(57)【要約】【課題】  例えば、数万回転以上の高速回転モータにも対応可能な電磁ブレーキを提供することである。【解決手段】  回転軸１に固定した磁性体からなる円筒状の回転体３と、この回転体３の外周側において、上記回転体３の周方向に逆極性の磁極１０，１２が交互に現れる電磁石とを備え、この電磁石の電磁力によって上記回転体３の回転にブレーキ力を作用させる電磁ブレーキを前提とし、上記回転体３の回転軸の軸線方向に、複数の電磁石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを設けるとともに、これら電磁石の磁極１０，１２を上記回転体３の側面に対向させた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定した磁性体からなる円筒状の回転体と、この回転体の外周側において、上記回転体の周方向に逆極性の磁極が交互に現れる電磁石とを備え、この電磁石の電磁力によって上記回転体の回転にブレーキ力を作用させる電磁ブレーキであって、
上記電磁石を、上記回転体の回転軸の軸線方向に複数設けるとともに、これら電磁石の磁極を上記回転体の側面に対向させた電磁ブレーキ。
【請求項２】
上記回転軸の軸線方向に隣接する電磁石における同極性の各磁極が、上記軸線方向に連続している請求項１に記載の電磁ブレーキ。
【請求項３】
連続した上記磁極において上記回転体の側面と対向する対向面の幅が一定である請求項２に記載の電磁ブレーキ。
【請求項４】
上記各電磁石が、対向する一対のリング部材を備え、
上記リング部材は、リング本体とこのリング本体に連結された上記複数の磁極とからなり、
上記磁極は、上記リング本体の中央開口の内径側において、上記回転軸線に沿って当該リング本体から突出する棒状であるとともに、円周方向に所定の間隔を保って配置され、
対向する上記リング部材の磁極同士が互いにかみ合う構成にした請求項１〜３のいずれか１に記載の電磁ブレーキ。
【請求項５】
上記磁極における上記軸線に直交する断面は、上記リング部材の外径方向に向かって幅を小さくしている請求項１〜４のいずれか１に記載の電磁ブレーキ。
【請求項６】
上記磁極の上記軸線に直交する断面は、上記リング本体との結合側である基端側から先端側に向かってその面積を小さくした請求項４又は５に記載の電磁ブレーキ。
【請求項７】
上記リング部材において上記磁極の基端側の一端面が平坦面であるとともに、この平坦面と上記磁極の基端とが面一である請求項４〜６のいずれか１に記載の電磁ブレーキ。
【請求項８】
上記リング部材の平坦面同士を結合してなる中間リング部材を備え、
この中間リング部材を一対の上記リング部材間に介在させた請求項７に記載の電磁ブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータの性能測定に用いる電磁ブレーキに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁気ヒステリシスを利用した電磁ブレーキが知られている。
電磁ブレーキは、磁性体からなる筒状の回転体の側面に、逆極性の磁極が交互に形成される電磁石を設け、電磁石によって回転体に磁場を形成し、回転体に磁力によるブレーキ力を作用させるものである。
上記回転体にモータの回転軸を接続して、ブレーキ力を作用させながら回転数や回転トルクを計測することで、モータの性能試験ができるものである。
この種の電磁ブレーキとして、例えば、特許文献１に示す装置は、強磁性体からなる筒状の回転体の外側面に対向し、円周に沿って逆極性の磁極が交互に配置される電磁石を、１つ配置したものである。この電磁石のコイルに電流を供給することで、上記回転体に対してブレーキ力を作用させることができる。
【０００３】
上記のような電磁ブレーキにおけるブレーキ力は、磁場の強さに応じて決まるが、例えば、コイルの巻き数や電流値を一定にした場合には、電磁石の磁極と回転体との対向面積に対応する。
したがって、回転体と磁極との対向面積は、必要なブレーキ力に基づいて決める必要があった。そして、この必要な対向面積に応じて、回転体の直径や軸方向長さが設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１４０１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、近年は、数万回転以上という高速回転モータの需要があり、それにともなって高速回転モータの性能試験の必要性も出てきている。
