JPH1098868A - 電磁ブレーキの磁極配列方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】永久磁石使用量の増加を抑止しつつブレーキの
制動力の向上を実現できる電磁ブレーキの磁極配列方式
を提供する。 【解決手段】永久磁石からなる永久磁極４１、４４と、
軟磁性体突起からなる軟磁性磁極１１、３１とを移動導
体１を挟んで対向配置する構成を採用し、各永久磁極４
１、４４の移動導体対向側の磁極面４５、４６をそれぞ
れ同一極性とし、更に同一ヨークに固定されて移動方向
に隣接する永久磁極及び軟磁性磁極の間に例えばギャッ
プからなる非磁性領域ｄを設けたので優れたブレーキ力
の向上を実現できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニア型又はロー
タ型の電磁ブレーキの磁極配列方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリニア型電磁ブレーキの磁極配列
方式の一例を図４に示す。所定方向に移動する薄肉の銅
板あるいはアルミ板からなる移動導体１を挟んでその両
側に小ギャップを隔てて軟鉄板からなる一対のヨーク
２、３が配設されている。ヨーク２の移動導体１側の平
坦表面には移動方向へ一定間隔を隔てて４個の永久磁極
４１〜４４が固定されており、移動導体１に面する永久
磁極４１、４３の磁極面４５はＮ極に磁化され、移動導
体１に面する永久磁極４２、４４の磁極面４６はＳ極に
磁化されている。ヨーク３の移動導体側の平坦表面には
永久磁極は設けられていない。４個の永久磁極４１〜４
４から出た磁束は、図４に示すように移動導体１を貫通
し、両ヨーク２、３を経由して磁気回路を構成する。こ
れにより、移動導体１に電流（いわゆる渦電流）が流
れ、渦電流損失に相当する移動エネルギの消耗がブレー
キ力として移動導体１に作用する。

【０００３】他のリニア型電磁ブレーキの磁極配列方式
の一例を図６に示す。この電磁ブレーキは、図１の電磁
ブレーキにおいて永久磁極４２、４４の配置位置を変更
したものであって、永久磁極４２はヨーク３の移動導体
１側の平坦表面に永久磁極４１と移動方向同一位置すな
わち移動導体１を挟んで永久磁極４１と対向して固定さ
れている。同様に、永久磁極４４はヨーク３の移動導体
１側の平坦表面に永久磁極４２と移動方向同一位置すな
わち移動導体１を挟んで永久磁極４３と対向して固定さ
れている。ただし、この磁極配列方式では、相互に磁界
を強め合うために、永久磁極４１、４４の移動導体対向
側の磁極面４５はＮ極に磁化されており、永久磁極４
２、４３の移動導体対向側の磁極面４６はＳ極に磁化さ
れている。この磁極配列方式においても、４個の永久磁
極４１〜４４から出た磁束は、図６に示すように移動導
体１を貫通し、両ヨーク２、３を経由して磁気回路を構
成する。これにより、移動導体１に電流（いわゆる渦電
流）が流れ、渦電流損失に相当する移動エネルギの消耗
がブレーキ力として移動導体１に作用する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す電磁ブレー
キのブレーキ力を強化するには図６に示すようにヨーク
２、３の両方に永久磁極４１〜４４を設け、しかも移動
方向へもできるだけ永久磁極を設けて移動導体１を貫通
する磁束量を増大すればよい。しかしながら、ヨーク
２、３は軟鉄製品でありその価格は極めて安価である
が、永久磁極４１〜４４を構成する永久磁石には小型で
残留磁束密度および保磁力に優れる希土類磁石などを用
いるのが通常であるので、この電磁ブレーキの製造費用
の主要部分は永久磁石が占めることになる。このため、
永久磁石の使用量を増大することなく制動力を増大する
ことが望まれていた。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、永久磁石使用量の増加を抑止しつつブレーキの制
動力の向上を実現できる電磁ブレーキの磁極配列方式を
提供することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電磁ブレ
ーキの磁極配列方式によれば、永久磁石からなる永久磁
極と軟磁性体突起からなる軟磁性磁極とを移動導体を挟
んで対向配置する構成を採用し、各永久磁極の移動導体
対向側の磁極面をそれぞれ同一極性とし、更に同一ヨー
クに固定されて移動方向に隣接する永久磁極及び軟磁性
磁極の間に例えばギャップからなる非磁性領域を設けた
ので、実験及び理論解析によれば上記した従来の電磁ブ
レーキに対して高価な永久磁石を増加することなくそれ
らの３０％以上という優れたブレーキ力の向上を実現で
きた。

