JP7488397B1

JP7488397B1 - 電気転てつ機

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Publication number: JP7488397B1
Application number: JP2023089304A
Authority: JP
Inventors: 育雄櫻井
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2023-05-31
Filing date: 2023-05-31
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2043-05-31

Abstract

【課題】反転量を適切な範囲に抑制できるマグネットクラッチを搭載した電気転てつ機の技術を提供すること。【解決手段】電気転てつ機８は、クラッチ筐体１００の回転を同軸の回転体２００へ電磁誘導方式で伝達するマグネットクラッチを搭載する。回転体２００は、第１円板面に周方向に配置された第１突起群および第１円板面の反対側の第２円板面に周方向に配置された第２突起群を有する磁性体円板部２１０を有する。また、回転体２００は、第１突起群に嵌合して第１円板面に装着された第１渦電流発生体２３０Ａと、第２突起群に嵌合して第２円板面に装着された第２渦電流発生体２３０Ｂと、を有する。クラッチ筐体１００は、第１円板面に対して対向配置された第１永久磁石部１５０と、第２円板面に対して対向配置された第２永久磁石部１６０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気転てつ機に関する。

電気転てつ機は、電磁誘導方式で力を伝達するマグネットクラッチを有している。電気転てつ機のマグネットクラッチは、構造的には電磁誘導によって制動力を生むブレーキ装置と同様に実現される。

例えば、特許文献１には、第１回転体の永久磁石と、第２回転体の導電体板とを対向させて回転差により生じる渦電流の作用によって動力を伝達する渦電流型のブレーキ装置が開示されている。

特許文献２には、渦電流型ディスクブレーキとヒステリシス型ディスクブレーキとの２種類のディスクブレーキを有するブレーキ装置が開示されている。

特開２０１６－１７１７２７号公報特開２０１６－２０８７３７号公報

特許文献１の構造のマグネットクラッチを採用した電気転てつ機は、例えばＪＲ在来線で多く採用されている。これらの電気転てつ機では、最大転換力以上の結合力が出せなかった。

特許文献２の構造のマグネットクラッチは、特許文献１の構造のマグネットクラッチを採用した電気転てつ機の最大転換力以上の結合力を確保できる。しかし、特許文献２の構造のマグネットクラッチは、ヒステリシス型ディスクブレーキが、対向する回転体の相対回転数に係わらず一定の結合力を確保するので、転換終了時に電気転てつ機のモータ電源が切れ、転換ローラーが空回りしてストッパーに衝突した際、相対速度が変化しても結合力が変わらない。そのため、反転量がやや過剰になる傾向がある。

本発明が解決しようとする課題は、反転量を適切な範囲に抑制できるマグネットクラッチを搭載した電気転てつ機の技術を提供すること、である。

上記課題を解決するための第１の形態は、クラッチ筐体の回転を、前記クラッチ筐体を貫く同軸の回転体へ電磁誘導方式で伝達するマグネットクラッチを備える電気転てつ機であって、
前記回転体は、第１円板面に周方向に複数の突起部が配置された第１突起群、および前記第１円板面の反対側の第２円板面に周方向に複数の突起部が配置された第２突起群、を有する磁性体円板部と、前記第１突起群に嵌合するスリット群を有し、前記第１円板面に装着された導電性の第１渦電流発生体と、前記第２突起群に嵌合するスリット群を有し、前記第２円板面に装着された導電性の第２渦電流発生体と、を有し、
前記クラッチ筐体は、前記第１円板面に対して対向配置された第１永久磁石部と、前記第２円板面に対して対向配置された第２永久磁石部と、を有する、
電気転てつ機である。

第２の形態は、上記の電気転てつ機において、前記第１渦電流発生体および前記第２渦電流発生体は、銅材又はアルミ材の円板でなる、電気転てつ機である。

第３の形態は、上記の電気転てつ機において、前記第１永久磁石部は、前記第１突起群の突起部と同数の極数分の希土類系磁石を、周方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配列して構成され、前記第２永久磁石部は、前記第２突起群の突起部と同数の極数分の希土類系磁石を、周方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配列されて構成された、電気転てつ機である。

