JP3106369B2 - 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２つの可動ハウジング
が軸線方向移動可能に設けられ、これらのハウジングに
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る。ところが、上
記のようなアクチュエータでは、２つの可動ハウジング
が円筒壁部に沿って移動するため、円筒壁部が長いもの
になり、したがって、これを薄くしかも高精度に加工す
ることは非常に困難である。

【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
持力が非常に小さくなってしまう。したがって、十分な
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】そこで、本発明者らは、円筒壁部の内側に
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、この円筒壁部の一端側に固定状に設けられて上記
ロータの軸線方向２箇所を半径方向に保持する２つの磁
気軸受、および回転および軸線方向の移動ができるよう
に駆動部が上記円筒壁部の他端側の周囲に配置されて回
転力および軸線方向の駆動力を上記ロータに伝達する磁
気継手を備えている磁気浮上アクチュエータを提案した
（特願平３−３０９１３号参照）。

【０００８】ところが、このアクチュエータの場合、ロ
ータを半径方向に保持する２つの磁気軸受が円筒壁部の
一端側に軸線方向に近接して配置されているので、これ
らの間隔が小さく、このため、ロータの力学的バランス
が悪く、ロータが傾きやすくなり、磁気軸受の制御に悪
影響を与えるという問題があった。

【０００９】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
小型で駆動力を大きくでき、しかもロータのバランスの
良い磁気浮上アクチュエータを提供することにある。

【００１０】

【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、円筒壁部と微小間隔をあけてその内
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、上記円筒壁部に固定状に設けられて上記ロ
ータの軸線方向複数箇所を半径方向に保持する電磁石を
用いた複数の制御型磁気軸受と、軸線方向の移動ができ
るように上記円筒壁部の周囲に配置された可動ハウジン
グと、上記ロータに形成された従動部ならびに上記可動
ハウジングに回転ができるように支持されて上記従動部
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おり、上記複数の磁気軸受
が、上記磁気継手に対し軸線方向両側に配置されている
ものである。

【００１１】

【作用】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、磁気軸受が小型であっても、十分な保持力
が得られる。

【００１２】磁気軸受が電磁石を用いた制御型のもので
あるから、外乱によるロータの半径方向の振動が抑制さ
れる。また、複数の磁気軸受が磁気継手に対し軸線方向
両側に配置されているので、磁気軸受相互の間隔が大き
くなり、ロータの力学的バランスが良く、ロータが傾き
にくく、磁気軸受の負担が軽減される。したがって、ロ
ータと円筒壁部すなわち磁気軸受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
な保持力が得られる。

【００１３】円筒壁部に沿って移動するのは可動ハウジ
ングに支持された磁気継手の駆動部であり、磁気継手は
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。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】シールド(1) は、上下の水平シールド部
(4)(5)と、これらに形成された穴の部分を連結する垂直
円筒状の垂直シールド部(6) とからなり、垂直シールド
部(6)内の真空雰囲気(V) 中に２つの垂直なロータ(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。

【００１７】垂直シールド部(6) は上下４つの垂直な円
筒壁部(6a)(6b)(6c)(6d)が一直線状に連結されたもので
あり、その内径は一様になっている。第１、第３および
第４円筒壁部(6a)(6c)(6d)は短く、第２円筒壁部(6b)は
上下に長くのびている。

【００１８】第１ロータ(2) は、垂直な中空上部軸(7)
と、垂直な下部軸(8) とが垂直円筒状の連結軸(9) によ
って一直線状に連結されたものであり、その外径は一様
になっている。そして、第１ロータ(2) は、垂直シール
ド部(6) 内にわずかな隙間をあけてはめられている。

【００１９】たとえば、連結軸(9) は半円筒状の２つの
半体に分割されており、各半体はボルトなどによって上
下の軸(7)(8)に固定されている。

【００２０】第２ロータ(3) は垂直軸状をなし、上部が
第１ロータ(2) から突出するように第１ロータ(2) の上
部軸(7) および連結軸(9) の中心に挿入されている。第
２ロータ(3) は、その上部と下端部とにおいて、第１ロ
ータ上部軸(7) の上端部に取付けられた軸受(10)と下部
軸(8) の上端部に取付けられた軸受(11)とによって支持
され、第１ロータ(2) に対して回転はしうるが上下方向
には移動しないようになっている。また、第１ロータ連
結軸(9) の内側にある第２ロータ(3) の部分に、連結軸
(9) の内径よりわずかに外径が小さい大径部(3a)が形成
されている。

【００２１】第１ロータ上部軸(7) の周囲の第１円筒壁
部(6a)の部分に上部磁気軸受(12)が固定され、第１ロー
タ下部軸(8) の周囲の第３円筒壁部(6c)の部分に下部磁
気軸受(13)が固定されている。

【００２２】これらの磁気軸受(12)(13)は公知の制御型
磁気軸受であり、たとえば円周方向の４箇所に電磁石(1
2a)(12b)(13a)(13b)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。なお、図１に
は、各磁気軸受(12)(13)について、図面の左右の２つの
電磁石(12a)(12b)(13a)(13b)だけを示しており、紙面表
側と裏側の残りの２つの電磁石の図示は省略している。

【００２３】第２円筒壁部(6b)の周囲に、可動ユニット
(14)が設けられている。

【００２４】可動ユニット(14)は、可動ハウジング(1
5)、ハウジング(15)の上部に設けられた第１磁気継手(1
6)の駆動部（第１駆動部）(17)およびハウジング(15)の
下部に設けられた第２磁気継手(18)の駆動部（第２駆動
部）(19)を備えている。

