JPH0424946B2 - - Google Patents
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- JPH0424946B2 JPH0424946B2 JP59204850A JP20485084A JPH0424946B2 JP H0424946 B2 JPH0424946 B2 JP H0424946B2 JP 59204850 A JP59204850 A JP 59204850A JP 20485084 A JP20485084 A JP 20485084A JP H0424946 B2 JPH0424946 B2 JP H0424946B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
- H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、物体を磁気力を用いて非接触に支承
するとともに、この磁気力を用いて上記物体の空
間的な位置を調整する非接触位置決め装置に関す
る。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来の、物体の二次元的または三次元的な位置
を比較的精度良く定める方法の一つとして、滑ら
かなガイドに載置されたプレートを精密ボールネ
ジで移動させる方法が知られている。しかしなが
ら、このように機械的な位置決めを行う方法は、
部品を極めで高い精度で加工しなければならず、
たとえ部品の高精度な加工が可能であるとして
も、ボールネジのいわゆるバツクラツシユを完全
に回避することができない。このため、従来のこ
の種の位置決め装置では高い精度で位置決めを行
なうことができなかつた。また、このような装置
で三次元的な位置決めを行なう場合には、空間の
持つ自由度の数と同数の6個の位置決め装置を併
せて用いなければならず、全体として大型で高価
なものになつていた。 そこで、このような欠点を克服し得る位置決め
装置として、電磁石あるいは永久磁石の磁気的吸
引力を利用して、物体を非接触状態で位置決めさ
せるようにした非接触位置決め装置が提案されて
いる。しかしながら、磁気的吸引力を利用した位
置決め装置にあつては、吸引部材と被吸引部材と
の間の吸引力が、両者の距離に対して非線形変化
を示すので、これを制御するための制御電流も非
線形に変化させる必要がある。そのため、高精度
な位置制御を実現するには、バイアス用の磁気力
供給源や線形化装置を必要としなければならず、
装置の複雑化や信頼性の低下をもたらすという問
題があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、機械的な誤差の
少ない非接触位置決め装置にあつて、6軸方向の
位置制御に際して、磁気空〓に関し無依存であ
り、線形的な制御を可能化し、もつて構造の簡単
化および信頼性の向上化が図れる非接触位置決め
装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、浮揚体を、磁気的吸引力によつて支
承あるいは位置調整の為に駆動させるのではな
く、磁界と、該磁界中に配置された導電部材に流
れる電流との間に生ずる電磁気的な相互作用によ
つて支承あるいは位置調整の為に駆動させるよう
にしたことを特徴としている。 すなわち本発明は、固定体と浮揚体との間の非
接触状態を保つとともに固定体に対して浮揚体の
位置を磁気的に調整する非接触位置決め装置にお
いて、前記固定体または前記浮揚体のいずれか一
方に設けられた磁性材製の二重円筒体および他方
に設けられて上記二重円筒体を構成している外円
筒と内円筒との間に非接触に嵌入する非磁性材製
の単一円筒体と、前記二重円筒体および前記単一
円筒体からなる2つの円筒体のうちの一方の円筒
体に設けられ、上記単一円筒体を厚み方向に貫通
させるとともに上記二重円筒体の前記外円筒と前
記内円筒とを経由する経路で磁束を通過させる軸
方向回りの磁路を周方向に等間隔に複数形成する
磁界発生手段と、前記各磁路における半径方向に
延びる部分を横切る関係に前記2つの円筒体のう
ちの他方の円筒体に固定された軸方向位置制御用
導電部材、半径方向位置制御用導電部材および周
方向位置制御用導電部材と、前記二重円筒体と前
記単一円筒体との相対位置を非接触に検出する複
数の位置検出器と、これら位置検出器の出力と目
標位置とに基いて前記各導電部材に流れる電流の
方向と制御して前記二重円筒体と前記単一円筒体
との相対位置を可変する手段とを具備したもので
あり、前記導電部材に流れる電流の方向および前
記磁界発生手段で発生した磁界の方向と直交する
方向に生ずる前記磁界発生手段と前記導電部材と
の間の相対的な電磁力によつて前記浮揚体を前記
固定体に対して移動させるものであることを特徴
としている。 〔発明の効果〕 上記の如き構成であると、機械的な誤差を回避
できるという非接触位置決め装置特有の効果が得
られることは勿論のこと、次のような効果を奏す
ることができる。 すなわち、位置決め対象である浮揚体は、磁気
的吸引力によつて支承あるいは駆動させるのでは
なく、磁界と、該磁界中に配置された導電部材に
流れる電流との間の電磁気的な相互作用によつて
支承あるいは起動されるので、上記支承力および
駆動力は、浮揚体と固定体との間の磁気間隙とは
全く無依存である。したがつて、導電部材に供給
する電流を非線形に制御する必要がなくなる。し
たがつて、本発明によれば、新たに線形化装置や
バイアス付与手段を付加する必要がないので、構
造の簡単化および信頼性の向上化、更には精度の
向上化を図ることができる。 〔発明の実施例〕 以下、図面を参照し本発明の実施例について説
明する。 第1図乃至第3図は、本発明の一実施例に係る
非接触位置決め装置の構成を示す図であり、第1
図は本装置を一部切欠した分解斜視図、第2図は
本装置を第3図におけるA−A線に沿つて切断し
