JP3941740B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に減速制動を与える渦電流式減速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、先に図２５〜図２７に示す渦電流式減速装置ａを開発した（特許文献１の図８及び図９参照）。図示するように、この渦電流式減速装置ａは、車両の動力伝達系の回転軸（駆動軸等）ｂに取り付けられたドラム状の制動ロータｃと、変速機等の固定系に取り付けられたステータ（磁力源）ｄとを有し、ステータｄからロータｃへ磁気を供給することでロータｃに渦電流を生じさせて回転軸ｂすなわち車両を減速制動し、磁気をステータｄ内に遮蔽することで減速制動を解除するものである。
【０００３】
ステータｄは、中空リング状に形成された非磁性体からなるケーシングｅを有する。ケーシングｅのロータ対向面には、周方向に所定間隔を隔てて複数の磁性体からなるポールピースｆが埋設されている。ケーシングｅの内部には、磁石環ｇが回動自在に収容されている。磁石環ｇは、磁性体からなりリング状に形成されたヨークｈを有する。ヨークｈの外周面には、周方向に所定間隔を隔てて複数の永久磁石ｉが装着されている。永久磁石ｉは、径方向の両端に磁極を有し、周方向に極性を交互に配置されている。
【０００４】
この構成によれば、図２６に示すように、磁石環ｇをエアシリンダ等のアクチュエータｊによって回動させ、永久磁石ｉがポールピースｆに対向する位相とすると、永久磁石ｉとロータｃとを結ぶ磁気回路ｋが形成され、ロータｃに渦電流が流れて回転軸ｂが制動される。他方、図２７に示すように、磁石環ｇを、永久磁石ｉの中央部がポールピースｆ、ｆ同士の中間部に対向する位相とすると、永久磁石ｉとポールピースｆとを結ぶ磁気回路ｍが形成され、永久磁石ｉの磁気がポールピースｆによって遮蔽されるため、ロータｃに渦電流が生じることはなく、回転軸ｂの制動が解除される。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−１１８９０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記渦電流式減速装置ａにおいては、永久磁石ｉをヨークｈの曲率に合わせて精度良く湾曲して製造する必要がある。何故なら、永久磁石ｉとヨークｈとの間に隙間が生じると、その隙間が磁気的絶縁層となって図２６に示す磁気回路ｋの生成が妨げられるため、制動力の低下を招くからである。このため、永久磁石ｉの製造コストの増大を招いていた。また、ポールピースｆも中空リング状のケーシングｅの外周面の曲率に合わせて湾曲して製造する必要があり、これも製造コストの増大を招いていた。
【０００７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、永久磁石およびポールピースを精度良く湾曲して製造する必要がなく、低コスト化を図れる渦電流式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】
上記目的を達成するために本発明に係る渦電流式減速装置は、回転軸に取り付けられた制動ロータと、該制動ロータに対向させて配置された第１磁石環と、該第１磁石環と制動ロータとの間に配置された第２磁石環と、それら第１磁石環および第２磁石環の少なくとも一方を回動するアクチュエータとを備え、上記第１および第２磁石環は、回転軸の軸方向の両端に磁極を有し周方向に所定間隔を隔てて配置された複数の永久磁石と、各永久磁石の軸方向の両端部に夫々装着された磁性体からなるポールピースとを有するものである。
【０００９】
また、上記第１および第２磁石環は、永久磁石同士の周方向の間およびポールピース同士の周方向の間に、磁気的絶縁層を有することが好ましい。
【００１０】
