JP3582660B2

JP3582660B2 - 磁気ダンパ装置

Info

Publication number: JP3582660B2
Application number: JP15884592A
Authority: JP
Inventors: 和幸渡辺; 隆之松井; 廣文中野
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JPH05332396A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種装置の振動や運動を減衰させたり、負荷を与えたりするための磁気ダンパ装置に関するもので、より具体的には円筒型磁気ダンパ装置のように磁石の外周囲に筒状の導体板を配置し、しかも両者を軸方向に相対移動可能とした装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の磁気ダンパ装置については、文献として例えば「精密機械４６巻１１号Ｐ１３９８〜１４０２」などによりその理論的基礎が与えられている。すなわち、図５に示すように従来の磁気ダンパ装置は、円筒状の希土類磁石等の永久磁石１と、その外周囲を覆うようにして同軸状に配置された一回り大きな円筒状の導体板２とを備え、両者１，２は軸方向に相対移動可能となっている。そして、永久磁石１の磁極は、上面または下面がＮ極となり、他方の面がＳ極となるように形成され、内部磁界はＳ極からＮ極に向かう軸方向に沿った方向となる。また、外部磁界は、Ｎ極から出た磁束３が導体板２の内部を径方向外側に向けて外側へ通り抜け、導体板２の外側空間を通り、再度導体板２を内側に向けて通り抜けた後Ｓ極に戻るようになっている。
【０００３】
以上の構成において、仮に導体板２が軸方向に沿って所定の速度ｖで矢印方向に相対移動すると上記永久磁石１から発生する外部磁界の磁束を切るため、電磁誘導の原理により起電力Ｅが導体板２に生じ、導体板２内部で渦電流が流れる。この渦電流が磁界との作用によって上記導体板２に前記矢印方向と逆向きの制動力を生じさせる。
【０００４】
【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、以下に示す問題を有する。すなわち、導体板２が相対移動する際にその導体板２が受ける制動力は、導体板２の相対移動速度ｖに比例し、永久磁石１により生じる磁界の強さ（磁束密度）の２乗に比例し、かつ導体板２の抵抗率に逆比例する。
【０００５】
ここで磁束密度に着目すると、永久磁石１の外周囲側近傍からでた磁束３ａはすぐに導体板２と交差するが、中央部位から出た磁束３ｂは比較的長い距離をへた後導体板２と交差することになる。すなわち、永久磁石１から出た磁束３は、導体板２に対して広い面積内を通過することになり、磁束密度が低くなる。しかも、磁界の強さは永久磁石１から離れた距離の二乗で弱くなるため、中央部位から出た磁束３ｂが導体板２に交差した時の磁界の強さは非常に弱くなる。さらには、中央部位から出た磁束３ｂの中には、無限遠点に向かい導体板２と交差しないものもある。したがって、磁束密度が低くなり、発生する制動力も低くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、より大きな制動力を発生することのできる磁気ダンパ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【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、軸方向に磁化された複数の磁石を、前記軸方向に所定間隔をおいて一体的に配置するとともに、前記複数の磁石の外周囲を覆うように筒状の導体板を配置し、その相対移動に伴い前記磁石から発生する磁束を前記導体板が切ることにより前記導体板内に発生する渦電流と、前記磁界との作用により、その相対方向に対して制動力を発揮する磁気ダンパ装置である。そして、前記磁石の外周面と前記導体板の内周面とは非接触状態で、両者を前記軸方向に相対移動可能に配置し、かつ、前記複数の磁石のうち、少なくとも隣接する２つの磁石の磁化方向を逆向きに構成し、前記複数の磁石間の少なくとも１箇所に内ヨークを配置した。
【０００８】
好ましくは、前記複数の磁石のうち最外端に位置する磁石の外端面に内ヨークを装着することである。さらに好ましくは、前記導体板のさらに外周囲側所定位置に接触または非接触状態で筒状の外ヨークを配設することである。
【０００９】
【作用】
以上の構成の磁気ダンパ装置にあっては、磁化方向が逆向きとなっている磁石間ではその磁石から出て来たり、あるいは入り込む磁束は互いに反発し合うため、導体側に流れやすくなり、導体板に対して磁束が集中して通り抜ける。さらに磁石から出た磁束は、比較的すぐに導体板に交差し、磁路の経路も短くなる。よって導体板における磁束密度が高く、発生する制動力も大きくなる。
また、所定位置に内ヨーク或いは外ヨークを配置した場合には、その部位における磁気抵抗が少なくなるとともに、磁束の経路も短くなり、上記作用がより顕著にあらわれる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明に係る磁気ダンパ装置の好適な一実施例を添付図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明が前提とする一例を示している。同図に示すように、本例では、所定の間隔を隔てて配置された２個の円筒状の永久磁石１０，１１をシャフト１２に軸着することにより一体化している。そして、これら両永久磁石１０，１１の磁化の方向はともに軸方向でしかも逆向きにしている。具体的には対向面側をともにＮ極としている。
