JP4100323B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、主ブレーキの補助用としてトラックやバス等の大型自動車に搭載される渦電流式減速装置に関するものである。

近年、渦電流式減速装置に対する要求も多様化し、製造コストの低減と共に、小型車への搭載も可能にするような要請が強くなってきている。この搭載性の向上には、小型で軽量化が図れ、かつ簡易構造で経済性に優れることが要求される。

この要請に対して、円筒形ロータを有するドラム式の渦電流式減速装置では、その構造上、小型化及び軽量化が困難である。すなわち、ドラム式の渦電流式減速装置では、制動時に回転ドラムが発熱すると外周部が膨張するので、これを吸収するために、複雑なドラム支持の設計が必要になり、ドラム構造が複雑になる。また、回転重量が半径方向の外周側に集中するため、回転バランスの調整が難しくなる。

更に、制動トルクを調整するには、エアーギャップの調整、すなわち、等間隔に調整した全ての永久磁石とロータ円筒部間の距離を増減するが、ドラム式の渦電流式減速装置では、エアーギャップの調整にはロータの円筒部内径を拡大若しくは縮小する必要があることから、ロータ構成部品の共通化が十分に図れない。

一方、制動ディスクを使用したディスクタイプの渦電流式減速装置でも、電磁石を使用するものは、装置の小型化、軽量化には適していない。すなわち、電磁石を使用して大きな制動トルクを発生するためには、多数の電磁石と大電流を供給する装置が必要になるため、多数の電磁石を収容するスペースが必要になると共に、電流の供給源であるバッテリーが大型化するため、装置の全体構成が大容量で、かつ重量化するからである。
特開２００２−２９１２２２号公報

従って、渦電流式減速装置の小型化、軽量化には、永久磁石の磁極面を制動ディスクに対向させて接近させ、ディスク自体に制動トルクを発生させる磁石極面対向方式のディスクタイプの渦電流式減速装置（以下、単に「永久磁石を用いたディスクタイプの渦電流式減速装置」という。）が有効である。この方式によれば、短い磁路長さで制動ディスクに磁力を付加できて、回路の磁気抵抗が小さくなり、制動効率を向上できると共に、装置の全体構成を簡易構造にできるからである。

この永久磁石を用いたディスクタイプの渦電流式減速装置は、図９及び図１０に示すように、回転軸１に取り付けられた制動ディスク２と、車両等の非回転部分に支持された非磁性体からなる案内筒３に設けられた例えば主アクチュエータ４のロッド４ａの出退動によって、ガイドロッド５に案内されて、前記制動ディスク２の制動面２ａに対して近づく制動方向（図１０（ａ））と離れる非制動方向（図１０（ｂ））とに移動が可能な保持部材６と、この保持部材６の前記制動ディスク２の制動面２ａと対向する面に、隣り合う磁極面が逆向きとなるようにかつ当該磁極面が前記制動ディスク２の制動面２ａと向き合うように配置された複数の永久磁石７を備えた構成である。なお、図９、図１０中の８は制動ディスク２の制動面２ａと反対側に形成された冷却フィン、９は前記制動ディスク２の固定ボルト、１０は前記案内筒３の固定ボルト、１１は前記案内筒３のカバーを示す。

上記の永久磁石を用いたディスクタイプの渦電流式減速装置は、ドラム式の渦電流式減速装置と比べた場合には言うまでもなく、電磁石を用いたものと比べても、小型化、軽量化に優れている。しかしながら、近年、非制動状態への切り替え時の所要動力の更なる低減が求められている。

本発明は、永久磁石を用いたディスクタイプの渦電流式減速装置における、更なる小型化、軽量化を達成するために、非制動状態への切り替え時の所要動力の更なる低減を可能にした永久磁石を用いたディスクタイプの渦電流式減速装置を提供することを目的としている。

本発明は、回転軸に取り付けられた制動ディスクと、非回転部分に取り付けられ、前記制動ディスクの制動面に対向するように配置された案内筒と、この案内筒の内部に収容され、前記制動ディスクの制動面に向かって回転軸の軸方向に移動が可能な保持部材と、この保持部材の前記制動ディスクの制動面に対向する面に設けられ、磁極面が前記制動面と向き合うと共に、隣り合う磁極が互に異なるように配置された複数の永久磁石とを備えた渦電流式減速装置であって、
前記保持部材が、回転軸の軸方向に所定距離移動が可能な傾動支点を支点として前記制動ディスクに対して傾動可能に設けられ、
非制動時には、前記保持部材を、前記傾動支点を支点として前記制動ディスクに対して傾動させた後、前記傾動支点側と共に前記制動ディスクより離間させることを最も主要な特徴としている。
本発明において、前記所定距離とは、永久磁石と制動ディスクの制動面を離間させ、非制動状態とするのに必要な距離をいう。

