JP4882355B2

JP4882355B2 - 渦電流式減速装置

Info

Publication number: JP4882355B2
Application number: JP2005346226A
Authority: JP
Inventors: 徹桑原
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007151369A

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から４等に記載されたものが知られている。

例えば図８及び図９に示すように、磁力源に永久磁石を用いた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制動ロータ４１と、固定系（図示せず）に取り付けられ、制動ロータ４１の内方に配置されたステータ４２（磁力源）とを備えている。ステータ４２は、周方向に回動自在に設けられた磁石環４３と、制動ロータ４１と磁石環４３との間に介設された磁性環４４と、磁石環４３を回動させるアクチュエータ（図示せず）とを備えている。

磁石環４３は、磁性体の材料からなる環状の磁性部材４５と、磁性部材４５の外周面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４６とからなる。各永久磁石４６は、径方向両端に磁極を有し、制動ロータ４１側を向く磁極が周方向交互に反転させて整列されている。

磁性環４４は、磁性体の材料からなる環状の磁性部材４７と、磁性部材４７の内部に所定間隔を隔てて埋設された複数の永久磁石４８とからなる。各永久磁石４８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となるように設定されている。

回転軸を減速制動する際（制動ＯＮ時）には、図８に示すように、周方向に隣り合う磁性環４４の永久磁石４８間に、制動ロータ４１に向く磁極が磁性環４４の永久磁石４８の磁極と同極である磁石環４３の永久磁石４６が位置されるように（制動位置）、アクチュエータにより磁石環４３を回動させる。すると、磁石環４３の永久磁石４６と制動ロータ４１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路Ｗ３１が形成されると共に、磁性環４４の永久磁石４８と制動ロータ４１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路Ｗ３２が形成される。これら磁気回路Ｗ３１、Ｗ３２により、制動ロータ４１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９に示すように、周方向に隣り合う磁性環４４の永久磁石４８間に、制動ロータ４１に向く磁極が磁性環４４の永久磁石４８の磁極と異極である磁石環４３の永久磁石４６が位置されるように（非制動位置）、アクチュエータにより磁石環４３を回動させる。すると、磁石環４３の永久磁石４６と磁性環４４の永久磁石４８との間にＮ極とＳ極とを結ぶ短絡的な磁気回路Ｗ３３（制動ロータ４１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。

特公平６−１４７８２号公報特公平６−８３５７１号公報特公平７−１１８９０１号公報特開２００４−３２９２７号公報

ところで、図８及び図９に示す渦電流式減速装置においては、磁石環４３の永久磁石４６の体積（ボリューム）を小さくすることで、渦電流式減速装置の重量軽減及びコスト低減を図ることが可能である。

すなわち、磁石環４３の永久磁石４６の厚さ（図３の符号Ｔ参照）、周方向長さ（図３の符号Ｌ参照）或いは幅（図３の符号Ｗ参照）を薄く（短く）することで、渦電流式減速装置の重量軽減及びコスト低減を図ることができる。

ただし、磁石環４３の永久磁石４６の周方向長さ或いは幅を短くすると永久磁石４６の磁極の面積（すなわち磁束線が出る面積）が小さくなってしまうため、磁束の流れが充分ではなくなってしまい渦電流式減速装置の制動性能の向上（或いは維持）を期待することはできない。

そのため、渦電流式減速装置の制動性能の低下を招くことなく重量軽減及びコスト低減を図るためには、磁石環４３の永久磁石４６の磁極面積、つまり永久磁石４６の周方向長さ及び幅を変えることなく、永久磁石４６の厚さのみを薄くすることが効果的である。

しかしながら、図１０に示すように、単に磁石環４３の永久磁石４６の厚さを比較的薄くしたとすると、Ｎ極とＳ極との距離が短くなり、Ｎ極からＳ極へ磁気の一部が磁性部材４５を通じてショートして（図１０の符号Ｓ２参照）、渦電流式減速装置の制動性能が低下するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、磁石環の永久磁石の厚さを比較的薄く形成した際に、その永久磁石の磁気ショートを抑制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ロータと、該制動ロータに対向するように配置された磁石環とを備え、該磁石環が、周方向に所定間隔を隔てて配置され、磁極が上記制動ロータ側と上記制動ロータとは反対側とに形成された複数の永久磁石と、それら永久磁石の磁極のうち上記制動ロータとは反対側に向く磁極同士を連結する磁性部材とを有し、上記永久磁石からの磁気を上記制動ロータに供給することで、その制動ロータに渦電流を生起させて上記回転軸を減速制動する渦電流式減速装置において、上記永久磁石の磁気ショートを抑制するために、上記磁石環における上記磁性部材の上記制動ロータに対向する対向面に、周方向に隣り合う上記永久磁石間に位置させて溝を設け、該溝は、周方向の側面が上記永久磁石における周方向の側面と面一となるように、周方向に隣り合う上記永久磁石間に位置する上記対向面全体に設けられ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、上記制動ロータと上記磁石環との間に配置された磁性環を備え、該磁性環が、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と、周方向に隣接するこれら永久磁石間に介設される磁性部材とを有する請求項１記載の渦電流式減速装置である。

