JP4905088B2 - 自動車用渦電流減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に用いられる主ブレーキを補助するディスクタイプの渦電流減速装置に関する。

トラック、バス等の自動車用の制動装置には、主ブレーキであるフットブレーキ、補助ブレーキである排気ブレーキの他に長い坂道の降坂等において安定した減速を行い、さらにフットブレーキのベーパーロック現象や焼損を防止するために、渦電流減速装置が使用されている。

最近では、渦電流減速装置に対する要求も多様化し、製造コストの低減を図るとともに、小型車への搭載も可能にするような、車両への搭載性を向上させる要請が強くなっている。この搭載性の向上には、小型で軽量化が図れ、かつ簡易構造で経済性に優れることが要求される。

上記の要請に対して、例えば、特許文献１〜４に示されるように、永久磁石の磁極面を制動ディスクに対向させて接近させ、ディスク自体に制動トルクを発生させる装置が開発されている。このディスク方式の制動装置であれば、永久磁石の磁力線を短い磁路長さで制動ディスクに付加できるので、磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、磁気効率が向上し、制動トルクを増大させることができる。

図１０は、ディスクタイプの渦電流減速装置の装置構成を示す模式図である。なお、図１０中の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ非制動時の状態および制動時の状態を示す。

図１０に示すように、渦電流減速装置１では、回転軸２に連結されたディスク形状のローター３と、非回転部に固定された磁力発生手段４とを備える。ローター３としては、強磁性体材料からなるもの、強磁性体材料を支持体にはめ込んだものなどがあるが、少なくとも、磁力発生手段４に対向するディスク面に磁界を形成するよう構成されている。磁力発生手段４は、車両等の非回転部に支持され案内筒５内において保持体７に取り付けられている。保持体７は、アクチュエーター６のロッド９に連結されている。そして、案内筒５のローター３に対向する部分はカバー８で覆われている。

図１０（ａ）に示すように、非制動時には、磁力発生手段４は、アクチュエーター６によりローター３から離れた位置に保持されており、渦電流が生じていないが、図１０（ｂ）に示すように、制動時には磁力発生手段４をローター３に接近させていくと、ローター３の強磁性体の部分に渦電流が生じ、制動力を発生させる。

特開平１−２９８９４７号公報 特開２００３−３３３８２４号公報 特開２００４−４８９７８号公報 特開２００４−４８９８８号公報

図１１は、従来の渦電流減速装置のローターの形状を示す模式図である。図１１に示すように、従来の渦電流減速装置においては、ローター３は、制動力作用部の全面が強磁性体３ａからなる部材で構成されている。しかし、このようなローターを有する従来の渦電流減速装置では、非回転部に固定された磁力発生手段（電磁石または永久磁石）とローター３との間で制動時に高い吸引力が作用し、これが回転軸の軸受部に対してスラスト荷重となる。このため、制動力の観点からは、磁力吸引力は強い方が良いが、吸引力があまりに過大であると軸受部の寿命が短くなるおそれがある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、自動車用渦電流減速装置としての制動力を損なうことなく、磁石吸引力によるスラスト荷重を低減することができる自動車用渦電流減速装置を提供することを目的とする。

本発明は、下記の（１）〜（３）に示す自動車用渦電流減速装置を要旨とする。

（１）回転軸に連結された支持体および制動力作用部を有するディスク形状のローターと、非回転部に固定された磁力発生手段とを備え、制動時には磁力発生手段をローターの片面にある制動力作用部に接近させて渦電流による制動力を発生させる自動車用渦電流減速装置であって、
制動力作用部が、強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とにより構成されており、強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材を磁力発生手段と対向する面に配置したことを特徴とする自動車用渦電流減速装置。

（２）回転軸に連結された支持体および制動力作用部を有するディスク形状のローターと、非回転部に固定された磁力発生手段とを備え、制動時には磁力発生手段をローターの片面にある制動力作用部に接近させて渦電流による制動力を発生させる自動車用渦電流減速装置であって、
制動力作用部が、強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とを周方向に交互に配置してなることを特徴とする自動車用渦電流減速装置。

（３）回転軸に連結された支持体および制動力作用部を有するディスク形状のローターと、非回転部に固定された磁力発生手段とを備え、制動時には磁力発生手段をローターの片面にある制動力作用部に接近させて渦電流による制動力を発生させる自動車用渦電流減速装置であって、
制動力作用部が、強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とを径方向に交互に配置してなることを特徴とする自動車用渦電流減速装置。

上記（１）から（３）までの自動車用渦電流減速装置においては、強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とは、隙間を設けて配置するのがよい。また、強磁性体からなる部材および／または強磁性体以外の導電体からなる部材の制動面は、被膜で覆われているのがよい。

