【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable spring constant type magnetic spring device for maintaining a position by applying a constant pressure so as to cancel its own weight due to gravity.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 shows a configuration diagram of a conventional electromechanical spring capable of changing a spring constant (Patent Document 1).
[0003]
Conventional electromechanical springs include a body 29, 30, 31; an armature 32 mounted on the body and moving relative to the body along a movement line (i.e., horizontal axis xx); first and second gaps. Opposing variable length towing first and second gaps (G1, G2) arranged between the body and the armature along a movement line such that the sum of lengths is constant, and a first magnetic flux in the first gap. The first magnet 35 configured to generate the first magnetic flux 33 generates a second magnetic flux 34 in the second air gap, and the first and second magnetic fluxes generate opposing forces in the first and second air gaps, respectively. A second magnet 36, configured to generate, acts between the body and the armature to urge the armature to move toward a predetermined position relative to the body, defining a magnetic spring by the air gap and the magnetic flux therein, thereby providing electrical power. Effective spring of mechanical spring A mechanical spring 37, whose number is equal to the algebraic sum of the spring constants of the mechanical and magnetic springs, is configured to generate a first coil magnetic flux in a first air gap when supplied with a first current. The first coil 38, a second coil 39 configured to generate a second coil magnetic flux in the second gap when supplied with a second current, when the armature is in a predetermined position. First and second currents of magnitude and polarity that change the magnetic flux in the first and second air gaps without affecting the difference in magnetic force contributing to the first and second magnetic fluxes, respectively, A control circuit is provided for supplying to the second coil and the effective spring constant of the electromechanical spring can be selectively varied as a function of the first and second currents.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-207640
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional electromechanical spring requires the mechanical spring 37, and thus has a problem in energy loss and durability. Furthermore, since the means for changing the spring constant is only the current flowing through the coil, the variable amount of the spring constant is limited by the maximum current value. Therefore, when it is desired to greatly change the spring constant by using a conventional electromechanical spring, there is no other way than replacing the mechanical spring or exchanging the electromechanical spring with a mechanical spring having a different spring constant. Therefore, an electromechanical spring is not necessarily effective when it is desired to greatly change the spring constant.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a spring constant variable magnetic spring device capable of freely changing a spring constant.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic spring using a magnetic attraction force as a spring force, comprising a movable element composed of a permanent magnet and a ferromagnetic substance, and at least one stator composed of a coil and a ferromagnetic substance. Then, the spring force of the magnetic spring is generated only by the magnetic attraction force of the permanent magnet, and the amount of magnetic flux flowing from the mover having the permanent magnet to the stator is adjusted by the current flowing through the coil, thereby adjusting the spring force of the magnetic spring. A magnetic circuit capable of adjusting a spring force of a magnetic spring by adjusting an amount of magnetic flux flowing from a mover having a permanent magnet to a stator by adjusting a gap between the mover and the stator, and a permanent magnet. A variable spring constant type magnetic spring device includes a magnetic circuit that adjusts the spring force of the magnetic spring by replacing the magnetic spring device with one having a different coercive force.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a structural example of a magnetic spring device according to the present invention.
[0010]
The magnetic spring device according to the present invention includes a mover 1 (mover yoke 2, permanent magnet 3) and a stator (coils 4, 5, gap adjusting stator yokes 6, 7, 8, 9, and stator core 10, 11), a case 12 supporting the mover 1, and gap adjusting mechanisms 13, 14, 15, 16 capable of changing the gap between the mover and the stator.
[0011]
Magnetic fluxes 19 and 20 generated by the permanent magnets 3 flow through the yokes 6, 7, 8, 9, 10 and 11 of the stator, and the movable element is in a stable state with zero displacement. Therefore, even if the mover is displaced in the plus or minus directions, an attractive force is generated to return the mover to the center point of zero displacement. Therefore, the magnetic spring is constituted only by the magnetic attraction force of the permanent magnet 3 without passing a current through the coils 4 and 5.
[0012]
When current flows through the coils 4 and 5, magnetic fluxes 17 and 18 are generated by the coil current. By weakening the magnetic fluxes 19 and 20 by the permanent magnets 3 with the magnetic fluxes 17 and 18 by the coil current, the magnetic attractive force is reduced and the spring constant is reduced. Conversely, by strengthening the magnetic fluxes 19 and 20 by the permanent magnets 3 with the magnetic fluxes 17 and 18 by the coil current, the magnetic attraction force increases and the spring constant increases.