第４の形態は、上記の電気転てつ機において、前記第１永久磁石部と前記第２永久磁石部とは、極数が異なる、電気転てつ機である。

第５の形態は、上記の電気転てつ機において、前記第１永久磁石部と前記第２永久磁石部とは、極数が同じであり、且つ、前記同軸の軸方向から見た互いの磁極位置が周方向にずれている、電気転てつ機である。

第６の形態は、上記の電気転てつ機において、前記磁性体円板部は、非接合状態の一体に形成された磁性体材料で構成されている、電気転てつ機である。

第７の形態は、上記の電気転てつ機において、前記磁性体材料は、ニッケル・クロム合金又は鉄・クロム合金である、電気転てつ機である。

本発明の電気転てつ機では、クラッチ筐体が回転し始めると、第１渦電流発生体および第２渦電流発生体に渦電流が発生する。この渦電流により、磁性体円板が、クラッチ筐体（第１永久磁石部および第２永久磁石部）の回転より少し遅れて回転する。磁性体円板の回転は、クラッチ筐体の回転が速くなるほどずれが拡大して、より大きな渦電流が発生して結合が増加する。

マグネットクラッチの結合力は、特許文献１の構造のマグネットクラッチの２倍となり、伝達トルク特性も２倍となる。従って、特許文献１の構造のマグネットクラッチを採用した電気転てつ機の最大転換力以上の結合力を持つことができる。

転換の終了に伴ってモータの電源が切れ、転換ローラーが空転しながらストッパーに追突すると、クラッチ筐体が逆回転する。すると、それに伴って第１渦電流発生体および第２渦電流発生体にて、転換中とは逆方向の渦電流が発生して、モータの空転が抑えられる。これによって、反転量が抑制される。しかも、マグネットクラッチは、渦電流発生体が２つ配置されているので反転の抑制力も２倍となり、より早く転換ローラーを停止させることができる。つまり、反転量を適切な範囲に抑制することができる。

マグネットクラッチの構成例を示す縦断面図。蓋板の底面図。ハウジングの有底円柱状の内部空間を真上から見た図。回転軸と回転体との分解図。磁性体円板部を真上から見た図。第１渦電流発生体を真上から見た図。伝達トルク特性グラフ。マグネットクラッチの変形例を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。

本実施形態の転てつ機８は、例えば、ＮＳ－ＡＭ形電気転てつ機である。電気転てつ機８の特徴的な構成の１つとして、電気転てつ機８は図１に示す電磁誘導方式で伝達するマグネットクラッチ１０を有する。

図１は、マグネットクラッチ１０の構成例を示す縦断面図である。
マグネットクラッチ１０は、ディスク式の非接触磁気継手である。マグネットクラッチ１０は、回転軸１０３（非断面表示）の周りに回転自在なクラッチ筐体１００の内部空間に、回転軸１０３と一体に回転する回転体２００を内蔵する。そして、クラッチ筐体１００に伝達されたトルクを磁気作用により回転体２００へ伝達する。

回転軸１０３は、上下軸であって、上部転てつ機筐体２１の第１ベアリング３１と、下部転てつ機筐体２２の第２ベアリング３２とに軸回転自在に支持されている。回転軸１０３の上部には、並行キーで伝達歯車１０５が固定されている。伝達歯車１０５は、電気転てつ機の中間歯車４４と噛み合っている。

クラッチ筐体１００は、回転軸１０３の周りに回転自在な第１回転体であって、内部空間を画成する。クラッチ筐体１００は、上方に開口する有底円柱状の内部空間を形成するハウジング１１０と、ハウジング１１０の開口にねじ込まれる蓋板１２０と、ねじ込まれた蓋板１２０をハウジング１１０に固定する止めピン１３０と、を有する。

図２は、蓋板１２０の底面図である。
蓋板１２０は、フランジ部１２１と、止めピン１３０のピン挿通孔１２２と、雌ネジ部１１３と螺合する雄ネジ部１２３と、を有する。また、ねじ込み時にハウジング１１０の有底円柱状の内部空間に向かう方向（下方）の底面には、回転軸１０３の下部を挿通する軸受孔１２５と、軸受孔１２５の周囲に環状配置された第１永久磁石部１５０と、を備える。

