JP4588246B2 - 電磁マグネット及びこれを用いた制動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電磁ブレーキ用の電磁マグネット及びこれを用いた制動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２８は従来の電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図２９は図２８のXXIX−XXIX線に沿った矢視図である。また、図３０は従来の電磁マグネットを用いた制動装置の保持状態を示す要部断面図であり、図３１は従来の電磁マグネットを用いた制動装置の開放状態を示す要部断面図である。
【０００３】
これらの図において、従来の電磁マグネット１１は、界磁コイル１２と、この界磁コイル１２がはめ込まれた固定鉄心１３と、この固定鉄心１３に対向して設けられ、界磁コイル１２に通電して発生する電磁力により移動する可動鉄心１４と、この可動鉄心１４の電磁力による移動の向きと逆向きに可動鉄心１４を付勢した弾性体であるばね１５とを備えている。また、この従来の電磁マグネットを用いた制動装置２１は固定鉄心１３がボルト２７により固定された固定ベース２２と、可動鉄心１４がボルト２７により固定された可動ベース２３と、この可動ベース２３における可動鉄心１４が固定された側と反対側の面に固定されたブレーキシュー２４と、このブレーキシュー２４と対向して設けられた回転ドラム２５とを備えている。また、可動鉄心１４、可動ベース２３及びブレーキシュー２４で可動部２６が構成されている。
【０００４】
固定鉄心１３は可動鉄心１４に対向する対向面を有しており、この対向面には図２８に示すように、左右対称に並行に形成されたコイル溝１６が設けられている。従って、対向面はこのコイル溝１６によって、内側にある内側対向面１７とその両側の第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂとに分割されている。また、内側対向面１７の面積は第１外側対向面１８ａの面積及び第２外側対向面１８ｂの面積の和に等しくなるように構成されている。そして、これらのコイル溝１６には左右対称の環状の界磁コイル１２が図２９に示すように内側対向面１７を取り囲むようにはめ込まれている。さらに、界磁コイル１２に通電することによって発生する電磁力は可動鉄心１４を固定鉄心１３側に吸引する力として働くが、この電磁吸引力がばね１５の弾性反発力より大きくなるようにばね１５は設定されている。
【０００５】
ばね１５は固定ベース２２と可動ベース２３との間で、界磁コイル１２、固定鉄心１３及び可動鉄心１４の両サイドに左右対称に左側ばね１５ａ及び右側ばね１５ｂとして設けられている。また、ばね１５の一端部は固定ベース２２に固定され、他端部は可動ベース２３に固定されており、ばね１５は縮められた状態で固定ベース２２及び可動ベース２３が互いに離れるような向きに付勢している。
【０００６】
回転ドラム２５は例えば電動機等のシャフト（図示しない）に設けられた回転体であり、この回転ドラム２５の回転を制動することによりこのシャフト等の回転を制動するようになっている。この回転ドラム２５の回転を制動するためにブレーキシュー２４がばね１５の弾性反発力によってこの回転ドラム２５に圧接するようになっている。この圧接により発生した摩擦力により回転ドラム２５の回転を制動するのである。従って、ばね１５の反発力は圧接したときのブレーキシュー２４と回転ドラム２５との間の摩擦力が速やかに回転ドラム２５の回転を制動するような大きさとなるように調整されている。
【０００７】
このように構成された電磁マグネット１１を用いた制動装置２１は以下のように動作する。回転ドラム２５が停止状態、即ち保持状態ではブレーキシュー２４がこの回転ドラム２５を圧接してしている。この状態から回転ドラム２５が回転するときには、界磁コイル１２に通電し、この通電によって固定鉄心１３に発生する電磁力が可動鉄心１４を固定鉄心１３に向かって吸引する。吸引された可動鉄心１４はばね１５の弾性反発力に抗して固定鉄心１３の向きに移動する。移動した可動鉄心１４は固定鉄心１３の内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂに同時に接触する。このとき、内側対向面１７の面積と第１外側対向面１８ａの面積及び第２外側対向面１８ｂの面積の和とは等しいので各磁路での磁束がほぼ一様な密度となり漏れ磁束も少ない。
【０００８】
また、界磁コイル１２及び固定鉄心１３が左右対称に構成されているので、図３２に示すように可動鉄心１４に発生する電磁吸引力も左右対称となり、可動鉄心１４は固定鉄心１３に向かって平行移動して同時に内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂに接触することになる。可動鉄心１４が固定鉄心１３に向かって移動すると、可動鉄心１４と一体の可動ベース２３及びブレーキシュー２４も一緒に固定鉄心１３に向かって移動し、ブレーキシュー２４は回転ドラム２５から離れ、開放状態になる。開放状態となると、回転ドラム２５はブレーキシュー２４の圧接による摩擦力が取り去られるのでフリーになり、電動機等のシャフトの回転により回転する。
【０００９】
一方、回転ドラム２５が回転している状態、即ち開放状態から回転ドラム２５を制動するときには、界磁コイル１２の通電を遮断すると固定鉄心１３に発生する電磁吸引力が消滅し、ばね１５の弾性反発力により可動鉄心１４は固定鉄心１３から離れ、可動鉄心１４と一体になっている可動ベース２３及びブレーキシュー２４も固定鉄心１３から離れて、回転する回転ドラム２５にブレーキシュー２４が接触する。
【００１０】
図３３は給電を遮断したときＡ点からの界磁コイル１２の通電電流の大きさ及び可動部２６の平均速度と給電を遮断したときＡ点からの時間との関係を示すグラフである。図３３において、界磁コイル１２への給電を遮断すると、界磁コイル１２に通電される電流は徐々に減少する。この通電電流によって発生する固定鉄心１３の電磁吸引力の大きさがばね１５の弾性反発力の大きさを下回ったときＢ点になると、可動鉄心１４は固定鉄心１３から離れ、移動を始める。この可動鉄心１４での電磁吸引力は左右対称であるので、可動鉄心１４は固定鉄心１３の内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂから同時に離れ、可動鉄心１４を含む可動部２６は平行移動していく。この平行移動する可動部２６は、ばね１５の弾性反発力を受けて加速していき、ブレーキシュー２４が回転ドラム２５に接触したところで可動部２６は急速に減速してＣ点で停止する。可動部２６が移動してブレーキシュー２４がばね１５の弾性反発力により回転ドラム２５を圧接すると、圧接による摩擦力が発生し、回転する回転ドラム２５は制動される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような電磁マグネット１１を用いた制動装置２１は、回転ドラム２５を制動するときは可動鉄心１４が内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂから同時に離れ、両側のばね１５がその弾性反発力で可動部２６全体を平行移動させながら押し上げる。また、このときの内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂの全てにばね１５の弾性反発力を上回る大きさの電磁吸引力はもはや存在していないので、一気に可動部２６はばね１５の弾性反発力を受けて加速され可動部２６のブレーキシュー２４が回転ドラム２５に高速で衝突して大きな衝突音を発生する。
【００１２】
また、回転ドラム２５を回転させるときは、同様に固定鉄心１３の電磁吸引力によって可動鉄心１４が同時に内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂに高速で衝突して大きな衝突音を発生する。
【００１３】
従って、このような衝突音による騒音を低減するために防音壁を取り付ける等の対策を必要とするという問題点があった。
【００１４】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、動作時の騒音が小さい電磁マグネット及びこれを用いた制動装置を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁マグネットは、固定鉄心と、前記固定鉄心の一面に設けられた環状のコイルと、前記固定鉄心に対向して設けられ、前記コイルに通電して発生する電磁力により移動する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記電磁力による移動の向きと逆向きに前記可動鉄心を付勢した弾性体とを備えた電磁マグネットであって、前記コイルは前記固定鉄心に対して偏心して設けられており、前記電磁力が前記可動鉄心に不均等に働き、前記可動鉄心が前記可動鉄心の移動時に併せて前記移動の向きに回動するようになっているものである。
【００１６】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向し前記コイルが取り囲む内側対向面と、前記可動鉄心に対向し前記コイルの外側にある外側対向面とを有し、前記内側対向面の面積は前記外側対向面の面積と等しいものである。
