JP4007223B2 - Eddy current reducer - Google Patents

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【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の渦電流減速装置に関し、さらに詳しくは制動時の制動効率に優れ、簡易な構造で小型化および軽量化が図れ、長時間にわたって使用した場合であっても、安定した制動力と耐久性が確保でき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】
従来から多用されている渦電流減速装置として、永久磁石を用いて回転しながら対向する導体内に渦電流を生じさせ、ローレンツ力により車両の回転軸に制動をかける方式がある。通常、この方式の減速装置では、永久磁石を収納して内部で永久磁石がスイッチング位置に動けるように構成される案内筒と、案内筒の外側で車体の回転軸に接続されているローター部分とから構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年においては、渦電流減速装置を搭載する車両の数や種類が増加し、渦電流減速装置に要求される性能が多様化すると同時に、高度化しており、例えば、装置の耐久性についても所定の性能が要求されるようになっている。
【0005】
具体的には、連続して渦電流減速装置を使用する車種では、制動ディスクが長時間にわたって高温にさらされるため、発生する熱変形が大きくなる。また、頻繁に制動および非制動を繰り返す車種では、制動ディスクに非弾性ひずみが多数回繰返し負荷されることから、熱疲労亀裂が発生する。このため、制動ディスクの熱変形や熱疲労亀裂の発生防止を図り、装置の耐久性を向上させ、装置寿命を延長させることが要求される。
【0006】
本発明は、この渦電流減速装置の耐久性の向上に鑑みてなされたものであり、制動時の制動効率に優れ、簡易な構造で小型、軽量化が可能であるとともに、長時間にわたって使用した場合であっても、制動ディスクの変形が抑制でき、安定した制動力の確保が可能であり、また、熱疲労亀裂の発生を防止し、耐久性を向上させることができる渦電流減速装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
図1は、永久磁石を用いて対向する導体内に渦電流を生じさせる渦電流減速装置の構成例を示す断面図である。案内筒3やシリンダー5等の装置各部の詳細な作用や構成は後述するが、制動ディスク21は永久磁石7に対向するように配置され、制動時にはその内部に渦電流が発生する。図1に示す制動ディスク21は、その内周部が回転軸1に取り付けられ、固定された構造になっている。また、制動ディスク21の背面には、冷却用のフィン9が設けられている。
【0008】
永久磁石が及ぼす磁力を制動ディスクに垂直に作用させると、その磁力線を回転する制動ディスクが横切るときに相対的な速度差から制動ディスクに渦電流が発生し、ジュール熱が発生する。この発熱によって制動ディスクが熱膨張するが、その内周部が回転軸に固定されているため、半径方向の熱膨張が拘束される。
【0009】
制動時の制動ディスクは、永久磁石と対向する部位はジュール熱により高温になるが、その部位より内周側および外周側では発熱量が小さく、永久磁石と対向する部位より低温になる。したがって、制動ディスクには永久磁石と対向する高温部と、その内周側および外周側に位置する低温部が存在する。このとき、制動ディスクの熱膨張量は高温になる部位ほど大きくなるが、永久磁石と対向する高温部の熱膨張量は、周囲の低温部、すなわち、熱膨張が小さい部位によって拘束される。この結果、制動ディスクの高温部には、非弾性ひずみ(塑性ひずみおよびクリープひずみ)が生じる。
【0010】
制動ディスクを長期間使用した場合には、この非弾性ひずみが蓄積し、残留変形が生じ、徐々に制動ディスクの変形が大きくなる。制動ディスクの変形が大きくなると、永久磁石と制動ディスク表面との距離が変化するため、制動ディスクに作用する磁力が変化して制動効率が低下する。
【0011】
さらに、制動ディスクを長期間使用して制動および非制動を繰り返すことによって、制動ディスクに非弾性ひずみが繰り返し負荷されるため、熱疲労亀裂が発生する。熱疲労亀裂が発生すると、ディスクに発生する渦電流が減少し、制動効率が低下する。
【0012】
上述した制動ディスクの変形および熱疲労亀裂発生を抑制するには、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを抑制することが必要である。このため、制動ディスクの内周部を回転軸に直接固定しない構造にするとともに、制動ディスクの半径方向に温度差が形成されにくい構造にするのが有効である。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、下記に記載された渦電流減速装置を要旨としている。
(1) 本発明に基づく渦電流減速装置は、車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、前記環状制動ディスクの他方の主面に近づく方向と離れる方向とに移動可能な保持リングと、前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの他方の主面に対向して、隣接する磁極面が互いに逆向きに配した複数の第1の永久磁石とを設け、前記第1の永久磁石が前記環状制動ディスクに接近して制動状態となる位置と、前記環状制動ディスクから離れて非制動状態となる位置との間で移動可能に構成されており、前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴としている。
【0013】
前記で規定する「環状制動ディスク」とは、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを抑制するため、制動ディスクの内周部を回転軸に固定せず、同時に半径方向に温度差が形成できにくい形状にしたものである。本発明の制動ディスクの基本形は円形環状であるが、必ずしも円形のものに限定されるものではなく、環状部の始点と終点が連続しており、切れ目のない形状であれば採用することができる。
【0014】
基本形に関して、円形環状に限定されず、環状部の始点と終点が連続しており、切れ目のない形状であることは、保持リングについても同様である。環状制動ディスクと保持リングとは、環状制動ディスク主面の上方から投影したときに、少なくとも相似形であり、合同形状であるとより好ましく、最も好ましくは、相似形または合同形状の互いの図形上で回転角を持たないことである。
(2) また、本発明に基づく渦電流減速装置は、車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、前記環状制動ディスクの他方の主面に接近して非接触に保持される保持リングと、前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの一方の主面に対向して、少なくとも一つの第二の永久磁石と少なくとも一つのスイッチング用電磁石とを含む複合磁石を複数個設け、隣接する前記複合磁石の磁極面の向きが互いに逆向きに配置されており、前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴としている。
【0015】
ここで、「複合磁石」とは、磁石に永久磁石と電磁石とを組み合わせた磁石を示している。例えば、複合磁石として永久磁石の磁路を電磁石をON−OFFすることによって変化させる、いわゆるハイブリッド型を採用すると、シリンダによる保持リングの駆動部を設けなくても、制動または非制動の切り替えが可能になる。
【0016】
なお、以下の説明において、単に「磁石」と記すのは、永久磁石だけの場合(第1の永久磁石)および永久磁石(第2の永久磁石)と電磁石の組み合わせによる複合磁石の少なくともいずれか一方を示す。
【0017】
「環状制動ディスクの主面」とは、環状制動ディスクが有する、表裏の環状の盤面、外周面および内周面の4面のうち、広くて平らな平面を有する環状の盤面をいう。ちなみに、前記表裏盤面のいずれかの平面(いずれかの主面)が磁力と対向している。
【0018】
次に「接近して」とは、磁石から十分な磁力線が回転中の環状制動ディスクに到達し、その環状制動ディスクに十分な渦電流を発生させ、回転エネルギーを熱に変換し、回転しているこの環状制動ディスクにブレーキを十分かけることができる程度に、磁石またはそれを保持する保持リングと環状制動ディスクとが近づいている状態をいう。
【0019】
また「離れて」とは、磁石からの磁力線が環状制動ディスクには殆ど到達せず、その結果として環状制動ディスクにはほとんど渦電流が生じない程度に、磁石またはそれを保持する保持リングと環状制動ディスクとが遠ざかっている状態をいう。
【0020】
さらに「磁極面」とは、磁石形状を形成する「面」のうち、静止している制動ディスクの主面に対して垂直に通過する磁束を出すことができる磁石の面をいう。すなわち、制動ディスク主面に対向している磁石の面を磁極面とも言うことができ、主には磁石形状そのもののある一つの面を指すが、磁石そのものでなく強磁性体等を介して磁束を出す前述の複合磁石などの場合や、あるいは磁石形状に凹凸等が有り、複数の磁石表面から磁束が出される場合では、仮想的に磁束を出す面を規定しそれを磁極面としてもよい。
(3) 本発明に基づく渦電流減速装置は、前記環状の制動ディスクは、磁石の磁極面と対向する位置に設けられ、且つその環の幅(回転軸の中心から回転軸の半径方向に見たときの環の長さ)は、その磁石の回転軸に対する径方向長さ以上の幅を有している。
【0021】
このように構成することによって、磁石が及ぼす磁力を制動ディスクに充分に作用させることができて、しかも、制動ディスクは環状であるため、その半径方向の幅は回転軸に固定された円板状の制動ディスクの場合より小さくなり、制動ディスクの半径方向に形成される温度差は小さくなる
【0022】
制動ディスク保持部材にリブと支持板とを含ませて構成するので、隣接する2枚のリブと環状制動ディスクと、支持板との間に空洞が形成され、ここを流通する空気量を確保でき、制動ディスクの冷却能力を高めることができる。さらに、リブを環状制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出させることによって、空気を積極的に空洞内に送り込むことが可能になり、一層、制動ディスクの冷却能力を高めることができる
