JPH1098869A

JPH1098869A - 電磁ブレーキ装置

Info

Publication number: JPH1098869A
Application number: JP25211096A
Authority: JP
Inventors: Aki Watarai; 亜起度會
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】永久磁石使用量を減少し、ブレーキの制動力の
向上を実現できる電磁ブレーキ装置を提供する。【解決手段】永久磁石板４、５の各磁極面６、７の各中
央部に凹部６０、７０を設けると、移動導体１を貫通す
る磁束の移動方向における波形形状が非線形となって誘
導電圧の増大により渦電流が増大して制動力を増大で
き、しかも高価な永久磁石使用量も削減できることがわ
かった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニア型もしくは
ロータ型の電磁ブレーキ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁ブレーキ装置の一例を図１４
（ａ）に示す。所定方向に移動する薄肉の銅板やアルミ
板からなる移動導体１を挟んでその両側に小ギャップを
隔てて軟鉄板からなる一対のヨーク２、３が配設されて
いる。ヨーク２の移動導体１側の平坦表面には薄い永久
磁石板４が接着され、ヨーク３の移動導体１側の平坦表
面には薄い永久磁石板５が接着され、永久磁石板４、５
は着磁されている。移動導体１に面する永久磁石板４の
表面４０には、Ｎ極である第１磁極面６とＳ極である第
２磁極面７とが移動方向へ所定間隔で交互に形成されて
いる。移動導体１に面する永久磁石板５の表面５０に
は、Ｎ極である第１磁極面６とＳ極である第２磁極面７
とが移動方向へ所定間隔で交互に形成されている。永久
磁石板４の第１磁極面６は移動導体１を挟んで永久磁石
板５の第２磁極面７に対向し、永久磁石板４の第２磁極
面７は移動導体１を挟んで永久磁石板５の第１磁極面６
に対向している。

【０００３】これにより、移動導体１内には貫通磁束Φ
が形成され、移動導体１が所定速度で移動すると渦電流
効果により移動導体１に制動力が生じる。図１４（ｂ）
に移動導体１中の移動方向への磁束分布を示す。磁界密
度Ｂは移動方向において略正弦波形状、又は、それの頂
部を飽和させた略台形形状になっている。図１４（ａ）
において、永久磁石板４、５は異方性磁石材料で構成す
ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示す電磁ブレ
ーキ装置の制動力を向上するために、永久磁石板４、５
により移動導体１内に形成される磁束密度Ｂの最大値Ｂ
ｍａｘを増大することと、各磁極面６、７の移動方向長
を短縮して移動導体１の移動による磁束変化率ｄΦ／ｄ
ｔを増大すればよい。

【０００５】しかしながら、上記最大磁束密度Ｂｍａｘ
は永久磁石板４、５の厚さの増大などを必要とするが、
優れた残留磁束密度特性をもつ永久磁石は高価であるの
で、その使用量の増大は顕著なコスト増加を招く。ま
た、各磁極面６、７の移動方向長の過度の短縮は隣接す
る反対極性の磁極面の影響の増大を招いて最大磁束密度
Ｂｍａｘが低下して制動力の減少を招いてしまう。

【０００６】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、着磁部材に用いる永久磁石の使用量を増大すること
なく、制動力の増大を実現した電磁ブレーキ装置を提供
することを、その目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電磁ブレ
ーキ装置によれば、一対の着磁部材は、移動導体に面し
てそれぞれ第１磁極面及び第２磁極面を交互に有する。
第１の着磁部材の第１磁極面とそれに対向する第２の着
磁部材の第２磁極面とは、それらの間の移動導体を一方
向へ貫通する磁束を形成し、第１の着磁部材の第２磁極
面とそれに対向する第２の着磁部材の第１磁極面とは、
それらの間の移動導体を反対方向へ貫通する磁束を形成
する。

