JPH08270725A - Repulsion type magnetic damper, repulsion type magnetic actuator and repulsion type magnetic vibration proof base - Google Patents

Repulsion type magnetic damper, repulsion type magnetic actuator and repulsion type magnetic vibration proof base

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JPH08270725A
JPH08270725A JP7094514A JP9451495A JPH08270725A JP H08270725 A JPH08270725 A JP H08270725A JP 7094514 A JP7094514 A JP 7094514A JP 9451495 A JP9451495 A JP 9451495A JP H08270725 A JPH08270725 A JP H08270725A
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JP
Japan
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damper
actuator
vibration
type magnetic
repulsion
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JP7094514A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Kikushima
義弘 菊島
Nobuo Tanaka
信雄 田中
Masaharu Kuroda
雅治 黒田
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

PURPOSE: To provide a repulsion type vibration control base and a magnetic damper in which unstable phenomenon in the lateral dislocation direction is stabilized and a repulsion type magnetic actuator in which more positive location controlling is possible. CONSTITUTION: A damper 1 is basically so constituted that the lateral dislocation direction is stabilized by holding a sprig 2 between repulsive permanent magnets 104a and 104b. A vibration control base is formed by using this damper 1 as free degree in the repulsion direction and free degree in the lateral dislocation direction are secured. Further, the damper 1 has function as a three axis actuator for changing flux density of the permanent magnet by actuating an electromagnet and the vibration damping base used this may be utilized as a three axis damper.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は精密機械などを防振効
果を持たせて支持する反発型磁気ダンパ、アクチュエー
タ及び防振台に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a repulsion type magnetic damper, an actuator and a vibration isolation table for supporting a precision machine or the like with a vibration isolation effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】地震等の振動を遮断した状態で精密機械
等を支持する場合に防振台を使用する。
2. Description of the Related Art An anti-vibration stand is used to support a precision machine or the like in a state where vibration such as an earthquake is blocked.

【0003】防振台の基本的性能を総括すると、柔軟支
持による高域周波数の遮断特性に依存している。そのた
め、柔軟支持系の固有周波数はできうる限り低い周波数
として遮断周波数を広げてきた。すなわち、防振台には
低い周波数が励振されても接触などがおこらないような
十分なストロークが要求される。
To summarize the basic performance of the anti-vibration table, it depends on the high-frequency cutoff characteristic due to the flexible support. Therefore, the cutoff frequency has been widened by setting the natural frequency of the flexible support system as low as possible. That is, the anti-vibration table is required to have a sufficient stroke so that contact does not occur even when a low frequency is excited.

【0004】従来用いられている防振台としては磁気浮
上を用いた防振台、空気ばねを用いた防振台、コイルば
ねを用いた防振台等がある。
Conventionally used vibration proofing bases include a vibration proofing base using magnetic levitation, a vibration proofing base using an air spring, a vibration proofing base using a coil spring, and the like.

【0005】このうち特に磁気浮上を用いた防振台は接
触部分がないので防振性能が良いところから、精密機械
等などの支持系として注目されている。
Of these, a vibration-isolating base using magnetic levitation has attracted attention as a supporting system for precision machinery and the like because it has no contact portion and thus has a good vibration-proofing performance.

【0006】磁気を利用した防振台は図12に示す固定
体(固定側)101と可動テーブル102とを磁気ダン
パ103で連結したものである。ここで使用する磁気ダ
ンパ103は図12(a)に示す吸引型磁気ダンパ10
3aと図12(b)に示す反発型磁気ダンパ103bが
ある。吸引型磁気ダンパ103aは固定側磁石104a
とテーブル側磁石104bを吸引させるものであり、ま
た反発型磁気ダンパ103bは固定側磁石104aとテ
ーブル側磁石104bを反発させるものである。
A vibration isolating table utilizing magnetism is one in which a fixed body (fixed side) 101 and a movable table 102 shown in FIG. 12 are connected by a magnetic damper 103. The magnetic damper 103 used here is the attraction type magnetic damper 10 shown in FIG.
3a and the repulsive magnetic damper 103b shown in FIG. 12 (b). The attraction type magnetic damper 103a is a fixed magnet 104a.
And the table-side magnet 104b are attracted, and the repulsive magnetic damper 103b repels the fixed-side magnet 104a and the table-side magnet 104b.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、磁気を利用し
た防振台の欠点としては、吸引型、反発型のどちらを用
いようとしても系の初期状態が不安定な点である。吸引
型は、吸引力が無い状態では防振台は自由落下するか磁
石同士が吸着してしまう。また、反発型は、アーンショ
ウの定理で知られているように永久磁石の反発力が浮上
方向には本質的に安定であるが、横ずれ方向が不安定な
ため永久磁石には逃げようとする力が働き、防振台はと
どまってはいないという性質を持つ。そのため在来の方
法としては、吸引型の場合、垂直方向を能動的に制御
し、安定化しなければ防振台を浮上させることはでき
ず、反発型も横ずれ方向を能動的に安定化するかガイド
等により横ずれ方向を安定化しなければ、その機能を発
揮することはできない。
However, a drawback of the vibration isolating table utilizing magnetism is that the initial state of the system is unstable regardless of whether the suction type or the repulsion type is used. In the suction type, when there is no suction force, the anti-vibration table falls freely or the magnets attract each other. In the repulsive type, the repulsive force of the permanent magnet is essentially stable in the levitation direction, as known from the Earnshaw theorem, but it tries to escape to the permanent magnet because the lateral deviation direction is unstable. Power is exerted, and the anti-vibration table does not stop. Therefore, as a conventional method, in the case of the suction type, the vibration isolation table cannot be levitated unless the vertical direction is actively controlled and stabilized, and the repulsion type also actively stabilizes the lateral deviation direction. The function cannot be exhibited unless the lateral deviation direction is stabilized by a guide or the like.

