JPS602067A - 磁気浮上直進案内 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は磁気力によって固定部に対し可動部を非接触に
支え得る磁気浮上直進案内に関するものである。

〔従来技術〕

従来の直進案内としては、案内面あるいはレールに対し
軸受などをもって金属接触するものが一般的である。そ
のため、騒音、摩擦、摩耗が発生し、用途によっては望
ましくないものであった。

また、空気や油を用いる案内機構は金属接触はないが、
潤滑媒体を必要とし、このため真空中や高度に清浄さが
必要な穿囲気では使用が不可能か、または制限されるこ
とがある。

このような問題の対策とし〒は第１図の斜視図に示す如
き磁気浮上案内がまず考えられる。

図において、１は可動体、２は案内である。そして、可
動体１はその上下面に、磁極面を斜線で示す、例えば４
個の電磁石３〜６がそれぞれ配設され、両側面に同じく
磁極面を斜線で示す例えば２個の電磁石７，８がそれぞ
れ配設されることにより合計１２個の電磁石を備えてい
る。この場合、上面と下面および左側面と右側面の電磁
石同士はそれぞれ対称な位置に配設され、かつ個々の電
磁石３，４．５・・・は案内２との隙間を検出する検出
器９（ただし、図においては電磁石３に対してのみ示す
）を備えている。そして、各電磁石３，４゜５・・・・
・のコイル電流は付随する検出器９からの信号によって
制御され、このときの磁気吸引力によシ可動体１を案内
２に対して非接触状態で支持し、案内２との隙間を一定
に保つように構成されている。そして、可動体１はリニ
アモータ（図示せず）などの手段による駆動力によって
移動軸１０の方向に動かされるように構成されている。

このような磁気浮上案内機構によれば、可動体１を案内
２に対して非接触に支持することができ、前述した潤滑
媒体を使用する案内機構の問題を解決することができ、
また、可動体１の上下面、すなわち重力方向の面にそれ
ぞれ４個の電磁石を対称に配置し、軸受剛性を大きくし
ているので、電磁石の吸引力によって非接触に拘束され
ている方向に外乱が作用しても案内２との隙間の変動を
小さ、く抑えることが可能となる。

しかしながら、このような磁気浮上案内においては、電
磁石３，４．５・・・・・・の数が多く、構成が複雑に
なり経済的でないという欠点があった。

また、可動体１の荷重を支えるために常時電磁石３など
に電流を流しておかなければならないという不都合があ
シ、消費電力の増大に基づく電力的にも劣るものである
。

〔発明の目的および構成〕

本発明は以上の点に鑑み、このような問題を解た、動作
時の電力を少くすることができ、かつ水平方向にも復元
力を持たせることができる経済的な磁気浮上直進案内を
提供することにある。

このような目的を達成するため、本発明は永久磁石の磁
束と電磁石の磁束とを併用する複合磁石部を設け、可動
部の重量を永久磁石の吸引力によって支え、かつ安定な
浮上状態を得るため電磁力によって吸引力を制御するよ
うにしたものである。

〔実施例〕

以下、図面に基づき本発明の実施例を詳細に説明する。

第２図（、）は本発明による磁気浮上直進案内の一実施
例を示す構成図、第２図（ｂ）は可動部の運動方向を示
す説明図で、ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ、ψはそれぞれ可動部
の運動方向を示す。

第２図（ａ）において、１１は可動部、１２ａ　＋　１
２ｂ。

１２ｃ＋　１２ｄは複合磁石部、１３はレールである。

第３図（、）は第２図（、）の実施例における複合磁石
部に係る部分を抽出して詳細に示した構成図、第３図（
ｂ）は可動部の運動方向を示す説明図で、これは第２図
（、）に対応する。

この第３図（ａ）において、１３ａ、１３ｂはレール、
１４は永久磁石、１５ａ、１５ｂは組、鉄、１６ａ＋　
１６ｂは電磁石のコイル、１７ａ、１γｂ、１γｃ、１
７ｄはレール１３ａ、１３ｂとの隙間、１８ａ＋１８ｂ
＋１８ｃ、１８ｄは磁極、１９ａ＋１９ｂは永久磁石１
４を発した磁束、２０は電磁石によシ発生する磁束、２
１は変位センサである。