制動力作用部は、裏板を介して支持体に接合されているのがよい。また、裏板は、周方向または径方向に分割されていてもよい。強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材が、分割された裏板に接合される。

このとき、分割された裏板のそれぞれには、強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材のいずれか一方が接合されていてもよいが、強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材の両方が接合されているのが好ましい。これらの部材の両方が一つの裏板に接合される場合には、強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材のいずれか一方の部材が、他方の部材の周方向および／または径方向の端面を覆い、他方の部材の端面が露出しない構成となっているのがより望ましい。裏板としては、例えば、強磁性材料または高熱伝導性材料で構成されたものを用いることができる。

強磁性体からなる部材または強磁性体以外の導電体からなる部材と裏板とは、一体で構成されていてもよい。

本発明によれば、強磁性体と磁石との間で生じる吸引力を低減して、制動力を損なうことなく、回転軸へのスラスト荷重を小さくすることができる。

図１は、本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターを例示する模式図であり、（ａ）は、装置の全体構成を示す図、（ｂ）は、ローターを示す図である。図１（ａ）に示すように、本発明の渦電流減速装置は、例えば、回転軸２に連結された支持体および制動力作用部を有するディスク形状のローター３と、非回転部に固定された磁力発生手段４とを備え、制動時には磁力発生手段４を制動力作用部に接近させて渦電流による制動力を発生させるものである。この点、前掲の図１０に示す装置と同様である。また、図１（ｂ）に示すように、本発明に係る渦電流減速装置では、例えば、制動力作用部が、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとにより構成されているローター３を用いることができる。

図１(b)に示すローター３は、制動力作用部における磁力発生手段に対向する面（制動面と呼ぶ）が強磁性体からなる部材と強磁性体以外の導電体からなる部材とを周方向に交互に配置した構成となっている。

このような構成とすることによって、制動力作用部における磁力発生手段に対向する面（制動面と呼ぶ）の強磁性体の面積（対向面積と呼ぶ）が小さくなるので、スラスト荷重が小さくなる。その一方で、制動時には、制動力作用部の強磁性部材のみならず、強磁性体以外の導電体においても渦電流が発生するため、従来の制動ディスクと遜色ない制動力を維持できる。

制動力作用部を構成する強磁性体からなる部材としては、炭素鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼を用いるのがよい。特に、導電率が高く、高温強度が高い材料を用いるのがよい。

強磁性体以外の導電体からなる部材としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼などを用いるのがよい。また、ローターの温度がさほど上昇しない使用法の場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いるのがよい。ローターを軽量化できるからである。強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材は、溶接、圧着その他公知の方法で支持体に接合することができる。支持体は、一方の制動部材と一体で構成されたものでもよい。

ここで、強磁性体以外の導電体からなる部材の導電率に着目し、例えば、銅などの特に導電率が非常に優れる材料を使用すると、強磁性体以外の導電体からなる部材における制動時の渦電流がいっそう増大する。つまり、従来の強磁性体のみからなるディスクと比べ、同じ磁力線量であればより制動力が高くなる上に、吸引力が低減するのである。逆に、従来の装置と同じ制動力を得ようとするときには、従来よりも磁力線量を少なくすることができるので、磁力発生手段として永久磁石を用いる場合には、そのサイズをより小さくすることができる。また、磁力発生手段として電磁石を用いる場合には、その巻線量の低減、電流値の低減が可能となる。従って、装置の小型軽量化、消費電力の省力化が可能となる。

磁力発生手段４としては、永久磁石を用いてもよいし、電磁石を用いてもよい。磁力発生手段４は、周方向に隣り合う磁極が交互に逆向きとなるように保持体７で固定されている。保持体７としては、強磁性体からなるものを用いることができる。また、保持体は、固定された案内筒５の中に収容されている。

なお、強磁性体からなる部材３ａおよび／または強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂには、冷却フィンを取り付けることができる。これによりローター温度の上昇を抑制することができる。

図２は、本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図である。図２に示すように、本発明に係る渦電流減速装置では、例えば、制動力作用部が、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとを、隙間を設けて配置したローター３を用いることができる。強磁性体からなる部材３ａおよび強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂは、支持体１０に取り付けられた構成とすることができる。

このように隙間を設けて、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとを配置することにより、制動時の発熱によって周方向に制動部材が熱膨張しやすくなる。このため、制動部材で発生するひずみ量が抑制され、耐久性が向上する。

図３は、本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図である。図３に示すように、本発明に係る渦電流減速装置では、例えば、制動力作用部が、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとにより構成され、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとを径方向に交互に配置してなるローター３を用いることができる。このローターにおいても、図１に示すローターと同様、強磁性体からなる部材３ａの面積が少ないので、スラスト荷重を抑制でき、その一方で、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂにおいても渦電流が生じるので、制動力は落ちない。