た矢視断面図、第3図は本装置を第2図における
B−B線に沿つて切断した矢視断面図である。こ
れら各図に示すように、本装置は、固定体1と、
この固定体1に非接触状態で嵌合する浮揚体2
と、固定体1に対する浮揚体2の位置を電磁気的
に調整する浮揚体位置調整手段3とで構成されて
いる。 固定体1は、固定体側の主体となる外円筒6
と、この外円筒6の内側に同軸配置された内円筒
7と、これら両円筒6,7の下端部間を一体的に
結合する環状底壁8と、上記内円筒7の上端部を
閉塞する上端壁9とで構成されており、例えば非
磁性材料で形成されたものである。 浮揚体2は、互いの間に前述した外円筒6を非
接触に嵌入させるように二重筒状に配置された外
円筒11および内円筒12と、これら両円筒1
1,12の上端部を一体的に閉塞する上端壁13
とで構成されており、例えば、高透磁率材料でか
つ電磁遮断材料である珪素鋼で形成されたもので
ある。 また、浮揚体位置調整手段3は、次のように構
成されている。すなわち、上記浮揚体2の内円筒
12の外周面でかつ上部位置には、適当な広がり
角を有する永久磁石16a,16b,16c,1
6dが、周方向に略90°の位相ピツチで取着され
ている。また、上記浮揚体2の内円筒12の外周
面でかつ下部位置には、適当な広がり角を有する
永久磁石17a,17b,17c,17dが、上
記永久磁石16a〜16dと周方向位置を同じく
するように略90°の位相ピツチで取着されている。
これら永久磁石16a〜16d,17a〜17b
は、それぞれ半径方向に着磁されている。この着
磁は、例えば軸心線方向に隣接する2個の永久磁
石によつて、後述するところの1組の磁気ループ
が形成されるように、軸心線方向に隣接する1組
の永久磁石が互いに逆向きとなる如く着磁され
る。一方、前記固定体1の外円筒6の内周部で、
かつ前記永久磁石16a〜16dおよび前記永久
磁石17a〜17dを対向する軸方向位置には、
それぞれ周方向に延びる溝18,19が形成され
ている。これら溝18,19には、周方向に巻回
された軸方向制御コイル20,21が装着されて
いる。また、固定体1の外筒6の外周面で、かつ
前記永久磁石16a〜16dおよび前記永久磁石
17a〜17dの各周方向端部と対向する位置に
は、径方向に僅か延出する計16個の凸部22a〜
22h,23a〜23h(但し、23a,23c
〜23gは図示せず)が形成されている。そし
て、これら凸部のうち、凸部22a,22c,2
2e,22g,23a,23c,23e,23g
には、それぞれ半径方向制御コイル24a〜24
hが巻装されている。また、これら凸部のうち、
凸部22b,22d,22f,22h,23b,
23d,23f,23hには、それぞれ周方向
(中心軸回り方向)制御コイル25a〜25hが
巻装されている。これら各制御コイル20,2
1,24a〜24h,25a〜25h、永久磁石
16a〜16d,17a〜17dとの関係位置
は、第4図に示す如くとなる。なお、この図は第
3図におけるC矢視図である。この図から明らか
なように、例えば永久磁石16aから発生する磁
界は、軸心線を中心として巻回された軸方向制御
コイル20と、径方向を中心として巻回された半
径方向制御コイル24aおよび周方向制御コイル
25aの軸方向に延びる部分とにそれぞれ直交す
るように貫通している。各制御コイルの数は、要
求される力の大きさに応じて任意に設定すること
ができ、更に前記各制御コイルを取着する部位
も、対応する永久磁石から発生される磁界の方向
に対して直交し、かつ要求方向の力が発生する場
所であれば自由に設定できる。一方、固定対1の
内円筒7の外周面で、上下位置には、浮揚体2の
内円筒12の内周面に対向するように半径方向位
置検出器31a,31b,32a,32bが突設
されている。また、同内円筒7の外周面で、中央
位置には、浮揚体2の内円筒12に形成された切
欠窓33a,33bにそれぞれ対向するように互
いに180°離間させて周方向(軸心線回り方向)位
置検出器34a,34bが突設されている。さら
に、同内円筒7の上端部を閉塞する上端壁9に
は、浮揚体2の上端壁13の内面に対向するよう
に軸方向位置検出器35が突設されている。そし
て、半径方向位置検出器31a,31b,32
a,32bおよび軸方向位置検出器35は、浮揚
体2の対向面との距離を非接触に検出し、周方向
位置検出器34a,34bは、その検出面とこの
検出面に対向する切欠窓33a,33bとの間の
相対位置変動によつて上記検出面を覆う部材の面
積変動を感知して浮揚体の周方向位置を検出す
る。なお、周方向位置を検出するのに2個の周方
向位置検出器34a,34bを使用しているの
は、浮揚体2の半径方向および軸方向の変位と周
方向の変位とを区別させる為である。さらに検出
精度を高めたい場合には、各々の制御軸方向の位
置検出器の組を増加させれば良い。なお、各位置
検出器および各制御コイルは信号線36を介して
別途設置された制御装置37と電気的に接続され
ており、各位置検出器からの検出信号に基づいて
各制御コイルが付勢されるようになつている。以
上が浮揚体位置調整手段3の概略構成である。 次に、このように構成された本実施例に係る非
接触位置決め装置の作用について説明する。 永久磁石16a〜16d,17a〜17dのう
ち、例えば永久磁石16a,17aから供給され
る磁束は、第2図に示すように、永久磁石16a
〜軸方向制御コイル20〜固定体1の外円筒6〜
半径方向制御コイル24aおよび周方向制御コイ
ル25a〜浮揚体2の外円筒11〜半径方向制御
コイル24eおよび周方向制御コイル25e〜固
定体1の外円筒6〜軸方向制御コイル21〜永久
磁石17a〜浮揚体2の内円筒12〜永久磁石1
6aの経路を通る磁気ループM1を形成する。こ
のように、本装置においては軸方向に隣接する2
つで1組の永久磁石によつて、周方向に90°の間
隔をあけて4つの磁気ループM1〜M4が形成さ
れる。そして、各磁気ループM1〜M4は、半径
方向制御コイル24a〜24hおよび周方向制御
