JP2004168545A - 吊り上げ電磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】 吊り上げ効率に優れ、励磁力であるアンペアー・ターン及び供給電力を有効活用した冷却構造を備えた吊り上げ電磁石を提供する。
【解決手段】 内部鉄心１２と外部鉄心１４及び上側鉄心１６からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、励磁コイルに励磁電流を供給し、鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石１０において、吊り上げ電磁石の外径をＤ１とし、吊り上げ電磁石の外部鉄心の内径をＤ２とした場合、Ｄ２／Ｄ１が、０．８５乃至０．９５の範囲とし、好ましくは、Ｄ２／Ｄ１が、約０．９０となるように構成した。
また、吊り上げ電磁石の外面に取り付けられ、冷却媒体を密封するクーラー室と、吊り上げ電磁石の漏洩磁場の生成消滅によって冷却媒体を強制循環させて励磁コイルを冷却する自冷循環式冷却装置を備えた構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼材等を吊り上げる吊り上げ電磁石に係り、特に、吊り上げ量を増大した形状を有する吊り上げ電磁石、及び吊り上げ電磁石の冷却構造に関する。

先ず、従来の吊り上げ電磁石の概要について、図１０及び図１１を用いて説明する。
図１０は、従来の吊り上げ電磁石１００の外形形状を示す斜視図である。
図１１は、従来の吊り上げ電磁石１００の構造を示す右半分裁断縦断側面図である。

従来の吊り上げ電磁石１００の外形形状は、図１０に示すように略円筒状をしている。或いは、図示による説明は省略するか、平面形状が略長方形状の角形や、または、小判型のものもある。
また、図１１に示すように、主要構成は、励磁用コイル１１０、及び、鉄心１２０で、この鉄心１２０は、外部鉄心１２４、内部鉄心１２２、上側鉄心１２６から構成される（特許文献１、２、３参照。）。
この励磁コイル１１０に励磁用電流を供給して、内部鉄心１２２及び外部鉄心１２４を励磁し、鋼材等を吸着して吊り上げる。

ところで、励磁コイル１１０に励磁用電流を流し続けると、ジュール熱により発熱し、電気抵抗が増大して、吊り上げ電磁石１００の吊り上げ効率が悪くなるほか、ジュール熱による電力消費が増大して、電力の利用効率が悪くなるため、大電流を通電する場合は、励磁コイル１１０を冷却する必要がある。

そこで、次に、従来の吊り上げ電磁石１００において、励磁コイル１１０を冷却する構造について、図１２を用いて説明する。
図１２は、従来の吊り上げ電磁石１００の励磁コイル１１０を冷却する構造を示す右半分裁断縦断側面図である。

従来の吊り上げ電磁石１００の励磁コイル１１０を冷却する方法は、図１２に示すように、励磁コイル１１０の上部で、上側鉄心１２６との間隙に、銅等の非磁性で熱伝導効率の優れた材質の冷却パイプ１４２を配列し、この冷却パイプ１４２を銅等の非磁性で熱伝導効率の優れた材質の冷却板１４０を介して、励磁コイル１１０に接触させて、励磁コイル１１０の発熱をこの冷却パイプ１４２に水等の冷却媒体を循環させることにより、外部に廃熱するようにしていた。

実開平０５−００５７８６号公報 特開平１０−２３１０８５号公報 特開平１１−３４９２７２号公報

上述した従来の吊り上げ電磁石１００の課題について、図１０乃至図１２を用い、図１３を参照して説明する。
図１３は、従来の吊り上げ電磁石１００において、磁気飽和について、有限要素法による磁界解析を行った結果を示す右半分裁断縦断側面図である。
なお、図１３において、濃度が濃い領域は、磁束密度が高いことを示している。

ところで従来の吊り上げ電磁石１００は、図１０に示すように略円筒形状をしたものは、外周方向に向かうほど半径が大きくなる。
この形状において、磁気飽和を防いで吊り上げ電磁石１００の吊り上げ量をほぼ極大に保つには、鉄心１２０内の磁束密度がほぼ一様であることが望ましい。
また、励磁コイルのコイルスペースの確保、吊り上げ電磁石１００の全体重量の軽量化の観点から、図１０に示すように、半径の小さい内部鉄心１２２の肉厚に比較して、半径が大きい外部鉄心１２４の肉厚は薄くなっている。

