JP2004364413A - 渦電流式減速装置用ロータ及びそのロータを備えた渦電流式減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い制動トルクや、長時間の連続運転を可能とする。
【解決手段】ドラム２ａの外周部に冷却フィン２ｂを形成し、アーム２ｃを介して回転軸１に取り付ける、ロータ２に作用する磁束密度が対向するロータ表面の領域内でほぼ均一となる部分を有する永久磁石４を備えた渦電流式減速装置用ロータ２である。ドラム２ａの厚みｔａ１，ｔａ２を回転軸１方向に異ならせるべく、ドラム２ａの外周面２ａａにテーパをつける。必要に応じて冷却フィン２ｂの高さｈ１ ，ｈ２ を、回転軸１の軸方向に異ならせるべく、冷却フィン２ｂの高さ方向先端面２ｂａにテーパをつける。
【効果】制動ＯＮ時、ドラムの回転軸方向の熱膨張量を異ならせて、永久磁石とドラムとの間隔を大きくし、ドラムの温度上昇を抑制して長時間の連続使用を可能となす。また、永久磁石とドラムとの間隔を小さいまま保持し、ドラムが高温になった時の制動力の低下を抑制して高い制動トルクを維持する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制動補助装置としてバスやトラック等の大型自動車に取付けられる渦電流式減速装置用ロータ及びそのロータを備えた渦電流式減速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、長い降坂時等において、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、ライニングの異常摩耗やフェード現象を防止するのと共に、制動停止距離を短縮することを目的として、バスやトラック等の大型自動車に、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に加えて取付けられるようになってきた渦電流式減速装置は、最近では、制動時に通電を必要としない永久磁石を使用するものが多くなってきている。
【０００３】
この永久磁石を使用した渦電流式減速装置として、例えば図７に示すように、回転軸１に一体的に取り付けられた導電性材料で形成されたロータ２と、このロータ２に対向して支持され、ロータ２の周方向に沿って磁極の向きを互いに逆向きとなるよう、強磁性体の支持リング３に一定の間隔を存して配置された永久磁石４群と、この永久磁石４群と前記ロータ２との間に、前記永久磁石４群の各永久磁石４と同じ間隔を存して介設された強磁性体のポールピース５群と、このポールピース５群の各ポールピース５の間に介設された非磁性体の支持体６部分を備え、複数のシリンダー７のロッド７ａの出退動作によって支持リング３を介して永久磁石４がロータ２と磁気的に全面対向する制動ＯＮ（図７の上半分参照）となしたり、また、ロータ２に磁束が入って行かない磁気回路的に離脱した制動ＯＦＦ（図７の下半分参照）となしたりする形式のものがある（例えば特許文献１〜３参照。）。なお、図７中の２ａはロータ２を構成する円筒状のドラム、２ｂはこのドラム２ａの外周に形成された冷却フィン、２ｃは前記ドラム２ａを回転軸１に一体的に取り付けるためのアーム、８は永久磁石４群を配置した支持リング３の前記移動を案内するガイドロッドを示す。
【０００４】
【特許文献１】
実開平３−４５０８３号公報（第１頁、第１図）
【特許文献２】
実開平４−２８７８３号公報（第１頁、第１図）
【特許文献３】
特開平４−３５９６６５号公報（第２頁、図１）
【０００５】
ところで、上記構成の渦電流式減速装置では、ポールピース５と永久磁石４が磁気的に全面対向する、いわゆる制動ＯＮの状態になると、回転するドラム２ａが永久磁石４からの磁界を横切る時にドラム２ａに生じる渦電流が熱エネルギーに変わってドラム２ａを加熱することになる。すなわち車両の運動エネルギー（回転エネルギー）が熱エネルギーに変換されることで、車両に対して制動力が発生することになる。
【０００６】
このような渦電流式減速装置では、車両の運動エネルギーをドラム２ａを介して熱エネルギーに変換し、制動力を発揮しているため、使用頻度の増加に伴ってドラム２ａの温度が上昇して制動効率が低下したり、損傷が発生し易くなったりする。従って、ドラム２ａの外周面に、一定の角度を存して円周方向に等間隔に多数の冷却フィン２ｂを設けてドラム２ａの放熱性能を高め、ドラム２ａの温度上昇を抑制するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、渦電流式減速装置を搭載する車種が増加し、高い制動トルクを維持することができる渦電流式減速装置や長時間の連続運転が可能な渦電流式減速装置等、搭載車種に応じた多様な渦電流式減速装置が望まれている。しかしながら、従来のロータにおいては回転軸の軸方向（以下、単に「回転軸方向」 という。）におけるドラムの厚みや、冷却フィンの高さや厚み等を一定にしていたため、回転軸方向におけるドラムの熱膨張量を制御することが難しく、高い制動トルクを維持することができる渦電流式減速装置や、長時間の連続運転が可能な渦電流式減速装置を得ることが困難であった。