コイル25a〜25hの軸方向に延びる2つの部
分のうち永久磁石16a〜16dと対向する一方
の部分、さらには軸方向制御コイル20,22に
略直交して貫通する。 ところで、周知の如く、定常磁界中に設置され
た導電部材に電流を流すと、該導電部材は、上記
磁界中を横切る導電部材の流さと、該導電部材に
流す電流値とに比例した大きさで、かつフレミン
グの左手の法則に従う向きの電磁力を受ける。こ
の実施例のように浮揚体2に磁界供給源である永
久磁石16a〜16d,17a,17bを設置
し、固定体1に導電部材である制御コイルを取着
した場合、上記各制御コイルには、上記法則に従
つた力が付与されるわけであるが、上記導電部材
の取着された固定体1は静止しているので、結果
的に前記浮揚体2がこの反力を受けて移動する。
勿論、浮揚体2に制御コイルが取着され、かつ固
定体1に磁界供給源が取着される場合には、上記
浮揚体2に直接電磁力が付与されることは言うま
でもない。 第5図は、浮揚体2を半径方向に位置決めする
場合の過程を説明するための図であり、説明に関
係しない部分の構成要素は省略した。すなわち、
いま浮揚体2を図中Fxで示すように紙面右向き
に変位させたい場合には、半径方向制御コイル2
4a,24eの磁気ループM1を横切る部分に軸
方向上向きに電流が流れるようにこれら制御コイ
ル24a,24eを付勢するとともに、半径方向
制御コイル24c,24gの磁気ループM3を横
切る部分に軸方向下向きに電流が流れるようにこ
れら制御コイル24c,24gを付勢する。この
結果、制御コイル24a,24eの上記部分およ
び制御コイル24c,24gの上記部分には、変
位させたいFxの向きとは逆向きの電磁力fa,fc
が発生する。従つて、浮揚体2は、その反力とし
てこれから電磁力fa,fcとは逆向きの力Fxを受
け、この力Fxが浮揚体2の半径方向の位置調整
力として作用する。なお、制御コイル24a,2
4c,24e,24gに流す電流の向きを反転さ
せれば、浮揚体2は上記Fxとは全く逆向きの力
を受けることになる。一方、上記制御コイル24
a,24c,24e,24gと90°位相をずらし
て設置された制御コイル24b,24d,24
f,24hにおいても、上述と同様に互いに対応
する制御コイルに逆向きに電流を流すようにすれ
ば、これら制御コイル24b,24d,24f,
24hの磁気ループM2,M4内に存在する部分
は、それぞれfb,fdの電磁力を受け、その反力と
して浮揚体をFyで示す向きに変位させることが
できる。これらの制御を行なうにあたり、各制御
コイルへの電流は、半径方向位置検出器31a,
31b,32a,32bからの検出値に基づいて
制御装置37から供給される。 第6図は、浮揚体2を中心軸回り、すなわち周
方向に位置決めする場合の過程を説明するための
図であり、この図においても説明に関係しない部
分の構成要素は省略した。すなわち、いま浮揚体
2を図中Frで示す時計回りの向きに回転変位さ
せたい場合には、周方向制御コイル25a〜25
hの各磁気ループM1〜M4を横切る部分に軸方
向上向きの電流が流れるようにこれら制御コイル
25a〜25hを付勢する。この結果、各制御コ
イル25a〜25hの上記部分には、反時計回り
の向きの電磁力fa〜fdが発生する。従つて、浮揚
体2は、その反力としてこれら電磁力fa〜fdとは
逆向きの力Frを受け、この力Frが浮揚体2の周
方向の位置調整力として作用する。なお、制御コ
イル25a〜25hに流す電流の向きを反転すれ
ば、浮揚体2は上記Frとは全く逆向きの力を受
けることになる。 第7図は、浮揚体2を軸方向に位置決めする場
合の過程を説明するための図であり、この図にお
いても説明に関係しない部分の構成要素は省略し
た。この場合には、軸方向制御コイル20を横切
る磁束の向きと、軸方向制御コイル21を横切る
磁束の向きとは各々逆向きであるから、これら制
御コイル20,21に流す電流の向きをそれぞれ
逆向きに設定すれば、これら制御コイル20,2
1には、同一の向きの電磁力が付与されることに
なる。例えば、制御コイル20には、図中上方か
ら見て反時計回りの向きに電流を流し、また、制
御コイル21には、同時計回りの向きに電流を流
せば、これら制御コイル20,21には、図中下
向きの電磁力fza,fzbが発生し、その結果、浮揚
体2は図中上向きの力Fzを受けて該向きに移動
する。各制御コイル20,21に流す電流の向き
を逆向きにすれば、浮揚体2は逆向きに移動す
る。 このように、本実施例によれば、空間の有する
全ての自由度に対して浮揚体2を移動させ得るよ
うに、浮揚体2を半径方向、周方向および軸方向
にそれぞれ独立に非接触支承および位置調整のた
め駆動するようにしている。このため、空間の任
意の位置への位置決めが可能になる。そして、こ
の場合には、浮揚体2は、磁気的吸引力によつて
支承あるいは駆動されるのではなく、永久磁石1
6a〜16d,17a〜17dが供給する定常的
な磁界と、各制御コイルに流れる電流との相互作
用によつて支承および駆動されるので、各制御コ
イルに供給される電流は、固定体1と浮揚体2と
の間の磁気間隙に対し無依存である。したがつ
て、線形化装置やバイアス手段などを必要とせ
ず、特に制御部分の大幅な簡略化を図ることがで
きるうえ、位置決め精度の向上化を図ることがで
きる。また、浮揚体2の運動は、固定体1に固定
された位置検出器31a,31b,32a,32
b,35によつて常時モニタされ、この信号が制
御装置37を介して付勢電流として制御コイルに
供給されるようになつているので、装置の位置決
め精度は、上記位置検出器の位置決め精度と略同
程度の精度が確保できる。さらに、この実施例に
おいては浮揚体2を電磁気遮断部材で形成し、こ
の浮揚体2によつて浮揚体位置調整手段3の全体
を覆うようにしているので、浮揚体位置調整手段
3からの電磁波は、上記浮揚体2よりも外側に漏
れることなく、電磁波の影響を受け易い装置を近