本発明によれば、磁石環の永久磁石の厚さを比較的薄く形成した際に、その永久磁石の磁気ショートを抑制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制動ロータ（制動ドラム）１が取り付けられている。制動ロータ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。制動ロータ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。

制動ロータ１の内方（径方向内側）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、制動ロータ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磁石環６と、磁石環６と制動ロータ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磁性環７と、磁石環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。

図１から図３に示すように、磁石環６は、制動ロータ１の周方向に所定間隔を隔てて配置され、磁極が制動ロータ１側（径方向外側）と制動ロータ１とは反対側（径方向内側）とに形成された複数の永久磁石８と、それら永久磁石８の磁極のうち制動ロータ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９とから構成されている。つまり、磁石環６の永久磁石８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、磁石環６の磁性部材９は環状に形成されており、その磁性部材９の制動ロータ１に対向する対向面１０（本実施形態では外周面）に各永久磁石８が取り付けられている。また本実施形態では、各永久磁石８は、制動ロータ１側を向く磁極が周方向交互に反転されるように設定されている。

本実施形態の磁石環６の永久磁石８は、その幅Ｗ（図３参照）が磁性部材９の幅とほぼ等しくなるように形成されている。

ここで、本実施形態の磁石環６の永久磁石８は、その厚さＴ（図３参照）が図８及び図９で示した渦電流式減速装置に用いた永久磁石４６の厚さに比べて薄くなるように形成されている。

また、本実施形態の磁石環６の永久磁石８は、その周方向長さＬ及び幅Ｗ（図３参照）が図８及び図９で示した渦電流式減速装置に用いた永久磁石４６の周方向長さ及び幅とそれぞれほぼ等しくなるように形成されている。つまり、本実施形態の磁石環６の永久磁石８は、その磁極の面積が図８及び図９で示した渦電流式減速装置に用いた永久磁石４６の磁極の面積とほぼ等しくなるように形成されている。

さらに、本実施形態の磁石環６の永久磁石８は、その保磁力が図８及び図９で示した渦電流式減速装置に用いた永久磁石４６の保磁力に比べて大きくなるように設定されている。永久磁石８の厚さＴを比較的薄くする場合には、永久磁石８として保磁力の強いものを用いれば、永久磁石８の厚さＴが比較的薄くても強い磁力を得ることができ、渦電流式減速装置の制動性能を向上（或いは維持）することが可能である。

磁石環６（磁性部材９）の制動ロータ１に対向する対向面１０（外周面）には、周方向に隣り合う磁石環６の永久磁石８間に位置させて、所定深さの溝１１が軸方向に沿って設けられている。本実施形態では、各溝１１は、周方向に隣り合う磁石環６の対向面１０全体に設けられている。また、各溝１１は、その側面１２が永久磁石８の側面１３と面一となるように設定されている。

図１及び図２に示すように、磁性環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１４と、周方向に隣接するこれら永久磁石１４間に介設され、磁性体の材料からなる磁性部材１５とを有している。つまり、磁性環７の永久磁石１４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、磁性環７の磁性部材１５は環状に形成されており、その磁性部材１５の内部に各永久磁石１４が埋設されている。

本実施形態では、磁石環６の永久磁石８と磁性環７の永久磁石１４とは、互いに同数に設定されている。また、本実施形態では、磁石環６の永久磁石８及び磁性環７の永久磁石１４は、ネオジム等の希土類から形成されている。

磁性環７（磁性部材１５）の磁石環６側（径方向内側）の面、つまり磁性環７の内周面には、磁性環７の各永久磁石１４と磁石環６との間に位置させて、溝１６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。つまり、各溝１６は、磁性環７の磁性部材１５に埋設された永久磁石１４の径方向内側に位置させて設けられている。

磁性環７（磁性部材１５）の内周面には、各溝１６で区切られ、磁石環６側に延出する突起部１７が周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。

アクチュエータは、磁石環６と磁性環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、周方向に隣接する磁性環７の永久磁石１４間の突起部１７に、それら永久磁石１４の磁極と制動ロータ１に向く径方向外側の磁極が同極である磁石環６の永久磁石８が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、制動位置から周方向に所定の回動幅だけ磁石環６と磁性環７との相対位置がずれるものであり、例えば、周方向に隣接する磁性環７の永久磁石１４間の突起部１７に、それら永久磁石１４の磁極と制動ロータ１に向く径方向外側の磁極が異極である磁石環６の永久磁石８が対向されるものである（図２参照）。

次に、本実施形態の作用を説明する。

制動ＯＮ時（回転軸を減速制動する際）には、非制動位置からアクチュエータにより磁石環６を周方向に所定幅だけ回動させて、磁石環６と磁性環７との相対位置を図１に示す制動位置へと切り換える。このとき、磁石環６の永久磁石８と制動ロータ１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路Ｗ１１が形成されると共に、磁性環７の永久磁石１４と制動ロータ１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路Ｗ１２が形成される。これにより、永久磁石８、１４からの磁気が制動ロータ１に供給され、制動ロータ１に渦電流が生起されて回転軸が減速制動される。

