WO2002042154A1 - Mecanisme de soutien pour appareil de rotation en microgravite - Google Patents

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WO2002042154A1
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vibration
microgravity
coil
rotating shaft
bearing
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PCT/JP2001/009911
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Shuichi Kawasaki
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Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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    • B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a support mechanism for a microgravity surface transfer device, and relates to a case where vibration occurs in an image transfer body to be tested in outer space, a case where a magnetic bearing or the like is provided on a bearing of the image transfer body, and This device actively absorbs and propagates vibrations that propagate to the surroundings.
  • FIG. 20 is a plan view showing an example of a rotating device currently used in space.
  • an image-forming device 60 such as a motor has four support members 61, 62, 63. , 64 are attached and extend radially.
  • Experimental boxes 70, 71, 72, and 73 are attached to the tips of the support members 61 to 64, and the experimental objects, such as plants, are placed in the experimental boxes 70 to 73.
  • a low-speed image transfer of about 1 image-noise is given by the surface changing device 60 in a zero-gravity state, and an experiment of an object in the experimental boxes 70 to 73 is performed.
  • the experimental boxes 70 to 7-3 are attached to the tips of the support members 61 to 64, and the tips have a large shape. Also, different types of experimental objects are stored in the experimental boxes 70 to 73, and the sizes of the experimental objects are variously different, and although the entire apparatus is arranged symmetrically with respect to the center of the image axis, the experimental objects to be stored are stored. Things are unbalanced. Therefore, the rotation generates vibrations in the support members 61 to 64 and the experiment boxes 7.0 to 73, and the vibrations cause the test object to fluctuate or have an adverse effect.
  • vibrations propagate to the surrounding environment via the rotating shaft, affect the surrounding space equipment, and also affect the control of the equipment.
  • Such vibrations can be eliminated in the structural aspect of the device with respect to steady vibrations that are predicted in advance, but it is difficult to respond to arbitrarily changing vibration modes, and control is limited. And some sort of countermeasure was desired.
  • the present invention employs a magnetic bearing for the bearing of the image transfer shaft in response to any vibration generated in the image transfer device in outer space, and actively transmits the vibration that propagates to the surrounding environment via the rotary shaft.
  • An object of the present invention is to provide a support mechanism for a microgravity rotating device that can absorb and reduce an arbitrary vibration mode.
  • the present invention employs a magnetic coil around the shaft of the image transfer body and a bearing against arbitrary vibrations generated in the image transfer body in outer space, and the vibration characteristic and the natural period generated in the image transfer body are changed.
  • the magnetic bearing of the microgravity image transfer device is devised, and the magnetic bearing for active vibration suppression and the magnetic bearing for bias are separately provided, so that the magnetic bearing is provided via the magnetic bearing.
  • An object of the present invention is to provide a support mechanism for a microgravity rotating device capable of effectively absorbing microvibrations by preventing vibrations from propagating to the sing and preventing the casing from adversely affecting external devices. It was done as.
  • a spring holding structure is provided in addition to a microgravity rotating device having a magnetic bearing receiving support structure, and the magnetic bearing is supported around the rotating shaft even when power is not supplied to the magnetic bearing, and a collision occurs at the time of startup. It is an object of the present invention to provide a support structure for a microgravity image transfer device that prevents occurrence of cracks.
  • a support mechanism for a microgravity rotating device comprising: a control device that controls so as to absorb vibration.
  • the bearing is a magnetic bearing having a coil attached to the casing side in proximity to the circumference of the image shaft, wherein the casing is disposed near the coil and close to the periphery of the rotating shaft.
  • a plurality of vibration sensors attached to the side, the control device receives signals from the plurality of vibration sensors, detects vibration from displacement of the rotating shaft, and
  • the vibration sensor is mounted on the casing side and the rotating shaft, or mounted only on the image transfer shaft side, and the control device takes in a signal from the vibration sensor to actively generate vibration.
  • a gap sensor or a displacement sensor is installed on the coil side of the casing, and the control device measures a distance from the rotation axis, and the control device controls the vibration to actively suppress the vibration.
  • an optical sensor or a laser displacement meter is installed on the coil side of the casing, and the control device measures the distance from the rotation axis to effectively control the vibration.
  • the control device detects the vibration of the rotating shaft from a signal taken from the vibration sensor, and compares the vibration with a predetermined required value set in advance.
  • the supporting mechanism of the microgravity rotating device according to any one of (2) to (4), wherein the exciting current of the coil is controlled so that the vibration is suppressed to be equal to or less than the required value.
  • the control device detects the vibration of the rotating shaft from the distance and displacement from the rotating shaft detected by any of the gap sensor, the optical sensor, the laser sensor, and the displacement sensor. It is characterized in that the exciting current of the coil is controlled so as to actively suppress the vibration so that the torque becomes equal to or less than the predetermined required value.
  • the support mechanism of the microgravity image transfer device according to any one of (4) to (6).
  • the control device When the detected acceleration or amplitude exceeds a required value, the control device intensively controls the vibration suppression so that a band protruding from the required value is equal to or less than the required value.
  • the support mechanism of the microgravity image transfer device according to any one of (2) to (8).
  • the control device When the detected acceleration or amplitude exceeds the required value, the control device performs intensive vibration control so that the band that exceeds the required value is equal to or less than the required value.
  • the control device When the detected acceleration or amplitude exceeds the required value, the control device performs intensive vibration control so that the band that exceeds the required value is equal to or less than the required value.
  • the cause of vibration can be grasped by comparing frequency and acceleration or amplitude, or all of these information with pre-stored vibration data.
  • the control device When the detected acceleration or amplitude exceeds the required value, the control device performs intensive vibration suppression so that the band that exceeds the required value is equal to or less than the required value.
  • the cause of vibration can be grasped and learned, reflected in its own control rules, and the control ability.
  • the bearing is composed of a bearing that supports both ends of the rotary shaft and a vibration damping coil disposed around the rotary shaft with a predetermined gap, and the bearing is provided near the coil.
  • a plurality of vibration sensors are provided evenly around the circumference while maintaining a predetermined gap around the rotation axis, and the control device receives displacement signals of the gap from the plurality of sensors, and the displacement signal is higher than a predetermined value. Is larger, the exciting current of the damping coil is controlled, and further, a signal whose amplitude is changed by combining linear and non-linear signals according to the magnitude of the displacement signal is output.
  • the shafts at both ends of the rotating shaft are constituted by magnetic bearings, and the magnetic bearings support the image bearing shaft and also serve as the vibration damping coil. 3) The supporting mechanism of the microgravity rotating device described in the above.
  • the vibration damping coil is a coil divided in accordance with the number and position of the vibration sensors, and the control device includes the plurality of vibration sensors. (I 3) wherein the position of the vibration sensor having the largest displacement signal from the sensor is determined, and the exciting current of the vibration damping coil corresponding to the position is controlled. Support mechanism.
  • the magnetic bearing is a coil divided according to the number and position of the vibration sensors, and the control device determines a position of the vibration sensor having the largest displacement signal from the plurality of vibration sensors.
  • the control device measures a temporal change of the displacement signal from the vibration sensor, calculates a change rate of the temporal change, and a slope representing the change, and appropriately calculates the change based on one of these calculation results.
  • Each of the magnetic bearings at both ends of the rotary shaft comprises a magnetic bearing for vibration suppression and a magnetic bearing for bias for maintaining the position of the image bearing shaft.
  • Each of the magnetic W receivers at both ends of the rotary shaft is composed of three magnetic bearings for vibration suppression arranged between two magnetic bearings for vias for maintaining the position of the image transfer shaft.
  • the microgravity circuit described in (2) is composed of three magnetic bearings for vibration suppression arranged between two magnetic bearings for vias for maintaining the position of the image transfer shaft.
  • the magnetic bearing for vibration suppression controls only vibration suppression, and the magnetic bearing for bias holds the position of the image bearing shaft, and The position control of the rotating shaft is performed so as to reduce the position holding force while the magnetic bearing of the present invention controls the vibration suppression, according to any one of claims (18) to (20).
  • the panel supporting mechanism is characterized by comprising a main body having a bearing for supporting the rotating shaft, and a plurality of panels connecting between the outer periphery of the main body and the casing side.
  • the spring support structure is characterized by comprising a main body having a bearing for supporting the rotating shaft, and a member made of an elastic material connecting an outer periphery of the main body and the casing side.
  • an object to be subjected to an experiment for applying gravity in the microgravity sky fs is placed in a plurality of boxes, and the box is imaged around the rotation axis. .
  • the objects in the box may contain, for example, plants and animals, and the weight of each box is unbalanced.
  • the control unit which adjusts the position holding force to the bearing's rotating shaft and suppresses and absorbs the displacement caused by the rotating shaft's vibration. Can be reduced to
  • both ends or one end of the rotating shaft are magnetic shafts.
  • the vibration is detected as a displacement by a vibration sensor arranged close to the periphery of the image axis. Input to the controller.
  • the controller detects the vibration of the image shaft from the displacement signal, controls the exciting current of the coil of the magnetic bearing so as to reduce the vibration, and absorbs the vibration. Therefore, vibrations that propagate from the rotating shaft to the environment around outer space through the bearings are not only stopped by the magnetic bearings, but also absorbed.
  • the vibration sensor is mounted not only on the casing side but also on the printing shaft.
  • a gap sensor and a displacement sensor are further provided.
  • the vibration of the image shaft can be detected with higher accuracy.
  • the vibration sensor is eliminated and the vibration is detected only by the gap sensor or the displacement sensor. Accordingly, the configuration of the sensor can be simplified.
  • the control device when the control device detects the vibration of the rotating shaft, the control device compares the vibration with the required value of the preset rotating device to suppress the vibration, and reduces the vibration to be equal to or less than the required value. Since the exciting current of the coil is controlled so as to make it vibrate, the vibration of the image body can be surely reduced, and the influence on other devices in outer space can be eliminated.
  • the control device detects the vibration from the position detected by the gap, the optical, the laser, or the displacement sensor, and compares the vibration spectrum with the set required value.
  • the vibration is intensively controlled in a band exceeding the required value. Can be suppressed.
  • the control device stores the frequency, acceleration, amplitude, etc. of the detected vibration and reflects it on the subsequent control side.
  • the detected vibration data is stored. Since the cause is grasped by comparing it with the data stored in advance and (12) of the present invention, the cause is grasped by the result of the comparison, and the result is reflected on the control side. The control function becomes more accurate.
  • the vibration of the rotating body is detected as displacement of a gap between the rotating body and the vibration sensor by a plurality of vibration sensors around the image body, and is input to the control device.
  • the control device controls the exciting current of the vibration damping coil to absorb the displacement due to the vibration of the rotating body.
  • the vibration suppression coil is controlled by outputting a signal whose amplitude is changed by combining linear and non-linear signals according to the magnitude of the displacement signal from the vibration sensor, and controlling the output signal. Control the swing coil. By such control, the vibration can be optimally converged.
  • the bearings at both ends of the rotating body are magnetic bearings, and the coil of the magnetic bearing functions as a bearing and also functions as a vibration damping coil. Is simplified, and vibrations can be optimally converged at both ends of the image transfer body.
  • the vibration damping coil is divided into a plurality of parts, and also in (16) of the present invention, the coil of the magnetic bearing is divided into a plurality of parts. Of the coil corresponding to the largest part Excitation can be controlled effectively, and vibration of the image transfer body can be absorbed more effectively.
  • the control device calculates a temporal change rate and a change gradient from the vibration signal of the vibration sensor, and responds to the magnitude of the change rate and the magnitude of the slope for vibration suppression. Since the excitation of the coil is controlled, more accurate vibration suppression is possible.
  • the bearing for supporting the rotating shaft is composed of a magnetic bearing for vibration suppression for performing active vibration suppression at each end and a magnetic bearing for bias for performing position holding. Therefore, the magnetic bearing for bias holds the rotating shaft by magnetic force so that the rotating shaft is positioned at the center.
  • the magnetic damper for vibration suppression first generates a magnetic force to weaken the position holding force of the biasing magnetic bearing, and obtains the position holding force generated by the biasing magnetic bearing. Control to weaken the fixed amount and ease the position holding force. At the same time, vibration control is performed so as to absorb vibration, so even if a minute vibration is generated, the vibration is not propagated to the outside by the strong support force of the biasing magnetic screw receiver. Is also effective.
  • the magnetic bearings at both ends of the rotating shaft are constituted by arranging magnetic bearings for vibration suppression on both sides of the magnetic bearing for bias, the above (18) As in the invention of the first aspect, the vibration generated on the rotating shaft can be effectively controlled without being propagated to the outside of the casing. Because they are well located, more effective damping is possible.
  • the magnetic bearings at both ends of the image-forming shaft are constituted by arranging bias magnetic bearings on both sides of the vibration-damping magnetic bearing. Similarly, vibration generated on the rotating shaft is Vibration can be effectively prevented without propagating to the outside of the bearing.
  • the magnetic bearings for bias are located at both ends in a well-balanced 2 mm at each end, so that the position of the HI rolling shaft can be maintained. Accurate and more effective damping.
  • the magnetic bearing for bias adjusts the exciting current so as to weaken the position holding force of the rotating shaft by a predetermined amount while the magnetic bearing for vibration suppression performs the vibration suppression control.
  • the rotating shaft is supported by the panel support mechanism at both ends in addition to the magnetic bearing, so that even when no power is applied to the magnetic bearing, the image bearing shaft is in the bearing portion. It is held at the center position.
  • the spring support force of the spring support mechanism is set smaller than the support force of the rotating shaft by the magnetic bearing. It is set to have the minimum bearing capacity of. Therefore, the vibration generated on the rotating shaft is not propagated to the casing side through the panel mechanism, and the vibration is effectively absorbed by the magnetic reception.
  • the panel supporting mechanism is composed of a main body having a bearing and a plurality of panels supporting the main body to the casing side. Since it is composed of a member made of an elastic material that connects the periphery and the casing side, the spring support mechanism can be realized with a simple configuration.
  • This elastic material is a plastic material or elasto-plastic
  • the material may be a conductive material, or may be a support by a fluid material or a fluid bearing. .
  • FIGS. 1A and 1B show a support mechanism of a microgravity rotating device according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a side view, FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.
  • FIG. 2 is a control system diagram of a support mechanism of the microgravity rotation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a control flowchart of a support mechanism of the microgravity rotation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view of a support mechanism of the microgravity rotation device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5A and 5B show the effect of vibration suppression of the support mechanism of the microgravity rotating device according to the first and second embodiments of the present invention, wherein FIG. 5A shows vibration suppression of a single natural vibration pattern, and FIG. Indicates the vibration suppression when the natural vibration pattern changes, respectively.
  • FIG. 6A and 6B show an active vibration damping system of a support mechanism of a microgravity rotating device according to a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a side view, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line C-C in FIG. (C) is a sectional view taken along line DD in (a).
  • FIG. 7 is a system diagram of control according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows the excitation pattern of the coil of the vibration control unit according to the third embodiment of the present invention, where ( a ) and (b) are examples in which linear and non-linear patterns are combined, and (c) is a non-linear pattern. Only the pattern of the part is shown.
  • FIG. 9 is a control system diagram according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an internal cross-sectional view showing a support mechanism of the microgravity image printing device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view shown in FIG. 10, where (a) is a cross-sectional view taken along line E-E and (b) is a cross-sectional view taken along line F-F.
  • FIGS. 12A and 12B are timing charts of signals indicating a vibration damping function of a support mechanism of a microgravity surface turning device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A does not control a bias magnetic bearing.
  • Method (b) shows the method of controlling the bias magnetic bearing.
  • FIG. 13 is an internal cross-sectional view showing a support mechanism of the microgravity turning device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an internal cross-sectional view showing a support mechanism of the microgravity image printing device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the inside of a rotating device to which a support structure for a microgravity image printing device according to an eighth embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 16 is a sectional view taken along line GG of FIG.
  • FIG. 17 is a sectional view taken along line HH of FIG.
  • FIG. 18 shows a support structure of the microgravity turning device according to the ninth embodiment of the present invention, wherein (a) is a view corresponding to the GG sectional view in FIG. 15, and (b) is ( FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line J-J in a).
  • FIG. 19 shows a support structure of the microgravity rotating device according to the ninth embodiment of the present invention, and is a view corresponding to a cross section taken along line HH in FIG.
  • FIG. 20 is a plan view of an image transfer type experimental device in space.
  • FIG. 1 shows the support of the microgravity image transfer device according to the first embodiment of the present invention.
  • the mechanism is shown, (a) is a side view, (b) is a view taken along the line AA in (a), and (c) is a sectional view taken along the line BB.
  • reference numeral 10 denotes a casing for accommodating the entire image transfer body.
