JP2004360747A - ばね定数可変式磁気ばね装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】ばね定数を自由に変えることができるばね定数可変式磁気ばね装置を提供すること。
【構成】磁気の吸引力をばね力として用いる磁気ばねにおいて、永久磁石と強磁性体から成る可動子と、コイルと強磁性体から成る少なくとも１つの固定子を具備し、永久磁石による磁気吸引力のみで磁気ばねのばね力を発生させ、永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量をコイルに流す電流で調節することによって磁気ばねのばね力を調節できる磁気回路と、可動子と固定子のギャップを調節することによって永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量を調節して磁気ばねのばね力を調節する磁気回路と、永久磁石を保磁力の異なるものに交換することによって磁気ばねのばね力を調節する磁気回路を含んでばね定数可変式磁気ばね装置を構成する。
【選択図】 図１
【構成】磁気の吸引力をばね力として用いる磁気ばねにおいて、永久磁石と強磁性体から成る可動子と、コイルと強磁性体から成る少なくとも１つの固定子を具備し、永久磁石による磁気吸引力のみで磁気ばねのばね力を発生させ、永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量をコイルに流す電流で調節することによって磁気ばねのばね力を調節できる磁気回路と、可動子と固定子のギャップを調節することによって永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量を調節して磁気ばねのばね力を調節する磁気回路と、永久磁石を保磁力の異なるものに交換することによって磁気ばねのばね力を調節する磁気回路を含んでばね定数可変式磁気ばね装置を構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力による自重を打ち消すように一定の圧力を加え、位置を保持するためのばね定数可変式磁気ばね装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のばね定数を変化できる電気機械スプリングの構成図（特許文献１）を示す。
【０００３】
従来の電気機械スプリングには本体２９，３０，３１、本体上に載置され移動線（即ち、水平軸ｘ−ｘ）に沿って本体に対して移動するアーマチュア３２、第１及び第２の空隙長の和が一定となるように移動線に沿って本体及びアーマチュア間に配置された対向する可変長けん引第１及び第２の空隙（Ｇ１，Ｇ２）、第１の空隙内に第１の磁束３３を発生するように構成された第１の磁石３５、第２の空隙に第２の磁束３４を発生し第１及び第２の磁束によりそれぞれ第１及び第２の空隙内に対抗する力を生成するように構成された第２の磁石３６、本体及びアーマチュア間に作用しアーマチュアを本体に対する所定位置に向って移動させるように付勢し空隙及びその中の磁束により磁気スプリングを画定して電気機械スプリングの有効ばね定数が機械及び磁気スプリングのばね定数の代数和に等しくなるようにする機械的スプリング３７、第１の電流が供給されると第１の空隙内に第１のコイル磁束を発生するように構成された第１のコイル３８、第２の電流を供給されると第２の空隙内に第２のコイル磁束を発生するように構成された第２のコイル３９、アーマチュアが所定の位置にあるときに第１及び第２の磁束に寄与する磁力の差に影響を及ぼすことなく第１及び第２の空隙内の磁束を変えるような大きさ及び極性の第１及び第２の電流をそれぞれ第１及び第２のコイルへ供給する制御回路を含み、電気機械スプリングの有効ばね定数を第１及び第２の電流の関数として選択的に変化させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２０７６４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記で述べた従来の電気機械スプリングは機械スプリング３７を必要としているため、エネルギーの損失と耐久性に問題があった。更に、ばね定数を変える手段がコイルに流す電流のみであるため、ばね定数の可変量は最大電流値によって限られる。そのため、従来の電気機械スプリングによってばね定数を大きく変えたいときは、機械スプリングを交換したり、ばね定数が異なる機械スプリングを備えた電気機械スプリングに交換する他になかった。従って、電気機械スプリングは、ばね定数を大きく変えたい場合には必ずしも有効とは言えない。