JP3882488B2 - 渦電流減速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として自動車の摩擦ブレーキを補助するための永久磁石式渦電流減速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の摩擦ブレーキを補助するための従来の電磁石式渦電流減速装置は、渦電流減速装置の形状が大きく重いので、自動車に搭載するのが難しい。また、消費電流が多いので、電源バツテリの容量を増強する必要がある。そこで、高性能の希土類の永久磁石（以下、これを単に磁石という）を使用すれば、渦電流減速装置の小型・軽量化を図ることができ、電力を消費しないことから自動車への搭載が容易になる。
【０００３】
しかし、特願昭６３−１２７６９６号、特願平２−２０１８２０号、特願平３−３１３５６３号などに開示される制動ドラム型の磁石式渦電流減速装置や、特願昭６３−３１４２８０号、特願平２−２０１８１９号などに開示される制動円板型の磁石式渦電流減速装置は、磁石を動かすことにより非制動と制動の切換えを行わなければならない。
【０００４】
制動ドラム型の磁石式渦電流減速装置の場合は、制動ドラムの内部に配置した磁石支持筒の外周面に、磁石を制動ドラムの内周面に対する磁極が周方向に交互に異なるように（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，……のように）結合されている。制動ドラムの内周面と磁石の外面との間に、各磁石の磁極に対向する強磁性体を有する非磁性体からなる案内筒が配置される。
【０００５】
制動時、強磁性体と磁石が重なり、磁石からの磁界が強磁性体を通して制動ドラムとの間に磁気回路を形成する。この時、回転する制動ドラムに渦電流が発生し、制動トルクが発生する。制動を解除する時は、磁石を強磁性体と強磁性体の間へ移動すると、磁石からの磁界が強磁性体との間に短絡的磁気回路を形成し、制動ドラムには殆ど磁界が及ばなくなる。
【０００６】
上述の渦電流減速装置の問題は、磁石支持筒を制動位置から非制動位置へ切り換える時に、磁石支持筒を回動する力が大きいので、アクチユエータ（流体圧アクチユエータなど）が大きくなり、自動車への搭載が困難であつた。そこで、特願平２−１１２０２６号（制動ドラム型）や特願平２−２０１８１７号（制動円板型）に開示されるように、磁石を支持する可動の磁石支持筒ないし磁石支持環と、不動の磁石支持筒ないし磁石支持環とを備え、可動の磁石支持筒ないし磁石支持環を磁石の配列ピツチだけ正逆回動して非制動と制動の切換えを行つている。この渦電流減速装置によれば、全体の磁石の半分の磁石を動かすだけでよいので、可動の磁石支持筒ないし磁石支持環を回動する力は弱くなるが、構造の面で部品点数が多く、製造経費が嵩む。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は上述の問題に鑑み、できるだけ作動力の小さいアクチユエータにより非制動と制動の切換えを行うことができる渦電流減速装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の構成は回転軸に結合した制動ドラムと、該制動ドラムの内部に配設した断面長方形の内空部を有する非磁性体からなる不動の案内筒と、該案内筒の外筒部に周方向等間隔に備えた多数の強磁性体と、前記案内筒の内空部に正逆回動可能に支持した磁石支持筒と、前記磁石支持筒の外周面に前記案内筒の外筒部の強磁性体に対向する極性が周方向交互に異なるように結合した多数の磁石と、前記磁石支持筒を正逆回動するためのアクチユエータとを備えた渦電流減速装置において、制動解除時前記アクチユエータにより前記磁石支持筒を、各磁石が各強磁性体にそれぞれ全面的に対向する制動位置から極性が互いに異なる２つの磁石が共通の強磁性体に部分的