JPH08109928A - 磁気ベアリング用のアクチュエーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気ベアリング用のアクチュエ−タ−を提供
する。 【構成】磁気力線の磁路を提供するジャ−ナルと、前記
ジャ−ナルを磁気的に浮上させるための複数の電磁石
と、前記ジャ−ナルに結合され、ジャ−ナルから発生し
た動力を支持物に伝達するための動力伝達手段と、前記
電磁石およびジャ−ナルを支持する支持手段とを具備す
る。また、前記複数の電磁石は、ジャ−ナルの中心点を
過ぎる直交軸線上に相互対称構造で設け、さらに、前記
ジャ−ナルは球形からなる構成とし、さらに、前記ジャ
−ナルの内部が空洞からなり前記ジャ−ナルの内部に前
記複数の電磁石がそのジャ−ナルの中心点を過ぎる直交
軸線上に相互対称構造で設けられる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁気ベアリング用の
アクチュエ−タ−に係り、特に可動部のジャ−ナルがさ
まざまな方向へ自由に移動可能に構成された磁気ベアリ
ング用のアクチュエ−タ−に関する。

【０００２】

【従来の技術】能動磁気ベアリングは、宇宙航空機械や
産業用の精密機械，実験用の装置などのような特定の分
野で主に用いられてきた。したがって少量で注文・製作
され、そのような特定の分野での要求に適合した構造に
発達してきた。しかしながら、今日における技術の発達
と共に、大量生産製品においても磁気ベアリングの需要
が急増しており、これらの需要においては高度の精密性
と多様な運動自由度とが要求されてきている。例えばそ
の一例として光ディスク装置が挙げられる。

【０００３】この光ディスク装置には、記録された情報
を判読しまた新たに情報を記録するために、ディスク面
に光ビ−ムを照射するピックアップと、そのピックアッ
プを支持するキャリッジと、キャリッジの位置を移動さ
せるボイスコイルモ−タなどが設けられている。このよ
うな光ディスク装置において、ピックアップに設けられ
ている対物レンズは、デ−タの精密な記録および判読の
ために、フォ−カシングおよびトラッキングの直線運動
だけでなく、ディスク面の振動に対応する回転運動が必
要になる。このために、この対物レンズはさまざまな方
向における運動自由度を持たねばならず、そのような条
件を満足させるためには対象物体を非接触方式で支持す
る磁気ベアリングが好適である。

【０００４】図６は、このような、対象物体を非接触方
式で支持する磁気ベアリングの従来における一例を概略
的に示した図である。図において、従来における磁気ベ
アリングは、その中心部に回転運動する円柱状の回転軸
４０が備えられている。該回転軸４０の所定の部位に
は、この回転軸４０に対して垂直方向の力を作用させ、
力の相互均衡によって回転軸４０を空に浮上させた状態
で固定する２つの環形のアクチュエ−タ−４１ａ，４１
ｂが、相互に所定の間隔をもって当該回転軸４０を嵌め
込んだ状態にて設けられている。

【０００５】この環形のアクチュエ−タ−４１ａ，４１
ｂの内周面には、その内周面から円の中心点に向けて多
数のポ−ル（pole）４１ｐが相互対称構造で形成されて
おり、各ポ−ル４１ｐにはコイル４６が巻いてある。図
６においては、特定のポ−ルのみにコイルが巻いてある
ように図示されているが、実際には全てのポ−ルにコイ
ルが巻いてある。一側の環形のアクチュエ−タ−４１ｂ
の後方には、軸方向への作用力を発生させ、回転軸４０
が軸方向へ揺動することを防止すると同時に回転軸４０
を固定させる軸方向作用アクチュエ−タ−４２が設けら
れている。

【０００６】また、軸方向に対して軸の垂直方向への変
位を感知するための垂直方向の変位感知用のセンサ−４
３ａ，４３ｂが、回転軸４０の外周面から所定距離離隔
した位置に設けられている。そして、回転軸４０の一側
の端部から所定距離離隔した地点には、軸方向への変位
を感知するための軸方向変位感知用のセンサ−４４が設
けられている。前記センサ−４３ａ，４３ｂ，４４と、
アクチュエ−タ−４１ａ，４１ｂのポ−ル４１ｐに巻か
れたコイル４６は、図示のように制御部４５と電気的に
接続されて１つの回路を構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のこの
ような磁気ベアリングは、アクチュエ−タ−が回転軸、
すなわち支持対象物体を取り囲んでいることから、当該
アクチュエ−タ−は、支持対象物体の形状および大きさ
（軸の直径）に応じてその大きさが変更される必要があ
り、これにより、アクチュエ−タ−は１つの独立した製
品としての特徴を持つことができず、アクチュエ−タ−
の標準化や量産化が不可能になっていた。特に軸の直径
が大きい場合、それに応じてアクチュエ−タ−も大きく
なるが、そうなると、該アクチュエ−タ−を支持するた
めの周辺装置も大きくなり、重量および空間確保など、
設置上の難しい問題が生じる。

