KR20200052916A - 와전류식 댐퍼 - Google Patents

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Abstract

와전류식 댐퍼(1)는, 축방향으로 이동 가능한 나사축(7)과, 복수의 제1 영구 자석(3)과, 복수의 제2 영구 자석(4)과, 원통 형상의 자석 유지 부재(2)와, 도전성을 갖는 원통 형상의 도전 부재(5)와, 나사축(7)과 맞물리는 볼 너트(6)와, 도전 부재(5)의 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 대향하는 면을 덮는 전열층(傳熱層)(12)을 구비한다. 자석 유지 부재(2)는, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)을 유지한다. 도전 부재(5)는, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 간극을 두고 대향한다. 볼 너트(6)는, 자석 유지 부재(2) 및 도전 부재(5)의 내부에 배치되어 자석 유지 부재(2) 또는 도전 부재(5)에 고정된다. 전열층(12)은, 도전 부재(5)보다 높은 열전도율을 갖는다.

Description

와전류식 댐퍼
본 발명은, 와전류식 댐퍼에 관한 것이다.
지진 등에 의한 진동으로부터 건축물을 보호하기 위해, 건축물에 제진 장치가 장착된다. 제진 장치는 건축물에 부여된 운동 에너지를 다른 에너지(예：열에너지)로 변환한다. 이로 인해, 건축물의 큰 흔들림이 억제된다. 제진 장치는 예를 들어, 댐퍼이다. 댐퍼의 종류는 예를 들어, 오일식, 전단 저항식이 있다. 일반적으로, 건축물에는 오일식이나 전단 저항식 댐퍼가 사용되는 경우가 많다. 오일식 댐퍼는, 실린더 내의 비압축성 유체를 이용하여 진동을 감쇠시킨다. 전단 저항식 댐퍼는, 점성 유체의 전단 저항을 이용하여 진동을 감쇠시킨다.
그러나, 특히 전단 저항식 댐퍼에서 이용되는 점성 유체의 점도는, 점성 유체의 온도에 의존한다. 즉, 전단 저항식 댐퍼의 감쇠력은, 온도에 의존한다. 따라서, 전단 저항식 댐퍼를 건축물에 사용할 때에는, 사용 환경을 고려하여 적절한 점성 유체를 선택할 필요가 있다. 또, 오일식이나 전단 저항식 등의 유체를 이용하고 있는 댐퍼는, 온도 상승 등에 의해 유체의 압력이 상승하여, 실린더의 시일재 등의 기계적인 요소가 파손될 우려가 있다. 감쇠력의 온도 의존이 극히 작은 댐퍼로서, 와전류식 댐퍼가 있다.
종래의 와전류식 댐퍼는 예를 들어, 일본국 특허공고 평5-86496호 공보(특허문헌 1) 및 일본국 특허공개 2000-320607호 공보(특허문헌 2)에 개시된다.
특허문헌 1의 와전류식 댐퍼는, 주통(主筒)에 장착된 복수의 영구 자석과, 나사축에 접속된 히스테리시스재와, 나사축과 맞물리는 볼 너트와, 볼 너트에 접속된 부통(副筒)을 구비한다. 복수의 영구 자석은, 자극의 배치가 번갈아 다르다. 히스테리시스재는 도전성을 갖는다. 이하에서는, 히스테리시스재를 도전 부재라고도 한다. 히스테리시스재는, 복수의 영구 자석과 대향하여, 상대 회전 가능하다. 이 와전류식 댐퍼에 운동 에너지가 부여되면, 부통 및 볼 너트가 축방향으로 이동하고, 볼 나사의 작용에 의해 히스테리시스재가 회전한다. 이로 인해, 히스테리시스 손실에 의해 운동 에너지가 소비된다. 또, 히스테리시스재에 와전류가 발생하기 때문에, 와전류 손실에 의해 운동 에너지가 소비된다고 특허문헌 1에는 기재되어 있다.
특허문헌 2의 와전류식 댐퍼는, 나사축과 맞물리는 안내 너트와, 안내 너트에 장착된 도전체인 드럼과, 드럼의 내주면 측에 설치된 케이싱과, 케이싱의 외주면에 장착되며, 드럼의 내주면과 일정한 간극을 두고 대향하는 복수의 영구 자석을 포함한다. 나사축의 진퇴에 따라 안내 너트 및 드럼이 회전해도, 드럼 내주면과 영구 자석은 비접촉이기 때문에 슬라이딩하지 않는다. 이로 인해, 오일식 댐퍼에 비해 메인터넌스 횟수가 저감된다고 특허문헌 2에는 기재되어 있다.
일본국 특허공고 평5-86496호 공보 일본국 특허공개 2000-320607호 공보
특허문헌 1의 와전류식 댐퍼에서는, 복수의 영구 자석이 원주 방향을 따라 배열된다. 이 댐퍼에 운동 에너지가 부여되면, 영구 자석의 각각에 의해 발생하는 자계 안에서 도전 부재가 회전한다. 그 때, 도전 부재의 표면 중, 영구 자석의 각각과 대향하는 영역에 각각 와전류가 발생한다. 이로 인해, 회전하는 도전 부재에 제동력이 부여되어, 감쇠력이 발생한다. 또한, 와전류가 발생한 영역의 각각이 발열한다. 그 때문에, 도전 부재에는, 영구 자석의 수의 발열 영역이 형성된다.
가령 도전 부재가 일방향으로 고속으로 회전하는 경우, 발열 영역이 고속으로 둘레 방향으로 이동한다. 그 때문에, 둘레 방향의 발열이 균일화되어, 둘레 방향에 온도차는 발생하지 않는다.
그러나, 제진 장치로서 이용되는 와전류식 댐퍼에서는, 진동을 감쇠하기 위해, 도전 부재가 정회전과 역회전을 반복한다. 즉, 도전 부재의 회전 방향이 반복해서 전환된다. 회전 방향의 전환점에서는 도전 부재의 회전 속도가 제로가 된다. 이로 인해, 도전 부재가 극저속으로 회전할 때가 있다.
도전 부재가 극저속으로 회전하는 경우, 도전 부재에는, 영구 자석의 수의 발열 영역이 형성될 뿐만 아니라, 발열 영역들 사이에 저온 영역이 형성된다. 발열 영역의 열팽창은, 열팽창이 작은 저온 영역에 의해 구속된다. 그 때문에, 발열 영역에 변형이 발생하여, 그 결과로서 발열 영역에 열응력이 발생한다. 극저속으로의 회전이 반복되면, 열응력이 반복해서 부하되어, 도전 부재가 피로 손상된다.
특히, 도전 부재의 회전 방향이 반복해서 전환되는 와전류식 댐퍼에서는, 그 구성상, 필연적으로 도전 부재의 둘레 방향의 회전 속도가 변화하기 때문에, 도전 부재의 둘레 방향의 발열이 균일화되기 어렵다.
