JP2014165993A

JP2014165993A - 移動機構

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Publication number: JP2014165993A
Application number: JP2013033640A
Authority: JP
Inventors: Junichi Tsukasa; 淳一政
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】極めて簡単な構造としながら、移動体を小さいエネルギーでスムーズに移動させる。
【解決手段】移動機構は、ベースプレート１と、このベースプレート１に固定され、かつベースプレート１の表面に所定の間隔で互いに対向して配置されて、所定の幅の移送隙間５を設けている非磁性材である一対の対向壁２と、この対向壁２の移送隙間５に移動自在に配置され、かつ一対の対向壁２と対向する両側の対向面を異なる磁極としてなる永久磁石からなる移動体３と、対向壁２の外側に対向壁２に沿って配置され、かつ移動体３との対向面を移動体３の磁極と異なる磁極としてなる永久磁石からなる複数の吸引磁石４とを備える。移動体３の両側に配置している一対の吸引磁石４は、バランスして移動体３を吸引して、対向壁２の間の移送隙間５を移動する移動体３を、対向壁２内側の移送隙間５において磁気フロート状態で移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石の磁気的な吸引力を利用して移動体をスムーズに移動できる移動機構に関し、とくに、コンベア等に利用されて、搬送物を少ないエネルギーで移動するのに最適な移動機構に関する。

コンベアは、小さいエネルギーで効率よく搬送物を移送することが大切である。このことを実現するために、磁石の反発力を利用して搬送物を移動するコンベアが開発されている。（特許文献１及び２参照）

特許文献１は、ベルトを磁石で吸引して浮上させるベルトコンベアを記載し、特許文献２は、誘導反発作用を利用して、低消費電力でステップを効率的に循環移動するコンベアを記載する。

特開平１１−３２２０３７号公報特開２００９−３５３５５号公報

以上の公報は、磁気的な吸引力や反発力で移動体をスムーズに移動させる機構を記載する。ただ、これ等の公報に記載されるコンベアは、ベルトに搬送物を載せて移送するので、ベルトを駆動するために相当なエネルギーを消費する。このため、簡単な構造で移動体のみを小さいエネルギーで効率よく移送できない欠点がある。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造としながら、移動体を小さいエネルギーでスムーズに移動できる移動機構を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の移動機構は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
移動機構は、ベースプレート１と、このベースプレート１に固定され、かつベースプレート１の表面に所定の間隔で互いに対向して配置されて、所定の幅の移送隙間５を設けている非磁性材である一対の対向壁２と、この対向壁２の移送隙間５に移動自在に配置され、かつ一対の対向壁２と対向する両側の対向面を異なる磁極としてなる永久磁石からなる移動体３と、対向壁２の外側に対向壁２に沿って配置され、かつ移動体３との対向面を移動体３の磁極と異なる磁極としてなる永久磁石からなる複数の吸引磁石４とを備える。移動体３の両側に配置している一対の吸引磁石４は、バランスして移動体３を吸引して、対向壁２の間の移送隙間５を移動する移動体３を、対向壁２内側の移送隙間５において磁気フロート状態で移動させる。

以上の移動機構は、極めて簡単な構造としながら、小さいエネルギーでスムーズに移動体を移動できる特徴がある。それは、以上の移動機構が、移動体の両側を吸引磁石でバランスしながら吸引して、対向壁の内側を磁気フロート状態で移動させるからである。吸引磁石でバランスして両側から吸引される移動体は、浮上する状態で、あるいは実質的な重量よりも小さい圧力でベースプレートに接触することで摩擦抵抗を小さくできる。