【０００８】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、高い制動トルクを維持することができる渦電流式減速装置や、長時間の連続運転が可能な渦電流式減速装置を得ることができるロータ及びそのロータを備えた渦電流式減速装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るロータに作用する磁束密度が、それに対向するロータ表面の領域内でほぼ均一となる部分を有するような磁力源（例えば永久磁石等）を備えた渦電流式減速装置に用いるロータは、ドラムの厚みを回転軸方向に異ならせるべく、ドラム外周面にテーパをつけている。そして、このようにすることで、制動ＯＮ時、熱膨張によって磁力源とドラムの内周面との間隔を大きくしたり、小さいまま保持したりできるようになる。
【００１０】
ここで、「ロータに作用する磁束密度が対向するロータ表面の領域内でほぼ均一となる部分を有するような磁力源」とは、磁力源のロータに投影された部分のうち、磁力源の磁束密度にばらつきの無い部分を有するような磁力の大きさが均一に分布している部分を備える磁力源を指す。例えば、磁力源としては、磁極面（主に磁束が垂直に出ている面）に対して反対側の磁極面との距離、すなわち「厚み」が均一となっている部分を有する永久磁石であったり、少なくともコア（磁心）部分を有する電磁石などがそれに相当する。つまり磁束密度が均一とみなせる面的な広がりをもった磁力源であればよい。なお、「ほぼ均一」とは、技術的に見て合理的に均一とみなせる範囲をいい、誤差的な変動が含まれても良いような状況を指す。
【００１１】
上記の本発明に係るロータを備えた本発明に係る渦電流式減速装置にあっては、高い制動トルクを維持することができるようになったり、また、長時間の連続運転が可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る渦電流式減速装置用ロータを、例示図面を参照しつつ説明し、このロータを備えた本発明に係る渦電流式減速装置の説明に及ぶ。
本発明に係る渦電流式減速装置用ロータ２は、例えば図１〜図３に例示するように、磁力源として、対向する磁極面が平行で、磁極面からほぼ均一な密度で磁束が出る永久磁石を備えた渦電流式減速装置に用いるロータであって、支持部材例えばアーム２ｃを介して回転軸１に取り付けられる当該渦電流式減速装置におけるロータ２に、ドラム２ａの外周部に冷却フィン２ｂを形成し、前記ドラム２ａの厚みを回転軸方向に異ならせるべく、ドラム２ａの外周面２ａａにテーパをつけたものである。
【００１３】
すなわち、本発明に係る渦電流式減速装置のロータ２は、従来の考え方とは全く異なり、磁力源からの磁束密度はほぼ均一にした状態で、ドラム２ａの厚みを前記回転軸方向に異ならせるべく、ドラム２ａの外周面２ａａにテーパをつけ、前記ドラム２ａと前記アーム（支持部材）２ｃとの接続方向を選ぶことにより、ドラム２ａの回転軸方向における熱膨張量を異ならせ、永久磁石４とドラム２ａの内周面２ａｂの間隔ｄを初期設定状態から大きく変化させたり、初期設定状態を可及的に維持させたりする。
【００１４】
例えば、図１（ｂ）、図２（ｃ）（ｄ）に例示するように、ドラム２ａの前部の厚みｔａ１を後部の厚みｔａ２よりも薄肉となし、厚肉の後部にアーム２ｃを接続した場合には、厚みの薄いドラム２ａの前部の熱膨張が大きくなる結果、永久磁石４とドラム２ａの内周面２ａｂの間隔ｄが大きくなって、制動トルクが低下する。その結果、ドラム２ａの温度上昇が抑制され、耐熱温度に達するまでの時間が長くなって、長時間の連続使用が可能になる。なお、制動ＯＮ直後のドラム２ａが変形していない状態での制動トルクは、初期設定時の制動トルクを確保できるため、最高制動トルクは低下しない。
【００１５】
なお、本発明において、「ドラム２ａの前部」とは、ドラム２ａの開口部側、通常は、搭載される車両の進行方向前寄りを、また、「ドラム２ａの後部」とは、ドラム２ａの支持部材（アーム２ｃ）側、通常は、搭載される車両の進行方向後寄りを言う。
【００１６】