本発明の渦電流式減速装置によれば、てこの原理を利用することで、非制動状態に切り替える際の所要力を小さくできるので、アクチュエータの数を減少させたり、小型のアクチュエータを使用したりすることが可能になり、装置の小型化、軽量化が可能になる。そして、装置の小型化により、これまで搭載が困難であった小型車両への搭載が可能になる。

保持部材を制動ディスクに対して傾動させない従来の永久磁石を用いたディスクタイプの渦電流式減速装置では、制動ディスクに対して保持部材を離間移動させる、非制動状態への切り替え時の所要力が大きく、容量の大きなアクチュエータが必要である。例えば、永久磁石の極数ｎmが２０個、永久磁石１個の吸引力Ｐが２００N、保持部材を移動させるアクチュエータｎaが２個とすると、アクチュエータ１個の所要力Fは、下記式で示したように、２０００Ｎよりも大きな力が必要である。
F＞ｎm・（Ｐ／ｎa）＝２０００Ｎ

また、複数のアクチュエータで一つの保持部材を動作させる際に、アクチュエータが同調して作動する機能をもっていない場合には、夫々のアクチュエータの移動量が完全には一致しないため、保持部材が円滑に移動しない可能性がある。なお、同調して作動する機能を持たせれば、このような問題はなくなるが、エアーシリンダを使用する場合には、簡単に構成することが困難である。

これに対して、制動ディスクに対する保持部材の離間移動を、保持部材を制動ディスクに対して、てこの原理を利用して傾動させることで行う場合、非制動状態への切り替え時の所要力は、以下のように低減することが可能になる。

すなわち、永久磁石の極数ｎmが２０個、永久磁石１個の吸引力Ｐが２００N、保持部材を移動させるアクチュエータｎaが１個とすると、永久磁石、アクチュエータ、傾動支点の位置関係を図８に示した通りとすると、下記式で示したように、２０００Ｎよりも大きな能力のアクチュエータが１個あれば良い。
Ｆ・Ｌa＞２ｎa・Ｌa1＋２ｎa・Ｌa2＋２ｎa・Ｌa3＋２ｎa・Ｌa4＋２ｎa・Ｌa5
＋２ｎa・Ｌa6＋２ｎa・Ｌa7＋２ｎa・Ｌa8＋２ｎa・Ｌa9＋２ｎa・Ｌa10
F＞２・２００・（２２６＋２７７＋３４１＋３８５＋４００＋０＋１５＋５９
＋１２３＋１７４）／４００＝２０００Ｎ

従って、上記の例においては、従来の永久磁石を用いたディスクタイプの渦電流式減速装置では、２０００Ｎよりも大きな能力のアクチュエータが２個必要であるのに対し、非制動状態への切り替え時に保持部材を傾動させる場合には、２０００Ｎよりも大きな能力のアクチュエータが１個で済むことから、従来に比べてアクチュエータの合計能力が半分ですみ、同じ能力のアクチュエータを使用する場合、アクチュエータが１個不要となり、アクチュエータ１個分だけ装置を小型化できる。上記の例においては、従来例と本実施例とで必要とされるアクチュエータの能力の差が２倍（半分）であるが、アクチュエータの位置や磁石の配置、支点の位置などによりこの差が変わることは言うまでもない。

本発明者は、上記の観点から、種々研究を重ねた結果、以下のような本発明を成立させた。
以下、図１〜図７を用いて、本発明例について説明する。なお、図１〜図７中、図９及び図１０と同一符号は、同一部分あるいは相当部分を示し、詳細な説明を省略する。

図１及び図２は本発明の第１の例を示したものであり、この第１の例では、案内筒３に設ける主アクチュエータ４を１個とし、この主アクチュエータ４の例えばロッド４ａの先端にリンク２１を設けている。このリンク２１は、保持部材６が傾動支点であるガイド用軸２２を支点として傾動できるように、かつ、保持部材６が傾動した状態で制動ディスク２に対して離れる方向に移動できるように、例えば保持部材６に設けた主アクチュエータ用軸２３を案内する案内溝２１ａを、図１（ｃ）に示すように設けている。

