JP4296836B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に大型車両において補助ブレーキとして使用される渦電流式減速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トラック等の大型車両の補助ブレーキとして渦電流式減速装置（リターダ）が使用されている。
【０００３】
図８及び図９を用いて、従来の渦電流式減速装置の一例を説明する。
【０００４】
この渦電流式減速装置５１は、車両のプロペラシャフト等の回転軸５２に取り付けられたドラム状の制動ロータ５３と、制動ロータ５３の径方向内側に配置され、ミッションケース等の固定側に取り付けられたステータ５４（磁力源）とを備える。
【０００５】
ステータ５４は、固定側に支持された中空のケーシング５５と、ケーシング５５の内部に配置された二つの磁石環５７，５８とを備える。
【０００６】
第１磁石環５７はケーシング５５に対して回動不可に固定され、第２磁石環５８は第１磁石環５７に並設されると共にケーシング５５内に回動自在に収容される。第２磁石環５８はアクチュエータ５６により回動される。
【０００７】
第１及び第２磁石環５７，５８は、磁性体からなる支持リング５９，６０と支持リング５９，６０に周方向に所定間隔を隔てて取り付けられた複数の永久磁石６１，６２とを有する。各永久磁石６１，６２は、径方向の両端部に磁極を有し、その磁極の向きが周方向に交互に異なるように設定される。
【０００８】
ケーシング５５の外周壁には、周方向に等間隔を隔てて磁性体（鉄材など）からなるポールピース６３が複数埋設される。
【０００９】
この渦電流式減速装置の減速制動をオフするときには、アクチュエータ５６により第２磁石環５８を回動させて、第１磁石環５７の各永久磁石６１と第２磁石環５８の各永久磁石６２とが異なる磁極で対向する位相に位置させる。すると、図８に示すように、第１及び第２磁石環５７，５８とポールピース６３との間で短絡的な磁気回路Ｗ１が形成される。よって、制動ロータ５３には磁気が作用せず、渦電流が生じない。つまり、減速制動は生じない。
【００１０】
他方、減速制動をオンするときには、第２磁石環５８を回動させて、第１磁石環５７の各永久磁石６１と第２磁石環５８の各永久磁石６２とを同極で対向させる。すると、図９に示すように、第１及び第２磁石環５７，５８の永久磁石６１，６２からの磁束がポールピース６３を貫通して制動ロータ５３へと達し、第１及び第２磁石環５７，５８と、ポールピース６３と、制動ロータ５３との間で磁気回路Ｗ２が形成される。これによって、制動ロータ５３に渦電流が生じ、その渦電流と永久磁石６１，６２からの磁束との相互作用により回転軸５２が減速制動される。
【００１１】
このような渦電流式減速装置は、例えば特許文献１等にも記載されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平０７−１２３６９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような渦電流式減速装置において、制動オフ時に磁石６１，６２の磁束の一部が制動ロータ５３側に漏れて磁気漏れ回路を形成し、引き摺り制動が発生するという問題があった。このため、制動オフ時の磁気漏れを防止することが渦電流式減速装置の開発における一つの課題であった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、制動オフ時の磁気漏れを防止した渦電流式減速装置を提供することにある。
【００１５】
【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制動ロータと、その制動ロータに対向させて配置され、周方向に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を備えた第１磁石環と、その第１磁石環の上記制動ロータと反対側に対向させて配置され、周方向に間隔を隔てて且つ上記第１磁石環と向き合う磁極が周方向に交互に異なるように設定された複数の永久磁石を備えた第２磁石環とを備え、上記第１磁石環と上記第２磁石環とを所定の位相で対向させることで上記第１及び第２磁石環と上記制動ロータとの間で磁気回路を形成する制動オン状態とし、その制動オン状態から上記第１磁石環及び／又は上記第２磁石環を所定位相回動させることで上記第１磁石環と上記第２磁石環との間で短絡的な磁気回路を形成する制動オフ状態とする渦電流式減速装置であって、上記第２磁石環の永久磁石の磁力を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の総磁力よりも大きく設定し、制動オフ状態のときに上記制動ロータへと漏れる磁束をほぼゼロとするものである。
【００１６】
ここで、上記第２磁石環の永久磁石の磁極面の面積を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の磁極面の総面積とほぼ等しく設定し、上記第２磁石環の永久磁石の磁束密度を、上記第１磁石環の永久磁石の磁束密度よりも大きくしても良い。
【００１７】
また、上記第２磁石環の永久磁石と上記第１磁石環の永久磁石の磁束密度を互いにほぼ等しく設定し、上記第２磁石環の永久磁石の磁極面の面積を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の磁極面の総面積よりも大きくしても良い。
【００１８】
更に、上記制動オフ状態のときの上記第１磁石環と上記第２磁石環との対向位相を、上記第１磁石環の永久磁石と上記第２磁石環の永久磁石とにおける、磁力、磁束密度、又は磁極面面積の差に基づいて設定するようにしても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本実施形態に係る渦電流式減速装置の上半分側面断面図、図２は制動オフ時の部分正面断面図、図３は制動オン時の部分正面断面図である。
