(57)【要約】【課題】薄肉化軽量構造が可能で且つ電磁波の影響を抑制することができる振動減衰装置を提供する。【解決手段】  固定フレーム１０に取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第１配列磁石１１と、第１配列磁石１１とギャップを介して同磁極が対向するように可動フレーム３０に取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第２配列磁石３１と、固定フレーム１０と可動フレーム３０を連結する弾性体支持部材２０Ａ、２０Ｂと、第１配列磁石１１と前記第２配列磁石３１とが対向する面に平行にギャップ内に設けられ、固定フレーム１０に支持された導電性板１２とで構成し、第１配列磁石１１と第２配列磁石３１のうち少なくとも一つをハルバッハ配列とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第１配列磁石と、
前記第１配列磁石とギャップを介して同磁極が対向するように可動フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第２配列磁石と、
前記固定フレームと前記可動フレームを連結する弾性体支持部材と、
前記第１配列磁石と前記第２配列磁石とが対向する面に平行に前記ギャップ内に設けられ、前記固定フレームに支持された導電性板と
を備え、
前記第１配列磁石と前記第２配列磁石のうち少なくとも１つをハルバッハ配列としたことを特徴とする振動減衰装置。
【請求項２】
前記第１配列磁石は５個を１組とするハルバッハ配列とし、
前記第２配列磁石は２個を一組とする可動磁石とし、
前記第１配列磁石の磁極中心位置と前記第２配列磁石の反発する磁極中心位置が互いに対向するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の振動減衰装置。
【請求項３】
前記第１配列磁石は２個を１組とする固定磁石とし、
前記第２配列磁石は５個を１組とするハルバッハ配列とし、
前記第２配列磁石の磁極中心位置と前記第１配列磁石の反発する磁極中心位置が互いに対向するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の振動減衰装置。
【請求項４】
前記第１配列磁石及び前記第２配列磁石は共に５個を１組とするハルバッハ配列とし、
前記第１配列磁石と前記第２配列磁石の反発する磁極中心位置が互いに対向するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の振動減衰装置。
【請求項５】
複数組の前記第１配列磁石及び複数組の前記第２配列磁石を
前記固定フレームの平面部及び前記可動フレームの平面部に
夫々平面配列したこと特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【請求項６】
更に、
磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る複数組の第３配列磁石を前記固定フレームの側面部に、
各々の前記第３配列磁石とギャップを介して同磁極が対向するように可動フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る複数組の第４配列磁石を前記可動フレームの側面部に
夫々平面配列したこと特徴とする請求項５に記載の振動減衰装置。
【請求項７】
複数個の前記第１配列磁石及び前記第２配列磁石を夫々前記固定フレーム及び前記可動フレームの平面部に放射状に配列したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【請求項８】
前記第１配列磁石と前記第２配列磁石が対向する方向を支持する前記弾性体支持部材は引張ばね特性を有する部材とし、
前記対向する方向とは直角方向を支持する前記弾性体支持部材は圧縮ばね特性を有する部材としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【請求項９】
前記弾性体支持部材は金属材料を用いたばねから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【請求項１０】
前記弾性体支持部材は非金属材料から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【請求項１１】
前記弾性体支持部材は球状の非鉄金属材料から成ることを特徴とする請求項１０に記載の振動減衰装置。
【請求項１２】
前記支持部材は回転ばねとし、
その回転中心を前記固定フレームまたは前記可動フレームの平面部の略中心位置に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【請求項１３】
前記固定フレーム及び前記可動フレームは金属材料から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【請求項１４】