【０００８】特に、本発明では、各磁極面は、少なくと
も一つの弱磁界形成領域と、それに移動方向前後に隣接
する強磁界形成領域をもつ。弱磁界形成領域は、対面す
る移動導体に弱磁界の領域を形成し、強磁界形成領域は
弱磁界の領域の移動方向前後に隣接して移動導体中に弱
磁界の領域と同一磁界方向へ強磁界の領域を形成する。

【０００９】すなわち、各磁極面はそれぞれ、移動導体
中に、移動方向に複数の山部（強磁界の領域）とそれら
に挟まれる谷部（弱磁界の領域）とを形成する。ただ
し、同一磁極面により形成される強磁界の領域と弱磁界
の領域とは同一方向へ磁束を形成する。このようにすれ
ば、従来より格段に制動力が向上できることがわかっ
た。

【００１０】なお、永久磁石板にはその厚さ方向に磁化
容易軸をもつ異方性磁石素材を採用することが好ましい
が、等方性磁石素材を採用することも可能である。着磁
部材は軟磁性のヨークの移動導体側の表面に永久磁石板
を接着して構成する他、永久磁石板のみで構成すること
もできる。着磁部材を永久磁石板のみで構成してもよ
い。

【００１１】請求項２記載の電磁ブレーキ装置によれ
ば、磁極面に弱磁界形成領域として凹部を形成すること
により移動導体中に弱磁界の領域が形成される。このよ
うにすれば、一斉、均一に着磁磁界を印加できるので着
磁部材の磁化が簡単となり、永久磁石使用量を削減する
こともできる。請求項３記載の電磁ブレーキ装置によれ
ば、優れた制動力が得られる。

【００１２】請求項４記載の電磁ブレーキ装置によれ
ば、制動力の低減を抑止しつつ、永久磁石使用量を削減
することができる。請求項５記載の電磁ブレーキ装置に
よれば、制動力の低減を抑止しつつ、永久磁石使用量を
削減することができる。請求項６記載の電磁ブレーキ装
置によれば、両側に隣接する強磁界形成領域と反対向き
に磁化された弱磁界形成領域をこれら強磁界形成領域の
間に設けてそれぞれの磁極面を構成する。このようにす
れば、形状が簡素となる。

【００１３】

【発明を実施するための形態】本発明の好適な実施態様
を図１に基づいて説明する。この電磁ブレーキ装置は、
ロータ型電磁ブレーキであって、回転する薄肉の銅板か
らなる移動導体１を挟んでその軸方向両側に小ギャップ
を隔てて軟鉄板からなる一対のヨーク２、３が配設され
ている。ヨーク２の移動導体１側の平坦表面には薄い永
久磁石板４が接着され、ヨーク３の移動導体１側の平坦
表面には薄い永久磁石板５が接着され、永久磁石板４、
５は着磁されている。したがって、ヨーク２と永久磁石
板４、又は、ヨーク３と永久磁石板５とは、それぞれ本
発明でいう着磁部材を構成している。

【００１４】上記着磁により、移動導体１に面する永久
磁石板４の表面４０には、Ｎ極である第１磁極面６とＳ
極である第２磁極面７とが移動方向へ所定間隔で交互に
形成されている。同様に、移動導体１に面する永久磁石
板５の表面５０には、Ｎ極である第１磁極面６とＳ極で
ある第２磁極面７とが移動方向へ所定間隔で交互に形成
されている。永久磁石板４の第１磁極面６は移動導体１
を挟んで永久磁石板５の第２磁極面７に対向し、永久磁
石板４の第２磁極面７は移動導体１を挟んで永久磁石板
５の第１磁極面６に対向している。第１磁極面６の移動
方向中央部には凹部６０が形成され、第２磁極面６の移
動方向中央部には凹部７０が形成されている。

