JP4411912B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Description

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係り、特に、電磁石及び永久磁石を用いた渦電流式減速装置に関する。

電磁石及び永久磁石を用いた渦電流式減速装置は、回転軸に取り付けられた制動ドラムと、この制動ドラムに対向させて固定側に取り付けられた電磁石支持体と、この電磁石支持体に周方向に所定間隔を隔てて配置された複数の電磁石と、それら電磁石内（又は、電磁石支持体内）に設けられた永久磁石とを備えている。

従来、この種の渦電流式減速装置においては、電磁石と同数（又は、同数以上）の永久磁石を、各電磁石内（又は、電磁石支持体内）に設けていた（例えば、特許文献１及び２等参照）。永久磁石は、電磁石の磁力を補助するため、電磁石の小型化及び軽量化を図ることができる。

特開２００２−２９１２２１号公報 特開２００２−３０５８６８号公報

しかしながら、渦電流式減速装置に、電磁石と同数（又は、同数以上）の永久磁石を設けると、部品点数が多くなると共に、永久磁石の取り付けに時間を要する。そのため、この種の渦電流式減速装置を製造するのに、永久磁石の取り付けが、コストアップの要因となるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、渦電流式減速装置の制動性能を低下させることなく、低コストで製造することができる渦電流式減速装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転軸に取り付けられた制動ドラムと、該制動ドラムに対向させて固定側に取り付けられた円環状の電磁石支持体と、該電磁石支持体に周方向に所定間隔を隔てて配置された複数の電磁石とを備えた渦電流式減速装置であって、上記複数の電磁石は、永久磁石を設けた電磁石からなる１以上の第１の電磁石と、その他の電磁石であって上記第１の電磁石より電線の巻数を多く設定した電磁石からなる１以上の第２の電磁石とがあり、上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の磁力が等しく、上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の重さが違い、上記第１の電磁石と上記第２の電磁石のそれぞれは、渦電流式減速装置の重心が上記電磁石支持体の径中心より下方に設定されるように上記電磁石支持体に配置されていることを特徴とする渦電流式減速装置である。

請求項２の発明は、回転軸に取り付けられた制動ディスクと、該制動ディスクに対向させて固定側に取り付けられた円環状の電磁石支持体と、該電磁石支持体に周方向に所定間隔を隔てて配置された複数の電磁石とを備えた渦電流式減速装置であって、上記複数の電磁石は、永久磁石を設けた電磁石からなる１以上の第１の電磁石と、その他の電磁石であって上記第１の電磁石より電線の巻数を多く設定した電磁石からなる１以上の第２の電磁石とがあり、上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の磁力が等しく、上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の重さが違い、上記第１の電磁石と上記第２の電磁石のそれぞれは、渦電流式減速装置の重心が上記電磁石支持体の径中心より下方に設定されるように上記電磁石支持体に配置されていることを特徴とする渦電流式減速装置である。

本発明によれば、渦電流式減速装置の制動性能を低下させることなく、低コストで渦電流式減速装置を製造することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る渦電流式減速装置の制動時を示す正面断面図である。図２は、図１の実施の形態に係る非制動時を示す正面断面図である。

図１に示すように、この渦電流式減速装置は、図示しない回転軸に取り付けられた筒状の制動ドラム１０を備えている。この制動ドラム１０は、導電体且つ磁性体（強磁性体、軟磁性体等、以下同じ）の材料（例えば、低炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等、以下同じ）からなる。制動ドラム１０の外周面には、渦電流によって生じた発熱を放熱するための放熱フィン１１が設けられている。

制動ドラム１０の内方には、制動ドラム１０に対向させて、図示しない固定側に取り付けられた不動の電磁石支持体１２が配置されている。この電磁石支持体１２は、導電体且つ磁性体の材料からなり、環状に形成されている。

電磁石支持体１２の外周面には、周方向に所定間隔を隔てて複数（本実施の形態においては、十二個）の電磁石１３が取り付けられている。各電磁石１３は、電磁石支持体１２の外周面に設けられ、周方向に延びる鉄心１４と、鉄心１４に電線を巻回してなる電磁コイル１５と、鉄心１４の径方向の外側端面に、制動ドラム１０に対向させて設けられた磁極片１６とを備えている。

