JP3738662B2

JP3738662B2 - 渦電流式減速装置

Info

Publication number: JP3738662B2
Application number: JP2000135880A
Authority: JP
Inventors: 健治郎篠原; 働山口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2020-05-09
Also published as: JP2001320871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バスやトラックなどの大型自動車に使用される渦電流式減速装置に関し、特に、渦電流式減速装置のステータの昇温を抑制することにより、従来よりも長い制動時間を確保し得る渦電流式減速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型自動車の減速装置として、主ブレーキであるフットブレーキ、補助ブレーキである排気ブレーキの他、長い坂道の降坂時などで安定した減速を行い、且つフットブレーキの焼損を防止するために渦電流式減速装置（以下、減速装置のことをリターダという）が使用されている。
【０００３】
図１は、従来の渦電流式リターダの一例を示す概要図であり、図１（ａ）は断面図であり、図１（ｂ）は部分断面斜視図である。
同図に示すように、渦電流式リターダは、通常、内部に複数の磁石（永久磁石或いは電磁石）を備えるステータ３と、制動ドラム１及び冷却フィン２からなるロータ１０とから構成される。そして、ステータ３は、固定フランジ４により車両等（図示なし）に固定され、制動ドラム１は、図示しないプロペラシャフト等の駆動部に回転フランジ６及び円形ディスク５を介して連結され、冷却フィン２は、制動ドラム１の外周面に設置される。
【０００４】
ステータ３には、隣接する磁石の極性が互いに逆向きとなるように複数の磁石が周設されており、ロータ１０が前記磁石の磁束を切断する際に発生する渦電流により、ロータを減速させる方向にトルクを発生させることにより制動力を得る。
【０００５】
上記渦電流式リターダにおいては、車両を減速する際に吸収した運動エネルギーがロータを介して熱エネルギーとして放散されるため、使用頻度が増すに従ってロータの温度が上昇する。このロータの温度上昇は、渦電流式リターダの制動効率の低下を招き、さらに機械的強度を低下させる。このため、ロータの外周面に多数の冷却フィンを設けてロータの表面積を増大させることにより、ロータの冷却能力を高め、ロータの温度上昇を抑制する工夫がなされている。
【０００６】
一方、ロータの温度上昇に伴い、ロータの内周面に対向して設置されているステータの温度も上昇する。ステータの温度上昇は、ステータ内部の磁石の磁力低下を招き、その結果、渦電流式リターダの制動力が低下する。特に、永久磁石を使用している場合には、磁石が一旦高温になると磁石の性能が劣化するため、ステータが低温となった後でも初期の制動力を得ることができなくなる。
【０００７】
このような事態を防ぐために、ステータが一定温度以上になると渦電流式リターダによる制動を自動的に解除し、ステータの温度上昇を防ぐ方法が採られている。このため、長時間に亘って連続して制動を行うことができないという問題がある。また、一回の制動時間がさほど長くない場合であっても、渦電流式リターダによる制動が繰り返し行われると、ステータ温度が充分に低下しないうちに再び加熱されるため、ステータ温度が上昇し、渦電流式リターダによる制動を利用できなくなるという問題がある。
【０００８】
このようなステータ温度の上昇に起因する制動時間の制約を緩和するためには、ステータの温度上昇を効果的に抑制する方法が必要である。しかし、ステータの温度上昇を抑制する方法としては、わずかに特開平９−１４９６２５号公報に開示されている程度であり、充分な検討がなされているとはいえない状況である。
【０００９】
上記公報には、ロータの蓋部に設けられた複数の通風孔の前方に電磁石（ステータ）周りの空気を吸い出す複数の羽根を配置し、ロータの回転により、ロータ内部の空気を外部へ吸い出すことにより、電磁石（ステータ）の温度上昇を防ぐ方法が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らが上記公報に開示された方法の効果を検証すべく確認試験を行ったところ、逆にステータの温度が上昇し、渦電流式リターダによる制動可能時間がより短縮されてしまい好ましくないことが判明した。
【００１１】
