JP4356433B2 - 複合磁石及びそれを用いた渦電流式減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁石と永久磁石の複合磁石及びそれを用いた渦電流式減速装置に関する。

複合磁石として、電磁石と永久磁石とを組み合わせたものが知られている。図１７に示すように、この種の複合磁石３０は、鉄心３１と、鉄心３１の外周面を囲うように配設された電磁コイル３２と、鉄心３１の両端面に取り付けられた磁極板３３と、鉄心３１内に埋設された永久磁石３４とを備えている。複合磁石３０は、電磁コイル３２に通電して鉄心３１を磁化した際に、鉄心３１内に埋設された永久磁石３４が電磁コイル３２の磁力を補助することで、電磁石（電磁コイル３２）と永久磁石３４とを合わせた磁力を得ることができる（特許文献１等参照）。

特開２００２−１３６０８６号公報 特開２００２−３０５８６８号公報

ところで、永久磁石３４（例えば、フェライト磁石、希土類磁石等）は、鉄心３１（例えば、低炭素鋼）に比べて透磁率が低い（磁気抵抗が大きい）。そのため、電磁コイル３２に通電して鉄心３１を磁化した際に、電磁コイル３２で囲まれた鉄心３１内に埋設された永久磁石３４が磁気抵抗となり、電磁石（電磁コイル３２）と永久磁石３４とを合わせた磁力を得ることができないことがある。例えば、電磁コイル３２に流す電流値が比較的大きく、鉄心３１内の磁束密度が大きいときは、永久磁石３４が磁気抵抗となり、電磁石（電磁コイル３２）と永久磁石３４とを合わせた磁力を得ることができない。

なお、複合磁石３０は、車両、特にトラック等の大型車両の補助ブレーキとして使用される渦電流式減速装置等の種々の装置に適用されている。例えば、図１８に示すように、渦電流式減速装置は、図示しない回転軸に取り付けられた制動ドラム４１と、図示しない固定側に取り付けられた不動の磁石支持環４２と、磁石支持環４２の外周面に周方向に所定間隔を隔てて複数取り付けられた複合磁石３０とを備えている。図１８に示す渦電流式減速装置においては、永久磁石３４は、磁石支持環４２内であって、周方向に隣接する複合磁石３０間に配置されている（特許文献２等参照）。

本発明の目的は、電磁石及び永久磁石の両方の磁力を有効に利用することができる複合磁石及びそれを用いた渦電流式減速装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、鉄心と、該鉄心の外周面を囲うように配設された電磁コイルと、上記鉄心の軸方向の両端面に取り付けられた磁性体からなる磁極板と、上記鉄心及び上記磁極板の内少なくとも一方の孔に埋設され上記電磁コイルの磁力を補助する永久磁石とを備えた複合磁石において、上記永久磁石は、上記電磁コイルの内径より小さな径の上記孔内に配置されると共に上記電磁コイルで囲まれた空間を上記電磁コイルの軸方向に延ばした延長上に配置され、且つ、上記電磁コイル通電時に生じる上記電磁コイルの磁束の、上記電磁コイルの中心を貫く磁力線が上記永久磁石を通るように配置され、且つ、上記鉄心と上記磁極板の接合面を跨ぐように又は上記接合面に接するように配置されることで、少なくとも一部が上記電磁コイルの軸方向端部よりも軸方向外側に位置するように配置されることを特徴とする複合磁石である。

請求項２の発明は、上記鉄心の軸方向の両端面に取り付けられた上記磁極板の内一方の磁極板が他方の磁極板よりも厚く形成され、厚く形成された磁極板に上記永久磁石を収容する上記孔が形成される請求項１記載の複合磁石である。

請求項３の発明は、回転軸に取り付けられた制動ドラムの内方に、不動の磁石支持環を配置し、上記磁石支持環に請求項１又は２記載の複合磁石をその磁極面が制動ドラムの内周面に対向するように周方向に所定間隔を隔てて複数設けた渦電流式減速装置である。

