JPH0614523A - 渦電流ブレーキ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 旋盤、研磨機等の工作機械の回転軸の減速・
停止に使用する、非接触で回転軸の制動を可能にし、所
望の制動力を維持するとともに制動力を所要範囲内で調
整する渦電流ブレーキの提供。 【構成】 円盤状金属板６の両主面周縁部に偏平リング
状銅板６２ａ，６２ｂを配置し、この周縁部を挟み一対
の矩形状希土類系永久磁石７１ａ，７１ｂを異磁極対向
して、コ字型ヨーク７２の内周面に固着した永久磁石式
磁気回路７を金属板６の主面と平行に径方向に移動可能
に配置して、磁極面に対向する銅板６２ａ，６２ｂの対
向面積を変化させ、同面に発生する渦電流を調整可能に
し、円盤状金属板６への制動力を制御する。 【効果】 所望の制動力を安定して維持でき、かつ所要
範囲内で調整可能で、非接触のため騒音の発生や磨耗に
よる粉塵の発生を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、旋盤、研磨機等の工
作機械をはじめ各種の回転軸に対して制動力を作用さ
せ、該回転軸の停止・作動を円滑に行うために配置され
る渦電流ブレーキの改良に係り、特に、回転軸に固定さ
れる円盤状金属板に渦電流を発生させるための磁束の発
生源として磁気特性に優れた希土類系永久磁石等を効果
的に配置した永久磁石式磁気回路を用いた渦電流ブレー
キに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、旋盤、研磨機等の工作機械に
おいて、その回転軸の減速・停止に際しては、ディスク
ブレーキ等が使用されていた。いずれのブレーキも工作
機械の回転軸や回転軸に固定される鋳鉄や鋳鋼からなる
円盤状金属板に石綿やアスベスト等からなるブレーキ材
を直接接触させて、その摩擦力にて制動する構成が採用
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の如きブレーキ構
成では、ブレーキ材は使用の都度、回転している回転軸
や回転軸に固定される円盤状金属板に接触することとな
り、磨耗による制動力の低下が著しく、所望の制動力を
維持するためには、石綿やアスベスト等からなるブレー
キ材を頻繁に交換する必要があった。

【０００４】この発明は、上記の問題点を解決し、非接
触による回転軸の制動を可能とし、所望の制動力を維持
することができるとともに、その制動力を所要範囲内で
調整可能とする渦電流ブレーキの提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、非接触によ
る回転軸の制動を可能とする構成として、磁極間に金属
板を移動させることによって、該金属板に発生するトル
クを制動力として使用する所謂渦電流ブレーキを効果的
に用いることを検討し、金属板に渦電流を発生させるた
めの磁束の発生源として永久磁石式磁気回路を用い、し
かも、その永久磁石式磁気回路を所定方向に移動するこ
とによって金属板への制動力が調整可能になることを知
見し、この発明を完成したのである。

【０００６】すなわち、この発明は、回転する円盤状金
属板の少なくとも一方主面に空隙を形成して永久磁石の
磁極面を対向する永久磁石式磁気回路を、金属板主面と
該磁極面との相対的な対向面積を変化可能に金属板主面
と平行方向に移動可能に配置した構成からなり、該金属
板主面と磁極面との相対的な対向面積に応じて金属板に
発生する渦電流を金属板への制動力となしたことを特徴
とする渦電流ブレーキである。

【０００７】この発明において円盤状金属板は、前記の
如く永久磁石式磁気回路にて発生する磁束の作用によつ
て渦電流を発生する構成であれば、その材質等も任意に
選定することが可能であり、特に渦電流を容易に発生す
るためには電気伝導性が良い材料が好ましいが、渦電流
発生による発熱に起因する変形等をも考慮して、その材
質、形状寸法等を決定することが望まれる。

【０００８】この発明において円盤状金属板としては、
通常、銅板、アルミニウム板、またはこれらの合金板等
の単板の採用が考えられるが、渦電流発生による発熱に
起因する変形等を考慮すると、後述する実施例に示すよ
うに比較的変形の少ない円盤状炭素鋼等を基板としその
少なくとも一方主面の所要位置にのみ偏平リング状の銅
板、アルミニウム板等を固着した複合板構成とすること
が望ましい。また、要求される制動力や機械的強度等の
観点からＮｉ−Ｃｒ合金板、Ｆｅ−Ｃｒ合金板等の単板
を採用することも望ましい構成である。

