JPH0979294A - 無励磁作動型電磁ブレーキ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、永久磁石のみならず励磁コイルも
小形にすることで、全体として小型化することのできる
無励磁作動型電磁ブレーキを提供することを目的とす
る。 【解決手段】 永久磁石１８は、ヨーク７の底部７ａ又
はアーマチュア組立体２より小さい幅を有して、ヨーク
７の底部７ａ又アーマチュア組立体２の円周方向に亘っ
て取り付けられたリング形状とすると共に、その半径方
向の厚さを薄肉厚にして相互に異なる極性に着磁され、
ヨーク７の底部７ａ又はアーマチュア組立体２には、永
久磁石１８より小さい磁気抵抗とされて励磁コイル１０
により発生する磁束を通過させるバイパス回路を、永久
磁石１８に連続するように形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石の無励磁
作動型電磁ブレーキに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の無励磁作動型電磁ブレーキを
図５（ａ）及び図５（ｂ）に基づいて説明する。図５
（ａ）において、１は無励磁作動型電磁ブレーキであっ
て、アーマチュア組立体２、マグネット組立体３を主要
部として構成されている。アーマチュア組立体２は、ス
プラインハブ４とスプライン４ａを介して回転軸５にし
てその軸線方向に移動可能に嵌着されていると共に、ス
プラインハブ４ａとこのアーマチュア組立体１との間に
配置されたばねプレート６によりマグネット組立体３か
ら離間する方向に付勢されている。また、スプラインハ
ブ４は回転軸５に固定されて、この回転軸５と一体に回
転する。

【０００３】一方、マグネット組立体３は、磁性体製で
アウタポールＰｏと、インナポールＰｉと、これらを連
結する底部７ａとを有する断面２重円筒状のヨーク７
と、インナポールＰｉから半径外方向に向かって延びる
（アウタポールＰｏ側に延びる）フランジ部７ｂと底部
７ａとで挟持された比較的に大形の永久磁石８と、イン
ナーポールＰｉのフランジ部７ｂとヨーク７の開口側に
圧入されたフェーシング９との環状空間に配置された励
磁コイル１０とを備え、この永久磁石８によりヨーク７
に沿って発生する磁束φｍによってアーマチュア組立体
２が、ばねプレート６のばね力に抗してスプラインハブ
４のスプライン４ａに沿ってマグネット組立体３側に移
動され、マグネット組立体３に吸着されてフェーシング
９に摩擦接触している。また、マグネット組立体３は、
ヨーク７の底部７ａに取り付けられたフランジ１１を介
して固定体１２に固定されており、回転軸５の回転トル
クにはスプラインハブ４、アーマチュア組立体２、マグ
ネット組立体３等を介してブレーキ作用が加えられる。

【０００４】そして、リード線１３を介してマグネット
組立体３の励磁コイル１０に通電して励磁すると、図５
（ｂ）に示すように、永久磁石８による磁束φｍとは方
向が反対の磁束φｃが生じて磁束φｍを打ち消し、ばね
プレート６のばね力でアーマチュア組立体２はマグネッ
ト組立体３から離間する方向へ移動されてアーマチュア
ギャップＧａを生じ、回転軸５に及ぼしていたブレーキ
作用が解除される。

【０００５】また、無励磁作用型電磁ブレーキ１の、図
５（ａ）に示す、アーマチュア組立体２がマグネット組
立体３に摩擦接触している状態と、図５（ｂ）に示す、
アーマチュア組立体２がマグネット組立体３にギャップ
Ｇａを有して離間している状態における等価回路は、そ
れぞれ図６（ａ）と図６（ｂ）に示され、図６（ｂ）に
おいてＥｍとＥｃはそれぞれ（Ｅｃ１＋Ｅｃ２）に等し
く、永久磁石８の起磁力と励磁コイル１０の起磁力であ
り、φｍ、φｍｌはそれぞれ、永久磁石８の磁束の有効
成分と漏れ分であり、Ｒｇａ１、Ｒｇａ２はアーマチュ
ア組立体２とヨーク７間のアーマチュアギャップＧａの
抵抗であり、Ｒｇｙはヨーク７のフランジ部７ｂとアウ
タポートＰｏ間のヨークギャップＧｙの抵抗である。