【００２１】
図１に示すように、この渦電流式減速装置１は、車両のプロペラシャフト等の回転軸２に取り付けられたドラム状の制動ロータ３と、制動ロータ３の径方向内側に配置され、ミッションケース等の固定側に取り付けられたステータ４（磁力源）とを備え、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。
【００２２】
ステータ４は、固定側に支持された中空のケーシング５を有し、そのケーシング５の外周壁には、制動ロータ３の内面と対向させて外側磁石環（第１磁石環）１８が取り付けられる。図２及び図３に示すように、外側磁石環１８は、ケーシング５に取り付けられた磁性部材１７（電磁鋼板の積層体や鉄のブロック材等）と、磁性部材１７に周方向に所定間隔を隔てて埋設された複数の永久磁石１６とを有する。各永久磁石１６は、周方向両端部に磁極を有し、且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定される。各永久磁石１６の径方向外側には磁性部材１７からなる薄板部１３が形成される。
【００２３】
ケーシング５の内部には、内側磁石環（第２磁石環）７が、外側磁石環１８に制動ロータ３と反対側（径方向内側）から対向させて収容される。内側磁石環７は、ブッシュ６を介して回動自在に設けられ、ケーシング５の側部に設けられたアクチュエータ８（流体シリンダ等）により回動される。内側磁石環７は、非磁性体（オーステナイト系ステンレス等）からなる支持リング９と、支持リング９の外周に設けられた磁性部材１１（電磁鋼板の積層体や鉄のブロック材等）と、磁性部材１１に周方向に所定間隔を隔てて埋設された複数の永久磁石１０とを有する。各永久磁石１０は、その径方向両端部に磁極を有し、外側磁石環１８と向き合う磁極が周方向に交互に異なるように設定される。内側磁石環７の永久磁石１０の周方向長さは、基本的には外側磁石環１８の各永久磁石１６間のピッチとほぼ等しく設定される。磁性部材１１における各永久磁石１０間に位置する部分には、長方形状の穴１５が形成される。
【００２４】
この渦電流式減速装置の減速制動をオフするときには、アクチュエータ８で内側磁石環７を回動させて、図２に示すように、内側磁石環７の各永久磁石１０が外側磁石環１８の各永久磁石１６間に位置し、且つ内側磁石環７の永久磁石１０と外側磁石環１８の各永久磁石１６とが異なる磁極で対向する位相に位置させる。すると、内側磁石環７の永久磁石１０及び磁性部材１１と外側磁石環１８の永久磁石１６及び磁性部材１７との間で短絡的な磁気回路３１が形成される。よって、制動ロータ３には磁気が作用せず、減速制動は生じない。このとき、外側磁石環１８の永久磁石１６から制動ロータ３側へと流れた磁束は薄板部１３を通って短絡するため、制動ロータ３への磁気漏れを効果的に防止できる。
【００２５】
他方、減速制動をオンするときには、内側磁石環７を回動させて、図３に示すように、内側磁石環７の各永久磁石１０が外側磁石環１８の各永久磁石１６間に位置し、且つ内側磁石環７の各永久磁石１０と外側磁石環１８の各永久磁石１６とが同極で対向する位相に位置させる。すると、内側及び外側磁石環７，１８の永久磁石１０，１６及び磁性部材１１，１７と制動ロータ３との間で磁気回路３２，３３が形成される。よって、制動ロータ３に渦電流が生じ、その渦電流と永久磁石１０，１６からの磁束との相互作用により回転軸２が減速制動される。このとき、内側磁石環７の磁性部材１１に穴１５が形成されているため、永久磁石１０からの磁束が磁性部材１１を通って短絡することを防止できる。
【００２６】
さて、本発明者らは、このような渦電流式減速装置において、内側磁石環７の永久磁石１０の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する外側磁石環１８の永久磁石１６の総磁力よりも大きくすることによって、制動オフ時の磁気漏れをほとんどゼロにできることを見いだした。具体的には、本実施形態では制動オフ時に、一つの内側永久磁石１０と、その両側に位置する二つの外側永久磁石１６とで磁気回路を形成するので、内側永久磁石１０の磁力Ｗ２を外側永久磁石１６の磁力Ｗ１の２倍よりも大きく（Ｗ２＞２×Ｗ１）設定することで磁気漏れをなくすことができる。
【００２７】
内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくする方法としては、永久磁石１０，１６の磁束密度（単位面積当たりの磁束）を異ならせる方法、永久磁石１０，１６の磁極面の面積を異ならせる方法、あるいはそれらの複合等が考えられる。
【００２８】
例えば、内側永久磁石１０の磁極面の面積を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する二つの外側永久磁石１６の合計磁極面面積とほぼ等しく設定した場合、つまり、内側永久磁石１０の磁極面面積を外側永久磁石１６の磁極面面積の２倍と等しくした場合、内側永久磁石１０の磁束密度を外側永久磁石１６の磁束密度よりも大きくすれば、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくすることができる。
【００２９】
また、各内側永久磁石１０と各外側永久磁石１６の磁束密度を互いにほぼ等しく設定した場合、内側永久磁石１０の磁極面の面積を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する二つの外側永久磁石１６の磁極面の総面積よりも大きくすれば、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくすることができる。例えば、図１に示すように、外側永久磁石１６の軸方向長さＴ１と内側永久磁石１０の軸方向長さＴ２とを等しく（Ｔ１＝Ｔ２）設定した場合、内側永久磁石１０の周方向長さＬ２（図２参照）を外側永久磁石１６の径方向長さＬ１の２倍よりも大きく（Ｌ２＞２×Ｌ１）すれば良い。あるいは、内側永久磁石１０の周方向長さＬ２を外側永久磁石１６の径方向長さＬ１の２倍と等しくした場合、内側永久磁石１０の軸方向長さＴ２を外側永久磁石１６の軸方向長さＴ１よりも大きく（Ｔ２＞Ｔ１）すれば良い。
