JP4638028B2

JP4638028B2 - 磁気支持システム

Info

Publication number: JP4638028B2
Application number: JP2000514066A
Authority: JP
Inventors: ヨハネスピーテルネイッセ，ヘラルト; ウィルヘルムススプロンク，ヨセヒュス
Original assignee: エーエスエムエルネザーランズビー．ブイ．
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: NL1007127C2; DE69805820D1; EP1015788B1; WO1999017034A1; EP1015788A1; US6402118B1; AU9191298A; KR100586041B1; JP2001518598A; DE69805820T2; KR20010024302A

Description

【０００１】
物体を振動させずに支持することが可能な支持システムが必要とされている。実例として、したがって物体は、まるでその環境から切り離されて、自由に浮遊しているかのような挙動を示すことができることを観察可能である。その物体は、プラットホーム、ワークトップ、またはテーブルであってよく、その上に、実験構成物が構築され、したがって本発明は、このような実用例を後述する。しかしながら、他の実用例、たとえば位置決めシステムにおける特定部品もまた可能であることは理解され得るであろう。
【０００２】
このようなプラットホームに課せられる重要な要求は、前記プラットホームが振動しないように、すなわち環境振動が前記プラットホームとその上に構築された実験構成物に感じられてはならないということである。このことは、前記プラットホームを固定物（床）に関して、たとえば重力に抗して何とかして支持されなければならないという問題を必要とするが、前記固定物には一般的に振動が存在する。
【０００３】
一般的に、前記プラットホームの軸受またはサスペンションは、ばね系とみなすことができる。外界の振動は、ばね系に長さの変化を生じさせ、その長さの変化は、ばね系によって前記プラットホームに作用する力Ｆの変化に置換えられる。その力Ｆは、一般的に周知の数式によって記述される。
【０００４】
【数１】

ここで、ｘは前記長さを示し、ｋはばね系の剛性を示す。振動のない支持システムの場合、ｋはできるだけ小さいことが望ましい。
【０００５】
従来から、低剛性の緩衝要素は、支持体またはサスペンション、たとえば支持体におけるゴムブロックまたはサスペンションにおける長尺かつ弱いばねに組込まれ、前記プラットホームは、大質量体を有して構成される、または大質量体に取付けられる。前記緩衝要素の低剛性によって、力の変化は相対的に低く、前記プラットホームの大質量体によって、力の変化によって生じる振動の振幅は相対的に小さい。しかしながら、この従来からのアプローチでは、不十分な結果を生じる。
【０００６】
よりよい結果は、支持システムによって与えられ、該支持システムにおいて、前記プラットホームの支持体が動作点を有し、該動作点において、剛性が零であるが、動作点まわりのある動作領域内において、剛性が特に低い値を有する。しかしながら、零の剛性を有する周知の支持システムは多くの欠点を有し、以下にさらに詳細に検討する。
【０００７】
本発明の一般的な目的は、先行技術の欠点を取り除くことである。
特に、本発明の目的は、前記プラットホームと固定物との機械的接触がなく、原則として支持のために外部エネルギを必要とせず、簡単でかつコンパクトな構成を有する零の剛性の支持システムを提供することである。
【０００８】
本発明の重要な局面に従えば、位置決めシステムは少なくとも２つの電気的または磁気的結合を含み、一方が前記プラットホームに正の剛性の斥力を作用させ、他方が前記プラットホームに負の剛性の引力を作用させ、このようにして力の合計が動作点において零の剛性を有する。
【０００９】
本発明のこれらと他の局面、特徴および利点は、以下に記述する本発明に従う支持システムの好適な実施形態によって添付図面を参照して明確にされるであろう。該図面において、同一の参照符号が同一のまたは類似の部分に付される。
【００１０】
