JP6879159B2 - Eddy current speed reducer - Google Patents

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本発明は、トラック、バス等の車両に補助ブレーキとして搭載される減速装置に関する。特に、本発明は、制動力を発生させるために永久磁石(以下、単に「磁石」ともいう)を用いた渦電流式減速装置(以下、単に「減速装置」ともいう)に関する。 The present invention relates to a speed reducing device mounted as an auxiliary brake on a vehicle such as a truck or a bus. In particular, the present invention relates to an eddy current type speed reducer (hereinafter, also simply referred to as “speed reduction device”) using a permanent magnet (hereinafter, also simply referred to as “magnet”) to generate a braking force.

一般に、渦電流式減速装置は円筒状の制動部材を備える。制動部材は、車両の回転軸に取り付けられるロータである。通常、ロータの内周面に対向する複数の磁石が回転軸回りに配列される。ロータの内周面と磁石との隙間に、複数のポールピースが回転軸回りに配列される。スイッチング機構によって、ポールピースに対する磁石の位置が切り替わり、制動と非制動とが切り替わる。 Generally, an eddy current speed reducer includes a cylindrical braking member. The braking member is a rotor attached to the rotating shaft of the vehicle. Usually, a plurality of magnets facing the inner peripheral surface of the rotor are arranged around a rotation axis. A plurality of pole pieces are arranged around the rotation axis in the gap between the inner peripheral surface of the rotor and the magnet. The switching mechanism switches the position of the magnet with respect to the pole piece, switching between braking and non-braking.

制動時、磁石からの磁束がポールピースを通じてロータに達する。つまり、磁石とロータとの間に磁気回路が形成される。これにより、回転軸と一体で回転するロータの内周面に渦電流が発生する。その結果、ロータに制動トルクが作用し、回転軸の回転速度が減少する。一方、非制動時は、磁石からの磁束がロータに達しない。つまり、磁石とロータとの間に磁気回路が形成されない。そのため、ロータの内周面に渦電流が発生せず、制動トルクが発生しない。 During braking, the magnetic flux from the magnet reaches the rotor through the pole piece. That is, a magnetic circuit is formed between the magnet and the rotor. As a result, an eddy current is generated on the inner peripheral surface of the rotor that rotates integrally with the rotating shaft. As a result, braking torque acts on the rotor, and the rotation speed of the rotating shaft decreases. On the other hand, when not braking, the magnetic flux from the magnet does not reach the rotor. That is, no magnetic circuit is formed between the magnet and the rotor. Therefore, no eddy current is generated on the inner peripheral surface of the rotor, and no braking torque is generated.

制動時には、渦電流の発生に伴ってロータが発熱する。ロータが発熱すると、ロータからの輻射熱によって磁石が加熱される。ロータが磁石を包囲しているからである。磁石が過度に加熱されると、磁石が保有する磁力が減少し、減速装置の性能が低下する。そのため、複数のフィンがロータの外周面に設けられる。フィンは、ロータに生じた熱を効率よく外部に放出する。 During braking, the rotor generates heat as the eddy current is generated. When the rotor generates heat, the magnet is heated by the radiant heat from the rotor. This is because the rotor surrounds the magnet. When the magnet is overheated, the magnetic force possessed by the magnet decreases, and the performance of the speed reducer deteriorates. Therefore, a plurality of fins are provided on the outer peripheral surface of the rotor. The fins efficiently release the heat generated in the rotor to the outside.

ここで、車両が通常に走行しているとき、すなわち非制動時、フィンはロータと一体で回転する。フィンは外部に表出しているため、ロータ(回転軸)の円滑な回転を妨げる抵抗となる。フィンによる回転抵抗は風損とも称される。風損が増大すれば、燃費の低下につながる。したがって、減速装置には、フィンによる風損を抑制することが要求される。 Here, when the vehicle is normally traveling, that is, when not braking, the fins rotate integrally with the rotor. Since the fins are exposed to the outside, it becomes a resistance that hinders the smooth rotation of the rotor (rotating shaft). Rotational resistance due to fins is also called wind loss. If the wind damage increases, it will lead to a decrease in fuel efficiency. Therefore, the speed reducer is required to suppress wind damage caused by the fins.

風損を抑制する技術は、例えば、実開平7−3286号公報(特許文献1)及び特開平5−308770号公報(特許文献2)に開示される。特許文献1に開示された従来の減速装置では、フィンが設けられたロータを外周側から覆うように、複数のカバーが配置されている。各カバーはロータの径方向の外側に向けて跳ね上がるように可動する。非制動時、各カバーがフィンを覆った状態になる。そのため、フィンによる風損を低減できる。一方、制動時は、各カバーが跳ね上がり、フィンが外部に表出した状態になる。そのため、フィンの放熱性能を確保できる。 The technique for suppressing wind damage is disclosed in, for example, Jitsukaihei 7-3286 (Patent Document 1) and JP-A-5-308770 (Patent Document 2). In the conventional speed reducing device disclosed in Patent Document 1, a plurality of covers are arranged so as to cover the rotor provided with fins from the outer peripheral side. Each cover is movable so as to flip outward in the radial direction of the rotor. When not braking, each cover covers the fins. Therefore, wind damage due to fins can be reduced. On the other hand, during braking, each cover pops up and the fins are exposed to the outside. Therefore, the heat dissipation performance of the fins can be ensured.

特許文献2に開示された従来の減速装置では、フィンが設けられたロータを外周側から覆うように、円筒状のカバーが配置されている。カバーは回転軸方向にスライド可能である。非制動時、カバーがフィンを覆った状態になる。そのため、フィンによる風損を低減できる。一方、制動時は、カバーがスライドし、フィンが外部に表出した状態になる。そのため、フィンの放熱性能を確保できる。 In the conventional speed reducing device disclosed in Patent Document 2, a cylindrical cover is arranged so as to cover the rotor provided with fins from the outer peripheral side. The cover is slidable in the direction of rotation. When not braking, the cover covers the fins. Therefore, wind damage due to fins can be reduced. On the other hand, during braking, the cover slides and the fins are exposed to the outside. Therefore, the heat dissipation performance of the fins can be ensured.

実開平7−3286号公報Jikkenhei 7-3286 特開平5−308770号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-308770

特許文献1に開示された従来の減速装置では、複数のカバーがロータの回転軸方向の全域を外周側から覆う。そして、各カバーの径方向への可動域を確保するため、装置自体が径方向に拡大する。特許文献2に開示された従来の減速装置では、カバーがロータの回転軸方向の全域を外周側から覆う。そして、カバーの回転軸方向への可動域を確保するため、装置自体が回転軸方向に拡大する。つまり、従来の減速装置では、装置自体の拡大が問題となる。車両において、減速装置が搭載されるスペースは限られているからである。 In the conventional speed reducer disclosed in Patent Document 1, a plurality of covers cover the entire area in the rotation axis direction of the rotor from the outer peripheral side. Then, in order to secure the range of motion of each cover in the radial direction, the device itself expands in the radial direction. In the conventional speed reducer disclosed in Patent Document 2, the cover covers the entire area in the rotation axis direction of the rotor from the outer peripheral side. Then, in order to secure the range of motion of the cover in the rotation axis direction, the device itself expands in the rotation axis direction. That is, in the conventional speed reducing device, the expansion of the device itself becomes a problem. This is because the space in which the reduction gear is mounted is limited in the vehicle.

本発明の目的は、装置自体の拡大を抑えつつ、風損の抑制及び放熱性能の確保を実現できる渦電流式減速装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an eddy current type speed reducer capable of suppressing wind damage and ensuring heat dissipation performance while suppressing expansion of the device itself.