(4) 本発明に基づく渦電流減速装置に用いられるリブは、前記環状制動ディスクの放熱用のフインとして構成してもよい。これにより、制動時であっても、制動ディスクの冷却性能が高まりディスクの温度が上昇しにくくなるので、ディスクの半径方向に形成される温度差が小さくなり、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを小さくできる。
【0023】
ここで用いられるリブは、回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜して構成したり、さらに回転方向に湾曲して構成したりしてもよい。こうすることで、形成される空洞内を空気が流通し易くなり、空気による冷却効果を高めることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
上述した本発明に基づく渦電流減速装置の構成の例を、具体的な図面を用いて説明する。
【0025】
図2は、本発明に基づく第1の減速装置の断面構成例を示す図である。第1の減速装置では、制動ディスク保持部材8は支持ディスク(支持板)8bおよびリブ8aの組み合わせによって構成される。図2に示す渦電流減速装置では、車両の回転軸1に取り付けられた支持ディスク8bと、リブ8aを介して支持ディスク8bにその一つの主面で接続された環状制動ディスク2と、車両の非回転部分に取り付けられた案内筒3を備えている。環状制動ディスク2は、リブ8aを介した支持ディスク8bとの接続により回転軸1に固定される。
【0026】
案内筒3の内部には環状制動ディスク2の制動面(主面)に対し近づく方向と離れる方向とに移動可能な保持リング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の環状制動ディスク2と対向する端面には強磁性材からなるポールピース3aが配置される。
【0027】
図2に示す案内筒3では、その制動ディスク2と対向する端面には強磁性材からなるポールピース3aが配置される構造になっているが、本発明の渦電流減速装置では、案内筒の制動ディスクと対向する端面にポールピースを配置させることなく、この案内筒の端面を非磁性材で構成するものであってもよい。なお、耐久性、耐候性が満足できる場合は、案内筒そのものを配備させなくともよい。
【0028】
保持リング4の環状制動ディスク2と対向する面には、複数の磁石7が周方向に配置されている。磁石7の磁極面は環状制動ディスク2の制動面(主面)に対向しており、隣接する磁石7の磁極面が互いに逆向きに配置されている。本発明の渦電流減速装置では、磁石7は少なくとも永久磁石を用いることとしているが、前述の通り、永久磁石と電磁石とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド型を採用することも可能である。
【0029】
保持リング4および磁石7を収容する案内筒3は、アルミニウム、ステンレス鋼(オーステナイト系)、樹脂等非磁性材で構成され、その厚さは特に規定されないが、案内筒3の磁石と対向する端面は薄い方が望ましい。また、案内筒3の端面にポールピース3aを設ける場合には、例えば、案内筒を鋳造で作製する際に、ポールピースを一体として鋳込む方法を採用することができる。
【0030】
一方、環状制動ディスク2は、制動時に内部に渦電流が発生し、ジュール熱を生ずるため、例えば、Cr−Mo系の耐熱鋼(JIS SCM415)などの鉄を主成分とした鋼を用いることができる。
【0031】
ここで、磁石7として永久磁石を用いる場合、制動時および非制動時の動作および作用は次の通りである。磁石7の駆動機構は案内筒3の外端壁にシリンダー5が配置され、シリンダー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の作動により環状制動ディスク2に対し、この例では直交する方向に、保持リング4を近づく方向と離れる方向とに移動させることができる。
【0032】
制動時には、シリンダー5のピストンロッド6が右方(近づく方向)へ移動し、保持リング4が環状制動ディスク2の回転軸方向に前進し、磁石7が制動ディスクに対向して接近する。このとき、各磁石7が環状制動ディスク2の制動面(主面)に及ぼす磁力線を回転する環状制動ディスク2が横切る時、相対的な速度差から環状制動ディスク2に渦電流が流れ、制動トルクが発生する。
【0033】
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、ピストンロッド6に直結された保持リング4を左方(離れる方向)へ移動させるので、磁石7が環状制動ディスク2の制動面(主面)から離れ、磁石7が環状制動ディスク2へ及ぼす磁力線を弱くして、制動トルクが殆ど働かないようにする。
【0034】
図3は、本発明に基づく第1の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(X−X視野正面図)を示す図である。同図に示す構成例では、制動時に磁石の磁力が作用して制動力が生じる環状制動ディスク2が、中間部材であるリブ8aを介して支持ディスク(支持板)8bに接続している。
【0035】
図3に示す環状制動ディスク2は、円形環状(リング状)の平板から構成されているが、本発明においてはこのような形状に限定されず、内周部が拘束されることがないように環状に構成されていればよい。
【0036】
図3に示すように、環状制動ディスク2を支持ディスク8bに接続して回転軸に固定することによって、制動時に渦電流が生じ、にジュール熱が発生する場合であっても、環状制動ディスクの内周部は回転軸に直接固定されていないため、熱膨張による拘束は少ない。また、制動ディスクは環状であるため、その半径方向の幅は回転軸に固定された円板状の制動ディスクの場合より小さくなり、制動ディスクの半径方向に形成される温度差は小さい。そのため、磁石と対向する高温部の熱膨張が周囲の低温部、すなわち熱膨張が小さい部位によって拘束される程度も小さくなる。
【0037】
上述の通り、磁石と対向する高温部になる制動ディスクの熱膨張に対する拘束が低減されると、制動ディスクに生じる非弾性ひずみが減少し、長時間使用による制動ディスクの変形が抑制され、制動力の低下を防止できる。さらに、制動および非制動を繰り返したときに制動ディスクに繰り返し負荷される非弾性ひずみを低減でき、熱疲労亀裂の発生を抑制できる。
【0038】
図3に示す環状制動ディスク2では、隣接する2枚のリブ8a、環状制動ディスク2および支持ディスク8bによって空洞が形成される。環状制動ディスク2の回転にともなって、この空洞内を内周部から外周部に空気が流通し、環状制動ディスク2を冷却する。この空洞内を流通する空気量が多くなれば、その冷却性能が高まり、環状制動ディスク2の温度上昇を抑制することができる。その結果、制動ディスクの熱膨張が低減され、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを抑制できる。したがって、制動ディスクの制動効率を維持して、装置の耐久性を向上するには、前記空洞内を流通する空気量が増加する構造にするのが望ましい。
【0039】
図4は、環状制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたリブを介して支持ディスクに接続した構成を例示する図である。リブ8aを回転方向に対して傾斜させることによって、形成された空洞内を内周側から外周側に空気が流通し易くなり、流通する空気量を増加させることができる。これにより、制動ディスクの冷却性能を高め、温度上昇を抑制することが可能になり、制動ディスクの制動効率を維持して、装置の耐久性を向上することができる。
【0040】
図5は、環状制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲させたリブを介して支持ディスクに接続した構成を例示する図である。リブ8aを湾曲させた横造にすることによって、形成された空洞内を内周側から外周側に空気が、一層流通し易くなり、流通空気による冷却効果を高めることができる。
【0041】
また、リブ8a自体を湾曲させることによって、単に傾斜させたのに比べてリブ8a側面の表面積を大きくでき、流通空気による放熱量を増加させることもできる。その結果、一層、制動ディスクの冷却性能を高め、温度上昇を抑制することが可能になり、制動ディスクの制動効率を維持して、装置の耐久性を向上することができる。
【0042】
図6は、環状制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたリブを介して支持ディスクに接続し、このリブを制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出した構成を例示する図である。リブ8aを制動ディスクの内周側に突出させることによって、空気を積極的に空洞内に流通させることができる。すなわち、リブの突出部に当たる空気は空洞内に導入されるため、空洞内を流通する空気量が増加し、制動ディスクの冷却性能が高まり、制動ディスクの温度上昇を抑制することができる。
【0043】
図7は、本発明に基づく第2の減速装置の構成を例示する図であり、同(a)はその断面構成例を示しており、(b)は環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Y−Y視野正面図)で示す図である。
【0044】
図7に示す制動ディスク保持部材8は、回転軸1に取り付けられたリブ8aおよび環状の背面ディスク(背面板)8cの組み合わせによって構成される。第2の減速装置では、車両の回転軸1に取り付けられたリブ8aを挟んで、環状制動ディスク2とその反対側に環状の背面ディスク8cが接続されており、環状制動ディスク2はリム8aを介して回転軸1に固定され、回転軸1とともに回転する。背面板の内径は、空気量との関係で適宜設計し、制動ディスクの内径より小さくても、外径より大きくなってもよい。
【0045】
図7に示す構成を採用することによって、前記第1の減速装置の場合と同様に、制動時に渦電流が生じ、同時にジュール熱が発生した場合であっても、熱膨張による拘束は少なく、制動ディスクの半径方向の温度差は小さくなるので、制動ディスクに生じる非弾性ひずみが小さくなるとともに、長時間使用による制動ディスクの変形が抑制され、制動力の低下を防止できる。さらに、制動および非制動を繰り返した場合でも、熱疲労亀裂の発生を抑制できる。
【0046】
