JP5073122B1 - AC electromagnet structure - Google Patents
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Abstract
交流電磁石構造は、軸方向に移動可能な円盤状の可動部材と、前記可動部材に対して主ギャップを介して軸方向に隣接した鉄心ヨークと、前記鉄心ヨークに埋設された環状の第1の励磁コイルと、前記第1の励磁コイルの外側で前記鉄心ヨークに埋設された環状の第2の励磁コイルと、前記第2の励磁コイルの外側で前記鉄心ヨークに埋設された環状のクマトリコイルとを備え、前記クマトリコイルは、前記第2の励磁コイルの外周に隣接し、かつ前記主ギャップに面する位置に配置され、前記第1の励磁コイル及び前記第2の励磁コイルは、交流電力がそれぞれ入力される。
【選択図】図1The AC electromagnet structure includes a disc-shaped movable member that is movable in the axial direction, an iron core yoke that is adjacent to the movable member in the axial direction via a main gap, and an annular first embedded in the iron core yoke. An excitation coil, an annular second excitation coil embedded in the iron core yoke outside the first excitation coil, and an annular kumatori coil embedded in the iron core yoke outside the second excitation coil. The Kumatori coil is disposed adjacent to the outer periphery of the second excitation coil and facing the main gap, and AC power is input to the first excitation coil and the second excitation coil, respectively. Is done.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、交流電磁石構造に関する。 The present invention relates to an AC electromagnet structure.
従来から、同心形状の電磁石構造においては励磁コイルに直流電力を入力して利用されている。 Conventionally, a concentric electromagnet structure is used by inputting DC power to an exciting coil.
特許文献1には、非駆動時にロータにブレーキをかけるブレーキ付モータにおいて、ヨークに固定されるコイルを、電流が互に逆方向に流れる内外2重コイルとすることが記載されている。これにより、特許文献1によれば、モータの回転駆動時において回転軸内部に達する磁束が少なくなり、ブレーキ外部への磁界の影響を大幅に低減することが可能になるとされている。
特許文献1に記載のブレーキ付モータでは、内外2重コイルが、回転軸を中心とした同心形状の電磁石として機能していると考えられる。このような同心形状の電磁石は、直流電力入力のみに対応しており、産業分野で広く利用されている交流電力には対応していない。したがって、使用に際しては直流電源を別途用意する必要があり、電磁石の利用におけるコストを増加させやすい。
In the motor with a brake described in
仮に、特許文献1に記載の電磁石において、直流電力ではなく交流電力を内外2重コイルのそれぞれの励磁巻線に入力すると、電磁力がゼロからピーク値までの間で大きく変動し、電磁力がゼロとなる瞬間にアーマチュアがバネの付勢力で固定プレートに押し付けられてしまう。これにより、モータが駆動中であるにもかかわらずロータにブレーキがかかってしまうので、実用面で使用に耐えない傾向にある。すなわち、特許文献1に記載の電磁石では、電磁石の利用におけるコストを低減させることが困難である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電磁石の利用におけるコストを低減できる交流電磁石構造を得ることを目的とする。In the electromagnet described in
This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the alternating current electromagnet structure which can reduce the cost in utilization of an electromagnet.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかる交流電磁石構造は、軸方向に移動可能な円盤状の可動部材と、前記可動部材に対して主ギャップを介して軸方向に隣接した鉄心ヨークと、前記鉄心ヨークに埋設された環状の第1の励磁コイルと、前記第1の励磁コイルの外側で前記鉄心ヨークに埋設された環状の第2の励磁コイルと、前記第2の励磁コイルの外側で前記鉄心ヨークに埋設された環状のクマトリコイルとを備え、前記クマトリコイルは、前記第2の励磁コイルの外周に隣接し、かつ前記主ギャップに面する位置に配置され、前記第1の励磁コイル及び前記第2の励磁コイルは、交流電力がそれぞれ入力されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an AC electromagnet structure according to one aspect of the present invention includes a disc-shaped movable member that is movable in an axial direction, and a main gap with respect to the movable member. An axially adjacent iron yoke, an annular first exciting coil embedded in the iron core yoke, and an annular second exciting coil embedded in the iron core yoke outside the first exciting coil; An annular Kumatori coil embedded in the iron core yoke outside the second excitation coil, and the Kumatori coil is disposed adjacent to the outer periphery of the second excitation coil and facing the main gap. AC power is input to each of the first excitation coil and the second excitation coil.
