CN100355189C - 涡电流减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虽构造简单但制动效率高，切换行程小且能够高速切换的涡电流减速装置。本发明的涡电流减速装置，具备：连结在旋转轴(1)上的制动盘(2)；使磁极面与所述制动盘(2)对面地配置的多个永磁铁(7)；使所述永磁铁(7)向接近所述制动盘(2)的方向和离开所述制动盘(2)的方向移动的驱动机构。最好还具备：由不连结在所述旋转轴(1)上的非旋转构造部所支撑，并收容支撑着多个永磁铁(7)的保持环(4)，与所述制动盘(2)对向配置的引导筒(3)。另外，在所述引导筒(3)中，在面对所述制动盘(2)的位置上设置强磁性材料(8)。或者包含与所述永磁铁(7)对向的端面的所述引导筒(3)的整体由非磁性材料构成。

Description

涡电流减速装置

技术领域

本发明涉及在汽车等上装备的辅助主制动的涡电流减速装置，更具体地是涉及使用盘式制动部件的涡电流减速装置。

背景技术

在卡车、大客车等汽车用的制动装置中，在作为主制动装置的脚制动器、以及作为辅助闸的排气制动器之外，为了可在长距离坡道的下坡等中进行稳定的减速，防止脚制动器的烧损，而使用涡电流减速装置。

图4是表示在特公平6-81486号公报中提案的涡电流式减速装置的构成的图，表示了采用旋转鼓并使永磁铁的极面(磁极面)与制动部件对向的方式的构成例。在本说明书的记述中，有时将永磁铁的极面(磁极面)与制动部件对向的方式仅记述为‘磁铁极面对向方式’。

在图4所示的构成例中，在旋转鼓的内部配置有：环状地排列永磁铁7的保持环4；使保持环4向旋转鼓11的内周面接近的驱动机构5。另外，通过使保持环4接近旋转鼓11的内周面，在旋转鼓上产生制动转矩。

该减速装置的具体的构成，在旋转鼓11的内部结合非磁性环12，并在其圆周方向配置多个强磁性材料8。在非磁性环12的内部，可径方向移动地引导支撑着半圆弧状的保持环4。在保持环4上，与强磁性材料8对向地结合永磁铁7，通过在一对液压传动装置5上安装的活塞杆6连结弧状的保持环4的各端部。另外，当上下一对传动装置5动作后，永磁铁7向强磁性材料8接近，磁力线波及到旋转鼓11的内周面上并发生制动转矩。

但是，在图4所示的涡电流减速装置中，包含很多要解决的问题，可以将这些问题区分为由于采用旋转鼓引起的问题和采用‘磁铁极面对向方式’而引起的问题。首先，由采用旋转鼓而引起的重要问题，是：由于收容永磁铁等的定子(引导筒)覆盖了旋转鼓的内周面，因此散热性不好，伴随制动时的发热显著膨胀。对于由该原因引起的问题以后叙述。

另一方面，作为由采用‘磁铁极面对向方式’而引起的问题，起因于采用液压传动装置将排列永磁铁的保持环向旋转鼓的内周面接近。也就是，在提案的减速装置中，是在旋转鼓的内周的一部分上不能配置永磁铁的构造，要确保必要的制动力是困难的，进而，由于永磁铁形成的磁路长度增长，磁路被内周面的一部分被隔断，因此磁效率降低。而且，由于不是能够使永磁铁垂直于旋转鼓、且平均隔离的机构，所以为了使永磁铁后退到非制动的位置为止，必须设置很大的行程。

如前所述，在采用旋转鼓的涡电流减速装置中，在其构造上，存在制动时的散热性的问题。具体地说，在制动时，旋转鼓发热后外周部就会膨胀。为了吸收该膨胀，必须进行复杂的鼓支撑的设计，使鼓的构造变得复杂。进而，由于旋转重量向半径方向的外周侧集中，旋转平衡的调整很困难，由离心力产生的过大的应力使耐久性降低，并存在容易发生尺寸变动的问题。

通过调整永磁铁和旋转鼓内周面的距离，虽然可以调整制动转矩，但是为了调整气隙必须扩大、缩小旋转鼓的内径。这样，就不利于使旋转鼓构成部件的通用化。

因此，近年来，取代采用旋转鼓的鼓式，而提出了很多盘式涡电流减速装置的方案(比如，特开2000-35835号公报，特开2001-28876号公报)。

图5，表示的是在特开2001-28876号公报中提出的盘式涡电流减速装置的实施例。如该图所示，在该减速装置中，将永磁铁7配置在磁铁支撑轮4的侧面，使其磁极的方向沿着直径方向。永磁铁7的外表面的极性，在圆周方向交互不同地配置。在各永磁铁7的外面与内面上，一对磁极部件8的基端面相对向，磁极部件8的头端倾斜地弯曲，侧面与制动盘2对向。然后，在制动盘2上，发生由永磁铁7的磁场产生的涡电流，并产生制动力。另一方面，在非制动时，永磁铁7后退，在夹持着永磁铁7的短路筒10之间产生短路的磁路，成为不波及到制动盘2上的磁场的构造。

