JP3013264B2 - 磁気浮上アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば真空シール
ドなどの円筒壁部の内側に配置されたロータを壁部の外
側から磁気により非接触で回転方向および軸線方向に駆
動する磁気浮上アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ロータを磁気で非接触駆動するアクチュ
エータとして、円筒壁部の外側に可動ハウジングが軸線
方向移動可能に設けられ、このハウジングに円筒壁部の
内側に配置されたロータを半径方向および軸線方向に保
持する磁気軸受とこのロータに回転力を伝達する磁気継
手の駆動部とが設けられたものが知られている。

【０００３】このアクチュエータにおいては、磁気継手
の駆動部を回転させることにより、ロータが回転し、ハ
ウジングを軸線方向に移動させることにより、磁気軸受
の保持力によってロータが軸線方向に移動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、円筒壁部の
内側に配置されたロータの駆動に上記のようなアクチュ
エータを使用すると、次のような問題が生じる。

【０００５】磁気軸受のエアギャップは一般に小さく、
磁気軸受が円筒壁部に沿って移動するため、円筒壁部を
薄くしかも高精度に加工する必要があり、量産性および
品質上で問題となる。

【０００６】このため、実用上は、磁気軸受のエアギャ
ップを大きくして使用することになるが、このようにす
ると、磁気軸受の保持力が低下し、とくに軸線方向の保
持力は小さい。したがって、十分な軸線方向の保持力を
得るためには制御電流を大きくする必要があり、磁気軸
受が大型化してしまう。

【０００７】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
小型で駆動力の大きい磁気浮上アクチュエータを提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明による磁気浮上
アクチュエータは、円筒壁部と微小隙間をあけてその内
側に回転および軸線方向の移動ができるように配置され
たロータと、円筒壁部に固定状に設けられてロータを半
径方向に保持する磁気軸受と、軸線方向の移動ができる
ように円筒壁部の周囲に配置された可動ハウジングと、
ロータに形成された従動部ならびに可動ハウジングに回
転ができるように支持されて従動部に回転方向および軸
線方向の保持力を伝達する駆動部よりなる磁気継手とを
備えているものである。

【０００９】

【作用】ロータを半径方向に保持する磁気軸受が円筒壁
部に固定状に設けられているので、ロータと磁気軸受と
のエアギャップを小さくすることができる。したがっ
て、磁気軸受が小型であっても、十分な保持力を得るこ
とができる。

【００１０】円筒壁部に沿って移動するのは磁気継手の
駆動部が支持された可動ハウジングであり、磁気継手は
駆動部と従動部とのエアギャップが大きくても十分な駆
動力が得られるので、円筒壁部の加工精度をそれほど高
くする必要がなく、また、磁気継手自体も大型にする必
要がない。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。なお、以下の説明において、図面の上
下を上下とし、回転方向は上から見た方向をいうものと
する。また、回転方向について、時計方向を右方向、反
時計方向を左方向とする。

【００１２】図１に示す磁気浮上アクチュエータは、真
空シールド(1) の中の真空雰囲気(V) 中に配置された第
１ロータ(2) と第２ロータ(3) をシールド(1) の外の大
気(A) 中から駆動するものである。

【００１３】シールド(1) は、水平壁部(1a)に形成され
た穴の部分から垂直下向きにのびた上部円筒壁部(1b)と
その下端からさらに垂直下向きにのびた下部有底円筒壁
部(1c)とを備えており、上下の円筒壁部(1b)(1c)内の真
空雰囲気(V) 中に２つのロータ(2)(3)が回転および上下
方向の移動ができるようにはめられている。第１ロータ
(2) は、垂直円筒状をなし、円筒壁部(1b)(1c)内にわず
かな隙間をあけてはめられている。第２ロータ(3) は垂
直軸状をなし、上下両端が第１ロータ(2) から突出する
ように第１ロータ(2)の中心に挿入されている。そし
て、第２ロータ(3) は、上下２つの軸受(4)(5)により、
第１ロータ(2) に対して上下方向には移動しないが回転
はしうるように支持されている。また、第１ロータ(2)
の下端から下方に突出した第２ロータ(3) の下端に、第
１ロータ(2) と外径がほぼ等しい短円柱状の大径部(3a)
が形成されている。

【００１４】上部円筒壁部(1b)の第１ロータ(2) の周囲
の部分に、上下２つの磁気軸受(6)(7)が固定されてい
る。これらの磁気軸受(6)(7)は公知のものであり、たと
えば円周方向の４箇所に電磁石(6a)(6b)(7a)(7b)を備
え、第１ロータ(2) を主として半径方向に保持するよう
になっている。