[0013]
The gap between the mover and the stator is increased by the gap adjusting mechanisms 13, 14, 15, 16 that can change the gap between the mover and the stator, thereby increasing the magnetic resistance. As the magnetic flux flowing through 6, 7, 8, 9, 10, 11 decreases, the magnetic attraction decreases, and the spring constant decreases. Conversely, by reducing the gap between the mover and the stator, the magnetic resistance decreases, and the magnetic flux decreases, whereby the magnetic attraction increases and the spring constant increases.
[0014]
Further, by using the permanent magnet 3 having a small coercive force, the magnetic fluxes 19 and 20 due to the permanent magnet 3 are reduced, and the spring constant is reduced. Conversely, by using the permanent magnet 3 having a large coercive force, the magnetic fluxes 19 and 20 generated by the permanent magnet 3 increase, and the spring constant increases.
[0015]
FIG. 3 shows the spring constant that changes depending on the gap between the mover and the stator, the coil current, and the coercive force of the permanent magnet.
[0016]
At the time of the spring force 21 in the initial state, when a plus current is applied to the coil so as to strengthen the magnetic fluxes 19 and 20 by the permanent magnet 3, the spring constant increases as shown by the spring force 22. Conversely, when a negative current is applied to the coil so as to weaken the magnetic fluxes 19 and 20 by the permanent magnet 3, the spring constant increases as shown by the spring force 23. When the gap between the mover and the stator is reduced, the spring constant increases as shown by the spring force 24. When a permanent magnet having a large coercive force is replaced, the spring constant increases as shown by a spring force 25.
[0017]
FIG. 2 shows another structural example of the magnetic spring device according to the present invention.
[0018]
Even if a plurality of mover yokes 2, permanent magnets 3, stator yokes 6, 7, 8, 9, 10, 11 and coils 4, 5 are connected in the stroke direction, a magnetic spring similar to the structural example of FIG. The device can be configured. Further, as long as the magnetic flux of the permanent magnet can be strengthened or weakened, the spring constant can be changed as in the structure example of FIG. 1 regardless of how the coil is wound.
[0019]
In the structural examples shown in FIGS. 1 and 2, even if at least one stator is arranged, such as upward and downward on the paper, a variable spring constant type magnetic spring device can be similarly configured.
[0020]
Further, even when the mover, the stator, and the like are cylindrical, a variable spring constant type magnetic spring device can be similarly formed.
[0021]
FIG. 4 shows an embodiment in which the present invention is applied to a contact type shape measuring instrument.
[0022]
An attractive force is applied by a spring constant variable magnetic spring device 27 so as to cancel the own weight of the probe 26. By changing the coercive force of the permanent magnet according to the mass of the probe to be attached, and adjusting the gap between the movable side and the fixed side, the attractive force for canceling its own weight is determined.
[0023]
Next, by adjusting the coil constant and finely adjusting the spring constant, an optimal suction force is selected, and the weight of the probe is guaranteed. Further, by adjusting the spring constant, it can be used for a probe that maintains a constant pressure, such as a probe or a polishing head of a shape measuring instrument.
[0024]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the present invention, the spring constant can be freely changed by setting the gap between the mover and the stator, the coil current, and the coercive force of the permanent magnet of the mover as parameters. The effect that can be obtained is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structural example of a magnetic spring device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another example of the structure of the magnetic spring device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a spring constant that changes according to a gap between a mover and a stator, a coil current, and a coercive force of a permanent magnet.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment when the present invention is applied to a contact type shape measuring instrument.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional electromechanical spring capable of changing a spring constant.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mover 2 Mover yoke 3 Permanent magnet 4, 5 Coil 6-9 Gap adjusting stator yokes 10, 11 Stator core 12 Case 13-16 Gap adjusting mechanism 17, 18 Magnetic flux 19, 20 by coil current Using permanent magnet Magnetic flux 21 Spring force 22 in initial state Spring force 23 when plus current flows 23 Spring force when minus current flows 24 Spring force 25 when gap between mover and stator is reduced 25 For permanent magnet with large coercive force Spring force 26 at the time of replacement Probe 27 Variable spring constant magnetic spring device 28 of the present invention Measurement object 29 Main body left side 30 Main body outer side 31 Main body right side 32 Armature 33 First magnetic flux 34 Second magnetic flux 35 First Magnet 36 second magnet 37 mechanical spring 38 first coil 39 second coil