【００１１】
また、この永久磁石１０，１１の外周囲には、円筒状の導体板１３を、同軸状に配置している。この導体板１３としては、例えば銅やアルミニウムなどの良導電性から構成される。そして、この導体板１３の内周面と上記永久磁石１０，１１の外周面との間には、所定のギャップが形成されており、両者は非接触状態となっている。さらに上記一体となった永久磁石１０，１１と導体板１３とは、軸方向に相対移動可能となっており、本例では導体板１３が移動できるようになっている。
【００１２】
次に上記した一例の作用について説明すると、図１（Ａ）中実線の矢印で示すように、両永久磁石１０，１１のＮ極から出た磁束は、径方向外方に向かい導体板１３内を径方向外方に向かって突き抜けるようにして進み、導体板１３の外側を通った後、方向変換して導体板１３内を径方向内方に向かって突き抜け、各永久磁石１０，１１のＳ極に入る。
【００１３】
そしてこの時、導体板１３を軸方向に一定速度ｖで直進移動させると、その導体板１３が永久磁石１０，１１で発生する磁束を切るため、フレミングの右手の法則に従い起電力が誘導され、その結果、導体板１３内には、同図（Ｂ）中破線の矢印で記載したような渦電流を生じる。すなわち、本例では磁束の流れが放射状であるため、円筒状の導体板１３に流れる渦電流は周回方向となる。そして、その方向は両永久磁石１０，１１間の区間では図示するごとく反時計方向となるが、永久磁石１０の上側並びに永久磁石１１の下側の区間では逆に時計方向となる。そして、この渦電流が、磁界との作用によって上記導体板１３の移動方向と逆向きの制動力を生じさせ、導体板１３に連結した図示しない各種装置の振動の減衰や運動に付加を与えることになる。
【００１４】
この時、上記したごとく両永久磁石１０，１１のＮ極から出た磁束は、反発し合ってその進路が強制的に曲げられているため、両永久磁石１０，１１間の位置する導体板１３の区間に磁束が集中して流れることになり、磁束密度が高くなる。その結果、発生する制動力は、磁束密度の二乗に比例するため大きな制動力を発揮することができる。
【００１５】
しかも、同図（Ｂ）から明らかなように、渦電流が流れている箇所には、必ず磁束も存在しているため、発生した渦電流のすべてを制動力の発生に寄与させることができ、無駄な電流がなく効率がよい。
【００１６】
図２は本発明の第１実施例を示している。同図に示すように、本例では、上記した一例と相違して、同一形状からなる３個の永久磁石１５，１６，１７を軸心を一致させるとともに、対向面間に所定の間隔をおいた状態で一列に配置する。そして、各永久磁石１５，１６，１７の磁化方向は交互に逆向きとしている。これにより、上側と中央の永久磁石１５，１６の対向面は、互いにＮ極となり、中央と下側の永久磁石１６，１７の対向面は互いにＳ極となる。
【００１７】
また、各永久磁石１５，１６，１７間に内ヨーク１８を挿入配置する。さらに、上方の永久磁石１５のさらに上面側、並びに下方の永久磁石１７のさらに下面側にも内ヨーク１８を配置する。そして、各永久磁石１５，１６，１７と内ヨーク１８とは、その対向面同士を接着剤等により固着し、一体化している。そして、上端並びに下端に位置する両内ヨーク１８の上面或いは下面には、シャフト１９を取付け、図外の装置などに連繋させている。さらに各内ヨーク１８の形状は略同一とし、その外径は、上記永久磁石１５，１６，１７のそれと略同一に設定されているため、一体化された永久磁石１５，１６，１７並びに内ヨーク１８は、１本の円柱状となる。
【００１８】
また、上記一体化された永久磁石１５，１６，１７並びに内ヨーク１８の外周囲には、上記一例と同様に一回り大きな径の円筒状の導体板２０が軸方向に沿って相対移動可能に配置され、さらにその導体板２０の外周囲には、円筒状の外ヨーク２１が配置されている。そして、それら導体板２０と外ヨーク２１とは、接着等により一体化しても良く、或いは非接触状態で分離配置しても良い。すなわち、一体化した場合には、両者間に磁気抵抗の大きな空気層が存在しないとともに、磁束の経路長も短くなるため、磁束密度を高めることができ、発生する制動力の増加を期待できるものの、導体板２０側を移動させる場合には、その導体板２０の移動にともない外ヨーク２１も移動させなければならず、移動体（導体板２０，外ヨーク２１）の重量がかさむとともに、外ヨーク２１は磁束の経路上に存在していればよいため、永久磁石１５，１６，１７が移動しない場合には外ヨーク２１の軸方向の長さは、少なくとも永久磁石１５，１６，１７並びに内ヨーク１８の全長分あれば良いが、導体板２０に接続した場合には、前記全長分に導体板２０の移動距離を加えた長さ以上としなければならなくなる。よって、設置場所並びに利用方法などを考慮して適宜選択すればよい。
【００１９】
そして、本実施例における動作原理も、上記一例と同様に、Ｎ極同士が対向しているので、永久磁石１５，１６間では磁束が外側に進み、また、Ｓ極同士が対向する永久磁石１６，１７間では永久磁石１５，１６の逆向きの磁束の流れとなる。つまり、導体板内を通る磁束の領域が制限されるので、導体板２０を通る磁束密度の向上が図られる。