しかし、従来の電磁ブレーキを高速回転モータに連結して用いると、高速回転した上記回転体が破損してしまうことがあった。
なぜなら、回転数が多くなると、回転体の外周に作用する遠心力と風圧が大きくなってしまうからである。
上記遠心力は、回転体の直径と、回転速度の二乗と、質量とに比例し、風圧は回転体の直径と回転速度の積に比例する。
そのため、それほどの高速回転が想定されていなかった従来の電磁ブレーキでは、高速回転時に回転体に作用する遠心力及び風圧が想定以上に大きくなり、回転体は、その外周付近からちぎれるように破損してしまうことがあった。
【０００６】
この発明の目的は、例えば、数万回転以上の高速回転モータにも対応可能な電磁ブレーキを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、回転軸に固定した磁性体からなる円筒状の回転体と、この回転体の外周側において、上記回転体の周方向に逆極性の磁極が交互に現れる電磁石とを備え、この電磁石の電磁力によって上記回転体の回転にブレーキ力を作用させる電磁ブレーキを前提とし、上記電磁石を、上記回転体の回転軸の軸線方向に複数設けるとともに、これら電磁石の磁極を上記回転体の側面に対向させたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、上記回転軸の軸線方向に隣接する電磁石における同極性の各磁極が、上記軸線方向に連続していることを特徴とする。
第３の発明は、連続した上記磁極において上記回転体の側面と対向する対向面の幅が一定であることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、上記各電磁石が、対向する一対のリング部材を備え、上記リング部材は、リング本体とこのリング本体に連結された上記複数の磁極とからなり、上記磁極は、上記リング本体の中央開口の内径側において、上記回転軸線に沿って当該リング本体から突出する棒状であるとともに、円周方向に所定の間隔を保って配置され、対向する上記リング部材の磁極同士が互いにかみ合う構成にしたことを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、上記磁極における上記軸線に直交する断面が、上記リング部材の外径方向に向かって幅を小さくしていることを特徴とする。
第６の発明は、上記磁極の上記軸線に直交する断面が、上記リング本体との結合側である基端側から先端側に向かってその面積を小さくしたことを特徴とする。
【００１１】
第７の発明は、上記リング部材において上記磁極の基端側の一端面が平坦面であるとともに、この平坦面と上記磁極の基端とが面一であることを特徴とする。
第８の発明は、上記リング部材の平坦面同士を結合してなる中間リング部材を備え、
この中間リング部材を一対の上記リング部材間に介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、必要なブレーキ力を実現するために必要な、磁極と回転体側面との対向面積を、回転体の回転軸線方向の長さを長くすることによって確保できる。このように回転体の軸線方向長さを長くした分、回転体の直径を小さくすることができる。つまり、この発明では、電磁石を１つだけ用いた従来の電磁ブレーキと比べて、回転体の直径を小さくすることができる。
回転体の直径を小さくできれば、直径に比例する遠心力や風圧が小さくなり、高速回転時にも回転体が破損しなくなる。つまり、この発明の電磁ブレーキは、高速回転に対応でき、高速回転モータの性能試験にも利用できる。
【００１３】
第２の発明によれば、電磁石の軸線方向の長さ全長にわたって磁極が連続するので、回転体の軸線方向において磁場のすき間ができない。そのため、ブレーキ力を発揮させる際に、回転体の軸線方向長さを有効に利用でき、複数の電磁石を設けることによる装置の大型化を最小限にとどめることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、磁極から回転体側へ向かう磁力線密度が、軸線方向において一定になる。そのため、ブレーキ力が回転体の軸方向位置によってばらつくことが無く、回転が安定する。
【００１５】
第４の発明によれば、軸線方向に連続する磁極が、リング本体の部分で途切れることがなく、隣接するリング本体の端面同士を接触させることで、各電磁石で構成される磁極を一本の線として連続させることができる。そのため、磁場のすき間ができず、電磁石や回転体の軸方向長さを有効利用できる。
