JP2012520655A - ブレーキング機構の改良およびそれに関する改善 - Google Patents

Abstract

回転軸の周囲で回転可能なロータを含む過電流ブレーキング機構であって、少なくとも１つの導電部材がともに回転するために前記ロータに連結されており、少なくとも１つのマグネットが、導電部材の回転平面に少なくとも部分的に直交するよう広がる磁界を印加するよう構成されており、かつ、ロータの回転時に、導電部材が引用文献か磁界内へ向けて、前記回転軸から少なくとも部分的に半径方向に移動するよう構成されている。

Description

本発明は、ブレーキング機構の改良およびそれに関連する改善に関し、より詳細には、改良された過電流ブレーキング機構に関するものである。

過電流ブレーキングシステムは、非接触ブレーキを提供し、かつブレーキ面同士の間に摩擦接触が生じないように従来の摩擦ブレーキより優れた著しい利点をもたらすため幅広い用途に使用されている。

過電流ブレーキは、導電体が磁界を通過するまたは磁界が導電体を通過した場合に相対運動が導電体に電流「過剰に」発生させるという原理に基づいて機能する。過剰な電流は続いて、印加磁界の作用に対する磁界を誘起する。それゆえ過電流ブレーキは、この磁界内での導電体動作においてブレーキの機能を果たすよう対向磁界を利用する。過電流磁界の強さ、ひいてはその反力は、以下のいくつかの要因に左右される。
−印加磁界の強さ
−前記導電体を通る磁束
−導電体の形状寸法および磁界の形状寸法、例えばサイズや物理的分離
−導電体の導電率
−導電体と磁界との間の相対速度

それゆえ異なるブレーキング力は、１つ以上の上記パラメータを変更することによって得られる。

より明瞭にしかつ冗長な記述を避けるために、本明細書では部材を回転させるためのブレーキング／妨害トルクを必要とする用途に関して、本発明が有する特定の用途に関連するオートビレイシステムに関して詳細に述べる。ただし本明細書で参照されるオートビレイシステムは、過電流ブレーキングシステムに関して多くの用途があることが当業者に明らかであるように、制限されるものであると見なされるべきではない。

磁界に対するロータが回転する速度（角速度）は本明細書では「回転速度」と称し、あるいは簡便には「速度」と称する。

回転プレートタイプの過電流ブレーキングシステムは通常、常時性導電ディスクを使用しており、このディスクは、ディスクの片側または両側に配置されたマグネットによって印加される磁界に直交する平面で回転するよう構成されている。過電流および対応する磁界は、ディスクが磁界に対して回転させられたときに発生する。それゆえブレーキングトルクは、回転するディスクに対して作用する。導電体とマグネットとの間のより高い相対速度はより大きなブレーキングトルクを生じるようになり、回転速度は有効に制限されるようになる。

ブレーキングトルクは、閾値的な「特性速度」に到達するまでは速度のみに線形的に比例する。この特性速度を超えると、ブレーキングトルクは、速度に応じて、さらなる速度の増加を伴う低減が始まる前に非線形となりかつピークに達する。この特性は、従来のディスクタイプの過電流ブレーキングシステムの回転速度対ブレーキングトルクの近似プロットが図示される図１に示されている。この特性速度は、ディスクの温度、材料、磁気透過率、および構造に左右されるディスクの低効率に依存する。

上記特性速度下で作動する通常の過電流ディスクシステムのブレーキングトルクは、以下の関係式でおおむね規定される。

ここで、ブレーキングトルクＴは以下のそれぞれに比例する。
Ａ −磁界に交差する導電体表面積
Ｂ^２ −印加磁界強さの二乗
ｄ −ディスクの厚さ
Ｒ^２ −回転軸から磁界内の導電体までの半径（距離）の二乗
ω −回転速度

それゆえ、ブレーキングトルクの非線形な応答は、磁界強さＢおよび／または回転中心までの距離Ｒを変更することによって得られる。

磁界は、永久磁石および／または電磁石によって提供できる。磁界の強さは、磁力および磁気回路の構成、つまりシステムに使用される材料およびその構成要素の空間は位置に左右される。

永久磁石システムに関して、磁気回路の変更（例えばＡ，ｄまたはＲにおける変更）することは、ブレーキングトルクを変化させるのに最も効果的な方法である。それゆえ通常の過電流ブレーキングシステムでは、Ｒを最大化するためにディスクの周縁部に向けてマグネットを配置する。

共通の磁気回路構造体が、各マグネットの裏側のスチール基材とともにディスクの片側または両側に配置された永久磁石を利用している。このスチールプレートは、マグネットのための構造支持体が提供されると同時に磁界強さを高めるために提供される。

クライミング、懸垂降下などにはクライマーの下降量を制御するためにオートビレイデバイスが使用されている。オートビレイは、また、クライマーがラインに張力を保持するよう上昇する場合に自動でラインを引き戻し、ラインに生じるたるみを防ぐものである。

現在のオートビレイシステムは、通常、上昇率を制御するために摩擦ブレーキまたは液圧ダンピング機構を使用する。摩擦ブレーキは、過電流ブレーキと比較すると、摩擦接触が実質的な発熱、磨耗および関連する安全性の問題を伴うという欠点を明らかに有する。液圧ダンピング機構は、高価であり、かつ漏れ、圧力に弱く、また較正の問題がある。

典型的なオートビレイシステムは、小さくコンパクトなデバイスで十分なブレーキング力を提供するとともに、最小摩擦および対応する磨耗を伴う一定のあるいは制御された降下量を提供する。

従来技術においてはさまざまな過電流ブレーキングシステムがたくさん存在する。しかしながら、オートビレイ、または、付与されるトルクが変化可能である場合に一定の回転速度が要求される他の用途に適した従来システムは存在しない。

典型的な従来のプレートタイプのブレーキングシステムは、さまざまな磁気回路構造体を使用し、かつ賛否両論の付随物を有する。典型的な従来のデバイスの一例を後述する。

他の従来のプレートタイプの過電流ブレーキングデバイスがSugimotoによる特許文献１に開示されている。このデバイスは、ロータよりも相対的に高い回転速度でディスクを回転させるために、オーバードライブギア装置を介してロータに連結された導電ディスクを備えている。このロータは、中からラインが繰り出されるスプールを含む。一連の永久磁石が、回転軸に対して半径方向に回転しかつそれから離間されたディスクの平面に平行に延在する鉄製プレートに取り付けられている。これらマグネットは、回転中にディスクに過電流を生じ、対応する磁界およびブレーキング作用をもたらすことが明らかである。このSugimotoのシステムは、また、ディスクに過電流によって発生した熱の放出を支援するためにラジエータファンを含む。ロータの回転は、回転速度（ω）が増大するよう力が増大するとともに、減速していく。オーバードライブ装置は、ロータに直接連結されたディスクに比べて増大された減速力を提供し、ゆえに、Sugimotoのデバイスにおいては、上記トルクの関係は、以下の式に相似する。

ここで、ｋは、オーバードライブギア比である。

上記Sugimotoのデバイスが単純なプレートタイプのシステムに比べてより効果的なものである一方で、それは、付与されるブレーキング力を調節することができず、かつ、ブレーキング力を、つまりディスクと磁界との間の相対速度の増大によって、改良するためのオーバードライブ機構を信頼することができない。オーバードライブ機構は、コスト、複雑さ、サイズ、磨耗具合、増大された発熱量ならびに故障の可能性を増加させる。

さらに、このロータの回転速度は、付与トルクとともにさらに変化するものである。

Sugimotoのデバイスは、回転速度の変化によってより小さなデバイスに対してより大きなブレーキ効果を提供している。だが、このギア機構は、サイズの制限、ひいては小型化の可能性の範囲の制限を生じる。それゆえSugimotoのデバイスは、頻繁にかつ／または持続的な使用時においても安全で信頼性のある動作を伴うコンパクトなデバイスであることが要求されるオートビレイには望ましくない。

Sugimotoのデバイスと同様のデバイスが、Bergesおよび他による特許文献２に開示されている。このBergesおよび他は、ロータが十分な回転速度に到達した際に過電流ブレーキングシステムと係合する遠心クラッチを備えるプレートタイプの過電流ブレーキングシステムを開示した。

なお、SugimotoのデバイスもBergesおよび他によるデバイスも、オーバードライブギア比または磁力をばらばらにしたり変更したりすることなくブレーキング効果を調節することができないことに留意されたい。それゆえ、これらデバイスは、異なる付与トルクを調整することが必要とされる用途においては不便であることが明らかである。

さまざまなブレーキングシステムを提供するという試みが行われてきており、その例示的なデバイスが、Muramatsuによる特許文献３、Imanishiおよび他による特許文献４、Reiserによる特許文献５およびGersemskyおよび他による特許文献６に開示されている。

