JP3029703B2 - 磁気ダンパ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種装置の振動を減衰
させたり、運動に負荷を与えるための磁気ダンパ装置に
おいて、特に係る減衰等をさせるための制動力を向上さ
せるとともに、小形化を図った磁気ダンパ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】各種装置の振動の減衰や運動に負荷を与
えるための磁気ダンパ装置については、文献として例え
ば「日本機械学会講演論文集Ｎｏ，８９０−２６」など
によりその理論的基礎が与えられている。図５（Ａ），
（Ｂ）にはその従来における並進形磁気ダンパ装置の基
本モデルが示されている。図における磁気ダンパ装置
は、一端がコ字形に連結され、他端を上下に対向させた
ヨーク１，２と、各ヨーク１，２の上下対向面にそれぞ
れ配置され、そのＮ極およびＳ極を対向させた永久磁石
３，４と、両永久磁石３，４により構成される磁気回路
の高磁束密度を有する空隙ｄに非接触状態で配置された
導体板５とを備えている。

【０００３】以上の構成において、導体板５が所定の速
度ｖで矢印方向に相対移動すると上記空隙ｄ内の磁束を
切るため、電磁誘導の原理により起電力Ｅが導体板５に
生じ、その結果図５（Ｂ）に鎖線で示すように渦電流が
流れる。この渦電流と、上記永久磁石３，４により空隙
ｄ間に発生される磁界との作用によって上記導体板５に
上記導体板５の移動方向と逆向きの制動力が発生する。

【０００４】この制動力は、導体板５あるいはヨーク
１，２側に連結された図示しない各種装置や構造物の振
動の減衰や運動に負荷を与え、減衰力が運動速度に極め
て正確に比例すること、無接触で作用し安定しているこ
とおよび温度に対する変化が少ないことなどの利点があ
るので、例えば特開昭６１−１３１８４１号公報に示す
テーブル装置の高精度位置決めなどに用いられているほ
か、各種の用途に応用することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気ダンパ装置は、Ｎ極からＳ極に向かう一方向の磁場
中のみで導体板５の相対移動により制動力を発生してい
るため、以下に述べる実用上の問題があった。すなわ
ち、まず、制動力を発生させるのに有効に使われる渦電
流は、上記空隙ｄ内の部分だけであり、それ以外に流れ
る渦電流は制動力に対しては有効に使われず、その結果
として効率が低くくなるため、十分に制動力を発生させ
るには強力な磁石をより多く必要とする欠点があった。
また、導体板５中に渦電流を十分に流すためには、高磁
束密度領域より導体が十分に大きくしなければならず、
前述の文献などでは３倍以上が好ましいとしている。し
たがって、導体板５は著しく大きくなり、磁気ダンパ装
置全体が大型化する欠点があった。

【０００６】そこで本出願人は、上記問題を解決するた
めに、先に特願平３−３３３５７号で、図６に示すよう
な磁気ダンパ装置を提案した。すなわち、同一ヨーク面
６に３個の永久磁石７，８，９を配設し、しかもその両
永久磁石７，８，９の導体板１０に対向する表面の磁極
を互いに異なるようにしている。具体的には両端の永久
磁石７，９の表面をＮ極とし、中央の永久磁石８のそれ
をＳ極としている。

【０００７】かかる構成にすることにより、導体板１０
が図６に示すように所定の速度ｖで矢印方向に移動する
と、上述の従来例と同様の原理により導体板１０の各永
久磁石７，８，９に対向する部位の周囲に所定方向の渦
電流が生じる。この渦電流は、導体板１０上の永久磁石
７，８，９の隣接辺側を中心としその周囲を回る第１の
渦電流Ａと、両端の永久磁石７，９の外側辺側を中心と
しその周囲を回る第２の渦電流Ｂの２種類があり、実線
で示した第１の渦電流Ａの量は、破線で示した第２の渦
電流Ｂに比し充分大きくなる。