第2の減速装置においても、隣接する2枚のリブ8a、環状制動ディスク2および背面ディスク8cによって形成される空洞内を流通する空気量を増加するとともに、放熱量を増やすために、前記リブを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたり、または湾曲させたりすることができる。
【0047】
図8は、本発明に基づく第3の減速装置の構成を例示する図であり、同(a)はその断面構成例を示しており、(b)は環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Z−Z視野正面図)で示す図である。
【0048】
第3の減速装置では、制動ディスク保持部材8はリブ8aのみにて構成される。図8に示す渦電流減速装置では、車両の回転軸1に取り付けられたリブ8aと、このリブ8aに環状制動ディスク2が接続され、このリブ8aを制動ディスクの放熱用のフインとして構成するため、背面ディスク(背面板)の接続はない。
【0049】
図8に示す構成を採用することによって、前記第1、第2の減速装置の場合と同様に、制動時であっても、熱膨張による拘束は少なく、制動ディスクの半径方向の温度差は小さくなるので、制動ディスクに生じる非弾性ひずみが小さくなり、長時間使用による制動ディスクの変形や、制動および非制動の繰り返しによる熱疲労亀裂の発生を抑制することができる。
【0050】
第3の減速装置でも、制動ディスクの放熱用フインとして使用するリブの放熱効率を向上させるため、リブを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたり、または湾曲させたりすることが有効である。
【0051】
上述した第1〜第3の減速装置では、環状制動ディスクとリブ、リブと支持ディスク(支持板)、またはリブと背面ディスク(背面板)を接続するため、これらの組み合わせを鋳造で一体で作製しても良い。また、各々の部材を溶接やボルト止めなどにより結合して、前記の接続を行うようにしても良い。
【0052】
【実施例】
本発明の渦電流減速装置の効果を確認するため、有限要素法(FEM)解析を行って、制動および非制動を繰り返した場合に制動ディスクの表面に生じる非弾性ひずみ範囲を評価した。具体的には、供試材として本発明に基づく1〜3の減速装置の例および比較例を用い、制動ディスクの最高温度を650℃、最低温度を100℃とし、この熱サイクルを負荷したときに生じる非弾性ひずみ範囲を評価した。
【0053】
ただし、非弾性ひずみ範囲とは、制動、非制動を繰り返した場合に、制動ディスクの表面に生ずる非弾性ひずみの値の幅を表し、一般に、この非弾性ひずみ範囲が大きいほど、亀裂寿命は短くなる。なお、「ひずみ」なので単位長さに対する伸びの割合(%)で示されており、その値の幅(範囲)を示したのがひずみ範囲である。
【0054】
本発明例1では、第1の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構成とした。すなわち、前記図3に示すように、環状制動ディスク2の接続は、支持ディスク8bを回転軸1に取り付け、環状制動ディスク2をリブ8aを介して支持ディスク8bに接続するようにした。
【0055】
環状制動ディスクの材質はCr−Mo系の低合金鋼(JIS SCM415)とし、車両の回転軸の外径が130mmであるのに対し、環状制動ディスクの寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ10mmとした。
【0056】
支持ディスクの寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ10mmとし、リブ寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ4mm×高さ20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0057】
本発明例2では、第2の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構成とした。すなわち、前記図7に示すように、回転軸1に取り付けられたリブ8aを挟んで、環状制動ディスク2とその反対側に背面ディスク8cを接続するようにした。
【0058】
環状制動ディスクおよび回転軸の寸法は、本発明例1と同じとした。背面ディスクの寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ10mmとし、リム寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ4mm×20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0059】
本発明例3では、第3の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構成とした。すなわち、前記図8に示すように、回転軸1に取り付けられたリブ8aと環状制動ディスク2とを接続して、リブ8aを制動ディスクの放熱用のフインとして構成した。
【0060】
環状制動ディスクおよび回転軸の寸法は、本発明例1、2と同じとした。リブ寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ4mm×20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0061】
比較例では、永久磁石を用いた渦電流減速装置の円板状の制動ディスクの構成とした。すなわち、前記図1に示すように、環状制動ディスク21の内周部が回転軸1に取り付けられた構造であり、制動ディスク21の背面には冷却用フィン9が設けられている。
【0062】
制動ディスクの材質は本発明例1〜3と同じであり、車両の回転軸の外径が130mmであるのに対し、制動ディスクの寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ10mmとした。また、フィン寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ4mm×高さ20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0063】
前記本発明例1〜3および比較例を用いて、FEM解析によって非弾性ひずみ範囲を評価した結果を表1に示した。
【0064】
【表1】

Figure 0004007223
表1の評価結果から、本発明例1〜3では、比較例に比べて、制動および非制動を繰り返した場合に、制動ディスクの表面に生じる非弾性ひずみ範囲が小さい。前述の通り、非弾性ひずみ範囲が大きいほど、熱疲労亀裂の発生までの寿命は短くなることから、本発明例1〜3は、比較例に比べて、熱疲労亀裂の発生を抑制でき、装置の耐久性を向上させることができることが分かる。
【0065】
以上の通り、本発明の実施の形態および実施例を例示して説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術思想の範疇において変更可能である。
【0066】
【発明の効果】
本発明の渦電流減速装置であれば、制動ディスクの内周部が回転軸に直接固定されず、環状制動ディスクであるため、半径方向の幅が小さく、半径方向に形成される温度差は小さくなり、制動ディスクに発生する非弾性ひずみが低減され、長期間使用した場合であっても、制動ディスクが変形して制動力が低下したり、熱疲労亀裂が発生することを防止できる。
【0067】
これにより、制動時の磁気効率に優れ、簡易な構造で小型、軽量化が可能であるとともに、装置の耐久性と寿命を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】永久磁石を用いて対向する導体内に渦電流を生じさせる渦電流減速装置の構成例を示す断面図である。
【図2】本発明に基づく第1の減速装置の断面構成例を示す図である。
【図3】本発明に基づく第1の減速装置で採用する制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(X−X視野正面図)を示す図である。
【図4】制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜したリブを介して支持ディスクに接続した構成を示す図である。
【図5】制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲したリブを介して支持ディスクに接続した構成を示す図である。
【図6】制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲したリブを介して支持ディスクに接続し、このリブを制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出した構成を示す図である。
【図7】本発明に基づく第2の減速装置の構成を例示する図であり、(a)は断面構成例を示し、(b)は制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Y−Y視野正面図)で示す図である。
【図8】本発明に基づく第3の減速装置の構成を例示する図であり、(a)は断面構成例を示し、(b)は制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Z−Z視野正面図)で示す図である。
【符号の説明】
1:回転軸、 2、21:制動ディスク
3:案内筒、 3a:ポールピース
4:保持リング、 5:シリンダー
6:ピストンロッド、 7:磁石、永久磁石
8:制動ディスク保持部材、 8a:リブ
8b:支持ディスク(支持板)
8c:背面ディスク(背面板)
9:冷却用フィン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a disk-type eddy current reduction device that assists a main brake used in a vehicle such as an automobile. More specifically, the present invention is excellent in braking efficiency during braking, can be reduced in size and weight with a simple structure, and can be used for a long time. The present invention relates to an eddy current reduction device that can ensure stable braking force and durability even when used over a wide range.