【０００９】永久磁石式磁気回路の主たる構成部材であ
る永久磁石は、公知のいずれの材料を採用することも可
能であるが、磁気特性に優れる希土類・コバルト系磁
石、希土類・鉄・朋素系磁石等の希土類系磁石が望まし
く、特に希土類・鉄・朋素系磁石を使用した場合に、こ
の発明の効果を有効に発現できる。また、これらの磁石
配置については後述する実施例によって詳細に説明す
る。

【００１０】

【作用】この発明による渦電流ブレーキの作用を図１か
ら図７に示す一実施例に基づき説明する。なお、図１
は、この発明による渦電流ブレーキを工作機械に配置し
た場合の模式図であり、図２および図３は、渦電流ブレ
ーキを構成する円盤状金属板と永久磁石式磁気回路との
位置関係を説明する部分詳細説明図である。図４および
図５は、この発明による渦電流ブレーキを構成する永久
磁石式磁気回路の他の形態を示す説明図である。図６
は、永久磁石式磁気回路を円盤状金属板に対して所定方
向に移動する装置構成を示す模式図である。図７は、こ
の発明による渦電流ブレーキと、従来から使用されてい
るディスクブレーキを併用した構成を示す部分説明図で
ある。図１において１はモータであり、その回転は回転
軸２の先端部に位置する軸受３を介してプーリー４に伝
達され、さらにベルト５を介して工作機械のスピンドル
（図示せず）に伝達される。６は、回転軸２に固着し、
回転軸２と同期回転する円盤状金属板である。７は円盤
状金属板６に渦電流を発生させる磁束を発生する永久磁
石式磁気回路であり、図中矢印Ｘ方向に移動可能に配置
されている。８は、回転軸２に固着し、円盤状金属板６
と同様に回転軸２と同期回転する冷却用ファンである。

【００１１】図２および図３に円盤状金属板６と永久磁
石式磁気回路７の詳細を示している。すなわち、円盤状
金属板６は、円盤状炭素鋼等からなるの基板６１と、そ
の両主面周縁部に位置して固着する偏平リング状銅板６
２ａ，６２ｂからなる複合板の構成を採用している。一
方永久磁石式磁気回路７は、一対の矩形状希土類系永久
磁石７１ａ，７１ｂを、該永久磁石７１ａ，７１ｂ間に
配置する円盤状金属板６の回転を阻害しないような空間
を形成し、かつ互いに異磁極を対向して、コ字型ヨーク
７２の内周面に固着する構成からなる。

【００１２】このような構成において、円盤状金属板６
が回転軸２（図１参照）に同期して回転すると、永久磁
石式磁気回路７の永久磁石７１ａ、７１ｂ間に形成され
ている図中矢印イにて示すような磁束の作用によって、
偏平リング状銅板６２ａ，６２ｂの各々永久磁石７１
ａ，７１ｂの磁極面に対向する面に渦電流が発生し、円
盤状金属板６の回転を制動することとなる。すなわち、
円盤状金属板６と接続する回転軸２の回転、しいては工
作機械のスピンドルの回転を制動することとなる。

【００１３】上記永久磁石式磁気回路７を後述する移動
装置（図６の図中９参照）等により、図中矢印Ｘ方向、
すなわち、円盤状金属板６の主面と平行方向に移動さ
せ、金属板６主面に配置する偏平リング状銅板６２ａ，
６２ｂと永久磁石７１ａ，７１ｂの磁極面との相対的な
対向面積を変化させると、偏平リング状銅板６２ａ，６
２ｂに作用する磁束量が変化することとなり、該金属板
６への制動力も変化する。従って、通常の工作機械使用
時（回転軸２の回転時）には、永久磁石式磁気回路７を
円盤状金属板６から遠避け、リング状銅板６２ａ，６２
ｂと永久磁石７１ａ，７１ｂの磁極面との相対的な対向
面積を零としておくことによって、円盤状金属板６に制
動力が作用しないようにしておく。