ところで、吊り上げ電磁石１００の外径、高さについては、製品サイズとして定められており、外部鉄心１２４の肉厚を規定する、外部鉄心１２４の内径については、設計の余地がある。

しかし、従来より、吊り上げ電磁石１００の吊り上げ量が最大になる外部鉄心１２４の内径については、厳密な磁界解析に基づく設計がなされておらず、励磁力であるアンペアー・ターン（励磁電流と励磁コイルの巻数の積）を有効利用する観点から改良の余地が残されていた。
また、同様に、角形の吊り上げ電磁石（図示せず）の場合も、吊り上げ電磁石の底面積と、鉄心底部の底面積との比に関しても、工夫の余地があった。

また、図１１に示すように、従来の吊り上げ電磁石１００では、上側鉄心１２６の形状は、外周方向に向けて、２段階に厚さが急激に変化する形状であり、肉厚が大きく変化する近傍では、図１３に示すように磁気飽和が発生し易くなり、アンペアー・ターンを有効利用しているとは言い難かった。

更に、図１２に示す従来の吊り上げ電磁石１００の冷却方法では、励磁コイル１１０とは別途に、冷却パイプ１４２のスペースを設けて、冷却を行う方法を採っていたので、コイルスペースの利用効率が悪く、アンペアー・ターンの有効活用の余地があった。

また、従来の吊り上げ電磁石１００では、励磁中に、漏洩磁束が発生するが、その漏洩磁束を有効利用するという発想そのものがなく、励磁コイル１１０への供給電力を有効に利用しているとは言い難かった。

本発明は、上記課題（問題点）を解決し、吊り上げ効率に優れ、励磁力であるアンペアー・ターン及び供給電力を有効活用した冷却構造を備えた吊り上げ電磁石を提供することを目的とする。

本発明の吊り上げ電磁石は、請求項１に記載のものでは、内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給し、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、前記吊り上げ電磁石の外径をＤ１とし、前記吊り上げ電磁石の外部鉄心の内径をＤ２とした場合、前記吊り上げ電磁石の外径Ｄ１と、前記外部鉄心の内径Ｄ２との比：Ｄ２／Ｄ１を、Ｄ２／Ｄ１が、０．８５乃至０．９５の範囲とし、好ましくは、Ｄ２／Ｄ１が、約０．９０となるように構成した。

請求項２に記載の吊り上げ電磁石は、内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給し、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、前記吊り上げ電磁石の底面積をＳ１とし、前記吊り上げ電磁石の前記鉄心の底面積をＳ２とした場合、前記吊り上げ電磁石の底面積Ｓ１と、前記鉄心の底面積Ｓ２との比：Ｓ２／Ｓ１をＳ２／Ｓ１が、０．２以上、望ましくは、Ｓ２／Ｓ１が、０．２乃至０．５５となるように構成した。

請求項３に記載の吊り上げ電磁石では、内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給して、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、前記上側鉄心の厚みを、前記内部鉄心から前記外部鉄心方向に向かって、一次関数的に、順次、薄くするように形成し、上側鉄心内に生成される磁束経路の磁路断面積が、前記内部鉄心から前記外部鉄心方向に向かって、ほぼ一定となるように構成した。

請求項４に記載の吊り上げ電磁石では、前記上側鉄心の厚みを、前記内部鉄心から前記外部鉄心方向に向かって、一次関数直線に沿って、順次、複数段の階段状に薄くなるように形成した。

請求項５に記載の吊り上げ電磁石では、内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給して、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、前記励磁コイルの周囲、或いは、前記励磁コイルの内部、又は、複数に分割した励磁コイルの間隙に、非磁性でかつ熱伝導率が高い、例えば、銅合金、アルミニウム合金等の材質で形成された中空導体を配設し、前記励磁コイルに電気的に直列に接続し、前記中空導体に、油、水、空気等の冷媒を強制循環させるように構成した。