第１永久磁石部１５０は、１２個の希土類系磁石である永久磁石１５１を有する。
永久磁石１５１は、回転軸１０３を軸中心とする１つの回転面である蓋板１２０の底面に、周方向へＳ極とＮ極とが交互に並ぶように環状配列され、接着剤等で固定されている。具体的には、永久磁石１５１は、それぞれ、下方から見ると扇形状を有しており、全体が円環状となるように隣接配置されている。隣り合う永久磁石１５１は、下方へ向く極が交互になるように配置されている。なお、第１永久磁石部１５０は、片面がＳ極６極とＮ極６極との合計１２極に着磁された１体のリング型永久磁石で構成することとしてもよい。

図１に戻って、ハウジング１１０は、上部外縁にベベルギア１１１を有する。ベベルギア１１１は、電気転てつ機のモータの駆動軸４０に固定されたピニオンギア４２と噛み合っている。

図３は、ハウジング１１０の有底円柱状の内部空間を真上から見た図である。
ハウジング１１０は、止めピン１３０のピン差込穴１１２と、蓋板１２０をねじ込む雌ネジ部１１３と、を有する。また、ハウジング１１０の底面１１４には、回転軸１０３の下部を挿通する軸受孔１１６と、軸受孔１１６の周囲に環状配置された第２永久磁石部１６０と、を有する。なお、ベベルギア１１１（図３中の長破線）は、図３に向かって裏面側に形成されているので図示されていない（図１参照）。

第２永久磁石部１６０は、１２個の希土類系磁石である永久磁石１６１を有する。
永久磁石１６１は、回転軸１０３を軸中心とする１つの回転面である有底円柱状の内部空間の底面に、周方向へＳ極とＮ極とが交互に並ぶように環状配列されている。具体的には、永久磁石１６１は、それぞれ、上方から見ると扇形状を有しており、全体が円環状となるように隣接配置されている。隣り合う永久磁石１６１は、上方に向く極が交互になるように配置されている。なお、第２永久磁石部１６０は、片面がＳ極６極とＮ極６極との合計１２極に着磁された１体のリング型永久磁石で構成することとしてもよい。

なお、第１永久磁石部１５０の永久磁石１５１と、第２永久磁石部１６０の永久磁石１６１とは、上下方向に同極同士で正対向するように配置されている。

図４は、回転軸１０３と回転体２００との分解図である。
回転軸１０３と回転体２００とは、平行キー１０７により一体に連結されている。

回転体２００は、磁性体円板部２１０と、第１渦電流発生体２３０Ａと、第２渦電流発生体２３０Ｂと、を有する。

磁性体円板部２１０は、基礎円板２１１と、基礎円板２１１の第１円板面２１８（上面）から上方へ突設された第１突起群２１２と、基礎円板２１１の第２円板面２１９（下面）から下方へ突設された第２突起群２１４と、を有する。また、基礎円板２１１に回転軸１０３を挿通させる軸挿通孔２１６と、キー溝２１７と、を有する。磁性体円板部２１０は、例えば、一体の磁性体材料（例えば、ニッケル・クロム合金又は鉄・クロム合金、など）から削り出し、非接合状態の一体に形成してもよい。

図５は、磁性体円板部２１０を真上から見た図である。
第１突起群２１２は、周方向に等間隔に環状配置された１２個の上方突起部２１３を有する。上方突起部２１３は、１２個とも上方から見ると同じ扇形状を有している。

図４に戻って、第２突起群２１４は、磁性体円板部２１０の第２円板面２１９（下面）に形成されている点が異なるが、それ以外は第１突起群２１２と同様に作られている。すなわち、第２突起群２１４は、周方向に等間隔に環状配置された１２個の下方突起部２１５を有する。下方突起部２１５は、１２個とも下方から見ると同じ扇形状を有している。

なお、第１突起群２１２の上方突起部２１３と、第２突起群２１４の下方突起部２１５とは、基礎円板２１１を挟んで上下対称位置に形成されている。

図６は、第１渦電流発生体２３０Ａを真上から見た図である。
第１渦電流発生体２３０Ａは、第１突起群２１２に上方から被せて嵌着させる有孔円板であって、非磁性の導電性材料（例えば、銅材やアルミ材など）によって作られる。