【００１４】また、回転軸２を停止する場合にはモータ
１（図１参照）の作動スイッチをＯＦＦにした後、永久
磁石式磁気回路７を円盤状金属板６に近付け、偏平リン
グ状銅板６２ａ，６２ｂと永久磁石７１ａ，７１ｂの磁
極面との相対的な対向面積を最大にすることによって、
円盤状金属板６に制動力を作用させ短時間での停止を可
能とする。

【００１５】以上の渦電流ブレーキでは、永久磁石式磁
気回路７として一対の矩形状希土類系永久磁石７１ａ、
７１ｂをコ字型ヨーク７２の内周面に固着する構成を説
明したが、要求される制動力や、使用する永久磁石の磁
気特性、永久磁石式磁気回路７の設置スペース等に応じ
て種々の構成が採用できる。例えば、図２および図３の
構成においても、永久磁石７１ａ，７１ｂの形状を偏平
リング状銅板６２ａ，６２ｂの形状に対応させて弓形と
して渦電流発生の効率を高めたり、また、コ字型ヨーク
７２の内周面に固着する永久磁石を７１ａ，７１ｂのう
ち一方のみとすることも可能である。

【００１６】図４は、円盤状金属板６の一方主面にのみ
に永久磁石を配置する永久磁石式磁気回路７を示す説明
図であり、矩形板状ヨーク７２の円盤状金属板６への対
向面側に一対の矩形板状永久磁石７１ａ，７１ｃを、異
磁極を隣接するように配置し、円盤状金属板６に図中矢
印ロにて示す磁束を作用させる構成からなる。このよう
な永久磁石式磁気回路７を使用する場合には、図示の如
く円盤状金属板６に配置するリング状銅板６２ａも永久
磁石との対向面側だけで目的とする制動力が得られる。

【００１７】図５は、図２および図３と図４の構成を組
み合せた構成からなる永久磁石式磁気回路７を示す説明
図であり、コ字型ヨーク７２の内周面に４つの永久磁石
７１ａ、７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを固着している。この
構成では、円盤状金属板６を介して対向する永久磁石７
１ａと７１ｂ間および７１ｃと７１ｄ間に図中矢印イに
て示す磁束を作用させ、また隣接する永久磁石７１ａと
７１ｃ間および７１ｂと７１ｄ間に図中矢印ロにて示す
磁束を作用させ、円盤状金属板６への制動を効率よく実
現することが可能となる。すなわち、円盤状金属板６
は、１つの永久磁石式磁気回路７によって、円盤状金属
板６を垂直方向に貫通する磁束（図中矢印イにて示す磁
束）と円盤状金属板６の主面に平行方向に流れる磁束
（図中矢印ロにて示す磁束）の作用を同時に受け、これ
らの相乗効果により効率よく渦電流を発生することとな
る。

【００１８】これらの永久磁石式磁気回路７は、必要に
応じて複数個配置することも可能であるが、必要以上に
その数量を増すことは、この発明の特徴とする効果を阻
害することとなる。すなわち、この発明の渦電流ブレー
キにおいては、円盤状金属板６の渦電流発生部分が永久
磁石式磁気回路７が配置されている部分に限られること
から、渦電流発生によって円盤状金属板６（リング状銅
板）が加熱されても、永久磁石式磁気回路７が配置され
ていない箇所ではその熱を方散することができ、円盤状
金属板６の変形を防止できるとともに、永久磁石の温度
上昇による磁気特性の低下をも防止することができる。

【００１９】図１における冷却ファン８の配置は、これ
ら円盤状金属板６および永久磁石式磁気回路７に配置さ
れる永久磁石の温度上昇を低減する上で効果的である。
また、図示しないが永久磁石の円盤状金属板６への対向
面側に磁極片を配置することも磁束の均一化とともに、
円盤状金属板６の発熱による永久磁石への悪影響を低減
する上で効果がある。さらに、必要に応じて、円盤状金
属板６の所要位置にフィンを取り付けたり、円盤状金属
板６または永久磁石式磁気回路７の所要位置に空気を吹
きつける等、種々の発熱対策手段を採用することで、こ
の発明の渦電流ブレーキの効果を一層向上することがで
きる。