또, 특허문헌 2의 와전류식 댐퍼에서는, 안내 너트가 드럼의 외부에 설치되어 있기 때문에 안내 너트와 볼 나사 사이에 더스트가 침입하기 쉽다. 또, 특허문헌 2의 와전류식 댐퍼에서는, 안내 너트가 드럼의 외부에 설치되며, 안내 너트의 플랜지부가 드럼에 고정되고, 안내 너트의 원통부가 드럼과는 반대측을 향해 연장되어 있다. 그 때문에, 안내 너트의 원통부의 드럼과는 반대측의 단부와 건물에 고정된 부착구 사이의 거리(볼 나사의 스트로크 거리)를 길게 확보할 필요가 있고, 와전류식 댐퍼가 대형화되기 쉽다. 또한, 특허문헌 2에는 드럼 내주면과 영구 자석 사이의 간극을 관리하는 기술에 대해서는 특별히 언급되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 와전류가 발생하는 도전 부재의 피로 손상을 억제할 수 있는 와전류식 댐퍼를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 소형화가 가능한 와전류식 댐퍼를 제공하는 것이다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼는, 축방향으로 이동 가능한 나사축과, 나사축 둘레로 원주 방향을 따라 배열된 복수의 제1 영구 자석과, 제1 영구 자석들 사이에 제1 영구 자석과 간극을 두고 배치되며, 제1 영구 자석과 자극의 배치가 반전된 복수의 제2 영구 자석과, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 유지하는 원통 형상의 자석 유지 부재와, 도전성을 가지며, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석과 간극을 두고 대향하는 원통 형상의 도전 부재와, 자석 유지 부재 및 도전 부재의 내부에 배치되어 자석 유지 부재 또는 도전 부재에 고정되어, 나사축과 맞물리는 볼 너트와, 도전 부재의 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석과 대향하는 면을 덮고, 도전 부재보다 높은 열전도율을 갖는 전열층(傳熱層)을 구비한다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 의하면, 와전류가 발생하는 도전 부재의 피로 손상을 억제할 수 있다. 또, 본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 의하면, 소형화가 가능하다.
도 1은, 제1 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다.
도 2는, 도 1의 일부 확대도이다.
도 3은, 제1 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 수직인 면에서의 단면도이다.
도 4는, 도 3의 일부 확대도이다.
도 5는, 제1 실시형태의 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 나타내는 사시도이다.
도 6은, 제1 실시형태의 와전류식 댐퍼의 자기 회로를 나타내는 모식도이다.
도 7은, 자극의 배치가 원주 방향인 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 나타내는 사시도이다.
도 8은, 도 7의 와전류식 댐퍼의 자기 회로를 나타내는 모식도이다.
도 9는, 축방향으로 복수개 배치된 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 나타내는 사시도이다.
도 10은, 제2 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다.
도 11은, 제2 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 수직인 면에서의 단면도이다.
도 12는, 제3 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다.
도 13은, 도 12의 일부 확대도이다.
도 14는, 제4 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼는, 축방향으로 이동 가능한 나사축과, 복수의 제1 영구 자석과, 복수의 제2 영구 자석과, 원통 형상의 자석 유지 부재와, 도전성을 갖는 원통 형상의 도전 부재와, 나사축과 맞물리는 볼 너트와, 도전 부재의 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석과 대향하는 면을 덮는 전열층을 구비한다. 제1 영구 자석은, 나사축 둘레로 원주 방향을 따라 배열된다. 제2 영구 자석은, 제1 영구 자석들 사이에 제1 영구 자석과 간극을 두고 배치되며, 제1 영구 자석과 자극의 배치가 반전된다. 자석 유지 부재는, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 유지한다. 도전 부재는, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석과 간극을 두고 대향한다. 볼 너트는, 자석 유지 부재 및 도전 부재의 내부에 배치되어 자석 유지 부재 또는 도전 부재에 고정된다. 전열층은, 도전 부재보다 높은 열전도율을 갖는다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 의하면, 댐퍼에 운동 에너지가 부여되면, 나사축이 축방향으로 이동한다. 나사축의 축방향의 이동에 의해, 볼 너트가 회전한다. 이로 인해, 제1 및 제2 영구 자석의 각각에 의해 발생하는 자계 안에서, 도전 부재가 제1 및 제2 영구 자석에 대해 상대 회전한다. 그 때, 도전 부재의 표면 중, 제1 및 제2 영구 자석의 각각과 대향하는 영역에 각각 와전류가 발생한다. 이로 인해, 회전하는 도전 부재에 제동력이 부여되어, 감쇠력이 발생한다. 또한, 와전류가 발생한 영역의 각각이 발열한다.
여기서, 도전 부재의 제1 및 제2 영구 자석과 대향하는 면이, 도전 부재보다 높은 열전도율을 갖는 전열층으로 덮여 있다. 그 때문에, 도전 부재가 제1 및 제2 영구 자석에 대해 극저속으로 상대 회전하는 경우, 도전 부재에 발생한 발열 영역의 열은, 신속하게 전열층에 전해지고, 또한 전열층의 둘레 방향으로 분산된다. 이로 인해, 도전 부재의 둘레 방향에서 온도차가 발생하는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 와전류가 발생하는 도전 부재의 피로 손상을 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 의하면, 볼 너트가 도전 부재 및 자석 유지 부재의 내부에 배치된다. 진동 등에 의해 와전류식 댐퍼에 운동 에너지가 부여되어, 나사축이 축방향으로 이동해도, 볼 너트는 축방향으로 이동하지 않는다. 따라서, 와전류식 댐퍼에 볼 너트의 가동 영역을 형성할 필요가 없다. 그 때문에, 자석 유지 부재 및 도전 부재 등의 부품을 작게 할 수 있다. 이로 인해, 와전류식 댐퍼의 소형화를 실현할 수 있다. 게다가, 와전류식 댐퍼의 경량화를 실현할 수 있다. 또한, 각 부품이 간소한 구성이기 때문에, 와전류식 댐퍼의 조립이 용이해진다. 또한, 와전류식 댐퍼의 부품 비용 및 제조 비용이 저렴해진다.
상기한 본 실시형태의 와전류식 댐퍼는, 하기 (1)~(4) 중 어느 하나의 구성을 채용할 수 있다.
(1) 자석 유지 부재가 도전 부재의 내측에 배치된다. 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석이 자석 유지 부재의 외주면에 장착된다. 볼 너트가 자석 유지 부재에 고정된다.
이 경우, 도전 부재의 내주면이, 제1 및 제2 영구 자석과 간극을 두고 대향한다. 도전 부재의 내주면에 전열층이 형성된다. 나사축의 축방향의 이동에 의해, 볼 너트 및 자석 유지 부재가 회전한다. 한편, 도전 부재는 회전하지 않는다. 이로 인해, 제1 및 제2 영구 자석으로부터 도전 부재를 통과하는 자속이 변화하여, 도전 부재의 내주면에 와전류가 발생한다. 이 와전류에 의해 반자계가 발생하여, 회전하는 자석 유지 부재에 반력(제동력)이 부여된다. 그 결과, 나사축이 감쇠력을 받는다.