【０００７】また、本構成の電磁ブレーキの磁極配列方
式によれば、任意の一方の着磁部材の各磁極面を同一極
性に着磁することができ、従来の電磁ブレーキの磁極配
列方式に比較して着磁を簡単化することができるという
利点もある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施態様を以下の
実施例に基づいて説明する。図１に示すこの電磁ブレー
キは、リニア型電磁ブレーキであって、その長手方向へ
移動する薄肉の銅板からなる移動導体１と、移動導体１
を挟んでその両側に小ギャップｇを隔てて配設される軟
鉄板からなる一対のヨーク２、３と、ヨーク２、３の移
動導体側の主面に移動導体１の移動方向へ互いに定間隔
のギャップ（非磁性領域）ｄを隔てて固定された永久磁
極４１、４４及び軟磁性磁極１１、３１とを備えてい
る。

【０００９】永久磁極４１は、移動導体１に面する磁極
面４５がＮ極に磁化され、ヨーク２側の磁極面がＳ極に
磁化された永久磁石からなり、ヨーク２に固定されてい
る。永久磁極４４も、移動導体１に面する磁極面４６が
Ｎ極に磁化され、ヨーク３側の磁極面がＳ極に磁化され
た永久磁石からなり、ヨーク３に固定されている。永久
磁極４１、４４は移動導体１の移動方向へギャップ（非
磁性領域）ｄを隔てて位置している。

【００１０】軟磁性磁極１１は、軟鉄からなるヨーク２
と一体に形成されており、移動導体１の移動方向におい
て永久磁極４４と同一位置にて、すなわち、移動導体１
を挟んで永久磁極４４に対向する位置にて、移動導体１
へ向けて突設されている。軟磁性磁極３１も、軟鉄から
なるヨーク３と一体に形成されており、移動導体１の移
動方向において永久磁極４１と同一位置にて、すなわ
ち、移動導体１を挟んで永久磁極４１に対向する位置に
て、移動導体１へ向けて突設されている。

【００１１】２個の永久磁極４１、４４から出た磁束
は、図２に示すように移動導体１を貫通し、両ヨーク
２、３を経由して磁気回路を構成する。このような構成
において、移動導体１が所定速度で移動すると、移動導
体１に電流（いわゆる渦電流）が流れ、渦電流損失に相
当する移動エネルギの消耗がブレーキ力として移動導体
１に作用する。

【００１２】図１に示す本実施例の電磁ブレーキの磁極
配列方式では、４個の永久磁極を用い、各種条件を同じ
とし、ただ磁極配列方式を代えるだけで３０％以上制動
力の増大を実現できた。 （解析）次に、図１に示す本実施例品、図４に示す従来
例１品、図６に示す従来例２品との制動力の発生要因を
以下に比較、解析する。

【００１３】まず、図４に示す従来例１品では、隣接す
る２つの永久磁極（例えば４１、４２）及び両ヨーク
２、３を貫通する有効貫通磁束Φ１と、任意の一個の永
久磁極（例えば４１）のＮ極からでて移動導体１を貫通
せずに再び自己のＳ極に戻る漏れ磁束Φ２と、同一ヨー
ク側にて隣接する２つの永久磁石間の漏れ磁束Φ４とが
主要な磁束であり、有効貫通磁束Φ１が主に制動力を発
生する。なお、その他の磁気経路を流れる有効磁束Φ３
もあるが、その磁路は大きな空隙長をもつ分だけ磁気抵
抗が大きいので、有効貫通磁束Φ１に比べて主要な制動
力成分とは成り得ないので、以下の解析では無視するも
のとする。

【００１４】次に、図６に示す従来例２品では、隣接す
る２つの永久磁極（例えば４１〜４４）及び両ヨーク
２、３を貫通する有効貫通磁束Φ１と、任意の一個の永
久磁極（例えば４１）のＮ極からでて移動導体１を貫通
せずに再び自己のＳ極に戻る漏れ磁束Φ２と、同一ヨー
ク側にて隣接する２つの永久磁石間の漏れ磁束Φ４とが
主要な磁束であり、有効貫通磁束Φ１が主に制動力を発
生する。この場合も、その他の磁気経路を流れる有効磁
束Φ３もあるが、その磁路は大きな空隙長をもつ分だけ
磁気抵抗が大きいので、有効貫通磁束Φ１に比べて主要
な制動力成分とは成りえないので、以下の解析では無視
するものとする。