【０００８】しかし、上記先提案に係る磁気ダンパ装置
では、従来の磁気ダンパ装置に比較すると格段の効果を
奏することができるが、新たに以下に示す問題を有する
ことが判った。すなわち、導体板１０に作用する制動力
は、高磁束密度領域内を渦電流が流れるときに発生する
ため、領域外を流れる量の多い上記の第２の渦電流Ｂは
ロスが多く、発生した渦電流を制動力発生のために有効
に利用していない。さらに、第２の渦電流Ｂは、図示す
るごとく、高磁束密度領域から外側に大きく突出する経
路をとっているため、その突出量をみこして導体板１０
の寸法形状を決めなければならず、小型化のネックにも
なる。本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもの
で、制動力をより強力にしつつ、装置全体の小形化を図
った磁気ダンパ装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る磁気ダンパ装置では、ヨークの対向
面の一方ないしは双方に磁石を配置することにより構成
される磁気回路と、この磁気回路の高磁束密度を有する
空隙に非接触状態で配置された電気的良導体からなる導
体板とを備え、前記導体板が磁束を切るように所定方向
に相対移動する時に、その相対移動に対して制動力が発
生するようにした磁気ダンパ装置を前提とする。同一ヨ
ーク面に、前記導体板の相対移動方向に前記磁石の磁極
であるＮ極とＳ極がエアギャップのない状態で交互に３
極以上配置する。さらに、前記交互に配置された磁極の
うち、前記導体板の相対移動方向の少なくとも一方端部
側に位置する磁極の前記相対移動方向の幅を、隣接する
他の磁極の幅に比し狭くするように構成した。

【００１０】

【作用】以上の構成の磁気ダンパ装置にあっては、高磁
束密度の空隙で磁界の向きが複数存在し、導体板が相対
移動したとき、前記磁石の極数に応じたそれぞれ隣同士
逆方向の起電力が発生するため、高磁束密度空隙内での
導体板に渦電流がより多く流れ、その分だけ外部側に向
かう渦電流は減少し、前記空隙内での渦電流を多くする
ことができる。しかも、移動方向の端部に位置する磁石
（磁極）により形成される高磁束密度領域で発生する渦
電流の多くは、隣接する広幅な磁極を持つ磁石により形
成される高磁束密度領域との間でループが形成され、両
端の高磁束密度領域の外側辺を中心として流れる渦電流
の量は小さくなる。よって、制動力発生に有効に寄与さ
れる高磁束密度領域内の渦電流の量が増大し、制動力が
向上する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面を用
いて詳細に説明する。図１，図２は、導体板を直線移動
させる並進形磁気ダンパ装置に対して本発明の基本的な
構成である３極形の極配列を適用した場合の第１実施例
を示している。

【００１２】図１において、一端がコ字形に連結された
上下のヨーク１１，１２の他端側対向面には、３つの永
久磁石がそれぞれ対向配置している。具体的には、上部
側ヨーク１１にはＳ，Ｎ，Ｓ極の異極配列で三つの永久
磁石１３，１４，１５が相互に当接状態で形成されてい
るとともに、下部側ヨーク１２には前記各磁石に対向し
てＮ，Ｓ，Ｎ極の異極配列で三つの永久磁石１７，１
８，１９が同様に形成され、対向面における各永久磁石
の図中矢印に示すＮ極からＳ極に向かう三方向の磁場に
より磁気回路を構成している。この磁気回路の高磁束密
度を有する空隙ｄには、非接触状態で所定の奥行き寸法
ｗのアルミニウム板などの電気的良導体であって非磁性
体からなる導体板２０が配置され、並進形磁気ダンパ装
置を構成している。

【００１３】ここで本発明では、図２に示すように、両
端部に位置する永久磁石１３，１５，１７，１９の、導
体板２０の移動方向に対する幅Ｄ１を、中央に位置する
永久磁石１４，１８の幅Ｄ２に対して狭く設定してあ
る。

【００１４】以上の構成において、導体板２０が図２に
示すように矢印方向に所定の速度ｖで相対移動すると、
上記空隙ｄ内の磁束を切るため、フレミングの右手の法
則によって起電力Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が導体板２０に誘導
され、その結果、導体板２０上には、上述した先提案に
係る磁気ダンパ装置と同様に第１，第２の渦電流Ａ，Ｂ
の２種類の渦電流が流れる。

【００１５】この渦電流が磁界との作用によって上記導
体板２０にその導体板２０の移動方向（矢印方向）と逆
向きの制動力を生じさせ、導体板２０あるいはヨーク１
１，１２側に連結された図示しない各種装置の振動の減
衰や運動に負荷を与える。そして、上述した本出願人の
先提案に係る磁気ダンパ装置と同様の原理により、中央
の実線で示す二つの第１の渦電流Ａが主に流れ、その左
右の鎖線で示す外側に向かう第２の渦電流Ｂは中央より
流れにくいものとなる。

