JP3832379B2 - Compact and lightweight eddy current reducer - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に用いられる主ブレーキを補助するディスクタイプで小型、軽量型の渦電流減速装置に関し、さらに詳しくはシンプルな構造設計で簡易構造からなり、車両への搭載性及び経済性に優れる渦電流減速装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
トラックやバス等の自動車用の制動装置には、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に長い坂道の降坂等において安定した減速を行い、さらにフットブレーキのベーパーロック現象や焼損を防止するために、渦電流減速装置が使用されている。
【0003】
この渦電流減速装置には、多数の永久磁石を周方向に配置した磁石群を移動させ、永久磁石を回転ドラム(円筒型)または制動ディスクに対向させるように接近させて、回転ドラムまたは制動ディスクに制動トルクを発生させる方式が用いられている。
【0004】
ところが、近年においては、渦電流式減速装置に対する要求も多様化し、製造コストの低減を図るとともに、小型車への搭載も可能にするような、車両への搭載性を向上させる要請が強くなっている。この搭載性の向上には、小型で軽量化が図れ、かつ簡易構造で経済性に優れることが要求される。
【0005】
上記の要請に対して、回転ドラムを採用した渦電流式減速装置では、その構造上、小型化及び軽量化が困難である。まず、制動時の放熱に関し、制動時に回転ドラムが発熱すると外周部が膨張するので、これを吸収するために、複雑なドラム支持の設計が必要となりドラム構造が煩雑となる。さらに、回転重量が半径方向の外周側に集中するため、回転バランスの調整が難しくなる。
【0006】
さらに、エアギャップの調整、すなわち、全ての永久磁石とドラム間の距離を等間隔に調整し、この間隔を増減することによって、制動トルクの調整が可能になるが、回転ドラムを採用した場合には、エアギャップを調整するためには回転ドラムの内径を拡大若しくは縮小する必要があることから、回転ドラム構成部品の共通化が充分に図れない。
【0007】
一方、回転ドラムを用いたドラムタイプに替え、制動ディスクを用いたディスクタイプの渦電流減速装置を採用する場合でも、電磁石を用いた方式では装置の小型化及び軽量化には適していない。すなわち、この方式では制動ディスクに対向して設けた電磁石に電流を供給して、制動ディスクに渦電流を発生させ、回転軸に制動トルクを付加することになるが、大きな制動トルクを発生するためには、多数の電磁石と大電流を供給する装置が必要になる。このため、多数の電磁石を収容するスペースが必要になるとともに、電流の供給源であるバッテリーが大型化するため、装置の全体構成が大容量で、かつ重量化することになる。
【0008】
したがって、渦電流減速装置の小型化及び軽量化には、ディスクタイプの減速装置を採用して、永久磁石の磁極面を制動ディスクに対向させて接近させ、ディスク自体に制動トルクを発生させる方式(以下、「磁石極面対向方式」という場合がある)が有効である。この方式であれば、永久磁石の磁力を短い磁路長さで制動ディスクに付加できるので、磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、制動効率の向上を図れるとともに、装置の全体構成を簡易構造にできるからである。
【0009】
さらに、この簡易構造の「磁石極面対向方式」を採用して、制動効率を向上させることができれば、その結果として、比較的、小型の永久磁石が適用できるので、小型化及び軽量化が一層容易になる。
【0010】
図1及び図2は、永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置の構成例を示す断面図である。図1は制動時における装置構成を示しており、図2は非制動時における装置構成を示している。
【0011】
この渦電流減速装置では、回転軸1に取り付けられた強磁性体からなる制動ディスク2と、この制動ディスク2の側方に配置された非磁性体からなる案内筒3から構成される。案内筒3は車両等の非回転部分に支持されており、その内部には、制動ディスク2の制動面に対し垂直方向に前後進が可能な強磁性体からなる保持リング4が収容され、さらに、案内筒3には保持リング4を前後進させるシリンダー5が設けられている。一方、案内筒3の制動ディスクと対向する端面には、強磁性材(ポールピース)8が配置される。
【0012】
保持リング4の制動ディスク2と対向する側面には、複数の永久磁石7が周方向に等間隔で配置されている。磁石7の磁極の方向は制動ディスク2の制動面に対向しており、隣接する永久磁極が互いに逆向きに配置されている。各永久磁石7の磁極面に対向する強磁性材8は、周方向に永久磁石7と対をなすように複数配置される。強磁性材8の厚さは特に規定されないが、薄い方が望ましい。具体的な強磁性材の製作は、例えば、アルミニウムからなる案内筒3を鋳造する際に、強磁性材を一体として鋳込むことができる。
【0013】
永久磁石7の駆動機構としては、案内筒3の外端壁にはシリンダ5が配置され、シリンダ5に嵌合するピストンロッド6が案内筒3の外端壁を貫通して保持リング4に結合している。このように構成することによって、シリンダー5の作動により制動ディスク2に対し直交する方向に、保持リング4を前後進させることができる。
【0014】
次に、上記の渦電流減速装置の作動について説明する。制動時には、図1の矢印で示すように、シリンダー5のピストンロッド6が右方へ移動し、保持リングが制動ディスク2に対し垂直方向に前進し、永久磁石7が制動ディスクに対向して接近する。
【0015】
このとき、各永久磁石7が強磁性材8を経て制動ディスク2の制動面に垂直に及ぼす磁力線を、回転する制動ディスク2が横切る時、制動ディスク内の磁束の変化から制動ディスク2に渦電流が流れ、制動トルクが発生する。
【0016】
非制動に切り換える際には、シリンダー5の作動を切り換えて、図2の矢印で示すように、ピストンロッド6に直結された保持リング4を左方へ移動させるので、永久磁石7が強磁性材(ポールピース)8から離れ、永久磁石7が制動ディスク2へ及ぼす磁力は弱いものとなる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、永久磁石を制動ディスクに対向させて配置した「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置では、制動時には、前記図1に示すように、保持リングを制動ディスクと直交する方向に前進させ、永久磁石を制動ディスクに対向して接近させるようにする。一方、非制動時には、前記図2に示すように、保持リングを後退させて、永久磁石と制動ディスクとを所定のストロークだけ切り離す必要がある。
【0018】
上記の制動時及び非制動時の動作において、制動時には永久磁石が強磁性体である制動ディスクに吸引されるため、永久磁石を配する保持リングを制動ディスクと直交する方向に前進させるための動力を殆ど必要としない。これに対し、非制動時に、永久磁石を制動ディスクから引き離すために保持リングを後退させる際には、制動ディスクとの磁気吸引力にうち勝つ必要があり、多大な動力を要することになる。
【0019】
特に、高い制動トルクが要求されるリターダでは、制動トルクを確保するため、磁力が強い磁石を用いたり、磁石の体積を増加させて制動ディスクに作用する磁束密度を高めているため、磁石と制動ディスクとの間の磁気吸引力が強くなる。このため、この磁気吸引力に抗して永久磁石を制動ディスクから引き離し、非制動の状態に切り換えるには大きな動力が必要になる。
【0020】