【0008】しかしながら、在来の受動的に横ずれ方向
を安定化した反発型磁気浮上系はガイドを用いているた
め、反発方向には自由度があるものの横ずれ方向には自
由度が無く、能動制御を講じて安定化する方法も横ずれ
を拘束するように制御するため横ずれ方向のストローク
が無く、横方向に大振動が発生すると制御器と接触した
り、横ずれ方向の制御が不能となり、防振台の役割を果
たせなくなる。すなわち、防振台は、床が縦、横どちら
に動いてもテーブルは動かないことが条件であるため、
自由度、ストロークがないことは防振台の致命欠陥とな
る。
However, since the conventional repulsive magnetic levitation system that passively stabilizes the lateral deviation direction uses a guide, there is a degree of freedom in the repulsive direction but no freedom in the lateral deviation direction, and active control is performed. The method of stabilizing by taking into account that there is no stroke in the lateral deviation direction because it controls so that lateral deviation is constrained, and if a large vibration occurs in the lateral direction, it will come into contact with the controller or control in the lateral deviation direction will be impossible and Cannot play the role of. In other words, the anti-vibration table requires that the table does not move regardless of whether the floor moves vertically or horizontally.
The lack of freedom and stroke is a fatal defect of the anti-vibration table.

【0009】また、バネを利用した防振台は、バネ力の
みで防振台を浮上させるためバネ自体を太くする必要が
あり、そのため横剛性は増し、柔軟支持系の固有周波数
はできうる限り低い周波数とする防振台の必要条件に相
反する方向となる。
In addition, in the vibration isolating table using the spring, the spring itself needs to be thick in order to float the vibration isolating table only by the spring force. Therefore, the lateral rigidity is increased and the natural frequency of the flexible support system is increased as much as possible. This is in the opposite direction to the requirements of the anti-vibration table for low frequencies.

【0010】このようなことから横ずれ方向の不安定現
象を安定化させた反発型防振台及び磁気ダンパ及びさら
に積極的に位置制御可能な反発型磁気アクチュエータの
開発が望まれる。
From the above, it is desired to develop a repulsion type vibration proof base and a magnetic damper which stabilize the unstable phenomenon in the lateral deviation direction, and a repulsion type magnetic actuator capable of positively controlling the position.

【0011】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、横ずれ方向の不安定現象を安定化させ
た反発型防振台及び磁気ダンパ及びさらに積極的に位置
制御可能な反発型磁気アクチュエータを提供することを
目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a repulsion-type vibration-proof base and magnetic damper that stabilize the unstable phenomenon in the lateral displacement direction, and a repulsion-type that allows more positive position control. It is intended to provide a magnetic actuator.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の反発型磁気ダンパは、反発する一対の永久磁石
の相対位置をばねで拘束したことを特徴とし、またこの
発明の反発型磁気アクチュエータは、反発する一対の永
久磁石の相対位置をばねで拘束し、前記一対の永久磁石
の磁界に作用する磁界を発生可能な電磁石を設けたこと
を特徴とし、またこの発明の反発型磁気防振台は、固定
体とテーブルを反発型磁気アクチュエータで連結し、前
記反発型磁気アクチュエータは反発する一対の永久磁石
の相対位置をばねで拘束し、前記一対の永久磁石の磁界
に作用する磁界を発生可能な電磁石を有するものである
ことを特徴としている。
To this end, the repulsive-type magnetic damper of the present invention is characterized in that the relative positions of a pair of repulsive permanent magnets are restrained by springs, and the repulsive-type magnetic damper of the present invention is used. The magnetic actuator is characterized in that a relative position of a pair of repulsive permanent magnets is restrained by a spring, and an electromagnet capable of generating a magnetic field acting on the magnetic fields of the pair of permanent magnets is provided. The anti-vibration table connects the fixed body and the table with a repulsion-type magnetic actuator, and the repulsion-type magnetic actuator restrains a relative position of a pair of repulsive permanent magnets with a spring, and a magnetic field acting on a magnetic field of the pair of permanent magnets. Is characterized by having an electromagnet capable of generating