【００３０】
なお、各内側永久磁石１０と各外側永久磁石１６の磁束密度を互いにほぼ等しく設定すると共に、内側永久磁石１０の磁極面の面積を各外側永久磁石１６の磁極面の面積の２倍と等しくした場合であっても、内側永久磁石１０の径方向長さを外側永久磁石１６の周方向長さよりも大きくすれば、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくすることができる。
【００３１】
本発明者らは、内側永久磁石１０の磁力と、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する外側永久磁石１６の総磁力との比率を様々に変えて磁気漏れを確認した。その結果を図４に示す。なお、ここでは内側及び外側永久磁石１０，１６の磁束密度（磁石性能）を互いにほぼ等しくし、内側永久磁石１０の磁極面の面積と外側永久磁石１６の磁極面の面積との比率を変えて試験を行った。ここでは、内側永久磁石１０の磁力の、外側永久磁石１６の総磁力に対する比率を１．１〜１．７の範囲で変化させて試験を行った。なお、比率が１．０ということは、内側永久磁石１０の磁力が外側永久磁石１６の磁力の２倍に等しいことを意味している。
【００３２】
図中、横軸が外側永久磁石１６の総磁力に対する内側永久磁石１０の磁力の比率であり、縦軸が制動オフ状態のときに制動ロータ３に作用する磁束である。
【００３３】
図に示すように、制動オフ時に制動ロータ３に作用する磁束は、上記比率が１．１であるときにはプラス側に若干発生し、比率が大きくなるにつれて徐々に減小する。そして、比率が約１．４のところでほぼゼロとなり、１．４を越えて大きくなるとマイナス側に発生する。
【００３４】
上記比率が１．４よりも小さいときに、制動ロータ３にプラス側の磁束が作用する理由については、内側永久磁石１０による外側永久磁石１６の磁束を引き付ける力が小さく、図５に示すように、外側永久磁石１６の磁束の一部が制動ロータ３へ漏れて磁気漏れ回路Ｗ３を形成していることが考えられる。
【００３５】
そして、上記比率を１．４とした場合、外側永久磁石１６の全ての磁束が内側永久磁石１０側に引き付けられており、制動ロータ３側へと漏れる磁束がほとんど存在しないことを意味している。従って、外側永久磁石１６の総磁力に対する内側永久磁石１０の磁力の比率を１．４倍程度にすれば、制動オフ時の磁気漏れをほとんどなくすことができる。
【００３６】
上記比率を１．４よりも大きいときに、制動ロータ３にマイナス側の磁束が作用する理由については、内側永久磁石１０の磁力が大き過ぎて、図５に示すように、内側永久磁石１０の磁束の一部が制動ロータ３へ漏れて磁気漏れ回路Ｗ４を形成していることが考えられる。つまり、外側永久磁石１６による磁気漏れ回路Ｗ３とは反対方向への磁気漏れ回路Ｗ４が発生するため磁束がマイナスの値となるのである。
【００３７】
この結果から、内側永久磁石１０の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する外側永久磁石１６の総磁力よりも大きくすれば、外側永久磁石１６による磁気漏れをなくすことができるが、あまり大きくしすぎると内側永久磁石１０による磁気漏れが生じてしまうことが分かる。
【００３８】
磁気漏れをほぼゼロにすることができる最適な比率は、渦電流式減速装置の構造や、内側及び外側永久磁石１０，１６の大きさなどにより変化すると考えられるので、渦電流式減速装置の種類毎に適宜設定することが好ましい。
【００３９】
次に、本発明者らは、内側永久磁石１０の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路３１を形成する外側永久磁石１６の総磁力よりも大きくすると共に、制動オフ時の内側磁石環７と外側磁石環１８の対向位相、つまり、内側永久磁石１０と外側永久磁石１６との対向位相を適切にすることで磁気漏れをより確実に防止できることを見い出した。以下、この点について説明する。
【００４０】
図６は、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の１．５倍にした場合において、内側磁石環７を制動オン状態から徐々に回動していったときの制動ロータ３に作用する磁束を解析したものである。
【００４１】
図中、横軸が内側磁石環７の回動角度を示しており、０°のときが制動オン状態の位相である。つまり、この状態では、図３に示すように、各内側永久磁石１０が各外側永久磁石１６のちょうど真ん中に位置し、同極で対向する。そして、１１°のときが、内側磁石環７を内側永久磁石１０の１ピッチ分だけ回動させた位相である。つまり、この状態では、図２に示すように、各内側永久磁石１０が各外側永久磁石１６のちょうど真ん中に位置し、異極で対向する。
【００４２】
図から分かるように、内側磁石環７を０°から回動していくにつれて制動ロータ３に作用する磁束は徐々に少なくなる。そして、内側磁石環７を約８．５°回動させたときに磁束はほぼゼロとなる。内側磁石環７をそれ以上回動させると制動ロータ３にマイナス側の磁束（逆方向の磁束）が作用する。従って、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の１．５倍とした場合、制動オフ時には、内側磁石環７を内側永久磁石１０の１ピッチよりも小さい位相（１ピッチ１１°に対して約８．５°）だけ回動させるようにすれば磁気漏れをほとんどなくすことができる。
【００４３】