【０００６】従来技術の無励磁作動型電磁ブレーキで
は、図５（ａ）に示すように、アーマチュア組立体２と
マクネット組立体３との接触部において、永久磁石８に
よる磁気回路と励磁コイル１０による電磁石の磁気回路
とを共通にして磁束を形成するため、フランジ部７ｂと
アウタポールＰｏ間にヨークギャップＧｙを設けた磁気
回路φｎが不可欠である。しかしながら、この磁気回路
は、無励磁状態において、図６（ａ）に示すように永久
磁石２の磁束φｍのほぼ半分の磁束φｍｌを外部に漏ら
してしまう結果となり、アーマチュアギャップＧａに必
要な磁束を供給するためには、図５（ｂ）に示されるよ
うに、かなり大形の永久磁石８を使用する必要があり、
そのため小型化とコスト低減に対する支障となってい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するために、無励磁作動型電磁ブレーキとしては、特願
平５−３４９４６３号に記載されたものがある。この種
の無励磁作動型電磁コイルは、図７に示すように、環状
の永久磁石１８を、ヨーク７の固定体１２側（アーマチ
ュア組立体２と対向する側と反対側）の端部においてア
ウタポールＰｏとインナポールＰｉを回転軸の軸線方向
に直交する方向に連結する底部７ａのぼほ中間におい
て、その肉厚方向がアーマチュアギャップＧａの幅方向
と直交するように、すなわち、環状永久磁石１８の内・
外周面に互いに反対となる極性を着磁して、この底部７
ａの幅に亘って埋め込んだものである。

【０００８】このように、特願平５−３４９４６３号記
載の無励磁作動型電磁コイルでは、ヨーク７の底部７ａ
に埋め込まれる永久磁石１８の内外周面に互いに異なる
極性を着磁することで、上記従来技術の無励磁作動型電
磁ブレーキの永久磁石８に比して、小さい永久磁石１８
で吸引力を発生して、無励磁作動型電磁ブレーキの小型
化を達成せんとするものである。しかしながら、この無
励磁作動型電磁ブレーキ（特願平５−３４９４６３号記
載）では、永久磁石１８がヨーク７の底部７ａに亘っ
て、励磁コイル１０の磁気回路を遮断する状態で埋め込
んであるので、この永久磁石１８が大きな磁気抵抗Ｒａ
となって、励磁コイル１０の励磁時に生じる磁束φｃが
通過しづらくなる。この結果、励磁コイル１０を励磁し
て生じる磁束φｃで、永久磁石１８の磁束φｍを打ち消
して、アーマチュア組立体２をばねプレート６のばね力
でマグネット組立体２から離間してブレーキ作用を解除
するために、永久磁石１８（磁気抵抗Ｒａ）中を励磁コ
イル１０による磁束φｃを通過させる必要があるが、上
述の如く、励磁コイル１０の磁気回路中に永久磁石１８
の磁気抵抗が存在すると、励磁コイル１０を大形にして
起磁力を強力にする必要があり、結局は、無励磁作動型
電磁ブレーキが大型化するという問題があった。この場
合において、環状永久磁石１８の内外径の差を極力小さ
なものとして、すなわち極端に肉厚を薄いものとして永
久磁石１８の磁気抵抗Ｒａを低減することが考えられる
が、永久磁石１８の肉厚を薄くすることにも限度があ
る。