に対向する非制動位置までの約半分の行程だけ押し戻すためのばねを、前記アクチユエータの内部または前記案内筒の内空部に収容したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の構成は回転軸に結合した制動円板と、該制動円板の少くとも一方の側壁に対向して配設した断面長方形の内空部を有する非磁性体からなる不動の案内筒と、該案内筒の前記制動円板に対向する側壁に周方向等間隔に設けた多数の強磁性体と、前記案内筒の内空部に正逆回動可能に支持した磁石支持環と、該磁石支持環に前記各強磁性体に対向しかつ極性が周方向交互に異なるように結合した多数の磁石と、前記磁石支持環を正逆回動するためのアクチユエータとを備えた渦電流減速装置において、制動解除時前記アクチユエータにより前記磁石支持環を、各磁石が各強磁性体にそれぞれに全面的に対向する制動位置から極性が互いに異なる２つの磁石が共通の強磁性体に部分的に対向する非制動位置までの約半分の行程だけ押し戻すためのばねを、前記アクチユエータの内部または前記案内筒の内空部に収容したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
磁石支持筒を非制動位置から制動位置へ切り換える場合に、磁石支持筒を制動ドラムの回転方向と同じ方向へ回動する方が、磁石支持筒を制動ドラムの回転方向と反対方向へ回動するよりも、磁石支持筒を回動する力が小さくてすむ。
【００１１】
【実施例】
図１，２に示すように、本発明による渦電流減速装置は、例えば車両用変速機の出力回転軸１に結合される導体からなる制動ドラム７と、制動ドラム７の内部に配設される非磁性体からなる案内筒１０と、案内筒１０の断面長方形の内空部に収容した可動の磁石支持筒１４とを備えている。制動ドラム７はボス５のフランジ部５ａを、駐車ブレーキの制動ドラム３の端壁部と一緒に、回転軸１にスプライン嵌合固定した取付フランジ２に重ね合され、かつ複数のボルト４とナツトにより締結される。ボス５から放射状に延びる多数の支持腕（スポーク）６に、放熱フイン８を備えた制動ドラム７の基端が結合される。
【００１２】
断面長方形をなす案内筒１０は例えば断面Ｃ字形の筒体に、環状板からなる端壁１１を結合して構成される。案内筒１０は適当な手段により例えば変速機の歯車箱に固定される。案内筒１０の外筒部１０ａに周方向等間隔に設けた多数の開口２５に、強磁性体（ポールピース）１５がそれぞれ結合される。好ましくは、強磁性体１５は案内筒１０のアルミニウム鋳造時鋳込まれる。厳密には、案内筒１０は強度の点からみれば、強磁性体１５を結合する外筒部１０ａだけを非磁性体とすれば足りる。また、断面長方形をなす案内筒１０の外筒部１０ａは特願平１１−２５０８３５号や特願平１１−０６４８４０号で提案されている強磁性体と非磁性体（または弱磁性体）が一体になつた複合材でもよい。
【００１３】
磁性体からなる可動の磁石支持筒１４は、案内筒１０の内空部にあつて、内筒部１０ｂに軸受１２により正逆回動可能に支持される。磁石支持筒１４から軸方向へ延びる腕１６は、案内筒１０の端壁に設けた円弧状のスリツト１８ａを経て、アクチユエータ２０のロツドに連結される。磁石支持筒１４は外周面に各強磁性体１５に対向する磁石２４を、強磁性体１５に対向する極性が周方向交互に異なるように結合される。
【００１４】
磁石支持筒１４を正逆回動するためのアクチユエータ２０は、シリンダ１８にピストン１７を嵌挿して端室３１，３２を区画し、ピストン１７に結合したロツド３３を端室３２から外部へ突出してなる。磁石支持筒１４から案内筒１０の外部へ突出する腕１６に、ロツド３４がピンにより連結される。ロツド３３とロツド３４とは所定の屈曲角を超えないようにピンにより連結される。
【００１５】
