JPS602068A - 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】 ｒ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
支えられる磁気浮上直進案内に関するものでめる。

〔従来技術〕

従来の直進案内として値、案内面る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
ましくないものでめった。

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、また、コンプレッサや油圧機器の
保守を必要とし、真空中や高度に清浄さが必要な雰囲気
では使用が不可能か、または制限されることかめる。

このような問題の対策としては第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は案内でるる。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ｔ１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多合針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）′ｆ：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り可動
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
９経済的でないという欠点がｈ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らり、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Ｖ、上の点に艦み、このような問題を解決する
と共にかかる欠点を除去すべくなされたもので、その目
的は浮上機能を担う要素数を少くし、また、動作時の電
力を少くし、かつ移動方向以外の方向の運動の安定性を
高め名ことができる経済的な磁気浮上直進案内を提供す
ることにわる。

このような目的を達成するため、本発明は永久磁石と電
磁石を組み合わせた複合磁石部を重力方向に対し傾けて
設け、さらに、電磁石を併用して揺動運動に対する拘束
性を高めるようにしたものでらる。

〔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（ａ）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、！　、７　＋　Ｚ　＋θ、φ、更はそれぞ
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、１２ｂ
、ｔ２ｃ、１２ｄ　はそれぞれ複合磁石部、１３ａ　、
　１３ｂは電磁石、１４は変位センサでるる。

第３図は可動部の拘束を説明するための図で、（ａ）は
正面図を示したものであシ、（ｂ）は可動部の運動方向
を示す説明図を示したもので、ｘ　、７　＋　Ｗ’は可
動部の運動方向を示す。

この第３図（ａ）において第２図（ａ）と同一符号のも
のは相当部分を示し、１５は固定部、１６ａ、１６ｂは
複合磁石部の磁気力の作用線で、この作用線１６ａ　、
　１６ｂは重力方向に傾いてお、ｊｌ＋、１７はそれら
の交差点である。１８は電磁石１３ａ、１３ｂが対抗す
る水平面、１９は重心である。

このように、複合磁石部の発生する力の方向をその作用
線１６ａ、１６ｂが交差するように重力方向に傾けて配
置している。

第４図は可動部の拘束を説明するための図で、電磁石１
３ａ　、　１３ｂが対抗する面２０ａ、２０ｂ　が第３
図（ａ）に示すような水平面１８でない場合の例を示す
ものである。

第５図は第２図（ａ）および第３１：Ｑ（ａ）における
複合磁石部１２ａに係る部分を抽出して示した詳細図で
ある。

この第５図において第３図（ａ）および第４図と同一符
号のものは相当部分を示し、２１ａ、２１ｂは第３図（
ａ）に示す固定部１５に含まれるレール、２２は永久磁
石、２３ａ、２３ｂは継鉄、２５ａ。

２５ｂ　は電磁石のコイル、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ。

２６ｄ　はそれぞれレール２１ａ、　２１ｂ　との隙間
、２７ａ、２γｂ、２７ｃ、２７ｄ　は磁極、２８ａ、
２８ｂは永久磁石２２を発した磁束、２９Ｆｉ、電磁石
により発生する磁束でめる。３０は変位センサである。

そして、複合磁石部はこの第５図に示すように、永久磁
石２２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３０を付加するよりに構成されている。

つぎにこの第５図に示す実施例の作用全説明する。

まず、永久磁石２２は継鉄２３ａ、２３ｂ　と接する側
に磁極が現われるように着磁されている。そして、説明
のため、永久磁石２２の磁極Ｎ−８は第５図に示すとお
ルとする。

つぎに、この永久磁石２２の磁束２８ａは、継鉄２３ａ
を通って磁極２７ａ　を出て隙間２６ａ　を貫ぬいてレ
ール２１ａ　を通り、さらに隙間２６ｂを貫ぬいて磁極
２Ｔｂから継鉄２３ｂを通って永久磁石２２にもどる。