【００１６】しかも、本発明では、中央の永久磁石１
４，１８の幅Ｄ２を広くしているため、第１の渦電流Ａ
は、上記先提案のものよりさらに大きく流れ、第２の渦
電流Ｂはより小さくなる。これは以下の理由による。

【００１７】今、便宜上３組の永久磁石１３と１７，１
４と１８，１５と１９により形成される導体板２０上の
第１，第２，第３の高磁束密度領域２１，２２，２３を
それぞれ破線で示すと、図中上側に位置する辺２１ａ，
２２ａ，２３ａには、それぞれプラス，マイナス，プラ
スの電位が生じる。なお、図示省略するが、下側の辺で
は上記と逆の電位が生じる。

【００１８】従って、辺２１ａから流れ出た第１の渦電
流Ａは辺２２ａの左側半分に流れ込み、また、辺２３ａ
の右側半分から流れ出た第１の渦電流Ａは、辺２２ａの
右側半分に流れ込む。つまり、両端の永久磁石１３，１
５，１７，１９で形成される第１，第３の高磁束密度領
域２１，２３から流れ出て，或いは流れ込む渦電流の多
くは、隣接する中央の第２の高磁束密度領域２２との間
で存在することになる。その結果、制動力発生に有効に
寄与できる第１の渦電流が増大し、ロスの多い第２の渦
電流Ｂの量は小さくなるのである。また、上述のごとく
第２の渦電流Ｂの量が小さくなるため、外側に突出する
量も小さくなり、その結果、導電体２０の移動方向の長
さも小さくすることができ、結果として、導体板の面積
を小さくし、装置全体の小型化が図れる。

【００１９】次に、本発明の効果を確認するために、図
２に示す３つの磁極を有する磁気ダンパ装置における各
永久磁石の幅Ｄ１，Ｄ２の比率をパラメータとして制動
力を測定し、その結果を図３に示す。同図（Ａ）に示す
ように、本実験では３つの磁極の幅がすべて等しい（Ｄ
１＝Ｄ２）もの（比較例）と、両側に位置する磁極の幅
が中央のものに対し半分（２・Ｄ１＝Ｄ２）のもの（本
発明品）を比較した。尚、それら２つの磁気ダンパ装置
は、それぞれ有する３つの磁極の幅を合わせた永久磁石
全体の幅は等しくしている。

【００２０】同図（Ｂ）から明らかなように、Ｄ１＝Ｄ
２に設定した磁気ダンパ装置では、発生する最大制動量
Ｆは３００（ｇｆ）であるのに対し、２・Ｄ１＝Ｄ２に
設定した本発明に係る磁気ダンパ装置では、３３０（ｇ
ｆ）となり、制動力が増加する。しかも、本発明に係る
磁気ダンパ装置のほうが、導体板のはみ出し量Ａが小さ
い量から最大制動力を発揮することができる。従って、
より小型化を図ることができるという効果も奏する。

【００２１】図４（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２実施
例を示している。本実施例では、上記した各実施例と相
違して、回転型磁気ダンパ装置に適用した例について示
している。

【００２２】まず、この回転型磁気ダンパ装置の基本構
成について説明すると、軸３０に、上下一対の円盤型の
ヨーク３２，３４が装着され、この各ヨーク３２，３４
の対向面の所定位置に永久磁石が配設される。そして、
上下に対向配置された永久磁石の磁極は異なるようにし
ている。そして、従来一般の回転型磁気ダンパ装置で
は、同一ヨーク一に配設される永久磁石は、１個ずづ所
定の間隔をおいて配設されているが、本実施例では、一
方のヨークの面上には周方向に沿って所定間隔おいて複
数対の異極同士が密着した３個の永久磁石５６，５７，
５８が配置されている。また、他方のヨークの対向面に
は、上記の永久磁石５６，５７，５８の配置とは磁極が
逆の複数対の異極の永久磁石の対が対向配置され、その
間に円盤状の導体板４０が非接触状態で回転可能に設け
られている。

【００２３】ここで本発明では、中央の永久磁石５７の
幅を、両端の永久磁石５６，５８に比し広く設定してい
る。したがって以上の構成によれば、各永久磁石５６，
５７，５８間は各永久磁石間のエアギャップが存在しな
い分磁路が短くなるため、磁束密度が高くなり、磁束密
度の二乗に比例する制動力にとって有効となる。また、
導体板４０が所定の速度ｖで矢印Ａ方向に回転すると、
導体板４０を挟んで対向する各永久磁石の磁束を切るた
め、フレミングの右手の法則によって起電力が導体板４
０に誘導され、その結果導体板４０にはそれぞれ所定の
渦電流がループ状に流れる。