前記固定フレーム及び前記可動フレームは非金属材料から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の振動減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の永久磁石を組み合わせて構成される振動減衰装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電車などの交通車両に搭載される制御機器、空調設備機器、トイレ床、また、貨物輸送物や昇降機かご床などのゆれを防止する振動減衰装置は、対象とする物または人体に振動伝播を小さくするよう減衰を与える装置である。これらの振動減衰装置は、通常振動エネルギーを熱エネルギーなどに変えて振幅を小さくする作用を有する。その作用は振動速度の方向と反対方向への力を振動物体に与えることにより行われる。そしてこれらの振動減衰装置には、弾性体、流体、磁石等が多く応用されている。
【０００３】
磁石応用の振動減衰装置で、５Ｈｚ〜１５Ｈｚ程度の比較的低い周波数の振動減衰に対応する技術として、隣接して互いに異なる磁極を有する複数個の磁石を配列した可動部と、この可動部磁石と対向する位置に磁極の異なる磁石を配列して固定部を形成し、固定部と可動部間をベアリングで支持する提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−８４０３５号公報（第３−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された提案によれば、５Ｈｚ〜１５Ｈｚ程度の比較的低い周波数の振動減衰に対して有効な振動減衰装置が得られる。しかしながら、磁石から漏洩する磁束が人体に悪影響を与える恐れがある。このため、また磁石の効率を向上させるために、磁石の背後にバックヨークを配する技術が開示されているが、構造が複雑になり、重量及び外形寸法も大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、薄肉化軽量構造が可能で且つ電磁波の影響を抑制することができる振動減衰装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の振動減衰装置は、固定フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第１配列磁石と、前記第１配列磁石とギャップを介して同磁極が対向するように可動フレームに取り付けられ、磁極の向きを異方向配列とした複数個の永久磁石から成る第２配列磁石と、前記固定フレームと前記可動フレームを連結する弾性体支持部材と、前記第１配列磁石と前記第２配列磁石とが対向する面に平行に前記ギャップ内に設けられ、前記固定フレームに支持された導電性板と
を備え、前記第１配列磁石と前記第２配列磁石のうち少なくとも一つをハルバッハ配列としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、薄肉化軽量構造が可能で且つ電磁波の影響を抑制することができる振動減衰装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
本発明の実施例１に係る振動減衰装置を図１乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施例１に係る振動減衰装置の従断面図、図１（ｂ）は振動減衰装置の可動部の斜視図である。
【００１０】
固定フレーム１０は例えば車体の床に取り付けられる振動減衰装置の固定部を支える。この固定フレーム１０の底部の平面部には第１配列磁石１１が固着され、この第１配列磁石１１の上部には導電性板１２が磁気的ギャップを介して設けられている。この導電性板１２は、固定フレーム１０の底部平面部から図示しない支柱を立て、その支柱にネジ止め等によって固定している。
【００１１】
導電性板１２の上部には、磁気的ギャップを介して可動フレーム３０の上部平面部の内側に固着された第２配列磁石３１が対向している。可動フレーム３０の上部平面部の内側は、固定フレーム１０の底部平面部との間に複数個設けられた弾性体支持部材２０Ａによって垂直方向に連結支持されている。また、可動フレーム３０の側面部内側は、固定フレーム１０の底部平面部に取り付けられたポストとの間に複数個設けられた弾性体支持部材２０Ｂによって水平方向に連結支持されている。
【００１２】
図２（ｂ）は可動フレーム３０を固定フレーム１０側から見た斜視図である。図示したように、破線で示した複数個の導電性板１２の各々とギャップを介して可動フレーム３０に固定された第２配列磁石３１が設けられている。複数個の弾性体支持部材２０Ａは図示したように可動フレーム３０の上面の内側の第２配列磁石３１と干渉しない所定の位置に複数個設けられている。尚、図２（ｂ）においては、弾性体支持部材２０Ｂの図示は省略している。
【００１３】
図２に、配列磁石に関する説明図を示す。図示したように、第１配列磁石１１は磁石１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｂ及び１１Ｅを一列に配列して形成されている。磁石１１Ａ及び磁石１１Ｅの磁極方向は上向き、磁石１１Ｃは下向き、１１Ｂの磁極方向は磁石１１Ｃから磁石１１Ａに向かう向き、そして磁石１１Ｄの磁極方向は磁石１１Ｂと逆向きである。そして導電性板１２を介した上方には第２配列磁石３１が第１配列磁石１１と対向して設けられているが、この第２配列磁石３１の各々の磁石の磁極の配列は第１配列磁石１１を上下反転させた配列、即ち同磁極が対向するような配列となっている。