本発明の一実施例に係る移動機構の斜視図である。図１に示す移動機構の平面図である。図１に示す移動機構の側面図である。図２に示す移動機構のＩＶ−ＩＶ線断面図である。本発明の他の実施例に係る移動機構の垂直縦断面図である。図５に示す移動機構のＶＩ−ＶＩ線断面図である。本発明の他の実施例に係る移動機構の水平断面図である。図７に示す移動機構のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。本発明の他の実施例に係る移動機構の垂直横断面図である。本発明の他の実施例に係る移動機構の概略平面図である。図１０に示す移動機構の駆動機構の動作原理を示す図である。図１０に示す移動機構の駆動機構の動作原理を示す図である。本発明の他の実施例に係る移動機構の概略平面図である。図１３に示す移動機構のＸＩＶ−ＸＩＶ線端面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための移動機構を例示するものであって、本発明は移動機構を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１の斜視図と、図２の平面図と、図３の側面図と、図４の断面図とに示す移動機構は、平面状のベースプレート１と、このベースプレート１の表面に所定の間隔で互いに対向して配置されて、間に移送隙間５を設けている一対の対向壁２と、この対向壁２の移送隙間５に移動自在に配置している移動体３と、対向壁２の外側に対向壁２に沿って配置している複数の吸引磁石４とを備える。

ベースプレート１は上面を平面状として、上面に沿って移動体３を移動させる。ベースプレート１は、移動体３と吸引磁石４の永久磁石の吸引力に影響を与えないように、プラスチックや非磁性金属などの非磁性材で製作される。ベースプレート１は、上面を水平面内に配置して、移動体３を水平方向に移動させる。ただ、移動体を傾斜する面内に移動させる移動機構は、ベースプレートを傾斜して配置する。移動体３を磁気フロート状態で非接触状態で移動させる移動機構は、移動体３とベースプレート１との摩擦抵抗を０にできる。移動体３は、吸引磁石４に吸引されて磁気フロート状態で移動されるが、移動体３が重く、あるいは磁気的な吸引力が弱いと、移動体３はベースプレート１の表面に接触しながら移動する。この状態においても、移動体３がベースプレート１に接触する接触圧は、移動体３の重量よりも軽くなる。したがって、移動体３とベースプレート１との摩擦抵抗は、吸引磁石４で吸引しない状態よりも小さくなる。摩擦抵抗が移動体３とベースプレート１との接触圧に比例して大きくなるからである。

移動体３がベースプレート１の表面を接触しながら移動する移動機構は、図５と図６に示すように、ベースプレート１の表面に移動体３をスムーズに移動させるガイドロール６を配置する。この移動機構は、移動体３を常に２個以上のガイドロール６に接触させる状態で、水平姿勢を保持しながらスムーズに移動できる。ベースプレート１は、移動体３の接触面に摩擦抵抗の小さい、フッ素樹脂などの低摩擦コーティングをして、移動体３をスムーズに移動することもできる。

対向壁２は、移動体３を移送隙間５に案内して移動させるガイドである。対向壁２は、移動体３と吸引磁石４との間を磁気シールドしないもの、いいかえると移動体３と吸引磁石４の永久磁石の磁束に影響を与えない材質のものが使用される。以上の図に示す対向壁２は、非磁性材のプラスチックや非磁性金属などを板状とするもので、内幅を移動体３の外幅よりもわずかに大きくして、移動体３と対向壁２との間に、たとえば０．２ｍｍ以上であって５ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以上であって３ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上であって２ｍｍ以下の隙間を設けている。移動体３を直線状に移動させる移動機構は、対向壁２を一定の間隔で直線状に配置して、移送隙間５を直線状としている。ただ、本発明の移動機構は、移動体を必ずしも直線状に移動させるとは限らず、移動体を曲線路と直線路とに移動させることもできる。対向壁２は、移送隙間５を形成するので、移動体３を移動させる移送隙間５を設けるように対向して配置される。

移送隙間５を移動する移動体３は、対向壁２の表面に接触する。ただ、移動体３の両側をバランスして吸引磁石４に吸引させながら移動することで、移動体３を対向壁２の表面に接触させる接触圧を低くできる。したがって、移動体３と対向壁２との摩擦抵抗は小さく、移動体３は移送隙間５をスムーズに移動する。図７と図８に示す移動機構は、移動体３をよりスムーズに移動させるために、対向壁２に所定の間隔でガイドロール７を配置している。ガイドロール７は回転できるようにベースプレート１に連結されて、表面に接触する移動体３をスムーズに移動させる。この移動機構は、移動体３を常に２個以上のガイドロール７に接触させるように、ガイドロール７を配置して、移動体３をよりスムーズに移動できる。