但是，在图5所示的涡电流减速装置中，由于制动时的磁路倾斜，磁路变长，容易发生磁短路。其结果，使得磁效率低下。而且，在与永磁铁7的两极面对向的磁极部件8之间必须有规定的间隙，在磁路上的气隙变大的同时，作用于制动盘上的磁力向半径方向分散。由此，也会使磁效率降低。

进而，在所述的涡电流减速装置中，当非制动时，必须将永磁铁退后到短路筒10为止，从磁极部件8完全脱离。因此，当为了得到大的制动力而加大永磁铁的尺寸的情况下，当从制动时向非制动时切换之际，就必须加大使永磁铁后退的行程(以下仅称为‘切换行程’)。其结果，减速装置自身大型化的同时，用于制动切换的时间也很长。

发明内容

本发明是鉴于以上情况而提出的，其目的是提供一种既具有简单的结构，又具有良好的制动效率的涡电流减速装置。

而且，作为另一个目的，是提供一种切换行程小而又可以高速切换的涡电流减速装置。

为了实现所述目的，本发明的涡电流减速装置，具备：连结在旋转轴上的制动盘；使磁极面与所述制动盘的制动面面对面地配置的多个永磁铁；使所述永磁铁向靠近所述制动盘的方向和远离所述制动盘的方向移动的驱动机构。

如上所述，由于是使永磁铁与制动盘对向并接近，在盘自身上发生制动转矩的方式，因此可以以短的磁路长度上将永磁铁的磁力线施加到制动盘上。由此，降低磁路的磁阻并提高制动转矩的发生效率。作为制动效率提高的结果，可以采用比较小型的永磁铁，因而实现了轻型化、小型化以及低成本化。

最好还具备由非旋转构造部所支撑，收容

保持环，并与所述制动盘对向而配置的引导筒。在所述引导筒中，可以在与所述制动盘对面的位置上设置强磁性材料。或者包含与所述永磁铁对向的端面的所述引导筒的整体由非磁性材料构成。

并不拘泥于鼓式或盘式的减速装置，通过各种研究的结果，作为轻型、小型化的涡电流减速装置，得到以下(a)～(c)的见解。

(a)在盘式中，由于可以实现将引导筒(定子)露出到作为发热部的盘的外部，因此散热性好。所以，具有不易由引导筒内的磁铁温度上升而引起制动力降低的优点。而且，由于在平板上的盘上安装有冷却片，其形状设计也很容易。

(b)当制动时涡电流减速装置温度升高时，如果是鼓式，则鼓向半径方向膨胀，永磁铁或强磁性材料(极片)与鼓的距离加大。也就是气隙加大，结果导致制动力降低。与此相比，盘式涡电流减速装置，即使盘向半径方向膨胀，气隙也不会变动，因此其衰退特性良好(制动力随制动时间而降低的现象)。而且，通过增减初始的气隙来调整制动力的情况下，如果是鼓式，必须对鼓进行机械加工(通过扩大内径来增大气隙)或重新制造。与此相比，盘式只要调整盘的旋转轴方向的位置，就可以增减气隙，基本不用变更构成部件，制动力的调整很容易。

(c)盘具有耐久性(耐破裂强度)，对加热面的检查、维修都很容易，可维护性好。即，即使盘由于疲劳等而需要修补的情况下，通过简单的维护，比如对盘面进行切削，就可以再使用，因此再利用性也很好。

因此，在本发明的涡电流减速装置中，采用盘式。由此，本发明可以实现散热性好、制动转矩调整简单，可维护性好、再利用性良好的装置构成。

而且，以盘式的涡电流减速装置为对象，采用了‘磁铁极面对向方式’。由此，本发明的装置，能够以短的磁路长度将磁铁的磁力线直接施加到制动盘上，因此提高了制动转矩的发生效率。

图3是表示本发明的制动盘的非旋转时(制动时)的磁铁引力与切换行程的关系的图。切换行程由永磁铁的与制动盘对面的磁极面和与该磁极面对向的引导筒的端面的距离算出。将用于测定引力的测力传感器设置在液压缸的连杆头端部与磁铁保持环的结合部之间。然后，在液压缸上装入垫片来改变所述的切换行程，并用所述的测力传感器求出引力。