そして、この複合磁石部は永久磁石１４と電磁石とを組
み合わせ、その組み合わせた各々に変位センサ２１を付
加して構成されている。

つぎに、この第３図に示す実施例の作用を第２図を参照
して説明する。

まず、レール１３ａ＋１３ｂとの間隙１７ａ−１７ｄを
一定に保ち、第２図（、）に示す可動部１１を非接触に
て支持することができる。すなわち、永久磁石１４は継
鉄１５ａ、１５ｂと接する側に磁極が現われるように着
磁されている。ここで、説明のために、永久磁石１４の
磁極Ｎ−８は第３図（ａ）に示すとおシとする。

そして、永久磁石１４を発した磁束１９ａは継鉄１５ａ
を通って継鉄１５ａを出て隙間１７ａを貫ぬいてレール
１３ａを通り、さらに隙間１７ｂを貫ぬいて磁極１８ｂ
から継鉄１５ｂ’ｒ通って永久磁石１４にもどる。また
、永久磁石１４を発した磁束１９ｂは継鉄１５ａを通っ
て隙間１７ａを貫ぬいてレール１３ｂを通り、さらに隙
間１７ｃｆ：貫ぬき継鉄１５ｂを通って永久磁石１４に
もどる。

一方、コイル１６ａ、１６ｂに電流を流したときに発生
する電磁石からの磁束２０は 継鉄１５ａ−隙間１７ａ−レール１３ａ−隙間１７ｂ−
継鉄１５ｂ−隙間１７ｃｍレール１３ｂ−隙間１７ｄ−
継鉄１５ａ の経路を通して一巡する。

いま、レール１３ａとの隙間１１ａ、１７ｂが増大し、
レール１３ｂとの隙間１７ｃ＋１７ｄが減少したとする
。

変位センサ２１はそれを検知し、コイル１６ａ、１６ｂ
の電流を増大させて、第３図の磁束２０に付した矢印の
方向に磁束を増大させる。そして、隙間１７ａ＋　１７
ｂでは、磁束１９ａと磁束２０の和となって磁束が増大
し、これに対して、隙間１７ｃ、１７ｄでは、磁束１９
ｂから磁束２０が差し引かれることとなり、この結果、
隙間１７ａ、　１７ｂでは磁気力が増大し、隙間１７ｃ
、１γｄでは磁気力が減少して上向きの力が発生し、増
大した隙Ｉａ’１１７ａ　＋　１７ｂを元の状態にもど
す２ように作用する。ここで、逆に隙間１γａ、１７ｂ
が減少しても向きが逆であるが、同様な磁束の変調作用
で復元することができる。

このように、永久磁石１４の磁束１９ａ、１９ｂを電磁
石の磁束２０で変調し得るように構成されている。

また、第３図（、）に示すように、磁極１８ａ＋１８ｂ
は磁極１８ｃ、　１８ｄに比して大きくして、隙間１７
ａ。

１γｂの磁気抵抗を隙間１７ｃ、１γｄの磁気抵抗よシ
大きくして、磁束１９ａを磁束１９ｂよシ犬となるよう
になし、上向きの吸引力が下向きの吸引力より大きくし
て可動部１１（第２図（ａ）参照）の重量に相当する力
を永久磁石１４による磁束１９ａ、１９ｂの力の差で発
生させ、第２図（ａ）に示す可動部１１を磁気力によっ
てレール１３（第２図（、）参照）に対し非接触に支え
るように構成されている。

このため、平衡点ではコイル１６ａ＋’１６ｂに電流を
流す必要がなく、浮上のための電力を小さくすることが
できる。

そして、第２図（ａ）に示すように、レール１３との間
に一定の隙間を保持できる第３図（ａ）に示す複合磁石
部を少くとも４個備えることにより、第２図（ｂ）の２
方向を進行方向とする直進案内の可動体を非接触に支え
ることができる。

