JP4020009B2

JP4020009B2 - 渦電流式減速装置

Info

Publication number: JP4020009B2
Application number: JP2003140373A
Authority: JP
Inventors: 徹桑原
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2023-05-19
Also published as: JP2004343957A

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１３〜図１５に示す渦電流式減速装置ａを開発した（特願２００２−１５４３４９号の図８参照）。図示するように、この渦電流式減速装置ａは、車両の駆動軸等の動力伝達系に取り付けられたドラム状のロータｂと、変速機等の固定系に取り付けられたステータ（磁力源）ｃとを有し、ステータｃからロータｂへ磁気を供給することでロータｂに渦電流を生じさせて車両を減速制動し、磁気をステータｃ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ｃは、ロータｂに対向して配置された磁石環ｄを備える。磁石環ｄは、周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定された複数の永久磁石ｅと、これら永久磁石ｅ間に介設された磁性部材ｆとを有し、固定系に取り付けられたケーシングｇの内部に回動自在に収容されている。また、ステータｃは、磁石環ｄとロータｂとの間に配置された磁性環ｈを備える。磁性環ｈは、磁性体からなる環状体ｉと、その環状体ｉに周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極になるように埋設された複数の永久磁石ｊとからなり、ケーシングｇに固設されている。
【０００４】
車両を減速制動するときには、図１４に示すように、磁石環ｄをアクチュエータ（エアシリンダ）ｋで回動させてその永久磁石ｅを磁性環ｈの永久磁石ｊと極性を合わせる。すると、磁石環ｄの永久磁石ｅとロータｂとの間、及び磁性環ｈの永久磁石ｊとロータｂとの間に、それぞれＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路ｍ、ｎが構成され、ロータｂに渦電流が発生し、車両が減速制動される。減速制動を解除するときには、図１５に示すように、磁石環ｄを回動させてその永久磁石ｅを磁性環ｈの永久磁石ｊと逆極性とする。すると、磁石環ｄの永久磁石ｅと磁性環ｈの永久磁石ｊとの間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路（ロータｂに対する遮蔽回路）ｐが構成され、車両の減速制動が解除される。
【０００５】
この種の渦電流式減速装置として、特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特公平６−１０１９２２号公報（図２）
【特許文献２】
特公平７−１１８９０２号公報（図２）
【０００７】
【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の磁性環ｈは、磁性体からなる環状体ｉに周方向に所定間隔を隔てて装着穴ｑを複数形成し、各装着穴ｑに永久磁石ｊを嵌め込んで構成されているため、図１４に示すように、各永久磁石ｊの磁気の一部が、その永久磁石ｊの径方向の内外に位置する環状体ｉの薄板状の部分（磁性体からなる）ｒを介し、磁気的に短絡（ショート）してしまう。ｓはショート回路を示す。よって、磁気的ショートした分だけ、減速制動時に磁性環ｈの永久磁石ｊとロータｂとを接続する磁気回路ｎの磁束（磁力線数）が減り、制動力が低下する。
【０００８】
これを解消するためには、上記薄板状の部分ｒの肉厚を薄くし、永久磁石ｊの磁気的ショートを抑制する対策が考えられる。しかし、余り薄くし過ぎると、機械的強度が低下する。そして、強力な永久磁石ｊ、ｅを用いているため、磁石環ｄの永久磁石ｅとの相互作用によって強い吸引力や反発力が生じ、磁性環ｈが変形し易い。また、環状体ｉに装着穴ｑをプレスによって打ち抜くときに、薄肉箇所（部分ｒ）が切れる虞があり、加工性に問題が生じる。
【０００９】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、磁性環の永久磁石の磁気的ショートの問題と、磁性環の剛性低下の問題とを両立して解消でき、且つ磁性環の加工性が悪化しない渦電流式減速装置を提供することにある。
【００１０】
