JP3970736B2

JP3970736B2 - 電磁式リターダ及び制動力発生方法

Info

Publication number: JP3970736B2
Application number: JP2002286692A
Authority: JP
Inventors: 勲岡本; 雄一市川; 俊夫北村; 哲久林
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004129335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁式リターダの小型化及び軽量化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積載量の大きいトラックやバスなどの大型車両では、降坂時や混雑した都市内での低速走行時にブレーキを多用すると、その摩擦材（ライニング）の温度上昇や摩擦寿命の低下が懸念される。このため、大型車両では、サービスブレーキを補助すべく、排気通路を閉じて内燃機関をコンプレッサとして働かせることで、制動力を発生させる排気ブレーキが利用されてきた。近年、高速道路網の拡充や輸送の高速化に伴い、大型車両の制動性能のさらなる向上が必要となり、排気ブレーキに加え電磁式リターダが使用され始めた。電磁式リターダは、磁界中で回転する導体にはフーコ効果によって渦電流が流れることを利用し、導体の回転を減速（制動）させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁式リターダでは、特開２００１−２５８２３７号公報又は特開２００１−３２７１５６号公報に開示されるように、放射状に固定配置されたコイルの外周を、導体からなるロータが回転する構成であったために、その外形寸法が大きく、車両への搭載レイアウトに苦労が大きかった。また、電磁式リターダの外形寸法が大きいことに加え、磁界をロータが横切ることでコイルには大きな捩りトルクが発生し、その支持部材には高剛性が要求されるため、電磁式リターダの重量が重いという欠点があった。重量増加により、動力性能，排気性状，燃料消費率などに影響を及ぼすため、電磁式リターダの重量は、できるだけ軽い方が望ましい。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、円周方向に沿って固定配置されたコイルの内周及び外周をロータが回転する構成とすることで、制動力に比して、小型かつ軽量な電磁式リターダを実現する技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、回転軸に垂直な面上でその円周方向に沿って固定配置されるコイルと、前記回転軸に対して回転自由に固定され、該回転軸の半径方向外方を向くコイルの外周面と離間しつつ対面する略円筒形状の円筒部を有するアウターロータと、前記回転軸に対して一体的に固定され、該回転軸の半径方向内方を向くコイルの内周面と離間しつつ対面する略円筒形状の円筒部を有するインナーロータと、前記回転軸の回転を利用して、前記インナーロータに対してアウターロータを反対方向に回転させる遊星歯車機構と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、前記遊星歯車機構は、前記アウターロータ及びインナーロータを略同一の周速度で夫々反対方向に回転させることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記コイル，アウターロータ及びインナーロータは、前記回転軸の半径方向に複数配置されたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明では、回転軸に垂直な面上でその円周方向に沿って固定配置されたコイルを半径方向外方及び内方から挟むように配置されたアウターロータ及びインナーロータを備えた電磁式リターダにおいて、前記アウターロータを回転軸に対して回転自由に固定する一方、前記インナーロータを回転軸に対して一体的に固定し、該アウターロータ及びインナーロータを夫々反対方向に回転させることで、該アウターロータ及びインナーロータに渦電流を生じさせ、制動力を発生させることを特徴とする。
【０００８】
