JP4752416B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両の摩擦ブレーキを補助する渦電流式減速装置に係り、特に、磁力源に永久磁石を用いた渦電流式減速装置に関する。
磁力源に永久磁石を用いた渦電流式減速装置としては、特許文献1等に記載のものが知られている。
本発明者は、この種の渦電流式減速装置として、図4及び図5に示す渦電流式減速装置を開発中である。なお、以下に説明する渦電流式減速装置は、公知となったものではない。
図4及び図5に示すように、この渦電流式減速装置は、回転軸(図示せず)に取り付けられたドラム状のロータ40と、固定系(図示せず)に取り付けられ、ロータ40の内方に配置されたステータ41(磁力源)とを備えている。ステータ41は、周方向に回動自在に設けられた内側磁石支持環42(内環)と、ロータ40と内側磁石支持環42との間に介設された外側磁石支持環43(外環)と、内側磁石支持環42を回動させるアクチュエータ(図示せず)とを備えている。
内側磁石支持環42は、磁性体の材料からなるリング状の磁性部材44を有している。磁性部材44の外周面には、複数の永久磁石45が周方向に所定間隔を隔てて取り付けられている。各永久磁石45は、径方向両端に磁極を有し、周方向交互に磁極の向きを反転させて配置されている。周方向に隣接する永久磁石45間には、非磁性体の材料からなる固定部材46がボルト47等を介して設けられており、各永久磁石45を磁気的に隔絶しつつ磁性部材44に固定するようになっている。
外側磁石支持環43は、磁性体の材料からなるリング状の磁性部材48を有している。磁性部材48の内部には、複数の永久磁石49が周方向に所定間隔を隔てて埋設されている。各永久磁石49は、周方向両端に磁極を有し、周方向に向き合う磁極が同極に設定されている。外側磁石支持環43の内周面には、各永久磁石49の径方向内側に位置させて、制動をOFFからONに切り換える際のスイッチングトルクを低減させるための溝50が周方向に所定間隔を隔てて且つ軸方向に沿って複数設けられている。また外側磁石支持環43の内周面には、各溝50で区切られ、径方向内側に延出する磁極片51が周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。
回転軸を減速制動する際(制動ON時)には、図4に示すように、周方向に隣接する外側磁石支持環43の永久磁石49間に、これら永久磁石49の磁極と同極である面がロータ40に向く内側磁石支持環42の永久磁石45を挟むように(制動位置)、アクチュエータにより内側磁石支持環42を回動させる。すると、各磁石支持環42、43の永久磁石45、49とロータ40との間に異極同士(N極とS極)を結ぶ磁気回路が形成される。これにより、ロータ40とステータ41との相対回転によってロータ40に渦電流が生起され、回転軸が減速制動される。
一方減速制動を解除する際(制動OFF時)には、図5に示すように、周方向に隣接する外側磁石支持環43の永久磁石49間に、これら永久磁石49の磁極と異極である面がロータ40に向く内側磁石支持環42の永久磁石45を挟むように(非制動位置)、アクチュエータにより内側磁石支持環42を回動させる。即ち制動OFF時には、内側磁石支持環42は、図4に示した制動位置から周方向に略1ピッチずれた位置に回動される。すると、内側磁石支持環42の永久磁石45と外側磁石支持環43の永久磁石49との間に異極同士(N極とS極)を結ぶ短絡的な磁気回路(ロータに対する遮断回路)が形成され、回転軸の減速制動が解除される。
ところで、図4及び図5に示した渦電流式減速装置では、外側磁石支持環43の永久磁石49は、溝50よりも外周側に位置されるため、溝がない外側磁石支持環に埋設される永久磁石に比べて径方向に小さく形成する必要があり、結果として外側磁石支持環43の永久磁石49が内側磁石支持環42の永久磁石45よりも小さく形成されている。
また、制動をONからOFFに切り換える際のストローク(回動幅)を小さくするために、内側磁石支持環42の永久磁石45を故意に大きく形成することがあり、結果として外側磁石支持環43の永久磁石49が内側磁石支持環42の永久磁石45よりも小さく形成される場合がある。
外側磁石支持環43の永久磁石49が内側磁石支持環42の永久磁石45よりも小さいと、内側磁石支持環42の永久磁石45の磁力(磁束量)が、外側磁石支持環43の永久磁石49の磁力(磁束量)に比べて強く(多く)なってしまう。そのため、各磁石支持環42、43の相対位置が図5に示した状態であっても、外側磁石支持環43の永久磁石49のみでは内側磁石支持環42の永久磁石45の磁束(磁気)を吸収しきれず、内側磁石支持環42の永久磁石45の磁束の一部がロータ40に洩れ(図5参照)、ひきずりトルクが発生してしまうという課題があった。