【００１７】
また、前記外側対向面は、前記内側対向面を取り囲んでいる。
【００１８】
また、前記外側対向面は、前記コイルの両側に２つに分かれており、この両側のそれぞれの前記外側対向面の面積が異なっている。
【００１９】
また、前記可動鉄心が吸引される方向に沿って見たときに、前記コイルが前記固定鉄心の外形内に収まるように配置されたものである。
【００２０】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する直方体形状である。
【００２１】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する円柱形状である。
【００２２】
また、前記固定鉄心は、前記コイルの周囲の固定鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さである。
【００２３】
また、前記可動鉄心は、可動鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さである。
【００２４】
また、この発明に係る制動装置は、この発明に係る電磁マグネットを用いた制動装置であって、前記可動鉄心に固定されたブレーキシューと、前記ブレーキシューに対向して設けられた回転ドラムとを備え、前記可動鉄心が前記回転ドラムの接触面にほぼ垂直な方向に往復移動して前記ブレーキシューが前記回転ドラムに接離するようになっている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図２は図１のII−II線に沿った矢視図である。図１及び図２において、電磁マグネット１は固定鉄心３を備えている。この固定鉄心３はコイル溝６が並行に設けられているが、従来のコイル溝１６と異なり固定鉄心３における左右対称の位置には設けられておらず、図では右方向にずらして設けられている。そしてこのコイル溝６に界磁コイル１２がはめ込まれている。即ち、固定鉄心３の軸線Ｐと界磁コイル１２の軸線Ｑとは一致しておらず偏心している。また、固定鉄心３の内側対向面７の面積は第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積の和に等しく、また第１外側対向面８ａの面積と第２外側対向面８ｂの面積とは異なる大きさに構成されている。図では第１外側対向面８ａの面積が第２外側対向面８ｂの面積より大きくなっている。他の電磁マグネット１の構成は従来の構成と同様であり、また電磁マグネット１を用いた制動装置２０の他の構成も従来の構成と同様である。
【００２６】
このような構成の電磁マグネット１は、界磁コイル１２の位置が固定鉄心３において左右対称の位置になく、第１外側対向面８ａの面積と第２外側対向面８ｂの面積とが異なる大きさとなっているので、図３に示すように、可動鉄心１４に作用する電磁吸引力の大きさも左右対称にならず、可動鉄心１４においては第１外側対向面８ａに対向する部分に作用する第１電磁吸引力４ａ、内側対向面７に対向する部分に作用する内側電磁吸引力４ｃ及び第２外側対向面８ｂに対向する部分に作用する第２電磁吸引力４ｂの各大きさが４ａ，４ｃ，４ｂの順に小さくなっている。
【００２７】
従って、この電磁マグネット１を用いた制動装置２０は、以下のような動作を行う。即ち、回転ドラム２５が回転しているとき、制動装置２０は開放状態であり、界磁コイル１２に通電されて発生する電磁吸引力により可動鉄心１４がばね１５の弾性反発力に抗して固定鉄心３の内側対向面７、第１外側対向面８ａ及び第２外側対向面８ｂに接触している。回転ドラム２５を制動するときは、界磁コイル１２への給電を遮断し電磁吸引力を消滅させて、ばね１５の弾性反発力により可動部２６を押し上げることにより、ブレーキシュー２４を回転ドラム２５に接触させ、接触による摩擦力により回転ドラム２５の回転を制動するのである。
この動作について、以下に詳しく説明する。
【００２８】
図４は界磁コイル１２への給電を遮断して可動鉄心１４が固定鉄心１３から全て離れた直後の制動装置２０の状態を示す一部断面図であり、図５は給電を遮断したときＡ点からの界磁コイル１２の通電電流の大きさ及び可動部２６の平均速度と給電を遮断したときＡ点からの時間との関係を示すグラフである。なお、図５において、Ｄ点は可動部２６が速度を持ち始めたとき、Ｅ点はブレーキシュー２４が回転ドラム２５を圧接して保持状態となったときを示している。図５に示すように、界磁コイル１２への給電を遮断すると界磁コイル１２の通電電流は徐々に減少する。通電電流が減少するにしたがって可動鉄心１４に作用する第１電磁吸引力４ａ、第２電磁吸引力４ｂ及び内側電磁吸引力４ｃは小さくなる。
【００２９】
ここで、図３示すように可動鉄心１４に作用する電磁吸引力は第１電磁吸引力４ａが最も大きく、第２電磁吸引力４ｂが最も小さいが、第１外側対向面８ａの面積は従来の第１外側対向面１８ａより大きく、第２外側対向面８ｂの面積は従来の第２外側対向面１８ｂより小さいので、従来の電磁吸引力に比べると、第１電磁吸引力４ａは大きく、第２電磁吸引力４ｂは小さくなっている。従って、通電電流が減少してこれら電磁吸引力が同じ割合で小さくなっていくと、第２電磁吸引力４ｂは従来の電磁吸引力よりも早い時点でばね１５の弾性反発力に耐えられなくなり、また、第１電磁吸引力４ａは従来の電磁吸引力より遅い時点までばね１５の弾性反発力に耐えることができる。
【００３０】
このことから、給電を遮断してから可動鉄心１４が速度を持ち始めるときＤ点は第２外側対向面８ｂから可動鉄心１４が離れ始めたときであり、このＤ点は従来のＢ点より給電遮断のＡ点から早い時点となる。Ｄ点で移動し始めた可動鉄心１４を含む可動部２６は第２外側対向面８ｂ側の右側ばね１５ｂの弾性反発力により速度が与えられる。このときは、第１電磁吸引力４ａ及び内側電磁吸引力４ｃはばね１５の弾性反発力に抗して可動鉄心１４を引きつけておく十分な吸引力を有しているので、可動鉄心１４は第１外側対向面８ａ側の角が接触しつつ回動するが、これら第１電磁吸引力４ａ及び内側電磁吸引力４ｃによって吸引されているため速度は従来に比べて緩やかにしか増加しない。
【００３１】
その後もそれぞれの電磁吸引力は通電電流とともに小さくなっていき、第１電磁吸引力４ａがばね１５の弾性反発力を下回ると、可動鉄心１４は固定鉄心３からすべて離れ、可動部２６は回転ドラム２５に向かって移動する。
【００３２】
従って、給電遮断をしたＡ点から従来に比べて早いときＤ点で可動鉄心１４が固定鉄心３から離れ始め、右側ばね１５ｂの弾性エネルギが放出し始めるが、可動鉄心１４が固定鉄心３からすべて離れるまでは可動鉄心１４の一部に右側ばね１５ｂの弾性反発力に抗して固定鉄心３に引きつける電磁吸引力を有していることから、この電磁吸引力に抗するためにエネルギが消費されこの右側ばね１５ｂの弾性エネルギは従来技術に比べて可動部２６に与えられる量が少なくなる。また、可動鉄心１４が固定鉄心３からすべて離れた時点から左側ばね１５ａは弾性エネルギを放出するが、このときはすでに右側ばね１５ｂは少し伸びており弾性反発力も初期状態に比べて小さくなっているので、従来に比べて可動部２６は加速せず図５に示すような速度曲線を描く。
【００３３】
また、右側ばね１５ｂの弾性反発力が可動部２６の回動のために使われ、回転ドラム２５に向かう移動にすべてが使われないので、可動部２６が回転ドラム２５に接触するまでに従来技術よりも時間がかかる。
【００３４】
その後、可動部２６のブレーキシュー２４が回転ドラム２５に接触すると、ブレーキシュー２４と回転ドラム２５との間に摩擦力が発生し、この摩擦力が回転ドラム２５の回転を制動する。
【００３５】
一方、保持状態から回転ドラム２５が回転するときは、界磁コイル１２に通電されて可動鉄心１４に固定鉄心３への電磁吸引力が作用し、可動部２６が固定鉄心３に向かって移動することによりブレーキシュー２４が回転ドラム２５から離れ、回転ドラム２５が回転する。
【００３６】
このとき、給電を開始すると給電遮断時とは逆に通電電流は徐々に増加していく。第１電磁吸引力４ａは従来の電磁吸引力がばね１５の弾性反発力を上回る通電電流量より小さい電流量で左側ばね１５ａの弾性反発力を上回り、可動部２６は固定鉄心３に向かって移動し始める。一方、第２電磁吸引力４ｂ及び内側電磁吸引力４ｃは右側ばね１５ｂの弾性反発力より小さいため、ブレーキシュー２４は回転ドラム２５に接触したままである。従って、右側ばね１５ｂの弾性反発力で可動部２６を押さえ付けているので、可動部２６の速度は緩やかに増加する。第２電磁吸引力４ｂが右側ばね１５ｂの弾性反発力を上回ると、可動部２６は回転ドラム２５からすべて離れ、固定鉄心３に向かって移動するが、第１電磁吸引力４ａが第２電磁吸引力４ｂより大きいので、可動部２６は回動して傾きながら移動する。その後、可動鉄心１４は固定鉄心３の第１外側対向面８ａに接触した後に固定鉄心３の各対向面に接触する。
【００３７】
従って、第１電磁吸引力４ａが可動部２６の回動のために使われ、固定鉄心３に向かう移動にすべてが使われず、固定鉄心３に接触するときにも可動鉄心１４が接触し始めてからすべて接触し終わるまで可動部２６が傾いているために時間を要するので、同一の距離を移動するのに従来技術より時間がかかる。
【００３８】