本発明の実施形態による渦電流式減速装置は、円筒状のロータと、複数のフィンと、複数の永久磁石と、スイッチング機構と、円板状のカバーと、カバー切替え機構と、を備える。ロータは、回転軸に取り付けられ、一方向に回転可能である。複数のフィンは、ロータの外周面に設けられ、ロータの回転方向に対して傾斜している。複数の永久磁石は、ロータの内周面と隙間を空けて対向するように回転軸回りに配列されている。スイッチング機構は、永久磁石とロータとの間に磁気回路が形成される制動状態と、永久磁石とロータとの間に磁気回路が形成されない非制動状態と、に切り替える。カバーは、ロータの半径方向において複数のフィンの頂面と複数のフィンの根元との間に位置する外周端を含む。カバーは、回転軸方向においてロータの2つの端面のうちの一方の端面と隙間を空けて対向し、ロータに対して回転軸方向にスライド可能である。カバー切替え機構は、制動状態のときにカバーをロータから遠ざけ、非制動状態のときにカバーをロータに近づける。カバーは、複数のフィンそれぞれの回転軸方向の2つの端部のうち、ロータの回転方向で先行する端部が存在する側に配置されている。 The eddy current speed reducer according to the embodiment of the present invention includes a cylindrical rotor, a plurality of fins, a plurality of permanent magnets, a switching mechanism, a disk-shaped cover, and a cover switching mechanism. The rotor is attached to a rotating shaft and can rotate in one direction. The plurality of fins are provided on the outer peripheral surface of the rotor and are inclined with respect to the rotation direction of the rotor. The plurality of permanent magnets are arranged around the rotation axis so as to face each other with a gap from the inner peripheral surface of the rotor. The switching mechanism switches between a braking state in which a magnetic circuit is formed between the permanent magnet and the rotor, and a non-braking state in which a magnetic circuit is not formed between the permanent magnet and the rotor. The cover includes an outer peripheral edge located between the top surfaces of the fins and the roots of the fins in the radial direction of the rotor. The cover faces the end face of one of the two end faces of the rotor in the direction of the rotation axis with a gap, and can slide in the direction of the rotation axis with respect to the rotor. The cover switching mechanism moves the cover away from the rotor in the braking state and brings the cover closer to the rotor in the non-braking state. The cover is arranged on the side of the two ends in the rotation axis direction of each of the plurality of fins, on the side where the leading end in the rotation direction of the rotor exists.

本発明の実施形態による渦電流式減速装置によれば、装置自体の拡大を抑えつつ、風損の抑制及び放熱性能の確保を実現できる。 According to the eddy current type speed reducer according to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress wind damage and secure heat dissipation performance while suppressing the expansion of the device itself.

図1は、シミュレーション解析で用いた減速装置のモデルの一部を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a part of a model of the speed reducer used in the simulation analysis. 図2は、減速装置の主な構成を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the main configuration of the speed reducer. 図3は、ロータを外周側から見たときの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the rotor as viewed from the outer peripheral side. 図4は、図1に示すモデルを用いて気流の熱流体解析を実施したときの結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the results when the thermo-fluid analysis of the airflow is performed using the model shown in FIG. 図5は、本発明の実施形態による減速装置の主な構成を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a main configuration of a speed reducer according to an embodiment of the present invention. 図6Aは、図5に示す減速装置による非制動時の状態を模式的に示す断面図である。FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing a state when the speed reducing device shown in FIG. 5 is not braking. 図6Bは、図5に示す減速装置による制動時の状態を模式的に示す断面図である。FIG. 6B is a cross-sectional view schematically showing a state at the time of braking by the speed reducing device shown in FIG. 図7は、図5に示す減速装置における磁石の配列の一例を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of the arrangement of magnets in the speed reducer shown in FIG. 図8Aは、図5に示す減速装置による非制動時の状態を模式的に示す断面図である。FIG. 8A is a cross-sectional view schematically showing a state when the speed reducing device shown in FIG. 5 is not braking. 図8Bは、図5に示す減速装置による制動時の状態を模式的に示す断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view schematically showing a state at the time of braking by the speed reducing device shown in FIG. 図9は、非制動時の風損に関する評価結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an evaluation result regarding wind damage during non-braking. 図10は、制動時の放熱性能に関する評価結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an evaluation result regarding heat dissipation performance during braking. 図11は、磁石の配列の一例を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing an example of the arrangement of magnets. 図12Aは、図11に示す減速装置による非制動時の状態を模式的に示す断面図である。FIG. 12A is a cross-sectional view schematically showing a state when the speed reducing device shown in FIG. 11 is not braking. 図12Bは、図11に示す減速装置による制動時の状態を模式的に示す断面図である。FIG. 12B is a cross-sectional view schematically showing a state at the time of braking by the speed reducing device shown in FIG. 図13は、図11とは異なる磁石の配列の一例を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing an example of an arrangement of magnets different from that of FIG.

上記の課題を解決するため、本発明者らは、種々の実験及びシミュレーション解析を実施し、鋭意検討を重ねた。その結果、下記の知見を得た。 In order to solve the above problems, the present inventors carried out various experiments and simulation analyzes, and repeated diligent studies. As a result, the following findings were obtained.

図1は、シミュレーション解析で用いた減速装置のモデルの一部を示す斜視図である。図2は、減速装置の主な構成を模式的に示す断面図である。図3は、ロータを外周側から見たときの平面図である。なお、図2に示す断面は、回転軸に沿った断面である。 FIG. 1 is a perspective view showing a part of a model of the speed reducer used in the simulation analysis. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the main configuration of the speed reducer. FIG. 3 is a plan view of the rotor as viewed from the outer peripheral side. The cross section shown in FIG. 2 is a cross section along the rotation axis.

図1〜図3を参照し、制動部材としての円筒状(ドラム状)のロータ1は、アーム5及びホイール6を介して回転軸10に取り付けられ、回転軸10と一体化される。ロータ1は回転軸10と一体で一方向に回転する。ロータ1に生じた熱を放熱するため、ロータ1の外周面1aに複数のフィン8が設けられる。各フィン8はロータ1の回転方向に対して傾斜している。ロータ1の回転に伴って各フィン8が回転し、各フィン8が気流より圧力を受ける。各フィン8が受けた圧力が回転の抵抗力となる。このように各フィン8が気流より圧力を受けることにより、風損が生じると考えられる。 With reference to FIGS. 1 to 3, the cylindrical (drum-shaped) rotor 1 as a braking member is attached to the rotating shaft 10 via the arm 5 and the wheel 6 and integrated with the rotating shaft 10. The rotor 1 rotates in one direction integrally with the rotating shaft 10. A plurality of fins 8 are provided on the outer peripheral surface 1a of the rotor 1 in order to dissipate the heat generated in the rotor 1. Each fin 8 is inclined with respect to the rotation direction of the rotor 1. Each fin 8 rotates with the rotation of the rotor 1, and each fin 8 receives pressure from the air flow. The pressure received by each fin 8 becomes the resistance to rotation. It is considered that wind damage occurs when each fin 8 receives pressure from the air flow in this way.

図4は、図1に示すモデルを用いて気流の熱流体解析を実施したときの結果を示す図である。図4に示す結果は、図3に示す領域Aに作用するガス圧力の分布を表わす。図3及び図4を参照し、各フィン8は全域で一様な圧力を受けるわけではない。 FIG. 4 is a diagram showing the results when the thermo-fluid analysis of the airflow is performed using the model shown in FIG. The result shown in FIG. 4 represents the distribution of the gas pressure acting on the region A shown in FIG. With reference to FIGS. 3 and 4, each fin 8 does not receive uniform pressure over the entire area.

フィン8それぞれの2つの端部8a、8bのうち、ロータ1の回転方向で先行する端部(以下、「先行端部」ともいう)8aが、局部的に高い圧力を受ける。そのため、各フィン8が受ける回転の抵抗力は、各フィン8の先行端部8aで最も高くなる。したがって、非制動時に風損を効果的に抑制するためには、各フィン8の先行端部8aが受けるガス圧力を低減すればよい。つまり、各フィン8の先行端部8aを含む限定的な領域をカバーで覆えばよい。 Of the two end portions 8a and 8b of each of the fins 8, the end portion (hereinafter, also referred to as “leading end portion”) 8a that precedes in the rotation direction of the rotor 1 receives a high pressure locally. Therefore, the rotational resistance of each fin 8 is highest at the leading end 8a of each fin 8. Therefore, in order to effectively suppress wind damage during non-braking, the gas pressure received by the leading end portion 8a of each fin 8 may be reduced. That is, the limited area including the leading end portion 8a of each fin 8 may be covered with a cover.

また、制動時にそのカバーをロータから遠ざけた状態にし、非制動時にそのカバーをロータに近づけた状態にすればよい。制動時、カバーがロータから遠ざかっていれば、ガス(空気)が外部からカバーの内外周を通じて各フィン8に導入され、フィン8の放熱性能を確保できる。 Further, the cover may be kept away from the rotor during braking, and the cover may be brought close to the rotor during non-braking. If the cover is away from the rotor during braking, gas (air) is introduced into each fin 8 from the outside through the inner and outer circumferences of the cover, and the heat dissipation performance of the fins 8 can be ensured.

本発明は上記の知見に基づいて完成されたものである。 The present invention has been completed based on the above findings.