如图3所示，磁铁引力沿着从所述引导筒的端面的距离的(-n)次方曲线衰减，所以，如果确保切换行程为10～30mm的话，就可以进行制动时和非制动时的切换。换言之，制动时的引力约为2000kgf，通过确保切换行程为10～30mm，永磁铁的磁力线不会波及到制动盘，同时，也不会有漏磁的问题。即，本发明，可以缩短从使永磁铁对向接近制动盘的可制动的位置到与制动盘离间而成为非制动位置为止的切换行程。这样，在本发明的涡电流减速装置中，由于切换行程可以缩短到10～30mm左右，因此，实现了装置的小型化以及切换速度的高速化。

因此，本发明的第一方式，比如为以下的构成：设置：安装在旋转轴上的制动盘；由非旋转部分所支撑并配置在所述制动盘的侧方的引导筒；收容在该引导筒的内部，并可沿旋转轴方向移动的保持环；在该保持环的圆周方向上，与所述制动盘对向，且邻接的磁极相互反向地配置的多个永磁铁；和与该永磁铁对向地配置在所述引导筒内筒的端面上的强磁性材料，使所述永磁铁可以从与制动盘对向地接近的可制动的位置到与制动盘离间的非制动位置自由移动的构成的涡电流减速装置。

即使是采用了永磁铁的涡电流减速装置，与引导筒覆盖作为发热源的鼓的鼓式相比，如果是盘式的话，可以将引导筒露出到作为发热源的制动盘的外部，因此，引导筒本身的散热性很好。也就是，即使向引导筒进入的热量相同，如果是盘式的引导筒，由于可以是直接连接外界气体的构造，可以主动地增加可散热的面积，所以与鼓式相比，可以抑制引导筒内的温度上升。

而且，通过把装置的构造做成盘式，与鼓式相比容易安装冷却片，可以增大作为发热源的制动盘的散热能力。因此，本发明者，以盘式的‘磁铁极面对向方式’的引导筒为对象，对收容在其内部的永磁铁的温度随时间的变化进行了调查。

图7是对鼓式和盘式制动时的引导筒内部的温度随时间的变化进行比较的图。温度是在与永磁铁的鼓或盘对向的面上测定的。该图的结果，是对鼓式以及盘式具有同等的制动转矩、即同等的发热量的涡电流减速装置进行比较的结果。图中的记号表示：To：永磁铁的初始温度，T：永磁铁的内部温度，Tdmax：鼓式的永磁铁最高温度，t：制动时间，tend：制动结束时间。

从图7所示的结果，可以看出：即使两者的制动转矩没有差别，如果是盘式引导筒，则可以与外界气体相接而确保主动地散热的构造，因此可以抑制永磁铁的温度上升。其结果，可以缩小永磁铁与制动盘的距离，即使不用强磁性材料(极片)来构成磁路，也可以确保充分的制动转矩。

因此，本发明的第二方式，比如可以如以下地构造，是设置有：安装在旋转轴上的制动盘；由非旋转部分所支撑并配置在所述制动盘的侧方的引导筒；收容在该引导筒的内部，并可沿旋转轴方向移动的保持环；在该保持环的圆周方向上，与所述制动盘对向，且邻接的磁极相互反向地配置的多个永磁铁，将该永磁铁在旋转轴方向上自由移动的涡电流减速装置，包含与永磁铁对向的端面的所述引导筒的整体由非磁性材料构成。

这里，所谓‘在制动盘的侧方配置’与‘与制动盘对向配置’同义，是指与制动盘的制动面(主面)对面的状态。

在本发明的第二方式中的涡电流减速装置中，由包含与永磁铁对向的端面的引导筒覆盖永磁铁，因此，不用担心由于异物而对永磁铁的磁极面造成损伤，或者由于潮气而生锈。在本发明中，作为用于引导筒的非磁性材料，可以选择铝、不锈钢、树脂等。

进而，在本发明的涡电流减速装置中，也可以用薄壁材料构成引导筒。于是引导筒整体可以实现轻型化，因此可以实现小型、轻型化的装置。此时，通过对引导筒的局部加强，可以维持其强度。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的涡电流减速装置的构成的剖面图，表示制动时的状态。