また、上記永久磁石が、回転軸の軸方向に所定間隔を隔てて極性を交互に複数配置され、上記ポールピースが、各永久磁石の軸方向の間及び軸方向両端の永久磁石に夫々装着されてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１２】
図１〜図４に示すように、この渦電流式減速装置１は、車両の駆動軸等の動力伝達系の回転軸２に取り付けられたドラム状の制動ロータ３と、変速機等の固定系に取り付けられたステータ（磁力源）４とを有し、ステータ４からロータ３へ磁気を供給することでロータ３に渦電流を生じさせて回転軸２すなわち車両を減速制動し、磁気をステータ４内に遮蔽することで減速制動を解除するものである。
【００１３】
ロータ３は、ステータ４からの磁気及びそれによって生じる渦電流を流すため、例えば低炭素鋼等の磁性体かつ導体の材質からなる。ロータ３は、回転軸２にナット５によって固定されたハブ６に、スポーク７を介して設けられている。なお、スポーク７をファン状に成形し、回転軸２の回転に伴って冷却風を渦電流により発熱するロータ３側へ送風するようにしてもよい。また、ロータ３の外周面には、渦電流によって生じた熱を放熱するための放熱フィン８が設けられている。
【００１４】
ステータ４は、回転軸２と同芯的に形成された中空リング状のケーシング９を有する。ケーシング９は、非磁性体（オーステナイト系ステンレスやアルミ等、以下同じ）からなり、円筒状の外周壁及び内周壁と、それらの側面を覆うリング板状の一対の側壁９ａ、９ａとから略矩形断面に形成されている。
【００１５】
ケーシング９の内部には、第１磁石環１０が周方向に回動自在に収容されている。第１磁石環１０は、回転軸２の軸方向の両端に磁極を有し周方向に極性を交互に配置された複数の永久磁石１１と、各永久磁石１１の軸方向の両端部に夫々装着された磁性体（低炭素鋼や電磁鋼板の積層体等、以下同じ）からなるポールピース１２と、各ポールピース１２同士の周方向の間および各永久磁石１１同士の周方向の間に形成された磁気的絶縁層１３とを有する。
【００１６】
詳しくは、図２（ｂ）、図３及び図４に示すように、ケーシング９の内部には、非磁性体からなり軸方向に所定間隔が隔てられた一対のリング状の側板１４、１４が、周方向に回動自在に収容されている。これら側板１４、１４の径方向内側の縁部には、非磁性体からなる筒状の底板１５が設けられている。底板１５とケーシング９との間には、滑り軸受（ブッシュ）１６が介設され、側板１４とケーシング側壁９ａとの間にも、滑り軸受（ブッシュ）１７が介設されている。
【００１７】
側板１４は、ケーシング９に取り付けられたアクチュエータ１８に、連結されている。アクチュエータ１８は、流体シリンダやラック・ピニオン機構やネジ送り機構等からなり、第１磁石環１０をケーシング９に対して所定角度範囲で回動させる。アクチュエータ１８には、第１磁石環１０をケーシング９に対して所定角度範囲の両端部にオンオフ的に回動させるタイプか、または第１磁石環１０を所定角度範囲の任意の位置に固定するタイプが用いられる。
【００１８】
上記側板１４、１４の間には、上記永久磁石１１とポールピース１２とからなる内側磁石ユニット１９が、周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。各ユニット１９の周方向の間には、空気層からなる磁気的絶縁層１３が形成されている。各ユニット１９は、図２（ｂ）に示すように、一方の側板１４を貫通して他方の側板１４に螺合され、双方の側板１４、１４を軸方向に締め付けるボルト２０により、側板１４、１４の間に挟持される。
【００１９】
なお、図１１（ｂ）に示すように、側板１４に、ユニット１９の位置を定める凹部２１を設けてもよい。ボルト２０は、各ユニット１９、１９同士の周方向の間、すなわち磁気的絶縁層１３に配置されるため、非磁性体から製造することが好ましい。磁気的絶縁層１３は、図例では、各ユニット１９、１９同士の周方向の間の空間（空気層）からなるが、この空間に樹脂等の非磁性体を充填してもよい。