【００２０】図６は、前述した如く永久磁石式磁気回路
７を図中矢印Ｘ方向に移動させ、円盤状金属板６の主面
と永久磁石の磁極面との相対的な対向面積を変化させる
ことによって、円盤状金属板６への制動力を調整する移
動装置９の一実施例を示すもので、永久磁石式磁気回路
７に接続する連結棒９１と空気シリンダー９２から構成
されている。すなわち、空気シリンダー９２の軸９３を
図中矢印Ｙ方向に作動するによって連結棒９１を介して
永久磁石式磁気回路７を図中矢印Ｘ方向に移動させる構
成からなる。通常の使用では、永久磁石式磁気回路７を
円盤状金属板６から遠避け、円盤状金属板６に完全に制
動力が作用しないようにしておくか、永久磁石式磁気回
路７を円盤状金属板６に近付け円盤状金属板６に最大の
制動力を作用させるかの所謂ＯＮ−ＯＦＦ機構のみで使
用することから、図６に示すような装置でなく、簡単な
構成からなるカムやクラッチ機構の採用でもこの発明の
目的を達成することが可能である。

【００２１】図７は、この発明の渦電流ブレーキと従来
から使用されているディスクブレーキとを併用した構成
を示すものである。すなわち、円盤状金属板６を円盤状
炭素鋼等の基板６１と、その周縁部に配置する偏平リン
グ状の銅板６２ａ，６２ｂから構成し、さらに該偏平リ
ング状の銅板６２ａ，６２ｂに対向配置する一対の永久
磁石７１ａ，７１ｂを有する永久磁石式磁気回路７を配
置して渦電流ブレーキを構成する。また該永久磁石式磁
気回路７との対向位置に空気シリンダー等にて一対のブ
レーキ材（パット）１１ａ，１１ｂが円盤状金属板６の
基板６１に接触する構成からなるパットシステム１０を
配置してディスクブレーキを構成する。特に、ブレーキ
材（パット）１１ａ，１１ｂは、図示のごとく偏平リン
グ状の銅板６２ａ，６２ｂに接触することのないよう配
置することが望ましい。すなわち、偏平リング状の銅板
６２ａ，６２ｂの磨滅を防止するだけでなく、銅板６２
ａ，６２ｂの摩擦による発熱が渦電流による発熱と相乗
して高温度になり、変形等を招きやすいからである。こ
の構成では、円盤状金属板６が高速で回転しているとき
は渦電流ブレーキにて制動し、低速になった時点でディ
スクブレーキを作動させることによって、高速時に制動
力が大きいという渦電流ブレーキの特徴を有効に活用
し、しかもディスクブレーキの使用時間を短縮し、効率
よく円盤状金属板６を減速・停止することが可能とな
る。これら渦電流ブレーキとディスクブレーキとを同時
に作用させても同様な効果を得ることができる。

【００２２】上記実施例では、この発明の渦電流ブレー
キとディスクブレーキを併用した構成を示したが、工作
機械の構成等に応じて、他の公知の機械的ブレーキとの
併用においても同様な効果を得ることができる。また、
いままでの説明においては、工作機械のスピンドルとモ
ータの回転軸との連結をベルトを用いた構成にて示した
が、これら工作機械のスピンドルとモータの回転軸とが
ベルト以外の伝動部材（歯車等）を用いて連結される構
成の他、直結する構成等公知の工作機械に採用されてい
る何れの構成においても、この発明の渦電流ブレーキの
有する特徴を有効に活用することが可能である。