【０００９】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、永久磁石のみならず励磁コイルも小
形にすることで、全体として小型化することのできる無
励磁作動型電磁ブレーキを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の無励磁作動型電磁ブレーキでは、請求項１
においては、アウターポールとインナーポールとで回転
軸の軸線方向に並行して延びる環状空間が形成された中
空円筒体状のヨークと、前記ヨークの環状空間内に収納
される励磁コイルとを有するマグネット組立体と、前記
マグネット組立体の前記ヨークの開口端側に対向して前
記回転軸の軸線方向に移動可能にされ、前記回転軸と一
体に回動されるアーマチュア組立体と、前記マグネット
組立体のヨーク、又はアーマチュア組立体に取り付けら
れた永久磁石と、前記アーマチュア組立体を前記マグネ
ット組立体に対して離間する方向に付勢する解放手段と
を備え、前記励磁コイルが励磁されない状態では、前記
アーマチュア組立体は前記永久磁石の磁束により前記解
放手段に抗して前記マグネット組立体に吸着されて制動
され、前記励磁コイルが励磁されると当該励磁コイルに
より前記永久磁石の磁束を打ち消す磁束が発生し、前記
解放手段によりアーマチュア組立体を前記マグネット組
立体から解放して、所定のギャップが形成される無励磁
作動型電磁ブレーキにおいて、前記永久磁石は、前記ヨ
ークの底部又は前記アーマチュア組立体より小さい幅を
有して、当該ヨークの底部又は前記アーマチュア組立体
の円周方向に亘って取り付けられたリング形状とすると
共に、その半径方向の厚さを薄肉厚にして相互に異なる
極性に着磁され、前記ヨークの底部又は前記アーマチュ
ア組立体には、前記永久磁石より小さい磁気抵抗とされ
て前記励磁コイルの励磁により発生する磁束を通過させ
るバイパス回路を、前記永久磁石に連続するように形成
した特徴とするものである。これにより、永久磁石を半
径方向に薄肉にして相互に異なる極性に着磁すること
で、永久磁石の表面積を有効に活用することができた
め、極めて小さい永久磁石で効率的で大きな吸引力を発
生させることが可能となる。また、バイパス回路を形成
することで、励磁コイルの励磁により発生する磁束を磁
気抵抗の大きい永久磁石を通過させる必要がなくなるの
で、励磁コイルを大形にして起磁力を強力にする必要に
なくなる。この結果、永久磁石のみならず、励磁コイル
も小形化することが可能となるので、無励磁作動型ブレ
ーキの小型化を図ることが可能となる。

【００１１】請求項２においては、請求項１のものに、
前記バイパス回路は、前記永久磁石の厚さより小さいギ
ャップ、又は非磁性材で構成されており、前記永久磁石
から前記回転軸の軸線方向で前記ヨークの底部又は前記
アーマチュア組立体を横断するように、その円周方向に
亘って形成されていることを特徴とするものである。こ
れにより、バイパス回路が容易な構造で形成でき、ま
た、ヨーク又はアーマチュア組立体の円周方向に亘って
励磁コイルの励磁により発生する磁束を通過させること
が可能となるので、励磁コイルの小形化を促進すること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る無励磁作動型電磁ブレーキについて、図面を参照して
説明する。図１（ａ）は本発明の無励磁作動型電磁ブレ
ーキの横断面図、図１（ｂ）は本発明の無励磁作動型電
磁ブレーキの要部拡大図、図２は本発明の無励磁作動型
電磁ブレーキの側面図、図３（ａ）及び（ｄ）は本発明
の実施の形態における無励磁作動型ブレーキの作動を説
明するための横断面図である。尚、本発明の実施の形態
の図１及び図２において、従来技術の図４及び図６と同
一の符号は同一の構成を示すので、その説明を省略す
る。