請求項６に記載の吊り上げ電磁石では、請求項１乃至４記載のいずれかに記載の形状を有する吊り上げ電磁石において、前記励磁コイルの周囲、或いは、前記励磁コイルの内部、又は、複数に分割した励磁コイルの間隙に、非磁性でかつ熱伝導率が高い、例えば、銅合金、アルミニウム合金等の材質で形成された中空導体を配設し、前記励磁コイルに電気的に直列に接続し、前記中空導体に、油、水、空気等の冷媒を強制循環させるように構成した。

請求項７に記載の吊り上げ電磁石では、鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給して、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、吊り上げ電磁石の外面に取り付けられ、冷却媒体を密封するクーラー室と、前記吊り上げ電磁石の漏洩磁場の生成消滅によって前記冷却媒体を強制循環させて前記励磁コイルを冷却する自冷循環式冷却装置を備えた構成とした。

請求項８に記載の吊り上げ電磁石では、前記自冷循環式冷却装置は、前記クーラー室内に収納され、漏洩磁束によって変位する磁気可動子と、前記磁気可動子が変位する方向とは反対方向に前記磁気可動子を付勢するバネ等の弾性体と、前記磁気可動子の変位に伴って前記冷却媒体を前記クーラー室に排出する弁を備えた冷却媒体ポンプ室と、前記クーラー室から供給された冷却媒体が、前記励磁コイルを冷却して、前記ポンプ室に帰還する冷却経路とを具備した構成とした。

請求項９に記載の吊り上げ電磁石では、請求項１乃至６のいずれかに記載の吊り上げ電磁石において、請求項７又は８に記載の自冷循環式冷却装置を備えた構成とした。

請求項１０に記載の吊り上げ電磁石では、請求項１乃至９のいずれかに記載の吊り上げ電磁石において、吊り上げる対象物をスクラップとしたものであるものとした。

本発明の吊り上げ電磁石は、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、概ね、従来の吊り上げ電磁石の吊り上げ量と同等以上の吊り上げ量とすることができ、特に、Ｄ２／Ｄ１が、約０．９０となるようにすれば、吊り上げ量が、ほぼ最大となる吊り上げ電磁石とすることが可能となる。

（２）請求項２に記載したように構成すると、例えば、角形の吊り上げ電磁石の場合でも、概ね、従来の吊り上げ電磁石の吊り上げ量と同等以上の吊り上げ量とすることができ、特に、Ｓ２／Ｓ１が、０．２乃至０．５５となるようにすれば、吊り上げ量が、ほぼ最大となる吊り上げ電磁石とすることが可能となる。

（３）請求項３に記載したように構成すると、上側鉄心内に生成される磁束経路の磁路断面積が、内部鉄心方向から外部鉄心方向に向かって、ほぼ一定となり、上側鉄心内では磁気飽和が緩和され、ほぼ同一の磁束密度の分布が得られるようになる。
（４）また、磁路の磁気損失の軽減、漏洩磁束の減少、従って、有効磁気エネルギーを増大させて、吊り上げ電磁石の吊り上げ量を増やしながら、外周方向に向けて、上側鉄心の肉厚を薄くするので、吊り上げ電磁石全体の重量を軽減することができる。

（５）請求項４に記載したように構成すると、板を多段に積層して、それらを溶接、接合することによって製作することができ、一次関数的に斜めに直線状に加工するよりも、加工コストを抑えながら、磁気飽和を緩和し、吊り上げ効率に優れた吊り上げ電磁石とすることができる。

（６）請求項５に記載したように構成すると、励磁コイルを２以上に分割した場合、複数の分割した励磁コイルの発熱を奪い易くなり冷却効率が向上する。
また、励磁コイルスペースにおいて、従来無駄になっていた冷却パイプの設置スペースも電流が供給でき、アンペアー・ターンの有効スペースにすることができるので、コイルスペースの利用効率を向上させることができる。

（７）請求項６に記載したように構成すると、吊り上げ量が多く、冷却効率にも優れた吊り上げ電磁石とすることができる。

（８）請求項７に記載したように構成すると、漏洩磁束を有効利用すると共に、吊り上げ電磁石の外面に取り付けるだけで、冷却媒体が励磁コイルを冷却するので、吊り上げ電磁石に外部から冷媒を供給する必要がなくなるので、製造コスト、ランニングコストを大幅に削減することが可能になる。