또, 이 경우, 도전 부재가 자석 유지 부재의 외측에 배치되어 외기와 접한다. 이로 인해, 도전 부재는 외기에 의해 냉각된다. 그 결과, 도전 부재의 온도 상승을 억제할 수 있다.
(2) 도전 부재가 자석 유지 부재의 내측에 배치된다. 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석이 자석 유지 부재의 내주면에 장착된다. 볼 너트가 도전 부재에 고정된다.
이 경우, 도전 부재의 외주면이, 제1 및 제2 영구 자석과 간극을 두고 대향한다. 도전 부재의 외주면에 전열층이 형성된다. 나사축의 축방향의 이동에 의해, 볼 너트 및 도전 부재가 회전한다. 한편, 자석 유지 부재는 회전하지 않는다. 이로 인해, 제1 및 제2 영구 자석으로부터 도전 부재를 통과하는 자속이 변화하여, 도전 부재의 외주면에 와전류가 발생한다. 이 와전류에 의해 반자계가 발생하여, 회전하는 도전 부재에 반력이 부여된다. 그 결과, 나사축이 감쇠력을 받는다.
또, 이 경우, 자석 유지 부재가 도전 부재의 외측에 배치되어 외기와 접한다. 이로 인해, 자석 유지 부재는 외기에 의해 냉각된다. 그 결과, 제1 및 제2 영구 자석의 온도 상승을 억제할 수 있다.
(3) 자석 유지 부재가 도전 부재의 내측에 배치된다. 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석이 자석 유지 부재의 외주면에 장착된다. 볼 너트가 도전 부재에 고정된다.
이 경우, 도전 부재의 내주면이, 제1 및 제2 영구 자석과 간극을 두고 대향한다. 도전 부재의 내주면에 전열층이 형성된다. 나사축의 축방향의 이동에 의해, 볼 너트 및 도전 부재가 회전한다. 한편, 자석 유지 부재는 회전하지 않는다. 이로 인해, 제1 및 제2 영구 자석으로부터 도전 부재를 통과하는 자속이 변화하여, 도전 부재의 내주면에 와전류가 발생한다. 이 와전류에 의해 반자계가 발생하여, 회전하는 도전 부재에 반력이 부여된다. 그 결과, 나사축이 감쇠력을 받는다.
또, 이 경우, 도전 부재가 자석 유지 부재의 외측에 배치되어 외기와 접한다. 이로 인해, 회전하는 도전 부재는 외기에 의해 효율적으로 냉각된다. 그 결과, 도전 부재의 온도 상승을 억제할 수 있다.
(4) 도전 부재가 자석 유지 부재의 내측에 배치된다. 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석이 자석 유지 부재의 내주면에 장착된다. 볼 너트가 자석 유지 부재에 고정된다.
이 경우, 도전 부재의 외주면이, 제1 및 제2 영구 자석과 간극을 두고 대향한다. 도전 부재의 외주면에 전열층이 형성된다. 나사축의 축방향의 이동에 의해, 볼 너트 및 자석 유지 부재가 회전한다. 한편, 도전 부재는 회전하지 않는다. 이로 인해, 제1 및 제2 영구 자석으로부터 도전 부재를 통과하는 자속이 변화하여, 도전 부재의 외주면에 와전류가 발생한다. 이 와전류에 의해 반자계가 발생하여, 회전하는 자석 유지 부재에 반력이 부여된다. 그 결과, 나사축이 감쇠력을 받는다.
또, 이 경우, 자석 유지 부재가 도전 부재의 외측에 배치되어 외기와 접한다. 이로 인해, 회전하는 자석 유지 부재는 외기에 의해 효율적으로 냉각된다. 그 결과, 제1 및 제2 영구 자석의 온도 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 있어서, 전열층이 도전 부재보다 높은 열전도율을 갖는 한, 전열층의 재질은 한정되지 않는다. 전형적인 예로서, 전열층은 금속층이다. 도전 부재에 금속층을 형성하는 수법으로는, 도금, 육성 용접, 납땜, 용사, 및 열확산 접합 등을 들 수 있다. 이들 수법 중에서 도금이 바람직하다. 균일한 두께의 금속층(전열층)을 간편하게 형성할 수 있기 때문이다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 전열층이 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 구리 및 구리 합금의 열전도율은 극히 높기 때문이다.
전열층이 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 경우, 전열층의 두께가 0.6mm 이상인 것이 바람직하다. 구리 또는 구리 합금의 전열층이 0.6mm 이상이면, 도전 부재의 발열 영역으로부터 전열층에 전해진 열이, 전열층의 둘레 방향으로 유효하게 분산된다. 바람직하게는, 이 경우의 전열층의 두께는 0.8mm 이상이다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 전열층이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어져도 된다. 알루미늄 및 알루미늄 합금의 열전도율은, 구리 및 구리 합금의 열전도율만큼 높지는 않지만, 극히 높기 때문이다.
전열층이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 경우, 전열층의 두께가 1.0mm 이상인 것이 바람직하다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 전열층이 1.0mm 이상이면, 도전 부재의 발열 영역으로부터 전열층에 전해진 열이, 전열층의 둘레 방향으로 유효하게 분산된다. 바람직하게는, 이 경우의 전열층의 두께는 1.3mm 이상이다.
전열층이 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 경우, 전열층의 두께가 2.0mm 이하인 것이 바람직하다. 이는 이하의 이유에 따른다. 구리, 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금은 비자성재이다. 그러한 재질의 전열층이 너무 두꺼우면, 제1 및 제2 영구 자석과 도전 부재 사이의 거리가 커져, 제동력이 저하된다. 따라서, 전열층이 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 경우, 제동력을 확보하는 관점에서, 전열층의 두께가 2.0mm 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 제1 영구 자석은 자석 유지 부재의 축방향을 따라 복수개 배치됨과 더불어, 제2 영구 자석은 자석 유지 부재의 축방향을 따라 복수개 배치되어도 된다.
이 경우, 1개의 제1 영구 자석 및 1개의 제2 영구 자석 각각의 사이즈가 작아도, 복수의 제1 및 제2 영구 자석의 총 사이즈는 크다. 따라서, 와전류식 댐퍼의 감쇠력을 높게 하면서, 제1 및 제2 영구 자석의 비용은 저렴하게 할 수 있다. 또, 제1 및 제2 영구 자석의 자석 유지 부재로의 장착도 용이하다.
이하, 도면을 참조하여, 본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 대해서 설명한다.