【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は、回転軸に取り付けられたロータと、該ロータに対向させて配置され周方向に所定間隔が隔てられた複数の永久磁石を有する磁石環と、該磁石環と上記ロータとの間に配置され磁性体からなる環状体の内部に周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極になるように複数の永久磁石を埋設した磁性環とを備え、それら磁石環および磁性環の少なくとも一方を回動自在とした渦電流式減速装置であって、上記磁性環は、上記永久磁石が嵌め込まれる装着穴を有し、該装着穴は、そのロータ側穴面及び／又は反ロータ側穴面の少なくとも一部を窪ませた凹部を有し、該凹部と上記環状体のロータ側外面及び／又は反ロータ側外面との間に部分的な薄肉部を形成したものである。
【００１１】
本発明によれば、装着穴の凹部により形成される薄肉部によって、その装着穴に嵌め込まれる永久磁石の磁気的ショートが抑えられる。よって、磁気的ショートが発生するものと比べると、永久磁石からロータに向かう磁束が増え、減速制動力が向上する。また、上記薄肉部は、部分的に形成されているため、磁性環全体の剛性が大幅に低下することはなく、また、装着穴を打ち抜く際のプレス加工性が大幅に低下することもない。
【００１２】
上記磁性環の永久磁石は、上記装着穴の凹部を除く断面形状に形成されてもよく、上記装着穴の凹部を含めた断面形状に形成されてもよい。
【００１３】
上記磁石環は、周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定された複数の永久磁石と、これら永久磁石間に介設された磁性部材とを有していてもよい。
【００１４】
上記磁石環は、周方向に所定間隔を隔てて且つ上記ロータに向く磁極を交互に反転させて整列された複数の永久磁石と、これら永久磁石の反ロータ側の磁極を連結する磁性部材とを有していてもよい。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１及び図２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に取り付けられたドラム状のロータ２と、変速機等の固定系に取り付けられたステータ（磁力源）３とを有し、ステータ３からロータ２へ磁気を供給することでロータ２に渦電流を生じさせて車両を減速制動し、磁気をステータ３内に遮蔽することで減速制動を解除するものである。
【００１７】
ロータ２は、ステータ３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２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４が設けられている。
【００１８】
ステータ３は、ロータ２の内方に対向して配置された磁石環５を備える。磁石環５は、周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定された複数の永久磁石６と、これら永久磁石６間に介設された磁性部材７とを有する。磁性部材７は、低炭素鋼等をブロック状に形成したり、電磁鋼板を図２にて図面裏表方向に複数積層して構成され、永久磁石６を係止する爪部８を有する。
【００１９】
各磁性部材７は、永久磁石６を挟んで爪部８で係止した状態で、非磁性体からなるリング体９の外周面にボルト１０によって取り付けられる。こうして一体化されたリング体９、永久磁石６及び磁性部材７は、中空リング状のケーシング１１の内部に収容され、ブッシュ１２や軸受等を介して所定角度範囲で回動自在となっている。リング体９とケーシング１１との間には、磁石環５を回動させるアクチュエータ（エアシリンダ、ラック・ピニオン機構、ネジ送り機構等）Ａが設けられている。
【００２０】
また、ステータ３は、磁石環５とロータ２との間に配置され、ケーシング１１に固設された磁性環１４を備える。磁性環１４は、磁性体からなる環状体１５と、その環状体１５の内部に周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極になるように埋設された複数の永久磁石１６とを有する。詳しくは、磁性環１４は、磁性体からなる環状体１５に周方向に所定間隔を隔てて複数の装着穴１７を軸方向に形成し、各装着穴１７に永久磁石１６を嵌め込んで構成されている。環状体１５は、低炭素鋼等をリング状に形成したり、リング状の電磁鋼板を図２にて図面裏表方向に複数積層してなる。磁性環１４の永久磁石１６の取付ピッチは、磁石環５の永久磁石６の取付ピッチと略等しく設定されている。
【００２１】