（９）請求項８に記載したように構成すると、簡単な構成の自冷循環式冷却装置を具えた吊り上げ電磁石とすることができる。

（１０）請求項９に記載したように構成すると、吊り上げ量が多く、冷却効率にも優れ、漏洩磁束を有効利用すると共に、製造コスト、ランニングコストを大幅に削減した吊り上げ電磁石とすることができる。

（１１）請求項１０に記載したように構成すると、スクラップ吊り量を増大させた好適な吊り上げ電磁石とすることができる。

本発明の吊り上げ電磁石の第１乃至第５の各実施の形態について、図１乃至図９を用い、図１０乃至図１３を参照して説明する。
第１の実施の形態
先ず、本発明の吊り上げ電磁石１０の第１の実施の形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の吊り上げ電磁石１０の主要構成を示す右半分裁断縦断側面図である。
図２は、有限要素法を用いた磁界解析による吊り上げ電磁石１０の吊り上げ量を示す特性図である。

上記した通り、吊り上げ電磁石の外径、高さについては、製品サイズとして定められており、外部鉄心の肉厚を規定する、外部鉄心の内径については、厳密な磁界解析に基づく設計がなされていなかった。

そこで、本実施の形態の吊り上げ電磁石１０では、以下の条件下で、有限要素法を用いた磁場解析による吊り上げ電磁石１０の吊り上げ量を算出した。
（１）吊り上げ電磁石１０の外径をＤ１とし、外部鉄心１４の内径をＤ２とし、吊り上げ電磁石１０の高さをＨとした場合、吊り上げ電磁石１０の外径Ｄ１及び吊り上げ電磁石１０の高さＨの各数値を、それぞれＤ１、Ｈと固定する。
（２）内部鉄心１２の断面積Ｓｉ、外部鉄心１４の断面積Ｓｏ、上側鉄心１６の断面積Ｓｙとした場合、内部鉄心の断面積Ｓｉ＝外部鉄心の断面積Ｓｏ＝上側鉄心の断面積Ｓｙとした。
（３）この条件のもとで、外部鉄心１４の内径Ｄ２と吊り上げ電磁石１０の外径Ｄ１との比、Ｄ２／Ｄ１を変化させて、上記した通り、有限要素法を用いた磁場解析による吊り上げ電磁石１０の吊り上げ量を算出した。

その算出結果を図２に示す。
図２において、横軸は同図に示すように、外部鉄心１４の内径Ｄ２と吊り上げ電磁石１０の外径Ｄ１との比Ｄ２／Ｄ１であり、縦軸は、その形状における吊り上げ電磁石１０の算出した吊り上げ量である。
図２に示すように、Ｄ２／Ｄ１については、０．８乃至１．０の範囲で吊り上げ量を計算し、０．９０近傍で極大になる上に凸の特性曲線が得られている。
図１０に示す従来の吊り上げ電磁石１００では、厳密な解析を行わず、大きなアンペアー・ターンを得るために、励磁コイル１１０部分の領域を確保し、多数回巻線を巻くようにするために、外部鉄心１２４の内径を小さくして、Ｄ２／Ｄ１は０．９３より大きい領域に設計していたが、解析結果によれば、最大の吊り上げ量を確保していなかったことが判明した。

従って、本発明の吊り上げ電磁石１０では、吊り上げ電磁石１０の外径Ｄ１と、外部鉄心１４の内径Ｄ２との比：Ｄ２／Ｄ１を、０．８５乃至０．９５とすれば、概ね、従来の吊り上げ電磁石１００の吊り上げ量と同等であるか或いはそれ以上であり、特に、Ｄ２／Ｄ１が、約０．９０となるようにすれば、吊り上げ量が、ほぼ最大となる吊り上げ電磁石１０とすることが可能となる。

第２の実施の形態
次に、本発明の吊り上げ電磁石１０Ｂの第２の実施の形態について、図３を用いて説明する。
図３は、本発明の吊り上げ電磁石１０Ｂを説明するための底面の概念構成図である。