ここで、図４の試験では、制動オフ時に内側磁石環７を内側永久磁石１０の１ピッチ分だけ回動させるようにした。従って、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の約１．４倍としたときには、制動オフ時の内側磁石環７の回動位相を内側永久磁石１０の１ピッチと等しくすれば磁気漏れをほとんどなくすことができる。
【００４４】
このように、内側永久磁石１０の磁力と外側永久磁石１６の総磁力との差によって、磁気漏れを最小とできる内側磁石環７の回動角度が変化する。従って、内側永久磁石１０と外側永久磁石１６とにおける、磁力、磁束密度、又は磁極面面積の差に基づいて、制動オフ状態のときの外側磁石環１８と内側磁石環７との対向位相を設定することで磁気漏れをより確実に防止できる。本発明者らは、種々の実験から、内側永久磁石１０の磁力が外側永久磁石１６の総磁力よりも大きくなるにつれて、制動オフ時の内側磁石環７の回動位相を小さくすれば良いことを確認した。
【００４５】
以上のことから、内側永久磁石１０の磁力と外側永久磁石１６の総磁力との比率に応じて、制動オフ状態のときの内側磁石環７の位相を設定することで、制動オン時の制動能力の確保と制動オフ時の磁気漏れ防止との両立を図ることができる。
【００４６】
この理由を説明すると、まず、制動オン時の制動能力を高めるためには、制動ロータ３に作用する磁束を多くすれば良いので、内側永久磁石１０の磁力を高めることで達成できると考えられる。しかしながら、図４からも分かるように、内側磁石環７の回動位相を内側永久磁石１０の１ピッチと等しくした場合、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の１．４倍よりも大きくすると制動オフ時の磁気漏れが発生する。そこで、内側永久磁石１０の回動位相を１ピッチよりも小さくすることで磁気漏れを防止する。つまり、内側永久磁石１０の磁力を高めて制動能力の向上を図る一方で、内側永久磁石１０と外側永久磁石１６の磁力の差に基づいて内側磁石環７の回動位相を設定することで磁気漏れもゼロとできるのである。
【００４７】
本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形例が考えられるものである。
【００４８】
例えば、上記実施形態では内側磁石環７を回動させるタイプを説明したが、内側磁石環７を固定として、外側磁石環１８を回動させるタイプにも適用できる。
【００４９】
また、図７に示すように、ディスク状の制動ロータ４０を備えたタイプの渦電流式減速装置にも適用できる。この形態では、制動ロータ４０に側部から対向させてケーシング４１が固定側に取り付けられ、そのケーシング４１に第１磁石環４２（図１の外側磁石環１８に相当）が取り付けられる。また、ケーシング４１内には、第１磁石環４２に制動ロータ４０の反対側から対向させて第２磁石環４３（図１の内側磁石環７に相当）が回動自在に設けられる。第１磁石環４２は、周方向に所定間隔を隔てて配置され、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４４を備える。第２磁石環４３は、周方向に所定間隔を隔てて配置され、且つ第１磁石環４２と向き合う磁極が周方向に交互に異なるように設定された複数の永久磁石４５を備える。
【００５０】
係る渦電流式減速装置においても、第２磁石環４３の永久磁石４５の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する第１磁石環４２の磁石４４の総磁力に対して所定の比率で大きくすると共に、その比率に応じて制動オフ時の第１磁石環４２と第２磁石環４３との対向位相を適切に設定することで磁気漏れを確実に防止できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、制動オフ時の磁気漏れを確実に防止できるという優れた効果を発揮するものである。
【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上半分側面断面図である。
【図２】制動オフ時の部分正面断面図である。
【図３】制動オン時の部分正面断面図である。
【図４】内側永久磁石の磁力の外側永久磁石の総磁力に対する比率と、制動オフ時に制動ロータに作用する磁束との関係を示す図である。
【図５】制動オフ時の磁気漏れを表す部分正面断面図である。
【図６】内側磁石環の回動位相と制動ロータに作用する磁束との関係を示す図である。
【図７】（ａ）本発明の他の実施形態に係る渦電流式減速装置の上半分側面断面図である。
（ｂ）本発明の他の実施形態に係る渦電流式減速装置の部分平面断面図である。
【図８】従来の渦電流式減速装置の上半分側面断面図である。
【図９】従来の渦電流式減速装置の部分正面断面図である。
【符号の説明】
１ 渦電流式減速装置
２ 回転軸
３ 制動ロータ
５ ケーシング
７ 内側磁石環（第２磁石環）
１０ 永久磁石
１６ 永久磁石
１８ 外側磁石環（第１磁石環）
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に大型車両において補助ブレーキとして使用される渦電流式減速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トラック等の大型車両の補助ブレーキとして渦電流式減速装置（リターダ）が使用されている。
【０００３】
図８及び図９を用いて、従来の渦電流式減速装置の一例を説明する。
【０００４】
この渦電流式減速装置５１は、車両のプロペラシャフト等の回転軸５２に取り付けられたドラム状の制動ロータ５３と、制動ロータ５３の径方向内側に配置され、ミッションケース等の固定側に取り付けられたステータ５４（磁力源）とを備える。
【０００５】
ステータ５４は、固定側に支持された中空のケーシング５５と、ケーシング５５の内部に配置された二つの磁石環５７，５８とを備える。
【０００６】
第１磁石環５７はケーシング５５に対して回動不可に固定され、第２磁石環５８は第１磁石環５７に並設されると共にケーシング５５内に回動自在に収容される。第２磁石環５８はアクチュエータ５６により回動される。