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ばね定数を自由に変えることができるばね定数可変式磁気ばね装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、磁気の吸引力をばね力として用いる磁気ばねにおいて、永久磁石と強磁性体から成る可動子と、コイルと強磁性体から成る少なくとも１つの固定子を具備し、永久磁石による磁気吸引力のみで磁気ばねのばね力を発生させ、永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量をコイルに流す電流で調節することによって磁気ばねのばね力を調節できる磁気回路と、可動子と固定子のギャップを調節することによって永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量を調節して磁気ばねのばね力を調節する磁気回路と、永久磁石を保磁力の異なるものに交換することによって磁気ばねのばね力を調節する磁気回路を含んでばね定数可変式磁気ばね装置を構成したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１に本発明に係る磁気ばね装置の構造例を示す。
【００１０】
本発明に係る磁気ばね装置は、可動子１（可動子ヨーク２、永久磁石３）と固定子（コイル４， ５、ギャップ調整用固定子ヨーク６， ７， ８， ９、固定子コア１０， １１）と可動子１を支持するケース１２と、可動子と固定子のギャップを変えることができるギャップ調整機構１３， １４， １５， １６によって構成されている。
【００１１】
永久磁石３による磁束１９， ２０が固定子のヨーク６， ７， ８， ９， １０， １１に流れ、可動子の変位０で安定状態にある。そのため、可動子がプラスに変位してもマイナスに変位しても可動子を変位０の中心点に戻そうとする吸引力が発生する。よって、コイル４， ５に電流を流すことなく、永久磁石３の磁気吸引力のみで磁気ばねを構成している。
【００１２】
コイル４， ５に電流を流すことで、コイル電流による磁束１７， １８が発生する。永久磁石３による磁束１９， ２０をコイル電流による磁束１７， １８で弱めることで、磁気吸引力が減少し、ばね定数が小さくなる。逆に、永久磁石３による磁束１９， ２０をコイル電流による磁束１７， １８で強めることで、磁気吸引力が増加し、ばね定数が大きくなる。
【００１３】
可動子と固定子のギャップを変えることができるギャップ調整機構１３， １４， １５， １６により、可動子と固定子のギャップを大きくすることで、磁気抵抗が増加し、永久磁石３から固定子ヨーク６， ７， ８， ９， １０， １１に流れる磁束が減少することで磁気吸引力が減少し、ばね定数が小さくなる。逆に、可動子と固定子のギャップを小さくすることで、磁気抵抗が減少し、磁束が減少することで磁気吸引力が増加し、ばね定数が大きくなる。
【００１４】
又、保磁力が小さな永久磁石３を用いることで、永久磁石３による磁束１９， ２０が減少し、ばね定数が小さくなる。逆に、保磁力が大きな永久磁石３を用いることで、永久磁石３による磁束１９， ２０が増加し、ばね定数が大きくなる。
【００１５】
図３に可動子と固定子のギャップ、コイル電流、永久磁石の保磁力により変化するばね定数を示す。
【００１６】
初期状態のばね力２１の時に、永久磁石３による磁束１９， ２０を強めるようにコイルにプラス電流を流すとばね力２２に示すようにばね定数が増加する。逆に、永久磁石３による磁束１９， ２０を弱めるようにコイルにマイナス電流を流すとばね力２３に示すようにばね定数は増加する。可動子と固定子のギャップを小さくした時、ばね力２４に示すようにばね定数は増加する。保磁力の大きな永久磁石に交換した時、ばね力２５に示すようにばね定数は増加する。
【００１７】
図２に本発明に基づく磁気ばね装置のその他の構造例を示す。
【００１８】
可動子ヨーク２、永久磁石３及び固定子のヨーク６， ７， ８， ９， １０， １１、コイル４， ５をストローク方向に複数個連結させても、図１の構造例と同様の磁気ばね装置を構成することができる。又、永久磁石の磁束を強めたり弱めたりできるのであれば、コイルはどのように巻いても、図１の構造例と同様に、ばね定数を変えることができる。
【００１９】
図１及び図２で示した構造例において、紙面上向きと下向きに等、少なくとも１つの固定子を配置しても、同様に、ばね定数可変式磁気ばね装置を構成することができる。
【００２０】
又、可動子、固定子などが円筒形であっても、同様に、ばね定数可変式磁気ばね装置を構成することができる。
【００２１】
図４に本発明を接触式形状測定器に応用したときの実施例を示す。
【００２２】
プローブ２６の自重をキャンセルするようにばね定数可変式磁気ばね装置２７で吸引力する。取り付けるプローブの質量に合わせて、永久磁石の保磁力を変え、可動側と固定側のギャップで調整することで、自重をキャンセルする吸引力を決める。
【００２３】
