(57)【要約】    【課題】  ３次元に分布した磁場を全て使うことによって、従来の１方向の磁場を使った磁気ダンパよりも減衰性能が良く、しかも、コンパクトな磁気ダンパを提供すること。    【解決手段】  本発明では、磁石とこの磁石の周囲に所定間隔を開けて配置した導体とで３次元振動抑制用磁気ダンパを構成した。特に、回転軸に軸対称形状の磁石又は磁石ロータを取付けるとともに、この磁石又は磁石ロータの周囲に所定間隔を開けて導体又は導体ステータを配置した。また、磁石ロータを、球体、楕円体、直円錐、又は直円錐台のうちのいずれかの形状とし、回転軸の中途部又は先端部に取付けた。【選択図】      図１
2005315372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石とこの磁石の周囲に所定間隔を開けて配置した導体とで構成した並進方向３自由度の振動を低減する３次元振動抑制用磁気ダンパ。
【請求項２】
軸に軸対称形状の磁石を取付けるとともに、この磁石の周囲に所定間隔を開けて導体を配置したことを特徴とする３次元振動抑制用磁気ダンパ。
【請求項３】
回転軸に軸対称形状の磁石ロータを取付けるとともに、この磁石ロータの周囲に所定間隔を開けて導体ステータを配置したことを特徴とする３次元振動抑制用磁気ダンパ。
【請求項４】
前記磁石ロータを、球体、楕円体、直円錐、又は直円錐台のうちのいずれかの形状としたことを特徴とする請求項３に記載の３次元振動抑制用磁気ダンパ。
【請求項５】
前記磁石ロータを、回転軸の中途部に取付けたことを特徴とする請求項３に記載の３次元振動抑制用磁気ダンパ。
【請求項６】
前記磁石ロータを、回転軸の先端部に取付けたことを特徴とする請求項３に記載の３次元振動抑制用磁気ダンパ。
【請求項７】
前記磁石ロータを、遠心分離器の回転軸の３次元ふれまわり振動抑制および共振乗り越しへの利用を目的とする請求項３に記載の３次元振動抑制用磁気ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ダンパに関するものであり、特に、３次元振動を抑制することができる磁気ダンパに関するものである。なお、本明細書では、並進方向３自由度の振動を３次元振動と呼ぶ。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁気ダンパは、磁石の発生する磁場が空間に分布しているにもかかわらず、磁石面と垂直な一方向の磁場だけを利用し、導体を磁石の向き合った面に平行に振動させる場合に、その振動を抑制する機能を有する。
【０００３】
図10に従来の磁気ダンパ101の具体例を示す。磁気ダンパ101は、図10に示すように、軸対称円環状の磁石102と上下一対の導体板103,104とで構成している。すなわち、この磁気ダンパ101は、ドーナツ形状の永久磁石およびこの永久磁石を挟む形で固定された２枚の導体から構成されている。
【０００４】
磁石102はプラスチック製のホルダー105に固定されており、このホルダー105は回転軸106に固定されている。磁石102は水平方向に振動できるようになっており、振動していないとき、回転軸106の軸中心と磁石102の中心は一致する。
【０００５】
この磁気ダンパ101では、磁石102の発生する磁場のうち導体板103,104と垂直方向の磁場のみを利用する。そして、磁石102が水平方向に振動すると、導体板103,104に渦電流が流れ、ローレンツ力が働き、磁石102にはそのローレンツ力の反作用力が働いて、磁石102の振動を減衰させる。また、この磁石102を回転させると、回転軸106のふれまわりがないときは軸対称磁場のために回転方向に抵抗力を受けないが、回転軸106がふれまわり振動するときはそのふれまわり振動を抑制するように磁気ダンピング力が働く。
【０００６】
この磁気ダンパの原理について図11を用いて説明する。図11(a)は磁石107が導体108と平行に速度V1で動き、導体108が静止した構成の磁気ダンパであり、図11(b)は導体108が速度V1で(a)の場合と逆方向に動き、磁石107が静止した構成の磁気ダンパである。
【０００７】