【０００７】
第１及び第２磁石環５７，５８は、磁性体からなる支持リング５９，６０と支持リング５９，６０に周方向に所定間隔を隔てて取り付けられた複数の永久磁石６１，６２とを有する。各永久磁石６１，６２は、径方向の両端部に磁極を有し、その磁極の向きが周方向に交互に異なるように設定される。
【０００８】
ケーシング５５の外周壁には、周方向に等間隔を隔てて磁性体（鉄材など）からなるポールピース６３が複数埋設される。
【０００９】
この渦電流式減速装置の減速制動をオフするときには、アクチュエータ５６により第２磁石環５８を回動させて、第１磁石環５７の各永久磁石６１と第２磁石環５８の各永久磁石６２とが異なる磁極で対向する位相に位置させる。すると、図８に示すように、第１及び第２磁石環５７，５８とポールピース６３との間で短絡的な磁気回路Ｗ１が形成される。よって、制動ロータ５３には磁気が作用せず、渦電流が生じない。つまり、減速制動は生じない。
【００１０】
他方、減速制動をオンするときには、第２磁石環５８を回動させて、第１磁石環５７の各永久磁石６１と第２磁石環５８の各永久磁石６２とを同極で対向させる。すると、図９に示すように、第１及び第２磁石環５７，５８の永久磁石６１，６２からの磁束がポールピース６３を貫通して制動ロータ５３へと達し、第１及び第２磁石環５７，５８と、ポールピース６３と、制動ロータ５３との間で磁気回路Ｗ２が形成される。これによって、制動ロータ５３に渦電流が生じ、その渦電流と永久磁石６１，６２からの磁束との相互作用により回転軸５２が減速制動される。
【００１１】
このような渦電流式減速装置は、例えば特許文献１等にも記載されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平０７−１２３６９７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような渦電流式減速装置において、制動オフ時に磁石６１，６２の磁束の一部が制動ロータ５３側に漏れて磁気漏れ回路を形成し、引き摺り制動が発生するという問題があった。このため、制動オフ時の磁気漏れを防止することが渦電流式減速装置の開発における一つの課題であった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、制動オフ時の磁気漏れを防止した渦電流式減速装置を提供することにある。
【００１５】
【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制動ロータと、その制動ロータに対向させて配置され、周方向に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を備えた第１磁石環と、その第１磁石環の上記制動ロータと反対側に対向させて配置され、周方向に間隔を隔てて且つ上記第１磁石環と向き合う磁極が周方向に交互に異なるように設定された複数の永久磁石を備えた第２磁石環とを備え、上記第１磁石環と上記第２磁石環とを所定の位相で対向させることで上記第１及び第２磁石環と上記制動ロータとの間で磁気回路を形成する制動オン状態とし、その制動オン状態から上記第１磁石環及び／又は上記第２磁石環を所定位相回動させることで上記第１磁石環と上記第２磁石環との間で短絡的な磁気回路を形成する制動オフ状態とする渦電流式減速装置であって、上記第２磁石環の永久磁石の磁力を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の総磁力よりも大きく設定し、制動オフ状態のときに上記制動ロータへと漏れる磁束をほぼゼロとするものである。
【００１６】
ここで、上記第２磁石環の永久磁石の磁極面の面積を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の磁極面の総面積とほぼ等しく設定し、上記第２磁石環の永久磁石の磁束密度を、上記第１磁石環の永久磁石の磁束密度よりも大きくしても良い。
【００１７】
また、上記第２磁石環の永久磁石と上記第１磁石環の永久磁石の磁束密度を互いにほぼ等しく設定し、上記第２磁石環の永久磁石の磁極面の面積を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の磁極面の総面積よりも大きくしても良い。
【００１８】
更に、上記制動オフ状態のときの上記第１磁石環と上記第２磁石環との対向位相を、上記第１磁石環の永久磁石と上記第２磁石環の永久磁石とにおける、磁力、磁束密度、又は磁極面面積の差に基づいて設定するようにしても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本実施形態に係る渦電流式減速装置の上半分側面断面図、図２は制動オフ時の部分正面断面図、図３は制動オン時の部分正面断面図である。
【００２１】
図１に示すように、この渦電流式減速装置１は、車両のプロペラシャフト等の回転軸２に取り付けられたドラム状の制動ロータ３と、制動ロータ３の径方向内側に配置され、ミッションケース等の固定側に取り付けられたステータ４（磁力源）とを備え、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。
【００２２】
ステータ４は、固定側に支持された中空のケーシング５を有し、そのケーシング５の外周壁には、制動ロータ３の内面と対向させて外側磁石環（第１磁石環）１８が取り付けられる。図２及び図３に示すように、外側磁石環１８は、ケーシング５に取り付けられた磁性部材１７（電磁鋼板の積層体や鉄のブロック材等）と、磁性部材１７に周方向に所定間隔を隔てて埋設された複数の永久磁石１６とを有する。各永久磁石１６は、周方向両端部に磁極を有し、且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定される。各永久磁石１６の径方向外側には磁性部材１７からなる薄板部１３が形成される。
