JP2005143262A - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁石を低コストで製造すると共に、渦電流式減速装置の制動性能を向上させる。
【解決手段】 回転軸１に取り付けられた制動ドラム６と、固定側に取り付けられ且つ回転軸１の軸方向に所定間隔を隔てて配置された一対の非磁性体からなる環状の電磁石支持板９と、これら電磁石支持板９間に周方向に所定間隔を隔てて取り付けられた複数の電磁石１０とを備え、電磁石１０は、回転軸１の軸方向に延びて形成された鉄心１１と、鉄心１１に巻装した電磁コイル１２と、鉄心１１の軸方向の両端面に設けられ、その外周面が制動ドラム６に対向する磁性体からなるフランジ１３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の摩擦ブレーキを補助する渦電流式減速装置に係り、特に、電磁石を用いた渦電流式減速装置に関する。

渦電流式減速装置として、回転軸に取り付けられた制動ドラムと、制動ドラムに対向させて固定側に取り付けられた電磁石とを備えたものが知られている。このような渦電流式減速装置においては、電磁石に通電することで制動ドラムに渦電流を生起して回転軸を減速制動し、通電を切ることで減速制動を解除する。このような渦電流式減速装置は、特許文献１等にも記載されている。

図１０に示すように、この種の渦電流式減速装置は、回転軸（図示せず）に取り付けられた制動ドラム２１と、固定側（図示せず）に取り付けられた磁性体の材料からなる電磁石支持環２２と、電磁石支持環２２の外周面に、制動ドラム２１に対向させて取り付けられ、且つ、回転軸の周方向に所定間隔を隔てて設けられた複数の電磁石２３とを備えている。各電磁石２３は、電磁石支持環２２の径方向の外方に突出して設けられた鉄心２４と、鉄心２４に巻装した電磁コイル２５とを備えている。

減速制動時には、電磁石２３（電磁コイル２５）を通電する。すると、電磁コイル２５が巻装された鉄心２４の両端面が磁化される。これにより、鉄心２４と、制動ドラム２１と、鉄心２４と、電磁石支持環２２とを循環する磁束回路Ｗ０が形成される。このとき、電磁石２３と制動ドラム２１との相対回転によって、制動ドラム２１の内周面に渦電流が生起され、回転軸が減速制動される。

特開２００２−９５２３５号公報

ところで、図１０に示す渦電流式減速装置においては、鉄心２４の電磁石支持環２２への取付面を、電磁石支持環２２の外周面の形状（Ｒ形状）に合わせて、Ｒ形状に加工していた。このようにすると、電磁石２３の製造コストが高くなるという問題点があった。

また、周方向に隣接する電磁石２３間には、電磁石支持環２２が、介在させて設けられている。このようにすると、磁気回路Ｗ０が電磁石支持環２２を周方向に横断することで、磁束回路Ｗ０が長くなって抵抗が大きくなるため磁力が低下してしまい、渦電流式減速装置の制動性能が低下してしまうという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、電磁石を低コストで製造すると共に、制動性能を向上することができる渦電流式減速装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第一の発明は、回転軸に取り付けられた制動ドラムと、固定側に取り付けられ且つ上記回転軸の軸方向に所定間隔を隔てて配置された一対の非磁性体からなる環状の電磁石支持板と、これら電磁石支持板間に周方向に所定間隔を隔てて取り付けられた複数の電磁石とを備え、上記電磁石は、上記回転軸の軸方向に延びて形成された鉄心と、該鉄心に巻装した電磁コイルと、上記鉄心の軸方向の両端面に設けられ、その外周面が上記制動ドラムに対向する磁性体からなるフランジとを備えたことを特徴とする渦電流式減速装置である。

第二の発明は、固定側に取り付けられた制動ドラムと、回転軸に取り付けられ且つ上記回転軸の軸方向に所定間隔を隔てて配置された一対の非磁性体からなる環状の電磁石支持板と、これら電磁石支持板間に周方向に所定間隔を隔てて取り付けられた複数の電磁石とを備え、上記電磁石は、上記回転軸の軸方向に延びて形成された鉄心と、該鉄心に巻装した電磁コイルと、上記鉄心の軸方向の両端面に設けられ、その外周面が上記制動ドラムに対向する磁性体からなるフランジとを備えたことを特徴とする渦電流式減速装置である。