Muramatsuのデバイスは、マグネットアレイに対して手動で調節可能なポジションに回転ディスクを有しており、そのため、ディスクによって交差される磁界の面積（Ａ）を変更するための手段が提供される。Muramatsuのデバイスは、得られるブレーキ効果および最大ブレーキングトルクを変更するために調節されてもよいが、依然としてディスクのサイズおよびマグネットの強さによって制限が掛けられており、それゆえ、より小さなサイズのものが有利とされる場合、例えばオートビレイデバイスには適切なものではない。さらにMuramatsuのデバイスは手動で変更しなければならない。

Ishimatsuおよび他によって開示されたデバイスはMuramatsuによって開示されたものと同様の原理で作動する。しかしながら、磁界によって交差されるディスク領域の変化の変わりに、Ishimatsuおよび他によるシステムは、分離具合およびディスクが交差する磁界磁束を低減または増加させるために、アレイを軸方向に離れるようにあるいはディスクへ向けて移動させるために、線形デバイスに取り付けられたマグネットアレイを使用する。Muramatsuのデバイスと同様に、Ishimatsuおよび他のブレーキング作用は、さまざまな付与トルクを調整するために自動的には調整できない。

Imanishiおよび他のデバイスの自動的なバージョンのデバイスは、Reiserによる特許文献５に開示されており、かつマグネットアレイと導電ディスクとの間にあるスプリングとともに導電ディスクに連結されたラインスプールはマグネットアレイの上に配置されている。このラインがスプールから引き出されるように、スプリングに掛かる重量は減少し、そしてスプリングは伸長して、ディスクとマグネットとの間の空間を広げ、それにより、ラインが引き出された時のブレーキング効果が低減される。このスプリングは、ラインが巻き取られる場合にスプールの回転速度が一定となるように較正される。Reiserのシステムは、構成要素の静的支持およびスプールでの重量の変化に左右されるものであり、したがって、オートビレイシステムには適していない。さらに、Reiserのデバイスのブレーキング効果は、回転速度および磁界強さによってのみ変化するが、付与トルクによっては変化しない。

ホイストのためのブレーキがGersemskyおよび他による特許文献６に開示されており、これは回転導電ディスクに対してマグネットのポジションを変化させる磁気回路を使用する。マグネットは、枢軸アームの自由端に対して、枢軸アームの自由端に取り付けられたスプリングとともに、取り付けられており、かつディスクに隣接した固定ポイントに対して取り付けられている。ディスクが回転すると、生じた過電流が、回転を阻止するようディスクにブレーキング効果をもたらす。ブレーキングトルクを増大させるよう半径方向外側にマグネットを動かすようアームを枢軸回転させるブレーキング効果によって、反力がマグネットに作用する。スプリングは押圧しかつこの反力に対向し、それによって、ディスクにはブレーキング効果がもたらされる。ディスクの回転の反転は、対向方向にマグネットを向ける対向する反力を生じ、続いてスプリングが伸長して、ブレーキング効果を付与するよう反力に対向するようになる。それゆえ、Gersemskyおよび他によるシステムは、ディスクの回転方向に関係なく十分なブレーキ効果を提供する。またマグネットの半径方向動作は、相対速度を増加するようブレーキング効果を増大させる。

Gersemskyおよび他によるシステムは、その目的を達成すると同時に、付与されるブレーキングトルクがマグネットの（回転速度および回転軸に対する半径に比例する）相対速度のみに左右されるようにその適応性が制限される。さらにオートビレイシステムは、通常、一方向にのみブレーキを掛けることを要求し、それゆえ、Gersemskyおよび他によるシステムのような総合的なブレーキングシステムが適切であるとは言えない。

したがって、幅広い付与荷重またはトルクにわたってロータの回転速度を限定できる過電流ブレーキング機構を提供することは有利となり得る。

米国特許第4,567,963号明細書 米国特許第5,342,000号明細書 米国特許第4,612,469号明細書 欧州特許第1,480,320号明細書 米国特許第3,721,394号明細書 米国特許第6,460,828号明細書

本発明の目的は、上記問題を解決すること、つまり、少なくとも、有用な選択肢を人々に提供することである。

本明細書で引用された他の特許出願のすべての参照によってこれらは本明細書に組み込まれる。この参照を構成する従来技術には何の許可も必要ではない。この参照についての述べられている事項はその著作者の考えを記すものであり、かつ出願人は引用される文献の正確さおよび適合性の正当性の説明を要求する資格を保持している。いくつかの従来技術文献が本明細書で参照されているが、ニュージーランドまたは他の国において、この参照は、これら参照文献が従来公知の常識的な知識の一部を形成する許可を与えるものではない。

「備える」との語が、その範囲の変化内で排他的なあるいは包括的な意味のいずれかに起因するものであってもよいことが知られている。本明細書の目的のために、他の注釈がない限りは「備える」との語は、包括的な意味を有するべきである。つまり、挙げられた構成要素のみを直接的に参照することのみではなく、他の特定されていない構成要素または要素を含む包括的な意味を選択するようになっている。この理論は、方法または構成における１つ以上のステップに関連して「備えられている」または「備えている」との語が使用される場合でも、同様に使用される。

本発明のさらなる対応および利点は、例示としてのみ用いられて付与される確かな説明から明らかになる。

本発明の第一の態様によれば、過電流ブレーキング機構であって、
この過電流ブレーキング機構は、
−回転軸の周囲で回転可能なロータと、
−ロータとともに回転するためにロータに連結された少なくとも１つの導電部材と、
−導電部材の回転平面に少なくとも部分的に直交するよう広がる磁界を印加させるよう構成された、少なくとも１つのマグネットと、
を含み、
ロータの回転時に、導電部材が、回転軸から印加磁界へ向かって少なくとも半径方向に移動するよう構成されている、過電流ブレーキング機構を提供する。

一般に、印加磁界を通る導電部材の移動は、導電部材が磁界に交差するときに導電部材に過電流を発生させる。

明確にしかつ冗長な説明を避けるために、本明細書ではロータに連結された導電部材に関連するものである。なお、「反対の」構成も可能でありかつそれは本発明の範囲内のものである。この「反対の」構成は、ロータに連結されたマグネットを有していてもよく、かつ導電部材が磁界に交差するよう導電部材へ向かって移動するよう構成されていてもよい。

明確にしかつ冗長な説明を避けるために、本発明は、本明細書ではオートビレイのためのブレーキング機構に関して記載されており、そのため、本発明は特定の用途を有していてもよい。なお、本発明は他の回転ブレーキング用途にまたは減速用途に使用されてもよく、それゆえ本明細書ではオートビレイを単なる例示として参照しているが、これに制限されるものではないことは明らかである。

また、本発明は、カムまたはチェーン駆動機構などの線形デバイスにロータを連結することによる線形ブレーキング用途に使用されてもよいことが明らかである。

本明細書を参照すると導電部材の「半径方向」動作は、ロータおよび／または導電部材の回転軸へ向かうあるいはそれから離れた方向への構成要素を伴う移動を含むことを意味すると理解されるべきであり、かつ、線形的なまたは比線形的な半径方向動作の両方を含むよう解釈されるべきである。

本明細書を参照すると、「外側」半径方向移動は回転軸から離れる方向への移動を意味しており、同様に「内側」は回転軸へ向かう方向を意味している。

本明細書を参照すると、ロータに「連結された」導電部材は、導電部材がロータとともに回転するよう直接的なまたは間接的な手段であることを理解されたい。また、連結が機械的なものである必要はないことも明らかである。

明確にするために、マグネットによって印加される磁界は、本明細書では、「印加」磁界と称し、かつ導電部材における過電流によって生じる磁界は「反応」磁界と称する。

好ましい実施形態においては、導電部材に生じた過電流が印加磁界に対向する反応磁界を生じる。それゆえ対向する「印加」および「反応」磁界によって生じる反力が導電部材の移動に対向するよう導電部材に伝達される。導電部材がロータに連結されると、ロータの回転は反力によって反対にもなる。

本明細書で使用されているように、「ブレーキ」および「ブレーキング」は、それぞれ、対象物の移動に対向する力を付与するために装置または工程に関連するものである。

本明細書で使用されているように、「ロータ」との語は、なんらかの回転要素に関するものであり、かつドライブシャフト、軸、ギア、ネジ、ディスク、ホイール、はめ歯、またはその組み合わせ、あるいは他の回転部材を含んでもよい。

本明細書で使用されているように、「導電部材」との語は、電気的に伝導性のあるものに関し、好ましくは非強磁性部材に関するものである。

本明細書で使用されているように、「マグネット」との語は、磁界を生じることができる磁石またはデバイスを意味しており、かつ電磁石、「永久」磁石、「一時」磁石、磁化された強磁性材料、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。

好ましくは、導電部材は、回転軸から磁界へと向けて少なくとも部分的に半径方向に移動するよう構成されている。

好ましくは、導電部材は、回転軸の周囲でロータとともに回転する。

導電部材は必ずしも直接的にロータに接続される必要はなく、中間ギアまたは他の連結体を介して接続されていてもよいことは明白である。そうした実施形態において、導電部材に取り付けられたギアまたは連結体は、「ロータ」またはその一部であると考えることもできる。