[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]
As a conventional eddy current reduction device, there is a system in which an eddy current is generated in an opposing conductor while rotating using a permanent magnet, and braking is applied to a rotating shaft of a vehicle by Lorentz force. Usually, in this type of reduction gear, a guide cylinder configured to house a permanent magnet and move the permanent magnet to the switching position inside, and a rotor portion connected to the rotating shaft of the vehicle body outside the guide cylinder, It is composed of
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the number and types of vehicles equipped with eddy current reduction devices have increased, and the performance required for eddy current reduction devices has diversified and at the same time advanced. Performance is required.
[0005]
Specifically, in a vehicle type that continuously uses an eddy current reduction device, the braking disk is exposed to a high temperature for a long time, so that the thermal deformation that occurs is increased. Further, in a vehicle type that frequently repeats braking and non-braking, thermal fatigue cracks occur because inelastic strain is repeatedly applied to the braking disk many times. For this reason, it is required to prevent thermal deformation and thermal fatigue cracks of the braking disk, improve the durability of the device, and extend the life of the device.
[0006]
The present invention has been made in view of the improvement in durability of the eddy current reduction device, and is excellent in braking efficiency during braking, can be reduced in size and weight with a simple structure, and has been used for a long time. Even if this is the case, it is possible to suppress the deformation of the braking disk, to ensure a stable braking force, and to provide an eddy current reduction device that can prevent thermal fatigue cracks and improve durability. The purpose is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of an eddy current reduction device that generates eddy currents in opposing conductors using a permanent magnet. Although the detailed operation and configuration of each part of the apparatus such as the guide cylinder 3 and the cylinder 5 will be described later, the brake disk 21 is disposed so as to face the permanent magnet 7, and an eddy current is generated inside during braking. The braking disk 21 shown in FIG. 1 has a structure in which an inner peripheral portion is attached to the rotary shaft 1 and fixed. Further, cooling fins 9 are provided on the back surface of the brake disk 21.
[0008]
When the magnetic force exerted by the permanent magnet is applied perpendicularly to the brake disk, an eddy current is generated in the brake disk from the relative speed difference when the brake disk rotating on the magnetic field line crosses, and Joule heat is generated. Although the brake disk thermally expands due to this heat generation, since the inner peripheral portion thereof is fixed to the rotating shaft, the thermal expansion in the radial direction is restricted.
[0009]
In the braking disk at the time of braking, the portion facing the permanent magnet becomes high temperature due to Joule heat, but the amount of heat generation is smaller on the inner peripheral side and outer peripheral side than that portion, and the temperature is lower than the portion facing the permanent magnet. Therefore, the braking disk has a high temperature portion facing the permanent magnet and low temperature portions located on the inner and outer peripheral sides thereof. At this time, the thermal expansion amount of the braking disk increases as the temperature increases, but the thermal expansion amount of the high temperature portion facing the permanent magnet is constrained by the surrounding low temperature portion, that is, the region where thermal expansion is small. As a result, inelastic strain (plastic strain and creep strain) is generated in the high temperature portion of the brake disk.
[0010]
When the brake disk is used for a long period of time, this inelastic strain accumulates, resulting in residual deformation, and the deformation of the brake disk gradually increases. When the deformation of the brake disk increases, the distance between the permanent magnet and the brake disk surface changes, so that the magnetic force acting on the brake disk changes and the braking efficiency decreases.