なお、第５図（、）に示す複合磁石部において、第３図
（ｂ）の水平Ｘ方向については、隙間１γａ、１７ｂ＋
１７ｃ、１γｄを貫通している磁束による吸引力にょつ
て、例えＸ方向に隙間の１ずれ′が生じても可動体をも
との位置に復元させる力が作用する。

第４図は変位センサ２１の検知出力に基いて電磁石のコ
イルに流れる電流を制御する制御回路の一例を示すブロ
ック図であって、２１は第３図に示す変位センサ２１に
対応し、２２は変位センサ２１の出力を微分する微分回
路、２３は変位センサ２１の出力と微分回路２２の出力
および制御出力からのフィードバック出力を入力とし、
これら各入力を増幅すると共に加算する信号増幅器およ
び信号加算器、２４はこの信号増幅・加算器２３の出力
を増幅し、その出力によってコイル１６ａｋ制御する電
力増幅器、２５は電力増幅器２４とコイル１６ａとの間
に挿入され変位とその速度および電流を検出する検出抵
抗で、その出力は上記信号増幅・加算器２３にフィード
バックするように構成されている。

このように、変位とその速度およびコイル１６ａに流れ
る電流を検出して信号増幅・加算器２３にフィードバッ
クすることによシ安定に隙間１７ａ〜１７ａを保持する
ことができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す構成図である。

この第５図において第２図（ａ）と同一符号のものは相
当部分を示し、２６ａ、２６ｂ、２６ｃは複合磁石部、
２γはレールである。

第６図は複合磁石部に係る部分全抽出して示した構成図
で、第５図の複合磁石部２６ａの詳細図である。図にお
いて２８ａ　、　２８ｂは永久磁石、２９ａ。

２９ｂ　、２９ｃは継鉄、３ｏは電磁石のコイル、３１
ａ。

３１　ｂ　、３１　ｃ　＋　３１　ｄは隙間、３２ａ、
３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは磁極、３３ａ＋３３ｂは永久
磁石２８ａ、　２８ｂ　ｋ発した磁束、３４は電磁石に
よシ発生する磁束である。

そして、この永久磁石２８ａ　＋　２８ｂは同一極が向
がい合うように配置されている。

つぎにこの第６図に示ｊ実施例の作用を説明する。まず
、説明の便宜上、永久磁石２８ａ＋２８ｂの磁極と磁束
３３ａ＋３３ｂの方向を、図に示す矢印の方向のものと
する。そして、レール２７と複合磁石部２６ａの隙間３
１ｂ、３１ａが増大し、隙間３１ａ。

３１ｃが減少したと仮定する。そして、その変化量は変
位センサ２１で検出され、コイル３０の電流を磁束３４
が矢印のように発生するように流すと、隙間３１ｂでは
磁束が増大し、隙間３１ｃでは磁束が減少し、第５図に
示す可動部１１に下向きの力が増大して、増大した隙間
３１ｂ、３１ｔｉをもとへもどすように作用する。なお
、制御回路は第４図と同一である。

この第６図に示す実施例においても、磁′極３２ａ。

３２ｃは磁極３２ｂ　＋３２ｄよシ小さくしてあり、永
久磁石２８ａ　＋　２８ｂの磁束による上向きの力と下
向きの力の差で可動部１１（第５図参照）の重量を支え
得るようにしである。そして、この第６図に示す実施例
は第３図（、）に示す実施例と異なシ、磁束３３ａは隙
間３１ａと隙間３１ｂとでその量が等しい故、磁極３２
ａを小さくして隙間３１ａでの吸引力を隙間３１ｂでの
それよシ大きくする。すなわち、磁気吸引力は磁束が一
定のとき磁極面積に反比例する。

前述したところから明らかなように、本発明による磁気
浮上直進案内における複合磁石部は永久磁石の磁束を隙
間の変化に応じて電磁石の磁束で変調するので、重力方
向上向きのみならず、下向きにも磁気力は剛性を有する
。この点は電磁石のみで可動体をつシ下げるのみの場合
に隙間が小さくなると下向きに剛性が無くなることがあ
る場合と比較し、外力に対する隙間変動を抑える性能が
優れている。