すなわち、上記公報に開示された方法のように電磁石（ステータ）周りの空気を外部へ吸い出したのでは、ステータとロータの隙間の空気が攪拌されて、ロータとステータとの間の熱伝達が促進されてしまい、ステータに比して著しく高温（約６００℃）となるロータの熱が比較的低温（約８０〜９０℃）であるステータへ高効率で伝達されてしまうのである。このため、ステータの温度が従来よりも早期に上昇し、渦電流式リターダによる制動可能時間がより短縮されてしまうのである。
【００１２】
図２は、コンプレッサを用いて室温の空気をロータとステータとの間に強制的に流したときの、ステータ温度と空気の流量との関係を示すグラフである。
同図に示すように、空気の流量が２０ｍ³／ｈ以下の領域においては、流量の増加に伴ってステータ温度が上昇し、流量が２０ｍ³／ｈ超の領域においては、流量の増加に伴ってステータ温度が緩やかに下降する。しかし、流量を３０ｍ³／ｈまで増加させた場合においても、空気を流さない場合（流量＝０ｍ³／ｈ）よりもステータ温度が高くなる。
【００１３】
本確認試験では、現在一般的に使用されている渦電流式リターダを用い、ロータの内径を３２６．５ｍｍ、ロータとステータとの間の距離を１．０ｍｍとしたので、空気の流量を３０ｍ³／ｈとした場合には、ロータとステータとの間を通過する空気の流速は約８．１ｍ／ｓとなる。ロータとステータとの間という狭い隙間に、この流速より高速の空気を安定して流すことは極めて困難であり、ロータとステータとの間に空気を流すことによりステータの冷却を行うのは極めて困難であるといえる。
【００１４】
したがって、現在までのところ渦電流式リターダのステータを冷却する有効な方法は確立されておらず、ステータの温度上昇に起因する制動時間の制約により、渦電流式リターダの制動能力を充分に活用できていない状況にある。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑み、渦電流式リターダのステータの温度上昇を効果的に抑制することにより、ステータの温度上昇に起因する制動時間の制約を緩和し、渦電流式リターダの制動能力を充分に発揮せしめることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、渦電流式リターダのステータを効果的に冷却する実用的方法について詳細に検討を行った結果、以下の知見を得た。
【００１７】
（Ａ）ステータの内周面を冷却することにより、ロータからステータへの熱伝達を促進することなく、ステータを効果的に冷却できる。
（Ｂ）冷却装置としてステータの内周面を空冷する羽根を設け、ロータを駆動する駆動力により前記羽根を回転させることにより、冷却に要する新たな動力を要しない簡便且つ実用的な冷却を行うことができる。
【００１８】
（Ｃ）渦電流式リターダによる制動を行わない場合の回転抵抗（風損により発生するトルク）は、（Ｂ）の冷却装置を設置した場合であっても、冷却装置を設置しない場合とほぼ同等であり、制動を行わない通常走行時の駆動トルクを損なうことなしにステータの空冷を行うことができる。
【００１９】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）強磁性体からなる制動ドラムと前記制動ドラムの内周面に対向する複数の磁石を支持するステータとを備える渦電流減速装置において、前記ステータの内周面に向かう空気の流れを生じさせることにより前記ステータの内周面を空冷する冷却装置を備えることを特徴とする渦電流式減速装置。
【００２０】
（２）前記冷却装置は、前記ステータの内周面を空冷する羽根を備え、前記羽根は前記制動ドラムを駆動する駆動力により回転駆動されることを特徴とする（１）項に記載の渦電流式減速装置。
【００２１】
（３）前記羽根は、断面形状が四角形であることを特徴とする（２）項に記載の渦電流式減速装置。
（４）前記羽根は、回転軸と平行に配置されることを特徴とする（２）項または（３）項に記載の渦電流式減速装置。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明の渦電流式リターダの実施態様例の断面概要図である。
【００２３】
同図に示すように、ステータ３は固定用フランジ４を介して図示しない車両のトランスミッション等に固定されている。ここで、ステータ３は内部に図示しない永久磁石を備えている。ロータ１０は円形ディスク５及び回転フランジ６を介して図示しない車両のプロペラシャフト等の駆動部に連結されている。また、ロータ１０は、制動ドラム１と制動ドラム１の外周面に設けた冷却フィン２とから構成されている。また、回転フランジ６にはステータ３の内周面を空冷する羽根７が取り付けられている。
