JP4797528B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents

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関する。

例えば図１１及び図１２に示すように、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５１と、固定側（図示せず）に取り付けられ、ロータ５１の内方に配置されたステータ５２とを備えている。ステータ５２は、ロータ５１の内周面に対向させて設けられた外側磁石支持環５３（外環）と、外側磁石支持環５３の内周面に対向させて且つ周方向に回動自在に設けられた内側磁石支持環５４（内環）と、内側磁石支持環５４を回動させるアクチュエータ（図示せず）とを備えている。

外側磁石支持環５３は、磁性体の材料からなるリング状の磁性部材５５を有している。磁性部材５５としては、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されたもの（積層電磁鋼板）、又は、ブロック状に形成されたものが一般に知られている。磁性部材５５の内部には、複数の永久磁石５６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５６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。

内側磁石支持環５４は、磁性体の材料からなる支持リング５７を有している。支持リング５７の外周面には、複数の永久磁石５８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５８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。

回転軸を減速制動する際（制動ＯＮ時）には、図１１に示すように、周方向に隣接する外側磁石支持環５３の永久磁石５６間に、ロータ５１に向く磁極が外側磁石支持環５３の永久磁石５６の磁極と同極である内側磁石支持環５４の永久磁石５８が位置されるように（制動位置）、アクチュエータにより内側磁石支持環５４を回動させる。すると、各磁石支持環５３、５４の永久磁石５６、５８とロータ５１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路が形成される。これにより、ロータ５１とステータ５２との相対回転によってロータ５１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１２に示すように、周方向に隣接する外側磁石支持環５３の永久磁石５６間に、ロータ５１に向く磁極が外側磁石支持環５３の永久磁石５６の磁極と異極である内側磁石支持環５４の永久磁石５８が位置されるように（非制動位置）、アクチュエータにより内側磁石支持環５４を回動させる。すると、内側磁石支持環５３の永久磁石５６と外側磁石支持環５４の永久磁石５８との間にＮ極とＳ極と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。

このような渦電流式減速装置は、特許文献１等にも記載されている。

特開２００４−３２９２７号公報

ところで、外側磁石支持環５３の磁性部材５５として積層電磁鋼板を用いる場合、一枚の電磁鋼板は径方向の幅（外径と内径との差）が小さく、大きなリングであるため、一ピースで作ると材料の歩留りが悪い。

そこで材料の歩留りを向上すべく、磁性部材５５（電磁鋼板）を周方向に複数分割して形成し、それら各分割部材を互いに周方向に連結してリング状とすることが考えられる。このように各分割部材を互いに周方向に連結した場合、各分割部材間の結合部の強度を充分に確保する必要がある。

そこで、本発明の目的は、磁性部材を周方向に複数分割して形成し、それら各分割部材を互いに周方向に連結してリング状とした場合に、各分割部材間の結合部の強度を充分に確保することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転軸に結合したロータに対向させて固定側に取付けられ、非磁性体からなる環状のケーシングと、該ケーシングの上記ロータに対向する部分に設けられたリング状の磁性部材とを備え、上記磁性部材を周方向に複数分割して分割部材を形成し、各分割部材の周方向の一端部に先太の膨大凸部を設けると共に、他端部に上記膨大凸部と嵌合可能な嵌合凹部を設け、それら膨大凸部及び嵌合凹部によって上記各分割部材を互いに周方向に連結してリング状とし、且つ、上記各分割部材の膨大凸部に軸方向に貫通させて穴を設け、この穴にボルトを挿通して上記各分割部材を上記ケーシングに対して固定した渦電流式減速装置であって、上記膨大凸部及び嵌合凹部によって上記各分割部材を互いに連結した状態で、それら分割部材の膨大凸部に設けた穴に管状ピンを圧入して、上記膨大凸部を拡大させて上記嵌合凹部に密着させ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、上記管状ピンを上記穴から抜き、上記穴に上記ボルトを挿通して上記各分割部材を上記ケーシングに対して固定した請求項１記載の渦電流式減速装置である。

請求項３の発明は、上記分割部材は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された請求項１又は２記載の渦電流式減速装置である。