本発明の実施形態による渦電流式減速装置は、円筒状のロータと、複数のフィンと、複数の永久磁石と、スイッチング機構と、円板状のカバーと、カバー切替え機構と、を備える。ロータは、回転軸に取り付けられ、一方向に回転可能である。複数のフィンは、ロータの外周面に設けられ、ロータの回転方向に対して傾斜している。複数の永久磁石は、ロータの内周面と隙間を空けて対向するように回転軸回りに配列されている。スイッチング機構は、永久磁石とロータとの間に磁気回路が形成される制動状態と、永久磁石とロータとの間に磁気回路が形成されない非制動状態と、に切り替える。カバーは、ロータの半径方向において複数のフィンの頂面と複数のフィンの根元との間に位置する外周端を含む。カバーは、回転軸方向においてロータの2つの端面のうちの一方の端面と隙間を空けて対向し、ロータに対して回転軸方向にスライド可能である。カバー切替え機構は、制動状態のときにカバーをロータから遠ざけ、非制動状態のときにカバーをロータに近づける。カバーは、複数のフィンそれぞれの回転軸方向の2つの端部のうち、ロータの回転方向で先行する端部が存在する側に配置されている。 The eddy current speed reducer according to the embodiment of the present invention includes a cylindrical rotor, a plurality of fins, a plurality of permanent magnets, a switching mechanism, a disk-shaped cover, and a cover switching mechanism. The rotor is attached to a rotating shaft and can rotate in one direction. The plurality of fins are provided on the outer peripheral surface of the rotor and are inclined with respect to the rotation direction of the rotor. The plurality of permanent magnets are arranged around the rotation axis so as to face each other with a gap from the inner peripheral surface of the rotor. The switching mechanism switches between a braking state in which a magnetic circuit is formed between the permanent magnet and the rotor, and a non-braking state in which a magnetic circuit is not formed between the permanent magnet and the rotor. The cover includes an outer peripheral edge located between the top surfaces of the fins and the roots of the fins in the radial direction of the rotor. The cover faces the end face of one of the two end faces of the rotor in the direction of the rotation axis with a gap, and can slide in the direction of the rotation axis with respect to the rotor. The cover switching mechanism moves the cover away from the rotor in the braking state and brings the cover closer to the rotor in the non-braking state. The cover is arranged on the side of the two ends in the rotation axis direction of each of the plurality of fins, on the side where the leading end in the rotation direction of the rotor exists.

本実施形態の減速装置によれば、非制動時、カバーがロータに最も近づいた状態になる。つまり、外部からガス(空気)が各フィンの先行端部に導入されにくくなる。そのため、各フィンの先行端部が受けるガス圧力を低減できる。その結果、フィンによる風損を抑制できる。一方、制動時、カバーがロータから最も遠ざかった状態になる。つまり、各フィンの先行端部が外部に開放される。これにより、外部からガスが各フィンの先行端部に導入されやすくなる。その結果、フィンの放熱性能を確保できる。 According to the speed reducer of the present embodiment, the cover is in the state closest to the rotor when not braking. That is, it becomes difficult for gas (air) to be introduced into the leading end of each fin from the outside. Therefore, the gas pressure received by the leading end of each fin can be reduced. As a result, wind damage due to fins can be suppressed. On the other hand, when braking, the cover is in the state of being farthest from the rotor. That is, the leading end of each fin is opened to the outside. This facilitates the introduction of gas from the outside into the leading end of each fin. As a result, the heat dissipation performance of the fins can be ensured.

更に、本実施形態の減速装置によれば、ロータの半径方向において円板状のカバーの外周端は複数のフィンの頂面より外側に突出しない。したがって、装置自体の拡大は抑えられる。 Further, according to the speed reducer of the present embodiment, the outer peripheral end of the disk-shaped cover does not protrude outward from the top surfaces of the plurality of fins in the radial direction of the rotor. Therefore, the expansion of the device itself can be suppressed.

本実施形態の減速装置において、回転軸の中心軸からカバーの外周端までの距離は、回転軸の中心軸から複数のフィンの頂面までの距離と同じであるのが好ましい。換言すると、ロータの回転軸方向において、カバーが複数のフィンの全領域と対向している。この場合、後述する実施例に示すように、最も効率的に風損を抑制できる。 In the speed reducer of the present embodiment, the distance from the central axis of the rotating shaft to the outer peripheral end of the cover is preferably the same as the distance from the central axis of the rotating shaft to the top surfaces of the plurality of fins. In other words, the cover faces the entire area of the plurality of fins in the direction of rotation of the rotor. In this case, as shown in Examples described later, wind damage can be suppressed most efficiently.

本実施形態の減速装置において、ロータの回転軸方向の長さをWとし、非制動状態のときのカバーと、カバーと対向するロータの端面との距離をC1とし、制動状態のときのカバーと、カバーと対向するロータの端面との距離をC2としたとき、C1/Wは2.0%以下であり、C2/Wは2.5%以上、6.0%以下であるのが好ましい。後述する実施例に示すように、C1/Wが2.0%以下であれば、非制動状態でのロータの抵抗トルクはカバーを備えない減速装置(比較例)の85%以下となり、フィンによる風損を顕著に抑制できる。また、C2/Wが2.5%以上であれば、制動状態での放熱性能が十分に確保できる。さらに、C2/Wが6.0%以下であれば、カバーのスライド範囲が大きくなり過ぎず、減速装置が回転軸方向に拡大するのを抑制できる。 In the reduction gear of the present embodiment, the length in the rotation axis direction of the rotor is W, the distance between the cover in the non-braking state and the end face of the rotor facing the cover is C1, and the cover in the braking state. When the distance between the cover and the end face of the rotor facing the cover is C2, C1 / W is preferably 2.0% or less, and C2 / W is preferably 2.5% or more and 6.0% or less. As shown in Examples described later, when C1 / W is 2.0% or less, the resistance torque of the rotor in the non-braking state is 85% or less of the speed reducer (comparative example) without a cover, which depends on the fins. Wind damage can be significantly suppressed. Further, when C2 / W is 2.5% or more, sufficient heat dissipation performance in the braking state can be ensured. Further, when C2 / W is 6.0% or less, the slide range of the cover does not become too large, and it is possible to suppress the reduction gear from expanding in the rotation axis direction.

典型的な例では、カバー切替え機構は、カバーを回転軸方向にスライド可能に支持する少なくとも3つの棒と、カバーに接続された流体圧シリンダと、を含む。流体圧シリンダの作動により、カバーがロータに対してスライドする。このスライドにより、カバーがロータから遠ざかった状態と、カバーがロータに近づいた状態と、に切り替わる。この場合、カバーを支持する棒の個数は、少なくとも3つである限り特に限定しない。棒の主な役割は、カバーのスライドを安定的に案内することである。棒の断面形状は特に限定しない。実用的な棒の断面形状は円形である。流体圧シリンダはエアシリンダ、油圧シリンダ等である。 In a typical example, the cover switching mechanism includes at least three rods that slidably support the cover along the axis of rotation and a fluid pressure cylinder connected to the cover. The actuation of the fluid pressure cylinder causes the cover to slide relative to the rotor. This slide switches between a state in which the cover is away from the rotor and a state in which the cover is close to the rotor. In this case, the number of rods supporting the cover is not particularly limited as long as it is at least three. The main role of the rod is to guide the slide of the cover in a stable manner. The cross-sectional shape of the rod is not particularly limited. The cross-sectional shape of a practical rod is circular. The fluid pressure cylinder is an air cylinder, a hydraulic cylinder, or the like.

典型的な例では、減速装置は、複数のポールピースと、磁石保持リングと、ハウジングと、を備える。複数のポールピースは、ロータと永久磁石との隙間に設けられ、回転軸回りに配列されている。磁石保持リングは永久磁石を保持する。ハウジングは、磁石保持リングを回転軸回りに回転可能に支持するとともに、ポールピースを保持する。スイッチング機構は、磁石保持リングに接続された流体圧シリンダを含む。流体圧シリンダの作動により、磁石保持リングがポールピースに対して回転し、ポールピースに対する永久磁石の位置が切り替わる。その流体圧シリンダはエアシリンダ、油圧シリンダ等である。スイッチング機構の流体圧シリンダは、カバー切替え機構の流体圧シリンダとは異なる。 In a typical example, the speed reducer comprises a plurality of pole pieces, a magnet holding ring, and a housing. The plurality of pole pieces are provided in the gap between the rotor and the permanent magnet, and are arranged around the rotation axis. The magnet holding ring holds the permanent magnet. The housing rotatably supports the magnet holding ring around the axis of rotation and holds the pole piece. The switching mechanism includes a fluid pressure cylinder connected to a magnet holding ring. By operating the fluid pressure cylinder, the magnet holding ring rotates with respect to the pole piece, and the position of the permanent magnet with respect to the pole piece is switched. The fluid pressure cylinder is an air cylinder, a hydraulic cylinder, or the like. The fluid pressure cylinder of the switching mechanism is different from the fluid pressure cylinder of the cover switching mechanism.