ま念、磁束２８ｂは継鉄２３ａ、隙間２６ｄ、レール２
１ｂ、隙間２６ｃ、継鉄２３ｂを通って永久磁石２２に
もどる。

一方、電磁石のコイル２５ａ、　２５ｂ　に電流を流し
たときに発生する磁束２Ｂは、継鉄２３ａ、隙間２６ａ
、レール２１ａ、隙間２６ｂ　、継鉄２３ｂ、隙間２６
ｃ、レール２１ｂ＋隙間２６ａ、継鉄２３ａ　と−巡す
る８ いま、レール２１ａ　との隙間２６ａ、２６ｂ　が増大
し、レール２１ｂ　との隙間２６ｃ　、　２６ｄ　が減
少したと仮定する。すると、変位センサ３０はこれを検
知し、電磁石のコイル２５ａ、　２５ｂに電流を磁束２
９が矢印を付した方向に発生するように流す。そして、
隙間２８ａ、２６ｂでは磁束２８ａ　と磁束２９が和と
なって増大し、隙間２６ｃ、　２６６では磁束２８から
磁束２９が差し引かれる。この結果、隙間２６ａ、２６
ｂ　では磁気力が増大し、隙間２６ｃ、２６ｄ　では逆
に減少して上向きの力が発生し増大した隙間２６ａ、２
６ｂ　をもとの状態へもどすように作用する。ここで、
逆に隙間２６ａ。

２＆ｂが減少しても向きが逆でるるか、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２２の磁束２８ａ、２８ｂを電磁
石の磁束２９で変調可能とするように構成されている。

そして、この第５図に示すように、磁極２γａ。

２７ｂは磁極２７ｃ　、　２７ｄに比べ大きくして隙間
２８ａ、２６ｂ　の磁気抵抗を隙間２６（！、２６ｄの
それより小さくして磁束２８＆を磁束２８ｂ　より大と
なるようにし、上向きの吸引力が下向きの吸引力より大
きくして可動部の重量に相当する力を永久磁石２２によ
る磁束の力の差で発生させるようにしてるる。このため
平衡点ではコイル２５ａ。

２５ｂ　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、この第５図に示す複合磁石部を少くとも４個、
第２図（、）に示すように可動部１１に備えることによ
り、非接触に支持することができる。

そして、第５図の複合磁石部１２ａは力の作用線１６ａ
の方向に前述のように制御力を発生し得る。

この作用線１６ａ　と直角な方向に磁極２７ａ、２７ｂ
がレール２１ａ　と相対的にずれを生じると、隙間２６
ａ　、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄには吸引力が作用してい
るので、上記ずれをもとへもどす復元力が働く。

しかし、この復元力は制御された力では無いためダンピ
ング効果を持たない。このため第３図（ａ）で作用線１
６ａ、１６ｂの交差点１７のまわ９の揺動運動が起とシ
やすく、かつすみやかに減衰しないという現象が現われ
る。これを解決するため第３図（ａ）に示すように電磁
石１３ａ、１３ｂ　を交差点１Ｔのまわフに振ジ分けて
備え、第２図（ａ）の変位センサ１４からの信号によっ
て後述する槙６図の回路で制御力をおよぼし、可動部１
１に効果的な振動抑制作用を与える。そして、この第２
図（ａ）に示す実施例においては、可動部１１の対称性
がよい一般的な場合を示しているため、上記揺動運動を
抑制するためには２個の電磁石１３ａ、１３ｂ　を必要
とするが、重心が図心から極端にずれている場合には、
電磁石は１個でも目的を果たし得る場合がめる。そして
、第３図（ａ）では、電磁石１３ａ、１３ｂは固定部１
５の水平面に対向しているが、第４図に示すように、垂
直な面２０ａ　、２０ｂに対抗させても、また、第５図
および後述する第７図のレールの適尚な部分に対向させ
ても同様の目的を達成することができる。そして、第２
図（ａ）および第３図（ａ）に示す電磁石１３ａ、１３
ｂは隙間が変動したときのみ復元するように電流を流す
ので、その電力消費は小さい。