非制動時、図３に示すように、磁石支持筒１４の周方向に並ぶ極性が互いに異なる２つの磁石２４が、共通の強磁性体１５に部分的に対向する。この時、磁石２４は各強磁性体１５と磁石支持筒１４との間に短絡的磁気回路ｗを形成し、制動ドラム７に磁界を殆ど及ぼさない。
【００１６】
制動時、図２に示すように、磁石支持筒１４の各磁石２４は各強磁性体１５にそれぞれ対向する。磁石２４が強磁性体１５を経て制動ドラム７に磁界を及ぼす。回転する制動ドラム７が磁界を横切る時、制動ドラム７に渦電流が流れ、制動ドラム７に制動トルクが発生する。この時、各磁石２４は制動ドラム７と磁石支持筒１４との間に磁気回路ｚを形成する。
【００１７】
図７に線７２，７３で示すように、制動ドラム７の回転数が３６００ｒｐｍでは、磁石支持筒１４を非制動位置から制動位置へ回動する場合に、磁石支持筒１４を制動ドラム７の回転方向ｙへ回動するアクチユエータ２０の押力（線７３，７３ａ）のほうが、磁石支持筒１４を制動ドラム７の回転方向と反対方向に回動する押力（線７２，７２ａ）に比べて小さく、それだけアクチユエータ２０の容量を小さくできる。これは最近急速に発展したダイナミツク電磁界解析技術により、制動時に制動ドラム７の内部に発生する渦電流から生じる反抗磁界に起因することが明らかになり、磁石支持筒１４を作動させる力も計算できるようになつた。つまり、制動ドラム７に発生する渦電流から生じる反抗磁界と磁石２４からの磁界とが反発し合い、制動ドラム７の回転方向へ磁石支持筒１４を押す力が働くためである。したがつて、本発明では非制動位置から制動位置にするために、磁石支持筒１４を動かす方向を制動ドラム７の回転方向ｙと同方向にする。
【００１８】
しかし、上述の場合、磁石支持筒１４を制動位置から非制動位置へ切り換える時は、磁石支持筒１４の回動方向は制動ドラム７の回転方向と反対方向になり、制御装置の故障などにより、アクチユエータ（空圧シリンダなど）２０が磁石支持筒１４を非制動位置へ戻す力が働かなくなることがある。特に、制動ドラム７の回転数が比較的低い場合（例えば２０００ｒｐｍ以下）には、磁石支持筒１４を制動位置から非制動位置へ戻すための復帰力は、制動位置から非制動位置へ至るまでの約半分の行程で小さい。つまり、制動ドラム７の高速回転時以外は磁石支持筒１４が自動復帰しなくなることがあるので、制動位置から非制動位置へ戻すばねをアクチユエータ２０の端室３２に設けるが好ましい。この場合は、磁石支持筒１４を非制動位置から制動位置へに動かす力、特にばねの抗力を極力抑えるために、図４，５に示すように、制動位置から非制動位置までの約半分の行程（磁石が強磁性体から離脱する付近、正確には強磁性体や磁石の周方向の長さや間隔によつて多少異なる）まで押し戻すばね３５か、または制動位置から非制動位置までの約半分の行程を過ぎると急にばね定数が小さくなる非線形ばね３６を、アクチユエータ２０の端室３２または案内筒１０の内空部に収容するのが好ましい。
【００１９】
図４に示すばね３５はピストン１７に当接する端部３５ａのばねの線径が小さく、シリンダ１８に当接する端部の線径が大きい。図６に線６２で示すように、制動位置から非制動位置までの約半分の行程までは、アクチユエータ２０のピストン１７にばね３５の戻し力が働き、ピストン１７の行程が約半分を超えると、磁石支持筒１４の磁石２４と案内筒１０の外筒部１０ａの強磁性体１５との間に働く反抗磁界に基づく、磁石支持筒１４が回転方向ｙと反対方向のトルクを受けて非制動位置へ戻る。
【００２０】
図５に示すばね３６はばねの線径が等しく、ピストン１７に当接する端部３６ａからシリンダ１８に当接する端部へと次第にばねの巻径が大きくなる。図６に線６３で示すような特性が得られ、磁石支持筒１４の制動位置から非制動位置への円滑な戻り回動が得られる。制動時の磁石２４の位置を若干非制動位置の方へずらすと、制動ドラム７の高速回転域で磁石支持筒１４が制動位置から非制動位置へ戻り易くなる。
【００２１】
