(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、
非磁性金属体よりなるリングと、
前記コイルと前記リングとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、
励磁用電源とを備え、
前記励磁用電源により前記コイルに通電して、前記コイルに動磁界を発生せしめ、前記コイルと前記リングとの間に反発力を発生する誘導反発装置。
【請求項２】
間隙をもって配置され、かつ、互いに固定された複数のコイルと、
前記複数のコイルの間隙に配置され、かつ、互いに固定された非磁性金属体よりなる複数のリングと、
前記複数のコイルと前記複数のリングとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、
励磁用電源とを備え、
前記励磁用電源により前記複数のコイルに通電して、前記複数のコイルに動磁界を発生せしめ、前記複数のコイルと前記複数のリングとの間に反発力を発生する誘導反発装置。
【請求項３】
コイルと、
前記コイルの両側面に配置され、かつ、互いに固定された非磁性金属体よりなる２つのリングと、
前記コイルと前記２つのリングとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、
励磁用電源とを備え、
前記励磁用電源により前記コイルに通電して、前記コイルに動磁界を発生せしめ、前記コイルと前記２つのリングとの間に反発力を発生する誘導反発装置。
【請求項４】
非磁性金属体よりなるリングと、
前記リングの両側面に配置され、かつ、互いに固定された２つのコイルと、
前記リングと前記２つのコイルとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、
励磁用電源とを備え、
前記励磁用電源により前記２つのコイルに通電して、前記２つのコイルに動磁界を発生せしめ、前記２つのコイルと前記リングとの間に反発力を発生する誘導反発装置。
【請求項５】
前記磁極柱は、絶縁被服された複数本の磁性体棒を束ねて構成される請求項１から４記載の誘導反発装置。
【請求項６】
前記励磁用電源は、交流電流をコイルに通電する請求項１から４記載の誘導反発装置。
【請求項７】
前記励磁用電源は、パルス電流をコイルに通電する請求項１から４記載の誘導反発装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動磁界によりコイルと非磁性金属体とを反発させる誘導反発装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に非磁性金属体に動磁界を印加すると非磁性金属体中に渦電流が誘起され、渦電流と磁界との相互作用により磁界源と非磁性金属体とが反発する。この反発力はリニアモーターカーを代表とする多くの製品に利用されている。これら従来技術の構成を図１３、１４に示す。図１３は従来技術の形態の斜視図、図１４は従来技術の形態の斜視断面図である。従来技術では、磁界源として、コイル２と磁極柱１からなる交流電磁石を用いており、この交流電磁石の磁極より発生する交流磁界を非磁性金属体４に印加して電磁石と非磁性金属体４とを反発させている。（例、特許文献１，２，３）
【０００３】
このように多くの製品に利用されている誘導反発装置ではあるが、従来技術によれば十分な反発力を得るためには大きな磁界が必要であり、それにともない大きな起磁力が必要となるという問題がある。また、交流電磁石を磁界源としているため、磁極表面近傍のみに強い磁界が発生しており、非磁性金属体と磁極との距離が離れると反発力が指数関数的に減少してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開平５−１２５８１９号公報
【特許文献２】特開平５−１７６４１６号公報
【特許文献３】特開２００２−１２８３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上述した従来技術に伴う問題点を考慮して、従来技術と同程度の反発力がより小さな起磁力で得られ、また磁界源と非磁性金属体との距離が離れても反発力の減少が小さい誘導反発装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の誘導反発装置は、コイルと、非磁性金属体よりなるリングと、コイルとリングとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、励磁用電源とを備え、励磁用電源によりコイルに通電して、コイルに動磁界を発生せしめ、コイルとリングとの間に反発力を発生する。