請求項４の発明は、不動の制動ドラムの内方に、回転軸に取り付けられた磁石支持環を配置し、上記磁石支持環に請求項１又は２記載の複合磁石をその磁極面が制動ドラムの内周面に対向するように周方向に所定間隔を隔てて複数設けた渦電流式減速装置である。

本発明によれば、電磁石及び永久磁石の両方の磁力を有効に利用することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る複合磁石の横断面図であって、電磁コイルを通電したときの磁束の状態を示す。図２は、図１の実施の形態に係る複合磁石の横断面図であって、電磁コイルを通電していないときの磁束の状態を示す。

図１に示すように、複合磁石１０は、任意の断面形状（例えば、円形状、矩形状等）を有する鉄心１１を備えている。この鉄心１１は、磁性体（強磁性体又は軟磁性体、以下同じ）の材料（例えば、低炭素鋼、低炭素合金鋼、鋳鉄等、以下同じ）からなる。鉄心１１の外周面の全てを囲うように、非磁性の絶縁体（例えば、耐熱性のある合成樹脂材等）からなる巻枠１２が装着されている。詳しくは、巻枠１２は、鉄心１１の外周面を囲う円筒部１２ａと、円筒部１２ａの軸方向の両端面に形成されたフランジ１２ｂとからなる。巻枠１２の円筒部１２ａの外周面には、電磁コイル１３が配設されている。

鉄心１１の軸方向の両端面には、巻枠１２及び電磁コイル１３を挟み込むように、磁性体の材料からなる磁極板１４が取り付けられている。この磁極板１４は、図示しないボルト等により鉄心１１の端面に固定される。鉄心１１及び磁極板１４における鉄心１１と磁極板１４との対向面は、隙間なく接するように加工されている。各磁極板１４の外側端面が複合磁石１０の磁極面となる。

本実施の形態においては、鉄心１１の両端面に取り付けられる磁極板１４のうち一方を厚く形成している。厚く形成した磁極板１４における鉄心１１との対向面には、孔１４ａが設けられている。厚く形成した磁極板１４に対向する鉄心１１の端面には、孔１１ａが設けられている。

鉄心１１の孔１１ａ及び磁極板１４の孔１４ａには、電磁コイル１３の磁力を補助する永久磁石１５が収容されている。つまり、本実施の形態においては、永久磁石１５は、鉄心１１と磁極板１４とを跨ぐように配置されている。

永久磁石１５は、任意の断面形状（例えば、円形状、矩形状等）を有し、その外周面及び両端面が鉄心１１の孔１１ａ、磁極板１４の孔１４ａの底面又は側面に隙間なく接するように形成されている。永久磁石１５の磁極の向きは、電磁コイル１３を通電したときの鉄心１１の磁化方向（図例では、上下方向）と同一となるように設定されている。鉄心１１と磁極板１４との間には、複合磁石１０内（特に、永久磁石１５）に水やダスト等が浸入するのを防止するために、シーラー等のシーリング剤が塗布されている。これにより、永久磁石１５は、複合磁石１０内に密封される。

電磁コイル１３を通電すると、電磁コイル１３に囲まれた鉄心１１が磁化されて、一方の磁極板１４（図例では、下側）の外側端面がＮ極に、他方の磁極板１４（図例では、上側）の外側端面がＳ極になる。このとき、永久磁石１５が電磁コイル１３の磁力を補助し、電磁コイル１３（電磁石）の磁束と永久磁石１５の磁束とが複合された磁束が形成される。電磁コイル１３の通電を解除すると、鉄心１１には残留磁束がほとんど残らず、永久磁石１５は、鉄心１１内及び磁極板１４内で短絡した磁束を形成する（図２参照）。