【００２０】
上記第１磁石環１０とロータ３との間には、図１〜図４に示すように、第２磁石環２２が配置されている。第２磁石環２２は、ケーシング９の外周面すなわちロータ３と向き合う面に、取り付けられている。第２磁石環２２は、回転軸２の軸方向の両端に磁極を有し周方向に極性を交互に配置された複数の永久磁石２３と、各永久磁石２３の軸方向の両端部に夫々装着された磁性体からなるポールピース２４と、各ポールピース２４同士の周方向の間および各永久磁石２３同士の周方向の間に形成された磁気的絶縁層２５とを有する。
【００２１】
詳しくは、図２（ａ）、図３及び図４に示すように、ケーシング９の外周面には、一対の側壁９ａ、９ａの間に位置させて、周方向に沿って開口が形成されている。開口には、上記永久磁石２３とポールピース２４とからなる外側磁石ユニット２６が、周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。
【００２２】
各ユニット２６は、ケーシング９を構成する一方の側壁９ａを貫通して他方の側壁９ａに螺合され、双方の側壁９ａ、９ａを軸方向に締め付けるボルト２７により、側壁９ａ、９ａの間に挟持される。なお、図１１（ａ）に示すように、側壁９ａに、ユニット２６の位置を定める凹部２８を設けてもよい。ボルト２７は、各ユニット２６同士の周方向の間、すなわち磁気的絶縁層２５に配置されるため、非磁性体から製造することが好ましい。
【００２３】
磁気的絶縁層２５は、図例では、各ユニット２６同士の周方向の間の空間（空気層）からなる。なお、この空間に樹脂等の非磁性体を充填し、ケーシング９の内部への塵芥や水等の侵入を防止するようにしてもよい。
【００２４】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２５】
回転軸２すなわち車両を減速制動するときには、図５〜図７に示すように、第１磁石環１０をアクチュエータ１８によって回動させ、第１磁石環１０の永久磁石１１の磁極を第２磁石環２２の永久磁石２３の磁極と同位相にする。すると、図５に示すように、第１磁石環１０の永久磁石１１とロータ３とを結ぶ第１磁気回路（第１制動回路）２９と、第２磁石環２２の永久磁石２３とロータ３とを結ぶ第２磁気回路（第２制動回路）３０とが形成され、ロータ３に渦電流が流れて回転軸２が減速制動される。
【００２６】
回転軸２の制動を解除するときには、図１〜図３に示すように、第１磁石環１０をアクチュエータ１８によって回動させ、第１磁石環１０の永久磁石１１の磁極を第２磁石環２２の永久磁石２３の磁極と逆位相にする。すると、図１に示すように、第１磁石環１０の永久磁石１１と第２磁石環２２の永久磁石２３と結ぶ第３磁気回路（遮蔽回路）３１が形成され、ロータ３に磁力が作用しないため渦電流が生起されることはなく、回転軸２の減速制動が解除される。なお、第１磁石環１０を図３と図７との中間的な位相で固定すれば、制動力を調節できる。
【００２７】
本実施形態においては、各内側磁石ユニット１９同士の周方向の間、及び各外側磁石ユニット２６同士の周方向の間には、それぞれ磁気的絶縁層（空気層）１３、２５が設けられている。このため、各内側磁石ユニット１９同士、及び各外側磁石ユニット２６同士を、周方向に繋げる必要はなく、各ユニット１９、２６を構成するポールピース１２、２４及び永久磁石１１、２３の形状を、精度よく円弧状に形成する必要はない。よって、ポールピース１２、２４及び永久磁石１１、２３の製造コストを低減できる。
【００２８】
図例では、図８に示すように、ポールピース１２、２４は、軸方向から見て各磁石環１０、２２の曲率に合わせて円弧状に屈曲された略直方体形状の低炭素鋼のブロック材、又は軸方向から見て上記形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数図面裏表方向に積層してなるが、図４に示すように、周方向に隣接するポールピース１２、１２（２４、２４）同士の間には磁気的絶縁層１３、（２５）が設けられるため周方向に繋げる必要がないので、上述のように円弧状に屈曲させない単純な直方体形状や円柱形状とすることが可能である。