反対に、図１（ａ）、図２（ａ）（ｂ）に例示するように、ドラム２ａの後部の厚みｔａ２を前部の厚みｔａ１よりも薄肉となし、この薄肉の後部にアーム２ｃを接続した場合には、前述の場合に比べてドラム２ａの前部における熱膨張（熱膨張量の平均値）が小さくなる結果、永久磁石４とドラム２ａの内周面２ａｂとの間隔ｄを、可及的に初期設定状態を維持することができて、ロータ２が高温になったときの制動トルクの低下が小さくなるので、高い制動トルクを時間的により長く維持できる装置を得ることができる。なお、支持部材として、図ではアームを例示しているが、円板形状等の板状の支持部材（側板）を用いてもよく、更にアームや側板に強度を保持しながら軽量化の為の孔を開けたり、強度向上の為にプレス等の加工を施し、凹凸をつけるようにしても良い。
【００１７】
ところで、上記の本発明に係る渦電流式減速装置のロータ２において、ドラム２ａの外周面２ａａに形成された冷却フィン２ｂの高さは、図１に例示したように、回転軸方向に同一（ｈ１ ＝ｈ２ ）のものには限らない。例えば、回転軸方向に高さを異ならせるべく、例えば図２に例示したように、冷却フィン２ｂの高さ方向先端面２ｂａにテーパをつけた場合には、回転軸方向の冷却能が変化するので、回転軸方向におけるドラム２ａの熱膨張量の変化をより細かく制御することができる。
【００１８】
この場合、図２（ｂ）（ｃ）に例示したように、ドラム２ａの前部側の冷却フィン２ｂの高さｈ１ よりも後部の高さｈ２ を低くしたり、図２（ａ）（ｄ）に例示したように、反対に後部の高さｈ２ よりも前部の高さｈ１ を低くしたり、また、その際、図３に例示したように、ドラム２ａの厚みと冷却フィン２ｂの高さの合計が一定（ｔａ１＋ｈ１ ＝ｔａ２＋ｈ２ ）になるようにする等しても良い。なお、冷却フィン２ｂの「高さ」とは、ドラム２ａの外周面２ａａを基準として、回転軸１から放射状に径方向に広がる方向へのフィンの長さを言う。
【００１９】
また、冷却フィン２ｂの高さ方向先端面２ｂａにテーパをつけることに加えて、冷却フィン２ｂの厚みｔｂ１，ｔｂ２を、図４に例示したように、前記回転軸方向に，すなわち、ドラム２ａの前部と後部とで異ならせるべく、冷却フィン２ｂの両側面２ｂｂにテーパをつけたり（この場合、勿論、片方の側面２ｂｂにのみ勾配をつけることでも良い。）、また、冷却フィン２ｂの高さ方向の先端側の厚みが、付け根部の厚みよりも薄くなるようにすれば、冷却能のより細かな制御が可能になる。なお、冷却フィン２ｂの「厚み」とは、冷却フィン２ｂの長手方向と直交するドラム２ａの側面方向から見た場合の、冷却フィン２ｂの高さ方向と直交する方向の両側面２ｂｂ間の長さを言う。
【００２０】
上記の本発明に係る渦電流式減速装置のロータにあっては、ドラム２ａの外周面２ａａにテーパをつけたり、冷却フィン２ｂの高さや厚みを前部と後部で異ならせたりすることで、鋳造によって製作する際に、従来のような分割した中子を使用せずに、一体の中子で前記ドラムと前記支持部材とを鋳造することができるようになり、鋳造効率が大幅に向上する。この鋳造に際しては、冷却フィン２ｂの高さ方向の先端部は、図４に示すように凸湾曲状に、また、付け根部は凹湾曲状に形成することが望ましい。そして、その際、鋳鋼材によって製造した場合には、強度的にもより優れたロータを得ることができる。
【００２１】
上記の本発明に係るロータを備えた本発明に係る渦電流式減速装置にあっては、永久磁石４などの大きさを大きくすることなく、高い制動トルクを維持することができるようになったり、また、長時間の連続運転が可能になる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明に係る渦電流式減速装置のロータの効果を確認するために行った実験結果について説明する。
実験は、有限要素法解析で評価した以下の寸法等のロータ（図５（ａ）（ｂ）参照）を用い、以下の評価条件にて行った。
【００２３】
〔ロータの寸法等〕
ドラムの内周面径（直径）：４００ｍｍ
ロータ外径（直径）：４５０ｍｍ
ロータの回転軸方向長さ：８０ｍｍ
ドラムの厚さ：薄肉側１０ｍｍ、厚肉側１２ｍｍ
冷却フィンの高さ：ドラムの薄肉側１５ｍｍ、ドラムの厚肉側１３ｍｍ
冷却フィンの枚数：６０枚
冷却フィンの断面形状：厚み５ｍｍの長方形状
ロータの回転方向に対する冷却フィンの傾斜角：４５°
支持部材数：アーム１０本
材質：ＪＩＳ ＳＣＭ４１５（クロム−モリブデン鋼）
【００２４】
〔評価条件〕
ロータが室温（３０℃）である時を初期状態とし、ロータの回転軸方向中央部の内表面温度（ドラムの内周面の温度）が６５０℃になるまで、回転数２０００ｒｐｍ（制動トルク：５００Ｎ・ｍ）で使用した時点での内表面の半径方向変形量を評価した。
【００２５】
