(57)【要約】【目的】永久磁石を利用した単純な構造で、三次元的にどの角度でも周囲に接触しない、省エネの磁気浮上装置を提供することを目的とする。【構成】永久磁石の磁極間の反発力を利用し、磁気浮上部が上面と下面が互いに反対の磁極１に帯磁されている浮遊板磁石１０であり、浮遊板磁石１０の周囲に配置された固定磁石２０との間に空隙１００があり、そこに閉じ込められた構造であり、この浮遊板磁石１０が空隙内で移動しても、常に反発力を受けるように所定の空隙間隔にした構造とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石の磁極（１）間の反発力を利用した磁気浮上装置において、磁気浮上部が浮遊板磁石（１０）であること、この浮遊板磁石（１０）を取り巻くようにその周囲に配置された固定磁石（２０）との間に空隙（１００）を有して、この浮遊板磁石（１０）が閉じ込められた構造であること、この浮遊板磁石（１０）は上面と下面が互いに反対の磁極（１）に帯磁されていること、この浮遊板磁石（１０）が空隙（１００）内で移動しても、この浮遊板磁石（１０）の磁極（１）に対して固定磁石（２０）の磁極（１）の最近接磁極は反対の磁極（１）であることが維持されるように空隙（１００）の間隔が設定されていること、この浮遊板磁石（１０）の磁極（１）と周囲の対向する固定磁石（２０）の磁極（１）との反発力によりこの浮遊板磁石（１０）が磁気浮上する構造となるようにしたことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
浮遊板磁石（１０）の上側と下側に、上面と下面が互いに反対の磁極（１）に帯磁された固定磁石（２０）としての板磁石（２１，２３）が浮遊板磁石（１０）を挟むように配置されてあり、浮遊板磁石（１０）の磁極（１）と、これらの上側と下側の板磁石（２１、２３）の磁極（１）とは互いに反発し合うように、上側と下側の板磁石（２１、２３）とが間隔を空けて接合固定されている請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項３】
固定磁石（２０）は、少なくとも上側、中側、下側の３枚重ねて互いに接合された構造であり、それらのうちの少なくとも中側の磁石の一部がくり貫かれ空洞（１１０）を有した構造であり、この空洞（１１０）内に浮遊板磁石（１０）が閉じ込められた構造である請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項４】
少なくとも一方の上側と下側の板磁石（２１、２３）に、スリット（３００）が形成されているが、その位置は、スリット（３００）の周囲に局在化している磁極（１）により、浮遊板磁石（１０）の磁気浮上に寄与する反発力が大きくなるような位置である請求項１から３のいずれかに記載の磁気浮上装置。
【請求項５】
浮遊板磁石（１０）に半導体層（５０）を設けた構造の請求項１から４記載のいずれかに磁気浮上装置。
【請求項６】
半導体層（５０）に電子回路もしくは電子装置（５５）を形成した請求項５記載の磁気浮上装置
【請求項７】
浮遊板磁石（１０）に導体層（６０）を設けた構造の請求項１から６のいずれかに記載の磁気浮上装置。
【請求項８】
上側と下側の板磁石（２１、２３）の少なくとも一方に穴を形成し、浮遊板磁石（１０）の一部が露呈するようにした請求項１から７のいずれかに記載の磁気浮上装置。
【請求項９】
浮遊板磁石（１０）に電気、磁気もしくは光に感応する領域を備えてあり、この領域に外部から電気的、磁気的もしくは光のエネルギーを供給して、浮遊板磁石（１０）を駆動できるようにした請求項１から８のいずれかに記載の磁気浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板磁石を磁気浮上させる装置に関するもので、磁気浮上により損失を小さくさせ、外部から回転などの駆動も可能にし、ジャイロや表示装置としても利用できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モーターや回転体などの非接触軸受けや、搬送体の磁気浮上などとして、永久磁石や電磁石の吸引力や反発力を利用した装置、さらに超伝導のマイスナー効果に基づく反磁性を利用した磁気浮上装置などが多数報告されている。