移動体３は方形状の永久磁石である。移動体３は、両側の吸引磁石４に吸引されて磁気フロート状態で移送隙間５を移動できるように、対向壁２の外側に配置する吸引磁石４に磁気的な吸引力で吸引される。したがって、移動体３の永久磁石は、対向壁２と対向する両側を異なる磁極としている。

吸引磁石４も永久磁石で、移動体３との対向面を移動体３の磁極と異なる磁極として、磁気的な吸引力で移動体３を両側からバランスして吸引する。図２の平面図に示す移動機構は、吸引磁石４を対向壁２に対して所定の角度で傾斜する姿勢として、対向壁２の外側に並べて配置している。傾斜姿勢でベースプレート１に固定している吸引磁石４は、対向壁２に対する傾斜角（α）を、たとえば０度よりも大きくて４５度よりも小さく、好ましくは５度よりも大きくて４０度よりも小さく、さらに好ましくは約３０度とする。対向壁２に対して傾斜して配置される吸引磁石４は、図２の矢印Ａで示す方向に移動体３をよりスムーズに移動できる。ただ、吸引磁石は、対向壁に対して傾斜しない姿勢で配置することもできるのは言うまでもない。

移動機構は、対向壁２の外側に複数の吸引磁石４を対向壁２に沿って並べて配置する。図１ないし図３の移動機構は、隣接する吸引磁石４の間に所定の隙間を設けている。この移動機構は、移動体３の長さ（Ｌ）を、隣接する吸引磁石４の中心間隔（ｄ）の１．５倍以上として、移動体３をスムーズに移送できる。また、吸引磁石４の間隔（ｄ）を広くすることで、使用する吸引磁石４の数を少なくできる特徴もある。

図９の移動機構は、対向壁２の外側に配置している一対の吸引磁石４の外側にヨーク８を配置している。ヨーク８はケイ素鋼板などの強磁性体で、その両端を対向壁２の外側に配置している一対の吸引磁石４に連結して、吸引磁石４と移動体３の磁気回路を閉ループとする。この移動機構は、ヨーク８でもって吸引磁石４の外側の磁気抵抗を小さくして、吸引磁石４が移動体３を吸引する吸引力を強くして、移動体３をより好ましい磁気フロート状態でスムーズに移動できる。

さらに、図１０の移動機構は、移動体３を対向壁２の移送隙間５に沿って移動させる駆動機構１０を設けている。駆動機構１０は移動体３を吸引し、また反発して加速する励磁コイル１１と、移動体３の位置を検出する位置センサ１２と、この位置センサ１２で移動体３の位置を検出して、励磁コイル１１の電流の向きと大きさをコントロールする制御回路１３とを備える。

この駆動機構１０は、位置センサ１２で検出される移動体３の位置で励磁コイル１１の電流を制御回路１３でコントロールして、移動体３を加速する。図１１と図１２は、励磁コイル１１の磁界で移動体３を加速する状態を示している。図１１は、励磁コイル１１の磁界で移動体３を吸引して加速する状態を示している。移動体３が励磁コイル１１に接近する位置まで移動すると、位置センサ１２が移動体３の位置を検出して、制御回路１３は励磁コイル１１の移動体３との対向面の磁極を移動体３の磁極と異なる磁極として、励磁コイル１１と移動体３との磁気的な吸引力で移動体３を吸引して加速する。図１２は、励磁コイル１１の磁界で移動体３を反発して加速する状態を示している。移動体３が励磁コイル１１を通過する位置まで移動すると、位置センサ１２が移動体３の位置を検出して、制御回路１３は励磁コイル１１の移動体３との対向面の磁極を移動体３の磁極と同じ磁極として、励磁コイル１１と移動体３との磁気的な反発力で移動体３を反発して加速する。