第１渦電流発生体２３０Ａは、円板部２３１の中央に回転軸１０３を挿通する軸挿通孔２３２とキー溝２３３とを有する。軸挿通孔２３２の外周に、第１突起群２１２の上方突起部２１３（図４、図５参照）と個別に嵌合する１２個のスリット２３４からなるスリット群２３５を有する。

第１渦電流発生体２３０Ａは、１２個のスリット２３４それぞれに第１突起群２１２の上方突起部２１３を個別に嵌合させるようにして、磁性体円板部２１０へ接着剤等で固定される。

第２渦電流発生体２３０Ｂの構成は、第１渦電流発生体２３０Ａと同じ構成なので重複する説明を省略する。

図７は、マグネットクラッチ１０の伝達トルク特性グラフである。
図７中の「従来」のグラフは、特許文献１のブレーキ装置をマグネットクラッチとした場合の比較例を示す。本実施形態のマグネットクラッチ１０は、（１）第１永久磁石部１５０と、第１突起群２１２および第１渦電流発生体２３０Ａと、が微小間隔で対向配置された第１渦電流型ディスクブレーキ（第１の非接触磁気継手）と、（２）第２永久磁石部１６０と、第２突起群２１４および第２渦電流発生体２３０Ｂと、が微小間隔で対向配置された第２渦電流型ディスクブレーキ（第２の非接触磁気継手）と、を有する多段形の非接触磁気継手となっている。

マグネットクラッチ１０を搭載した電気転てつ機８では、モータが回転を開始するとクラッチ筐体１００が回転し、第１渦電流発生体２３０Ａおよび第２渦電流発生体２３０Ｂに渦電流が発生する。この渦電流により、磁性体円板部２１０が、クラッチ筐体１００（第１永久磁石部１５０および第２永久磁石部１６０）の回転より少し遅れて回転する。磁性体円板部２１０の回転は、クラッチ筐体１００の回転が速くなるほどずれが拡大して、より大きな渦電流が発生して結合が増加する。

マグネットクラッチ１０の結合力は、「従来」の特許文献１の構造のマグネットクラッチに対して２倍となり、伝達トルク特性も２倍となる。マグネットクラッチ１０の結合力が従来の２倍となることで、特許文献１の構造のマグネットクラッチを採用した電気転てつ機の最大転換力以上の結合力を持つことができる。

転換の終了に伴ってモータの電源が切れ、転換ローラーが空転しながらストッパーに追突すると、クラッチ筐体１００が逆回転する。すると、それに伴って第１渦電流発生体２３０Ａおよび第２渦電流発生体２３０Ｂにて、転換中とは逆方向の渦電流が発生して、モータの空転が抑えられる。これによって、反転量が抑制される。しかも、マグネットクラッチ１０は、渦電流発生体が２つ配置されているので反転の抑制力も２倍となり、より早く転換ローラーを停止させることができる。つまり、反転量を適切な範囲に抑制することができる。

以上、本発明を適用した実施形態の一例について説明したが、本発明の適用形態はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない限りにおいて適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

上記実施形態では、第１永久磁石部１５０の永久磁石１５１と、第２永久磁石部１６０の永久磁石１６１の数を同極数とし、且つ同極同士が上下に正対向する例を示したが、これに限らない。例えば、第１永久磁石部１５０と第２永久磁石部１６０とは、極数が同じであり、且つ、同軸の軸方向から見た互いの磁極位置が周方向にずれてもよい。例えば、半ピッチだけずらして対向させるとしてもよい。この場合、トルクリミットを越える場合のスリップ角を上記実施形態よりも小さくできる。