【０００６】
この構成によれば、コイルによって発生した磁束が磁極柱を磁路とすることにより、リングによって構成される閉回路内部を高密度で貫通することになり、その結果、リング内部に大きな渦電流が流れ、結果として大きな反発力が得られる。また、コイルとリングの距離が離れても、磁性体の磁極柱が磁路となって磁束を伝えるため反発力の減少が小さい。
【０００７】
請求項２記載の誘導反発装置は、間隙をもって配置され、かつ、互いに固定された複数のコイルと、複数のコイルの間隙に配置され、かつ、互いに固定された非磁性金属体よりなる複数のリングと、複数のコイルと複数のリングとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、励磁用電源とを備え、励磁用電源により複数のコイルに通電して、複数のコイルに動磁界を発生せしめ、複数のコイルと複数のリングとの間に反発力を発生する。
【０００８】
この構成によれば、請求項１記載の誘導反発装置が有する特徴を有し、かつ、複数のリングがお互いに固定され、同様に複数のコイルがお互いに固定されているため、各隣接するリングとコイル間に生じる反発力が合成されることにより、請求項１記載の誘導反発装置よりも大きな反発力を発生できる誘導反発装置を実現できる。
【０００９】
請求項３記載の誘導反発装置は、コイルと、コイルの両側面に配置され、かつ、互いに固定された非磁性金属体よりなる２つのリングと、コイルと２つのリングとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、励磁用電源とを備え、励磁用電源によりコイルに通電して、コイルに動磁界を発生せしめ、コイルと２つのリングとの間に反発力を発生する。
【００１０】
この構成によれば、コイルにより動磁界を発生させた際に、コイル側面に配置された２つのリングそれぞれに、相対する方向の反発力が加わることとなり、この相対する反発力がつりあう位置に、このリングのペアが移動しようとする位置保持力を得ることができる。
【００１１】
請求項４記載の誘導反発装置は、非磁性金属体よりなるリングと、リングの両側面に配置され、かつ、互いに固定された２つのコイルと、リングと２つのコイルとを貫通する磁性体よりなる磁極柱と、励磁用電源とを備え、励磁用電源により２つのコイルに通電して、２つのコイルに動磁界を発生せしめ、２つのコイルとリングとの間に反発力を発生する。
【００１２】
この構成は請求項３の構成のリングとコイルとの位置関係を入れ替えたものである。この構成によっても、リング側面に配置された２つのコイルそれぞれに相対する方向の反発力が加わることとなり、この相対する反発力がつりあう位置に、このコイルのペアが移動しようとする位置保持力を得ることができる。
【００１３】
請求項５記載の誘導反発装置では、磁極柱は、絶縁被服された複数本の磁性体棒を束ねて構成される。
【００１４】
この構成によれば、磁極柱の磁路断面を絶縁体で細かく分割された構造とすることができ、一本の磁性体棒によって磁極柱を構成するよりも、その磁極柱内部に発生する渦電流を抑制できるとともに、より多くの磁束を通すことが可能となる。
【００１５】
請求項６記載の誘導反発装置では、励磁用電源は、交流電流をコイルに通電する。
【００１６】
請求項７記載の誘導反発装置では、励磁用電源は、パルス電流をコイルに通電する。
【００１７】
これらの構成では、コイルで発生する磁界を動的なものとするため、励磁用電源によりコイルに通電する電流を交流電流またはパルス電流としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来技術と比較して、より小さな起磁力で十分な反発力を得ることが可能であり、また磁界源と導体の距離が比較的離れても反発力の減少を小さくおさえることができる。このことは、例えば本発明を用いて磁気浮上等を行ったときには、比較的浮上量のコントロールが容易であることも意味している。また、簡単な構成により反発力を倍増することや、相対する反発力を利用した位置保持力を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本願発明を実施するための最良の形態を図１、２を用いて説明する。図１は本願発明の基本形態の斜視断面図、図２は本願発明の基本形態の斜視図である。動磁界を発生させるためのコイル２と、非磁性金属体よりなるリング３とに、磁性体よりなる磁極柱１を貫通させる。より大きな反発力を得るためには、リング３は高い電気伝導率を持つ金属が望ましく、銅、アルミなどを用いるのがよい。また、より多くの磁束をリング３内部に貫通させるためには磁極柱１の材料は、高透磁率であるのが望ましく、磁極柱１内部での渦電流損を極力抑えるためには低電気伝導率であることが望ましい。例えば、珪素鋼板等を積層したものが材料として適している。また磁極柱１の太さは極力大きいことが望ましいので、コイル２の内径と同程度の太さが適している。以上のような構成において、図示しない励磁用電源によってコイル２に交流電流を通電することによりコイル２とリング３との間に反発力が生じる。