[0011]
Furthermore, by repeating braking and non-braking using the braking disk for a long period of time, inelastic strain is repeatedly applied to the braking disk, and thermal fatigue cracks are generated. When a thermal fatigue crack occurs, the eddy current generated in the disk decreases, and the braking efficiency decreases.
[0012]
  In order to suppress the above-described deformation of the brake disk and generation of thermal fatigue cracks, it is necessary to suppress inelastic strain generated in the brake disk. For this reason, it is effective to adopt a structure in which the inner peripheral portion of the brake disk is not directly fixed to the rotating shaft and a structure in which a temperature difference is not easily formed in the radial direction of the brake disk. The present invention has been completed on the basis of such findings, and the gist of the present invention is an eddy current reduction device described below.
(1) An eddy current reduction device according to the present invention includes an annular braking disk for generating a braking force applied to a rotating shaft of a vehicle, and one main surface of the annular braking disk attached to the rotating shaft. A brake disc holding member connected to the annular brake disc, a holding ring movable in a direction approaching and separating from the other main surface of the annular brake disc, and the annular brake disc in a circumferential direction of the holding ring And a plurality of first permanent magnets having adjacent magnetic pole faces arranged in opposite directions, and the first permanent magnet approaches the annular braking disk and is in a braking state. And a position that is away from the annular braking disk and is in a non-braking state.And the braking disk holding member is attached to the rotating shaft while holding the ribs, and a plurality of ribs extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side on the one main surface of the annular braking disk, And a support plate that forms a cavity between the rib and the annular braking disk.It is characterized by that.
[0013]
The “annular brake disc” defined above is a shape in which the inner peripheral portion of the brake disc is not fixed to the rotating shaft and at the same time it is difficult to form a temperature difference in the radial direction in order to suppress inelastic strain generated in the brake disc. It is what. Although the basic shape of the brake disk of the present invention is a circular ring shape, it is not necessarily limited to a circular shape, and can be adopted as long as the start point and the end point of the ring portion are continuous and have a continuous shape. .
[0014]
  The basic shape is not limited to the circular ring shape, and the start point and the end point of the ring portion are continuous, and the shape is seamless, and the same applies to the holding ring. The annular braking disk and the retaining ring are at least similar and more preferably congruent when projected from above the main surface of the annular braking disk, and most preferably on the similar or congruent shape of each other. It has no rotation angle.
(2) Further, an eddy current reduction device according to the present invention includes an annular braking disk for generating a braking force applied to a rotating shaft of a vehicle, and one main body of the annular braking disk attached to the rotating shaft. A braking disk holding member connected to the annular braking disk at a surface, a holding ring that is held in contact with and close to the other main surface of the annular braking disk, and the annular braking in a circumferential direction of the holding ring A plurality of composite magnets including at least one second permanent magnet and at least one switching electromagnet are provided facing one main surface of the disk, and the magnetic pole surfaces of the adjacent composite magnets are opposite to each other. Placed inAnd the braking disk holding member is attached to the rotating shaft while holding the ribs, and a plurality of ribs extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side on the one main surface of the annular braking disk, And a support plate that forms a cavity between the rib and the annular braking disk.It is characterized by that.
[0015]
Here, “composite magnet” refers to a magnet in which a permanent magnet and an electromagnet are combined with a magnet. For example, by adopting a so-called hybrid type that changes the magnetic path of a permanent magnet by turning an electromagnet on and off as a composite magnet, it is possible to switch between braking and non-braking without providing a holding ring drive unit by a cylinder. become.
[0016]
In the following description, the term “magnet” simply refers to at least one of a permanent magnet (first permanent magnet) and a combination of a permanent magnet (second permanent magnet) and an electromagnet. Indicates.
[0017]
The “main surface of the annular braking disk” refers to an annular disk surface having a wide and flat plane among the four surfaces of the annular braking disk, the front and back annular disk surfaces, the outer peripheral surface, and the inner peripheral surface. Incidentally, one of the front and back board surfaces (any main surface) faces the magnetic force.
[0018]
Next, “approaching” means that sufficient magnetic field lines reach the rotating annular braking disk from the magnet, generate sufficient eddy current in the annular braking disk, convert rotational energy into heat, rotate This means that the magnet or the holding ring that holds the magnet and the annular brake disk are close enough to allow sufficient braking to be applied to the annular brake disk.
[0019]
“Separate” means that the magnet or the retaining ring that holds the magnet and the annular ring are such that the magnetic lines of force from the magnet hardly reach the annular braking disk, and as a result, almost no eddy current is generated in the annular braking disk. The state where the brake disc is moving away.
[0020]
Further, the “magnetic pole surface” refers to a surface of a magnet that can generate a magnetic flux that passes perpendicularly to the main surface of the stationary braking disk among the “surfaces” that form the magnet shape. In other words, the surface of the magnet facing the main surface of the brake disk can also be referred to as a magnetic pole surface, and mainly refers to a certain surface of the magnet shape itself. In the case of the above-described composite magnet that emits magnetic flux, or when the shape of the magnet is uneven, and a magnetic flux is emitted from a plurality of magnet surfaces, a surface from which the magnetic flux is virtually generated may be defined and used as the magnetic pole surface.
(3) In the eddy current reduction device according to the present invention, the annular braking disk is provided at a position facing the magnetic pole surface of the magnet, and the ring width (from the center of the rotating shaft to the radial direction of the rotating shaft). The length of the ring) has a width equal to or greater than the radial length with respect to the rotation axis of the magnet.
[0021]
  With this configuration, the magnetic force exerted by the magnet can be sufficiently applied to the brake disc, and the brake disc is annular, so that its radial width is a disc-like shape fixed to the rotating shaft. Therefore, the temperature difference formed in the radial direction of the brake disk is smaller..
[0022]
  The brake disk holding member is configured to include a rib and a support plate.BecauseA cavity is formed between the two adjacent ribs, the annular braking disk, and the support plate, so that the amount of air flowing therethrough can be secured and the cooling capacity of the braking disk can be increased. Further, by projecting the rib further inward than the inner peripheral side of the annular braking disk, air can be actively sent into the cavity, and the cooling capacity of the braking disk can be further enhanced..
(FourThe rib used in the eddy current reduction device according to the present invention may be configured as a heat dissipation fin of the annular braking disk. As a result, even during braking, the cooling performance of the braking disk is increased and the temperature of the disk is less likely to rise, so the temperature difference formed in the radial direction of the disk is reduced and the inelastic strain generated in the braking disk is reduced. it can.
[0023]
The rib used here may be configured to be inclined in the rotational direction with respect to a radial straight line passing through the center of the rotation axis, or may be configured to be further curved in the rotational direction. By doing so, air can easily flow through the formed cavity, and the cooling effect by air can be enhanced.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The example of a structure of the eddy current reduction device based on this invention mentioned above is demonstrated using a concrete drawing.
[0025]
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration example of the first reduction gear device according to the present invention. In the first reduction gear, the brake disk holding member 8 is constituted by a combination of a support disk (support plate) 8b and a rib 8a. In the eddy current reduction device shown in FIG. 2, a support disk 8b attached to the rotating shaft 1 of the vehicle, an annular braking disk 2 connected to the support disk 8b via a rib 8a on one main surface thereof, A guide tube 3 attached to the non-rotating part is provided. The annular braking disk 2 is fixed to the rotary shaft 1 by connection with the support disk 8b via the rib 8a.