ここで図6に示すように、内側磁石支持環42を図4に示した制動位置から周方向に略1ピッチ回動させないで途中で止めることで、制動OFF時のロータ40への磁束洩れを防ぐことが考えられる。しかしそのようにしても、内側磁石支持環42の永久磁石45の磁束がロータ40に洩れることはなくなるものの、その代わりに外側磁石支持環43の永久磁石49の磁束の一部がロータ40に洩れ、ひきずりトルクが発生してしまう。
それは、内側磁石支持環42の永久磁石45が外側磁石支持環43の永久磁石49の周方向のいずれかの方向に片寄り、各磁石支持環42、43の永久磁石45、49間の磁路の距離が短い方(図6中の右側)は磁気抵抗が小さく外側磁石支持環43の永久磁石49の磁束を内側磁石支持環42の永久磁石45が吸収するが、磁路の距離が長い方(図6中の左側)は磁気抵抗が大きく外側磁石支持環43の永久磁石49の磁束がロータ40側に洩れ易いためである。
本発明の目的は、上記課題を解決し、ひきずりトルクの発生を防止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。
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、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及びこれら永久磁石の磁極のうち上記ロータとは反対側に向く磁極同士を連結する磁性部材を有する第一磁石支持環と、該第一磁石支持環と上記ロータとの間に配置され、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及び周方向に隣接するこれら永久磁石間に介設された磁性部材を有する第二磁石支持環と、上記第一磁石支持環及び第二磁石支持環のうち少なくとも一方を周方向に回動させるアクチュエータとを備えた渦電流式減速装置において、上記第二磁石支持環における上記第一磁石支持環側の面に、上記第二磁石支持環の各永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置させて溝を周方向に所定間隔を隔てて複数設け、上記第二磁石支持環の各永久磁石を、その永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置する溝の周方向中心線より周方向のいずれかの方向に偏らせて配置した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、上記アクチュエータが、上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環との相対位置を、周方向に隣接する上記第二磁石支持環の永久磁石間に、それら永久磁石の磁極と同極である面が上記ロータに向く上記第一磁石支持環の永久磁石を挟む制動位置と、この制動位置から周方向に1/2ピッチを超え且つ1ピッチに満たない所定の回動幅だけ上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環とがずれた非制動位置とのいずれかに設定するものである請求項1記載の渦電流式減速装置である。
本発明によれば、ひきずりトルクの発生を防止することができるという優れた効果を奏する。
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1は、本発明の一実施形態に係る渦電流式減速装置の制動時を示す部分正面断面図である。図2は、図1の実施形態に係る渦電流式減速装置の非制動時を示す部分正面断面図である。
図1及び図2に示すように、変速機の出力軸等の回転軸(図示せず)には、渦電流が生起されるドラム状のロータ(制動ドラム)1が取り付けられている。ロータ1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、鋳鉄等、以下同じ)からなる。ロータ1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2が設けられている。
ロータ1の内方には、変速機のケーシング等の固定系(図示せず)に取り付けられたステータ3が配置されている。ステータ3は、固定系に支持され、非磁性体の材料(例えば、アルミ等の低透磁率材料、以下同じ)からなる中空環状のケーシング4と、ロータ1に対向させて配置され、ケーシング4の内部にブッシュ5を介して回転軸廻り回動自在に収容された第一磁石支持環(内側磁石支持環)6と、第一磁石支持環6とロータ1との間に配置され、ケーシング4の外周部に一体的に設けられた第二磁石支持環(外側磁石支持環)7と、第一磁石支持環6を回動させるアクチュエータ(図示せず)とを有して構成されている。