磁場Bzは図11(a)、(b)どちらの場合も導体108の面と垂直で図示した向きだとすると、図11(b)の場合、導体108が動くと導体108に渦電流J1が流れる。この渦電流J1の向きはオームの法則（式（１）上式）によれば速度V1および磁場Bzの外積で決まり、式（１）の左図に示した方向になる。ここで、式（１）のσは導電率を示す。
【０００８】
次にフレミングの左手則（式（１）下式）によって、ローレンツ力F1が渦電流J1に働く。このローレンツ力F1の向きは渦電流J1および磁場Bzの外積で決まり、式（１）の左図で示したように導体108の運動の向きV1と逆向きになる。すなわち、導体108の運動を妨げるように働く。
【０００９】
したがって、導体108が振動すれば、このローレンツ力F1は常に導体108の運動の向きと逆向きに働くので、導体108の振動を減衰させる。図11(a)の場合は、やはり導体108に渦電流が流れ、渦電流にローレンツ力が働くが、同時に磁石107にローレンツ力の反作用力が働き磁石の振動を減衰させる。
【特許文献１】特開平６−１７３９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、上記従来の磁気ダンパでは、特定の方向の磁場しか利用しておらず、導体の平面運動による振動を抑制する効果しかなかった。
【００１１】
また、上記従来の磁気ダンパでは、磁石より導体が大きい方が減衰性能が良くなるために、コンパクト化を図ることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、請求項１に係る本発明では、磁石とこの磁石の周囲に所定間隔を開けて配置した導体とで３次元振動抑制用磁気ダンパを構成することにした。
【００１３】
また、請求項２に係る本発明では、軸に軸対称形状の磁石を取付けるとともに、この磁石の周囲に所定間隔を開けて導体を配置することにした。
【００１４】
また、請求項３に係る本発明では、回転軸に軸対称形状の磁石ロータを取付けるとともに、この磁石ロータの周囲に所定間隔を開けて導体ステータを配置することにした。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記磁石ロータを、球体、楕円体、直円錐、又は直円錐台のうちのいずれかの形状とすることにした。
【００１６】
また、請求項５に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記磁石ロータを、回転軸の中途部に取付けることにした。
【００１７】
また、請求項６に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記磁石ロータを、回転軸の先端部に取付けることにした。
【００１８】
また、請求項７に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記磁石ロータを、遠心分離器の回転軸の３次元ふれまわり振動抑制および共振乗り越しへの利用を目的とすることにした。
【発明の効果】
【００１９】
そして、本発明では、１個の磁気ダンパーで３次元の振動（並進運動３自由度）を減衰させることができ、回転体の危険速度乗越やジャイロ運動など、回転体の３次元ふれまわり振動を抑制できる。
【００２０】
また、３次元に分布した磁場を全て使う磁気ダンパなので、従来の１方向の磁場を使った磁気ダンパよりも減衰性能が良く、しかも、磁気ダンパをコンパクトなものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る３次元振動抑制用磁気ダンパは、軸対称形状の磁石とこの磁石の周囲に所定間隔を開けて配置した導体とで構成したものであり、回転軸に軸対称形状の磁石を取付けるとともに、この磁石の周囲に所定間隔を開けて導体を配置してもよく、磁石を磁石ロータとし、導体を導体ステータとすることもできる。
【００２２】
また、磁石又は磁石ロータを、球体、楕円体、直円錐、又は直円錐台のうちのいずれかの形状としてもよく、磁石又は磁気ロータを、回転軸の中途部又は先端部に取付けてもよい。
【００２３】
たとえば、図１に示すように、本発明に係る３次元振動抑制用磁気ダンパ１は、固定軸２に取付けた軸対称立体形状の磁石３と、その磁石３の表面から磁石３の３次元振動変位よりも大きいすきまを有する略中空球状の導体４とから構成される。
【００２４】