本発明によれば、第1の励磁コイル及び第2の励磁コイルによる電磁力の脈動を効果的に抑制でき、可動部材を継続的に駆動し続けることができる。したがって、使用に際しては直流電源を別途用意する必要がないので、電磁石の利用におけるコストを低減できる。 According to the present invention, pulsation of electromagnetic force by the first excitation coil and the second excitation coil can be effectively suppressed, and the movable member can be continuously driven. Therefore, it is not necessary to prepare a separate DC power source for use, and the cost for using the electromagnet can be reduced.
以下に、本発明にかかる交流電磁石構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an AC electromagnet structure according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
実施の形態1にかかる交流電磁石構造100について図1及び図2を用いて説明する。図1は、交流電磁石構造100の構成を示す断面図である。図2は、交流電磁石構造100の構成を示す斜視断面図である。
An
交流電磁石構造100は、交流電力を受けて、可動部材102に作用する電磁力を発生させ、可動部材2を軸AXに沿った方向に稼働させる。例えば、交流電磁石構造100は、可動部材102に磁気的吸引力を作用させて、可動部材102を軸AXに沿ってヨーク150側に近づける。具体的には、交流電磁石構造100は、可動部材102及びヨーク150を備える。
The
可動部材102は、軸AXに沿った方向に移動可能に構成されている。可動部材102は、円盤状の部材である。可動部材102は、例えば圧粉鉄心等を利用して形成されている。これにより、渦電流損による可動部材102の発熱を低減できる。
The
ヨーク150は、交流電力を受けて、可動部材102に作用する電磁力を発生させる。ヨーク150は、鉄心ヨーク140、第1の励磁コイル110、第2の励磁コイル120、及びクマトリコイル130を有する。
The
鉄心ヨーク140は、可動部材102に対して主ギャップ3を介して軸AXに沿った方向に隣接している。すなわち、鉄心ヨーク140は、主ギャップ3を介して可動部材102に対向している。鉄心ヨーク140は、例えば、可動部材102に対応した略円柱形状を有している。鉄心ヨーク140は、例えば圧粉鉄心等を利用して形成されている。これにより、渦電流損による鉄心ヨーク140の発熱を低減できる。
The
鉄心ヨーク140は、第1の励磁コイル110と第2の励磁コイル120との間に残留磁気防止用のギャップ104を有する。すなわち、鉄心ヨーク140における第1の励磁コイル110と第2の励磁コイル120との間の対向面140bは、その外側の対向面140aよりも可動部材102から離れており、その内側の対向面140cよりも可動部材102から離れている。これにより、鉄心ヨーク140において、第1の励磁コイル110と第2の励磁コイル120との間に残留磁気防止用のギャップ104が形成されている。
The
第1の励磁コイル110は、第2の励磁コイル120の内側で且つクマトリコイル130の内側で鉄心ヨーク140に埋設されている。第1の励磁コイル110は、軸AXを囲むように環状に延びている。第1の励磁コイル110は、例えば、軸AXを中心とする略円筒形状を有している。第1の励磁コイル110は、例えば、導体(例えば、アルミニウム又は銅を主成分とする金属や金属間化合物)の巻線で形成されている。第1の励磁コイル110は、可動部材102側の部分が主ギャップ3に面する。
The
第2の励磁コイル120は、第1の励磁コイル110の外側で且つクマトリコイル130の内側で鉄心ヨーク140に埋設されている。第2の励磁コイル120は、軸AXを囲むように環状に延びている。第2の励磁コイル120は、例えば、軸AXを中心とする略円筒形状を有している。第2の励磁コイル120は、例えば、導体(例えば、アルミニウム又は銅を主成分とする金属や金属間化合物)の巻線で形成されている。第2の励磁コイル120は、可動部材102側の部分が主ギャップ3に面する。
The
すなわち、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120は、軸AXを共通の中心とする同心形状を形成している。例えば、第2の励磁コイル120は、第1の励磁コイル110に対して略一定の間隔を保ちながら第1の励磁コイル110を囲むように延びている。このとき、第2の励磁コイル120の巻線のアンペアターン数は、第1の励磁コイル110の巻線のアンペアターン数より大きくなっている。第1の励磁コイル110の巻線と第2の励磁コイル120の巻線とは、例えば、直列もしくは並列に結線される。
That is, the first
