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(In Japanese)磁気浮上装置とその制御方法 meetings

Patent code P170014282
File No. (S2014-0301-N0)
Posted date Jun 26, 2017
Application number P2016-520954
Patent number P6446039
Date of filing Feb 23, 2015
Date of registration Dec 7, 2018
International application number JP2015055039
International publication number WO2015178052
Date of international filing Feb 23, 2015
Date of international publication Nov 26, 2015
Priority data
  • P2014-103797 (May 19, 2014) JP
Inventor
  • (In Japanese)水野 毅
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人埼玉大学
Title (In Japanese)磁気浮上装置とその制御方法 meetings
Abstract (In Japanese)強磁性体(11)の非接触支持のための磁力を発生する一対の磁石(10)と、強磁性体(11)の横ずれ方向への変位を検出する変位検出手段(20)と、強磁性体(11)の横ずれ方向の振動を抑制する制御手段(40)とを備え、制御手段(40)が、振動の中心から離れる方向に変位する強磁性体(11)に対し、振動の中心に戻る方向に変位するときよりも強い磁力が作用するように一対の磁石(10)を制御する。強磁性体(11)が振動の中心から離れる際の磁気力の剛性を強め、強磁性体(11)が振動の中心に戻る際の磁気力の剛性を弱めることにより、強磁性体(11)の振動は急速に減衰する。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

磁気浮上系は、非接触で物体を支持することが可能であり、機械的摩擦がないため振動や騒音が少なく、また、潤滑を必要としないため、潤滑油の蒸発を嫌う真空中やクリーンルームなどの特殊環境下でも使用できる。
磁気浮上の方式には、磁石同士の反発力を利用する反発型や、磁石と強磁性体の吸引力を利用する吸引型などがある。
図17(a)は、一対の電磁石10の間に在る強磁性体11が、上下の電磁石10の磁力により吸引され、電磁石間に非接触支持されている様子を示している。この強磁性体11の上下方向の位置は、上下の電磁石10に印加する電流を制御し、それらの電磁石10から発生する磁力を調整することにより安定的に保つことができる。

この強磁性体11に対し、図17(b)に示すように、一対の電磁石10の配列方向と直交する方向の外力が加わると、非接触支持されている強磁性体11は、押された方向に移動(横ずれ)する。このとき、電磁石10から外れた強磁性体11の端部には、図18に示すように、吸引力Bの成分とともに、横ずれを元に戻そうとする復元力Aの成分を含む力が働く。これは“端効果”として知られている。
復元力Aを受けた強磁性体11は横ずれ方向の反対側に横ずれし、再び端効果による復元力を受ける。その結果、強磁性体11は横ずれ方向への振動を繰り返す。
この横ずれ方向の振動は、下記特許文献1に記載されているように、非接触支持された強磁性体11に減衰作用が働かないため、収束し難い。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、磁気力を利用して浮上対象物を非接触支持する磁気浮上装置とその制御方法に関し、浮上対象物の安定的な非接触支持を低コストで実現するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
磁気力を利用して浮上対象物を非接触支持する磁気浮上装置であって、
浮上対象物の非接触支持のための磁力を発生する一対の磁石と、
前記一対の磁石の配列方向と直交する横ずれ方向への前記浮上対象物の変位を検出する変位検出手段と、
前記浮上対象物の前記横ずれ方向の振動を抑制する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記振動の中心から離れる方向に変位する前記浮上対象物に対し、前記振動の中心に戻る方向に変位するときよりも強い磁力が作用するように前記一対の磁石を制御する、
ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項2】
 
請求項1に記載の磁気浮上装置であって、前記一対の磁石が上下方向に配列された電磁石であり、前記浮上対象物が前記電磁石の各々に吸引されて前記一対の電磁石の間に非接触支持される強磁性体を含み、前記制御手段は、前記浮上対象物が前記振動の中心から離れる方向に変位するとき、前記一対の電磁石に印加する電流を強め、前記浮上対象物が前記振動の中心に戻る方向に変位するとき、前記一対の電磁石に印加する電流を弱める、ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項3】
 
