっている場合、本発明の集合磁石1により必要な回転力を伝達することが可能である。
Therefore, it is possible to transmit a sufficient rotational force to the rotating head portion 46 that is accommodated in the sealed
また、図5では円板にそれぞれ4個ずつの集合磁石1を設置しているが、この個数は任意に決定することができ、さらに永久磁石10と磁性体11を交互に円環状に固定することで、円環状の集合磁石1を形成し、この円環状集合磁石1を円板22、23にそれぞれ設置して使用することも可能である。
Further, in FIG. 5, four
(軸受け型マグネットカップリングへの応用)
図6は本発明の集合磁石1を磁気軸受け21(軸受け型マグネットカップリング)に適応した際の実施例を示している。軸25の外周側及び軸受け24の内周側にそれぞれ、永久磁石10と磁性体11を交互に固定して形成した円環状の集合磁石1を設置している。軸25は磁力により、軸受け24の中心に非接触状態で空間に固定されており、外部から回転力が加わった際には自由に回転することが可能となっている。
(Application to bearing type magnetic coupling)
FIG. 6 shows an embodiment when the
前記磁気軸受け21は、本発明の集合磁石1を利用することで、軸25と軸受け24の間の距離(エアギャップ)を大きく取ることが可能となっているため、図示しない円筒状の隔離壁を軸25及び軸受け24の間に設置することが可能であり、この隔離壁の厚さを従来のものと比べ大きくすることが可能となっている。
The
ここで、軸25又は軸受け24に駆動装置を設置し、回転力を一方の軸から他方へ伝達するように構成することも可能である。
Here, it is also possible to install a driving device on the
また、軸25及び軸受け24の向かい合う壁面に、図1に示した集合磁石1を複数個それぞれ固定することで、磁気軸受け21を構成することも可能である。
Further, the
さらに、前述の円板型及び軸受け型マグネットカップリングに使用した集合磁石1の永久磁石10を電磁石に変更することで、駆動装置を必要としない回転伝達装置を構成することも可能であり、対向する集合磁石1の位置をアクティブに制御するように構成することも可能である。
Further, by changing the
即ち、マグネットカップリングの一方の集合磁石1の電磁石を極性を制御することで、リニアモーターカーのように動力(回転力)を発生させたり、集合磁石1の電磁石に印加する電圧を制御することで、円板22,23又は軸24,25の中心位置を維持するように水平方向へ力を発生させ、制御したりすることが可能となっている。
That is, by controlling the polarity of one electromagnet of the
(マグネットカップリングにおける実験結果)
図12は本発明の集合磁石1を使用したマグネットカップリングに作用する力を測定した実験結果のグラフを示している。実験は図10に示したスピンコータ40に、図5に示した集合磁石1を4つ設置した非接触型動力伝達装置20を適応した装置により行った。
(Experimental result of magnet coupling)
FIG. 12 shows a graph of experimental results obtained by measuring the force acting on the magnetic coupling using the
図1に示した集合磁石1を使用し、大きさはx=40mm、y=20mm、z=30mmとし、図11に示す回転ヘッド部46において、中心からrmc=90mmの位置に集合磁石1を設置し、rlpm=170mmの位置に浮上用永久磁石50を設置し、rtb=200mmの位置が回転ヘッド部46の端部とし、回転ヘッド部46の質量が20kgとなるように構成した。
The
回転数2000rpmとした際の、向かい合う集合磁石1の周方向へのずれ(0ff−set)の長さと、集合磁石1の間に発生する周方向の力Fx(動力送信側に受信側が追従しようとする力)及び鉛直方向の力Fy(円板22,23が鉛直方向に離れる又は接近しようとする力)の関係を図12のグラフに示した。回転力となる周方向の力Fxは向かい合う集合磁石1が10mmずれた場合に最大となるため、この距離を維持した状態で円板(動力受信側)23は、円板(動力送信側)22の回転に追従する。
When the rotational speed is set to 2000 rpm, the length of the circumferential deviation (0ff-set) of the opposing
軸方向の力であるFyは、向かい合う集合磁石1が図2に示す状態のときは引力が発生する。これは上部の集合磁石1の中心の磁力誘導部13Aから、下部の磁力誘導部13Aに磁力が誘導されるためである。同様に、上部、下部の集合磁石1が共に中心の磁力誘導部13Aから磁気を放出する方向に構成されている場合は斥力となる。
Fy, which is an axial force, generates an attractive force when the opposing
また、図7乃至図9に示すように、集合磁石は、磁力誘導部13の形状を変更することができ、この形状により異なる性能を引き出すことができる。
Moreover, as shown in FIGS. 7 to 9, the collective magnet can change the shape of the magnetic
以上、本発明により、従来の永久磁石と鉄片等の磁性体を適切に組み合わせることで、強力な磁力を持つ集合磁石の製造を実現し、これに伴い、磁石原料の使用量を減らしながら、磁力の強力な磁石の提供を実現できる。さらに、前記集合磁石を利用し、大きな力の伝達を可能としたマグネットカップリングを提供することができる。 As described above, according to the present invention, by appropriately combining a conventional permanent magnet and a magnetic material such as an iron piece, a magnet having a strong magnetic force can be manufactured. Can provide powerful magnets. Furthermore, it is possible to provide a magnet coupling capable of transmitting a large force using the collective magnet.
1 集合磁石
10 永久磁石
11 磁性体(鉄片)
12 磁束
13 磁力誘導部
20 非接触型動力伝達装置
21 磁気軸受け
22 円板(動力送信側)
23 円板(動力受信側)
24 軸受け
25 軸
30 集合磁石
31 集合磁石
32 集合磁石
1
12
23 disc (power receiving side)
24
Claims (8)
前記軸を支持する軸受け内に、前記軸受けの回転方向に永久磁石と磁性体が交互に並ぶように固定し、前記永久磁石は互いに反発する極性の面が向かい合うように配置し、前記磁性体は軸受けの中心方向に磁力誘導部を設け、前記軸を前記軸受けにより非接触で支持することを特徴とする請求項4に記載の磁気軸受け。 Around the shaft, permanent magnets and magnetic bodies are fixed alternately in the rotation direction of the shaft, the permanent magnets are arranged so that the surfaces of the polarities that repel each other face each other, and the magnetic body has an outer periphery of the shaft A magnetic induction part in the direction,
In the bearing that supports the shaft, permanent magnets and magnetic bodies are fixed alternately in the rotation direction of the bearing, the permanent magnets are arranged so that the surfaces with opposite polarities face each other, and the magnetic body is The magnetic bearing according to claim 4, wherein a magnetic force guiding portion is provided in a center direction of the bearing, and the shaft is supported by the bearing in a non-contact manner.
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