請求項５記載の発明では、前記アウターロータ及びインナーロータは、前記コイルに対して略同一の相対周速度で夫々反対方向に回転させることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記コイル，アウターロータ及びインナーロータは、前記回転軸の半径方向に複数配置されたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、本願発明による作用について説明する。
請求項１又は請求項４に係る発明によれば、円周方向に沿って固定配置されたコイルを半径方向外方及び内方から挟むように、アウターロータ及びインナーロータが夫々配置される。そして、アウターロータ及びインナーロータを夫々回転させると、コイルから発生した磁界を両ロータが横切ることで、フーコ効果により両ロータに渦電流が生じ、制動力が発生される。従って、アウターロータだけではなくインナーロータにおいても制動力が発生するので、所定の制動力を発揮できるようにするには、アウターロータの直径（半径）を従来より小さくすることができ、電磁式リターダが小型かつ軽量なものとなる。一方、体積が同一であれば、電磁式リターダの制動力を向上させることができ、車両全体としての制動力が向上する。
【００１０】
このとき、コイルの外周及び内周をアウターロータ及びインナーロータが夫々反対方向に回転するので、各ロータからコイルが受ける円周接線方向の反力成分が夫々反対方向となる。このため、円周接線方向の反力成分が相互に打ち消し合う結果、コイルに作用する反力が小さくなり、コイルを固定配置するブラケットなどの必要強度が低下し、軽量化がなされる。
【００１１】
請求項２又は請求項５に係る発明によれば、アウターロータ及びインナーロータはコイルに対して略同一の相対周速度で夫々反対方向に回転するので、各ロータからコイルが受ける円周接線方向の反力成分の大きさが略同一となる。このため、円周接線方向の反力成分が相互に打ち消し合う結果、コイルに作用する反力が略０となり、ブラケットなどの必要強度の低下により、さらなる軽量化がなされる。
【００１２】
請求項３又は請求項６に係る発明によれば、コイル，アウターロータ及びインナーロータが半径方向に複数配置されるので、各ロータにより発生する制動力の総和が大きくなり、さらなる制動力向上がなされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化した電磁式リターダを、変速機とプロペラシャフトとを接続するコンパニオンフランジの間に介装した第１実施形態を示す。
変速機１０の後端壁１０Ａには、取付ブラケット１２を介して、半径方向外方及び内方に夫々磁界を発生させる電磁式の８つのコイル１４（１４Ａ〜１４Ｈ）が、円周を８等分した位置に放射状に固定取付される。半径方向外方及び内方を向くコイル１４の外周及び内周には、夫々、その外周面及び内周面と所定間隔を隔てて対面しつつ回転する、導体からなるアウターロータ１６及びインナーロータ１８が配設される。
【００１４】
アウターロータ１６は、コイル１４の外周面に対面する略円筒形状の円筒部１６Ａと、円筒部１６Ａの軸方向端部を閉鎖する略円板形状の円板部１６Ｂと、を含んで構成される。一方、インナーロータ１８は、コイル１４の内周面に対面する略円筒形状の円筒部１８Ａと、円筒部１８Ａの軸方向端部を閉鎖する略円板形状の円板部１８Ｂと、を含んで構成される。そして、アウターロータ１６及びインナーロータ１８は、その円板部１６Ｂ及び１８Ｂを略同心に当接させた状態で、変速機１０のコンパニオンフランジ１０Ｂとプロペラシャフト２０のコンパニオンフランジ２０Ａとの間に介装固定される。
【００１５】
かかる構成によれば、アウターロータ１６及びインナーロータ１８は、円周方向に沿って固定配置されたコイル１４の外周及び内周を同方向に回転するので、コイル１４から発生した磁界を横切り、フーコ効果によってその円筒部１６Ａ及び１８Ａ内部に渦電流が生じ、回転抑制力により制動力が発生される。このため、アウターロータ１６だけではなくインナーロータ１８においても制動力が発生するので、所定の制動力を発揮できるようにするには、アウターロータ１６の直径（半径）を従来より小さくすることができ、電磁式リターダの小型化かつ軽量化を図ることができる。そして、電磁式リターダの小型化により、その車載レイアウトが容易になると共に、軽量化により、動力性能，排気性状，燃料消費率を向上させることができる。一方、電磁式リターダの体積を同一とすれば、その制動力が向上し、車両全体としての制動力をさらに向上させることができる。