切換に必要な動力をアクチュエータ等の機器で賄おうとすると、所要のシリンダ径を大きくしたり、設置数を増やしたりする必要が生じて、機器が大型になるとともに煩雑な構造になる。これらの機器を渦電流減速装置内に組み込むとなると、装置の全体構成が大型化しその重量も増加して、車両への搭載性を著しく悪化させる。
【0021】
本発明は、上述した永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置が包含する問題点に鑑みて開発されたものであり、制動時から非制動時への切り換えの際に、永久磁石を制動ディスクから引き離すために必要とされる動力を低減し、これに要するアクチュエータ、シリンダー等の機器のコンパクト化を図り、小型、軽量型の渦電流減速装置を提供することを目的としている。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の(1)および(2)の小型、軽量型の渦電流減速装置を要旨としている。
【0024】
(1)回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクと対向して移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記(1)式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置である。
0°< α <90° ・・・ (1)
【0025】
(2)回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクに対向させて旋回させながら移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングに配した永久磁石の回転軸方向の移動量L1と周方向への移動量L2から角度αを下記(3)式で定義した場合に、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記(1)式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置である。
【0026】
0°< α <90° ・・・ (1)
tanα = L/L ・・・ (3)
【0027】
【発明の実施の形態】
永久磁石の磁極面を強磁性体からなる制動ディスクの制動面に対向させた状態で、永久磁石を垂直方向に引き離すには大きな動力が必要になる。これは、永久磁石の磁極全面を強磁性体から同時に引き離すために、磁石と強磁性体との間に作用する磁気吸引力と等価な動力が必要になるからである。
【0028】
ところが、保持リングを回転軸方向に対し角度±αを傾けて、永久磁石を制動ディスクの制動面に対して傾けた状態のままで、永久磁石を制動ディスクから引き離すと、引き離しに必要な動力を減少させることができる。
【0029】
図3は、保持リングを回転軸方向に対し角度±αを傾けた状態を模式的に示した図である。案内筒3に収容された永久磁石7は、保持リング4の周方向に配置されており、保持リング4は回転軸方向に対し角度+αまたは角度−αを傾けた状態で、永久磁石7を保持している。案内筒3の端面に配設された強磁性材8は、永久磁石7と対向配置している。
【0030】
図3において、制動ディスク(図示せず)と対向する永久磁石7を垂直方向に引き離すのに必要な動力をFmとする。一方、保持リング4を回転軸方向に対し角度αを傾けた状態で、永久磁石7を回転軸方向に引き離した場合、引き離しに要する動力をFaとすると、両者の関係は、Fa=Fm・cosαとなる。すなわち、永久磁石7を回転軸方向に対し傾けた状態で、回転軸方向に引き離すことによって、引き離しに要する動力Faを軽減することができる。
【0031】
このとき、保持リング4を回転軸方向に対し傾ける角度は、図3(a)に示すように、回転軸方向を基準として時計回り方向を+αとし、図3(b)に示すように、反時計回り方向を−αとすれば、いずれの方向であっても、上述のFm及びFaの関係が成立することが分かる。また、本発明の渦電流減速装置でFm<Faの条件を具備するには、保持リング4が回転軸方向に対し傾ける角度±αは、下記(1)の関係を満足する必要がある。
【0032】
0°< α <90° ・・・ (1)
永久磁石7を配する保持リング4が回転軸方向に対し、角度±αを持って保持されている状態では、永久磁石7と強磁性材8とを対向させると同時に、強磁性材8と制動ディスクとも少ない間隙で対向させる必要がある。間隙を少なく構成しないと、両者のエアギャップが大きくなり、制動効率を著しく低下させることになる。このため、後述する図4及び図5に示すように、永久磁石7と対向する強磁性材8は、同時に制動ディスク2とも対向する断面形状で構成することが必要になる。
【0033】
前述の通り、渦電流減速装置の制動効率を向上するには、永久磁石7の磁極面と制動ディスク2面との距離を極力短くするのが望ましいが、強磁性材8は永久磁石7と同時に制動ディスク2とも対向する断面形状で構成する必要から、後述する図4及び図5に示す断面形状が用いられるので、永久磁石7が制動ディスク2まで及ぼす磁気回路が長くなり、磁気効率が悪化する。そのため、渦電流減速装置の構成として、永久磁石7の磁極面と制動ディスク2面との距離を短縮するため、制動ディスクのうち強磁性体と対向する面を回転軸方向と直交する面に対し、角度±βを傾けるようにすることができる。
【0034】
このとき、制動ディスク面を回転軸方向と直交する面に対し傾ける角度は、直交する面を基準として時計回り方向を+βとし、反時計回り方向を−βとすれば、いずれの方向であっても、上記の角度αと組み合わせることによって、永久磁石7の磁極面と制動ディスク2面との距離を短縮することができる。そして、渦電流減速装置の構成として、制動ディスク面を回転軸方向と直交する面に対し傾ける場合には、その角度±βは下記(2)の関係を満足する必要がある。
【0035】
0°< β <90° ・・・ (2)
渦電流減速装置の構成として、上記(1)式及び(2)式の関係において、α=β(+α=+βまたは−α=−β)とするのが、最も永久磁石の磁極面と制動ディスク面との距離を短くすることができるので、磁気効率の観点からはさらに望ましい。
【0036】
上述の装置構成では、保持リングは回転軸方向に移動可能であるが、回転軸方向に対し角度±αを傾け、永久磁石を制動ディスクの制動面に対して傾けた状態で保持して、永久磁石を回転軸方向に引き離すようにしている。これにより、永久磁石を垂直方向に引き離すのに必要な動力Fmと、回転軸方向に引き離しに要する動力Faとの関係は、Fa=Fm・cosαとなり、永久磁石の引き離しに要する動力を軽減することができる。
【0037】
同様の構成は、後述の図8に示すように、永久磁石7を強磁性材8を経て制動ディスク2面と垂直に対向した状態で保持した場合に、保持リング4を制動ディスク2面に直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退させることによっても達成できる。
【0038】
さらに、後述の図9及び図10に示す場合であっても、永久磁石7を制動ディスク2に対向させて旋回させながら移動可能とし、保持リング4を制動ディスク2面に直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退させることによっても達成できる。この場合には、角度αは永久磁石7の回転軸方向の移動量Lと周方向への移動量Lから下記(3)式で定義される。
【0039】
tanα = L/L ・・・ (3)
すなわち、後述の図8〜図10に示す装置構成であっても、制動ディスク2と対向した永久磁石7を、回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に引き離すことによって、永久磁石7を垂直方向に引き離すのに必要な動力Fmと、引き離しに要する動力Faとの間にも、Fa=Fm・cosαの関係が成立することになる。