請求項４の発明は、上記分割部材に、周方向に所定間隔を隔てて複数の永久磁石を埋設した請求項１〜３いずれかに記載の渦電流式減速装置である。

本発明によれば、磁性部材を周方向に複数分割して分割部材を形成し、それら各分割部材を互いに周方向に連結してリング状とした場合に、各分割部材間の結合部の強度を充分に確保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側面断面図である。図２は、図１の実施形態に係る渦電流式減速装置の制動時を示す正面断面図である。図３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正面断面図である。

図１〜図３に示すように、変速機のアウトプットシャフト等の回転軸（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がアウトプットフランジ（図示せず）を介して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側（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、固定側に支持され、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）からなる環状のケーシング４と、ロータ１の内周面に対向させて配置され、ロータ１に対向するケーシング４の外周部に一体的に設けられた第一磁石支持環（外側磁石支持環）５と、第一磁石支持環５の内周面に対向させて配置され、ケーシング４の内部に回転軸廻り回動自在に収容された第二磁石支持環（内側磁石支持環）６と、第二磁石支持環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。

本実施形態では、ケーシング４は、円筒状の筒体７と、その筒体７の両側（図１中の左右側）にボルト８等によりそれぞれ取り付けられたリング状のサイドカバー９とから構成されている。

第一磁石支持環５は、リング状に形成され、磁性体の材料からなる磁性部材１０と、磁性部材１０に周方向に所定間隔を隔てて埋設され、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１１とを有している。磁性部材１０は、ケーシング４のサイドカバー９間に架け渡されて、取付ボルト穴１２に挿通された取付ボルト１３によりサイドカバー９に対して固定される。本実施形態の取付ボルト１３は磁性体の材料からなる。また、各永久磁石１１は磁性部材１０に軸方向に沿って設けられた永久磁石穴１４に挿入されている。

第二磁石支持環６は、リング状に形成され、磁性体の材料からなる支持リング２０と、支持リング２０の外周面に周方向に所定間隔を隔てて配設され、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２１とを有している。支持リング２０は、ブッシュ２２を介してケーシング４の筒体７の外周側に取付けられる。支持リング２０の両側には、スラストワッシャ２３が設けられる。第二磁石支持環６の永久磁石２１は、第一磁石支持環５の永久磁石１１と同数に設定されている。

アクチュエータは、第一磁石支持環５と第二磁石支持環６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一磁石支持環５の永久磁石１１間に、ロータ１に向く径方向外側の磁極が第一磁石支持環５の永久磁石１１の磁極と同極である第二磁石支持環６の永久磁石２１が対向されるものである（図２参照）。本実施形態の非制動位置は、周方向に隣接する第一磁石支持環５の永久磁石１１間に、ロータ１に向く径方向外側の磁極が第一磁石支持環５の永久磁石１１の磁極と異極である第二磁石支持環６の永久磁石２１が対向されるものである（図３参照）。

回転軸を減速制動する際（制動ＯＮ時）には、図２に示すように、第一磁石支持環５と第二磁石支持環６との相対位置が制動位置となるように、アクチュエータにより第二磁石支持環６を回動させる。すると、各磁石支持環５、６の永久磁石１１、２１とロータ１との間にＮ極とＳ極と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３に示すように、第一磁石支持環５と第二磁石支持環６との相対位置が非制動位置となるように、アクチュエータにより第二磁石支持環６を回動させる。すると、第一磁石支持環５の永久磁石１１と第二磁石支持環６の永久磁石２１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ短絡的な磁気回路（ロータに対する遮断回路）が形成される。このとき、回転軸に各磁石支持環５、６の永久磁石１１、２１の磁束は及ばないため、回転軸の減速制動が解除される。

ここで、本実施形態の渦電流式減速装置の特徴は、磁性部材１０を周方向に複数分割して分割部材１５を形成し、各分割部材１５の周方向の一端部に先太の膨大凸部１５ａを設けると共に、他端部に膨大凸部１５ａと嵌合可能な嵌合凹部１５ｂを設け、それら膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂによって各分割部材１５を互いに周方向に連結してリング状とし、且つ、各分割部材１５の膨大凸部１５ａに軸方向に貫通させて穴１２を設け、この穴１２にボルト１３を挿通して各分割部材１５をケーシング３に対して固定した点にある。