この３次元振動抑制用磁気ダンパ１は、固定軸２の３次元的な運動による振動を抑制することが可能であり、全ての磁力線を使うので効率も良く、この３次元振動抑制用ダンパ１を回転体に使った場合には、回転体の３次元ふれまわり振動を抑制する効果があり、従来の磁気ダンパよりも減衰性能が大きくコンパクトな設計が可能である。
【００２５】
この３次元振動抑制用磁気ダンパの原理を説明する。３次元振動抑制用磁気ダンパは、図10(a)又は(b)で示した従来の磁気ダンパの減衰力に加えて図２(a)又は(b)で示した減衰力も合わせ持つ。図２(a)及び(b)について説明すると、磁石５の磁場は空間に分布しているので、Bz方向の磁場だけでなく図２(a)及び(b)に示した磁場BRも存在している。
【００２６】
さて、図２(a)は導体６が静止し磁石５が図中に示した向きに速度V2で運動している場合を示し、図２(b)は磁石５が静止し導体６が図中に示した向きに速度V2で運動している場合を示す。
【００２７】
図２(b)の場合、導体６が動くと導体６に渦電流J2が流れる。この渦電流J2の向きは、磁場BRと速度V2から、オームの法則（式（２）上式）で決まり、式（２）の左図で示した方向に流れる。さらに、図11(b)のときと同様に、フレミングの左手則（式（２）下式）によって、ローレンツ力F2が渦電流J2に働く。このローレンツ力F2の向きは渦電流J2および磁場BRの外積できまり、式（２）の左図で示したように導体６の運動の向きV2と逆向きになる。すなわち、導体６の運動を妨げるように働き、導体６が振動すればF2は減衰力となる。図２(a)の場合は図２(b)と同様に静止した導体に働くローレンツ力の反作用力が働き、磁石５の振動を減衰させる。
【００２８】
式（１）および式（２）は、導体６又は磁石５の運動方向と直角方向の磁場を利用すれば磁気ダンパを構成できることを示している。そして、図２(a)、(b)で示した従来の磁気ダンパは、磁場Bzのみしか使用しないが、本発明の３次元振動抑制用磁気ダンパでは、導体６又は磁石５の全方向の振動を、運動方向と直角の磁場を利用して、減衰させることができる。
【００２９】
実際に３次元振動抑制用磁気ダンパの効果を確認した実験結果を図３に示す。
【００３０】
図４に実験装置７の原理を示しており、図４は、基端をねじ切りした軸８（SUS304）を地面９に締め付け、先端に直径19mmの球状の磁石10を接着している。地面９から磁石10の接着点までの距離は150mmである。磁石10は軸方向に磁化している。軸８の断面は3mmx3mmの正方形であり、軸８の基端部に振動波形測定用のひずみゲージ11を取り付けている。磁石10の上方に銅殻12を固定配置しており、この銅殻12は、内直径26mmの半球殻と同内直径の円筒とを連接した形状をしている。ここで、磁石10の頂点と銅殻12の内側の底との距離をｄとし、銅殻12の厚さをｔとする。
【００３１】
軸８の曲げ振動の一次固有振動数は24Hzであった。銅殻12の厚さｔおよび距離ｄを変えて、打撃点13を木槌で打撃し振動の様子を測定した。図３にそれぞれの条件における振動波形を示す。
【００３２】
図３において、t=2mmのときの２つの図（最上図）を見ると、d=6.5mmのときの方がd=18.5mmのときより減衰性能が良いことがわかる。すなわち、磁石10が銅殻12の中に入るほど減衰性能が良いことがわかる。他の場合も同様である。
【００３３】
次に、３次元振動抑制用磁気ダンパの具体的な実施例を図５に示す。図５は、３次元振動抑制用磁気ダンパ14を遠心分離器、特に洗濯機の脱水機に応用した例である。脱水槽15は毎回そこに入れる衣類の質量や位置が異なるため振動や騒音が大きくそれらの対策も困難である。そこで、３次元振動抑制用磁気ダンパ14を脱水槽15とモータ16との間の回転軸17の中途部に入れることによって振動や騒音を抑えることができる。図中、17は球状の磁石、18は上下一対の軸対称導体の断面を示す。
【００３４】
なお、本発明に係る３次元振動抑制用磁気ダンパは上記一実施例に限定されるものではない。
【００３５】
たとえば、図６(a),(b)に示すように、楕円体状の磁石19,20を使うこともできる。図中、21,22は上下一対の軸対称の導体の断面を示し、23,24は軸である。また、図６(c)に示すように、回転軸25の端部に磁石26を取り付けることもできる。図中、27は上下一対の軸対称導体の断面を示す。