各装着穴１７は、図６にも示すように、軸方向から見て略長方形状に形成されており、そのロータ側穴面１７ａ及び反ロータ側穴面１７ｂの一部を部分的に窪ませた凹部１８ａ、１８ｂを有する。これにより、各凹部１８ａ、１８ｂと環状体１５のロータ側外面１５ａ及び反ロータ側外面１５ｂとの間に、部分的な薄肉部１９ａ、１９ｂが形成される。凹部１８ａ、１８ｂは、図例では、上記各穴面１７ａ、１７ｂの中央部に、断面長方形状に形成される。薄肉部（磁性体からなる）１９ａ、１９ｂの径方向厚さＸは、装着穴１７に嵌め込まれた永久磁石１６の磁気的ショートを実用上十分抑制できる厚さ（磁気的ショートが実際上殆ど問題にならない厚さ）に設定されている。また、薄肉部１９ａ、１９ｂの両側の部分の磁性体の径方向厚さＹは、磁性環１４が全体として必要な機械的剛性を確保できる厚さに設定されている。なお、上記凹部１８ａ、１８ｂ及び薄肉部１９ａ、１９ｂは、径方向内外の少なくともいずれか一方の端部に設けられていればよい。
【００２２】
各装着穴１７に嵌め込まれる永久磁石１６は、図２及び図６に示すように、装着穴１７の凹部１８ａ、１８ｂを除く断面形状に形成されている。図例では、凹部１８ａ、１８ｂを除く装着穴１７が軸方向から見て長方形状に形成されているので、永久磁石１６は直方体状に形成されている。また、図２において、磁性環１４の図面裏表方向の上面及び下面には、各装着穴１７を覆うカバー（図示せず）が取り付けられている。カバーは、各装着穴１７に嵌め込まれる永久磁石１６同士の磁気的ショートを防止するため、非磁性体（オーステナイト系ステンレス等）からなる。同様に、磁石環５の図面裏表方向の上面及び下面にも非磁性体からなるカバーが取り付けられている。
【００２３】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２４】
上記渦電流式減速装置１を用いて、車両を減速制動するときには、図２に示すように、磁石環５をアクチュエータＡで回動させてその永久磁石６を、磁性環１４の永久磁石１６と同極にする。すると、磁石環５の永久磁石６とロータ２との間、及び磁性環１４の永久磁石１６とロータ２との間に、それぞれＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路２０、２１が構成され、ロータ２に渦電流が発生し、車両が減速制動される。
【００２５】
減速制動を解除するときには、図３に示すように、磁石環５を回動させてその永久磁石６を、磁性環１４の永久磁石１６と異極（逆極）とする。すると、磁石環５の永久磁石６と磁性環１４の永久磁石１６との間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路２２（ロータ２に対する遮蔽回路）が構成され、車両の減速制動が解除される。なお、図４に示すように、磁石環５の永久磁石６と磁性環１４の永久磁石１６とを図２の状態から２／３ピッチ程度ずらした場合にも、遮蔽回路２３、２４が形成されるため、減速制動が解除される。
【００２６】
本実施形態においては、図２に示す減速制動時、装着穴１７の凹部１８ａ、１８ｂにより形成される薄肉部１９ａ、１９ｂによって、これまで問題となっていた永久磁石１６の磁気的ショートが抑えられる。すなわち、図６にも示すように、上記永久磁石１６の磁気は、その周方向一方の磁極（Ｎ極）から出て当該永久磁石１６と磁性環１５の外面１５ａ、１５ｂとの間の部分（磁性体）を通って他方の磁極（Ｓ極）に磁気的ショートｓしようとするが、本実施形態ではその経路に薄肉部１９ａ、１９ｂが形成されて通路面積が極めて狭くなっているため、薄肉部１９ａ、１９ｂの厚さを磁気的ショートｓが実用上問題とならない厚さに設定することで、実質的に磁気的ショートｓを略防止できる。また、凹部１８ａ、１８ｂの部分の空隙（空気スペース）は、磁気的絶縁層として機能するため、これによっても磁気的ショートが抑えられる。
【００２７】
従って、本実施形態は、図１４に示すタイプのように磁気的ショートが発生するものと比べると、減速制動時に、磁性環１４の永久磁石１６からロータ２に向かう磁束（磁力線数）が磁気的ショートが生じない分だけ増え、減速制動力が向上する。すなわち、本実施形態では、上記凹部１８ａ、１８ｂ及び薄肉部１９ａ、１９ｂを設けることによって、磁性環１４の永久磁石１６の磁束（磁力線）を実質的に磁気的ショートさせることなく殆ど全て有効にロータ２に作用させることができるので、図１４のタイプよりも減速制動力（性能）が向上する。
【００２８】
