JPS6032579A - 磁気浮上直進案内 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は磁気力によって固定部に対し可動体を非接触状
態で支える磁気浮上直進案内に関するものである。

〔従来技術〕

従来、直進案内は案内面あるいはレールに対し軸受等を
介して金属接触する構成が一般的である。

そのため、騒音、摩擦、摩耗等が発生し、用途によって
は望ましくないものであった。また、空気や油を用いる
案内は金属接触は無いが、潤滑媒体を必要とし、コンプ
レッサや油圧機器の保守を必要とし、真空中や高度に清
浄さが必要な雰囲気では使用が不可能かまたは制限され
ることがある。

このような問題の対策としては、第１図に斜視図で示す
磁気浮上案内が提案されている。すなわち同図において
、１は可動体、２は案内である。

そして、可動体１はその上下面に磁極面を斜線で示す例
えば４個の電磁石３〜６がそれぞれ配設され、両側面に
同じく磁極面を斜線で示す例えば２個の電磁石７，８が
それぞれ配設されることによシ合計１２個の電磁石を備
えている。この場合、上面と下面および左側面と右側面
の電磁石同志は対称な位置に配設され、かつ個々の電磁
石３，４゜５・・・・は案内２との隙間を検出する検出
器９（但し図においては電磁石３に対してのみ示す）を
備えている。各電磁石３，４．５・・・・のコイル電流
は付随する検出器９からの信号によって制御され、この
時の磁気吸引力によシ可動体１を案内２に対して非接触
状態で支持し、案内２との隙間を一定に保持している。

そして、可動体１はＩＪ　ニアモータ（図示せず）等の
手段による駆動力によって移動軸１０の方向に動かされ
るように構成されている。

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

しかしながら、このような磁気浮上案内においては、電
磁石３，４．５・・・・の数が多く、かつ可動体１の荷
重を支えるために常に電磁石３等に電流を流しておかな
ければならないという不都合があシ、消費電力の増大に
基づく電力的にも劣るものである。

〔発明の目的および構成〕

したがって、本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、浮上機能を担う要素数
を少なくシ、動作時の電力を少々くした磁気浮上直進案
内を提供するものである。

このような目的を達成するために本発明は、永久磁石回
路が発生する力によって可動体の荷重を支え、安定に浮
上させるために複合磁石部と電磁石を案内レールに対向
させてそのすきまを一定に保つようにし、かつ複合磁石
部を重力方向に対し傾けて設け、さらに電磁石によって
揺動運動に対する拘束性を高めたものである。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明による磁気浮上直進案内の一実施例を示
す構成図である。同図において、１１は可動体、１２ａ
　、１２ｂ　、１２ｃ　、１２ｄは複合磁石部、１３＆
。

１３ｂは複合磁石部１２ａ＊　１２ｂ　ｐ　１２ｃ　、
１２ｄと対向する案内レール、１４ｂは永久磁石回路、
１５ｂは電磁石、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１
６ｅは変位センサである。なお、座標は垂直方向をｙ、
水平方向をＸ。

可動体１１の移動方向を２とする。θ、φ、Ｗはそれら
の軸まわ）の回転の座標である。

第３図は前述した複合磁石部１２ａ　、　１２ｂと電磁
石ｔｓａ　、　１５ｂとの配置を示した図である。同図
において、１７１Ｌ、１７ｂは複合磁石部１２＆　、　
１２ｂの磁気力の作用線、１８はその交さ点、１ｓｔ　
、１９ｂは電磁石１５ｍ　、　１５ｂの磁気力の作用線
である。

第４図は前述した永久磁石回路１４ｂと電磁石１５ｂと
変位センサ１６ｅとの配置を示す図である。同図におい
て、２０は永久磁石、２１．２２は継鉄であυ、永久磁
石回路１４ｂは案内レール１３ｂの下面にすきまを保っ
て対向し、第２図、第３図に示す可動体１１の重量相当
の磁気吸引力を発生して支持する。本実施例では対称的
な構造として永久磁石回路１４ｂ等を可動体１１の両側
に設ける場合を示している。

第５図は前述した複合磁石部１２ｍの詳細図でちシ、案
内レール１３＆との組み合わせを示したものである。同
図において、２３ｍ　、　２３ｂは永久磁石、２４ａ　
、　２４ｂ　、　２４ｃは継鉄、２５はコイル、２６ａ
　、２６ｂ　ｒ２６ｅ、２６ｄはすきま、２７ｍ、２７
ｂは永久磁石２３ａ。

２３ｂから発生した磁束、２８はコイル２５に通電した
ときに生じる磁束である。この場合、永久磁石２３ｍ　
、　２３ｂは同一極が向かい合うように配置されている
。ここで説明の便宜上、永久磁石２３ａ。