【０００３】
しかし、重力に対して浮上させることが主体で、左右の変動を防止するためのガイドレールや支持軸、更には台車を用いるのが一般的であった。
【０００４】
また、電磁石と位置センサとを利用し、左右の振れをセンサで検知し、電磁石で振れを防止するように制御するなど、大掛かりな装置となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガイドレールや支持軸が存在すると、ここでの摩擦が問題になり、三次元的にどの角度でも宙に浮いた無支持の浮上体が求められていた。
【０００６】
また、位置センサを用いた磁気浮上制御システムでは、電力の問題や応答速度の問題など、単純な構造が求められていた。
【０００７】
本発明は、永久磁石を利用した単純な構造で、三次元的にどの角度でも周囲に接触しない、省エネの磁気浮上装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる磁気浮上装置は、永久磁石の磁極間の反発力を利用した磁気浮上装置において、磁気浮上部が浮遊板磁石１０であること、この浮遊板磁石１０を取り巻くようにその周囲に配置された固定磁石２０との間に空隙を有して、この浮遊板磁石１０が閉じ込められた構造であること、この浮遊板磁石１０は上面と下面が互いに反対の磁極１に帯磁されていること、この浮遊板磁石１０が空隙内で移動しても、この浮遊板磁石１０の磁極１に対して固定磁石２０の磁極１の最近接磁極は反対の磁極１であることが維持されるように空隙の間隔が設定されていること、この浮遊板磁石１０の磁極１と周囲の対向する固定磁石２０の磁極１との反発力によりこの浮遊板磁石１０が磁気浮上する構造となるように構成したもので、永久磁石の磁極間の反発力を利用しているので、磁気浮上自体には電力を必要とせず、省エネ的で、かつ構造が単純な磁気浮上体が提供できる。
【０００９】
本発明の請求項２に係わる磁気浮上装置は、固定磁石２０として上側と下側に、上面と下面が互いに反対の磁極１に帯磁された板磁石が浮遊板磁石１０を挟むように配置されてあり、浮遊板磁石１０の磁極１と、これらの上側と下側の板磁石２１、２３の磁極１とは互いに反発し合うように、上側と下側の板磁石２１、２３とが間隔を空けて接合固定されている場合で、固定磁石２０は、板磁石を二枚用意し、これらをスペーサを介して張り合わせるなどして、その間に浮遊板磁石１０は空隙を空けて、互いに反発しあうように挿入しておけば良く、製作も容易で、単純な構造である。
【００１０】
本発明の請求項３に係わる磁気浮上装置は、固定磁石２０として少なくとも上側、中側、下側の３枚重ねて互いに接合された構造であり、それらのうちの少なくとも中側の磁石の一部がくり貫かれ空洞１１０を有した構造であり、この空洞１１０内に浮遊板磁石１０が閉じ込められた構造である場合である。この場合は、独立の板磁石を用意し、浮遊板磁石１０を除いて、空隙１００に相応するスペーサを介して、互いに反発するように接着剤などで接合する構造であり、単純で製作が容易である。
【００１１】
本発明の請求項４に係わる磁気浮上装置は、磁極１がスリット３００の周囲に局在化することにより磁気浮上に寄与する反発力が大きくなるように、上側と下側の板磁石２１、２３のうち、少なくとも一方にスリット３００を形成した場合である。固定磁石２０である上側と下側の板磁石２１、２３に、一般にスリット３００を設けると、そのスリット３００の周りに磁極１が強く顔を出すので、浮遊板磁石１０の周辺に沿ってスリット３００を設けると浮遊板磁石１０の周辺の磁極１と浮遊板磁石１０の周辺の磁極１との間で反発し合い、一層磁気浮上しやすくなるという利点がある。
【００１２】
本発明の請求項５に係わる磁気浮上装置は、浮遊板磁石１０に半導体層５０を設けた場合である。シリコン単結晶半導体などのチップに、片面もしくは両面に板磁石を上側と下側の固定磁石２０に対して、互いに反発し合うように貼り付けて浮遊板磁石１０を形成するか、もしくは、浮遊板磁石１０上にアモルファスシリコンや多結晶シリコンなどの半導体層６０を形成しておき、ここに太陽電池や集積回路などを形成することができる。