そうした実施形態において、導電部材は間接的にロータに連結されており、この導電部材が他の軸の周囲で、つまり回転軸に対して平行ではない状態で回転してもよいことは明らかである。

さらなる実施形態において、ロータが入力軸の速度とは異なる速度で回転するように、ロータはオーバードライブまたはアンダードライブギアトランスミッション装置を介して入力軸などに連結されてもよい。

好ましくは、ロータは、ラインのスプールに連結されており、かつスプールとともに回転するために構成されている。それゆえ、スプールからのラインの繰り出し量または引き戻し量は、ブレーキング機構とともにロータの回転速度を制御することによって制御できる。

好ましくは、ブレーキング機構は、複数の電気的な伝導部材を含む（本明細書では簡単に導電部材と称する）。

ブレーキング効果は、印加磁界を通って移動する導電部材の数を増やすことによって増加される。なお、導電部材の数およびサイズは、その用途のサイズおよび重量制限によって限定される。ゆえに、例えばオートビレイへの利用においては、好ましくは三つの導電部材が設けられる。

好ましくは、導電部材は、ロータの回転時に印加磁界へと少なくとも部分的に半径方向に移動するように、ロータに枢軸可能に取り付けられており、かつ回転軸の周囲で枢軸回転するよう構成されている。

好ましくは、導電部材は、回転軸に対して偏心したポイントにおいて、ロータに枢軸可能に取り付けられている。

好ましくは、導電部材は、ピボット軸および回転軸に対して偏心した質量中心（質量の重心）を有している。それゆえ、導電部材は、ピボット連結部を介したロータによってかつ質量中心に中心がある導電部材に作用する遠心作用によって導電部材に付与されるトルクを生じるように、枢軸回転するようになる。遠心作用の強さは、回転速度および付与トルクに左右される。それゆえ、導電部材は、付与トルクをもたらすのと同様に、回転速度に応じた速さで半径方向に移動するようになる。

他の実施形態において、質量中心（重心）は、ピボット軸に位置していてもよい。例えば、導電部材は、ピボット軸の周囲での均等な質量分散を伴うカウンタバランス構造を備える形状になされてもよい。そうした実施形態は、ピボット軸の周囲での直接的な半径方向の力の伝達を提供し、それ自体はピボット軸の周囲のアーム運動に作用しない。それゆえ、この実施形態におけるブレーキ応答は、アーム質量に作用する半径方向の力には左右されない。

導電部材は、その用途のために適切な形状になされてもよいことは明らかである。導電部材の形状は、磁界内へ半径方向に移動した場合に導電部材によって交差される磁界の領域、過電流、発生する反応磁界、ひいては対応するブレーキングトルクを決定する。導電部材の形状は、その用途に要求されるブレーキングトルク特性を変更するよう、変更されてもよい。

好ましくは、例えばスプリングまたは他の付勢部材／機構である付勢デバイスの一端は、ピボット軸に対して離れたポイントにある導電部材に取り付けられており、かつ、その他端は、ロータの回転から生じる導電部材の半径方向の移動に対抗する付勢力を提供するポジションにおいてロータに取り付けられている。それゆえ、付勢デバイスの較正は、導電部材の半径方向の移動量を、ひいては印加磁界に交差する導電部材の領域制御するための手段を提供する。印加磁界を通る移動時に導電部材に付与されるブレーキング力は、付勢デバイスを介して、かつ／またはロータの導電部材の取り付けを通じて、ロータに付与されてもよい。

好ましくは、付勢デバイスは、付与される付勢デバイスの付勢力のレベルを選択的に増大し／減少できる較正機構を含む。そうした較正機構は、例えば、付与される付勢デバイスの付勢力の調整のために、スプリングの収縮／伸長を可逆的に可能にする張力スクリューによって、提供されてもよい。そうした張力スクリューは、付勢デバイスを調整するかまたはそれを取り替えるために取り外すことを要求せず、迅速かつ容易なブレーキング機構の較正に有用であることが示される。オートビレイへの使用においては、そうした迅速な較正は、要求される最大回転速度を変更することが必要とされたときに重要となることが明らかとなる。

付勢デバイスが、各用途の要求に応じて印加磁界へ向かってまたはそれから離れて導電部材を付勢するよう構成されてもよいことは明らかである。例えば（加速を防ぐために）付与トルクの増加に伴いブレーキングトルクを増加させることが要求される用途において、付勢デバイスは、印加磁界から半径方向に向けて導電部材を付勢することが好ましい。

代替実施形態において（付与トルクとともにブレーキングトルクを減少させることを要求する用途において）、付勢デバイスは、印加磁界へ向けて導電部材を半径方向に移動させるために導電部材に対して不勢力を提供するべく、導電部材に対してかつロータに対して取り付けられている。導電部材は、例えば付勢部材取り付け具に対してピボット軸の対向する側にカウンタウェイトを設けるかまたは質量中心を配置することによって、回転時に半径方向内側に移動するよう構成されている。そうした実施形態は、例えば、中間ポイントの周囲で枢軸回転可能なレバーの一端に導電部材を設けることによって達成できる。そのレバーの他端は、ロータの回転時に遠心作用下で外側に動くよう構成されたカウンタウェイトを有する。導電部材、代替的にはカウンタウェイトは、印加磁界へ向けて導電要素を付勢するよう付勢デバイスを介してロータに取り付けられていてもよい。それゆえ、ロータが回転するとき、レバーは、導電部材に対して付与される付勢力およびブレーキングトルクに対して磁界から離れるよう導電部材を枢軸回転させる。

好ましくは、付勢デバイスは、ブレーキが掛けられるように回転方向に偏心したピボット軸から離間されたポジションにおいて、ロータに取り付けられている。

代替実施形態において、付勢デバイスは、前記ロータの一端に取り付けられたねじりバネまたは同等物として設けられてもよく、かつその他端においては、ピボット軸の周囲にある導電部材が取り付けられており、そのねじりバネは、（用途に応じて）磁界へ向けてまたは磁界から離れるように、導電部材の枢軸回転に対向するよう構成されている。

上記スプリングは、好ましくは印加磁界を交差する導電部材の最大および最小領域のそれぞれとともに、最大スプリング長と最小スプリング長との間で導電部材の枢軸移動範囲の限定を形成する。

また枢軸範囲は、好ましくは、ブレーキングトルクが対向方向でない一回転方向だけに付与されることを確実なものとするようピボット軸の一側に構成されている。そうした「一方向」構成は、上昇時にラインにおけるブレーキング作用を有することが望まれないオートビレイへの用途に有用である。なぜなら、これはライン引き戻し機構に対向しかつラインにゆるみを潜在的に形成するからである。

導電部材が磁界へ向けて移動する割合が、導電部材に作用する付与トルク、「スプリング」付勢力および反応遠心力に左右される、つまり付与トルクおよび付勢力に対向する（回転速度および導電部材の質量に左右される）遠心力の成分が、スプリング付勢力より大きくなる場合に、導電部材は磁界へ向かって移動するようになる。スプリングが伸長すると、スプリング「付勢力」または復帰力Ｆｓが以下の式におおむね基づいて増大する。

ここで、ｋは、バネ定数であり、かつｘは平衡点からの広がりである。一同導電部材が磁界内に存在すると、過電流反力は、付与トルクおよび遠心力によって引き起こされる枢軸回転に付加されるようになり、したがってスプリング付勢力は３つの力すべてに対向し、それゆえ、復帰力がピボット軸の周囲で導電部材に付与されるトルクと等しくなるまで、スプリングは伸長する。

好ましくは、ブレーキング機構は、ロータから偏心して、略円形または弧状のマグネットアレイ状に配置された複数の永久磁石を含む。

代替実施形態において、ブレーキング機構は、例えばその略中央に回転軸がある四角形状または三角形状などの線形アレイ状に配置された複数の永久磁石を含んでもよい。

好ましくは、二つの上記アレイは、導電部材の回転平面の両側に設けられる。各アレイの磁石は、実質的に互いに対向する反対の極を有する。したがって、磁界は、好ましくは導電部材の回転平面に実質的に直交する方向において、磁界は対向するマグネットの反極（Ｎ極およびＳ極）の間に延在するよう形成されている。

代替実施形態においては、ひとつのアレイがロータの片側に設けられてもよく、その他側にはスチール製のまたは強磁性のプレートが配置されている。なお、そうした「片側」配置されたマグネットアレイは、両側に配置されたアレイに比べて弱い磁界を提供し得ることは明らかだ。

さらなる実施形態において、導電部材の片側または両側に設けられたマグネットアレイは、導電部材の方向に磁界を集中させるために、ハルバッハ（halbach）様式であるいは同様の構成で配置されている。

好ましくは、マグネットアレイは、導電部材に対して反対の方向である「外側」においてマグネットの表面に取り付けられたスチールまたは他の強磁性材料の基材を備えている。

さらに他の実施形態において、マグネットは、導電部材の半径方向動作が導電部材を印加磁界に交差するようにさせるよう、ロータおよび導電部材を取り囲むよう形状付けられた単一のマグネットとして設けられてもよい。