【００１５】次に、本実施例品では、図２に示すよう
に、隣接する各２個の永久磁極４１、４４及び軟磁性磁
極１１、３１を貫通する有効貫通磁束Φ１と、任意の一
個の永久磁極（例えば４１）のＮ極からでて移動導体１
を貫通せずに再び自己のＳ極に戻る漏れ磁束Φ２とが主
要な磁束であり、有効貫通磁束Φ１が主に制動力を発生
する。なお、ヨーク２、３及び軟磁性磁極１１、３１を
磁気的な短絡部材と考えれば、図４、図６で生じた漏れ
磁束Φ４は本実施例品では生じない（あるいは小さ
い）。また、有効貫通磁束Φ３は図４、図６の場合と同
じく有効貫通磁束Φ１に比べて相対的に小さいので、以
下の解析では無視するものとする。

【００１６】電磁的に生じる制動力Ｆは、磁束密度Ｂと
磁束密度Ｂの変化率ｄＢ／ｄｔとの積に、すなわち磁束
Φとその変化率ｄΦ／ｄｔとの積に比例する。ただし、
磁束密度Ｂの変化率ｄＢ／ｄｔが正弦波変化をするな
ら、電磁的に生じる制動力Ｆは、磁束密度Ｂの二乗に比
例する。この観点から、図２、図４、図６に示す各品の
有効貫通磁束Φ１について、図３、図５、図７の等価磁
気回路図を参照して以下に分析する。なお、図３は図２
の磁極配列方式の等価磁気回路図を示し、図５は図４の
磁極配列方式の等価磁気回路図を示し、図７は図６の磁
極配列方式の等価磁気回路図を示す。これらの等価磁気
回路図において、ｒ１は磁極と移動導体１間のギャップ
ｇの磁気抵抗であり、ｒ２は漏れ磁束Φ２の空隙磁路の
磁気抵抗であり、ｒ４は漏れ磁束Φ４の空隙磁路の磁気
抵抗であり、Ｈｒは永久磁石の起磁力であり、Ｈｅは移
動導体１に流れる渦電流により形成される反磁界方向の
起磁力である。したがって、この渦電流反磁界による有
効貫通磁束Φ１の低減は、ｒｅ＝Ｈｅ／Φ１の磁気抵抗
が追加されたと、又は、反対極性の永久磁石が磁路に直
列接続されたと考えることができる。

【００１７】まず、図２、図３と図４、図５の磁極配列
方式を比較する。図２では隣接する永久磁極４１、４４
が移動導体１を挟んで両側に配設されるのに比べて、図
４では永久磁極４１〜４４が同一ヨーク２側に偏在して
おり、しかも隣接する２つの永久磁極が移動導体１に向
けて反対極性に磁化されている。このため図２と図４と
を比較すればわかるように、図４の構成では漏れ磁束Φ
４が大きくなり（略２倍になり）、この分だけ有効貫通
磁束Φ１が減少することがわかる。

【００１８】特にこの問題は、移動導体１の移動速度ｖ
が大きく又は有効貫通磁束Φ１の変化が速いために渦電
流ｉｅが大きく、この渦電流ｉｅにより形成されて有効
貫通磁束Φ１を減少させる反磁界が大きい場合に重要と
なる。すなわち、この反磁界は有効貫通磁束Φ１の磁気
経路の磁気抵抗を増大させるとみなすことができ、又は
この有効貫通磁束Φ１の磁気回路における起磁力が減少
したと考えることができ、有効貫通磁束Φ１が減少す
る。一方、永久磁石は残留磁束密度と保磁力に応じて一
定量の磁束を発生させようとするため、上記渦電流反磁
界による有効貫通磁束Φ１の減少に応じて漏れ磁束Φ４
が増大する。

【００１９】もちろん、図２の磁気回路においても同様
の反磁界が形成されて漏れ磁束Φ４が増大するが、図２
の磁気回路では漏れ磁束Φ４は元々小さいので、その増
加量は図５の磁気回路より小さい。すなわち、渦電流反
磁界が大きくても、図３の磁気回路は磁束が漏れにくい
構造であるので、その分だけ、図５の磁気回路よりも有
効貫通磁束Φ１が大きくなる。更にこの問題を深く説明
すると、図５の磁気回路において、永久磁極の残留磁束
密度Ｂすなわち永久磁石が発生する磁束が一定と仮定す
れば、磁気抵抗ｒ４は有効貫通磁束Φ１の磁路の全磁気
抵抗（２ｒ１＋２ｒｅ）に対して磁気的に並列回路とし
て構成されているので、渦電流による反磁界が増大すれ
ば漏れ磁束Φ４が増加し、有効貫通磁束Φ１が減少す
る。

【００２０】更に、図４の回路では、任意の一個の永久
磁極から移動導体１を貫通してヨーク３に吸い込まれる
有効貫通磁束Φ１の分布は、ヨーク３の表面が平坦であ
るために移動方向へ拡散し、このため、移動速度ｖが同
じであっても図１に比べて磁束変化率が緩慢となり、こ
の分だけ渦電流損失Ｐｅが減少してしまう。このため、
図４の磁極配列方式は図１のそれに比べて更にこの渦電
流損失Ｐｅの減少に相当する分だけ制動力Ｆが劣ること
になる。