図８〜１１に示す実施例では、渦電流減速装置は回転軸４２に結合される左右１対の導体からなる制動円板４３と、制動円板４３の間に配設される非磁性体からなる不動の案内筒６１と、案内筒６１の内空部に正逆回動可能に支持した磁石支持環５０とを備えている。導風路４３ｃを有する制動円板４３は、ボス４３ａから放射方向に延びる多数の支持腕４３ｂと一体に形成され、ボス４３ａを回転軸４２にスプライン結合される。
【００２２】
案内筒６１はボス４５ａから放射方向に延びる多数の支持腕４５ｂと一体に形成され、ボス４５ａが軸受４４により回転軸４２に支持される。案内筒６１は適当な手段により例えば変速機の歯車箱に固定される。案内筒６１の両側壁に多数の強磁性体４６が周方向等間隔に結合される。磁石支持環５０は案内筒６１の内空部に軸受４７により回動可能に支持される。磁石支持環５０に各強磁性体４６に対向する磁石５２が配設される。磁石支持環５０の両側面に潤滑油を含浸させた薄い滑り板５４が結合され、強磁性体４６に摺接される。
【００２３】
図９に示すように、磁石支持環５０には扇形の磁石５２が、各強磁性体４６に対向しかつ強磁性体４６に対向する極性が周方向交互に異なるように配設される。磁石支持環５０の外周壁に形成した部分歯車５８に、不動の案内筒６１に固定したアクチユエータ（電動機）５６の小歯車５５が噛み合され、磁石支持環５０は磁石５２の半配列ピツチｐだけ正逆回動可能とされる。
【００２４】
非制動時、図１０に示すように、互いに極性が異なる２つの磁石５２が共通の強磁性体４６に部分的に対向し、左右１対の強磁性体４６の間で短絡的磁気回路ｗが生じ、制動円板４３に磁界を及ぼさない。制動時、図１１に示すように、電動機５６により磁石支持環５０を磁石５２の半配列ピツチｐだけ回動すると、各磁石５２が各強磁性体４６に全面的に対向する。したがつて、各磁石５２が強磁性体４６を経て制動円板４３に磁界を及ぼす。回転する制動円板４３が磁界を横切る時、制動円板４３に渦電流が発生し、制動円板４３が制動トルクを受ける。この時、１対の制動円板４３の間に磁気回路ｚが生じる。
【００２５】
本実施例でも、制動時アクチユエータ（電動機）５６により磁石支持環５０を、極性が互いに異なる２つの磁石５２が共通の強磁性体４６に部分的に対向する非制動位置から、各磁石５２が各強磁性体４６にそれぞれに対向する制動位置へ、制動円板４３の通常の回転方向ｙと同じ方向へ回動する。
【００２６】
図８〜１１に示す渦電流減速装置は左右１対の制動円板４３の間に案内筒６１と磁石支持環５０が配設されるが、本発明は１つの制動円板の片側または両側に案内筒６１と磁石支持環５０が配設される渦電流減速装置にも適用できる。この場合、非磁性体からなる案内筒の制動円板に対向する側壁に、多数の強磁性体が周方向等間隔に設けられ、磁性体からなる磁石支持環５０に、各強磁性体に対向しかつ強磁性体に対する極性が周方向交互に異なるように磁石が支持される。
【００２７】
本発明は特開平１−２９８９４７号公報に開示される制動円板型の渦電流減速装置や、非制動時、制動体へ磁束が洩れないようにした特開平６−３８５０４号公報、特開平２０００−１１６１０６号公報などに開示される渦電流減速装置にも適用できる。さらに、本発明は特願平８−２５７５２１号に開示されるような複数の可動の磁石支持筒を備えた渦電流減速装置にも適用できる。アクチユエータには流体圧アクチユエータの外に、モータアクチユエータ（電動機、サーボモータ、ボイスコイルモータ、リニアモータなど）を用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば制動の際に、磁石支持筒を制動ドラムを通常（車両の前方走行時）の回転方向と同方向へ回動することにより、比較的小さい押力により磁石支持筒を回動することができるので、アクチユエータの小形化が可能になり、空圧アクチユエータの場合には空気消費量を節減できる。
【００２９】
