JP2012152060A - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制動時に、制動力を確保しつつ、電力を回収することができる電力生成機能付き渦電流式減速装置を提供する。
【解決手段】減速装置は、回転軸に固定された制動ドラム１Ａと、制動ドラム１Ａの内周面に対向して円周方向にわたり永久磁石３および電力生成用の巻線コイル５を保持する強磁性体の磁石保持リング２Ａと、制動状態と非制動状態に切り替える制動切替え機構と、を備え、磁石３およびコイル５は、２つの磁石３と１つのコイル５を一組としてその各々が円周方向に繰り返し等角度間隔で配列され、互いに隣接する磁石３の磁極の向きが異なり、かつ、コイル５を間に挟んで隣接する磁石３の磁極の向きが同じであり、制動ドラム１Ａの内周面には、コイル５それぞれの配置角度と一致して凹部６が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石を用いる渦電流式減速装置に関し、特に、車両の回転軸の運動エネルギーを制動力を生むエネルギーに変換すると同時に、電気エネルギーに変換し電力として回収することを図った電力生成機能付き渦電流式減速装置に関する。

トラックやバスなどの大型車両においては、主ブレーキであるフットブレーキ（摩擦ブレーキ）の他に、補助ブレーキとしてエンジンブレーキや排気ブレーキが用いられる。近年では、車両エンジンの小排気量化が進展し、これに伴いエンジンブレーキや排気ブレーキの能力が低下することから、渦電流式減速装置（以下、単に「減速装置」ともいう）を車両に搭載して補助ブレーキを強化する場合が多い。

減速装置は、制動力をもたらす磁界を発生させるために、電磁石を用いる方式と、永久磁石を用いる方式に大別されるが、昨今、制動力を発生させるのに電力を必要としない永久磁石方式のものが主流となっている。また、永久磁石方式の減速装置は、制動力が与えられる制動部材の形状に応じ、ドラム型とディスク型に区分される。

例えば、特許文献１、２には、大型車両に搭載される永久磁石方式の減速装置の一般的な構成が開示されている。

特許文献１に開示される減速装置はドラム型であり、プロペラシャフトなどの回転軸に制動部材として円筒状の制動ドラムが固定され、この制動ドラムの内側にリング状の磁石保持部材が配設されている。磁石保持部材には、各々の磁極の向きが交互に異なるように、複数の永久磁石が等角度間隔で周設され、制動ドラムの内周面と永久磁石との隙間には、永久磁石それぞれの配置角度と一致して強磁性体のスイッチ板が配設されている。同文献に開示される減速装置では、磁石保持部材を回転軸を中心に旋回させて、スイッチ板を永久磁石と重なる状態と互いに隣接する永久磁石の間を跨ぐ状態とに維持することにより、制動と非制動の切替えが行われる。このような制動切替え方式は、スイッチ板を永久磁石に対し相対的に旋回させることから、旋回スイッチ方式と称される。

特許文献２に開示される減速装置はディスク型であり、制動部材として円板状の制動ディスクが回転軸に固定され、この制動ディスクの主面に対向して円板状の磁石保持部材が配設されている。磁石保持部材には、制動ディスクに対向する面の円周方向にわたり、各々の磁極の向きが交互に異なるように、複数の永久磁石が等角度間隔で設けられている。同文献に開示される減速装置では、磁石保持部材を回転軸の軸方向に進退させて、制動ディスクに接近した状態と離間した状態とに維持することにより、制動と非制動の切替えが行われる。このような制動切替え方式は、永久磁石を制動部材に対し軸方向に進退させることから、軸方向スライドスイッチ方式と称される。

ドラム型およびディスク型のいずれの減速装置でも、制動切替え方式にかかわらず、制動時に永久磁石と制動部材（ドラム型の場合は制動ドラム、ディスク型の場合は制動ディスク）との間に磁気回路が発生し、非制動時にはその磁気回路は発生しない。このため、制動時、永久磁石と対向する制動部材の表面（ドラム型の場合は制動ドラムの内周面、ディスク型の場合は制動ディスクの主面）には、磁気回路に基づく磁界の変動によって渦電流が発生し、この渦電流と永久磁石からの磁束密度との相互作用によるフレミングの左手の法則に従い、回転軸とともに回転する制動部材に回転方向と逆向きの制動力が生じ、回転軸の回転を減速させることができる。

近年、地球温暖化の防止とともに、生活環境の改善や石油依存度の低減を図るため、乗用車などの小型車両のみならず、トラックやバスなどの大型車両においても、推進用の動力の一部や全部を電動モータで得るハイブリッド電気車両（Hybrid electric vehicle：ＨＥＶ）や電気車両（Electric vehicle：ＥＶ）が普及する傾向にある。通常、大型車両は、電力を必要とする数々の電装機器を装備することから、その電力を賄うために、エンジンから動力を得て発電するオルタネータなどの発電機を搭載している。しかし、ＨＥＶやＥＶの大型車両においては、推進用電動モータで電力を著しく消費することから、オルタネータなどの発電機のみで電力を賄うには限界がある。

このような問題に対し、例えば、特許文献３には、エンジンからの排気ガスの排熱を利用して発電する排熱発電機と、電力によって作動する電磁石方式の渦電流式減速装置と、電力によって推進用の動力を発生するとともに、減速時に発電機として機能する電動モータと、を備えたＨＥＶが開示されている。同文献に開示される技術では、排熱発電機や電動モータで発電が行われ、排熱発電機で発電した電力が推進用電動モータの駆動に利用され、電動モータで発電した電力が電磁石方式の減速装置の駆動に利用される。