前記ガイド用軸２２は例えば保持部材６に設けられ、このガイド用軸２２を案内するガイド２４を案内筒３に固定している。そして、このガイド２４には、保持部材６が制動ディスク２に対して近づく方向と、離れる方向に移動できるように、案内溝２４ａを設けている。

以下、前記リンク２１と主アクチュエータ用軸２３を合わせてリンク機構と、また、ガイド用軸２２とガイド２４を合わせてガイド機構という。そして、上記の主アクチュエータ４、リンク機構、ガイド機構を総称してスライド回動機構という。

上記本発明の第１の例における制動状態と非制動状態の動作を、図３を用いて説明する。
図３（ａ）に示した非制動状態では、永久磁石７の磁束が制動ディスク２へはほとんど作用しないように、永久磁石７が制動ディスク２から離れて静止している。この非制動状態では、リンク機構を構成する主アクチュエータ用軸２３はリンク２１の案内溝２１ａの最も回転軸１の軸心側に位置し、また、ガイド機構を構成するガイド用軸２２はガイド２４の案内溝２４ａの最も反制動ディスク２側に位置している。

上記図３（ａ）に示した非制動状態から制動状態に切り替える際には、主アクチュエータ４のロッド４ａを突出動作させ、保持部材６を制動ディスク２側に移動させる。このとき、保持部材６は、制動ディスク２側へ移動すると同時に、上記位置のガイド用軸２２を支点として、図３（ｂ）から図３（ｃ）に示すように回転し、姿勢を変える。なお、上記非制動状態から制動状態に切り替える際の保持部材６の姿勢は、必ずしも、図３（ｂ）から図３（ｃ）に示すように変化するものに限らず、主アクチュエータ４やガイド用軸２２の配置、保持部材６の形状、寸法などによって異なった動きをすることは言うまでもない。

保持部材６が制動ディスク２に近づくにつれ、保持部材６に取り付けられた永久磁石７と制動ディスク２間の吸引力が大きくなり、保持部材６は、その傾動支点であるガイド用軸２２も制動ディスク２側に引き付けられ、図３（ｄ）に示した制動状態になる。

次に、図３（ｄ）に示した制動状態から、非制動状態に切り替える際には、主アクチュエータ４の力を保持部材６が制動ディスク２から離れる方向に付勢してロッド４ａを退入させると、保持部材６は主アクチュエータ４に近い方が制動ディスク２から大きく離れ、ガイド２４に近い方は制動位置からほとんど移動しないようにして、図３（ｅ）に示したように、ガイド用軸２２を支点として回動する。

保持部材６が回転、傾斜し、制動ディスク２と永久磁石７との間隔が広がると、制動ディスク２に作用する吸引力は急激に小さくなり、主アクチュエータ４の力は、保持部材６を回転、傾斜させる際に必要とした時ほどの力を必要としなくなる。主アクチュエータ４の力によって保持部材６がある角度まで回転すると、リンク２１とガイド２４の寸法上の制約から、保持部材６の回転角度が制限されて、保持部材６はそれ以上回転することができなくなり、図３（ｆ）に示すように、ロッド４ａの退入に引かれるようにして、保持部材６は全体がスライドして後退し、最後は、図３（ａ）に示した非制動位置で静止する。

図４は本発明の第２の例を示したものであり、この第２の例は、図１及び図２に示した第１の例と、以下の点が相違している。
すなわち、第２の例は、傾動支点の移動を永久磁石７と制動ディスク２間の吸引力（制動状態への切り替え時）や、主アクチュエータ４のロッド４ａの退入移動（非制動状態への切り替え時）のみによらず、案内筒３に設けた補助アクチュエータ２５のロッド２５ａの出退動によって行うものである。

従って、この補助アクチュエータ２５の能力は、主アクチュエータ４の能力を補助して保持部材６を制動ディスク２から離間させるだけの能力があれば十分であり、当然に主アクチュエータ４よりも小さい能力で良い。

また、補助アクチュエータ２５のロッド２５ａの出退動により傾動支点の移動を行うため、第１の例のガイド２４に代えて、例えば補助アクチュエータ２５のロッド２５ａの先端にリンク２６を取り付け、このリンク２６の孔２６ａ内に保持部材６に取り付けた補助アクチュエータ用軸２７を嵌め合わせている。

図５は本発明の第３の例を示したものであり、この第３の例は、図１及び図２に示した第１の例と、以下の点が相違している。
すなわち、第３の例は、保持部材６を例えば６ａと６ｂの２分割に構成して夫々の保持部材６ａ，６ｂに主アクチュエータ４を取り付けると共に、この２分割部にガイド２４とガイド用軸２２からなるガイド機構を配置したものである。