鉄心１４及び磁極片１６は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁鋼板の積層体又はブロック体であり、これらは、一体的に形成されていても良い。電磁コイル１５は、周方向に隣接する電磁コイル１５と、電線を巻き付ける方向が異なる。

電磁石１３の幾つかには、永久磁石１７が配設されている。より詳しくは、電磁石１３の鉄心１４に、中空部を設け、その中空部内に永久磁石１７を挿入している。複数（本実施の形態においては、六個）の永久磁石１７を、一個置きで電磁石１３の鉄心１４の中空部内に、一個ずつ配置している。即ち、図例では、永久磁石１７を設けた電磁石１３と、永久磁石１７を設けていない電磁石１３とを周方向に交互に配置している。

永久磁石１７の径方向の両端面には、磁極面が形成され、この磁極面の極性は、電磁コイル１５の磁極の向きと同じになるように設定されている。

ここで、永久磁石１７の数は、十二個の電磁石１３に対して、四〜十個の範囲で偶数個とすることが望ましい。つまり、永久磁石１７の数を電磁石１３の数より少なく設定する。

また、永久磁石１７を設けていない電磁石１３の電線の巻数は、永久磁石１７を設けた電磁石１３の電線の巻数よりも多くしてある。永久磁石１７は、電磁石１３の磁力を補助するため、電線の巻数が全て同じであるとすると、電磁石１３の磁力に差が生じる。永久磁石１７を設けていない電磁石１３の磁力と、永久磁石１７を設けた電磁石１３の磁力とを等しくするために、電磁石１３毎に電線の巻数を調整しておくことが望ましい。

図１に示す渦電流式減速装置の制動状態及び非制動状態の切り換えは、電磁石１３に通電することによって行う。

図１に示すように、制動時においては、電磁石１３を通電する。すると、電磁コイル１５は、鉄心１４に電線を巻回してなるので、鉄心１４の径方向の両端面がＮ極、Ｓ極にそれぞれなると共に、鉄心１４の径方向の外側端面に取り付けられた磁極片１６がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

このとき、永久磁石１７、鉄心１４、磁極片１６、制動ドラム１０、磁極片１６、鉄心１４、電磁石支持体１２を循環する磁束回路Ｗ１が形成される。これにより、回転する制動ドラム１０に渦電流が作用し、回転軸が減速制動される。

図２に示すように、非制動時においては、電磁石１３の通電を解除する。すると、永久磁石１７は、鉄心１４内及び電磁石支持体１２内で短絡した磁束回路Ｗ２を形成する。この短絡した磁束回路Ｗ２は、制動ドラム１０には作用しない。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

永久磁石１７の数を、電磁石１３の数より少なく設定しているため、従来に比べて部品点数を減らすことができる。これに伴い、永久磁石１７を設けるための取り付け部（例えば、鉄心１４の中空部）を加工する手間が減る。そのため、永久磁石１７の取り付けに要する時間を削減し、作業の効率化を図ることができる。

また、永久磁石１７を設けていない電磁石１３の電線の巻数を、永久磁石１７を設けた電磁石１３の電線の巻数よりも多くしている。そのため、永久磁石１７を設けていない電磁石１３の磁力と、永久磁石１７を設けた電磁石１３の磁力とを等しくすることができる。

このようにすることにより、渦電流式減速装置の制動性能を低下させることなく、製造コストの削減を図ることができる。

なお、永久磁石１７の配置は、上述の実施の形態には限定されないものである。例えば、永久磁石１７を、一個置きで電磁石１３内に設けるとしたが、例えば、図３に示すように、永久磁石１７を、二個置きで電磁石１３内に二個ずつ設けても良い。