【００１６】
第５の発明によれば、各磁極が、回転体との対向面側の幅が広くなるので、回転体との対向面積を大きくしながら、回転体から離れた位置では、周方向に隣接する逆極性の磁極との距離を大きくできる。
磁極と回転体との対向面積を大きくすることによって、ブレーキ力を大きくしながら、回転体から離れた位置では、逆極性の磁極間距離を大きくすることによって、空中への磁束の漏れを少なくできる。
【００１７】
第６の発明によれば、磁極の基端側の断面積を大きくすることによって、基端側での磁束飽和を防止するとともに、先端側の断面積を小さくすることによって先端側からの磁束の漏れを少なくできる。その結果、磁極の基端から先端までの間で、回転体との対向面側における磁束密度を均一に保つことができる。
【００１８】
第７の発明によれば、軸線方向に隣接する電磁石を構成するリング部材の平坦面同士を接触させることができる。上記平坦面を接触させれば、リング部材に設けた磁極の基端同士を接触させることができ、複数の電磁石の磁極を隙間なく連続させることができる。
【００１９】
第８の発明によれば、隣り合う２つのリング部材の機能を１つの中間リング部材で実現できるので、部品点数を減らすことができる。
部品点数が少なくなれば、磁極の位置決めなど、組み立て作業工数も少なくでき、作業性も上がる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態の電磁ブレーキの主要部を示す軸方向断面図である。
【図２】実施形態の電磁石の構成部品であるリング部材の正面図である。
【図３】実施形態のリング部材の背面図である。
【図４】図２のIV-IV線断面図である。
【図５】実施形態の中間リング部材の断面図である。
【図６】磁極の連続状態を示す展開図である。
【図７】実施形態の磁極の断面形状の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜７を用いて、この発明の電磁ブレーキの一実施形態を説明する。
なお、以下に説明する電磁ブレーキは、高速回転モータの検査装置に用いられるもので、図示しない検査装置本体に組み込まれるものである。
図１に示すように、この実施形態の電磁ブレーキは、両端側を図示しない軸受で回転自在に支持された回転軸１に、フランジ２を介して固定された回転体３を備えている。この回転体３は強磁性材料で形成された筒状部材であって、上記回転軸１に検査対象となるモータを連結し、そのモータの回転によって回転する。
また、上記回転軸１の中心線Ｌが、この発明の回転体の軸線であり、この軸線の方向が、この発明の軸線方向である。
【００２２】
また、上記回転体３の側面の外周には、軸線に沿ってリング状の４個の電磁石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが設けられている。
これら電磁石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、回転体３の側面外側に設けられたリング部材４，５，６，７，８とコイル１３とで構成されている。
上記リング部材４，５，６，７，８は、回転体３の軸線に沿って設けられた鉄製の部材で、図示しない装置本体側に固定されている。そして、回転体３の両端に位置する端部リング部材４，８が、この発明のリング部材であり、これらリング部材４，８間に設けられたリング部材が中間リング部材５，６，７である。
【００２３】
上記端部リング部材４，８は、同一形状なので、図２〜４を用いて同時に説明するが、いずれも、中央開口９ａを備えるとともに、外周に沿った環状凸部９ｂを備えた円盤状のリング本体９と、中央開口９ａの内径側において円盤面から軸方向に突出する複数の磁極１０が、円周方向に等間隔に設けられている。この実施形態では、一つの端部リング部材４，８にそれぞれ５個の磁極１０を設けているが、磁極１０の数はいくつでもかまわない。
上記磁極１０と、上記環状凸部９ｂとは、円盤面を基準に同一方向に突出しているが、上記環状凸部９ｂの軸方向長さを磁極１０の軸方向長さの約二分の一にしている。
そして、上記磁極１０より内径側に上記回転体３を挿入し、回転体３の側面と磁極１０とが対向するようにしている。
【００２４】
また、上記磁極１０は、回転体３との対向面の幅ｗを一定にする（図６参照）とともに、軸方向に突出した先端面を図２に示すように、リング本体９の外径方向に向かって幅が狭くなる台形状の平坦面にしている。