  • the casing 10 is provided with concave portions 10a and 10b at the top and bottom.
  • Magnetic bearings 11 and 12 are provided around the upper and lower recesses 10a and 10b.
  • the magnetic bearings 11 and 12 form magnetic bearings by arranging exciting coils 1 and 2 around recesses 10a and 10b, respectively.
  • Reference numerals 3 and 4 denote vibration sensors disposed inside the coils 1 and 2 in the recesses 10a and 1Ob, respectively, and detect displacement of a gap between the rotary shaft 30 and the sensor as described later. The vibration of the rotating shaft 30 can be detected from this displacement.
  • C As shown in the figure, four vibration sensors 3 and 4 are arranged symmetrically around the periphery, and are configured to detect the vibration displacement of the image axis 30 in the ⁇ X and soil Y directions.
  • the above vibration sensor 3> 4 may be mounted not only on the casing 10 side but also on the rotating shaft 10, or may be mounted only on the image rotation shaft 10 side.
  • Reference numeral 30 denotes the above-mentioned rotating shaft, both ends of which are arranged in the recesses 10a and 10b, respectively, are connected to the motor 13 in the four parts 10b, and both ends of the magnetic bearings 11 and 12 are provided. Be pivoted. Therefore, the rotating shaft 30 is supported in the space by the magnetic force while maintaining a predetermined gap between the rotating shaft 30 and the coils 1 and 2, and is rotated by the motor 13.
  • four arms 24, 25, 26, 27 are fixed in the X and Y directions around the rotation axis. (Hereinafter referred to as an experimental box.) 20, 21, 22 and 23 are installed.
  • the rotating shaft 30 may be constituted by a permanent magnet or only an exciting coil and supported by a repulsive force of magnetic force or an attractive force.
  • the magnetic bearing is provided only at one end, not at both ends. It can also be provided.
  • an object to be tested that is, a plant, an animal, or the like is placed in the experimental boxes 20 to 23, and the motor 13 is driven to rotate at a low speed in the space environment.
  • Experiments are then conducted to observe the growth of plants and the survival of animals in space.
  • the experimental boxes 20 to 23 store experimental objects having different shapes, sizes, and weights as described above, when the image is rotated, the imbalance of the weight between the experimental boxes 20 to 23 occurs.
  • There is a difference in the generated acceleration, and vibration occurs between the boxes. This vibration propagates through the arms 24 to 27 and oscillates the image shaft 30.This vibration is transmitted from the bearing to the casing 10 and propagates to the external environment, which adversely affects the surroundings. .
  • the bearing of the rotating shaft 30 is a magnetic bearing.
  • the rotating shaft 30 is configured to be supported by magnetic force without contacting the support of the casing 10.
  • the vibration is changed to the image rotation 30.
  • Detection is performed by four vibration sensors 3 and 4 arranged on the X and Y axes around both ends.
  • the vibration sensors 3 and 4 detect a change in a gap caused by vibration between the rotating shaft 30 and the sensor and input the detected change to a control device.
  • the current at the positions of coils 1 and 2 is controlled so as to return to the gap, and vibration is actively absorbed.
  • the coils 1 and 2 are not shown in the figure, but, for example, magnetic force acts on four windings with independent coils in four directions of the X axis and the Y axis, respectively.
  • the displacement is large according to the displacement due to the inclination of the rotating shaft 30, and the excitation of the coil where the gap between the coil and the coil has the largest fluctuation is controlled to repel the rotating shaft 30. Adjust the force or suction force to absorb vibrations.
  • FIG. 2 is a system diagram of a control, Etenjiku 3 0 upper ambient disposed a vibration sensor 3 a, 3 b, 3 c, 3 d and the lower end of the vibration sensor 4 a, 4 b? 4 c ,
  • Each detection signal from 4d is input to the control device 14.
  • the control device 14 keeps driving the motor 13 and monitors the displacement of the vibration sensors 3 and 4 due to the vibration of the end of the rotating shaft in the X and Y axes 4 directions, so that the gap between the sensor and the rotating shaft is small.
  • the exciting current of the windings of the coils 2 and 3 where the X and Y axes are symmetrical is controlled, and the repulsive force or attractive force between the rotating shaft 30 and the coil is increased to increase the gap. Actuate to return to position.
  • Reference numeral 15 denotes a storage device, in which a pattern of a required value of the spectrum, amplitude or acceleration with respect to the vibration frequency is stored as data in advance, and the control device 14 includes a rotating shaft 3 from the vibration sensors 3 and 4.
  • the control device 14 includes a rotating shaft 3 from the vibration sensors 3 and 4.
  • the vibration characteristics can be grasped and learned, and reflected in the control rules owned by the user to improve the control ability.
  • FIG. 3 is a flowchart of the control performed by the control device 14.
  • each vibration The detection signal from the sensor 3> 4 is fetched, and in S 2, the vibration of the rotating shaft 30 is monitored by fetching the required value data from the storage device 15 and comparing it with the detected value.
  • each detected vibration exceeds a required value. If the detected vibration is a small vibration within the required value, the process returns to S1 and the detection signal from each vibration sensor is monitored again. In S3, if the vibration exceeds the required value, the process proceeds to S4, where the current of the coil winding at the same position as the vibration sensor where the vibration exceeding the required value is generated is suppressed, and the vibration is performed. The electromagnetic force is adjusted so that the gap with the rotating shaft, which is displaced by, becomes a normal position, and the vibration is absorbed. Next, if the image transfer is continued in S5, the process returns to S1 and the same control is performed again. If the image transfer is completed in S5, the control is ended.
  • FIG. 4 is a side view of a support mechanism of the microgravity image printing device according to the second embodiment of the present invention, showing only one side of the rotating shaft.
  • recesses 10a and 10b (the lower side 10b is not shown) are formed above and below the casing 10, and the end of the printing shaft 30 is inserted. Supported by magnetic bearings.
  • a vibration sensor 5 is attached to the concave portion 10a so as to face the end surface of the rotating shaft 30.
  • an R-shaped fixed plate 30a is mounted in the middle of the rotating shaft 30, and a coil 7 is mounted on the casing side on both sides thereof with a predetermined gap.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
  • the fixed plate 30a described above may be constituted only by a permanent magnet or an exciting coil, and the repulsive force with the coil 7 may be increased by the repulsive force of magnetic force or the attractive force.
  • the change due to the vibration of the rotation axis 30 in ⁇ X and soil Y directions The position is detected by the vibration sensors 3 and 4 and input to the control device, and the excitation of the coils 1 and 2 is controlled so as to eliminate the displacement as in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
  • the vibration of the rotation axis 30 in the ⁇ X and soil Y directions is reflected.
  • the displacement in the axial direction of the rotating shaft 30, that is, the displacement in the soil Z direction is detected by the vibration sensor 5 and input to the control device, and the control device eliminates the displacement in the Z direction.
  • the excitation of the coil 7 is controlled so that the vibration is absorbed.
  • Displacement due to vibration in the ⁇ X, soil Y directions is detected by the vibration sensors 3, 4 and the sensor 5, and the vibration in the three-dimensional direction can be accurately damped as described above.
  • the control device is the same as that shown in FIG.
  • Fig. 5 is a diagram showing the required values of vibration and the vibration damping effect in the first and second embodiments described above.
  • A The figure shows an image with only a single natural value (X). This is an example in the case of vibration of the shaft 30.
  • the vibration (XA) below the required value (Y) can be obtained by using the support mechanism of the image transfer device using the magnetic bearing of the present invention. As if damped.
  • the figure shows the vibration damping effect of the change in the pattern of the natural vibration ⁇ from (Xi) to (X 2).
  • the vibration characteristics of the experimental box change as plants grow in the experimental box.
  • the natural vibration ( ⁇ ) is reduced to a vibration pattern (XA) equal to or less than the required value (Y), and the natural vibration (X z ) Can be absorbed and damped to (XB) below the required value (Y).
  • a magnetic bearing is employed to control the exciting current of the coil and absorb vibration.
  • the damping input is implemented with a linear or simple non-linear input, and it is not always an effective damping method.
  • a control in the control and further improvement was desired. Therefore, a third embodiment of the present invention will be described below.
  • FIG. 6 shows an active vibration damping system of a support mechanism of a microgravity rotating device according to a third embodiment of the present invention, (a) is a side view, and (b) is a side view.
  • (a) is a C-C sectional view
  • (c) is a D-D sectional view.
  • the rotating shaft 50 is supported by bearings 5 and 2 on a structural part 60 and rotates in a microgravity space. In addition, although only one end of the printing shaft 50 is shown, both ends are similarly supported by bearings.
  • a vibration damping coil 1 is supported by a supporting portion 51 while maintaining a predetermined gap, and is mounted.
  • a vibration sensor 3 is arranged around the upper part of the coil 1 with a predetermined gap from the rotating shaft 50, and is also supported by the support part 51.
  • the coil 1 is drawn around the rotating shaft 50 with a predetermined gap, and the coil 1 is composed of four coils as described later. It is a structure that absorbs by magnetic force. Also, in Fig. (C), four vibration sensors 3a, 3b, 3c, 3d are arranged around the rotating shaft 50 equally in the ⁇ X, Have been. When the rotating shaft 50 vibrates and displaces, the vibration sensors 3 a to 3 d change the gap between the periphery of the rotating shaft and the vibration sensor 3. The direction of vibration is also detected from changes in shaft position.
  • FIG. 7 is a control system diagram in the third embodiment of the configuration of FIG. 6 described above. is there.
  • the detection signals of the movement of the rotating shaft 50 from the four vibration sensors 3 a, 3 b, 3 c, and 3 d around the rotating shaft 50 are taken into the control unit 43 of the controller 40. It is.
  • the control unit 43 compares the reference value of the vibration axis 50 with the vibration sensor 3 when there is no vibration with the value detected from each sensor, and determines which of the four vibration sensors 3 It is determined whether the change of the signal of is the largest.
  • a sensor having the smallest gap between the rotating shaft 50 and the sensor is selected, and an exciting current is applied to a coil located at the same position as the position of the sensor to increase the repulsive force on the rotating shaft 50, and the position of the rotating shaft 50 is reduced. Reduce displacement.
  • the determination is made based on the position of the sensor where the gap is the largest.
  • the suction of the damping coil at that position is performed. Increase the force to return the rotating shaft 50 to the normal position and absorb the vibration.
  • control device 40 when comparing the detection signal with the reference value, the temporal change rate and the gradient of the change of the detection signal from the sensor are obtained, and the vibration is determined based on these results. Is also good.
  • the controller 43 determines the magnitude of the difference from the reference value of the gap, and according to the magnitude of the displacement, as shown in FIG.
  • the exciting current of any of the coils (A), (B), (C), and (D) is controlled by combining the outputs of the controller and the nonlinear vibration controller 42. For example, in (a), linear control is performed linearly at the beginning, and when the vibration becomes larger than a predetermined reference value, a non-linear curve-shaped signal having an amplitude or more is output.
  • FIG. 8 is a diagram showing a pattern of the exciting current of the coil from the control device 40.
  • a linear linear input signal is output from the linear vibration controller 41 until the amplitude of the input current input to the coil is up to.
  • Power to the input signal S in the amplitude A t is the above outputs a nonlinear input signal of the non-linear vibration control unit 4 2 or et curvilinear.
  • the amplitude of the vibration is relatively large, the displacement of the gap between the rotating shaft 50 and the sensor is larger than a predetermined value, and it is effective for low-frequency vibration. This is applied when abruptly reducing.
  • (B) less than the amplitude of the input signal is (a) diagram in Figure (A,> A 2) a case, it outputs the input signal to the coil by the linear vibration control unit 4 1 until the amplitude A 2 , Dragon width, and outputs the human power signal to the coil by the non-linear vibration control unit 4 2 is the input signal S 2 or more.
  • this figure (b) it is applied when the amplitude of the swing is smaller than in the case of (a) above.
  • the output is only from the non-linear vibration controller 42.In this case, the input signal of the coil is rapidly raised to suppress the vibration rapidly. Is a valid input signal.
  • the vibration displacement signal of the rotating shaft 50 from the vibration sensor 3 is taken into the control device 40, and the control unit 43 compares the magnitude of the displacement signal from the vibration sensor with a reference value. Then, the output from the coil 1 is output by changing the amplitude by combining the outputs from the linear and nonlinear vibration controllers 41 and 42 according to the magnitude, and the excitation current of the coil 1 is suppressed. Therefore, effective vibration suppression is performed, and the vibration of the rotating body 50 in the microgravity environment in the universe is suppressed, so that the influence on the other environment can be prevented.
  • control device 40 captures the signal from the vibration sensor 3 and Calculate the rate of change within a predetermined period of motion, calculate the magnitude of the slope of the change, determine the magnitude from these calculated values or from one of these calculated values, and excite according to the magnitude
  • the current may be controlled. For example, when the rate of change or the gradient of the change is larger than a predetermined value, it can be determined that the frequency is large, and when the rate is small, the vibration is relatively gentle.
  • FIG. 9 is a control system diagram of a support mechanism of a microgravity rotating device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the surface transfer device of the first embodiment shown in FIG. This is an example in which a vibration suppression system is applied.
  • the bearings of the image bearing shaft 30 are magnetic bearings 11 and 12 and the rotating shaft 30 does not contact the support of the casing 10. It is configured to be supported by magnetic force of a current supplied from a power supply (not shown).
  • a power supply not shown.
  • the vibration is detected by four vibration sensors 3, 4 arranged on the X and Y axes around both ends of the image transfer axis 30.
  • the vibration sensors 3 and 4 detect a change in the gap due to vibration between the rotating shaft 30 and the sensor and input it to the control device.If the gap becomes small, the control device returns the gap to the original gap. It controls the current at the positions of the coils 1 and 2 in the magnetic bearings 11 and 12 corresponding to, and controls so as to actively absorb the vibration.
  • the coils 1 and 2 as in the first embodiment shown in FIG. 1, four windings having independent coils are arranged so that magnetic force acts in four directions of the X axis and the Y axis, respectively.
  • the displacement is large according to the displacement due to the inclination of the image shaft 30, and the excitation of the coil at the poison place where the gap between the coil and the coil is largest is controlled, and the repulsive force with the rotating shaft 30 or suction
  • the configuration is such that the force is adjusted and the displacement due to vibration is absorbed.
  • the vibration sensors 3 a the vibration sensors 3 a,
  • the control unit 43 determines the magnitude of the difference from the reference value of the gap, and according to the magnitude of the displacement, determines the linear vibration control unit 41 as shown in FIG.
  • the output is combined with the nonlinear vibration controller 42 to change the amplitude and control the exciting current of any of the coils (A), (B), (C), and (D).
  • the pattern of the exciting current is the same as in FIG.
  • the magnitude of the displacement signal from the vibration sensor is compared with a reference value, and the linear vibration / non-linear vibration control unit is controlled in accordance with the magnitude. 4
  • the outputs from 1 and 42 to change the amplitude, output the input signals to coils 1 and 2, and control the exciting currents in coils 1 and 2 makes it possible to effectively suppress the vibration in the image-type experimental device.
  • the vibration of the rotation axis 30 in the microgravity environment in the universe is damped and the influence on other environments can be prevented.
  • the bias control that supports the rotating shaft with magnetic bearings and the active vibration suppression control are performed simultaneously. If bias and active vibration suppression control are performed at the same time, a minute current is applied for active control when damping minute vibrations. In this case, active control becomes impossible. Further, depending on the control of the exciting current in the active vibration suppression control, the bias capability may be lost.
  • the magnetic force is adjusted with relatively strong power to set the rotation axis at the center, and the rotation axis is balanced, so that the elastic support force by the magnetic force becomes a firm support force, Even if the vibration of the shaft is very small, the vibration may be propagated to the casing side via the magnetic bracket, and these improvements have been desired. Therefore, a fifth embodiment of the present invention will be described next.
  • FIG. 10 is an internal cross-sectional view showing a support mechanism of a microgravity rotation device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • recesses 10 a. And 10 b are formed in the casing 10 as in the example of FIG. 1, and a cylindrical upper fixing material 31 is formed in the recess 10 a and a recessed portion 10 b is formed in the recess 10 b.
  • a cylindrical lower fixing member 32 is fixed.
  • the upper fixing member 31 is provided with a magnetic bearing 11 and a vibration sensor 3 in the same manner as in the example of Fig. 1, and a magnetic transfer receiver 35a for bias and a magnetic bearing 33 for thrust are attached. Also, the vibration sensor 4, the magnetic clamp 35b for the bias, and the magnetic bearing 12 are attached to the lower fixing member 32, respectively.