【0013】[0013]

【作用】この発明の反発型磁気ダンパは、永久磁石の反
発力を利用し物体を浮上させる方法は在来と変わらない
が、横ずれ方向の不安定現象をばねの横剛性を利用して
パッシブな形式で安定化している点が特徴である。当該
ダンパの基本構成は、反発する永久磁石間にばねを挟み
込むことで横ずれ方向を安定化している。このとき使用
するばねは、横ずれ方向の安定化に必要なばね定数があ
ればよく、物を浮上させる力はばね力が付加されるが永
久磁石の反発力が主である。この点から、反発方向の自
由度及び横ずれ方向の自由度双方が確保できるため防振
台としても利用価値があり、自由度があることが特徴で
もある。
The repulsion-type magnetic damper of the present invention uses the repulsive force of a permanent magnet to levitate an object, which is the same as the conventional method. The feature is that it is stabilized in the form. The basic configuration of the damper stabilizes the lateral deviation direction by sandwiching a spring between repulsive permanent magnets. The spring used at this time only needs to have a spring constant necessary for stabilization in the lateral deviation direction, and a spring force is added to the force for levitating the object, but the repulsive force of the permanent magnet is mainly used. From this point, since both the degree of freedom in the repulsion direction and the degree of freedom in the lateral shift direction can be secured, it is also useful as an anti-vibration table, and is also characterized by its flexibility.

【0014】さらにアクチュエータは電磁石を作用させ
ることにより、永久磁石の磁束密度を変化させることが
できる3軸アクチュエータとしての機能をもち、これを
使用した防振台は3軸制振器として利用することができ
る。
Further, the actuator has a function as a three-axis actuator capable of changing the magnetic flux density of the permanent magnet by causing an electromagnet to act, and the vibration isolation table using this has to be used as a three-axis vibration damper. You can

【0015】[0015]

【実施例】以下、これらの発明の詳細を一実施例を示す
図面について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of these inventions will be described below with reference to the drawings showing one embodiment.

【0016】図1において、1はダンパである。ダンパ
1は固定体101と可動テーブル102との間に設けら
れる。ダンパ1はそれぞれ永久磁石で構成され、その間
に反発力が作用するように、固定側磁石104aとテー
ブル側磁石104bとを対向させて配置する。また固定
側磁石104aとテーブル側磁石104bとをばね2で
拘束する。したがって固定側磁石104aとテーブル側
磁石104bには3軸方向にばね2による3軸方向の復
元力が作用している。
In FIG. 1, reference numeral 1 is a damper. The damper 1 is provided between the fixed body 101 and the movable table 102. Each of the dampers 1 is composed of a permanent magnet, and the fixed magnet 104a and the table magnet 104b are arranged to face each other so that a repulsive force acts between them. The fixed magnet 104a and the table magnet 104b are restrained by the spring 2. Therefore, the stationary magnets 104a and the table magnets 104b are subjected to a restoring force in the three axial directions by the spring 2 in the three axial directions.

【0017】したがって、このダンパ1は、永久磁石の
反発力を利用し物体を浮上させる方法は在来と変わらな
いが、横ずれ方向の不安定現象をばね2の横剛性を利用
してパッシブな形式で安定化している点が特徴である。
Therefore, in this damper 1, the method of levitating an object by utilizing the repulsive force of a permanent magnet is the same as the conventional method, but the unstable phenomenon in the lateral deviation direction is made passive by utilizing the lateral rigidity of the spring 2. The feature is that it is stabilized at.

【0018】次にアクチュエータについて説明する。Next, the actuator will be described.