このローターは、例えば、最外周のリング状の強磁性体からなる部材３ａの内周面にリング状の強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂを溶接、圧入その他の公知の方法により組み合わせ、これを繰り返して、一体のリング状とすることができる。

図４は、本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図である。図４に示すように、本発明に係る渦電流減速装置では、例えば、制動力作用部が、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとを、隙間を設けて配置したローター３を用いることができる。強磁性体からなる部材３ａおよび強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂは、支持体１０に取り付けられた構成とすることができる。

このように隙間を設けて、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとを配置することにより、制動時の発熱によって径方向に制動部材が熱膨張しやすくなる。このため、制動部材で発生するひずみ量が抑制され、耐久性が向上するのは、前述の図２の場合と同様である。

図５〜９は、いずれも本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図である。図５〜９に示すように、本発明に係る渦電流減速装置では、例えば、制動力作用部が、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとにより構成され、これらの部材が裏板１１を介して支持体１０に接合されているローター３を用いることができる。

これらのローターにおいても、図１に示すローターと同様、強磁性体からなる部材３ａの面積が少ないので、スラスト荷重を抑制でき、その一方で、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂにおいても渦電流が生じるので、制動力は落ちない。

このとき、強磁性体からなる部材３ａおよび／または強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂには、冷却フィンを取り付けることもできる。また、冷却フィンは、裏板に取り付けることもできる。これによりローター温度の上昇を抑制することができる。

裏板の材質については、特に制限はないが、炭素鋼、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスなどの強磁性体材料を用いるのが望ましい。強磁性体材料で構成された裏板を用いると、磁力発生手段からの磁力線が裏板に吸引されることになるので、強磁性体以外の導電体からなる材料に到達する磁力線量が増加し、制動トルクを大幅に向上させることができる。

なお、強磁性体材料で裏板を構成する場合、裏板が無いものと比較すると、全体の吸引力は増加する。しかし、制動力が大幅に増加することによって制動時の反力も増大するので、吸引力が制動反力によって相殺される。このため、軸受けへのスラスト荷重はほとんど増加しない。強磁性体からなる部材と強磁性体以外の導電体からなる部材との対向面積、材料の導電率、透磁率、さらには、強磁性体以外の導電体からなる部材の厚さを最適化するのがよい。

裏板の材質として、アルミニウム、アルミニウム合金などの熱伝導率の高い材料を使用することもできる。このような高熱伝導性材料を使用すると、制動部で発生した熱が支持体およびフィンへ効率良く伝わり、ローター温度の上昇を抑制することができる。

裏板へ制動部材を貼り付ける方法は、特に制限はない。例えば、部材間にろう材を流し込むろう付け、800℃を超えるような熱間で部材間に高い圧力を加え一定時間保持することによって接合する拡散接合、溶射、溶接などによって制動部材を一旦溶かしてから接合する方法が挙げられる。接合時の温度、加圧条件、部品の面粗度、部品間の隙間などは，接合方法によって最適な条件を選択すればよい。

裏板と一方の制動部材が同じ材質からなる場合、例えば、裏板が強磁性体材料である場合、裏板と強磁性体以外の導電体からなる部材とがアルミニウム合金の場合などは、鋳造、鍛造などにより裏板と一方の制動部材とを一体で製造してもよい。

図６に示すように、本発明の本発明に係る渦電流減速装置では、例えば、リング状の裏板１１を有し、強磁性体からなる部材３ａと、強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂとを、周方向交互に、隙間を設けて裏板１１に取り付け、裏板１１を支持体１０に取り付ける構成としたものでもよい。このように、周方向に隙間を空けることにより、前述の場合と同様、各部材が周方向へ自由に膨張できるようになり、耐久性が向上する。

図７に示すように、リング状ではなく、制動部材３ａ、３ｂと同様の形状に分断された裏板１１を用いると、裏板１１と制動部材３ａ、３ｂとの接合時に使用する加熱・加圧装置の容量の制約が緩和されるので、より小さい装置で処理できる。また、容積効率が上がることで一度に多くの処理を行うことが可能となる。

図８に示すように、一つの裏板１１に、強磁性体からなる部材３ａおよび強磁性体以外の導電体からなる部材３ｂを取り付けてもよい。この場合、一方の部材３ａが他方の部材３ｂを周方向両端面側に配置しているので、制動部材３ａ、３ｂの耐酸化性に差がある場合には、耐酸化性に優れる材料を外側（端面側）に配置することによって、耐酸化性に劣る材料の周方向端面からの酸化を防止することが可能となる。