【００１３】図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２におい
て、環状永久磁石１８は、ヨーク７のアウターポールＰ
ｏとインナポールＰｉとを連結して、回転軸５の軸線方
向に直交する底部７ａに配置されている。環状永久磁石
１８は、その軸線方向の幅が底部７ｃの幅より小さい幅
にされて、回転軸５の半径方向であって底部７ａの中央
部であってフランジ１１端部側に組み込まれている。こ
れにより、ヨーク７の底部７ａは、フランジ１１側から
励磁コイル１０側に向かう回転軸５の軸線方向に環状永
久磁石１８の存在する磁石区域Ａと、永久磁石１８の存
在しないヨーク区域Ｂとが連続する構造にされている。
また、環状永久磁石１８は、薄肉厚Ｌ2 （外内径との厚
さが薄いもの）にされており、内・外周面が相互に異な
る極性に着磁（例えば、外周面をＮ極、内周面をＳ極に
着磁する。）されている。そして、ヨーク７の底部７ａ
の磁石区域Ａに隣接するヨーク区域Ｂには、励磁コイル
１０の励磁時に発生される磁束φｃを通過可能とし、永
久磁石１８からの磁束φｍの通過を低減するバイパス回
路２５が設けられている。このバイパス回路２５は、励
磁コイル１０が収納されている空間と環状永久磁石１８
の両極性間（外周面と内周面との間）とに連通するバイ
パスギャップＧｂであって、環状永久磁石１８と同心に
周方向に亘って形成されている。また、バイパスギャッ
プＧｂの幅Ｌは、永久磁石１８からこのバイパスギャッ
プＧｂを通過して永久磁石１８に戻る磁束φｍａと、励
磁コイル１０に通電した際にヨーク７、アーマチュア組
立体２に沿って発生する磁束φｃとの関係により決定さ
れ、通常は永久磁石１８の厚さ（永久磁石１８の内外周
の厚さ）より小さい値にされている。

【００１４】すなわち、本発明の実施の形態における無
励磁作動型ブレーキでは、励磁コイル１０を通電して励
磁する際にヨーク７−アーマチュア組立体３に沿って発
生する磁束φｃを、磁気抵抗Ｒａの大きい永久磁石１８
を通過させることなく、ヨーク区域Ｂに形成された磁気
抵抗Ｒｂに小さいバイパスギャップＧｂを通過させるこ
とで、永久磁石１８とともに励磁コイル１０を小形にす
るもので、以下、磁気ギャップＧｂの磁気抵抗Ｒｂと永
久磁石１８の磁気抵抗Ｒａを比較すると、まず、バイパ
スギャップＧｂの磁気抵抗Ｒｂは、 Ｒｂ＝Ｌ1 ／（ε1 ×Ｓ1 ）・・・・・・・・・・・・・・・・（１） となる。但し、Ｌ1 はバイパスギャップＧｂの幅、ε1
は空気の透磁率、Ｓ1 はバイパスギャップＧｂの円周表
面積である。また、永久磁石１８の磁気抵抗Ｒａは、 Ｒａ＝Ｌ2 ／（ε2 ×Ｓ2 ）・・・・・・・・・・・・・・・・（２） となる。但し、Ｌ2 は永久磁石１８の厚さ、ε2 は永久
磁石１８の透磁率、Ｓ2は永久磁石１８の円周表面積で
ある。上記式（１）と式（２）から、バイパスギャップ
Ｇｂの磁気抵抗Ｒｂを減少するためには、バイパスギャ
ップＧｂの幅Ｌ１を永久磁石１８の厚さＬ２より小さい
値にすることにより達成できる。これにより、励磁コイ
ル１０を通電して励磁した際にヨーク７−アーマチュア
組立体２に沿って発生する磁束φｃが、磁気抵抗Ｒａの
大きい永久磁石１８を通過することなく、比較的に磁気
抵抗Ｒｂの小さいバイパスギャップＧｂを通過させるよ
うにできるので、励磁コイル１０の磁気回路中に永久磁
石１８の磁気抵抗が存在すると、励磁コイル１０を大形
にして起磁力を強力にする必要がなくなり、小形化が可
能となる。

【００１５】本発明の無励磁作動型電磁ブレーキは、以
上のように構成されるが、次に、この無励磁作動型電磁
ブレーキの作動について、図３（ａ）及び図３（ｂ）に
基づいて説明する。