【0019】アクチュエータ3は図2に示すようにダン
パ1に1軸〜3軸の少なくとも1軸方向に磁力を作用さ
せる電磁石4〜6を付加することによって構成する。電
磁石4は図の垂直方向(Z軸方向)に磁力を作用させる
ためのもので固定側磁石104aの周囲にコイル7を巻
いて構成したものであり、電磁石5は図の水平方向(X
軸方向)に磁力を作用させるためのもので鉄心8にコイ
ル9を巻いて構成したものである。電磁石6は図の水平
方向(Y軸方向)に磁力を作用させるためのもので構成
は電磁石5と同じである。このような構成のアクチュエ
ータにおいては、永久磁石である固定側磁石104aと
テーブル側磁石104bとの間には反発する磁束がN極
からS極へと流れている。それら磁束をエナメル線等で
コイルを磁石側面に巻いたり、鉄心を持つ電磁石コイル
からなる電磁石4〜6を永久磁石の近傍におき、コイル
に電流を流すことで磁束密度を可変できる。すなわち、
図2に示すような支持系自体が3軸アクチュエータとし
ての能力を持っていることとなり、このアクチュエータ
3は、3軸制振器として利用することができ、さらには
3軸加振器としても利用できる。
As shown in FIG. 2, the actuator 3 is constructed by adding electromagnets 4 to 6 which exert a magnetic force to the damper 1 in at least one axial direction of one to three axes. The electromagnet 4 is for applying a magnetic force in the vertical direction (Z-axis direction) in the figure, and is configured by winding a coil 7 around the fixed-side magnet 104a, and the electromagnet 5 is arranged in the horizontal direction (X direction in the figure).
It is for applying a magnetic force in the axial direction and is constituted by winding a coil 9 around the iron core 8. The electromagnet 6 is for applying a magnetic force in the horizontal direction (Y-axis direction) in the drawing, and has the same configuration as the electromagnet 5. In the actuator having such a configuration, a repulsive magnetic flux flows from the N pole to the S pole between the fixed-side magnet 104a, which is a permanent magnet, and the table-side magnet 104b. The magnetic flux density can be varied by winding the magnetic flux with an enameled wire or the like around the side surface of the magnet, or by placing electromagnets 4 to 6 composed of an electromagnet coil having an iron core near the permanent magnet and passing a current through the coil. That is,
The support system itself as shown in FIG. 2 has the capability as a three-axis actuator, and this actuator 3 can be used as a three-axis vibration suppressor and also as a three-axis vibrator. it can.

【0020】当該アクチュエータを加振器として用いた
場合の動特性の一例を図4に示す。この図は、横軸にコ
イルに流す電流、縦軸に当該アクチュエータが発生する
上下方向の力を示したものであり、電流を増やし永久磁
石間の磁束を増大することで反発する力が増えているこ
とが分かる。
FIG. 4 shows an example of dynamic characteristics when the actuator is used as a vibration exciter. This figure shows the current flowing in the coil on the horizontal axis and the vertical force generated by the actuator on the vertical axis, and the repulsive force increases by increasing the current and the magnetic flux between the permanent magnets. I know that

【0021】さらに、図5には一定の交流電流をコイル
に与えた場合の周波数応答を示している。周波数応答で
は、電流に比例した力が各周波数において発生している
ことが分かり、広い周波数で安定した力が発生できるア
クチュエータとしての能力があることが分かる。
Further, FIG. 5 shows the frequency response when a constant alternating current is applied to the coil. From the frequency response, it can be seen that a force proportional to the current is generated at each frequency, and it has the ability as an actuator to generate a stable force over a wide frequency range.

【0022】つぎに、水平方向の加振力について述べ
る。基本的には、垂直方向と同じであるが、鉄心の回り
に270巻した電磁石を永久磁石間に置き横方向の加振
力を調べた。図6に横軸にコイルに流す電流、縦軸に当
該アクチュエータが発生する水平方向の力を示してお
り、電流を増し電磁石5の磁束を増大させることで反発
する力が増えていることが分かる。鉄心の断面積が少な
い分だけ発生できる力は減少しているがこの程度の巻線
数でも十分な水平方向の加振力が得られる。
Next, the horizontal excitation force will be described. Basically, the same as in the vertical direction, but an electromagnet wound around the iron core 270 was placed between the permanent magnets, and the exciting force in the lateral direction was examined. FIG. 6 shows the current flowing in the coil on the horizontal axis and the horizontal force generated by the actuator on the vertical axis. It can be seen that the repulsive force is increased by increasing the current and increasing the magnetic flux of the electromagnet 5. . Although the force that can be generated is reduced by the smaller cross-sectional area of the iron core, a sufficient horizontal excitation force can be obtained even with this number of windings.

【0023】さらに、図7には一定の交流電流をコイル
9に与えた場合の周波数応答を示している。周波数応答
では、電力に比例した力が各周波数において発生してい
ることが分り、広い周波数で安定した力が発生できるア
クチュエータとしての能力があることが分る。
Further, FIG. 7 shows the frequency response when a constant alternating current is applied to the coil 9. In the frequency response, it can be seen that a force proportional to the electric power is generated at each frequency, and it has an ability as an actuator that can generate a stable force in a wide frequency range.

【0024】このようなダンパ1またはアクチュエータ
3は固定体101と可動テーブル102との間に配置す
ることによって図3に示す防振台10を構成することが
できる。防振台10は固定体101と可動テーブル10
2とをアクチュエータ3またはダンパ1で連結したもの
である。
By disposing the damper 1 or the actuator 3 as described above between the fixed body 101 and the movable table 102, the vibration isolation table 10 shown in FIG. 3 can be constructed. The vibration isolation table 10 includes a fixed body 101 and a movable table 10.
2 and 2 are connected by an actuator 3 or a damper 1.