この第３の例では、第１の例に比べてアクチュエータの数は増加するが、使用するアクチュエータは第１の例よりも小さい能力で済むことから、装置の小型化・軽量化が図れる。

また、この第３の例では、主アクチュエータ４は、夫々独立して動作することにより、制動力を調整することができる。例えば図５のように保持部材６を２分割構造とした場合には、一方の保持部材６ａのみを制動位置とし、他方の保持部材６ｂを非制動位置とすることによって、両方の保持部材６ａ，６ｂが制動位置に位置する場合に比べ、半分の制動力を発揮させることが可能になる。

この第３の例は、図１及び図２に示した第１の例における保持部材６を２分割した構成であるが、図４に示した第２の例における保持部材６を２分割した構造でも同様の効果が得られることは言うまでもない。これが第４の例である。

本発明は上記第１〜第４の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範囲内であれば、その態様の変形は任意である。
例えば、上記第１〜第４の例において、主アクチュエータ用軸２３を主アクチュエータ４のロッド４ａの先端に、リンク２１を保持部材６に取り付けたものでも良い。同様に、第２及び第４の例において、補助アクチュエータ用軸２７を補助アクチュエータ２５のロッド２５ａの先端に、リンク２６を保持部材６に取り付けたものでも良い。また、第１及び第３の例において、ガイド２４を保持部材６に、ガイド用軸２２を案内筒３に取り付けたものでも良い。

また、図６に示したように、上記第１の例と第２の例を組み合わせ、リンク２６と補助アクチュエータ用軸２７からなるリンク機構を備えた補助アクチュエータ２５を、案内筒３のガイド２４位置近傍に取り付けたものでも良い。このような構成では、非制動位置と制動位置の夫々で保持部材６をより確実に保持することが可能になり、また、主アクチュエータ４を小型化できるようになる。

また、図７に示したように、上記第１の例と第３の例において、ばね２８の一端を案内筒３のガイド２４位置近傍に、他端を保持部材６に夫々取り付け、保持部材６が制動ディスク２から離れる際に、主アクチュエータ４の作動にばね２８の反発力を付加して補助するようにしたものでも良い。

このように、ばね２８を取り付けることで、非制動時に切り替える際の動作がより円滑になり、非制動状態で保持部材６をより確実に保持することが可能になる。また、主アクチュエータ４をより小型化できる。なお、ばね２８の設置位置、数、能力は上記の例に限るものではなく、個々の状況に応じて適切に決定すれば良い。

また、上記の各例において、保持部材６のがたつきや撓みを防止するために、上記ガイド機構に加えて補助ガイド機構を設けても良い。この補助ガイド機構の設置位置、数、構造は、個々の状況に応じて適宜決定すれば良い。

上記の本発明に使用するアクチュエータとしては、空圧シリンダ、油圧シリンダ、電動モータとボールねじを組み合わせたもの、電動モータとラック・ピニオンを組み合わせたもの、電磁ソレノイド、リニアモータ等を採用すれば良い。また、容量が小さい場合には、ハンドレバーによる手動でも良い。

また、上記の本発明に使用するアクチュエータ用軸２３及びリンク２１の案内溝２１ａ、ガイド用軸２２及びガイド２４の案内溝２４ａ等の摺動部には、すべり軸受を設けても良いし、また、玉軸受やころ軸受を用いても良い。また、保持部材６はリング状であっても、多角形状であっても良い。

以上のように本発明の渦電流式減速装置は、スライド回動機構を備えているので、非制動時への切り替えの際の所要力が低減でき、装置の小型化・軽量化に優れ、小型車への搭載はもとより、搭載が可能な車両の幅が広がり、種々の車両に適用できる。