図１は、固定物２に関してプラットホーム１の軸受（Ａ）またはサスペンション（Ｂ）の原理を示す。以下においては、プラットホームと固定物との関係に関する総称的用語として、「結合」、「軸受」または「支持」という用語も用いられる。
【００１１】
地球上では、重力Ｆｚが常に前記プラットホームに作用し、前記プラットホームを所定の位置に保持するために、前記プラットホームは引力を補償する抗力によって保持されなければならない。軸受の場合、前記プラットホーム１は、押圧力Ｆ１を前記プラットホームに作用させる支持部材３に載置される。この押圧力Ｆ１は支持部材３から離反する方向に向けられるので、この力もまた斥力として言及される。サスペンションの場合、前記プラットホーム１は、引寄せ力Ｆ２を前記プラットホームに作用させる懸架部材４から懸架される。この引寄せ力Ｆ２は懸架部材４に向かう方向に向けられるので、この力もまた引力として言及される。
【００１２】
静止した状態で、力の釣合いが伴う。すなわち前記押圧力Ｆ１または前記引寄せ力Ｆ２は前記プラットホーム１に作用する引力Ｆｚと正確に同じ大きさである。
【００１３】
当業者によって理解されるであろうように、実際には、前記プラットホームは最少で３つのこのような部材３，４によって支持され、前記力の釣合いは全ての部材３，４にともに適用される。それらの３つの部材３，４は、一直線ではない３つの異なる位置に配置される。図１は、２つの異なる位置における２つの部材３，４を示す。以下において、それらの異なる位置は「軸受位置」とも称され、１つの軸受位置に配置される前記支持部材３および／または懸架部材４は「軸受要素」とも称される。
【００１４】
重量物が前記プラットホーム１に載置される場合、力の釣合いが再び確立され、該力の釣合いにおいて、押圧力Ｆ１または引寄せ力Ｆ２は増加する。このことは、前記支持部材３がわずかに圧縮され、または前記懸架部材４がわずかに伸長されることを伴う。静止した状態で、前記プラットホーム１の垂直方向変位Δｚおよび力の変化ΔＦは、少なくとも良好な近似（Δｚが微小な値）において、次式に従って相互に比例する。
ΔＦ＝ｋΔｚ …（１）
ここで、ｋは剛性定数であり、その値は、特に、部材３，４の材料に依存する。
【００１５】
逆に、振動が固定物２に生じる場合、それらの振動は、部材３，４に長さの変化Δｚを生じさせ、その結果、力の変化ΔＦが前記プラットホーム１に作用させられる。それらの力の変化によって、振動が前記プラットホーム１に生じるであろう。
【００１６】
前記プラットホーム１が振動しないようにすべき場合、前記部材３，４は、最小の実現可能な剛性定数ｋを有するようにそれぞれ設計される。前記支持部材３は、たとえばゴムブロックであってもよい。前記懸架部材４は、たとえば長尺かつ弱いばねであってもよい。さらに前記プラットホーム１の質量は、かなり大きくなるように典型的に選ばれる。上述のように、それによって達成された結果は、高い要求が振動しない程度に課せられるような適用のためには不十分である。したがって、ｋが零である構成が必要である。
【００１７】
図２は、前記プラットホーム１のサスペンションの簡単な構成の原理をを示す。そのサスペンションに関して、明確にするために、１つの軸受要素１０だけが図２に示される。プーリ１１に掛けられたケーブル１３によって、前記プラットホーム１は、釣合い錘１２に取付けられる。したがって、その力は、これに関連する位置に依存せず、前記プラットホームの振動は、少しでもあれば、ほとんど前記固定物２に伝達されないであろう（ｋはその方向において零である）。理想的な場合において、前記プラットホーム１が垂直方向に変位された場合、前記釣合い錘１２によって前記プラットホーム１に作用させられる引寄せ力Ｆ２は変化しないということが理解されるであろう。しかしながら、図２の構成は、理想からかけ離れている。なぜなら前記固定物２における振動は、前記プーリ１１および前記ケーブル１３を介して、前記プラットホーム１に直接伝達されるからである。さらに、前記釣合い錘および前記プーリのために必要な空間がかなり大きくなるという欠点がある。
【００１８】