【0040】
本発明の渦電流減速装置で採用する角度αを大きくすると、制動ディスクからの引き離しに要する動力を小さくすることができるので、これに要するシリンダー径を小さくしたり、設置数を減らすことが可能になる。一方、永久磁石の移動距離が増加するので、永久磁石を収容する案内筒が大きくなったり、シリンダーのストロークが大きくなる。したがって、本発明では、引き離し動力の低減による効果と装置の小型化効果とを勘案して、採用する角度αの最適化を検討する必要がある。
【0041】
【実施例】
以下に、本発明の渦電流減速装置の具体的な構成を、参考例1〜4、並びに実施例5及び6に基づいて説明する。図4及び図5は、永久磁石が保持リングによって回転軸方向に対し角度±αを傾けて保持された本発明の参考構成例を示す図である。
【0042】
参考例1及び2の渦電流減速装置では、強磁性体からなる制動ディスク2と非磁性体からなる案内筒3から構成され、その内部には、制動ディスク2の制動面に直交する回転軸方向に移動可能な強磁性体からなる保持リング4が収容され、さらに、案内筒3には保持リング4を前後進させるシリンダー5が設けられている。保持リング4は回転軸に対して角度αを傾けているので、永久磁石7の磁極の方向は、制動ディスク2の制動面に対し角度αを傾けた状態である。
【0043】
この永久磁石7と対向するように強磁性材8は、周方向に永久磁石7と対をなすように複数配置される。強磁性材8の断面形状は、永久磁石7と対向する面も、制動ディスク2と対向する面も、それぞれの間隙が少なくなり、エアギャップを極力少なくするような断面形状で構成する必要がある。図4及び図5で示される断面形状は、楔形状または略三角形状で構成されている。通常、このような断面形状の強磁性材は、例えば、アルミニウムからなる案内筒3と一体で鋳造される。
【0044】
永久磁石7の移動は、シリンダー5の作動により制動ディスク2に対し垂直方向、すなわち回転軸方向に保持リング4を移動させることによって行われる。制動時には、保持リング4を前進させるための動力は殆ど必要としない。非制動時に、永久磁石7を制動ディスク2の制動面に対し角度±αを傾けた状態で回転軸方向に引き離すので、引き離しに必要な動力を減少させることができる。
【0045】
図4は永久磁石7を制動ディスク2の制動面に対し角度+αを傾けた状態を示す図であり、図5は永久磁石7を制動ディスク2の制動面に対し角度−αを傾けた状態であるが、いずれの場合であっても、引き離しに必要な動力を減少させることができる。
【0046】
図6に示す参考例3の渦電流減速装置では、永久磁石7を制動ディスク2に直交する回転軸方向に対し、角度±αを傾けて保持しているのに加え、さらに、制動ディスク2のうち強磁性体8と対向する面を、回転軸方向に直交する面に対し、角度±βを傾ける構成にしている。このように構成することによって、強磁性体8の楔形状または略三角形状の厚みを、比較的薄くすることができ、永久磁石7の磁極面と制動ディスク2面との距離を短くすることができる。
【0047】
図7に示す参考例4の渦電流減速装置では、強磁性体8の厚みを最小にするため、永久磁石7を傾ける角度αと制動ディスク2を傾ける角度βを、α=βとしている。このように構成することによって、永久磁石7の磁極面と制動ディスク2面との距離を最短にすることができるので、磁気効率を向上させることができる。
【0048】
図8に示す実施例5の渦電流減速装置では、保持リング4の制動ディスク2と対向する側面には、複数の永久磁石7が周方向に配置されており、永久磁石7の磁極の方向は制動ディスク2の制動面に対向している。さらに、各永久磁石7の磁極面に対向する強磁性体8は、周方向に永久磁石7と対をなすように複数配置されている。
【0049】
一方、永久磁石7を保持する保持リング4は、案内筒3外端壁のシリンダ5に嵌合するピストンロッド6に結合されており、シリンダ5の作動によって、制動ディスク2と直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退するようになっている。したがって、非制動への切換に際し、保持リング4を後退させると、永久磁石7を制動ディスク2から切り離す動力を低減させることができる。
【0050】
図9は、実施例6の渦電流減速装置の断面構成を説明する正面断面図である。また、図10は、実施例6の渦電流減速装置の断面構成を説明する平面断面図である。両図において、(a)は制動時の構成を示し、(b)は非制動時の構成を示している。
【0051】
図9及び10に示す実施例6の渦電流減速装置では、永久磁石7を制動ディスク2に対向させて旋回させながら移動可能とし、保持リング4を制動ディスク2面に直交する回転軸方向に対し角度±αを傾けた方向に後退させる構成になっている。したがって、非制動への切換時には、保持リング4の後退にともなって、保持リング4に配された永久磁石7は、回転軸方向にL移動すると同時に、周方向へLだけ旋回移動することになるが、制動ディスク2から切り離しに要する動力を低減することができる。
【0052】
【発明の効果】
本発明の渦電流減速装置によれば、ディスクタイプの減速装置を対象として「磁石極面対向方式」を採用するので、制動効率に優れるとともに、制動時から非制動時への切り換えに際し、永久磁石を制動ディスクから切り離すために必要とされる動力を低減し、これに要するアクチュエータ、シリンダー等の機器のコンパクト化を図り、小型化及び軽量化が可能になる。しかも、シンプルな構造設計で簡易構造にすることができるので、車両への搭載性及び経済性にも優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置の制動時の構成例を説明する図である。
【図2】永久磁石を用いた「磁石極面対向方式」の渦電流減速装置の非制動時の構成例を説明する図である。
【図3】保持リングを回転軸方向に対し角度±αを傾けた状態を模式的に示した図である。
【図4】 本発明の参考例1の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図5】 本発明の参考例2の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図6】 本発明の参考例3の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図7】 本発明の参考例4の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図8】本発明の実施例5の渦電流減速装置の断面構成を示す図である。
【図9】本発明の実施例6の渦電流減速装置の断面構成を示す正面断面図である。
【図10】本発明の実施例6の渦電流減速装置の断面構成を示す平面断面図である。
【符号の説明】
1:回転軸、 2:制動ディスク
3:案内筒、 4:保持リング
5:シリンダー、 6:ピストンロッド
7:永久磁石、 8:強磁性材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a disk-type, small and lightweight eddy current reduction device for assisting a main brake used in a vehicle such as an automobile. More specifically, the present invention has a simple structure and a simple structure. The present invention relates to an eddy current reduction device having excellent performance.
[0002]
[Prior art]