[제1 실시형태]
도 1은, 제1 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다. 도 2는, 도 1의 일부 확대도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 와전류식 댐퍼(1)는, 자석 유지 부재(2)와, 복수의 제1 영구 자석(3)과, 복수의 제2 영구 자석(4)과, 도전 부재(5)와, 볼 너트(6)와, 나사축(7)과, 전열층(12)(도 2 참조)을 구비한다.
[자석 유지 부재]
자석 유지 부재(2)는, 주통(2A)과, 선단측 부통(2B)과, 근원측 부통(2C)을 포함한다.
주통(2A)은, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원통 형상이다. 주통(2A)의 나사축(7)의 축방향의 길이는, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 나사축(7)의 축방향의 길이보다 길다.
선단측 부통(2B)은, 주통(2A)의 선단측(나사축(7)의 자유단측 또는 장착구(8a)측)의 단부에서부터 연장된다. 선단측 부통(2B)은, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원통 형상이다. 선단측 부통(2B)의 외경은, 주통(2A)의 외경보다 작다.
근원측 부통(2C)은, 주통(2A)의 근원측(장착구(8b)측)에, 볼 너트의 플랜지부(6A)를 사이에 끼워 설치된다. 근원측 부통(2C)은, 플랜지 고정부(21C)와, 원통 형상 지지부(22C)를 포함한다. 플랜지 고정부(21C)는, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원통 형상이며, 볼 너트의 플랜지부(6A)에 고정된다. 원통 형상 지지부(22C)는, 플랜지 고정부(21C)의 근원측(장착구(8b)측)의 단부에서부터 연장되며, 원통 형상이다. 원통 형상 지지부의 외경은, 플랜지 고정부(21C)의 외경보다 작다.
이러한 구성의 자석 유지 부재(2)는, 볼 너트(6)의 원통부(6B) 및 나사축(7)의 일부를 내부에 수용 가능하다. 자석 유지 부재(2)의 재질은, 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 자석 유지 부재(2)의 재질은, 투자율이 높은 강철 등이 바람직하다. 자석 유지 부재(2)의 재질은 예를 들어, 탄소강, 주철 등의 강자성재이다. 이 경우, 자석 유지 부재(2)는, 요크로서의 역할을 완수한다. 즉, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)으로부터의 자속이 외부에 누설되기 어려워져, 와전류식 댐퍼(1)의 감쇠력이 높아진다. 후술하는 바와 같이, 자석 유지 부재(2)는 도전 부재(5)에 대해 회전 가능하다.
[제1 영구 자석 및 제2 영구 자석]
도 3은, 제1 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 수직인 면에서의 단면도이다. 도 4는, 도 3의 일부 확대도이다. 도 5는, 제1 실시형태의 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 나타내는 사시도이다. 도 3~도 5에서는 나사축 등의 일부 구성을 생략하고 있다. 도 3~도 5를 참조하여, 복수의 제1 영구 자석(3) 및 복수의 제2 영구 자석(4)은, 자석 유지 부재(2)(주통(2A))의 외주면에 장착된다. 제1 영구 자석(3)은, 나사축 둘레로(즉 자석 유지 부재(2)의 원주 방향을 따라) 배열된다. 마찬가지로, 제2 영구 자석(4)은, 나사축 둘레로(즉 자석 유지 부재(2)의 원주 방향을 따라) 배열된다. 제2 영구 자석(4)은, 제1 영구 자석(3)들 사이에 간극을 두고 배치된다. 즉, 자석 유지 부재(2)의 원주 방향을 따라 제1 영구 자석(3)과 제2 영구 자석(4)은, 번갈아 간극을 두고 배치된다.
제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 자극은, 자석 유지 부재(2)의 지름 방향으로 배치된다. 제2 영구 자석(4)의 자극의 배치는 제1 영구 자석(3)의 자극의 배치와 반전되어 있다. 예를 들어 도 4 및 도 5를 참조하여, 자석 유지 부재(2)의 지름 방향에 있어서, 제1 영구 자석(3)의 N극은 외측에 배치되고, 그 S극은 내측에 배치된다. 그 때문에, 제1 영구 자석(3)의 S극이 자석 유지 부재(2)와 접한다. 한편, 자석 유지 부재(2)의 지름 방향에 있어서, 제2 영구 자석(4)의 N극은 내측에 배치되고, 그 S극은 외측에 배치된다. 그 때문에, 제2 영구 자석(4)의 N극이 자석 유지 부재(2)와 접한다.
제2 영구 자석(4)의 사이즈 및 특질은 제1 영구 자석(3)의 사이즈 및 특질과 동일한 것이 바람직하다. 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)은 예를 들어, 접착제에 의해 자석 유지 부재(2)에 고정된다. 또한, 접착제로 한정하지 않고, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)은 나사 등으로 고정되어도 되는 것은 물론이다.
[도전 부재]
도 1 및 도 2를 참조하여, 도전 부재(5)는, 중앙 원통부(5A)와, 선단측 원추부(5B)와, 선단측 원통부(5C)와, 근원측 원추부(5D)와, 근원측 원통부(5E)를 포함한다.
중앙 원통부(5A)는, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원통 형상이다. 중앙 원통부(5A)의 내주면은, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 간극을 두고 대향한다. 중앙 원통부(5A)의 내주면과 제1 영구 자석(3)(또는 제2 영구 자석(4)) 사이의 간극의 거리는, 나사축(7)의 축방향을 따라 일정하다. 중앙 원통부(5A)의 나사축(7)의 축방향의 길이는, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 나사축(7)의 축방향의 길이보다 길다.
선단측 원추부(5B)는, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원추 형상이다. 선단측 원추부(5B)는, 중앙 원통부(5A)의 선단측(나사축(7)의 자유단측 또는 장착구(8a)측)의 단부에서부터 연장되며, 선단측(나사축(7)의 자유단측 또는 장착구(8a)측)을 향함에 따라 외경 및 내경이 작아진다.
선단측 원통부(5C)는, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원통 형상이다. 선단측 원통부(5C)는, 선단측 원추부(5B)의 선단측(나사축(7)의 자유단측 또는 장착구(8a)측)의 단부에서부터 연장된다. 선단측 원통부(5C)의 선단측(나사축(7)의 자유단측 또는 장착구(8a)측)의 단부는, 장착구(8a)에 고정된다.
근원측 원추부(5D)는, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원추 형상이다. 근원측 원추부(5D)는, 중앙 원통부(5A)의 근원측(장착구(8b)측)의 단부에서부터 연장되며, 근원측(장착구(8b)측)을 향함에 따라 외경 및 내경이 작아진다.
근원측 원통부(5E)는, 나사축(7)을 중심축으로 하는 원통 형상이다. 근원측 원통부(5E)는, 근원측 원추부(5D)의 근원측(장착구(8b)측)의 단부에서부터 연장된다. 근원측 원통부(5E)의 근원측(장착구(8b)측)의 단부는, 자유단으로 되어 있다.