評価結果を図６に示す。図６において縦軸はドラムの変形量（半径拡大量）、横軸はアームからの距離をロータの回転軸方向長さで規格化した値であり、横軸の０はアームを取り付ける側面、１はアームと反対側の側面に相当する。
【００２６】
本発明の実施例のうち、ドラムの厚肉側をアームで支持した場合は、熱容量が小さく、剛性の低いドラムの薄肉側の変形が大きくなる（図６の○印参照）。その結果、永久磁石とドラムの内周面との間隔が大きくなって制動トルクが低下し、ドラムの温度上昇が抑制され、耐熱温度に達するまでの時間が長くなって、長時間の連続使用が可能になる。
【００２７】
一方、ドラムの薄肉側をアームで支持した場合は、ドラムの厚肉側を支持する場合に比べて変形が小さくなる（図６の●印参照）。その結果、永久磁石とドラムの内周面との間隔を可及的に初期設定状態のまま維持でき、ドラムが高温になった時の制動力の低下が小さくなって、高い制動トルクが得られるようになる。
【００２８】
比較として、ドラムを図５（ｃ）に示すように逆Ｖ字型に形成した場合は、上記の本発明の実施例と同じ寸法等のロータを使用して同様の実験を行ったところ、図６の×印で示したような結果が得られた。すなわち、この比較例のロータでは、ドラム内表面の半径方向の変位量は、ちょうど前述の本発明の実施例の間であり、本発明のドラムの薄肉側をアームで支持した場合のように、高い制動トルクを得ることもできず、また、本発明のドラムの厚肉側をアームで支持した場合のように、長時間、連続使用することもできない。
【００２９】
本発明は、上記の実施例に限るものではなく、冷却フィン２ｂの高さや厚みにテーパを付けた場合には、更に細かな制御が可能になるなど、各請求項に記載の技術的範囲に属する例では、その請求項が備えた作用効果を奏するようになることは言うまでもない。
【００３０】
また、以上の本発明は、図７で説明した軸方向移動式の渦電流式減速装置に限るものではなく、円筒状のロータを適用するものであれば、単列旋回式や複列旋回式の渦電流式減速装置、或いは、電磁石を使用したものにも適用可能であり、これら磁力源がロータの内周面に対して対向するように配置され、これら磁力源から当該ロータの内周長面に作用する磁束密度または磁界の強さがほぼ均一な部分、または、領域を有するものである限り適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロータに作用する磁束密度又は磁界の強さが、対向するロータ表面の領域内でほぼ均一となる部分を有する磁力源を備えた渦電流式減速装置のロータでは、ドラムの厚みを回転軸方向に異ならせるべく、ドラムの外周面にテーパをつけているので、制動ＯＮ時、ドラムの回転軸方向の熱膨張量が異なり、永久磁石とドラムとの間隔が大きくなったり、小さいまま保持できるようになったりする。
【００３２】
そして、本発明に係る上記ロータでは、鋳造によって製作する際に、一体の中子で鋳造できるようになるので、ドラムと支持部材とを鋳造により一体に形成することが可能になって、鋳造効率が大幅に向上する。
【００３３】
また、本発明に係る上記ロータにおいて、さらに冷却フィンの高さや厚みを異ならせれば、冷却フィンの回転軸方向で冷却能が変化するので、前記ドラムの熱膨張量の変化をより細かく制御できるようになる。
【００３４】
従って、本発明に係る上記渦電流式減速装置にあっては、ドラムと永久磁石との間隔を広げることなく、ドラムの温度上昇を抑制することができるので、耐熱温度に達するまでの時間が長くなって、長時間の連続使用を可能となすことができる。また、永久磁石とドラムとの間隔が初期設定状態を維持するようにできるので、永久磁石とドラムとの間隔を小さく保持でき、ドラムが高温になった時の制動力の低下が小さくなって、高い制動トルクを維持できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却フィンの高さが回転軸方向に一定の場合の本発明に係るロータの一例を示す要部説明図であり、（ａ）はドラム前部が厚肉で、薄肉側に支持部材としてのアームが接続されている例、（ｂ）はドラム前部が薄肉で、厚肉側に支持部材としてのアームが接続されている例である。
【図２】本発明に係るロータの一例を示す要部説明図であり、（ａ）はドラム前部が厚肉で、薄肉側に支持部材としてのアームが接続されており、冷却フィンの高さは、ドラム前部が低く、後部が高い場合の例、（ｂ）はドラム前部が厚肉で、薄肉側に支持部材としてのアームが接続されており、冷却フィンの高さは、ドラム前部が高く、後部が低い場合の例、（ｃ）はドラム前部が薄肉で、厚肉側に支持部材としてのアームが接続されており、冷却フィンの高さは、ドラム前部が高く、後部が低い場合の例、（ｄ）はドラム前部が薄肉で、厚肉側に支持部材としてのアームが接続されており、冷却フィンの高さは、ドラム前部が低く、後部が高い場合の例である。
