(57)【要約】  レール長手方向に複数の磁極２を有し、常時は磁極２とレール４との間に所定の間隔を設けて設置されたブレーキ電磁石１において、緊急時の非常ブレーキ動作時にはコイル３に通電することにより、複数の隣接する磁極２の極性を同極にし、かつ全体として交互の極に電磁力を発生させることで磁極２とレール４を接近させた後、隣接する各磁極２を異極に変え、渦電流の発生を制御することで、制動装置の動作指令からブレーキ力発生までの時間が短く、乗客へのショックの小さい制動を得る。
2017158971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、
前記制動部は、制動開始時には、隣接する複数の前記磁極の極性が同極に設定された複数の磁極束で構成され、隣接する前記磁極束が互いに異なる極に設定され、その後、隣接する前記磁極の極性が互いに異なる極に設定されることを特徴とする移動体の制動装置。
【請求項２】
レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、
前記制動部は、前記複数の隣接する磁極に巻かれた前記コイルの半数に通電し、その後、全ての前記磁極に通電して隣接する前記各磁極を異なる極に変えることを特徴とする移動体の制動装置。
【請求項３】
前記制動部は、前記移動体の制動を開始した時から、予め設定した時間後に隣接する前記磁極の極性を異なる極に変えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体の制動装置。
【請求項４】
前記制動部の前記磁極は、制動動作前と制動動作中のレールと磁極の間隔を変える手段、および前記レールに接近したことを検知する検知部を備え、前記検知部からの信号に基づき隣接する前記各磁極を異なる極に変えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体の制動装置。
【請求項５】
前記制動部の制動動作中の前記磁極は、前記レールとの間の間隔を調整する調整部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか1項に記載の移動体の制動装置。
【請求項６】
前記制動部の前記磁極は、レールに接近する面にブレーキパッドを備え、前記レールに接近したときに、前記ブレーキパッドを接触させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか1項に記載の移動体の制動装置。
【請求項７】
磁極の向きが変わらないコイル群と、磁極の向きが反転するコイル群を直列に接続し、前記磁極の向きが反転するコイル群の両端に回路切替機を接続し、前記回路切替機の接点を切り替えることにより前記磁極の向きが反転するコイル群の磁極の向きを変更したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項８】
磁極の向きが変わらないコイル群と、極極の向きが反転するコイル群を並列に接続し、前記磁極の向きが反転するコイル群の両端に回路切替機を接続し、前記回路切替機の接点を切り替えることにより前記磁極の向きが反転するコイル群の極極の向きを変更したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項９】
半導体のスイッチング素子のフルブリッジ回路中に磁極の向きが反転するコイル群を接続し、前記フルブリッジ回路に直列に磁極の向きが変わらないコイル群を接続し、前記スイッチング素子の動作により前記磁極の向きが反転するコイル群の磁極の向きを切り替えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項１０】
半導体のスイッチング素子のフルブリッジ回路中に磁極の向きが反転するコイル群を接続し、前記フルブリッジ回路に並列に磁極の向きが変わらないコイル群を接続し、前記スイッチング素子の動作により前記磁極の向きが反転するコイル群の磁極の向きを切り替えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項１１】
１個のモジュールに６個の半導体のスイッチング素子が入った前記モジュールを使用し、磁極の向きが変わらないコイル群はハーフブリッジ、磁極の向きが反転するコイル群はフルブリッジに接続したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等の移動体に配置された電磁石とレール間の渦電流力で制動する移動体の制動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の移動体の制動装置として、特許文献１には、車両下部に固定され、レール頭部の上方位置に、レール幅方向に対抗配置されるとともに、レールの長手方向に沿って直列配置された複数の電磁石において、コイルに流れる直流電流の極性を切り替えることで、レールと電磁石間に吸引力を発生する脱線防止モードと、レールに渦電流を流してブレーキ力を得るモードを切り替える装置が開示されている。また、特許文献２には、非常ブレーキ動作時に電磁石をレール方向に移動して接触させ、摩擦力と渦電流ブレーキ力を併用して、ブレーキ力を増加し省電力化を図るレールブレーキが開示されている。また、特許文献３には、列車の速度を検出して、速度の変化に応じてディスクまたはレール等の移動部材に磁界を印加して制動を制御する制御装置が開示されている。また、特許文献４には、電磁石とレールとの間隔を変える機構を備え、電磁石とレールとの間の吸引力によって、列車の転覆を防止する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９９１７０号公報（段落００２２、図４）