接設置することも可能である。 なお、本発明は、上述した実施例に限定される
ものではない。例えば上記実施例では軸方向に2
段の永久磁石16a〜16d,17a〜17dを
設け、これらの永久磁石によつて磁界を供給させ
るようにしたが、第8図(第9図におけるD−D
線に沿つて切断した矢視断面図)および第9図
(第8図におけるE−E線に沿つて切断した矢視
断面図)に示すように、永久磁石41a〜41
d,42a〜42d,43a〜43d(但し、4
1c,43b〜43dは図示せず)を浮揚体2の
中心軸方向について3段設けるようにし、軸方向
に2段の磁気ループMa,Mbを形成するように
しても良い。この例では、各永久磁石に対応させ
て半径方向制御コイル44a〜44d,45a〜
45d,46a〜46d(但し、44d,45b,
46b〜46dは図示せず)および周方向位置制
御コイル47a〜47d,48a〜48d,49
a〜49d(但し、47c,48a,48d,4
9a,49c,49dは図示せず)も3段に設け
るようにし、また軸方向制御コイル50は最も磁
束の集中する永久磁石42a〜42dと対向する
部分のみに設けるようにしている。そして、第9
図に示すように、半径方向制御コイル44a〜4
4d,45a〜45d,46a〜46dおよび周
方向制御コイル47a〜47d,48a〜48
d,49a〜49dの巻回数を多くするようにし
ている。 このような構成であれば、半径方向および周方
向に大きな負荷が印加された場合でも十分な支承
力あるいは位置調整の為の駆動力を得ることがで
きる。このように、必要な力に応じた適当な数の
制御コイルを配置するため、種々の変形例が考え
られる。なお、半径方向と周方向の制御コイルを
区別せずに各々の制御信号を重畳して用いても良
い。 また、先に示した実施例においては、磁界供給
源である永久磁石16a〜16d,17a〜17
dを浮揚体2の内円筒12の外周面上のみに設け
るようにしたが、第10図に示すように、外円筒
11の内周面にも前記永久磁石16a〜16d,
17a〜17dに対向させて新たな永久磁石51
a〜51d,52a〜52d(但し、51b〜5
1d,52b〜52dは図示せず)を設けるよう
にしても良い。このような構成であれば、磁束の
漏洩を少なくできることはもとより、定常磁界の
大きさも増加するため、より大きな支承力あるい
は位置調整のための駆動力を得ることができる。 また、これまでの説明では磁界供給源として永
久磁石を用いていたが、永久磁石に替えて第11
図に示すように電磁石61a〜61d,62a〜
62d(但し、61b,61c,62b,62c
は図示せず)を用いるようにしても良い。この場
合には、浮揚体2から導線が引出されるが、その
影響はそれ程大きなものではない。 なお、以上述べた内容は、固定体1に設置され
る要素と、浮揚体2に設置される要素とを交換し
ても同様の効果を得ることができる。 要するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変更して実施することができる。
するとともに、この磁気力を用いて上記物体の空
間的な位置を調整する非接触位置決め装置に関す
る。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来の、物体の二次元的または三次元的な位置
を比較的精度良く定める方法の一つとして、滑ら
かなガイドに載置されたプレートを精密ボールネ
ジで移動させる方法が知られている。しかしなが
ら、このように機械的な位置決めを行う方法は、
部品を極めで高い精度で加工しなければならず、
たとえ部品の高精度な加工が可能であるとして
も、ボールネジのいわゆるバツクラツシユを完全
に回避することができない。このため、従来のこ
の種の位置決め装置では高い精度で位置決めを行
なうことができなかつた。また、このような装置
で三次元的な位置決めを行なう場合には、空間の
持つ自由度の数と同数の6個の位置決め装置を併
せて用いなければならず、全体として大型で高価
なものになつていた。 そこで、このような欠点を克服し得る位置決め
装置として、電磁石あるいは永久磁石の磁気的吸
引力を利用して、物体を非接触状態で位置決めさ
せるようにした非接触位置決め装置が提案されて
いる。しかしながら、磁気的吸引力を利用した位
置決め装置にあつては、吸引部材と被吸引部材と
の間の吸引力が、両者の距離に対して非線形変化
を示すので、これを制御するための制御電流も非
線形に変化させる必要がある。そのため、高精度
な位置制御を実現するには、バイアス用の磁気力
供給源や線形化装置を必要としなければならず、
装置の複雑化や信頼性の低下をもたらすという問
題があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、機械的な誤差の
少ない非接触位置決め装置にあつて、6軸方向の
位置制御に際して、磁気空〓に関し無依存であ
り、線形的な制御を可能化し、もつて構造の簡単
化および信頼性の向上化が図れる非接触位置決め
装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、浮揚体を、磁気的吸引力によつて支
承あるいは位置調整の為に駆動させるのではな
く、磁界と、該磁界中に配置された導電部材に流
れる電流との間に生ずる電磁気的な相互作用によ
つて支承あるいは位置調整の為に駆動させるよう
にしたことを特徴としている。 すなわち本発明は、固定体と浮揚体との間の非
接触状態を保つとともに固定体に対して浮揚体の
位置を磁気的に調整する非接触位置決め装置にお
いて、前記固定体または前記浮揚体のいずれか一
方に設けられた磁性材製の二重円筒体および他方
に設けられて上記二重円筒体を構成している外円
筒と内円筒との間に非接触に嵌入する非磁性材製
の単一円筒体と、前記二重円筒体および前記単一
円筒体からなる2つの円筒体のうちの一方の円筒
体に設けられ、上記単一円筒体を厚み方向に貫通
させるとともに上記二重円筒体の前記外円筒と前