【0025】つぎに、在来の磁気浮上を用いた防振台、
空気ばね、コイルバネを用いた防振台とこの発明の防振
台10との比較について述べる。まず、コイルバネを用
いた防振台との比較を行う。この発明のアクチュエータ
3を用いた防振台10は、磁気の反発力を用いて防振台
を浮上させているが、磁気浮上とはいっても磁気という
目に見えないばねと同じ特質を持つ部材で支えられた支
持系と等価である。ただし、磁気は質量を持たないため
ばねと比較するとサージングというばね自体の共振がな
い。この発明の防振台も、系の安定化のためにばねを使
用しているが、浮上させる力は磁気の反発力のため通常
のばねよりも質量を極端に軽減できる。すなわち、サー
ジングが起こる周波数を数十倍、数百倍高くすることが
可能となり、さらに、サージングによる悪影響は、質量
に比例するため発生する変位は無視できる程度となる。
また、防振台を能動的に制御しようとすると支持系以外
にアクチュエータを必要とし、アクチュエータの取り付
け位置も支持系そのものの中に組み込むことは物理的な
制約により不可能であり、支持系と離れた位置に取り付
けなければならない。このことは、支持系を通して擾乱
が流入することを考えると擾乱を抑制する場所が支持系
ではなく防振台内となる。防振台に流入した擾乱エネル
ギーについて考えると、防振台は平面であり、エネルギ
ーは散逸してしまうことから、全てのエネルギーを効率
的に除去することは不可能となり、除去を可能とするた
めには当該システムのように支持系内での抑制が必要と
なる。さらに、3軸を制御するためには3ヶ所(垂直Z
軸及び平行XY軸に力が作用する点)にアクチュエータ
を取り付けなければならない。しかしながら、この発明
の防振台は、1台の支持系で3軸方向が制御できるため
防振台そのものが簡素にできる。
Next, a vibration isolator using conventional magnetic levitation,
A comparison between the vibration isolation table using the air spring and the coil spring and the vibration isolation table 10 of the present invention will be described. First, a comparison with a vibration isolation table using a coil spring will be made. The anti-vibration table 10 using the actuator 3 of the present invention levitates the anti-vibration table using the magnetic repulsive force, but although it is magnetically levitated, it is a member having the same characteristic as a magnetic invisible spring. It is equivalent to a support system supported by. However, since magnetism has no mass, there is no resonance of the spring itself called surging as compared with the spring. The anti-vibration table according to the present invention also uses a spring for stabilizing the system, but the levitating force can remarkably reduce the mass as compared with an ordinary spring due to the magnetic repulsive force. That is, the frequency at which surging occurs can be increased by several tens or hundreds of times, and the adverse effect of surging is proportional to the mass, so that the displacement generated is negligible.
In addition, in order to actively control the anti-vibration table, an actuator is required in addition to the support system, and it is impossible to incorporate the actuator mounting position into the support system itself due to physical restrictions. Must be installed in a fixed position. This means that, considering that the disturbance flows in through the support system, the place where the disturbance is suppressed is not in the support system but in the vibration isolation table. Considering the disturbance energy that has flowed into the anti-vibration table, since the anti-vibration table is a flat surface and the energy is dissipated, it is not possible to remove all energy efficiently, and it is possible to remove it. Requires a restraint within the support system as in the system. Furthermore, in order to control the 3 axes, 3 locations (vertical Z
The actuator must be attached to the axis and the point where the force acts on the parallel XY axes. However, since the vibration isolation table of the present invention can control the three axis directions with one support system, the vibration isolation table itself can be simplified.

【0026】つぎに、空気ばねを用いた防振台と比較す
る。現在、防振台として一番利用されている方法である
が、空気ばねの弱点は、システムの複雑さと動特性の悪
さにある。空気をばね力として用い、制御を講じるため
には、空圧用サーボ弁が必要になる。空圧用サーボ弁
は、圧縮空気圧を強めたり弱めたりしてシリンダー内を
コントロールする。そのため、コンプレッサ、空圧配
管、サーボ弁、空圧シリンダ等を防振台の付属品としな
ければならず、システムは、非常に複雑となる。また、
空気ばね防振台もコイルばね防振台と同じく3軸制御す
るためには3ヶ所にアクチュエータを必要とする。さら
に悪い点は、空圧サーボシステムの動特性である。空圧
サーボ弁の周波数応答は、数十Hz程度しかなく、高い
周波数の抑制はできない。その点、この発明の防振台
は、電磁力の動特性がそのまま利用できることから非常
に高い周波数まで応答する。
Next, a comparison will be made with a vibration isolation table using an air spring. Currently, it is the most used method for a vibration isolation table, but the weak points of the air spring are the complexity of the system and poor dynamic characteristics. In order to use air as a spring force and perform control, a pneumatic servo valve is required. The pneumatic servo valve controls the inside of the cylinder by increasing or decreasing the compressed air pressure. Therefore, the compressor, the pneumatic pipe, the servo valve, the pneumatic cylinder, etc. must be an accessory of the vibration isolation table, and the system becomes very complicated. Also,
Like the coil spring vibration isolation table, the air spring isolation table also requires actuators at three locations for three-axis control. Even worse is the dynamic characteristics of pneumatic servo systems. The frequency response of the pneumatic servo valve is only about several tens of Hz, and high frequency cannot be suppressed. In that respect, the vibration isolation table of the present invention can respond to a very high frequency because the dynamic characteristics of the electromagnetic force can be used as they are.