【０００８】本発明は前記のような問題点に鑑みて創案
されたものであり、本発明の目的とするところは、独立
した単位製品化が可能であるとともに支持対象物体の形
状にかかわらずに標準化および小型化が可能であり、そ
の設置が容易な磁気ベアリング用のアクチュエ−タ−を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、磁気力線の磁路を提供するジャ−ナル
と、前記ジャ−ナルを磁気的に浮上させるための複数の
電磁石と、前記ジャ−ナルに結合され、ジャ−ナルから
発生した動力を支持物に伝達するための動力伝達手段
と、前記電磁石およびジャ−ナルを支持する支持手段と
を具備する構成とするものである。

【００１０】また、前記複数の電磁石は、ジャ−ナルの
中心点を過ぎる直交軸線上に相互対称構造で設けられる
構成とし、前記ジャ−ナルは球形からなる構成とし、前
記ジャ−ナルの内部が空洞からなり、前記ジャ−ナルの
内部に前記複数の電磁石がそのジャ−ナルの中心点を過
ぎる直交軸線上に相互対称構造で設けられる構成とする
ものである。

【００１１】

【作用】支持対象物体の周囲に位置した電磁石とジャ−
ナルとを集中させた構造からなり、アクチュエ−タ−を
１つの独立した製品として量産可能であり、アクチュエ
−タ−から発生した力を動力伝達手段によって支持対象
物体に伝達するので、アクチュエ−タ−の形状を支持対
象物体の形状に構わず標準化させ得る。のみならず、支
持対象物体とアクチュエ−タ−とが構造的に分離されて
いるために、設置が容易であり、アクチュエ−タ−のみ
で単独構成され得る。

【００１２】

【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明の実施例
を詳細に説明する。図１は本発明による磁気ベアリング
用のアクチュエ−タ−の概略的な装置構成を示す図であ
るが、本発明に係る磁気ベアリング用のアクチュエ−タ
−１０は、図示のように、その中心部に球形のジャ−ナ
ル１１が位置する。該ジャ−ナル１１の周囲には所定形
状のコアにコイルが巻かれた６つの電磁石１２ａ〜１２
ｆ（１２ｆはジャ−ナルの後ろ側に位置して見えない）
がＸ，Ｙ，Ｚ軸上にそれぞれ１対ずつ対称構造をなして
備えられる。ここで、前記ジャ−ナル１１の内部は、空
洞にするかあるいは強磁性材より軽い物質で満たしても
よい。

【００１３】そして、前記電磁石１２ａ〜１２ｆの個数
も６に限ることなく、それより多くあるいは少なく構成
することも可能である。また、電磁石１２ａ〜１２ｆの
配置も、設置角度に特別な限定はなく、特にその設置位
置においてジャ−ナル１１の外部および内部のいずれに
も設けることができる。前記ジャ−ナル１１の一側に
は、前記電磁石１２ａ〜１２ｆの作用によってジャ−ナ
ル１１に発生した動力を伝達するための軸１３が、球形
ジャ−ナル１１の中心と一致するように結合される。

【００１４】図２は図１のアクチュエータ−を支持する
ためのフレ−ムの概略的な装置構成を示す図であり、フ
レ−ム２０はアクチュエ−タ−の電磁石１２ａ〜１２ｆ
を固定させるための円弧形および円形の骨格２１ａ，２
１ｂからなる。そして、該骨格２１ａ，２１ｂの所定部
位には、円弧形の骨格２１ａの上部と下部とを分離およ
び結合できるように調節把手２２が設けられる。さら
に、全体の骨格を他のベ−スに固定できるように固定台
２３が骨格２１ａの所定部位に備えられる。

【００１５】以上のような構造を有する本発明に係る磁
気ベアリング用のアクチュエ−タ−の作動を説明する。
先ず、電磁石１２ａ〜１２ｆのコイルに電流が流れると
磁力線が発生し、該磁力線は所定の磁気経路を形成して
流れる。すなわち、図３に示したように、磁力線１４は
電磁石１２ａのコアおよびジャ−ナル１１を経由する磁
気経路を形成して流れる。これにより、電磁石１２ａと
ジャ−ナル１１との間には吸引力（又は反発力）が発生
する。この際、ジャ−ナル１１を中心に対称構造に配置
されている電磁石の対に流れる電流の大きさが異なると
発生する磁束の大きさも異なり、ジャ−ナル１１は吸引
力の大きい電磁石側へ移動する。