このような構成の電磁マグネット１を用いた制動装置２０は、開放状態から回転ドラム２５の回転を制動するときに、右側ばね１５ｂの弾性エネルギが第１電磁吸引力４ａ及び内側電磁吸引力４ｃに一部消費され、可動部２６に与えられる弾性エネルギは従来技術の可動部２６に与えられる弾性エネルギより小さくなり、また、可動部２６は回動するため従来より回転ドラム２５に向かう移動に時間がかかるので、従来よりも可動部２６の速度が低減し、運動エネルギも小さくなる。従って、可動部２６が回転ドラム２５に衝突することによる衝突音を低減することができる。
【００３９】
また、保持状態から回転ドラム２５を回転するときも、可動部２６は第１電磁吸引力４ａにより回動し、すべての電磁吸引力が固定鉄心３に向かう移動に使われず、固定鉄心３に接触するときも傾きながら接触するので、可動部２６の移動に時間がかかり、従来よりも可動部２６の速度が低減し、運動エネルギも小さくなる。従って、可動部２６が固定鉄心３に衝突することによる衝突音を低減することができる。
【００４０】
なお、ばね１５は同一のものが望ましいが、可動部２６を回転させることができれば、異なっていても構わない。
【００４１】
また、界磁コイル１２は固定鉄心３の左右どちら側にずらしてもよい。
【００４２】
また、界磁コイル１２は可動鉄心１４のみに、あるいは可動鉄心１４及び固定鉄心３の両方に設けられても、同様の効果を奏する。
【００４３】
また、図６は固定鉄心３及び可動鉄心１４における磁束の分布を示す模式図であるが、図６に示すように、固定鉄心３は各コイル溝６の底面から固定鉄心３の底面までの距離である裏側厚さ及び可動鉄心１４の厚さがそれぞれ同一になっている。各コイル溝６にはめ込まれた界磁コイル１２の周囲の磁束は面積の大きい第１外側対向面８ａの磁束が第２外側対向面４ｂの磁束より多くなっている。このとき、第１外側対向面８ａの面積より裏側厚さ部分及び可動鉄心１４での磁路断面積が小さければ、この裏側厚さ部分及び可動鉄心１４で磁束密度Ｂ１が大きくなり、磁気飽和を起こし第１電磁吸引力４ａが低下する虞がある。また、逆に第２外側対向面８ｂの面積より裏側厚さ部分及び可動鉄心１４での磁路断面積が大きければ、この裏側厚さ部分及び可動鉄心１４で磁束密度Ｂ２が小さくなり、無駄に鉄心材料を用いていることになる。従って、図７及び図８に示すように、固定鉄心３及び可動鉄心１４は第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積に対応した磁路断面積となる裏側厚さｔ10，ｔ11及び可動鉄心厚さｔ20，ｔ21を有するようにすると、図９に示すように、磁束密度Ｂ１及びＢ２がほぼ等しく均一となり、磁気飽和による電磁吸引力が低減する虞がなく、鉄心材料の無駄もなくなる。
【００４４】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係る電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図１１は図１０のXI−XI線に沿った矢視図である。なお、図１０は図１１のX−X線に沿った矢視断面図でもある。図１０及び図１１において、内側対向面７１は固定鉄心３１の縦幅Ｌより小さな縦幅を有し、内側対向面７１の周囲に界磁コイル１２１をはめ込んだときに界磁コイル１２１の外形は図１１における固定鉄心３１の外形内に収まるようになっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４５】
このような構成とすると、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、界磁コイル１２１が固定鉄心３１からはみ出していないので、制約された寸法内でより大きな電磁吸引力を発生することができる。
【００４６】
なお、内側対向面７１は第１外側対向面８ａ及び第２外側対向面８ｂの間であればどこに設けられてもよく、例えば図１２及び図１３に示すように、縦幅方向及び第２外側対向面８ｂ側にずれていても構わないし、この場合のように内側対向面７１が固定鉄心３１の中からずれているときは、第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積が同一であってもよい。このようにすると、例えば、ばね１５を可動鉄心１４及び固定鉄心３１の周囲四隅に配置して、可動部２６の動作を二次元的でなく三次元的に制御し、可動部２６の運動エネルギをさらに低減させて騒音を低減することができる。
【００４７】
また、図１４及び図１５に示すように、固定鉄心３１及び可動鉄心１４は第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積に対応した磁路断面積となる裏側厚さｔ13，ｔ14及び可動鉄心厚さｔ23，ｔ24を有するようにすると、実施の形態１と同様に、磁気飽和による電磁吸引力が低減する虞がなく、鉄心材料の無駄もなくなる。
【００４８】
実施の形態３．
図１６はこの発明の実施の形態３に係る電磁マグネットの構成を示す正面図であり、図１７は図１６のXVII−XVII線に沿った矢視図である。図１６及び図１７において、可動鉄心１４が吸引される方向に沿って見たときに、界磁コイル１２２は内側対向面７２を取り囲んでおり、外側対向面８１は内側対向面７２及び界磁コイル１２２を取り囲んだ構成となっている。また、内側対向面７２の面積と外側対向面８１の面積とが同一で、内側対向面７２は固定鉄心３２の中央からずれた位置に設けられ、外側対向面８１は左右対称でない構成となっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４９】
このような構成とすると、実施の形態２と同様の効果を奏するとともに、外側対向面８１が界磁コイル１２２を取り囲んでいるので、漏れ磁束をさらに抑えることができ、対向面が同一面積における電磁吸引力が大きくなる。
【００５０】
なお、図１８及び図１９に示すように、内側対向面７２及び界磁コイル１２２は図１９における固定鉄心３２の縦幅方向及び横幅方向の両方向にずらされ、外側対向面８１が縦幅方向及び横幅方向のどちらの方向にも左右対称でない構成とすると、例えば、ばね１５を固定鉄心３２及び可動鉄心１４の周囲四隅に配置させることにより、可動鉄心１４の動作を可動鉄心１４に作用する電磁吸引力と周囲に配置されたばね１５で二次元的でなく三次元的に制御できるので、さらに可動鉄心１４の平均速度を低減し可動鉄心１４が固定鉄心３２あるいは回転ドラム２５に衝突することによる騒音を低減することができる。
【００５１】
また、図２０及び図２１に示すように、固定鉄心３２及び可動鉄心１４は外側対向面８１の面積の磁束に対応する裏側厚さ部分及び可動鉄心の磁路断面における磁束密度がほぼ同一になるようにこの裏側厚さｔ25，ｔ26及び可動鉄心厚さｔ15，ｔ16を調整することにより、磁気飽和による電磁吸引力が低減する虞がなく、鉄心材料の無駄もなくなる。
【００５２】
実施の形態４．
図２２はこの発明の実施の形態４に係る電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図２３は図２２のXXIII−XXIII線に沿った矢視図である。図２２及び図２３において、固定鉄心３３は円柱形状であり、内側対向面７３は円形、界磁コイル１２３は円環状となっている。また、内側対向面７３及び界磁コイル１２３の中心が固定鉄心３３の円形外形の中心と一致しないように、内側対向面７３及び界磁コイル１２３がずれており、固定鉄心３３の円形外形と界磁コイル１２３の外形との間で外側対向面８２が形成されている。従って、外側対向面８２は厚さの不均等な円環状となっている。さらに、可動鉄心１４１も円柱形状となっている。他の構成は実施の形態１と同様になっている。
【００５３】
このような構成とすると、実施の形態３と同様な効果を奏するとともに、界磁コイル１２３が円環状なので、製作し易くなる。
【００５４】
なお、図２４に示すように、ばね１５が一直線上に配置されているときには、この直線上に固定鉄心３３及び内側対向面７３の各中心がくるように固定鉄心３３が固定ベース２２に設けられることにより、ばね１５の弾性反発力と可動鉄心１４１に作用する電磁吸引力とのバランスをとって、効率的に可動鉄心１４１の平均速度を低減することができ、また、図２５に示すように、ばね１５が固定鉄心３３及び可動鉄心１４１の周囲四隅に配置されているときは、固定鉄心３３を少し回転させることにより、固定鉄心３３の円形外形及び内側対向面７３の各中心点を結ぶ直線が四隅のばね１５を結んだ対角線に一致しないように固定鉄心３３を容易に配置して可動鉄心１４１の動作を三次元的に容易に調整できる。
【００５５】
