JP7540922B2 - 渦電流式制動装置、及び駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、渦電流式制動装置、及び駆動装置に関するものである。

自動車などの車両は、一般的に摩擦ブレーキを有している。また、電気自動車又はハイブリッド自動車などのように回転電機を動力源とする車両は、摩擦ブレーキの他に回生ブレーキを有している。この回生ブレーキによって発生した電力は、バッテリに充電して利用することができる。

特開２０１７－１３９８３９号公報

上述した回生ブレーキは、バッテリの充電容量が上限に達したときなどに利用できなくなることがある。そこで、摩擦ブレーキ及び回生ブレーキとは異なる制動装置が要望されている。

そこで、本発明の課題は、摩擦ブレーキや回生ブレーキとは異なる制動装置を提供することにある。

本発明の第１側面に係る渦電流式制動装置は、ロータ、支持部材、磁石、及び環状のヨークを備える。ロータは、回転体に取り付けられるように構成されている。ロータは、回転可能に配置される。ロータは、円板状である。支持部材は、収容孔を有する。収容孔は、軸方向に延びている。収容孔は、ロータに向かって開口する。支持部材は、回転不能に配置される。磁石は、収容孔内に軸方向移動可能に収容される。ヨークは、磁石に対してロータと反対側に配置される。

この構成によれば、ロータが回転すると、磁石によりロータの表面に渦電流による磁束が発生して、磁石の磁力と渦電流の磁束との間で吸引力と反発力が作用することにより、ロータの回転方向とは逆の回転抵抗が発生する。この結果、ロータが取り付けられた回転体の回転を制動することができる。この渦電流式制動装置を例えば電気自動車又はハイブリッド自動車に用いた場合、バッテリの充電容量が上限に達したときなどのように回生ブレーキを利用できなくなったときに有用である。

好ましくは、支持部材は、作動油が供給されるように構成された環状の収容部を有する。ヨークは、収容部内において軸方向に移動可能に収容される。ヨークは、作動油の油圧が作用すると非作動位置から作動位置へと移動して、磁石をロータ側に移動させるように構成される。すなわち、ヨークは、ピストンとしての機能も有している。

好ましくは、渦電流式制動装置は、ロータ及び支持部材を収容するケースをさらに備える。支持部材は、収容部と支持部材の外部とを連通する油孔を有する。油孔は、ヨークが作動位置にあるときに開口し、ヨークが非作動位置にあるときに閉口するように構成される。

好ましくは、渦電流式制動装置は、ヨークをロータから離れる方向に付勢する付勢部材をさらに備える。

好ましくは、磁石及び収容孔は、円柱状である。この構成によれば、部品製作、及び組付け性が容易となるとともに、磁石の軸方向移動をスムーズにできる。

好ましくは、ロータは、回転体である伝達シャフトに取り付けられる。

好ましくは、ロータは、トルクコンバータの外殻によって構成される。

好ましくは、渦電流式制動装は、ポールピースをさらに備える。ポールピースは、磁石とロータとの間に配置され、磁石とともに軸方向に移動可能に配置される。

本発明の第２側面に係る駆動装置は、原動機と、動力伝達機構と、上記いずれかの渦電流式制動装置と、を備える。動力伝達機構は、原動機のトルクを駆動輪へ伝達するように構成されている。渦電流式制動装置は、駆動輪の回転を制動するように構成されている。

本発明によれば、摩擦ブレーキや回生ブレーキとは異なる制動装置を提供することができる。

駆動装置の断面図。 渦電流式制動装置の拡大断面図。 変形例に係る駆動装置の断面図。

以下、本実施形態に係る駆動装置及び渦電流式制動装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは、ロータの回転軸が延びる方向である。また、周方向とは、回転軸を中心とした円の周方向であり、径方向とは、回転軸を中心とした円の径方向である。また、軸方向の第１側とは図２の右側を意味し、軸方向の第２側とは図２の左側を意味する。