本実施の形態においては、永久磁石１５を鉄心１１と磁極板１４とを跨ぐように配置している。そのため、永久磁石１５が図１７で示した永久磁石３４と同一寸法であるとすると、電磁コイル１３に囲まれた鉄心１１内における、永久磁石１５の占有体積が図１７の永久磁石３４の専有体積に比べて小さくなる。つまり、本実施の形態においては、鉄心１１内における永久磁石１５の占有体積を小さくすることで、電磁コイル１３を通電したときに永久磁石１５が磁気抵抗となりにくいようにしている。そのため、本実施の形態によれば、電磁コイル１３に流す電流値が比較的大きく、鉄心１１内の磁束密度が大きいときも、電磁石（電磁コイル１３）と永久磁石１５とを合わせた磁力を得ることが可能となる。

即ち、本実施の形態の複合磁石１０は、永久磁石１５の少なくとも一部が電磁コイル１３で囲まれた空間（鉄心１１）の外側に位置するように配置することで、永久磁石１５が電磁コイル１３の磁束形成の妨げとならないようにしている。このようにすることで、本実施の形態の複合磁石１０は、電磁石（電磁コイル１３）及び永久磁石１５の両方の磁力を有効に利用することができる。

また、本実施の形態においては、永久磁石１５が配置される磁極板１４を厚く形成している。そのため、電磁コイル１３を通電しないときには、永久磁石１５の磁束が磁極板１４を通って外部に漏れることはない。

なお、図１の実施の形態においては、永久磁石１５を鉄心１１と磁極板１４とを跨ぐように配置したが、図３及び図４に示すように、永久磁石１５を磁極板１４内であって鉄心１１に接するように又はその近傍に配置しても良い。つまり、永久磁石１５の全部を電磁コイル１３で囲まれた空間（鉄心１１）の外側であって、電磁コイル１３で囲まれた空間（鉄心１１）の軸線上に配置しても良い。図３の実施の形態においては、永久磁石１５を磁極板１４の孔１４ａ内であって、永久磁石１５の端面が鉄心１１の端面に接するように配置している。図４の参考の形態においては、磁性体の材料からなる蓋部材１６により、永久磁石１５を磁極板１４内に密封して鉄心１１の近傍に配置している。

また、図１の実施の形態においては、電磁コイル１３は、鉄心１１の外周面の全てを囲うように配設されているとしたが、図５に示すように、鉄心１１を小径部１１ａと大径部１１ｂとから構成される段付構造として、電磁コイル１３を、鉄心１１の小径部１１ａの外周面を囲うように配設しても良い。この場合も、永久磁石１５の少なくとも一部が電磁コイル１３で囲まれた空間（鉄心１１の小径部１１ａ）の外側に位置するように配置する。図例では、永久磁石１５を鉄心１１の大径部１１ｂ内に配置している。

これら図３及び図５の実施の形態、図４の参考の形態によれば、電磁コイル１３に囲まれた空間（鉄心１１又は鉄心１１の小径部１１ｂ）には、永久磁石１５が配置されないので、永久磁石１５が磁気抵抗となりにくく、図１の実施の形態に比べてさらに強い磁力を得ることが可能となる。

また、図１から図５の実施の形態においては、鉄心１１の両端面に取り付けられた磁極板１４のうち一方にだけ、永久磁石１５が配置されているが、図６から図９に示すように、両方の磁極板１４を厚くして、これら磁極板１４に永久磁石１５をそれぞれ配置しても良い。この場合、各永久磁石１５を、鉄心１１と磁極板１４とを跨ぐように配置しても良く（図６参照）、磁極板１４内又は鉄心１１の大径部１１ｂ内に埋設しても良い（図７から図９参照）。つまり、永久磁石１５の少なくとも一部が電磁コイル１３で囲まれた空間（鉄心１１又は鉄心１１の小径部１１ｂ）の外側に位置するように配置すると良い。

これら図６から図７、図９の実施の形態、図８の参考の形態によれば、図１の実施の形態に比べて、電磁コイル１３の磁力を補助する永久磁石１５の数が多いので、図１の実施の形態に比べてさらに強い磁力を得ることが可能となる。

本実施の形態の複合磁石は、種々の装置に適用することができるものである。例えば、複合磁石は、車両、特にトラック等の大型車両の補助ブレーキとして使用される渦電流式減速装置に適用することができる。適用の一例として、本実施の形態の複合磁石を渦電流式減速装置に適用した実施の形態を図１０を用いて説明する。