【特許文献２】特開平４−２０７９１４号公報（第３頁右上欄第３行目〜第１８行目、第２図）
【特許文献３】特開昭６０−１６７６０２号公報（第４頁左上欄第５行目〜第１１行目、第２図）
【特許文献４】特開２０１２−２０１１７９号公報（段落００４５、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような移動体の制動装置にあっては、対抗配置したＳＮ極間の距離は、コイル極性切り替え時でも変わらず小さいため、Ｓ極とＮ極間に磁束が漏れ、レールと電磁石間に強い磁力が得られないという問題があった。また、制動装置の動作時に、乗客へのショックが大きいという問題があった。【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、制動装置の動作指令からブレーキ力発生までの時間を短縮し、漏れ磁束のない強い磁力が得られ、乗客へのショックの小さい制動が得られる移動体の制動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる移動体の制動装置は、レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、前記制動部は、制動開始時には、隣接する複数の前記磁極の極性が同極に設定された複数の磁極束で構成され、隣接する前記磁極束が互いに異なる極に設定され、その後、隣接する前記磁極の極性が互いに異なる極に設定されることを特徴とする。
また、レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、前記制動部は、前記複数の隣接する磁極に巻かれた前記コイルの半数に通電し、その後、全ての前記磁極に通電して隣接する前記各磁極を異なる極に変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、渦電流の発生を制御することで、制動装置の動作指令からブレーキ力発生までの時間が短く、乗客へのショックの小さい制動を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る電磁ブレーキ装置を搭載した鉄道車両の制動動作を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置のブレーキ電磁石を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置の動作を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置の動作を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置のブレーキ力の時間変化を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２による電磁ブレーキ装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３による電磁ブレーキ装置の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４による電磁ブレーキ装置の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５による電磁ブレーキ装置の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態６による電磁ブレーキ装置の構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態７による電磁ブレーキ装置の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態８による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態９による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態１０による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態１１による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態１２による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る電磁ブレーキ装置を搭載した鉄道車両の制動動作を説明する図である。鉄道車両など移動体の位置、速度などの各種センサ４１からの情報に基づき、運転士がブレーキ操作を実施したり、電磁ブレーキ装置４２の判断により自動でブレーキ動作させる場合もある。
【００１０】
電磁ブレーキ装置４２では、駅に停止する場合などの通常時は、モータ回生ブレーキ動作指令４３によりモータの回生ブレーキ機能を動作させたり、車輪ブレーキ動作指令４４により車輪の摩擦ブレーキなどを用いてレールと車輪の間の摩擦力で所定の減速を行い、車両を停止させる。
【００１１】
地震発生時や車両前方に障害物があった場合は、電磁ブレーキ装置４２は、可能な限り短時間で車両を停止させようとする。しかし、レールと車輪との間の摩擦力は、レールと車輪との間に水や油などが付着した場合、低下することが知られており、上限がある。この摩擦力を超える制動力を与えると、レールと車輪の間に滑りが生じてしまう。このような場合に、レールと車輪の摩擦力に拠らない電磁ブレーキも同時に動作させることで、停止までの時間を短縮することができる。なお、電磁ブレーキの使用は緊急時のみに限らず、常用ブレーキとして使うこともでき、この場合は、車輪の摩擦ブレーキの小型化などが図れる。