また、永久磁石１７を設けた電磁石１３と、永久磁石１７を設けていない電磁石１３とを周方向に交互に配置しなくても良い。例えば、図１の下半分に配置された電磁石１３にのみ、永久磁石１７を設けても良い。この場合、渦電流式減速装置の重心が下方に設定され、車両の走行安定性に寄与する。

次に、他の実施の形態並びに参考の形態について説明する。これら実施の形態並びに参考の形態は、電磁石の構成が図１の実施の形態とは異なる。図１と同一部材には、同一符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

図４に示す参考の形態においては、電磁石１８を周方向に直列に配置している。これら電磁石１８は、非磁性体の材料（例えば、アルミ、ステンレス等の低透磁率材料、以下同じ）からなる電磁石支持体（図示せず）に取り付けられている。

詳しくは、電磁石１８は、周方向に延びる鉄心２０と、鉄心２０に電線を巻回してなる電磁コイル１９と、鉄心２０の周方向の両端面に、制動ドラム１０に対向させて設けられた磁極片２１とを備えている。

鉄心２０及び磁極片２１は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁鋼板の積層体又はブロック体であり、これらは、一体的に形成されていても良い。電磁コイル１９は、周方向に隣接する電磁コイル１９と、電線を巻き付ける方向が異なる。

この参考の形態においては、永久磁石１７は、電磁石１８間に設けられた保護枠２２に収容されている。永久磁石１７の周方向の両端面には、磁極面が形成され、この磁極面の極性は、電磁コイル１９の磁極の向きと同じになるように設定される。保護枠２２は、非磁性体の材料からなる。

図４に示すように、制動時においては、電磁石１８を通電する。すると、電磁コイル１９は、鉄心２０に電線を巻回してなるので、鉄心２０の周方向の両端面がＮ極、Ｓ極にそれぞれなると共に、鉄心２０の周方向の両端面に取り付けられた磁極片２１がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

このとき、鉄心２０、磁極片２１、制動ドラム１０、磁極片２１を循環する磁束回路Ｗ３が形成されると共に、永久磁石１７、磁極片２１、制動ドラム１０、磁極片２１を循環する磁束回路Ｗ４が形成される。これにより、回転する制動ドラム１０に渦電流が作用し、回転軸が減速制動される。

非制動時においては、電磁石１８の通電を解除する。すると、図示はしないが、周方向に配置された永久磁石１７同士が、鉄心２０及び磁極片２１を経て、周方向に短絡した磁束回路を形成する。この短絡した磁束回路は、制動ドラム１０には作用しない。

図５に示す実施の形態においては、電磁石２３を周方向に直列に配置している。これら電磁石２３は、非磁性体の材料からなる電磁石支持体（図示せず）に取り付けられている。

詳しくは、電磁石２３は、周方向に延びる鉄心２４と、鉄心２４に電線を巻回してなる電磁コイル２５と、鉄心２４の周方向の両端面に、制動ドラム１０に対向させて設けられた磁極片２６とを備えている。

鉄心２４及び磁極片２６は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁鋼板の積層体又はブロック体であり、これらは、一体的に形成されていても良い。電磁コイル２５は、周方向に隣接する電磁コイル２５と、電線を巻き付ける方向が異なる。電磁石２３は、周方向に複数分割して形成しても良い。

この実施の形態においては、永久磁石１７は、鉄心２４内に設けられている。永久磁石１７の周方向の両端面には、磁極面が形成され、この磁極面の極性は、電磁コイル２５の磁極の向きと同じになるように設定される。永久磁石１７を設けていない電磁石２３の電線の巻数は、永久磁石１７を設けた電磁石２３の電線の巻数よりも多くしてある。

図５に示すように、制動時においては、電磁石２３を通電する。すると、電磁コイル２５は、鉄心２４に電線を巻回してなるので、鉄心２４の周方向の両端面がＮ極、Ｓ極にそれぞれなると共に、鉄心２４の周方向の両端面に取り付けられた磁極片２６がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

このとき、永久磁石１７、鉄心２４、磁極片２６、制動ドラム１０、磁極片２６を循環する磁束回路Ｗ５が形成されると共に、鉄心２４、磁極片２６、制動ドラム１０、磁極片２６を循環する磁束回路Ｗ６が形成される。これにより、回転する制動ドラム１０に渦電流が作用し、回転軸が減速制動される。