【００１５】下部円筒壁部(1c)の周囲に、可動ユニット
(8) が設けられている。

【００１６】可動ユニット(8) は、可動ハウジング(9)
、ハウジング(9) の上部に設けられた第１磁気継手(1
0)の駆動部（第１駆動部）(11)およびハウジング(9) の
下部に設けられた第２磁気継手(12)の駆動部（第２駆動
部）(13)を備えている。

【００１７】ハウジング(9) は、図示しない適宜な手段
により、下部円筒壁部(1c)に沿って上下方向に移動させ
られる。

【００１８】第１駆動部(11)および第２駆動部(13)は円
筒壁部(1c)と同軸のリング状をなし、軸線を中心に回転
しうるように軸受(14)(15)(16)(17)によりハウジング
(9) に支持されている。図示は省略したが、第１駆動部
(11)はハウジング(9) に設けられた第１モータにより、
第２駆動部(13)はハウジング(9) に設けられた第２モー
タにより互いに独立に回転させられる。

【００１９】第１磁気継手(10)の駆動部(11)は下部円筒
壁部(1c)を挾んで第１ロータ(2) の下部外周面と対向し
ており、この第１ロータ(2) の下部外周面に第１磁気継
手(10)の従動部が形成されている。

【００２０】第１磁気継手(10)の詳細が、図２〜図４に
示されている。

【００２１】第１駆動部(11)と第１ロータ(2) の下部の
対向周面を円周方向に等分する４箇所に、永久磁石装置
(18a)(18b)(18c)(18d)が設けられている。

【００２２】各永久磁石装置(18a) 〜(18d) は、第１駆
動部(11)の内周面に上下に間隔をあけて固定された円周
方向にのびる上側永久磁石(19a)(19b)(19c)(19d)および
下側永久磁石(20a)(20b)(20c)(20d)、ならびに第１ロー
タ(2) の外周面に円周方向に間隔をあけて固定された上
下方向にのびる左側永久磁石(21a)(21b)(21c)(21d)およ
び右側永久磁石(22a)(22b)(22c)(22d)よりなる。第１駆
動部(11)の上下の永久磁石(19a) 〜(19d)(20a)〜(20d)
は左右両端に磁極を有し、上下の永久磁石(19a) 〜(19
d)(20a)〜(20d) では左右の極性が逆になっている。第
１ロータ(2) の左右の永久磁石(21a) 〜(21d)(22a)〜(2
2d) は上下両端に磁極を有し、左右の永久磁石(21a) 〜
(21d)(22a)〜(22d) では上下の極性が逆になっている。
左側永久磁石(21a) 〜(21d) の上端の磁極は上側永久磁
石(19a) 〜(19d) の左端の磁極に、左側永久磁石(21a)
〜(21d) の下端の磁極は下側永久磁石(20a) 〜(20d) の
左端の磁極に、右側永久磁石(22a) 〜(22d) の上端の磁
極は上側永久磁石(19a) 〜(19d) の右端の磁極に、右側
永久磁石(22a) 〜(22d) の下端の磁極は下側永久磁石(2
0a) 〜(20d) の右端の磁極にそれぞれ対向しており、互
いに対向する２つの磁極の極性は逆になっている。そし
て、第１永久磁石装置(18a) とこれと対称位置にある第
３永久磁石装置(18c) の磁極の配置が同じであり、残り
の第２永久磁石装置(18b) とこれと対称位置にある第４
永久磁石装置(18d) の磁極の配置が同じである。このた
め、各永久磁石装置(18a) 〜(18d) には、第１ロータ
(2) の半径方向、軸線方向および周方向に広がりを持つ
閉じた磁路が形成される。

【００２３】さらに詳しく説明すると、第１および第３
永久磁石装置(18a)(18c)では、上側永久磁石(19a)(19c)
の左端がＮ極で右端がＳ極、下側永久磁石(20a)(20c)の
左端がＳ極で右端がＮ極、左側永久磁石(21a)(21c)の上
端がＳ極で下端がＮ極、右側永久磁石(22a)(22c)の上端
がＮ極で下端がＳ極になっており、図４に鎖線で示すよ
うな第１ロータ(2) の半径方向、軸線方向および周方向
に広がりを持つ閉じた磁路が形成される。