また、上記薄肉部１９ａ、１９ｂは、図６に示すように、装着穴１７のロータ側穴面１７ａと環状体１５のロータ側外面１５ａとの間、及び装着穴１７の反ロータ側穴面１７ｂと環状体１５の反ロータ側外面１５ｂとの間において、部分的（図例では中央部）に形成されているに過ぎない。よって、磁性環１４全体の機械的剛性が大幅に低下することはない。すなわち、上記薄肉部１９ａ、１９ｂの両側の部分の磁性体の径方向厚さＹを、磁性環１４が全体として必要な機械的剛性を確保できる厚さＹに設定することで、磁性環１４全体の剛性の大幅な低下を抑制でき、共に強力な磁力を発揮する永久磁石１６と永久磁石６との相互作用による磁性環１４の変形を未然に防止できる。
【００２９】
また、上記薄肉部１９ａ、１９ｂは、部分的に形成されているため、装着穴１７を打ち抜く際のプレス加工性が大幅に低下することもない。すなわち、磁性環１４の環状体１５を、リング状に形成された複数の電磁鋼板を積層して構成するタイプでは、各電磁鋼板に凹部１８ａ、１８ｂを含めた装着穴１７の形状の穴を打ち抜き、それらを積層して構成するわけであるが、本実施形態によれば凹部１８ａ、１８ｂが部分的であるため薄肉部１９ａ、１９ｂも部分的となり、プレス時に薄肉部１９ａ、１９ｂが切れる可能性が小さくなる。
【００３０】
なお、図５に示すように、磁性環１４の装着穴１７を全体的に径方向の内外方に大きく形成し、装着穴１７のロータ側穴面１７ａと環状体１５のロータ側外面１５ａとの肉厚、及び装着穴１７の反ロータ側穴面１７ｂと環状体１５の反ロータ側外面１５ｂとの肉厚Ｘを、全体的に図６に示す薄肉部１９ａ、１９ｂの肉厚Ｘと同等にすれば、永久磁石１６の磁気的ショートは防止できる。しかし、これでは、磁性環１４全体の機械的剛性が大幅に低下するため、共に強力な磁力を発揮する永久磁石１６と永久磁石６との相互作用によって磁性環１４が変形し、さらにプレス時に肉切れの問題が生じる。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、磁気的ショートを上記薄肉部１９ａ、１９ｂの薄い板厚ｘによって抑えつつ、機械的剛性を凹部１８ａ、１８ｂの両側の部分の板厚Ｙ（Ｙ＞Ｘ）によって確保しているのである。ここで、上記板厚Ｙの部分の周方向の長さは、長くすればするほど機械的剛性アップに繋がる。しかし、この長さを余り長く設定し過ぎると、相対的に上記薄肉部１９ａ、１９ｂの周方向の長さが圧迫され、磁気的ショートが生じやすくなる。よって、板厚Ｙの部分の周方向の長さは、磁気的ショートと機械的剛性とのバランスを鑑みて、シミュレーションや実験等によって設定される。
【００３２】
変形例を図７〜図９に示す。図７に示す変形例は、永久磁石１６の形状を、上記凹部１８ａ、１８ｂを含めた装着穴１７の断面形状に形成したものである。この場合であっても、前実施形態と同様の作用・効果を奏する。図８（ａ）は上記凹部１８ａ、１８ｂ及び薄肉部１９ａ、１９ｂを周方向の両端部に配置したもの、図８（ｂ）は上記凹部１８ａ、１８ｂを円弧状としたもの、図８（ｃ）は、図８（ａ）の凹部１８ａ、１８ｂの内側を円弧状としたものである。図８（ａ）〜（ｃ）において、永久磁石１６は、凹部１８ａ、１８ｂを除く装着穴１７の断面形状（直方体状）に形成してもよく、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、凹部１８ａ、１８ｂを含めた装着穴１７の断面形状に形成してもよい。これらの変形例においても、前実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【００３３】
図１０は、磁性環１４を複数の電磁鋼板１４ｘ、１４ｙを積層して構成するタイプであって、図１０（ａ）に示すように凹部１８ａ、１８ｂを除いた装着穴１７の形状（長方形）の穴を打ち抜いた電磁鋼板１４ｘと、図１０（ｂ）に示すように凹部１８ａ、１８ｂを含めた装着穴１７の形状の穴を打ち抜いた電磁鋼板１４ｙとを、適宜（例えば交互に、或いは板１４ｘを板１４ｙの２〜３枚おきに）積層し、その穴に図１０（ｃ）に示すように凹部１８ａ、１８ｂを除いた寸法に形成された直方体状の永久磁石１６を嵌め込んだものである。こうすれば、図１０（ａ）の穴１７の長さＬと、図１０（ｂ）の凹部１８ａ、１８ｂを除く穴１７の長さＬと、図１０（ｃ）の永久磁石１６の長さＬとが略等しいため、穴に嵌め込まれた永久磁石１６ががたつくことはなく、また、永久磁石１６の磁気的ショートは、板１４ｘが交互にまたは２〜３枚おきに重ねられているため、通路面積が小さくなって殆ど問題とならない。また、前実施形態と同様の作用・効果を奏する。
【００３４】