In braking systems for automobiles such as trucks and buses, in addition to foot brakes, which are the main brakes, exhaust brakes, which are auxiliary brakes, stable deceleration on long downhill slopes, etc. In order to prevent burning, an eddy current reduction device is used.
[0003]
In this eddy current reduction device, a magnet group in which a large number of permanent magnets are arranged in the circumferential direction is moved, and the permanent magnets are brought close to each other so as to face the rotating drum (cylindrical type) or the braking disk. A system for generating braking torque is used.
[0004]
However, in recent years, the demand for eddy current type reduction gears has also diversified, and there is a strong demand for improving the mountability in vehicles so as to reduce the manufacturing cost and enable mounting in small cars. . In order to improve the mountability, it is required to be small and light, and to have a simple structure and excellent economy.
[0005]
In response to the above requirements, it is difficult to reduce the size and weight of an eddy current type reduction gear employing a rotating drum due to its structure. First, regarding heat dissipation during braking, the outer peripheral portion expands when the rotating drum generates heat during braking. To absorb this, a complicated drum support design is required, and the drum structure becomes complicated. Furthermore, since the rotational weight is concentrated on the outer peripheral side in the radial direction, it is difficult to adjust the rotational balance.
[0006]
Furthermore, the adjustment of the air gap, that is, the distance between all the permanent magnets and the drum is adjusted at equal intervals, and the braking torque can be adjusted by increasing or decreasing this interval. However, in order to adjust the air gap, it is necessary to enlarge or reduce the inner diameter of the rotating drum, so that the rotating drum components cannot be sufficiently shared.
[0007]
On the other hand, even when a disk type eddy current reduction device using a braking disk is adopted instead of the drum type using a rotating drum, the method using an electromagnet is not suitable for reducing the size and weight of the device. That is, in this method, current is supplied to the electromagnet provided opposite to the braking disk, eddy current is generated in the braking disk, and braking torque is applied to the rotating shaft. However, a large braking torque is generated. Requires a large number of electromagnets and a device for supplying a large current. For this reason, a space for accommodating a large number of electromagnets is required, and a battery as a current supply source is increased in size, so that the overall configuration of the apparatus is large in capacity and weight.
[0008]
Therefore, in order to reduce the size and weight of the eddy current speed reducer, a disk type speed reducer is employed, and the magnetic pole surface of the permanent magnet is brought close to and opposed to the brake disk to generate a brake torque on the disk itself ( Hereinafter, the “magnet pole face facing method” may be effective. With this method, the magnetic force of the permanent magnet can be applied to the braking disk with a short magnetic path length, so that the magnetic resistance of the magnetic circuit is reduced, the braking efficiency can be improved, and the overall configuration of the apparatus can be simplified. Because.