以下に、本発明の渦電流式減速装置について、その実施形態を詳述する。 Hereinafter, embodiments of the eddy current type speed reducer of the present invention will be described in detail.

図5は、本発明の実施形態による減速装置の主な構成を模式的に示す断面図である。図6Aは、その減速装置による非制動時の状態を模式的に示す断面図である。図6Bは、その減速装置による制動時の状態を模式的に示す断面図である。図7は、その減速装置における磁石の配列の一例を示す斜視図である。図8Aは、その減速装置による非制動時の状態を模式的に示す断面図である。図8Bは、その減速装置による制動時の状態を模式的に示す断面図である。なお、図5〜図6Bに示す断面は、回転軸に沿った断面である。図8A及び図8Bに示す断面は、回転軸に垂直な断面である。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a main configuration of a speed reducer according to an embodiment of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing a state when the speed reducing device is not braking. FIG. 6B is a cross-sectional view schematically showing a state at the time of braking by the speed reducing device. FIG. 7 is a perspective view showing an example of the arrangement of magnets in the speed reducer. FIG. 8A is a cross-sectional view schematically showing a state when the speed reducing device is not braking. FIG. 8B is a cross-sectional view schematically showing a state at the time of braking by the speed reducing device. The cross section shown in FIGS. 5 to 6B is a cross section along the rotation axis. The cross section shown in FIGS. 8A and 8B is a cross section perpendicular to the axis of rotation.

図5を参照し、減速装置は、円筒状のロータ1と、ロータ1の内側に配置されたステータ7と、を備える。ロータ1は、制動トルクが付与される制動部材に相当する。ロータ1は、車両の回転軸10(例:プロペラシャフト、ドライブシャフト等)にアーム5及びホイール6を介して固定される。これにより、ロータ1は回転軸10と一体で回転する。ロータ1の外周面1aに複数のフィン8が設けられる。各フィン8はロータ1の回転方向に対して所定の角度(例:30°〜60°の範囲)で傾斜している(図3参照)。フィン8の役割は、ロータ1に生じた熱を放熱することである。 With reference to FIG. 5, the speed reducer includes a cylindrical rotor 1 and a stator 7 arranged inside the rotor 1. The rotor 1 corresponds to a braking member to which braking torque is applied. The rotor 1 is fixed to the rotating shaft 10 of the vehicle (eg, propeller shaft, drive shaft, etc.) via the arm 5 and the wheel 6. As a result, the rotor 1 rotates integrally with the rotating shaft 10. A plurality of fins 8 are provided on the outer peripheral surface 1a of the rotor 1. Each fin 8 is inclined at a predetermined angle (eg, in the range of 30 ° to 60 °) with respect to the rotation direction of the rotor 1 (see FIG. 3). The role of the fin 8 is to dissipate the heat generated in the rotor 1.

図7及び図8Aを参照し、ステータ7は、複数の永久磁石3と、円筒状の磁石保持リング2と、複数のポールピース4と、図示しないハウジングと、を含む。磁石保持リング2は、ロータと同心状に配設される。磁石保持リング2は、ハウジングによって、回転軸回りに回転可能に支持される。ハウジングは、図示しない車両の非回転部(例:トランスミッションカバー)に固定される。 With reference to FIGS. 7 and 8A, the stator 7 includes a plurality of permanent magnets 3, a cylindrical magnet holding ring 2, a plurality of pole pieces 4, and a housing (not shown). The magnet holding ring 2 is arranged concentrically with the rotor. The magnet holding ring 2 is rotatably supported around a rotation axis by the housing. The housing is fixed to a non-rotating part of the vehicle (eg, a transmission cover) (not shown).

磁石保持リング2の外周には、複数の永久磁石3が固定される。磁石3は、ロータ1の内周面1bと隙間を空けて対向し、回転軸回りに配列される。各磁石3の磁極(N極、S極)の配置は、回転軸を中心とする径方向である。互いに隣接する磁石3同士の磁極の配置は交互に異なる。 A plurality of permanent magnets 3 are fixed to the outer circumference of the magnet holding ring 2. The magnets 3 face the inner peripheral surface 1b of the rotor 1 with a gap, and are arranged around the rotation axis. The arrangement of the magnetic poles (N pole, S pole) of each magnet 3 is in the radial direction about the rotation axis. The arrangement of the magnetic poles of the magnets 3 adjacent to each other are alternately different.

図8Aを参照し、ロータ1の内周面1bと磁石3との隙間には、複数の強磁性体のポールピース4が配置される。ポールピース4は、回転軸回りに配列される。ポールピース4の回転軸回りの配置角度は、磁石3の回転軸回りの配置角度と一致する。ポールピース4は、各々の両側部をハウジングによって保持される。 With reference to FIG. 8A, a plurality of ferromagnetic pole pieces 4 are arranged in the gap between the inner peripheral surface 1b of the rotor 1 and the magnet 3. The pole pieces 4 are arranged around the axis of rotation. The arrangement angle of the pole piece 4 around the rotation axis coincides with the arrangement angle of the magnet 3 around the rotation axis. Each side of the pole piece 4 is held by a housing.

磁石保持リング2からは、図示しないレバーが回転軸と平行に突出する。そのレバーに、図示しないリンク機構を介して、エアシリンダのピストンロッドが接続される。エアシリンダは流体圧シリンダに相当する。エアシリンダはハウジングに固定される。 A lever (not shown) projects from the magnet holding ring 2 in parallel with the rotation axis. A piston rod of an air cylinder is connected to the lever via a link mechanism (not shown). An air cylinder corresponds to a fluid pressure cylinder. The air cylinder is fixed to the housing.

図示しない制御装置からの指令により、エアシリンダは圧縮空気を動力として作動する。エアシリンダの作動によって、ピストンロッドが進退する。ピストンロッドの進退によって、磁石保持リング2が回転し、ポールピース4に対する磁石3の位置が切り替わる。これにより、制動と非制動とが切り替わる。 The air cylinder is powered by compressed air in response to a command from a control device (not shown). The operation of the air cylinder causes the piston rod to move forward and backward. As the piston rod moves forward and backward, the magnet holding ring 2 rotates, and the position of the magnet 3 with respect to the pole piece 4 is switched. As a result, braking and non-braking are switched.

図5、図6A及び図6Bを参照し、ロータ1は、回転軸方向に2つの端面1c、1dを有する。以下の説明では、便宜上、フィン8の先行端部8aが存在する側の一方の端面1cを第1端面ともいう。他方の端面1dを第2端面ともいう。ロータ1の第1端面1cと隙間を空けて対向するように、円板状のカバー21が配置される。カバー21の内周部21aはステータ7のハウジングに向けて凹む。カバー21の内周部21aには3つの円筒穴21bが設けられている。3つの円筒穴21bは、同一円周上に一定の間隔を空けて配置される。 With reference to FIGS. 5, 6A and 6B, the rotor 1 has two end faces 1c and 1d in the direction of rotation axis. In the following description, for convenience, one end surface 1c on the side where the leading end portion 8a of the fin 8 exists is also referred to as a first end surface. The other end face 1d is also referred to as a second end face. The disk-shaped cover 21 is arranged so as to face the first end surface 1c of the rotor 1 with a gap. The inner peripheral portion 21a of the cover 21 is recessed toward the housing of the stator 7. Three cylindrical holes 21b are provided in the inner peripheral portion 21a of the cover 21. The three cylindrical holes 21b are arranged on the same circumference at regular intervals.