しかし、特許文献３に開示された技術は、減速装置が電磁石方式であるために減速装置で電力が消費され、さらに、エンジンを搭載することなく排気ガスを発生しないＥＶの場合、排熱発電機による発電は不可能であり、実用性に乏しい。

以上のことから、大型車両においては、制動力を発生させるのに電力を必要としない永久磁石方式の渦電流式減速装置を搭載し、さらに、この減速装置に電力生成機能を付加して、回転軸の運動エネルギーを制動時に制動力を生むエネルギーに変換すると同時に、電気エネルギーに変換し電力として回収することが有益であり、この技術の実現が強く望まれる。

特開２００２−５１５３３号公報 特開２００７−１４０６７号公報 特開２００８−２８４９７１号公報

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、制動力を発生させるのに永久磁石を用い、制動時に、制動力を確保しつつ、電力を回収することができる電力生成機能付き渦電流式減速装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、下記の知見を得た。永久磁石方式の減速装置において、制動時に、回転軸の運動エネルギーを電力として生成するには、磁石保持部材に配列する永久磁石の一部を電力生成用の巻線コイルに置き換え、永久磁石からの磁界の変動に伴う電磁誘導を利用して、その巻線コイルに誘導起電力を発生させるのが有効である。ただし、単に永久磁石の一部を巻線コイルに置き換えるだけでは巻線コイルを貫く磁界が変動しないため、電力を生成することができない。この不都合を解消すべく、巻線コイルを貫く磁界の変動を起こさせるには、磁石保持部材と対を成して制動力が与えられる制動部材の制動面に、凹部を形成することが有効である。

本発明は、上記の知見に基づいて完成させたものであり、その要旨は、下記に示す電力生成機能付き渦電流式減速装置にある。すなわち、車両の回転軸に固定された制動部材と、この制動部材の制動面に対向して円周方向にわたり永久磁石および電力生成用の巻線コイルを保持する強磁性体の磁石保持部材と、制動時に前記永久磁石と前記制動部材との間に相対的な回転速度差を生じさせつつ磁気回路を発生させ、非制動時に前記回転速度差または前記磁気回路を発生させない状態に切り替える制動切替え機構と、を備え、前記永久磁石および前記巻線コイルは、２つの前記永久磁石と１つの前記巻線コイルを一組としてその各々が円周方向に繰り返し等角度間隔で配列され、互いに隣接する前記永久磁石の磁極の向きが異なり、かつ、前記巻線コイルを間に挟んで隣接する前記永久磁石の磁極の向きが同じであり、前記制動面には、前記巻線コイルそれぞれの配置角度と一致して凹部が形成されていることを特徴とする電力生成機能付き渦電流式減速装置である。

上記の減速装置は、前記制動切替え機構として、前記制動面と前記永久磁石および前記巻線コイルとの隙間に、前記永久磁石および前記巻線コイルそれぞれの配置角度と一致して強磁性体のスイッチ板が設けられ、これらのスイッチ板は、前記磁石保持部材に対し相対的に円周方向に旋回可能に構成され、制動時に前記永久磁石および前記巻線コイルの各々と重なる状態に維持され、非制動時に互いに隣接する前記永久磁石の間、および互いに隣接する前記永久磁石と前記巻線コイルの間を跨ぐ状態に維持される構成とすることができる。

上記の減速装置は、前記制動切替え機構として、前記磁石保持部材が前記制動部材に対し前記回転軸の軸方向に進退可能に構成され、前記磁石保持部材は、制動時に前記制動部材に接近した状態に維持され、非制動時に前記制動部材から離間した状態に維持される構成とすることもできる。

上記の減速装置は、前記制動切替え機構として、前記磁石保持部材およびスイッチブレーキディスクを有して前記回転軸に回転可能に支持される回転部材と、前記スイッチブレーキディスクを間に挟むブレーキパッドと、このブレーキパッドを直線駆動させるアクチュエータと、を備え、前記磁石保持部材は、制動時に前記アクチュエータによる前記ブレーキパッドの駆動に伴って前記スイッチブレーキディスクが挟持されることにより停止の状態に維持され、非制動時に前記アクチュエータによる前記スイッチブレーキディスクの挟持が解放されて回転自在の状態に維持される構成とすることもできる。

これらの減速装置では、前記制動部材が円筒状の制動ドラムであり、前記制動面が前記制動ドラムの内周面である構成とすることが好ましい。

さらに、これらの減速装置において、前記制動部材は、前記制動面の前記凹部を除く表層部が低合金鋼で構成されることが好ましい。この場合、前記制動部材は、前記表層部を除き電磁鋼で構成されることが好ましい。

本発明の電力生成機能付き渦電流式減速装置によれば、制動時に、制動部材の回転に伴って、制動部材の内周面に渦電流が常時発生するとともに、巻線コイルに誘導起電力が繰り返し発生するため、制動力を安定して確保しつつ、電力を回収することが可能になる。