本実施の形態では、特に、角形の吊り上げ電磁石１０Ｂについて説明する。
図３において、１２Ｂは内部鉄心、１４Ｂは外部鉄心であり、吊り上げ電磁石１０Ｂの底面積をＳ１とし、内部及び外部鉄心１２Ｂ、１４Ｂの底面積をＳ２としている。

この構成において、本実施の形態の吊り上げ電磁石１０Ｂの底面積Ｓ１と、内部及び外部鉄心１２Ｂ、１４Ｂの底面積Ｓ２との比：Ｓ２／Ｓ１を、Ｓ２／Ｓ１が、０．２以上、望ましくは、Ｓ２／Ｓ１が、０．２乃至０．５５となるようにしている。

このように構成することにより、従来の吊り上げ電磁石よりも、吊り能力が向上していることを、吊り上げ対象が、パイプ、パンチ屑、スクラップのそれぞれ冷時、熱時（１９３℃）の場合について、相対値（倍率）を以下に示す。
但し、パイプ、パンチ屑については測定値、スクラップについては推定値である。

パイプ パンチ屑
見かけ比重 ０．８４ ２．２３
冷時 熱時 冷時 熱時
（１）従来型Ａとの比較（倍） １．１４ ０．９６ １．３２ １．１２
（２）従来型Ｂとの比較（倍） １．２０ １．１１ １．４０ １．２９

スクラップ
見かけ比重 １．５
冷時 熱時
（１）従来型Ａとの比較（倍） 約１．２ 約１．０
（２）従来型Ｂとの比較（倍） 約１．３ 約１．２

以上の比較に見られるように、本実施の形態の吊り上げ電磁石１０Ｂでは、角形或いは小判型のものにおいて、吊り能力が著しく向上していることが顕著に見て取れる。

第３の実施の形態
次に、本発明の吊り上げ電磁石２０の第３の実施の形態について、図４及び図５を用い、図１を参照して説明する。
図４は、本発明の吊り上げ電磁石２０の磁界解析による磁気飽和の様子を示す右半分裁断側面図である。
なお、図４においては、図１３同様に、濃度が濃い領域が、磁束密度が高いことを示している。
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の吊り上げ電磁石２０の上側鉄心２６の上面形状を示す一部拡大側面図である。

上記した通り、従来の吊り上げ電磁石１００では、上側鉄心１２６の形状は、図１１に示すように、外周方向に向けて、２段階に厚さが変化する形状であり、肉厚が大きく変化する近傍では、磁気飽和が発生し易くなり、アンペアー・ターンを有効利用しているとは言い難かった。

そこで、本実施の形態の吊り上げ電磁石２０では、吊り上げ電磁石２０の上側鉄心２６の形状についての検討を行っている。
吊り上げ電磁石２０は概ね円筒形状をしているために、上側鉄心２６の半径は内部鉄心（図示せず）から外部鉄心（図示せず）に向けて増大する。
従って、上記第１の実施の形態の説明で用いた図１に示すように、上側鉄心２６の厚みを、内部鉄心１２から外部鉄心１４方向に向かって、一次関数的に、順次、薄くするように形成すると、上側鉄心２６内に生成される磁束経路の磁路断面積が、内部鉄心１２から外部鉄心１４方向に向かって、ほぼ一定となり、上側鉄心内では磁気飽和が緩和され、ほぼ一様の磁束密度の分布が得られるようになる。

このように、本実施の形態では、上側鉄心２６での磁気飽和を緩和しながら、磁路の磁気損失の軽減、漏洩磁束の減少、従って、有効磁気エネルギーを増大させて、吊り上げ電磁石２０の吊り上げ量を増やすことができる。
また、外周方向に向けて、上側鉄心２６の肉厚を薄くするので、吊り上げ電磁石２０全体の重量を軽減することができる。