磁石支持筒を非制動位置へ戻す場合に、アクチユエータの一方の端室に行程の約半分まで戻し力が働くばねを収容することにより、制動ドラムの低速回転域でも、端室へ加圧空気を供給しないで、ばねの戻し力と反抗磁界による戻し力とにより、磁石支持筒を非制動位置へ戻すことができる。
【００３０】
特願平２−１１２０２６号などに開示される従来の渦電流減速装置に比べて、構成が簡単であり、部品点数が少く、製造単価の節減に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る渦電流減速装置の側面断面図である。
【図２】同渦電流減速装置の正面断面図である。
【図３】同渦電流減速装置の非制動時の正面断面図である。
【図４】同渦電流減速装置のアクチユエータに用いるばねの側面図である。
【図５】同渦電流減速装置のアクチユエータに用いるばねの側面図である。
【図６】同ばねの特性を表す線図である。
【図７】磁石支持筒を制動位置から非制動位置へ切り換えるのに必要なアクチユエータの押力を表す線図である。
【図８】本発明が適用される他の形式の渦電流減速装置の正面断面図である。
【図９】同渦電流減速装置の側面断面図である。
【図１０】同渦電流減速装置の非制動時の展開平面断面図である。
【図１１】同渦電流減速装置の制動時の展開平面断面図である。
【符号の説明】
１：回転軸 ３：制動ドラム ５：ボス ６：支持腕 ７：制動ドラム ８：放熱フイン １０：案内筒 １０ａ：外筒部 １０ｂ：内筒部 １２：軸受 １４：磁石支持筒 １５：強磁性体 １６：腕 １７：ピストン １８：シリンダ １８ａ：スリツト ２０：アクチユエータ ２４：磁石 ２５：開口 ３１：端室 ３２：端室 ３３：ロツド ３４：ロツド ３５：ばね ３５ａ：端部 ３６：ばね ３６ａ：端部

Claims (3)

1. 回転軸に結合した制動ドラムと、該制動ドラムの内部に配設した断面長方形の内空部を有する非磁性体からなる不動の案内筒と、該案内筒の外筒部に周方向等間隔に備えた多数の強磁性体と、前記案内筒の内空部に正逆回動可能に支持した磁石支持筒と、前記磁石支持筒の外周面に前記案内筒の外筒部の強磁性体に対向する極性が周方向交互に異なるように結合した多数の磁石と、前記磁石支持筒を正逆回動するためのアクチユエータとを備えた渦電流減速装置において、制動解除時前記アクチユエータにより前記磁石支持筒を、各磁石が各強磁性体にそれぞれ全面的に対向する制動位置から極性が互いに異なる２つの磁石が共通の強磁性体に部分的に対向する非制動位置までの約半分の行程だけ押し戻すためのばねを、前記アクチユエータの内部または前記案内筒の内空部に収容したことを特徴とする渦電流減速装置。
2. 回転軸に結合した制動円板と、該制動円板の少くとも一方の側壁に対向して配設した断面長方形の内空部を有する非磁性体からなる不動の案内筒と、該案内筒の前記制動円板に対向する側壁に周方向等間隔に設けた多数の強磁性体と、前記案内筒の内空部に正逆回動可能に支持した磁石支持環と、該磁石支持環に前記各強磁性体に対向しかつ極性が周方向交互に異なるように結合した多数の磁石と、前記磁石支持環を正逆回動するためのアクチユエータとを備えた渦電流減速装置において、制動解除時前記アクチユエータにより前記磁石支持環を、各磁石が各強磁性体にそれぞれに全面的に対向する制動位置から極性が互いに異なる２つの磁石が共通の強磁性体に部分的に対向する非制動位置までの約半分の行程だけ押し戻すためのばねを、前記アクチユエータの内部または前記案内筒の内空部に収容したことを特徴とする渦電流減速装置。
3. 前記ばねは、制動解除時、前記磁石支持筒または前記磁石支持環を制動位置から非制動位置までの約半分の行程を強い力で、その後は全行程まで弱い力で押し戻すものである、請求項１，２に記載の渦電流減速装置。

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