本発明の第１実施形態である電力生成機能付き渦電流式減速装置の構成例を示す縦断面図である。 第１実施形態の減速装置における制動部材と磁石保持部材を円周方向に展開した図であり、同図（ａ）、（ｂ）は制動時の状態を示し、そのうちの同図（ｂ）は誘導起電力が発生する状態を示し、同図（ｃ）は非制動時の状態を示す。 本発明の第２実施形態である電力生成機能付き渦電流式減速装置の構成例を示す縦断面図である。 第２実施形態の減速装置における制動部材と磁石保持部材を円周方向に展開した図であり、同図（ａ）、（ｂ）は制動時の状態を示し、そのうちの同図（ｂ）は誘導起電力が発生する状態を示し、同図（ｃ）は非制動時の状態を示す。 本発明の第３実施形態である電力生成機能付き渦電流式減速装置の構成例を示す縦断面図である。 第３実施形態の減速装置における制動部材と磁石保持部材を円周方向に展開した図であり、同図（ａ）、（ｂ）は制動時の状態を示し、そのうちの同図（ｂ）は誘導起電力が発生する状態を示し、同図（ｃ）は非制動時の状態を示す。

以下に、本発明の電力生成機能付き渦電流式減速装置について、その実施形態を詳述する。

１．第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態である電力生成機能付き渦電流式減速装置の構成例を示す縦断面図である。図２は、第１実施形態の減速装置における制動部材と磁石保持部材を円周方向に展開した図であり、同図（ａ）、（ｂ）は制動時の状態を示し、そのうちの同図（ｂ）は誘導起電力が発生する状態を示し、同図（ｃ）は非制動時の状態を示す。図１、図２に示す第１実施形態の渦電流式減速装置は、制動力を発生させるのに永久磁石を用い、制動と非制動の切替えに旋回スイッチ方式を採用するドラム型の減速装置である。

図１に示すように、第１実施形態の減速装置は、円筒状の制動ドラム１Ａと、この制動ドラム１Ａの内側に配設された磁石保持リング２Ａと、この磁石保持リング２Ａと同心状で制動ドラム１Ａと磁石保持リング２Ａとの間に配置されたスイッチ板保持リング１３と、を備える。

制動ドラム１Ａは、制動力が付与される制動部材に相当し、車両のプロペラシャフトなどの回転軸１０にロータ支持部材１１を介して固定され、回転軸１０と一体で回転するように構成される。制動ドラム１Ａの外周には、放熱フィン７が設けられる。この放熱フィン７は、制動時に、渦電流の発生に伴うジュール熱によって発熱する制動ドラム１Ａを冷却する役割を担う。

磁石保持リング２Ａは、制動ドラム１Ａに制動力を発生させるために制動ドラム１Ａ（制動部材）と対を成す磁石保持部材に相当し、ステータ支持部材１２を介し、回転軸１０を中心に旋回可能に支持される。ステータ支持部材１２は、図示しない車両のトランスミッションカバーなどの非回転部に固定される。制動と非制動の切替えの際、磁石保持リング２Ａは、図示しないエアシリンダや電動アクチュエータによって旋回する。

さらに、磁石保持リング２Ａの外周面は、制動ドラム１Ａの制動面となる内周面と対向し、円周方向にわたり複数の永久磁石３が固着される。永久磁石３は、各々の磁極（Ｎ極、Ｓ極）の向きが交互に異なるように等角度間隔で配列された形態とされる。

ここで、第１実施形態の減速装置では、電力生成機能を付加するため、磁石保持リング２Ａが強磁性体であり、順に隣接する３つの永久磁石３を一組とし、そのうちの１つの永久磁石３が電力生成用の巻線コイル５に置き換えられている。すなわち、図２に示すように、磁石保持リング２Ａには、順に隣接する２つの永久磁石３と１つの巻線コイル５を一組とし、その各々が円周方向に繰り返し等角度間隔で配列されている。これにより、互いに隣接する永久磁石３の磁極の向きが異なり、かつ、巻線コイル５を間に挟んで隣接する永久磁石３の磁極の向きが同じとなっている。

巻線コイル５は、鉄芯５ａに銅線などの導電率の高い電導線５ｂを幾重にも巻いて成る。巻線コイル５の電導線５ｂは、減速装置から引き出され、車両に搭載される蓄電池に対し制御回路を通じて接続される。

スイッチ板保持リング１３は、旋回スイッチ方式で必須となる強磁性体のスイッチ板４を円周方向にわたり複数保持し、ステータ支持部材１２に固定される。具体的には、図２に示すように、スイッチ板４は、制動ドラム１Ａの内周面と永久磁石３および巻線コイル５との隙間に、永久磁石３および巻線コイル５それぞれの配置角度と一致して設けられている。スイッチ板４は、永久磁石３および巻線コイル５の単体とほぼ同じサイズである。

さらに、第１実施形態の減速装置では、巻線コイル５の設置に伴って電力生成機能を発現させるため、制動ドラム１Ａの制動面となる内周面に、巻線コイル５それぞれの配置角度と一致して凹部６が形成されている。凹部６は、永久磁石３および巻線コイル５の単体とほぼ同じサイズである。

図１、図２に示す制動ドラム１Ａの場合、制動面となる内周面の凹部６を除く表層部８には、導電性に優れた低合金鋼を用い、その表層部８を除く部分には電磁鋼を用いる。低合金鋼としては、例えばＣｒ−Ｍｏ鋼や特許第３０３６３７２号公報に記載されているロータ材などを用いることができる。制動ドラム１Ａの内周面の表層部８を低合金鋼とすることにより、制動力を生む渦電流をその表層部８に有効に発生させることができ、その表層部８を除く部分を電磁鋼とすることにより、発熱を低減することができるからである。ただし、制動ドラム１Ａは、表層部８を除く部分を含めた全体を低合金鋼としても構わない。