また、図２６及び図２７に示すように、固定鉄心３３の裏側厚さ及び可動鉄心１４１の厚さは外側対向面８２の面積に対応させた厚さであり、磁路断面積における磁束密度が同一となるようになっている。この場合、外側対向面８２の幅は漸次変化しているので、固定鉄心３３の裏側厚さ部分及び可動鉄心１４１を通る磁束量も漸次変化している。従って、裏側厚さ及び可動鉄心１４１の厚さもこの磁束量に対応させて漸次変化させている。このようにすると、磁束密度を均一にすることができ、効率的に鉄心材料をもちいるので鉄心材料の無駄を省くとともに磁気飽和による可動鉄心１４１に作用する電磁吸引力の低下を防止することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、この発明に係る電磁マグネットは、固定鉄心と、前記固定鉄心の一面に設けられた環状のコイルと、前記固定鉄心に対向して設けられ、前記コイルに通電して発生する電磁力により移動する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記電磁力による移動の向きと逆向きに前記可動鉄心を付勢した弾性体とを備えた電磁マグネットであって、前記コイルは前記固定鉄心に対して偏心して設けられており、前記電磁力が前記可動鉄心に不均等に働き、前記可動鉄心が前記可動鉄心の移動時に併せて前記移動の向きに回動するようになっているので、前記弾性体の弾性反発力が前記可動鉄心を回動させるために一部使われ、前記移動の向きに全てが使われず、前記可動鉄心の前記移動の向きの速度が低減し、衝突による騒音を低減することができる。
【００５７】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向し前記コイルが取り囲む内側対向面と、前記可動鉄心に対向し前記コイルの外側にある外側対向面を有し、前記内側対向面の面積は前記外側対向面の面積と等しいので、漏れ磁束が少なくなり、前記内側対向面及び前記外側対向面の磁束密度を均一にすることができる。
【００５８】
また、前記外側対向面は、前記内側対向面を取り囲んでいるので、漏れ磁束を極力低減することができる。
【００５９】
また、前記外側対向面は、前記コイルの両側に２つに分かれており、この両側のそれぞれの前記外側対向面の面積が異なっているので、前記可動鉄心に作用する電磁吸引力が異なるようになり、簡単な構成で前記可動鉄心が前記固定鉄心から前記電磁力の小さいところで離れ、前記可動鉄心を回動させることができる。
【００６０】
また、前記可動鉄心が吸引される方向に沿って見たときに、前記コイルが前記固定鉄心の外形内に収まるように配置されたので、前記コイルが前記固定鉄心からはみ出ず有効にスペースを活用できる。
【００６１】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する直方体形状であるので、加工が容易で、有効にスペースを活用できる。
【００６２】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する円柱形状であるので、円柱形状の中心軸周りに回転させるだけで前記コイルの偏心方向を容易に変えることができ、これによって前記電磁力の発生位置を変化させ前記可動鉄心の移動動作を容易に調整することができる。
【００６３】
また、前記固定鉄心は、前記コイルの周囲の固定鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さであるので、前記固定鉄心は磁気飽和を起こしにくく、鉄心材料の無駄を省くことができる。
【００６４】
また、前記可動鉄心は、前記コイルの周囲の可動鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さであるので、前記可動鉄心は磁気飽和を起こしにくく、鉄心材料の無駄を省くことができる。
【００６５】
また、この発明に係る制動装置は、この発明に係る電磁マグネットを用いた制動装置であって、前記可動鉄心に固定されたブレーキシューと、回転軸のまわりに回転する回転ドラムとを備え、前記可動鉄心が前記回転ドラムの接触面にほぼ垂直な方向に移動して前記ブレーキシューが前記回転ドラムに接離するようになっているので、前記可動鉄心が回動して前記移動の方向の速度が小さくなり、前記ブレーキシューが前記回転ドラムに接触するとき及び前記可動鉄心が前記固定鉄心に接触するときに発生する騒音が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図２】 図１のII−II線に沿った矢視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る電磁マグネットの可動鉄心に作用する電磁吸引力の分布を示す概念図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る電磁マグネットを用いた制動装置の構成を示す一部断面図である。
【図５】 給電を遮断したときからの界磁コイルの通電電流の大きさ及び可動部の平均速度と給電を遮断したときからの時間との関係を示すグラフである。
【図６】 固定鉄心の裏側厚さが同一であるときの磁束分布を示す概念図である。
【図７】 図１の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図８】 図７のVIII−VIII線に沿った矢視図である。
【図９】 図７の固定鉄心及び可動鉄心に生ずる磁束分布を示す概念図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２に係る電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図１１】 図１０のXI−XI線に沿った矢視図である。
【図１２】 図１０の固定鉄心における内側対向面の中心をずらした電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図１３】 図１２のXIII−XIII線に沿った矢視図である。
【図１４】 図１０の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図１５】 図１４のXV−XV線に沿った矢視図である。
【図１６】 この発明の実施の形態３に係る電磁マグネットの構成を示す正面図である。
【図１７】 図１６のXVII−XVII線に沿った矢視図である。
【図１８】 図１６の固定鉄心における内側対向面の中心をずらした電磁マグネットの構成を示す正面図である。
【図１９】 図１８のXIX−XIX線に沿った矢視図である。
【図２０】 図１６の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図２１】 図２０のXXI−XXI線に沿った矢視図である。
【図２２】 この発明の実施の形態４に係る電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図２３】 図２２のXXIII−XXIII線に沿った矢視図である。
【図２４】 図２３の固定鉄心の両側にばねを配置したときの制動装置の一部断面図である。
【図２５】 図２３の固定鉄心の周囲四隅にばねを配置したときの制動装置の一部断面図である。
【図２６】 図２２の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図２７】 図２６のXXVII−XXVII線に沿った矢視図である。
【図２８】 従来の電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図２９】 図２８のXXIX−XXIX線に沿った矢視図である。
【図３０】 従来の電磁マグネットを用いた制動装置の保持状態を示す要部断面図である。
【図３１】 従来の電磁マグネットを用いた制動装置の開放状態を示す要部断面図である。
【図３２】 従来の可動鉄心に作用する電磁吸引力の分布を示す概念図である。
【図３３】 従来の界磁コイルに給電を遮断したときからの界磁コイルの通電電流の大きさ及び可動部の平均速度と給電を遮断したときからの時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 電磁マグネット、１２，１２１，１２２，１２３ 界磁コイル（コイル）、３，３１，３２，３３ 固定鉄心、１４，１４１ 可動鉄心、１６ コイル溝、７，７１，７２，７３ 内側対向面、８ａ 第１外側対向面、８ｂ 第２外側対向面、８１，８２ 外側対向面、１５ ばね（弾性体）、２０ 制動装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電磁ブレーキ用の電磁マグネット及びこれを用いた制動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２８は従来の電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図２９は図２８のXXIX−XXIX線に沿った矢視図である。また、図３０は従来の電磁マグネットを用いた制動装置の保持状態を示す要部断面図であり、図３１は従来の電磁マグネットを用いた制動装置の開放状態を示す要部断面図である。
【０００３】
これらの図において、従来の電磁マグネット１１は、界磁コイル１２と、この界磁コイル１２がはめ込まれた固定鉄心１３と、この固定鉄心１３に対向して設けられ、界磁コイル１２に通電して発生する電磁力により移動する可動鉄心１４と、この可動鉄心１４の電磁力による移動の向きと逆向きに可動鉄心１４を付勢した弾性体であるばね１５とを備えている。また、この従来の電磁マグネットを用いた制動装置２１は固定鉄心１３がボルト２７により固定された固定ベース２２と、可動鉄心１４がボルト２７により固定された可動ベース２３と、この可動ベース２３における可動鉄心１４が固定された側と反対側の面に固定されたブレーキシュー２４と、このブレーキシュー２４と対向して設けられた回転ドラム２５とを備えている。また、可動鉄心１４、可動ベース２３及びブレーキシュー２４で可動部２６が構成されている。