なお、図４に有限要素法による磁場解析結果を示す。
図４によると、上側鉄心２６内では、殆ど磁気飽和が発生していないことが理解される。

ところで、磁気飽和を極力防ぐという観点からは、上側鉄心２６の上面形状を一次関数的に直線状に加工するのが望ましいが、切削加工が必要となり、切削加工分の加工コストが費やされる問題が生じる。
従って、本実施の形態では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、上側鉄心２６の上面形状を内部鉄心から外部鉄心方向に向かって、一次関数直線Ｌに沿って、順次、階段状に薄くするように形成する。
この形態なら、板を多段に積層し、それらを溶接で接合すれば済むので、加工コストを抑えながら、磁気飽和を緩和した吊り上げ効率に優れた吊り上げ電磁石２０とすることができる。

例えば、上側鉄心の上面形状としては、図５（ａ）に示すように、階段状の先端部が直線Ｌに接する形状のもの、図５（ｂ）に示すように、階段状の深奥部が直線Ｌに接する形状のもの、また、図５（ｃ）に示すように、階段状の中間部が直線Ｌに沿って連続する形状のものが考えられる。

第４の実施の形態
次に、本発明の吊り上げ電磁石３０の第４の実施の形態について、図６及び図７を用いて説明する。
図６は、本実施の形態の吊り上げ電磁石３０の主要構成を示す一部裁断縦断側面図で、励磁コイル３２を２分割した場合である。
図７は、本実施の形態の吊り上げ電磁石３０の主要構成を示す一部裁断縦断側面図で、励磁コイル３２を３分割した場合である。

上述したように、従来の吊り上げ電磁石１００の冷却方法では、励磁コイル１１０とは別途に、冷却パイプ１４２のスペースを設けて、冷却を行う方法を採っていたので、コイルスペースの利用効率が悪かった。

そこで、本実施の形態の吊り上げ電磁石３０では、励磁コイル３２を１つのまま、或いは、図６、図７に示すように２個或いは３個、または、図示は省略するがそれ以上の多数個に分割し、励磁コイル３２の周囲、或いは、励磁コイル３２の内部、又は、多数に分割した励磁コイル３２の間隙に、非磁性でかつ熱伝導率が高い、例えば、銅合金、アルミニウム合金等の材質で形成された中空導体３４を配設し、励磁コイル３２と電気的に直列に接続し、かつ、この中空導体３４に、油、水、空気等の冷媒を強制循環させるようにすると、冷却効率が向上する。

また、励磁コイルスペースにおいて、従来無駄になっていた冷却パイプの設置スペースもアンペアー・ターンの有効スペースにすることができるので、コイルスペースの利用効率を向上させることができ、吊り上げ電磁石３０の吊り上げ量を増大することができる。

第５の実施の形態
次に、本発明の吊り上げ電磁石４０の第５の実施の形態について、図８及び図９を用いて説明する。
図８は、本実施の形態の吊り上げ電磁石４０の主要構成を示す縦断側面図である。
図９は、本実施の形態の吊り上げ電磁石４０に供給する電流量の経時的変化を示す特性図である。

上記したとおり、従来の吊り上げ電磁石１００では、漏洩磁束が発生することは理解されていたが、これを有効利用するという発想そのものがなかった。
しかし、漏洩磁束を活用しないのは、供給電力を有効利用しないことになる。

そこで、本実施の形態の吊り上げ電磁石４０では、吊り上げ電磁石４０の外面に、冷却媒体を密封するクーラー室４４を取り付け、吊り上げ電磁石４０の漏洩磁場の生成消滅によって冷却媒体を強制循環させて、励磁コイル４２を冷却する自冷循環式冷却装置５０を設けている。

この自冷循環式冷却装置５０は、具体的には、クーラー室４４内に収納され、漏洩磁束によって変位する磁気可動子５２と、磁気可動子５２が変位する方向とは反対方向に磁気可動子５２を付勢するバネ５４と、磁気可動子５２の変位に伴って冷却媒体をクーラー室４４に排出する弁５６を備えた冷却媒体ポンプ室５８と、クーラー室４４から供給された冷却媒体が、励磁コイル４２を冷却して、ポンプ室５８に帰還する冷却経路６０とを具備した構成である。