【００２４】
羽根７は、回転フランジ６と円形ディスク５の図示しない取り付けボルトを利用してステータ３の内側に取り付けられており、ロータ１０とともにステータ内側で回転するようになしてある。このようにして羽根７が回転することにより、ステータの内側の空気は攪拌され、特に図中の矢印に示したような空気の流れが生じ、ステータの内周面が空冷される。
【００２５】
また、固定フランジ４及び回転フランジ６には図示しない通風孔が適宜設けられており、羽根７で攪拌された空気はこの通風孔を通って外部の空気と交換され、ステータの内側の空気の温度が上昇することを防いでいる。
【００２６】
第４図は、本発明の渦電流式リターダの別の実施態様例を示す断面概要図である。
同図に示すように、ステータ３の内側には回転フランジ６に取り付けられた羽根付き回転ドラム８が位置し、その羽根付き回転ドラム８の回転ドラム８１の外周面には羽根８２が取り付けられている。先の説明と同様に、ステータ３の内側に設けられた羽根付き回転ドラム８が回転することにより、ステータの内周面に空気が強制的に送られ、プロペラシャフトが回っている間、ステータは冷却され続ける。
【００２７】
また、上述した図３の実施態様例と同様に、固定フランジ４及び回転フランジ６には通風孔が適宜設けられており、羽根８２で攪拌された空気はこの通風孔を通って外部の空気と交換され、ステータの内側の空気の温度が上昇することを防いでいる。
【００２８】
なお、上述した図３と図４の実施態様例は、本発明の渦電流式リターダにおけるステータの冷却装置について例示したものであり、渦電流式リターダの形状を限定するものではない。
【００２９】
すなわち、本実施態様例では、ステータの冷却装置として回転駆動する羽根により空冷するものを示したが、ステータの内周面を空冷することができるものであればよく、公知の種々の空冷装置を適用することができる。例えば、シロッコファン、小型ブロアーを配する構造を適用することができる。
【００３０】
また、本実施態様例では、ステータの内側に配置した羽根を回転させることによりステータ内周面を空冷するようにしたが、ステータの外部に羽根を配置して、この羽根を回転駆動させることによりステータ内周面を空冷するようにしてもよいし、ノズル等によりステータ内周面に空気を噴射することによりステータの内周面を空冷するようにしてもよい。
【００３１】
また、ステータを回転駆動する羽根により空冷する場合であっても、その羽根の形状、大きさ等は使用条件、渦電流式リターダの大きさ等に合わせて適宜決定すればよく、その固定方法も適宜決定すればよい。
【００３２】
また、本実施態様例においては、ステータの冷却装置である羽根や羽根を備えた回転ディスクを、ロータが取り付けられている回転ディスクに取り付けることにより、ロータを駆動する駆動力と同一の駆動力により回転駆動するようにしたが、ロータとは独立した駆動系によるものとしてもよい。本実施態様例のように、ロータを駆動する駆動力と同一の駆動力により回転駆動するようにした方が、冷却に要する動力を別に設ける必要がなく、ステータの冷却装置の構造も単純化できるので、実用的で好ましい。
【００３３】
また、本実施態様例においては、固定フランジ及び回転フランジに通風孔を設けることにより、ステータの内側の空気と外部の空気との交換を促進し、ステータの内側の空気の温度上昇を防ぐようにしたが、固定フランジ及び回転フランジに通風孔を設けなくてもよい。本実施態様例のように通風孔を設けた方が、ステータの内側の空気の温度上昇をより効果的に抑制できるので好ましい。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
図３に示す本発明の渦電流式リターダを製作した。
【００３５】
ロータ１０は、直径：４２８ｍｍ、幅：７７ｍｍ、厚さ：１１ｍｍの制動ドラム１の外周面に、高さ：１３．５ｍｍ、幅：３ｍｍの冷却フィン２を８０枚取り付けたものを使用した。また、ステータは、外径：４０４ｍｍ、内径：３２２ｍｍ、幅：６３．５ｍｍのものを使用した。そして、ロータと接合した円形ディスク５と回転フランジ６とを固定するボルトにより、ステータの内側の４カ所に羽根を取り付けた。
【００３６】
図５は、実施例１における羽根の取り付け位置を示す説明図である。
同図に示すように、厚さ：３ｍｍ、幅：６０ｍｍ、長さ：１５ｍｍの羽根７をロータの中心から半径１４０ｍｍの位置に取り付けた。
（実施例２）
本発明の別の実施例として、第４図に示す渦電流式リターダを製作した。ロータ及びステータは実施例１と同一とし、回転ドラムを回転フランジに固定してステータの内側に設置した。