【００２１】次に、図２、図３と図６、図７の磁極配列
方式を比較する。図２では隣接する永久磁極４１、４４
が移動導体１を挟んでそれぞれ軟磁性磁極３１、１１に
個別に対向しているのに比べて、図６では永久磁極４１
が永久磁極４２と、永久磁極４３が永久磁極４４と、移
動導体１を挟んでそれぞれ対向している。

【００２２】この場合も、図２、図３では漏れ磁束Φ４
は存在しない（あるいは小さい）のに比べて、図６、図
７では図４、図５の場合と同様に、有効貫通磁束Φ１は
移動導体１を挟むことなく隣接する一対の永久磁極（例
えば４１、４３）間の漏れ磁束Φ４の分だけ減少し、こ
の問題は、上述したように移動導体１の移動速度の増大
が増大して、渦電流により生じる反磁界が増大する場合
に特に重要となる。

【００２３】これらの解析からわかるように、図２又は
図３に示す本実施例の磁極配列方式によれば、図４又は
図６に示す従来の磁極配列方式に比べて制動力が増大す
る。 （試験）そこで、本発明者らは上記事実を実証すべく試
験を行った。試験条件を以下にしめす。

【００２４】永久磁極について説明すると、個数は４
個、素材はＮｄＦｅＢ系プラスチック磁石、残留磁束密
度は０．８Ｔ、厚さは２ｍｍ、移動方向長は４ｍｍ、幅
は５ｍｍ、ギャップｇは２ｍｍ、軟磁性磁極の形状は永
久磁極と同じとする。移動導体について説明すると、素
材はアルミニウム、厚さ１ｍｍ、幅７ｍｍｍ、移動速度
は３ｍ／ｓｅｃとした場合、図２の磁極配列方式は図６
のそれに対して３０％以上の制動力の増大を実現でき
た。

【００２５】更に、図２、図３に示す本実施例の磁極配
列方式では、ヨーク２に固定する永久磁極４１はその移
動導体１側の全ての極面をＮ極に磁化することができ、
ヨーク３に固定する永久磁極４４はその移動導体１側の
全ての極面をＳ極に磁化することができ、永久磁極４
１、４４の着磁が極めて簡単であるという利点がある。
すなわち、永久磁極４１をヨーク２に接着しておき、永
久磁極４４をヨーク３に接着しておき、それらを所定姿
勢で一様磁界発生装置中にセットするだけで着磁を簡単
に完了することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の電磁ブレーキの磁極配列方式を示す
模式平面図である。

【図２】図１の電磁ブレーキの磁束分布図である。

【図３】図１の電磁ブレーキの等価磁気回路図である。

【図４】従来例１の電磁ブレーキの磁極配列方式を示す
模式平面図である。

【図５】図４の電磁ブレーキの等価磁気回路図である。

【図６】従来例２の電磁ブレーキの磁極配列方式を示す
模式平面図である。

【図７】図５の電磁ブレーキの等価磁気回路図である。

【符号の説明】

１は移動導体、２、３はヨーク、４１〜４４は永久磁
極、１１、３１は軟磁性磁極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定方向に移動する薄肉の移動導体を挟ん
   でその両側に所定ギャップを隔てて配設される一対のヨ
   ークと、前記移動方向へ相互に所定間隔を隔てつつ前記
   両ヨークの一方から前記移動導体に向けてそれぞれ突設
   される複数の第１磁極と、前記移動方向へ相互に所定間
   隔を隔てつつ前記両ヨークの他方から前記移動導体に向
   けてそれぞれ突設される複数の第２磁極とを備える電磁
   ブレーキの磁極配列方式において、 前記第１磁極は、前記移動導体に面して第１極性の磁極
   面を有する永久磁石からなる永久磁極と、前記永久磁極
   から前記移動方向へ所定の非磁性領域を隔てて隣接する
   軟磁性体からなる軟磁性磁極とを備え、 前記第２磁極は、前記第１磁極の永久磁極と移動方向略
   同一位置に配設される軟磁性体からなる軟磁性磁極と、
   前記第１磁極の軟磁性磁極と移動方向略同一位置にて前
   記第２磁極の軟磁性磁極から前記移動方向へ所定の非磁
   性領域を隔てて隣接するとともに前記移動導体に面して
   第１極性の磁極面を有する永久磁極とを備えることを特
   徴とする電磁ブレーキの磁極配列方式。