JP2004153936A

JP2004153936A - 渦電流式減速装置

Info

Publication number: JP2004153936A
Application number: JP2002316950A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Hiramatsu; 慎一朗平松; Kenji Imanishi; 憲治今西
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】制動効率を向上させること。あるいは、装置の小型・軽量化を図ること。
【解決手段】本発明に係る渦電流式減速装置は、永久磁石を電磁コイルの外部においてロータに面するように配置している。永久磁石は、例えば、回転軸に対して垂直に延びるロータの側面に対向させる。或いは、ロータの内周面に対向するようにロータの内部に配置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、渦電流式減速装置に関し、詳しくは、永久磁石と電磁石を併用した渦電流式減速装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石を用いた渦電流減速装置は、永久磁石を制動ドラムの内外に移動させる方式（特願平１−２１８４９９号）と、制動ドラムの内部で偶数個の永久磁石を周方向に結合する磁石支持筒を正逆回動させる方式（特願平２−２０１８２０号）とがある。この場合、非制動位置と制動位置とに切り換えるために、磁石支持筒を動かすアクチユエータが必要となる。アクチユエータとしては、空圧シリンダ、油圧シリンダ、回転モータ、リニアモータなどが採用される。
【０００３】
一方、特開平６−３２７２２７号公報などに開示される電磁石を用いた渦電流減速装置は、電磁石を動かす必要はなく、電磁コイルへ供給する電流の制御だけで、非制動状態と制動状態とに切り換えることができる。しかしながら、永久磁石を用いた渦電流減速装置に比べて形状が大きく、重量が重くなる等の問題があった。
【０００４】
そこで、特開２００２−９５２３５号公報に示されているように、電磁石と永久磁石とを併用した渦電流式減速装置が提案されている。これにより、従来の電磁石を利用した渦電流減速装置よりも小型・軽量であり、磁石支持環を動かすことなく、電磁コイルの電流を制御するだけで非制動状態と制動状態とに切り換えできる。この渦電流式減速装置は、電磁コイルの内部に永久磁石を配置する構造であり、制動時に制動ドラムに作用する磁力線は隣接する２つの電磁コイルの内部を通るようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、特開２００２−９５２３５号公報に示された制動装置においては、制動時において永久磁石のＮ極からＳ極に向かう磁界が大回りするため、渦電流の発生効率、即ち、制動効率を向上させるのが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記のような状況に鑑みて成されたものであり、制動効率を向上させることが可能な渦電流式減速装置を提供することを基本的な目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る渦電流式減速装置は、永久磁石を電磁コイルの外部においてロータに面するように配置している。永久磁石は、例えば、回転軸に対して垂直に延びるロータの側面に対向させる。或いは、ロータの内周面に対向するようにロータの内部に配置する。
【０００８】
上記のような構成により、制動動作時において永久磁石から発生する磁界は直接ロータに作用することになる。すなわち、特開２００２−９５２３５号公報に示された渦電流式減速装置のように、隣接する２つの電磁コイルの内部を通るというような、遠回りをすることがない。このため、永久磁石及び電磁石の磁力を有効に活用することができる。その結果、従来と同程度の制動力を得るのであれば、永久磁石を含めた装置を小型化することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施例に係る渦電流式減速装置（リターダ）の要部の構造を示す縦断面図である。図２は、第１実施例に係るリターダの要部の構造を示す横断面図であり、図１を上方から見た様子である。本実施例に係るリターダ１０は、機関の回転軸１６に対して固定部材１８を介して固定されたロータ１１と；ロータ１１の近傍に配置される制動ユニット（１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ）と、当該制動ユニットを包囲するケース２０とを備えている。
【００１０】