【００２５】ハウジング(15)は、図示しない適宜な手段
により、第２円筒壁部(6b)に沿って上下方向に移動させ
られる。

【００２６】第１駆動部(17)および第２駆動部(19)は第
２円筒壁部(6b)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(20)(21)(22)(23)によりハウジン
グ(15)に支持されている。図示は省略したが、第１駆動
部(17)はハウジング(15)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(15)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。

【００２７】第１磁気継手(16)の駆動部(17)は第２円筒
壁部(6b)を挾んで第１ロータ上部軸(7) の下部外周面と
対向しており、この上部軸(7) の下部外周面に第１磁気
継手(16)の従動部が形成されている。

【００２８】第１磁気継手(16)の詳細が、図２〜図４に
示されている。

【００２９】第１駆動部(17)と第１ロータ上部軸(7) 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(24a)(24b)(24c)(24d)が設けられている。

【００３０】各永久磁石装置(24a) 〜(24d) は、第１駆
動部(17)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(25a)(25b)(25c)(25d)および
下側永久磁石(26a)(26b)(26c)(26d)、ならびに上部軸
(7) 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(27a)(27b)(27c)(27d)および
右側永久磁石(28a)(28b)(28c)(28d)よりなる。第１駆動
部(17)の上下の永久磁石(25a) 〜(25d)(26a)〜(26d) は
左右両端に磁極を有し、上下の永久磁石(25a) 〜(25d)
(26a)〜(26d) では左右の極性が逆になっている。上部
軸(7) の左右の永久磁石(27a) 〜(27d)(28a)〜(28d) は
上下両端に磁極を有し、左右の永久磁石(27a) 〜(27d)
(28a)〜(28d) では上下の極性が逆になっている。左側
永久磁石(27a)〜(27d) の上端の磁極は上側永久磁石(25
a) 〜(25d) の左端の磁極に、左側永久磁石(27a) 〜(27
d) の下端の磁極は下側永久磁石(26a) 〜(26d) の左端
の磁極に、右側永久磁石(28a) 〜(28d) の上端の磁極は
上側永久磁石(25a) 〜(25d) の右端の磁極に、右側永久
磁石(28a) 〜(28d) の下端の磁極は下側永久磁石(26a)
〜(26d) 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(24a) とこれと対称位置にある第３永
久磁石装置(24c) の磁極の配置が同じであり、残りの第
２永久磁石装置(24b) とこれと対称位置にある第４永久
磁石装置(24d) の磁極の配置が同じである。このため、
各永久磁石装置(24a) 〜(24d) には、上部軸(7) 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。

【００３１】さらに詳しく説明すると、第１および第３
永久磁石装置(24a)(24c)では、上側永久磁石(25a)(25c)
の左端がＮ極で右端がＳ極、下側永久磁石(26a)(26c)の
左端がＳ極で右端がＮ極、左側永久磁石(27a)(27c)の上
端がＳ極で下端がＮ極、右側永久磁石(28a)(28c)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
うな上部軸(7) 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。

【００３２】第２および第４永久磁石装置(24b)(24d)で
は、逆に、上側永久磁石(25b)(25d)の左端がＳ極で右端
がＮ極、下側永久磁石(26b)(26d)の左端がＮ極で右端が
Ｓ極、左側永久磁石(27b)(27d)の上端がＮ極で下端がＳ
極、右側永久磁石(28b)(28d)の上端がＳ極で下端がＮ極
になっており、上部軸(7) 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。

【００３３】４つの永久磁石装置(24a) 〜(24d) に閉じ
た磁路が形成されるため、第１駆動部(17)と上部軸(7)
との間に吸引力が作用する。そして、この磁路が上部軸
(7)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(17)から上部軸(7) に回転
力および軸線方向の駆動力が伝達される。そして、第１
駆動部(17)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(17)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。

【００３４】第２磁気継手(18)の駆動部(19)は第２円筒
壁部(6b)および第１ロータ連結軸(9) 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(18)の従動部が形成され
ている。第２磁気継手(18)はたとえば特開昭５６−１５
０６５０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(19)の回転力が第２ロータ(3) に伝
達される。

【００３５】可動ハウジング(15)が上下に移動すると、
２つの磁気継手(16)(18)の駆動部(17)(19)も上下に移動
し、第１磁気継手(16)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。

【００３６】第１モータによって第１磁気継手(16)の駆
動部(17)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(18)の駆動部(19)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。

【００３７】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、垂直シールド
部(6) 内には第１ロータ(2) だけが設けられ、可動ハウ
ジング(15)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(16)の駆動部(17)だけが設け
られる。

【００３８】

【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、ロータを半径方向に保持する磁気軸受の負担を軽
減することができ、しかも、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。

【００３９】また、磁気継手によって回転方向および軸
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】

(2) 第１ロータ (6a) 第１円筒壁部 (6b) 第２円筒壁部 (6c) 第３円筒壁部 (6d) 第４円筒壁部 (12) 上部磁気軸受 (13) 下部磁気軸受(15) 可動ハウジング (16) 第１磁気継手 (17) 第１駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−94557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−170476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−46006（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−62406（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−272557（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−18679（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 15/00 H02N 11/00 B65G 54/02 F15B 15/00 F16H 49/00 H02K 7/09 H02K 49/00 - 51/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒壁部と微小間隔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、上記円筒壁部に固定状に設けられて上記ロータの
   軸線方向複数箇所を半径方向に保持する電磁石を用いた
   複数の制御型磁気軸受と、軸線方向の移動ができるよう
   に上記円筒壁部の周囲に配置された可動ハウジングと、
   上記ロータに形成された従動部ならびに上記可動ハウジ
   ングに回転ができるように支持されて上記従動部に回転
   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おり、上記複数の磁気軸受が、上記
   磁気継手に対し軸線方向両側に配置されている磁気浮上
   アクチュエータ。