[0026]
A holding ring 4 is accommodated in the guide tube 3 so as to be movable toward and away from the braking surface (main surface) of the annular braking disk 2. Further, the guide tube 3 moves the holding ring 4 forward and backward. A cylinder 5 is provided. On the other hand, a pole piece 3a made of a ferromagnetic material is disposed on the end face of the guide cylinder 3 facing the annular braking disk 2.
[0027]
The guide cylinder 3 shown in FIG. 2 has a structure in which a pole piece 3a made of a ferromagnetic material is disposed on the end surface facing the brake disk 2, but in the eddy current reduction device of the present invention, the guide cylinder 3 The end face of the guide tube may be made of a non-magnetic material without arranging the pole piece on the end face facing the brake disk. If the durability and weather resistance are satisfactory, the guide tube itself need not be provided.
[0028]
A plurality of magnets 7 are arranged in the circumferential direction on the surface of the retaining ring 4 facing the annular braking disk 2. The magnetic pole surface of the magnet 7 faces the braking surface (main surface) of the annular braking disk 2, and the magnetic pole surfaces of the adjacent magnets 7 are arranged in opposite directions. In the eddy current reduction device of the present invention, at least a permanent magnet is used as the magnet 7, but as described above, a so-called hybrid type in which a permanent magnet and an electromagnet are combined can also be adopted.
[0029]
The guide tube 3 that accommodates the retaining ring 4 and the magnet 7 is made of a nonmagnetic material such as aluminum, stainless steel (austenitic), or resin, and the thickness thereof is not particularly defined, but the end surface that faces the magnet of the guide tube 3 Is desirable to be thin. Moreover, when providing the pole piece 3a in the end surface of the guide cylinder 3, when producing a guide cylinder by casting, the method of casting a pole piece integrally is employable, for example.
[0030]
On the other hand, since the eddy current is generated inside the annular braking disk 2 at the time of braking and Joule heat is generated, for example, a steel containing iron as a main component, such as Cr-Mo heat resistant steel (JIS SCM415), is used. it can.
[0031]
Here, when a permanent magnet is used as the magnet 7, the operation and action during braking and non-braking are as follows. The driving mechanism of the magnet 7 includes a cylinder 5 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. With this configuration, the holding ring 4 can be moved in the direction perpendicular to the annular braking disk 2 in this example by the operation of the cylinder 5 in the approaching direction and in the separating direction.
[0032]
At the time of braking, the piston rod 6 of the cylinder 5 moves to the right (in the approaching direction), the holding ring 4 moves forward in the direction of the rotation axis of the annular braking disk 2, and the magnet 7 approaches the braking disk. At this time, when the annular braking disk 2 that rotates the magnetic lines of force exerted on the braking surface (main surface) of the annular braking disk 2 by each magnet 7 crosses, an eddy current flows through the annular braking disk 2 from the relative speed difference, and braking torque is generated. Occurs.
[0033]
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 (in the direction of leaving), so that the magnet 7 acts as a braking surface (main part) of the annular braking disk 2. The magnetic field lines exerted on the annular braking disk 2 by the magnet 7 are weakened so that the braking torque hardly acts.
[0034]
FIG. 3 is a diagram showing a structural example (XX view front view) of an annular braking disk and a braking disk holding member employed in the first reduction gear device according to the present invention. In the configuration example shown in the figure, an annular braking disk 2 that generates a braking force by the magnetic force of a magnet during braking is connected to a support disk (support plate) 8b via a rib 8a that is an intermediate member.
[0035]
The annular braking disk 2 shown in FIG. 3 is formed of a circular annular (ring-shaped) flat plate. However, in the present invention, the shape is not limited to such a shape so that the inner peripheral portion is not restrained. What is necessary is just to be comprised by the cyclic | annular form.
[0036]
As shown in FIG. 3, by connecting the annular braking disk 2 to the support disk 8b and fixing it to the rotating shaft, even if eddy current is generated during braking and Joule heat is generated, Since the inner peripheral portion is not directly fixed to the rotating shaft, there are few constraints due to thermal expansion. Further, since the brake disc is annular, its radial width is smaller than that of the disc-like brake disc fixed to the rotating shaft, and the temperature difference formed in the radial direction of the brake disc is small. Therefore, the degree to which the thermal expansion of the high-temperature part facing the magnet is constrained by the surrounding low-temperature part, that is, the part where the thermal expansion is small is also reduced.
[0037]
As described above, when the restraint against the thermal expansion of the brake disk that becomes the high temperature part facing the magnet is reduced, the inelastic strain generated in the brake disk is reduced, and the deformation of the brake disk due to long-term use is suppressed, and the braking force is reduced. Can be prevented. Furthermore, inelastic strain repeatedly applied to the brake disk when braking and non-braking are repeated can reduce the occurrence of thermal fatigue cracks.
[0038]
In the annular braking disk 2 shown in FIG. 3, a cavity is formed by two adjacent ribs 8a, the annular braking disk 2 and the support disk 8b. As the annular braking disk 2 rotates, air flows from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion in the cavity to cool the annular braking disc 2. If the amount of air flowing through the cavity increases, the cooling performance increases and the temperature rise of the annular braking disk 2 can be suppressed. As a result, the thermal expansion of the brake disk is reduced, and inelastic strain generated in the brake disk can be suppressed. Therefore, in order to maintain the braking efficiency of the braking disk and improve the durability of the device, it is desirable to have a structure in which the amount of air flowing through the cavity increases.
[0039]
FIG. 4 is a diagram exemplifying a configuration in which the annular braking disk is connected to the support disk via ribs inclined in the rotation direction with respect to a radial straight line passing through the center of the rotation axis. By inclining the rib 8a with respect to the rotation direction, air can easily flow from the inner peripheral side to the outer peripheral side in the formed cavity, and the amount of air flowing can be increased. As a result, it is possible to improve the cooling performance of the brake disk and suppress the temperature rise, maintain the braking efficiency of the brake disk, and improve the durability of the device.
[0040]
FIG. 5 is a diagram exemplifying a configuration in which the annular braking disk is connected to the support disk via ribs curved in the rotation direction with respect to a radial straight line passing through the center of the rotation axis. By making the rib 8a curved, it becomes easier for air to flow from the inner peripheral side to the outer peripheral side in the formed cavity, and the cooling effect by the circulating air can be enhanced.
[0041]
Further, by curving the rib 8a itself, the surface area of the side surface of the rib 8a can be increased as compared with the case where the rib 8a is simply tilted, and the amount of heat released by the circulating air can be increased. As a result, it is possible to further improve the cooling performance of the braking disk and suppress the temperature rise, maintain the braking efficiency of the braking disk, and improve the durability of the device.