また、制動ドラム１Ａの内周面の表層部８には、さらに銅などのメッキ層を積層することができる。メッキ層を設けることにより、渦電流を一層有効に発生させることができるからである。

続いて、このような構成の電力生成機能付き減速装置の動作を説明する。非制動時は、図２（ｃ）に示すように、各スイッチ板４が、互いに隣接する永久磁石３の間、および互いに隣接する永久磁石３と巻線コイル５の間を跨ぐ状態に維持される。

この場合、永久磁石３からの磁束（磁界）は、図２（ｃ）中の実線矢印で示すように、制動ドラム１Ａに達することなく、スイッチ板４を通じた後、隣接する永久磁石３もしくは巻線コイル５に達し、磁石保持リング２Ａを通じて戻るか、または、磁石保持リング２Ａを通じた後、隣接する巻線コイル５に達し、制動ドラム１Ａに達することなく、スイッチ板４を通じて戻る。従って、永久磁石３と制動ドラム１Ａとの間には磁気回路が発生しない状態となる。

この非制動時の状態では、制動ドラム１Ａの内周面を貫く磁界がないため、制動ドラム１Ａの内周面に渦電流が生じることなく、制動力は発生しない。また、巻線コイル５を磁界が貫いているものの、その磁界の変動は起こらないため、巻線コイル５に誘導起電力が生じることはなく、電力は発生しない。

一方、制動時は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁石保持リング２Ａを永久磁石３の配置角度の半分だけ旋回させる。これにより、各スイッチ板４が、永久磁石３および巻線コイル５の各々と重なる状態に維持される。

その際、図２（ａ）に示すように、制動ドラム１Ａの回転に伴って、制動ドラム１Ａの凹部６を除く内周面（表層部８）が、互いに隣接する永久磁石３の両者に同時に対向する位置にあるとき、すなわち、制動ドラム１Ａの凹部６が巻線コイル５に対向する位置にあるとき、永久磁石３からの磁束は、次の態様になる。

永久磁石３からの磁束は、これに対向するスイッチ板４を貫いて制動ドラム１Ａに達した後、隣接するスイッチ板４を貫いてこれに対向する永久磁石３に達し、磁石保持リング２Ａを通じて戻る（図２（ａ）中の実線矢印参照）。従って、永久磁石３と制動ドラム１Ａとの間に磁気回路が発生する状態となり、制動ドラム１Ａの内周面を貫く磁界が発生する。このとき、巻線コイル５に対向するスイッチ板４と制動ドラム１Ａとは、凹部６によって間隔が広がっているため、巻線コイル５を貫く磁界は発生しない。

このような図２（ａ）に示す制動時では、永久磁石３と制動ドラム１Ａとの間に磁気回路が発生しつつ、両者の間に相対的な回転速度差が生じているため、制動ドラム１Ａの内周面を貫く磁界が変動する。この磁界の変動により、制動ドラム１Ａの内周面に渦電流が生じ、この渦電流と永久磁石３からの磁束密度との相互作用によるフレミングの左手の法則に従い、回転軸１０とともに回転する制動ドラム１Ａに回転方向とは逆向きの制動力が発生する（図２（ａ）中の白抜き矢印参照）。

同じ制動時でも、図２（ｂ）に示すように、制動ドラム１Ａの凹部６を除く内周面（表層部８）が、互いに隣接する永久磁石３と巻線コイル５の両者に同時に対向する位置にあるとき、すなわち、制動ドラム１Ａの凹部６が永久磁石３に対向する位置にあるとき、永久磁石３からの磁束は、次の態様になる。

永久磁石３からの磁束は、これに対向するスイッチ板４を貫いて制動ドラム１Ａに達した後、隣接するスイッチ板４を貫いてこれに対向する巻線コイル５に達し、磁石保持リング２Ａを通じて戻るか、または、磁石保持リング２Ａを通じ、隣接する巻線コイル５に達し、これに対向するスイッチ板４を貫いて制動ドラム１Ａに達した後、隣接するスイッチ板４を貫いて戻る（図２（ｂ）中の実線矢印参照）。従って、永久磁石３と制動ドラム１Ａとの間に磁気回路が発生する状態となり、制動ドラム１Ａの内周面を貫く磁界が発生するとともに、巻線コイル５を貫く磁界が発生する。このとき、互いに隣接する永久磁石３のうちの１つに対向するスイッチ板４と制動ドラム１Ａとは、凹部６によって間隔が広がっているため、互いに隣接する永久磁石３には磁気回路が発生しない。

このような図２（ｂ）に示す制動時では、前記図２（ａ）に示すときと同様に、永久磁石３と制動ドラム１Ａとの間に磁気回路が発生しつつ、両者の間に相対的な回転速度差が生じているため、制動ドラム１Ａの内周面を貫く磁界の変動により、制動ドラム１Ａの内周面に渦電流が生じ、制動ドラム１Ａに制動力が発生する（図２（ｂ）中の白抜き矢印参照）。さらに、この場合は、巻線コイル５を貫く磁界も変動するため、巻線コイル５に電磁誘導による誘導起電力が発生する。