制御回路１３は、位置センサ１２からの信号で励磁コイル１１に流す電流の方向と大きさをコントロールする。したがって、位置センサ１２は励磁コイル１１で移動体３を吸引して加速できる移動体３の位置と、反発して加速できる移動体３の位置を検出して、移動体３の位置信号を制御回路１３に出力する。位置センサ１２は、磁気センサや光センサで移動体３の位置を検出する。

以上の駆動機構１０は、励磁コイル１１の磁界で移動体３を吸引し、また反発して加速するが、駆動機構は励磁コイルの磁界で移動体を反発させることなく吸引して加速し、あるいは吸引することなく反発して加速することもできる。

移動体３を加速する駆動機構１０を備える移動機構は、吸引磁石４の間に所定の間隔で励磁コイル１１を配置して、移動体３を移送方向に加速する。したがって、この移動機構は、移動体３を長い移送隙間５で減速することなく、速やかに移送できる特徴がある。ただ、本発明の移動機構は、必ずしも駆動機構を設ける必要はない。それは、所定の速度で移送隙間５に供給される移動体３の減速を小さくしてスムーズに移動できるからである。

さらに、図１３と図１４に示す移動機構は、平面状のベースプレート１の表面に設けた一対の対向壁２の平面形状を円形としている。円形である一対の対向壁２は、外側に設けた外壁２Ａと内側に設けた内壁２Ｂとからなり、内壁２Ｂと外壁２Ａとの間にリング状の移送隙間５を設けている。平面形状を円形とする内壁２Ｂと外壁２Ａは同心円状であって、内壁２Ｂと外壁２Ａの間の間隔を一定としている。一対の対向壁２は、内壁２Ｂと外壁２Ａの間隔を移動体３の外幅よりもわずかに大きくして、移動体３をスムーズに移動できるようにしている。

移動体３は、リング状の移送隙間５をスムーズに移動できる形状であって、対向する対向壁２との隙間を所定の間隔とする形状としている。図１３に示す対向壁２は円形としているので、湾曲面である外壁２Ａと内壁２Ｂに沿って移動する移動体３の対向面も湾曲面としている。すなわち、移動体３の外周面は外壁２Ａの内周面に沿う湾曲面であって、移動体３の内周面は内壁２Ｂの外周面に沿う湾曲面としている。このように、外周面と内周面を湾曲面とする移動体３は、外壁２Ａ及び内壁２Ｂとの対向面により接近する状態で配置できるので、対向壁２の両側に配置される吸引磁石４による磁気的な吸引力を大きくできる。ただ、移動体の長さに対して内壁及び外壁の半径を十分に大きくする構造においては、移動体の平面形状を略長方形状とすることもできる。

図に示す移動機構は、複数の移動体３を備えており、これらの移動体３を円形の対向壁２に沿って配置している。リング状の移送隙間５に配置される複数の移動体３は、連結部材１５を介して所定の間隔で連結されている。図に示す連結部材１５は、円形の対向壁２の中心から放射状に延びる複数の連結アーム１６を備えており、これらの連結アーム１６の後端を対向壁２の中心において中央連結部１７で連結すると共に、各々の連結アーム１６の先端に移動体３を固定している。連結部材１５は、複数の連結アーム１６の長さを等しくすると共に、隣接する連結アーム１６間の中心角が等しくなるように中央連結部１７に連結して、複数の移動体３を等間隔に配置している。複数の連結アーム１６の長さと中心角を等しくして複数の移動体３を等間隔に配置する連結部材１５は、中央連結部１７を重心として、バランスよく支持できる。とくに、複数の移動体３を両側の吸引磁石４に吸引させて磁気フロート状態としながら、移送隙間５をスムーズに移動できる。さらに、移動機構は、ベースプレートの表面にガイドロールを配置し、あるいは対向する対向壁の内面にガイドロールを配置して移動体との摩擦抵抗を小さくすることもできる。