なお、複合電磁石に付属している変位センサは第２図（
ｂ）、第３図（ｂ）のｙ、θ、ψの方向の運動を検出す
るには３個あればよく、必ずしもすべての複合電磁石に
設けなくともよい。

第７図は本発明の更に他の実施例を示す構成図で、複数
の複合電磁石に合わせて水平方向の運動を制御するだめ
の電磁石を設けた場合の一例を示すものである。

この第７図において第２図（、）と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。３５１ｋ　＋　３５　ｂ　
ｒ　３５　ｃ　＋３５ｄは電磁石、３６ａ、３６ｂ、３
６ｃ、３６ｄは変位センサであって、これらはレール１
３に対抗しており、水平方向に磁気力を作用させ得るよ
うに構成されている。

前述第２図（ａ）、第３図（、）および第５図、第６図
に示す実施例においては、隙間１７ａなどに吸引力が作
用していて、水平Ｘ方向に復元力が作用しているが、こ
の力は制御された力でないため、ダンピング効果がなく
、可動部１１の質量と復元力の剛性で定まる共振周波数
と同一の周波数の外力が作用したときに振動が大きくな
ったシ、振動が減衰しにくい現象が現われるが、この第
７図はこれ全補償するようにしたものである。そして、
この第７図において、電磁石３５ａなどは第４図に示す
制御回路によって電流が制御され、ダンピング効果を与
えることができ、第２図（ｂ）のＸ、φ方向の運動の安
定性を高めることができる。

なお、前述の第２図（ｂ）および第３図（ｂ）のＸ、φ
の２方向の運動を検出するには変位センサ３６ａなどは
変位センサ３６ａと変位センサ３６ｂまたは変位センサ
３６ｇと変位センサ３６ｄの最少２個あればよく、すべ
ての電磁石に付属させなくともよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、複雑な手段を用
いることなく、永久磁石の磁束と電磁石の磁束とを併用
した複合磁石部を用いる簡単な構成によって、支持力発
生要素を少くすることができ、また、負荷を支えるだめ
の電力を小さくすることができ、かつ水平方向にも復元
力を持たせることができるので、実用上の効果は極めて
犬である。また、構成の簡素化に伴なって経済的で安定
性の高い装置を実現することができるという点において
も極めて有効である。・ このように、本発明によれば、従来の磁気浮上案内に比
して多大の効果があシ、磁気力によって固定部に対し可
動部を非接触で支え得る磁気浮上直進案内としては独自
のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気浮上案内の一例を示す構成図、第２
図は本発明による磁気浮上直進案内の一実施例を示す構
成図、第３図は第２図における複合磁石部に係る部分を
抽出して示した実施例の構成図、第４図は制御回路の一
例を示すブロック図、第５図は本発明の他の実施例を示
す構成図、第６図°は第５図における複合磁石部に係る
部分を抽出して示した実施例の構成図、第７図は本発明
の更に他の実施例を示す構成図である。 １１−−−−可動部、１３，１３ａ、１３ｂ　−”　”
・レール、１４，２８ａ、２８ｂ・・・・永久磁石、１
６ａ、１６ｔｚ３０−φ・・コイル、１９ａ　、１９ｂ
　１２０．３３ａ＋３３ｂ＋３４−　’　−’磁束、２
１．３６ａ〜３６ａ・・・・変位センサ、３５ａ〜３５
ａ・・・・電磁石。 特許出願人　日本電信電話公社 代理人　山川数構 第１図 第２図 （ｂ） 第３図 （ａ） ３ｂ （ｂ） 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可動部に永久磁石と電磁石を組み合せかつその各々に変
   位センサを付加した複合磁石部を少なくとも４個設け、
   前記永久磁石の磁束を前記電磁石５　の磁束で変調し得
   るようになし、かつレールとの対抗部の磁極の面積を不
   均一にして前記可動部の重量に相当する磁気力を前記永
   久磁石の磁束による力の差によって生じさせるようにな
   し、前記可動部全磁気力によって前記レールに対し非接
   触に支え得るようにしたこと１ｒ：特徴とする磁気浮上
   直進案内。