【００２９】
また、図９に示すように、永久磁石１１、２３は、図例では軸方向から見て各磁石環１０、２２の曲率に合わせて円弧状に屈曲された略直方体形状に形成され、ポールピース１２、２４と軸方向に重なるように成形されているが、図４に示すように、周方向の隣接する永久磁石１１、１１（２３、２３）同士の間には磁気的絶縁層１３、（２５）が設けられるため周方向に繋げる必要がないので、上述のように円弧状に屈曲させない単純な直方体形状（角柱形状）や円柱形状としてもよい。この場合、角柱形状または円柱形状の軸方向の両端部に磁極が設定されるため、着磁も容易である。
【００３０】
図１０は、破線で示すポールピース１２、（２４）を円弧状に屈曲させた直方体形状とし、実線で示す永久磁石１１、（２３）を単純な直方体形状とした例を示す。なお、ポールピース１２、（２４）も単純な直方体形状としてもよく、また、永久磁石１１、（２３）及びポールピース１２、（２４）を円柱形状としてもよいことは勿論である。これらの場合であっても、隣接するユニット１９、１９（２６、２６）の間には、磁気的絶縁層（空気層）１３、（２５）が設けられるため、各ユニット１９、（２６）を周方向に所定間隔を隔てて問題なく配置することができる。
【００３１】
このように、本実施形態によれば、ポールピース１２、（２４）及び永久磁石１１、（２３）の製作精度が要求されないので、製造コストを低減できる。なお、各ユニット１９、（２６）の永久磁石１１、（２３）とポールピース１２、（２４）との軸方向の接合面は、図１及び図４に示す各磁気回路２９、３０、３１を切断しないようにするため隙間なく密着させる必要があるが、この面の加工は容易であり、コストアップとはならない。また、図２及び図３に示すように、永久磁石１１、（２３）をポールピース１２、（２４）で挟んだユニット１９、（２６）を軸方向からボルト２０、（２７）を介して締め付けているので、上記接合面に隙間が生じ難い。
【００３２】
図１２に示す変形例は、第１磁石環１０の内側磁石ユニット１９をボルト３２によって底板１５に固定したものであり、その他は、前実施形態と同様の構成となっている。ボルト３２は、各ユニット１９のポールピース１２をその外周面から内周面に貫通し、底板１５にねじ込まれている。ボルト３２は、磁性体から製造することが好ましい。
【００３３】
図１３は、図４をXIII方向から見た変形例であり、外側磁石ユニット２６のポールピース２４を永久磁石２３と比べて径方向外方に突出して形成したものである。これにより、減速制動時におけるポールピース２４とロータ３とのエアギャップが小さくなって制動力が向上すると共に、永久磁石２３とロータ３とのエアギャップを大きく確保でき、ロータ３の熱影響による永久磁石２３の減磁を抑制できる。
【００３４】
図１４は、図４を XIV方向から見た変形例であり、内側磁石ユニット１９のポールピース１２の内周面に、凹部３３を周方向に沿って形成したものである。これにより、図５において永久磁石１１、２３の磁力線の通過面積を小さくできるので、磁束密度が高まり、制動力が向上する。
【００３５】
図１５は、図４をXV方向から見た変形例であり、外側磁石ユニット２６のポールピース２４の角部にテーパ部３４を形成したものである。これにより、図５において永久磁石１１、２３の磁力線の通過面積を小さくできるので、磁束密度が高まり、制動力が向上する。
【００３６】
図１６は、図４を XVI方向から見た変形例であり、外側磁石ユニット２６のポールピース２４を外窄まりに形成したものである。また、図１７は、図４をXVII方向から見た変形例であり、内側磁石ユニット１９のポールピース１２を外広がり形成したものである。図１６及び図１７の構成により、図１に示す制動解除時に、永久磁石１１、２３の磁力線の通過面積を小さくできるので、磁束密度が高まり、磁束漏れによる引きずり制動を抑制できる。