ここで、周方向に隣接する上記電磁石の電磁コイル同士で電線の巻付方向が異なっても良い。

また、上記電磁石のフランジの外周端部に、上記制動ドラムに対向させて設けられ且つ上記回転軸の軸方向に延びて形成された磁極片を設けても良い。

また、周方向に隣接する上記電磁石のフランジ間に、上記回転軸の周方向に磁極面を有する永久磁石を介設し、その磁極面の極性を、周方向に隣接する上記電磁石のフランジの極性と同一となるように配置しても良い。

本発明によれば、電磁石を低コストで製造すると共に、渦電流式減速装置の制動性能を向上することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、一実施の形態に係る渦電流式減速装置の側面断面図である。図２は、図１の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の斜視図である。図３は、図１の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図である。図４は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

図１に示すように、本実施の形態の回転軸１は、変速機のアウトプットシャフトであり、その端部には、アウトプットフランジ２が回転不能に被嵌され、ナット３によって固定されている。アウトプットフランジ２には、制動ロータ４が回転不能に取り付けられていると共に、図示しないプロペラシャフトが連結されるプロペラフランジ５が取り付けられている。

制動ロータ４は、渦電流が生起される制動ドラム６を備えている。この制動ドラム６は、導電体且つ磁性体（強磁性体、軟磁性体等、以下同じ）の材料（例えば、低炭素鋼、低炭素合金鋼、鋳鉄等、以下同じ）からなり、回転軸１と同芯的な環状に形成されている。制動ドラム６の外周面には、渦電流による発熱を放熱するための放熱フィン７が設けられている。

制動ドラム６の内方には、図示しない固定側（例えば、変速機のカバー等）に取り付けられたブラケット８が配置されている。このブラケット８には、一対の電磁石支持板９が回転軸１の軸方向に所定間隔を隔てて取り付けられている。詳しくは、一方の電磁石支持板９は、ブラケット８に取り付けられており、他方の電磁石支持板９は、後述する電磁石１０を介して、一方の電磁石支持板９に取り付けられている。これら電磁石支持板９は、非磁性体の材料（例えば、アルミ等の低透磁率材料）からなり、回転軸１と同芯的な環状に形成されている。

図１及び図２に示すように、一対の電磁石支持板９の軸方向の間には、周方向に所定間隔を隔てて複数（図例では、八個）の電磁石１０が取り付けられている。各電磁石１０は、回転軸１の軸方向に延びて形成された鉄心１１と、鉄心１１に巻装した電磁コイル１２と、鉄心１１の軸方向の両端面に取り付けられた磁性体の材料からなるフランジ１３とを備えている。

電磁石１０（鉄心１１及びフランジ１３）は、図示しないボルトにより各電磁石支持板９の側面にそれぞれ取り付けられている。つまり、電磁石１０は、一対の電磁石支持板９に軸方向の両側から挟み込むように支持されている。

電磁石１０の電磁コイル１２の電線の巻付方向は、周方向に隣接する電磁コイル１２同士で異なる。つまり、電磁石１０（電磁コイル１２）の通電時（減速制動時）には、周方向に隣接する電磁石１０（鉄心１１及びフランジ１３）の軸方向の端面の磁極が異極となる（図３及び図４参照）。各電磁コイル１２の外周面には、防水のためのシール部材（図示せず）が巻き付けられている。

電磁石１０のフランジ１３の外周面は、制動ドラム６の内周面と同一曲率で湾曲して形成されている。各フランジ１３の外周面は、制動ドラム６の内周面に対向するように配置されている。周方向に隣接するフランジ１３同士は、所定間隔を隔てて接することなく配置されている。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

減速制動時においては、電磁石１０（電磁コイル１２）を通電する。すると、電磁石１０の鉄心１１には、電磁コイル１２が巻装されているので、鉄心１１の軸方向の両端面、及びその両端面に取り付けられたフランジ１３が、それぞれＮ極、Ｓ極となる。このとき、フランジ１３の外周面がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

その結果、一の電磁石１０のフランジ１３から制動ドラム６へと流れ、制動ドラム６を軸方向に横断し、一の電磁石１０の軸方向の反対側のフランジ１３へと流れる磁束回路Ｗ１（図１参照）と、一の電磁石１０のフランジ１３から制動ドラム６へと流れ、制動ドラム６を周方向に横断し、隣接する電磁石１０のフランジ１３へと流れる磁束回路Ｗ２（図４参照）との二種類の磁束回路Ｗ１、Ｗ２が形成される。これにより、電磁石１０と制動ドラム６との相対回転によって、制動ドラム６の内周面に渦電流が生起され、回転軸１が減速制動される。また、電磁石１０の通電を切れば、減速制動が解除される。