【００１６】
なお、コイル１４，アウターロータ１６及びインナーロータ１８は、例えば、放熱フィンが外壁に形成されたケースなどの筐体に収納される構成とし、これを駆動力伝達系に介装させるようにしてもよい（以下同様）。
図２は、本発明を具現化した電磁式リターダの第２実施形態を示す。なお、先の第１実施形態と同じ構成については、同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００１７】
半径方向外方及び内方を向くコイル１４の外周及び内周には、夫々、その外周面及び内周面と所定間隔を隔てて対面しつつ回転する、導体からなるアウターロータ２２及びインナーロータ２４が配設される。
即ち、変速機１０の出力軸１０Ｃには、ボールベアリング２６を介して、アウターロータ２２が回転自由に固定される。アウターロータ２２は、ボールベアリング２６のアウターレース２６Ａと嵌合する略円筒形状のボス部２２Ａと、コイル１４の外周面と対面する略円筒形状の円筒部２２Ｂと、ボス部２２Ａ及び円筒部２２Ｂの軸方向端部を閉鎖しつつ連結する略円板形状の円板部２２Ｃと、を含んで構成される。一方、インナーロータ２４は、変速機１０の出力軸１０Ｃに嵌合固定される略円筒形状のボス部２４Ａと、コイル１４の内周面に対面する略円筒形状の円筒部２４Ｂと、ボス部２４Ａ及び円筒部２４Ｂの軸方向端部を閉鎖しつつ連結する略円板形状の円板部２４Ｃと、を含んで構成される。
【００１８】
また、アウターロータ２２の内部空間であって、その円板部２２Ｃとインナーロータ２４の円板部２４Ｃとの間には、インナーロータ２４に対して、アウターロータ２２を反対方向に回転させる遊星歯車機構２８が取り付けられる。遊星歯車機構２８は、変速機１０の出力軸１０Ｃに嵌合固定されるサンギヤ２８Ａと、アウターロータ２２の円筒部２２Ｂの内周面に固定取付されるインターナルギヤ２８Ｂと、取付ブラケット１２の先端部により回転自由に固定され、サンギヤ２８Ａ及びインターナルギヤ２８Ｂと常時噛合うプラネットギヤ２８Ｃと、を含んで構成される。
【００１９】
そして、変速機１０のコンパニオンフランジ１０Ｂには、ボルトなどの締結部材を介して、プロペラシャフト２０のコンパニオンフランジ２０Ｂが締結固定される。
かかる構成によれば、先の第１実施形態の作用及び効果に加え、次のような利点がある。即ち、アウターロータ２２及びインナーロータ２４は反対方向に回転するので、各ロータ２２及び２４からコイル１４が受ける円周接線方向の反力成分が夫々反対方向となる。このため、円周接線方向の反力成分が相互に打ち消し合い、コイル１４に作用する反力が小さくなる。従って、コイル１４を固定配置する取付ブラケット１２の必要強度が低下し、その横断面積を減少できることから、電磁式リターダを一層軽量化することができる。
【００２０】
このとき、アウターロータ２２及びインナーロータ２４は、コイル１４に対して略同一の相対周速度で夫々反対方向に回転するように、遊星歯車機構２８を設計することが望ましい。即ち、コイル１４の半径方向外方及び内方で発生する磁束密度が同一であり、かつ、アウターロータ２２及びインナーロータ２４の周速度が略同一であれば、両ロータに作用する円周接線方向の反力成分は、向きが反対で大きさが略同一となる。このため、円周接線方向の反力成分が相互に打ち消し合い、コイル１４に作用する円周接線方向の反力成分の合力が略０となり、取付ブラケット１２の必要強度がさらに低下し、電磁式リターダのさらなる軽量化を図ることができる。
【００２１】
このような作用及び効果を得るためには、次のようにすればよい。即ち、図３に示すように、アウターロータ２２及びインナーロータ２４で反力が作用する等価半径を夫々Ｒ₁及びＲ₂，アウターロータ２２及びインナーロータ２４の角速度を夫々ω₁及びω₂とすると、アウターロータ２２は、
ω₁＝ω₂・Ｒ₂／Ｒ₁
という角速度（回転速度）で回転するように、遊星歯車機構２８を設計すればよい。
【００２２】