【００１２】
電磁ブレーキの動作としては、電磁ブレーキ装置４２からの電磁ブレーキ動作指令４５に基づき、電磁ブレーキ動作指令４５を受けた電磁ブレーキ動作回路４６が動作し、電磁ブレーキ電磁石４７のコイルに電流が流れることで、電磁ブレーキとして動作する。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置１００の構成を示す断面図であり、図３は、電磁ブレーキ装置１００のブレーキ電磁石１とレール４との状態を示す斜視図である。通常の列車や電車では、レールが１列のモノレールとは異なり、進行方向に２列のレールを有するが、図では片側部のみを示している。なお、構成要素は進行方向に対して左右対称であり、片側のみの番号を記した。
【００１４】
図２に示すように、移動体の制動装置である電磁ブレーキ装置１００は、磁極２とコイル３とからなるブレーキ電磁石１、冶具５、外枠６、およびバネ７で構成されている。図３に示すように、制動部であるブレーキ電磁石１の磁極２およびコイル３は、レール４の長手方向に沿って１列に並べられている。磁極２は直線状の部材から櫛状に突出している。本実施の形態１では、磁極２およびコイル３の数はそれぞれ８個の場合を示すが、８個以外でもよいことは言うまでもない。櫛状の磁極２の材質は磁性材であればよく、鉄や磁性ステンレスの塊から削り出したり、削り出すのではなく、横の直線部材と８個の縦の直線部材とを組合せて構成してもよい。また、珪素鋼板やメッキ鋼板などの薄板を積層して構成すると、磁場を発生する際の時間応答を速くできるメリットがある。なお、本実施の形態１では、磁極の幅は２０ｍｍから５０ｍｍ程度としており、磁極間を渡るブレーキ電磁石上部の厚さは、各磁極の厚さと同等で２０ｍｍから５０ｍｍ程度としている。
【００１５】
電磁ブレーキ装置１００は、外枠６が、レール４の上に乗せられた二つの車輪１１の軸間に連結されている台車枠１２に、スペーサ１３を挟んでネジ１５で固定されている。電磁ブレーキ装置１００とレール４との間の距離は、台車枠１２と外枠６の間のスペーサ１３の厚みを変更し、外枠６の高さ方向の位置を移動させることにより、調節できるようにしている。
【００１６】
電磁ブレーキ装置１００の外枠６はＣ字型に形成されており、外枠６の中にはそれぞれ８個の磁極２とコイル３からなる櫛型のブレーキ電磁石１が配置されている。ブレーキ電磁石１の両端には冶具５が固定されており、冶具５と外枠６の間に隙間を開けることで、冶具５およびブレーキ電磁石１は外枠６の中を鉛直方向上下に移動可能としている。冶具５は、中にバネ７が挿入されており、バネ７は外枠６から冶具５およびブレーキ電磁石１を鉛直上方向に付勢する。バネ７の力は、ブレーキ電磁石１と冶具５のレール方向に働く重力よりも大きく設定されている。バネ７の代わりに、固定用の小型電磁石、空圧、油圧などで位置を固定してもよい。また、冶具５は、磁極２の端部から外枠６の下面、横面を経由して上部の磁極への磁気経路を切るために、ステンレス等の非磁性材で構成したり、部分的に非磁性材とすることが望ましい。また、本実施の形態１では冶具５の上面よりもブレーキ電磁石１の上面を下げて、外枠６の上面を経由してブレーキ電磁石１の磁極へ戻る磁気経路の影響を緩和している。
【００１７】
通常時でブレーキ電磁石のコイルに通電しない場合、ブレーキ電磁石１はこのブレーキ電磁石１とレール４との間に隙間がある状態で、バネ７の力により外枠６内の上位置に固定されている。この場合の隙間は、レール４上に石などの異物が入り込んだ場合や、レールの継目の段差などを考慮し、５ｍｍから２０ｍｍ程度に設定される。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置１００の動作について、図を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置１００の動作を示す断面図である。図４においては、電磁ブレーキ装置１００とレール４の状態を拡大して示し、磁極から出る磁束の向きを矢印で示した。
【００１９】
電磁ブレーキ装置１００は、緊急時に非常ブレーキとして動作させるが、まず最初に、図４（ａ）に示すように、通常時のブレーキ電磁石１がバネ７の力により外枠６内の上位置にある状態で、ブレーキ電磁石１の磁極２の極性が、図面に向かって左からＳＳＮＮＳＳＮＮとなる向きにコイル３に通電すると、レール４へ向かう磁束Ａが増加し、レール４とブレーキ電磁石１の間の電磁力（吸引力）が増加する。ここで、隣接する複数の前記磁極の極性が同極に設定された複数の磁極を、磁極束と称する。また、電磁ブレーキ装置１００は、例えば直流バッテリ電源（図示せず）によりコイル３に通電することで動作する。通常、レール４は鉄などの磁性材で構成されるため、レール４とブレーキ電磁石１の磁極２を経由する磁束が発生し、レール４とブレーキ電磁石１の間に電磁力（吸引力）が発生する。なお、ここでは、ブレーキ電磁石１の磁極２の極性が、図面に向かって左からＳＳＮＮＳＳＮＮとなる向きにコイル３に通電したが、図面に向かって左からＮＮＳＳＮＮＳＳとなる向きにコイル３に通電しても同様の動作を得ることができる。
【００２０】
一方、ブレーキ電磁石１の磁極２の極性が、最初から、図５に示すように、図面に向かって左からＳＮＳＮＳＮＳＮと交互の向きになるようにコイル３に通電すると、磁極２の下面とレール４の間隔が大きいため、ある磁極からレール４方向にでるはずの磁束が、隣の磁極に磁束が移り（図５の磁束Ｂ）、レール４への磁束が大きくできず、効果的に吸引力を発生させることができない。
【００２１】
続いて、レール４へ向かう磁束Ａが増加し、ブレーキ電磁石１とレール４の間の電磁力（吸引力）が、バネ７の力とブレーキ電磁石等の重力の差よりも大きくなると、ブレーキ電磁石１はバネの力に抗してレール４方向に移動する。このような通電方向とすることで、コイル３への通電開始からブレーキ電磁石１がレール４の方向に移動を開始するまでの時間が短くなる。