以下具体的に説明する。第一磁石支持環５の磁性部材１０は、周方向に複数に分割（例えば、六〜八分割）され、それら分割部材１５を周方向に連結してリング状とされている。各分割部材１５の周方向の一端部には、周方向外側に突出した先太（基部に比べて先端部側にて径方向幅が大きい）の膨大凸部１５ａが設けられている。各分割部材１５の周方向の他端部には、膨大凸部１５ａと略同形状で窪み、膨大凸部１５ａと嵌合可能な嵌合凹部１５ｂが設けられている。本実施形態では、膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂは略円形に形成されている。また、膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂは各分割部材１５の径方向略中央に設けられている。なお、膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂを各分割部材１５の径方向中央に対して外側或いは内側に偏らせて設けても良い。

分割部材１５の膨大凸部１５ａには、軸方向に貫通させて設けられ、取付ボルト１３を挿通するための取付ボルト穴１２が設けられる。また本実施形態では、分割部材１５の永久磁石穴１４間にも取付ボルト穴１２が設けられる。

隣接する分割部材１５間には 結合部（膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂ）から径方向の内側或いは外側にかけてわずかな隙間ｇ（例えば、最大０．５ｍｍ）がそれぞれ設けられている。この隙間ｇは分割部材１５の外周面から結合部側（径方向内側）に向けて、或いは内周面から結合部側（径方向外側）に向けて小さくなるように設定されている。また隙間ｇには、水の浸入を防止するためシール材が含侵される。

本実施形態では、分割部材１５は、複数の電磁鋼板１６（薄板）を軸方向に積層して形成された電磁鋼板１６の積層体（積層電磁鋼板）からなる。また本実施形態では、上記の膨大凸部１５ａ、嵌合凹部１５ｂ、取付ボルト穴１２及び永久磁石穴１４は電磁鋼板１６をプレスすることにより形成される。

以下、第一磁石支持環５の磁性部材１０の組立方法の一例を説明する。

まず、電磁鋼板１６をプレスして所定形状に形成すると共に、膨大凸部１５ａ、嵌合凹部１５ｂ、取付ボルト穴１２及び永久磁石穴１４を形成する。次いで、プレスした電磁鋼板１６を板厚方向に積層しながら略Ｖ字状（或いは略Ｕ字状）に適宜かしめる。電磁鋼板１６をかしめるのは、積層した電磁鋼板１６同士がずれるのを防止するためであり、本実施形態では電磁鋼板１６に、周方向にずれるのを防止するためのかしめ部１６ａ及び径方向にずれるのを防止するためのかしめ部１６ｂが設けられる（図４及び図５参照）。なお、かしめ部１６ａ、１６ｂは必ずしも設ける必要はない。

次いで、電磁鋼板１６を分割部材１５の一ブロック分だけ積層したら、その分割部材１５の電磁鋼板１６間に含侵処理（真空含侵等）を施す。また分割部材１５の外周面に表面処理（カチオン塗装等）を施し、さらに分割部材１５の外周面及び周方向両端部に防水のためのシール材を塗布する。なお、分割部材１５の周方向両端の少なくとも外周側ストレート部１５ｃにシール部材を塗布すれば良く、周方向両端の内周側ストレート部１５ｄには必ずしもシール部材を塗布する必要はない。

次いで、図６に示すように、分割部材１５を円筒状の組立治具１７の外周面に沿って、且つ、膨大凸部１５ａが隣接する分割部材１５の嵌合凹部１５ｂに嵌り込むように並べ、それら分割部材１５を油圧プレス１８等でプレスして各分割部材１５の膨大凸部１５ａと嵌合凹部１５ｂとを嵌合させる。円筒状の組立治具１７を用いるのは、磁性部材１０全体の真円度を確保するためである。そのため、円筒状の組立治具１７としては、寸法精度や外周面の真円度等が良いものを用いる。なお、組立治具１７は、その内周側及び外周側から分割部材１５を保持してプレスすることもある。