图2是表示实施例1的涡电流减速装置的构成的剖面图，表示非制动时的状态。

图3是表示制动盘非旋转时(制动时)的磁铁引力与切换行程的关系的图。

图4是表示在先申请公报中提案的、采用旋转鼓的‘磁铁极面对向方式’的涡电流减速装置的构成的图。

图5是表示在先申请的公报中提案的盘式涡电流减速装置的实施例的图。

图6是表示实施例1的主要部分的构造的图，(A)是平面图(侧视图)，(B)表示(A)的A-A’方向的剖面。

图7是对鼓式和盘式的制动时的引导筒内部的温度上升状况进行比较的图。

图8是表示本发明的实施例2的涡电流减速装置的剖面图。

图9是表示本发明的实施例3的涡电流减速装置的剖面图。

图10是表示本发明的实施例4的涡电流减速装置的剖面图。

图中：1-旋转轴，2-制动盘，3-引导筒，3a-加强部件，3b-导向管，4-保持环，5-液压缸、驱动装置(传动装置)，6-活塞杆，7-永磁铁，8-强磁性材料、磁极部件、极片，10-短路筒，11-旋转鼓，12-非磁性环。

具体实施方式

以下根据附图，对本发明的涡电流减速装置的构成进行说明。图1以及图2表示本发明的实施例1的涡电流减速装置，图1是表示制动时的涡电流减速装置的构成的剖面图，图2是表示非制动时的涡电流减速装置的构成的剖面图。

在本实施例的涡电流减速装置中，包含有安装在旋转轴1上的制动盘2和配置在该制动盘2的侧方、由非磁性体构成的引导筒3。引导筒3由车辆等的非旋转部分支撑。在其内部，收容可相对于制动盘2的制动面可以直方向进退，即，可以向靠近和远离制动盘2的方向移动的由强磁性体构成的保持环4。而且，在引导筒3中设置有可以前后移动保持环4的液压缸5。另一方面，在与引导筒3的与制动盘对向的端面上，配置由强磁性体构成的极片8。

如图6所示，在保持环4的面向制动盘2的面上，在圆周方向等间隔地配置多个永磁铁7。磁铁7的磁极面与制动盘2的制动面对向。相互反向地配置邻接永磁铁的磁极面的磁极(极性)。在圆周方向上与永磁铁成对地配置多个与各永磁铁7的磁极面对向的极片8。虽然对极片的厚度没有特殊的规定，但希望是比较薄的，比如由3mm的厚度构成极片。具体的极片的安装，比如，在铸造由铝金属构成的引导筒3之际，可以将强磁性材料一体化铸造。

作为永磁铁的驱动机构，在引导筒3的外端壁上配置液压缸5。活塞杆6从液压缸5贯通引导筒3的外端壁而结合到保持环4上。通过这样的构成，可以通过液压缸5的动作，在相对于制动盘2的垂直方向，使保持环4前后移动。

接着，对本实施例的涡电流减速装置的动作进行说明。当制动时，如图1的箭头所示，液压缸5的活塞杆6向右方移动，保持环4相对于制动盘2向垂直方向前进，永磁铁7对向地接近制动盘。在图1的构成中，永磁铁7和极片8的间隔假定为0.5mm。

此时，各永磁铁7经极片8将磁力线波及到制动盘2的制动面上。旋转的制动盘2横切该磁力线时，由磁感应使涡电流流过制动盘2从而产生制动转矩。

当切换成非制动时，切换液压缸5的动作，如图2的箭头所示，将连结活塞杆6的保持环4向左方移动。永磁铁7从极片8离开，使永磁铁7向制动盘2波及的磁力线变弱。如果是本发明的构成，并确保切换行程S为10～30mm的话，则在制动盘上几乎不发生制动转矩，而且不会产生漏磁的问题。

在图1以及图2所示的实施例中，是用液压缸移动保持环的构造，但是，本发明的装置并不限定于此，也可以用其他可移动保持环的驱动装置。

如上所述，根据本发明的实施例1的涡电流减速装置，由于以盘式减速装置为对象而采用‘磁铁极面对向方式’，因此可以直接地从磁铁向制动盘提供磁力线，制动效率很好。而且，由简单的结构设计，使部件数量少，制造成本低。而且，由于切换行程小并可高速切换，因此可以做到轻型化小型化，也可以搭载于小型车。

永磁铁对温度的依赖性很强，当达到一定温度以上磁力降低，制动转矩也就减小。因此，为了控制永磁铁的温升，必须将永磁铁与作为发热源的制动盘之间离开适当的距离。但是如果扩大永磁铁的磁极面与制动盘的距离，制动转矩就会降低，因此，必须将强磁性材料(极片)放在两者之间，减小磁路上的磁阻，使制动效率不降低地进行调整。