【００２２】
次いで、ブレーキ電磁石１の磁極２とレール４の間隔が小さくなると、さらに大きな磁気力が発生し、ブレーキ電磁石１はレール４にさらに近づく。ブレーキ電磁石１がレール４方向に移動し、外枠６の下面方向にあるＣ型端部の折返し部６ａと冶具５が接触することで、図４（ｂ）に示すように、ブレーキ電磁石１の移動は停止する。このように、外枠６の折返し部６ａにより冶具５が停止することで、ブレーキ電磁石１がレール４に接触することを防止する。また、ブレーキ電磁石１がレール４と接触しないため、非常ブレーキ動作時にレール４の損傷が防止でき、また、レール４の継目の段差の影響やポイントの切替部の段差がある場合でも、変動の少ないブレーキ力を発生することができる。なお、外枠６の高さ位置は、車輪１１の点検時にレールを削って直径が変わった場合などに調整することが望ましく、この場合のレール４と磁極２の距離は１ｍｍから５ｍｍ程度が望ましい。
【００２３】
続いて、ブレーキ電磁石１がレール４に近づくと、Ｓ極とＮ極の切り替わり部でレール４に渦電流が流れ、これがブレーキ力を発生する。この状態では、Ｓ極とＮ極の切り替わり部は３箇所であり、第１段の弱いブレーキ力が発生する。
【００２４】
次いで、コイル３への通電を開始した時から、予め設定した時間後にコイル３の極性を変更し、図４（ｃ）に示すように、ブレーキ電磁石１の磁極２の極性が、図面に向かって左からＳＮＳＮＳＮＳＮと交互の向きになるようにコイル３に通電する。この際、レール４と磁極２の距離は、磁極間の距離よりも短いため、磁極２から出た磁束は有効にレール４に到達する。この状態では、Ｓ極とＮ極の切り替わり部は7箇所であり、第２段の渦電流ブレーキとしてのブレーキ力が増加する。
【００２５】
なお、本実施例では、磁極とレールの間隔が、制動動作の前より制動動作中に近づく場合を示したが、磁極とレールの間隔が固定の場合は、第１段の弱いブレーキ力を発生させた後、磁極の切替により第２段の強いブレーキ力に切り替えることもできる。
【００２６】
図６は、本発明の実施の形態１による電磁ブレーキ装置１００のブレーキ力の時間変化を示す図である。ブレーキ力の大きさは、車両の減速加速度と等価である。従来のＳ極とＮ極が向かい合ったブレーキ力の時間変化Ｙでは、ブレーキ動作の指令からＴ２の時間経過後に強いブレーキ力がかかり、この際、乗客は大きな減速ショックを感じる。本実施の形態１のブレーキ力の時間変化Ｘでは、ブレーキ動作の指令からＴ１（Ｔ１＜Ｔ２）の時間経過後に弱いブレーキ力がかかり、この際、乗客は小さな減速ショックを感じる。乗客が小さな減速度に順応した後、Ｔ３において強いブレーキ力が発生するが、この際のブレーキ力の増加は、従来のブレーキ力の場合と比べて小さいため、乗客の感じるブレーキ動作によるショックは、全体として小さくなる。Ｔ１からＴ３までの時間は、例えば１秒から３０秒程度に、任意に設定できる。すなわち、動作開始から第１段のブレーキ力を発生するまでの時間が短いブレーキが得られるとともに、その後、第１段のブレーキ力よりも大きい第２段のブレーキ力を発生させるので、ブレーキ動作による乗客へのショックが軽減される。
【００２７】
なお、本実施の形態１では、非常動作開始時の磁極の向きを、図面に向かって左からＳＳＮＮＳＳＮＮとしたが、例えば、８個の磁極の極性をＳＳＳＳＮＮＮＮと通電することもできる。この場合も、ブレーキ電磁石１がレール方向に移動した後、弱い渦電流ブレーキ力が作用する。次に、磁極の極性をＳＮＳＮＳＮＳＮに変更すれば、第２段の強いブレーキ力が得られ、乗客へのショックが軽減される。
【００２８】
また、非常動作開始時の磁極の極性を、図面に向かって左からＳＳＳＳＮＮＮＮと通電した場合の他の通電方法として、ブレーキ電磁石１がレール方向に移動した後、磁極の極性をＳＳＮＮＳＳＮＮとすると、第１段より強いブレーキ力が得られる。さらに、その後、磁極の極性をＳＮＳＮＳＮＳＮに変更すれば、第３段の強いブレーキ力が得られ、乗客へのショックがさらに軽減される。
【００２９】
以上のように、本発明における実施の形態１による電磁ブレーキ装置１００は、レール長手方向に複数の磁極２を並設し、走行時は磁極２とレール４との間に所定の間隔を設けて設置されたブレーキ電磁石１において、緊急時の非常ブレーキ動作時にはコイル３に通電することにより、複数の隣接する磁極２の極性を同極に、かつ全体として交互の極に電磁力を発生させることで磁極２とレール４を接近させた後、隣接する各磁極２の極性を異極に変えることで渦電流の数を増加させるようにした。この様な構成にすることにより、非常ブレーキの動作の初期には、レールと磁極間に所定の間隔があり、Ｓ極とＮ極間の平均距離を大きくすることで、レールへの吸引力を大きくでき、効果的にレール方向に移動できるだけでなく、非常ブレーキ動作までの時間を短縮できる。その後、レールと磁極間が接近した状態で、隣接する極を異極に切替ることで、隣接磁極間の漏れ磁束がなく、異なる磁極個所に渦電流の数を増加させてブレーキ力を増加させることができる。これにより、非常ブレーキの動作指令からブレーキ力発生までの時間が短く、さらに、ブレーキ力を分散して増加させることができるため、乗客へのショックの小さい非常ブレーキが得られる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１では、ブレーキ電磁石１のすべてのコイルに通電する場合について示したが、実施の形態２では、第１段では通電するコイル数を少なくしたした場合について示す。
【００３１】