【００２３】

【実施例】図１に示すこの発明の渦電流ブレーキの効果
を以下に示す実施例によって説明する。なお永久磁石式
磁気回路７としては図５の構成を採用した。永久磁石７
１としては、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ＝３５Ｍ
ＧＯｅで幅２０ｍｍ×長さ２５ｍｍ×厚さ１０ｍｍの希
土類・鉄・朋素系永久磁石を用い、それぞれ下記の円盤
状金属板６の主面と磁極面との対向距離を３ｍｍに設定
した。円盤状金属板６は、厚さ１２ｍｍ×外径３９０ｍ
ｍの円盤状炭素鋼からなる基板６１の両主面に該円盤状
炭素鋼と同心状に厚さ１ｍｍ×内径３０４ｍｍ×外径３
９０ｍｍの偏平リング状銅板６２ａ、６２ｂを配置して
構成した。モータ１の作動スイッチをＯＦＦにした瞬間
の回転軸２の回転数は３６００ｒｐｍであり、上記永久
磁石式磁気回路７を移動させ永久磁石７１と偏平リング
状銅板６２ａ，６２ｂとの対向面積を最大にしたとこ
ろ、渦電流ブレーキのみで２．５分後に回転軸２は完全
に停止した。また、回転軸２の停止後偏平リング状銅板
６２ａ，６２ｂの表面温度を測定したところ、最も発熱
している部分で１５０°Ｃ程度までであり、この渦電流
ブレーキが熱放散性に優れていることが確認できた。冷
却ファン８を配置しない場合でも上記偏平リング状銅板
６２ａ，６２ｂの表面温度は３５０°Ｃ程度までであ
り、円盤状金属板６の変形等をそれほど考慮することな
く、効率よく渦電流による制動が可能であることを確認
した。

【００２４】なお、この発明の渦電流ブレーキを使用す
ることなく回転軸２の自然停止時間を測定したところ、
完全に停止するまでに１０分以上を要した。

【００２５】

【発明の効果】この発明による渦電流ブレーキは、上記
に説明したように非接触による回転軸の制動を可能と
し、所望の制動力を安定して維持することができるとと
もに、その制動力を所要範囲内で調整可能とすることが
できる。特に、非接触であることは、騒音の発生や磨耗
による粉塵の発生を防ぐことができ、一つの工場内に複
数の工作機械を設置する場合に有効である。また、渦電
流を発生するために永久磁石式磁気回路を使用すること
から、制動力の調整に該磁気回路の移動装置を必要とす
るが、全体として構造が簡単でありランニングコストが
非常に安価となる。さらに、永久磁石式磁気回路が円盤
状金属板の一部に配置されるだけであることから、円盤
状金属板の発生する渦電流による発熱も、効率よく放散
することができ、円盤状金属板の変形による故障や、永
久磁石の磁気特性の低下等を招く危険性が極めて低い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による渦電流ブレーキを工作機械に配
置した場合の模式図である。

【図２】渦電流ブレーキを構成する円盤状金属板と永久
磁石式磁気回路との位置関係を説明する部分詳細説明図
である。

【図３】渦電流ブレーキを構成する円盤状金属板と永久
磁石式磁気回路との位置関係を説明する部分詳細説明図
である。

【図４】この発明による渦電流ブレーキを構成する永久
磁石式磁気回路の他の形態を示す説明図である。

【図５】この発明による渦電流ブレーキを構成する永久
磁石式磁気回路の他の形態を示す説明図である。

【図６】永久磁石式磁気回路を円盤状金属板に対して所
定方向に移動する装置構成を示す模式図である。

【図７】この発明による渦電流ブレーキと、従来から使
用されているディスクブレーキを併用した構成を示す部
分説明図である。

【符号の説明】 １ モータ ２ 回転軸 ３ 軸受 ４ プーリー ５ ベルト ６ 円盤状金属板 ７ 永久磁石式磁気回路 ８ 冷却用ファン ９ 移動装置 １０ パットシステム １１ａ，１１ｂ ブレーキ材 ６１ 基板 ６２ａ，６２ｂ 偏平リング状銅板 ７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 永久磁石 ７２ コ字型ヨーク ９１ 連結棒 ９２ 空気シリンダー ９３ 軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する円盤状金属板の少なくとも一方
   主面に空隙を形成して永久磁石の磁極面を対向する永久
   磁石式磁気回路を、金属板主面と該磁極面との相対的な
   対向面積を変化可能に金属板主面と平行方向に移動可能
   に配置した構成からなり、該金属板主面と磁極面との相
   対的な対向面積に応じて金属板に発生する渦電流を金属
   板への制動力となしたことを特徴とする渦電流ブレー
   キ。