[0009]
Furthermore, if the “magnet pole face facing method” with this simple structure can be adopted to improve the braking efficiency, a relatively small permanent magnet can be applied as a result, further reducing the size and weight. It becomes easy.
[0010]
1 and 2 are cross-sectional views showing a configuration example of a “magnet pole face facing type” eddy current reduction device using permanent magnets. FIG. 1 shows a device configuration during braking, and FIG. 2 shows a device configuration during non-braking.
[0011]
This eddy current reduction device includes a braking disk 2 made of a ferromagnetic material attached to a rotating shaft 1 and a guide cylinder 3 made of a non-magnetic material arranged on the side of the braking disk 2. The guide tube 3 is supported by a non-rotating portion of a vehicle or the like, and a holding ring 4 made of a ferromagnetic material capable of moving back and forth in a direction perpendicular to the braking surface of the braking disk 2 is housed inside the guide tube 3. The guide tube 3 is provided with a cylinder 5 for moving the holding ring 4 back and forth. On the other hand, a ferromagnetic material (pole piece) 8 is disposed on the end surface of the guide cylinder 3 facing the braking disk.
[0012]
A plurality of permanent magnets 7 are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the side surface of the holding ring 4 facing the brake disk 2. The direction of the magnetic pole of the magnet 7 is opposed to the braking surface of the braking disk 2, and the adjacent permanent magnetic poles are arranged in opposite directions. A plurality of ferromagnetic materials 8 facing the magnetic pole surface of each permanent magnet 7 are arranged so as to make a pair with the permanent magnet 7 in the circumferential direction. Although the thickness of the ferromagnetic material 8 is not particularly defined, it is desirable that the thickness is thinner. For example, when the guide tube 3 made of aluminum is cast, the ferromagnetic material can be integrally cast.
[0013]
As a drive mechanism for the permanent magnet 7, a cylinder 5 is disposed on the outer end wall of the guide cylinder 3, and a piston rod 6 fitted to the cylinder 5 passes through the outer end wall of the guide cylinder 3 and is coupled to the holding ring 4. is doing. With this configuration, the holding ring 4 can be moved forward and backward in the direction perpendicular to the brake disk 2 by the operation of the cylinder 5.
[0014]
Next, the operation of the eddy current reduction device will be described. During braking, the piston rod 6 of the cylinder 5 moves to the right as shown by the arrow in FIG. 1, the holding ring advances in the vertical direction with respect to the braking disk 2, and the permanent magnet 7 approaches the braking disk. To do.
[0015]
At this time, when the rotating braking disk 2 traverses the magnetic lines of force exerted by the permanent magnets 7 perpendicularly to the braking surface of the braking disk 2 through the ferromagnetic material 8, eddy currents are generated in the braking disk 2 from changes in the magnetic flux in the braking disk. Flows and braking torque is generated.
[0016]
When switching to non-braking, the operation of the cylinder 5 is switched, and the holding ring 4 directly connected to the piston rod 6 is moved to the left as shown by the arrow in FIG. The magnetic force exerted on the braking disk 2 by the permanent magnet 7 away from the (pole piece) 8 is weak.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the “magnet pole face facing type” eddy current reduction device in which the permanent magnet is arranged to face the brake disk, the holding ring is set in a direction perpendicular to the brake disk during braking, as shown in FIG. The permanent magnet is moved forward so as to approach the braking disk. On the other hand, at the time of non-braking, as shown in FIG. 2, it is necessary to retract the retaining ring and separate the permanent magnet and the braking disk by a predetermined stroke.
[0018]
In the above braking and non-braking operations, the permanent magnet is attracted to the braking disk, which is a ferromagnetic body, during braking, so that the power for advancing the holding ring on which the permanent magnet is disposed in the direction perpendicular to the braking disk. Is rarely needed. On the other hand, when the retaining ring is moved backward in order to separate the permanent magnet from the braking disk during non-braking, it is necessary to overcome the magnetic attraction force with the braking disk, which requires a great deal of power.
[0019]
In particular, in a retarder that requires high braking torque, a magnet with strong magnetic force is used to secure the braking torque, or the magnetic flux acting on the braking disk is increased by increasing the volume of the magnet. Magnetic attraction between the disk and the disk becomes stronger. For this reason, a large amount of power is required to pull the permanent magnet away from the braking disk against this magnetic attractive force and switch to the non-braking state.
[0020]
If the power necessary for switching is to be supplied by a device such as an actuator, it is necessary to increase the required cylinder diameter or increase the number of installations, resulting in a large device and a complicated structure. When these devices are incorporated in an eddy current reduction device, the overall configuration of the device is increased in size and weight, and the mountability on a vehicle is remarkably deteriorated.
[0021]
The present invention has been developed in view of the problems involved in the above-mentioned “magnet pole face facing type” eddy current reduction device using a permanent magnet, and at the time of switching from braking to non-braking. In order to reduce the power required to pull the permanent magnet away from the braking disk, to reduce the size of the actuators, cylinders, and other equipment required for this purpose, and to provide a small, lightweight eddy current reduction device Yes.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention is the following small and light eddy current reduction devices (1) and (2) .
[0024]
(1) A brake disc attached to the rotating shaft, a guide cylinder supported by a non-rotating portion and disposed on the side of the brake disc, and a movable cylinder that is housed in the guide cylinder and is movable forward and backward. A ring, a plurality of permanent magnets facing the brake disk in the circumferential direction of the holding ring, and adjacent magnetic poles arranged in opposite directions, and an end face of the guide cylinder so as to face the permanent magnet An eddy current reduction device provided with the above-described ferromagnetic material, wherein the permanent magnet is movable so as to face the braking disk, and the holding ring has the following ( 1) A small and lightweight eddy current reduction device characterized in that it can be moved at an angle of ± α satisfying the equation (1).