なお、以上説明した実施形態では、コイル，アウターロータ及びインナーロータは、周方向に沿って半径方向に１つだけ配置される構成を前提としたが、半径方向に複数配置される構成としてもよい。このようにすれば、コイル，アウターロータ及びインナーロータが半径方向に複数配置されるので、各ロータにより発生する制動力の総和が大きくなり、さらなる制動力向上を図ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は請求項４に記載の発明によれば、アウターロータだけではなくインナーロータにおいても制動力が発生するので、所定の制動力を発揮できるようにするには、アウターロータの直径（半径）を従来より小さくすることができ、電磁式リターダを小型かつ軽量なものとすることができる。一方、体積が同一であれば、電磁式リターダの制動力が向上し、車両全体としての制動力を向上させることができる。
【００２４】
このとき、コイルの外周及び内周をアウターロータ及びインナーロータが夫々反対方向に回転するので、円周接線方向の反力成分が相互に打ち消し合う結果、コイルに作用する反力が小さくなり、コイルを固定配置するブラケットなどの必要強度が低下し、軽量化を図ることができる。
請求項２又は請求項５に記載の発明によれば、アウターロータ及びインナーロータはコイルに対して略同一の相対周速度で夫々反対方向に回転するので、円周接線方向の反力成分が相互に打ち消し合う結果、コイルに作用する反力が略０となり、ブラケットなどの必要強度の低下により、さらなる軽量化を図ることができる。
【００２５】
請求項３又は請求項６に記載の発明によれば、コイル，アウターロータ及びインナーロータが半径方向に複数配置されるので、各ロータにより発生する制動力の総和が大きくなり、さらなる制動力向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現化した電磁式リターダの第１実施形態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図
【図２】本発明を具現化した電磁式リターダの第２実施形態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は横断面図
【図３】第２実施形態における最適なロータ回転速度の説明図
【符号の説明】
１４コイル
１６アウターロータ
１８インナーロータ
２２アウターロータ
２４インナーロータ
２８遊星歯車機構

Claims

回転軸に垂直な面上でその円周方向に沿って固定配置されるコイルと、
前記回転軸に対して回転自由に固定され、該回転軸の半径方向外方を向くコイルの外周面と離間しつつ対面する略円筒形状の円筒部を有するアウターロータと、
前記回転軸に対して一体的に固定され、該回転軸の半径方向内方を向くコイルの内周面と離間しつつ対面する略円筒形状の円筒部を有するインナーロータと、
前記回転軸の回転を利用して、前記インナーロータに対してアウターロータを反対方向に回転させる遊星歯車機構と、
を含んで構成されたことを特徴とする電磁式リターダ。
前記遊星歯車機構は、前記アウターロータ及びインナーロータを略同一の周速度で夫々反対方向に回転させることを特徴とする請求項１記載の電磁式リターダ。
前記コイル，アウターロータ及びインナーロータは、前記回転軸の半径方向に複数配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁式リターダ。
回転軸に垂直な面上でその円周方向に沿って固定配置されたコイルを半径方向外方及び内方から挟むように配置されたアウターロータ及びインナーロータを備えた電磁式リターダにおいて、
前記アウターロータを回転軸に対して回転自由に固定する一方、前記インナーロータを回転軸に対して一体的に固定し、該アウターロータ及びインナーロータを夫々反対方向に回転させることで、該アウターロータ及びインナーロータに渦電流を生じさせ、制動力を発生させることを特徴とする制動力発生方法。
前記アウターロータ及びインナーロータは、前記コイルに対して略同一の相対周速度で夫々反対方向に回転させることを特徴とする請求項４記載の制動力発生方法。
前記コイル，アウターロータ及びインナーロータは、前記回転軸の半径方向に複数配置されたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の制動力発生方法。