２３ｂ磁極と磁束２７１　、２７ｂの方向は同図に示す
方向とする。

このような構成において、まず、複合磁石部１２ＩＬの
すきま２６ａ　、　２６ｂ　、　２６ｃ　、　２６ｄを
一定に保つ作用を第５図にしたがって説明する。すなわ
ち同図において、永久磁石２３＆の磁束２７Ｌは、継鉄
２４ａを出てすきま２６ａを貫き、レール１３ａを通）
、すきｔ２６ｂを貝ぬいて継鉄２４ｂを通シ永久磁石２
３ａにもどる。一方永久磁石２３ｂを出た磁束２７ｂは
、すきま２６ｄを貫き、レーＡ／１３ａを通シ、すきま
２６０を貫ぬいて継鉄２４ｂを通シ、永久磁石２３ｂに
もどる。コイル２５に電流を流した時に発生する磁束２
８は、継ｋ　２４ｂ　＋すきま２６ｂ、レール１３ａ。

すきま２６Ｃ９継鉄２４ｂと一巡する。いま、可動体１
１が上方に変位して案内レール１３ａと複合磁石部１２
ａとのすき−１２６ａ　、　２６ｃが小さくなシ、すき
ま２６ｂ　、　２６ｄが大きくなったと仮定する。する
と、変位センサ１６ａはその変化量を検知し、コイル２
５の電流を磁束２８が矢印方向に発生するように流すと
、すきま２６ｂでは磁束が増大し、すきま２６ｅでは磁
束が減少し、すき−１２６ｂで作用する吸引力がすきま
２６ｅで作用する吸引力よシも大となυ、案内レール１
３ａから複合磁石部１２ｍに下向きの力が働き、すきま
２６ａ　、　２６ｃを大きくして可動体１１をもとへも
どすように作用する。ここで、逆に、すきま２６ａ　、
　２６ｃが増加しても向きが逆であるが、継鉄２４ｂと
コイル２５とから成る電磁石の磁束によるすきま２６ｂ
　、　２８ｅの磁束の変調作用に上って復元することが
できる。

このよりに永久磁石２３１ｋ　、　２３ｂの磁束２７＆
　、２７ｂを電磁石の磁束２８で変調し得るように構成
されている。

第６図は変位センサの検知出力に基づいて電磁石のコイ
ルに流れる電流を制御する制御回路の一例を示すブロッ
ク図であって、１６ａは第５回に示す変位センサ１６ａ
に対応し、２９は変位センサ１６ＩＬの出力を微分する
微分回路、３０は変位センサ１６にの出力と微分回路２
９の出力および制御出力からのフィードバック出力を入
力とし、これら各入力を増幅すると共に加算する信号増
幅器および信号加算器（以下、信号増幅・加算器と呼称
する）、３１はこの信号増幅・加算器３０の出力を増幅
し、その出力によってコイル２５を制御する電力増幅器
、３２は電力増幅器３１と；イル２５との間に挿入され
変位とその速度および電流を検出する検出抵抗で、その
出力は上記信号増幅・加算器３０にフィードバックする
ように構成されている。

このように、変位とその速度およびコイル２５に流れる
電流を検出して信号増幅・加算器３０にフィードバック
することにより、安定に隙間２６１〜２６ｄを保持する
ことができる。なお、同図に示す制御回路は第２図、第
３図および第４図の電磁石１５ｍ　、　１５ｂにも同様
に使用する。

次に、第２図、第３図にもどって可動体１１０安定性に
ついて説明する。可動体１１は移動方向を除く空間中の
５個の自由度を非接触に拘束し、安定化する必要がある
。第５図で複合磁石部１２＆は力の作用線１７１Ｌの方
向に前述のように制御力を発生し得る。作用線１７ａと
直角な方向に案内レール１３Ｂと可動体１１とが相対的
なずれを生じると、す＠−ｔ２ｓａ等で吸引力が作用し
ているため、そのずれをもとへもどす復元力が作用する
。しかし、この復元力は作用線１７ａの方向の力と異な
って制御された力ではないため、ダンピング効果を持た
ない。また、第２図の可動体１１については、４個の複
合磁石部１２ａ、１２ｂ　、　１２ｃ　、１２ｄの制御
力によって垂直ｙ方向、水平Ｘ方向とθ、φのｘ、ｙ軸
まわシの回転の安定性が得られる。しかし、第３図で作
用線１７ａ　、　１７ｂと直角の方向での前記ダンピン
グが欠如しているので、作用１ｉ１１７ａ　、　１ｒｂ
の交さ点１８のまわシの揺動運動が起とシやすく、かつ
すみやかに減衰しないという現象が現われる。

