(57)【要約】【課題】比較的小型の装置で、消費電力の増大を抑え、かつ従来よりも大きな対象物を、空間の所定位置に、非接触で磁力により支持する。【解決手段】物体に永久磁石を内蔵させ、該物体の鉛直方向下方または鉛直方向下方と上方に固設した永久磁石の磁力により該物体に作用する重力を非接触で支持し、該物体の位置および姿勢を検出するとともに、該物体の下方と上方に固設した複数の電磁石の電流を調整して、該物体の位置および姿勢を制御する。上記各永久磁石および複数の電磁石と、物体の位置および姿勢を検出する検出器と、該検出結果に基づいて各電磁石の電流を調整する制御装置とで構成した。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に永久磁石を内蔵させ、該物体の鉛直方向下方または鉛直方向下方と上方に固設した永久磁石の磁力により該物体に作用する重力を非接触で支持し、該物体の位置および姿勢を検出するとともに、該物体の下方と上方に固設した複数の電磁石の電流を調整して、該物体の位置および姿勢を制御することを特徴とする空間支持方法。
【請求項２】
永久磁石を内蔵する物体の支持位置の鉛直方向下方または鉛直方向下方と上方に固設した永久磁石と、前記支持位置の上方と下方に固設した複数の電磁石と、前記支持位置に置かれた物体の位置および姿勢を検出する検出器と、該検出結果に基づいて前記各電磁石の電流を調整する制御装置とで構成したことを特徴とする空間支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体を空間の所定位置に、非接触で磁力により支持する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体を空間の所定位置に非接触で支持する装置として、磁力支持天秤装置がある。この装置は、風洞実験における模型の支持などに使用される。模型の浮上および位置制御は、電磁石の電流調整により行われる。磁力支持天秤装置で模型を支持すると、支持装置と気流との干渉が避けられ、飛行物体や建造物などに作用する空気力が、支持装置の影響なしに測定でき、理想的な風洞実験を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気浮上技術では、浮上対象物の重量が増すと大型の電磁石を必要とし、装置全体が大型化するとともに消費電力が増大するため、対象物が小型のものや浮上高さが微小なものに限られていた。
そこで本発明が解決しようとする課題は、風洞実験に使用される磁力支持天秤装置などにおいて、比較的小型の装置で、消費電力の増大を抑え、かつ従来よりも大きな対象物を、空間の所定位置に、非接触で磁力により支持する方法および装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明法は、物体に永久磁石を内蔵させ、該物体の鉛直方向下方または鉛直方向下方と上方に固設した永久磁石の磁力により該物体に作用する重力を非接触で支持し、該物体の位置および姿勢を検出するとともに、該物体の下方と上方に固設した複数の電磁石の電流を調整して、該物体の位置および姿勢を制御することを特徴とする空間支持方法である。
【０００５】
また、上記課題を解決するための本発明装置は、永久磁石を内蔵する物体の支持位置の鉛直方向下方または鉛直方向下方と上方に固設した永久磁石と、前記支持位置の上方と下方に固設した複数の電磁石と、前記支持位置に置かれた物体の位置および姿勢を検出する検出器と、該検出結果に基づいて前記各電磁石の電流を調整する制御装置とで構成したことを特徴とする空間支持装置である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明法は、図１のように、支持しようとする物体１に小型永久磁石２を内蔵させ、物体１の鉛直方向下方に固設した大型永久磁石３の磁力により物体１に作用する重力を非接触で支持し、物体１の下方に固設した複数の電磁石５および物体１の上方に固設した複数の電磁石６の電流を調整して、物体の位置および姿勢を制御する。制御に際しては、物体の位置および姿勢を検出し、該検出結果によって、所定の位置および姿勢になるように電流を調整する。
【０００７】
また本発明法は、図２のように、物体１の鉛直方向下方に固設した大型永久磁石３および鉛直方向上方に固設した大型永久磁石４の磁力により、物体１に作用する重力を非接触で支持することもできる。物体１の位置および姿勢の制御は、上記図１の場合と同様、電磁石５，６を調整して行う。
【０００８】