図７は、本発明の実施の形態２による電磁ブレーキ装置１０１の構成を示す断面図である。図７に示すように、第１段では図面に向かって左から１番目の磁極をＳ極、２番目は通電無し、３番目をＮ極、４番目を通電無しとし、４から８極は１から４極と同じ通電としている。電磁ブレーキ装置１０１のその他の構成については、実施の形態１の電磁ブレーキ装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
【００３２】
通電するコイルの数は、実施の形態１の場合の半分の４個であるので、同じ直流バッテリ電源を使用すると、１個のコイルに流す電流を２倍に増加させることができる。これにより、ブレーキ電磁石１とレール４の間の電磁力（吸引力）が増加し、ブレーキ電磁石１がレールに近づく時間を短縮できる。ブレーキ電磁石１がレール４に近づくと、磁束を発生している磁極の数は４個であり、３箇所の渦電流による弱いブレーキ力が得られる。第２段として、コイル３への通電を開始した時から、予め設定した時間後にコイル３の極性を変更し、磁極の極性を図面に向かって左からＳＮＳＮＳＮＳＮに変更することで、７箇所の渦電流による強いブレーキ力となる。これらにより、第１段のブレーキ力を発生するまでの時間が短く、その後、第１段のブレーキ力よりも大きい第２段のブレーキ力を発生させるので、ブレーキ動作による乗客へのショックが軽減されるブレーキ電磁石が得られる。
【００３３】
以上のように、本発明における実施の形態２による電磁ブレーキ装置１０１は、レール長手方向に複数の磁極２を並設し、常時は磁極２とレール４との間に所定の間隔を設けて設置されたブレーキ電磁石１において、緊急時の非常ブレーキ動作時には半分の磁極２のコイル３に通電することにより、磁極２間の間隔を開けて交互の極に電磁力を発生させることで磁極２とレール４を接近させた後、隣接する全部の磁極２の極性を異極に変えることで渦電流の数を増加させるようにした。この様な構成にすることで、実施の形態１での効果を得るだけでなく、第１段でコイルに流す電流を増加させることで、ブレーキ電磁石とレールの間の吸引力が増加し、非常ブレーキ動作までの時間をさらに短縮できる。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態１では、コイルへの通電を開始した時から、予め設定した時間後にコイルの極性を変更する場合について示したが、実施の形態３では、検知部としてのスイッチを設けてスイッチの信号によりコイルの極性を変更する場合について示す。
【００３５】
図８は、本発明の実施の形態３による電磁ブレーキ装置１０２の構成を示す断面図である。図８（ａ）は、コイルの極性を変更する前の状態であり、図８（ｂ）は、変更した後の状態である。図８に示すように、電磁ブレーキ装置１０２の外枠６には、ブレーキ電磁石１がレール４方向に移動し、外枠６の下面方向にあるＣ型端部の折返し部６ａと冶具５が接触する場所に、コイルの極性を変更するためのスイッチ８が設けられている。スイッチ８の信号によりコイル３の極性を変更する時間を判定してもよい。電磁ブレーキ装置１０２のその他の構成については、実施の形態１の電磁ブレーキ装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
図８（ａ）は、電磁ブレーキ装置１０２において、ブレーキ電磁石１が移動する前の状態で、磁極の向きを図面に向かって左からＳＳＮＮＳＳＮＮとしている。ブレーキ電磁石１がレール４方向に移動すると、外枠６の下面方向にあるＣ型端部の折返し部６ａと冶具５が接触し、ブレーキ電磁石１の移動が停止すると同時に、図８（ｂ）に示すように、冶具５がスイッチ８と押すことで、ブレーキ電磁石１がレール４に接近したことを精度よく判定できる。この時刻から起算して、所定の時間が経過した後、ブレーキ電磁石１の磁極２の極性を図面に向かって左からＳＮＳＮＳＮＳＮに変更する。このように、第１段のブレーキ力発生後、第２段のブレーキ力を発生するまでの時間を精度よく設定できる。なお、スイッチ８を設置する位置は、外枠６の下面と冶具５の当たる面に限らず、ブレーキ電磁石１の移動により動作する位置であればよい。
【００３７】
以上のように、本発明における実施の形態３による電磁ブレーキ装置１０２は、実施の形態１においてコイルへの通電を開始した時から予め設定した時間後にコイルの極性を変更する代わりに、ブレーキ電磁石１の移動が停止すると同時にコイルの極性を変更するスイッチを設けるようにしたので、ブレーキ電磁石がレールに接近したことを精度よく判定でき、第１段のブレーキ力発生後、第２段のブレーキ力を発生するまでの時間を精度よく設定できる。
【００３８】
実施の形態４．
実施の形態１では、スペーサ１３によりレール４とブレーキ電磁石１の距離を調節可能としたが、実施の形態４では、調整部としてネジとナットを用いる場合について示す。
【００３９】
図９は、本発明の実施の形態４による電磁ブレーキ装置１０３の構成を示す断面図である。図９に示すように、電磁ブレーキ装置１０３は、外枠６に固定されたネジ１５が、ナット１６により台車枠１２取り付けられている。電磁ブレーキ装置１０３のその他の構成については、実施の形態１の電磁ブレーキ装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
電磁ブレーキ装置１０３では、ナット１６を回して台車枠１２との間のネジ１５の長さを変えることで、レール４とブレーキ電磁石１の隙間寸法を調整する。この場合は、厚みを変えたスペーサ１３を準備が不要で、レール４とブレーキ電磁石１の隙間寸法の微調整が容易となる利点がある。
【００４１】