これを解決するため、第３図に示すように電磁石１５ｍ
　、　１５ｂを備え、交さ点１８のまわりの揺動を抑え
るように、力の作用線１ｆｊａ　、　１９ｂを作用線１
７ｍ　、　１７ｂと非平行とし、第２図の変位センサ１
６ｅからの信号によって第６図の回路を用い、制御力を
及はし、可動体１１に効果的な振動抑制作用を与える。

電磁石１５ａ　、　１５ｂはそのうち１個のみでも割振
効果を持ち得るが、実施例では対称な場合を示した。こ
の場合、変位センサ１６１等は最少５個で、可動体の空
間５方向の運動を検知できる。

このような構成によれば永久磁石回路１４が可動体１１
の荷重を支えているので、複合磁石部１２１〜１２ｄの
コイル、電磁石１ｓｔ　、　１５ｂのコイルには平衡状
態においては、理想的には電流を流す必要はなく、電力
消費は少なくできる。

第７図は複合磁石部の他の実施例であって、第５図と同
じ機能を持つ部分には同一の番号を付しである。同図に
おいて、すきｔ　２６ａ　、　２６ｃが増減した場合に
は、その変化量を変位センサ１６＆で検出し、それによ
ってコイル２５に電流を流しテ磁束を発生させ、すきま
２６ａ〜２６ｄの磁束を変調し、磁気吸引力を変化させ
て復元させる。この場合、制御回路は第６図のものと同
一である。

第８図は本発明の磁気浮上案内の他の実施例であって、
３３は第２図の永久磁石回路１４ｂに代わる永久磁石回
路であシ、その詳細は、第９図に示すように継鉄２１．
２２および永久磁石２ｏが永久磁石回路１４ｂのそれら
と同一であるが、これにコイル３４を設ける。これによ
シ、永久磁石２゜よ勺発生する磁束を変位センサ１６ｅ
の信号によって変調する。よって第２図の実施例での永
久磁石回路１４ｂと電磁石１５ｂの機能北−個の部品で
持たせることができるので、部品点数を少なくすること
ができる。

以上説明したように本発明による磁気浮上案内は、制御
力を発生する電磁石数を少なくしつつ、拘束すべき方向
に振動抑制効果のある電磁力を発生でき、永久磁石の力
によって可動体の重量を支えるため、低電力化でき、経
済的な装置を提供できるという極めて優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気浮上案内の構成図、第２図は本発明
による磁気浮上直進案内の一実施例を示す構成図、第３
図は安定化機能を説明するだめの図、第４図は永久磁石
回路と電磁石の図、第５図は複合磁石部の図、第６図は
制御回路のブロック図、第７図は他の複合磁石部の図、
第８図の他の浮上案内の実施例の図、第９図は永久磁石
回路の他の実施例の図である。 １１・・φ・可動体、１２ａ　、　１２ｂ　、　１２ｃ
　、　１２ｄ　・・・ψ複合磁石部、１ａａ、　１３ｂ
・・・・案内レール、１４ｂ・・・・永久磁石回路、１
ｓａ、１ｓｂ・・・−電磁石、１６ｍ、１６ｂ、１６ｏ
、１６ｄ、１６ｅ　１１　＠　ｅ　＠　。 変位センサ、１７ａ、１７ｂ、１９ｍ、１９ｂ　−−−
−磁気力の作用線、１８・・・・交さ点、２０，２３ａ
。 ２３ｂ　−−−−永久磁石、２１　、２２　、２４ｍ　
、２４ｂ。 ２４（！　＠−・−継鉄、２５−や・−コイル、２６ａ
。 ２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ・・ｅ・すきま、２７ａ　、　
２７ｂ、２８壷・・・磁束、２９・・・ゆ微分回路、３
０・−・・信号増幅器および加算器、３１・拳・・電力
増幅器、３２・・・・検出抵抗、３３・・・・永久磁石
回路、３４・・・・コイル。 特許出願人　日本電信電話公社 代　理　人　山　川　政　樹 麻１図 第２図 １９Ｃ 第５図 尖 − 第７図 ７ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可動体に永久磁石と電磁石とを組み合わせその組み合わ
   せた各々に変位センサを付加してなる少なくとも４個の
   複合磁石部と、該可動体の荷重を支える磁気力を発生す
   る永久磁石回路部とを設け、前記永久磁石の磁束を前記
   電磁石の磁束で変調し得るようになし、かつ前記複合磁
   石部の発生する力の方向をその作用線が交差するように
   重力方向に傾けて配置し、前記作用線の交差点の周辺の
   揺動を拘束するように前記電磁石をその力の作用線が前
   記複合磁石部の力の作用線と非平行に変位センサととも
   に配置し、前記複合磁石部の磁気力と前記永久磁石回路
   の磁気力とによって案内レールに対し前記可動体を非接
   触に支えることを特徴とした磁気浮上直進案内。