JP3584473B2 - 磁気ダンパ装置 - Google Patents

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４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、外部磁束は、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にある。
【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、筒状の磁石の外側または内側の少なくとも一方に同心上に導体板を配置するとともに、前記磁石と前記導体板の対向面を相互に非接触状態で、両者をその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、前記筒状の磁石がその全周囲にわたってラジアル方向に着磁され、その磁極が前記導体板の周面に対向するように構成したものを用いた。
【０００８】
また、好ましくは、前記磁石を軸方向に複数個配置するとともに、隣接する少なくとも１組の磁石の着磁方向を逆向きとすることである。
【０００９】
さらに好ましくは、前記磁石、あるいは導体板の非対向面側の所定位置にヨークを配設することである。
【００１０】
【作用】
以上の構成の磁気ダンパ装置にあっては、磁化方向がラジアル方向であるため、その一方の磁極は筒状の磁石の外周面、すなわち、導体板の内周面に対向する面に位置する。したがって、その磁極からでた、或いはその磁極に入り込む磁束のほぼ全部が導体板と交差することになる。しかも、両者の距離は比較的接近しているため、導体板に対して磁束が集中して通り抜けるとともに、比較的すぐに導体板に交差し、磁路の経路も短くなる。よって磁石の動作点が高くなるので、導体板における磁束密度が高くなり、発生する制動力も大きくなる。
【００１１】
また、磁化方向の異なる磁石を軸方向に隣接配置させた場合には、一方の磁石の外周面からでた磁束が他方の磁石の外周面に流れ込むことになり、磁石の動作点が高くなることにより、導体板における磁束密度はさらに高くなり、制動力が向上する。
【００１２】
さらに、所定位置に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。
【００１３】
【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は本発明の第１実施例を示している。同図に示すように、本例では、１個の円筒状の永久磁石１０をシャフト１１に軸着する。そして、この永久磁石１０の磁化方向は、ラジアル方向、より具体的には、外周面がＮ極となり、内周面がＳ極となるように着磁されている。（尚、着磁方向としては、逆方向でももちろんかまわない。）さらに、この着磁は、全周囲にわたってほぼ均一に行われている。また、上記シャフト１１としては、非磁性材から構成してもよく、或いは磁性材から構成してもよいが、磁性材から構成した場合には、後述する内ヨークとしての機能を兼用することになる。
【００１４】
また、この永久磁石１０の外周囲には、円筒状の導体板１２を、同軸状に配置している。この導体板１２としては、例えばアルミニウムなどの良導電性を有する部材から構成される。そして、この導体板１２の内周面と上記永久磁石１０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と導体板１２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１２が移動できるようになっている。
【００１５】
次に上記した実施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、永久磁石１０の外周面に設けられたＮ極から出た磁束は、そのまま真っ直ぐに進むが、その外周面と平行に導体板１２が位置するため、その磁束のすべては導体板１２を突き抜けるようにして進み、導体板１２の外側を通った後、方向変換して導体板１２内を中心方向に向かって突き抜け、永久磁石１０の内周面に形成されたＳ極に入る。
【００１６】
そしてこの時、導体板１２を軸方向に一定速度ｖで直進移動させると、その導体板１２が永久磁石１０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１２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１２に流れる渦電流は周回方向となる。しかも、本例では全周にわたって着磁しているため、永久磁石１０のＮ極からでた磁束は、必ず永久磁石１０の外側領域を通ってＳ極にいたり、永久磁石１０内部を逆方向に進むことがないため、同図（Ｂ）に示すように、渦電流の綺麗なループが形成される。そして、その方向は両永久磁石１０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の上方並びに下方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１２の移動方向と逆向きの制動力を生じさせ、導体板１２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。
【００１７】
この時、上記したごとく永久磁石１０のＮ極から出た磁束は、その直後のほぼ直線状に進んでいる時に導体板１２に到達するため、距離（磁路）が短く、しかも、永久磁石１０に対向する導体板１２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。
【００１８】
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。
【００１９】
図２は本発明の第２実施例を示している。同図に示すように、本例では、永久磁石２０，シャフト２１並びに導体板２２の基本構成は略同一としているものの、永久磁石２０の内部空間に円筒状の内ヨーク２３を、また、導体板２２の外側に円筒状の外ヨーク２４をそれぞれ装着している。
【００２０】
すなわち、上記第１実施例では、永久磁石の内部空間内にシャフトを挿入固定することにより軸着し、一体化を図ったが、本実施例では、シャフト２１の外径を永久磁石２０の内径より十分小さくして両者の間に空間を形成し、その空間内に上記円筒状の内ヨーク２３を挿入固定している。そして各部品２０，２１，２３間は、例えばその当接面にて接着剤を用いて固着一体化を図る。さらに本例では、内ヨークの軸方向の長さを永久磁石２０のそれより大きく設定し、永久磁石２０の上下両面から突出配置した。これにより、永久磁石２０のＮ極からでた磁束がそのＳ極に戻る経路を考えると、永久磁石２０の上下両空間部もあるため、かかる空間を通る磁束が、突出した内ヨーク２３の外周面からその内部にスムーズに入り込めるようになる。