【００２４】第２および第４永久磁石装置(18b)(18d)で
は、逆に、上側永久磁石(19b)(19d)の左端がＳ極で右端
がＮ極、下側永久磁石(20b)(20d)の左端がＮ極で右端が
Ｓ極、左側永久磁石(21b)(21d)の上端がＮ極で下端がＳ
極、右側永久磁石(22b)(22d)の上端がＳ極で下端がＮ極
になっており、第１ロータ(2) の半径方向、軸線方向お
よび周方向に広がりを持つ閉じた磁路が形成される。

【００２５】４つの永久磁石装置(18a) 〜(18d) に閉じ
た磁路が形成されるため、第１駆動部(11)と第１ロータ
(2) との間に吸引力が作用する。そして、この磁路が第
１ロータ(2) の半径方向、軸線方向および周方向に広が
りを持つものであるから、第１駆動部(11)から第１ロー
タ(2) に回転力および軸線方向の保持力が伝達される。
そして、第１駆動部(11)を回転させることにより、第１
ロータ(2) も回転し、第１駆動部(11)を軸線方向に移動
させることにより、第１ロータ(2) も軸線方向に移動す
る。

【００２６】第２磁気継手(12)の駆動部(13)は下部円筒
壁部(1c)を挾んで第２ロータ(3) の大径部(3a)の外周面
と対向しており、この大径部(3a)の外周面に第２磁気継
手(12)の従動部が形成されている。第２磁気継手(12)は
たとえば特開昭５６−１５０６５０号公報などに記載さ
れているような公知のものであり、第２駆動部(13)の回
転力が第２ロータ(3) に伝達される。

【００２７】可動ハウジング(9) が上下に移動すると、
２つの磁気継手(10)(12)の駆動部(11)(13)も上下に移動
し、第１磁気継手(10)の軸線方向の保持力によって２つ
のロータ(2)(3)が一体となって上下に移動させられる。

【００２８】第１モータによって第１磁気継手(10)の駆
動部(11)を回転させると、その回転力が第１ロータ(2)
に伝達され、第１ロータ(2) が第２ロータ(3) とは独立
して回転させられる。同様に、第２モータによって第２
磁気継手(12)の駆動部(13)を回転させると、その回転力
が第２ロータ(3) に伝達され、第２ロータ(3)が第１ロ
ータ(2) とは独立して回転させられる。

【００２９】この発明は、１つのロータだけが回転方向
および軸線方向に駆動される磁気浮上アクチュエータに
も適用される。この場合、上記実施例中、円筒壁部(1b)
(1c)内には第１ロータ(2) だけが設けられ、可動ハウジ
ング(9) には第１ロータ(2) を回転方向および軸線方向
に駆動する第１磁気継手(10)の駆動部(11)だけが設けら
れる。

【００３０】

【発明の効果】この発明の磁気浮上アクチュエータによ
れば、上述のように、ロータを半径方向に保持する磁気
軸受とロータとのエアギャップを小さくすることがで
き、磁気軸受が小型であっても、十分な保持力を得るこ
とができる。また、磁気継手によって回転力および軸線
方向の保持力がロータに伝達されるので、円筒壁部の加
工精度をそれほど高くする必要がなく、磁気継手自体も
大型にする必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す磁気浮上アクチュエー
タの縦断面図である。

【図２】図１の磁気浮上アクチュエータの第１磁気継手
の部分を示す部分切欠き斜視図である。

【図３】図２の第１磁気継手の駆動部の永久磁石の配置
を示す斜視図である。

【図４】図２の第１磁気継手の第１永久磁石装置の永久
磁石の配置を示す斜視図である。

【符号の説明】

(1b) 真空シールド上部円筒壁部 (1c) 真空シールド下部円筒壁部 (2) 第１ロータ (6)(7) 磁気軸受 (10) 第１磁気継手 (11) 第１駆動部

フロントページの続き (72)発明者 伊井 浩 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光 洋精工株式会社内 (72)発明者 杉本 龍二 東京都府中市四谷５丁目８番１号 日電 アネルバ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−170476（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97268（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−271287（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−68680（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 15/00 H02K 7/09 - 7/10 H02K 49/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒壁部と微小隙間をあけてその内側に回
   転および軸線方向の移動ができるように配置されたロー
   タと、円筒壁部に固定状に設けられてロータを半径方向
   に保持する磁気軸受と、軸線方向の移動ができるように
   円筒壁部の周囲に配置された可動ハウジングと、ロータ
   に形成された従動部ならびに可動ハウジングに回転がで
   きるように支持されて従動部に回転方向および軸線方向
   の保持力を伝達する駆動部よりなる磁気継手とを備えて
   いる磁気浮上アクチュエータ。