0 ° <α <90 ° (1)
[0025]
(2) A braking disk attached to the rotating shaft, a guide cylinder supported by a non-rotating portion and disposed on the side of the braking disk, and a movable cylinder that is housed in the guide cylinder and can move forward and backward. A ring, a plurality of permanent magnets facing the brake disk in the circumferential direction of the holding ring, and adjacent magnetic poles arranged in opposite directions, and an end face of the guide cylinder so as to face the permanent magnet An eddy current reduction device that is movable while rotating the permanent magnet facing the braking disk, the amount of movement of the permanent magnet disposed in the holding ring in the rotational axis direction When the angle α is defined by the following equation (3) from L 1 and the amount of movement L 2 in the circumferential direction, the holding ring satisfies the following equation (1) with respect to the rotation axis direction orthogonal to the braking disk. Can be moved at an angle of ± α This is a small and lightweight eddy current reduction device.
[0026]
0 ° <α <90 ° (1)
tanα = L 2 / L 1 ... (3)
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A large amount of power is required to pull the permanent magnet vertically away with the magnetic pole surface of the permanent magnet opposed to the braking surface of the braking disk made of a ferromagnetic material. This is because power equivalent to the magnetic attractive force acting between the magnet and the ferromagnetic material is required to simultaneously pull the entire magnetic pole of the permanent magnet away from the ferromagnetic material.
[0028]
However, if the retaining ring is tilted at an angle ± α with respect to the rotation axis direction and the permanent magnet is tilted with respect to the braking surface of the braking disk, the power necessary for pulling off can be obtained by pulling the permanent magnet away from the braking disk. Can be reduced.
[0029]
FIG. 3 is a diagram schematically showing a state in which the holding ring is inclined at an angle ± α with respect to the rotation axis direction. The permanent magnet 7 accommodated in the guide tube 3 is arranged in the circumferential direction of the holding ring 4, and the holding ring 4 holds the permanent magnet 7 in a state where the angle + α or the angle −α is inclined with respect to the rotation axis direction. is doing. The ferromagnetic material 8 disposed on the end face of the guide tube 3 is disposed opposite to the permanent magnet 7.
[0030]
In FIG. 3, the power required to pull the permanent magnet 7 facing the brake disk (not shown) vertically is Fm. On the other hand, when the permanent magnet 7 is separated in the direction of the rotation axis while the holding ring 4 is inclined at the angle α, if the power required for the separation is Fa, the relationship between the two is: Fa = Fm · cos α It becomes. That is, the power Fa required for the separation can be reduced by separating the permanent magnet 7 in the direction of the rotation axis while being inclined with respect to the direction of the rotation axis.
[0031]
At this time, as shown in FIG. 3A, the angle at which the holding ring 4 is tilted with respect to the rotation axis direction is + α in the clockwise direction with respect to the rotation axis direction, and the counterclockwise direction as shown in FIG. If the clockwise direction is −α, it can be seen that the relationship between Fm and Fa is established in any direction. In order to satisfy the condition of Fm <Fa in the eddy current reduction device of the present invention, the angle ± α with which the holding ring 4 is inclined with respect to the rotation axis direction needs to satisfy the following relationship (1).
[0032]
0 ° <α <90 ° (1)
In a state where the holding ring 4 on which the permanent magnet 7 is arranged is held at an angle ± α with respect to the rotation axis direction, the permanent magnet 7 and the ferromagnetic material 8 are opposed to each other, and at the same time, the ferromagnetic material 8 and the brake are braked. It is necessary to face the disc with a small gap. If the gap is not made small, the air gap between the two becomes large and the braking efficiency is remarkably lowered. For this reason, as shown in FIGS. 4 and 5 to be described later, the ferromagnetic material 8 facing the permanent magnet 7 needs to have a cross-sectional shape facing the braking disk 2 at the same time.
[0033]
As described above, in order to improve the braking efficiency of the eddy current reduction device, it is desirable to shorten the distance between the magnetic pole surface of the permanent magnet 7 and the surface of the braking disk 2 as much as possible. Since the cross-sectional shape shown in FIGS. 4 and 5 to be described later is used because it is necessary to configure the cross-sectional shape so as to oppose the brake disk 2 as well, the magnetic circuit exerted by the permanent magnet 7 to the brake disk 2 becomes long, and the magnetic efficiency is deteriorated. . Therefore, as a configuration of the eddy current reduction device, in order to shorten the distance between the magnetic pole surface of the permanent magnet 7 and the surface of the braking disk 2, the surface of the braking disk that faces the ferromagnetic body is opposed to the surface orthogonal to the rotational axis direction. The angle ± β can be inclined.
[0034]
At this time, the angle at which the braking disk surface is tilted with respect to the surface orthogonal to the rotational axis direction is any direction if the clockwise direction is + β and the counterclockwise direction is −β with respect to the orthogonal surface as a reference. However, the distance between the magnetic pole surface of the permanent magnet 7 and the surface of the brake disk 2 can be shortened by combining with the angle α. When the braking disk surface is tilted with respect to the surface orthogonal to the rotation axis direction as a configuration of the eddy current reduction device , the angle ± β needs to satisfy the following relationship (2).
[0035]
0 ° <β <90 ° (2)
As the configuration of the eddy current reduction device , α = β (+ α = + β or −α = −β) in the relationship between the above formulas (1) and (2) is the most permanent magnetic pole surface and braking disk. Since the distance to the surface can be shortened, it is further desirable from the viewpoint of magnetic efficiency.