図１０は、本発明の一実施形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。図１０において、図１で示した複合磁石の実質上の同一部分には、同一符号を付す。

例えば、図１０に示すように、渦電流式減速装置は、図示しない回転軸（例えば、変速機の出力軸）に取り付けられた磁性体の材料からなる制動ドラム２１と、制動ドラム２１の内方に配置された磁性体の材料からなる不動の磁石支持環２２とを備えている。磁石支持環２２は、変速機のカバー等の固定側（図示せず）に取り付けられている。これら制動ドラム２１及び磁石支持環２２は、回転軸と同芯的な環状に形成されている。

磁石支持環２２の外周面には、周方向に所定間隔を隔てて複数の複合磁石１０が取り付けられている。各複合磁石１０の磁極板１４は、制動ドラム２１の内周面に対向させて配置されている。この実施の形態においては、図１で示した複合磁石１０の磁極板１４のうち、永久磁石１５が配置される磁極板１４の機能を、磁石支持環２２が有する。

この実施の形態においては、複合磁石１０の永久磁石１５を、複合磁石１０の鉄心１１と磁石支持環２２とを跨ぐように配置している。この場合、磁石支持環２２には、永久磁石１５を収容するための孔２２ａが設けられる。つまり、複合磁石１０の永久磁石１５の少なくとも一部が複合磁石１０の電磁コイル１３で囲まれた空間（複合磁石１０の鉄心１１）の外側に位置するように配置している。この実施の形態においては、周方向に隣接する複合磁石１０同士で、電磁コイル１３の電線の巻付方向が異なる。

回転軸を減速制動する際には、複合磁石１０の電磁コイル１３を通電する。すると、複合磁石１０の電磁コイル１３に囲まれた鉄心１１が磁化されて、複合磁石１０の磁極板１４が周方向に交互に、Ｎ極、Ｓ極となり、複合磁石１０と制動ドラム２１とを結ぶ磁気回路（磁束）が形成される。これにより、複合磁石１０と制動ドラム２１との相対回転によって、制動ドラム２１に渦電流が生起され、回転軸が減速制動される。また、複合磁石１０の電磁コイル１３の通電を切れば、減速制動が解除される。

この実施の形態の渦電流式減速装置によれば、永久磁石１５の少なくとも一部が複合磁石１０の電磁コイル１３で囲まれた空間（鉄心１１）の外側に位置するように配置することで、永久磁石１５が複合磁石１０の電磁コイル１３の磁束形成の妨げとならないようにしている。このようにすることで、本実施の形態の渦電流式減速装置は、電磁石（電磁コイル１３）及び永久磁石１５の両方の磁力を有効に利用することができる。

また、本実施の形態の渦電流式減速装置においては、永久磁石１５を複合磁石１０の鉄心１１の近傍に配置している。これに対して、図１８で示した渦電流式減速装置においては、永久磁石３４を複合磁石３０の鉄心３１から離れた位置に配置している。複合磁石１０（電磁コイル１３）の磁束密度は、複合磁石１０の鉄心１１から離れる程低くなる。本実施の形態の渦電流式減速装置においては、永久磁石１５を電磁コイル１３の磁束密度が高い鉄心１１の近傍に配置することで、磁束の流れのバランスが良くなり、図１８で示した渦電流式減速装置に比べて制動性能を向上させることができる。

なお、図１０で示した渦電流式減速装置は、図１の実施の形態に係る複合磁石１０を適用したものであり、図３から図５の実施の形態に係る複合磁石１０についても適用することが可能である（図１１から図１３参照）。

また、本実施の形態の渦電流式減速装置は、複数の複合磁石１０を周方向に連結したもの（図１４参照。この場合、複合磁石１０の鉄心１１の両端面が回転軸の周方向に向けて配置される）、又は非磁性体の材料からなる磁石支持環２２の側面に複合磁石１０を取り付けたもの（図１５参照。この場合、複合磁石１０の鉄心１１の両端面が回転軸の周方向に向けて配置される）、又は磁石支持環２２、コア部（鉄心）１１及び磁極片（磁極板）１４を電磁鋼板で一体成形し、それを回転軸の軸方向に複数積層したもの（図１６参照）等を適用することができる。