生じる過電流作用のために、導電部材が磁界に交差しかつ磁界に対して移動しなければならないことは明らかである。例示として、これは、以下のａ）およびｂ）によって達成される。
ａ）適所にマグネットを固定し、かつロータおよび導電部材を、導電部材が磁界に交差しかつ磁界と通って移動するようあるいはその反対となるよう、回転させる。
ｂ）導電部材とマグネットの両方を異なる角速度で回転させる。例えばロータおよび導電部材はマグネットと同じ方向に、だがより大きな角速度で回転するよう構成されてもよい。あるいはマグネットは、導電部材の方向に対向する方向に回転するよう構成されてもよい。

したがって、１つの好ましい実施形態においては、マグネットは、マグネットがロータとともに回転しないように適所に固定されており、ロータおよび導電部材は、導電部材が磁界に交差しかつ磁界と通って移動するように、マグネットに対して回転可能である。

「固定」との語がこの実施形態において、例えばモータステータと同様に、ロータに対して静止状態にされたマグネットを意味するよう使用されていることは明らかである。それゆえ「固定」との語は、ハウジング、上部構造または他の対象物に対して適所に固定されているマグネットを意味するよう解釈されるべきものではない。

好ましい実施形態において、マグネットは、ロータの回転時にロータの角速度とは異なる角速度で回転するよう構成されている。

ロータに対するマグネットの回転は、ロータが回転するときに、相対角速度を、ひいてはブレーキングトルクの強さを変更するための機構を提供する。マグネットは、ブレーキングトルクを低減させるためにロータと同じ方向に、あるいはブレーキングトルクを増大させるためにロータの方向に対向する方向に回転してもよい。

好ましい実施形態において、マグネットは、ロータの方向に実質的に対向する方向においてロータとともに回転するためにロータに連結されている。

好ましい実施形態において、ロータは連結トランスミッションを介してマグネットに連結されている。

好ましい実施形態において、連結トランスミッションは、マグネットに接続されかつ連結トランスミッションを介してロータに連結されたドラムを付与トルクが駆動する場合に、マグネットに対するロータ（および導電部材）の相対角速度を変化させるために使用されてもよい。代替実施形態において装置は他の方法で丸くされてもよい。

本明細書を通して連結トランスミッションを参照すると、連結トランスミッションに連結される二つの物品の間で力を伝達するために使用される機構を意味するよう理解されたい。連結トランスミッションは、機械的または流体ギアトランスミッション、またはチェーンドライブまたは摩擦連結、あるいは従来公知である他のトランスミッションであってもよい。

例えば、ギアトランスミッションは、ロータの方向とは反対の方向に回転するよう構成されてもよく、それによって、導電部材とマグネットとの間の相対速度が潜在的に乗算される。

それゆえ、このブレーキング機構は、著しく材料またはサイズを増加することなく、導電部材とマグネットとの間の相対速度を増大することによって増大されるブレーキング作用を得ることができる。

他の実施形態において、ロータは、チェーンドライブまたは摩擦連結を含むさまざまな手段によってマグネットに連結されていてもよい。

さらなる実施形態において、ストッパーが、導電部材の半径方向動作を制限するために設けられてもよい。

好ましくは、ストッパーは、中断される最大磁界のポジションまで導電部材の半径方向の移動を制限するよる配置されている。そうしたストッパーは、導電部材が磁界内にあると同時に、ロータに対して導電部材を効果的に「固定する」ことによってロータに対して、導電部材に付与されるブレーキングトルクを伝達することに利用される。

さらに、そうしたストッパーを提供することによって、付勢デバイスが破損したり、外れたり、または他の方法で損なわれる場合に、導電部材がロータに対してブレーキングトルク（好ましくは最大の）を依然として付与することを確実とするために、「安全な」特徴部が提供される。そうしたストッパーが設けられていない場合には、導電部材は、磁界から外れて移動でき、かつ、もはやブレーキングトルクを付与することはない。

代替実施形態において、ストッパーは、付勢されたラチェット機構の一部として提供されてもよい。導電部材は、進行的な半径方向ポジションに対して、ひいては進行的なブレーキングトルクに対して、付勢力とは反対方向に移動する。

本発明の他の態様によれば、以下の構成、つまり、
−回転軸周囲で回転するロータと、
−ロータとともに回転するためにロータに連結された少なくとも１つの電気的伝導部材と、
−導電部材に少なくとも部分的に直交して延在する磁界を印加するよう構成された少なくとも１つのマグネットと、
を含み、
ロータの回転時に、導電部材が印加磁界へ向けてロータから半径方向外側に移動されるよう構成されており、それによって、印加磁界を通る導電部材の動作が、導電部材が磁界に交差するときに、導電部材に過電流を生じるようになっている、過電流ブレーキング機構が提供される。

好ましくは、磁界は主に導電部材の回転平面に対して実質的に直交して延在する。

好ましくは、複数のマグネットおよび導電部材が設けられており、各導電部材は１つ以上のマグネットによって印加される磁界へと可逆的な移動ができるようになっている。

好ましくは、導電部材は、ロータの回転に応じて回転軸から半径方向トラックに沿ってロータに対して移動するよう構成されている。

好ましくは、導電部材は、連結されたロータによってもたらされる半径方向の加速の結果として、磁界内へ移動するよう構成されており、それゆえ導電部材はロータに対して半径方向外側に移動するようになっている。

好ましくは、スプリングまたは同等の付勢部材／機構などの付勢デバイスは、導電部材の外側半径方向移動に対向する付勢力を提供するために、導電部材にかつロータに取り付けられている。したがって、付勢デバイスの較正は、導電部材の半径方向移動の量を、ひいては磁界に交差する導電部材の領域を制御するための手段を提供する。

この「線形的な」実施形態は、ロータの回転方向とは関係なく作動するブレーキング機構を提供する。

「線形的な」かつ「枢軸回転する（つまり導電部材の枢軸回転を伴う）」両方の実施形態に適用されるブレーキングトルクの較正は、付勢力のレベルを変更することにより変化されかつ較正することができ、それによって、特定のブレーキングトルク特性を要求する用途に応じた効果的な手段が提供できるようになる。

本発明に基づく過電流ブレーキング機構は、ロータの回転速度を付与トルクの範囲（「作動範囲」）にわたって一定となるよう構成されてもよい。前記付与トルクはロータに回転が引き起こされるときにロータに作用する力である。この一定の回転速度は、導電体が磁界とより多く交差するときに誘起された過電流から生じたブレーキングトルクの等しくかつ反対の増加によって（作動範囲内での）バランスの取れた付与トルクの増加が原因となって生じる。

ロータが最初に回転し始めた場合には、本発明に基づく過電流ブレーキング機構は、付与トルクとともに実質的に線形に回転速度が増大する従来のデバイスのように作動する。この状態は、ロータとともに回転するようロータに連結された電気伝導体がマグネットの印加磁界内に進入するまで続く。磁界を通る導電体の動きは、導電体に過電流をもたらし（それは磁界を通る動作に対向する）、それにより導電体の作動にブレーキング力がもたらされる。ブレーキング力の大きさは、導電体が磁界に交差する大きさおよび磁界の強さを含むいくつかの要因に左右される。

本発明に基づく過電流ブレーキング機構は、磁界の強さ、導電体の構成および付勢機構は、すべて、ロータに付与されるトルクの増大がトルクの所望の作動範囲にわたるブレーキングトルクの等しいが対向する増加によってバランスがとれ、それによって作動範囲にわたってロータの一定の回転速度を生じるように、選択されてもよい。

多少の付与トルクにおいて、導電体は、本発明の特定の実施形態では利用可能な磁界の最大領域に交差してもよい。このトルクでは、ブレーキング力もまた最大となる。それゆえ付与トルクがさらに増大されると、回転速度は再び付与トルクの増加に対応して実質的に線形となる。

本発明の他の態様によれば、ライン繰り出しデバイスであって、
−実質的に上述されたブレーキング機構と、
−ロータとともに回転するべくロータおよび／または導電部材に連結されたラインのスプールと、
を含むライン繰り出しデバイスが提供される。

このライン繰り出しデバイスはオートビレイであることが好ましい。

好ましくは、ロータおよび／またはスプールは、スプールからのラインの伸長に対向するための付勢復帰機構を含む。この復帰機構は、ラインに作用する張力が所定のレベル以下となったときに、ラインを引き戻すよう構成されている。

本明細書で使用されているように、「ライン」との語は、なんらかのケーブル、ロープ、ストリング、チェーン、ワイヤ、ストラップまたは他の弾性材料からなる長さのあるものを意味する。