[0036]
In the above-described device configuration, the holding ring can move in the direction of the rotation axis, but the permanent magnet is held in a state where the angle ± α is inclined with respect to the rotation axis direction and the permanent magnet is inclined with respect to the braking surface of the braking disk. The magnet is pulled away in the direction of the rotation axis. As a result, the relationship between the power Fm required to separate the permanent magnet in the vertical direction and the power Fa required to separate the permanent magnet in the direction of the rotation axis is Fa = Fm · cosα, and the power required to separate the permanent magnet is reduced. Can do.
[0037]
As shown in FIG. 8, which will be described later, when the permanent magnet 7 is held in a state of being perpendicularly opposed to the surface of the brake disk 2 via the ferromagnetic material 8, the holding ring 4 is orthogonal to the surface of the brake disk 2. This can also be achieved by retracting the angle ± α with respect to the direction of the rotation axis.
[0038]
Further, even in the case shown in FIGS. 9 and 10 to be described later, the permanent magnet 7 can be moved while being swung while facing the brake disk 2, and the holding ring 4 can be moved in the rotation axis direction perpendicular to the surface of the brake disk 2. Alternatively, it can be achieved by retracting the angle ± α in the inclined direction. In this case, the angle α is defined by the movement amount L 2 of the moving amount L 1 in the circumferential direction of the rotation axis direction of the permanent magnet 7 by the following equation (3).
[0039]
tanα = L 2 / L 1 ... (3)
That is, even in the device configuration shown in FIGS. 8 to 10 described later, the permanent magnet 7 is separated by pulling the permanent magnet 7 facing the braking disk 2 in a direction inclined by an angle ± α with respect to the rotation axis direction. The relationship of Fa = Fm · cos α is also established between the power Fm required for separating in the vertical direction and the power Fa required for separating.
[0040]
If the angle α employed in the eddy current reduction device of the present invention is increased, the power required for separation from the braking disk can be reduced, so that the required cylinder diameter can be reduced and the number of installations can be reduced. Become. On the other hand, since the moving distance of the permanent magnet is increased, the guide cylinder that houses the permanent magnet is increased, and the stroke of the cylinder is increased. Therefore, in the present invention, it is necessary to consider the optimization of the angle α to be adopted in consideration of the effect of reducing the separation power and the effect of downsizing the apparatus.
[0041]
【Example】
Below, the specific structure of the eddy current reduction device of this invention is demonstrated based on Reference Examples 1-4 and Examples 5 and 6. FIG. 4 and 5 are diagrams showing a reference configuration example of the present invention in which the permanent magnet is held by the holding ring at an angle ± α with respect to the rotation axis direction.
[0042]
The eddy current reduction devices of Reference Examples 1 and 2 are composed of a braking disk 2 made of a ferromagnetic material and a guide cylinder 3 made of a non-magnetic material, and in the direction of the rotation axis perpendicular to the braking surface of the braking disk 2 The guide ring 3 is provided with a cylinder 5 for moving the holding ring 4 back and forth. Since the holding ring 4 is inclined at an angle α with respect to the rotation axis, the magnetic pole direction of the permanent magnet 7 is in a state where the angle α is inclined with respect to the braking surface of the braking disk 2.
[0043]
A plurality of ferromagnetic materials 8 are arranged so as to make a pair with the permanent magnet 7 in the circumferential direction so as to face the permanent magnet 7. The cross-sectional shape of the ferromagnetic material 8 needs to be configured to have a cross-sectional shape that reduces the gap between the surface facing the permanent magnet 7 and the surface facing the braking disk 2 so that the air gap is minimized. . The cross-sectional shape shown in FIGS. 4 and 5 is configured as a wedge shape or a substantially triangular shape. Normally, the ferromagnetic material having such a cross-sectional shape is cast integrally with the guide tube 3 made of aluminum, for example.
[0044]
The permanent magnet 7 is moved by moving the holding ring 4 in a direction perpendicular to the brake disk 2 by the operation of the cylinder 5, that is, in the rotation axis direction. During braking, little power is required to move the retaining ring 4 forward. At the time of non-braking, the permanent magnet 7 is separated in the direction of the rotation axis with the angle ± α tilted with respect to the braking surface of the braking disk 2, so that the power required for the separation can be reduced.
[0045]
FIG. 4 is a view showing a state in which the permanent magnet 7 is inclined at an angle + α with respect to the braking surface of the braking disk 2, and FIG. 5 is a state in which the permanent magnet 7 is inclined at an angle −α with respect to the braking surface of the braking disk 2. However, in any case, the power required for separation can be reduced.
[0046]
In the eddy current reduction device of Reference Example 3 shown in FIG. 6, in addition to holding the permanent magnet 7 at an angle ± α with respect to the rotation axis direction orthogonal to the braking disk 2, Of these, the surface facing the ferromagnetic body 8 is inclined at an angle ± β with respect to the surface orthogonal to the rotational axis direction. With this configuration, the wedge-shaped or substantially triangular thickness of the ferromagnetic material 8 can be made relatively thin, and the distance between the magnetic pole surface of the permanent magnet 7 and the surface of the braking disk 2 can be shortened. it can.
[0047]
In the eddy current reduction device of Reference Example 4 shown in FIG. 7, in order to minimize the thickness of the ferromagnetic body 8, the angle α for tilting the permanent magnet 7 and the angle β for tilting the brake disk 2 are set to α = β. With this configuration, the distance between the magnetic pole surface of the permanent magnet 7 and the surface of the brake disk 2 can be minimized, so that the magnetic efficiency can be improved.