【００３６】
これら図６(a)、(b)、(c)では軸対称形状の導体21,22,27を用いているので、回転体用の３次元ふれまわり振動抑制用の磁気ダンパとして使用できる。たとえば、図７に示すように、モータ28に回転軸29の基端部を取付け、この回転軸29の中途部に回転円板30を取付けるとともに、回転軸29の先端部に球状の磁石31を取付け、この磁石31の上方に略球状の導体32を配置してもよい。図中、33は軸受、34はカップリングである。
【００３７】
また、図６(d)のように導体35の外形が矩形板状であって軸対称でなくても３次元振動抑制磁気ダンパは構成できる。この場合でも、導体35の内形は軸対称とする。すなわち、振動していないときは、磁石36の表面と導体35のすきまは軸対称となる。図６(d)を回転体用の磁気ダンパとして用いることも可能である。図中、37は回転軸である。この場合、導体35の外形は軸対称ではないが、導体35の内部の渦電流の発生領域は導体35の内部で軸対称部分になり、軸対称部分から外側の導体35の部分には渦電流はほとんど流れないと考えられる。この場合、導体35が完全な軸対称でないので回転方向に抵抗力が生じ、導体35が軸対称の時よりも少し効率が悪いが、このような構成も可能である。
【００３８】
また、図８は、３次元振動抑制用磁気ダンパを、主に、水平方向の振動抑制用として使用した例であり、軸対称の磁石38,39は、直円錐や直円錐台や円柱形状をしており、軸対称の導体40,41は筒状である。図中、42,43は回転軸である。
【００３９】
また、図９は、モータ44の回転軸45の中途部に３次元振動抑制用磁気ダンパ46を取付けた状態を示した図であり、この３次元振動抑制用磁気ダンパ46は、回転軸45に円柱状のハブ47を取付け、このハブ47の外周部に軸対称形状（円環状）の磁石48を取付ける一方、基台49に上下一対の軸対称形状（円板状）の導体ステータ50,51を取付け、これら導体ステータ50,51の間に軸対称形状（円筒状）の導体ステータ52を取付けている。
【００４０】
他に実際に磁気ダンパが使われる事例として、例えば、「アンテナ指向装置」、「立形構造物用磁気浮上式除振装置」、「磁気浮上式除振装置用電磁アクチュエータ」、「“積層リボン方式プッシュプル駆動ダイナミックスピーカーシステム”における空間浮遊型ダイアフラム用磁気ダンパー」、「動吸振器」、「振動試験装置」、「電磁サスペンション制御装置」、「電磁式搬送装置」などが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る３次元振動抑制用磁気ダンパを示す模式図。
【図２】３次元振動抑制用磁気ダンパの原理を示す説明図。
【図３】振動吸収の実験結果を示すグラフ。
【図４】実験装置を示す説明図。
【図５】３次元振動抑制用磁気ダンパの応用例を示す模式図。
【図６】他の３次元振動抑制用磁気ダンパを示す模式図。
【図７】他の３次元振動抑制用磁気ダンパの応用例を示す模式図。
【図８】他の３次元振動抑制用磁気ダンパを示す模式図。
【図９】他の３次元振動抑制用磁気ダンパの応用例を示す模式図。
【図１０】従来の磁気ダンパを示す模式図。
【図１１】従来の磁気ダンパの原理を示す説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１  ３次元振動抑制用磁気ダンパ
２  固定軸
３  磁石
４  導体
５  磁石
６  導体
７  実験装置
８  軸
９  地面
10  磁石
11  ひずみゲージ
12  銅殻
13  打撃点
【図１】
2005315372.tif 000003
【図２】
2005315372.tif 000004
【図３】
2005315372.tif 000005
【図４】
2005315372.tif 000006
【図５】
2005315372.tif 000007
【図６】
2005315372.tif 000008
【図７】
2005315372.tif 000009
【図８】
2005315372.tif 000010
【図９】
2005315372.tif 000011
【図１０】
2005315372.tif 000012
【図１１】
2005315372.tif 000013