以上のように、本発明における実施の形態４による電磁ブレーキ装置１０３は、実施の形態１においてスペーサ１３によりレール４とブレーキ電磁石１の距離を調節可能とする代わりに、外枠６に固定されたネジ１５をナット１６により台車枠１２取り付け、ナットの位置により台車枠１２との間のネジ１５の長さを変えるようにしたので、厚みを変えたスペーサの準備が不要となり、レールとブレーキ電磁石の隙間寸法の微調整が容易となる。
【００４２】
実施の形態５．
実施の形態１では、スペーサ１３によりレール４とブレーキ電磁石１の距離を調節可能としたが、実施の形態５では、調整部としてストッパを用いる場合について示す。
【００４３】
図１０は、本発明の実施の形態５による電磁ブレーキ装置１０４の構成を示す断面図である。図１０に示すように、電磁ブレーキ装置１０４は、外枠６の下面方向にあるＣ型端部の折返し部６ａと冶具５が接触する面に、ストッパ１７を設けている。電磁ブレーキ装置１０４のその他の構成については、実施の形態１の電磁ブレーキ装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
電磁ブレーキ装置１０４では、ストッパ１７はネジとしており、外枠６に設けたネジ穴部に差し込むことで固定され、ストッパ１７の長さ、ねじ込み量によりブレーキ電磁石１の移動量を調整する。この場合も、レール４とブレーキ電磁石１の隙間寸法の微調整が容易となる利点がある。
【００４５】
以上のように、本発明における実施の形態５による電磁ブレーキ装置１０４は、実施の形態１においてスペーサ１３によりレール４とブレーキ電磁石１の距離を調節可能とする代わりに、ブレーキ電磁石１がレール４側に移動して、外枠６と冶具５が接触する面に、ストッパ１７を設けるようにしたので、ストッパの位置を調節することにより、レールとブレーキ電磁石の隙間寸法の微調整が容易となる。
【００４６】
実施の形態６．
実施の形態１では、冶具５と外枠６の間の隙間を、冶具５と外枠６が接触しながらブレーキ電磁石１が移動するが、実施の形態５では、接触する側面に潤滑部材を設ける場合について示す。
【００４７】
図１１は、本発明の実施の形態６による電磁ブレーキ装置１０５の構成を示す断面図である。図１１に示すように、電磁ブレーキ装置１０５は、冶具５の外枠６と接触する側面に潤滑部材１８を設けている。外枠６の内面側に設けてもよい。電磁ブレーキ装置１０５のその他の構成については、実施の形態１の電磁ブレーキ装置１００と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
電磁ブレーキ装置１０５は、冶具５の外枠６と接触する側面に潤滑部材１８を設けることで、ブレーキ電磁石１の移動が円滑になるため、ブレーキ力を発生するまでの時間を短縮できる。また、潤滑部材１８を非磁性材で構成することが望ましい。ブレーキ電磁石１の端部に位置する磁極２から出た磁束が、外枠６と冶具５を経由してブレーキ電磁石１に戻る磁気経路の磁気抵抗を増加することで、磁極２の磁束が、よりレール方向に向かい、ブレーキ電磁石１がレール４方向に移動する時間の短縮と、渦電流によるブレーキ力を増加できる。
【００４９】
以上のように、本発明における実施の形態６による電磁ブレーキ装置１０５は、実施の形態１の構成において、冶具５と外枠６との間に隙間に潤滑部材１８を設けるようにしたので、ブレーキ電磁石の移動が円滑になり、ブレーキ力を発生するまでの時間を短縮できる。また、潤滑部材１８を非磁性材で構成するようにしたので、磁極２の磁束が、よりレール方向に向かい、ブレーキ電磁石がレール方向に移動する時間の短縮と、渦電流によるブレーキ力を増加できる。
【００５０】
実施の形態７．
実施の形態１では、ブレーキ電磁石１が移動した後、レール４とブレーキ電磁石１の磁極２の間に隙間がある構成としたが、実施の形態７では、ブレーキパッドを設けた場合について示す。
【００５１】
図１２は、本発明の実施の形態７による電磁ブレーキ装置１０６の構成を示す断面図である。図１２（ａ）は、ブレーキ電磁石１がレール４方向に移動する前の状態であり、図１２（ｂ）は、移動した後の状態である。図１２に示すように、電磁ブレーキ装置１０６は、ブレーキ電磁石１の磁極２のレール４と対抗する面にブレーキパッド１９を設けている。ブレーキパッド１９は、接着やネジにより、磁極２のレール４と対抗する面に固定されている。また、ブレーキパッド１９は、レール４との摩擦係数が高く、ブレーキ動作時に発生する摩擦熱による温度上昇に耐える材料を選定する。
【００５２】
本実施の形態１では、電磁ブレーキ装置１０６は、台車枠１２とネジ１５に固定した固定板１４との間にバネ７を設けている。ネジ１５はブレーキ電磁石１と結合されているため、通常時は、バネ７はブレーキ電磁石１を鉛直上方向に付勢し、電磁ブレーキ装置１０６は台車枠１２に接した状態にある。
【００５３】
緊急時に非常ブレーキとして動作を開始するときは、ブレーキ電磁石１の磁極２の極性が、図面に向かって左からＳＳＮＮＳＳＮＮとなる向きになるようにコイル３に通電すると、レール４とブレーキ電磁石１の間に電磁力（吸引力）が働き、バネ７の付勢に抗してブレーキ電磁石１はレール４の方向に移動し、レール４とブレーキパッド１９が接触する。この際に、第１段の渦電流によるブレーキ力に、レール４とブレーキパッド１９の摩擦力によるブレーキ力が加わる。その後、電磁ブレーキの磁極２の極性を、図面に向かって左からＳＮＳＮＳＮＳＮに変更すると、第２段の渦電流によるブレーキ力が増加する。このように、ブレーキ電磁石１の磁極２にブレーキパッド１９を設けることで、全体としてブレーキ力が向上する。
【００５４】
以上のように、本発明における実施の形態７による電磁ブレーキ装置１０６は、ブレーキ電磁石１の磁極２のレール４と対抗する面にブレーキパッド１９を設けるようにしたので、渦電流によるブレーキ力に、摩擦力によるブレーキ力が加わり、全体としてブレーキ力が向上する。
【００５５】
実施の形態８．