第一磁石支持環6は、周方向に所定間隔を隔てて、且つ、ロータ1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10と、永久磁石10の磁極のうちロータ1とは反対側に向く磁極同士を連結し、磁性体の材料からなる磁性部材11とを有している。つまり、第一磁石支持環6の永久磁石10は、その径方向両端に磁極が形成されている。本実施形態では、第一磁石支持環6の磁性部材11はリング状に形成されており、その磁性部材11の外周面に各永久磁石10が取り付けられている。周方向に隣接する永久磁石10間には、非磁性体の材料からなる固定部材21がボルト22等を介して設けられており、各永久磁石10を磁気的に隔絶しつつ磁性部材11に固定するようになっている。本実施形態では、第一磁石支持環6の永久磁石10は、その周方向長さが、後述する第二磁石支持環7の溝15の周方向長さよりも長くなるように形成される。
第二磁石支持環7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12と、周方向に隣接するこれら永久磁石12間に介設され、磁性体の材料からなる磁性部材13とを有している。つまり、第二磁石支持環7の永久磁石12は、その周方向両端に磁極が形成されている。本実施形態では、第二磁石支持環7の磁性部材13はリング状に形成されており、その磁性部材13の内部に各永久磁石12が埋設されている。また本実施形態では、第二磁石支持環7の永久磁石12は、その周方向長さが第二磁石支持環7の溝15の周方向長さよりも短くなるように形成される。
第二磁石支持環7における第一磁石支持環6側の面、つまり第二磁石支持環7の内周面には、第二磁石支持環7の各永久磁石12と第一磁石支持環6との間に位置させて、溝15が周方向に所定間隔を隔てて且つ軸方向に沿って複数設けられている。これら溝15は制動をOFFからONに切り換える際のスイッチングトルクを低減させるためのものであり、各溝15は、第二磁石支持環7の磁性部材13に埋設された永久磁石12の径方向内側に位置させて設けられている。本実施形態では、溝15は、第一磁石支持環6の永久磁石10のピッチと略等しいピッチで配置されている。
第二磁石支持環7の内周面には、各溝15で区切られ、第一磁石支持環6側(径方向内側)に延出する磁極片(突起部)16が周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。
各磁石支持環6、7の永久磁石10、12は、互いに同数に設定されている。また、第二磁石支持環7の永久磁石12は、第一磁石支持環6の永久磁石10よりも小さく、そのため第一磁石支持環6の永久磁石10より磁力が弱く(磁束量が少なく)なっている。さらに、各磁石支持環6、7の磁性部材11、13は、ブロック体或いは電磁鋼板の積層体として形成される。
図3に示すように、第二磁石支持環7の各永久磁石12(全ての永久磁石12)はそれぞれ、その周方向中心線aが径方向内側に位置する溝15の周方向中心線bより周方向のいずれかの方向に所定のオフセット量cだけ偏らせて配置されている。本実施形態では、第二磁石支持環7の各永久磁石12は、制動をONからOFFに切り換える際にアクチュエータにより第一磁石支持環6を回動させる方向(内環回動方向、図2参照)とは反対側の方向に偏らせて配置されている。また本実施形態では、第二磁石支持環7の各永久磁石12はそれぞれ、その周方向両端が第二磁石支持環7の溝15の周方向両端よりも周方向内側に位置される。
アクチュエータは、第一磁石支持環6と第二磁石支持環7との相対位置を制動位置と非制動位置とに切り換えるものである。本実施形態の制動位置は、周方向に隣接する第二磁石支持環7の永久磁石12間に、それら永久磁石12の磁極と同極である面がロータ1側に向く第一磁石支持環6の永久磁石10が挟まれて、その永久磁石10が第二磁石支持環7の永久磁石12間に位置する磁極片16に対向されるものである(図1参照)。また、本実施形態の非制動位置は、図1に示した制動位置から周方向に1/2ピッチを超え、且つ、1ピッチに満たない所定の回動幅(図示例では略2/3ピッチ)だけ第一磁石支持環6と第二磁石支持環7とがずれたものである(図2参照)。
次に、本実施形態の作用を説明する。
回転軸を減速制動する際(制動ON時)には、図1に示すように、第一磁石支持環6と第二磁石支持環7との相対位置が制動位置に設定される。このとき、各磁石支持環6、7の永久磁石10、12とロータ1との間に異極同士(N極とS極)を結ぶ磁気回路が形成される。これにより、ロータ1とステータ3との相対回転によってロータ1に渦電流が生起され、回転軸が減速制動される。
一方、減速制動を解除する際(制動OFF時)には、図2に示すように、アクチュエータにより第一磁石支持環6を図1に示した制動位置から周方向に略2/3ピッチずれた位置に回動させて、第一磁石支持環6と第二磁石支持環7との相対位置を非制動位置へと切り換える。