本実施の形態の電磁石１０の鉄心１１の軸方向の両端面には、フランジ１３が取り付けられている。この鉄心１１におけるフランジ１３への取付面（軸方向の両端面）は、平面に加工されていれば良く、従来におけるようなＲ形状に加工する必要はない。また、電磁石１０のフランジ１３は、電磁石支持板９の側面に取り付けられている。このフランジ１３における電磁石支持板９への取付面（側面）は、平面に加工されていれば良く、鉄心１１と同様に、従来の鉄心におけるようなＲ形状に加工する必要はない。このようにすることで、電磁石１０（鉄心１１及びフランジ１３）を、図１０に示す渦電流式減速装置に比べて低コストで製造することができる。

また、本実施の形態では、周方向に隣接する電磁石１０のフランジ１３同士は、所定間隔を隔てて接することなく配置されていると共に、電磁石１０（フランジ１３）が取り付けられる電磁石支持板９は、非磁性体の材料からなる。そのため、減速制動時において、磁束回路Ｗ１、Ｗ２が、電磁石１０のフランジ１３及び電磁石支持板９を周方向に横断して形成されることはない。つまり、電磁石１０からの磁束が電磁石１０のフランジ１３から制動ドラム６に直接流れて、制動ドラム６側のみで軸方向又は周方向に横断することになり、図１０で示した電磁石支持環２２を周方向に横断する磁束回路を省略できる。

また、本実施の形態では、周方向に隣接する電磁石１０の電磁コイル１２同士で、電線の巻付方向が異なる。そのため、電磁石１０の各鉄心１１の端面及びその端面に取り付けられた各フランジ１３が、周方向にＮ極、Ｓ極で交互に磁化される。これにより、電磁石１０の磁極が、周方向にＮ極、Ｓ極交互に配置される。そのため、電磁石１０からの磁束の一部は、制動ドラム６を周方向に横断する磁束回路Ｗ２を形成する。

つまり、本実施の形態においては、電磁石１０と制動ドラム６との間に形成される磁束回路Ｗ１、Ｗ２の短縮化を図っている。そのため、磁束回路Ｗ１、Ｗ２の磁気変化が発生しやすく（高周波損失が発生しやすく）なり、渦電流式減速装置の制動性能を図１０に示すものに比べて向上させることができる。

また、渦電流式減速装置の制動性能を従来と同程度に調整する場合は、電磁石１０（電磁コイル１２）に流す電流値を小さくするか、電磁コイル１２の電線の巻数を減らすことで、電磁石１０の省電力化及び低コスト化を図ることができる。

ここで、電磁石１０の鉄心１１は、軸方向の長さを、可能な限り短くして、外径を可能な限り大きくしておくと良い。このようにすると、電磁石１０と制動ドラム６との間で形成される磁束回路、特に制動ドラム６を軸方向に横断する磁束回路Ｗ１がより短くなる。又は、周方向に隣接する電磁石１０のフランジ１３同士の周方向の間隔を、フランジ１３間で短絡した磁束回路が形成されない範囲で、できる限り小さくしておくと良い。このようにすると、電磁石１０と制動ドラム６との間で形成される磁束回路、特に制動ドラム６を周方向に横断する磁束回路Ｗ２がより短くなる。これにより、制動ドラム６に生起される渦電流が大きくなり、渦電流式減速装置の制動性能がより向上する。

また、図５に示すように、一対の電磁石支持板９のうち、ブラケット８に取り付ける電磁石支持板９を省略して、電磁石１０をブラケット８に直接取り付けても良い。つまり、ブラケット８が電磁石１０を支持する機能を有していても良い。このようにすると、部品数を削減することができ、渦電流式減速装置の低コスト化を図ることができる。

次に、他の実施の形態について説明する。

図６（ａ）は、他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分側面断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図である。

この実施の形態は、電磁石のフランジの外周端面に磁極片を設けた点が図１の実施の形態と異なり、その他は同様となっている。よって、図１と同一部材には、同一符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、電磁石１０の各フランジ１３の外周端部には、軸方向に延びて形成された磁性体の材料からなる磁極片１５がそれぞれ取り付けられている。この磁極片１５の外周面は、制動ドラム６の内周面（フランジ１３の外周面）と同一曲率で湾曲して形成されている。各磁極片１５の外周面は、制動ドラム６の内周面に対向するように配置されている。