また例えば、上記実施形態では、第１永久磁石部１５０と第２永久磁石部１６０の極数は「１２」に限らない。

また例えば、第１永久磁石部１５０と第２永久磁石部１６０を同極数としたが、第１永久磁石部１５０と第２永久磁石部１６０とは、極数が異なるとしてもよい。具体的には、第１突起群２１２の上方突起部２１３の数よりも、第１永久磁石部１５０の永久磁石１５１の数を減らして、第１永久磁石部１５０と、第１突起群２１２および第１渦電流発生体２３０Ａとの間の伝達トルクを高めてもよい。勿論、第２突起群２１４の下方突起部２１５の数よりも、第２永久磁石部１６０の永久磁石１６１の数を減らして伝達トルクを高めてもよい。

また例えば、図８に示すマグネットクラッチ１０Ｂのように、（１）クラッチ筐体１００Ｂに、第１突起群２１２および第１渦電流発生体２３０Ａ、第２突起群２１４および第２渦電流発生体２３０Ｂを設け、（２）回転体２００Ｂに第１永久磁石部１５０、第２永久磁石部１６０を設ける、構成としてもよい。

８…電気転てつ機
１０…マグネットクラッチ
１００…クラッチ筐体
１１０…ハウジング
１２０…蓋板
１５０…第１永久磁石部
１６０…第２永久磁石部
２００…回転体
２１０…磁性体円板部
２１２…第１突起群
２１４…第２突起群
２３０Ａ…第１渦電流発生体
２３０Ｂ…第２渦電流発生体
２３１…円板部
２３４…スリット
２３５…スリット群

Claims

クラッチ筐体の回転を、前記クラッチ筐体を貫く同軸の回転体へ電磁誘導方式で伝達するマグネットクラッチを備える電気転てつ機であって、
前記回転体は、
第１円板面に周方向に複数の突起部が配置された第１突起群、および前記第１円板面の反対側の第２円板面に周方向に複数の突起部が配置された第２突起群、を有する磁性体円板部と、
前記第１突起群に嵌合するスリット群を有し、前記第１円板面に装着された導電性の第１渦電流発生体と、
前記第２突起群に嵌合するスリット群を有し、前記第２円板面に装着された導電性の第２渦電流発生体と、
を有し、
前記クラッチ筐体は、
前記第１突起群の突起部と同数の極数分の磁石を周方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配列し、前記第１円板面に対して対向配置された第１永久磁石部と、
前記第２突起群の突起部と同数の極数分の磁石を周方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配列し、前記第２円板面に対して対向配置された第２永久磁石部と、
を有し、
前記第１永久磁石部と前記第２永久磁石部とは、極数が異なる、
電気転てつ機。
クラッチ筐体の回転を、前記クラッチ筐体を貫く同軸の回転体へ電磁誘導方式で伝達するマグネットクラッチを備える電気転てつ機であって、
前記回転体は、
第１円板面に周方向に複数の突起部が配置された第１突起群、および前記第１円板面の反対側の第２円板面に周方向に複数の突起部が配置された第２突起群、を有する磁性体円板部と、
前記第１突起群に嵌合するスリット群を有し、前記第１円板面に装着された導電性の第１渦電流発生体と、
前記第２突起群に嵌合するスリット群を有し、前記第２円板面に装着された導電性の第２渦電流発生体と、
を有し、
前記クラッチ筐体は、
前記第１突起群の突起部と同数の極数分の磁石を周方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配列し、前記第１円板面に対して対向配置された第１永久磁石部と、
前記第２突起群の突起部と同数の極数分の磁石を周方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配列し、前記第２円板面に対して対向配置された第２永久磁石部と、
を有し、
前記第１永久磁石部と前記第２永久磁石部とは、極数が同じであり、且つ、前記同軸の軸方向から見た互いの磁極位置が周方向にずれている、
電気転てつ機。
前記第１渦電流発生体および前記第２渦電流発生体は、銅材又はアルミ材の円板でなる、
請求項１又は２に記載の電気転てつ機。
前記第１永久磁石部の磁石および前記第２永久磁石部の磁石は、希土類系磁石である、
請求項１又は２に記載の電気転てつ機。
前記磁性体円板部は、非接合状態の一体に形成された磁性体材料で構成されている、
請求項１又は２に記載の電気転てつ機。
前記磁性体材料は、ニッケル・クロム合金又は鉄・クロム合金である、
請求項５に記載の電気転てつ機。