本発明の他の態様によれば、対象物の回転にブレーキを掛ける方法であって、
−ロータとともに回転させるべく対象物に導電部材を連結させるステップと、
−回転導電部材の回転平面に対して少なくとも部分的に直交するよう広がる磁界を印加させるよう構成された少なくとも１つのマグネットを提供するステップと、
−対象物の回転時に磁界内へ向けて移動されるよう導電部材を構成するステップと、
を含むこと方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、さらに以下のステップを含む、実質的に上述された対象物の回転にブレーキを掛ける方法が提供される。
−対象物が回転し、そして導電部材が磁界内へと移動し、それによって導電部材に過電流が生じるステップ。

したがって、本発明は、
・付与トルクの範囲にわたって一定のレベルまで速度を制限する；
・コンパクトな装置を使用して十分なブレーキングトルクを作用させられる；
・オートディセンダー／オートビレイに使用するための過電流ブレーキが提供される；
という、１つ以上の利用可能な過電流ブレーキング機構を提供することによって従来技術に対して著しい利点を提供できる。

それゆえ本発明は、速度制御に関する、かつ／または、例えば速度制御などを用いるいくつかの用途におけるブレーキングに関する特定の用途が見出されることは明らかだ。一例として以下の用途を挙げる。
・ウインド、流体および他の回転タービンにおけるロータ；
・ローイング機械、エピサイクロイド練習装置などのエクササイズ装置；
・ローラーコースターおよびアミューズメント用の乗り物；
・エレベータおよびエスカレータシステム；
・緊急用下降部および火災避難用デバイス；
・コンベヤシステム；
・工場生産設備における回転デバイス；
・例えば配送路（シュート）における（つまり片側に下ろされるアイテムの下降量を制御するための）コンベヤベルトまたはブレーキングデバイスなどの材料取扱いデバイス；
・例えば回転するサインの回転速度の制御における、動くディスプレイ標識；
・例えばブレーキにおけるエネルギーの消散を通じた衝撃の弱化をもたらすためにシステムに連結されたブレーキであってもよい、ロードサイド・セーフティーシステム；

実際に、本発明は回転ブレーキおよび／または速度制限システムに使用されてもよい。

本発明のさらなる態様および利点は、添付の図面を参照した例示としてのみ与えられた以下の説明から明らかとなる。

典型的な従来の過電流ブレーキング機構のトルク対速度のプロットを示す。 ロータが静止状態の、本発明の１つの好ましい実施形態に基づく過電流ブレーキング機構の概略平面図である。 ロータが中程度のブレーキングトルク下で回転した状態の、図２ａの過電流ブレーキング機構の概略平面図である。 ロータが最大ブレーキングトルク下で回転した状態の、図２ａおよび図２ｂの過電流ブレーキング機構の概略平面図である。 図２の過電流ブレーキング機構の一部の概略側面図である。 図２および図３に示された過電流ブレーキング機構に対して代替的な構成のものの一部の概略側面図である。 トルクが最初にロータに付与された時の、つまり「スタートアップ」状態の、図２および図３に示される過電流ブレーキング機構の示力図である。 付与トルクが増大された時の、図２および図３に示された過電流ブレーキング機構の示力図である。 一定の付与トルクがブレーキングトルクによって調和させられた時の、つまり「定常状態」にある時の、図２および図３に示された過電流ブレーキング機構の示力図である。 最大ブレーキングトルク時の、図２および図３に示された過電流ブレーキング機構の示力図である。 付与トルクが減少していく時の、図２および図３に示された過電流ブレーキング機構の示力図である。 図２〜図３および図５のブレーキング機構とともに使用されるロータのトルク対速度のプロットを示す。 図２〜図３および図５のブレーキング機構とともに使用されるロータの速度対トルクのプロットを示す。 図２〜図３および図５のブレーキング機構の代替的な構成のトルク対速度のプロットを示す。 図２〜図３および図５のブレーキング機構の代替的な構成のトルク対速度のさらに他のプロットを示す。 本発明の第２の好ましい実施形態に基づく過電流ブレーキング機構の概略平面図である。 図１０ａに示されたブレーキング機構の一部の拡大図である。 本発明の他の実施形態に基づく過電流ブレーキング機構の概略図である。

図１には、磁界内で回転するよう構成された導電ディスクを利用した代表的な従来技術における過電流ブレーキ機構に関するトルク対速度のプロットを示す。ディスクが回転しかつ各磁界には対立する印加磁界(applied magnetic field)が発生するときに、ディスクに過電流が発生する。対立する印加磁界は、磁界を通してディスクの移動に対する反力をもたらす。

ディスクに適用されたブレーキングトルクの大きさは磁界強さおよび回転速度に依存しており、それゆえ、速度が増大すると、ブレーキングトルクもまた増大される。このシステムは、付与トルクに応じて一定のレベルまでに速度を制限するようになる。しかしながら、ブレーキングトルクひいては平衡速度だけは、さらなる速度の増大が小さくなり始める前にブレーキングトルクが非線形的なものとなりかつピークとなる閾値的な“特性速度”（Ｓ）に到達させられるまで、（図１に示されるように）所定の操作範囲内の速度に線形的に比例する。

それゆえ従来のシステムは、前記特性速度に到達するまで、付与トルクに対応した線形的な速度調整においてのみ有効となる。そのため、これら従来のシステムは、オートビレイ（auto belay）または幅広い付与トルクにわたって一定の速度を保持することが望まれる他の用途には適していない。

図２ａ〜図２ｃ、図３および図５ａ〜図５ｅには、おおまかに矢印１で示された本発明の好ましい一実施形態に基づく過電流ブレーキング機構を示す。明確にするために図５ａ〜図５ｅにおいては１つの導電部材３のみがロータ２に取り付けられている。

ブレーキング機構１は、オートビレイデバイス（図示せず）の一部を形成するラインスプール（図示せず）に連結されている。ラインスプールは、ブレーキング機構１のロータ２に連結されており、そのため、ロータ２とともに回転するようになっている。ライン２３がスプールから使用者のハーネスへと延在している。ロータ２は、ラインテンション（および付与トルク）が減少される場合に、つまり使用者がクライミング中に上へ上がる場合に、スプールからのライン２３の延伸に逆らうためにそして自動的にライン２３を引き込むために付勢された引き戻し機構を有する。

ゆえに、スプールから引き出されるラインの量は、ブレーキング機構１を伴うロータ２の回転速度を制御することによって調整される。

ブレーキング機構１は、回転軸Ｘの周囲で回転可能なロータ２と、ロータ２に連結されたピボットアーム３の形態で提供された３つの導電部材とを含む。アーム３は、回転軸Ｘに対して偏心したポイント８においてロータ２に回動可能に取り付けられている。

複数のマグネット４が設けられており、それらは回転軸Ｘに対して適所に固定されている。マグネット４はアーム３およびロータ２の回転平面の両側に二つの円状アレイ（配列）５を形成する（図２では片側しか図示せず）。

図３には、アーム３の回転平面のいずれか一方に配置されたマグネット４が示されている。

各マグネットアレイ５は、ロータ２と同軸となるよう配置されており、かつアームの回転平面に直交して延在する磁界を生じる。

二つのマグネットアレイ５のマグネットは、互いに実質的に相反する反極を有する。ゆえに、ロータ２およびアーム３の回転平面に直交する方向において、マグネット４の反極（Ｓ極に対するＮ極）同士の間に延在する磁界６が形成される。

スチールまたは他の強磁性基材７（図３に図示される）がアーム３の両面において、各マグネットアレイ５の外面に取り付けられている。このスチール基材７は磁界６を補強すると同時に潜在的にマグネット４を衝撃ダメージから保護することに役立つ。

図２ａから図２ｃに段階的に示されるように、（例えばクライマーが上昇することによって）接線方向力Ｆ_Ａｐｐがロータ２に付与されたとき、ロータ２は回転し、そしてアーム３はピボットポイント８の周囲で回動するようになる。付与される力Ｆ_Ａｐｐがロータ２を加速させるよう、アーム３は動作させられかつ印加磁界６に交わるようになる。印加磁界６を通るアーム３の作動（例えば回転）は、アーム３における過電流を誘発し、それは続いて印加磁界６に対する反応磁界を引き起こす。

アーム３は、マグネットアレイ５の形状に合致する弧状外縁部１０を有し、それにより、アーム３のサイズおよび重量が最小となる一方で、磁界６の最大領域が交差するようになる。これらアーム３は、ロータが静止状態にあるときに、互いに嵌合するような形状とされている。つまり、各導電部材３の「後方」は次の導電部材３の「前方」と当接するような形状となっている。当然のことながら、本明細書においてロータが「静止状態」にあるとはロータが磁界６に対して回転も移動もしない状態を意味している。

アーム３がピボットポイント８の周囲で枢軸回転すると、各アーム３の徐々に大きくなる部分が磁界６へ向かって移動し、そして磁界６と交差する。アーム３はまた、図２ａに示される集中ポジションにおいてはできる限り小さな空間を占めるように前記アーム３が互いにフィットするような形状になされている。それにより、図２および図２ｃに示されるように磁界６内にあるときに潜在的なブレーキングトルクが最大化される一方で、ブレーキング機構１の要求されるサイズが最小化される。