【０００４】
固定鉄心１３は可動鉄心１４に対向する対向面を有しており、この対向面には図２８に示すように、左右対称に並行に形成されたコイル溝１６が設けられている。従って、対向面はこのコイル溝１６によって、内側にある内側対向面１７とその両側の第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂとに分割されている。また、内側対向面１７の面積は第１外側対向面１８ａの面積及び第２外側対向面１８ｂの面積の和に等しくなるように構成されている。そして、これらのコイル溝１６には左右対称の環状の界磁コイル１２が図２９に示すように内側対向面１７を取り囲むようにはめ込まれている。さらに、界磁コイル１２に通電することによって発生する電磁力は可動鉄心１４を固定鉄心１３側に吸引する力として働くが、この電磁吸引力がばね１５の弾性反発力より大きくなるようにばね１５は設定されている。
【０００５】
ばね１５は固定ベース２２と可動ベース２３との間で、界磁コイル１２、固定鉄心１３及び可動鉄心１４の両サイドに左右対称に左側ばね１５ａ及び右側ばね１５ｂとして設けられている。また、ばね１５の一端部は固定ベース２２に固定され、他端部は可動ベース２３に固定されており、ばね１５は縮められた状態で固定ベース２２及び可動ベース２３が互いに離れるような向きに付勢している。
【０００６】
回転ドラム２５は例えば電動機等のシャフト（図示しない）に設けられた回転体であり、この回転ドラム２５の回転を制動することによりこのシャフト等の回転を制動するようになっている。この回転ドラム２５の回転を制動するためにブレーキシュー２４がばね１５の弾性反発力によってこの回転ドラム２５に圧接するようになっている。この圧接により発生した摩擦力により回転ドラム２５の回転を制動するのである。従って、ばね１５の反発力は圧接したときのブレーキシュー２４と回転ドラム２５との間の摩擦力が速やかに回転ドラム２５の回転を制動するような大きさとなるように調整されている。
【０００７】
このように構成された電磁マグネット１１を用いた制動装置２１は以下のように動作する。回転ドラム２５が停止状態、即ち保持状態ではブレーキシュー２４がこの回転ドラム２５を圧接してしている。この状態から回転ドラム２５が回転するときには、界磁コイル１２に通電し、この通電によって固定鉄心１３に発生する電磁力が可動鉄心１４を固定鉄心１３に向かって吸引する。吸引された可動鉄心１４はばね１５の弾性反発力に抗して固定鉄心１３の向きに移動する。移動した可動鉄心１４は固定鉄心１３の内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂに同時に接触する。このとき、内側対向面１７の面積と第１外側対向面１８ａの面積及び第２外側対向面１８ｂの面積の和とは等しいので各磁路での磁束がほぼ一様な密度となり漏れ磁束も少ない。
【０００８】
また、界磁コイル１２及び固定鉄心１３が左右対称に構成されているので、図３２に示すように可動鉄心１４に発生する電磁吸引力も左右対称となり、可動鉄心１４は固定鉄心１３に向かって平行移動して同時に内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂに接触することになる。可動鉄心１４が固定鉄心１３に向かって移動すると、可動鉄心１４と一体の可動ベース２３及びブレーキシュー２４も一緒に固定鉄心１３に向かって移動し、ブレーキシュー２４は回転ドラム２５から離れ、開放状態になる。開放状態となると、回転ドラム２５はブレーキシュー２４の圧接による摩擦力が取り去られるのでフリーになり、電動機等のシャフトの回転により回転する。
【０００９】
一方、回転ドラム２５が回転している状態、即ち開放状態から回転ドラム２５を制動するときには、界磁コイル１２の通電を遮断すると固定鉄心１３に発生する電磁吸引力が消滅し、ばね１５の弾性反発力により可動鉄心１４は固定鉄心１３から離れ、可動鉄心１４と一体になっている可動ベース２３及びブレーキシュー２４も固定鉄心１３から離れて、回転する回転ドラム２５にブレーキシュー２４が接触する。
【００１０】
図３３は給電を遮断したときＡ点からの界磁コイル１２の通電電流の大きさ及び可動部２６の平均速度と給電を遮断したときＡ点からの時間との関係を示すグラフである。図３３において、界磁コイル１２への給電を遮断すると、界磁コイル１２に通電される電流は徐々に減少する。この通電電流によって発生する固定鉄心１３の電磁吸引力の大きさがばね１５の弾性反発力の大きさを下回ったときＢ点になると、可動鉄心１４は固定鉄心１３から離れ、移動を始める。この可動鉄心１４での電磁吸引力は左右対称であるので、可動鉄心１４は固定鉄心１３の内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂから同時に離れ、可動鉄心１４を含む可動部２６は平行移動していく。この平行移動する可動部２６は、ばね１５の弾性反発力を受けて加速していき、ブレーキシュー２４が回転ドラム２５に接触したところで可動部２６は急速に減速してＣ点で停止する。可動部２６が移動してブレーキシュー２４がばね１５の弾性反発力により回転ドラム２５を圧接すると、圧接による摩擦力が発生し、回転する回転ドラム２５は制動される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような電磁マグネット１１を用いた制動装置２１は、回転ドラム２５を制動するときは可動鉄心１４が内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂから同時に離れ、両側のばね１５がその弾性反発力で可動部２６全体を平行移動させながら押し上げる。また、このときの内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂの全てにばね１５の弾性反発力を上回る大きさの電磁吸引力はもはや存在していないので、一気に可動部２６はばね１５の弾性反発力を受けて加速され可動部２６のブレーキシュー２４が回転ドラム２５に高速で衝突して大きな衝突音を発生する。
【００１２】
また、回転ドラム２５を回転させるときは、同様に固定鉄心１３の電磁吸引力によって可動鉄心１４が同時に内側対向面１７、第１外側対向面１８ａ及び第２外側対向面１８ｂに高速で衝突して大きな衝突音を発生する。
【００１３】
従って、このような衝突音による騒音を低減するために防音壁を取り付ける等の対策を必要とするという問題点があった。
【００１４】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、動作時の騒音が小さい電磁マグネット及びこれを用いた制動装置を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁マグネットは、固定鉄心と、前記固定鉄心の一面に設けられた環状のコイルと、前記固定鉄心に対向して設けられ、前記コイルに通電して発生する電磁力により移動する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記電磁力による移動の向きと逆向きに前記可動鉄心を付勢した弾性体とを備えた電磁マグネットであって、前記コイルは前記固定鉄心に対して偏心して設けられており、前記電磁力が前記可動鉄心に不均等に働き、前記可動鉄心が前記可動鉄心の移動時に併せて前記移動の向きに回動するようになっているものである。
【００１６】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向し前記コイルが取り囲む内側対向面と、前記可動鉄心に対向し前記コイルの外側にある外側対向面とを有し、前記内側対向面の面積は前記外側対向面の面積と等しいものである。
【００１７】
また、前記外側対向面は、前記内側対向面を取り囲んでいる。
【００１８】
また、前記外側対向面は、前記コイルの両側に２つに分かれており、この両側のそれぞれの前記外側対向面の面積が異なっている。
【００１９】
また、前記可動鉄心が吸引される方向に沿って見たときに、前記コイルが前記固定鉄心の外形内に収まるように配置されたものである。
【００２０】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する直方体形状である。
【００２１】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する円柱形状である。
【００２２】
また、前記固定鉄心は、前記コイルの周囲の固定鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さである。
【００２３】
また、前記可動鉄心は、可動鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さである。
【００２４】