【0027】最後に、磁気浮上型防振台との比較を行
う。磁気浮上型防振台には、吸引型の防振台と反発型の
防振台があるが、どちらのシステムも初期状態が不安定
である。そのため、システムを安定化するための制御系
と防振を行うための制御系を用意しなければならない。
さらに、2つの制御系があると言うことは制御系の連成
問題が起き、磁気浮上型のようにフィードバックを基調
とする制御系では浮上安定化させた制御系を防振用制御
系が壊し発振させるなどの問題が起こる。また、吸引型
は吸引方向にストロークをとろうとすると大電流を流さ
なければ防振台は浮上していないと同時にシステムは非
線形となり在来の制御法は使用できなくなる。また、反
発型も横ずれ方向のストロークをとろうとすると大電流
を必要としてストロークをとることが難しい。
Finally, a comparison with the magnetic levitation type vibration isolation table will be made. The magnetic levitation type vibration isolation table has a suction type vibration isolation table and a repulsion type vibration isolation table, but the initial state of both systems is unstable. Therefore, it is necessary to prepare a control system for stabilizing the system and a control system for performing image stabilization.
Furthermore, the fact that there are two control systems causes a coupling problem of the control systems, and in a control system based on feedback such as the magnetic levitation type, the vibration-stabilized control system destroys the levitation-stabilized control system. Problems such as oscillation occur. Further, in the suction type, when trying to take a stroke in the suction direction, unless a large current is applied, the vibration isolation table does not float, and at the same time the system becomes non-linear and the conventional control method cannot be used. In addition, even if the repulsive type tries to take a stroke in the lateral deviation direction, it is difficult to take a stroke because a large current is required.

【0028】このように、この発明の防振台は、1台の
支持系が3軸の制御要素を持っており、制御時のシステ
ムの簡素化が可能である。さらに、力が作用する点につ
いて考えると当該防振台は、支持系内に力が作用するた
め、擾乱の流入経路でコントロールできるのに対し、在
来法では、支持系を通り過ぎ防振台で制御を行うことと
なり、制御効果の観点からすると当該法が制御効果はよ
い。また、空圧サーボ弁のように制御可能な周波数帯域
が狭くなく、幅広い周波数帯域の制御が可能である。さ
らに、ばねによるサージングもその周波数は高くするこ
とが可能で、レベルも小さくできる。
As described above, in the anti-vibration table of the present invention, one support system has the control elements of three axes, and the system at the time of control can be simplified. Furthermore, considering that the force acts, the anti-vibration table can be controlled by the flow path of the disturbance because the force acts in the support system, whereas in the conventional method, the anti-vibration table is passed by the support system. Since the control is performed, the method has a good control effect from the viewpoint of the control effect. Moreover, unlike the pneumatic servo valve, the controllable frequency band is not narrow, and it is possible to control a wide frequency band. Further, the frequency of the surging by the spring can be increased and the level thereof can be decreased.

【0029】(実験例)図8の実験装置と駆動電流を流
すアンプを用いて垂直方向の除振性能に関する実験を試
みた結果の一例を図9に示す。実験では、この発明の防
振台10上に加速度計を設置し、その信号を積分した変
位、速度と加速度計出力の加速度をフィードバックして
いる。図からも明らかなように防振台への振動伝達率は
簡単な制御系を組むだけで全ての周波数で1倍以下とな
り、防振台として十分な性能を有している。
(Experimental example) FIG. 9 shows an example of the result of an experiment on the vibration isolation performance in the vertical direction using the experimental apparatus shown in FIG. 8 and an amplifier for supplying a driving current. In the experiment, an accelerometer is installed on the antivibration table 10 of the present invention, and the displacement and speed obtained by integrating the signal of the accelerometer and the acceleration of the accelerometer output are fed back. As is clear from the figure, the vibration transmissibility to the anti-vibration table becomes less than 1 times at all frequencies by simply constructing a simple control system, and it has sufficient performance as the anti-vibration table.