図３は、軸受要素２０の他の機械的構成の原理を示し、ｋは少なくとも良好な近似において、零である。まず最初に、前記プラットホーム１はヘリカルばね２１によって支持され、該ヘリカルばね２１は図示される形状において、垂直押圧力Ｆ１を作用させ、したがって図１Ａの支持部材３と比較することができる。水平に向けられた押圧ばね２２、たとえば図示された板ばねによって、前記プラットホーム１は、前記固定物２に側方から結合される。前記押圧ばね２２は、長手方向に従う方向に押圧力Ｆ３を作用させる。前記プラットホーム１が上方に移動するとき、前記ヘリカルばね２１によって作用させられる前記押圧力Ｆ１が減少する。しかしながら、前記押圧ばね２２はその水平位置から同時にかつわずかに持ち上がり、前記押圧ばねによって作用させられる前記押圧力Ｆ３は垂直成分を得る。適切に均衡の取れた設計において、このＦ３の垂直成分は、Ｆ１の減少を正確に補償する。
【００１９】
図３の構成は、同様に多くの欠点を有する。前記固定物２における振動は、前記押圧ばね２２によって与えられる機械的結合を介して、前記プラットホーム１に直接伝達される。さらに、そのシステムは、１０〜１００Ｈｚの範囲の特定の振動数に特に敏感であり、その振動数が前記ばね２１，２２の共振振動数であるからである。さらに、前記ばね２１，２２はかなり大きな空間を占有する。さらに、製造上の誤差のために、使用される前記ばね２１，２２の特性を正確に予測することは特に困難である。このことは、このような軸受要素２０の設計が特に困難であることを意味するが、あったとしても、再現性はほとんどない。
【００２０】
図４は、軸受要素３０の電磁気的構成の原理を示し、ｋは少なくとも良好な近似において、零である。前記プラットホーム１には、前記固定物２に接続される磁気ヨーク２２に間隔をあけて配置される電気コイル３１が接続される。前記磁気ヨーク２２によって前記コイル３１に作用させられる力（ローレンツ力Ｆ_L＝Ｂ・Ｉ・ｌ）は、当業者によって理解されるように、前記コイル３１の軸線方向位置に依存しない。このローレンツ構成の重要な欠点は、使用中、多くの電気的エネルギを特に必要とすることである。また、その結果、使用中、かなりの量の熱が発生するという欠点がある。
【００２１】
K. Nagaya et al., "A Noncontact Permanent Magnet Levitation
Table with Electromagnetic Control and Its Vibration Isolation Method
Using Direct Disturbance Cancellation Combining Optimal Regulators",
IEEE Transactions on Magnetics, Vl.31, no.1, January 1995, p885において、構成が記述され、該構成において、加工テーブルが永久磁石によって懸架されている。前記永久磁石は、構成の動作点における重力を補償するが、必要とされる剛性は零ではない。その結果、電磁石を用いて解決しようと試みる。このことは、複雑でコンピュータ制御されたレギュレータを必要とし、その構成は、かなり多くのエネルギを必要とする。
【００２２】
本発明の重要な局面に従えば、軸受要素５０は、ｚ方向成分をともに有する２つの協働する磁気的および／または静電気的結合を含み、それらの結合の各剛性は、相互に異なる符号を有する。この局面は、磁気的結合の例として図５に大略的に示される。図５Ａにおいて、前記プラットホーム１と前記固定物２との間の第１の磁気的結合は、参照符５１によって特定され、前記プラットホーム１と前記固定物２との間の第２の磁気的結合は、参照符５２によって特定される。図示される例において、それら２つの結合５１，５２は、軸線方向に一直線であり、実質的に垂直方向に向けられる。言い換えれば、それら２つの結合５１，５２は同一の垂直方向動作線に従って作用し、この方向はＺ方向として言及されるであろう。前記軸受要素５０の軸受位置は、前記動作線のＸおよびＹ座標によって定められるが、これは、簡略化のために、図５には示されていない。
【００２３】
より詳細に、この局面の原理を説明するために、まず図１および式１を参照する。上述したように、図１Ａおよび１Ｂに図示される状態において、前記プラットホーム１が力の方向に抗して変位する場合、前記部材３および４によって作用させられる力Ｆ１およびＦ２はそれぞれ増加する。逆に作用させられる力の方向に変位する間、その作用させられる力は減少する。本発明の枠組内では、剛性ｋ（式１）がこのような状態において、負として言及されるであろう。