  • the magnetic bearings 11, 35 a, 33 have one end of the rotating shaft 30, and the magnetic bearings 12, 35 b have the other end of the rotating shaft 30, which is not actuated by magnetic force. Supported by contact.
  • the rotating shaft 30 is image-driven by a motor 34 attached to the lower fixing member 32.
  • each of 6, 27 is extended radially, and the other end supports experiment boxes 20, 21, 22, 23, respectively.
  • a symmetric object for adding gravity is inserted in the, and the image is driven.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line EE in FIG. 10, and FIG. 11 (b) is a sectional view taken along line FF.
  • a cylindrical upper defining material 31 is fixed in the casing 10, and an annular magnetic bearing coil is attached to the upper fixing material 31, and rotation is performed.
  • Axis 30 is open.
  • four vibration sensors 4 are mounted on the lower fixing member 32 on orthogonal X-Y coordinate axes, and a magnetic bearing 3 for bias is provided below the vibration sensor 4.
  • 5b is arranged and attached to the lower fixing member 32.
  • the vibration sensor 3 attached to the upper fixing member 31 and the bias magnetic bearing 35a have the same arrangement.
  • the image bearing shaft 30 needs to be supported in a non-contact manner with the bearing when vibration does not occur, so that an exciting current flows through the coils of the bias magnetic bearings 35a and 35b, and the rotating shaft 3 0 is set to always maintain the center position.
  • the image bearing shaft 30 is held at the center at the same time as the active control by the magnetic bearings 11 and 12 for active control.
  • Numeral 0 indicates strong support by the magnetic force, and even small vibrations did not propagate to the casing 10 via the magnetic bearings, and vibrations of small vibrations were not effectively prevented.
  • the bias magnetic bearings 35a and 35b are supplied with an exciting current
  • only the magnetic bearings 11 and 12 for active vibration suppression are controlled to respond to the vibration of the magnetic bearings 35 a and 35 b for bias.
  • Control is performed to weaken the magnetic force of the coil at the location to weaken the position holding force and increase the degree of freedom, so that vibration does not propagate to the casing 10 via the biasing magnetic bearings 35a and 35b. I do.
  • the magnetic bearings 11 and 12 absorb the vibration by controlling the exciting current as described with reference to FIGS. 1 and 2 in the state of the position holding force in which the generated vibration is weakened.
  • a current for maintaining the position is applied to the magnetic bearings 35 a and 35 b for bias, and when vibration occurs on the image shaft 30,
  • the position holding force by the magnetic bearings 35a and 35b is weakened to increase the degree of freedom, and at the same time, control is performed so that the vibration is absorbed by the magnetic bearings 11 and 12 for vibration control.
  • the bias magnetic bearings 35a and 35b are not controlled for vibration suppression by the first method described above, but perform only the position maintaining operation, and are used for active vibration suppression.
  • the magnetic bearings 11 and 12 perform both functions of damping and weakening the position holding force, so that minute vibrations can be effectively damped to prevent the propagation of vibrations to the outside of the casing.
  • the control for weakening the position holding force is performed by the bias magnetic bearings 35a and 35b, and at the same time, only the vibration damping control is performed by the magnetic bearings 11 and 12 for active vibration suppression. Even if it is performed, it is possible to effectively suppress even a minute vibration without transmitting the vibration to the outside similarly to the above.
  • Fig. 12 shows a timing diagram of the signal indicating the state of the above control, and represents one of the coils of the magnetic bearings 11 and 12 and the bias magnetic bearings 35a and 35b.
  • (A) is an example of the first method
  • (b) is an example of the second method.
  • (1) is a vibration waveform generated on the image axis 30 and So is a reference value.
  • (2) is the position holding current applied to the biasing magnetic bearings 35a and 35b
  • (3) is the position holding current applied to the active control magnetic bearings 11 and 12. This is a current and is output while the vibration exceeds the reference value So.
  • (4) is a current for active vibration suppression similarly applied to the magnetic bearings 11 and 12 and is also output while the vibration (1) exceeds the reference value S 0.
  • the bias magnetic bearings 35a and 35b always apply the current (2) for maintaining the position.
  • the current (3) for position holding and relaxation and the current (4) for active vibration suppression are added to the magnetic bearings 11 and 12 and the vibration (1) is changed to the reference value S as shown in (5). If it exceeds o, the magnetic bearings 1 1 and 2 will weaken the position holding force, and at the same time, perform vibration suppression to keep the vibration (1) within the reference value.
  • (b) is the second method, and when the vibration exceeds the Go criterion S o for the vibration of (1), the bias magnetic bearings 35a and 35b are always held in position while the value exceeds the Go. Is controlled so as to reduce the current of the motor and reduce the position holding force of this part. In this state, the current (4) for active vibration suppression is applied to the magnetic bearings 11 and 12 so that the vibration while exceeding the reference value S o can be suppressed as shown in (5).
  • FIG. 13 is an internal sectional view showing a support mechanism of the microgravity image printing device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the sixth embodiment of the present invention in addition to the configuration of the supporting structure of the rotary screw 30 of the rotary screw 30 of the fifth embodiment shown in FIG. This is a configuration in which a and 36b are added, and the other configuration is the same as that of the fifth embodiment shown in FIG.
  • the magnetic bearing 11 for active vibration suppression and the magnetic bearing 36 a are arranged at one end of the rotating shaft 30 with the bias magnetic bearing 35 a interposed therebetween, and at the other end.
  • a magnetic bearing 12 for active vibration suppression and a magnetic bearing 36b are arranged with the magnetic bearing for bias 35b interposed therebetween.
  • the magnetic bearings 35a and 35 for bias have the function of maintaining the position of the image shaft 30.
  • the magnetic bearings 11 and 36a both have the function of active vibration suppression at one end of the rotating shaft 30.
  • the magnetic bearings 12 and 36b both have a function of active vibration suppression at the other end of the rotating shaft 30.
  • the specific operation is the same as that described with reference to FIG. 2, and the detailed description is omitted.
  • the magnetic bearings 11 and 36a for active vibration suppression having the same function are provided on both sides of the biasing magnetic bearings 35a and 35b.
  • FIG. 14 is an internal cross-sectional view showing a support mechanism of the microgravity rotation device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the position of the rotary shaft 30 is further maintained. This is a configuration in which a bias magnetic bearing is added, and the other configuration is the same as that of the fifth embodiment shown in FIG. 10, so a detailed description will be omitted.
  • a magnetic bearing for bias 35 c and a magnetic bearing for bias 35 d are arranged at one end of the rotating shaft 30 with the magnetic bearing 11 for active vibration suppression interposed therebetween, and at the other end.
  • a magnetic bearing 35 e for bias and a magnetic bearing 35 f are arranged on both sides of the magnetic bearing 12 for active vibration suppression.
  • the magnetic bearings for bias 35 c to 35 f have a function of maintaining the position of the rotating shaft 30 at both ends, and the magnetic bearing 11 has an active vibration suppression at one end of the rotating shaft 30.
  • the magnetic bearing 12 has a function of active vibration suppression at the other end of the rotating shaft 30.
  • the magnetic bearings 35c and 35 for maintaining the position of the rotating shaft 30 having the same function are provided on both sides of the magnetic bearings 11 and 12 for active vibration suppression. Since d, and 35e and 35mm are arranged respectively, the vibration suppression control and the position holding of the printing shaft 30 can be balanced, and high-precision control can be performed compared to the fifth embodiment. And You.
  • the vibration caused by the imbalance of the weight of the test object of the experimental box ⁇ ⁇ occurs on the printing shaft during the printing. Can be effectively absorbed.
  • the magnetic bearing of such an image transfer device needs to support the rotating shaft in a suspended state without contact with the surroundings even when it is not in operation. When power is applied to the magnetic bearings by starting the rotation device, an impact occurs at the time of startup, and the image rotation shaft comes into strong contact with the surroundings, and strong vibration may propagate to the outside. May produce. Therefore, an eighth embodiment of the present invention will now be described.
  • FIG. 15 is an internal side view of a rotating device to which a support structure for a microgravity rotating device according to an eighth embodiment of the present invention is applied.
  • concave portions 10a and 10b are formed in the casing 10 and a cylindrical upper fixing member 31 is mounted in one CO portion 10a. Also, a cylindrical lower fixing member 32 is mounted in the other concave portion 10b.
  • the vibration sensor 3, the magnetic bearing 11, and the thrust magnetic bearing 33 are attached to the upper fixing member 31.
  • a motor 34, a magnetic bearing 12, and a vibration sensor 4 are mounted on the lower fixing member 32, respectively.
  • panels for spring supporting mechanisms 35a and 35b are attached to the upper and lower fixing members 31 and 32, respectively.
  • the vibration sensors 3 and 4 have the same arrangement as the example in FIG. 1 (c).
  • the rotating shaft 30 is disposed so as to be coaxial with the center of the upper and lower fixing members 31 and 32, and one end is provided with a magnetic bearing 11 and a magnetic for thrust. In addition to being supported by the bearing 33, it is elastically supported by the upper fixing member 31 by a panel supporting mechanism 135a. The other end of the rotating shaft 30 is supported by a magnetic bearing 12 and is elastically supported by a lower fixed member 32 by a spring support mechanism 135 b.
  • the rotating shaft 30 is driven to rotate by the motor 34 attached to the lower fixing member 32 without being supported as described above.
  • One end of each of the four arms 24 to 27 is attached to the rotating shaft 30 in the same manner as in the example of FIG. 1, and a test object to be extended radially and to which gravity is added at the other end is inserted. Boxes 20 to 23 are mounted.
  • FIG. 16 is a sectional view taken along line GG in FIG. 15, showing one panel supporting mechanism.
  • a cylindrical upper fixing member 31 is attached to a casing 10, and an image shaft 30 is arranged at the center and supported by a spring support mechanism 135 a.
  • the spring support mechanism 1 35 a has a ring-shaped support mechanism body 1 36 a with a bearing 1 38 a disposed therein to support the printing shaft 30, and the support mechanism body 1 36 a
  • the rotating shaft 30 is rotatably supported by the spring support mechanism 135a, and is supported by the spring 137a so as to be elastically movable around.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line HH in FIG. 15, showing the other panel support mechanism.
  • a lower fixing member 32 is attached to a casing 10
  • a rotating shaft 30 is arranged at the center and supported by a spring support mechanism 135 b.
  • the spring support mechanism 1 35 b has a ring-shaped support mechanism body 1 36 b, in which a bearing 1 38 b is arranged to support the rotating shaft 30.
  • a bearing 1 38 b is arranged to support the rotating shaft 30.
  • the rotating shaft 30 is rotatably supported by the panel support mechanism 135b so as to be freely rotatable, and is elastically movable around the panel 1337b.
  • the spring constant of the spring 1337b is set to be smaller than the magnetic screws 11 and 12 as in the case of the panel of the spring 1337a.
  • the vibration of the rotating shaft 30 is detected by the vibration sensors 3 and 4, As shown in FIG. 2, it is input to the control device 14 and is effectively absorbed by the magnetic bearings 11 and 12 by the same operation as that of the device shown in FIGS.
  • the panel supporting mechanisms 135a and 135b support both ends of the rotating shaft 30 at the center of the bearing with a weak spring supporting force. Even if power is supplied to 11, 12, and 33, the control of the magnetic bearing is performed smoothly, and the impact of the start-up impact on the image shaft 30 can be minimized.
  • FIG. 18 shows a support structure for a microgravity turning device according to a ninth embodiment of the present invention, wherein (a) is a view corresponding to the GG sectional view of FIG. 15 and (b) is (a) FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line JJ of FIG. 15, and FIG. 19 is a diagram corresponding to the cross-sectional view taken along line HH of FIG.
  • the ninth embodiment In place of the structure in which the springs 13a and 13b support the main body of the support mechanism 13a and 13b, instead of the structure in which the elastic materials 14a and 14b are used, the main body of the support mechanism is used. It has a structure that supports 135a and 135b, and the other configuration is the same as that of the eighth embodiment shown in Figs. 15 to 17, and the same effect is obtained by the same operation. Is obtained.
  • the panel support mechanism 1 45 a is composed of a bearing 1 38 a, a support mechanism main body 1 36 a and an elastic material 140 a
  • the image shaft 30 is a bearing 1 38 a
  • the support mechanism main body 135a is supported by the upper fixing member 31 with a ring-shaped elastic material 140a having a circumference.
  • the elastic material 140a is made of a material having elasticity, such as rubber, sponge, urethane material, and the like, and the panel constant is reduced as in the panel 13a of the eighth embodiment to reduce the spring.
  • the support shaft 30 is supported by weakening the supporting force. Fig.
  • FIG. 19 shows the panel support mechanism 1 45b, which, like the panel support mechanism 1 45a, consists of a bearing 1 38b, a support mechanism 1 36b, and an elastic material 1 40b.
  • the rotating shaft 30 is supported by a support mechanism body 1 36 b having a bearing 1 38 b, and the support mechanism body 1 36 b is a lower part made of an elastic material 140 b having a ring-shaped circumference. It is supported by the fixing material 32.
  • the elastic material 140b is made of a material having elastic force such as rubber, sponge or urethane material, like the above-mentioned 140a, and is the same as the spring 1337b of the eighth embodiment,
  • the rotation constant 30 is supported by reducing the spring constant and weakening the panel supporting force.
  • the elastic material described above may be a plastic material, an elasto-plastic material, a material such as rubber or sponge, or the like, and may include a support by a fluid material, a fluid bearing, and the like.
  • the rotating device has been described as an example of four arms 24 to 27 and four experimental boxes 20 to 23. The same applies to the rotating shaft spring support structure of the gravity printing device when applied to four or more experimental boxes, for example, a rotating device in which eight arms are radially mounted on the printing shaft and eight boxes are arranged. The effect is obtained.
  • vibration sensors 3 and 4 in the first to ninth embodiments of the above embodiments are gap sensors, displacement sensors, optical sensors, laser displacement meters, etc., as long as they can detect the vibration of the rotating shaft. good.
  • the objects in the box may include, for example, plants and animals, and the weight of each box is unbalanced.
  • the control device which adjusts the holding power of the bearing's rotating shaft and suppresses and absorbs the displacement caused by the rotating shaft's vibration. Can be suppressed.
  • the vibration when the rotating shaft vibrates due to an imbalance of the one mounted in the box or the system, the vibration is detected as a displacement by a vibration sensor arranged close to the periphery of the rotating shaft, and the vibration is suppressed. Input to the device.
  • the controller detects the vibration of the rotating shaft from this displacement signal, controls the exciting current of the coil of the magnetic bearing so as to reduce the vibration, and absorbs the vibration. Therefore, vibrations that propagate from the rotating shaft to the environment around outer space through the bearings are not only stopped by the magnetic bearings, but also absorbed.
  • the vibration sensor is mounted not only on the casing side but also on the printing shaft.
  • a gap sensor and a displacement sensor are further provided.
  • the vibration of the image shaft can be detected with higher accuracy.
  • the vibration sensor is eliminated and the vibration is detected only by the gap sensor or the displacement sensor, and the vibration is detected in accordance with the purpose of use and the storage in the experimental box.
  • the configuration of the sensor can be simplified.
  • the control device when the control device detects the vibration of the rotating shaft, the control device compares the vibration with the preset value of the required vibration of the image forming device, and reduces the vibration so as to be equal to or less than the required value. Since the exciting current of the coil is controlled so as to extinguish it, the vibration of the image body can be reliably reduced, and the effect on other equipment in outer space can be eliminated.
  • the control device detects vibration from the displacement detected by the gap, optical, laser, or displacement sensor, compares the vibration spectrum with a set required value, and obtains the same required value.
  • the vibration is controlled so as to be suppressed, and according to (9) of the present invention, when the acceleration or amplitude of the detected vibration exceeds the required value, the vibration is intensively controlled in the broom region exceeding the required value. Because it is controlled, vibration can be suppressed instantaneously.
  • the control device stores the frequency, acceleration, amplitude, etc. of the detected vibration and reflects it on the subsequent control side.
  • the detected vibration data is stored in advance. Since the cause is grasped by comparing it with the stored data, and in (12) of the present invention, the cause is grasped by the result of the comparison, and the result is reflected on the control side to have a learning function. System Your function will be more accurate.
  • the control of the vibration damping coil controls the signal whose amplitude is changed by combining linear and non-linear signals according to the magnitude of the displacement signal from the vibration sensor.
  • This output signal controls the damping coil.
  • the bearings at both ends of the rotating body are magnetic bearings, and the coil of the magnetic bearing functions as a bearing and also functions as a vibration damping coil. Is simplified, and vibrations can be optimally converged at both ends of the image transfer body.
  • the vibration damping coil is divided into a plurality of parts, the excitation of the coil corresponding to the position where the displacement due to the vibration of the rotating body is largest is effectively controlled. However, the vibration of the rotating body can be more effectively absorbed.