次に、コイル電流により調整しばね定数の微調整をすることで最適な吸引力を選択し、プローブの自重を保証する。又、ばね定数を調整することで、形状測定器のプローブや研磨ヘッドのように、一定の圧力を保つものにも利用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、可動子と固定子のギャップ、コイル電流、可動子の永久磁石の保磁力をパラメータとして設定することによって、ばね定数を自由に変えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気ばね装置の構造例を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気ばね装置のその他の構造例を示す図である。
【図３】可動子と固定子のギャップ、コイル電流、永久磁石の保磁力により変化するばね定数を示す図である。
【図４】本発明を接触式形状測定器に応用したときの実施例を示す図である。
【図５】従来のばね定数を変化できる電気機械スプリングの構成図である。
【符号の説明】
１ 可動子
２ 可動子ヨーク
３ 永久磁石
４， ５ コイル
６〜９ ギャップ調整用固定子ヨーク
１０， １１ 固定子コア
１２ ケース
１３〜１６ ギャップ調整機構
１７， １８ コイル電流による磁束
１９， ２０ 永久磁石による磁束
２１ 初期状態のばね力
２２ プラス電流を流したときのばね力
２３ マイナス電流を流したときのばね力
２４ 可動子と固定子のギャップを小さくしたときのばね力
２５ 保磁力の大きな永久磁石に交換したときのばね力
２６ プローブ
２７ 本発明のばね定数可変式磁気ばね装置
２８ 測定対象物
２９ 本体左側部
３０ 本体外側部
３１ 本体右側部
３２ アーマチュア
３３ 第１の磁束
３４ 第２の磁束
３５ 第１の磁石
３６ 第２の磁石
３７ 機械スプリング
３８ 第１のコイル
３９ 第２のコイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力による自重を打ち消すように一定の圧力を加え、位置を保持するためのばね定数可変式磁気ばね装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のばね定数を変化できる電気機械スプリングの構成図（特許文献１）を示す。
【０００３】
従来の電気機械スプリングには本体２９，３０，３１、本体上に載置され移動線（即ち、水平軸ｘ−ｘ）に沿って本体に対して移動するアーマチュア３２、第１及び第２の空隙長の和が一定となるように移動線に沿って本体及びアーマチュア間に配置された対向する可変長けん引第１及び第２の空隙（Ｇ１，Ｇ２）、第１の空隙内に第１の磁束３３を発生するように構成された第１の磁石３５、第２の空隙に第２の磁束３４を発生し第１及び第２の磁束によりそれぞれ第１及び第２の空隙内に対抗する力を生成するように構成された第２の磁石３６、本体及びアーマチュア間に作用しアーマチュアを本体に対する所定位置に向って移動させるように付勢し空隙及びその中の磁束により磁気スプリングを画定して電気機械スプリングの有効ばね定数が機械及び磁気スプリングのばね定数の代数和に等しくなるようにする機械的スプリング３７、第１の電流が供給されると第１の空隙内に第１のコイル磁束を発生するように構成された第１のコイル３８、第２の電流を供給されると第２の空隙内に第２のコイル磁束を発生するように構成された第２のコイル３９、アーマチュアが所定の位置にあるときに第１及び第２の磁束に寄与する磁力の差に影響を及ぼすことなく第１及び第２の空隙内の磁束を変えるような大きさ及び極性の第１及び第２の電流をそれぞれ第１及び第２のコイルへ供給する制御回路を含み、電気機械スプリングの有効ばね定数を第１及び第２の電流の関数として選択的に変化させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２０７６４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記で述べた従来の電気機械スプリングは機械スプリング３７を必要としているため、エネルギーの損失と耐久性に問題があった。更に、ばね定数を変える手段がコイルに流す電流のみであるため、ばね定数の可変量は最大電流値によって限られる。そのため、従来の電気機械スプリングによってばね定数を大きく変えたいときは、機械スプリングを交換したり、ばね定数が異なる機械スプリングを備えた電気機械スプリングに交換する他になかった。従って、電気機械スプリングは、ばね定数を大きく変えたい場合には必ずしも有効とは言えない。