【００２０】
各永久磁石１５，１６，１７のＮ極から出た磁束は磁気抵抗の少ない内ヨーク１８、並びに外ヨーク２１を通ることになるため、磁束密度がより向上し、発揮する制動力も大きくできる。さらに、導体板２０を突き抜け、その外側にいった磁束は、外ヨーク２１内を軸方向に進むため、外ヨーク２１がない場合に比し、その磁束の経路の外側への膨らみ量も少なくなり、磁気抵抗も減るため装置全体、特に径方向の小型化を図ることもできる。
【００２１】
さらにまた、内ヨークを設けたため、その部分における磁気抵抗が少なくなるため、隣接する永久磁石間の距離を短くすることができ、それにより、軸方向の小型化を図ることができる。
【００２２】
なお、上記第１実施例では、各永久磁石１５，１６，１７並びに内ヨーク１８をその接合面同士を接着などすることにより一体化したが、本発明はこれに限ることなく、例えば、各部品１５，１６，１７，１８をすべて円筒状（中央に同一形の透孔を成形）にし、上記第１実施例のように１本のシャフトを透孔内に挿通させるとともに、そのシャフトに対して固着することにより一体化を図るようにしてもよく、その手法は任意である。
【００２３】
また、その第１実施例では、永久磁石と内ヨークの外径を略同一としたが、本発明はこれに限ることなく、例えば図３に示すように、永久磁石２５の径より内ヨーク２６の径を大きくするようにしてもよい。なお、図中符号２７は永久磁石２５，内ヨーク２６に連繋されるシャフトであり、符号２８は導体板，符号２９は外ヨークをそれぞれ示している。また、図４に示すように、永久磁石２５ａの径より内ヨーク２６ａの径を小さくするようにしてもよい。なお、図中符号２７ａは永久磁石２５ａ，内ヨーク２６ａに連繋されるシャフトであり、符号２８ａは導体板，符号２９ａは外ヨークをそれぞれ示している。
【００２４】
なお、上記した各実施例では、いずれも永久磁石（並びに内ヨーク）の形状を円筒状としたものについて説明したが、本発明はこれに限ることなく、中央に透孔を設けていない円板状でもよく、さらには、多角形状（筒状でも柱（板）状でも可）としてもよく、その形状は任意である。また、導体板や外ヨークの形状も、永久磁石，内ヨークの形状に適宜変更することはいうまでもない。但し、導体板はその形状は任意であるものの、渦電流を効率よく流すことから少なくとも一部に無端部分を有する筒状とする必要がある。
【００２５】
さらにまた、内ヨーク並びに外ヨークは必ずしも両者を同時に装着する必要はなく、外ヨークのみ、或いは内ヨークのみでもよく、また、内ヨークを設ける場合でも、すべての永久磁石間や、最外端の永久磁石の表面に設置する必要はなく、任意に選択された１または複数箇所に設置するようにしてもよいのはもちろんである。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る磁気ダンパ装置では、導体板に流れる磁束の磁束密度を高くすることができ、導体板と磁石とが相対移動した際に生じる制動力を大きくすることができる。また、所定位置に内ヨーク或いは外ヨークを設置した場合には、上記効果がより顕著に生じるとともに、装置の小型化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の前提となる磁気ダンパ装置の一例を示す縦断面図である。
（Ｂ）は（Ａ）図におけるＢ−Ｂ線の矢視断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る磁気ダンパ装置の第１実施例を示す縦断面図である。
（Ｂ）は（Ａ）図におけるＢ−Ｂ線の矢視断面図である。
【図３】本発明に係る磁気ダンパ装置の変形実施例を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る磁気ダンパ装置の他の変形実施例を示す縦断面図である。
【図５】（Ａ）は従来の磁気ダンパ装置の一例を示す縦断面図である。
（Ｂ）は同平面図である。
【符号の説明】
１０，１１，１５，１６，１７，２５，２５ａ永久磁石
１３，２０，２８導体板
１８，２６，２６ａ内ヨーク
２１，２９，２９ａ外ヨーク

Claims

軸方向に磁化された複数の磁石を、前記軸方向に所定間隔をおいて一体的に配置するとともに、前記複数の磁石の外周囲を覆うように筒状の導体板を配置し、前記磁石の外周面と前記導体板の内周面とは非接触状態で、両者を前記軸方向に相対移動可能に配置し、
その相対移動に伴い前記磁石から発生する磁束を前記導体板が切ることにより前記導体板内に発生する渦電流と、前記磁界との作用により、その相対方向に対して制動力を発揮する磁気ダンパ装置であって、
前記複数の磁石のうち、少なくとも隣接する２つの磁石の磁化方向を逆向きに構成し、
前記複数の磁石間の少なくとも１箇所に内ヨークを配置したことを特徴とする磁気ダンパ装置。
前記複数の磁石のうち最外端に位置する磁石の外端面に内ヨークを装着したことを特徴とする請求項１に記載の磁気ダンパ装置。
前記導体板のさらに外周囲側所定位置に接触または非接触状態で筒状の外ヨークを配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気ダンパ装置。