このように、制動時には、制動ドラム１Ａの回転に伴って、制動ドラム１Ａの内周面に渦電流が常時発生するとともに、巻線コイル５に誘導起電力が繰り返し発生する。巻線コイル５に生じた誘導起電力は、減速装置から引き出された電導線５ｂを通じて回収され、電力として蓄電池に蓄えることができる。蓄電池に回収した電力は、大型車両に装備された数々の電装機器の動力源として用いられ、また、ＨＥＶやＥＶの大型車両の場合は、推進用電動モータの動力源としても用いられる。

第１実施形態の電力生成機能付き減速装置によれば、制動時に、制動ドラム１Ａの内周面に渦電流を常時発生させることができ、制動力を安定して確保することが可能になる。これと同時に、巻線コイル５に誘導起電力を発生させることができ、電力の回収が可能になる。

また、制動ドラム１Ａの内周面に形成された凹部６は、上述したように、巻線コイル５に誘導起電力を発生させる役割を担うだけでなく、制動ドラム１Ａの内周面周辺に存在する空気の流動を促す役割も担う。このため、凹部６により制動ドラム１Ａや永久磁石３の温度上昇を抑制することも可能になる。

２．第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態である電力生成機能付き渦電流式減速装置の構成例を示す縦断面図である。図４は、第２実施形態の減速装置における制動部材と磁石保持部材を円周方向に展開した図であり、同図（ａ）、（ｂ）は制動時の状態を示し、そのうちの同図（ｂ）は誘導起電力が発生する状態を示し、同図（ｃ）は非制動時の状態を示す。

第２実施形態の渦電流式減速装置は、前記図１、図２に示す第１実施形態の減速装置と基本構成は同じであり、制動力を発生させるのに永久磁石を用いる点で共通するが、前記第１実施形態と比較し、制動と非制動の切替えに軸方向スライドスイッチ方式を採用し、ディスク型である点で相違する。すなわち、第２実施形態の減速装置は、前記第１実施形態における制動部材に相当する制動ドラム１Ａを円板状の制動ディスク１Ｂに変更し、これに伴い、磁石保持部材に相当する磁石保持リング２Ａを円板状の磁石保持ディスク２Ｂに変更し、さらにスイッチ板４を保持するスイッチ板保持リング１３は設けない構成である。

第２実施形態では、図３に示すように、制動ディスク１Ｂは、回転軸１０に対して固定され、回転軸１０と一体で回転する。磁石保持ディスク２Ｂは、制動ディスク１Ｂの主面に対向して配置され、ステータ支持部材１２を介し、回転軸１０の軸方向にスライド可能に支持される。磁石保持ディスク２Ｂには、図４に示すように、制動ディスク１Ｂの主面と対向する面に、前記第１実施形態と同じく、順に隣接する２つの永久磁石３と１つの巻線コイル５を一組とし、その各々が円周方向に繰り返し等角度間隔で配列される。

制動ディスク１Ｂの制動面となる主面には、前記第１実施形態と同じく、巻線コイル５それぞれの配置角度と一致して凹部６が形成される。制動と非制動の切替えの際、磁石保持ディスク２Ｂは、図３に示すように、エアシリンダ１４によって回転軸１０の軸方向に進退するように構成される。

このような構成の電力生成機能付き減速装置において、非制動時は、図４（ｃ）に示すように、磁石保持ディスク２Ｂが制動ディスク１Ｂから離間した状態に維持される。

この場合、永久磁石３からの磁束（磁界）は、図４（ｃ）中の実線矢印で示すように、制動ディスク１Ｂに達することなく、隣接する永久磁石３に達し、磁石保持ディスク２Ｂを通じて戻る。従って、永久磁石３と制動ディスク１Ｂとの間には磁気回路が発生しない状態となる。

この非制動時の状態では、制動ディスク１Ｂの主面を貫く磁界がなく、巻線コイル５を貫く磁界もない。このため、制動ディスク１Ｂの主面に渦電流が生じることはなく、また、巻線コイル５に誘導起電力も生じないため、制動力および電力のいずれも発生しない。

一方、制動時は、磁石保持ディスク２Ｂを回転軸１０の軸方向に進出させる。これにより、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、磁石保持ディスク２Ｂが制動ディスク１Ｂに接近した状態に維持される。

その際、図４（ａ）に示すように、制動ディスク１Ｂの回転に伴って、制動ディスク１Ｂの凹部６を除く主面（表層部８）が、互いに隣接する永久磁石３の両者に同時に対向する位置にあるとき、すなわち、制動ディスク１Ｂの凹部６が巻線コイル５に対向する位置にあるとき、永久磁石３からの磁束は、次の態様になる。

永久磁石３からの磁束は、制動ディスク１Ｂに達した後、隣接する永久磁石３に達し、磁石保持ディスク２Ｂを通じて戻る（図４（ａ）中の実線矢印参照）。従って、永久磁石３と制動ディスク１Ｂとの間に磁気回路が発生する状態となり、制動ディスク１Ｂの主面を貫く磁界が発生する。このとき、巻線コイル５と制動ディスク１Ｂとは、凹部６によって間隔が広がっているため、巻線コイル５を貫く磁界は発生しない。

このような図４（ａ）に示す制動時では、永久磁石３と制動ディスク１Ｂとの間に磁気回路が発生しつつ、両者の間に相対的な回転速度差が生じているため、制動ディスク１Ｂの主面を貫く磁界が変動する。この磁界の変動により、制動ディスク１Ｂの主面に渦電流が生じ、回転軸１０とともに回転する制動ディスク１Ｂに回転方向とは逆向きの制動力が発生する（図４（ａ）中の白抜き矢印参照）。