ここで本実施形態では、磁石環６の制動ロータ１に対向する対向面１０に、周方向に隣り合う永久磁石８間に位置させて溝１１を設けている。溝１１を設けたことにより、Ｎ極からＳ極へ磁気の一部が磁性部材９を通じてショートする場合の磁気ショート（図４の符号Ｓ１参照）の距離が溝１１を設けない場合（図１０の符号Ｓ２参照）に比べて長くなり、磁石環６の永久磁石８の厚さＴを比較的薄く形成した際に、磁気ショートを抑制することができる。解析の結果、溝１１を設けた場合、磁気ショートの量が溝１１を設けない場合に比べて格段の差があることが分かった。

溝１１を設けたことにより、図４の符号１８で示すように溝１１の側面１２に磁束が流れることもあるが、解析の結果、側面１２に流れる磁束は渦電流式減速装置の制動性能に影響を及ぼさない程度に微少であることが分かった。

また本実施形態では、磁石環６の溝１１を、周方向に隣り合う永久磁石８間に位置する磁石環６の対向面１０全体に設けたため、永久磁石８の磁気ショートをより効果的に抑制することができる。

一方、制動ＯＦＦ時（減速制動を解除する際）には、制動位置からアクチュエータにより磁石環６を周方向に所定幅だけ回動させて、磁石環６と磁性環７との相対位置を図２に示す非制動位置へと切り換える。このとき、磁石環６の永久磁石８と磁性環７の永久磁石１４との間にＮ極とＳ極とを結ぶ短絡的な磁気回路Ｗ１３（制動ロータ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。

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５に示すように、周方向に隣接する磁石環６の永久磁石８間に、非磁性体の材料からなる固定部材２０をボルト２１等を介して設け、これら固定部材２０及びボルト２１等により各永久磁石８を磁性部材９に対して固定するようにしても良い。

また、磁性環７の構成は上述の実施形態には限定はされない。例えば図６及び図７に示すように、磁性環３０が、弧状に形成され磁性体の材料からなるポールピース３１と、非磁性体の材料からなる非磁性部材３２とを周方向に交互に連結してなるものであってもよい。

図６及び図７に示す渦電流式減速装置では、磁石環６を回動させて、永久磁石８とポールピース３１の周方向位置を合わせることで、永久磁石８と制動ロータ１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ磁気回路Ｗ２１を形成し、制動ロータ１に渦電流を生起させて回転軸を減速制動するようになっている（図６参照）。一方、磁石環６を回動させて、永久磁石８が周方向に隣接するポールピース３１間を跨ぐようにすることで、永久磁石８とポールピース３１との間にＮ極とＳ極とを結ぶ短絡的な磁気回路Ｗ２２（制動ロータ１に対する遮断回路）を形成し、回転軸の減速制動を解除するようになっている（図７参照）。

また、上述の実施形態では、アクチュエータにより磁石環６を回動させるとしたが、これには限定されず、磁石環６に代えて磁性環７を回動させるようにしても良く、磁石環６及び磁性環７を共に回動させるようにしても良い。

また、上述の実施形態では制動ロータ１の内方（径方向内側）にステータ３が配置されるとしたが、これには限定はされず、制動ロータ１の外方（径方向外側）にステータ３が配置されても良い。

さらに、上述の実施形態では制動ロータ１がドラム状に形成されるとしたが、これには限定はされず、制動ロータ１がディスク状に形成されても良い。

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。磁石環の斜視図である。磁石環の部分正面断面図である。変形例を示す磁石環の部分正面断面図である。磁性環の変形例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。磁性環の変形例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。従来の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。従来の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。比較例を示す磁石環の部分正面断面図である。

符号の説明

１制動ロータ
６磁石環
８永久磁石
９磁性部材
１０対向面
１１溝

Claims

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するように配置された磁石環とを備え、該磁石環が、周方向に所定間隔を隔てて配置され、磁極が上記制動ロータ側と上記制動ロータとは反対側とに形成された複数の永久磁石と、それら永久磁石の磁極のうち上記制動ロータとは反対側に向く磁極同士を連結する磁性部材とを有し、上記永久磁石からの磁気を上記制動ロータに供給することで、その制動ロータに渦電流を生起させて上記回転軸を減速制動する渦電流式減速装置において、
上記永久磁石の磁気ショートを抑制するために、上記磁石環における上記磁性部材の上記制動ロータに対向する対向面に、周方向に隣り合う上記永久磁石間に位置させて溝を設け、該溝は、周方向の側面が上記永久磁石における周方向の側面と面一となるように、周方向に隣り合う上記永久磁石間に位置する上記対向面全体に設けられることを特徴とする渦電流式減速装置。
上記制動ロータと上記磁石環との間に配置された磁性環を備え、該磁性環が、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と、周方向に隣接するこれら永久磁石間に介設される磁性部材とを有する請求項１記載の渦電流式減速装置。