また、この発明に係る制動装置は、この発明に係る電磁マグネットを用いた制動装置であって、前記可動鉄心に固定されたブレーキシューと、前記ブレーキシューに対向して設けられた回転ドラムとを備え、前記可動鉄心が前記回転ドラムの接触面にほぼ垂直な方向に往復移動して前記ブレーキシューが前記回転ドラムに接離するようになっている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図２は図１のII−II線に沿った矢視図である。図１及び図２において、電磁マグネット１は固定鉄心３を備えている。この固定鉄心３はコイル溝６が並行に設けられているが、従来のコイル溝１６と異なり固定鉄心３における左右対称の位置には設けられておらず、図では右方向にずらして設けられている。そしてこのコイル溝６に界磁コイル１２がはめ込まれている。即ち、固定鉄心３の軸線Ｐと界磁コイル１２の軸線Ｑとは一致しておらず偏心している。また、固定鉄心３の内側対向面７の面積は第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積の和に等しく、また第１外側対向面８ａの面積と第２外側対向面８ｂの面積とは異なる大きさに構成されている。図では第１外側対向面８ａの面積が第２外側対向面８ｂの面積より大きくなっている。他の電磁マグネット１の構成は従来の構成と同様であり、また電磁マグネット１を用いた制動装置２０の他の構成も従来の構成と同様である。
【００２６】
このような構成の電磁マグネット１は、界磁コイル１２の位置が固定鉄心３において左右対称の位置になく、第１外側対向面８ａの面積と第２外側対向面８ｂの面積とが異なる大きさとなっているので、図３に示すように、可動鉄心１４に作用する電磁吸引力の大きさも左右対称にならず、可動鉄心１４においては第１外側対向面８ａに対向する部分に作用する第１電磁吸引力４ａ、内側対向面７に対向する部分に作用する内側電磁吸引力４ｃ及び第２外側対向面８ｂに対向する部分に作用する第２電磁吸引力４ｂの各大きさが４ａ，４ｃ，４ｂの順に小さくなっている。
【００２７】
従って、この電磁マグネット１を用いた制動装置２０は、以下のような動作を行う。即ち、回転ドラム２５が回転しているとき、制動装置２０は開放状態であり、界磁コイル１２に通電されて発生する電磁吸引力により可動鉄心１４がばね１５の弾性反発力に抗して固定鉄心３の内側対向面７、第１外側対向面８ａ及び第２外側対向面８ｂに接触している。回転ドラム２５を制動するときは、界磁コイル１２への給電を遮断し電磁吸引力を消滅させて、ばね１５の弾性反発力により可動部２６を押し上げることにより、ブレーキシュー２４を回転ドラム２５に接触させ、接触による摩擦力により回転ドラム２５の回転を制動するのである。
この動作について、以下に詳しく説明する。
【００２８】
図４は界磁コイル１２への給電を遮断して可動鉄心１４が固定鉄心１３から全て離れた直後の制動装置２０の状態を示す一部断面図であり、図５は給電を遮断したときＡ点からの界磁コイル１２の通電電流の大きさ及び可動部２６の平均速度と給電を遮断したときＡ点からの時間との関係を示すグラフである。なお、図５において、Ｄ点は可動部２６が速度を持ち始めたとき、Ｅ点はブレーキシュー２４が回転ドラム２５を圧接して保持状態となったときを示している。図５に示すように、界磁コイル１２への給電を遮断すると界磁コイル１２の通電電流は徐々に減少する。通電電流が減少するにしたがって可動鉄心１４に作用する第１電磁吸引力４ａ、第２電磁吸引力４ｂ及び内側電磁吸引力４ｃは小さくなる。
【００２９】
ここで、図３示すように可動鉄心１４に作用する電磁吸引力は第１電磁吸引力４ａが最も大きく、第２電磁吸引力４ｂが最も小さいが、第１外側対向面８ａの面積は従来の第１外側対向面１８ａより大きく、第２外側対向面８ｂの面積は従来の第２外側対向面１８ｂより小さいので、従来の電磁吸引力に比べると、第１電磁吸引力４ａは大きく、第２電磁吸引力４ｂは小さくなっている。従って、通電電流が減少してこれら電磁吸引力が同じ割合で小さくなっていくと、第２電磁吸引力４ｂは従来の電磁吸引力よりも早い時点でばね１５の弾性反発力に耐えられなくなり、また、第１電磁吸引力４ａは従来の電磁吸引力より遅い時点までばね１５の弾性反発力に耐えることができる。
【００３０】
このことから、給電を遮断してから可動鉄心１４が速度を持ち始めるときＤ点は第２外側対向面８ｂから可動鉄心１４が離れ始めたときであり、このＤ点は従来のＢ点より給電遮断のＡ点から早い時点となる。Ｄ点で移動し始めた可動鉄心１４を含む可動部２６は第２外側対向面８ｂ側の右側ばね１５ｂの弾性反発力により速度が与えられる。このときは、第１電磁吸引力４ａ及び内側電磁吸引力４ｃはばね１５の弾性反発力に抗して可動鉄心１４を引きつけておく十分な吸引力を有しているので、可動鉄心１４は第１外側対向面８ａ側の角が接触しつつ回動するが、これら第１電磁吸引力４ａ及び内側電磁吸引力４ｃによって吸引されているため速度は従来に比べて緩やかにしか増加しない。
【００３１】
その後もそれぞれの電磁吸引力は通電電流とともに小さくなっていき、第１電磁吸引力４ａがばね１５の弾性反発力を下回ると、可動鉄心１４は固定鉄心３からすべて離れ、可動部２６は回転ドラム２５に向かって移動する。
【００３２】
従って、給電遮断をしたＡ点から従来に比べて早いときＤ点で可動鉄心１４が固定鉄心３から離れ始め、右側ばね１５ｂの弾性エネルギが放出し始めるが、可動鉄心１４が固定鉄心３からすべて離れるまでは可動鉄心１４の一部に右側ばね１５ｂの弾性反発力に抗して固定鉄心３に引きつける電磁吸引力を有していることから、この電磁吸引力に抗するためにエネルギが消費されこの右側ばね１５ｂの弾性エネルギは従来技術に比べて可動部２６に与えられる量が少なくなる。また、可動鉄心１４が固定鉄心３からすべて離れた時点から左側ばね１５ａは弾性エネルギを放出するが、このときはすでに右側ばね１５ｂは少し伸びており弾性反発力も初期状態に比べて小さくなっているので、従来に比べて可動部２６は加速せず図５に示すような速度曲線を描く。
【００３３】
また、右側ばね１５ｂの弾性反発力が可動部２６の回動のために使われ、回転ドラム２５に向かう移動にすべてが使われないので、可動部２６が回転ドラム２５に接触するまでに従来技術よりも時間がかかる。
【００３４】
その後、可動部２６のブレーキシュー２４が回転ドラム２５に接触すると、ブレーキシュー２４と回転ドラム２５との間に摩擦力が発生し、この摩擦力が回転ドラム２５の回転を制動する。
【００３５】
一方、保持状態から回転ドラム２５が回転するときは、界磁コイル１２に通電されて可動鉄心１４に固定鉄心３への電磁吸引力が作用し、可動部２６が固定鉄心３に向かって移動することによりブレーキシュー２４が回転ドラム２５から離れ、回転ドラム２５が回転する。
【００３６】
このとき、給電を開始すると給電遮断時とは逆に通電電流は徐々に増加していく。第１電磁吸引力４ａは従来の電磁吸引力がばね１５の弾性反発力を上回る通電電流量より小さい電流量で左側ばね１５ａの弾性反発力を上回り、可動部２６は固定鉄心３に向かって移動し始める。一方、第２電磁吸引力４ｂ及び内側電磁吸引力４ｃは右側ばね１５ｂの弾性反発力より小さいため、ブレーキシュー２４は回転ドラム２５に接触したままである。従って、右側ばね１５ｂの弾性反発力で可動部２６を押さえ付けているので、可動部２６の速度は緩やかに増加する。第２電磁吸引力４ｂが右側ばね１５ｂの弾性反発力を上回ると、可動部２６は回転ドラム２５からすべて離れ、固定鉄心３に向かって移動するが、第１電磁吸引力４ａが第２電磁吸引力４ｂより大きいので、可動部２６は回動して傾きながら移動する。その後、可動鉄心１４は固定鉄心３の第１外側対向面８ａに接触した後に固定鉄心３の各対向面に接触する。
【００３７】
従って、第１電磁吸引力４ａが可動部２６の回動のために使われ、固定鉄心３に向かう移動にすべてが使われず、固定鉄心３に接触するときにも可動鉄心１４が接触し始めてからすべて接触し終わるまで可動部２６が傾いているために時間を要するので、同一の距離を移動するのに従来技術より時間がかかる。
【００３８】
このような構成の電磁マグネット１を用いた制動装置２０は、開放状態から回転ドラム２５の回転を制動するときに、右側ばね１５ｂの弾性エネルギが第１電磁吸引力４ａ及び内側電磁吸引力４ｃに一部消費され、可動部２６に与えられる弾性エネルギは従来技術の可動部２６に与えられる弾性エネルギより小さくなり、また、可動部２６は回動するため従来より回転ドラム２５に向かう移動に時間がかかるので、従来よりも可動部２６の速度が低減し、運動エネルギも小さくなる。従って、可動部２６が回転ドラム２５に衝突することによる衝突音を低減することができる。
【００３９】
また、保持状態から回転ドラム２５を回転するときも、可動部２６は第１電磁吸引力４ａにより回動し、すべての電磁吸引力が固定鉄心３に向かう移動に使われず、固定鉄心３に接触するときも傾きながら接触するので、可動部２６の移動に時間がかかり、従来よりも可動部２６の速度が低減し、運動エネルギも小さくなる。従って、可動部２６が固定鉄心３に衝突することによる衝突音を低減することができる。
【００４０】
なお、ばね１５は同一のものが望ましいが、可動部２６を回転させることができれば、異なっていても構わない。
【００４１】
また、界磁コイル１２は固定鉄心３の左右どちら側にずらしてもよい。
【００４２】
また、界磁コイル１２は可動鉄心１４のみに、あるいは可動鉄心１４及び固定鉄心３の両方に設けられても、同様の効果を奏する。
【００４３】