【００２３】
ケーシング５の内部には、内側磁石環（第２磁石環）７が、外側磁石環１８に制動ロータ３と反対側（径方向内側）から対向させて収容される。内側磁石環７は、ブッシュ６を介して回動自在に設けられ、ケーシング５の側部に設けられたアクチュエータ８（流体シリンダ等）により回動される。内側磁石環７は、非磁性体（オーステナイト系ステンレス等）からなる支持リング９と、支持リング９の外周に設けられた磁性部材１１（電磁鋼板の積層体や鉄のブロック材等）と、磁性部材１１に周方向に所定間隔を隔てて埋設された複数の永久磁石１０とを有する。各永久磁石１０は、その径方向両端部に磁極を有し、外側磁石環１８と向き合う磁極が周方向に交互に異なるように設定される。内側磁石環７の永久磁石１０の周方向長さは、基本的には外側磁石環１８の各永久磁石１６間のピッチとほぼ等しく設定される。磁性部材１１における各永久磁石１０間に位置する部分には、長方形状の穴１５が形成される。
【００２４】
この渦電流式減速装置の減速制動をオフするときには、アクチュエータ８で内側磁石環７を回動させて、図２に示すように、内側磁石環７の各永久磁石１０が外側磁石環１８の各永久磁石１６間に位置し、且つ内側磁石環７の永久磁石１０と外側磁石環１８の各永久磁石１６とが異なる磁極で対向する位相に位置させる。すると、内側磁石環７の永久磁石１０及び磁性部材１１と外側磁石環１８の永久磁石１６及び磁性部材１７との間で短絡的な磁気回路３１が形成される。よって、制動ロータ３には磁気が作用せず、減速制動は生じない。このとき、外側磁石環１８の永久磁石１６から制動ロータ３側へと流れた磁束は薄板部１３を通って短絡するため、制動ロータ３への磁気漏れを効果的に防止できる。
【００２５】
他方、減速制動をオンするときには、内側磁石環７を回動させて、図３に示すように、内側磁石環７の各永久磁石１０が外側磁石環１８の各永久磁石１６間に位置し、且つ内側磁石環７の各永久磁石１０と外側磁石環１８の各永久磁石１６とが同極で対向する位相に位置させる。すると、内側及び外側磁石環７，１８の永久磁石１０，１６及び磁性部材１１，１７と制動ロータ３との間で磁気回路３２，３３が形成される。よって、制動ロータ３に渦電流が生じ、その渦電流と永久磁石１０，１６からの磁束との相互作用により回転軸２が減速制動される。このとき、内側磁石環７の磁性部材１１に穴１５が形成されているため、永久磁石１０からの磁束が磁性部材１１を通って短絡することを防止できる。
【００２６】
さて、本発明者らは、このような渦電流式減速装置において、内側磁石環７の永久磁石１０の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する外側磁石環１８の永久磁石１６の総磁力よりも大きくすることによって、制動オフ時の磁気漏れをほとんどゼロにできることを見いだした。具体的には、本実施形態では制動オフ時に、一つの内側永久磁石１０と、その両側に位置する二つの外側永久磁石１６とで磁気回路を形成するので、内側永久磁石１０の磁力Ｗ２を外側永久磁石１６の磁力Ｗ１の２倍よりも大きく（Ｗ２＞２×Ｗ１）設定することで磁気漏れをなくすことができる。
【００２７】
内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくする方法としては、永久磁石１０，１６の磁束密度（単位面積当たりの磁束）を異ならせる方法、永久磁石１０，１６の磁極面の面積を異ならせる方法、あるいはそれらの複合等が考えられる。
【００２８】
例えば、内側永久磁石１０の磁極面の面積を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する二つの外側永久磁石１６の合計磁極面面積とほぼ等しく設定した場合、つまり、内側永久磁石１０の磁極面面積を外側永久磁石１６の磁極面面積の２倍と等しくした場合、内側永久磁石１０の磁束密度を外側永久磁石１６の磁束密度よりも大きくすれば、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくすることができる。
【００２９】
また、各内側永久磁石１０と各外側永久磁石１６の磁束密度を互いにほぼ等しく設定した場合、内側永久磁石１０の磁極面の面積を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する二つの外側永久磁石１６の磁極面の総面積よりも大きくすれば、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくすることができる。例えば、図１に示すように、外側永久磁石１６の軸方向長さＴ１と内側永久磁石１０の軸方向長さＴ２とを等しく（Ｔ１＝Ｔ２）設定した場合、内側永久磁石１０の周方向長さＬ２（図２参照）を外側永久磁石１６の径方向長さＬ１の２倍よりも大きく（Ｌ２＞２×Ｌ１）すれば良い。あるいは、内側永久磁石１０の周方向長さＬ２を外側永久磁石１６の径方向長さＬ１の２倍と等しくした場合、内側永久磁石１０の軸方向長さＴ２を外側永久磁石１６の軸方向長さＴ１よりも大きく（Ｔ２＞Ｔ１）すれば良い。
【００３０】
なお、各内側永久磁石１０と各外側永久磁石１６の磁束密度を互いにほぼ等しく設定すると共に、内側永久磁石１０の磁極面の面積を各外側永久磁石１６の磁極面の面積の２倍と等しくした場合であっても、内側永久磁石１０の径方向長さを外側永久磁石１６の周方向長さよりも大きくすれば、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の磁力よりも大きくすることができる。
【００３１】