さらに、リング本体９において、上記磁極１０の突出方向先端と反対側である基端側に対応する端面９ｃを平坦面とし、この端面９ｃと磁極１０の基端とを面一にしている（図３，４参照）。
【００２５】
一方、図５に示す中間リング部材５〜７は、上記端部リング部材４，８のリング本体９の端面９ｃ同士を結合した形状である。
すなわち、中央開口１１ａ、軸線方向両側に突出した環状凸部１１ｂを備えたリング本体１１と、上記中央開口１１ａの内径側に配置された複数の磁極１２とからなる。上記磁極１２は、リング本体１１の中心軸線方向両側に突出している。
そして、上記磁極１２も、上記端部リング部材４，８の磁極１０と同様に、リング本体１１との連結側である基端側から先端側に向かって断面積を小さくするとともに、先端面を、外径方向に向かって幅が狭くなる台形状の平坦面にしている。
さらに、磁極１２も、上記回転体３との対向面を、上記磁極１０と同じ幅ｗとし、軸方向全長にわたって一定にしている。
【００２６】
このようなリング部材４〜８が回転体３の軸線に沿って配置されるが、その際、隣接するリング部材の磁極１０，１２同士が互い違いになるように組み合わせている。
そして、互い違いに組み合わされた磁極１０，１２の外周側にコイル１３が設けられている。
そして、各コイル１３の巻き線は、各リング部材４〜８に形成した図示しない孔から引き出され、図示しない電源に対して直列又は並列に接続されている。
【００２７】
したがって、回転体３の軸線方向に沿って図１の左から、端部リング部材４の磁極１０と中間リング部材５の一方の磁極１２とコイル１３とによって第１の電磁石Ａが構成され、中間リング部材５の他方の磁極１２と中間リング部材６の一方の磁極１２とコイル１３とによって第２の電磁石Ｂが構成され、中間リング部材６の他方の磁極１２と中間リング部材７の一方の磁極１２とコイル１３とによって第３の電磁石Ｃが構成され、中間リング部材７の他方の磁極１２と端部リング部材８の磁極１０とコイル１３とによって第４の電磁石Ｄが構成されている。
【００２８】
また、各リング部材４〜８のリング本体９，１１に形成された環状凸部９ｂあるいは１１ｂは、隣接する環状凸部１１ｂあるいは９ｂに当接させたとき、上記磁極１０，１２の先端面が接触する寸法関係を備え、隣接する電磁石の磁極が回転体３の軸線方向に連続するようにしている（図６参照）。
なお、図６は、リング部材４〜８を開いて、中央開口９ａ，１１ａ側から見た展開図である。そして、図６のように、連続した１本の磁極が、円周方向に交互に逆極性となるように、コイル１３の巻き方向を設定し、これらＳ極とＮ極とが交互に、回転体３の外側面に対向するようにしている。
【００２９】
この実施形態では、回転体３の軸線方向に、４つの電磁石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを配置したので、電磁石を１つだけ設けた従来と比べて、回転体３の軸線方向の長さを長くする必要があるが、その分、回転体３と磁極１０，１２との対向面が軸方向に長くなる。このように、上記対向面を軸線方向に長くなれば、同じ対向面積を実現するためには、円周方向の長さを短くすることができる。つまり、回転体３の直径を小さくできる。
【００３０】
この実施形態のように、４個の電磁石を設けることで、回転体３の軸線方向の長さを従来の４倍にした場合に、側面積を従来と同じにする回転体３の直径は、従来の半分になる。つまり、電磁石を軸方向に複数設けて、回転体３と磁極との対向面の軸線方向の長さを長くすれば、その分、回転体３の直径を小さくすることができる。
回転体３の直径が小さくなれば、それに比例して回転体３が受ける遠心力や風圧が小さくなるため、高速回転でも回転体３が破損しにくくできる。
【００３１】
例えば、直径が３４〔ｍｍ〕の回転体は、３００００〔ｒｐｍ〕で破損してしまったが、半分の直径１７〔ｍｍ〕にした回転体３は、１０００００〔ｒｐｍ〕でも破損しなかった。
なお、上記回転体３と磁極との必要な対向面積を確保するため、回転体３の軸線方向の長さを長くしながら、１つの電磁石の磁極を長くすることも考えられるが、長い磁極に対応して均一にコイルを巻くことは難しい。また、上記リング本体から軸線方向に突出させた磁極の長さが長くなれば長くなるほど、外部への磁束の漏れが多くなってしまう。したがって、回転体の軸線方向長さを長くして直径を小さくするためには、電磁石を複数設けることが合理的である。
【００３２】
また、この実施形態の磁極１０，１２は、リング部材の中央開口９ａ，１１ａの内径側に設けられているため、隣接する磁極同士が、リング本体９，１１の円盤面で途切れることなく連続する。