記内円筒とを経由する経路で磁束を通過させる軸
方向回りの磁路を周方向に等間隔に複数形成する
磁界発生手段と、前記各磁路における半径方向に
延びる部分を横切る関係に前記2つの円筒体のう
ちの他方の円筒体に固定された軸方向位置制御用
導電部材、半径方向位置制御用導電部材および周
方向位置制御用導電部材と、前記二重円筒体と前
記単一円筒体との相対位置を非接触に検出する複
数の位置検出器と、これら位置検出器の出力と目
標位置とに基いて前記各導電部材に流れる電流の
方向と制御して前記二重円筒体と前記単一円筒体
との相対位置を可変する手段とを具備したもので
あり、前記導電部材に流れる電流の方向および前
記磁界発生手段で発生した磁界の方向と直交する
方向に生ずる前記磁界発生手段と前記導電部材と
の間の相対的な電磁力によつて前記浮揚体を前記
固定体に対して移動させるものであることを特徴
としている。 〔発明の効果〕 上記の如き構成であると、機械的な誤差を回避
できるという非接触位置決め装置特有の効果が得
られることは勿論のこと、次のような効果を奏す
ることができる。 すなわち、位置決め対象である浮揚体は、磁気
的吸引力によつて支承あるいは駆動させるのでは
なく、磁界と、該磁界中に配置された導電部材に
流れる電流との間の電磁気的な相互作用によつて
支承あるいは起動されるので、上記支承力および
駆動力は、浮揚体と固定体との間の磁気間隙とは
全く無依存である。したがつて、導電部材に供給
する電流を非線形に制御する必要がなくなる。し
たがつて、本発明によれば、新たに線形化装置や
バイアス付与手段を付加する必要がないので、構
造の簡単化および信頼性の向上化、更には精度の
向上化を図ることができる。 〔発明の実施例〕 以下、図面を参照し本発明の実施例について説
明する。 第1図乃至第3図は、本発明の一実施例に係る
非接触位置決め装置の構成を示す図であり、第1
図は本装置を一部切欠した分解斜視図、第2図は
本装置を第3図におけるA−A線に沿つて切断し
た矢視断面図、第3図は本装置を第2図における
B−B線に沿つて切断した矢視断面図である。こ
れら各図に示すように、本装置は、固定体1と、
この固定体1に非接触状態で嵌合する浮揚体2
と、固定体1に対する浮揚体2の位置を電磁気的
に調整する浮揚体位置調整手段3とで構成されて
いる。 固定体1は、固定体側の主体となる外円筒6
と、この外円筒6の内側に同軸配置された内円筒
7と、これら両円筒6,7の下端部間を一体的に
結合する環状底壁8と、上記内円筒7の上端部を
閉塞する上端壁9とで構成されており、例えば非
磁性材料で形成されたものである。 浮揚体2は、互いの間に前述した外円筒6を非
接触に嵌入させるように二重筒状に配置された外
円筒11および内円筒12と、これら両円筒1
1,12の上端部を一体的に閉塞する上端壁13
とで構成されており、例えば、高透磁率材料でか
つ電磁遮断材料である珪素鋼で形成されたもので
ある。 また、浮揚体位置調整手段3は、次のように構
成されている。すなわち、上記浮揚体2の内円筒
12の外周面でかつ上部位置には、適当な広がり
角を有する永久磁石16a,16b,16c,1
6dが、周方向に略90°の位相ピツチで取着され
ている。また、上記浮揚体2の内円筒12の外周
面でかつ下部位置には、適当な広がり角を有する
永久磁石17a,17b,17c,17dが、上
記永久磁石16a〜16dと周方向位置を同じく
するように略90°の位相ピツチで取着されている。
これら永久磁石16a〜16d,17a〜17b
は、それぞれ半径方向に着磁されている。この着
磁は、例えば軸心線方向に隣接する2個の永久磁
石によつて、後述するところの1組の磁気ループ
が形成されるように、軸心線方向に隣接する1組
の永久磁石が互いに逆向きとなる如く着磁され
る。一方、前記固定体1の外円筒6の内周部で、
かつ前記永久磁石16a〜16dおよび前記永久
磁石17a〜17dを対向する軸方向位置には、
それぞれ周方向に延びる溝18,19が形成され
ている。これら溝18,19には、周方向に巻回
された軸方向制御コイル20,21が装着されて
いる。また、固定体1の外筒6の外周面で、かつ
前記永久磁石16a〜16dおよび前記永久磁石
17a〜17dの各周方向端部と対向する位置に
は、径方向に僅か延出する計16個の凸部22a〜
22h,23a〜23h(但し、23a,23c
〜23gは図示せず)が形成されている。そし
て、これら凸部のうち、凸部22a,22c,2
2e,22g,23a,23c,23e,23g
には、それぞれ半径方向制御コイル24a〜24
hが巻装されている。また、これら凸部のうち、
凸部22b,22d,22f,22h,23b,
23d,23f,23hには、それぞれ周方向
(中心軸回り方向)制御コイル25a〜25hが
巻装されている。これら各制御コイル20,2
1,24a〜24h,25a〜25h、永久磁石
16a〜16d,17a〜17dとの関係位置
は、第4図に示す如くとなる。なお、この図は第
3図におけるC矢視図である。この図から明らか
なように、例えば永久磁石16aから発生する磁
界は、軸心線を中心として巻回された軸方向制御
コイル20と、径方向を中心として巻回された半
径方向制御コイル24aおよび周方向制御コイル
25aの軸方向に延びる部分とにそれぞれ直交す
るように貫通している。各制御コイルの数は、要
求される力の大きさに応じて任意に設定すること
ができ、更に前記各制御コイルを取着する部位
も、対応する永久磁石から発生される磁界の方向
に対して直交し、かつ要求方向の力が発生する場
所であれば自由に設定できる。一方、固定対1の
内円筒7の外周面で、上下位置には、浮揚体2の
内円筒12の内周面に対向するように半径方向位
置検出器31a,31b,32a,32bが突設
されている。また、同内円筒7の外周面で、中央
位置には、浮揚体2の内円筒12に形成された切
欠窓33a,33bにそれぞれ対向するように互
いに180°離間させて周方向(軸心線回り方向)位