図１３は、本発明の実施の形態８による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。本発明では、ブレーキ電磁石１の磁極２が、ＣａｓｅＢで示した図面に向かって左からＳＳＮＮＳＳＮＮとなる向きにコイル３に通電した後、ＣａｓｅＡで示した図面に向かって左からＳＮＳＮＳＮＳＮとなる向きにコイル３に通電する。この場合、図面左から１個目および５個目の磁極はＳ極で変わらず、４個目および８個目の磁極はＮ極で変わらない。これらのコイルを極性の向きが反転しないコイルをコイルグループＦと呼ぶ。一方、図面左から２個目および６個目の磁極はＮ極とＳ極を反転させ、３個目と７個目の磁極はＳ極とＮ極を反転させる。これらの磁極の向きが反転するコイルをコイルグループＶと呼ぶ。
【００５６】
電源のプラス側にコイルグループＦを接続し、２個の回路切替機２１、２２を介してコイルグループＶを直列に接続している。回路切替機２１、２２は、例えばＡ、Ｂの２個の接点を持つ電磁開閉器（通称コンタクタ）とすることができる。回路切替機２１、２２の閉じた接点によらず、極性反転しないコイルグループＦには、図の左から右に電流が流れる。回路切替機２１、２２のＡ側の接点を閉じた場合は、コイルグループＶには左から右に電流が流れる。回路切替機２１、２２のＢ側の接点を閉じた場合は、コイルグループＶには右から左に電流が流れる。これにより、極性反転しないコイルグループＦの電流の向きは一定のまま、極性反転させるコイルグループＶの磁極の極性を反転させることができる。
【００５７】
この場合、２個の回路切替機２１、２２で回路を構成できるメリットがある。なお、本実施の形態では磁極の数が８の場合を示したが、磁極の数が変わっても、回路切替機は２個で構成できる。回路切替機をコンタクタ等の機械スイッチを使用すると、スイッチ部の導通損失が少ないメリットがある。また、各コイルグループは、コイル４個を直列で構成したが、２個を直列としてこれを２並列に接続したり、４個を並列接続とすることもできる。
【００５８】
実施の形態９．
図１４は、本発明の実施の形態９による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。実施の形態８では、コイルグループＡとコイルグループＢは直列に接続したが、実施の形態９ではコイルグループＦとコイルグループＶを並列に接続しており、これ以外は実施例８と同様である。この場合は、直列接続と比べ回路の電圧を半分にできる利点がある。
【００５９】
実施の形態１０．
図１５は、本発明の実施の形態１０による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。半導体のスイッチング素子３３、３４、３５、３６のフルブリッジ回路中に磁極の向きを反転するコイル群を接続し、フルブリッジ回路に直列に磁極の向きが変わらないコイル群を接続している。スイッチング素子３３、３４、３５、３６の動作、例えばスイッチ３１とスイッチ３４をＯＮとし、スイッチ３２とスイッチ３３をＯＦＦにするとコイルグループＶには図の左から右に電流が流れ、スイッチ３２とスイッチ３３をＯＮとし、スイッチ３１とスイッチ３４をＯＦＦにするとコイルグループＶには図の右から左に電流が流れ、磁極の向きを反転するコイル群の磁極の向きを切り替えることができる。この場合、機械的な接点の無いスイッチで回路を構成しているため、寿命が長い回路が得られる。
【００６０】
実施の形態１１．
図１６は、本発明の実施の形態１１による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。本実施の形態１１では、フルブリッジ回路中に磁極の向きを反転するコイル群を接続し、フルブリッジ回路に並列に磁極の向きが変わらないコイル群を接続している。これ以外は実施の形態１０と同様である。この場合は、コイルグループＦの電流は一定のまま、コイルグループＶに流れる電流の方向および電流値を、スイッチング素子３３、３４、３５、３６の動作タイミングで変更することが可能となり、ブレーキ電磁力の調整が可能となる。
【００６１】
実施の形態１２．
図１７は、本発明の実施の形態１２による電磁ブレーキ装置に通電する回路の模式図である。本実施の形態１２では、１個のモジュールに６個のスイッチング素子が入ったモジュールを使用した場合である。４個のスイッチング素子３１、３２、３３、４５で構成するフルブリッジ回路中に磁極の向きを反転するコイル群を接続し、２個のスイッチング素子３５、３６で構成するハーフブリッジ回路に、磁極の向きが変わらないコイル群を、並列に接続している。コイルグループＦとコイルグループＶの電圧は独立して制御できるため、コイルグループＦの電流値、コイルグループＶの極性および電流値を変更することができる利点がある。
【００６２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  ブレーキ電磁石、２  磁極、３  コイル、４  レール、８  スイッチ、１３  スペーサ、１４  固定板、１５  ネジ、１６  ナット、１７  ストッパ、２１、２２  回路切替機、３１、３２、３３、３４、３５、３６  スイッチング素子、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６  電磁ブレーキ装置。
【図１】
2017158971.tif 000003
【図２】
2017158971.tif 000004
【図３】
2017158971.tif 000005
【図４】
2017158971.tif 000006
【図５】
2017158971.tif 000007
【図６】
2017158971.tif 000008
【図７】
2017158971.tif 000009