  • the control device calculates a temporal change rate and a change gradient from the vibration signal of the vibration sensor, and responds to the magnitude of the change rate and the magnitude of the slope for vibration suppression. Since the excitation of the coil is controlled, more accurate vibration suppression is possible.
  • the bias magnetic bearing holds the rotating shaft with a magnetic force so as to be centered on the rotating shaft.
  • the magnetic damper for vibration suppression first generates a magnetic force that weakens the position holding force of the bias magnetic bearing, and the position holding force generated by the bias magnetic bearing is determined. Control to weaken the fixed amount and ease the position holding force.
  • active vibration damping control that absorbs vibration is performed, so even if a minute vibration occurs, the vibration is propagated to the outside with the firm support force of the bias magnetic bearing. Without damping, the damping is also effective.
  • the magnetic bearings at both ends of the image bearing shaft are constituted by arranging magnetic bearings for vibration suppression on both sides of the magnetic bearing for bias.
  • vibration generated on the rotating shaft can be effectively controlled without propagating to the outside of the casing.
  • two magnetic bearings for vibration control are provided at both ends at a good balance. Since they are arranged, more effective damping is possible.
  • the magnetic bearings at both ends of the rotating shaft are constituted by arranging bias magnetic bearings on both sides of the vibration-damping magnetic bearing. Similarly, vibration generated on the image shaft can be effectively damped without propagating to the outside of the casing. Further, two magnetic bearings are provided at both ends in a well-balanced manner. As a result, the position of the rotating shaft is accurately maintained, and more effective vibration suppression is performed.
  • the bias magnetic bearing controls the exciting current so as to weaken the position holding force of the rotating shaft by a predetermined amount while the damping magnetic bearing controls the damping.
  • the position holding force of the image bearing shaft of the magnetic bearing for bias is reduced.
  • the vibration of the rotating shaft is increased in the degree of freedom in the magnetic bearing for bias, and the vibration is not propagated to the casing through the magnetic bearing for bias. This vibration is more effectively provided by the bearing for vibration suppression. It is damped.
  • the rotating shaft is held at the center position of the bearing even when no electric power is applied to the magnetic bearing.
  • the spring supporting force of the panel supporting mechanism is set smaller than the supporting force of the rotating shaft by the magnetic bearing, and when no power is applied to the magnetic bearing and there is no supporting force of the magnetic bearing, the spring supporting force is reduced. It is set so as to have the minimum supporting force for holding the axis of rotation at the center. Therefore, the vibration generated on the image transfer shaft is not propagated to the casing side through the panel mechanism, and this vibration is effectively absorbed by the magnetic force.
  • the panel supporting mechanism is composed of a main body having a bearing and a plurality of panels supporting the main body to the casing side, and in (2) of the present invention, the outer periphery of the main body is provided. Since it is composed of a member made of an elastic material connecting the casing and the casing side, the spring support mechanism can be realized with a simple configuration.
  • the elastic material may be a plastic material or an elasto-plastic material, or may be a support by a fluid material or a fluid bearing.

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Description

明 細 書
微小重力回転装置の支持機構
技術分野
本発明は微小重力境面転装置の支持機構に関し、 宇宙空間にて実 験を行う画転体において振動が発生する場合と、 画転体の軸受けに 磁気軸受等を配設し、 回転体から周囲に伝播する振動を能動的に吸 収し、 制振する装置である。
背景技術
図 2 0は現在宇宙で行なわれている回転装置の一例を示す平面図 であり、 図において、 モータ、 等の画転装置 6 0には 4本の支持部 材 6 1 , 6 2 , 6 3 , 6 4が取付けられ、 放射状に伸びている。 支 持部材 6 1〜6 4の先端には実験ボックス 7 0 , 7 1 , 7 2 , 7 3 が取付けられ、 実験ボックス 7 0〜 7 ,3内には実験対象物、 例えば 植物、 等が入れられる。 このような装置は、 無重力状態において面 転装置 6 0により約 1画転ノ秒程度の低速画転が与えられ実験ボッ クス 7 0〜7 3内の対象物の実験が行なわれる。
上記のような画転装置では、 支持部材 6 1〜6 4の先端に実験ボ ツクス 7 0〜 7 -3が取付けられており、 先端部が大きな形状である。 又、 実験ボックス 7 0〜7 3内には種類の異なる実験対象物が収納 され、 実験物の大きさも種々異なり、 装置全体は画転軸中心に対称 な配置ではあるが、 収納される実験対象物はアンバランスである。 従つて、 回転により支持部材 6 1〜 6 4及び実験ボックス 7 .0〜 7 3にば振動が発生し、 振動が発生すると実験対象物を変動させたり、 悪影響を及ぼすことになる。
前述のように従来の宇宙での画転装置は、 回転中に振動が発生し、 回転体を構成するアームや実験ボックスに振動を与え、 実験対象物 に悪影響を及ぼしていた。
又、 これらの振動は、 回転軸を介して周画環境へ伝播し、 周囲の 宇宙機器へも影響を及ぼし、 機器の制御、 等にも影響を与えること になる。 このような振動は予め予知される定常的な振動に対しては 装置の構造的な面で解消できるが、 任意に発生する振動モードの変 化に対しては対応し難く、 制御には限界があり、 何らかの対策が望 まれていた。
上記のように学宙空間において発生する振動はできるだけ回避し なければならず、 そのために回転軸の軸受にバネ等の弾性軸受けを 使用し、 又、 磁気軸受を使用してコイルの励磁電流を制御して軸の 振動を抑えることも研究されている。 しかし、 かならずしも効果的 な制振方法ではなかった。
発明の開示
, そこで本発明は、 宇宙空間において画転装置に発生する任意の振 勳に対し、 画転軸の軸受に磁気軸受を採用し、 回転軸を介して周囲 の環境へ伝播する振動を能動的に吸収し、 任意の振勖モードを減退 させることのできる微小重力回転装置の支持機構を提供することを 課題としてなされたものである。
又、 本発明は、 宇宙空間において画転体に発生する任意の振動に 対し、 画転体の軸周囲や、 軸受に磁気コイルを採用し、 画転体に発 生する振動特性や固有周期の変化に応じて制振入力を変化させァク ティブ制振を行うことにより、 回転体を介して周囲の環境へ伝播す る振動を能動的に吸収し、 任意の振動モードを減退させることので きる微小重力回転装置の支持機構を提供することを課題としてなさ -れたものである。
又、 本発明では、 微小重力画転装置の磁気軸受に工夫を行い、 能 勖制振用の磁気軸受と、 バイアス用の磁気軸受とを別体とすること により、 磁気軸受を介してケ一シングへ振動が伝播しないようにし て、 微小振動を効果的に吸収し、 ケ一シングの外部機器へ悪影響を 及ぼさないようにすることが可能な微小重力回転装置の支持機構を 提供することを課題としてなされたものである。
更に、 本発明は、 磁気蚰受支持構造の微小重力回転装置にバネま 持構造を併設し、 磁気軸受に電力が供給されていない状態において も回転軸を中心に支持すると共に、 起動時にも衝突が生じないよう にした微小重力画転装置の支持構造を提供することを課題としてな されたものである。
本発明ば前述の課題を解決するために次の手段を提供する。
( 1 ) ケ一シング内で両端部又は一端部のいずれかが前記ケ一シ ング側に軸受で支持されモータで回転駆勳される回転軸と、 同画転 軸の周囲に一端が取付けられ放射状に伸びる複数のアームと、 同ァ —ムの他端に取付けられ重力を付加する物体を入れる複数のボック スと、 前記軸受の前記回転軸の位置保持力を調整し、 前記回転軸に 生ずる振動を吸収するように制御する制御装置とを備えてなること を特徴とする微小重力回転装置の支持機構。
( 2 ) 前記軸受は、 前記画転軸周画に近接し前記ケーシング側に 取付けられたコイルを有する磁気軸受であり、 前記コイル近辺で前 記回転軸周囲に近接して配置され前記ケ一シング側に取付けられた 複数の振動センサとを備え、 前記制御装置は前記複数の振動センサ からの信号を取込み、 前記回転軸の変位から振動を検出し、 前記コ ィルの励磁電流を制御し、 同振動を吸収するように制御することを 特徴とする （ 1 ) 記載の微小重力回転装置の支持機構。
( 3 ) 前記振動センサは、 前記ケ一シング側及び回転軸に取付け られるか、 又は前記画転軸側のみに取付けられ、 前記制御装置は、 振動センサからの信号を取込み、 振動を能動的に制振するために前 記コイルの励磁電流を制御し、 振動を吸収することを特徴とする （ 2 ) 記載の微小重力画転装置の支持機構。
( 4 ) 前記振動センサに加えて、 前記ケーシングのコィル側にギ ャップセンサ又は変位センサを設置し、 前記制御装置は前記回転軸 との距離を計測し、 振動を能動的に制振するために前記コイルの励 磁電流を制御し、 同振動を吸収することを特徴とする （2 ) 又は ( 3 ) 記載の微小重力回転装置の支持機構。
( 5 ) 前記振動センサに加えて、 前記ケーシングのコイル側に光 学センサ又はレーザ変位計を設置し、 前記制御装置は前記回転軸と の距離を計測することにより、 振動を能勖的に制振するために前記 コィルの励磁電流を制御し、 同振動を吸収することを特徴とする ( 2 ) 又は （ 3 ) 記載の微小重力回転装置の支持機構。
( 6 ) 前記振動センサほ設けずに前記ケーシングのコイル側にギ ャ 'ンプセンサ又は変位センサのみを設置し、 前記制御装置は前記画 転蚰との距離、 変位を計測することにより振動を計測し、 同振勳を 能動的に制振するために前記コィルの励磁電流を制御し、 同振動を 吸収することを特徴とする （4 ) 記載の微小重力画転装置の支持機
( 7 ) 前記制御装置は、 前記振動センサから取込んだ信号から前 記回転軸の振動を検出し、 同振動を予め設定した所定の要求値と比 較し、 同要求値以下に振動を抑えるように前記コィルの励磁電流を 制御することを特徴とする （2 ) から （4 ) のいずれかに記載の微 小重力回転装置の支持機構。
( 8 ) 前記制御装置は前記ギャップセンサ、 光学センサ、 レーザ センサ又は変位センサのいずれかにより検知した前記回転軸との距 離、 変位から前記回転軸の振動を検出し、 同振動のスぺク トルを予 め設定した所定の要求値のスぺク トルと比較し、 同要求値以下にな るように同振動を能動的に抑えるように前記コィルの励磁電流を制 御することを特徴とする （ 4 ) から （6 ) のいずれかに記載の微小 重力画転装置の支持機構。
( 9 ) 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超え る場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよ うに集中的に制振を制御することを特徴とする （2 ) から （ 8 ) の いずれかに記載の微小重力画転装置の支持機構。
(10) 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超え る場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよ うに集中的に制振をするとともに、 突出した振動の周波数及び加速 度又は振幅、 或いはこれらのすべの情報を記憶し、 以降の能動制振 の制御則に反晚し使用可能とすることを特徴とする （2 ) から （9 ) のいずれかに記載の微小重力画転装置の支持機構。
(11) 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超え る場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよ うに集中的に制振をするとともに、 突出した振動の周波数及び加速 度又は振幅、 或いはこれらのすべの情報を予め記憶してある振動デ —タと比較することにより、 振動原因を把握可能とすることを特徴 'とする （2 ) から （ 9 ) のいずれかに記載の微小重力画転装置の支