本発明者らは、内側永久磁石１０の磁力と、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する外側永久磁石１６の総磁力との比率を様々に変えて磁気漏れを確認した。その結果を図４に示す。なお、ここでは内側及び外側永久磁石１０，１６の磁束密度（磁石性能）を互いにほぼ等しくし、内側永久磁石１０の磁極面の面積と外側永久磁石１６の磁極面の面積との比率を変えて試験を行った。ここでは、内側永久磁石１０の磁力の、外側永久磁石１６の総磁力に対する比率を１．１〜１．７の範囲で変化させて試験を行った。なお、比率が１．０ということは、内側永久磁石１０の磁力が外側永久磁石１６の磁力の２倍に等しいことを意味している。
【００３２】
図中、横軸が外側永久磁石１６の総磁力に対する内側永久磁石１０の磁力の比率であり、縦軸が制動オフ状態のときに制動ロータ３に作用する磁束である。
【００３３】
図に示すように、制動オフ時に制動ロータ３に作用する磁束は、上記比率が１．１であるときにはプラス側に若干発生し、比率が大きくなるにつれて徐々に減小する。そして、比率が約１．４のところでほぼゼロとなり、１．４を越えて大きくなるとマイナス側に発生する。
【００３４】
上記比率が１．４よりも小さいときに、制動ロータ３にプラス側の磁束が作用する理由については、内側永久磁石１０による外側永久磁石１６の磁束を引き付ける力が小さく、図５に示すように、外側永久磁石１６の磁束の一部が制動ロータ３へ漏れて磁気漏れ回路Ｗ３を形成していることが考えられる。
【００３５】
そして、上記比率を１．４とした場合、外側永久磁石１６の全ての磁束が内側永久磁石１０側に引き付けられており、制動ロータ３側へと漏れる磁束がほとんど存在しないことを意味している。従って、外側永久磁石１６の総磁力に対する内側永久磁石１０の磁力の比率を１．４倍程度にすれば、制動オフ時の磁気漏れをほとんどなくすことができる。
【００３６】
上記比率を１．４よりも大きいときに、制動ロータ３にマイナス側の磁束が作用する理由については、内側永久磁石１０の磁力が大き過ぎて、図５に示すように、内側永久磁石１０の磁束の一部が制動ロータ３へ漏れて磁気漏れ回路Ｗ４を形成していることが考えられる。つまり、外側永久磁石１６による磁気漏れ回路Ｗ３とは反対方向への磁気漏れ回路Ｗ４が発生するため磁束がマイナスの値となるのである。
【００３７】
この結果から、内側永久磁石１０の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する外側永久磁石１６の総磁力よりも大きくすれば、外側永久磁石１６による磁気漏れをなくすことができるが、あまり大きくしすぎると内側永久磁石１０による磁気漏れが生じてしまうことが分かる。
【００３８】
磁気漏れをほぼゼロにすることができる最適な比率は、渦電流式減速装置の構造や、内側及び外側永久磁石１０，１６の大きさなどにより変化すると考えられるので、渦電流式減速装置の種類毎に適宜設定することが好ましい。
【００３９】
次に、本発明者らは、内側永久磁石１０の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路３１を形成する外側永久磁石１６の総磁力よりも大きくすると共に、制動オフ時の内側磁石環７と外側磁石環１８の対向位相、つまり、内側永久磁石１０と外側永久磁石１６との対向位相を適切にすることで磁気漏れをより確実に防止できることを見い出した。以下、この点について説明する。
【００４０】
図６は、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の１．５倍にした場合において、内側磁石環７を制動オン状態から徐々に回動していったときの制動ロータ３に作用する磁束を解析したものである。
【００４１】
図中、横軸が内側磁石環７の回動角度を示しており、０°のときが制動オン状態の位相である。つまり、この状態では、図３に示すように、各内側永久磁石１０が各外側永久磁石１６のちょうど真ん中に位置し、同極で対向する。そして、１１°のときが、内側磁石環７を内側永久磁石１０の１ピッチ分だけ回動させた位相である。つまり、この状態では、図２に示すように、各内側永久磁石１０が各外側永久磁石１６のちょうど真ん中に位置し、異極で対向する。
【００４２】
図から分かるように、内側磁石環７を０°から回動していくにつれて制動ロータ３に作用する磁束は徐々に少なくなる。そして、内側磁石環７を約８．５°回動させたときに磁束はほぼゼロとなる。内側磁石環７をそれ以上回動させると制動ロータ３にマイナス側の磁束（逆方向の磁束）が作用する。従って、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の１．５倍とした場合、制動オフ時には、内側磁石環７を内側永久磁石１０の１ピッチよりも小さい位相（１ピッチ１１°に対して約８．５°）だけ回動させるようにすれば磁気漏れをほとんどなくすことができる。
【００４３】
ここで、図４の試験では、制動オフ時に内側磁石環７を内側永久磁石１０の１ピッチ分だけ回動させるようにした。従って、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の約１．４倍としたときには、制動オフ時の内側磁石環７の回動位相を内側永久磁石１０の１ピッチと等しくすれば磁気漏れをほとんどなくすことができる。
【００４４】
このように、内側永久磁石１０の磁力と外側永久磁石１６の総磁力との差によって、磁気漏れを最小とできる内側磁石環７の回動角度が変化する。従って、内側永久磁石１０と外側永久磁石１６とにおける、磁力、磁束密度、又は磁極面面積の差に基づいて、制動オフ状態のときの外側磁石環１８と内側磁石環７との対向位相を設定することで磁気漏れをより確実に防止できる。本発明者らは、種々の実験から、内側永久磁石１０の磁力が外側永久磁石１６の総磁力よりも大きくなるにつれて、制動オフ時の内側磁石環７の回動位相を小さくすれば良いことを確認した。
【００４５】
以上のことから、内側永久磁石１０の磁力と外側永久磁石１６の総磁力との比率に応じて、制動オフ状態のときの内側磁石環７の位相を設定することで、制動オン時の制動能力の確保と制動オフ時の磁気漏れ防止との両立を図ることができる。
【００４６】