ハウジングからは、3つの円筒穴21bそれぞれの位置に対応するように、3つの棒23が回転軸10と平行に突出する。棒23は、断面が円形の軸部23aと、フランジ部23bとを含む。各軸部23aは、カバー21の各円筒穴21bに挿入される。これにより、カバー21は、回転軸10方向にスライド可能に支持される。カバー21がロータ1に最も近づいた状態、すなわち非制動状態では、カバー21の内周部21aが円周方向の全域にわたってステータ7のハウジングに接触する。これにより、カバー21の内周部21aよりも回転軸10に近い領域が外部に対して閉塞される。カバー21がロータ1から最も遠ざかった状態、すなわち制動状態では、カバー21の内周部21aとステータ7のハウジングとの間に隙間が形成される。これにより、カバー21の内周部21aよりも回転軸10に近い領域が外部に対して開放される。 From the housing, the three rods 23 project parallel to the rotating shaft 10 so as to correspond to the positions of the three cylindrical holes 21b. The rod 23 includes a shaft portion 23a having a circular cross section and a flange portion 23b. Each shaft portion 23a is inserted into each cylindrical hole 21b of the cover 21. As a result, the cover 21 is slidably supported in the direction of the rotation axis 10. When the cover 21 is closest to the rotor 1, that is, in the non-braking state, the inner peripheral portion 21a of the cover 21 contacts the housing of the stator 7 over the entire circumferential direction. As a result, the region closer to the rotation shaft 10 than the inner peripheral portion 21a of the cover 21 is closed to the outside. When the cover 21 is farthest from the rotor 1, that is, in the braking state, a gap is formed between the inner peripheral portion 21a of the cover 21 and the housing of the stator 7. As a result, a region closer to the rotation shaft 10 than the inner peripheral portion 21a of the cover 21 is opened to the outside.

カバー21は外周端22を含む。ロータ1の半径方向において、外周端22は複数のフィン8の頂面8cと複数のフィン8の根元8dとの間に位置する。複数のフィン8は、ロータ1の外周面1aに設けられるため、複数のフィン8の根元8dはロータ1の外周面1aに相当する。このような構成によれば、回転軸方向において、カバー21の少なくとも一部は複数のフィン8と対向する。したがって、非制動状態では、カバー21の少なくとも一部が複数のフィン8の先行端部8aを覆う。これにより、非制動状態での風損を抑制することができる。 The cover 21 includes an outer peripheral end 22. In the radial direction of the rotor 1, the outer peripheral end 22 is located between the top surfaces 8c of the plurality of fins 8 and the roots 8d of the plurality of fins 8. Since the plurality of fins 8 are provided on the outer peripheral surface 1a of the rotor 1, the roots 8d of the plurality of fins 8 correspond to the outer peripheral surface 1a of the rotor 1. According to such a configuration, at least a part of the cover 21 faces the plurality of fins 8 in the rotation axis direction. Therefore, in the non-braking state, at least a part of the cover 21 covers the leading end portion 8a of the plurality of fins 8. As a result, wind damage in the non-braking state can be suppressed.

風損の抑制の効果は、回転軸方向において、カバー21が複数のフィン8と対向する領域の大きさに依存する。回転軸方向において、カバー21が複数のフィン8の全領域と対向すれば、風損の抑制の効果は最大となる。カバー21の外周端22は、ロータ1の半径方向において、複数のフィン8の頂面8cよりも外側に位置すれば、回転軸方向において、カバー21が複数のフィン8の全領域と対向できる。しかしながら、カバー21の外周端22が複数のフィン8の頂面8cも外側に位置すれば、減速装置がロータ1の半径方向に拡大する。これより、風損の抑制の効果を最大限高め、かつ、減速装置の拡大を抑制するため、カバー21の外周端22は、ロータ1の半径方向において、複数のフィン8の頂面8cと同じ位置であるのが好ましい。換言すれば、回転軸10の中心軸Yからカバー21の外周端22までの距離Lは、回転軸10の中心軸Yから複数のフィン8の頂面8cまでの距離Rと同じであるのが好ましい。 The effect of suppressing wind damage depends on the size of the region where the cover 21 faces the plurality of fins 8 in the rotation axis direction. If the cover 21 faces the entire region of the plurality of fins 8 in the rotation axis direction, the effect of suppressing wind damage is maximized. If the outer peripheral end 22 of the cover 21 is located outside the top surfaces 8c of the plurality of fins 8 in the radial direction of the rotor 1, the cover 21 can face the entire region of the plurality of fins 8 in the rotation axis direction. However, if the outer peripheral end 22 of the cover 21 is also located on the outer side of the top surfaces 8c of the plurality of fins 8, the speed reducer expands in the radial direction of the rotor 1. From this, in order to maximize the effect of suppressing wind damage and suppress the expansion of the reduction gear, the outer peripheral end 22 of the cover 21 is the same as the top surface 8c of the plurality of fins 8 in the radial direction of the rotor 1. The position is preferable. In other words, the distance L from the central axis Y of the rotating shaft 10 to the outer peripheral end 22 of the cover 21 is the same as the distance R from the central axis Y of the rotating shaft 10 to the top surfaces 8c of the plurality of fins 8. preferable.

このように、本実施形態では、非制動時に各フィン8の先行端部8a付近の限定的な領域がカバー21によって覆われている。 As described above, in the present embodiment, the limited area near the leading end portion 8a of each fin 8 is covered by the cover 21 when not braking.

カバー21には、図示しないエアシリンダのピストンロッドが接続される。このエアシリンダは、上記した磁石保持リング2を回転させるためのエアシリンダとは異なる。エアシリンダは流体圧シリンダに相当する。エアシリンダは非回転部に固定される。 A piston rod of an air cylinder (not shown) is connected to the cover 21. This air cylinder is different from the air cylinder for rotating the magnet holding ring 2 described above. An air cylinder corresponds to a fluid pressure cylinder. The air cylinder is fixed to the non-rotating part.

エアシリンダの作動によって、ピストンロッドが回転軸方向に進退する。ピストンロッドの進退によって、カバー21がロータ1に対して回転軸方向にスライドし、カバー21とロータ1の相対的な位置が切り替わる。これにより、カバー21がロータ1から遠ざかった状態と、カバー21がロータ1に近づいた状態と、に切り替わる。 The operation of the air cylinder causes the piston rod to move forward and backward in the direction of the rotation axis. As the piston rod moves forward and backward, the cover 21 slides in the direction of the rotation axis with respect to the rotor 1, and the relative positions of the cover 21 and the rotor 1 are switched. As a result, the cover 21 is switched between a state in which the cover 21 is moved away from the rotor 1 and a state in which the cover 21 is moved closer to the rotor 1.

非制動時、図8Aに示すように、ポールピース4が隣接する磁石3同士を均等に跨ぐ。この状態では、制動トルクは発生しない。 When not braking, as shown in FIG. 8A, the pole piece 4 evenly straddles the adjacent magnets 3. In this state, no braking torque is generated.

非制動時の磁石3からの磁束は、次のような状況になる。図8Aを参照し、互いに隣接する磁石3のうちの一方の磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4を通じた後、他方の磁石3のS極に達する。他方の磁石3のN極から出た磁束は、磁石保持リング2を通じて一方の磁石3のS極に達する。つまり、磁石3とロータ1との間に磁気回路は形成されない。したがって、回転軸10と一体で回転するロータ1に制動トルクは発生しない。 The magnetic flux from the magnet 3 during non-braking is in the following situation. With reference to FIG. 8A, the magnetic flux emitted from the north pole of one of the magnets 3 adjacent to each other reaches the south pole of the other magnet 3 after passing through the pole piece 4. The magnetic flux emitted from the north pole of the other magnet 3 reaches the south pole of one magnet 3 through the magnet holding ring 2. That is, no magnetic circuit is formed between the magnet 3 and the rotor 1. Therefore, no braking torque is generated in the rotor 1 that rotates integrally with the rotating shaft 10.

また、非制動時、図6Aに示すように、カバー21がロータ1に最も近づいた状態になっている。そうすると、カバー21によって、各フィン8の先行端部8aへの空気の導入が妨げられる。これにより、各フィン8の先行端部8aに導入される空気が少なくなる。そのため、各フィン8の先行端部8aが受けるガス圧力を低減できる。その結果、フィン8による風損を抑制できる。 Further, when not braking, the cover 21 is in the state closest to the rotor 1 as shown in FIG. 6A. Then, the cover 21 prevents the introduction of air into the leading end portion 8a of each fin 8. As a result, less air is introduced into the leading end portion 8a of each fin 8. Therefore, the gas pressure received by the leading end portion 8a of each fin 8 can be reduced. As a result, wind damage due to the fins 8 can be suppressed.

一方、制動時は、図8Bに示すように、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の半分ほど回転する。この場合、ポールピース4は磁石3と完全に重なる。 On the other hand, during braking, as shown in FIG. 8B, the magnet holding ring 2 rotates about half of the arrangement angle of the magnet 3 from the non-braking state. In this case, the pole piece 4 completely overlaps the magnet 3.