置検出器34a,34bが突設されている。さら
に、同内円筒7の上端部を閉塞する上端壁9に
は、浮揚体2の上端壁13の内面に対向するよう
に軸方向位置検出器35が突設されている。そし
て、半径方向位置検出器31a,31b,32
a,32bおよび軸方向位置検出器35は、浮揚
体2の対向面との距離を非接触に検出し、周方向
位置検出器34a,34bは、その検出面とこの
検出面に対向する切欠窓33a,33bとの間の
相対位置変動によつて上記検出面を覆う部材の面
積変動を感知して浮揚体の周方向位置を検出す
る。なお、周方向位置を検出するのに2個の周方
向位置検出器34a,34bを使用しているの
は、浮揚体2の半径方向および軸方向の変位と周
方向の変位とを区別させる為である。さらに検出
精度を高めたい場合には、各々の制御軸方向の位
置検出器の組を増加させれば良い。なお、各位置
検出器および各制御コイルは信号線36を介して
別途設置された制御装置37と電気的に接続され
ており、各位置検出器からの検出信号に基づいて
各制御コイルが付勢されるようになつている。以
上が浮揚体位置調整手段3の概略構成である。 次に、このように構成された本実施例に係る非
接触位置決め装置の作用について説明する。 永久磁石16a〜16d,17a〜17dのう
ち、例えば永久磁石16a,17aから供給され
る磁束は、第2図に示すように、永久磁石16a
〜軸方向制御コイル20〜固定体1の外円筒6〜
半径方向制御コイル24aおよび周方向制御コイ
ル25a〜浮揚体2の外円筒11〜半径方向制御
コイル24eおよび周方向制御コイル25e〜固
定体1の外円筒6〜軸方向制御コイル21〜永久
磁石17a〜浮揚体2の内円筒12〜永久磁石1
6aの経路を通る磁気ループM1を形成する。こ
のように、本装置においては軸方向に隣接する2
つで1組の永久磁石によつて、周方向に90°の間
隔をあけて4つの磁気ループM1〜M4が形成さ
れる。そして、各磁気ループM1〜M4は、半径
方向制御コイル24a〜24hおよび周方向制御
コイル25a〜25hの軸方向に延びる2つの部
分のうち永久磁石16a〜16dと対向する一方
の部分、さらには軸方向制御コイル20,22に
略直交して貫通する。 ところで、周知の如く、定常磁界中に設置され
た導電部材に電流を流すと、該導電部材は、上記
磁界中を横切る導電部材の流さと、該導電部材に
流す電流値とに比例した大きさで、かつフレミン
グの左手の法則に従う向きの電磁力を受ける。こ
の実施例のように浮揚体2に磁界供給源である永
久磁石16a〜16d,17a,17bを設置
し、固定体1に導電部材である制御コイルを取着
した場合、上記各制御コイルには、上記法則に従
つた力が付与されるわけであるが、上記導電部材
の取着された固定体1は静止しているので、結果
的に前記浮揚体2がこの反力を受けて移動する。
勿論、浮揚体2に制御コイルが取着され、かつ固
定体1に磁界供給源が取着される場合には、上記
浮揚体2に直接電磁力が付与されることは言うま
でもない。 第5図は、浮揚体2を半径方向に位置決めする
場合の過程を説明するための図であり、説明に関
係しない部分の構成要素は省略した。すなわち、
いま浮揚体2を図中Fxで示すように紙面右向き
に変位させたい場合には、半径方向制御コイル2
4a,24eの磁気ループM1を横切る部分に軸
方向上向きに電流が流れるようにこれら制御コイ
ル24a,24eを付勢するとともに、半径方向
制御コイル24c,24gの磁気ループM3を横
切る部分に軸方向下向きに電流が流れるようにこ
れら制御コイル24c,24gを付勢する。この
結果、制御コイル24a,24eの上記部分およ
び制御コイル24c,24gの上記部分には、変
位させたいFxの向きとは逆向きの電磁力fa,fc
が発生する。従つて、浮揚体2は、その反力とし
てこれから電磁力fa,fcとは逆向きの力Fxを受
け、この力Fxが浮揚体2の半径方向の位置調整
力として作用する。なお、制御コイル24a,2
4c,24e,24gに流す電流の向きを反転さ
せれば、浮揚体2は上記Fxとは全く逆向きの力
を受けることになる。一方、上記制御コイル24
a,24c,24e,24gと90°位相をずらし
て設置された制御コイル24b,24d,24
f,24hにおいても、上述と同様に互いに対応
する制御コイルに逆向きに電流を流すようにすれ
ば、これら制御コイル24b,24d,24f,
24hの磁気ループM2,M4内に存在する部分
は、それぞれfb,fdの電磁力を受け、その反力と
して浮揚体をFyで示す向きに変位させることが
できる。これらの制御を行なうにあたり、各制御
コイルへの電流は、半径方向位置検出器31a,
31b,32a,32bからの検出値に基づいて
制御装置37から供給される。 第6図は、浮揚体2を中心軸回り、すなわち周
方向に位置決めする場合の過程を説明するための
図であり、この図においても説明に関係しない部
分の構成要素は省略した。すなわち、いま浮揚体
2を図中Frで示す時計回りの向きに回転変位さ
せたい場合には、周方向制御コイル25a〜25
hの各磁気ループM1〜M4を横切る部分に軸方
向上向きの電流が流れるようにこれら制御コイル
25a〜25hを付勢する。この結果、各制御コ
イル25a〜25hの上記部分には、反時計回り
の向きの電磁力fa〜fdが発生する。従つて、浮揚
体2は、その反力としてこれら電磁力fa〜fdとは
逆向きの力Frを受け、この力Frが浮揚体2の周
方向の位置調整力として作用する。なお、制御コ
イル25a〜25hに流す電流の向きを反転すれ
ば、浮揚体2は上記Frとは全く逆向きの力を受
けることになる。 第7図は、浮揚体2を軸方向に位置決めする場
合の過程を説明するための図であり、この図にお
いても説明に関係しない部分の構成要素は省略し
た。この場合には、軸方向制御コイル20を横切
る磁束の向きと、軸方向制御コイル21を横切る
磁束の向きとは各々逆向きであるから、これら制
御コイル20,21に流す電流の向きをそれぞれ
逆向きに設定すれば、これら制御コイル20,2