【実施例】
【００２０】
本発明が従来技術と比較し、どの程度有効であるかを実験により確かめた。反発させる非磁性金属体として、外径１００ｍｍφ、厚さ８ｍｍのアルミ円盤と外径１００ｍｍφ、厚さ８ｍｍで中心に６０ｍｍφの穴のあいたアルミリングの２種を用いた（図３）。コイルは、銅線を５４０ターン巻きまわした、外径１２０ｍｍφ、内径６０ｍｍφ、厚さ８０ｍｍのものを用いた。このコイルはその中心において、５４Ｏｅ／Ａの磁界を発生することができる。また、絶縁テープでその周囲を絶縁した８ｍｍφの鉄の棒を、２７本束ねたものを磁極柱として用いた。その様子を図４に斜視図で示す。この磁極柱とコイルと非磁性金属体とを従来技術と同様の構成（仮に非貫通方式とする）にした場合と、請求項１に示した構成（仮に貫通方式とする）にした場合とで、その反発力を測定した。なお非貫通方式においては、反発力が最大となるように、図５で示される斜視図のようにコイル２端面と磁極柱１端面の位置をそろえた状態でコイル２と磁極柱１とを固定し、貫通方式においては、図１、図２に示されるようにコイルから軸が１１０ｍｍほど突出した状態でコイル２と磁極柱１とを固定した。なお、実験に用いた磁極柱１は鉄棒の束であるが、図の簡略化のため、図４以外の図においては、一本の円柱として図示している。以上のような状態で、コイルに５０Ｈｚの正弦波交流電流を通電し、非磁性金属に加わる反発力をフォースゲージで測定した。
【００２１】
各条件下における非磁性金属体に加わる反発力を、それぞれ通電する電流量、および非磁性金属体とコイルとの距離（間隙長）を替えながら測定した。その結果を図６、図７に示す。図６は横軸をコイルに通電した電流、縦軸を非磁性金属体に加わった反発力としたグラフであり、図７は横軸をコイルと非磁性金属体との間隙長、縦軸を非磁性金属体に加わった反発力としたグラフである。双方のグラフとも、Ａがアルミリングを非磁性金属体として用いた貫通方式での反発力、Ｂがアルミリングを非磁性金属体として用いた非貫通方式での反発力、Ｃがアルミ円盤を非磁性金属体として用いた非貫通方式での反発力を示している。図６、７が示す通り、電流量および間隙長によって差はあるものの、本願発明である貫通方式を用いた場合、非貫通方式を用いた場合よりも、軒並み反発力が大きくなる。また、貫通方式を用いれば、非磁性金属とコイルとの距離が離れても反発力の減少が小さく、非貫通方式と比較してより大きなストロークで反発力を有効に利用することが可能である。
【００２２】
なお上記実施例では、非磁性金属のリングとして円盤状のリングを用いたが、リングの構造は、動磁界によって誘起される渦電流が磁性体よりなる磁極柱の周りを周回可能な構造であればよく、その形状は必ずしも円形である必要はない。角型、楕円型等の構造でも同様の効果を得ることが出来る。また、渦電流が複数回磁極柱を周回可能なその両端が短絡されたコイル状の構造でも同様の効果を得られる。また、磁極柱も特に円柱状である必要はなく、角柱、円筒柱等でも問題はない。また、リングの動きを妨げるなどの支障が特になければ、直線形状である必要もない。曲線形状のものや、磁路を閉じたリング状のものでも問題はない。一例として図８にリング状の磁極柱を用いた例の斜視図を図示する。
【００２３】
また、一般的に、磁性体に交流磁界を印加すると、渦電流の影響により磁性体表面に集中して磁束が流れることが知られている。上記実施例では、絶縁被覆された複数の鉄の円柱を束ねたものを磁極柱として用いることにより、磁路断面を絶縁体で細かく分割することによって、磁極柱内部での渦電流の生成を抑制するとともに、磁束の集中を分散している。この手法によれば、磁極柱が加熱しにくくなり、また磁極柱内部を多くの磁束を通すことが可能である。なお、この手法によらなくても、すなわち、一本の磁性体柱のみで磁極柱を構成しても、コイルとリングとの反発力を得ることは可能である。
【００２４】