【００１４】
図２に示したような磁石の配列、即ち磁石１１Ａ、１１Ｃ、１１Ｅは交互に極性の異なる縦方向の配列磁石とし、その間に入る磁石１１Ｂ、１１Ｄは交互に極性の異なる横方向の配列磁石としたものをハルバッハ配列と呼称する。図２の場合は磁石５個を１組とするハルバッハ配列の最小組み合わせとなっているが、更に磁石数を増やしてもハルバッハ配列は成立する。また、図１の振動減衰装置は５組のハルバッハ配列磁石を平面上に配置しているが、その組数は任意である。
【００１５】
以下、ハルバッハ配列による配列磁石及び導電性板１２の作用効果について説明する。
【００１６】
図２の破線で示したように、第１配列磁石１１をハルバッハ配列とすれば、その形成する磁束は原理的に配列の片側方向、即ち図２における導電性板１２側のみとなり、その反対側の磁束はほぼゼロとなる。そしてその磁束密度は、従来の配列磁石即ち磁石１１Ｂと１１Ｄを設けない配列磁石に対して略２倍となる。
【００１７】
図３には、所定の寸法構造を有する５個１組のハルバッハ配列磁石を対向させた本発明の振動減衰装置と、従来の横方向磁石の無い配列を対向させた振動減衰装置とのギャップ寸法に対する反発力特性比較図である。この例によれば、実用的なギャップ寸法７ｍｍに対する反発力は、従来の約１２００Ｎに対して本発明では４０００Ｎ弱となっており、３倍以上の反発力が得られていることが分かる。
【００１８】
次に、導電性板１２の作用について説明する。図２における導電性板１２は、図１に示した固定フレーム１０に図示しない支柱等を用いて固定されている。この状態で第２配列磁石３１が振動したとき、第２配列磁石３１が作る磁束が導電性板１２を横切る。これによって導電性板１２には電磁誘導の法則により電流が生じ、その電流は上記振動を減衰させるような方向に磁束を発生する。これを磁気減衰と呼称するが、この磁気減衰は無接触で作用し、減衰力が振動速度に極めて正確に比例するのが特徴である。
【００１９】
次に図１における弾性体の弾性体支持部材２０Ａ及び２０Ｂについて説明する。
【００２０】
上述したように、第１配列磁石１１と第２配列磁石３１は互いに反発するような磁極配置となっている。従って、振動抑制対象物の重量にもよるが、弾性体支持部材２０Ａは引っ張りばね特性を有する部材とすることが好ましい。これに対し、横方向の振動を吸収するための弾性体支持部材２０Ｂは圧縮ばね特性を有する部材とすることが好ましい。
【００２１】
また、電車のトイレ等通常の振動抑制対象に適用する場合は、バネ力が線形で設計が容易で耐久力に優れ、且つメンテナンスが容易な炭素鋼、合金鋼、アルミニウム等の金属材料によって弾性体支持部材を形成することが好ましい。
【００２２】
逆に、インバータ装置の内部部品等の絶縁が必要な振動抑制対象、或いは乗用車の荷台など軽い振動抑制対象に適用する場合は、ゴム、液体、流体などの非金属材料によって弾性体支持部材を形成することが好ましい。この場合、振動粘着減衰が大きい材料であれば更に振動を吸収するのに効果的である。
【００２３】
また、固定フレーム１０及び可動フレーム３０は、通常は溶接加工が可能で簡単に任意の形状を実現できる炭素鋼、合金鋼、銅合金、あるいはアルミニウムなどの金属材料を用いるが、量産時のコスト低減を期待する応用については、配列磁石の製造時にフレームと一体成型を行うことが可能な、モールド、プラスチック、木材などの非金属材料を用いても良い。
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば磁束がギャップ内に集中するため、外部への磁束の漏れが少ない。また、従来と同一の反発力を得るには、従来の磁石に比べ薄い磁石を採用することができ、所謂薄肉化構造の採用が可能となる。この薄肉化構造を採用することによって一般に振動伝達率が小さくなり、大きくゆっくりした低周波の揺れに対しても効果的に振動を抑制することが可能となる。
【実施例２】
【００２５】
以下、本発明の実施例２に係る振動減衰装置を図４及び図５を参照して説明する。
【００２６】
図４（ａ）、図４（ｂ）は本発明の実施例２に係る振動減衰装置の従断面図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る振動減衰装置の従断面図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、図４（ａ）においては第２配列磁石３１Ａを２個１組の可動配列磁石とした点、図４（ｂ）においては第１配列磁石１１Ａを２個１組の固定配列磁石とした点である。
【００２７】
図５に、図４（ａ）における配列磁石の説明図を示す。図示したように、第１配列磁石１１は図２で説明した５個１組のハルバッハ配列である。一方第２配列磁石３１Ａは、横方向外側に磁極が向いた磁石３１Ａと３１Ｂとによって構成されている。この場合、第２配列磁石３１Ａはハルバッハ配列とはなっていないので、配列磁石上部への磁束が存在する。この図５に示す磁石配列も、同極性の磁極が対向するように配列されている。