【００３７】
なお、引きずり制動を抑制するには、内側磁石ユニット１９の永久磁石１１の磁力を外側磁石ユニット２６の永久磁石２３の磁力よりも、若干強めに設定すればよい。また、内側磁石ユニット１９の永久磁石１１の磁極面積を外側磁石ユニット２２の永久磁石２３の磁極面積よりも、若干広めに設定してもよい。
【００３８】
図１８に、第１磁石環１０の変形例を示す。図示するように、この第１磁石環１０は、図１に示す底板１５を省略し、ポールピース１２の内周面に凹部３５を形成し、凹部３５に非磁性体部材３６を装着し、非磁性体部材３６、３６の間に空隙３７を形成し、その下部に滑り軸受（ブッシュ）１６を装着したものである。
【００３９】
図１９に、第１磁石環１０の別の変形例を示す。図示するように、この第１磁石環１０は、図１８に示す第１磁石環１０のポールピース１２の凹部３５に、空隙３７を埋める形状に形成された非磁性体部材３８を装着したものであり、その他は図１８のものと同様の構成となっている。
【００４０】
図２０に、第１磁石環１０の別の変形例を示す。図示するように、この第１磁石環１０は、図１８に示す第１磁石環１０のポールピース１２の凹部３５を省略し、その分だけ永久磁石１１の径方向の寸法を伸ばし、ポールピース１２の内周面に直接滑り軸受（ブッシュ）１６を装着したものである。
【００４１】
図２１及び図２２に、図１〜図４に示す実施形態の第１および第２磁石環１０、２２に改良を施した変形例を示す。図示するように、この変形例における第１磁石環１０は、図１〜図４に示す永久磁石１１を回転軸２の軸方向に所定間隔を隔てて極性を交互に２個配置し、それら永久磁石１１の軸方向の間及び軸方向両端の永久磁石１１に、磁性体からなるポールピース１２を夫々装着してなる。同様に、第２磁石環２２は、図１〜図４に示す永久磁石２３を回転軸２の軸方向に所定間隔を隔てて極性を交互に２個配置し、それら永久磁石２３の軸方向の間及び軸方向両端の永久磁石に、磁性体からなるポールピース２４を夫々装着してなる。
【００４２】
この実施形態においては、回転軸２を制動するときには、図２１に示すように、アクチュエータ１８で第１磁石環１０を回動させ、第１磁石環１０の永久磁石１１の磁極を第２磁石環２２の永久磁石２３の磁極と同位相にする。すると、第１磁石環１０の永久磁石１１とロータ３とを結ぶ第１磁気回路（第１制動回路）２９と、第２磁石環２２の永久磁石２３とロータ３とを結ぶ第２磁気回路（第２制動回路）３０とが形成され、ロータ３に渦電流が流れて回転軸２が減速制動される。
【００４３】
回転軸２の制動を解除するときには、図２２に示すように、第１磁石環１０をアクチュエータ１８によって回動させ、第１磁石環１０の永久磁石１１の磁極を第２磁石環２２の永久磁石２３の磁極と逆位相にする。すると、第１磁石環１０の永久磁石１１と第２磁石環２２の永久磁石２３と結ぶ第３磁気回路（遮蔽回路）３１が形成され、ロータ３に磁力が作用しないため渦電流が生起されることはなく、回転軸２の減速制動が解除される。なお、第１磁石環１０を図２１と図２２との中間的な位相で固定すれば、制動力を調節できる。
【００４４】
図２３及び図２４に示す変形例は、図２１及び図２２に示す実施形態の第１及び第２磁石環１０、２２の永久磁石１１、２３をそれぞれ３列としたものである。すなわち、永久磁石１１、２３を回転軸２の軸方向に所定間隔を隔てて極性を交互に３個配置し、それら永久磁石１１、２３の軸方向の間及び軸方向両端の永久磁石１１、２３に、磁性体からなるポールピース１２、２４を夫々装着したものである。
【００４５】
