JPH04334987A - 磁気浮上アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、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複数の磁気軸受、ならびに回転お
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おり、上記磁気
継手の駆動部が、上記円筒壁部の軸線方向に関して上記
複数の磁気軸受の間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
を得ることができる。

【００１２】円筒壁部に沿って移動するのは磁気継手の
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。

【００１３】上記円筒壁部の軸線方向に関して複数の磁
気軸受の間に磁気継手の駆動部が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（３
ａ）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
のものであり、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）（１２
ｂ）（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
（１５）、ハウジング（１５）の上部に設けられた第１
磁気継手（１６）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（１
９）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）（２４
ｄ）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）〜（２
６ｄ）　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）（２８
ａ）〜（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（
２５ａ）　〜（２５ｄ）　の左端の磁極に、左側永久磁
石（２７ａ）　〜（２７ｄ）　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）　〜（２４
ｄ）　に閉じた磁路が形成されるため、第１駆動部（１
７）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５６−１５０６５０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（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、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
向の駆動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。

【００３９】また、円筒部の軸線方向に関して複数の磁
気軸受の間に磁気継手が配置されているので、磁気軸受
相互の間隔を大きくして、ロータの力学的バランスを良
くすることができ、したがって、ロータが傾きにくくな
り、磁気軸受の制御に悪影響を与えることがなく、磁気
軸受の負担を軽減することができる。

【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】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、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
   方向に保持する複数の磁気軸受、ならびに回転および軸
   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おり、上記磁気継手の
   駆動部が、上記円筒壁部の軸線方向に関して上記複数の
   磁気軸受の間に配置されている磁気浮上アクチュエータ
   。