制動時の磁石3からの磁束は、次のような状況になる。図8Bを参照し、互いに隣接する磁石3のうちの一方の磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4を貫き、ロータ1に達する。ロータ1に達した磁束は、他方の磁石3のS極にポールピース4を通じて達する。他方の磁石3のN極から出た磁束は、磁石保持リング2を通じて一方の磁石3のS極に達する。つまり、円周方向に隣接する磁石3同士、磁石保持リング2、ポールピース4、及びロータ1との間に、磁石3による磁気回路が形成される。このような磁気回路が、円周方向の全域にわたり、交互にその磁束の向きを逆向きにして形成される。この場合、ロータ1の内周面に渦電流が発生する。これにより、回転軸10と一体で回転するロータ1に回転方向と逆向きの制動トルクが発生する。更に、ロータ1が発熱する。 The magnetic flux from the magnet 3 during braking is in the following situation. With reference to FIG. 8B, the magnetic flux emitted from the north pole of one of the magnets 3 adjacent to each other penetrates the pole piece 4 and reaches the rotor 1. The magnetic flux that reaches the rotor 1 reaches the S pole of the other magnet 3 through the pole piece 4. The magnetic flux emitted from the north pole of the other magnet 3 reaches the south pole of one magnet 3 through the magnet holding ring 2. That is, a magnetic circuit by the magnet 3 is formed between the magnets 3 adjacent to each other in the circumferential direction, the magnet holding ring 2, the pole piece 4, and the rotor 1. Such a magnetic circuit is formed over the entire circumferential direction by alternately reversing the direction of the magnetic flux. In this case, an eddy current is generated on the inner peripheral surface of the rotor 1. As a result, a braking torque in the direction opposite to the rotation direction is generated in the rotor 1 that rotates integrally with the rotation shaft 10. Further, the rotor 1 generates heat.

また、制動時、図6Bに示すように、非制動時の状態からカバー21がスライドする。そうすると、カバー21の内周部21a(円筒穴21b)が棒23のフランジ部23bと接触し、ロータ1から最も遠ざかった状態になる。これにより、空気が外部からカバー21の内周の開放端を通じて各フィン8に導入される。その結果、フィン8の放熱性能を確保できる。ロータ1に生じた熱は、各フィン8から外部に放出される。 Further, during braking, as shown in FIG. 6B, the cover 21 slides from the non-braking state. Then, the inner peripheral portion 21a (cylindrical hole 21b) of the cover 21 comes into contact with the flange portion 23b of the rod 23, and is in a state of being farthest from the rotor 1. As a result, air is introduced into each fin 8 from the outside through the open end of the inner circumference of the cover 21. As a result, the heat dissipation performance of the fin 8 can be ensured. The heat generated in the rotor 1 is released to the outside from each fin 8.

本実施形態の減速装置による効果を確認するため、熱流体解析を実施した。 A thermo-fluid analysis was performed to confirm the effect of the speed reducer of this embodiment.

[試験条件]
図5に示すカバーを備えた減速装置の解析モデルを作成した。回転軸の中心軸からカバーの外周端までの距離Lは、回転軸の中心軸から複数のフィンの頂面までの距離Rと同じとした。解析では、非制動状態のときのカバーと、カバーと対向するロータの端面との距離C1、及び制動状態のときのカバーと、カバーと対向するロータの端面との距離C2を種々変更した。比較例として、カバーを備えない減速装置を想定した。
[Test condition]
An analysis model of the speed reducer provided with the cover shown in FIG. 5 was created. The distance L from the central axis of the rotating shaft to the outer peripheral edge of the cover is the same as the distance R from the central axis of the rotating shaft to the top surfaces of the plurality of fins. In the analysis, the distance C1 between the cover in the non-braking state and the end face of the rotor facing the cover, and the distance C2 between the cover in the braking state and the end face of the rotor facing the cover were variously changed. As a comparative example, a speed reducer without a cover was assumed.

解析で用いた主な諸特性は下記のとおりである。
・ロータの回転数:3000rpm
・ロータ回転軸方向の長さW:1.000
・フィンを含めたロータの外周半径R:2.552
ここで、単位の記載が無い特性W、Rの数値は、ロータ回転軸方向の長さWを基準1.000とした比を表す。
The main characteristics used in the analysis are as follows.
・ Rotor rotation speed: 3000 rpm
-Length in the direction of the rotor rotation axis W: 1.000
-Rotor outer radius including fins R: 2.552
Here, the numerical values of the characteristics W and R for which the unit is not described represent the ratio with the length W in the rotor rotation axis direction as the reference 1.000.

[評価方法]
非制動時のフィンによる風損、及び制動時のフィンの放熱性能を評価した。風損の評価のために、全フィンが気流より圧力を受けることによってロータに生じる抵抗トルクを算出した。抵抗トルクが低いほど、風損の抑制が優れることを意味する。したがって、抵抗トルクを比較することにより風損を評価することができる。なお、風損を評価するための解析では、非制動時の状態を想定し、カバーの内周部をステータのハウジングに接触させ、カバーの内周部よりも回転軸に近い領域を外部に対して閉塞させた。
[Evaluation method]
The wind damage caused by the fins during non-braking and the heat dissipation performance of the fins during braking were evaluated. For the evaluation of wind damage, the resistance torque generated in the rotor when all fins receive pressure from the airflow was calculated. The lower the resistance torque, the better the suppression of wind damage. Therefore, the wind loss can be evaluated by comparing the resistance torques. In the analysis for evaluating wind damage, assuming a non-braking state, the inner peripheral portion of the cover is brought into contact with the housing of the stator, and the region closer to the rotation axis than the inner peripheral portion of the cover is directed to the outside. And closed it.

放熱性能の評価のために、ロータの外周側で表出した面(全フィン及びロータの外周面)の平均熱伝達率を算出した。ここで、表出面の平均熱伝達率と表出面の総面積との積算値が表出面からの放熱量を示す。放熱量が大きいほど、放熱性能が優れることを意味する。本解析では、表出面の総面積が一律であるため、平均熱伝達率が大きいほど、放熱性能が優れることを意味する。したがって、平均熱伝達率を比較することにより放熱性能を評価することができる。なお、放熱性能を評価するための解析では、制動時の状態を想定し、カバーをスライドさせ、カバーの内周部よりも回転軸に近い領域を外部に対して開放した。 In order to evaluate the heat dissipation performance, the average heat transfer coefficient of the surface (all fins and the outer peripheral surface of the rotor) exposed on the outer peripheral side of the rotor was calculated. Here, the integrated value of the average heat transfer coefficient of the exposed surface and the total area of the exposed surface indicates the amount of heat radiated from the exposed surface. The larger the amount of heat radiation, the better the heat dissipation performance. In this analysis, since the total area of the exposed surface is uniform, the larger the average heat transfer coefficient, the better the heat dissipation performance. Therefore, the heat dissipation performance can be evaluated by comparing the average heat transfer coefficient. In the analysis for evaluating the heat dissipation performance, the cover was slid to open the area closer to the rotation axis than the inner peripheral portion of the cover to the outside, assuming the state at the time of braking.

[結果]
図9は、非制動時の風損に関する評価結果を示す図である。図10は、制動時の放熱性能に関する評価結果を示す図である。図9では、横軸に、ロータの回転軸方向の長さWに対する非制動状態のときのカバーと、カバーと対向するロータの端面との距離C1の割合C1/Wを示す。縦軸に、風損の指標となる抵抗トルクを示す。なお、縦軸の抵抗トルクの数値は、比較例(カバー無し)の抵抗トルクに対する割合(%)を示す。図10では、横軸に、図9と同様に、ロータの回転軸方向の長さWに対する制動状態のときのカバーと、カバーと対向するロータの端面との距離C2の割合C2/Wを示す。縦軸に、放熱性能の指標となる平均熱伝達率を示す。なお、図10の縦軸の平均熱伝達率の数値は、比較例(カバー無し)の平均熱伝達率に対する割合(%)を示す。
[result]
FIG. 9 is a diagram showing an evaluation result regarding wind damage during non-braking. FIG. 10 is a diagram showing an evaluation result regarding heat dissipation performance during braking. In FIG. 9, the horizontal axis shows the ratio C1 / W of the distance C1 between the cover and the end face of the rotor facing the cover in the non-braking state with respect to the length W in the rotation axis direction of the rotor. The vertical axis shows the resistance torque, which is an index of wind damage. The numerical value of the resistance torque on the vertical axis indicates the ratio (%) to the resistance torque of the comparative example (without cover). In FIG. 10, as in FIG. 9, the horizontal axis shows the ratio C2 / W of the distance C2 between the cover and the end face of the rotor facing the cover in the braking state with respect to the length W in the rotation axis direction of the rotor. .. The vertical axis shows the average heat transfer coefficient, which is an index of heat dissipation performance. The numerical value of the average heat transfer coefficient on the vertical axis of FIG. 10 indicates the ratio (%) to the average heat transfer coefficient of the comparative example (without cover).