すると、第一磁石支持環6の永久磁石10と第二磁石支持環7の永久磁石12との間に異極同士(N極とS極)を結ぶ短絡的な磁気回路W1(ロータ1に対する遮断回路)が形成されると共に、第一磁石支持環6の永久磁石10と第二磁石支持環7の磁性部材13との間に別の短絡的な磁気回路W2(ロータ1に対する遮断回路)が形成され、回転軸の減速制動が解除される。
本実施形態によれば、各磁石支持環6、7の永久磁石10、12間の磁路の距離(長さ)が第二磁石支持環7の永久磁石12のN極側及びS極側の両方にて等しく、両磁石支持環6、7の永久磁石10、12の磁束がバランスよくつり合うようになる(図2参照)。よって、第一磁石支持環6の永久磁石10により第二磁石支持環7の永久磁石12の磁束を全て吸収することができるため、第二磁石支持環7の永久磁石12の磁束がロータ1に洩れることはなく、ひきずりトルクの発生を防止することができる。
また本実施形態によれば、第一磁石支持環6の永久磁石10の磁束のうち、第二磁石支持環7の永久磁石12と磁気回路W1を形成しないものについては第二磁石支持環7の磁性部材13との間に別の磁気回路W2を形成する(図2参照)。よって、第一磁石支持環6の永久磁石10の磁力(磁束量)が第二磁石支持環7の永久磁石12の磁力(磁束量)に比べて強く(多く)ても、上記の別の磁気回路W2を形成することにより第一磁石支持環6の永久磁石10の磁束がロータ1に洩れることはなく、ひきずりトルクの発生を防止することができる。
以上要するに本実施形態によれば、第二磁石支持環7の各永久磁石12を、その永久磁石12の径方向内側に位置する溝15の周方向中心線bより周方向に偏らせて配置したため、第一磁石支持環6を制動位置から周方向に1ピッチ回動させないで途中で止めた際に、第二磁石支持環7の永久磁石12の磁束がロータ1に洩れるのを防止することができると共に、第一磁石支持環6の永久磁石10の磁力が第二磁石支持環7の永久磁石12の磁力に比べて強くても、第一磁石支持環6の永久磁石10の磁束がロータ1に洩れるのを防止することができ、ひきずりトルクの発生を防止することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
例えば、上述の実施形態では、アクチュエータにより第一磁石支持環6を回動させるとしたが、これには限定されず、第一磁石支持環6に代えて第二磁石支持環7を回動させるようにしても良く、第一磁石支持環6及び第二磁石支持環7を共に回動させるようにしても良い。
1 ロータ
6 第一磁石支持環
7 第二磁石支持環
10 永久磁石
11 磁性部材
12 永久磁石
13 磁性部材
15 溝
6 第一磁石支持環
7 第二磁石支持環
10 永久磁石
11 磁性部材
12 永久磁石
13 磁性部材
15 溝
Claims (2)
- 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及びこれら永久磁石の磁極のうち上記ロータとは反対側に向く磁極同士を連結する磁性部材を有する第一磁石支持環と、該第一磁石支持環と上記ロータとの間に配置され、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及び周方向に隣接するこれら永久磁石間に介設された磁性部材を有する第二磁石支持環と、上記第一磁石支持環及び第二磁石支持環のうち少なくとも一方を周方向に回動させるアクチュエータとを備えた渦電流式減速装置において、
上記第二磁石支持環における上記第一磁石支持環側の面に、上記第二磁石支持環の各永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置させて溝を周方向に所定間隔を隔てて複数設け、上記第二磁石支持環の各永久磁石を、その永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置する溝の周方向中心線より周方向のいずれかの方向に偏らせて配置したことを特徴とする渦電流式減速装置。 - 上記アクチュエータが、上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環との相対位置を、周方向に隣接する上記第二磁石支持環の永久磁石間に、それら永久磁石の磁極と同極である面が上記ロータに向く上記第一磁石支持環の永久磁石を挟む制動位置と、この制動位置から周方向に1/2ピッチを超え且つ1ピッチに満たない所定の回動幅だけ上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環とがずれた非制動位置とのいずれかに設定するものである請求項1記載の渦電流式減速装置。
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