この実施形態においても、図２３に示すように、第１磁石環１０の永久磁石１１の磁極を第２磁石環２２の永久磁石２３の磁極と同位相にすると、第１磁気回路（第１制動回路）２９と、第２磁気回路（第２制動回路）３０とが形成され、回転軸２が減速制動される。また、図２４に示すように、第１磁石環１０の永久磁石１１の磁極を第２磁石環２２の永久磁石２３の磁極と逆位相にすると、第３磁気回路（遮蔽回路）３１が形成され、回転軸２の減速制動が解除される。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る渦電流式減速装置によれば、永久磁石およびポールピースを精度良く製造する必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る渦電流式減速装置の制動オフ時の側断面図である。
【図２】（ａ）は図１のIIa−IIa線断面図、（ｂ）は図１のIIb−IIb線断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】第１磁石環及び第２磁石環の斜視図である。
【図５】上記渦電流式減速装置の制動オン時の側断面図である。
【図６】（ａ）は図５のVIa−VIa線断面図、（ｂ）は図１のVIb−VIb線断面図である。
【図７】図１のVII−VII線断面図である。
【図８】（ａ）はポールピースの正面図、（ｂ）はポールピースの側面図である。
【図９】（ａ）は永久磁石の正面図、（ｂ）は永久磁石の側面図である。
【図１０】（ａ）は永久磁石の正面図、（ｂ）は永久磁石の側面図である。
【図１１】（ａ）は図２（ａ）の第２磁石環の変形例を示す説明図、（ｂ）は図２（ｂ）の第１磁石環の変形例を示す説明図である。
【図１２】図３の第１磁石環の変形例を示す説明図である。
【図１３】図４のXIII矢示図である。
【図１４】図４の XIV矢示図である。
【図１５】図４のXV矢示図である。
【図１６】図４の XVI矢示図である。
【図１７】図４のXVII矢示図である。
【図１８】第１磁石環の変形例を示す断面図である。
【図１９】第１磁石環の変形例を示す断面図である。
【図２０】第１磁石環の変形例を示す断面図である。
【図２１】変形例を示す渦電流式減速装置の制動オン時の側断面図である。
【図２２】上記渦電流式減速装置の制動オフ時の側断面図である。
【図２３】変形例を示す渦電流式減速装置の制動オン時の側断面図である。
【図２４】上記渦電流式減速装置の制動オフ時の側断面図である。
【図２５】本発明者が先に開発した渦電流式減速装置の側断面図である。
【図２６】上記渦電流式減速装置の制動オン時の正面断面図である。
【図２７】上記渦電流式減速装置の制動オフ時の正面断面図である。
【符号の説明】
１ 渦電流式減速装置
２ 回転軸
３ 制動ロータ
１０ 第１磁石環
１１ 永久磁石
１２ ポールピース
１３ 磁気的絶縁層
１８ アクチュエータ
２２ 第２磁石環
２３ 永久磁石
２４ ポールピース
２５ 磁気的絶縁層

Claims (3)

1. 回転軸に取り付けられた制動ロータと、該制動ロータに対向させて配置された第１磁石環と、該第１磁石環と制動ロータとの間に配置された第２磁石環と、それら第１磁石環および第２磁石環の少なくとも一方を回動するアクチュエータとを備え、上記第１および第２磁石環は、回転軸の軸方向の両端に磁極を有し周方向に所定間隔を隔てて配置された複数の永久磁石と、各永久磁石の軸方向の両端部に夫々装着された磁性体からなるポールピースとを有することを特徴とする渦電流式減速装置。
2. 上記第１および第２磁石環は、永久磁石同士の周方向の間およびポールピース同士の周方向の間に、磁気的絶縁層を有する請求項１記載の渦電流式減速装置。
3. 上記永久磁石が、回転軸の軸方向に所定間隔を隔てて極性を交互に複数配置され、上記ポールピースが、各永久磁石の軸方向の間及び軸方向両端の永久磁石に夫々装着された請求項１又は２記載の渦電流式減速装置。

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