JP6192176B2 - 渦電流ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィルム類の加工処理工程における巻き取り又は巻出し操作等のトルクを必要とする機構において、電動機等の回転機械からの負荷を回転装置に所定のトルクを伝達する渦電流ブレーキに係り、特に渦電流による制動力を大幅に大きくできることを特徴とする渦電流ブレーキ装置に関するものである。
又、回転系を有する動力伝達装置に関し、伝達力が負荷によりスリップするブレーキ機能を有し、回転速度を減じる作用を内蔵する渦電流ブレーキ装置に関するものであり、特に相対回転速度に対する渦電流ブレーキ力が大きくでき且つ、ブレーキ力を調整可能にした渦電流ブレーキ装置に関するものである。

従来のこの種の渦電流ブレーキは多数の磁石がＮ．Ｓ交互に円盤上に配置された回転体（又は固定体）に、対向させて導体（例えばアルミ）を配置した固定盤（あるいは回転体）を有し、その回転体の回転数に応じた渦電流を導体に発生させることにより渦電流ブレーキを出現させている。（特許文献１参照。）

特開平６−０１４５２３

しかしながら、上述した特許文献１に提案されている渦電流ブレーキでは前記回転体の回転数に応じて発生する渦電流がもたらすブレーキ力が小さく、そのため必要とするブレーキ力を確保するためには形状が大きくなる等の欠点がある。又、それを補うため対向部分を複数にしてブレーキ力を確保することが提案されているが、この場合は構造が複雑になり、又、ブレーキ力を調整するため前記回転体と前記固定体との空隙の調整が簡便に行うことが出来ないなどの欠陥を有している。

本発明は、上記課題を解決するため、強いブレーキ力を得られる渦電流式ブレーキ方法を盛り込んだ渦電流ブレーキ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１では、磁性体からなる円盤状回転体の側面に、回転方向にＮ極とＳ極を交互に配設した第１回転体と、該第１回転体の磁石表面に対向して所定の隙間を有して導体円板を配設した磁性円盤からなる第２回転体が非接触にて対向させ、該２つの回転体間の相対回転速度差に応じて生じる渦電流によって両回転体間に制動力を発生させてなる渦電流ブレーキ装置において、前記第２回転体の磁性円盤の側面に所定の高さを有する突起部を設け、且つこの突起部を覆う形態で前記導体円板を埋設したことを特徴とする渦電流ブレーキ装置である。

また、本発明の請求項２に係る渦電流装置では、上述した請求項１において前記第１回転体の磁石極数と前記第２回転体の突起部の突起数が異なる数としたことを特徴とする請求項１記載の渦電流ブレーキ装置により問題の解決を図ったものである。

さらに、請求項３では、前記第２回転体の前記導体円板を比抵抗値の大小に応じて簡便に取り換え可能とし、渦電流ブレーキ力を容易に調整可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の渦電流ブレーキ装置により問題の解決を図ったものである。

又、請求項４では、前記第１回転体と前記第２回転体のいずれかを固定としたことを特徴とする請求項１乃至、請求項２乃至、請求項３に記載の渦電流ブレーキ装置。

一方、請求項５では 前記第１回転体の永久磁石を電磁石としたことを特徴とする請求項１乃至、請求項２に記載の渦電流ブレーキ装置。

本発明の渦電流ブレーキ装置においては、限られた形状、スペースにおいて特別な機構を設けることなく回転体間に作用する渦電流ブレーキ力を大幅に向上させることが可能となり、渦電流ブレーキ製品のブレーキ性能向上に大きく貢献する。又、渦電流カップリングとして用いれば、スリップが発生する限界トルクが高くなることで渦電流カップリングの設定幅が広がり、製品の応用範囲、用途の拡大にもつがなる等の効果を奏する。更に、渦電流ブレーキ特性と密接な関係にある導体円板の比抵抗値の（例えば銅板、１０００番タイプのアルミ板、５０００番タイプのアルミ板）等の異なる導体円板を適宜選定し、製品の限界トルク、ブレーキ量の要求に応じてネジ等で簡便に交換が可能で、その結果回転体間のギャップを調整するという複雑な機械構造にすることなく、ブレーキ力、伝達トルク特性の設定が容易で安価な渦電流ブレーキ装置が提供できる。