本発明に係る渦電流式減速装置の側面から見た第１の例を示す図（案内筒内部の保持部材、永久磁石及び各機構の状態を判り易くするため、案内筒の側面部を図示していない）で、（ａ）は制動状態を示す図、（ｂ）は非制動状態を示す図、（ｃ）はリンク機構の拡大図である。 図１におけるガイド機構部の詳細を示した図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は制動状態を示す図１（ａ）と同様の側面図、（ｃ）は非制動状態を示す図１（ｂ）と同様の側面図である。 （ａ）〜（ｆ）は図１に示した渦電流式減速装置の非制動状態から制動状態を経て非制動状態に切り替わる状態を順を追って説明する図１と同様の図である。 本発明に係る渦電流式減速装置の第２の例を示した図で、（ａ）は制動状態を示す図１（ａ）と同様の図、（ｂ）は非制動状態を示す図１（ｂ）と同様の図、（ｃ）は補助アクチュエータのリンク機構の要部拡大図である。 本発明に係る渦電流式減速装置の第３の例を示した図で、（ａ）は制動状態を示す図１（ａ）と同様の図、（ｂ）は非制動状態を示す図１（ｂ）と同様の図、（ｃ）は保持部材の分割部の要部拡大図である。 本発明に係る渦電流式減速装置の第１の例と第２の例を組み合わせたものを示した図で、（ａ）は制動状態を示す側面から見た図１（ａ）と同様の部分図、（ｂ）は（ａ）を平面から見た制動ディスクを除いた図である。 本発明に係る渦電流式減速装置の第１の例と第３の例の変形例を示した図１と同様の図で、は制動状態を示す側面から見た部分図である。 本発明の効果を説明するための、永久磁石、アクチュエータ、ガイドの位置関係を示した図１と同様の図で、（ａ）は制動状態の示す側面図、（ｂ）は（ａ）を右側面から見た図である。 従来の渦電流式減速装置の冷却フィン側から見た図である。 図９を側面から見た図１と同様の図で、（ａ）は制動状態を示す図、（ｂ）は非制動状態を示す図である。

符号の説明

１ 回転軸
２ 制動ディスク
３ 案内筒
４ 主アクチュエータ
６ 保持部材
７ 永久磁石
２１ リンク
２１ａ 案内溝
２２ ガイド用軸
２３ 主アクチュエータ用軸
２４ ガイド
２４ａ 案内溝
２５ 補助アクチュエータ
２５ａ ロッド
２６ リンク
２６ａ 孔
２７ 補助アクチュエータ用軸
２８ ばね

Claims (9)

1. 回転軸に取り付けられた制動ディスクと、
   非回転部分に取り付けられ、前記制動ディスクの制動面に対向するように配置された案内筒と、
   この案内筒の内部に収容され、前記制動ディスクの制動面に向かって回転軸の軸方向に移動が可能な保持部材と、
   この保持部材の前記制動ディスクの制動面に対向する面に設けられ、磁極面が前記制動面と向き合うと共に、隣り合う磁極が互に異なるように配置された複数の永久磁石とを備えた渦電流式減速装置であって、
   前記保持部材が、回転軸の軸方向に所定距離移動が可能な傾動支点を支点として前記制動ディスクに対して傾動可能に設けられ、
   非制動時には、前記保持部材を、前記傾動支点を支点として前記制動ディスクに対して傾動させた後、前記傾動支点側と共に前記制動ディスクより離間させることを特徴とする渦電流式減速装置。
2. 前記保持部材の移動をアクチュエータにより行うことを特徴とする請求項１に記載の渦電流式減速装置。
3. 前記傾動支点部が、案内溝を設けたガイドと、このガイドの前記案内溝に案内されて所定距離移動する軸とからなるガイド機構とからなることを特徴とする請求項１に記載の渦電流式減速装置。
4. 前記傾動支点部が、案内溝を設けたガイドと、このガイドの前記案内溝に案内されて所定距離移動する軸とからなるガイド機構とからなることを特徴とする請求項２に記載の渦電流式減速装置。
5. 前記傾動支点部が、補助アクチュエータを備えたリンクと、このリンクに嵌め合う軸とからなるリンク機構とからなることを特徴とする請求項２に記載の渦電流式減速装置。
6. 保持部材を分割構成し、この分割構成した保持部材各々に前記アクチュエータを設けると共に、保持部材の分割部に傾動支点部を設けたことを特徴とする請求項２又は５に記載の渦電流式減速装置。
7. 保持部材を分割構成し、この分割構成した保持部材各々に前記アクチュエータを設けると共に、保持部材の分割部に傾動支点部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の渦電流式減速装置。
8. 前記傾動支点部の近傍に、補助アクチュエータを備えたリンク機構を設けたことを特徴とする請求項４又は請求項７に記載の渦電流式減速装置。
9. 前記傾動支点部の近傍の、前記案内筒と保持部材間にばねを配置し、非制動状態への切り替えの際に前記ばねで保持部材の移動を補助させるようにしたことを特徴とする請求項３、請求項４、請求項７の何れかに記載の渦電流式減速装置。

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