同じ制動時でも、図４（ｂ）に示すように、制動ディスク１Ｂの凹部６を除く主面（表層部８）が、互いに隣接する永久磁石３と巻線コイル５の両者に同時に対向する位置にあるとき、すなわち、制動ディスク１Ｂの凹部６が永久磁石３に対向する位置にあるとき、永久磁石３からの磁束は、次の態様になる。

永久磁石３からの磁束は、制動ディスク１Ｂに達した後、隣接する巻線コイル５に達し、磁石保持ディスク２Ｂを通じて戻るか、または、磁石保持ディスク２Ｂを通じ、隣接する巻線コイル５に達した後、制動ディスク１Ｂに達して戻る（図４（ｂ）中の実線矢印参照）。従って、永久磁石３と制動ディスク１Ｂとの間に磁気回路が発生する状態となり、制動ディスク１Ｂの主面を貫く磁界が発生するとともに、巻線コイル５を貫く磁界が発生する。このとき、互いに隣接する永久磁石３のうちの１つと制動ディスク１Ｂとは、凹部６によって間隔が広がっているため、互いに隣接する永久磁石３には磁気回路が発生しない。

このような図４（ｂ）に示す制動時では、前記図４（ａ）に示すときと同様に、永久磁石３と制動ディスク１Ｂとの間に磁気回路が発生しつつ、両者の間に相対的な回転速度差が生じているため、制動ディスク１Ｂの主面を貫く磁界の変動により、制動ディスク１Ｂの主面に渦電流が生じ、制動ディスク１Ｂに制動力が発生する（図４（ｂ）中の白抜き矢印参照）。さらに、この場合は、巻線コイル５を貫く磁界も変動するため、巻線コイル５に電磁誘導による誘導起電力が発生する。

このように、制動時には、制動ディスク１Ｂの回転に伴って、制動ディスク１Ｂの主面に渦電流が常時発生するとともに、巻線コイル５に誘導起電力が繰り返し発生する。

従って、第２実施形態の減速装置でも、前記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

３．第３実施形態
図５は、本発明の第３実施形態である電力生成機能付き渦電流式減速装置の構成例を示す縦断面図である。図６は、第３実施形態の減速装置における制動部材と磁石保持部材を円周方向に展開した図であり、同図（ａ）、（ｂ）は制動時の状態を示し、そのうちの同図（ｂ）は誘導起電力が発生する状態を示し、同図（ｃ）は非制動時の状態を示す。第３実施形態の渦電流式減速装置は、前記図３、図４に示す第２実施形態の構成を基本とし、制動力を発生させるのに永久磁石を用いたディスク型であるが、前記第２実施形態と比較し、制動切替え方式が相違する。

図５に示すように、第３実施形態の減速装置は、制動ディスク１Ｂと、磁石保持ディスク２Ｂおよびスイッチブレーキディスク１６を有する回転部材１５と、スイッチブレーキディスク１６を間に挟むブレーキパッド１８ａ、１８ｂを有するスイッチブレーキキャリパ１７と、スイッチブレーキキャリパ１７を駆動させる電動式直動アクチュエータ１９とを備える。

制動ディスク１Ｂは、回転軸１０と一体で回転するように構成される。具体的には、回転軸１０と同軸上に連結軸２１がボルトなどによって固定され、フランジ付きのスリーブ２２がその連結軸２１にスプラインで噛み合いながら挿入されてナット２３で固定されている。制動ディスク１Ｂは、回転軸１０と一体化されたスリーブ２２のフランジにボルトなどで固定され、これにより、回転軸１０と一体で回転するようになる。

回転部材１５は、回転軸１０に対し回転可能に構成される。具体的には、回転部材１５は、連結軸２１と同心状の環状部材であり、回転軸１０と一体化されたスリーブ２２に軸受２４ａ、２４ｂを介して支持され、これにより、回転軸１０に対し自由に回転が可能になる。軸受２４ａ、２４ｂには潤滑グリスが充填され、この潤滑グリスは、回転部材１５の前後両端に装着されたリング状のシール部材２５ａ、２５ｂにより漏出を防止される。

回転部材１５は、制動ディスク１Ｂの主面に対向する磁石保持ディスク２Ｂを有する。この磁石保持ディスク２Ｂは、回転部材１５と一体成形してもよいし、個別に成形しボルトなどで回転部材１５に固定してもよい。磁石保持ディスク２Ｂには、制動ディスク１Ｂの主面と対向する面に、前記第２実施形態と同じく、順に隣接する２つの永久磁石３と１つの巻線コイル５を一組とし、その各々が円周方向に繰り返し等角度間隔で配列される（図６参照）。

また、制動ディスク１Ｂの主面には、前記第２実施形態と同じく、巻線コイル５それぞれの配置角度と一致して凹部６が形成される（図６参照）。

磁石保持ディスク２Ｂには、永久磁石３および巻線コイル５を覆う薄板カバー２９が取り付けられる。薄板カバー２９は、永久磁石３からの磁界に影響を及ぼさないように、非磁性材料を用いることが好ましい。

さらに、回転部材１５は、磁石保持ディスク２Ｂの後方にスイッチブレーキディスク１６を有する。スイッチブレーキディスク１６は、ボルトなどで回転部材１５に取り付けられ、回転部材１５と一体化される。