図１３に示す移動機構は、３個の移動体３を備えており、これらの移動体３を連結部材１５を介して等間隔に配置している。図の連結部材１５は、放射状に連結される３本の連結アーム１５を備えており、これらの連結アーム１５の中心角を等しくして、先端に移動体３を固定している。このように３個の移動体３を連結部材１５を介して等間隔に配置する移動機構は、複数の移動体３をバランスよく支持しながらスムーズに移動できる。ただ、移動機構は、移動体の数を２個以下とし、あるいは４個以上とすることもできる。移動体を４個以上とする移動機構も、複数の移動体を等間隔に配置して、バランスよく支持しながらスムーズに移動できる。

さらに、図１３の移動機構は、外壁２Ａの外側と内壁２Ｂの内側に沿って複数の吸引磁石４を配置している。外壁２Ａの外側と内壁２Ｂの内側に配置される吸引磁石４は、対向壁２の両側であって、互いに対向する位置に配置されている。これらの吸引磁石４は、前述の移動機構と同様に、移動体３との対向面を移動体３の磁極と異なる磁極としている。さらに、図１３の平面図に示す移動機構は、吸引磁石４を対向壁２の接線方向に対して所定の傾斜角（α）で傾斜する姿勢として、対向壁２の両側に並べて配置している。ただ、吸引磁石は、対向壁に対して傾斜しない姿勢で配置することもできる。

さらに、図の移動機構は、移動体３を対向壁２の移送隙間５に沿って移動させる駆動機構１０も設けている。この駆動機構１０は、前述の駆動機構と同様に、移動体３を吸引し、また反発して加速する励磁コイル１１と、移動体３の位置を検出する位置センサ１２と、この位置センサ１２で移動体３の位置を検出して、励磁コイル１１の電流の向きと大きさをコントロールする制御回路１３とを備える。この駆動機構１０は、位置センサ１２で検出される移動体３の位置で励磁コイル１１の電流を制御回路１３でコントロールして、移動体３を加速する。制御回路１３は、位置センサ１２からの信号で励磁コイル１１に流す電流の方向と大きさをコントロールする。

この駆動機構１０は、移動体３が励磁コイル１１に接近する位置まで移動すると、位置センサ１２が移動体３の位置を検出して、制御回路１３が励磁コイル１１に通電し、移動体３との対向面の磁極を移動体３の磁極と異なる磁極として、励磁コイル１１と移動体３との磁気的な吸引力で移動体３を吸引して加速する。また、移動体３が励磁コイル１１を通過する位置まで移動すると、位置センサ１２が移動体３の位置を検出して、制御回路１３が励磁コイル１１に通電し、移動体３との対向面の磁極を移動体３の磁極と同じ磁極として、励磁コイル１１と移動体３との磁気的な反発力で移動体３を反発して加速する。

以上の駆動機構１０は、外壁２Ａの外側と内壁２Ｂの内側に沿って複数組の励磁コイル１１を配置している。外壁２Ａの外側と内壁２Ｂの内側に配置される励磁コイル１１は、対向壁２の両側であって、互いに対向する位置に配置している。図に示す駆動機構１０は、３組の励磁コイル１１を備えており、これらの励磁コイル３を等間隔に配置している。この構造は、駆動機構１０の３組の励磁コイル１１が、等間隔に配置された３個の移動体３を磁気的な力によって加速するタイミングを一致させることができる。このため、複数の移動体３をバランスよく、しかも安定して移送隙間５に沿って回転させる状態で移送できる。ただ、駆動機構の励磁コイルは、必ずしも複数の移動体と対向する等しい間隔で配置する必要はなく、複数組の励磁コイルを異なる間隔で配置することもできる。この構造の移動機構は、複数組の励磁コイルの内のいずれかの励磁コイルが、複数の移動体の内のいずれかの移動体を異なるタイミングで加速するので、複数の移動体はいずれかの移動体が常に加速される状態となって、連続的に駆動されてスムーズに回転され続ける。