図9を参照して、C1/Wが約2.4%であれば、抵抗トルクは比較例の約85%であった。C1/Wが約1.2%であれば、抵抗トルクは比較例の約80%であった。C1/Wが約0.6%であれば、抵抗トルクは比較例の約78%であった。これより、非制動時において、カバーをロータに近づけるほど抵抗トルクが抑制され、フィンによる風損を抑制できることがわかった。 With reference to FIG. 9, if C1 / W was about 2.4%, the resistance torque was about 85% of the comparative example. When C1 / W was about 1.2%, the resistance torque was about 80% of the comparative example. When C1 / W was about 0.6%, the resistance torque was about 78% of the comparative example. From this, it was found that the resistance torque is suppressed as the cover is brought closer to the rotor during non-braking, and the wind damage due to the fins can be suppressed.

比較例と比べて風損を顕著に抑制しようとすれば、抵抗トルクは比較例の85%以下とするのが好ましい。したがって、非制動状態でのC1/Wは2.0%以下であるのが好ましい。より好ましくは、非制動状態でのC1/Wは1.0%以下である。C1/Wの下限は特に限定されない。非制動状態でのC1/Wは小さいほど、風損が抑制できるからである。しかしながら、C1/Wが小さすぎれば、カバーとロータとの距離が近すぎるためカバーがロータと干渉するおそれがある。そのため、好ましくは、C1/Wは0.5%以上である。 If the wind loss is to be remarkably suppressed as compared with the comparative example, the resistance torque is preferably 85% or less of the comparative example. Therefore, C1 / W in the non-braking state is preferably 2.0% or less. More preferably, C1 / W in the non-braking state is 1.0% or less. The lower limit of C1 / W is not particularly limited. This is because the smaller the C1 / W in the non-braking state, the more the wind damage can be suppressed. However, if C1 / W is too small, the distance between the cover and the rotor is too close, and the cover may interfere with the rotor. Therefore, C1 / W is preferably 0.5% or more.

図10を参照して、C2/Wが約1.2%であれば、平均熱伝達率は比較例の約85%であった。C2/Wが約2.4%であれば、平均熱伝達率は比較例の約95%であった。C2/Wが約5.8%であれば、平均熱伝達率は比較例とほとんど同じであった。すなわち、C2/Wが約6.0%以上であれば、カバーを備えない減速装置、すなわち、ロータのフィンが完全に開放されている減速装置と同等の放熱性能であった。これより、制動時において、カバーをロータから遠ざけるほど平均熱伝達率が増加し、放熱性能が高いことがわかった。 With reference to FIG. 10, when C2 / W was about 1.2%, the average heat transfer coefficient was about 85% of the comparative example. When C2 / W was about 2.4%, the average heat transfer coefficient was about 95% of the comparative example. When C2 / W was about 5.8%, the average heat transfer coefficient was almost the same as that of the comparative example. That is, when C2 / W is about 6.0% or more, the heat dissipation performance is equivalent to that of a speed reducer without a cover, that is, a speed reducer in which the rotor fins are completely open. From this, it was found that the average heat transfer coefficient increases as the cover is moved away from the rotor during braking, and the heat dissipation performance is high.

放熱性能を確保しようとすれば、平均熱伝達率は比較例の85%以上であるのが好ましい。したがって、制動状態でのC2/Wは1.0%以上であるのが好ましい。より好ましくは、制動状態でのC2/Wは2.5%以上である。C2/Wの上限は特に限定されない。制動状態でのC2/Wは大きいほど、放熱性能が高くなるからである。しかしながら、C2/Wが約6.0%以上であれば、放熱性能はそれ以上高くならない。また、C2/Wが約6.0%以上であれば、カバーのスライド範囲が大きく、減速装置が回転軸方向に拡大する。そのため、好ましくは、C2/Wは6.0%以下である。 In order to ensure heat dissipation performance, the average heat transfer coefficient is preferably 85% or more of the comparative example. Therefore, the C2 / W in the braking state is preferably 1.0% or more. More preferably, the C2 / W in the braking state is 2.5% or more. The upper limit of C2 / W is not particularly limited. This is because the larger the C2 / W in the braking state, the higher the heat dissipation performance. However, if C2 / W is about 6.0% or more, the heat dissipation performance will not be further improved. Further, when C2 / W is about 6.0% or more, the slide range of the cover is large and the reduction gear expands in the rotation axis direction. Therefore, preferably, C2 / W is 6.0% or less.

以上、本発明の実施形態について説明した。しかしながら、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

上述の実施形態では、磁石の磁極の配置が回転軸の径方向である場合について説明した。しかしながら、本実施形態の減速装置の磁極の配置はこれに限定されない。 In the above-described embodiment, the case where the magnetic poles of the magnets are arranged in the radial direction of the rotating shaft has been described. However, the arrangement of the magnetic poles of the speed reducer of the present embodiment is not limited to this.

図11は、磁石の配列の一例を示す斜視図である。複数の磁石3は、回転軸周りに配列される。磁石3の磁極の配置は、回転軸の周方向である。互いに隣接する磁石3同士の磁極の配置は交互に異なる。 FIG. 11 is a perspective view showing an example of the arrangement of magnets. The plurality of magnets 3 are arranged around the axis of rotation. The arrangement of the magnetic poles of the magnet 3 is in the circumferential direction of the rotation axis. The arrangement of the magnetic poles of the magnets 3 adjacent to each other are alternately different.

図12Aは、図11に示す減速装置による非制動時の状態を模式的に示す断面図である。非制動時の磁石3からの磁束は、次のような状況になる。非制動時、ポールピース4は磁石3と完全に重なる。1つの磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4又は磁石保持リング2を通じた後、同じ磁石3のS極に達する。つまり、磁石3とロータ1との間に磁気回路は形成されない。したがって、回転軸10と一体で回転するロータ1に制動トルクは発生しない。 FIG. 12A is a cross-sectional view schematically showing a state when the speed reducing device shown in FIG. 11 is not braking. The magnetic flux from the magnet 3 during non-braking is in the following situation. When not braking, the pole piece 4 completely overlaps the magnet 3. The magnetic flux emitted from the north pole of one magnet 3 reaches the south pole of the same magnet 3 after passing through the pole piece 4 or the magnet holding ring 2. That is, no magnetic circuit is formed between the magnet 3 and the rotor 1. Therefore, no braking torque is generated in the rotor 1 that rotates integrally with the rotating shaft 10.

図12Bは、図11に示す減速装置による制動時の状態を模式的に示す断面図である。制動時は、図12Bに示すように、非制動時の状態から磁石保持リング2が磁石3の配置角度の半分ほど回転する。制動時の磁石3からの磁束は、次のような状況になる。1つの磁石3のN極から出た磁束は、ポールピース4を貫き、ロータ1に達する。ロータ1に達した磁束は、同じ磁石3のS極にポールピース4を通じて達する。つまり、ポールピース4、及びロータ1との間に、1つの磁石3による磁気回路が形成される。これにより、回転軸10と一体で回転するロータ1に回転方向と逆向きの制動トルクが発生する。なお、1つの磁石3のN極から出た磁束の一部は、磁石保持リング2を通じた後、同じ磁石3のS極に達する。 FIG. 12B is a cross-sectional view schematically showing a state at the time of braking by the speed reducing device shown in FIG. During braking, as shown in FIG. 12B, the magnet holding ring 2 rotates about half the arrangement angle of the magnet 3 from the non-braking state. The magnetic flux from the magnet 3 during braking is in the following situation. The magnetic flux emitted from the north pole of one magnet 3 penetrates the pole piece 4 and reaches the rotor 1. The magnetic flux that reaches the rotor 1 reaches the S pole of the same magnet 3 through the pole piece 4. That is, a magnetic circuit by one magnet 3 is formed between the pole piece 4 and the rotor 1. As a result, a braking torque in the direction opposite to the rotation direction is generated in the rotor 1 that rotates integrally with the rotation shaft 10. A part of the magnetic flux emitted from the north pole of one magnet 3 reaches the south pole of the same magnet 3 after passing through the magnet holding ring 2.