【００１６】一方、このような作用のアクチュエ−タ−
を１つ使用する場合と、２つ使用する場合における回転
運動の関係を図４および図５に基づいて説明する。図４
において、支持対象物体１５は、図に示したように、ア
クチュエ−タ−１０の一側に軸１３によって結合された
状態で、電磁石のコイルに交番電流を流すと、アクチュ
エ−タ−１０内には回転磁界が発生する。該回転磁界に
よりジャ−ナル１１が回転すると、ジャ−ナル１１に軸
１３によって結合された支持対象物体１５も回転する。

【００１７】一方、図５に示すように２つのアクチュエ
−タ−３０ａ，３０ｂが使用された場合、支持対象物体
３５は、両アクチュエ−タ−の間に位置して両側のアク
チュエ−タ−とそれぞれの軸３３ａ，３３ｂによって結
合される。このような状態で一側のアクチュエ−タ−３
０ａのジャ−ナル３１ａは、下部へ（図面上で）直線運
動させ、他側のアクチュエ−タ−３０ｂのジャ−ナル３
１ｂは上部へ直線運動させると、支持対象物体３５は相
対的な回転運動をする。

【００１８】つまり、アクチュエ−タ−のジャ−ナル
は、電磁石と一定の間隔を維持しながら直線運動と回転
運動とが自由にできるようになり、それに応じて支持対
象物体も直線運動と回転運動とが自由にできるようにな
る。よって、光ディスクやその他の精密機械装置などに
適用される場合に良い効果を得ることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明による磁気
ベアリング用のアクチュエ−タ−は、従来の支持対象物
体の周囲に位置した電磁石とジャ−ナルとを集中させた
構造からなり、アクチュエ−タ−を１つの独立した製品
として量産可能であり、アクチュエ−タ−から発生した
力を動力伝達手段によって支持対象物体に伝達するため
に、アクチュエ−タ−の形状を支持対象物体の形状に構
わず標準化させ得る。のみならず、支持対象物体とアク
チュエ−タ−とが構造的に分離されているために、設置
が容易であり、アクチュエ−タ−のみで単独構成される
ので、小型化できる長所がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気ベアリング用のアクチュエ−
タ−の概略的な装置構成を示す図である。

【図２】アクチュエ−タ−を支持するためのフレ−ムの
概略的な装置構成を示す図である。

【図３】本発明による磁気ベアリング用のアクチュエ−
タ−において、磁力線の磁気経路を示した状態図であ
る。

【図４】本発明による磁気ベアリング用のアクチュエ−
タ−を１つ使用した際の支持対象物体の回転運動関係を
示した説明図である。

【図５】本発明による磁気ベアリング用のアクチュエ−
タ−を２つ使用した際の支持対象物体の回転運動関係を
示した説明図である。

【図６】従来における磁気ベアリングの概略的な装置構
成の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０・・アクチュエ−タ− １１・・ジャーナル １２ａ〜１２ｆ・電磁石 １３・・軸 １４・・磁力線 １５・・支持対象物体 ２０・・フレーム ２１ａ，２１ｂ・円弧形及び円形の骨格 ２２・・調節把手 ２３・・固定台 ３０ａ，３０ｂ・アクチュエータ ３１ａ，３１ｂ・ジャーナル ３３ａ，３３ｂ・軸 ３５・・支持対象物体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気力線の磁路を提供するジャ−ナル
   と、 前記ジャ−ナルを磁気的に浮上させるための複数の電磁
   石と、 前記ジャ−ナルに結合され、ジャ−ナルから発生した動
   力を支持物に伝達するための動力伝達手段と、 前記電磁石およびジャ−ナルを支持する支持手段とを具
   備してなることを特徴とする磁気ベアリング用のアクチ
   ュエ−タ−。
2. 【請求項２】 前記複数の電磁石は、ジャ−ナルの中心
   点を過ぎる直交軸線上に相互対称構造で設けられること
   を特徴とする請求項１記載の磁気ベアリング用のアクチ
   ュエ−タ−。
3. 【請求項３】 前記ジャ−ナルは球形からなることを特
   徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気ベアリング用
   のアクチュエ−タ−。
4. 【請求項４】 前記ジャ−ナルの内部が空洞からなり、
   前記ジャ−ナルの内部に前記複数の電磁石がそのジャ−
   ナルの中心点を過ぎる直交軸線上に相互対称構造で設け
   られることを特徴とする請求項３記載の磁気ベアリング
   用のアクチュエ−タ−。