【００２４】
図５Ｂは、グラフであり、該グラフにおいて、前記プラットホーム１に作用させられるいくつかの力が述べられた重要な局面の効果を示すように前記プラットホーム１の垂直方向位置に対してプロットされる。座標系の正のＺ軸は、垂直方向上方に向けられる。図５Ｂは、３つの曲線を示す。第１の曲線は、第１の磁気結合５１によって作用させられる引寄せ力Ｆ１に関する。第２の曲線は、第２の磁気結合５２によって作用させられる押圧力Ｆ２に関する。図５Ｂは、各磁気結合５１および５２に関連する剛性ｋ₅₁およびｋ₅₂がそれぞれ異なる符号であり、ｋ₅₁は正であり、負であることを明確に示している。この点に関して、剛性ｋ₅₁，ｋ₅₂がｚの関数として一定である必要はないことがわかる。このことは、図５Ｂにおいて、Ｆ１およびＦ２の曲線の曲率によって示されている。
【００２５】
図５Ｂにおける第３の曲線は、合力Ｆ_TOT＝Ｆ１＋Ｆ２に関する。特定の垂直方向位置Ｚ₀において、剛性ｋ₅₁およびｋ₅₂が同一の絶対値をそれぞれ有する場合、その点において、Ｆ_TOTはｚに依存しない（有効剛性ｋ_TOT＝ｋ₅₁＋ｋ₅₂＝０）。この位置Ｚ₀は、動作点として言及される。
【００２６】
したがって、前記動作点Ｚ₀において、前記磁気結合５１，５２によって形成される軸受要素５０は、正確に零に等しい有効剛性を有する。前記動作点Ｚ₀に関する前記プラットホーム１の垂直方向位置の微小な誤差に対して、前記有効剛性は、一般的に、もはや正確には零に等しくはないが、微小な正または負の値を有し、該値はｚの関数としてｋ₅₁およびｋ₅₂を正確にたどる。しかしながら、前記有効剛性ｋ_TOTが実際には受け入れることができる予め定める極限値よりも小さい範囲内で、ｚ₀まわりの動作領域を設定することができるであろう。
【００２７】
ｋ₅₁およびｋ₅₂がｚの全ての値に対して同一符号を有することは必要ではなく、ｋ₅₁およびｋ₅₂がｚ₀まわりの特定領域において反対の符号を有していれば十分であることが観察される。
【００２８】
本発明の他の重要な局面に従えば、述べられた前記２つの磁気結合５１および５２は永久磁石を用いて確立される。永久磁石は以下の利点を組合せている。
【００２９】
力は、直接かつ機械的接触なしに作用する。
永久磁石は、力を作用させるための電気的エネルギなどの外部エネルギの供給を必要としない。
【００３０】
適用される材料の適切な選択を経て、相対的にわずかな大きさの永久磁石で相対的に大きな力を作用させることができる。
【００３１】
図６は、本発明に従う第１の実現可能な軸受要素５０を示す。この軸受要素５０は、前記固定物２に関して固定された第１の永久磁石６１を含み、前記第１の永久磁石６１の磁軸６２は、少なくとも実質的に垂直方向に向けられる。前記軸受要素５０は、前記プラットホーム１に関して固定される第２の永久磁石６３をさらに含み、前記第２の永久磁石６３の磁軸６４は、少なくとも実質的に垂直方向に向けられ、少なくとも実質的に前記第１の永久磁石６１の前記磁軸６２と一直線となる。前記２つの磁石６１，６３は、相互に斥力Ｆ２を作用させるように相互に対向して設けられる同極を有し、図６において、前記２つの磁石６１，６３のＮ極は、相互に対向して設けられる。前記２つの磁石６１，６３の組合せは、図５Ａの負の剛性を有する前記第２の磁気結合５２を定義する。
【００３２】
前記軸受要素５０は、前記第２の磁石６３の上方に配置される引寄せ部材６５をさらに含み、該引寄せ部材６５に前記第２の磁石６３が引力Ｆ１を作用させる。前記引寄せ部材６５は、鉄などの磁性材料から成り、好ましくは磁気的に絶縁されて、前記固定物２に関して、たとえばアルミニウムから成る支持体６６を用いて固定される。前記第２の磁石３３および前記引寄せ部材３５の組合せは、図５Ａの正の剛性を有する前記第１の磁気的結合５１を定義する。
【００３３】
図７ＡおよびＢは、正の剛性を有する第１の永久磁場が存在し（磁気結合５１）、負の剛性を有する第２の永久磁場が存在し（磁気結合５２）、両磁場が、この場合前記プラットホーム１に垂直な成分を有する力を作用させるように、前記プラットホーム１に作用することを全て共通に有する図６に示される実施形態の変形を示す。
【００３４】