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ばね定数を自由に変えることができるばね定数可変式磁気ばね装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、磁気の吸引力をばね力として用いる磁気ばねにおいて、永久磁石と強磁性体から成る可動子と、コイルと強磁性体から成る少なくとも１つの固定子を具備し、永久磁石による磁気吸引力のみで磁気ばねのばね力を発生させ、永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量をコイルに流す電流で調節することによって磁気ばねのばね力を調節できる磁気回路と、可動子と固定子のギャップを調節することによって永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量を調節して磁気ばねのばね力を調節する磁気回路と、永久磁石を保磁力の異なるものに交換することによって磁気ばねのばね力を調節する磁気回路を含んでばね定数可変式磁気ばね装置を構成したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１に本発明に係る磁気ばね装置の構造例を示す。
【００１０】
本発明に係る磁気ばね装置は、可動子１（可動子ヨーク２、永久磁石３）と固定子（コイル４， ５、ギャップ調整用固定子ヨーク６， ７， ８， ９、固定子コア１０， １１）と可動子１を支持するケース１２と、可動子と固定子のギャップを変えることができるギャップ調整機構１３， １４， １５， １６によって構成されている。
【００１１】
永久磁石３による磁束１９， ２０が固定子のヨーク６， ７， ８， ９， １０， １１に流れ、可動子の変位０で安定状態にある。そのため、可動子がプラスに変位してもマイナスに変位しても可動子を変位０の中心点に戻そうとする吸引力が発生する。よって、コイル４， ５に電流を流すことなく、永久磁石３の磁気吸引力のみで磁気ばねを構成している。
【００１２】
コイル４， ５に電流を流すことで、コイル電流による磁束１７， １８が発生する。永久磁石３による磁束１９， ２０をコイル電流による磁束１７， １８で弱めることで、磁気吸引力が減少し、ばね定数が小さくなる。逆に、永久磁石３による磁束１９， ２０をコイル電流による磁束１７， １８で強めることで、磁気吸引力が増加し、ばね定数が大きくなる。
【００１３】
可動子と固定子のギャップを変えることができるギャップ調整機構１３， １４， １５， １６により、可動子と固定子のギャップを大きくすることで、磁気抵抗が増加し、永久磁石３から固定子ヨーク６， ７， ８， ９， １０， １１に流れる磁束が減少することで磁気吸引力が減少し、ばね定数が小さくなる。逆に、可動子と固定子のギャップを小さくすることで、磁気抵抗が減少し、磁束が減少することで磁気吸引力が増加し、ばね定数が大きくなる。
【００１４】
又、保磁力が小さな永久磁石３を用いることで、永久磁石３による磁束１９， ２０が減少し、ばね定数が小さくなる。逆に、保磁力が大きな永久磁石３を用いることで、永久磁石３による磁束１９， ２０が増加し、ばね定数が大きくなる。
【００１５】
図３に可動子と固定子のギャップ、コイル電流、永久磁石の保磁力により変化するばね定数を示す。
【００１６】
初期状態のばね力２１の時に、永久磁石３による磁束１９， ２０を強めるようにコイルにプラス電流を流すとばね力２２に示すようにばね定数が増加する。逆に、永久磁石３による磁束１９， ２０を弱めるようにコイルにマイナス電流を流すとばね力２３に示すようにばね定数は増加する。可動子と固定子のギャップを小さくした時、ばね力２４に示すようにばね定数は増加する。保磁力の大きな永久磁石に交換した時、ばね力２５に示すようにばね定数は増加する。
【００１７】
図２に本発明に基づく磁気ばね装置のその他の構造例を示す。
【００１８】
可動子ヨーク２、永久磁石３及び固定子のヨーク６， ７， ８， ９， １０， １１、コイル４， ５をストローク方向に複数個連結させても、図１の構造例と同様の磁気ばね装置を構成することができる。又、永久磁石の磁束を強めたり弱めたりできるのであれば、コイルはどのように巻いても、図１の構造例と同様に、ばね定数を変えることができる。
【００１９】
図１及び図２で示した構造例において、紙面上向きと下向きに等、少なくとも１つの固定子を配置しても、同様に、ばね定数可変式磁気ばね装置を構成することができる。
【００２０】
又、可動子、固定子などが円筒形であっても、同様に、ばね定数可変式磁気ばね装置を構成することができる。
【００２１】
図４に本発明を接触式形状測定器に応用したときの実施例を示す。
【００２２】
プローブ２６の自重をキャンセルするようにばね定数可変式磁気ばね装置２７で吸引力する。取り付けるプローブの質量に合わせて、永久磁石の保磁力を変え、可動側と固定側のギャップで調整することで、自重をキャンセルする吸引力を決める。
【００２３】