(12) 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超え る場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよ うに集中的に制振をするとともに、 突出した振動の周波数及び加速 度又は振幅、 或いはこれらのすべの情報を予め記憶してある振動デ ータと比較することにより、 振動原因を把握して学習し、 自己の保 有する制御則に反映し、 制御能力を向上可能とすることを特徴とす る （ 2 ) から （9 ) のいずれかに記載の微小重力画転装置の支持機 構。
(13) 前記軸受は前記回転軸の両端部を軸支する軸受と前記回転 翁の周囲に所定の隙間を保って配設された制振用コイルとで構成さ れ、 同コィルの近辺で前記回転軸周囲と所定の隙間を保って周画に 均等配置された複数の振動センサを備え、 前記制御装置は前記複数 のセンサからの前記隙間の変位信号を取込み、 同変位信号が所定の 値よりも大きいと前記制振用コイルの励磁電流を制御し、 更に前記 変位信号の大小に応じて線形、 非線形の信号を組合せて振幅を変化 させた信号を出力し、 同信号で前記制振用コイルの励磁を制御し、 アクティブ制振を行うことを特徴とする （ 1 ) 記載の微小重力画転 装置の支持機構。
(14) 前記回転軸の両端の蚰支は磁気蚰受で構成され、 同磁気軸 受は前記画転軸を軸支すると共に、 前記制振用コイルも兼用するこ とを特徴とする （ 1 3 ) 記載の微小重力回転装置の支持機構。
(15) 前記制振用コイルは、 前記振動センサの数と位置に対応し て分割されたコイルであり、 前記制御装置は、 前記複数の振動セン サからの変位信号が最も大きい振動センサの位置を判定し、 同位置 に対応する前記制振用コィルの励磁電流を制御することを特徴とす る （ i 3 ) 記載の微小重力画転装置の支持機構。
(16) 前記磁気軸受は、 前記振動センサの数と位置に対応して分 割されたコイルであり、 前記制御装置は、 前記複数の振動センサか らの変位信号が最も大きい振動センサの位置を判定し、 同位置に対 応する前記磁気軸受のコィルの励磁電流を制御することを特徴とす る （ 1 4 ) 記載の微小重力回転装置の支持機構。
(17) 前記制御装置は、 前記振動センサからの変位信号の時間的 変化を計測し、 時間的変化の変化率、 変化を表す傾きをそれぞれ算 定し、 これら算定結果のいずれかに基づいて適切な制振を行なうよ う前記磁気軸受の励磁力を調整可能とすることを特難とする （ 1 5 ) 又は （ 1 6 ) 記載の微小重力画転装置の支持機構。
(18) 前記回転軸の両端の各磁気軸受は、 それぞれ制振用の磁気 軸受と、 前記画転軸の位置保持を行うバイァス用磁気軸受の 2個か らなることを特徴とする （ 2 ) 記載の微小重力画転装置の支持機構。
(19) 前記回転軸の両端の各磁気軸受は、 それぞれ 2個の制振用 の磁気軸受の間にバイァス用磁気軸受を配列した 3個からなること を特徴とする （2 ) 記載の微小重力回転装置の支持機構。
(20) 前記回転軸の両端の各磁気 W受は、 それぞれ前記画転軸の 位置保持を行う 2個のバイァス用磁気軸受の間に制振用の磁気軸受 を配列した 3個からなることを特徵とする （2 ) 記載の微小重力回
(21) 前記制振用の磁気軸受は制振の制御のみを行い、 前記バイ ァス用磁気軸受は前記画転軸の位置保持を行うと共に、 前記制振用 の磁気軸受が制振制御を行つている間は前記位置保持力を緩和させ るように回転軸の位置制御を行うことを特徴とする請求項 （ 1 8 ) から （2 0 ) のいずれかに記載の微小重力回転装置の支持機構。
(22) 前記回転軸の両端は、 前記磁気軸受の軸方向の外側におい て、 更にそれぞれバネ支持機構で前記ケ一シング側に支持され、 同 バネ支持機構の支持力は前記磁気軸受よりも小さく設定したことを 特徴とする （ 2 ) 記載の微小重力画転装置の支持構造。
(23) 前記パネ支持機構は、 前記回転軸を軸支するベアリングを 有する本体と、 同本体の外周囲と前記ケーシング側との間を連結す る複数のパネとから構成されることを特徴とする （2 2 ) 記載の微 小重力回転装置の支持構造。
(24) 記バネ支持構造は、 前記回転軸を軸支するベアリングを有 する本体と、 同本体の外周囲と前記ケーシング側とを連結する弾性 材料からなる部材とから構成されることを特徴とする （2 2 ) 記載 の微小重力回転装置の支持構造。 . 本発明の （ 1 ) においては、 複数のボックス内には微小重力空 fs にお 、て重力を付加するための実験対象となる物体が入れられ、 ボ ックスは回転軸を中心として画転する。 ボックス内の物体は、 例え ば植物や動物、 等が入れられる場合があり、 各ボックスにおいてそ れら重量はアンバランスであり、 画転体が回転すると加速度に差が 生じ振動が発生する。 この振動は、 制御装置が軸受の回転軸へ位置 保持力を調整し、 回転軸の振動に伴う変位を抑えて吸収するので、 ボックス、 アーム、 画転軸からなる画転体の振動を最小限に抑える ことができる。
本発明の （2 ) においては、 回転軸の両端部又は片端部は磁気軸 受で支持されており、 ボックス内に搭載するもの又はシステムのァ ンバランスにより回転軸が振勖すると、 その振動は画転軸周囲に近 接して配設された振動センサにより変位として検出され、 制御装置 へ入力される。 制御装置ではこの変位の信号から画転軸の振動を検 出し、 その振動を減少させるように磁気軸受のコイルの励磁電流を 制御し、 振動を吸収する。 従って、 回転軸から軸受を介して宇宙空 間周囲の環境へ伝播される振動は磁気軸受で阻止されることはもち ろん、 その振動も吸収される。
本発明の （ 3 ) では、 振動センサがケーシング側のみならず、 画 転軸にも取付けられており、 又、 本発明の （4 ) では、 振動センサ に加え、 更に、 ギャップセンサや変位センサが、 又、 本発明の （5 ) では光学センサゃレーザ変位計が取り付けられるので、 画転軸の振 動の検出がより高精度になされる。
又、 本発明の （6 ) では、 上記 （ 4 ) の発明において、 振動セン サをなくしてギャップセンサ又は変位センサのみで振動を検出す'る 構成とし、 使用目的や実験ボックス内の収納物に応じてセンサの構 成を簡略化することができる。
本発明の （ 7 ) では、 制御装置は回転軸の振動を検出すると、 予 め設定してある回転装置として振勖を抑えるべき要求値と比較し、 その要求値以下となるように振動を低減させるようにコイルの励磁 電流を制御するので画転体の振動を確実に低減させることができ、 宇宙空間での他の機器へ及ぼす影響をなくすることができる。
本発明の （ 8 ) では、 制御装置はギャップ、 光学、 レーザ又は変 位センサにより検知した变位から振動を検出し、 振動のスぺク トル を設定した要求値と比較し、 同要求値以下に振動を抑えるように制 御し、 又、 本発明の （9 ) では、 検知した振動の加速度又ば振幅が 要求値を超える場合には、 要求値を超えた帯域において集中的に制 振制御するので、 振動を瞬時に抑えることができる。
本発明の （ 1 0 ) では、 制御装置は検出した振動の周波数、 加速 度、 振幅等を記憶させ、 以降の制御側に反映し、 本発明の （ 1 1 ) では、 検岀した振動データを予め記憶しておいたデータと比較して その原因を把握し、 又本発明の （ 1 2 ) では、 比較した結果で原因 を把握し、 その結果を制御側に反映して学習機能を有するので、 制 御の機能がより正確になる。
本発明の （ 1 3 ) においては、 回転体の振動は画転体周囲の複数 の振動センサにより回転体との間の隙間の変位として検出され、 制 御装置へ入力される。 制御装置では振動センサからの変位信号が通 常の振動のない所定の値と比べ、 大きいと制振用コイルの励磁電流 を制御して回転体の振動による変位を吸収する。 この時の制振用コ ィルの制御は、 振動センサからの変位信号の大小に応じて線形、 非 線形の信号を組合せることにより振幅を変化させた信号を出力し、 この出力信号で制振用コイルを制御する。 このような制御により、 振動を最適に収束させることができる。
本発明の （ 1 4 ) では、 回転体の両端の軸受が磁気軸受であり、 この磁気軸受のコイルが軸受として機能すると共に、 制振用コイル としても機能し、 回転体の制振システムの構造が簡素化されると共 に、 画転体の両端において振動を最適に収束させることができる。 本発明の （ 1 5 ) では、 制振用コイルが複数個に分割され、 又、 本発明の （ 1 6 ) でも磁気軸受のコイルが複数に分割されているの で、 回転体の振動による変位が最も大きな個所に対応するコイルの 励磁を効果的に制御し、 画転体の振動をより効果的に吸収すること ができる。
本発明の （ 1 7 ) では、 制御装置は振動センサの振動信号から時 間的変化率、 変化の傾きをそれぞれ算定し、 これら変化率の大きさ、 傾きの大きさに対応して制振用コイルの励磁を制御するので、 より 精度の高い制振が可能となる。
本発明の （ 1 8 ) においては、 回転軸を支持する軸受は両端にそ れぞれ能動制振を行う制振用の磁気軸受と、 位置保持を行うバイァ ス用磁気蚰受から構成されているので、 バイァス用磁気軸受は画転 軸を中心に位置させるように磁気力で回転軸を保持する。 制振用の 磁気蚰受は画転軸に振動が発生すると、 まず、 バイアス用磁気軸受 の位置保持力を弱めるような磁力を発生してバイアス用磁気軸受が 発生している位置保持力を所定量弱め、 位置保持力を緩和するよう に制御する。 同時に振勖を吸収するような能勣制振の制御を行うの で、 微小な振動が生じてもバイアス用磁気蚰受の固い支持力で振動 を外部へ伝播するようなことがなく、 制振も効果的になされる。 本発明の （ 1 9 ) においては、 回転軸両端の各磁気軸受は、 バイ ァス用磁気蚰受を挟んで両側に制振用磁気軸受を配列して構成され るので、 上記 （ 1 8 ) の発明と同様に回転軸に発生する振動をケ一 シングの外部へ伝播させずに制振を効果的に行うことができ、 更に、 制振用の磁気軸受が両端において、 それぞれ 2個がバランス良く配 置されているので、 より効果的な制振が可能となる。
本発明の （2 0 ) においては、 画転軸両端の磁気軸受は、 制振用 磁気軸受を挟んで両側にバイアス用磁気軸受を配列して構成するの で、 上記 （ 1 8 ) の発明と同様に回転軸に発生する振動をケ一,シン グの外部へ伝播させずに制振を効果的に行うことができ、 更に、 バ ィァス用磁気軸受が両端において、 それぞれ 2俪がバランス良く配 置されておるので、 HI転軸の位置保持が正確になされると共に、 よ り効果的な制振がなされる。
本発明の （2 1 ) では、 バイアス用磁気軸受は、 制振用の磁気軸 受が制振制御を行っている間は、 回転軸の位置保持力を所定量だけ, 弱めるように励磁電流を制御し、 バイアス用磁気軸受の画転軸の位 置保持力を緩和する。 そのために回転軸の振動はバイァス用磁気蚰 受において自由度が高まり、 振動がバイァス用磁気軸受を介してケ 一シングへ伝播されることがなく、 この振動は制振用の軸受により 効果的に制振される。
本発明の （ 2 2 ) においては、 回転軸は磁気軸受に加えて、 両端 がパネ支持機構により支持されているので、 磁気軸受に電力が付加 されていない状態でも、 画転軸は軸受部の中心位置に保持される。 又、 バネ支持機構のバネ支持力は、 磁気軸受による回転軸の支持力 よりも小さく設定し、 気軸受に電力が付加されず磁気軸受の支持 力がない時には面転軸を中心に保持するための最小値の支持力を有 するように設定される。 従って、 回転軸に発生した振動はパネ機構 を介してケ一シング側へ伝播されることがなく、 この振動は磁気轔 受によって効果的に吸収される。
本発明の （2 3 ) では、 パネ支持機構はべァリングを有する本体 と、 同本体をケーシング側へ支持する複数のパネから構成され、 又、 本発明の （2 4 ) では、 同本体の外周囲とケーシング側とを連結す る弾性材料からなる部材とから構成されるので、 バネ支持機構が簡 単な構成で実現できる。 なお、 この弾性材料は、 塑性材料又は弾塑 性材料でも良く、 又、 流体材料による支持、 流体ベアリングでも良 い。 .
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の第 1形態に係る微小重力回転装置の支持 機構を示し、 （a) は側面図、 （b) は （a) の A— A矢視図、 (c) は （a) の B— B断面図である。
図 2は、 本発明の実施の第 1形態に係る微小重力回転装置の支持 機構の制御系統図である。
図 3は、 本発明の実施の第 1形態に係る微小重力回転装置の支持 機構の制御フローチヤ一トである。
図 4は、 本発明の実施の第 2形態に係る微小重力回転装置の支持 機構の側面図である。
図 5は、 本発明の実施の第 1、 第 2形態に係る微小重力回転装置 の支持機構の制振の効果を示し、 （a) は単一の固有振動パターン の制振を、 （b) は固有振動パターンが変化する場合の制振を、 そ れぞれ示す。
図 6は、 本発明の実施の第 3形態に係る微小重力回転装置の支持 機構のアクティブ制振システムを示し、 （a) は側面図、 （b) は (a) における C一 C断面図、 （c) は （a) における D— D断面 図である。
図 7は、 本発明の実施の第 3形態に係る制御の系統図である。 図 8は、 本発明の実施の第 3形態に係る振動制御部のコイルの励 磁のパターンを示し、 （a) ， (b) は線形、 非線形のパターンを 組合せた例、 （c) は非線形部のみのパターンを、 それぞれ示す。 図 9は、 本発明の実施の第 4形態に係る制御の系統図である。 図 1 0は、 本発明の実施の第 5形態に係る微小重力画転装置の支 持機構を示す内部の断面図である。
図 1 1は、 図 1 0に示す断面図で、 （a ) は E— E , ( b ) F— F断面図である。
図 1 2は、 本発明の実施の第 5形態に係る微小重力面転装置の支 持機構の制振機能を示す信号のタイミング図であり、 （a ) はバイ ァス用磁気軸受を制御しない方法、 （b ) はバイアス用磁気軸受を 制御する方法を、 それぞれ示す。
図 1 3は、 本発明の実施の第 6形態に係る微小重力面転装置の支 持機構を示す内部の断面図である。
図 1 4は、 本発明の実施の第 7形態に係る微小重力画転装置の支 持機構を示す内部の断面図である。
図 1 5は、 本発明の実施の第 8形態に係る微小重力画転装置の支 持構造を適用した回転装置の内部の断面図である。
図 1 6は、 図 1 5における G— G断面図である。
図 1 7は、 図 1 5における H— H断面図である。
図 1 8は、 本発明の実施の第 9形態に係る微小重力面転装置の支 持構造を示し、 （ a ) は図 1 5における G— G断面図に相当する図、 ( b ) は （a ) における J一 J断面図である。
図 1 9は、 本発明の実施の第 9形態に係る微小重力回転装置の支 持構造を示し、 図 1 5における H— H断面図に相当する図である。 図 2 0は、 宇宙における画転式実験装置の平面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面に基いて具体的に説明す る。 図 1は本発明の実施の第 1形態に係る微小重力画転装置の支持 機構を示し、 （a ) は側面図、 （b ) は （a ) における A— A矢視 図、 （ c ) は B— B断面図である。 （ a ) 図において 1 0は画転体 全体を収納するケーシングであり、 ケーシング 1 0には上下に凹部 1 0 a, 1 0 bが設けられている。 上下の凹部 1 0 a， 1 0 b内の 周囲には磁気軸受 1 1, 1 2が配設されている。 , 磁気軸受 1 1 , 1 2は、 それぞれ凹部 1 0 a, 1 0 b内の周囲に 励磁用のコイル 1 , 2を配設して磁気軸受を構成している。 3, 4 はそれぞれ凹部 1 0 a, 1 O b内のコイル 1 , 2の内側に配設され た振動センサであり、 後述するように回転軸 3 0との間のギャップ の変位を検出し、 この変位より回転軸 3 0の、振動が検出できるもの である。 振動センサ 3, 4は （ c ) 図に示すように周囲に対称に 4 個が配置され、 ±X, 土 Y方向の画転軸 3 0の振動変位を検出する 構成である。 又、 後述するように、 回転軸 3 0の軸方向の ± Z方向 の変位も検出することができる構成とすることもできる。 なお、 上 記の振動センサ 3 > 4は、 ケーシング 1 0側のみならず、 回転軸 1 0に取付けるようにしても良く、 又画転軸 1 0側にのみ取付けるよ うにしても良い。
3 0は前記した回転軸であり、 両端がそれぞれ凹部 1 0 a, 1 0 b内に配置され、 四部 1 0 b内でモータ 1 3に連結し、 磁気軸受 1 1, 1 2で両端部が軸支される。 従って、 回転軸 3 0はコイル 1 , 2とは、 それぞれ所定の隙間を保って磁気力により空間部に支持さ れモータ 1 3で画転される。 回転軸の周囲には （ b ) 図にも示すよ うに、 X， Y軸方向に 4本のアーム 24，· 2 5, 2 6, 27で固定 され、 水平に伸び先端には実験ボックスや容器 （以下、 実験ボック スと称する） 2 0, 2 1 , 2 2, 23が取付けられている。 なお、 回転軸 3 0は永久磁石か、 または励磁コイルのみから構成 して磁力の反発力又は吸引力により支持するようにしてもよし、 又、 磁気軸受は両端部ではなく、 いずれか一端のみに設けるようにする こともできる。