本発明の実施の形態である渦電流ブレーキ装置の全体図で、 Ａはその側面図、Ｂは側面の断面図。 図１に示した第１回転体の正面図。 図１に示した第２回転体の正面図。 従来例に基づく第２の回転体の側面の断面図。 従来例に基づく第２の回転体の正面図。 回転体１及び回転体２間に発生する磁束の流れを示す説明図で、Ａは本発明の構成で、Ｂは従来の一般的な構成を示す。 渦電流ブレーキの第１回転体と第２回転体との相対回転速度差に対するブレーキ作用によって発生するトルク特性を示すグラフである。 本発明の他の実施例でＡは第１の回転体の正面図、Ｂはその断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１Ａは、本発明に係る実施例の渦電流ブレーキ装置の側面図で、図１Ｂはその側面の断面図である。図において１は第１回転体で、磁性材の磁性円盤１０、永久磁石群１１及び、第１中心軸１２で構成されている。又、該磁性円盤１０は中心部に軸穴１０ａが開けられており、該軸穴１０ａを第１中心軸１２が貫通して磁性盤１０に平行キー１３により連れまわり状態で固定されている。一方２は第２回転体２であって、中心部に軸穴２０ｂを設けた磁性材からなる磁性円盤２０、及び渦電流ブレーキを出現する導体円板２１から構成され、該磁性円盤２０の表面に図３に示す複数の突起部２０ａが設けてあり、該突起部２０ａの周囲を挟み込む態様で突起部２０ａと略同形状の穴を設けた前記導体円板２１がネジ等（図示せず）で磁性円盤２０に、磁性円盤の突起部２０ａと表面が略同一になるように固定されている。さらに該磁性円盤２０の貫通穴２０ｂに第２中心軸２２が貫通し、平行キー２３によって磁性円盤２０に該軸２２と連れまわり状態で固定している。

図２は上述した回転体１の正面図で、該磁性円盤１０の表面には、永久磁石１１ａ（表面がＮ極）と永久磁石１１ｂ（表面がＳ極）が磁性円盤１０の中心に設けた軸穴１０ａに対して回転方向に等間隔で交互に接着剤等で配設している状態を示している。

又、図３は前述した第２回転体の正面図で、磁性円盤２０に設けた前記突起部２０ａ・・・は前記中心軸２２に対して回転方向に等間隔に設けてあり、前述したように該突起部２０ａとの周囲を挟み込む態様で突起部２０ａと略同形状の穴を設けた前記導体円板２１が磁性円盤２０に挿設されている状態を示している。

このように第１回転体１の永久磁石群１１に対して、第２回転体の導体円板２１と突起部２０ａの表面が対向する態様で所定の隙間を有して配置することによって、この２つの回転体の回転速度差に応じて、前記永久磁石１１の磁束が第２回転体の突起部２０ａに集中した磁束の流れとなり、この磁束を打ち消すように、前記導体円盤２１に渦電流が発現することによって第１回転体と第２回転体間に渦電流ブレーキとして作用する。

図４及び、図５は、第２回転体２を一般的な従来例に基づき構成した従来例の第２回転体３であって、図４はその側面の断面図、図５は正面図である。図において、３は従来の第２の回転体で、磁性円盤３０と、該磁性円盤３０の側面に例えば接着剤等で固着した導体円板３１から構成されている。尚、第１回転体１は上述した本発明に係る渦電流ブレーキ装置で説明した回転体と同じである。図に示すように該第２回転体３は、前述した本発明の実施例に係る第２回転体２と同様に、第１回転体１の永久磁石群１１に対向する形態で配置することで渦電流ブレーキを構成されているが、前記本発明による前記第２回転体と異なる点は、磁気円盤３０には突起がなく、該導体円板３１の表面が、前記第１回転体１の永久磁石群１１と対向し、この永久磁石群１１の磁束は導体円板３１を経由して該永久磁石群１１内の隣り合う異極性の永久磁石と磁気回路を形成する。しかし、導体円板は磁性材に比べ透磁率が大幅に低く、そのため、磁束の集中が弱く、２つの回転体間の隙間にも分流した磁束となり、その結果前述の本発明による第２回転体の導体円盤２１に流れる渦電流に比べて導体円盤３１に流れる渦電流も少なく、渦電流ブレーキ力が弱いものになっている。

この状況を図６に図示した。図６Ａは本発明の第１回転体１と第２回転体の磁束の流れを示しており、図６Ｂは一般的な従来例を模試したものである。図６Ａでは前述したように、永久磁石群１１の永久磁石１1a(先端がＮ極)の表面から磁性円盤２０の突起部２０ａに向う磁束の経路が支配的となり磁性円盤２０の内部を経由して隣の突起部２０ａから、永久磁石群１１の永久磁石１１ｂ（先端がＳ極）に戻るような磁気回路が形成され、この磁束密度の変化に応じて、これを打ち消す様に導体円板に渦電流が流れてこの渦電流による渦電流損がブレーキ力となり、この結果この２つの回転系には相対的な回転速度差に応じた強い渦電流ブレーキ力が発生する。図６Ｂは一般的な従来例の磁束の流れを示したもので、前述したような磁性円盤３０に突起部（ツースヨーク）がないため、磁束の集中がおこらず、結果的に出現する渦電流も少なく、従って、渦電流ブレーキ力は小さい。尚、図６Ａ、及び図６Ｂに示す、隙間gap１及び隙間gap２は同一距離とする。