また、図６は固定鉄心３及び可動鉄心１４における磁束の分布を示す模式図であるが、図６に示すように、固定鉄心３は各コイル溝６の底面から固定鉄心３の底面までの距離である裏側厚さ及び可動鉄心１４の厚さがそれぞれ同一になっている。各コイル溝６にはめ込まれた界磁コイル１２の周囲の磁束は面積の大きい第１外側対向面８ａの磁束が第２外側対向面４ｂの磁束より多くなっている。このとき、第１外側対向面８ａの面積より裏側厚さ部分及び可動鉄心１４での磁路断面積が小さければ、この裏側厚さ部分及び可動鉄心１４で磁束密度Ｂ１が大きくなり、磁気飽和を起こし第１電磁吸引力４ａが低下する虞がある。また、逆に第２外側対向面８ｂの面積より裏側厚さ部分及び可動鉄心１４での磁路断面積が大きければ、この裏側厚さ部分及び可動鉄心１４で磁束密度Ｂ２が小さくなり、無駄に鉄心材料を用いていることになる。従って、図７及び図８に示すように、固定鉄心３及び可動鉄心１４は第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積に対応した磁路断面積となる裏側厚さｔ10，ｔ11及び可動鉄心厚さｔ20，ｔ21を有するようにすると、図９に示すように、磁束密度Ｂ１及びＢ２がほぼ等しく均一となり、磁気飽和による電磁吸引力が低減する虞がなく、鉄心材料の無駄もなくなる。
【００４４】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２に係る電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図１１は図１０のXI−XI線に沿った矢視図である。なお、図１０は図１１のX−X線に沿った矢視断面図でもある。図１０及び図１１において、内側対向面７１は固定鉄心３１の縦幅Ｌより小さな縦幅を有し、内側対向面７１の周囲に界磁コイル１２１をはめ込んだときに界磁コイル１２１の外形は図１１における固定鉄心３１の外形内に収まるようになっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４５】
このような構成とすると、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、界磁コイル１２１が固定鉄心３１からはみ出していないので、制約された寸法内でより大きな電磁吸引力を発生することができる。
【００４６】
なお、内側対向面７１は第１外側対向面８ａ及び第２外側対向面８ｂの間であればどこに設けられてもよく、例えば図１２及び図１３に示すように、縦幅方向及び第２外側対向面８ｂ側にずれていても構わないし、この場合のように内側対向面７１が固定鉄心３１の中からずれているときは、第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積が同一であってもよい。このようにすると、例えば、ばね１５を可動鉄心１４及び固定鉄心３１の周囲四隅に配置して、可動部２６の動作を二次元的でなく三次元的に制御し、可動部２６の運動エネルギをさらに低減させて騒音を低減することができる。
【００４７】
また、図１４及び図１５に示すように、固定鉄心３１及び可動鉄心１４は第１外側対向面８ａの面積及び第２外側対向面８ｂの面積に対応した磁路断面積となる裏側厚さｔ13，ｔ14及び可動鉄心厚さｔ23，ｔ24を有するようにすると、実施の形態１と同様に、磁気飽和による電磁吸引力が低減する虞がなく、鉄心材料の無駄もなくなる。
【００４８】
実施の形態３．
図１６はこの発明の実施の形態３に係る電磁マグネットの構成を示す正面図であり、図１７は図１６のXVII−XVII線に沿った矢視図である。図１６及び図１７において、可動鉄心１４が吸引される方向に沿って見たときに、界磁コイル１２２は内側対向面７２を取り囲んでおり、外側対向面８１は内側対向面７２及び界磁コイル１２２を取り囲んだ構成となっている。また、内側対向面７２の面積と外側対向面８１の面積とが同一で、内側対向面７２は固定鉄心３２の中央からずれた位置に設けられ、外側対向面８１は左右対称でない構成となっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４９】
このような構成とすると、実施の形態２と同様の効果を奏するとともに、外側対向面８１が界磁コイル１２２を取り囲んでいるので、漏れ磁束をさらに抑えることができ、対向面が同一面積における電磁吸引力が大きくなる。
【００５０】
なお、図１８及び図１９に示すように、内側対向面７２及び界磁コイル１２２は図１９における固定鉄心３２の縦幅方向及び横幅方向の両方向にずらされ、外側対向面８１が縦幅方向及び横幅方向のどちらの方向にも左右対称でない構成とすると、例えば、ばね１５を固定鉄心３２及び可動鉄心１４の周囲四隅に配置させることにより、可動鉄心１４の動作を可動鉄心１４に作用する電磁吸引力と周囲に配置されたばね１５で二次元的でなく三次元的に制御できるので、さらに可動鉄心１４の平均速度を低減し可動鉄心１４が固定鉄心３２あるいは回転ドラム２５に衝突することによる騒音を低減することができる。
【００５１】
また、図２０及び図２１に示すように、固定鉄心３２及び可動鉄心１４は外側対向面８１の面積の磁束に対応する裏側厚さ部分及び可動鉄心の磁路断面における磁束密度がほぼ同一になるようにこの裏側厚さｔ25，ｔ26及び可動鉄心厚さｔ15，ｔ16を調整することにより、磁気飽和による電磁吸引力が低減する虞がなく、鉄心材料の無駄もなくなる。
【００５２】
実施の形態４．
図２２はこの発明の実施の形態４に係る電磁マグネットの構成を示す要部断面図であり、図２３は図２２のXXIII−XXIII線に沿った矢視図である。図２２及び図２３において、固定鉄心３３は円柱形状であり、内側対向面７３は円形、界磁コイル１２３は円環状となっている。また、内側対向面７３及び界磁コイル１２３の中心が固定鉄心３３の円形外形の中心と一致しないように、内側対向面７３及び界磁コイル１２３がずれており、固定鉄心３３の円形外形と界磁コイル１２３の外形との間で外側対向面８２が形成されている。従って、外側対向面８２は厚さの不均等な円環状となっている。さらに、可動鉄心１４１も円柱形状となっている。他の構成は実施の形態１と同様になっている。
【００５３】
このような構成とすると、実施の形態３と同様な効果を奏するとともに、界磁コイル１２３が円環状なので、製作し易くなる。
【００５４】
なお、図２４に示すように、ばね１５が一直線上に配置されているときには、この直線上に固定鉄心３３及び内側対向面７３の各中心がくるように固定鉄心３３が固定ベース２２に設けられることにより、ばね１５の弾性反発力と可動鉄心１４１に作用する電磁吸引力とのバランスをとって、効率的に可動鉄心１４１の平均速度を低減することができ、また、図２５に示すように、ばね１５が固定鉄心３３及び可動鉄心１４１の周囲四隅に配置されているときは、固定鉄心３３を少し回転させることにより、固定鉄心３３の円形外形及び内側対向面７３の各中心点を結ぶ直線が四隅のばね１５を結んだ対角線に一致しないように固定鉄心３３を容易に配置して可動鉄心１４１の動作を三次元的に容易に調整できる。
【００５５】
また、図２６及び図２７に示すように、固定鉄心３３の裏側厚さ及び可動鉄心１４１の厚さは外側対向面８２の面積に対応させた厚さであり、磁路断面積における磁束密度が同一となるようになっている。この場合、外側対向面８２の幅は漸次変化しているので、固定鉄心３３の裏側厚さ部分及び可動鉄心１４１を通る磁束量も漸次変化している。従って、裏側厚さ及び可動鉄心１４１の厚さもこの磁束量に対応させて漸次変化させている。このようにすると、磁束密度を均一にすることができ、効率的に鉄心材料をもちいるので鉄心材料の無駄を省くとともに磁気飽和による可動鉄心１４１に作用する電磁吸引力の低下を防止することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、この発明に係る電磁マグネットは、固定鉄心と、前記固定鉄心の一面に設けられた環状のコイルと、前記固定鉄心に対向して設けられ、前記コイルに通電して発生する電磁力により移動する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記電磁力による移動の向きと逆向きに前記可動鉄心を付勢した弾性体とを備えた電磁マグネットであって、前記コイルは前記固定鉄心に対して偏心して設けられており、前記電磁力が前記可動鉄心に不均等に働き、前記可動鉄心が前記可動鉄心の移動時に併せて前記移動の向きに回動するようになっているので、前記弾性体の弾性反発力が前記可動鉄心を回動させるために一部使われ、前記移動の向きに全てが使われず、前記可動鉄心の前記移動の向きの速度が低減し、衝突による騒音を低減することができる。
【００５７】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向し前記コイルが取り囲む内側対向面と、前記可動鉄心に対向し前記コイルの外側にある外側対向面を有し、前記内側対向面の面積は前記外側対向面の面積と等しいので、漏れ磁束が少なくなり、前記内側対向面及び前記外側対向面の磁束密度を均一にすることができる。
【００５８】
また、前記外側対向面は、前記内側対向面を取り囲んでいるので、漏れ磁束を極力低減することができる。
【００５９】
また、前記外側対向面は、前記コイルの両側に２つに分かれており、この両側のそれぞれの前記外側対向面の面積が異なっているので、前記可動鉄心に作用する電磁吸引力が異なるようになり、簡単な構成で前記可動鉄心が前記固定鉄心から前記電磁力の小さいところで離れ、前記可動鉄心を回動させることができる。