次に、コイル電流により調整しばね定数の微調整をすることで最適な吸引力を選択し、プローブの自重を保証する。又、ばね定数を調整することで、形状測定器のプローブや研磨ヘッドのように、一定の圧力を保つものにも利用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、可動子と固定子のギャップ、コイル電流、可動子の永久磁石の保磁力をパラメータとして設定することによって、ばね定数を自由に変えることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気ばね装置の構造例を示す図である。
【図２】本発明に係る磁気ばね装置のその他の構造例を示す図である。
【図３】可動子と固定子のギャップ、コイル電流、永久磁石の保磁力により変化するばね定数を示す図である。
【図４】本発明を接触式形状測定器に応用したときの実施例を示す図である。
【図５】従来のばね定数を変化できる電気機械スプリングの構成図である。
【符号の説明】
１ 可動子
２ 可動子ヨーク
３ 永久磁石
４， ５ コイル
６〜９ ギャップ調整用固定子ヨーク
１０， １１ 固定子コア
１２ ケース
１３〜１６ ギャップ調整機構
１７， １８ コイル電流による磁束
１９， ２０ 永久磁石による磁束
２１ 初期状態のばね力
２２ プラス電流を流したときのばね力
２３ マイナス電流を流したときのばね力
２４ 可動子と固定子のギャップを小さくしたときのばね力
２５ 保磁力の大きな永久磁石に交換したときのばね力
２６ プローブ
２７ 本発明のばね定数可変式磁気ばね装置
２８ 測定対象物
２９ 本体左側部
３０ 本体外側部
３１ 本体右側部
３２ アーマチュア
３３ 第１の磁束
３４ 第２の磁束
３５ 第１の磁石
３６ 第２の磁石
３７ 機械スプリング
３８ 第１のコイル
３９ 第２のコイル
Claims (3)
- 磁気の吸引力をばね力として用いる磁気ばねにおいて、永久磁石と強磁性体から成る可動子と、コイルと強磁性体から成る少なくとも１つの固定子を具備し、永久磁石による磁気吸引力のみで磁気ばねのばね力を発生させ、永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量をコイルに流す電流で調節することによって磁気ばねのばね力を調節できる磁気回路と、可動子と固定子のギャップを調節することによって永久磁石を有する可動子から固定子に流れる磁束の量を調節して磁気ばねのばね力を調節する磁気回路と、永久磁石を保磁力の異なるものに交換することによって磁気ばねのばね力を調節する磁気回路を備えることを特徴とするばね定数可変式磁気ばね装置。
- 前記磁気回路を有する磁気ばねを２つ以上の連結させた磁気回路でも磁気ばねのばね力を調節できることを特徴とする請求項１記載のばね定数可変式磁気ばね装置。
- 前記磁気回路を有する磁気ばねが円筒型の磁気回路でも磁気ばねのばね力を調節できることを特徴とする請求項１記載のばね定数可変式磁気ばね装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003157767A JP2004360747A (ja) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | ばね定数可変式磁気ばね装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003157767A JP2004360747A (ja) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | ばね定数可変式磁気ばね装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004360747A true JP2004360747A (ja) | 2004-12-24 |
Family
ID=34051379
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003157767A Withdrawn JP2004360747A (ja) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | ばね定数可変式磁気ばね装置 |
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| JP (1) | JP2004360747A (ja) |
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-
2003
- 2003-06-03 JP JP2003157767A patent/JP2004360747A/ja not_active Withdrawn
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