非制動時においては、電磁石２３の通電を解除する。すると、図示はしないが、永久磁石１７は、鉄心２４内で短絡した磁束回路を形成する。この短絡した磁束回路は、制動ドラム１０には作用しない。

図６に示す実施の形態においては、独立した電磁石２７を周方向に複数配置している。これら電磁石２７は、非磁性体の材料からなるリング状の電磁石支持体２８にそれぞれ取り付けられている。

詳しくは、各電磁石２７は、周方向に延びる鉄心２９と、鉄心２９に電線を巻回してなる電磁コイル３０と、鉄心２９の周方向の両端面に、制動ドラム１０に対向させて設けられた磁極片３１とを備えている。

鉄心２９及び磁極片３１は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁鋼板の積層体又はブロック体であり、これらは、一体的に形成されていても良い。電磁コイル３０は、周方向に隣接する電磁コイル３０と、電線を巻き付ける方向が異なる。

この実施の形態においては、永久磁石１７は、鉄心２９内に設けられている。永久磁石１７の周方向の両端面には、磁極面が形成され、この磁極面の極性は、電磁コイル３０の磁極の向きと同じになるように設定される。永久磁石１７を設けていない電磁石２７の電線の巻数は、永久磁石１７を設けた電磁石２７の電線の巻数よりも多くしてある。

図６に示すように、制動時においては、電磁石２７を通電する。すると、電磁コイル３０は、鉄心２９に電線を巻回してなるので、鉄心２９の周方向の両端面がＮ極、Ｓ極にそれぞれなると共に、鉄心２９の周方向の両端面に取り付けられた磁極片３１がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

このとき、永久磁石１７、鉄心２９、磁極片３１、制動ドラム１０、磁極片３１を循環する磁束回路Ｗ７が形成されると共に、鉄心２９、磁極片３１、制動ドラム１０、磁極片３１を循環する磁束回路Ｗ８が形成される。これにより、回転する制動ドラム１０に渦電流が作用し、回転軸が減速制動される。

非制動時においては、電磁石２７の通電を解除する。すると、図示はしないが、永久磁石１７は、鉄心２７内で短絡した磁束回路を形成する。この短絡した磁束回路は、制動ドラム１０には作用しない。

図７に示す参考の形態においては、永久磁石１７を電磁石支持体３２内に設けている。各電磁石３３は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁石支持体３２にそれぞれ取り付けられている。

詳しくは、各電磁石３３は、電磁石支持体３２の外周面に設けられ、径方向に延びる鉄心３４と、鉄心３４に電線を巻回してなる電磁コイル３５と、鉄心３４の径方向の外側端面に、制動ドラム１０に対向させて設けられた磁極片３６とを備えている。

鉄心３４及び磁極片３６は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁鋼板の積層体又はブロック体であり、これらは、一体的に形成されていても良い。電磁コイル３５は、周方向に隣接する電磁コイル３５と、電線を巻き付ける方向が異なる。

この参考の形態においては、永久磁石１７は、電磁石支持体３２内であって、電磁石３３間に設けられている。永久磁石１７の周方向の両端面には、磁極面が形成され、この磁極面の極性は、電磁コイル３５の磁極の向きと同じになるように設定される。

図７に示すように、制動時においては、電磁石３３を通電する。すると、電磁コイル３５は、鉄心３４に電線を巻回してなるので、鉄心３４の径方向の両端面がＮ極、Ｓ極にそれぞれなると共に、鉄心３４の径方向の外側端面に取り付けられた磁極片３６がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

このとき、永久磁石１７、電磁石支持体３２、鉄心３４、磁極片３６、制動ドラム１０、磁極片３６、鉄心３４を循環する磁束回路Ｗ９が形成されると共に、電磁石支持体３２、鉄心３４、磁極片３６、制動ドラム１０、磁極片３６、鉄心３４を循環する磁束回路Ｗ１０が形成される。これにより、回転する制動ドラム１０に渦電流が作用し、回転軸が減速制動される。