また、上記実施例では、コイルと磁極柱とを固定して用いているが、特に必要がなければ固定する必要はない。また、リングと磁極柱とを固定し、これに対しコイルを反発させるという反発方法をとることもできる。
【００２５】
図９、図１０に複数のコイルとリングを用いた他段型誘導反発装置の実施例を図示する。図９は他段型誘導反発装置の斜視図、図１０は他段型誘導反発装置の斜視断面図である。間隙を持って配置され、お互いに固定された複数個のコイル２の間隙に複数のリング３を配し、さらに、この複数のリング３をお互いに固定した構造とすれば、各コイル２に流れる電流の位相を揃えることにより、各コイル２とリング３間に働く反発力が合成され、コイル２の集合体とリング３の集合体との間に働く大きな反発力を得ることができる。なお、本実施例では図９，１０に示すように、パイプ１０にコイル２を固定することにより複数のコイル間の固定関係を得ており、また、固定用軸９にリング３を固定することにより、複数のリング３間の固定関係を得ているが、ここに示した固定手段は一例にすぎず、他の固定手段によっても同様の効果を得ることは可能である。
【００２６】
図１１、１２に位置保持型の誘導反発装置の実施例を図示する。図１１は位置保持型誘導反発装置の斜視図、図１２は位置保持型誘導反発装置の斜視断面図である。２つのリング３をコイル２の両側面に配置し、この２つのリング３をお互いに固定する構造とすることにより、２つのリング３それぞれに相対する方向の反発力が加わることとなり、この相対する反発力がつりあう位置に、リング３が移動しようとする位置保持力を得ることができる。なお、このリング３とコイル２の関係を入れ替えた構造、すなわち、２つのコイルをリングの両側面に配置し、この２つのコイルをお互いに固定する構造でも同様の効果が得られる。ただしその場合は、２つのコイルに流れる電流が同相となるよう注意する必要がある。また、図９、１０で示したものと同様な方法を用いれば、この位置保持力も大きくすることが可能である。また、本実施例では、図１１，１２に示すように、リング３間の固定は固定用軸９によっているが、ここに示した固定手段は一例にすぎず、他の固定手段によっても同様の効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の形態斜視断面図
【図２】本願発明の形態斜視図
【図３】実験に用いたアルミの形状斜視図
【図４】実験に用いた磁極柱の構成斜視図
【図５】非貫通方式での実験形態
【図６】電流−反発力グラフ
【図７】間隙長―反発力グラフ
【図８】リング状磁極柱を用いた実施例斜視図
【図９】他段型誘導反発装置の斜視図
【図１０】他段型誘導反発装置の斜視断面図
【図１１】位置保持型誘導反発装置の斜視図
【図１２】位置保持型誘導反発装置の斜視断面図
【図１３】従来技術の形態斜視図
【図１４】従来技術の形態斜視断面図
【符号の説明】
【００２８】
１  磁極柱
２  コイル
３  非磁性金属リング
４  非磁性金属体
５  アルミリング
６  アルミ円盤
７  表面を絶縁した鉄棒
８  リング状磁極柱
９  リング固定用軸
１０  コイル固定用パイプ
【要約】
【課題】従来技術と同程度の反発力をより小さな起磁力で得られ、また磁界源と導体との距離が離れても反発力の減少が小さい誘導反発装置を提供する。
【解決手段】コイル２と、非磁性金属体よりなるリング３とに、磁性体よりなる磁極柱１を貫通させ、コイル２に励磁用電源で通電し、コイル２に動磁界を発生させる。コイル２で発生した磁束は、磁極柱１を磁路とすることにより、リング３によって構成される閉回路内部を高密度で流れ、リング３に渦電流を誘起する。この渦電流と磁界との相互作用によりコイル２とリング３とが反発する。
【選択図】図１
【図１】
0003577596.tif 000002
【図２】
0003577596.tif 000003
【図３】
0003577596.tif 000004
【図４】
0003577596.tif 000005
【図５】
0003577596.tif 000006
【図６】
0003577596.tif 000007
【図７】
0003577596.tif 000008
【図８】
0003577596.tif 000009
【図９】
0003577596.tif 000010
【図１０】
0003577596.tif 000011
【図１１】
0003577596.tif 000012
【図１２】
0003577596.tif 000013
【図１３】
0003577596.tif 000014
【図１４】
0003577596.tif 000015