回転軸１６は、例えば、大型車両（トラック）のプロペラシャフトに連結される。ロータ１１は円盤状に成形され、中心部を回転軸１６が貫通する格好で配置される。ケース２０内部に収容された制動ユニットは、ロータ１６の右側面側に配置された複数の電磁コイル１２ａと；当該電磁コイル１２ａの内部を貫通する鉄心２２ａと；鉄心２２ａの一部に埋め込まれ、ロータ１１の右側面に対向する複数の永久磁石１４ａと；ロータ１１の左側面側に配置された複数の電磁コイル１２ｂと；当該電磁コイル１２ｂの内部を貫通する鉄心２２ｂと；鉄心２２ｂの一部に埋め込まれ、ロータ１１の左側面に対向する複数の永久磁石１４ｂとを備えている。
【００１１】
隣接する永久磁石１２ａは、互いにＮ極同士又はＳ極同士が対向するように配置される。また、ロータ１１を挟んで左右両側に配置される永久磁石１２ａ，１２ｂは、Ｎ極とＳ極が対向するように配置される。なお、図示はしないが、他の例として永久磁石の同極が対向するように配置させることも可能である。
【００１２】
図３は、第１実施例に係るリターダ１０の制動原理を示す説明図であり、非制動状態を示す。また、図４は、第１実施例に係るリターダ１０の制動原理を示す説明図であり、制動状態を示す。
【００１３】
非制動状態（制動ＯＦＦ時）おいては、原則として、電磁コイル１２ａ，１２ｂを非通電状態とする。図３に示すように、永久磁石１４ａ、１４ｂのＮ極から出る磁界は、鉄心２２ａ，２２ｂを介して電磁コイル１２ａ，１２ｂの内部を通って短絡磁気回路を形成する。永久磁石１４ａ，１４ｂからの磁界は、鉄心２２ａ，２２ｂの外部へは殆ど出ることがない。
【００１４】
なお、非制動時において、電磁コイル１２ａ，１２ｂを非通電状態とすることが好ましい。また、電磁コイル１２ａ，１２ｂの磁界と永久磁石１４ａ，１４ｂの磁界の方向が同じとなるように、電磁コイル１２ａ，１２ｂを通電することも可能である。この場合には、電磁コイルから発生した磁界が永久磁石を通過できずロータ１１へ流入する可能性がある。
【００１５】
次に、制動状態（制動ＯＮ時）においては、図４に示すように、電磁コイル１２ａ，１２ｂの磁界と永久磁石１４ａ，１４ｂの磁界の方向が逆となる方向に電磁コイル１２ａ，１２ｂを通電する。永久磁石１４ａ，１４ｂのＮ極から出た磁界は、電磁コイル１２ａ，１２ｂによる磁界と反発して、ロータ１１側に入り、永久磁石１４ａ，１４ｂのＳ極に戻る。すなわち、永久磁石１４ａ，１４ｂとロータ１１との間に磁気回路が形成される。そして、電磁コイル１２ａ，１２ｂからの磁界と永久磁石１４ａ，１４ｂからの磁界とに基づく渦電流によりロータ１１に制動力が付与される。
【００１６】
以上説明したように、第１の実施例によれば、制動動作時において永久磁石１４から発生する磁界は直接ロータ１１に作用することになり、永久磁石及び電磁石の磁力を有効に活用することができる。その結果、従来と同程度の制動力を得るのであれば、永久磁石を含めた装置を小型化することが可能となる。
【００１７】
また、ロータ１１の側面に対して渦電流を発生させる構造であるため、制動力を付与する面積を大きく採ることができ、制動力の向上が期待できる。
【００１８】
なお、図１０に示すように、ロータ１１の各側において、全ての電磁コイル及び永久磁石に共通一体の鉄心２２２を使用することができる。これにより、構造の簡素化、小型化を図れる等のメリットがある。図１０は非制動状態、図１１は制動状態を示す。
【００１９】
図５は、本発明の第２実施例に係るリターダの要部の構造を示す断面図である。この実施例は、上述した第１実施例の左側部分を削除したものであり、その他の基本的な構造は同一である。すなわち、ロータ１１の右側にのみ制動ユニット（１２ａ、１４ａ）を配置している。このような構造を採用することにより、第１の実施例に比べて制動装置の小型、軽量化を図ることが可能となる。
【００２０】
図６は、本発明の第３実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。本実施例においては、２枚の平行するロータ１１Ｒ，１１Ｌを採用し、これらのロータ１１Ｒ，１１Ｌの間に電磁コイル１１２，永久磁石２４Ｒ，２４Ｌ，鉄心１２２からなる制動ユニットを配置する。隣接する２つの電磁コイル１１２の間において、ロータ１１Ｒ，１１Ｌの内側面に対向するように電磁石２４Ｒ，２４Ｌを配置する。
【００２１】
制動時、非制動時の作用については、上述した第１の実施例と同様である。本実施例においては、電磁コイルの両側に永久磁石を配置しているため、制動効率は２倍になるが、制動ユニット自体は２倍にはならない。第１の実施例と同程度の制動力を得るためには、制動ユニットを小さくすることができる。
【００２２】
また、図６（Ａ）に示すように、非制動時には永久磁石２４Ｒ，２４Ｌによって短絡磁気回路が形成されるが、この磁界がロータ１１Ｒ，１１Ｌ側に漏れ出る量が極めて小さくなる。これは、左右両側の永久磁石２４Ｒ，２４Ｌによって互いの磁界を引き付け合うからである。このため、第１及び第２の実施例に比べて、非制動時における不要な渦電流の発生防止効果が高くなる。