【００３７】
図６は、実施例２において用いた羽根付き回転ドラムの概要を示す概要図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図である。
同図に示すように、外径：２９０ｍｍ、内径：２８０ｍｍ、幅：６０ｍｍの回転ドラム８１の外周面に、厚さ：２ｍｍ、高さ：１０ｍｍ、幅：６５ｍｍの羽根８２を回転軸と平行且つ等間隔に８枚溶接により取り付けた。
【００３８】
実施例１及び実施例２の渦電流式リターダについて、ロータをモータにより各種回転数に回転させて制動力を発生させることによりロータを発熱させた。そして、制動力を発生させてから６分後のステータの温度を測定した。また、比較例として、ステータの内側に羽根或いは羽根付きドラムを備えない従来型渦電流式リターダについても同様の試験を行った。
【００３９】
図７は、ロータ回転数とステータ温度との関係を示すグラフである。
同図に示すように、実施例１の渦電流式リターダのステータ温度は、比較例である従来型渦電流式リターダのステータ温度よりも、１０％程度低くすることができた。また、実施例２の渦電流式リターダのステータ温度は、比較例である従来型渦電流式リターダのステータ温度よりも、１５％程度それぞれ低くすることができた。
【００４０】
また、制動可能時間を調べるために一般的に制動を解除する基準温度（１００℃）に到達するまでの時間も比較した。結果は、回転数が１８００ｒｐｍの場合に比較例で６分３２秒、実施例１及び実施例２で１０分以上であった。
【００４１】
なお、実施例１及び実施例２とも制動力を発生させない（発熱させない）場合の回転抵抗（風損により発生するトルク）は、羽根及び羽根付きドラムをつけない場合と比べてほとんど変化がなかった。すなわち、実施例１及び実施例２の渦電流式リターダを用いれば回転抵抗を増大させることなしにステータの空冷を行うことができ、渦電流式リターダの大幅な能力改善を実現し得ることが確認できた。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の渦電流式リターダによれば、渦電流式リターダのステータの温度上昇を効果的に抑制することにより、ステータの温度上昇に起因する制動時間の制約を緩和し、渦電流式リターダの制動能力を充分に発揮せしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の渦電流式リターダの一例を示す概要図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は部分断面斜視図である。
【図２】空気をロータとステータとの間に強制的に流したときの、ステータ温度と空気の流量との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の渦電流式リターダの一実施態様例の断面概要図である。
【図４】本発明の渦電流式リターダの別の実施態様例を示す断面概要図である。
【図５】実施例１における羽根の取り付け位置を示す説明図である。
【図６】実施例２において用いた羽根付き回転ドラムの概要を示す概要図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図である。
【図７】ロータ回転数とステータ温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：制動ドラム２：冷却フィン
３：ステータ４：固定フランジ
５：円形ディスク６：回転フランジ
７：羽根８：羽根付き回転ドラム
８１：回転ドラム８２：羽根
９：通風孔１０：ロータ

Claims

強磁性体からなる制動ドラムと前記制動ドラムの内周面に対向する複数の磁石を支持するステータとを備える渦電流減速装置において、前記ステータの内周面に向かう空気の流れを生じさせることにより前記ステータの内周面を空冷する冷却装置を備えることを特徴とする渦電流式減速装置。
前記冷却装置は、前記ステータの内周面を空冷する羽根を備え、前記羽根は前記制動ドラムを駆動する駆動力により回転駆動され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。
前記羽根は、断面形状が四角形であ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。
前記羽根は、回転軸と平行に配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の渦電流式減速装置。