JP2000278933A - 渦電流式減速装置 - Google Patents
渦電流式減速装置Info
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- JP2000278933A JP2000278933A JP11080198A JP8019899A JP2000278933A JP 2000278933 A JP2000278933 A JP 2000278933A JP 11080198 A JP11080198 A JP 11080198A JP 8019899 A JP8019899 A JP 8019899A JP 2000278933 A JP2000278933 A JP 2000278933A
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Abstract
ディスク部のき裂を防止して、安価で耐久性に優れた渦
電流式減速装置を提供する。 【解決手段】 ロータの円筒部内周面の軸方向幅をL、
ポールピースの軸方向の幅をW、ポールピースのディス
ク側端部とディスク内側面との軸方向の距離をt、ステ
ータ枠とディスク内側面間の軸方向の間隔をsとしたと
き、t+W≦L、t+W/2≧0.56L、s≧0.1
2Lとする。ロータの円筒部の内径をディスクから遠い
ほど大きくするとなおよい。
Description
てバスやトラックなどの大型自動車に取り付けられる渦
電流式減速装置に関する。
には、長い降坂時などにおいて、安定した減速を行い、
フットブレーキの使用回数を減少させて、ライニングの
異常磨耗やフェード現象を防止すると共に、制動停止距
離を短縮することを目的として、主ブレーキであるフッ
トブレーキや補助ブレーキである排気ブレーキの他に渦
電流式減速装置が取付けられるようになってきた。この
渦電流式減速装置には、磁石として電磁石を使用するも
のと永久磁石を使用するものがあるが、最近では、制動
時に通電を必要としない永久磁石を使用したものが多く
なってきている。
置の一例を示す断面図であり、同図(a) は部分正面図、
同図(b) は断面図である。同図において、符号1は回転
軸、2はステータ、3はロータ、4は駆動装置、4−1
はピストン、4−2はピストンロッド、5は支持リン
グ、6は永久磁石、7はポールピース、8はディスク、
9は風穴、10は円筒部、11は冷却フィンである。ポ
ールピースは高透磁率材料、円筒部は導電性材料で構成
される。
合された支持リング5の周囲には永久磁石6が複数個配
置されており、永久磁石6はピストン4−1により回転
軸1の軸方向に往復する。この往復動作によって永久磁
石6がポールピース7の内周面側と対向する位置まで挿
入された状態(軸の上側の状態)が制動オンの状態であ
る。反対に、永久磁石6がポールピース7から離れた位
置にある状態(軸の下側の状態)が制動オフの状態であ
る。
る磁束を横切ってロータ3の円筒部10が回転するの
で、ロータの円筒部10の内周面の表面近傍に渦電流が
流れる。この渦電流と磁束の相互作用によってロータ3
には制動トルクが発生する。
ても制動トルクの発生原理は、永久磁石の場合と同じで
ある。ただし、永久磁石を用いる場合には、前記のよう
に磁石が往復運動することによって制動のオン・オフを
行うのに対して電磁石を用いる場合には、電磁石コイル
の電流を調整することによって制動のオン・オフを行
う。
れる渦電流はジュール熱を発生するため、制動のオン・
オフの繰返しによって熱サイクルが負荷される。この熱
サイクルによって、円筒部は膨張・収縮を繰返し、円筒
部の内面および円筒部とディスクの結合部には大きな熱
ひずみが発生するため、き裂が生じる恐れがある。これ
を防止するため耐熱性の高い材料を用いたり、頑丈な構
造にするとコストアップを招くという問題がある。
−18262号公報には、ロータの円筒部を支持するス
ポーク状のアームを設け、回転軸とはゴムブッシュを介
して結合した構造として円筒部の熱膨張を吸収する構造
が開示されている。
−18262号公報に開示された技術は多数のアームを
使用し、ゴムブッシュを使用するなど、部品点数が多く
コスト的に不利であるし、アーム連結後の回転バランス
の調整に時間を要する。
の問題点を解決し、過酷な使用条件下でのロータの円筒
部およびディスク部のき裂の発生を防止して、安価で耐
久性に優れた渦電流式減速装置を提供することにある。
条件下でのロータに発生するき裂を、極力シンプルな構