＜駆動装置＞
図１に示すように、駆動装置１００は、渦電流式制動装置１０、電気モータ１１（原動機の一例）、動力伝達機構１２、及び油圧システム１３を備えている。駆動装置１００は、電気自動車又はハイブリッド自動車などに取り付けられる。

＜電気モータ＞
電気モータ１１は、モータケース１１１と、ステータ１１２と、ロータ１１３とを有する。

ステータ１１２は、モータケース１１１に固定されている。ロータ１１３は、ステータ１１２の径方向内側において回転可能に配置されている。なお、本実施形態では、電気モータ１１はインナーロータ型である。

＜動力伝達機構＞
動力伝達機構１２は、電気モータ１１の回転を駆動輪へと伝達する。動力伝達機構１２は、伝達シャフト１２０と減速機１２１とを有している。伝達シャフト１２０は軸方向に延びている。伝達シャフト１２０は、電気モータ１１の回転を駆動輪（図示省略）へと伝達する機構の一部である。詳細には、伝達シャフト１２０は、電気モータ１１のロータ１１３の回転を出力する。伝達シャフト１２０は、ロータ１１３と一体的に回転する。すなわち、本実施形態における伝達シャフト１２０は、電気モータ１１の出力シャフトである。なお、減速時においては、駆動輪の回転が伝達シャフト１２０に伝達される。

減速機１２１は、電気モータ１１の回転を減速して駆動輪へと出力する。減速機１２１は、複数のギア１２２を有している。複数のギア１２２のうち一つのギア１２２は、伝達シャフト１２０に取り付けられている。

＜油圧システム＞
油圧システム１３は、渦電流式制動装置１０へ作動油を供給するように構成されている。油圧システム１３は、オイルポンプ１３１、オイルパン１３２、及びオイルクーラ１３３を有する。オイルポンプ１３１はオイルパン１３２内の作動油を渦電流式制動装置１０へと供給する。オイルクーラ１３３は、渦電流式制動装置１０から排出された作動油を冷却する。

＜渦電流式制動装置＞
図２に示すように、渦電流式制動装置１０は、伝達シャフト１２０の回転を制動するように構成されている。渦電流式制動装置１０は、ロータ２、支持部材３、複数の磁石４、複数のポールピース５、ヨーク６、リターンスプリング７（弾性部材の一例）、及びケース８を有している。

［ロータ］
ロータ２は、円板状である。ロータ２は、回転可能に配置されている。ロータ２は、伝達シャフト１２０に取り付けられている。このため、ロータ２は、伝達シャフト１２０と一体的に回転する。ロータ２は、ハブ部２１及び円板部２２を有している。

ハブ部２１はスプライン孔を有している。伝達シャフト１２０は、ハブ部２１のスプライン孔にスプライン嵌合している。ハブ部２１は、フランジ部２１１を有している。

円板部２２は、中央に開口部を有している。円板部２２は、内周端部において、リベットなどによってフランジ部２１１に取り付けられている。円板部２２は、導電性である。円板部２２は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、又は銅などによって形成することができる。

ロータ２は、貫通孔２３を有している。貫通孔２３は、軸方向にロータ２を貫通している。貫通孔２３は、円板部２２とフランジ部２１１とを貫通している。

［支持部材］
支持部材３は、回転不能に配置されている。詳細には支持部材３は、ケース８に固定されている。このため、支持部材３は、回転軸Ｏ周りに回転しない。

支持部材３は、周方向に延びる環状である。支持部材３は、ロータ２と軸方向において対向している。詳細には、支持部材３は、ロータ２の外周端部と対向している。

支持部材３は、非磁性材によって形成されている。例えば、支持部材３は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、又はマグネシウム合金などによって形成することができる。

支持部材３は、環状の収容部３１を有している。収容部３１内には、ヨーク６が収容されている。収容部３１は、周方向に延びている。収容部３１は、軸方向の第１側に開口している。すなわち、収容部３１は、ケース８に向かって開口している。そして、収容部３１の開口面は、ケース８によって塞がれている。作動油は、収容部３１の開口面から収容部３１内に供給される。収容部３１は、軸方向の第２側には開口していない。