なお、図８では、強磁性体以外の導電体３ａが強磁性体からなる部材３ｂの周方向両端面側に配置されているが、強磁性体からなる部材３ａの耐酸化性が強磁性体以外の導電体３ｂより劣るのであれば、図中の３ａ、３ｂを入れ替えて構成するのがよい。図９に示すように、周方向だけでなく、さらに径方向でも耐酸化性に優る材料を外周側端面および内周側端面に配するようにすれば、制動部材の耐酸化性は更に向上する。

図示はしないが、本発明に係る渦電流減速装置では、強磁性体からなる部材および／または強磁性体以外の導電体からなる部材の制動面が被膜で覆われているローターを用いるのがよい。被膜は、単一材料で構成されていてもよいし、複数の材料を組み合わせて構成されていてもよい。このとき、耐酸化性に優れる被膜で制動部材を覆えば、制動部材の酸化を抑制することができる。また、高導電性を有する被膜で覆えば、被膜部においても渦電流が発生するので、より高い制動力を発揮することが可能となる。

被膜としては、例えば、オーステナイト系ステンレス、Ｎｉ合金、Ｎｉ合金および銅合金の複層構造が好ましい。被膜厚さが薄い強磁性体の炭素鋼を用いてもよい。厚さは、材質によって適切な範囲が異なるが、概ね0.05mm〜2mmの範囲とするのがよい。

本発明によれば、強磁性体と磁石との間で生じる吸引力を低減して、制動力を損なうことなく、回転軸へのスラスト荷重を小さくすることができる。

本発明に係る渦電流減速装置を例示する模式図。(a)は、全体構成を示す図、(b)は、ローターを示す図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 本発明に係る渦電流減速装置で用いるローターの他の例を示す模式図。 ディスクタイプの渦電流減速装置の装置構成を示す模式図。 従来の渦電流減速装置のローターの形状を示す模式図。

符号の説明

１．渦電流減速装置
２．回転軸
３．ローター
４．磁力発生手段
５．案内筒
６．アクチュエーター
７．保持体
８．カバー
９．ロッド
１０．支持体
１１．裏板

Claims (14)

1. 回転軸に連結された支持体および制動力作用部を有するディスク形状のローターと、非回転部に固定された磁力発生手段とを備え、制動時には磁力発生手段をローターの片面にある制動力作用部に接近させて渦電流による制動力を発生させる自動車用渦電流減速装置であって、
   制動力作用部が、強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とにより構成されており、強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材を磁力発生手段と対向する面に配置したことを特徴とする自動車用渦電流減速装置。
2. 回転軸に連結された支持体および制動力作用部を有するディスク形状のローターと、非回転部に固定された磁力発生手段とを備え、制動時には磁力発生手段をローターの片面にある制動力作用部に接近させて渦電流による制動力を発生させる自動車用渦電流減速装置であって、
   制動力作用部が、強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とを周方向に交互に配置してなることを特徴とする自動車用渦電流減速装置。
3. 回転軸に連結された支持体および制動力作用部を有するディスク形状のローターと、非回転部に固定された磁力発生手段とを備え、制動時には磁力発生手段をローターの片面にある制動力作用部に接近させて渦電流による制動力を発生させる自動車用渦電流減速装置であって、
   制動力作用部が、強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とを径方向に交互に配置してなることを特徴とする自動車用渦電流減速装置。
4. 強磁性体からなる部材と、強磁性体以外の導電体からなる部材とを、隙間を設けて配置したことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の自動車用渦電流減速装置。
5. 強磁性体からなる部材および／または強磁性体以外の導電体からなる部材の制動面が被膜で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の自動車用渦電流減速装置。
6. 制動力作用部が、裏板を介して支持体に接合されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の自動車用渦電流減速装置。
7. 裏板が、周方向に分割されていることを特徴とする請求項６に記載の自動車用渦電流減速装置。
8. 裏板が、径方向に分割されていることを特徴とする請求項６に記載の自動車用渦電流減速装置。
9. 分割された裏板のそれぞれに、強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材のいずれか一方が接合されていることを特徴とする請求項７または８に記載の自動車用渦電流減速装置。
10. 分割された裏板のそれぞれに、強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材の両方が接合されていることを特徴とする請求項７または８に記載の自動車用渦電流減速装置。
11. 強磁性体からなる部材および強磁性体以外の導電体からなる部材のいずれか一方の部材が、他方の部材の周方向および／または径方向の端面を覆っていることを特徴とする請求項１０に記載の自動車用渦電流減速装置。
12. 裏板が、強磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項６から１１までのいずれかに記載の自動車用渦電流減速装置。
13. 裏板が、高熱伝導性材料で構成されていることを特徴とする請求項６から１１までのいずれかに記載の自動車用渦電流減速装置。
14. 強磁性体からなる部材または強磁性体以外の導電体からなる部材と裏板とが一体で構成されていることを特徴とする請求項６から１３までのいずれかに記載の自動車用渦電流減速装置。

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