造で抑制することを前提に研究を行った。その結果、ス
テータとロータの円筒部の位置関係を規定し、制動時の
ロータ円筒部、ポールピースおよび磁石の温度上昇を極
力小さくするとともに、ディスクの回転に伴って発生す
るロータとステータ間の空気流を利用してロータ円筒面
とポールピース部を冷却することを想到した。
のであり、その要旨は以下のとおりである。
されたステータから構成される渦電流式減速装置であっ
て、ロータは一体に構成された風穴を有するディスクと
導電性材料で構成された円筒部とを有し、ステータは、
ロータの円筒部内周面に対向するポールピースと磁石駆
動装置とを有し、磁石駆動装置は磁石駆動装置によって
駆動される支持リングを保持し、支持リングはポールピ
ースの内周面側と対向する磁石を保持し、ステータは支
持リングを磁石駆動装置によって往復させることによ
り、ポールピースを介してロータの円筒部に磁束を供給
・遮断する構造を有し、減速装置に制動をかけた状態で
ロータの円筒部内周面の軸方向の幅をL、ポールピース
の軸方向の長さをW、ポールピースのディスク側端部と
ディスク内側面との軸方向の距離をt、ステータとディ
スク内側面間の軸方向の間隔をsとしたとき、 t+W≦L、 t+W/2≧0.56L、 s≧0.12L、 であることを特徴とする渦電流式減速装置。
ど、大きいことを特徴とする前記(1)項に記載の渦電流
式減速装置。
の制動をかけた状態での要部を示す縦断面図である。図
1と同一要素は同一符号で示す。
筒部の内表面近傍に生じる渦電流の相互作用により、ジ
ュール発熱するため温度が上昇し熱膨張する。しかし、
この熱膨張はロータの円筒部と一体に構成したディスク
8により拘束される。その結果、ロータの円筒部には熱
応力が発生し、制動のオン・オフの過酷な熱サイクルを
受けると円筒部内周面または円筒部とディスクとの結合
部に熱疲労き裂が発生する場合がある。
めには、ディスクによるロータの円筒部の熱膨張に対す
る拘束を小さくする必要がある。そのためには、ディス
クに拘束されにくい、ロータの円筒部のディスクから離
れた領域で熱膨張させるようにすればよい。すなわち、
磁束を円筒部のディスクから遠い領域に作用させれば、
円筒部の熱膨張は比較的自由になり熱応力が低減でき、
その結果、熱疲労き裂の発生を抑制できる。
の空気の流通を改善するため、ステータとディスクの隙
間を適切に保つのがよい。
ィスクの間の空気の流れを模式的に示す断面図であり、
同図(a) は隙間が小さい場合、同図(b) は隙間が大きい
場合である。図1と同一要素は同一符号で示す。
熱によりひずんだ状態を示しており、円筒部10の同図
に向かって左側がディスク8に拘束されているのに対
し、右側は非拘束のため熱膨張し、内径が大きくなって
いる。
周面との隙間は磁束の経路となるため、静止時寸法で
0.3〜2mm程度の隙間を保つ必要がある。この隙間
はボールピース7と円筒部10の相対運動により、円筒
部と空気との熱伝達率は良好であるので、この隙間に十
分に冷風12を導入することが重要である。図3(a) に
示すように、ディスク8とステータ2間の隙間が小さい
と、ディスクの風穴9または軸心部から導入された冷風
12がポールピース7と円筒部10の内周との隙間に導
入されない。また、ポールピース7の冷却が十分でない
と、永久磁石6近傍の温度が上昇し、磁力が低下するた
め制動トルクが低下する。図3(b) のように隙間が大き
いと風穴9および軸心からの冷風12の流れがポールピ
ースと円筒部内周の隙間に流通する。
に導入された冷風12は、円筒部からの熱伝達により加
熱される。本発明の渦電流式減速装置の円筒部は制動時
は上述のように、熱膨張によりディスク側から離れるに
従って径が大きくなる。このため、ボールピースと円筒
部間の空気は遠心力で反ディスク側に流れ、外部に排出
される。この結果、風穴等からの冷風12を吸引するこ
とができる。
各部材の位置関係を限定した理由を以下に述べる。
tとポールピース7の幅Wの和t+wは、円筒部10の
軸方向長さL以下とする。t+wがLより大きいと、ポ
ールピース7が円筒部10と対向しない個所が生じるた
め、制動オン時に円筒部10に作用する磁束が減少し、
制動トルクが低下する。さらに、磁束が装置外に漏れ、
周辺機器に影響を及ぼす可能性も生じる。従って、ポー
ルピース7が円筒部10と全面で対向するために、t+
wはL以下にする必要がある。
tとポールピースの幅Wの1/2の和t+w/2を、
0.56L以上とする。