このような構成の画転体において、 実験ボックス 2 0〜2 3内に は実験対象となる物体、 即ち、 植物や動物、 等が入れられ、 モータ 1 3を駆動することにより宇宙環境において低速回転させて宇宙で の植物の成長状況や動物の生存状況を観察する実験がなされる。 実 験ボックス 2 0〜2 3には、 このように形状、 大きさ、 重さの異な る実験物が収納されるため、 画転すると実験ボックス 2 0〜2 3間 の重さのアンバランスにより発生する加速度に差が生じ、 ボックス 間で振動が発生する。 この振動はアーム 2 4〜2 7を伝わって画転 軸 3 0を振動させ、 この振動は軸受部からケ一シング 1 0に伝わり、 外部の環境に伝播され、 周囲に悪影響を及ぼすことになる。
そこで上記の実施の第 1形態では、 画転軸 3 0の軸受は磁気軸受
1 1 , 1 2として回転軸 3 0はケ一シング 1 0の支持部には接触せ ず、 磁力により支持する構成とし、 回転軸 3 0に振動が発生すると、 その振動は画転蚰 3 0両端周囲の X , Y軸に配置した 4個の振動セ ンサ 3 , 4で検出する。 振動センサ 3 , 4では、 後述するように、 回転軸 3 0とセンサ間の振動によるギヤップの変動を検出して制御 装置へ入力し、 制御装置でばギャップが小さくなると、 このギヤツ プを元の隙間に戻すように対応するコィル 1 , 2の位置の電流を制 御し、 振動を能動的に吸収するように制御するものである。
コイル 1 , 2としては、 図示省略するが、 例えば、 コイルを独立 した 4個の卷線を、 それぞれ X軸， Y軸の 4方向へ磁気力が作用す るように配設しておき、 回転軸 3 0の傾きによる変位に応じて変位 が大きく、 コイルとのギャップの変動が一番大きい個所のコイルの 励磁を制御し、 回転蚰 3 0との反発力、 もしくは吸引力を調整し、 振動による変位を吸収するような構成とする。
図 2は制御の系統図であり、 画転軸 3 0上端周囲に配設された振 動センサ 3 a， 3 b , 3 c , 3 d及び下端の振動センサ 4 a , 4 b ? 4 c , 4 dからの各検出信号は制御装置 1 4へ入力される。 制御装 置 1 4はモータ 1 3を駆動ざせると共に、 各振動センサ 3， 4の X , Y軸 4方向の回転軸端の振動に伴う変位を監視し、 センサと回転軸 間のギャップが小さくなるか又は大きくなると X , Y軸の対称する 個所のコイル 2 , 3の巻線の励磁電流を制御し、 この簡の回転軸 3 0とコィル間の反発力又は吸引力を強めギャツプを元の位置へ戻す ように作動させる。
1 5は記憶装置であり、 予め振動周波数に対するスぺク トル、 振 幅又は加速度の要求値のパターンがデータとして記憶されており、 制御装置 1 4では、 振動センサ 3 , 4からの回転軸 3 0の振動を監 視するに当り、 この要求値と比較し、 回転軸が変位し、 振動が大き くなり、 かつ要求値を超える突出した振動であると、 コイルの励磁 電流を制御して振動を吸収し、 回転軸 3 0の振動が要求値¾下とな るように絶えず制御する。
又、 要求値と比較することにより、 振動特性を把握して学習し、 自己の保有する制御則に反映し、 制御能力を向上させることもでき る。
図 3は制御装置 1 4で行う制御のフローチャートである。 図にお いて、 回転体が画転を開始すると、 ステップ S 1で、 まず各振動セ ンサ 3 > 4からの検出信号を取込み、 S 2において記憶装置 1 5か ら要求値のデータを取込んで検出値と比較することにより回転軸 3 0の振動の監視を行う。
S 3において、 各検出した振動は要求値を超えているか否かを調 ベ、 要求値以内の微少な振動であれば S 1へ戻り、 再度各振動セン サからの検出信号の監視を行う。 S 3において、 振動が要求値を超 えた振動であれば S 4へ進み、 要求値を超えている振動が発生して いる振動センサと同じ位置のコイルの巻線の電流を制櫛し、 振動に より変位している回転軸とのギヤップを正常な位置となるように電 磁力を調整し、 振動を吸収する。 次に、 S 5において画転が継続で あれば、 S 1へ戻って再び同様の制御を行い、 S 5において画転が 終了であれば制御を終了する。
図 4は本発明の実施の第 2形態に係る微小重力画転装置の支持機 構の側面図で回転軸の片側のみ示した図である。 図において、 ケ一 シング 1 0の上下には凹部 1 0 a、 1 0 b (下側 1 0 bは図示省略） が形成され、 画転軸 3 0の端部が挿入され、 図 1と同じく磁気軸受 で支持されている。 又、 凹部 1 0 aには回転軸 3 0の端面と対向し て振動センサ 5が取付けられている。 又、 回転軸 3 0の途中には R 形の固定-板 3 0 aが取り付けられ、 その両側には所定の隙間を保つ てコイル 7がケ一シング側に取り付けられている。 その他の構成は 図 1に示す実施の第 1形態と同じであるので詳しい説明は省略する。 なお、 上記に説明の固定板 3 0 aを永久磁石または励磁コイルの みから構成し、 磁力の反発力又は吸引力によりコイル 7との反発力 を強めるようにしても良い。
上記構成において、 回転軸 3 0の ± X , 土 Y方向の振動に伴う変 位は振動センサ 3、 4で検出され、 制御装置へ入力され、 図 1、.図 2に示す実施の第 1形態と同様に変位を無くするようにコイル 1.、 2の励磁が制御されて回転軸 30の ±X、 土 Y方向の振動が反映さ れる。
本実施の第 2形態では、 この構成に加えて回転軸 30の軸方向、 即ち、 土 Z方向の変位が振動センサ 5により検出され、 制御装置へ 入力され、 制御装置は Z方向の変位をなくするようにコイル 7の励 磁を制御し、 振動を吸収する。 ±X, 土 Y方向の振動に伴う変位は 振動センサ 3、 4及びセンサ 5で検知し、 上記のように 3次元方向 の振動が精度良く制振することができる。 なお、 制御装置について は図 2に示す構威と同様であるので、 図示省略する。
図 5は上記に説明の実施の第 1〜第 2形態における振動の要求値 と制振効果を示す図であり、 （ a ) 図は単一の固有値 （X) の固有 振動のみを有する画転軸 30の振動の場合の例であり、 要求値 （Y) に対して本発明の磁気軸受を用いた画転装置の支持機構を用いるこ とにより要求値 （Y) 以下の振動 (XA) のように制振される。
( b) 図は固有振勖数のパターンが （Xi ) から （X2 ) に変化 した場合の制振効果を示す。 これは実験ボックス内で植物が成長し たりすることにより実験ボックスの振動特性が変化するような場合 である。 この場合も同様に本発明の画転体振動吸収装置を適用する ことにより、 固有振動 （Χι ) に対しては要求値 （Y) 以下の振動 バタ ン （XA) に、 固有振勖 (Xz ) に対しては要求値 （Y) 以 下の （XB) へ、 それぞれ振勳を吸収し、 制振することができる。 上記に説明の実施の第 1, 第 2形態においては、 磁気軸受を採用 し、 コイルの励磁電流を制御し、 振動を吸収するものであるが、 こ のような制振方法では制振入力を線形又は単純な非線形の入力にお いて実施されており、 かならずしも効果的な制振方法とはならず、 任意に発生する振動モードの変化に対しては制御には跟界があり、 更なる改良が望まれていた。 そこで次に本発明の実施の第 3形態に ついて説明する。
図 6は本発明の実施の第 3形態に係る微小重力回転装置の支持機 構のアクティブ制振システムを示し、 （ a ) は側面図、 （b ) は
( a ) における C— C断面図、 （ c ) は D— D断面図である。 （ a ) 図において、 回転軸 5 0は構造部 6 0に軸受 5 , 2で支持されて、 微 小重力空間において回転する構成である。 なお、 画転軸 5 0は一端 のみ図示しているが、 両端が同様に軸受で支持されている。 回転軸 5 0の周囲には制振用のコィル 1が所定の隙間を保持して支持部 5 1で支持されて取付けられている。 又、 コイル 1の上部周囲には回 転軸 5 0と所定の隙間を保って振動センサ 3が配置され同じく支持 部 5 1で支持されている。
( b ) 図において、 コイル 1は回転軸 5 0の周囲を所定の隙間を 保って取り画み、 又、 コイル 1は後述するように 4個のコイルから 構成され、 回転軸の振動による変位を磁気力により吸収する構成で ある。 又、 （ c ) 図において、 回転軸 5 0の周囲には 4個の振動セ ンサ 3 a , 3 b , 3 c , 3 dが所定の隙間を保って ± X , 士 Y方向 に均等に配置されている。 振動センサ 3 a〜3 dは回転軸 5 0が振 動して変位すると、 回転軸周囲と振動センサ 3との隙間が変化する ので、 その隙間の変化を検出し、 全周囲で 4個所における回転軸の 位置変化から振動方向も検出する。
図 7は上記図 6の構成の実施の第 3形態における制御の系統図で ある。 図において、 回転軸 5 0周囲の 4個所の振動センサ 3 a , 3 b , 3 c , 3 dからの回転軸 5 0の 動の検出信号は、 制御装置 4 0の制御部 4 3へ取込まれる。 制御部 4 3では、 振動のない時の画 転軸 5 0と振動センサ 3との基準値と検出された各センサからの値 とを比較し、 4個の振動センサ 3のうち、 どのセンサからの信号の 変化が最も大きいかを判定する。 即ち、 回転軸 5 0とセンサとの隙 間が最も小さいセンサを選び、 そのセンサの位置と同じ位置にある コイルに励磁電流を流して回転軸 5 0に反発力を強め、 回転軸 5 0 の変位を抑える。 なお、 センサからの信号の変位が最も大きい場合 には、 隙間が最も大きくなるセンサの位置で判定するが、 隙間の最 も小さい場合とは逆に、 その位置での制振用のコイルの吸引力を強 めて回転軸 5 0の位置を正常な位置へ戻し、 振動を吸収する。
又、 前記制御装置 4 0では、 検出信号と基準値と比較する場合に、 センサからの検出信号の時間的変化率、 変化の傾きを求め、 これら の結果に基いて振動を判定するようにしても良い。
制御部 4 3は励磁するコィルを判定すると、 次に隙間の基準値か らの差位の大きさを判定し、 その変位の大きさに応じて図 8で示す ように線形振動制御部 4 1と非線形振動制御部 4 2との出力を組合 せてコイル （A ) , ( B ) , ( C ) , ( D ) のいずれかの励磁電流 を制御する。 例えば、 （a ) でば始めは直線状の線形制御とし、 振 動が所定の基準値より大きくなると、 振幅 以上で非線形の曲線 状の信号を出力する。
図 8は制御装置 4 0からのコイルの励磁電流のパターンを示す図 である。 （ a ) 図のパターンは、 コイルへ入力される入力電流の振 幅が までは線形振動制御部 4 1から直線状の線形入力信号を出 力し、 振幅 A t で入力信号 S , 以上からは非線形振動制御部 4 2か ら曲線状の非線形入力信号を出力する。 この非線形の入力信号は、 例えば入力信号 S = a X + a X 2 + a x 3 … ··· a χ Λ ( a、 ηは定 数、 xは振幅） のような非線形波形とする。 この （ a ) 図の場合は 振動の振幅が比較的大きく、 回転軸 5 0とセンサとの隙間の変位が . 所定値より大きく、 低周波の振動の場合に有効で、 非線形部分によ り振動を急激に低減させる場合に適用される。
( b ) 図では入力信号の振幅が （ a ) 図の場合よりも小さい （A , > A 2 ) 場合であり、 振幅 A 2 までは線形振動制御部 4 1により コイルへの入力信号を出力し、 辰幅が 、 入力信号 S 2 以上では 非線形振動制御部 4 2によりコイルへの人力信号を出力する。 この ( b ) 図では上記 （a ) の場合よりも振勳の振幅が小さい場合に適 用される。
( c ) 図では非線形振動制御部 4 2のみの出力であり、 この場合 にはコィルの入力信号を急激に立上げて振動を急激に制振するもの であり、 比較的周波数の高い振動に対して有効な入力信号となる。 本実施の第 3形態においては、 振動センサ 3からの回転軸 5 0の 振動変位信号を制御装置 4 0に取込み、 制御部 4 3において振動セ ンサからの変位信号の大きさを基準値と比較して、 その大きさに応 じて線形振動、 非線形振動制御部 4 1 , 4 2からの出力を組合せ振 幅を変化させてコイル 1の入力信号を出力し、 コイル 1の励磁電流 を制櫛するので、 効果的な制振がなされ、 宇宙における微小重力環 境での回転体 5 0の振動が制振されて他の環境へ与える影響を防ぐ ことができる。
なお、 制御装置 4 0では、 振勳センサ 3からの信号を取込み、 振 動の所定'時間内の変化率を求め、 更に変化の傾きの大小を算定し、 これら量算定値から、 或いはこれら算定値の 1つからその大きさを 判定し、 その大きさに応じて励磁電流を制御するようにしてもよい。 例えば、 変化率や変化の傾きが所定の値と比較して大きいと、 振動 数が大きく、 小さいと比較的ゆるやかな振動であることが判定でき る。
次に、 図 9は本発明の実施の第 4形態に係る微小重力回転装置の 支持機構の制御系統図であり、 図 1に示す実施の第 1形態の面転装 置に図 7に示すァクティブ制振システムを適用した例である。
本実施の第 4形態では、 図 1に示す構成と同じく画転軸 3 0の軸 受は磁気軸受 1 1 , 1 2として回転軸 3 0はケ一シング 1 0の支持 部には接触せず、 図示していない電源から供給される電流による磁 気力により支持する構成とする。 画転軸 3 0に振動が発生すると、 その振動は画転軸 3 0両端周囲の X , Y軸に配置した 4個の振動セ ンサ 3 , 4で検出する。 振動センサ 3 , 4では、 回転軸 3 0とセン サ間の振動による隙間の変勳を検出して制御装置へ入力し、 制御装 置では隙間が小さくなると、 この隙間を元の隙間に戻すように対応 する磁気軸受 1 1 , 1 2内のコイル 1 , 2の位置の電流を制御し、 振動を能動的に吸収するように制御するものである。
コイル 1 , 2としては図 1に示す実施の第 1形態と同じよう 、 コイルを独立した 4個の巻線を、 それぞれ X軸， Y軸の 4方向へ磁 気力が作用するように配設しておき、 画転軸 3 0の傾きによる変位 に応じて変位が大きく、 コィルとの隙間の変動が一番大きい倔所の コイルの励磁を制御し、 回転軸 3 0との反発力、 もしくは吸引力を 調整し、 振勖による変位を吸収するような構成とする。 図 9において、 回転軸 3 0上端周囲に配設された振動センサ 3 a,
3 b, 3 c, 3 d及び下端の振動センサ 4 a , 4 b, 4 c， 4 dか らの各検出信号は制御装置 4 0の制御部 4 3へ入力される。 制御部
4 3では各振動センサ 3, 4の X, Y軸 4方向の回転軸端の振動に 伴う変位を監視し、 センサと画転軸間の隙間が小さくなるか又は大 きくなると X, Y軸の対応する個所のコイル 1 , 2の卷線の励磁電 流を制櫛し、 この間の画転軸 3 0とコイル間の反発力又は吸引力を 強め隙簡を元の位置へ戻すように作動させる。 なお、 コイル 1 , 2 の軸受として作用する励磁電流は図示していない電源より供給され ており、 制御装置 4 0はこの励磁電流に制御用の電流を付加して制 御するものである。
制御部 4 3ではコイル 2を制御する場合には、 隙間の基準値から の差位の大きさを判定し、 その変位の大きさに応じて図 8で示すよ うに線形振動制御部 4 1と非線形振動制御部 4 2との出力を組合せ て振幅を変化させ、 コイル （A) , (B) , (C) , (D) のいず れかの励磁電流を制御する。 励磁電流のパターンは図 8と同じであ るので説明は省略する。
本発明の実施の第 4形態においても、 実施の第 3形態と同様に振 動センサからの変位信号の大きさを基準値と比較して、 その大きさ に応じて線形振動、 非線形振動制御部 4 1 , 42からの出力を組合 せて振幅を変化させコイル 1, 2の入力信号を出力し、 コイル 1， 2の励磁電流を制御するので、 画転式実験装置の効果的な制振がな され、 宇宙における微小重力環境での回転軸 3 0の振動が制振され て他の環境へ与える影響を防ぐことができる。
上記に説明の微小重力画転装置の磁気軸受で制振制御を行う際に は、 磁気軸受で回転軸を支持するバイァス制御と、 能動制振制御を 同時に行っている。 バイアスと能動制振制御を同時に行うと、 微小 な振動を制振する場合に能動制御のため微小電流を通電するが、 こ の場合に能動制御が不可能となることが起こる。 又、 能動制振制御 の励磁電流の制御によってはバイアス能力が失われることも起こり 得る。 バイアス制御では回転軸を中心にセッ トするために、 比較的 強い電力で磁力を調整し、 回転軸のバランスを取っており、 そのた めに磁力による弾性支持力が固い支持力となり、 画転軸の振動が微 小な振動でも、 磁気蚰受を介して振動がケ一シング側へ伝播される ことが起こり、 これらの改良が望まれていた。 そこで、 次に本発明 の実施の第 5形態について説明する。
図 1 0は本発明の実施の第 5形態に係る微小重力回転装置の支持 機構を示す内部の断面図である。 図においてケーシング 1 0内には、 図 1の例と同じく凹部 1 0 a. , 1 0 bが形成され、 凹部 1 0 aには 円筒状の上部固定材 3 1が、 凹部 1 0 bには円筒状の下部固定材 3 2が固定されている。