【００１３】
本発明の請求項６に係わる磁気浮上装置は、半導体層５０に集積回路などの電子回路や、太陽電池やセンサなどの電子装置５５を形成した場合である。
【００１４】
本発明の請求項７に係わる磁気浮上装置は、浮遊板磁石１０に導体層６０を設けた場合であり、例えば、外部化から回転磁界などを加えると、導体層６０に渦電流が流れ、これによる磁界との相互作用で、浮遊板磁石１０が回転する。このように外部から浮遊板磁石１０を駆動するのに導体層６０が使用できる。
【００１５】
本発明の請求項８に係わる磁気浮上装置は、上側と下側の板磁石２１、２３の少なくとも一方に穴２００を形成し、浮遊板磁石１０の一部が露呈するようにした場合で、この穴２００を通して浮遊板磁石１０の回転の様子を観測したり、レーザ光を照射したり、浮遊板磁石１０に塗ってある色の変化を観測したりすることができる。もちろん、この穴２００は、透明な非磁性材料で塞ぎ、鉄粉などのゴミが入らないようにした方がよい。
【００１６】
本発明の請求項９に係わる磁気浮上装置は、浮遊板磁石１０に電気、磁気もしくは光に感応する領域を備えてあり、この領域に外部から電気的、磁気的もしくは光のエネルギーを供給して、浮遊板磁石１０を駆動できるようにした場合で、例えば、電気的に感応する領域として静電駆動用電極を浮遊板磁石１０周辺部と固定部の対応する箇所に多数設けておけば、電気的に回転させることもできるし、磁気に感応する領域として導体を形成したり、更に浮遊板磁石１０周辺部に凹凸をつけたり、更に固定磁石２０の浮遊板磁石１０側にも凹凸を形成するなどして磁極１が露出しやすいようにすると、外部から磁界を回転させてやれば、スムーズに回転させたり、クリックが効く様にスイッチング動作をさせることもできる。また、窓を通して光を当てて浮遊板磁石１０に形成した太陽電池などで発電して、これをエネルギー源として静電的駆動もしくは磁気的な駆動もできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気浮上装置の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
【実施例１】
図１は、本発明の磁気浮上装置の一実施例の断面概略図を示したもので、固定磁石２０２０は、上面と下面がＮ極とＳ極とにほぼ一様に帯磁させた上側の板磁石２１、中側の板磁石２２、及び下側の板磁石２３なる３枚の板磁石が互いに反発しあうように非磁性体充填接着剤５００で間隙を設けて接合させた構造をもち、中央には、これらの３枚の上側，中側、下側の板磁石と同一の板磁石から作製した浮遊板磁石１０が接合されずに、周囲の磁極１同士に反発されて宙に浮いた状態で保持されている。
【００１９】
本実施例では、上側の板磁石２１と下側の板磁石２３を浮遊板磁石１０と同様に円盤状に残るようにドーナツ状のスリット３００により分割してあり、そのスリット３００周辺には磁極１が露呈し易くしてある。
【００２０】
実験では、浮遊板磁石１０の直径を１０ｍｍとし、厚みを１ｍｍ程度とした。また、スリット３００の幅を０．３ｍｍとしている。磁性体粉をポリイミドやエポキシ樹脂に入れたシート状の板磁石を上側の板磁石２１、下側の板磁石２３及び浮遊板磁石１０として用いた。
【００２１】
また、ドーナツ状のスリット３００は、非磁性充填接着材５００により充填されて、分割された中央部の上側の板磁石２１ａと周辺部の上側の板磁石２１ｂおよび分割された中央部の下側の板磁石２３ａと周辺部の下側の板磁石２３ｂとがそれぞれ一体化した状態になっている。
【００２２】