【００２１】
また、導体板２２と外ヨーク２４とは、接着等により両者を一体化しても良く、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、磁石の動作点が高くなるので、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２２側を移動させる場合には、その導体板２２の移動にともない外ヨーク２４も移動させなければならず、移動体（導体板２２，外ヨーク２４）の重量がかさむとともに、外ヨーク２４は磁束の経路上に存在していればよいため、永久磁石２０が移動しない場合には外ヨーク２４の軸方向の長さは、少なくとも永久磁石２０の全長分あれば良いが、導体板２２に接続した場合には、前記全長分に導体板２２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。
【００２２】
そして、本実施例における動作原理も、基本的には上記第１実施例と同様であるが、本例では、永久磁石２０のＮ極から出た磁束は磁気抵抗の少ない外ヨーク２４並びに内ヨーク２３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２２を突き抜け、その外側にいった磁束は、外ヨーク２４内を軸方向に進むため、外ヨーク２４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。
【００２３】
図３は、本発明の第３実施例を示している。この実施例では、上記各実施例と相違して、略同一形状からなる永久磁石３０ａ，３０ｂを２個用い、それを軸方向に積層状態で配置した。そして、それら両永久磁石３０ａ，３０ｂの着磁方向を逆向きにしている。具体的には、一方の永久磁石３０ａは、上記した各実施例と同様に外周面にＮ極が形成されるように着磁され、他方の永久磁石３０ｂは、外周面にＳ極が形成されるように着磁されている。そして、両永久磁石３０ａ，３０ｂは、その接合面同士を接着等により固着してもよく、或いは、その内部空間内に装着される内ヨーク３３に接着することにより一体化を図ってもよい。そして、その内ヨーク３３の中心には、上記各実施例と同様にシャフト３１が配置され、また、永久磁石３０ａ，３０ｂの外周囲には、上記第２実施例と同様に、同心状に導体板３２並びに外ヨーク３４が配置されている。
【００２４】
係る構成にすることにより、一方の永久磁石３０ａからでた磁束は、上記第２実施例と同様に、そのほぼ全部が導体板３２を通過し、外ヨーク３４内を軸方向に移動し、その多くは磁気抵抗の関係等から、再度導体板３２を通り抜けた後、隣接する他方の永久磁石３０ｂのＳ極に入る。すなわち、磁路が短くなるとともに、磁気抵抗の大きな空間を通る量がギャップ部分程度となり極めて少なくなるため、発生する磁束密度はさらに向上する。なお、磁気抵抗等の関係から、例えば一方の永久磁石３０ａの図中上方の側縁付近からでた磁束は、上記各実施例のように空間部を通りその永久磁石３０ａのＳ極に入るものもあるかもしれないが、かかる磁束も上記したごとく制動力の発揮に寄与しているため問題はない。
【００２５】
なお、本例では、２個の永久磁石を用いた例について構成したが、本発明はこれに限ることなく、３個以上でもよく、係る場合には好ましくは隣接する永久磁石の着磁方向を交互に逆配置することであるが、隣接する少なくとも１組の磁石の着磁方向を逆向きにするだけでも、所定の効果を奏することができる。
【００２６】
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、平面が多角形状の筒体としてもよく、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，内ヨークの形状に合せて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。
【００２７】
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いのはもちろんである。
【００２８】
なおまた、上記した実施例では、いずれも筒状の磁石の外周に筒状の導体板を配置した例について説明したが、本発明はこれに限らず、これとは逆に筒状の磁石の内側に筒状あるいは柱（軸）状の導体板を挿入配置する構成、あるいは筒状の磁石の内・外両側に導体板を配置する構成としてもよい。そして、その場合でも磁石と導体板が対向しない側面所定位置に適宜ヨーク設置するのが好ましい。
【００２９】
【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、少なくとも１組の着磁方向の異なる磁石を軸方向に配列したり、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２実施例を示す縦断面図である。
（Ｂ）は（Ａ）図におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明に係る磁気ダンパ装置の第３実施例を示す縦断面図である。
（Ｂ）は（Ａ）図におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】（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】
１０，２０，３０ａ，３０ｂ 永久磁石
１２，２２，３２ 導体板
１３，２３，３３ 内ヨーク
１４，２４，３４ 外ヨーク

Claims (4)

1. 筒状の磁石の外側または内側の少なくとも一方に同心上に導体板を配置するとともに、前記磁石と前記導体板の対向面を相互に非接触状態で、両者をその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、
   前記筒状の磁石がその全周囲にわたってラジアル方向に着磁され、その磁極が前記導体板の周面に対向するように構成したことを特徴とする磁気ダンパ装置。
2. 前記磁石を軸方向に複数個配置するとともに、隣接する少なくとも１組の磁石の着磁方向を逆向きと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。
3. 前記磁石の、前記導体板の非対向面所定位置にヨークを装着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。
4. 前記導体板の、前記磁石の非対向面所定位置に接触または非接触状態でヨークを配設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気ダンパ装置。

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