クマトリコイル130は、第1の励磁コイル110の外側で且つ第2の励磁コイル120の外側で鉄心ヨーク140に埋設されている。クマトリコイル130は、軸AXを囲むように環状に延びている。クマトリコイル130は、例えば、軸AXを中心とする略リング形状を有している。第2の励磁コイル120は、例えば、導体(例えば、アルミニウム又は銅を主成分とする金属や金属間化合物)の部材で形成されている。クマトリコイル130は、第2の励磁コイル120の外周に層160を介して隣接している。また、クマトリコイル130は、主ギャップ3に面する位置に配置されている。クマトリコイル130は、可動部材102側の部分が主ギャップ3に面する。
The Kumatori
層160は、第2の励磁コイル120とクマトリコイル130との間に挟まれており、第2の励磁コイル120とクマトリコイル130とを互に電気的及び磁気的に絶縁させる。層160は、例えば、空気層及び非磁性材の層の少なくとも一方を含む。
次に、交流電磁石構造100の動作について図3を用いて説明する。図3は、交流電磁石構造100の動作を示す磁束線図である。The
Next, the operation of the
交流電磁石構造100において、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120は、交流電力がそれぞれ入力される。具体的には、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120は、第1の励磁コイル110における電流の流れる向きと第2の励磁コイル120における電流の流れる向きとが互いに逆になるように、交流電力がそれぞれ入力される。例えば、第1の励磁コイル110に流れる電流ベクトルの位相と第2の励磁コイル120に流れる電流ベクトルの位相との差が180度になるように制御されて、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120に交流電力がそれぞれ入力される。
In the
すると、図3に示すように、第1の励磁コイル110の巻線は、破線で示す磁束の流れ5を生成し、第2の励磁コイル120の巻線は、破線で示す磁束の流れ6を生成する。第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120に交流電力がそれぞれ供給されているので、磁束の流れ5と磁束の流れ6とは動的に大きさ及び向きが変動する。このとき、第2の励磁コイル120の巻線のアンペアターン数が第1の励磁コイル110の巻線のアンペアターン数より大きくなっているので、第1の励磁コイル110による磁束と第2の励磁コイル120による磁束との合成された磁束を、容易にクマトリコイル130に鎖交させることができる。
Then, as shown in FIG. 3, the winding of the first
これにより、磁束の流れ5及び磁束の流れ6の大きさ及び向きの変動を打ち消すような起電力をクマトリコイル130に誘起できクマトリコイル130に誘導電流を流すことができ、クマトリコイル130は、2点鎖線で示す磁束の流れ7を生成できる。すなわち、クマトリコイル130による磁束は残留磁気防止用のギャップ104を通らないので、残留磁気防止用のギャップ104による起磁力のロスを低減でき、クマトリコイル130による磁束を有効に利用することができる。言い換えると、図4に実線で示すように、クマトリコイル130による磁束により、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120による電磁力の脈動を効果的に抑制できる。なお、図4は、クマトリコイルが有る場合(実線で示す場合)と無い場合(破線で示す場合)とのそれぞれについて電磁力のシミュレーションを行った結果を示す。これより、クマトリコイルによる電磁力の脈動軽減の有効性を確認できた。
As a result, an electromotive force that cancels fluctuations in the magnitude and direction of the
ここで、仮に、図6に示すように、交流電磁石構造1がクマトリコイル130(図1参照)を有さない場合について考える。この場合、ヨーク50において、鉄心ヨーク40に埋設された第1の励磁コイル10及び第2の励磁コイル20による電磁力の脈動が顕著に発生する。交流電磁石構造1において、交流電力を第1の励磁コイル10及び第2の励磁コイル20のそれぞれの巻線に入力すると、図4に破線で示すように、第1の励磁コイル10及び第2の励磁コイル20による電磁力がゼロからピーク値までの間で大きく変動し、電磁力がゼロとなる瞬間に可動部材2に磁気的吸引力を作用させることができないため、可動部材2を一次的に駆動できなくなってしまうので、実用面で使用に耐えない傾向にある。したがって、使用に際しては直流電源を別途用意して、直流電力を第1の励磁コイル10及び第2の励磁コイル20のそれぞれの巻線に入力する必要があり、電磁石の利用におけるコストを増加させやすい。
Here, suppose that the