【0030】図8に示す防振台の仕様は、ダンパ支持能
力を3kgと設定(4軸で12kg)し、コイルばねの
線形を0.8mm(4本使用)、駆動コイル巻線数を2
40巻としている。また、希土類磁石には、直径3cm
のネオジューム磁石を用いた。さらに、アクチュエータ
には、60cm×45cm×7cmのアルミハニカムテ
ーブルが結合され、テーブル上に加速度計を設置してシ
ステムが構築されている。そのシステムは、図8からも
明らかなように極めてシンプルな制御系となっている。
The specifications of the anti-vibration table shown in FIG. 8 are such that the damper support capacity is set to 3 kg (12 kg for 4 axes), the coil spring linearity is 0.8 mm (4 pieces are used), and the number of drive coil windings is 2.
It has 40 volumes. The diameter of the rare earth magnet is 3 cm.
The neodymium magnet of was used. Further, an aluminum honeycomb table of 60 cm × 45 cm × 7 cm is coupled to the actuator, and an accelerometer is installed on the table to construct a system. The system is an extremely simple control system as is clear from FIG.

【0031】つぎに、防振台の性能について述べる。防
振台の主な目的は、下からの擾乱の抑制である。その下
からの擾乱として最大級の振動は地震であり、地震が発
生してもステージ上は動かない防振台が望まれている。
その地震の振動の大きさは、震度で規定され、震度1は
0.8〜2.5gal、震度2は2.5〜8.0ga
l、震度3は8.0〜25gal、震度4は25〜80
galである。galという単位は、重力加速度Gの1
/1000であり、1Gをこの発明の防振台の場合にあ
てはめるとダンパがささえる重量に等しく、ダンパ支持
能力が3kgの場合は、1galの加速度を制御するた
めの力は3gとなる。すなわち、震度3程度の地震を抑
制しようとすると75gの力発生能力を有するアクチュ
エータがあればよいこととなり、この発明のアクチュエ
ータ(巻線数240巻)で十分な仕様となる。また、制
御力を増大しようとすれば駆動コイルの巻線数の増大、
駆動電流の増大で対応できる。
Next, the performance of the vibration isolation table will be described. The main purpose of the anti-vibration table is to suppress disturbance from below. The largest vibration as a disturbance from below is an earthquake, and a vibration-proof stand that does not move on the stage even if an earthquake occurs is desired.
The magnitude of vibration of the earthquake is specified by the seismic intensity, with a seismic intensity of 1 to 0.8-2.5 gal and an intensity of 2 of 2.5 to 8.0 ga.
1, seismic intensity 3 is 8.0 to 25 gal, seismic intensity 4 is 25 to 80
It is gal. The unit of gal is 1 of the gravitational acceleration G.
/ 1000, which is equal to the weight supported by the damper when 1 G is applied to the vibration isolating table of the present invention, and when the damper supporting capacity is 3 kg, the force for controlling the acceleration of 1 gal is 3 g. That is, in order to suppress an earthquake with a seismic intensity of about 3, it suffices to have an actuator having a force generation capacity of 75 g, and the actuator of the present invention (240 windings) provides sufficient specifications. Moreover, if the control force is increased, the number of windings of the drive coil is increased.
This can be handled by increasing the drive current.

【0032】当該防振台の動特性の一例を図10に示
す。横軸にコイルに流す電流、縦軸に当該防振台のアク
チュエータが発生する上下方向の力を示したものであ
り、電流を増やし永久磁石間の磁束を増大することで反
発する力が増えていることが分かる。
FIG. 10 shows an example of the dynamic characteristics of the vibration isolation table. The horizontal axis shows the current flowing in the coil, and the vertical axis shows the vertical force generated by the actuator of the vibration isolation table.By increasing the current and the magnetic flux between the permanent magnets, the repulsive force increases. I know that