이러한 구성의 도전 부재(5)는, 자석 유지 부재(2), 제1 영구 자석(3), 제2 영구 자석(4), 볼 너트(6) 및 나사축(7)의 일부를 수용 가능하다. 즉, 자석 유지 부재(2)가 도전 부재(5)의 내측에 동심 형상으로 배치된다. 후술하는 바와 같이, 도전 부재(5)의 내주면(중앙 원통부(5A)의 내주면)에 와전류를 발생시키기 위해, 도전 부재(5)는 자석 유지 부재(2)와 상대적으로 회전한다. 그 때문에, 도전 부재(5)와 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4) 사이에는, 간극이 형성된다. 도전 부재(5)와 일체인 장착구(8a)는, 건물 지지면 또는 건물 내에 고정된다. 그 때문에, 도전 부재(5)는 나사축(7) 둘레로 회전하지 않는다.
도전 부재(5)는, 도전성을 갖는다. 도전 부재(5)의 재질은 예를 들어, 탄소강, 주철 등의 강자성재이다.
도전 부재(5)는 자석 유지 부재(2)를 회전 가능하게 지지한다. 자석 유지 부재(2)의 지지는 예를 들어, 다음과 같은 구성으로 하는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하여, 와전류식 댐퍼(1)는 또한, 선단측 베어링(9A)과, 근원측 베어링(9B)을 포함한다. 선단측 베어링(9A)은, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)보다 나사축(7)의 선단측(나사축(7)의 자유단측 또는 장착구(8a)측)에 있어서, 도전 부재(5)(선단측 원통부(5C))의 내주면에 장착되며, 자석 유지 부재(2)(선단측 부통(2B))의 외주면을 지지한다. 또, 근원측 베어링(9B)은, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)보다 나사축(7)의 근원측(장착구(8b)측)에 있어서, 도전 부재(5)(근원측 원통부(5E))의 내주면에 장착되며, 자석 유지 부재(2)(원통 형상 지지부(22C))의 외주면을 지지한다.
이러한 구성에 의해, 나사축(7)의 축방향에 있어서 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 양측에서, 자석 유지 부재(2)가 지지된다. 그 때문에, 자석 유지 부재(2)가 회전해도, 제1 영구 자석(3)(제2 영구 자석(4))과 도전 부재(5) 사이의 간극이 일정한 거리로 유지되기 쉽다. 간극이 일정한 거리로 유지되면, 와전류에 의한 제동력이 안정적으로 얻어진다. 또, 간극이 일정한 거리로 유지되면, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)이 도전 부재(5)와 접촉할 가능성이 낮기 때문에, 간극을 보다 작게 할 수 있다. 그렇게 하면, 후술하는 바와 같이 도전 부재(5)를 통과하는 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)으로부터의 자속량이 증가하여, 제동력을 보다 증대시킬 수 있고, 또는 영구 자석의 수를 적게 해도 원하는 제동력을 발휘할 수 있다.
자석 유지 부재(2)의 축방향에 있어서, 자석 유지 부재(2)와 도전 부재(5) 사이에는, 스러스트 베어링(10)이 설치된다. 또한, 선단측 베어링(9A), 근원측 베어링(9B) 및 스러스트 베어링(10)의 종류는, 특별히 한정되는 일 없이, 볼식, 롤러식, 미끄럼식 등이어도 되는 것은 물론이다.
또한, 중앙 원통부(5A), 선단측 원추부(5B), 선단측 원통부(5C), 근원측 원추부(5D) 및 근원측 원통부(5E)는 각각, 별도의 부재이며, 볼트 등에 의해 연결되어 조립된다.
도 2 및 도 4를 참조하여, 도전 부재(5)의 내주면은, 복수의 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 대향하는 면이다. 도전 부재(5)의 내주면에 전열층(12)이 형성된다. 본 실시형태의 전열층(12)은 도금에 의해 형성된 구리 또는 구리 합금의 금속층이다. 전열층(12)의 열전도율은 도전 부재(5)의 열전도율보다 높다.
[볼 너트]
볼 너트(6)는, 플랜지부(6A)와, 원통부(6B)를 포함한다. 플랜지부(6A)는 원통 형상이다. 플랜지부(6A)는, 자석 유지 부재의 주통(2A)의 근원측(장착구(8b)측) 단부와, 근원측 부통(2C)의 플랜지 고정부(21C)의 선단측(장착구(8a)측) 단부 사이에 설치되며, 양쪽에 고정된다. 원통부(6B)는, 플랜지부(6A)보다 나사축(7)의 선단측에 설치되며, 플랜지부(6A)의 선단측의 면에서부터 연장된다.
이러한 구성의 볼 너트(6)는, 자석 유지 부재(2) 및 도전 부재(5)의 내부에 배치된다. 볼 너트(6)는, 자석 유지 부재(2)에 고정되기 때문에, 볼 너트(6)가 회전하면, 자석 유지 부재(2)도 회전한다. 볼 너트(6)의 종류는, 특별히 한정되지 않는다. 볼 너트(6)는, 주지의 볼 너트를 이용해도 된다. 볼 너트(6)의 내주면에는, 나사부가 형성되어 있다. 또한, 도 1에서는, 볼 너트(6)의 원통부(6B)의 일부 묘화를 생략하여, 나사축(7)이 보이도록 되어 있다.
[나사축]
나사축(7)은, 볼 너트(6)를 관통하고, 볼을 통해 볼 너트(6)와 맞물린다. 나사축(7)의 외주면에는, 볼 너트(6)의 나사부에 대응하는 나사부가 형성되어 있다. 나사축(7) 및 볼 너트(6)는, 볼 나사를 구성한다. 볼 나사는, 나사축(7)의 축방향의 이동을 볼 너트(6)의 회전 운동으로 변환한다. 나사축(7)에 장착구(8b)가 접속된다. 나사축(7)과 일체인 장착구(8b)는, 건물 지지면 또는 건물 내에 고정된다. 와전류식 댐퍼(1)가, 예를 들어 건물 내와 건물 지지면 사이의 면진층에 설치되는 사례의 경우, 나사축(7)과 일체인 장착구(8b)가 건물 내에 고정되고, 도전 부재(5)와 일체인 장착구(8a)는 건물 지지면에 고정된다. 와전류식 댐퍼(1)가, 예를 들어 건물 내의 임의의 층간에 설치되는 사례의 경우에는, 나사축(7)과 일체인 장착구(8b)가 임의의 층간의 상부빔 측에 고정되고, 도전 부재(5)와 일체인 장착구(8a)는 임의의 층간의 하부빔 측에 고정된다. 그 때문에, 나사축(7)은 축 둘레로 회전하지 않는다.