【００１６】（１）無励磁作動型電磁ブレーキは、励磁
コイル１０に通電されていない時には、図１（ａ）及び
図１（ｂ）に示すように、永久磁石１８によりヨーク７
−アーマチュア組立体２に沿って発生する磁束φｍによ
る磁気吸引力でアーマチュア組立体２が、板ばね６のば
ね力に抗してスプラインハブ４のスプライン４ａに沿っ
てマクネット組立体３側に移動され、マグネット組立体
３に吸着されてフェーシング９に摩擦接触して、一定の
制動トルクを発生する。このとき、永久磁石１８により
磁発生する磁束の一部の磁束φｍａがバイパスギャップ
Ｇｂを通過するが、ヨーク７−アーマチュア組立体２に
沿って発生する磁束φｍで磁気吸引力が発生するので、
アーマチュア組立体２をマクネット組立体３のフェーシ
ング９に摩擦接触させて、一定の制動トルクによりブレ
ーキを作用させることができる。

【００１７】（２）また、ブレーキ作用を解放すべく、
励磁コイル１０を通電して励磁すると、図３（ａ）及び
図３（ｂ）に示すように、永久磁石１８の磁束φｍと逆
方向の磁束φｃがヨーク７−アーマチュア組立体２に沿
って発生する。このとき、励磁コイル１０の励磁により
発生した磁束φｃは、磁気抵抗Ｒａの大きい永久磁石１
８の磁石区域Ａを通過することなく、ヨーク区域Ｂから
バイパスギャップＧｂを通過する磁気回路Ｂが形成され
る。そして、アーマチュア組立体２とマクネット組立体
３とが摩擦接触する部分、すなわち、ヨーク７の各ポー
トＰｏ、Ｐｉとアーマチュア組立体２とで形成されるア
ーマチュアギャップＧａ部分に発生する、相互に逆方向
となる永久磁石１８の磁束φｍと、励磁コイル１０の励
磁による磁束φｃとがバランスしたところで相殺される
ので、アーマチュア組立体２が受ける磁気吸引力も消滅
して、板ばね６のばね力でアーマチュア組立体２はマグ
ネット組立体３から離間する方向へ移動されてアーマチ
ュアギャップＧａを生じ、ブレーキトルクはゼロとな
り、ブレーキ作用が解放される。

【００１８】尚、本発明の実施の形態における無励磁作
動型ブレーキにおいて、バイパス回路２５をバイパスギ
ャップＧｂとするものを示したが、これに限定されるの
でなく、バイパスギャップＧｂにリング形状の非磁性体
（例えば、銅ブレーシング等）を圧入して構成したもの
であっても、同様な効果を得ることができる。また、本
発明の実施の形態における無励磁作動型ブレーキを、図
４（ａ）に示すように、この永久磁石１８を、垂直部１
７の中央部の励磁コイル１０側端部に組み込んで、回転
軸５の軸線方向であって励磁コイル１０側からフランジ
１１側に向かう方向に永久磁石１８の存在する磁石区域
Ａと、永久磁石１８の存在しないヨーク区域Ｂを有する
構造としたものであってもよく、同様な効果を有するこ
とができる。更に、本発明の実施の形態における無励磁
作動型ブレーキにおいては、永久磁石１８と、バイパス
回路２５をヨーク７の底部７ｂに取り付け、形成したも
のを示したが、これに限定されるのでなく、図４（ｂ）
に示すように、アーマチュア組立体２のアーマチュア２
Ａに取り付け、形成したものでも、同様な効果を得るこ
とができる。すなわち、図４（ｂ）において、永久磁石
１８を板ばね６側から所定厚だけアーマチュア２Ａ取り
付けて、磁石区域Ａとアーマチュア区域Ｃとすると共
に、バイパスギャップＧｂをアーマチュアギャップＧａ
と永久磁石１８の両極性間（外周面と内周面との間）と
に連通するように形成したものである。

【００１９】

【発明の効果】このように本発明の無励磁作動型電磁ブ
レーキによれば、請求項１においては、永久磁石を半径
方向に薄肉にして相互に異なる極性に着磁することで、
永久磁石の表面積を有効に活用することができため、極
めて小さい永久磁石で効率的で大きな吸引力を発生させ
ることが可能となる。また、バイパス回路を形成するこ
とで、励磁コイルの励磁により発生する磁束を磁気抵抗
の大きい永久磁石を通過させる必要がなくなるので、励
磁コイルを大形にして起磁力を強力にする必要になくな
る。この結果、永久磁石のみならず、励磁コイルも小形
化することが可能となるので、無励磁作動型ブレーキの
小型化を図ることが可能となる。