スイッチブレーキキャリパ１７は、前後で一対のブレーキパッド１８ａ、１８ｂを有しており、ブレーキパッド１８ａ、１８ｂの間にスイッチブレーキディスク１６を配置し所定の隙間を設けて挟んだ状態で、バネを搭載したボルトなどによりブラケット２６に付勢支持される。このブラケット２６は、車両のシャーシやクロスメンバーなどの非回転部に取り付けられる。

また、図５に示すブラケット２６は、スイッチブレーキディスク１６の後方で回転部材１５を包囲し、回転部材１５に軸受２７を介して回転可能に支持される。この軸受２７にも潤滑グリスが充填され、この潤滑グリスは、ブラケット２６の前後両端に装着されたリング状のシール部材２８ａ、２８ｂにより漏出を防止される。

スイッチブレーキキャリパ１７には、アクチュエータ１９がボルトなどで固定される。アクチュエータ１９は、電動モータ２０に与える電力を動力源として作動し、電動モータ２０の回転運動を直線運動に変換して後側のブレーキパッド１８ｂをスイッチブレーキディスク１６に向け直線駆動させる。これにより、後側のブレーキパッド１８ｂがスイッチブレーキディスク１６を押圧し、これに伴う反力の作用で、前側のブレーキパッド１８ａがスイッチブレーキディスク１６に向け移動し、その結果、スイッチブレーキディスク１６を前後のブレーキパッド１８ａ、１８ｂで強力に挟持することができる。

アクチュエータ１９としては、例えば、ボールねじ機構やボールランプ機構のものを採用することができる。ボールねじ機構やボールランプ機構のアクチュエータは、リードを有するねじ筋や傾斜カム面にボールを沿わせる運動変換機構により、電動モータ２０の回転運動を直線運動に変換するものである。

巻線コイル５の電導線５ｂは、回転部材１５の表面に引き出されて露出し、回転部材１５の表面に設置した端子３０に接続される。図５では、回転部材１５の後端から環状凸部３１が突出しており、この環状凸部３１の外周に端子３０が設置された例を示している。端子３０にはブラシなどの電気接点３２が摺動可能に接触し、この電気接点３２は、車両の非回転部に固定され、車両に搭載される蓄電池に対し制御回路を通じて接続される。

続いて、このような構成の電力生成機能付き減速装置の動作を説明する。非制動時は、電動モータ２０に通電を行うことなくアクチュエータ１９を作動させない状態にある。このとき、回転軸１０と一体で制動ディスク１Ｂが回転するのに伴い、回転部材１５が、これと一体の磁石保持ディスク２Ｂで保持する永久磁石３と、制動ディスク１Ｂとの磁気吸引作用により、制動ディスク１Ｂと同期して一体的に回転する。

この場合、永久磁石３からの磁束（磁界）は、図６（ｃ）中の実線矢印で示すように、制動ディスク１Ｂに達した後、隣接する永久磁石３に達し、磁石保持ディスク２Ｂを通じて戻る。しかし、この場合は、制動ディスク１Ｂと磁石保持ディスク２Ｂとの間に相対的な回転速度差が生じないため、制動ディスク１Ｂの主面を貫く永久磁石３からの磁界は変動しない。従って、永久磁石３と制動ドラム１Ａとの間には、実質的に磁気回路が発生しない状態と同じ状態になり、制動ディスク１Ｂの主面に渦電流が生じることはなく、また、巻線コイル５に誘導起電力も生じないため、制動力および電力のいずれも発生しない。

一方、制動時は、電動モータ２０に通電を行ってアクチュエータ１９を作動させる。これにより、回転部材１５と一体で回転しているスイッチブレーキディスク１６がブレーキパッド１８ａ、１８ｂによって挟み込まれ、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、回転部材１５の回転が速やかに停止する。

制動ディスク１Ｂが回転している際に回転部材１５のみが停止すると、制動ディスク１Ｂと磁石保持ディスク２Ｂとの間に相対的な回転速度差が生じる。これにより、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、前記第２実施形態と同じく、制動ディスク１Ｂの回転に伴って、制動ディスク１Ｂの主面および巻線コイル５を貫く磁界が変動し、制動ディスク１Ｂの主面に渦電流が常時発生するとともに、巻線コイル５に誘導起電力が繰り返し発生する。

従って、第３実施形態の減速装置でも、前記第１、第２実施形態と同様の効果を奏することができる。

第３実施形態の減速装置によって蓄電池に回収した電力は、減速装置を構成する電動モータ２０の動力源としても用いられる。従って、第３実施形態の減速装置では、自身で消費する電力を、自身で生成した電力で補うことができる。

その他、本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、上記第１実施形態では、制動と非制動を旋回スイッチ方式で切り替えるために、スイッチ板に対し磁石保持部材を旋回させる構成であるが、両者が相対的に旋回する限り、スイッチ板の方を旋回させる構成にすることもできる。

また、ドラム型で旋回スイッチ方式を採用する上記第１実施形態の減速装置は、ディスク型に変更することができる。すなわち、上記第１実施形態において、上記第２実施形態のように、制動部材として、主面に凹部を形成した制動ディスクを採用し、これに伴い、回転軸回りに旋回可能な磁石保持部材として、その制動ディスクの主面に対向して永久磁石および巻線コイルを保持する磁石保持ディスクを採用する構成にすることができる。この場合、制動ディスクの主面と永久磁石および巻線コイルの隙間にスイッチ板を配設した構成とする。