ここで本実施形態では、各分割部材１５間の結合（嵌め合い）は比較的ルーズになっており、各分割部材１５同士を嵌め合わせる組立が容易となっている。また、特に本実施形態では分割部材１５の膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂを円形に形成すると共に、隣接する分割部材１５間に隙間ｇを設けている（図４参照）。そのため、隣接する分割部材１５間の結合部の変位に融通性を持たせることができ、各分割部材１５を円筒状の組立治具１７の外周面に沿わせることで、磁性部材１０の真円度の調整を容易に行うことができる。

そして、膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂによって各分割部材１５を互いに連結した状態で、各分割部材１５の膨大凸部１５ａに設けた取付ボルト穴１２に管状ピン（図示せず）を圧入して、膨大凸部１５ａをその径方向外側（嵌合凹部１５ｂ側）へ拡大させて嵌合凹部１５ｂに密着させる。これにより、各分割部材１５同士を嵌め合わせる組立時には比較的ルーズであった分割部材１５の膨大凸部１５ａと嵌合凹部１５ｂとの嵌め合いをきつくして、各分割部材１５同士を強固に連結することができる。管状ピンは取付ボルト１３を挿通する前に取付ボルト穴１２から抜くものとする。

本実施形態の作用を説明する。

本実施形態では、ロータ１の内周面に対向される第一磁石支持環５の磁性部材１０を、周方向に複数分割して分割部材１５を形成し、各分割部材１５の周方向の一端部に先太の膨大凸部１５ａを設けると共に、各分割部材１５の周方向の他端部に膨大凸部１５ａと嵌合可能なように略同形状に形成された嵌合凹部１５ｂを設け、それら膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂによって各分割部材１５を互いに周方向に連結してリング状としている。このようにすることにより、先太の膨大凸部１５ａと嵌合凹部１５ｂとの嵌合により各分割部材１５同士が周方向に外れることなく、各分割部材１５同士を互いに確実に連結することができる。

また本実施形態では、各分割部材１５の膨大凸部１５ａに軸方向に貫通させて取付ボルト穴１２を設け、この取付ボルト穴１２に取付ボルト１３を挿通して各分割部材１５をロータ１の内周面に対向されるケーシング４に対して固定している。そのため各分割部材１５は、周方向の一端部がその分割部材１５自身の膨大凸部１５ａの取付ボルト穴１２に挿通された取付ボルト１３によってケーシング４に対して固定され、周方向の他端部が周方向に隣接する分割部材１５の膨大凸部１５ａの取付ボルト穴１２に挿通された取付ボルト１３によってケーシング１４に対して固定される。

即ち、各分割部材１５は周方向両端部に取付ボルト穴１２が配置されることとなり、それら取付ボルト穴１２にて取付ボルト１３によりケーシング１４に対して固定されることになるため、各分割部材１５が動いてしまうことはない。よって各分割部材１５がケーシング１４に対して強固に固定されることとなり、各分割部材１５間の結合部の強度、ひいては磁性部材１０全体の強度を充分に確保することができる。

さらに本実施形態では、膨大凸部１５ａ及び嵌合凹部１５ｂによって各分割部材１５同士を互いに連結した状態で、それら分割部材１５の膨大凸部１５ａに設けた取付ボルト穴１２にピンを圧入して、膨大凸部１５ａを拡大させて嵌合凹部１５ｂに密着させている。このようにすることにより、各分割部材１５同士を強固に連結することができ、各分割部材１５間の結合部の強度を充分に確保することができる。また、分割部材１５の膨大凸部１５ａに設けた取付ボルト穴１２にピンを圧入して膨大凸部１５ａを拡大させたとしても、先太の膨大凸部１５ａと嵌合凹部１５ｂとの嵌合によって各分割部材１５同士が周方向に外れることはない。

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、図７に示すように、第一磁石支持環５の磁性部材１０（分割部材１５）の膨大凸部１５ａを拡大させるのに用いる管状ピン３０を膨大凸部１５ａに設けられた取付ボルト穴１２に圧入したままにしておき、管状ピン３０内に取付ボルト１３を挿通するようにしても良い。この場合、管状ピン３０は磁性体の材料からなる。