図７はこの渦電流ブレーキ特性（又は伝達トルク）を本発明の実施例と従来例との特性比較をした図であって、横軸は２つの回転体間の相対回転速度差で、縦軸はトルク（渦電流ブレーキ力をトルクとして表す）である。図からわかるように相対回転速度差に対するブレーキ力（トルク）は本発明の突起部（ツースヨーク）ありの場合が、従来例の突起部無に比べて約２倍大きいことがわかる。 尚、特に図示しないが各種実験結果から、永久磁石の極数と突起部の数は突起部数が多い方がより望ましい。

図８は本発明による他の実施例であって、図１に示した第１回転体の永久磁石群１１を電磁石式にしたものであり、図８Ａはその正面図、図８Ｂはその側面の断面図である。図において、４は磁性円盤で、その側面にはコイル４２ａ、４２ｂが該磁性円盤の中心に対して軸回転方向に互いに等間隔に４２ａ、４２ｂ、４２ａ、４２ｂ・・・と配列して、回路基盤４１に固定してある。該コイルの端末の接続は、図示しないが例えばコイル４２ａ群は９個が直列に接続され、その両端に直流電源の出力側に接続され直流電圧が印加される。又、同様にコイル４２ｂ群も９個が直列に接続され、その両端には直流電圧が印加される。この印加電圧の正負の極性によりコイルに流れる電流の方向を設定してコイル４２ａ、４２ｂのコイル表面の極性が決定され、コイル４２ａ群とコイル４２ｂ群の表面の磁極が例えばコイル４２ａ表面がＮ極又、コイル４２ｂの表面がＳ極と異なる極性に励磁され、図１に示した永久磁石のＮ極、Ｓ極の役目を果すことで渦電流ブレーキの機能を発現する。尚、図では各コイルの中心に磁性体は設けていないが、必要に応じて、適当な磁性体を設けて磁極の磁力を増やすことも可能である。

以上、本発明の実施例では渦電流を発現する永久磁石盤と導体盤の各回転体を円盤型としたが、これを円筒型とした場合に比べて円盤型の利点は、対向する２つの回転体間の隙間を調整、設定することで簡便に２つの回転体間の相対回転速度差に応じた所望の渦電流ブレーキ力が得られる点にあるが、この隙間の調整距離に対する渦電流ブレーキ力の特性を磁気円盤上の永久磁石の極数の変更することによって急峻にしたり、なだらかにすることが、容易に設定できる等の利点がある。例えば永久磁石の極数を多くすること、２つの回転体間の回転速度差と渦電流ブレーキ力のブレーキ特性を急峻となる。これにより前記２つの回転体間の隙間を渦電流ブレーキが作用しない距離に離すことで渦電流クラッチとしても実用化も可能となる。

以上説明したように、本発明に係る電磁ブレーキ装置は、２つの回転体間の互いの作用面が所望の隙間を有して非接触で対向する態様で設けられ、この作用面の相対回転速度差に応じたブレーキ力が限られたスペースの中でもより大きなブレーキ力が得られることから、例えばフィルムやガラス繊維、又炭素繊維等の巻取り、巻出し等の整列、たわみ取等の用途として広い利用価値がある。

１ 第１回転体
１０ 磁性円盤
１１ 永久磁石群
１２ 中心軸
１３ キー
２ 第２回転体
２０ 磁性円盤
２０ａ 突起部（ツースヨーク）
２１ 導体円板
２２ 中心軸
２３ キー
３ 第２回転体
３０ 磁性円盤
３１ 導体円板
４ 電磁石円盤
４０ 回路基盤ホルダー
４１ 回路基盤
４２ａ 励磁コイル
４２ｂ 励磁コイル

Claims (5)

1. 磁性体からなる円盤状回転体の側面に、回転方向にＮ極とＳ極を交互に配設した第１回転体と、該第１回転体の磁石表面に対向して所定の隙間を有して導体円板を配設した磁性円盤からなる第２回転体が非接触にて対向させ、該２つの回転体間の相対回転速度差に応じて生じる渦電流によって両回転体間に制動力を発生させてなる渦電流ブレーキ装置において、前記第２回転体の磁性円盤の側面に所定の高さを有する突起部を設け、且つこの突起部を覆う形態で前記導体円板を埋設したことを特徴とする渦電流ブレーキ装置。
2. 前記第１回転体の磁石極数と前記第２回転体の突起部の突起数が異なる数としたことを特徴とする請求項１記載の渦電流ブレーキ装置。
3. 前記第２回転体の前記導体円板を比抵抗値の大小に応じて簡便に取り換え可能とし、渦電流ブレーキ力を容易に調整可能としたことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の渦電流ブレーキ装置。
4. 前記第１回転体と前記第２回転体のいずれかを固定としたことを特徴とする請求項１乃至、請求項２乃至、請求項３に記載の渦電流ブレーキ装置。
5. 前記第１回転体の永久磁石を電磁石としたことを特徴とする請求項１乃至、請求項２乃至、請求項３乃至、請求項４に記載の渦電流装置。