【００２０】請求項２においては、バイパス回路が容易
な構造で形成でき、また、ヨーク又はアーマチュア組立
体の円周方向に亘って励磁コイルの励磁により発生する
磁束を通過させることが可能となるので、励磁コイルの
小形化を促進することができる。この結果、無励磁作動
型ブレーキの小型化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無励磁作動型電磁ブレーキの構成を示
す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は要部拡大図
である。

【図２】本発明の無励磁作動型電磁ブレーキの側面図で
ある。

【図３】本発明の実施の形態における無励磁作動型ブレ
ーキの作動を説明するための図であって、（ａ）は励磁
状態における横断面図、（ｂ）は励磁状態における要部
拡大図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態におけ
る無励磁作動型ブレーキの変形例を示す横断面図であ
る。

【図５】従来技術における無励磁作動型ブレーキの構成
を示す図であって、（ａ）は無励磁状態における横断面
図、（ｂ）は励磁状態における横断面図である。

【図６】従来技術における無励磁作動型ブレーキの等価
回路を示す図であって、（ａ）は無励磁状態における回
路図、（ｂ）は励磁状態における回路図である。

【図７】従来技術における他の無励磁作動型ブレーキの
構造を示す横断面図である。

【符号の説明】

２ アーマチュア組立体 ３ マグネット組立体 ５ 回転軸 ７ ヨーク ７ａ 底部 １０ 励磁コイル ２５ バイパス回路 Ｇａ アーマチュアギャップ Ｇｂ バイパスギャップ（隙間）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アウターポールとインナーポールとで回
   転軸の軸線方向に並行して延びる環状空間が形成された
   有底の中空円筒体状のヨークと、前記ヨークの環状空間
   内に収納される励磁コイルとを有するマグネット組立体
   と、 前記マグネット組立体の前記ヨークの開口端側に対向し
   て前記回転軸の軸線方向に移動可能にされ、前記回転軸
   と一体に回動されるアーマチュア組立体と、 前記マグネット組立体のヨーク、又はアーマチュア組立
   体に取り付けられた永久磁石と、 前記アーマチュア組立体を前記マグネット組立体に対し
   て離間する方向に付勢する解放手段とを備え、 前記励磁コイルが励磁されない状態では、前記アーマチ
   ュア組立体は前記永久磁石の磁束により前記解放手段に
   抗して前記マグネット組立体に吸着されて制動され、前
   記励磁コイルが励磁されると当該励磁コイルにより前記
   永久磁石の磁束を打ち消す磁束が発生し、前記解放手段
   によりアーマチュア組立体を前記マグネット組立体から
   解放して、所定のギャップが形成される無励磁作動型電
   磁ブレーキにおいて、 前記永久磁石は、前記ヨークの底部又は前記アーマチュ
   ア組立体より小さい幅を有して、当該ヨークの底部又は
   前記アーマチュア組立体の円周方向に亘って取り付けら
   れたリング形状とすると共に、その半径方向の厚さを薄
   肉厚にして相互に異なる極性に着磁され、 前記ヨークの底部又は前記アーマチュア組立体には、前
   記永久磁石より小さい磁気抵抗とされて前記励磁コイル
   の励磁により発生する磁束を通過させるバイパス回路
   を、前記永久磁石に連続するように形成した特徴とする
   無励磁作動型ブレーキ。
2. 【請求項２】 前記バイパス回路は、 前記永久磁石の厚さより小さいギャップ、又は非磁性材
   で構成されており、 前記永久磁石から前記回転軸の軸線方向で前記ヨークの
   底部又は前記アーマチュア組立体を横断するように、そ
   の円周方向に亘って形成されていることを特徴とする請
   求項１記載の無励磁作動型ブレーキ。