図１１及び図１２は、図１〜図３に示す実施形態の磁石環５を変形したものであり、その他は同様の構成となっている。図１１に示すように、この磁石環５は、周方向に所定間隔を隔てて且つロータ２に向く磁極を交互に反転させて整列された複数の永久磁石３０と、これら永久磁石３０の反ロータ側の磁極を連結するリング状の磁性部材３１とを備えたものである。詳しくは、永久磁石３０は、磁性体からなるリング体に、所定間隔を隔てて埋設されており、各永久磁石３０の間には、空隙部３２が形成されている。空隙部３２のピッチは、磁性環１４の永久磁石１６のピッチと略等しく設定されている。
【００３５】
この実施形態によれば、図１１に示すように、磁石環５をアクチュエータＡ（図１参照）で回動させてその永久磁石３０と、磁性環１４の永久磁石１６との極性を合わせることで、各永久磁石３０、１６とロータ２との間に磁気回路２０、２１が形成され、減速制動される。また、図１２に示すように、磁石環５を回動させてその永久磁石３０と、磁性環１４の永久磁石１６との磁極を逆極性とすることで、磁石環５の永久磁石３０と磁性環１４の永久磁石１６との間に磁気回路（遮蔽回路）２２が形成され、減速制動が解除される。その他、この実施形態の基本的な作用効果は、前実施形態と同様である。
【００３６】
なお、上記実施形態では、磁石環５を回動させて制動力をオンオフするタイプを説明してきたが、逆に磁性環１４を回動させてもよく、また、磁石環５及び磁性環１４を共に回動させるようにしても構わない。また、ロータ２をドラム状ではなくディスク状としてもよい。
【００３７】
【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、磁性環の永久磁石の磁気的ショートの抑制と、磁性環の剛性低下の抑制とを両立でき、且つ磁性環の加工性が悪化しない。
【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側断面である。
【図２】上記渦電流式減速装置の減速制動時の正面断面図である。
【図３】上記渦電流式減速装置の減速制動解除時の正面断面図である。
【図４】上記渦電流式減速装置の別の減速制動解除時の正面断面図である。
【図５】上記磁性環の部分拡大図である（対比例）。
【図６】上記磁性環の部分拡大図である（本実施形態）。
【図７】上記永久磁石の変形例を示す説明図である。
【図８】上記磁性環の変形例を示す部分拡大図である。
【図９】上記永久磁石の別の変形例を示す説明図である。
【図１０】上記磁性環の変形例を示す部分拡大図である。
【図１１】上記磁石環の変形例を示す渦電流式減速装置の減速制動時の正面断面図である。
【図１２】上記渦電流式減速装置の減速制動解除時の正面断面図である。
【図１３】本発明者が先に開発した渦電流式減速装置の減速制動時の断面図である。
【図１４】上記渦電流式減速装置の減速制動解除時の正面断面図である。
【図１５】上記渦電流式減速装置の減速制動解除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ロータ
５磁石環
６永久磁石
１４磁性環
１５環状体
１５ａロータ側外面
１５ｂ反ロータ側外面
１６永久磁石
１７装着穴
１７ａロータ側穴面
１７ｂ反ロータ側穴面
１８ａ凹部
１８ｂ凹部
１９ａ薄肉部
１９ｂ薄肉部
３０永久磁石
３１磁性部材

Claims

回転軸に取り付けられたロータと、該ロータに対向させて配置され周方向に所定間隔が隔てられた複数の永久磁石を有する磁石環と、該磁石環と上記ロータとの間に配置され磁性体からなる環状体の内部に周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極になるように複数の永久磁石を埋設した磁性環とを備え、それら磁石環および磁性環の少なくとも一方を回動自在とした渦電流式減速装置であって、上記磁性環は、上記永久磁石が嵌め込まれる装着穴を有し、該装着穴は、そのロータ側穴面及び／又は反ロータ側穴面の少なくとも一部を窪ませた凹部を有し、該凹部と上記環状体のロータ側外面及び／又は反ロータ側外面との間に部分的な薄肉部を形成したことを特徴とする渦電流式減速装置。
上記磁性環の永久磁石は、上記装着穴の凹部を除く断面形状に形成された請求項１記載の渦電流式減速装置。
上記磁性環の永久磁石は、上記装着穴の凹部を含めた断面形状に形成された請求項１記載の渦電流式減速装置。
上記磁石環は、周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定された複数の永久磁石と、これら永久磁石間に介設された磁性部材とを有する請求項１〜３記載の渦電流式減速装置。
上記磁石環は、周方向に所定間隔を隔てて且つ上記ロータに向く磁極を交互に反転させて整列された複数の永久磁石と、これら永久磁石の反ロータ側の磁極を連結する磁性部材とを有する請求項１〜３記載の渦電流式減速装置。