上部固定材 3 1 には磁気蚰受 1 1、 振動センサ 3が図 1の例と同 じく配設され、 更に、 バイアス用磁気輸受 3 5 a、 スラスト用の磁 気軸受 3 3が取付けられ、 下部固定材 3 2にも振動センサ 4、 バイ ァス用磁気蚰受 3 5 b、 磁気軸受 1 2が、 それぞれ取付けられてい る。 これら各磁気軸受 1 1 , 3 5 a , 3 3で回転軸 3 0の一端部が、 磁気軸受 1 2 , 3 5 bで画転蚰 3 0の他端部が、 それぞれ磁力の作 用により非接触で支持される。 この回転軸 3 0は下部固定材 3 2に 取付けられたモータ 3 4により画転駆動される。
回転軸 3 0には、 図 1で示す例と同様に、 アーム 2 4 , 2 5 , 2 6 , 2 7の一端が放射状に伸びて取付けられ、 他端に実験ボックス 2 0 , 2 1 , 2 2 , 2 3が支持されており、 各実験ボックス 2 0〜 2 3内へは微小重力環境において重力を付加するための対称物が入 れられ、 画転駆勖される。
なお、 上記の例では 4本のァ一ム 2 4〜2 7により 4個の実験ボ ックス 2 0〜2 3を支持する例で説明したが、 アームを 4本以上、 例えば 8本を放射状に配置し、 8個の実験ボックスを配置するよう な構成でも良く、 この個数は実験対象物の種類や大きさ、 等により 適宜設定すれば良いものである。
図 1 1は図 1 0における E— E断面図、 （b ) は F— F断面図で ある。 （ a ) に示すように、 ケ一シング 1 0内には円筒状の上部画 定材 3 1が固定されており、 上部固定材 3 1には円環状の磁気軸受 のコイルが取付けられ、 回転軸 3 0が揷通している。 又、 （ b ) に 示すように、 下部固定材 3 2には、 直交する X— Y座標軸に 4個の 振動センサ 4が取付けられており、 振動センサ 4の下方にはバイァ ス用磁気軸受 3 5 bが配置され、 下部固定材 3 2に取付けられてい る。 なお、 上部固定材 3 1に取付けられる振動センサ 3、 バイアス 用磁気軸受 3 5 aも同様な配置となっている。
上記構成の実施の第 5形態において、 回転蚰 3 0が画転すると、 実験対象物の重量のァンバランスにより回転中に各実験ボックス 2 0〜2 3間に加速度のアンバランスが生じ、 回転軸 3 0が振動しよ うとするが、 この振勖又は変位は、 図 1 , 図 2の例で説明したよう に、 回転軸 3 0両端周囲の X、 Y軸に配置した複数個の振動センサ 3 , 4で検出する。 振動センサ 3， 4では、 後述するように、 回転 軸 3 0の振動や変位を検出して、 その信号を制御装置へ入力し、 制 御装置ではギャップが小さくなると、 このギャップを元の隙間に戻 すように対応するコィル 1， 2の位置の電流を制御し、 振動を能動 的に吸収するように制御するものである。
一方、 画転軸 3 0は、 振動が発生しない時には軸受部とは非接触 で支持する必要があるので、 バイアス用磁気軸受 3 5 a , 3 5 bの コイルへ励磁電流を流し、 回転軸 3 0が常時中心位置を保持するよ うに設定されている。 図 1に示す例では画転軸 3 0を中心に保持す るのは能動制御用の磁気軸受 1 1 , 1 2で能動制御と同時に行って おり、 このためバイアス用の電流で画転軸 3 0が磁気力により強固 な支持となり、 微小な振動でも磁気軸受を介してケ一シング 1 0側 へ振動が伝播したり、 又、 微小な振動の制振が効果的になされなか つた。
本実施の第 5形態では、 まず、 第 1の方法としてバイアス用磁気 軸受 3 5 a , 3 5 bには画転軸 3 0を中心位置へ保持するために、 一定の位置保持用の励磁電流を加えておき、 回転軸 3 0に振動が発 生すると、 能動制振用の磁気軸受 1 1 , 1 2のみを制御し、 バイァ ス用磁気軸受 3 5 a , 3 5 bの振動に対応する個所のコイルの磁気 力を弱めるように制御して位置保持力を弱めて自由度を高め、 振勖 がバイアス用磁気軸受 3 5 a , 3 5 bを介してケーシング 1 0側へ 伝播しないようにする。 同時に、 磁気軸受 1 1 , 1 2は発生した振 動を弱められた位置保持力の状態で、 図 1 , 図 2で説明したように 励磁電流を制御して振勖を吸収する。
次に、 第 2の方法としては、 バイアス用磁気軸受 3 5 a , 3 5 b には位置保持用の電流を加えておき、 画転軸 3 0に振動が発生する と、 まず、 バイアス用磁気軸受 3 5 a , 3 5 bの電流を制御してバ ィァス用磁気軸受 35 a, 35 bによる位置保持力を弱めて自由度 を高めると共に、 同時に能 i¾制振用の磁気軸受 1 1, 1 2で同様に 振動を吸収するような制御を行う。
本実施の第 5形態においては、 上記の第 1の方法によりバイァス 用磁気軸受 35 a, 3 5 bは制振のための制御は行なわず、 位置保 持の作用のみを行い、 能動制振用の磁気軸受 1 1 , 1 2で制振と位 置保持力を弱める両方の作用を行ない、 微小な振動も効果的に制振 してケーシングの外部へ振動を伝播しないようにすることができる。 又、 上記の第 2の方法により、 バイアス用磁気軸受 3 5 a, 35 b により位置保持力を弱める制御を行うと共に、 同時に能動制振用の 磁気軸受 1 1, 1 2により制振の制御のみを行うようにしても、 上 記と同様に外部へ振動を伝播させずに、 微小な振動でも効果的に制 振することができるものである。
図 1 2は上記の制御の状態を示す信号のタイミング図を示し、 磁 気軸受 1 1, 1 2及びバイアス用磁気軸受 35 a, 35 bの複数の コイルのうち、 1つのコイルを代表して示しており、 （a ) は上記 の第 1の方法、 （b) は第 2の方法の例である。 （a ) において、 ( 1 ) は画転軸 30に生じた振動波形であり、 So は基準値を示し ている。 （2 ) はバイアス用磁気軸受 35 a, 35 bに加えられる 位置保持用の電流であり、 （3 ) は能動制御用の磁気軸受 1 1 , 1 2に加えられる位置保持力を緩和するための電流であり、 振動が基 準値 So を超える間出力される。 (4 ) は同じく磁気軸受 1 1 , 1 2に加えられる能動制振用の電流で、 同じく振動 （ 1 ) が基準値 S 0 を超える間に出力される。 このように （a ) の方法では、 バイァ ス用磁気軸受 35 a, 35 bは常時位置保持用の電流 （ 2 ) を加え ておき、 磁気軸受 1 1 , 1 2に位置保持緩和用の電流 （ 3 ) 及び能 動制振用の電流 （ 4 ) を加え、 （ 5 ) に示すように振動 （ 1 ) が基 準値 S o を超えると、 磁気軸受 1 1 2が位置保持力を弱めると 共に、 制振を行い、 振動 （ 1う を基準値以内に抑えるようにする。
( b ) は第 2の方法であり、 （ 1 ) の振動に対し、 碁準値 S o を 超えると、 超えた間はバイアス用磁気軸受 3 5 a , 3 5 bには常時 加えられる位置保持の電流を減少させ、 この部分の位置保持力を緩 和するように制御される。 この状態で、 磁気軸受 1 1 , 1 2には能 動制振用の電流 （ 4 ) が加えられ、 （ 5 ) に示すように基準値 S o を超えた間の振動を抑えることができる。
図 1 3は本発明の実施の第 6形態に係る微小重力画転装置の支持 機構を示す内部の断面図である。 図において、 本実施の第 6形態に おいては、 図 1 0に示す実施の第 5形態の回転蚰 3 0の蚰受支持構 造の構成に加え、 更に能動制振を行う磁気軸受 3 6 a , 3 6 bを追 加した構成であり、 その他の構成は図 1 0に示す実施の第 5形態と 同じであるので詳しい説明は省赂する。
即ち、 図 1 3において、 回転軸 3 0の一端にはバイアス用磁気軸 受 3 5 aを挟んで能動制振用の磁気軸受 1 1と磁気軸受 3 6 aが配 置され、 他端にはバイアス用磁気軸受 3 5 bを挟んで能動制振用の 磁気軸受 1 2と磁気軸受 3 6 bが配置されている。 バイアス用磁気 軸受 3 5 a , 3 5 は画転軸 3 0の位置保持の機能を有し、 磁気軸 受 1 1と 3 6 aは両方で回転軸 3 0の一端の能動制振の機能を有し、 磁気軸受 1 2と 3 6 bは両方で回転軸 3 0の他端の能動制振の機能 を有するものである。 その具体的作用は図 2で説明した內容がその まま適用されるので、 詳しい説明は省略する。 上記に説明した実施の第 6形態にお .、ては、 バイアス用磁気軸受 3 5 a , 3 5 bの両側には同じ機能を有する能動制振用の磁気輪受 1 1と 3 6 a、 及び 1 2と 3 6 bとがそれぞれ配置されているので、 画転軸 3 0の制振制御のバランスが取れ、 実施の第 5形態と比べて 高精度な制御を可能とするものである。
図 1 4は本発明の実施の第 7形態に係る微小重力回転装置の支持 機構を示す内部の断面図である。 図において、 本実施の第 7形態に おいては、 図 1 0に示す実 の第 5形態の回転蚰 3 0の軸受支持構 造の構成に加え、 更に、 回転軸 3 0の位置保持を行うバイアス用磁 気軸受を追加した構成であり、 その他の構成は図 1 0に示す実施の 第 5形態と同じであるので詳しい説明は省赂する。
即ち、 図 1 4において、 回転軸 3 0の一端には能動制振用の磁気 軸受 1 1を挟んでバイアス用磁気軸受 3 5 cとバイアス用磁気軸受 3 5 dが配置され、 他端には能動制振用の磁気軸受 1 2を挟んでバ ィァス用磁気軸受 3 5 eと磁気軸受 3 5 f が配置されている。 バイ ァス用磁気軸受 3 5 c〜3 5 f は、 それぞれの端部において両方で 回転軸 3 0の位置保持の機能を有し、 磁気軸受 1 1は回転軸 3 0の 一端の能動制振の機能を有し、 磁気軸受 1 2は回転軸 3 0の他端の 能動制振の機能を有するものである。 その具体的作用は図 7で説明 した内容がそのまま適用されるので、 詳しい説明は省略する。
上記に説明した実施の第 7形態においては、 能動制振用の磁気軸 受 1 1 , 1 2の両側には同じ機能を有する回転軸 3 0の位置保持用 の磁気軸受 3 5 cと 3 5 d、 及び 3 5 eと 3 5 ίとがそれぞれ配置 されているので、 画転軸 3 0の制振制御及び位置保持のバランスが 取れ、 実施の第 5形態と比べて高精度な制御を可能とするものであ る。
上記に説明した実施の第 1〜第 5形態の微小重力回転装置では、 画転軸には画転中に実験ボツクス內の実験対象物の重量のァンバラ ンスにより生ずる振動が発生するが、 この振動を効果的に吸収でき るようになった。 しかし、 このような画転装置の磁気軸受は、 回転 軸を非作動時にも宙に浮いた状態で周囲とは非接触で支持すること が^要であり、 画転軸の初期状態によっては画転装置を起動して磁 気軸受に電力が付加されると、 起動時に衝撃が発生し、 画転軸が周 囲に強く接触し、 又、 強い振動が外部へ伝播されるようなことが発 生する可能性がある。 そこで、 次に、 本発明の実施の第 8形態につ いて説明する。
図 1 5は本発明の実施の第 8形態に係る微小重力回転装置の支持 構造を適用した回転装置の内部側面図である。 図においてケーシン グ 1 0内には凹部 1 0 a , 1 0 bが形成されており、 一方の CO部 1 0 a内には円筒状の上部固定材 3 1が取付けられている。 又、 他方 の凹部 1 0 b内には同じく円筒状の下部固定材 3 2が取付けられて いる。
上部固定材 3 1には、 振動センサ 3、 磁気軸受 1 1、 スラスト用 磁気軸受 3 3が、 それぞれ取付けられている。 又、 下部固定材 3 2 には、 モータ 3 4、 磁気軸受 1 2、 振動センサ 4が、 それぞれ取付 けられている。 又、 後述するように、 上部、 下部固定材 3 1 , 3 2 にばバネ支持機構 3 5 a , 3 5 bのパネが取付けられている。 なお、 振動センサ 3 , 4は図 1 ( c ) の例と同様な配置である。
回転軸 3 0は上部、 下部固定材 3 1 , 3 2の中心と同一軸芯とな るように配設されており、 一端部が磁気軸受 1 1、 スラスト用磁気 軸受 3 3で支持されると共に、 更にパネ支持機構 1 3 5 aにより上 部固定材 3 1に弾性支持されている。 又、 回転軸 3 0の他端は磁気 軸受 1 2で支持されると共に、 バネ支持機構 1 3 5 bにより下部固 定材 3 2に弾性支持されている。
回転軸 3 0は上記のように軸支されると無に、 下部固定材 3 2に 取付けられたモータ 3 4により回転駆動される。 回転軸 3 0には、 図 1の例と同様に 4本のアーム 2 4〜2 7の一端が取付けられ、 放 射状に伸びて他端にはそれぞれ重力を付加する実験対象物を入れる 実験ボックス 2 0〜2 3が取付けられている。
図 1 6は図 1 5における G— G断面図であり、 一方のパネ支持機 構を示している。 図において、 ケーシング 1 0には円筒形状の上部 固定材 3 1が取付けられており、 画転軸 3 0が中心に配設されバネ 支持機構 1 3 5 aで支持されている。 バネ支持機構 1 3 5 aはリン グ状の支持機構本体 1 3 6 a内にベアリング 1 3 8 aを配設して画 転軸 3 0を軸支しており、 支持機構本体 1 3 6 aは周囲が 4ケ所で パネ 1 3 7 aで上部固定材 3 1の内周面へ支持されている。 従って、 回転軸 3 0は回転自在にバネ支持機構 1 3 5 aによって蚰支される と共に、 バネ 1 3 7 aによって周囲に弾性的に移動自在に支持され ている。
なお、 バネ支持機構 1 3 5 aのバネ 1 3 7 aのバネ定数は回転軸
3 0を非画転時に磁気軸受 1 1 , 1 2 , 3 3の中心位置へ支持でき る最低限の小さな値のバネとし、 磁気軸受 1 1 , 1 2の画転軸 3 0 の支持力よりも、 その支持力を小さく設定され、 回転軸 3 0が振動 した際に、 その振動がバネ 1 3 7 aを介してケ一シング 1 0側へ伝 播されないように弱いバネ支持力のものを採用する必要がある。 図 1 7は図 1 5における H— H断面図であり、 他方のパネ支持機 構を示している。 図において、 ケーシング 1 0には下部固定材 3 2 が取付けられており、 回転軸 3 0が中心に配設されバネ支持機構 1 3 5 bで支持されている。 バネ支持機構 1 3 5 bはリング状の支持 機構本体 1 3 6 b内にベアリング 1 3 8 bを配設して回転軸 3 0を 軸支しており、 支持機構本体 1 3 6 bは周西が 4ケ所でパネ 1 3 7 bで下部固定材 3 2の內周面へ支持されている。 従って、 回転軸 3 0は画転自在にパネ支持機構 1 3 5 bによって軸支されると共に、 パネ 1 3 7 bによって周囲に弾性的に移動自在に支持されている。 なお、 バネ 1 3 7 bのバネ定数については、 上記したようにバネ 1 3 7 aのパネと同じく磁気蚰受 1 1 , 1 2よりは小さく設定される。 上記の実施の第 8形態における画転装置において、 回転中に実験 対象物の重量のァンバランスにより回転軸 3 0に振動が生ずると、 回転軸 3 0の振動は振動センサ 3 , 4により検出され、 図 2に示す ように制御装置 1 4へ入力され、 図 1 , 図 2に示す装置と同様の作 用により磁気軸受 1 1 , 1 2により効果的に吸収される。
又、 回転軸 3 0が非駆動時には、 パネ支持機構 1 3 5 a , 1 3 5 bが回転軸 3 0の両端を弱いバネ支持力により軸受部の中心に支持 しており、 起動時に磁気軸受 1 1 , 1 2 , 3 3へ電力を投入したと しても、 磁気軸受の制御がスムーズになされ、 起動時の衝撃が画転 軸 3 0へ与える影響も最小限へ抑えることができる。
図 1 8は本発明の実施の第 9形態に係る微小重力面転装置の支持 構造を示し、 （ a ) は図 1 5の G— G断面図に相当する図、 （ b ) は （a ) の J— J断面図であり、 図 1 9は図 1 5における H— H断 面図に相当する図である。 図 1 8において、 本実施の第 9形態にお いては、 バネ 1 3 7 a , 1 3 7 bで支持機構本体 1 3 5 a， 1 3 5 bを支持する構造に代えて、 弾性材料 1 4 0 a , 1 4 0 bで支持機 構本体 1 3 5 a , 1 3 5 bを支持する構造としたものであり、 その 他の構成は図 1 5〜図 1 7に示す実施の第 8形態と同じであり、 同 様の作用で同じ効果が得られるものである。
即ち、 図 1 8において、 パネ支持機構 1 4 5 aはベアリング 1 3 8 a、 支持機構本体 1 3 6 a及び弾性材料 1 4 0 aからなり、 画転 軸 3 0はべァリング 1 3 8 aを有する支持機構本体 1 3 6 aで支持 されており、 支持機構本体 1 3 6 aは周画がリング状の弾性材料 1 4 0 aで上部固定材 3 1に支持されている。 弾性材料 1 4 0 aとし ては、 ゴム、 スポンジやウレタン材料、 等の弾性力を有する材料か らなり、 実施の第 8形態のパネ 1 3 7 aと同じく、 そのパネ定数を 小さく してバネ支持力を弱くして画転軸 3 0を支持している。 図 1 9はパネ支持機構 1 4 5 bを示し、 上記のパネ支持機構 1 4 5 aと同様に、 ベアリング 1 3 8 b、 支持機構 1 3 6 b及び弾性材 料 1 4 0 bからなり、 回転軸 3 0はべァリング 1 3 8 bを有する支 持機構本体 1 3 6 bで支持されており、 支持機構本体 1 3 6 bは周 囲がリ ング扰の弾性材料 1 4 0 bで下部固定材 3 2に支持されてい る。 弾性材料 1 4 0 bとしては、 上記の 1 4 0 aと同様にゴム、 ス ポンジやウレタン材料、 等の弾性力を有する材料からなり、 実施の 第 8形態のバネ 1 3 7 bと同じく、 そのバネ定数を小さくしてパネ 支持力を弱くして回転軸 3 0を支持している。