また、分割部材１５の形状は様々な変形例が考えられる。図８及び図９に分割部材の変形例を示す。図８の例は、第一磁石支持環５の磁性部材１０（分割部材３５）の膨大凸部３５ａをあり形（或いは鳩尾形）に形成し、嵌合凹部３５ｂを膨大凸部３５ａと嵌合可能となるよう略同形状に形成したものである。図９の例は、第一磁石支持環５の磁性部材１０（分割部材４５）の膨大凸部４５ａを略角形（図示例では略四角形）に形成し、嵌合凹部４５ｂを膨大凸部４５ａと嵌合可能となるよう略同形状に形成したものである。

また、図１０に示すように、第一磁石支持環５の磁性部材１０（分割部材１５）の内周面に、磁性部材１０に埋設した各永久磁石１１の径方向内側に位置させて、周方向に所定間隔を隔てて且つ軸方向に沿って溝３１を複数設けると共に、各溝３１で区切られ、径方向内側に延出する磁極片３２を周方向に所定間隔を隔てて複数設けても良い。

さらに、上述の実施形態では、第一磁石支持環５の磁性部材１０（分割部材１５）が積層電磁鋼板からなるとしたが、これには限定されず、磁性部材１０（分割部材１５）がブロック体からなっても良い。

なお、上述の実施形態では渦電流式減速装置について詳述したが、本発明は発電機やモーター等に使用する部材にも応用が可能である。

本発明の一実施形態に係る渦電流式減速装置の側面断面図である。 図１の実施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の実施形態に係る渦電流式減速装置の非制動時を示す正面断面図である。 第一磁石支持環の正面断面図である。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。 第一磁石支持環の組立方法の一例を説明するための概略図である。 変形例を示す第一磁石支持環の正面断面図である。 変形例を示す第一磁石支持環の正面断面図である。 変形例を示す第一磁石支持環の正面断面図である。 変形例を示す第一磁石支持環の正面断面図である。 従来の渦電流式減速装置の制動時を示す正面断面図である。 従来の渦電流式減速装置の非制動時を示す正面断面図である。

符号の説明

１ ロータ
３ ケーシング
１０ 磁性部材
１２ 取付ボルト穴（穴）
１３ 取付ボルト（ボルト）
１５、３５、４５ 分割部材
１５ａ、３５ａ、４５ａ 膨大凸部
１５ｂ、３５ｂ、４５ｂ 嵌合凹部
３０ 管状ピン

Claims (4)

1. 回転軸に結合したロータに対向させて固定側に取付けられ、非磁性体からなる環状のケーシングと、該ケーシングの上記ロータに対向する部分に設けられたリング状の磁性部材とを備え、
   上記磁性部材を周方向に複数分割して分割部材を形成し、各分割部材の周方向の一端部に先太の膨大凸部を設けると共に、他端部に上記膨大凸部と嵌合可能な嵌合凹部を設け、それら膨大凸部及び嵌合凹部によって上記各分割部材を互いに周方向に連結してリング状とし、且つ、
   上記各分割部材の膨大凸部に軸方向に貫通させて穴を設け、この穴にボルトを挿通して上記各分割部材を上記ケーシングに対して固定した渦電流式減速装置であって、
   上記膨大凸部及び嵌合凹部によって上記各分割部材を互いに連結した状態で、それら分割部材の膨大凸部に設けた穴に管状ピンを圧入して、上記膨大凸部を拡大させて上記嵌合凹部に密着させたことを特徴とする渦電流式減速装置。
2. 上記管状ピンを上記穴から抜き、上記穴に上記ボルトを挿通して上記各分割部材を上記ケーシングに対して固定した請求項１記載の渦電流式減速装置。
3. 上記分割部材は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成された請求項１又は２記載の渦電流式減速装置。
4. 上記分割部材に、周方向に所定間隔を隔てて複数の永久磁石を埋設した請求項１〜３いずれかに記載の渦電流式減速装置。

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