【0033】さらに、図11には一定の交流電流をコイ
ルに与えた場合の周波数応答を示している。周波数応答
では、電流に比例した力が各周波数において発生してい
ることが分かり、広い周波数で安定した力が発生できる
防振台としての能力があることが分かる。
Further, FIG. 11 shows the frequency response when a constant alternating current is applied to the coil. In the frequency response, it can be seen that a force proportional to the current is generated at each frequency, and it has an ability as a vibration isolation table that can generate a stable force over a wide frequency range.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、この発明
によれば、永久磁石の反発力を利用し物体を浮上させる
方法は在来と変わらないが、横ずれ方向の不安定現象を
ばねの横剛性を利用してパッシブな形式で安定化してい
るダンパ、アクチュエータ及び防振台を得ることができ
る。このとき使用するばねは、横ずれ方向の安定化に必
要なばね定数があればよく、物を浮上させる力はばね力
が付加されるが永久磁石の反発力が主である。こうし
て、この発明のダンパ、アクチュエータ及び防振台で
は、反発方向の自由度及び横ずれ方向の自由度双方が確
保できるため防振台としても利用価値があり、自由度が
あることが特徴である。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the method of levitating an object by utilizing the repulsive force of a permanent magnet is the same as the conventional method, but the instability phenomenon in the lateral deviation direction is caused by the lateral movement of the spring. It is possible to obtain a damper, an actuator, and an anti-vibration table that are stabilized in a passive manner by utilizing rigidity. The spring used at this time only needs to have a spring constant necessary for stabilization in the lateral deviation direction, and a spring force is added to the force for levitating the object, but the repulsive force of the permanent magnet is mainly used. In this way, the damper, actuator, and vibration isolator of the present invention are characterized by being useful as a vibration isolator and having a degree of freedom because both the degree of freedom in the rebound direction and the degree of freedom in the lateral shift direction can be secured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ダンパの構成説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a damper configuration.

【図2】アクチュエータの構成説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration of an actuator.

【図3】防振台の構成説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration of a vibration isolation table.

【図4】アクチュエータの駆動電流と垂直方向加振力の
関係を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the drive current of the actuator and the vertical direction exciting force.

【図5】アクチュエータの周波数と垂直方向加振力の関
係を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency of the actuator and the vertical excitation force.

【図6】アクチュエータの駆動電流と水平方向加振力の
関係を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the drive current of the actuator and the horizontal exciting force.

【図7】アクチュエータの周波数と水平方向加振力の関
係を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the frequency of the actuator and the horizontal exciting force.

【図8】実験に供した防振台の構成説明図。FIG. 8 is an explanatory diagram of the configuration of the vibration isolation table used in the experiment.

【図9】周波数と振動伝達率の関係を示すグラフ。FIG. 9 is a graph showing the relationship between frequency and vibration transmissibility.

【図10】アクチュエータにおける駆動電流と垂直方向
加振力との関係を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between drive current and vertical direction excitation force in the actuator.

【図11】アクチュエータにおける周波数と垂直方向加
振力との関係を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the frequency and vertical excitation force in the actuator.

【図12】従来のダンパ構成説明図。FIG. 12 is an explanatory diagram of a conventional damper configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ダンパ 2 ばね 3 アクチュエータ 4 電磁石 5 電磁石 6 電磁石 7 コイル 8 鉄心 9 コイル 10 防振台 101 固定体 102 可動テーブル 103 磁気ダンパ 103a 吸引型磁気ダンパ 103b 反発型磁気ダンパ 104a 固定側磁石 104b テーブル側磁石 1 Damper 2 Spring 3 Actuator 4 Electromagnet 5 Electromagnet 6 Electromagnet 7 Coil 8 Iron core 9 Coil 10 Vibration isolation table 101 Fixed body 102 Movable table 103 Magnetic damper 103a Suction type magnetic damper 103b Repulsion type magnetic damper 104a Fixed side magnet 104b Table side magnet

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反発する一対の永久磁石の相対位置をば
ねで拘束したことを特徴とする反発型磁気ダンパ。
1. A repulsion-type magnetic damper, characterized in that the relative positions of a pair of repulsive permanent magnets are restrained by springs.
【請求項2】 反発する一対の永久磁石の相対位置をば
ねで拘束し、前記一対の永久磁石の磁界に作用する磁界
を発生可能な電磁石を設けたことを特徴とする反発型磁
気アクチュエータ。
2. A repulsive-type magnetic actuator, comprising: an electromagnet capable of generating a magnetic field that acts on a magnetic field of the pair of permanent magnets by restraining relative positions of the pair of repulsive permanent magnets with a spring.
【請求項3】 前記電磁石は前記永久磁石の周囲にコイ
ルを巻いて形成したものであることを特徴とする請求項
2記載の反発型磁気アクチュエータ。
3. The repulsive magnetic actuator according to claim 2, wherein the electromagnet is formed by winding a coil around the permanent magnet.
【請求項4】 固定体とテーブルを反発型磁気アクチュ
エータで連結し、前記反発型磁気アクチュエータは反発
する一対の永久磁石の相対位置をばねで拘束し、前記一
対の永久磁石の磁界に作用する磁界を発生可能な電磁石
を有するものであることを特徴とする反発型磁気防振
台。
4. A magnetic field acting on a magnetic field of the pair of permanent magnets, wherein a fixed body and a table are connected by a repulsion type magnetic actuator, and the repulsion type magnetic actuator restrains a relative position of a pair of repulsive permanent magnets by a spring. A repulsion-type magnetic vibration isolation table having an electromagnet capable of generating a magnetic field.
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