このように、使用線１６ａ、１６ｂの交差点１γのまわ
りの揺動を拘束するように電磁石を固定部１５めるいＢ
ｖ−ル２１ａ、２１ｂに対向させて変位センサ３０と共
に配置し、複合磁石部１２ａ〜１２ｄ　と電磁石の磁気
力によって固定部１５に対し可動部１１を非接触に支え
るように構成されているので、数少ない支持力発生要素
によって移動方向以外の運１［−効果的に拘束すること
ができる。

また、拘束すべき方向にダンピング効果のめる電磁力を
発生させることができる。

第６図は変位センサの検知出力に基いて電磁石のコイル
に流れる電流會制御する制御回路の一例を示すブロック
図でろって、３０は第５図に示す変位センサ３Ｄに対応
し、３１は変位センサ３０の出力を微分する微分回路、
３２は変位センサ３０の出力と微分回路３１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（以下、信号増幅・加算器と呼称する）、３３
はこの信号増幅ψ加算器３２の出力を増幅し、その出力
によってコイル２５ａ　を制御する電力増幅器、３４は
電力増幅器３３とコイル２５ａ　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３２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２５ａに流れ
る電流を検出して信号増幅・加算器３２にフィードバッ
クすることにより、安定に隙間２６ａ〜２６ｄ　を保持
することができる。

第７図は本発明の他の実施例を示す構成図で、複合磁石
部の他の例を示すものである。

この第７図において、第５図と同一符号のものは相幽部
分を示し、３５ａ　、　３５ｂは永久磁石で、この永久
磁石３５ｇ、３５ｂは同一極が向かい合うように配置さ
れている。３６　ａ　、　３６　ｂ　＋　３６　ｃは継
鉄、３７は電磁石のコイル、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ。

３８ｄは後述するレールとの隙間、３９ａ、３９ｂ。

３９ｃ、３９ｄは磁極、４０ａ、４０ｂは永久磁石３５
ａ、３５ｂ　を発した磁束、４１は電磁石により発生す
る磁束、４２はレールである。

つぎにこの第７図に示す実施例の作用を説明する。

まず、説明のため、永久磁石３５ａ、３５ｂ　の磁極と
磁束４０ａ、４０ｂの方向を図に示すものとする。そし
て、レール４２と複合磁石部１２＆の隙間３８ａ、３８
ｃ　が減少し、隙間３８ｂ、３８ｄが増大したと仮定す
る。

つぎに、この隙間の変化量は変位センナ３０で検出され
、電磁石のコイル３Ｔの電流を磁束４１が矢印のように
発生するように流すと、隙間３８ｂ、３８ｄでは磁束が
増大し、隙間３８ａ、３８ｃ　では磁束が減少し、第２
図（ａ）および第３図（ａ）に示す可動部１１に下向き
の力が増大して、その増大した隙間３８ｂ、３８ｄ　を
もとの状態にもどすように作用する。なお、これを制御
する制御回路は前述の第６図と同一でめる０ この第７図に示す複合磁石部１２ａにおいても、磁極３
９ａ、３９ｃ　は磁極１９ｂ、３１ｄ　よシ小さくして
るり、永久磁石の磁束によみ上向きの力と下向きの力の
差で可動部１１（第２図葎）、第３図（ａ）参照）の重
量を支え得るようにしである。そしてこの第７図に示す
実施例は第５図の実施例と異なり、磁束４θａは隙間３
８ａ　と隙間３８ｂ　とでその量が等しい故、磁極３９
ａ　を小さくして隙間３８ａ　での吸引力を隙間３８ｂ
　での壬れより大きくする（磁気吸引力は磁束が一定の
時磁極面積に反比例する）。