ディスク型で軸方向スライドスイッチ方式を採用する上記第２実施形態の減速装置は、ドラム型に変更することができる。すなわち、上記第２実施形態において、上記第１実施形態のように、制動部材として、内周面に凹部を形成した制動ドラムを採用し、これに伴い、回転軸の軸方向にスライド可能な磁石保持部材として、その制動ドラムの内周面に対向して永久磁石および巻線コイルを保持する磁石保持リングを採用する構成にすることができる。

上記第３実施形態のディスク型の減速装置も、ドラム型に変更することができる。すなわち、上記第３実施形態において、上記第１実施形態のように、制動部材として、内周面に凹部を形成した制動ドラムを採用し、これに伴い、スイッチブレーキディスクを有する回転部材と一体の磁石保持部材として、その制動ドラムの内周面に対向して永久磁石および巻線コイルを保持する磁石保持リングを採用する構成にすることができる。

本発明の電力生成機能付き渦電流式減速装置によれば、制動時に、制動部材の内周面に渦電流が常時発生するとともに、巻線コイルに誘導起電力が繰り返し発生するため、制動力を安定して確保しつつ、電力を回収することができる。従って、本発明の渦電流式減速装置は、地球環境問題に対応し、ＨＥＶやＥＶを含めたあらゆる車両の補助ブレーキとして極めて有用である。

１Ａ：制動ドラム、 １Ｂ：制動ディスク、 ２Ａ：磁石保持リング、
２Ｂ：磁石保持ディスク、 ３：永久磁石、 ４：スイッチ板、
５：巻線コイル、 ５ａ：鉄芯、 ５ｂ：電導線、 ６：凹部、
７：放熱フィン、 ８：表層部、 １０：回転軸、
１１：ロータ支持部材、 １２：ステータ支持部材、
１３：スイッチ板保持リング、 １４：エアシリンダ、 １５：回転部材、
１６：スイッチブレーキディスク、 １７：スイッチブレーキキャリパ、
１８ａ、１８ｂ：ブレーキパッド、 １９：電動式直動アクチュエータ、
２０：電動モータ、 ２１：連結軸、 ２２：スリーブ、 ２３：ナット、
２４ａ、２４ｂ：軸受、 ２５ａ、２５ｂ：シール部材、
２６：ブラケット、 ２７：軸受、 ２８ａ、２８ｂ：シール部材、
２９：薄板カバー、 ３０：端子、 ３１：環状凸部、 ３２：電気接点

Claims (7)

1. 車両の回転軸に固定された制動部材と、
   この制動部材の制動面に対向して円周方向にわたり永久磁石および電力生成用の巻線コイルを保持する強磁性体の磁石保持部材と、
   制動時に前記永久磁石と前記制動部材との間に相対的な回転速度差を生じさせつつ磁気回路を発生させ、非制動時に前記回転速度差または前記磁気回路を発生させない状態に切り替える制動切替え機構と、を備え、
   前記永久磁石および前記巻線コイルは、２つの前記永久磁石と１つの前記巻線コイルを一組としてその各々が円周方向に繰り返し等角度間隔で配列され、互いに隣接する前記永久磁石の磁極の向きが異なり、かつ、前記巻線コイルを間に挟んで隣接する前記永久磁石の磁極の向きが同じであり、
   前記制動面には、前記巻線コイルそれぞれの配置角度と一致して凹部が形成されていることを特徴とする電力生成機能付き渦電流式減速装置。
2. 前記制動切替え機構として、前記制動面と前記永久磁石および前記巻線コイルとの隙間に、前記永久磁石および前記巻線コイルそれぞれの配置角度と一致して強磁性体のスイッチ板が設けられ、これらのスイッチ板は、前記磁石保持部材に対し相対的に円周方向に旋回可能に構成され、制動時に前記永久磁石および前記巻線コイルの各々と重なる状態に維持され、非制動時に互いに隣接する前記永久磁石の間、および互いに隣接する前記永久磁石と前記巻線コイルの間を跨ぐ状態に維持されることを特徴とする請求項１に記載の電力生成機能付き渦電流式減速装置。
3. 前記制動切替え機構として、前記磁石保持部材が前記制動部材に対し前記回転軸の軸方向に進退可能に構成され、前記磁石保持部材は、制動時に前記制動部材に接近した状態に維持され、非制動時に前記制動部材から離間した状態に維持されることを特徴とする請求項１に記載の電力生成機能付き渦電流式減速装置。
4. 前記制動切替え機構として、前記磁石保持部材およびスイッチブレーキディスクを有して前記回転軸に回転可能に支持される回転部材と、前記スイッチブレーキディスクを間に挟むブレーキパッドと、このブレーキパッドを直線駆動させるアクチュエータと、を備え、前記磁石保持部材は、制動時に前記アクチュエータによる前記ブレーキパッドの駆動に伴って前記スイッチブレーキディスクが挟持されることにより停止の状態に維持され、非制動時に前記アクチュエータによる前記スイッチブレーキディスクの挟持が解放されて回転自在の状態に維持されることを特徴とする請求項１に記載の電力生成機能付き渦電流式減速装置。
5. 前記制動部材が円筒状の制動ドラムであり、前記制動面が前記制動ドラムの内周面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力生成機能付き渦電流式減速装置。
6. 前記制動部材は、前記制動面の前記凹部を除く表層部が低合金鋼で構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電力生成機能付き渦電流式減速装置。
7. 前記制動部材は、前記表層部を除き電磁鋼で構成されることを特徴とする請求項６のいずれかに記載の電力生成機能付き渦電流式減速装置。

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