スプリング１２の形態の付勢デバイスが設けられており、これは、ピボットポイント８に対して離間されたポイント１３においてアーム３に対して、かつブレーキが掛けられる回転方向Ｒ（つまり図２における時計方向）においてピボット軸８から離間されたポイント１４においてロータ２に対して取り付けられている。それにより、スプリング１２は、アーム３の枢軸（それにより半径方向における）動作に対する付勢力が提供される。スプリング１２の強さは、磁界６へ向かうアーム３の移動を、ひいてはブレーキング機構１の特性を制御するよう変更できる。

アーム３の枢軸動作範囲は、１つの区域に対するスプリング１２によって制限される。それにより、一方向への回転時にアーム３が磁界６へ向けてのみ移動させられることが確実となる。そうした「一方向性」の構造体は、
ライン収縮機構に対立しかつライン２３に潜在的なたるみを形成し得るように上昇時にライン２３上でのブレーキング効果を有することが望まれないオートビレイでの使用において有用である。

安全ストッパー（図示せず）が、ロータ２に取り付けられており、かつアーム３の枢軸移動する範囲を制限するためにアーム３と係合する。このストッパーは、アーム３に取り付きえられた突出部（図示せず）と、ロータ２に固定された剛性スロット（図示せず）との間のスライディング係合によって形成される。突出部はスロット内で自由にスライドするが、アーム３の移動範囲を制限するスロットの広がりによって限定されている。したがってストッパー（図示せず）は、仮にスプリング１２が破損したり外れたりまたは他の何らかの故障が生じた場合にアーム３がロータ２に対してブレーキングトルク（好ましくは最大の）を続けて付与することを確実なものとするために、「安全性のある」特徴部を提供する。またストッパーは、突出部がスロットの広がりへ到達した場合には、ロータ２に対するブレーキングトルクの伝達における補助にもなる。

アーム３は、アーム３がピボット８に対して偏心した質量中心を有するような１つのロータ軸Ｘに対して、かつ、ロータ２が回転する場合にアーム３が半径方向に外側へ向かって移動しかつピボットポイント８の周囲でアーム３が枢軸動作するようなこれらロータ軸Ｘに対して、偏心した状態で取り付けられている。

オートビレイへの適用において、（例えば人間による）荷重によってロータ２を周囲に巻かれたあるいはスプールに接続されたライン２３に張力が作用させられる。それにより、回転を引き起こすようロータ２にトルクが付与される。このトルクは以下の数式で示される。

印加磁界６はアーム３における過電流を誘起し、かつ反応磁界が印加磁界６に対して生じるようになる。それゆえ印加磁界と反応磁界との間に抵抗力が、磁界６を通るアーム３の移動に対する反力Ｆ_ＥＤＤＹをもたらす。図５ａないし図５ｅは、各アーム３に作用する力を示す部分的な概略図である。より詳細には図５ａないし図５ｅには１つのみのアーム３が示されている。

当然のことながら、図５ａ〜図５ｅの示力図は、アーム３に作用する多くの、かつ、さまざまな動力の正確でありかつ詳細な解析を示すものではない。ゆえに、示されている力は単純にかつ見やすいようにのみ示されている。示力図５ａ〜５ｅは、質量中心９において近接する合力の概略を示すために主力が付与されたボックスが含まれる。当然、これら力のみが示されており、かつ力線は正確な長さまたは方向のものでなくともよい。

図５ａには、初期の「スタートアップ」状態にある過電流ブレーキング機構１の示力図を示す。ここでは接線方向に付与された力Ｆ_Ａｐｐのみがあり、かつスプリング１２が伸張されていない。力Ｆ_ＡＰＰがロータに対して接線方向に付与されると、トルク力Ｔ_Ａｐｐがロータに付与され、そして停止状態から加速される。この力Ｆ_Ａｐｐの成分（力Ｆ_Ａｐｐ（８）およびＦ_Ａｐｐ（１３））はそれぞれピボットポイント８およびスプリング接続部１３を介してアーム３に付与される。

もちろん、他の構成においては、１つ以上のアームは、スタートアップ段階において少なくともアームの一部が磁界と交差するように形状付けられかつそのように配置されていてもよい。それゆえ過電流ブレーキ効果は、ロータが回転し始めるとすぐに作用するようになる。

また、アーム３がロータ２に接続されていると、回転時に、アーム３は求心性の加速下で回転軸Ｘの方へ向かって加速する。求心力は、接続部８，１３を介して本体に作用する。Ｆ_ｃｐは、アーム３の求心力に対するアーム３における質量中心９によって加えられる力である。

またアーム３は、動作の変化に対する慣性を有する。この解析のために、この慣性は、アームの質量および質量中心９の周囲で作用する慣性モーメントに関連する。

図５ａ〜図５ｅに示される力を適切な式をもって以下の表に詳述する。もちろん、これら式および力はおおよそのものでありかつ単なる表示である。

図５ａに示されるスタートアップ状態において、力Ｆ_Ａｐｐ（８）およびＦ_Ａｐｐ（１３）からなる合成力Ｆ_Ｒは、アーム３の質量中心９上におおむね作用する。質量中心９、Ｒ_{ＦＡｐｐ（８）}およびＲ_{ＦＡｐｐ（１３）}からの力Ｆ_Ａｐｐ（８）およびＦ_Ａｐｐ（１３）のオフセットは、それぞれ、アーム３の質量中心８の周囲にモーメントＭ_Ｒを生じる。そのため、力Ｆ_Ｒは、半径方向において外側にアームを加速させるように作用し、かつ、Ｍ_Ｒはアームをロータ２の回転方向と同じ回転方向に加速させるように作用する。

アーム３は、ピボットポイント８では固定されているが、接続部１３にはしっかりとは固定されていない。

アーム３が合成力Ｆ_Ｒによって外側方向へ加速されたとき、アームは、ロータに対して反時計方向においてピボットポイント８の周囲で回動し、そしてスプリング１２が伸張し、それによりスプリング付勢力Ｆ_Ｓおよび付与される力Ｆ_Ａｐｐ（１３）が増大される。のＦ_Ｓにおける増大に伴い、Ｔ_Ａｐｐの大きなトルクが、スプリング１２を介してアーム３に伝達され、ピボットポイント８を介して付与されるＦ_Ａｐｐ（８）力が低減される。質量中心９に作用する合成力Ｆ_Ｒは、その方向を時計方向へ変化させる。

付与されるＦ_Ｒの方向が軸Ｘから質量中心９までの半径方向ラインの前方へ移動するよう、その力は、時計方向にアーム３を加速させる。図５ｂには、ロータ２を加速させかつアーム３に関連付けられた付与される力Ｆ_Ａｐｐが示されている。アーム３は、図５ａに示されているものよりも大きな角度変位で枢軸回転し、ここで磁界６と交差する。ロータ２およびアーム３は、回転軸Ｘの周囲で利得角速度を有し、かつアーム３は、求心加速度下で回転軸Ｘの方へ加速する。質量中心９はアーム３に対して求心力Ｆ_ｃｐを作用させる。

また、アーム３が磁界を通って移動するように回転力に対して過電流ブレーキング力Ｆ_ＥＤＤＹが付与される。

力Ｆ_Ａｐｐ（８）、Ｆ_Ａｐｐ（１３）、Ｆ_ｃｐおよびＦ_ＥＤＤＹの合成力Ｆ_Ｒは、アーム３を回転軸Ｘからさらに外側へ加速させるために質量中心８上に作用する。ピボット８の周囲で生じたアーム３の反時計方向回転は、接続部１３および接続部１４の間の距離を増大させ、それにより、スプリング１２が伸張される。スプリング１２の伸張は、スプリング付勢力Ｆ_Ｓを増大され、かつ接続部１３に付与されるＦ_Ａｐｐ（１３）が対応して増大される。

ロータ２は加速し続けるようになり、かつスプリング１２によってアーム３に作用する力Ｆ_Ａｐｐ（１３）が、Ｆ_ＲおよびＭ_Ｒがゼロまで低減されるようにアームに作用する力のバランスがとれるほど十分大きくなるまで、アーム３は反時計方向への枢軸回転をし続ける。このポイントにおいて、ピボット８および接続部１４を経たＦ_ＥＤＤＹの伝達を介してロータに付与されるブレーキングトルクＴ_Ｂは、付与されるトルクＴ_Ａｐｐと等しく、したがって、角加速度はゼロに等しくなり、かつロータ２は一定速度で回転するようになる。続いて図５ｃに示されるような安定した状態にある平衡ポジションに到達する。

ロータ２に付与されるブレーキングトルクＴ_Ｂに寄与する変数は、スプリング１２および質量中心９の適切な較正によって制御できるようになり、したがって、ブレーキング機構１は、特定の用途に応じてブレーキングトルクＴ_Ｂに対する実質的な制御を提供できる。