非制動時においては、電磁石３３の通電を解除する。すると、図示はしないが、永久磁石１７は、電磁石支持体３２内で短絡した磁束回路を形成する。この短絡した磁束回路は、制動ドラム１０には作用しない。

図８に示す参考の形態においては、電磁石３７を周方向に直列に配置している。各電磁石３７は、非磁性体の材料からなる電磁石支持体（図示せず）にそれぞれ取り付けられている。

詳しくは、各電磁石３７は、鉄心３８と、鉄心３８に電線を巻回してなる電磁コイル３９とを備えている。鉄心３８は、外周部に、電磁コイル３９を配置するためのコア部（磁心部）４０と、制動ドラム１０に対向させて設けられた磁極部（磁極片）４１と、周方向の一端面に、凹部４２と、周方向の他端面に、凸部４３とを備えている。

鉄心３８は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁鋼板の積層体又はブロック体である。鉄心３８の凹部４２と凸部４３とを係合することで、電磁石３７同士を周方向に連結する。

この参考の形態においては、永久磁石１７は、電磁石３７間（より詳しくは、鉄心３８の凹部４２と凸部４３との間）に配置されている。永久磁石１７の周方向の両端面には、磁極面が形成され、この磁極面の極性は、電磁コイル３９の磁極の向きと同じになるように設定される。

図８に示すように、制動時においては、電磁石３７を通電する。すると、電磁コイル３９は、鉄心３８に電線を巻回してなるので、鉄心３８のコア部４０の周方向の両端面がＮ極、Ｓ極にそれぞれなると共に、鉄心３８の磁極部４１がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

このとき、永久磁石１７、鉄心３８（コア部４０、磁極部４１）、制動ドラム１０を循環する磁束回路Ｗ１１が形成されると共に、鉄心３８（コア部４０、磁極部４１）、制動ドラム１０を循環する磁束回路Ｗ１２が形成される。これにより、回転する制動ドラム１０に渦電流が作用し、回転軸が減速制動される。

非制動時においては、電磁石３７の通電を解除する。すると、図示はしないが、永久磁石１７は、鉄心３８内で短絡した磁束回路を形成する。この短絡した磁束回路は、制動ドラム１０には作用しない。

これらの実施の形態並びに参考の形態においても、永久磁石１７の数を電磁石１８、２３、２７、３３、３７の数より少なく設定する。このようにすることにより、図１の実施の形態と同様に、渦電流式減速装置の制動性能を低下させることなく、製造コストの削減を図ることができる。

上述までの実施の形態並びに参考の形態は、制動ドラムタイプの渦電流式減速装置を説明したが、本発明は、制動ディスクタイプの渦電流式減速装置にも適用することができる。

図９は、制動ディスクタイプの渦電流式減速装置の部分側面断面図である。

図９に示すように、この渦電流式減速装置は、回転軸４４に取り付けられたリング状の制動ディスク４５を備えている。この制動ディスク４５は、導電体且つ磁性体の材料からなる。

制動ディスク４５の側方には、制動ディスク４５に対向させて固定側に取り付けられた不動の電磁石支持体４６が設けられている。この電磁石支持体４６は、非磁性体の材料からなる。

電磁石支持体４６には、周方向に所定間隔を隔てて複数の電磁石４７が配置されている。各電磁石４７は、径方向に延びる鉄心４８と、鉄心４８に電線を巻回してなる電磁コイル４９と、鉄心４８の径方向の両端面に、制動ディスク４５に対向させて設けられた磁極片５０とを備えている。

鉄心４８及び磁極片５０は、導電体且つ磁性体の材料からなる電磁鋼板の積層体又はブロック体であり、これらは、一体的に形成されていても良い。電磁コイル４９は、周方向に隣接する電磁コイル４９と、電線を巻き付ける方向が異なる。