ここで、図９に示すように、励磁コイル４２を励磁する励磁電流をＯＮとしている間は、吊り上げ電磁石４０の外面には、図８に示すような漏洩磁束Ｆが発生して、磁気可動子５２内を漏洩磁束Ｆが通過する。
すると、磁気可動子５２は磁気的な吸着力により、吊り上げ電磁石４０側に吸引され、吊り上げ電磁石４０の方向に変位する。
磁気可動子５２が、吊り上げ電磁石４０の方向に変位すると、弁５６が開き、冷却媒体ポンプ室５８の隔壁５９で密閉されていた冷却媒体をクーラー室４４に排出する。

一方、図９に示すように、励磁電流をＯＦＦとすると、吊り上げ電磁石４０の外面の漏洩磁束Ｆが消滅して、磁気可動子５２は、バネ５４の付勢力により、吊り上げ電磁石４０の反対方向の元の位置に押し戻される。
この際、弁５６は閉じ、冷却媒体ポンプ室５８は負圧になって、冷却経路６０内の冷却媒体は、矢印で示すように吸引され、代わりに、クーラー室４４内の冷却媒体が矢印で示すように冷却経路６０内に流入し、冷却媒体は励磁コイル４２の冷却経路６０を強制循環させられる。
即ち、励磁コイル４２への電流供給をＯＮ、ＯＦＦするだけで、磁気可動子５２がポンプの役割を果たして、冷却媒体が自動的に励磁コイル４２を冷却することになる。

従って、本実施の形態の吊り上げ電磁石４０では、漏洩磁束Ｆを有効利用すると共に、吊り上げ電磁石４０の外面に取り付けるだけで、冷却媒体が励磁コイル４２を冷却するので、吊り上げ電磁石４０に外部から冷媒を供給する必要がなくなるので、製造コスト、ランニングコストを大幅に削減することが可能になる。

本発明の吊り上げ電磁石は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。
鉄心形状に関しては、主として、略円筒状の丸形の吊り上げ電磁石を用いて説明したが、冷却機構に関しては、角形や小判型の吊り上げ電磁石にも適用できるのは、勿論のことである。

また、本願発明の吊り上げ電磁石の各実施の形態のものは、吊り上げ対象をスクラップとした場合に、特に、有用であることを付記するものとする。

本発明の吊り上げ電磁石の第１の実施の形態の主要構成を示す右半分裁断縦断側面図である。 有限要素法を用いた磁界解析による第１の実施の形態の吊り上げ電磁石の吊り上げ量を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態の吊り上げ電磁石を説明するための底面図である。 本発明の吊り上げ電磁石の第３の実施の形態の磁界解析による磁気飽和の様子を示す右半分裁断側面図である。 本発明の吊り上げ電磁石の第３の実施の形態の上側鉄心の上面形状を示す一部拡大側面図である。 本発明の吊り上げ電磁石の第４の実施の形態の主要構成を示す一部裁断縦断側面図で、励磁コイルを２分割した場合である。 本発明の吊り上げ電磁石の第４の実施の形態の主要構成を示す一部裁断縦断側面図で、励磁コイルを３分割した場合である。 本発明の吊り上げ電磁石の第５の実施の形態の主要構成を示す縦断側面図である。 本発明の吊り上げ電磁石の第５の実施の形態に供給する電流量の経時的変化を示す特性図である。 従来の吊り上げ電磁石の外形形状を示す斜視図である。 従来の吊り上げ電磁石の構造を示す右半分裁断縦断側面図である。 従来の吊り上げ電磁石の励磁コイルを冷却する構造を示す右半分裁断縦断側面図である。 従来の吊り上げ電磁石において、磁気飽和について、有限要素法による磁界解析を行った結果を示す右半分裁断縦断側面図である。

符号の説明

１０、１０Ｂ、２０、３０、４０、１００：吊り上げ電磁石
１２、１２Ｂ、１２２：内部鉄心
１４、１４Ｂ、１２４：外部鉄心
１６、２６、１２６：上側鉄心
３２、４２、１１０：励磁コイル
３４：中空導体
４４：クーラー室
５０：自冷循環式冷却装置
５２：磁気可動子
５４：バネ（弾性体）
５６：弁
５８：冷却媒体ポンプ室
１４０：冷却板
１４２：冷却パイプ
Ｄ１：吊り上げ電磁石の外径
Ｄ２：外部鉄心の内径
Ｆ：漏洩磁束

Claims (10)