나사축(7)과 일체인 장착구(8b) 및 도전 부재(5)와 일체인 장착구(8a)의 고정은, 상술한 설명의 반대여도 된다. 즉, 나사축(7)과 일체인 장착구(8b)가 건물 지지면에 고정되고, 도전 부재(5)와 일체인 장착구(8a)가 건물 내에 고정되어도 된다.
나사축(7)은, 자석 유지 부재(2) 및 도전 부재(5)의 내부에 축방향을 따라 진퇴 이동 가능하다. 따라서, 진동 등에 의해, 와전류식 댐퍼(1)에 운동 에너지가 부여되면, 나사축(7)이 축방향으로 이동한다. 나사축(7)이 축방향으로 이동하면, 볼 나사의 작용에 의해 볼 너트(6)가 나사축(7) 둘레로 회전한다. 볼 너트(6)의 회전에 따라, 자석 유지 부재(2)가 회전한다. 이로 인해, 자석 유지 부재(2)와 일체인 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)이 도전 부재(5)에 대해 상대 회전하기 때문에, 도전 부재(5)에는 와전류가 발생한다. 그 결과, 와전류식 댐퍼(1)에 감쇠력이 발생하여, 진동을 감쇠시킨다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼(1)에 의하면, 도전 부재(5)의 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 대향하는 내주면이, 도전 부재(5)보다 높은 열전도율을 갖는 전열층(12)으로 덮여 있다. 그 때문에, 도전 부재(5)가 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)에 대해 극저속으로 상대 회전하는 경우, 도전 부재(5)에 발생한 발열 영역의 열은, 신속하게 전열층(12)에 전해지고, 또한 전열층(12)의 둘레 방향으로 분산된다. 이로 인해, 도전 부재(5)의 둘레 방향에서 온도차가 발생하는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 와전류가 발생하는 도전 부재(5)의 피로 손상을 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 와전류식 댐퍼(1)에 의하면, 볼 너트(6)가 도전 부재(5) 및 자석 유지 부재(2)의 내부에 배치된다. 진동 등에 의해 와전류식 댐퍼(1)에 운동 에너지가 부여되어, 장착구(8b)와 일체인 나사축(7)이 축방향으로 이동해도, 볼 너트(6)는 축방향으로 이동하지 않는다. 따라서, 와전류식 댐퍼(1)에 볼 너트(6)의 가동 영역을 형성할 필요가 없다. 그 때문에, 자석 유지 부재(2) 및 도전 부재(5) 등의 부품을 작게 할 수 있다. 이로 인해, 와전류식 댐퍼(1)를 소형으로 할 수 있고, 와전류식 댐퍼(1)의 경량화를 실현할 수 있다.
또, 볼 너트(6)가 도전 부재(5) 및 자석 유지 부재(2)의 내부에 배치됨으로써, 볼 너트(6)와 나사축(7) 사이에 더스트가 침입하기 어려워져, 장기간에 걸쳐 나사축(7)이 원활하게 움직일 수 있다. 또, 볼 너트(6)가 도전 부재(5) 및 자석 유지 부재(2)의 내부에 배치됨으로써, 장착구(8b)의 선단측(장착구(8a)측)의 단부와 도전 부재(5)의 근원측(장착구(8b)측)의 단부 사이의 거리를 짧게 할 수 있고, 와전류식 댐퍼를 소형으로 할 수 있다. 또, 각 부품이 간소한 구성이기 때문에, 와전류식 댐퍼(1)의 조립이 용이해진다. 또, 와전류식 댐퍼(1)의 부품 비용 및 제조 비용이 저렴해진다.
또, 도전 부재(5)는 내부에 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)을 수용한다. 즉, 도전 부재(5)의 나사축(7)의 축방향의 길이는, 제1 영구 자석(3)(제2 영구 자석(4))의 나사축(7)의 축방향의 길이보다 길고, 도전 부재(5)의 체적이 크다. 도전 부재(5)의 체적이 커지면, 도전 부재(5)의 열용량도 크다. 그 때문에, 와전류가 발생함에 따른 도전 부재(5)의 온도 상승이 억제된다. 도전 부재(5)의 온도 상승이 억제되면, 도전 부재(5)로부터의 복사열에 의한 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 온도 상승이 억제되고, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 온도 상승에 의한 감자(減磁)가 억제된다.
이어서, 와전류의 발생 원리 및 와전류에 의한 감쇠력의 발생 원리에 대해서 설명한다.
[와전류에 의한 감쇠력]
도 6은, 와전류식 댐퍼의 자기 회로를 나타내는 모식도이다. 도 6을 참조하여, 제1 영구 자석(3)의 자극의 배치는, 인접한 제2 영구 자석(4)의 자극의 배치와 반전되어 있다. 따라서, 제1 영구 자석(3)의 N극으로부터 나온 자속은, 인접한 제2 영구 자석(4)의 S극에 도달한다. 제2 영구 자석의 N극으로부터 나온 자속은, 인접한 제1 영구 자석(3)의 S극에 도달한다. 이로 인해, 제1 영구 자석(3), 제2 영구 자석(4), 도전 부재(5) 및 자석 유지 부재(2) 안에서, 자기 회로가 형성된다. 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과, 도전 부재(5) 사이의 간극은 충분히 작기 때문에, 도전 부재(5)는 자계 안에 있다.
자석 유지 부재(2)가 회전하면(도 6 안의 화살표 참조), 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)은 도전 부재(5)에 대해 이동한다. 그 때문에, 도전 부재(5)의 표면(도 6에서는 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)이 대향하는 도전 부재(5)의 내주면)을 통과하는 자속이 변화한다. 이로 인해 도전 부재(5)의 표면(도 6에서는 도전 부재(5)의 내주면)에 와전류가 발생한다. 와전류가 발생하면, 새로운 자속(반자계)이 발생한다. 이 새로운 자속은, 자석 유지 부재(2)(제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4))와 도전 부재(5)의 상대 회전을 방해한다. 본 실시형태의 경우, 자석 유지 부재(2)의 회전이 방해된다. 자석 유지 부재(2)의 회전이 방해되면, 자석 유지 부재(2)와 일체인 볼 너트(6)의 회전도 방해된다. 볼 너트(6)의 회전이 방해되면, 나사축(7)의 축방향의 이동도 방해된다. 이것이 와전류식 댐퍼(1)의 감쇠력이다. 진동 등에 의한 운동 에너지에 의해 발생하는 와전류는, 도전 부재(5)의 온도를 상승시킨다. 즉, 와전류식 댐퍼에 부여된 운동 에너지가 열에너지로 변환되며, 감쇠력이 얻어진다.
본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 의하면, 제1 영구 자석의 자극의 배치가, 자석 유지 부재의 원주 방향에 있어서 제1 영구 자석과 인접한 제2 영구 자석의 자극의 배치와 반전되어 있다. 그 때문에, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석에 의한 자계가 자석 유지 부재의 원주 방향으로 발생한다. 또, 자석 유지 부재의 원주 방향으로 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 복수 배열함으로써, 도전 부재에 도달하는 자속의 양이 증가한다. 이로 인해, 도전 부재에 발생하는 와전류가 커지며, 와전류식 댐퍼의 감쇠력이 높아진다.