この実施の形態においては、永久磁石１７は、鉄心４８内に設けられている。永久磁石１７の径方向の両端面には、磁極面が形成され、この磁極面の極性は、電磁コイル４９の磁極の向きと同じになるように設定される。

図９に示すように、制動時においては、電磁石４７を通電する。すると、電磁コイル４９は、鉄心４８に電線を巻回してなるので、鉄心４８の径方向の両端面がＮ極、Ｓ極にそれぞれなると共に、鉄心４８の径方向の両端面に取り付けられた磁極片５０がＮ極又はＳ極のいずれかになる。

このとき、永久磁石１７、鉄心４８、磁極片５０、制動ディスク４５、磁極片５０を循環する磁束回路Ｗ１３が形成される。これにより、回転する制動ディスク４５に渦電流が作用し、回転軸が減速制動される。

非制動時においては、電磁石４７の通電を解除する。すると、図示はしないが、永久磁石１７は、鉄心４８内で短絡した磁束回路を形成する。この短絡した磁束回路は、制動ディスク４５には作用しない。

この実施の形態においても、永久磁石１７の数を電磁石４７の数より少なく設定する。このようにすることにより、図１の実施の形態と同様に、渦電流式減速装置の制動性能を低下させることなく、製造コストの削減を図ることができる。 この実施の形態は、本発明が、制動ディスクタイプの渦電流式減速装置にも適用可能であることを示した。電磁石４７の構成については、種々の電磁石（例えば、図１〜７に示したもの等）を適用することが可能である。

以上、本発明は、電磁石の構成が異なる種々の渦電流減速装置、且つ、制動ドラムタイプ、及び制動ディスクタイプの両方の渦電流式減速装置にも適用することができる。

本発明の一実施の形態に係る渦電流式減速装置の制動時を示す正面断面図である。 図１の実施の形態に係る非制動時を示す正面断面図である。 他の実施の形態に係る正面断面図である。 他の参考の形態に係る正面断面図である。 他の実施の形態に係る正面断面図である。 他の実施の形態に係る正面断面図である。 他の参考の形態に係る正面断面図である。 他の参考の形態に係る正面断面図である。 制動ディスクタイプの渦電流式減速装置の部分側面断面図である。

符号の説明

１０ 制動ドラム
１２ 電磁石支持体
１３ 電磁石
１７ 永久磁石
４４ 回転軸
４５ 制動ディスク
４６ 電磁石支持体
４７ 電磁石

Claims (2)

1. 回転軸に取り付けられた制動ドラムと、該制動ドラムに対向させて固定側に取り付けられた円環状の電磁石支持体と、該電磁石支持体に周方向に所定間隔を隔てて配置された複数の電磁石とを備えた渦電流式減速装置であって、
   上記複数の電磁石は、永久磁石を設けた電磁石からなる１以上の第１の電磁石と、その他の電磁石であって上記第１の電磁石より電線の巻数を多く設定した電磁石からなる１以上の第２の電磁石とがあり、
   上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の磁力が等しく、
   上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の重さが違い、
   上記第１の電磁石と上記第２の電磁石のそれぞれは、渦電流式減速装置の重心が上記電磁石支持体の径中心より下方に設定されるように上記電磁石支持体に配置されていることを特徴とする渦電流式減速装置。
2. 回転軸に取り付けられた制動ディスクと、該制動ディスクに対向させて固定側に取り付けられた円環状の電磁石支持体と、該電磁石支持体に周方向に所定間隔を隔てて配置された複数の電磁石とを備えた渦電流式減速装置であって、
   上記複数の電磁石は、永久磁石を設けた電磁石からなる１以上の第１の電磁石と、その他の電磁石であって上記第１の電磁石より電線の巻数を多く設定した電磁石からなる１以上の第２の電磁石とがあり、
   上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の磁力が等しく、
   上記第１の電磁石と上記第２の電磁石の重さが違い、
   上記第１の電磁石と上記第２の電磁石のそれぞれは、渦電流式減速装置の重心が上記電磁石支持体の径中心より下方に設定されるように上記電磁石支持体に配置されていることを特徴とする渦電流式減速装置。

Images