上記に説明の弾性材料は、 ゴムやスポンジ、 等の材料の他に、 塑 性材料、 弾塑性材料でも良く、 又、 流体材料による支持、 流体ベア リング、 等も含まれるものである。 なお、 上 ΐ己の実施の第 8 , 第 9形態において、 回転装置は 4本の アーム 2 4〜2 7、 4個の実験ボックス 2 0〜2 3の例で説明した が、 本発明の微小重力画転装置の回転軸バネ支持構造は 4個以上の 実験ボックス、 例えば画転軸に 8本のアームを放射状に取付けて、 8個のボックスを配置するような回転装置へ適用しても同様の効果 が得られるものである。
又、 上記の実施の第 1〜第 9形態における振動センサ 3 , 4はギ ヤップセンサや変位センサ、 光学センサ、 レーザ変位計、 等、 回転 軸の振動が検出できるものであれば、 いずれのものでも良い。
産業上の利用可能性
本発明の微小重力回転装置の支持機構は、 （ 1 ) の発明では、 ボ 'ンクス内の物体は、 例えば植物や動物、 等が入れられる場合があり、 各ボックスにおいてそれら重量はアンバランスであり、 回転体が回 転すると加速度に差が生じ振動が発生する。 この振動は、 制御装置 が軸受の回転軸の位置保持力を調整し、 回転軸の振動に伴う変位を 抑えて吸収するので、 ボックス、 アーム、 画転軸からなる画転体の 振動を最小限に抑えることができる。
( 2 ) の発明では、 ボックス内に搭載するもの又はシステムのァ ンバランスにより回転軸が振動すると、 その振動は回転軸周囲に近 接して配設された振動センサにより変位として検出され、 制櫛装置 へ入力される。 制御装置ではこの変位の信号から回転軸の振動を検 出し、 その振動を減少させるように磁気軸受のコィルの励磁電流を 制御し、 振動を吸収する。 従って、 回転軸から軸受を介して宇宙空 間周囲の環境へ伝播される振動は磁気軸受で阻止されることはもち ろん、 その振動も吸収される。 本発明の （3 ) では、 振動センサがケーシング側のみならず、 画 転軸にも取付けられており、 又、 本発明の （ 4 ) では、 振動センサ に加え、 更に、 ギャップセンサや変位センサが、 又、 本発明の （5 ) では光学センサゃレーザ変位計が取り付けられるので、 画転軸の振 動の検出がより高精度になされる。
又、 本発明の （6 ) では、 上記 （ 4 ) の発明において、 振動セン サをなくしてギヤップセンサ又は変位センサのみで振動を検出する 構成とし、 使用目的や実験ボックス内の収納物に応じてセンサの構 成を簡赂化することができる。
本発明の （7 ) では、 制御装置は回転軸の振動を検出すると、 予 め設定してある画転装置として振動を抑えるべき要求値と比較し、 その要求値以下となるように振動を低滅させるようにコィルの励磁 電流を制御するので画転体の振動を確実に低減させることができ、 宇宙空間での他の機器へ及ぼす影響をなくすることができる。
本発明の （ 8 ) では、 制御装置はギャップ、 光学、 レ一ザ又は変 位センサにより検知した変位から振動を検出し、 振動のスぺク トル を設定した要求値と比較し、 同要求値以下に振動を抑えるように制 御し、 又、 本発明の （9 ) では、 検知した振動の加速度又は振幅が 要求値を超える場合には、 要求値を超えた帚域において集中的に制 振制御するので、 振勖を瞬時に抑えることができる。
本発明の （ 1 0 ) では、 制御装置は検出した振動の周波数、 加速 度、 振幅等を記憶させ、 以降の制御側に反映し、 本発明の （ 1 1 ) では、 検出した振動データを予め記憶しておいたデータと比較して その原因を把握し、 又本発明の （ 1 2 ) では、 比較した結果で原因 を把握し、 その結果を制御側に反映して学習機能を有するので、 制 御の機能がより正確になる。
本発明の （ 1 3 ) では、 制振用コイルの制御は、 振動センサから の変位信号の大小に応じて線形、 非線形の信号を組合せることによ り振幅を変化させた信号を岀力し、 この出力信号で制振用コイルを 制御する。 このような制御により、 振動を最適に収束させることが できる。
本発明の （ 1 4 ) では、 回転体の両端の軸受が磁気軸受であり、 この磁気軸受のコィルが軸受として機能すると共に、 制振用コイル としても機能し、 回転体の制振システムの構造が簡素化されると共 に、 画転体の両端において振動を最適に収束させることができる。 本発明の （ 1 5 ) 、 ( 1 6 ) では、 制振用コィルが複数個に分割 されているので、 回転体の振動による変位が最も大きな個所に対応 するコィルの励磁を効果的に制御し、 回転体の振動をより効果的に 吸収することができる。
本発明の （ 1 7 ) では、 制御装置は振動センサの振動信号から時 間的変化率、 変化の傾きをそれぞれ算定し、 これら変化率の大きさ、 傾きの大きさに対応して制振用コイルの励磁を制御するので、 より 精度の高い制振が可能となる。
本発明の （ 1 8 ) では、 バイアス用磁気軸受は回転軸を中心に位 置させるように磁気力で回転軸を保持する。 制振用の磁気蚰受は回 転軸に振動が発生すると、 まず、 バイアス用磁気軸受の位置保持力 を弱めるような磁力を発生してバイアス用磁気軸受が発生している 位置保持力を所定量弱め、 位置保持力を緩和するように制御する。 同時に振勖を吸収するような能動制振の制御を行うので、 微小な振 動が生じてもバイァス用磁気軸受の固い支持力で振動を外部へ伝播 するようなことがなく、 制振も効果的になされる。
本発明の （ 1 9 ) においては、 画転軸両端の各磁気軸受は、 バイ ァス用磁気軸受を挟んで両側に制振用磁気軸受を配列して構成され るので、 上記 （ 1 8 ) の発明と同様に回転軸に発生する振動をケー シングの外部へ伝播させずに制振を効果的に行うことができ、 更に、 制振用の磁気軸受が両端において、 それぞれ 2個がバランス良く配 置されているので、 より効果的な制振が可能となる。
本発明の （2 0 ) においては、 回転軸両端の磁気蚰受は、 制振用 磁気軸受を挟んで両側にバイァス用磁気軸受を配列して構成するの で、 上記 （ 1 8 ) の発明と同様に画転軸に発生する振動をケ一シン グの外部へ伝播させずに制振を効果的に行うことができ、 更に、 バ ィァス用磁気軸受が両端において、 それぞれ 2個がバランス良く配 置されておるので、 回転軸の位置保持が正確になされると共に、 よ り効果的な制振がなされる。
本発明の （ 2 1 ) では、 バイァス用磁気軸受は、 制振用の磁気軸 受が制振制御を行っている間は、 回転軸の位置保持力を所定量だけ 弱めるように励磁電流を制御し、 バイアス用磁気軸受の画転軸の位 置保持力を緩和する。 そのために回転軸の振動はバイァス用磁気軸 受において自由度が高まり、 振動がバイアス用磁気軸受を介してケ —シングへ伝播されることがなく、 この振動は制振用の軸受により 効果的に制振される。
本発明の （2 2 ) では、 磁気軸受に電力が付加されていない状態 でも、 回転軸は軸受部の中心位置に保持される。 又、 パネ支持機構 のバネ支持力は、 磁気軸受による回転軸の支持力よりも小さく設定 し、 磁気軸受に電力が付加されず磁気軸受の支持力がない時には回 転軸を中心に保持するための最小値の支持力を有するように設定さ れる。 従って、 画転軸に発生した振動はパネ機構を介してケ一シン グ側へ伝播されることがなく、 この振動は磁気 ΐ由受によって効果的 に吸収される。
本発明の （ 2 3 ) では、 パネ支持機構はべァリングを有する本体 と、 同本体をケーシング側へ支持する複数のパネから構成され、 又、 本発明の ( 2 ) では、 同本体の外周囲とケーシング側とを連結す る弾性材料からなる部材とから構成されるので、 バネ支持機構が簡 単な構成で実現できる。 なお、 この弾性材料は、 塑性材料又は弾塑 性材料でも良く、 又、 流体材料による支持、 流体べァリングでも良 い。

Claims

請求の範囲
1 . ケ一シング内で両端部又は一端部のいずれかが前記ケ一シン グ側に軸受で支持されモータで回転駆動される回転軸と、 同回転軸 の周囲に一端が取付けられ放射状に伸びる複数のアームと、 同ァ一 ムの他端に取付けられ重力を付加する物体を入れる複数のボックス と、 前記軸受の前記回転軸の位置保持力を調整し、 前記回転軸に生 ずる振動を吸収するように制御する制御装置とを備えてなることを 特徴とする微小重力回転装置の支持機構。
2 . 前記軸受は、 前記回転軸周囲に近接し前記ケーシング側に取 付けられたコイルを有する磁気軸受であり、 前記コイル近辺で前記 回転軸周囲に近接して配置され前記ケーシング側に取付けられた複 数の振動センサとを備え、 前記制御装置は前記複数の振動センサか らの信号を取込み、 前記回転軸の変位から振動を検出し、 前記コィ ルの励磁電流を制御し、 同振動を吸収するように制御することを特 徵とする請求項 1記載の微小重力回転装置の支持機構。
3 . 前記振動センサは、 前記ケーシング側及び回転軸に取付けら れるか、 又は前記回転軸側のみに取付けられ、 前記制御装置は、 振 動センサからの信号を取込み、 振動を能動的に制振するために前記 コイルの励磁電流を制御し、 振動を吸収することを特徴とする請求 項 2記載の微小重力回転装置の支持機構。
4 . 前記振動センサに加えて、 前記ケ一シングのコイル側にギヤ ップセンサ又は変位センサを設置し、 前記制御装置は前記回転軸と の距離を計測し、 振動を能動的に制振するために前記コィルの励磁 電流を制御し、 同振動を吸収することを特徴とする請求項 2又は 3 記載の微小重力回転装置の支持機構。
5 . 前記振勳センサに加えて、 前記ケーシングのコイル側に光学 センサ又はレーザ変位計を設置し、 前記制御装置は前記画転軸との 距離を計測することにより、 振動を能動的に制振するために前記コ ィルの励磁電流を制御し、 同振動を吸収することを特徴とする請求 項 2又は 3記載の微小重力 HI転装置の支持機構。
6 . 前記振勖センサは設けずに前記ケーシングのコィル側にギャ ップセンサ又は変位センサのみを設置し、 前記制御装置は前記回転 軸との距離、 変位を計測することにより振動を計測し、 同振動を能 動的に制振するために前記コイルの励磁電流を制御し、 同振動を吸 収することを特徴とする請求項 4記載の微小重力画転装置の支持機 構。
7 . 前記制御装置は、 前記振動センサから取込んだ信号から前記 回転軸の振動を検出し、 同振動を予め設定した所定の要求値と比較 し、 同要求値以下に振動を抑えるように前記コィルの励磁電流を制 御することを特徴とする請求項 2から 4のいずれかに記載の微小重 力回転装置の支持機構。
8 . 前記制御装置は前記ギャップセンサ、 光学センサ、 レーザセ ンサ又は変位センサのいずれかにより検知した前記画転蚰との距離、 変位から前記回転軸の振動を検出し、 同振動のスぺク トルを予め設 定した所定の要求値のスぺク トルと比較し、 同要求値以下になるよ うに同振動を能動的に抑えるように前記コィルの励磁電流を制御す ることを特徴とする請求項 4から 6のいずれかに記載の微小重力回 転装置の支持機構。
9 . 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超える 場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよう に集中的に制振を制御することを特徴とする請求項 2から 8のいず れかに記載の微小重力画転装置の支持機構。
1 0 . 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超え る場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよ うに集中的に制振をするとともに、 突出した振動の周波数及び加速 度又は振幅、 或いはこれらのすべの情報を記憶し、 以降の能動制振 の制御則に反映し使用可能とすることを特徴とする請求項 2から 9 のいずれかに記載の微小重力画転装置の支持機構。
1 1 . 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超え る場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよ うに集中的に制振をするとともに、 突出した振動の周波数及び加速 度又は振幅、 或いはこれらのすべの情報を予め記憶してある振動デ ータと比較することにより、 振動原因を把握可能とすることを特徴 とする請求項 2から 9のいずれかに記載の微小重力回転装置の支持
1 2 . 前記制御装置は、 検知した加速度又は振幅が要求値を超え, る場合、 その要求値を突出する帯域について同要求値以下となるよ うに集中的に制振をするとともに、 突出した振動の周波数及び加速 度又は振幅、 或いはこれらのすベの情報を予め記憶してある振勳デ ータと比較することにより、 振動原因を把握して学習し、 自己の保 有する制御則に反映し、 制御能力を向上可能とすることを特徴とす る請求項 2から 9のいずれかに記載の微小重力回転装置の支持機構。
1 3 . 前記蚰受は前記回転軸の両端部を軸支する軸受と前記回転 軸の周囲に所定の隙間を保って配設された制振用コイルとで構成さ れ、 同コィルの近辺で前記回転輸周囲と所定の隙間を保って周囲に 均等配置された複数の振動センサを備え、 前記制御装置は前記複数 のセンサからの前記隙;間の変位信号を取込み、 同変位信号が所定の 値よりも大きいと前記 振用コイルの励磁電流を制御し、 更に前記 変位信号の大小に応じて線形、 非線形の信号を組合せて振幅を変化 させた信号を出力し、 同信号で前記制振用コイルの励磁を制御し、 ァクティブ制振を行うことを特徴とする請求項 1記載の微小重力回 転装置の支持機構。
1 4 . 前記回転軸の両端の軸支は磁気軸受で構成され、 同磁気軸 受は前記回転軸を軸支すると共に、 前記制振用コイルも兼用するこ とを特徴とする請求項 1 3記載の微小重力回転装置の支持機構。
1 5 . 前記制振用コイルは、 前記振動センサの数と位置に対応し て分割されたコイルであり、 前記制御装置は、 前記複数の振動セン ザからの変位信号が最も大きい振動センサの位置を判定し、 同位置 に対応する前記制振用コイルの励磁電流を制御することを特徴とす る請求項 1 3記載の微小重力回転装置の支持機構。
1 6 . 前記磁気軸受は、 前記振動センサの数と位置に対応して分 割されたコイルであり、 前記制御装置は、 前記複数の振動センサか らの変位信号が最も大きい振動センサの位置を判定し、 同位置に対 応する前記磁気軸受のコィルの励磁電流を制御することを特徴とす る請求項 1 4記載の微小重力回転装置の支持機構。
1 7 . 前記制御装置は、 前記振動センサからの変位信号の時間的 変化を計測し、 時間的変化の変化率、 変化を表す傾きをそれぞれ算 定し、 これら算定結果のいずれかに基づいて適切な制振を行なうよ う前記磁気軸受の励磁力を調整可能とすることを特徵とする請求項 1 5又は 1 6記載の微小重力回転装置の支持機構。
1 8 . 前記回転軸の両端の各磁気軸受ば、 それぞれ制振用の磁気 軸受と、 前記回転軸の位置保持を行うバイァス用磁気軸受の 2個か らなることを特徴とする請求項 2記載の微小重力画転装置の支持機 構 o
1 9， 前記回転軸の両端の各磁気軸受は、 それぞれ 2個の制振用 の磁気軸受の間にバイァス用磁気軸受を配列した 3個からなること を特徴とする請求項 2記載の微小重力回転装置の支持機構。
2 0 . 前記画転軸の両端の各磁気軸受は、 それぞれ前記画転軸の 位置保持を行う 2個のバイアス用磁気軸受の間に制振用の磁気軸受 を配列した 3個からなることを特徴とする請求項 2記載の微小重力 画転装置の支持機構。
2 1 . 前記制振用の磁気軸受は制振の制御のみを行い、 前記バイ ァス用磁気蚰受は前記画転軸の位置保持を行うと共に、 前記制振用 の磁気軸受が制振制御を行つている間は前記位置保持力を緩和させ るように画転軸の位置制御を行うことを特徴とする請求項 1 8から 2 0のいずれかに記載の微小重力回転装置の支持機構。
2 2 . 前記画転軸の両端は、 前記磁気軸受の軸方向の外側におい て、 更にそれぞれパネ支持機構で前記ケ一シング側に支持され、 同 バネ支持機構の支持力は前記磁気軸受よりも小さく設定したことを 特徴とする請求項 2記載の微小重力回転装置の支持構造。
2 3 . 前記パネ支持機構は、 前記回転軸を軸支するべァリングを 有する本体と、 同本体の外周囲と前記ケ一シング側との間を連結す る複数のパネとから構成されることを特徴とする請求項 2 2記載の 微小重力回転装置の支持構造。
2 4 . 前記パネ支持構造は、 前記回転軸を軸支するべァリングを 有する本体と、 同本体の外周囲と前記ケ一シング側とを連結する弾 性材料からなる部材とから構成されることを特徴とする請求項 2 2 記載の微小重力面転装置の支持構造。
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