それに対して、実施の形態1では、交流電磁石構造100がクマトリコイル130を有する。クマトリコイル130は、第2の励磁コイル120の外周に隣接し、かつ主ギャップ3に面する位置に配置されている。これにより、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120に交流電力がそれぞれ入力された際に、クマトリコイル130は、第1の励磁コイル110による磁束及び第2の励磁コイル120による磁束の大きさ及び向きの変動を打ち消すような磁束を発生させることができる。この結果、図4に実線で示すように、クマトリコイル130による磁束により、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120による電磁力の脈動を効果的に抑制でき、可動部材2を継続的に駆動し続けることができる。したがって、使用に際しては直流電源を別途用意する必要がないので、電磁石の利用におけるコストを低減できる。これにより、例えば、安価で、小型、性能、品質ともに優れた交流電磁石を提供することができる。
On the other hand, in the first embodiment,
あるいは、仮に、交流電磁石構造1がクマトリコイル130を有する場合(図1参照)であって、第1の励磁コイル10の巻線のアンペアターン数と第2の励磁コイル20の巻線のアンペアターン数とが互に等しい場合(図6参照)について考える。この場合、第2の励磁コイル20による磁束の大きさが第1の励磁コイル10による磁束の大きさよりも大きいので、第1の励磁コイル10による磁束と第2の励磁コイル20による磁束との合成された磁束がクマトリコイル130に鎖交しにくい。
Alternatively, if the
あるいは、仮に、交流電磁石構造1がクマトリコイル130を有する場合(図1参照)であって、第1の励磁コイル10の巻線のアンペアターン数が第2の励磁コイル20の巻線のアンペアターン数より大きい場合について考える。この場合、第2の励磁コイル20による磁束の大きさが第1の励磁コイル10による磁束の大きさよりもさらに相対的に大きくなるので、第1の励磁コイル10による磁束と第2の励磁コイル20による磁束との合成された磁束がクマトリコイル130にさらに鎖交しにくくなる。
Alternatively, if the
それに対して、実施の形態1では、第2の励磁コイル120の巻線のアンペアターン数が第1の励磁コイル110の巻線のアンペアターン数より大きくなっている。また、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120は、第1の励磁コイル110における電流の流れる向きと第2の励磁コイル120における電流の流れる向きとが互いに逆になるように、交流電力がそれぞれ入力される。これにより、第1の励磁コイル110による磁束と第2の励磁コイル120による磁束との合成された磁束を、容易にクマトリコイル130に鎖交させることができる。この結果、磁束の流れ5及び磁束の流れ6の大きさ及び向きの変動を打ち消すような起電力をクマトリコイル130に誘起できクマトリコイル130に誘導電流を流すことができ、クマトリコイル130は、磁束の流れ5及び磁束の流れ6の大きさ及び向きの変動を打ち消すような磁束の流れ7を生成できる。すなわち、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120による電磁力の脈動を効果的に抑制できる。
On the other hand, in the first embodiment, the number of ampere turns of the winding of the second
また、実施の形態1では、第2の励磁コイル120とクマトリコイル130とが、空気層及び非磁性材の層の少なくとも一方を介して互に隣接され、互に電気的及び磁気的に絶縁されている。これにより、第1の励磁コイル110による磁束と第2の励磁コイル120による磁束との合成された磁束が第2の励磁コイル120及びクマトリコイル130の間を通りにくくすることができ、第1の励磁コイル110による磁束と第2の励磁コイル120による磁束との合成された磁束を効果的に(例えば、漏れなく)クマトリコイル130に鎖交させることができる。
In the first embodiment, the second
また、実施の形態1では、鉄心ヨーク140が、第1の励磁コイル110と第2の励磁コイル120との間に残留磁気防止用のギャップ104を有する。これにより、鉄心ヨーク140の残留磁気による電磁石の開放不良を抑制できる。その一方で、クマトリコイル130による磁束は残留磁気防止用のギャップ104を通りにくい(図3参照)ので、クマトリコイル130による磁束を有効に利用することができる。すなわち、鉄心ヨーク140の残留磁気による電磁石の開放不良を抑制できるとともに、第1の励磁コイル110及び第2の励磁コイル120による電磁力の脈動を効果的に抑制できる。
In the first embodiment, the
なお、第1の励磁コイル110における主ギャップ3に面する部分、第2の励磁コイル120における主ギャップ3に面する部分、及びクマトリコイル130における主ギャップ3に面する部分は、それぞれその表面がエポキシ材などの非磁性材で封入されていてもよい。これにより、第1の励磁コイル110における主ギャップ3に面する部分、第2の励磁コイル120における主ギャップ3に面する部分、及びクマトリコイル130における主ギャップ3に面する部分を、それぞれ、酸化等から保護することができる。
Note that the surface of the first
実施の形態2.