【００２３】
なお、図１２に示すように、全ての電磁コイル及び永久磁石に共通一体の鉄心２２２を使用することができる。これにより、構造の簡素化、小型化を図れる等のメリットがある。図中、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【００２４】
次に、本発明の第４〜第６実施例について説明する。これらの実施例は、上述した第１〜第３の実施例と異なり、永久磁石をロータの内部に配置し、当該ロータの内周面に対して渦電流を発生させる。このように、制動機構をロータ内部に配置することにより、ロータ周りの構造がすっきりと収まる。
【００２５】
図７は、本発明の第４実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。図において、符号１１１はロータ、１１２は電磁石用の電磁コイル、１１４は永久磁石、１２２は鉄心を示す。なお、便宜上ロータ１１１は直線状に描いているが、実際には孤を描くことは言うまでもない。
【００２６】
鉄心１２２は矩形環状に成形されており、ロータ１１１に面する辺に永久磁石１１４が埋め込まれている。鉄心１２２において、永久磁石１１４と対向する側の辺には、電磁コイル１１２が巻回されている。この実施例においては、１つの鉄心１２２に対して、１つの永久磁石１１４，１つの電磁コイル１１２が使用される。
【００２７】
非制動状態（制動ＯＦＦ時）おいては、原則として、電磁コイル１１２を非通電状態とする。図７（Ａ）に示すように、永久磁石１１４のＮ極から出る磁界は、鉄心１２２を介して電磁コイル１１２の内部を通って短絡磁気回路を形成する。この時、永久磁石１１４からの磁界は、鉄心１２２の外部へは殆ど出ることがない。
【００２８】
なお、非制動時において、電磁コイル１１２を非通電状態とすることが好ましい。また、電磁コイル１２ａ，１２ｂの磁界と永久磁石１４ａ，１４ｂの磁界の方向が同じとなるように、電磁コイル１２ａ，１２ｂを通電することも可能である。この場合には、電磁コイルから発生した磁界が永久磁石を通過できずロータ１１へ流入する可能性がある。
【００２９】
次に、制動状態（制動ＯＮ時）においては、図７（Ｂ）に示すように、電磁コイル１１２の磁界と永久磁石１１４の磁界の方向が逆となる方向に電磁コイル１１２を通電する。永久磁石１１４のＮ極から出た磁界は、電磁コイル１１２による磁界と反発して、ロータ１１１側に入った後、永久磁石１１４のＳ極に戻る。すなわち、永久磁石１１４とロータ１１１との間に磁気回路が形成される。そして、電磁コイル１１２からの磁界と永久磁石１１４からの磁界とに基づく渦電流によりロータ１１１に制動力を与える。
【００３０】
なお、図１３に示すように、全ての電磁コイル及び永久磁石に共通一体の鉄心２２２を使用することができる。これにより、構造の簡素化、小型化を図れる等のメリットがある。図中、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【００３１】
図８は、本発明の第５実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図である。本実施例は上述した第４の実施例に類似しており、永久磁石２１４の大きさ（長さ）のみが異なる。すなわち、鉄心１２２のロータ１１１側の辺に埋め込まれる永久磁石２１４が、矩形環状をなす鉄心の１辺全域に渡ることなく、中央部にのみ配置される。このような構成により、リターダ全体の小型・軽量化を図ることが可能となる。その他の構成及び作用・効果については上記第４実施例と同一であるため、重複した説明は省略する。
【００３２】
なお、図１４に示すように、全ての電磁コイル及び永久磁石に共通一体の鉄心２２２を使用することができる。これにより、構造の簡素化、小型化を図れる等のメリットがある。図中、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【００３３】
図９は、本発明の第６実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。本実施例は、上述した第１実施例の技術思想と第４実施例の技術思想とを組み合わせたものと言える。矩形環状に成形された鉄心１２２上において、ロータ１１１に対向する辺には永久磁石１１４が埋め込まれている。２つの電磁コイル２１２Ｒ，２１２Ｌは、ロータ１１１から略垂直に延びる両辺に各々巻回されている。電磁コイル、永久磁石、鉄心との構造に関して言えば、第１の実施例と同様である。従って、渦電流を発生させるロータ１１１の位置が側面か内周面かの違い以外は、作用効果についても同様となる。
【００３４】