磁極片１５における電磁石１０のフランジ１３への取付面（軸方向の端面）の周方向の幅は、フランジ１３の周方向の幅と同一に形成されている。磁極片１５のフランジ１３への取付は、ボルトによって固定されても良く、溶接によって固定されても良い。又は、磁極片１５を、フランジ１３と一体的に成形しても良い。

軸方向に隣接する磁極片１５間の距離は、磁極片１５間で短絡した磁束回路を形成することがないように、制動ドラム６と磁極片１５との距離より大きくすることが好ましい。減速制動時においては、磁極片１５が、取り付けた電磁石１０のフランジ１３の磁化に応じて、Ｎ極又はＳ極のいずれかに磁化される。

この実施の形態によれば、磁極片１５を、制動ドラム６の内周面に対向させて設けているので、制動ドラム６に対向する電磁石１０の磁極面積が、図１の実施の形態に比べて大きくなる。そのため、渦電流式減速装置の制動性能を更に向上させることができる。

ここで、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、磁極片１５における電磁石１０のフランジ１３への取付面（軸方向の端面）の周方向の幅を、フランジ１３の周方向の幅の半分程度としても良い。この場合、各磁極片１５の先端は、軸方向に隣接する磁極片１５の先端を越えて軸方向に延出するようにそれぞれ設けられる。このとき、磁極片１５のフランジ１３への取付位置は、全てのフランジ１３に対して同一としても良く（図７（ａ）参照）、周方向に隣接するフランジ１３同士で異なるようにしても良い（図７（ｂ）参照）。この場合、磁極片１５の軸方向の長さを、図６に示したものより長くすることができる。

次に、更に他の実施の形態について説明する。

図８は、他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分正面断面図である。図９（ａ）は、図８の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図であり、減速制動時を示す。図９（ｂ）は、図８の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図であり、非減速制動時を示す。

この実施の形態は、周方向に隣接する電磁石のフランジ間に永久磁石を介設した点が図１の実施の形態と異なり、その他は同様となっている。よって、図１と同一部材には、同一符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

図８及び図９（ａ）に示すように、周方向に隣接する電磁石１０のフランジ１３間には、永久磁石１６がそれぞれ介設されている。この永久磁石１６は、接着剤等によりフランジ１３に取り付けられる。又は、非磁性体の材料からなる永久磁石支持板（図示せず）を更に設け、永久磁石１６を、電磁石支持板９と永久磁石支持板とで軸方向の両側から挟み込むように支持しても良い。永久磁石１６の表面には、防水のための表面処理が施されている。

永久磁石１６の周方向の両端面（電磁石１０のフランジ１３との取付面）には、磁極面が形成されている。この磁極面の極性は、周方向に隣接する電磁石１０のフランジ１３が磁化されたときの極性と同一となるように配置されている。つまり、周方向に隣接する永久磁石１６同士が、同極で対向するように配置されている。

減速制動時には、電磁石１０（電磁コイル１２）を通電する。すると、電磁石１０の鉄心１１の軸方向の両端面、及びその両端面に取り付けられたフランジ１３が、Ｎ極又はＳ極のいずれかになる。このとき、フランジ１３の外周面がＮ極又はＳ極のいずれかに磁化されると共に、電磁石１０（フランジ１３）からの磁束と永久磁石１６からの磁束が、逆磁界（同極）になっているため、永久磁石１６からの磁束は、電磁石１０からの磁束と反発すると共に、制動ドラム６へと流れる電磁石１０からの磁束に引きずられて制動ドラム６側へと流れる。

その結果、図１及び図４で示した磁束回路Ｗ１、Ｗ２に加え、図８に示すように、永久磁石１６から、一の電磁石１０のフランジ１３を介して制動ドラム６へと流れ、制動ドラム６を周方向に横断して、隣接する電磁石１０のフランジ１３へと流れる磁束回路Ｗ３が形成される。永久磁石１６は、電磁石１０の磁力を補助するので、渦電流式減速装置の制動性能を更に向上させることができる。これにより、電磁石１０の省電力化、及び電磁石１０の電磁コイル１２の電線の巻数の低減を図ることができる。