さらに、移動機構は、図示しないが、対向壁に沿って配置される励磁コイルの数と、移送隙間に等間隔で配置される移動体の数とを異なる個数とすることもできる。とくに、励磁コイルの数と、移動体の数とを互いに素となる個数とする移動機構は、複数の励磁コイルを等間隔で配置しながら、等間隔で配置された移動体のいずれかを常に何れかの励磁コイルで加速する状態として、複数の移動体を連続的に駆動させてスムーズに回転できる。

以上のように、一対の対向壁２を円形とする移動機構は、リング状の移送隙間５に沿って複数の移動体３をエンドレスで移送できる。

１…ベースプレート
２…対向壁２Ａ…外壁２Ａ
２Ｂ…内壁２Ｂ
３…移動体
４…吸引磁石
５…移送隙間
６…ガイドロール
７…ガイドロール
８…ヨーク
１０…駆動機構
１１…励磁コイル
１２…位置センサ
１３…制御回路
１５…連結部材
１６…連結アーム
１７…中央連結部

Claims

ベースプレート(1)と、
このベースプレート(1)に固定され、かつベースプレート(1)の表面に所定の間隔で互いに対向して配置されて、所定の幅の移送隙間(5)を設けてなる非磁性材からなる一対の対向壁(2)と、
この対向壁(2)の移送隙間(5)に移動自在に配置され、かつ一対の対向壁(2)と対向する両側の対向面を異なる磁極としてなる永久磁石からなる移動体(3)と、
前記対向壁(2)の外側に、対向壁(2)に沿って配置され、かつ前記移動体(3)との対向面を移動体(3)の磁極と異なる磁極としてなる永久磁石からなる複数の吸引磁石(4)とを備え、
前記移動体(3)の両側に配置してなる一対の吸引磁石(4)がバランスして前記移動体(3)を吸引して、前記対向壁(2)の間の移送隙間(5)を移動する移動体(3)を、前記対向壁(2)の内側の移送隙間(5)において磁気フロート状態で移動させるようにしてなる移動機構。
前記吸引磁石(4)が、前記対向壁(2)に対して所定の角度で傾斜して対向壁(2)の外側に配置されてなる請求項１に記載される移動機構。
隣接する前記吸引磁石(4)の間に所定の隙間を設けており、前記移動体(3)の長さ（Ｌ）が、隣接する吸引磁石(4)の中心間隔（ｄ）の１．５倍以上である請求項１又は２に記載される移動機構。
前記対向壁(2)の内面に、非磁性材のガイドロール(7)を配置してなる請求項１ないし３のいずれかに記載される移動機構。
前記対向壁(2)がベースプレート(1)に固定されて、ベースプレート(1)を水平面内に配置してなる請求項１ないし４のいずれかに記載される移動機構。
前記吸引磁石(4)が前記移動体(3)を吸引して前記ベースプレート(1)から浮上させる状態で移動させるようにしてなる請求項１ないし５のいずれかに記載される移動機構。
前記移動体(3)を対向壁(2)に沿って移動させる駆動機構(10)を備える請求項１ないし６のいずれかに記載される移動機構。
前記駆動機構(10)が、前記移動体(3)を吸引して加速する励磁コイル(11)と、前記移動体(3)の位置を検出する位置センサ(12)と、この位置センサ(12)で前記移動体(3)の位置を検出して、前記励磁コイル(11)の電流をコントロールする制御回路(13)とを備え、
前記制御回路(13)が、前記位置センサ(12)で検出される前記移動体(3)の位置で励磁コイル(11)の電流をコントロールして、前記移動体(3)を加速するようにしてなる請求項７に記載される移動機構。
前記対向壁(2)の外側に配置してなる一対の吸引磁石(4)の外側に配置してなるヨーク(8)を備え、このヨーク(8)の両端を一対の吸引磁石(4)に連結して、ヨーク(8)でもって吸引磁石(4)と移動体(3)の磁気回路を閉ループとしてなる請求項１ないし８のいずれかに記載される移動機構。
前記対向壁(2)と移動体(3)との隙間が０．１ｍｍ以上であって、２ｍｍ以下である請求項１ないし９のいずれかに記載される移動機構。