1には、同一の向きの電磁力が付与されることに
なる。例えば、制御コイル20には、図中上方か
ら見て反時計回りの向きに電流を流し、また、制
御コイル21には、同時計回りの向きに電流を流
せば、これら制御コイル20,21には、図中下
向きの電磁力fza,fzbが発生し、その結果、浮揚
体2は図中上向きの力Fzを受けて該向きに移動
する。各制御コイル20,21に流す電流の向き
を逆向きにすれば、浮揚体2は逆向きに移動す
る。 このように、本実施例によれば、空間の有する
全ての自由度に対して浮揚体2を移動させ得るよ
うに、浮揚体2を半径方向、周方向および軸方向
にそれぞれ独立に非接触支承および位置調整のた
め駆動するようにしている。このため、空間の任
意の位置への位置決めが可能になる。そして、こ
の場合には、浮揚体2は、磁気的吸引力によつて
支承あるいは駆動されるのではなく、永久磁石1
6a〜16d,17a〜17dが供給する定常的
な磁界と、各制御コイルに流れる電流との相互作
用によつて支承および駆動されるので、各制御コ
イルに供給される電流は、固定体1と浮揚体2と
の間の磁気間隙に対し無依存である。したがつ
て、線形化装置やバイアス手段などを必要とせ
ず、特に制御部分の大幅な簡略化を図ることがで
きるうえ、位置決め精度の向上化を図ることがで
きる。また、浮揚体2の運動は、固定体1に固定
された位置検出器31a,31b,32a,32
b,35によつて常時モニタされ、この信号が制
御装置37を介して付勢電流として制御コイルに
供給されるようになつているので、装置の位置決
め精度は、上記位置検出器の位置決め精度と略同
程度の精度が確保できる。さらに、この実施例に
おいては浮揚体2を電磁気遮断部材で形成し、こ
の浮揚体2によつて浮揚体位置調整手段3の全体
を覆うようにしているので、浮揚体位置調整手段
3からの電磁波は、上記浮揚体2よりも外側に漏
れることなく、電磁波の影響を受け易い装置を近
接設置することも可能である。 なお、本発明は、上述した実施例に限定される
ものではない。例えば上記実施例では軸方向に2
段の永久磁石16a〜16d,17a〜17dを
設け、これらの永久磁石によつて磁界を供給させ
るようにしたが、第8図(第9図におけるD−D
線に沿つて切断した矢視断面図)および第9図
(第8図におけるE−E線に沿つて切断した矢視
断面図)に示すように、永久磁石41a〜41
d,42a〜42d,43a〜43d(但し、4
1c,43b〜43dは図示せず)を浮揚体2の
中心軸方向について3段設けるようにし、軸方向
に2段の磁気ループMa,Mbを形成するように
しても良い。この例では、各永久磁石に対応させ
て半径方向制御コイル44a〜44d,45a〜
45d,46a〜46d(但し、44d,45b,
46b〜46dは図示せず)および周方向位置制
御コイル47a〜47d,48a〜48d,49
a〜49d(但し、47c,48a,48d,4
9a,49c,49dは図示せず)も3段に設け
るようにし、また軸方向制御コイル50は最も磁
束の集中する永久磁石42a〜42dと対向する
部分のみに設けるようにしている。そして、第9
図に示すように、半径方向制御コイル44a〜4
4d,45a〜45d,46a〜46dおよび周
方向制御コイル47a〜47d,48a〜48
d,49a〜49dの巻回数を多くするようにし
ている。 このような構成であれば、半径方向および周方
向に大きな負荷が印加された場合でも十分な支承
力あるいは位置調整の為の駆動力を得ることがで
きる。このように、必要な力に応じた適当な数の
制御コイルを配置するため、種々の変形例が考え
られる。なお、半径方向と周方向の制御コイルを
区別せずに各々の制御信号を重畳して用いても良
い。 また、先に示した実施例においては、磁界供給
源である永久磁石16a〜16d,17a〜17
dを浮揚体2の内円筒12の外周面上のみに設け
るようにしたが、第10図に示すように、外円筒
11の内周面にも前記永久磁石16a〜16d,
17a〜17dに対向させて新たな永久磁石51
a〜51d,52a〜52d(但し、51b〜5
1d,52b〜52dは図示せず)を設けるよう
にしても良い。このような構成であれば、磁束の
漏洩を少なくできることはもとより、定常磁界の
大きさも増加するため、より大きな支承力あるい
は位置調整のための駆動力を得ることができる。 また、これまでの説明では磁界供給源として永
久磁石を用いていたが、永久磁石に替えて第11
図に示すように電磁石61a〜61d,62a〜
62d(但し、61b,61c,62b,62c
は図示せず)を用いるようにしても良い。この場
合には、浮揚体2から導線が引出されるが、その
影響はそれ程大きなものではない。 なお、以上述べた内容は、固定体1に設置され
る要素と、浮揚体2に設置される要素とを交換し
ても同様の効果を得ることができる。 要するに本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変更して実施することができる。
第1図乃至第7図は本発明の一実施例に係る非
接触位置決め装置を説明するための図であり、第
1図は同装置を一部切欠した分解斜視図、第2図
は同装置の縦断面図、第3図は同装置の横断面
図、第4図は第3図におけるC矢視図、第5図は
同装置の半径方向制御の様子を説明するための
図、第6図は同周方向制御の様子を説明するため
の図、第7図は同中心軸方向制御の様子を説明す
るための図、第8図乃至第11図はそれぞれ他の
実施例に係る非接触位置決め装置を示す図であ
る。 1……固定体、2……浮揚体、3……浮揚体位
置調整手段、16a〜16d,17a〜17d,
41a〜41d,42a〜42d,43a〜43
d,51a〜51d,52a〜52d……永久磁
石、20,21,50……軸方向制御コイル、2
4a〜24h,44a〜44d,45a〜45
d,46a〜46d……半径方向制御コイル、2
5a〜25h,47a〜47d,48a〜48