図７Ａに示される変形において、前記第２の磁石６３は、前記第２の磁気結合５２を与えるように前記第１の磁石６１と協働して排他的に存在する。前記第１の磁気結合５１を与えるように引寄せ部材６５と協働するために、第３の永久磁石７１が存在し、該磁石７１は前記プラットホーム１に関して固定され、その磁軸７２は前記磁軸６２，６４と一直線とされる。ここで前記第３の磁石７１の方位（Ｎ−ＳまたはＳ−Ｎ）が何の役割も果たさないことは理解されるであろう。しかしながら、前記第３の磁石７１をそのＮ極を下方に向けて配置することが賢明であり、前記磁石７１，６３は相互に引付け合う。
【００３５】
図７Ｂに示される変形において、前記引寄せ部材６５は、第４の永久磁石７３によって置換えられ、その磁軸７４は少なくとも実質的に垂直方向に向けられ、少なくとも実質的に前記第２の永久磁石６３の磁軸６４と一直線とされる。前記第４の永久磁石７３は、前記第２の永久磁石６３と同様な方位を有し、この場合、このことは、前記第４の永久磁石７３のＮ極が前記第３の永久磁石６３のＳ極に向けられることを意味する。
【００３６】
他の変形もまた可能であることは明らかであろう。図７Ａおよび図７Ｂに示される変形の組合せ、すなわち前記第３の磁石７１および前記第４の磁石７１の両方が存在することもまた可能であることは明らかであろう。
【００３７】
以上のように、本システムは、一般的に、剛性が正確に零であるただ１つの動作点ｚ₀を有することが説明された。実際には、本システムを正確にその動作点ｚ₀において操作することは困難であろう。すなわち一旦本システムが前記動作点ｚ₀からずれると、本システムはさらにずれ、さらにその動作点から離れることになり、これは望ましくない。
【００３８】
さらに、実際には、前記プラットホーム１が大きさが変化する外力を受けることが可能であり、この場合、前記プラットホームを所望の位置に保持するために、本システムによって前記プラットホームに作用させられる力は、その変化する外力に適合されるべきである。言い換えれば、このような場合、前記軸受要素は、振動がない状態を維持している間、外力に対抗するより大きな見掛けの剛性を有することが好ましい。
【００３９】
さらに、実際には、前記動作点を前記プラットホームの他の垂直方向位置に移動させることが望ましい。
【００４０】
図８は、本発明に従う軸受要素を示し、固定された動作点において関連した合力Ｆ₀を変化させること、および／または固定された合力Ｆ₀において前記動作点ｚ₀をずらすことは簡単にできる。これに関して、原則として２つの変形（およびその組合せ）が考えられる。すなわち第１の変形においては、前記永久磁石によって及ぼされる力が操作され（空隙の変化、図８Ａ）、第２の変形においては、追加の力が及ぼされ、その大きさが操作される（図８Ｂ）。
【００４１】
図８Ａは任意の適切な変位部材８１を用いる軸受要素を示し、前記第１の永久磁石６１が軸線方向に、すなわちｚ方向に沿って変位することができる。こうして、本システムの静的設置が実現されるが、動的変化を補償することができる。前記変位部材８１は、制御部材８３によって制御されるモータ８２によって駆動され、該制御部材８３は、前記プラットホーム１の正確な位置に関する情報を非接触位置センサ８４から受取る。もちろん、前記引寄せ部材６５または第４の永久磁石７１がｚ方向にそれぞれ変位されることもまた可能である。
【００４２】
図８Ｂは前記プラットホーム１上の軸受要素を示し、追加の力が外力発生部８５によって作用させられる。好ましくは、その外力は非接触であり、その外力発生部８５は、図示されるように、前記固定物２に関して固定された電気コイルである。好ましくは、その外力発生部８５は、図示されるように、前記プラットホーム１に取付けられる、前記第２の永久磁石６３などの永久磁石に結合され、前記外力発生部８５は引力と同様に斥力も作用させる。前記外力発生部８５は、前記プラットホーム１の正確な位置に関する情報を非接触位置センサ８８から受取る制御部材８７によって制御される電源８６によって与えられてもよい。
【００４３】
前記外力発生部８５は、これに代えて、ローレンツアクチュエータであってもよい。
【００４４】
前記外力発生部８５は、他の力発生部（磁石）と一直線とされる必要はない。
実施例
図９は、実際に実現された本発明に従う軸受要素の略断面図である。前記２つの磁石６１，６３には標準的にＮｄＦｅＢ磁石を使用することができ、前記磁石はディスク形状および円形部分を有し、直径２５ｍｍおよび厚み（高さ）１０ｍｍを有する。前記引寄せ部材６５は鉄から成り、同様に円形部分を有するディスク形状を有し、直径７２ｍｍおよび厚み（高さ）１０ｍｍを有する。