【図３】図２において、ドラムの肉厚と冷却フィンの高さの合計が一定の場合の一例を示した図である。
【図４】本発明に係るロータの一例を示す要部説明図であり、（ａ）は冷却フィンの上方から見た図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｂ図、（ｃ）は（ａ）の矢視Ｃ図である。
【図５】実験に使用したロータの有限要素法解析で評価した形状の説明図で、（ａ）（ｂ）は本発明例、（ｃ）は比較例を示した図である。
【図６】本発明に係るロータの効果を説明する図で、回転軸方向のドラムの半径方向変位量の一例を示した図である。
【図７】従来の渦電流式減速装置の一例を示した図である。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ ロータ
２ａ ドラム
２ａａ 外周面
２ａｂ 内周面
２ｂ 冷却フィン
２ｂａ 先端面
２ｂｂ 側面
２ｃ 支持部材（アーム）

Claims (18)

1. ドラムの外周部に冷却フィンを形成し、支持部材を介して回転軸に取り付けられた渦電流式減速装置のロータであって、
   前記ドラムの厚みを前記回転軸の軸方向に異ならせるべく、ドラム外周面にテーパをつけたことを特徴とする、ロータに作用する磁束密度が対向するロータ表面の領域内でほぼ均一となる部分を有する磁力源を備えた渦電流式減速装置用ロータ。
2. 前記ドラムの前部が、後部よりも薄肉であることを特徴とする請求項１記載の渦電流式減速装置用ロータ。
3. 前記ドラムの後部が、前部よりも薄肉であることを特徴とする請求項１記載の渦電流式減速装置用ロータ。
4. 前記ドラムの外周面に設けられた冷却フィンの高さを、前記回転軸の軸方向に異ならせるべく、冷却フィンの高さ方向先端面にテーパをつけたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
5. 前記冷却フィンの高さは、前部よりも後部が低いことを特徴とする請求項４記載の渦電流式減速装置用ロータ。
6. 前記冷却フィンの高さは、後部よりも前部が低いことを特徴とする請求項４記載の渦電流式減速装置用ロータ。
7. 前記ドラムの厚みと前記冷却フィンの高さの合計が、前記回転軸の軸方向に一定であることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
8. 前記冷却フィンの高さは、前記回転軸の軸方向に一定であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
9. 前記冷却フィンの厚みを、前記回転軸の軸方向に異ならせるべく、冷却フィンの少なくとも１つの側面に勾配をつけたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
10. 前記支持部材が、前記ドラムの厚肉側に接続されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
11. 前記支持部材が、前記ドラムの薄肉側に接続されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
12. 前記支持部材が、アーム又は側板であることをことを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
13. 前記冷却フィンは、高さ方向の先端側の厚みを付け根部よりも薄くしたことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
14. 前記冷却フィンは、高さ方向の先端部が凸湾曲状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
15. 渦電流式減速装置のロータにおいて、前記冷却フィンは、付け根部が凹湾曲状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
16. 少なくとも前記ドラムが鋳造によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
17. 前記ドラムと前記支持部材とが鋳造によって一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の渦電流式減速装置用ロータ。
18. 請求項１〜１７の何れか記載の渦電流式減速装置用ロータを備えたことを特徴とする渦電流式減速装置。

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