如果永磁铁的磁极面暴露在外，有可能会由异物造成损伤或由于潮气造成生锈。由于强磁性材料(极片)覆盖永磁铁，因此可以排除磁极面的损伤和生锈等。由此，在图1以及图2所示的涡电流减速装置中，使之与永磁铁对向地在引导筒的端面上设置强磁性材料(极片)。

接着，对本发明的实施例2进行说明。本实施例，以非磁性材料构成收容永磁铁的引导筒的整体。本实施例，即使不设置强磁性材料(极片)，也可以以较短的磁路长度将永磁铁来的磁力线直接施加到制动盘上，因此可以提高制动转矩的发生效率。

图8是说明本发明的实施例2的涡电流减速装置的构成的图。在该涡电流减速装置中，包含有：安装在旋转轴1上的制动盘2；在该制动盘2的侧方配置的由非磁性体构成的引导筒3。引导筒3由车辆等的非旋转部分支撑着。在其内部，收容可以向制动盘2旋转轴前后方向进退，即，可以向靠近和远离制动盘2的方向移动的由强磁性体构成的保持环。而且，在引导筒3中设置有可以前后移动保持环4的液压缸5。另一方面，引导筒3在其与制动盘对向的端面上，不配置强磁性体(极片)，而是由非磁性材料构成。

在保持环4的面向制动盘2的面上，在圆周方向配置多个永磁铁7。磁铁7的磁极面与制动盘2的制动面对向，并相互反向地配置邻接的永磁铁的磁极面的磁极(极性)。收容保持环4以及永磁铁7的引导筒，由铝、不锈钢、树脂等非磁性材料构成。虽然对其厚度没有特殊的规定，但希望引导筒的与永磁铁对向的端面是比较薄的，比如实施例2中，引导筒端面的厚度假定为1mm左右。

永磁铁的驱动机构，在引导筒3的外端壁上配置液压缸5。活塞杆6从液压缸5贯通引导筒3的外端壁而结合到保持环4上。通过这样的构成，可以通过液压缸5的动作，在制动盘2的旋转轴方向上，使保持环4前后移动。

图9表示本发明的实施例3的涡电流减速装置。为了实现装置的小型化、轻型化，本实施例不限于与永磁铁7对向的端面，引导筒3的整体都是由非磁性的薄壁材料构成。比如，在实施例2中，将引导筒3的厚度假定为2mm左右。

实施例3的其它装置构成以及作用，与实施例2一样。在实施例3中，由于引导筒全部由薄壁材料构成，因此在引导筒3的端面外周部配置加强部件3a，以维持引导筒3的整体强度。

图10表示本发明的实施例4的涡电流减速装置。本实施例中，引导筒3的整体由薄壁材料构成。而且，在引导筒3的内部设置有兼具内部加强以及保持环的导向的导向管3b，成为二重管的结构。通过这样地将引导筒做成二重管结构，可以使引导筒更加薄壁化，从而实现装置的小型化、轻型化。

在实施例4中，也可以在引导筒3的端面外周部上配置加强部件3a，以维持引导筒3整体的强度。

在本发明的涡电流减速装置中，即使缩短磁铁与盘的距离，也可以抑制永磁铁的温度上升。而且，本发明，可以将永磁铁的磁通量充分地施加到制动盘上，从而提高制动转矩的发生效率。也就是，本发明，不会损害制动时的磁效率，因此也可以不使用强磁性体(极片)。由此，能够以简单的构造，实现装置的小型化、轻型化，从而得到向车辆的搭载性以及经济性良好的涡电流减速装置。

Claims (4)

1.一种涡电流减速装置，其特征在于：具备：

连结在旋转轴上的制动盘，

由不连结在所述旋转轴上的非旋转构造部所支撑，并与所述制动盘对向配置的引导筒，

收容在所述引导筒的内部，可沿所述旋转轴方向移动的由强磁性体构成的保持环，磁极面与所述制动盘的制动面面对面、且按照使邻接的磁极面的磁极反向的方式配置在所述保持环的圆周方向的多个永磁铁；

使所述永磁铁从对向接近所述制动盘而可制动的位置到离开制动盘形成非制动的位置移动自如。

2.如权利要求1所述的涡电流减速装置，其特征在于：在所述引导筒中，在与所述制动盘对面的位置上设置有强磁性材料。

3.如权利要求1所述的涡电流减速装置，其特征在于：所述引导筒包含与永磁铁对向的端面的整体由非磁性材料构成。

4.如权利要求1、2或3任一项所述的涡电流减速装置，其特征在于：所述引导筒由铝、不锈钢、或者树脂成型。

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