[0042]
FIG. 6 shows that the annular brake disk is connected to the support disk via a rib inclined in the rotational direction with respect to a radial straight line passing through the center of the rotation axis, and this rib is further inside than the inner peripheral side of the brake disk. It is a figure which illustrates the structure which protruded. By causing the rib 8a to protrude toward the inner peripheral side of the braking disk, air can be actively circulated into the cavity. That is, since the air striking the protruding portion of the rib is introduced into the cavity, the amount of air flowing through the cavity is increased, the cooling performance of the brake disk is enhanced, and the temperature increase of the brake disk can be suppressed.
[0043]
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the second reduction gear according to the present invention, in which (a) shows an example of a cross-sectional configuration thereof, and (b) shows the structure of the annular braking disk and the braking disk holding member. It is a figure shown in an example (YY visual field front view).
[0044]
The braking disk holding member 8 shown in FIG. 7 is configured by a combination of a rib 8a attached to the rotary shaft 1 and an annular back disk (back plate) 8c. In the second reduction device, an annular braking disk 2 and an annular rear disk 8c are connected to the opposite side of the rib 8a attached to the rotating shaft 1 of the vehicle, and the annular braking disk 2 has a rim 8a. Via the rotary shaft 1 and rotate together with the rotary shaft 1. The inner diameter of the back plate is appropriately designed in relation to the amount of air, and may be smaller than the inner diameter of the brake disk or larger than the outer diameter.
[0045]
By adopting the configuration shown in FIG. 7, as in the case of the first reduction gear, even when eddy current is generated during braking and Joule heat is generated at the same time, there is little restraint due to thermal expansion, and braking is performed. Since the temperature difference in the radial direction of the disk is reduced, inelastic strain generated in the brake disk is reduced, and deformation of the brake disk due to long-time use is suppressed, so that a reduction in braking force can be prevented. Furthermore, the occurrence of thermal fatigue cracks can be suppressed even when braking and non-braking are repeated.
[0046]
Also in the second reduction gear, in order to increase the amount of air flowing through the cavity formed by the two adjacent ribs 8a, the annular braking disk 2 and the rear disk 8c, It can be inclined or curved in the rotational direction with respect to a radial straight line passing through the center of the rotation axis.
[0047]
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of a third reduction gear according to the present invention, in which (a) shows an example of a cross-sectional configuration thereof, and (b) shows the structure of an annular braking disk and a braking disk holding member. It is a figure shown in an example (ZZ visual field front view).
[0048]
In the third reduction gear, the brake disk holding member 8 is configured only by the ribs 8a. In the eddy current reduction device shown in FIG. 8, the rib 8a attached to the rotating shaft 1 of the vehicle and the annular braking disk 2 are connected to the rib 8a, and the rib 8a is configured as a heat dissipation fin for the braking disk. There is no connection of the rear disk (back panel).
[0049]
By adopting the configuration shown in FIG. 8, as in the case of the first and second reduction gears, there is little restraint due to thermal expansion even during braking, and the temperature difference in the radial direction of the braking disk is small. As a result, inelastic strain generated in the brake disk is reduced, and deformation of the brake disk due to long-term use and occurrence of thermal fatigue cracks due to repeated braking and non-braking can be suppressed.
[0050]
Even in the third reduction gear, in order to improve the heat dissipation efficiency of the rib used as the heat dissipation fin of the brake disk, the rib is inclined in the rotational direction or curved with respect to the radial straight line passing through the center of the rotating shaft. It is effective to do.
[0051]
In the first to third reduction gears described above, an annular braking disk and a rib, a rib and a support disk (support plate), or a rib and a back disk (back plate) are connected. You may do it. In addition, the above-mentioned connection may be performed by connecting the respective members by welding or bolting.
[0052]
【Example】
In order to confirm the effect of the eddy current reduction device of the present invention, a finite element method (FEM) analysis was performed to evaluate the inelastic strain range generated on the surface of the braking disk when braking and non-braking were repeated. Specifically, when the examples of the reduction gears 1 to 3 based on the present invention and the comparative example are used as test materials, the maximum temperature of the braking disk is 650 ° C., the minimum temperature is 100 ° C., and this thermal cycle is applied. The range of inelastic strain produced in this was evaluated.
[0053]
However, the inelastic strain range represents the width of the value of inelastic strain generated on the surface of the brake disc when braking and non-braking are repeated. Generally, the larger the inelastic strain range, the shorter the crack life. Become. In addition, since it is "strain", it is shown by the ratio (%) of elongation to the unit length, and the strain range shows the width (range) of the value.
[0054]
In Example 1 of the present invention, the annular braking disk and the braking disk holding member employed in the first reduction gear are used. That is, as shown in FIG. 3, the annular brake disk 2 is connected by attaching the support disk 8b to the rotary shaft 1 and connecting the annular brake disk 2 to the support disk 8b via the rib 8a.
[0055]
The material of the annular braking disk is Cr-Mo low alloy steel (JIS SCM415), and the outer diameter of the rotating shaft of the vehicle is 130 mm, while the dimensions of the annular braking disk are inner diameter 240 mm x outer diameter 450 mm x thickness It was 10 mm.
[0056]
The dimensions of the support disk were 130 mm inside diameter x 450 mm outside diameter x 10 mm thickness, the rib dimensions were 240 mm inside diameter x 450 mm outside diameter x 4 mm thickness x 20 mm height, and 36 pieces were arranged on the circumferential surface of the support disk.
[0057]
In Example 2 of this invention, it was set as the structure of the cyclic | annular brake disc and brake disc holding member which are employ | adopted with a 2nd reduction gear. That is, as shown in FIG. 7, the rear braking disk 8c is connected to the annular braking disk 2 and the opposite side with the rib 8a attached to the rotating shaft 1 interposed therebetween.
[0058]
The dimensions of the annular braking disk and the rotating shaft were the same as those of Example 1 of the present invention. The dimensions of the back disk were an inner diameter of 240 mm, an outer diameter of 450 mm, and a thickness of 10 mm.
[0059]
In Example 3 of the present invention, the annular brake disc and the brake disc holding member employed in the third reduction gear are configured. That is, as shown in FIG. 8, the rib 8a attached to the rotating shaft 1 and the annular braking disk 2 are connected, and the rib 8a is configured as a fin for heat dissipation of the braking disk.
[0060]
The dimensions of the annular braking disk and the rotating shaft were the same as those of Examples 1 and 2 of the present invention. The rib dimensions were 130 mm inside diameter x 450 mm outside diameter x 4 mm thickness x 20 mm, and 36 plates were arranged on the circumferential surface of the support disk.
[0061]
In the comparative example, it was set as the structure of the disk shaped brake disk of the eddy current reduction device using a permanent magnet. That is, as shown in FIG. 1, the inner peripheral portion of the annular braking disk 21 is attached to the rotary shaft 1, and the cooling fins 9 are provided on the back surface of the braking disk 21.
[0062]
The material of the brake disk is the same as in Examples 1 to 3 of the present invention. The outer diameter of the rotating shaft of the vehicle is 130 mm, while the dimensions of the brake disk are 130 mm inner diameter × 450 mm outer diameter × 10 mm thickness. In addition, the fin dimensions were an inner diameter of 240 mm, an outer diameter of 450 mm, a thickness of 4 mm, and a height of 20 mm, and 36 pieces were arranged on the circumferential surface of the support disk.