[자극의 배치]
상술한 설명에서는, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 자극의 배치는, 자석 유지 부재의 지름 방향인 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 자극의 배치는, 이에 한정되지 않는다.
도 7은, 자극의 배치가 원주 방향인 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 나타내는 사시도이다. 도 7을 참조하여, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 자극의 배치는, 자석 유지 부재(2)의 원주 방향을 따른다. 이 경우에도, 제1 영구 자석(3)의 자극의 배치는, 제2 영구 자석(4)의 자극의 배치와 반전되어 있다. 제1 영구 자석(3)과 제2 영구 자석(4) 사이에는, 강자성재인 폴피스(11)가 설치된다.
도 8은, 도 7의 와전류식 댐퍼의 자기 회로를 나타내는 모식도이다. 도 8을 참조하여, 제1 영구 자석(3)의 N극으로부터 나온 자속은, 폴피스(11)를 통과해, 제1 영구 자석(3)의 S극에 도달한다. 제2 영구 자석(4)에 대해서도 동일하다. 이로 인해, 제1 영구 자석(3), 제2 영구 자석(4), 폴피스(11) 및 도전 부재(5) 안에서, 자기 회로가 형성된다. 이로 인해, 상술한 바와 마찬가지로, 와전류식 댐퍼(1)에 감쇠력이 얻어진다.
[영구 자석의 축방향으로의 배치]
와전류식 댐퍼(1)의 감쇠력을 보다 크게 하려면, 도전 부재에 발생하는 와전류를 크게 하면 된다. 큰 와전류를 발생시키는 하나의 방법은, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석으로부터 나오는 자속의 양을 늘리면 된다. 즉, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 사이즈를 크게 하면 된다. 그러나, 사이즈가 큰 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석은 비용이 비싸고, 자석 유지 부재로의 장착도 용이하지 않다.
도 9는, 축방향으로 복수개 배치된 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 나타내는 사시도이다. 도 9를 참조하여, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)은, 1개의 자석 유지 부재(2)의 축방향으로 복수개 배치되어도 된다. 이로 인해, 1개의 제1 영구 자석(3) 및 1개의 제2 영구 자석(4) 각각의 사이즈는 작아도 된다. 한편, 자석 유지 부재(2)에 장착된 복수의 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 총 사이즈는 크다. 따라서, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 비용은 저렴하게 할 수 있다. 또, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 자석 유지 부재(2)로의 장착도 용이하다.
축방향으로 배치된 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의, 자석 유지 부재(2)의 원주 방향의 배치는, 상술한 바와 동일하다. 즉, 자석 유지 부재(2)의 원주 방향을 따라 제1 영구 자석(3)과 제2 영구 자석(4)은 번갈아 배치된다.
와전류식 댐퍼(1)의 감쇠력을 높이는 관점에서, 자석 유지 부재(2)의 축방향에 있어서, 제1 영구 자석(3)은 제2 영구 자석(4)과 인접한 것이 바람직하다. 이 경우, 자기 회로가 자석 유지 부재(2)의 원주 방향뿐만 아니라, 축방향에 있어서도 발생한다. 따라서, 도전 부재(5)에 발생하는 와전류가 커진다. 그 결과, 와전류식 댐퍼(1)의 감쇠력이 커진다.
그러나, 자석 유지 부재(2)의 축방향에 있어서, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 배치는 특별히 한정되지 않는다. 즉, 자석 유지 부재(2)의 축방향에 있어서, 제1 영구 자석(3)은 제1 영구 자석(3)의 옆에 배치되어 있어도 되고, 제2 영구 자석(4)의 옆에 배치되어 있어도 된다.
상술한 제1 실시형태에서는, 자석 유지 부재가 도전 부재의 내측에 배치되어 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석이 자석 유지 부재의 외주면에 장착되고, 또한 자석 유지 부재가 회전하는 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 본 실시형태의 와전류식 댐퍼는, 이에 한정되지 않는다.
[제2 실시형태]
제2 실시형태의 와전류식 댐퍼는, 자석 유지 부재가 도전 부재의 외측에 배치되며, 회전하지 않는다. 와전류는, 내측의 도전 부재가 회전함으로써 발생한다. 또한, 제2 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 자석 유지 부재와 도전 부재의 배치 관계가 제1 실시형태와 역전되어 있다. 그러나, 제2 실시형태의 자석 유지 부재의 형상은 제1 실시형태의 도전 부재와 동일하고, 제2 실시형태의 도전 부재의 형상은 제1 실시형태의 자석 유지 부재와 동일하다. 그 때문에, 제2 실시형태에서는 자석 유지 부재 및 도전 부재의 상세한 형상의 설명은 생략한다.
도 10은, 제2 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다. 도 11은, 제2 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 수직인 면에서의 단면도이다. 도 10 및 도 11을 참조하여, 자석 유지 부재(2)는, 도전 부재(5), 볼 너트(6) 및 나사축(7)을 수용 가능하다. 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)은, 자석 유지 부재(2)의 내주면에 장착된다. 따라서, 도전 부재(5)의 외주면이, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 간극을 두고 대향한다. 도전 부재(5)의 외주면에 전열층(12)이 형성된다.
도 1에 나타내는 장착구(8a)는 자석 유지 부재(2)에 접속된다. 그 때문에, 자석 유지 부재(2)는 나사축(7) 둘레로 회전하지 않는다. 한편, 볼 너트(6)는, 도전 부재(5)에 접속된다. 따라서, 볼 너트(6)가 회전하면, 도전 부재(5)는 회전한다. 이러한 구성의 경우에서도, 상술한 바와 같이, 자석 유지 부재(2)와 일체인 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)이 도전 부재(5)에 대해 상대 회전하기 때문에, 도전 부재(5)에는 와전류가 발생한다. 그 결과, 와전류식 댐퍼(1)에 감쇠력이 발생하여, 진동을 감쇠시킬 수 있다.
[제3 실시형태]
제3 실시형태의 와전류식 댐퍼는, 자석 유지 부재가 도전 부재의 내측에 배치되며, 회전하지 않는다. 와전류는, 외측의 도전 부재가 회전함으로써 발생한다.
도 12는, 제3 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다. 도 13은, 도 12의 일부 확대도이다. 도 12 및 도 13을 참조하여, 도전 부재(5)는, 자석 유지 부재(2), 볼 너트(6) 및 나사축(7)을 수용 가능하다. 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)은, 자석 유지 부재(2)의 외주면에 장착된다. 따라서, 도전 부재(5)의 내주면이, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 간극을 두고 대향한다. 도전 부재(5)의 내주면에 전열층(12)이 형성된다.