方向長さの中央部付近に配置されることが多い。この場
合、円筒部10の軸方向長さの中央部付近で最も発熱す
るが、この位置の熱膨張はディスク8に強く拘束される
ために、過酷な熱負荷を受けると円筒部10の内面に熱
疲労き裂が発生する。円筒部10が熱膨張したときディ
スクによる拘束を緩和するためには、制動オン時に磁石
6と対向するポールピース7をt+W/2≧0.56L
になるような位置に配置して、円筒部10の軸方向長さ
の中央部よりディスクから離れた領域を中心に発熱させ
ればよい。t+W/2が0.56Lより小さいと、円筒
部10の熱膨張がディスク8に拘束される程度が大きい
ために、円筒部の内面に熱負荷の繰返しによる熱疲労き
裂が発生し、十分な耐久性が得られない。そのため、t
+W/2を0.56L以上にする必要がある。
(図3参照)は0.12L以上とする。sがこの値より
小さいと風穴からの空気がポールピース7と円筒部10
の隙間に導入されない。なお、ステータ2とディスク8
の隙間sはこの部分の最小隙間とする。
温では一定(ストレート)で、制動時には円筒部のディ
スク8から遠い部分がより高温になり、円筒部10が外
広がりになるとした。円筒部10が外広がり形状となる
と、円筒部10とポールピース7の間の空気が遠心力に
よって、反ディスク側に排除され、円筒部10の温度を
低下させる効果がある。
に形成しようとするものであり、円筒部内径がディスク
側から遠いほど、大きくなる(外広がり)構造を有す
る。
渦電流式減速装置の要部を示す断面図である。図1と同
一要素は同一符号で示す。
8から遠いほど内径が大きくなっている。円筒部10の
広がり角度をθとする。同図において、ポールピース7
および永久磁石6は円筒部10の構造に従い、円筒部と
平行に対向するよう回転軸に対して傾斜している。
すれば、常温においても、円筒部10とディスク8の温
度が同時に上昇した場合においても、前記遠心力の効果
により冷風の流通が確保できるので、円筒部10の冷却
を確保できる。このような効果をねらって円筒部10を
外広がりの形状とする場合、広がり角度θは3°以上と
するのが望ましい。
状(θ=90°であって、これはもはや「円筒」とはい
えないが用語として「円筒部」を用いる)が考えられ
る。磁石やポールピースは軸方向に平行に配置するので
はなく、半径方向に平行に配置する構造である。このよ
うに渦電流発生部を円盤状にすると、放熱の面では円筒
状より有利である。しかし、図1のように支持リング5
が軸方向に往復する構造では磁気回路を完全にオン・オ
フすることができない。すなわち、制動オフの場合に
も、磁石はポールピースから遠ざかるだけで、若干の磁
界がポールピースを経由して円筒部(渦電流発生部)に
供給されることになり、制動トルクを生じて燃費低下な
どの問題が新たに発生する。これを防止するには、図1
のように支持リング5で磁石6を往復させる単純な構造
は採用できず、磁石6を個別に半径方向に往復させるよ
うな構造にする必要があり、複雑かつ高価なものとな
る。
っても過度に大きいと、制動オフ時の磁束遮断が十分で
なく、また制動装置自体の外径が大きくなり、トラック
車体等の限られたスペースに取り付けるのが困難にな
る。従って、図4に示す広がりの角度θは3〜15°、
さらに好ましくは5〜12°とするのが望ましい。
軸方向に往復させて制動のオン・オフを切り替えるタイ
プについて説明したが、特公平7−118901号で提
案されている、永久磁石群を回動させることで制動のオ
ン・オフを切り替えるタイプであっても、あるいは電磁
石を用いた場合にも適用可能である。
法で作製した。このロータはCr−Mo系低合金鋼から
なり、円筒部は環状圧延により素材を円筒状に加工した
後、機械加工によりロータ外周部の冷却フィンを形成し
た。ロータの円筒部の内半径は200mmである。ディ
スクは素材を所定の形状に機械加工し、円筒部と溶接接
合した。同表において、型式Aのものは、図2に示す円
筒部がストレートのもので、型式Bのものは図4に示す
円筒部が外広がりとなったものである。型式Bの外広が
りの角度θは8°である。
るため、制動オン・オフを繰り返す耐久試験を行った。
円筒部の内周の表面温度を監視し、この温度が650℃
となった時点で制動オフにし、100℃まで冷却された
時に、再度、制動オンとする方法である。また、試験は
回転軸に連結しているプロペラシャフトの回転速度が2
000rpm一定の条件で行い、制動時の最高トルクを
測定した。
サイクル負荷し、10,000サイクル後にロータの円