【００６０】
また、前記可動鉄心が吸引される方向に沿って見たときに、前記コイルが前記固定鉄心の外形内に収まるように配置されたので、前記コイルが前記固定鉄心からはみ出ず有効にスペースを活用できる。
【００６１】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する直方体形状であるので、加工が容易で、有効にスペースを活用できる。
【００６２】
また、前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する円柱形状であるので、円柱形状の中心軸周りに回転させるだけで前記コイルの偏心方向を容易に変えることができ、これによって前記電磁力の発生位置を変化させ前記可動鉄心の移動動作を容易に調整することができる。
【００６３】
また、前記固定鉄心は、前記コイルの周囲の固定鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さであるので、前記固定鉄心は磁気飽和を起こしにくく、鉄心材料の無駄を省くことができる。
【００６４】
また、前記可動鉄心は、前記コイルの周囲の可動鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さであるので、前記可動鉄心は磁気飽和を起こしにくく、鉄心材料の無駄を省くことができる。
【００６５】
また、この発明に係る制動装置は、この発明に係る電磁マグネットを用いた制動装置であって、前記可動鉄心に固定されたブレーキシューと、回転軸のまわりに回転する回転ドラムとを備え、前記可動鉄心が前記回転ドラムの接触面にほぼ垂直な方向に移動して前記ブレーキシューが前記回転ドラムに接離するようになっているので、前記可動鉄心が回動して前記移動の方向の速度が小さくなり、前記ブレーキシューが前記回転ドラムに接触するとき及び前記可動鉄心が前記固定鉄心に接触するときに発生する騒音が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図２】 図１のII−II線に沿った矢視図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る電磁マグネットの可動鉄心に作用する電磁吸引力の分布を示す概念図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る電磁マグネットを用いた制動装置の構成を示す一部断面図である。
【図５】 給電を遮断したときからの界磁コイルの通電電流の大きさ及び可動部の平均速度と給電を遮断したときからの時間との関係を示すグラフである。
【図６】 固定鉄心の裏側厚さが同一であるときの磁束分布を示す概念図である。
【図７】 図１の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図８】 図７のVIII−VIII線に沿った矢視図である。
【図９】 図７の固定鉄心及び可動鉄心に生ずる磁束分布を示す概念図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２に係る電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図１１】 図１０のXI−XI線に沿った矢視図である。
【図１２】 図１０の固定鉄心における内側対向面の中心をずらした電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図１３】 図１２のXIII−XIII線に沿った矢視図である。
【図１４】 図１０の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図１５】 図１４のXV−XV線に沿った矢視図である。
【図１６】 この発明の実施の形態３に係る電磁マグネットの構成を示す正面図である。
【図１７】 図１６のXVII−XVII線に沿った矢視図である。
【図１８】 図１６の固定鉄心における内側対向面の中心をずらした電磁マグネットの構成を示す正面図である。
【図１９】 図１８のXIX−XIX線に沿った矢視図である。
【図２０】 図１６の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図２１】 図２０のXXI−XXI線に沿った矢視図である。
【図２２】 この発明の実施の形態４に係る電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図２３】 図２２のXXIII−XXIII線に沿った矢視図である。
【図２４】 図２３の固定鉄心の両側にばねを配置したときの制動装置の一部断面図である。
【図２５】 図２３の固定鉄心の周囲四隅にばねを配置したときの制動装置の一部断面図である。
【図２６】 図２２の各磁路における磁束密度が同一となる固定鉄心の裏側厚さ及び可動鉄心の厚さとした固定鉄心及び可動鉄心を示す構成図である。
【図２７】 図２６のXXVII−XXVII線に沿った矢視図である。
【図２８】 従来の電磁マグネットの構成を示す一部断面図である。
【図２９】 図２８のXXIX−XXIX線に沿った矢視図である。
【図３０】 従来の電磁マグネットを用いた制動装置の保持状態を示す要部断面図である。
【図３１】 従来の電磁マグネットを用いた制動装置の開放状態を示す要部断面図である。
【図３２】 従来の可動鉄心に作用する電磁吸引力の分布を示す概念図である。
【図３３】 従来の界磁コイルに給電を遮断したときからの界磁コイルの通電電流の大きさ及び可動部の平均速度と給電を遮断したときからの時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 電磁マグネット、１２，１２１，１２２，１２３ 界磁コイル（コイル）、３，３１，３２，３３ 固定鉄心、１４，１４１ 可動鉄心、１６ コイル溝、７，７１，７２，７３ 内側対向面、８ａ 第１外側対向面、８ｂ 第２外側対向面、８１，８２ 外側対向面、１５ ばね（弾性体）、２０ 制動装置。
Claims (10)
- 固定鉄心と、前記固定鉄心の一面に設けられた環状のコイルと、前記固定鉄心に対向して設けられ、前記コイルに通電して発生する電磁力により移動する可動鉄心と、前記可動鉄心の前記電磁力による移動の向きと逆向きに前記可動鉄心を付勢した弾性体とを備えた電磁マグネットであって、
前記コイルは前記固定鉄心に対して偏心して設けられており、前記電磁力が前記可動鉄心に不均等に働き、前記可動鉄心が前記可動鉄心の移動時に併せて前記移動の向きに回動するようになっていることを特徴とする電磁マグネット。 - 前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向し前記コイルに取り囲まれた内側対向面と、前記可動鉄心に対向し前記コイルの外側にある外側対向面とを有し、
前記内側対向面の面積は前記外側対向面の面積と等しいことを特徴とする請求項１に記載の電磁マグネット。 - 前記外側対向面は、前記内側対向面を取り囲んでいることを特徴とする請求項２に記載の電磁マグネット。
- 前記外側対向面は、前記コイルの両側に２つに分かれており、この両側のそれぞれの前記外側対向面の面積が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の電磁マグネット。
- 前記可動鉄心が吸引される方向に沿って見たときに、前記コイルが前記固定鉄心の外形内に収まるように配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の電磁マグネット。
- 前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する直方体形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の電磁マグネット。
- 前記固定鉄心は、前記可動鉄心に対向した面に前記コイルを収納するコイル溝を有する円柱形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の電磁マグネット。
- 前記固定鉄心は、前記コイルの周囲の固定鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さであることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の電磁マグネット。
- 前記可動鉄心は、可動鉄心厚さが前記コイルに流れる電流によって形成される磁束の通る磁路の断面における磁束密度が一定になる厚さであることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の電磁マグネット。
- 請求項１乃至請求項９の何れかに記載の電磁マグネットを用いた制動装置であって、
前記可動鉄心に固定されたブレーキシューと、前記ブレーキシューに対向して設けられた回転ドラムとを備え、前記可動鉄心が前記回転ドラムの接触面にほぼ垂直な方向に往復移動して前記ブレーキシューが前記回転ドラムに接離するようになっていることを特徴とする制動装置。
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