非減速制動時には、電磁石１０（電磁コイル１２）を通電しないため、永久磁石１６の磁束は、電磁石１０のフランジ１３及び鉄心１１を通って閉回路を形成する。その結果、図９（ｂ）に示すように、一の永久磁石１６から周方向に隣接する電磁石１０（フランジ１３及び鉄心１１）へと流れ、電磁石１０を軸方向に横断して、軸方向に隣接する永久磁石１６へと流れる短絡的な磁束回路Ｗ４が形成される。そのため、永久磁石１６の磁束が制動ドラム６に漏れて、引きずりトルクを生じることはない。

ここで、電磁石１０のフランジ１３の外周端部に、図６及び図７に示す磁極片１５を設けても良い。このようにすると、制動ドラム６の内周面に対向する電磁石１０の磁極面積を、図８の実施の形態に比べて大きくすることができる。これにより、渦電流式減速装置の制動性能がより向上する。

なお、上述の実施の形態においては、回転軸に制動ドラムを取り付け、固定側に電磁石を取り付けるとしたが、図１の実施の形態とは逆に、固定側に制動ドラムを取り付け、回転軸に電磁石を取り付けても良い。このとき、図６及び図７と同様に、電磁石のフランジの外周端部に磁極片を設けても良く、図８及び図９と同様に、周方向に隣接する電磁石のフランジ間に永久磁石を介設しても良い。

一実施の形態に係る渦電流式減速装置の側面断面図である。 図１の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の斜視図である。 図１の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 電磁石支持板の変形例を示す部分側面断面図である。 （ａ）は、他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分側面断面図である。（ｂ）は、図６（ａ）の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図である。 （ａ）は、磁極片の変形例を示す電磁石及び電磁石支持板の展開平面図である。（ｂ）は、磁極片の変形例を示す電磁石及び電磁石支持板の展開平面図である。 他の実施の形態に係る渦電流式減速装置の部分正面断面図である。 （ａ）は、図８の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図であり、減速制動時を示す。（ｂ）は、図８の実施の形態に係る電磁石及び電磁石支持板の展開平面図であり、非減速制動時を示す。 従来の渦電流式減速装置の部分正面断面図である。

符号の説明

１ 回転軸
６ 制動ドラム
９ 電磁石支持板
１０ 電磁石
１１ 鉄心
１２ 電磁コイル
１３ フランジ
１５ 磁極片
１６ 永久磁石

Claims (5)

1. 回転軸に取り付けられた制動ドラムと、固定側に取り付けられ且つ上記回転軸の軸方向に所定間隔を隔てて配置された一対の非磁性体からなる環状の電磁石支持板と、これら電磁石支持板間に周方向に所定間隔を隔てて取り付けられた複数の電磁石とを備え、上記電磁石は、上記回転軸の軸方向に延びて形成された鉄心と、該鉄心に巻装した電磁コイルと、上記鉄心の軸方向の両端面に設けられ、その外周面が上記制動ドラムに対向する磁性体からなるフランジとを備えたことを特徴とする渦電流式減速装置。
2. 固定側に取り付けられた制動ドラムと、回転軸に取り付けられ且つ上記回転軸の軸方向に所定間隔を隔てて配置された一対の非磁性体からなる環状の電磁石支持板と、これら電磁石支持板間に周方向に所定間隔を隔てて取り付けられた複数の電磁石とを備え、上記電磁石は、上記回転軸の軸方向に延びて形成された鉄心と、該鉄心に巻装した電磁コイルと、上記鉄心の軸方向の両端面に設けられ、その外周面が上記制動ドラムに対向する磁性体からなるフランジとを備えたことを特徴とする渦電流式減速装置。
3. 周方向に隣接する上記電磁石の電磁コイル同士で電線の巻付方向が異なる請求項１又は２記載の渦電流式減速装置。
4. 上記電磁石のフランジの外周端部に、上記制動ドラムに対向させて設けられ且つ上記回転軸の軸方向に延びて形成された磁極片を設けた請求項１から３いずれかに記載の渦電流式減速装置。
5. 周方向に隣接する上記電磁石のフランジ間に、上記回転軸の周方向に磁極面を有する永久磁石を介設し、その磁極面の極性を、周方向に隣接する上記電磁石のフランジの極性と同一となるように配置する請求項１から４いずれかに記載の渦電流式減速装置。
   

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