【図８】
2017158971.tif 000010
【図９】
2017158971.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2017158971.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2017158971.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月22日(2017.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、
前記制動部は、制動開始時には、隣接する複数の前記磁極の極性が同極に設定された複数の磁極束で構成され、隣接する前記磁極束が互いに異なる極に設定され、その後、隣接する前記磁極の極性が互いに異なる極に設定されることを特徴とする移動体の制動装置。
【請求項２】
レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、
前記制動部は、制動開始時には、並設された前記複数の磁極のうちひとつずつ飛ばした半数の磁極のコイルに通電し、その後、全ての前記磁極のコイルに通電して隣接する前記各磁極を異なる極に変えることを特徴とする移動体の制動装置。
【請求項３】
前記制動部は、前記移動体の制動を開始した時から、予め設定した時間後に隣接する前記磁極の極性を異なる極に変えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体の制動装置。
【請求項４】
前記制動部の前記磁極は、制動動作前と制動動作中のレールと磁極の間隔を変える手段、および前記レールに接近したことを検知する検知部を備え、前記検知部からの信号に基づき隣接する前記各磁極を異なる極に変えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体の制動装置。
【請求項５】
前記制動部の制動動作中の前記磁極は、前記レールとの間の間隔を調整する調整部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか1項に記載の移動体の制動装置。
【請求項６】
前記制動部の前記磁極は、レールに接近する面にブレーキパッドを備え、前記レールに接近したときに、前記ブレーキパッドを接触させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか1項に記載の移動体の制動装置。
【請求項７】
磁極の向きが変わらないコイル群と、磁極の向きが反転するコイル群を直列に接続し、前記磁極の向きが反転するコイル群の両端に回路切替機を接続し、前記回路切替機の接点を切り替えることにより前記磁極の向きが反転するコイル群の磁極の向きを変更したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項８】
磁極の向きが変わらないコイル群と、極極の向きが反転するコイル群を並列に接続し、前記磁極の向きが反転するコイル群の両端に回路切替機を接続し、前記回路切替機の接点を切り替えることにより前記磁極の向きが反転するコイル群の極極の向きを変更したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項９】
半導体のスイッチング素子のフルブリッジ回路中に磁極の向きが反転するコイル群を接続し、前記フルブリッジ回路に直列に磁極の向きが変わらないコイル群を接続し、前記スイッチング素子の動作により前記磁極の向きが反転するコイル群の磁極の向きを切り替えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項１０】
半導体のスイッチング素子のフルブリッジ回路中に磁極の向きが反転するコイル群を接続し、前記フルブリッジ回路に並列に磁極の向きが変わらないコイル群を接続し、前記スイッチング素子の動作により前記磁極の向きが反転するコイル群の磁極の向きを切り替えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【請求項１１】
１個のモジュールに６個の半導体のスイッチング素子が入った前記モジュールを使用し、磁極の向きが変わらないコイル群はハーフブリッジ、磁極の向きが反転するコイル群はフルブリッジに接続したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の移動体の制動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明にかかる移動体の制動装置は、レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、前記制動部は、制動開始時には、隣接する複数の前記磁極の極性が同極に設定された複数の磁極束で構成され、隣接する前記磁極束が互いに異なる極に設定され、その後、隣接する前記磁極の極性が互いに異なる極に設定されることを特徴とする。
また、レールに沿って移動する移動体の移動方向に、それぞれコイルが巻かれた複数の磁極が並設され、前記移動体の走行時には前記磁極と前記レールとの間に間隔を設けて配置される制動部を備えた移動体の制動装置であって、前記制動部は、制動開始時には、並設された前記複数の磁極のうちひとつずつ飛ばした半数の磁極のコイルに通電し、その後、全ての前記磁極のコイルに通電して隣接する前記各磁極を異なる極に変えることを特徴とする。
【国際調査報告】
2017158971.tif 000020
2017158971.tif 000021
2017158971.tif 000022
2017158971.tif 000023