請求項2に記載の磁気浮上装置であって、前記横ずれ方向に振動する前記浮上対象物の変位をx、前記浮上対象物の移動速度をx’とするとき、前記制御手段は、前記一対の電磁石に印加するバイアス電流を、x・x’≧0の状態と、x・x’<0の状態とで切り替え、x・x’≧0のときの前記バイアス電流が、x・x’<0のときの前記バイアス電流より大きくなるように設定する、ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項4】
 
請求項3に記載の磁気浮上装置であって、前記制御手段は、x・x’の値が所定値より小さいとき、前記一対の電磁石に印加する前記バイアス電流をx・x’の値に応じて減少させる、ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項5】
 
請求項1から4のいずれかに記載の磁気浮上装置であって、前記変位検出手段が、前記浮上対象物の横ずれ方向に配置された、前記浮上対象物までの距離を測定する測定手段である、ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項6】
 
請求項2から4のいずれかに記載の磁気浮上装置であって、前記変位検出手段が、前記電磁石の前記浮上対象物に対向する側に配置された、通過磁束の変化を検出するセンシングコイルである、ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項7】
 
請求項2から4のいずれかに記載の磁気浮上装置であって、前記変位検出手段が、前記電磁石を支持し、該電磁石に作用する力を検出する力センサである、ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項8】
 
請求項1に記載の磁気浮上装置であって、前記浮上対象物が、前記一対の磁石に対して相反する方向に反発する磁石を含み、前記一対の磁石と前記浮上対象物の磁石との反発力により前記浮上対象物が非接触支持され、前記制御手段は、前記浮上対象物が前記振動の中心から離れる方向に変位するとき、前記反発力が強まる位置に前記一対の磁石を移動し、前記浮上対象物が前記振動の中心に戻る方向に変位するとき、前記反発力が弱まる位置に前記一対の磁石を移動する、ことを特徴とする磁気浮上装置。

【請求項9】
 
磁気力を利用して浮上対象物を非接触支持する磁気浮上装置の制御方法であって、
上下方向に配列する一対の電磁石の間に、強磁性体を含む浮上対象物を非接触支持し、
前記一対の電磁石に対して、前記電磁石の配列方向への前記浮上対象物の変位を抑える電流iと、前記配列方向と直交する横ずれ方向への前記浮上対象物の振動を抑制するバイアス電流Δiとを重畳して印加し、
前記横ずれ方向に振動する前記浮上対象物の変位をx、前記浮上対象物の移動速度をx’とするとき、前記一対の電磁石に印加する前記バイアス電流Δiを、x・x’≧0の状態と、x・x’<0の状態とで切り替え、x・x’≧0のときの前記バイアス電流を、x・x’<0のときの前記バイアス電流より大きくする、
ことを特徴とする磁気浮上装置の制御方法。

【請求項10】
 
請求項9に記載の磁気浮上装置の制御方法であって、x・x’の値が所定値より小さいとき、前記バイアス電流Δiを、x・x’の値に応じて減少させる、ことを特徴とする磁気浮上装置の制御方法。

【請求項11】
 
請求項10に記載の磁気浮上装置の制御方法であって、前記バイアス電流Δiを、次の条件1~条件5を満たす関数f(x・x’)に従って変化させる、ことを特徴とする磁気浮上装置の制御方法。
前記バイアス電流Δiが連続的に変化する範囲を調整するパラメータをX0として、
条件1:x・x’<-X0のとき f(x・x’)=-ΔI
条件2:-X0<x・x’<0のとき -ΔIから0へ単調に増加する
条件3:f(0)=0、
条件4:0<x・x’<X0のとき 0からΔIへ単調に増加する
条件5:X0<x・x’のとき f(x・x’)=+ΔI
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2016520954thum.jpg
State of application right Registered
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