なお、図１５に示すように、全ての電磁コイル及び永久磁石に共通一体の鉄心２２２を使用することができる。これにより、構造の簡素化、小型化を図れる等のメリットがある。図中、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【００３５】
以上、本発明の実施例（実施形態、実施態様）について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。例えば、第１実施例では１枚のロータの両側面に制動部（永久磁石、電磁コイル）を配置しているが、ロータを複数枚用い、ロータと制動部を交互に配置させた多層構造を採ることも可能である。このような構造により、制動効率が向上する等の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例に係るリターダの要部の構造を示す縦断面図である。
【図２】図２は、第１実施例に係るリターダの要部の構造を示す横断面図である。
【図３】図３は、第１実施例に係るリターダの原理を示す説明図であり、非制動状態を示す。
【図４】図４は、第１実施例に係るリターダの原理を示す説明図であり、制動状態を示す。
【図５】図５は、本発明の第２実施例に係るリターダの要部の構造を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【図７】図７は、本発明の第４実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【図８】図８は、本発明の第５実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図である。
【図９】図９は、本発明の第６実施例に係るリターダの構成及び原理を示す説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【図１０】図１０は、第１実施例に係るリターダの他の構成例を示し、図３に対応する説明図であり、リターダの非制動状態を示す。
【図１１】図１１は、第１実施例に係るリターダの他の構成例を示し、図４に対応する説明図であり、リターダの制動状態を示す。
【図１２】図１２は、第３実施例に係るリターダの他の構成例を示し、図６に対応する説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【図１３】図１３は、第４実施例に係るリターダの他の構成例を示し、図７に対応する説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【図１４】図１４は、第５実施例に係るリターダの他の構成例を示し、図８に対応する説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【図１５】図１５は、第６実施例に係るリターダの他の構成例を示し、図９に対応する説明図であり、（Ａ）が非制動状態、（Ｂ）が制動状態を示す。
【符号の説明】
１０リターダ
１１ロータ
１２ａ，１２ｂ電磁コイル
１４ａ，１４ｂ永久磁石
１６回転軸
２２鉄心

Claims

機関の回転軸に連結されたロータと；
前記ロータの近傍に配置された電磁コイルと；
前記電磁コイルの内空部を貫通して外部に突出した鉄心と；
前記鉄心の一部に連結された永久磁石とを備え、
前記永久磁石は、前記電磁コイルの外部において前記ロータに面し、
前記電磁コイルに通電し、前記永久磁石及び電磁コイルからの磁界に基づく渦電流により制動力を前記ロータに付与することを特徴とする渦電流式減速装置。
前記永久磁石は、前記回転軸に対して垂直に延びる前記ロータの側面に対向することを特徴とする請求項１に記載の渦電流式減速装置。
前記永久磁石は、前記ロータの側面両側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の渦電流式減速装置。
内側面同士が平行に面する２枚の円盤状ロータを備え、
前記永久磁石、前記電磁コイル及び前記鉄心は、前記２枚の円盤状ロータの間に配置され、
前記永久磁石は、前記２枚の円盤状ロータの前記内側側面に各々対向する第１永久磁石部材と第２永久磁石部材とから構成されることを特徴とする請求項２に記載の渦電流式減速装置。
前記永久磁石は、前記ロータの内部に配置されて当該ロータの内周面に対向することを特徴とする請求項１に記載の渦電流式減速装置。
前記鉄心は環状に成形され、
１つの前記鉄心に対し、１つの前記永久磁石が当該鉄心の一部に埋め込まれ；
１つの前記電磁コイルが中空部を前記鉄心が貫通するように配置されることを特徴とする請求項５に記載の渦電流式減速装置。
前記鉄心は環状に成形され、
１つの前記鉄心に対し、１つの前記永久磁石が当該鉄心の一部に埋め込まれ；
複数の前記電磁コイルが中空部を前記鉄心が貫通するように並列に配置されることを特徴とする請求項５に記載の渦電流式減速装置。