【００２８】
このように構成された配列磁石によれば、可動部の磁石を２個と少なくしているので、可動部の重量を小さくして振動抑制効果を大きくすることが可能となる。
【００２９】
図４（ｂ）に示した配列磁石は、図５の配列磁石の固定部と可動部を反転させた配列となっている。即ち、第１配列磁石を、横方向外側に磁極が向いた異方向配列の２つの磁石で構成し、第２配列磁石を５個１組のハルバッハ配列とする。固定側の寸法制限がある場合等にはこの反転させた組み合わせも有効である。
【実施例３】
【００３０】
図６（ａ）、図６（ｂ）は夫々本発明の実施例３に係る振動減衰装置の従断面図及び振動減衰装置の可動部の斜視図である。この実施例３の各部について、図１（ａ）、図１（ｂ）の本発明の実施例１に係る振動減衰装置の従断面図及び振動減衰装置の可動部の斜視図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、固定フレーム１１の内側側面部に第３配列磁石１３を設けた点、この第３配列磁石１３と対向する可動フレーム３０の外側側面部に第４配列磁石３２Ａ、３２Ｂを設けた点、である。
【００３１】
尚、図６（ａ）においては第４配列磁石３２Ａに対向する第３配列磁石１３のみが図示されている。また、第４配列磁石３２Ａ、３２Ｂと第３配列磁石１３のギャップ内に導電性板を設けても良い。更に、側面部の高さが高い場合は、平面部の場合と同様、側面部の第３配列磁石及び第４配列磁石を平面状に分布配列させても良い。
【００３２】
このような構成を採用することにより、水平、垂直両方向の振動防止が可能となり、交通車両に搭載される制御機器、空調設備機器、及びトイレ等の可動部を３次元の振動抑制対象装置として扱うことが可能となる。
【実施例４】
【００３３】
図７は本発明の実施例４に係る振動減衰装置の可動部の斜視図である。この実施例４の各部について、図１（ｂ）の本発明の実施例１に係る振動減衰装置の可動部の斜視図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、第２配列磁石３１を可動フレーム３０の平面の中心部から放射状に設けるようにした点、弾性体支持部材２０Ａのほかに可動フレーム３０の回転方向に力が作用するねじり回転ばね２１を設けた点である。
【００３４】
可動フレーム３０の平面部の中心から放射状に設けられた第２配列磁石３１の固定フレーム側の対向面には第１配列磁石があり、ギャップに設けられた導電性板とともに可動部の回転方向の振動を抑制する。ねじり回転ばね２１は、例えば巻き始めの端部が可動フレーム３０に固定され、巻き終わりの端部を固定フレーム側に固定するようにする。このようにすれば、上記配列磁石による可動部の回転方向の力とのバランスによって回転方向の振動を抑制することが可能となる。
【００３５】
尚、放射状に設けられた第２配列磁石３１とねじり回転ばね２１は、必ずしも組み合わせて使用する必要はなく各々独立して使用することが可能である。
【実施例５】
【００３６】
図８は本発明の実施例５に係る振動減衰装置の従断面図である。この実施例５の各部について、図４（ａ）の本発明の実施例２に係る振動減衰装置の従断面図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例５が実施例２と異なる点は、弾性体支持部材２０Ａ、２０Ｂに代え球面状の弾性体支持部材２０Ｃを設けた点である。
【００３７】
球面状の弾性体支持部材２０Ｃには非鉄金属材料の振動粘着係数の大きい弾性体を用いることが好ましい。このような球面状の弾性体支持部材を用いた構成を採用することにより、３次元方向の振動を吸収することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１に係る振動減衰装置の従断面図及び可動部の斜視図。
【図２】本発明の実施例１の配列磁石に関する説明図。
【図３】本発明の振動減衰装置の反発力とギャップの関係を示す図。
【図４】本発明の実施例２に係る振動減衰装置の従断面図。
【図５】本発明の実施例２の配列磁石に関する説明図。
【図６】本発明の実施例３に係る振動減衰装置の従断面図及び可動部の斜視図。
【図７】本発明の実施例４に係る振動減衰装置の可動部の斜視図。
【図８】本発明の実施例５に係る振動減衰装置の従断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０  固定フレーム
１１、１１Ｆ  第１配列磁石
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ  磁石
１２  導電性板
１３  第３配列磁石
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ：弾性体支持部材
２１  ねじり回転ばね
３０  可動フレーム
３１、３１Ａ  第２配列磁石
３１Ｂ、３１Ｃ  磁石
３２Ａ、３２Ｂ  第４配列磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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