この理由を説明すると、まず、制動オン時の制動能力を高めるためには、制動ロータ３に作用する磁束を多くすれば良いので、内側永久磁石１０の磁力を高めることで達成できると考えられる。しかしながら、図４からも分かるように、内側磁石環７の回動位相を内側永久磁石１０の１ピッチと等しくした場合、内側永久磁石１０の磁力を外側永久磁石１６の総磁力の１．４倍よりも大きくすると制動オフ時の磁気漏れが発生する。そこで、内側永久磁石１０の回動位相を１ピッチよりも小さくすることで磁気漏れを防止する。つまり、内側永久磁石１０の磁力を高めて制動能力の向上を図る一方で、内側永久磁石１０と外側永久磁石１６の磁力の差に基づいて内側磁石環７の回動位相を設定することで磁気漏れもゼロとできるのである。
【００４７】
本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形例が考えられるものである。
【００４８】
例えば、上記実施形態では内側磁石環７を回動させるタイプを説明したが、内側磁石環７を固定として、外側磁石環１８を回動させるタイプにも適用できる。
【００４９】
また、図７に示すように、ディスク状の制動ロータ４０を備えたタイプの渦電流式減速装置にも適用できる。この形態では、制動ロータ４０に側部から対向させてケーシング４１が固定側に取り付けられ、そのケーシング４１に第１磁石環４２（図１の外側磁石環１８に相当）が取り付けられる。また、ケーシング４１内には、第１磁石環４２に制動ロータ４０の反対側から対向させて第２磁石環４３（図１の内側磁石環７に相当）が回動自在に設けられる。第１磁石環４２は、周方向に所定間隔を隔てて配置され、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４４を備える。第２磁石環４３は、周方向に所定間隔を隔てて配置され、且つ第１磁石環４２と向き合う磁極が周方向に交互に異なるように設定された複数の永久磁石４５を備える。
【００５０】
係る渦電流式減速装置においても、第２磁石環４３の永久磁石４５の磁力を、制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する第１磁石環４２の磁石４４の総磁力に対して所定の比率で大きくすると共に、その比率に応じて制動オフ時の第１磁石環４２と第２磁石環４３との対向位相を適切に設定することで磁気漏れを確実に防止できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、制動オフ時の磁気漏れを確実に防止できるという優れた効果を発揮するものである。
【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上半分側面断面図である。
【図２】制動オフ時の部分正面断面図である。
【図３】制動オン時の部分正面断面図である。
【図４】内側永久磁石の磁力の外側永久磁石の総磁力に対する比率と、制動オフ時に制動ロータに作用する磁束との関係を示す図である。
【図５】制動オフ時の磁気漏れを表す部分正面断面図である。
【図６】内側磁石環の回動位相と制動ロータに作用する磁束との関係を示す図である。
【図７】（ａ）本発明の他の実施形態に係る渦電流式減速装置の上半分側面断面図である。
（ｂ）本発明の他の実施形態に係る渦電流式減速装置の部分平面断面図である。
【図８】従来の渦電流式減速装置の上半分側面断面図である。
【図９】従来の渦電流式減速装置の部分正面断面図である。
【符号の説明】
１ 渦電流式減速装置
２ 回転軸
３ 制動ロータ
５ ケーシング
７ 内側磁石環（第２磁石環）
１０ 永久磁石
１６ 永久磁石
１８ 外側磁石環（第１磁石環）
Claims (4)
- 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、周方向に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を備えた第１磁石環と、該第１磁石環の上記制動ロータと反対側に対向させて配置され、周方向に間隔を隔てて且つ上記第１磁石環と向き合う磁極が周方向に交互に異なるように設定された複数の永久磁石を備えた第２磁石環とを備え、上記第１磁石環と上記第２磁石環とを所定の位相で対向させることで上記第１及び第２磁石環と上記制動ロータとの間で磁気回路を形成する制動オン状態とし、その制動オン状態から上記第１磁石環及び／又は上記第２磁石環を所定位相回動させることで上記第１磁石環と上記第２磁石環との間で短絡的な磁気回路を形成する制動オフ状態とする渦電流式減速装置であって、
上記第２磁石環の永久磁石の磁力を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の総磁力よりも大きく設定し、制動オフ状態のときに上記制動ロータへと漏れる磁束をほぼゼロとすることを特徴とする渦電流式減速装置。 - 上記第２磁石環の永久磁石の磁極面の面積を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の磁極面の総面積とほぼ等しく設定し、
上記第２磁石環の永久磁石の磁束密度を、上記第１磁石環の永久磁石の磁束密度よりも大きくする請求項１記載の渦電流式減速装置。 - 上記第２磁石環の永久磁石と上記第１磁石環の永久磁石の磁束密度を互いにほぼ等しく設定し、
上記第２磁石環の永久磁石の磁極面の面積を、上記制動オフ状態のときに互いに磁気回路を形成する一つ又は複数の上記第１磁石環の永久磁石の磁極面の総面積よりも大きくする請求項１記載の渦電流式減速装置。 - 上記制動オフ状態のときの上記第１磁石環と上記第２磁石環との対向位相を、上記第１磁石環の永久磁石と上記第２磁石環の永久磁石とにおける、磁力、磁束密度、又は磁極面面積の差に基づいて設定する請求項１〜３いずれかに記載の渦電流式減速装置。
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