【００１５】したがって、これらの凹部６０、７０と移
動導体１との間のギャップｇは、他の部位のギャップ
ｇ’より大きくなり、更に凹部６０、７０の部分の永久
磁石板４、５の厚さは薄くなって、この部分の永久磁石
板４、５の保持力は小さくなっている。これらの理由に
より、移動導体１の凹部６０、７０に挟まれる部分１１
は、他の部分１２より弱磁界となっている。そこで、本
実施例では、各磁極面６のうち凹部６０の部分を弱磁界
形成領域６１と呼び、他の部分を強磁界形成領域６２と
呼ぶ。同様に、各磁極面７のうち凹部７０の部分を弱磁
界形成領域７１と呼び、他の部分を強磁界形成領域７２
と呼ぶ。

【００１６】このように各磁極面６０、７０の移動方向
中央部に弱磁界形成領域６１、７１を形成することによ
り、図２に示すように、凹部６０、７０に挟まれる移動
導体１の部位に弱磁界の領域１１が形成され、移動導体
１のその他の部分に強磁界の領域１２が形成される。移
動導体１中におけるその厚さ方向への磁束密度Ｂの分布
形状を図３に破線で示し、凹部６０、７０を持たない従
来の磁束密度Ｂの分布形状を図３に実線又は一点鎖線に
て示す。なお、実線は磁極面の移動方向長が大きい場合
の略台形形状の磁束密度Ｂを示し、一点鎖線は磁極面の
移動方向長が短い場合の略正弦波形状の磁束密度Ｂを示
す。すなわち、各磁極面６、７の移動方向長（周方向
長）が短い場合、任意の一個の磁極面が、対面する移動
導体１中に形成する貫通磁界は、それに隣接する反対極
性の一対の磁極面が上記貫通磁界を弱めるために略正弦
波形状となる。本実施例によれば、図３に破線で示すよ
うに、磁束密度Ｂは１個の谷部を挟んで双ピーク形状の
半波波形形状をもつ。

【００１７】試験及び解析によれば、本実施例のように
永久磁石板４、５に凹部６０、７０を設けることによ
り、言い換えれば、移動導体に磁化反転しない範囲で弱
磁界の領域１１を形成することにより、制動力を大幅に
向上できることを発見した。解析以下、上記制動力向上の原因を以下に説明する。

【００１８】移動導体１を貫通する磁束により、移動導
体１に電流（いわゆる渦電流）が流れ、渦電流損失に相
当する移動エネルギの消耗がブレーキ力として移動導体
１に作用する。電磁ブレーキの制動力Ｆｅはフレミング
の法則から、磁束密度をＢ、Ｂと導線の移動速度ｖとに
それぞれ直角な導線長をＬ、それを流れる電流をｉ、導
線抵抗をｒとすれば、Ｆ＝ＢＬｉ（数式１）であり、ｉ＝−（ｄΦ／ｄｔ）／ｒ（数式２）であり、ｄΦ／ｄｔ＝（ｄΦ／ｄθ）・（ｄθ／ｄｔ）＝（ｄΦ／ｄθ）・ｖ（数式３）であり、Ｆ＝ＢＬｖ（ｄΦ／ｄθ）（数式４）となる。すなわち、制動力ＦはＢとともに空間的な磁束
変化率（ｄΦ／ｄθ）にも比例する。

【００１９】図３に実線で示す略台形形状の磁束密度Ｂ
の分布波形１００の中央部の磁束密度を減衰させて本実
施例の双ピーク形状の磁束密度Ｂの分布波形２００を形
成することは、図３のハッチング領域だけ貫通磁束量を
減少することに相当する。けれども、図３に示すよう
に、実線で示す略台形形状の磁束密度Ｂにおけるこのハ
ッチング領域の貫通磁束は、それと直角に交差する移動
導体１中の導体部分に誘導電圧−ｄΦ／ｄｔをなんら発
生しない。すなわち、貫通磁束がそれと直角に交差する
導体部分に誘導電圧を発生するには、この貫通磁束が常
に変化している必要があり、しかもその変化速度が高速
であるほど誘導電圧は大きい。