また、浮遊板磁石１０の上面と下面の磁極１に対して、周囲の上側，中側、下側の板磁石２１、２２，２３のうち、最近接の磁極１は、浮遊板磁石１０が動きえる空隙１００内を移動しても互いに同一型の磁極１（例えば、Ｎ極同士か、Ｓ極同士）になるように、空隙１００の寸法と浮遊板磁石１０などの厚みが決定されている。実験では、空隙１００の寸法を約０．３ｍｍとした。この空隙１００の寸法は、１ｍｍ厚の浮遊板磁石１０が約０．３ｍｍの空隙１００内を移動しても、浮遊板磁石１０の磁極１が常に周囲の固定磁石２０２０の対向するどの磁極１に対しても、最近接の磁極１は、同一の型の磁極１が維持されているので、常に反発力が発生して、浮遊板磁石１０を浮上させるように働いていることがわかる。
【００２３】
また、浮遊板磁石１０の直径と、中央部の上側の板磁石２１ａと下側の板磁石２３ａとの直径を異なるようにし、磁極１間の反発が強められるようにしている。
【００２４】
また、中央部の上側の板磁石２１ａには、そのほぼ中央部に穴２００が開いており、内部の浮遊板磁石１０の様子が穴２００を通して観察したり、気体や液体を注入したりできるようになっている。
【００２５】
図２は、上記図１に示した本発明の磁気浮上装置の概略的な鳥瞰図で、外部からは見えない浮遊板磁石１０も強調して描いている。
【００２６】
上述の浮遊板磁石１０を更に小型化して、空隙やスリット３００などを更に微細にするには、公知のフォトファブリケーションにより形成すると精度がよく、再現性の良いものになる。
【００２７】
【実施例２】
図３は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図１に示した実施例とほぼ同一であるが、中央部の上側の板磁石２１ａに設けた穴２００には透明板２５０がはめられてあり、ここから光を照射したり観測窓として利用したりできるようになっていると共に、浮遊板磁石１０にも穴２１０が開けてあり、浮遊板磁石１０の磁極１も露呈し易くし、更に、その下部の分割されていない下側の板磁石２３からの光学的情報も得られるようにしている。
【００２８】
【実施例３】
図４は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図１に示した実施例とほぼ同様であるが、違いは、図１における中側の板磁石２２が存在しておらず、その代わり透明板２５０をスペーサとして使用しており、上側の板磁石２１と下側の板磁石２３とを接合しており、ここの透明板２５０を通して光学的な情報や光信号や光エネルギーの供給の窓としても利用できるようにしていること、また、浮遊板磁石１０と、中央部の上側の板磁石２１ａと下側の板磁石２３ａとの厚みを変化させて、空洞１１０１１０があっても、また、浮遊板磁石１０が動いても常に反発力が働き、三次元的に回転運動させても浮上できるように空隙１００とこれらの厚みを考慮して製作してある。
【００２９】
また、外部に隈取コイルなどを用いた公知の回転磁界発生器を取り付けて、回転磁界を発生させると、固定磁石２０は動かないが浮遊板磁石１０は回転させられる。なお、浮遊板磁石１０の周辺に凹凸を付けたり、帯磁にムラをつけてやると回転しやすくなる。
【００３０】
また、浮遊板磁石１０の周辺に凹凸を付けたり、帯磁にムラをつけてやることにより、クリックの効いた安定な回転位置が存在するようにすることができるので、浮遊板磁石１０を所定の回転角度でストップさせたりすることもできる。
【００３１】
例えば、一定速度で浮遊板磁石１０を回転させておき、この本発明の磁気浮上装置を動かすと、浮遊板磁石１０にコリオリ力が働き、浮遊板磁石１０の動きを観測することにより、ジャイロスコープとしても使用できる。
【００３２】
【実施例４】
図５は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図３に示した実施例とほぼ同様であるが、違いは、浮遊板磁石１０を上側の浮遊板磁石１０ａと下側の浮遊板磁石１０ｂとの２層に分割してあり、さらに、これらの間に光に感応する領域としての太陽電池やその周辺回路を含む電子装置５５を形成してあるシリコン単結晶などの半導体５０のチップを挿入し接合している点である。
【００３３】
また、他の違いは、上側の浮遊板磁石１０ａと下側の浮遊板磁石１０ｂとの周辺部にリング状のフェライトなどの強磁性体７０を取り付けてあり、上側の浮遊板磁石１０ａと下側の浮遊板磁石１０ｂとの間に磁極１が外部に露呈しないようにしている点である。