また、図１０から図１６の実施の形態に係る渦電流式減速装置は、制動ドラム２１が回転軸に取り付けられているとしたが、本実施の形態の渦電流式減速装置は、制動ドラム２１を固定側に取り付けたものにも適用することができる。この場合、磁石支持環２２は、回転軸に取り付けられる。

また、図１０から図１６の実施例に係る渦電流式減速装置は、制動ドラムタイプの渦電流式減速装置であるが、本実施の形態の渦電流式減速装置は、制動ディスクタイプのものにも適用することができる。

以上、本実施の形態の電磁石と永久磁石の複合磁石は、永久磁石を電磁コイル（電磁石）の磁束形成の妨げとならないように配置することで、電磁石（電磁コイル）及び永久磁石の両方の磁力を有効に利用することができるようしたものであって、渦電流式減速装置等の種々の装置に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る複合磁石の横断面図であって、電磁コイルを通電したときの磁束の状態を示す。 図１の実施の形態に係る複合磁石の横断面図であって、電磁コイルを通電していないときの磁束の状態を示す。 他の実施の形態に係る複合磁石の横断面図である。 参考の形態に係る複合磁石の横断面図である。 他の実施の形態に係る複合磁石の横断面図である。 他の実施の形態に係る複合磁石の横断面図である。 他の実施の形態に係る複合磁石の横断面図である。 参考の形態に係る複合磁石の横断面図である。 他の実施の形態に係る複合磁石の横断面図である。 本発明の一実施形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。 他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。 他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。 他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。 他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。 他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。 他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分縦断面図である。 従来の複合磁石の横断面図である。 従来の渦電流式減速装置の部分縦断面図である。

符号の説明

１０ 複合磁石
１１ 鉄心
１１ａ 孔
１２ 巻枠
１３ 電磁コイル
１４ 磁極板
１４ａ 孔
１５ 永久磁石
１６ 蓋部材
２１ 制動ドラム
２２ 磁石支持環

Claims (4)

1. 鉄心と、該鉄心の外周面を囲うように配設された電磁コイルと、上記鉄心の軸方向の両端面に取り付けられた磁性体からなる磁極板と、上記鉄心及び上記磁極板の内少なくとも一方の孔に埋設され上記電磁コイルの磁力を補助する永久磁石とを備えた複合磁石において、
   上記永久磁石は、上記電磁コイルの内径より小さな径の上記孔内に配置されると共に上記電磁コイルで囲まれた空間を上記電磁コイルの軸方向に延ばした延長上に配置され、且つ、上記電磁コイル通電時に生じる上記電磁コイルの磁束の、上記電磁コイルの中心を貫く磁力線が上記永久磁石を通るように配置され、且つ、上記鉄心と上記磁極板の接合面を跨ぐように又は上記接合面に接するように配置されることで、少なくとも一部が上記電磁コイルの軸方向端部よりも軸方向外側に配置されることを特徴とする複合磁石。
2. 上記鉄心の軸方向の両端面に取り付けられた上記磁極板の内一方の磁極板が他方の磁極板よりも厚く形成され、厚く形成された磁極板に上記永久磁石を収容する上記孔が形成される請求項１記載の複合磁石。
3. 回転軸に取り付けられた制動ドラムの内方に、不動の磁石支持環を配置し、上記磁石支持環に請求項１又は２記載の複合磁石をその磁極面が制動ドラムの内周面に対向するように周方向に所定間隔を隔てて複数設けた渦電流式減速装置。
4. 不動の制動ドラムの内方に、回転軸に取り付けられた磁石支持環を配置し、上記磁石支持環に請求項１又は２記載の複合磁石をその磁極面が制動ドラムの内周面に対向するように周方向に所定間隔を隔てて複数設けた渦電流式減速装置。

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