【００２０】本実施例は、この点に着眼してなされたも
のであり、図３に実線で示す略台形形状の磁束密度Ｂの
分布波形１００（又は図３に一点鎖線で示す略正弦波形
状の磁束密度Ｂの分布波形３００）に対して、その中央
部を減衰させて磁束密度Ｂの変化を増大させたものであ
り、これはその基本周波数成分の３倍の高調波成分を増
大させることに当たる。このような磁束密度Ｂの高調波
成分は周波数が高いので大きな制動トルクを発生するこ
とが上記式から推定される。

【００２１】なお、図１において、凹部６０、７０を大
型化していくと、図３に２点鎖線４００で示すように、
ほとんど弱磁界の領域の磁束密度Ｂが０となってしまう
が、この場合には３倍の高調波成分の最大磁束密度Ｂｎ
ｍａｘ（ｎ＝３）は増大するものの、基本波成分の最大
磁束密度Ｂｍａｘ（ｎ＝１）は著しく小さくなってしま
い、全体としての制動トルクが減少してしまうことがわ
かった。

【００２２】更に、この凹部に反対極性の永久磁石を埋
め込めば、この永久磁石が反対極性の磁極面となり、図
３に磁界分布５００で示すように各磁極面６０、７０の
移動方向長が１／３の従来の凹部なしの磁極配列方式に
なってしまう。しかし、このようにすると、上述したよ
うに隣接磁極面の磁界相殺効果によりその最大磁束密度
Ｂｍａｘ（ｎ＝３）が減少してしまい、制動トルクが却
って減少してしまう。

【００２３】そこで、種々の実験、解析の結果、各磁極
面６、７の移動方向長は、隣接する反対極性の磁極面に
よる最大磁束密度Ｂｍａｘの低減が少なくとも２０％未
満、更に好ましくは１０％未満となるように設定するこ
とが好ましく、凹部６０、７０による弱磁界の領域１１
の形成は、それによる両側の強磁界の領域の最大磁束密
度の低下が２０％未満、好ましくは１０％未満とするこ
とが好ましいことがわかった。更に、この凹部６０、７
０の形成による弱磁界の領域の最低磁束密度はできるだ
け小さいほうがよいが、この弱磁界の領域の谷の部分の
磁束密度が反対の極性に反転してもまだ両側の強磁界の
領域の最大磁束密度の低下が２０％未満あるいは１０％
未満であるということは、各磁極面６、７の移動方向長
が長すぎるのであって、この場合には、弱磁界の領域の
磁束密度を反転させるよりも各磁極面６、７の移動方向
長を短縮して基本周波数を向上させて制動トルクの向上
を図ったほうがよいことがわかった。

【００２４】実験及び解析によれば、隣接する反対極性
の磁極面による最大磁束密度Ｂｍａｘの低減は１０％未
満とし、凹部６０、７０の形成による弱磁界の領域の形
成は、それによる両側の強磁界の領域の最大磁束密度の
低下が１０％未満となる範囲で行い、この凹部６０、７
０の形成による弱磁界の領域の最低磁束密度はその両側
の強磁界の領域の最大磁束密度の５０％以上とすること
が、好適であった。

【００２５】更に言えば、上記強磁界の領域の最大磁束
密度Ｂｍａｘの低下が２０％未満又は１０％未満で（こ
の最大磁束密度Ｂｍａｘの低下により制動トルクの減少
が少ない範囲で）、常に磁束密度Ｂを移動方向（回転方
向）に変化させることが重要である。また、凹部６０、
７０は各磁極面６、７毎に１個設けることが最も好適で
あって、これら凹部６０、７０は各磁極面６、７毎に複
数設けるよりは各磁極面６、７の移動方向長を短縮する
ほうがより好ましい。しかし、凹部６０、７０を多数設
けることは永久磁石使用量削減の点で好適であり、この
観点から複数の凹部６０、７０を各磁極面６、７にそれ
ぞれ配置することは好ましく、この場合でも従来の略台
形波形状の磁束密度Ｂの波形よりは制動トルクが向上す
ることは当然である。