前述の第５図、およびこの第７図に示す複合電磁石の実
施例では、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Ｆｉ電磁石のみ
て可動体をク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、第２図（ａ）に示す実施例においては、可動部１
１の移動方向を示す第２図（ｂ）の２方向を除く５方向
の運動を検出するには最少５個の変位センサが必要であ
る。

第８＠は本発明の更に他の実施例を示す構成図で、複合
磁石部の更に他の例を示すものである。

この第８図において８７図と同一部分には同一符号を付
して説明を省略する。第８図においては永久磁石３５ａ
　、　３５ｂは継鉄を挾んで異極が向かい合っており、
隙間３８ｂ、３８ｃでは永久磁石の磁束４０ａ　と磁束
４０ｂ　とが電磁石の磁束４１によって変調される際に
同時に増減する。そして、隙間３８ｂ　などが基準値の
ときに可動部重量を永久磁石の磁束４０ａ、４０ｂ　に
よる吸引力とを等しくして浮上のための電力を小さくす
ることができる。

第９図は本発明の更に他の実施例を示す構成図で、第８
図の複合磁石部１２ａ　、　１２ｂ　などを用いた場合
の案内機構の構成例を示すものでおる。

この第９図において第３図（ａ）と同一符号のものは相
当部分を示し、３８　、３８’は隙間である。そして、
固定部１５の下部の水平面１８に対抗する電磁石１３ａ
、１３ｂの電磁力によって作用線１６ａ、１６ｂの交差
点１７のまわりの揺動を抑制することができる。そして
、前述の第８図の複合磁石部の磁気力は第９図で固定部
１５との隙間３Ｂ。

３８′が小さくなった時には復元の剛性を持たない状態
になシ得るので、制御用の電磁石１３ａ。

１３ｂ　の磁気力が下向きになるように構成した方が、
拘束性が優れたものとなる。

〔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、永久磁石と電磁石を組み力 合わせた複合磁石部を０向に対し傾けて設け、さらに、
この電磁石を併用して揺動運動に対する拘束性を高める
ようにした簡単な構成によって、支持力発生要素数を少
くすることができ、かつ拘束方向にダンピング効果のる
る電磁力を発生させることができるので、笑用上の効果
は極めて犬でるる。また、構成の簡素化に伴って経済的
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
おいて極めて有効である。

このように、本発明によれは従来の磁気浮上案内に比し
て多大の効果がめり、磁気力によって固定部に対し可動
部を非接触で支えられる磁気浮上直進案内としては独自
のものでるる。

【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図および第４図は可動体の拘束説明に供する
説明図、第５図は本発明の他の実施例を示す構成図、第
６図は制御回路の一例を示すブロック図、第７図、第８
図および第９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、１２８〜１２ｄ　−書・拳複合磁
石部、１３ａ、１３ｂ　・・・・電磁石、１４゜３０参
・・・変位センサ、１５・・・・固定部、１６ａ、１６
ｂ・・・・作用線、１７・・・・　交差点、１９−−−
−重心、２１ａ、２１ｂ、４２・・・・レール。 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 （ａ） １？ｒ （ｂ） 第３図 （ａ） 第５図 第６図 ］ｎ 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全組み合わせ、その組み合わ
   せた各々に変位センサを付加してなる複合磁石部を少く
   とも４個設け、前記永久磁石の磁束を前記電磁石の磁束
   で変調し得るようになし、かつ前記複合磁石部の発生す
   る力の方向をその作用線が交差するように重力方向に傾
   けて配置し、前記作用線の交差点の周辺の揺動を拘束す
   るように前記電磁石を固定部中のレールに対向させて変
   位センサと共に配置し、前記複合磁石部と電磁石の磁気
   力によって前記固定部に対し前記可動部を非接触に支え
   得るよりにしたことを特徴とする磁気浮上直進案内。