1. 内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給し、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、
   前記吊り上げ電磁石の外径をＤ１とし、
   前記吊り上げ電磁石の外部鉄心の内径をＤ２とした場合、
   前記吊り上げ電磁石の外径Ｄ１と、前記外部鉄心の内径Ｄ２との比：Ｄ２／Ｄ１を
   Ｄ２／Ｄ１が、０．８５乃至０．９５の範囲とし、好ましくは、Ｄ２／Ｄ１が、約０．９０となるようにしたことを特徴とする吊り上げ電磁石。
2. 内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給し、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、
   前記吊り上げ電磁石の底面積をＳ１とし、
   前記吊り上げ電磁石の前記鉄心の底面積をＳ２とした場合、
   前記吊り上げ電磁石の底面積Ｓ１と、前記鉄心の底面積Ｓ２との比：Ｓ２／Ｓ１を
   Ｓ２／Ｓ１が、０．２以上、望ましくは、Ｓ２／Ｓ１が、０．２乃至０．５５となるようにしたことを特徴とする吊り上げ電磁石。
3. 内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給して、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、
   前記上側鉄心の厚みを、前記内部鉄心から前記外部鉄心方向に向かって、一次関数的に、順次、薄くするように形成し、
   上側鉄心内に生成される磁束経路の磁路断面積が、前記内部鉄心から前記外部鉄心方向に向かって、ほぼ一定となるようにしたことを特徴とする吊り上げ電磁石。
4. 前記上側鉄心の厚みを、前記内部鉄心から前記外部鉄心方向に向かって、一次関数直線に沿って、順次、複数段の階段状に薄くなるように形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の吊り上げ電磁石。
5. 内部鉄心と外部鉄心及び上側鉄心からなる鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給して、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、
   前記励磁コイルの周囲、或いは、前記励磁コイルの内部、又は、複数に分割した励磁コイルの間隙に、非磁性でかつ熱伝導率が高い、例えば、銅合金、アルミニウム合金等の材質で形成された中空導体を配設し、前記励磁コイルに電気的に直列に接続し、前記中空導体に、油、水、空気等の冷媒を強制循環させるようにしたことを特徴とする吊り上げ電磁石。
6. 請求項１乃至４記載のいずれかに記載の形状を有する吊り上げ電磁石において、
   前記励磁コイルの周囲、或いは、前記励磁コイルの内部、又は、複数に分割した励磁コイルの間隙に、非磁性でかつ熱伝導率が高い、例えば、銅合金、アルミニウム合金等の材質で形成された中空導体を配設し、前記励磁コイルに電気的に直列に接続し、前記中空導体に、油、水、空気等の冷媒を強制循環させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の吊り上げ電磁石。
7. 鉄心と、この鉄心を励磁する励磁コイルを備え、前記励磁コイルに励磁電流を供給して、前記鉄心を励磁して鋼材等を吸着して吊り上げる吊り上げ電磁石において、
   吊り上げ電磁石の外面に取り付けられ、冷却媒体を密封するクーラー室と、
   前記吊り上げ電磁石の漏洩磁場の生成消滅によって前記冷却媒体を強制循環させて前記励磁コイルを冷却する自冷循環式冷却装置を備えたことを特徴とする吊り上げ電磁石。
8. 前記自冷循環式冷却装置は、前記クーラー室内に収納され、漏洩磁束によって変位する磁気可動子と、前記磁気可動子が変位する方向とは反対方向に前記磁気可動子を付勢するバネ等の弾性体と、前記磁気可動子の変位に伴って前記冷却媒体を前記クーラー室に排出する弁を備えた冷却媒体ポンプ室と、
   前記クーラー室から供給された冷却媒体が、前記励磁コイルを冷却して、前記ポンプ室に帰還する冷却経路とを具備したことを特徴とする請求項７に記載の吊り上げ電磁石。
9. 請求項１乃至６のいずれかに記載の吊り上げ電磁石において、請求項７又は８に記載の自冷循環式冷却装置を備えたことを特徴とする吊り上げ電磁石。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の吊り上げ電磁石において、吊り上げる対象物をスクラップとしたものであることを特徴とする吊り上げ電磁石。

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