【００２６】試験結果例を図４〜図９を参照して説明す
る。（試験１）図１４に示す従来品の貫通磁束密度Ｂの分布
波形を図４に示し、そのブレーキ力（制動トルク）とブ
レーキ性能（磁石使用量当たりブレーキ力）とをそれぞ
れ１とする。

【００２７】試験条件は、ヨーク２、３は軟鉄で厚さは
２ｍｍ、永久磁石板４、５の素材はＮｄＦｅＢ系プラス
チック磁石、残留磁束密度は０．８Ｔ、厚さは２ｍｍと
した。各磁極面６、７の占有角は６０度、移動導体１の
厚さは７ｍｍ、永久磁石板（凹部でない部分）の磁極面
と移動導体との間のギャップは１ｍｍ、移動導体１の角
速度ωは１６．６ｒｐｓとした。

【００２８】図５に図１に示す実施例１品の貫通磁束密
度Ｂの分布波形を示し、そのブレーキ力（制動トルク）
とブレーキ性能（磁石使用量当たりブレーキ力）の相対
値を示す。なお、この実施例１品は、上記図４の従来品
において、凹部６０、７０を形成したものである。凹部
６０、７０の深さは１ｍｍ、その占有角は２０度とし
た。なお、実施例１品では、凹部６０、７０の形成によ
る永久磁石使用量の削減によりブレーキ性能すなわち費
用／効果比は一層改善される。（試験２）次に、図１の凹部６０、７０と同じ大きさの
凹部８を、図６に示すように互いに隣接する各磁極面
６、７の境界部分にも設けた場合の貫通磁束密度Ｂの分
布波形を図７に示し、そのブレーキ力（制動トルク）と
ブレーキ性能（磁石使用量当たりブレーキ力）の相対値
を示す。図７に示すこの実施例２品は、上記実施例１品
よりも制動トルクは劣るものの、永久磁石使用量の削減
によりブレーキ性能は更に向上することがわかった。（試験３）次に、図１の凹部６０、７０を、図８に示す
ように各磁極面６、７にそれぞれ２個配置し、それらの
両側の合計３つの強磁界形成領域６２、７２を同じ長さ
で形成した。その貫通磁束密度Ｂの分布波形を図９に示
し、そのブレーキ力（制動トルク）とブレーキ性能（磁
石使用量当たりブレーキ力）の相対値を示す。なお、図
８に示すこの実施例３品は、上記実施例１品よりも制動
トルクは劣るものの、永久磁石使用量の削減によりブレ
ーキ性能は更に向上することがわかった。（試験４）次に、図４の従来品と同じ条件で、ただヨー
ク２、３を省略した条件で試験を実施した。図１０に、
この場合の従来品（ヨーク無し品）の貫通磁束密度Ｂの
分布波形を示し、そのブレーキ力（制動トルク）とブレ
ーキ性能（磁石使用量当たりブレーキ力）とをそれぞれ
１とする。

【００２９】また、図５の実施例１品と同じ条件で、た
だヨーク２、３を省略した条件で試験を実施した。図１
１に、その貫通磁束密度Ｂの分布波形を図９に示し、そ
のブレーキ力（制動トルク）とブレーキ性能（磁石使用
量当たりブレーキ力）の相対値を示す。図１１に示すこ
の実施例４品は、図１０の従来品よりも制動トルク及び
ブレーキ性能が格段に向上することがわかった。（変形態様）なお、永久磁石板４、５中の弱磁界形成領
域は、凹部を形成するのではなく、図１２に示すように
狭幅の反対極性領域６５、７５を形成することによって
も構成できる。すなわち、このような狭幅の反対極性領
域６５、７５が移動導体１中に形成する貫通磁界は両側
に隣接する強磁界形成領域６２、７２のそれにより打ち
消されて反転してしまい、隣接する強磁界の領域と同方
向の弱磁界の領域となる。