【００３４】
外部から透明板２５０の窓を通して、レーザの光などを照射して、浮遊板磁石１０に形成してある半導体層５０のチップにある太陽電池や周辺回路を利用して、光エネルギーを電気エネルギーに変換して、浮遊板磁石１０の回転駆動や搭載しているセンサや電子回路を利用して、回転の制御や計測、更には外部への電磁波信号放射による外部との情報交換もすることができる。
【００３５】
【実施例５】
図６は、本発明の磁気浮上装置の他の一実施例で、上記図４に示した実施例とほぼ同様であるが、違いは、浮遊板磁石１０の中心部付近を相対的に薄くさせ、浮遊板磁石１０の慣性モーメントを大きくさせた構造にしている点と、外部に取り付けた回転磁界発生器により浮遊板磁石１０を電磁誘導で回転させるために、回転磁界に感応する領域としての導体層６０を形成してあること、更に、透明板２５０を通して浮遊板磁石１０の周辺に張りうけたマーカー４００が見えるようにしてあり、各種の色のマーカー４００が貼り付けてあると、表示としても利用できる点にある。
【００３６】
本実施例では、慣性モーメントの大きい浮遊板磁石１０が得られるので、ジャイロスコープとしての応用に好適である。
【００３７】
また、浮遊板磁石１０で外部から供給されたエネルギーを利用して、マーカー４００として、信号により発光したり、反射率が変化したりして情報を表示すれば、摩擦のない回転表示装置も提供できる。
【００３８】
上述の実施例は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の主旨および作用、効果が同一でありながら、本発明の多くの変形があることは明らかである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気浮上装置によると、永久磁石の磁極間の反発力を利用しているので、磁気浮上自体には電力を必要とせず、省エネ的で、かつ構造が単純な磁気浮上体が提供できる。
【００４０】
固定磁石２０に、一般にスリット３００を設けると、そのスリット３００の周りに磁極１が強く顔を出すので、浮遊板磁石１０の周辺に沿ってスリット３００を設けると浮遊板磁石１０の周辺の磁極１と浮遊板磁石１０の周辺の磁極１との間で反発し合い、一層磁気浮上しやすくなるという利点がある。
【００４１】
浮遊板磁石１０に半導体層５０を設けることができるので、太陽電池、センサや集積回路、表示や制御回路などの電子装置５５を形成することができる。また、エネルギーや信号の授受が容易になる。
【００４２】
浮遊板磁石１０に電気、磁気もしくは光に感応する領域を備えているので、この領域に外部から電気的、磁気的もしくは光のエネルギーを供給して、浮遊板磁石１０を摩擦なく駆動できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気浮上装置の一実施例の断面概略図を示したものである。
【図２】本発明の磁気浮上装置の上記図１に示した実施例の概略的な鳥瞰図である。
【図３】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【図４】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【図５】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【図６】本発明の磁気浮上装置の他の一実施例である。
【符号の説明】
１    磁極
１０  浮遊板磁石
２０  固定磁石
２１、２１ａ、２１ｂ  上側の板磁石
２２  中側の板磁石
２３、２３ａ、２３ｂ  下側の板磁石
５０  半導体
５５  電子装置
６０  導体
７０  強磁性体
１００  空隙
１１０  空洞
２００、２１０  穴
２５０  透明板
３００  スリット
４００  マーカー
５００  非磁性充填接着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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