【００４５】
磁力線の誘導および集中のために、下部磁石６１は、底部と壁部との厚みが６ｍｍの鉄ビーカ９１内に配置される。前記ビーカ９１の壁部は３２ｍｍの内径を有する。前記磁石６１と前記前記ビーカ９１の壁部との間には、ＰＶＣ位置決めリング９２が配置される。同様の理由のために、上部磁石６３は、内径３２ｍｍ、外径５０ｍｍ、高さ１０ｍｍを有する鉄製環状容器９３内に配置される。前記上部磁石６３と前記環状容器９３との間には、ＰＶＣ位置決めリング９４が配置される。
【００４６】
試験的構成において、前記引寄せ部材６５と前記下部磁石６１を有する前記ビーカ９１とは、相互に固定されるようにフレーム９５上に設置される。前記引寄せ部材６５の底部側と前記下部磁石６１の上部側との間の距離は、１４ｍｍである。前記環状容器９３は、軸線方向に変位可能なクランプ９６に嵌まり込む。前記クランプ９６は、力センサ９７（たとえば、ひずみゲージ）を含んでおり、前記力センサ９７は、環状容器９３に軸線方向に作用する力を測定する。さらに、前記構成は、前記環状容器９３の位置を測定する距離センサ９８を含む。
【００４７】
図１０は、試験的構成のシミュレーション結果を示す。水平方向にプロットされているのはｚであり、ここでは前記上部磁石６３の底部側と前記下部磁石６１の上部側との距離を意味する。曲線Ｆは、環状容器９３によって受けられる力を示し（右側垂直軸線方向に沿う目盛り）、重力は含まない。曲線ｋは、これらの測定値から計算された剛性を示す（左側垂直軸線方向に沿う目盛り）。動作点におけて、その力は約１８５Ｎである。動作点における剛性曲線の勾配は、約１１Ｎ／ｍｍ²であり、このことは動作点のまわりに(５(ｍの動作領域では、剛性が５５Ｎ／ｍであることを意味する。
【００４８】
上述において、１次元（垂直方向）における剛性が零の位置決めに関して、基本的には、前記プラットホーム１の１点に作用する永久磁石３１，３３の組合せに関して、非接触位置決めシステムがどのようにして実現されるかが述べられている。前記プラットホーム１の全支持体は最少で３つのサスペンションの組合せ（一直線ではない）によって達成されることが、垂直方向に関する限り当業者によって理解される。もちろん、前記プラットホーム１は、２つの水平方向（Ｘ，Ｙ）にも位置決めされなければならない。まず、従来手段がそのために用いられる。しかしながら、全ての６つの機械的自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の平行移動およびＸ，Ｙ，Ｚ軸まわりの回転）において零の剛性が達成される意味で、さらに改良された位置決めシステムも必要である。このような要求は問題をかなり複雑化し、これは、６自由度の運動が相互に独立して考えることができないからである。さらに特に、横方向の剛性は一般的に零に等しくない。図６の前記磁石３１，３３に関して以下のことが判る。前記プラットホーム１が特定の距離にわたって右に変位すると仮定すると、前記２つの磁石３１，３３間の反発押圧力は、水平方向成分を得る。
【００４９】
クレームによって定義付けられたような本発明の権利範囲は、図および記述された実施例には制限されないが、本発明の概念の枠組み内で、本発明に従う支持システムの示された実施例を変更または修正することは、当業者によって理解されるであろう。たとえば、より大きな、またはより小さな磁石が用いられ、あるいは複数の磁石が平行に配置されることが可能である。
【００５０】
さらに前記プラットホーム自体が磁気を帯びていることが可能であり、別の磁石６３が省略されてもよい。
【００５１】
さらに、別の磁石が一直線に配置される必要はない。
上述において、特に重力を考慮し、垂直方向の力の作用を支持している実施例が記述されている。しかしながら、本発明が水平方向または他方向に力が作用することに関しても明らかであろう。
【００５２】
上述において、本発明に従う構成は、１自由度の運動、すなわち垂直方向の変位において零の剛性を生ずることが説明される。完全なものにするために、記述されたような構造は、任意の軸線まわりで回転する間、零の剛性を生じ、全体で４自由度において零の剛性が与えられる。
【００５３】