付与されるトルクＴ_Ａｐｐにおけるなんらかの変化は、アーム３の半径方向の変位ならびに磁界６によって付与されるブレーキングトルクＴ_ＥＤＤＹおよび合成力Ｆにおける釣り合った増加をもたらす。ただし、得られる最大ブレーキングトルクＴ_Ｂが機構１の物理パラメータによって限定されることは当然である。

図５ｄには、最大磁界がアーム３によって交差されている、最大半径方向変位のポイントにあるアーム３が示される。ブレーキングトルクＴ_Ｂは、付与トルクＴ_Ａｐｐに等しい。しかしながら、付与トルクＴ_Ａｐｐのさらなる増大が、スプリングがその最大限度まで伸張されかつアーム３が安全ストッパー（図示せず）と接触するように、アーム３を半径方向外側へ移動させることはない。そのためブレーキングトルクＴ_Ｂは、さらに増大することはない。ゆえに、付与トルクＴ_Ａｐｐのさらなる増大はロータ２を加速させるようになる。

図５ｅには、ブレーキング機構１における付与トルクＴ_Ａｐｐの減少状態が示されている。

Ｔ_Ａｐｐが減少させられると、Ｆ_Ａｐｐ（８）における釣り合った減少は、スプリング付勢力Ｆ_Ｓは一時的に変化しない一方で、付与トルクＴ_Ａｐｐとバランスが取れるようにさせられる。力Ｆ_Ａｐｐ（８）、Ｆ_Ａｐｐ（１３）、Ｆ_ｃｐおよびＦ_ＥＤＤＹによる合成力Ｆ_Ｒは、回転軸Ｘの方へ向かって内側にアーム３を加速させるように質量中心９上に作用する。ピボット８の周囲に生じたアーム３の時計方向回転は、接続部１３および接続部１４の間の距離を低減させる。スプリング１２の伸張において生じた減少は、スプリング付勢力Ｆ_ＳおよびＦ_Ａｐｐ（１３）の低減をもたらす。同時に、過電流ブレーキングトルクＴ_ＥＤＤＹにおける低減に対応して、磁界６によって交差されるアーム３の領域の低減が生じる。

質量中心９の加速におけるゼロまでの対応する低下およびそれにより平衡状態となるシステムと関連して、Ｆ_Ｒの大きさがゼロとなるようアーム３に作用する力のバランスが取れるようになるまで、アーム３は、ピボット８の周囲で時計方向に回転し続ける。この点において、ピボット８および接続部１４を介した過電流ブレーキング力Ｆ_ＥＤＤＹの伝達によって発生するブレーキングトルクＴ_Ｂは、付与トルクＴ_Ａｐｐとバランスがとれるようになり、それにより、ロータ２の加速はゼロとなる。

それゆえ、ブレーキングトルクＴ_Ｂが付与トルクＴ_Ａに対して比例して増大しかつこれら両方の力が付与トルクの「作動範囲」の全範囲にわたって等しくなるよう保たれることを確実なものとするために、回転速度は、スプリング付勢力Ｆ_Ｓを調節することによって制限できる。

上述したように、反力Ｆ_ＥＤＤＹの大きさは、以下の各項目に左右される。
・アーム３によって交差される磁界６の領域；
・アーム３によって交差される磁界６の強さ；
・アーム３の抵抗率；および、
・磁界６に対するアーム３の相対速度。

図２〜５に示されるブレーキング機構１は、印加磁界６へのアーム３の半径方向移動における変動によって、交差される印加磁界６の領域とアーム３と回転軸Ｘとの間の距離Ｒとの両方において自動的な変化を提供する。ゆえに作動範囲において、付与トルクＴ_Ａｐｐの変動は、ロータ２に作用するブレーキングトルクＴ_Ｂにおける同等の変動をもたらす。

当然のことながら、得られる最大ブレーキングトルクは、機構の物理的制限、例えばマグネットのサイズおよび強さ、アーム３のサイズ、厚さおよび導電性に依存するようになる。さらに、アーム３が回転速度を制限するほど十分なブレーキングトルクを作用させる以前においては、ロータ２は最小付与トルクを、ひいては最小回転加速度および回転速度を経験しなければならない。

ブレーキング機構１は、これら最大付与トルクと最小付与トルクとの間の作動範囲内で速度を制限する。作動範囲を示すブレーキング機構１の速度プロファイルが図６および図７に図示されている。

図６および図７から明らかなように、質量中心９に作用する合成力Ｆ_Ｒがアーム３を磁界６の外側へと加速させかつ反応ブレーキング力Ｆ_ＥＤＤＹが付与されるまでは、速度は初期においては付与トルクＴ_Ａｐｐとともに増大する。続いて反応ブレーキングトルクＴ_Ｂは、付与トルクＴ_Ａｐｐと等しくなる。それによって、ブレーキングトルクＴ_Ｂによって連続的に整合させられる付与トルクＴ_Ａｐｐが原因となる加速が生じないように、回転速度は一定の値まで制限される。磁界の最大領域が交差し、それにより発生した磁界反力Ｆ_Ｂが速度のみに比例する上限に達するまで、付与トルクＴ_Ａｐｐの増大はブレーキングトルクＴ_Ｂの増大によって整合させられる。上限に達した後は、速度プロファイルは、速度のみとともにブレーキングトルクＴ_Ｂを変化させる従来のデバイスと相似する。

付与トルクに応じたさまざまな速度は、スプリング付勢力を変更することによって得られる。代替的な速度プロファイルの一例を図８および図９に示す。図８に示されるプロファイルは、磁界交差時に付与されるブレーキングトルクが作動範囲内にわたって付与トルクＴ_Ａよりも大きくなるように、図６および図７に示される実施形態のものに比べて相対的に「弱い」スプリング（つまり小さな復帰力およびばね定数のもの）を提供することによって得られる。それゆえ回転速度は、付与トルクＴ_ＡｐｐがブレーキングトルクＴ_Ｂを超えるまで、付与トルクＴ_Ａｐｐの増大とともに減少する。

あるいは、図９に示されるように、付与トルクＴ_Ａが作動範囲内にわたってブレーキングトルクＴ_Ｂを超えるように、相対的に「強い」スプリング（つまり大きな復帰付勢力およびばね定数のもの）が使用されてもよい。それゆえ回転速度は、ブレーキングトルクＴ_Ｂが付与トルクＴ_Ａｐｐを超えるまで付与トルクＴ_Ａｐｐの増大とともに線形的に増大する。

したがって、本発明は、当然のことながら、スプリング１２の調整または変更によって簡単に用途の要求に応じて速度を順応させるよう変更されてもよい。

図１０には、本発明の他の実施形態に基づく、プレート１０３の形態で提供されたアームを備えるブレーキング機構１００を示す。プレート１０３は、ロータ１０２にも受けられたトラック１０１に沿って半径方向に移動できる。プレート１０３はこれらプレートがロータおよびトラック１０１とともに回転するように、トラック１０１を介してロータ１０２に連結されている。スプリング１１２は、伸張されたときに、回転軸Ｘへ向かってプレート１０２を付勢するように付勢力Ｆ_Ｓを作用させる。

トルクＴ_Ａｐｐは、プレート１０３に接線方向の力Ｆ_Ａｐｐを付与し、かつスプリングは求心力Ｆ_ｃｐを付与する。回転軸Ｘへ向かうスプリング１１２の求心加速度は、スプリング１１２が伸張している間に磁界１０６を半径方向外側に移動するプレート１０３に生じる。それゆえ、付与されるブレーキング力Ｆ_Ｂは、プレート１０３の接線方向速度およびスプリング付勢力Ｆ_Ｓに比例して変化する。

図２〜図５のブレーキング機構１と比較すると、このブレーキング機構１００は、プレート１０３の移動が回転速度に比例するがブレーキング機構１における付与トルクに対しても比例するように、前記速度に対する設定制限を提供しない。

この「線形的な」実施形態のマグネットアレイ（図示せず）は、図２および３に示される第一の好ましい「枢軸タイプ」の実施形態に示される構成を同様の構成で設けられている。

プレート１０３が何らかのロータ回転下（つまり主に求心効作用下）で半径方向外側に移動する際には、この「線形的な」実施形態は、ロータ１０２の回転方向とは無関係に作動するブレーキング機構１００を提供する。

ブレーキング機構１００が回転方向に関係なくブレーキング作用を提供するとはいえ、ブレーキングトルクは、付与トルクではなく、回転速度（ひいたは求心加速度）とともにだけ変化する。この速度は、ブレーキングトルクが付与トルクと等しくなるときに制限のみされるものであり、それゆえ、（例えばより重量のある人による）より大きな付与トルクは、対応する「より軽い」人に比べて、より高い平衡速度で限定される速度をもたらすようになる。したがって、このブレーキング機構１００は、図２〜図５に示されるブレーキング機構１の制御のレベルを提供しない。

ブレーキング機構の他の実施形態は図１１において矢印２０１でおおよそ示されている。この実施形態においては、マグネット（２０４）のアレイがクレードル（２２０）に取り付けられている。枢軸可動するよう取り付けられた導電要素（２０３）を有するロータ（２２０）は、回転軸（Ｘ）の周囲での回転のために軸（２０５）に取り付けられている。