d,49a〜49d……周方向制御コイル、31
a,31b,32a,32b……半径方向位置検
出器、34a,34b……周方向位置検出器、3
5……軸方向位置検出器、37……制御装置、6
1a〜61d,62a〜62d……電磁石。
接触位置決め装置を説明するための図であり、第
1図は同装置を一部切欠した分解斜視図、第2図
は同装置の縦断面図、第3図は同装置の横断面
図、第4図は第3図におけるC矢視図、第5図は
同装置の半径方向制御の様子を説明するための
図、第6図は同周方向制御の様子を説明するため
の図、第7図は同中心軸方向制御の様子を説明す
るための図、第8図乃至第11図はそれぞれ他の
実施例に係る非接触位置決め装置を示す図であ
る。 1……固定体、2……浮揚体、3……浮揚体位
置調整手段、16a〜16d,17a〜17d,
41a〜41d,42a〜42d,43a〜43
d,51a〜51d,52a〜52d……永久磁
石、20,21,50……軸方向制御コイル、2
4a〜24h,44a〜44d,45a〜45
d,46a〜46d……半径方向制御コイル、2
5a〜25h,47a〜47d,48a〜48
d,49a〜49d……周方向制御コイル、31
a,31b,32a,32b……半径方向位置検
出器、34a,34b……周方向位置検出器、3
5……軸方向位置検出器、37……制御装置、6
1a〜61d,62a〜62d……電磁石。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 固定体と浮揚体との間の非接触状態を保つと
ともに固定体に対して浮揚体の位置を磁気的に調
整する非接触位置決め装置において、前記固定体
または前記浮揚体のいずれか一方に設けられた磁
性材製の二重円筒体および他方に設けられて上記
二重円筒体を構成している外円筒と内円筒との間
に非接触に嵌入する非磁性材製の単一円筒体と、
前記二重円筒体および前記単一円筒体からなる2
つの円筒体のうちの一方の円筒体に設けられ、上
記単一円筒体を厚み方向に貫通させるとともに上
記二重円筒体の前記外円筒と前記内円筒とを経由
する経路で磁束を通過させる軸方向回りの磁路を
周方向に等間隔に複数形成する磁界発生手段と、
前記各磁路の半径方向に延びる部分を横切る関係
に前記2つの円筒体のうちの他方の円筒体に固定
された軸方向位置制御用導電部材、半径方向位置
制御用導電部材および周方向位置制御用導電部材
と、前記二重円筒体と前記単一円筒体との相対位
置を非接触に検出する複数の位置検出器と、これ
ら位置検出器の出力と目標位置とに基いて前記各
導電部材に流れる電流の方向を制御して前記二重
円筒体と前記単一円筒体との相対位置を可変する
手段とを具備してなることを特徴とする非接触位
置決め装置。 2 前記磁界発生手段は、磁極面をそれぞれ前記
他方の円筒体の周面に対向させて前記一方の円筒
体の周面に固定された複数個の永久磁石もしくは
複数個の電磁石を主体に構成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の非接触位置
決め装置。 3 前記二重円筒体の前記外円筒は、磁気遮蔽部
材を兼ねていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の非接触位置決め装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59204850A JPS6185060A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 非接触位置決め装置 |
| US06/780,599 US4644205A (en) | 1984-09-29 | 1985-09-26 | Positioning device of magnetic suspension type |
| EP85306846A EP0177274B1 (en) | 1984-09-29 | 1985-09-26 | Positioning device of magnetic suspension type |
| DE8585306846T DE3584814D1 (de) | 1984-09-29 | 1985-09-26 | Positionierungsvorrichtung der bauart mit magnetischer aufhaengung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59204850A JPS6185060A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 非接触位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6185060A JPS6185060A (ja) | 1986-04-30 |
| JPH0424946B2 true JPH0424946B2 (ja) | 1992-04-28 |
Family
ID=16497428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59204850A Granted JPS6185060A (ja) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | 非接触位置決め装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4644205A (ja) |
| EP (1) | EP0177274B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6185060A (ja) |
| DE (1) | DE3584814D1 (ja) |
Cited By (1)
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