上述においては、本発明は、反発作用と引寄せ作用とを有する磁気結合について説明した。しかしながら、本発明は静電気的結合（力場）によっても実現され、静電気的結合は、たとえばエレクトレットが用いられる。
【００５４】
上述において、本発明は、永久磁石に効果のある磁気結合を説明した。これは好ましいものであるが、本発明が電磁石を用いて応用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸受取付けの原理を大略的に示す。
【図２】重力補償および／または零の剛性を得るための周知の構成を大略的に示す。
【図３】重力補償および／または零の剛性を得るための他の周知の構成を大略的に示す。
【図４】重力補償および／または零の剛性を得るためのさらに他の周知の構成を大略的に示す。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、２つの協働する磁気的結合による零の剛性を得るための本発明に従う原理を大略的に示す。
【図６】本発明に従う軸受要素の実用的な実現を大略的に示す。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、図６に示された本発明に従う軸受要素のいくつかの変形である。
【図８】図８Ａおよび図８Ｂは、図６に示された本発明に従う軸受要素を設置可能および／または可変にするための構成を大略的に示す。
【図９】本発明に従う特に実現される軸受要素を有する試験的構成を大略的に示す。
【図１０】本発明に従う特に実現される軸受要素の性能を示すグラフである。

Claims

物体（１）を振動なく、固定物（２）に関して支持する支持システムであって、前記物体（１）に磁気的、電磁気的または静電気的引寄せ力（Ｆ１）を作用させる手段と、前記物体（１）に磁気的、電磁気的または静電気的押圧力（Ｆ２）を作用させる手段とを含み、前記２つの力（Ｆ１，Ｆ２）は、相互に反対の符号の剛性（ｋ_５１，ｋ_５２）を有し、動作点（ｚ_０）において、合力（Ｆ_ＴＯＴ＝Ｆ１＋Ｆ２）は実質的に零に等しい剛性（ｋ_ＴＯＴ）を有し、
少なくとも１つの軸受要素を含み、軸受要素は、
第１の磁石（６１）と、
引寄せ部材（６５）と、
前記第１の磁石（６１）と前記引寄せ部材（６５）との間に配置され、前記第１の磁石（６１）に斥力（Ｆ２）を作用させ、前記引寄せ部材（６５）に引力（Ｆ１）を作用させる第２の磁石（６３）と、を備え、
前記第１の磁石（６１）と前記引寄せ部材（６５）とは前記固定物（２）に結合され、前記第２の磁石（６３）は、前記物体（１）に結合され、
外部磁場を発生させることによって、前記第２の磁石（６３）に対し、非接触で外力を付与する外力発生手段（８５）が設けられ、前記外部磁場が前記物体（１）の位置情報に基づいて制御されることを特徴とする支持システム。
前記２つの力（Ｆ１，Ｆ２）は、一直線をなしていることを特徴とする請求項１記載の支持システム。
前記引寄せ部材（６５）は、鉄などの磁性材料から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の支持システム。
前記引寄せ部材（６５）は、さらなる磁石（７３）によって定義されることを特徴とする請求項１又は２に記載の支持システム。
前記第１の磁石（６１）の軸線方向位置および前記引寄せ部材（６５）の軸線方向位置のうち少なくともいずれか一方を変えるための変位手段（８１）が設けられることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の支持システム。
第２の磁石（６３）の軸線方向位置が一定に保持されるように、前記変位手段（８１）を制御するための手段（８４，８３，８２）が設けられることを特徴とする請求項５記載の支持システム。
前記第２の磁石（６３）の軸線方向位置が一定に保持されるように、前記外力発生手段（８５）を制御するための手段（８８，８７，８６）が設けられることを特徴とする請求項１記載の支持システム。
前記第１の磁石（６１）および第２の磁石（６３）は、永久磁石であることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の支持システム。
前記永久磁石は、ＮｄＦｅＢなどの希土類金属から成ることを特徴とする請求項８記載の支持システム。