図13は、図11とは異なる磁石の配列の一例を示す斜視図である。複数の磁石3は、回転軸の軸方向に配列される。磁石3の磁極の配置は、回転軸の軸方向である。回転軸の軸方向において互いに隣接する磁石3同士の磁極の配置は交互に異なる。また、複数の磁石3は、回転軸の周方向にも配列される。回転軸の周方向において隣接する磁石3の磁極配置は交互に異なる。この場合、回転軸の軸方向の位置が同じである第1列R1において制動トルクを生じさせることができるだけでなく、第2列R2においても制動トルクを生じさせることができる。したがって、制動トルクを任意に調整することができる。なお、回転軸の軸方向における磁石の列は2列に限らず、3列以上であってもよい。 FIG. 13 is a perspective view showing an example of an arrangement of magnets different from that of FIG. The plurality of magnets 3 are arranged in the axial direction of the rotation axis. The arrangement of the magnetic poles of the magnet 3 is in the axial direction of the rotation axis. The arrangement of the magnetic poles of the magnets 3 adjacent to each other in the axial direction of the rotation axis is alternately different. Further, the plurality of magnets 3 are also arranged in the circumferential direction of the rotation axis. The magnetic pole arrangements of the adjacent magnets 3 in the circumferential direction of the rotation axis are alternately different. In this case, not only can the braking torque be generated in the first row R1 in which the positions of the rotating shafts in the axial direction are the same, but also the braking torque can be generated in the second row R2. Therefore, the braking torque can be adjusted arbitrarily. The number of rows of magnets in the axial direction of the rotation axis is not limited to two, and may be three or more.

本発明は、永久磁石を用いた渦電流式減速装置に有用である。 The present invention is useful for eddy current speed reducers using permanent magnets.

1 ロータ
1a ロータの外周面
1b ロータの内周面
1c ロータの端面(第1端面)
1d ロータの端面(第2端面)
2 磁石保持リング
3 永久磁石
4 ポールピース
5 アーム
6 ホイール
7 ステータ
8 フィン
8a フィンの端部(先行端部)
8b フィンの端部
8c フィンの頂面
8d フィンの根元
10 回転軸
21 カバー
21a 内周部
21b 円筒穴
22 外周端
23 棒
23a 軸部
23b フランジ部
1 Rotor 1a Outer peripheral surface of rotor 1b Inner peripheral surface of rotor 1c End surface of rotor (first end surface)
1d rotor end face (second end face)
2 Magnet holding ring 3 Permanent magnet 4 Pole piece 5 Arm 6 Wheel 7 Stator 8 Fin 8a Fin end (leading end)
8b Fin end 8c Fin top surface 8d Fin root 10 Rotating shaft 21 Cover 21a Inner circumference 21b Cylindrical hole 22 Outer peripheral end 23 Rod 23a Shaft 23b Flange

Claims (5)

回転軸に取り付けられ、一方向に回転可能な円筒状のロータと、
前記ロータの外周面に設けられ、前記ロータの回転方向に対して傾斜した複数のフィンと、
前記ロータの内周面と隙間を空けて対向するように前記回転軸回りに配列された複数の永久磁石と、
前記永久磁石と前記ロータとの間に磁気回路が形成される制動状態と、前記永久磁石と前記ロータとの間に磁気回路が形成されない非制動状態と、に切り替えるスイッチング機構と、
前記ロータの半径方向において前記複数のフィンの頂面と前記複数のフィンの根元との間に位置する外周端を含み、回転軸方向において前記ロータの2つの端面のうちの一方の端面と隙間を空けて対向し、前記ロータに対して前記回転軸方向にスライド可能な円板状のカバーと、
前記制動状態のときに前記カバーを前記ロータから遠ざけ、前記非制動状態のときに前記カバーを前記ロータに近づけるカバー切替え機構と、を備え、
前記カバーは、前記複数のフィンそれぞれの前記回転軸方向の2つの端部のうち、前記ロータの回転方向で先行する端部が存在する側に配置されている、渦電流式減速装置。
A cylindrical rotor that is attached to the rotating shaft and can rotate in one direction,
A plurality of fins provided on the outer peripheral surface of the rotor and inclined with respect to the rotation direction of the rotor, and
A plurality of permanent magnets arranged around the rotation axis so as to face each other with a gap from the inner peripheral surface of the rotor.
A switching mechanism that switches between a braking state in which a magnetic circuit is formed between the permanent magnet and the rotor and a non-braking state in which a magnetic circuit is not formed between the permanent magnet and the rotor.
Includes an outer peripheral end located between the top surfaces of the plurality of fins and the roots of the plurality of fins in the radial direction of the rotor, and provides a gap with one end surface of the two end surfaces of the rotor in the rotation axis direction. A disk-shaped cover that faces the rotor and slides in the direction of the rotation axis with respect to the rotor.
A cover switching mechanism for moving the cover away from the rotor in the braking state and bringing the cover closer to the rotor in the non-braking state is provided.
The cover is an eddy current type speed reducer that is arranged on the side of the two ends of each of the plurality of fins in the rotation axis direction where the end that precedes the rotor in the rotation direction exists.
請求項1に記載の渦電流式減速装置であって、
前記回転軸の中心軸から前記カバーの外周端までの距離は、前記回転軸の中心軸から前記複数のフィンの頂面までの距離と同じである、渦電流式減速装置。
The eddy current type speed reducer according to claim 1.
An eddy current speed reducer having the same distance from the central axis of the rotating shaft to the outer peripheral end of the cover as the distance from the central axis of the rotating shaft to the top surfaces of the plurality of fins.
請求項1又は請求項2に記載の渦電流式減速装置であって、
前記ロータの前記回転軸方向の長さをWとし、前記非制動状態のときの前記カバーと前記カバーと対向する前記ロータの端面との距離をC1とし、前記制動状態のときの前記カバーと前記カバーと対向する前記ロータの端面との距離をC2としたとき、
C1/Wは2.0%以下であり、C2/Wは2.5%以上、6.0%以下である、渦電流式減速装置。
The eddy current type speed reducer according to claim 1 or 2.
The length of the rotor in the direction of the rotation axis is W, the distance between the cover in the non-braking state and the end face of the rotor facing the cover is C1, and the cover and the cover in the braking state. When the distance between the cover and the end face of the rotor facing the cover is C2,
An eddy current type speed reducer having C1 / W of 2.0% or less and C2 / W of 2.5% or more and 6.0% or less.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の渦電流式減速装置であって、
前記カバー切替え機構は、
前記カバーを回転軸方向にスライド可能に支持する、少なくとも3つの棒と、
前記カバーに接続された流体圧シリンダと、を含み、
前記流体圧シリンダの作動により、前記カバーが前記ロータに対してスライドし、前記カバーが前記ロータから遠ざかった状態と、前記カバーが前記ロータに近づいた状態と、に切り替わる、渦電流式減速装置。
The eddy current type speed reducer according to any one of claims 1 to 3.
The cover switching mechanism is
At least three rods that slidably support the cover in the direction of rotation, and
Including a fluid pressure cylinder connected to the cover.
An eddy current speed reducer in which the cover slides with respect to the rotor by the operation of the fluid pressure cylinder, and the cover is switched between a state in which the cover is moved away from the rotor and a state in which the cover is brought closer to the rotor.
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の渦電流式減速装置であって、
前記減速装置は、
前記ロータと前記永久磁石との前記隙間に設けられ、前記回転軸回りに配列された複数のポールピースと、
前記永久磁石を保持する磁石保持リングと、
前記磁石保持リングを前記回転軸回りに回転可能に支持するとともに、前記ポールピースを保持するハウジングと、を備え、
前記スイッチング機構は、前記磁石保持リングに接続された流体圧シリンダを含み、
前記流体圧シリンダの作動により、前記磁石保持リングが前記ポールピースに対して回転し、前記ポールピースに対する前記永久磁石の位置が切り替わる、渦電流式減速装置。
The eddy current type speed reducer according to any one of claims 1 to 4.
The speed reducer
A plurality of pole pieces provided in the gap between the rotor and the permanent magnet and arranged around the rotation axis, and
A magnet holding ring that holds the permanent magnet and
A housing that rotatably supports the magnet holding ring around the rotation axis and holds the pole piece is provided.
The switching mechanism includes a fluid pressure cylinder connected to the magnet holding ring.
An eddy current type speed reducer in which the magnet holding ring rotates with respect to the pole piece by the operation of the fluid pressure cylinder, and the position of the permanent magnet with respect to the pole piece is switched.
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