장착구(8a)는 자석 유지 부재(2)에 접속된다. 그 때문에, 자석 유지 부재(2)는 나사축(7) 둘레로 회전하지 않는다. 한편, 볼 너트(6)는, 도전 부재(5)에 접속된다. 따라서, 볼 너트(6)가 회전하면, 도전 부재(5)는 회전한다. 이러한 구성의 경우에서도, 상술한 바와 같이, 자석 유지 부재(2)와 일체인 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)이 도전 부재(5)에 대해 상대 회전하기 때문에, 도전 부재(5)에는 와전류가 발생한다. 그 결과, 와전류식 댐퍼(1)에 감쇠력이 발생하여, 진동을 감쇠시킬 수 있다.
[제4 실시형태]
제4 실시형태의 와전류식 댐퍼는, 도전 부재가 자석 유지 부재의 내측에 배치되며, 회전하지 않는다. 와전류는, 외측의 자석 유지 부재가 회전함으로써 발생한다.
도 14는, 제4 실시형태의 와전류식 댐퍼의 축방향에 따른 면에서의 단면도이다. 도 14를 참조하여, 자석 유지 부재(2)는, 도전 부재(5), 볼 너트(6) 및 나사축(7)을 수용 가능하다. 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)은, 자석 유지 부재(2)의 내주면에 장착된다. 따라서, 도전 부재(5)의 외주면이, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)과 간극을 두고 대향한다. 도전 부재(5)의 외주면에 전열층(12)이 형성된다.
도 1에 나타내는 장착구(8a)는 도전 부재(5)에 접속된다. 그 때문에, 도전 부재(5)는 나사축(7) 둘레로 회전하지 않는다. 한편, 볼 너트(6)는, 자석 유지 부재(2)에 고정된다. 따라서, 볼 너트(6)가 회전하면, 자석 유지 부재(2)는 회전한다. 이러한 구성의 경우에서도, 상술한 바와 같이, 자석 유지 부재(2)와 일체인 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)이 도전 부재(5)에 대해 상대 회전하기 때문에, 도전 부재(5)에는 와전류가 발생한다. 그 결과, 와전류식 댐퍼(1)에 감쇠력이 발생하여, 진동을 감쇠시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 와전류식 댐퍼가 감쇠력을 발생시키면, 도전 부재의 온도는 상승한다. 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석은, 도전 부재와 대향한다. 따라서, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석은, 도전 부재 및 전열층으로부터의 복사열에 의해 온도가 상승할지도 모른다. 영구 자석의 온도가 상승하면, 자력이 저하될 우려가 있다.
제1 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 도전 부재(5)가 자석 유지 부재(2)의 외측에 배치된다. 즉, 도전 부재(5)가 가장 외측에 배치되어 외기와 접한다. 이로 인해, 도전 부재(5)는 외기에 의해 냉각된다. 그 때문에, 도전 부재(5)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 온도 상승을 억제할 수 있다.
제2 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 자석 유지 부재(2)가 도전 부재(5)의 외측에 배치된다. 즉, 자석 유지 부재(2)가 가장 외측에 배치되어 외기와 접한다. 이로 인해, 자석 유지 부재(2)는 외기에 의해 냉각된다. 그 때문에, 자석 유지 부재(2)를 통해 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 냉각할 수 있다. 그 결과, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 온도 상승을 억제할 수 있다.
제3 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 도전 부재(5)가 자석 유지 부재(2)의 외측에 배치된다. 즉, 도전 부재(5)가 가장 외측에 배치되어 외기와 접한다. 또, 도전 부재(5)는, 나사축(7) 둘레로 회전한다. 이로 인해, 회전하는 도전 부재(5)는 외기에 의해 효율적으로 냉각된다. 그 때문에, 도전 부재(5)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석의 온도 상승을 억제할 수 있다.
제4 실시형태의 와전류식 댐퍼에서는, 자석 유지 부재(2)가 도전 부재(5)의 외측에 배치된다. 즉, 자석 유지 부재(2)가 가장 외측에 배치되어 외기와 접한다. 또, 자석 유지 부재(2)는, 나사축(7) 둘레로 회전한다. 이로 인해, 회전하는 자석 유지 부재(2)는 외기에 의해 효율적으로 냉각된다. 그 때문에, 자석 유지 부재(2)를 통해 제1 영구 자석 및 제2 영구 자석을 냉각할 수 있다. 그 결과, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
이상, 본 실시형태의 와전류식 댐퍼에 대해서 설명했다. 와전류는 도전 부재(5)를 통과하는 자속의 변화에 의해 발생하기 때문에, 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)이 도전 부재(5)에 대해 상대 회전하면 된다. 또, 도전 부재(5)가 제1 영구 자석(3) 및 제2 영구 자석(4)에 의한 자계 안에 존재하는 한, 도전 부재와 자석 유지 부재의 위치 관계는 특별히 한정되지 않는다.
그 외에, 본 발명은 상기의 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지 변경이 가능한 것은 말할 것도 없다.
본 발명의 와전류식 댐퍼는, 건조물의 제진 장치 및 면진 장치에 유용하다.
1：와전류식 댐퍼 2：자석 유지 부재
3：제1 영구 자석 4：제2 영구 자석
5：도전 부재 6：볼 너트
7：나사축 8a, 8b：장착구
9：레이디얼 베어링 10：스러스트 베어링
11：폴피스 12：전열층

Claims (6)

  1. 축방향으로 이동 가능한 나사축과,
    상기 나사축 둘레로 원주 방향을 따라 배열된 복수의 제1 영구 자석과,
    상기 제1 영구 자석들 사이에 상기 제1 영구 자석과 간극을 두고 배치되며, 상기 제1 영구 자석과 자극의 배치가 반전된 복수의 제2 영구 자석과,
    상기 제1 영구 자석 및 상기 제2 영구 자석을 유지하는 원통 형상의 자석 유지 부재와,
    도전성을 가지며, 상기 제1 영구 자석 및 상기 제2 영구 자석과 간극을 두고 대향하는 원통 형상의 도전 부재와,
    상기 자석 유지 부재 및 상기 도전 부재의 내부에 배치되어 상기 자석 유지 부재 또는 상기 도전 부재에 고정되어, 상기 나사축과 맞물리는 볼 너트와,
    상기 도전 부재의 상기 제1 영구 자석 및 상기 제2 영구 자석과 대향하는 면을 덮고, 상기 도전 부재보다 높은 열전도율을 갖는 전열층(傳熱層)을 구비하는, 와전류식 댐퍼.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전열층이 구리 또는 구리 합금으로 이루어진, 와전류식 댐퍼.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전열층의 두께가 0.6mm 이상인, 와전류식 댐퍼.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전열층이 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진, 와전류식 댐퍼.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전열층의 두께가 1.0mm 이상인, 와전류식 댐퍼.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전열층의 두께가 2.0mm 이하인, 와전류식 댐퍼.
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