[0063]
Table 1 shows the results of evaluating the inelastic strain range by FEM analysis using Examples 1-3 of the present invention and Comparative Examples.
[0064]
[Table 1]
Figure 0004007223
From the evaluation results in Table 1, in Examples 1 to 3 of the present invention, the inelastic strain range generated on the surface of the brake disk is smaller when braking and non-braking are repeated than in the comparative example. As described above, the larger the inelastic strain range, the shorter the life until the occurrence of thermal fatigue cracks. Therefore, Examples 1-3 of the present invention can suppress the occurrence of thermal fatigue cracks compared to the comparative example, and the device It can be seen that the durability of can be improved.
[0065]
As described above, the embodiments and examples of the present invention have been illustrated and described. However, the present invention is not limited to these examples, and is within the scope of the technical idea shown in the claims. It can be changed.
[0066]
【The invention's effect】
In the eddy current reduction device of the present invention, the inner peripheral portion of the braking disk is not directly fixed to the rotating shaft, but is an annular braking disk, so that the radial width is small and the temperature difference formed in the radial direction is small. Thus, the inelastic strain generated in the brake disk is reduced, and even when the brake disk is used for a long period of time, it is possible to prevent the brake disk from being deformed to reduce the braking force or to generate thermal fatigue cracks.
[0067]
Thereby, it is excellent in the magnetic efficiency at the time of braking, it is possible to reduce the size and weight with a simple structure, and the durability and life of the device can be remarkably improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an eddy current reduction device that generates eddy currents in opposing conductors using a permanent magnet.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration example of a first reduction gear device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a structural example (XX view front view) of a braking disk and a braking disk holding member employed in the first reduction gear device according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration in which a brake disk is connected to a support disk via ribs inclined in a rotation direction with respect to a radial straight line passing through the center of a rotation axis.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration in which a brake disk is connected to a support disk via ribs curved in a rotation direction with respect to a radial straight line passing through the center of a rotation axis.
FIG. 6 shows that the brake disk is connected to a support disk via a rib curved in a rotational direction with respect to a radial straight line passing through the center of the rotation axis, and the rib protrudes further inward than the inner peripheral side of the brake disk. It is a figure which shows a structure.
FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a configuration of a second reduction gear device according to the present invention, in which FIG. 7A shows a cross-sectional configuration example, and FIG. It is a figure shown by a visual field front view.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a configuration of a third reduction gear according to the present invention, in which FIG. 8A shows a cross-sectional configuration example, and FIG. 8B shows a structural example of a brake disc and a brake disc holding member (ZZ It is a figure shown by a visual field front view.
[Explanation of symbols]
1: Rotating shaft 2, 21: Braking disc
3: guide tube, 3a: pole piece
4: Retaining ring, 5: Cylinder
6: Piston rod, 7: Magnet, permanent magnet
8: Braking disc holding member, 8a: Rib
8b: Support disk (support plate)
8c: Rear disc (rear plate)
9: Cooling fin

Claims (8)

車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、
前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、
前記環状制動ディスクの他方の主面に近づく方向と離れる方向とに移動可能な保持リングと、
前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの他方の主面に対向して、隣接する磁極面が互いに逆向きに配した複数の第1の永久磁石とを設け、
前記第1の永久磁石が前記環状制動ディスクに接近して制動状態となる位置と、前記環状制動ディスクから離れて非制動状態となる位置との間で移動可能に構成されており、
前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴とする渦電流減速装置。
An annular braking disk for generating a braking force applied to the rotating shaft of the vehicle;
A braking disk holding member attached to the rotating shaft and connected to the annular braking disk on one main surface of the annular braking disk;
A retaining ring movable in a direction approaching and away from the other main surface of the annular braking disk;
A plurality of first permanent magnets facing the other main surface of the annular braking disk in the circumferential direction of the retaining ring and having adjacent magnetic pole surfaces arranged in opposite directions;
The first permanent magnet is configured to be movable between a position where the first permanent magnet approaches the annular braking disk and enters a braking state, and a position where the first permanent magnet moves away from the annular braking disk and enters a non-braking state .
The braking disk holding member includes a plurality of ribs extending from an inner circumferential side to an outer circumferential side on the one main surface of the annular braking disk, and the adjacent ribs that are attached to the rotating shaft while holding the ribs. An eddy current reduction device comprising: a support plate that forms a cavity with the annular braking disk .
車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、
前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、
前記環状制動ディスクの他方の主面に接近して非接触に保持される保持リングと、
前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの他方の主面に対向して、少なくとも一つの第二の永久磁石と少なくとも一つのスイッチング用電磁石とを含む複合磁石を複数個設け、
隣接する前記複合磁石の磁極面の向きが互いに逆向きに配置されており、
前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴とする渦電流減速装置。
An annular braking disk for generating a braking force applied to the rotating shaft of the vehicle;
A braking disk holding member attached to the rotating shaft and connected to the annular braking disk on one main surface of the annular braking disk;
A retaining ring that is held in contact with the other main surface of the annular braking disk in a non-contact manner;
A plurality of composite magnets including at least one second permanent magnet and at least one switching electromagnet are provided facing the other main surface of the annular braking disk in the circumferential direction of the retaining ring,
The direction of the magnetic pole faces of the adjacent composite magnets are arranged opposite to each other ,
The braking disk holding member includes a plurality of ribs extending from an inner circumferential side to an outer circumferential side on the one main surface of the annular braking disk, and the adjacent ribs that are attached to the rotating shaft while holding the ribs. An eddy current reduction device comprising: a support plate that forms a cavity with the annular braking disk .
さらに、前記保持リングを収容する案内筒が、車両の非回転部分に支持されて設けられることを特徴とする請求項1または2に記載の渦電流減速装置。  The eddy current reduction device according to claim 1, further comprising a guide cylinder that accommodates the holding ring and is supported by a non-rotating portion of the vehicle. 前記環状制動ディスクは、第1の永久磁石または前記複合磁石の磁極面と対向する位置に設けられ、且つ当該第1の永久磁石または前記複合磁石の回転軸に対する径方向長さ以上の環の幅を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の渦電流減速装置。  The annular braking disk is provided at a position facing the magnetic pole surface of the first permanent magnet or the composite magnet, and the ring width is equal to or greater than the radial length with respect to the rotation axis of the first permanent magnet or the composite magnet. The eddy current reduction device according to claim 1, wherein the eddy current reduction device is provided. 前記リブが前記環状制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の渦電流減速装置。The eddy current reduction device according to any one of claims 1 to 4, wherein the rib protrudes further inward than the inner peripheral side of the annular braking disk . 前記リブを前記環状制動ディスクの放熱用のフィンとして構成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の渦電流減速装置。The eddy current reduction device according to claim 1, wherein the rib is configured as a heat dissipation fin of the annular braking disk . 前記リブは、前記回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜して構成されることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の渦電流減速装置。 The ribs, eddy current reduction apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the configured inclined in the rotational direction with respect to the radial line passing through the center of the rotary shaft. 前記リブは、前記回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲して構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の渦電流減速装置。 The ribs, eddy current reduction apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the configured curved in the rotational direction with respect to the radial line passing through the center of the rotary shaft.
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