そのため、軸線方向に均一な磁場を形成できるとともに、回転体３の軸線方向長さを有効に利用できる。また、複数の電磁石Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを設けることによって装置が大型化することを最小限にすることができる。
【００３３】
さらに、上記各磁極１０，１２は、図６に示すように連続した磁極と回転体３との対向面が一定の幅ｗを備えているため、磁極１０，１２から回転体３側へ向かう磁力線密度が軸線方向において一定になる。
さらにまた、図６に示すように、上記回転体３の移動方向ｘが、軸線方向に沿って連続する全ての磁極の長手方向に直交するため、回転体３の移動方向に直交する磁力線ができる。その結果、ヒステリシス損失を最大にでき、効率的にブレーキ作用を得られる。
【００３４】
また、各磁極１０，１２は、いずれも、リング部材４〜８と連結されている基端側以外の部分では、リング部材４〜８の外径方向に向かって幅を狭くした台形状の断面を備えている。図７は、各磁極１０，１２の断面形状と、回転体３との関係を模式的に示した図であるが、図７に示すように、磁極１０，１２の幅が、回転体３から離れるにしたがって小さくなっている。
このような断面形状にしたため、磁極１０，１２と回転体３との対向面積を大きくしてブレーキ力を大きく保ちながら、回転体３から離れた位置では、周方向に隣接するＳ極とＮ極との距離を大きくすることができる。そのため、回転体３から離れた部分で、空中への磁束の漏れを少なくできる。なお、図７中の矢印は、磁力線の方向を示したものである。
【００３５】
また、上記したように、磁極１０，１２は、リング本体９，１１側である基端側から先端に向かって断面積が小さくなるようにしている。そのため、基端側での磁束の飽和が起こりにくく、回転体３との対向側において、磁極１０，１２の基端から先端までの間で均一な磁場が形成される。
【００３６】
上記中間リング部材５〜７は、一対の端部リング部材４，８の、平坦な端面９ｃ同士を結合した形状であり、１つの中間リング５，６，７が、隣接する２つの電磁石の磁極を同時に構成することになるが、これらの中間リング５〜７の代わりに一対の端部リング４，８を組み合わせて利用してもよい。その場合には、一対の端部リング部材４，８とコイル１３とによって一つの電磁石が構成される。そして、一つの電磁石を構成する端部リング部材４，８の平坦な端面９ｃを隣接する電磁石の端面９ｃに接触させれば、隣接するリング本体９が備えた磁極１０の基端同士が連続し、中間リング５〜７と同様に軸線方向に連続する１本の磁極となる。
【００３７】
上記のように、上記中間リング部材５〜７の代わりに端部リング部材４，８を用いるようにすれば、全てを同一形状の端部リング部材４，８のみで構成することができ、部品の共通化が可能になる。一方、中間リング部材５〜７を用いれば、部品数を減らすことができ、組み立ての作業性も向上する。
なお、回転体３の軸線方向に設ける電磁石の数、各リング部材の磁極の数は、上記実施形態に限定されず、必要なブレーキ力などに応じて設定すればよい。
また、電磁石を構成するリング部材の形状も上記実施形態に限定されない。例えば、隣接する電磁石の磁極がリング本体で途切れる形状であっても、複数の電磁石を軸線方向に配置することによって回転体３の直径を小さくできる効果は得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明の電磁ブレーキは、超高速モータ用の性能試験装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１    回転軸
３    回転体
４，８    （端部）リング部材
５，６，７    中間リング部材
９、１１    リング本体
９ａ，１１ａ    中央開口
１０，１２    磁極
１３    コイル
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ    電磁石
ｗ    磁極の幅
Ｌ    （回転）軸線
【図１】
2017131047.tif 000003
【図２】
2017131047.tif 000004
【図３】
2017131047.tif 000005
【図４】
2017131047.tif 000006
【図５】
2017131047.tif 000007
【図６】
2017131047.tif 000008
【図７】
2017131047.tif 000009