図１の例では、物体１に内蔵する小型永久磁石２と下方の大型永久磁石３の反発力によって物体１を支持し、図２の例では、小型永久磁石２と下方の大型永久磁石３の反発力および上方の大型永久磁石４の吸引力によって、物体１を支持する。すなわち、物体１の支持力は、図１の例では、下方に固設した大型永久磁石３の反発力であり、図２の例では、該反発力と上方に固設した大型永久磁石４の吸引力との和である。
【０００９】
物体１に作用する重力を支持するには、上記これら支持力と、物体１および小型永久磁石２に作用する重力とが釣り合うように、大型永久磁石３，４の磁力を調整するか、大型永久磁石３，４の鉛直方向位置を調整する。また、磁力調整と鉛直方向位置調整の双方を行ってもよい。磁力調整は、種々の永久磁石の中から、使用する大型永久磁石３，４を選択することで行う。
【００１０】
図１の例では、物体１に作用する重力を下方の永久磁石３の反発力でのみ支持するのに対し、図２の例では、下方の永久磁石３の反発力と上方の永久磁石４の吸引力の双方で支持するので、図２の例の方が電磁石５，６の負荷が軽減する。
したがって、風洞実験における磁力支持天秤装置に適用して、模型の物体を一定高さに支持する場合、軽い模型に対しては図１でよいが、図２ではある程度重い模型の場合にも対応できる。
【００１１】
図１および図２の各例において、電磁石５は、図５の例のように水平方向に複数個（本例は４個）配置している。電磁石６も同様に配置して、各電磁石５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｄの電流調整により、物体１の水平方向位置と姿勢を制御するとともに、鉛直方向位置も制御する。
これらの制御において、電流調整は物体１の位置および姿勢を検出して行う。図１の例に対応する制御の構成例を図３に、図２の例に対応する構成例を図４に示す。図３および図４の例も、各電磁石５，６は図５のように配置している。
【００１２】
図３および図４において、物体１の上面中央に蛍光体などからなるマーカー１０を設け、鉛直方向上方に設けた位置検出器７で検出されるマーカー１０の位置が所定範囲となるように、位置制御装置１１および電流制御装置１２により、各電磁石５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの電流を調整する。また、物体１の水平方向に受光器８および投光器９を対向して設け、投光器９から発した光束の一部を物体１が遮って、受光器８の受ける光量が所定範囲となるよう、同様に電流を調整する。
【００１３】
本発明装置は、図３のように、小型永久磁石２を内蔵する物体１の支持位置の鉛直方向下方に固設した大型永久磁石３と、前記支持位置の上方と下方に固設した複数の電磁石５，６と、前記支持位置に置かれた物体１の位置および姿勢を検出する検出器と、該検出結果に基づいて前記各電磁石５，６の電流を調整する制御装置とで構成する。また図４のように、さらに物体１の支持位置の鉛直方向上方に大型永久磁石４を固設した構成とすることもできる。
【００１４】
図３および図４の例では、物体１の水平方向位置変動を位置検出器７で検出し、鉛直方向位置変動を受光器８および投光器９により検出し、位置制御装置１１で演算し電流制御装置１２からの指令で電流調整する。なお、本例では物体１が鉛直軸まわりに回動した場合は、該回動を検出できないが、その場合マーカー１０を２個設けることにより検出可能となり、鉛直軸非対称の物体１についても姿勢制御を行うことができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的小型の装置で、消費電力の増大を抑え、かつ従来よりも大きな対象物を、空間の所定位置に、非接触で磁力により安定して支持することができる。
このような本発明は、上記風洞実験に使用される磁力支持天秤装置のほか、非接触防振装置、磁気軸受、科学館展示用磁器浮上装置、空気中放射線の測定装置など、多くの用途に適用して多大の効果が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例を示す説明図である。
【図２】本発明の別の例を示す説明図である。
【図３】本発明装置の例を示す説明図である。
【図４】本発明装置の別の例を示す説明図である。
【図５】本発明における磁石の配置例を示す平面図である。
【符号の説明】
１：物体
２：小型永久磁石
３，４：大型永久磁石
５，６：電磁石
７：位置検出器
８：受光器
９：投光器
１０：マーカー
１１：位置制御装置
１２：電流制御装置
【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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