[0048]
In the eddy current reduction device of the fifth embodiment shown in FIG. 8, a plurality of permanent magnets 7 are arranged in the circumferential direction on the side surface of the holding ring 4 that faces the braking disk 2, and the direction of the magnetic poles of the permanent magnet 7 is It faces the braking surface of the braking disk 2. Further, a plurality of ferromagnetic bodies 8 facing the magnetic pole surfaces of each permanent magnet 7 are arranged so as to make a pair with the permanent magnet 7 in the circumferential direction.
[0049]
On the other hand, the holding ring 4 that holds the permanent magnet 7 is coupled to a piston rod 6 that fits into the cylinder 5 on the outer end wall of the guide cylinder 3. Retreat in a direction inclined by an angle ± α. Therefore, when the retaining ring 4 is moved backward when switching to non-braking, the power for separating the permanent magnet 7 from the braking disk 2 can be reduced.
[0050]
FIG. 9 is a front cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of the eddy current reduction device according to the sixth embodiment. FIG. 10 is a plan sectional view for explaining a sectional configuration of the eddy current reduction device of the sixth embodiment. In both figures, (a) shows a configuration during braking, and (b) shows a configuration during non-braking.
[0051]
In the eddy current reduction device of the sixth embodiment shown in FIGS. 9 and 10, the permanent magnet 7 can be moved while being turned against the brake disk 2, and the holding ring 4 can be moved with respect to the rotation axis direction perpendicular to the surface of the brake disk 2. The angle ± α is retracted in the inclined direction. Thus, the switching to the non-braking, with the retraction of the retaining ring 4, permanent magnets 7 arranged on the holding ring 4, and at the same time L 1 moves in the rotation axis direction, to pivot moves by L 2 in the circumferential direction However, the power required for disconnecting from the braking disk 2 can be reduced.
[0052]
【The invention's effect】
According to the eddy current speed reducer of the present invention, the “magnet pole face facing method” is adopted for the disk type speed reducer, so that the braking efficiency is excellent and the permanent magnet is used when switching from braking to non-braking. The power required for disconnecting the motor from the braking disk is reduced, and the actuators, cylinders, and other devices required for this are reduced in size, making it possible to reduce the size and weight. And since it can be made into a simple structure with a simple structural design, it is excellent also in the mounting property to a vehicle, and economical efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example during braking of a “magnet pole face facing type” eddy current reduction device using a permanent magnet.
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of a “magnet pole face facing type” eddy current reduction device using a permanent magnet at the time of non-braking.
FIG. 3 is a view schematically showing a state in which the holding ring is inclined at an angle ± α with respect to the rotation axis direction.
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an eddy current reduction device of Reference Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an eddy current reduction device of Reference Example 2 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an eddy current reduction device of Reference Example 3 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an eddy current reduction device of Reference Example 4 of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an eddy current reduction device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a front sectional view showing a sectional configuration of an eddy current reduction device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan sectional view showing a sectional configuration of an eddy current reduction device according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: rotating shaft 2: braking disk 3: guide cylinder 4: retaining ring 5: cylinder 6: piston rod 7: permanent magnet 8: ferromagnetic material

Claims (2)

回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクに対向させて移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記(1)式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置。
0°< α <90° ・・・ (1)
A braking disk attached to the rotating shaft, a guide cylinder supported by a non-rotating part and disposed on the side of the braking disk, a holding ring housed in the guide cylinder and movable forward and backward, A plurality of permanent magnets that are opposed to the brake disk in the circumferential direction of the retaining ring and whose adjacent magnetic poles are arranged in opposite directions, and a strong magnet disposed on the end face of the guide cylinder so as to face the permanent magnet. An eddy current reduction device provided with a magnetic material, wherein the permanent magnet is movable while facing the braking disk, wherein the holding ring is expressed by the following formula (1) with respect to the rotational axis direction perpendicular to the braking disk: A small, lightweight eddy current reduction device that can move at an angle of ± α satisfying
0 ° <α <90 ° (1)
回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に支持されて前記制動ディスクの側方に配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前後進の移動可能な保持リングと、この保持リングの周方向に前記制動ディスクに対向して、隣接する磁極が互いに逆向きに配した複数の永久磁石と、この永久磁石と対向するように前記案内筒の端面に配設された強磁性材とを設け、前記永久磁石を前記制動ディスクに対向させて旋回させながら移動自在とした渦電流減速装置であって、前記保持リングに配した永久磁石の回転軸方向の移動量L1と周方向への移動量L2から角度αを下記(3)式で定義した場合に、前記保持リングは前記制動ディスクと直交する回転軸方向に対し、下記(1)式を満足する角度±αで傾けて移動可能であることを特徴とする小型、軽量型の渦電流減速装置。
0°< α <90° ・・・ (1)
tanα = L2/L1 ・・・ (3)
A braking disk attached to the rotating shaft, a guide cylinder supported by a non-rotating part and disposed on the side of the braking disk, a holding ring housed in the guide cylinder and movable forward and backward, A plurality of permanent magnets that are opposed to the brake disk in the circumferential direction of the retaining ring and whose adjacent magnetic poles are arranged in opposite directions, and a strong magnet disposed on the end face of the guide cylinder so as to face the permanent magnet. An eddy current reduction device provided with a magnetic material and movable while rotating the permanent magnet facing the braking disk, wherein the permanent magnet disposed on the holding ring has a movement amount L 1 in the rotation axis direction. When the angle α is defined by the following expression (3) from the circumferential movement amount L 2 , the holding ring has an angle ± α that satisfies the following expression (1) with respect to the rotation axis direction orthogonal to the braking disk. Be tiltable and movable A small, lightweight eddy current reduction device characterized by
0 ° <α <90 ° (1)
tan α = L 2 / L 1 (3)
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