【００３０】また、凹部６０の形状は、例えば図１３
（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）のような形状でも
よく、これらの場合でも上記説明した図１の凹部６０と
同様の磁界変調効果が得られることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の電磁ブレーキ装置の模式部分断面図
である。

【図２】図１の電磁ブレーキ装置の磁束分布図である。

【図３】図２の装置の移動導体を貫通する磁界の分布波
形図である。

【図４】図１４に示す従来の電磁ブレーキ装置の貫通磁
界の実測分布波形図である。

【図５】図１に示す実施例１品の装置における貫通磁界
の実測分布波形図である。

【図６】実施例２品の電磁ブレーキ装置の磁束分布図で
ある。

【図７】図２の装置の移動導体を貫通する磁界の分布波
形図である。

【図８】実施例３品の電磁ブレーキ装置の磁束分布図で
ある。

【図９】図８の装置の移動導体を貫通する磁界の分布波
形図である。

【図１０】ヨークが無い場合の従来の電磁ブレーキ装置
における貫通磁界の実測分布波形図である。

【図１１】ヨークが無い実施例４品の電磁ブレーキ装置
の磁界の分布波形図である。

【図１２】変形態様品の電磁ブレーキ装置の磁束分布図
である。

【図１３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ永久磁石
板４の凹部６１の変形態様例を示す側面図である。

【図１４】（ａ）は従来の電磁ブレーキの磁束分布図で
あり、（ｂ）はその貫通磁界の分布波形図である。

【符号の説明】

１は移動導体、２、３はヨーク（着磁部材）、４、５は
永久磁石板（着磁部材）、６、７は磁極面、６０、７０
は凹部、６１、７１は弱磁界形成領域、６２、７２は強
磁界形成領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の移動方向へ移動可能に配設される薄
肉の移動導体と、前記移動導体を移動可能に挟んで配設
されるとともに第１磁極面及び第２磁極面が前記移動導
体の主面に面して前記移動方向へ交互に形成される一対
の着磁部材とを備え、前記両着磁部材の一方の第１磁極
面は前記両着磁部材の他方の第２磁極面に前記移動導体
を挟んで対向して前記移動導体内にその厚さ方向一方側
へ磁束を貫通させ、前記両着磁部材の他方の第１磁極面
は前記両着磁部材の一方の第２磁極面に前記移動導体を
挟んで対向して前記移動導体内にその厚さ方向他方側へ
磁束を貫通させる電磁ブレーキ装置において、前記各磁極面は、前記移動導体の所定部位に弱磁界の領
域を形成する少なくとも一つの弱磁界形成領域と、前記
弱磁界の領域の移動方向前後に隣接して前記移動導体中
に前記弱磁界の領域と同一磁界方向へ強磁界の領域を形
成する強磁界形成領域とを備えることを特徴とする電磁
ブレーキ装置。
【請求項２】請求項１記載の電磁ブレーキ装置におい
て、前記弱磁界形成領域は、前記磁極面に形成された凹部か
らなることを特徴とする電磁ブレーキ装置。
【請求項３】請求項２記載の電磁ブレーキ装置におい
て、前記各磁極面は、移動方向中央部に凹部を一個もつこと
を特徴とする電磁ブレーキ装置。
【請求項４】請求項３記載の電磁ブレーキ装置におい
て、前記各磁極面の間の境界部に凹部を有することを特徴と
する電磁ブレーキ装置。
【請求項５】請求項２記載の電磁ブレーキ装置におい
て、前記各磁極面は、前記凹部を二個もつことを特徴とする
電磁ブレーキ装置。
【請求項６】請求項１記載の電磁ブレーキ装置におい
て、前記磁極面は、移動方向に隣接する磁極面の強磁界形成
領域よりも移動方向に短小かつ同極性に形成されること
を特徴とする電磁ブレーキ装置。