筒部の内面に熱疲労き裂が発生していない場合、耐久試
験に合格とした。
gf・mに満たないものを制動トルク不足で不合格とし
た。
比較例1、4では、ポールピースの一部がロータの円筒
部と対向しないため、装置外部へ磁気が漏れ、制動トル
クが大幅に減少している。また、この装置外部への磁気
漏れは周辺機器に影響を及ぼす可能性もあるため、t+
W≦Lとする必要がある。
W/2が0.56L未満の比較例2、3、5、6、7で
は、耐久試験で10,000サイクルに達する前にロー
タの円筒部内面に熱疲労き裂が発生した。特に、t+W
/2の値が最も小さい比較例3では、最も早く熱疲労き
裂が発生した。
ディスクの隙間sがs<0.12Lであるが、磁石近傍
の温度が90℃以上に上昇し、長時間使用すると磁力の
低下をまねく可能性がある。
いずれも、制動トルクが 50kgf・m以上であり、
かつ、10,000サイクルの時点では熱疲労き裂が発
生していなかった。このように、本発明例は制動力、耐
久性のいずれにおいても、不具合は発生せず、制動性能
や耐久性の点で優れていることが確認された。
速装置を安価に提供することができ、大型車両の安全性
が向上する。
示す断面図であり、同図(a) は部分正面図、同図(b) は
断面図である。
での要部を示す縦断面図である。
の空気の流れを模式的に示す断面図であり、同図(a) は
隙間が小さい場合、同図(b) は隙間が大きい場合であ
る。
速装置の要部を示す断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 回転軸に取り付けられたロータと固定さ
れたステータから構成される渦電流式減速装置であっ
て、ロータは一体に構成された風穴を有するディスクと
導電性材料で構成された円筒部とを有し、ステータは、
ロータの円筒部内周面に対向するポールピースと磁石駆
動装置とを有し、磁石駆動装置は磁石駆動装置によって
駆動される支持リングを保持し、支持リングはポールピ
ースの内周面側と対向する磁石を保持し、ステータは支
持リングを磁石駆動装置によって往復させることによ
り、ポールピースを介してロータの円筒部に磁束を供給
・遮断する構造を有し、減速装置に制動をかけた状態で
ロータの円筒部内周面の軸方向の幅をL、ポールピース
の軸方向の長さをW、ポールピースのディスク側端部と
ディスク内側面との軸方向の距離をt、ステータとディ
スク内側面間の軸方向の間隔をsとしたとき、 t+W≦L、 t+W/2≧0.56L、 s≧0.12L、 であることを特徴とする渦電流式減速装置。 - 【請求項2】 円筒部内径はディスク側から遠いほど、
大きいことを特徴とする請求項1に記載の渦電流式減速
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08019899A JP3659054B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 渦電流式減速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08019899A JP3659054B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 渦電流式減速装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000278933A true JP2000278933A (ja) | 2000-10-06 |
JP3659054B2 JP3659054B2 (ja) | 2005-06-15 |
Family
ID=13711699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08019899A Expired - Fee Related JP3659054B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 渦電流式減速装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3659054B2 (ja) |
-
1999
- 1999-03-24 JP JP08019899A patent/JP3659054B2/ja not_active Expired - Fee Related
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