クレードル（２２０）は、回転軸（Ｘ）の周囲で回転するよう構成され、かつギアトランスミッション（２３０）によって回転軸に接続されている。図１１に示された構成において、ギアトランスミッション（２３０）は、クレードル（２２０）（マグネットアレイ（２０４）を含む）がロータ（および導電要素（２０３））とは半体方向に回転し、それによってマグネットアレイ（２０４）に対するロータ（２０２）および導電部材（２０３）の相対角速度が増大するよう構成されている。ブレーキング機構のそうした構成は増大されたブレーキング効果を達成してもよい。

本発明の態様について単なる例示を用いて説明したが、当然のことながら、特許請求の範囲の記載の範囲から外れない限りにおいてはなんらかの変更および追加がなされてもよい。

１，１００，２０１ ブレーキング機構
２，１０２，２０２ ロータ
３，２０３ 導電部材
４，２０４ マグネット
５，２０４ マグネットアレイ
６ 磁界
７ 強磁性の基材
８ 偏心ポイント
９ 質量中心
１０ 弧状外縁部
１２ スプリング
１３，１４ 接続ポイント
２３ ライン
１０１ トラック
１０３ プレート
２０５ 軸
２２０ クレードル
２３０ ギアトランスミッション

Claims (36)

1. 過電流ブレーキング機構であって、
   前記過電流ブレーキング機構は、
   回転軸の周囲で回転可能なロータと、
   前記ロータとともに回転するために前記ロータに連結された少なくとも１つの導電部材と、
   前記導電部材の回転平面に少なくとも部分的に直交して延在する磁界を印加するよう構成された、少なくとも１つのマグネットと、
   を含み、
   前記ロータの回転時に、前記導電部材が、前記回転軸から前記印加磁界へ向かって少なくとも部分的に半径方向に移動するよう構成されていることを特徴とする過電流ブレーキング機構。
2. 前記導電部材は、前記回転軸の周囲で回転するものであることを特徴とする請求項１に記載の過電流ブレーキング機構。
3. 前記マグネットは、前記ロータの角速度とは異なる角速度で前記ロータが回転する時に、回転するよう構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の過電流ブレーキング機構。
4. 前記マグネットは、前記ロータの方向に対して実質的に対向する方向において、前記ロータとともに回転するために、前記ロータに連結されていることを特徴とする請求項３に記載の過電流ブレーキング機構。
5. 前記ロータは、連結トランスミッションを介して前記マグネットに連結されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の過電流ブレーキング機構。
6. 前記ロータは、連結トランスミッションを介して入力軸に連結されており、それにより、前記ロータが前記入力軸の回転速度とは異なる回転速度で回転するようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
7. 前記ロータは、ラインのスプールに対して連結されており、かつ、前記スプールとともに回転するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
8. 前記導電部材は、前記ロータに対して枢軸回転可能に取り付けられており、かつ、前記ロータの回転時に前記印加磁界へと少なくとも部分的に半径方向に移動するよう、ピボット軸の周囲で枢軸回転するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
9. 前記導電部材は、前記ピボット軸および前記回転軸上に、あるいはそれらから偏心して、質量中心を有するものであることを特徴とする請求項８に記載の過電流ブレーキング機構。
10. 前記導電部材は、前記回転軸に対して偏心したポイントにおいて、前記ロータに対して枢軸回転するよう取り付けられていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の過電流ブレーキング機構。
11. 付勢部材が、前記ピボット軸から離間されたポイントにおいて前記導電部材に対して、かつ、前記ロータの回転から生じる前記導電部材動作に対して付勢力を提供するポジションにおいて前記ロータに対して、取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
12. 前記付勢デバイスは、付与される付勢デバイス付勢力のレベルを選択的に増大しかつ／または低減することができる、較正機構を含むことを特徴とする請求項１１に記載の過電流ブレーキング機構。
13. 前記付勢デバイスは、ブレーキを掛けるために回転方向において偏心した前記ピボット軸から離間されたポジションにおいて、前記ロータに取り付けられていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の過電流ブレーキング機構。
14. 付勢デバイスが、前記導電部材に取り付けられており、かつロータの回転から生じる前記導電部材の動作に対向する付勢力を提供するようなポジションにおいて前記ロータに取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
15. 前記導電部材の半径方向動作の範囲を制限するためにストッパーが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
16. 前記ストッパーは、交差される最大磁界のポジションに対する前記導電部材の半径方向動作を制限するよう配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の過電流ブレーキング機構。
17. 前記ストッパーは、付勢されたラチェット機構の一部として設けられており、前記導電部材は、進行する半径方向のポジションに対する付勢力とは反対方向に移動するものであることを特徴とする請求項１５に記載の過電流ブレーキング機構。
18. 前記ブレーキング機構は、前記ロータと同心の略円形マグネットアレイ状に配置された複数の永久磁石を含んでいることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
19. 前記複数の永久磁石は、１つずつが前記導電部材の回転平面の両側にある二つの略円形マグネットアレイ状に配置されており、前記各アレイの磁石は、実質的に互いに対向する反対の極を有することを特徴とする請求項１８に記載の過電流ブレーキング機構。
20. 前記マグネットアレイは、前記ロータの片側に設けられており、かつその他方の側には強磁性プレートが配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の過電流ブレーキング機構。
21. 前記マグネットアレイは、前記導電部材に対して反対側である「外側」において前記マグネットの表面に取り付けられた強磁性基材を備えていることを特徴とする請求項１８ないし請求項２０のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
22. 前記ブレーキング機構は、前記複数の導電部材を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項２１のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
23. 前記ロータの回転時に、前記導電部材は前記印加磁界へと半径方向に移動されるよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
24. 前記導電部材は、前記ロータの回転に応じて半径方向トラックに沿って、前記ロータに対して移動するよう構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の過電流ブレーキング機構。
25. 付勢デバイスが、前記導電部材に対して、かつ前記導電部材の外側半径方向への移動に対する付勢力が提供されるよう前記ロータに対して取り付けられていることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の過電流ブレーキング機構。
26. 前記導電部材は、前記連結されたロータによって生じた半径方向の加速により、前記磁界内へ移動するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項２５のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
27. 前記磁界は、主に、前記導電部材の回転平面に対して実質的に直交するよう延在していることを特徴とする請求項１ないし請求項２６のいずれか一項に記載の過電流ブレーキング機構。
28. ライン繰り出しデバイスであって、
    前記ライン繰り出しデバイスは、
    前記ブレーキング機構であって、
    回転軸の周囲で回転可能なロータと、
    ロータとともに回転するために前記ロータに連結された少なくとも１つの導電部材と、
    前記導電部材の回転平面に少なくとも部分的に直交するよう延在する磁界を印加するよう構成された少なくとも１つのマグネットと、
    を有する、ブレーキング機構と、
    ラインのスプールと、
    を含み、
    前記ロータの回転時に、前記導電部材が、前記印加磁界内へ向かって前記回転軸から少なくとも部分的に半径方向に移動するよう構成されており、かつ、前記ラインのスプールは、前記ロータおよび／または前記導電部材に対して、それらとともに回転するために、連結されていることを特徴とする請求項に記載のライン繰り出しデバイス。
29. 前記ロータおよび／またはスプールは、前記スプールからのラインの伸長に対して、付勢された引き戻し機構を含み、前記引き戻し機構は、前記ラインに付与された張力があらかじめ決められたレベル以下となったときに、前記ラインを引き戻すよう構成されていることを特徴とする請求項２８に記載のライン繰り出しデバイス。
30. 請求項２８または請求項２９のいずれかに記載されたライン繰り出しデバイスを含むことを特徴とするオートビレイ。
31. 対象物の回転にブレーキを掛ける方法であって、
    前記方法は、
    i)回転可能な導電部材の回転平面に対して少なくとも部分的に直交するよう広がる磁界を印加させるよう構成された少なくとも１つのマグネットを提供するステップと、
    ii)回転軸の周囲でとともに回転させるために、前記対象物に対して前記導電部材を連結させるステップと、
    iii)前記対象物の回転時に、前記磁界内へ向かって前記回転軸から少なくとも部分的に半径方向に移動させるよう前記導電部材を構成するステップと、
    を含むことを特徴とする対象物の回転にブレーキを掛ける方法。
32. 前記磁界内へ前記導電部材を移動させるために前記対象物を回転させるステップをさらに含むことを特徴とする対象物の回転にブレーキを掛ける方法。
33. 実質的に図２ないし図５を参照して上述されかつ図２ないし図５に示されたことを特徴とする回転にブレーキを掛ける方法。
34. 実施例を参照して上述されかつ図２ないし図５に示されたことを特徴とする回転にブレーキを掛ける方法。
35. 実質的に図１０を参照して上述されかつ図１０に示されたことを特徴とするブレーキング機構。
36. 実質的に実施例を参照して上述されかつ図１０に示されたことを特徴とする回転にブレーキを掛ける方法。

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