【００２４】この渦電流が磁界との作用によって上記導
体板４０に上記矢印Ａ方向と逆向きの制動力を生じさ
せ、導体板４０の軸３０に連結された図示しない各種装
置の運動に負荷を与えるのであるが、この実施例におい
ては、上記した実施例と同様の原理により中央の実線で
示す第１の渦電流Ａが主に流れ、その分だけその左右の
破線で示す外側に向かう第２の渦電流Ｂは中央より少な
くなる。

【００２５】なお、上記各実施例では磁気回路を構成す
る磁石を永久磁石としたが、例えば制動力を制御する必
要があるなど、用途によっては電磁石を用いても良い。
また一方のヨークのみに磁石を設けても良い。さらに導
体板２０として、上記各実施例ではアルミニウム板など
の金属製の電気的良導体であるが、非金属材料の電気的
良導体を用いても良い。さらには、上記した各実施例で
は、３つの磁極で一組としたが、本発明ではこれに限る
ことなく、４つ以上を組み合わせても良いのはもちろん
である。

【００２６】

【発明の効果】以上各実施例によって詳細に説明したよ
うに、本発明による磁気ダンパ装置にあっては、高磁束
密度の空隙で交互に反転する磁界の向きが複数存在し、
導体板が相対移動したとき上記磁石の極数に応じたそれ
ぞれ隣同士逆方向の起電力が発生するため、高磁束密度
空隙内での導体板に渦電流がより多く流れ、その分だけ
外部側に向かう渦電流は減少することにより、上記空隙
内での渦電流を多くすることができ、導体板の面積も小
さくできる。しかも、導体板の相対移動方向の少なくと
も一方端部側に位置する磁石の磁極の前記相対移動方向
の幅を、隣接する他の磁石の磁極の幅に比し狭くしたた
め、両端部の外側に流れる渦電流が小さくなり、発生し
た渦電流の大部分を制動力発生に寄与させることがで
き、上記効果がよりいっそう向上する。したがって本発
明によれば、装置が小形化し、しかも強力な制動力を確
保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気ダンパ装置の第１実施例を示
す斜視図である。

【図２】（Ａ）は図１に示した第１実施例の装置を示す
正面図である。 （Ｂ）はその平面図である。

【図３】（Ａ）は本発明の効果を実証するための実験に
用いた装置を示す概略構成図である。 （Ｂ）はその実験結果を示すグラフである。

【図４】（Ａ）は本発明に係る磁気ダンパ装置の第２実
施例を示す正面図である。 （Ｂ）は同導体板を移動させたときの渦電流の発生状態
を示す説明図である。

【図５】（Ａ）は従来の並進形磁気ダンパ装置の基本モ
デルを示す正面図である。 （Ｂ）は同導体板を移動させたときの渦電流の発生状態
を示す説明図である。

【図６】本出願人の先提案に係る磁気ダンパ装置におけ
る導体板を移動させたときの渦電流の発生状態を示す説
明図である。

【符号の説明】

１１，１２，３２，３４ ヨーク １３，１４，１５，１７，１８，１９，３６，３７，３
８，５６，５７，５８永久磁石 ２０，４０ 導体板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 一雄 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−312536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−51038（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16F 15/03 F16F 6/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヨークの対向面の一方ないしは双方に磁
   石を配置することにより構成される磁気回路と、 この磁気回路の高磁束密度を有する空隙に非接触状態で
   配置された電気的良導体からなる導体板とを備え、 前記導体板が磁束を切るように所定方向に相対移動する
   時に、その相対移動に対して制動力が発生するようにし
   た磁気ダンパ装置において、 同一ヨーク面に、前記導体板の相対移動方向に前記磁石
   の磁極であるＮ極とＳ極がエアギャップのない状態で交
   互に３極以上配置され、 前記交互に配置された磁極のうち、前記導体板の相対移
   動方向の少なくとも一方端部側に位置する磁極の前記相
   対移動方向の幅を、隣接する他の磁極の幅に比し狭くし
   てなることを特徴とする磁気ダンパ装置。