次に、実施の形態2にかかる交流電磁石構造200について説明する。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
Next, the
交流電磁石構造200では、可動部材202及びヨーク250をそれぞれ中空構造にしている。具体的には、可動部材202は、軸AXを中心とした開口202dを有する。ヨーク250の鉄心ヨーク240は、軸AXを中心とした貫通孔240dを有する。可動部材202の開口202dは、鉄心ヨーク240の貫通孔240dに対応している。これにより、回転機器の回転軸を開口202d及び貫通孔240dに通して可動部材202が回転軸とともに回転するように構成でき、交流電磁石構造200を電磁ブレーキとして回転機器の制動用途に利用することができる。
In the
以上のように、本発明にかかる交流電磁石構造は、電磁ブレーキに有用である。 As described above, the AC electromagnet structure according to the present invention is useful for an electromagnetic brake.
1、100、200 交流電磁石構造
2、102、202 可動部材
3 主ギャップ
10、110 第1の励磁コイル
20、120 第2の励磁コイル
40、140、240 鉄心ヨーク
50、150、250 ヨーク
104 残留磁気防止用のギャップ
130 クマトリコイル
160 層1, 100, 200
Claims (4)
前記可動部材に対して主ギャップを介して軸方向に隣接した鉄心ヨークと、
前記鉄心ヨークに埋設された環状の第1の励磁コイルと、
前記第1の励磁コイルの外側で前記鉄心ヨークに埋設された環状の第2の励磁コイルと、
前記第2の励磁コイルの外側で前記鉄心ヨークに埋設された環状のクマトリコイルと、
を備え、
前記クマトリコイルは、前記第2の励磁コイルの外周に隣接し、かつ前記主ギャップに面する位置に配置され、
前記第1の励磁コイル及び前記第2の励磁コイルは、交流電力がそれぞれ入力される
ことを特徴とする交流電磁石構造。A disc-shaped movable member movable in the axial direction;
An iron core yoke axially adjacent to the movable member via a main gap;
An annular first exciting coil embedded in the iron core yoke;
An annular second exciting coil embedded in the iron core yoke outside the first exciting coil;
An annular Kumatori coil embedded in the iron core yoke outside the second exciting coil;
With
The Kumatori coil is disposed at a position adjacent to the outer periphery of the second excitation coil and facing the main gap,
AC power is input to the first exciting coil and the second exciting coil, respectively. An AC electromagnet structure.
前記第1の励磁コイル及び前記第2の励磁コイルは、前記第1の励磁コイルにおける電流の流れる向きと前記第2の励磁コイルにおける電流の流れる向きとが互いに逆になるように、交流電力がそれぞれ入力される
ことを特徴とする請求項1に記載の交流電磁石構造。The number of ampere turns of the winding of the second exciting coil is larger than the number of ampere turns of the winding of the first exciting coil,
The first exciting coil and the second exciting coil have AC power so that the direction of current flow in the first exciting coil and the direction of current flowing in the second exciting coil are opposite to each other. The AC electromagnet structure according to claim 1, wherein each is input.
ことを特徴とする請求項1に記載の交流電磁石構造。The second excitation coil and the Kumatori coil are adjacent to each other via at least one of an air layer and a non-magnetic material layer, and are electrically and magnetically insulated from each other. 1. The AC electromagnet structure according to 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の交流電磁石構造。2. The AC electromagnet structure according to claim 1, wherein the iron core yoke has a gap for preventing residual magnetism between the first exciting coil and the second exciting coil.
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