支持部材３は、複数の収容孔３２及び複数の収容凹部３３を有している。収容孔３２は、軸方向に延びている。収容孔３２は、円柱状である。収容孔３２内には、磁石４及びポールピース５が収容される。収容孔３２は、収容部３１と連通している。また、収容孔３２は、ロータ２に向かって開口している。すなわち、収容孔３２は、軸方向の第２側に向かって開口している。各収容孔３２は、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。

収容凹部３３は、軸方向に延びている。収容凹部３３は、円柱状である。収容凹部３３内には、リターンスプリング７が収容されている。収容凹部３３は、収容部３１と連通している。すなわち、収容凹部３３は、収容部３１側に開口している。一方、収容凹部３３は、軸方向の第２側には開口していない。各収容凹部３３は、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。好ましくは、各収容孔３２と各収容凹部３３とは、周方向において交互に配置されている。

支持部材３は、油孔３４を有している。油孔３４は、支持部材３の外周面に形成されている。油孔３４は、支持部材３の周壁部を径方向に貫通している。油孔３４は、収容部３１と支持部材３の外部とを連通している。油孔３４は、ヨーク６が作動位置にあるときに開口し、ヨーク６が非作動位置にあるときに閉口するように構成されている。

［磁石］
磁石４は、支持部材３に軸方向に移動可能に支持されている。磁石４は、支持部材３に回転不能に支持されている。すなわち、磁石４は、回転軸Ｏ周りに回転しない。磁石４は、軸方向に延びる円柱状である。磁石４は、支持部材３の収容孔３２内に配置されている。詳細には、磁石４は、収容部３１と収容孔３２とに亘って延びている。各磁石４は、各収容孔３２内に配置されているため、周方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、磁石４は、永久磁石である。

［ポールピース］
ポールピース５は、磁石４とロータ２との間に配置されている。ポールピース５は、磁石４に取り付けられている。例えば、ポールピース５は、磁石４の磁力によって磁石４に取り付けられている。このため、ポールピース５は、磁石４とともに軸方向に移動可能である。

ポールピース５は、円柱状である。ポールピース５は、収容孔３２内に収容されている。ポールピース５は、収容孔３２の内壁面上を軸方向に摺動する。ポールピース５は、磁性材によって形成されている。例えば、ポールピース５は、鉄などによって形成されている。

［ヨーク］
ヨーク６は、環状である。ヨーク６は、支持部材３の収容部３１内に収容されている。ヨーク６は、磁石４に対してロータ２と反対側に配置されている。すなわち、ヨーク６は、磁石４に対して軸方向の第１側に配置されている。ヨーク６は、磁性材によって形成されている。例えば、ヨーク６は、鉄によって形成されている。このヨーク６に、磁石４が取り付けられている。例えば、磁石４の磁力によって磁石４はヨーク６に取り付けられている。このため、磁石４は、ヨーク６とともに軸方向に移動可能である。

ヨーク６は、油圧システム１３から作動油が供給されていないとき、非作動位置に位置している。すなわち、ヨーク６は、収容部３１内において軸方向の第１側に配置されている。ヨーク６は、非作動位置にあるとき、ケース８と接触している。

ヨーク６は、油圧システム１３から作動油が供給されると、非作動位置から作動位置に移動する。すなわち、ヨーク６は、軸方向の第２側に移動する。ヨーク６が軸方向の第２側に移動することによって、ヨーク６は磁石４をロータ２側に移動させる。すなわち、ヨーク６は、ピストンとして機能するように構成されている。

［リターンスプリング］
リターンスプリング７は、ヨーク６を非作動位置に移動させるように構成されている。リターンスプリング７は、支持部材３の収容凹部３３内に配置されている。各リターンスプリング７は、周方向において互いに間隔をあけて配置されている。リターンスプリング７は、ヨーク６をロータ２から離れる方向に付勢している。すなわち、リターンスプリング７は、ヨーク６を軸方向の第１側に付勢している。このように、リターンスプリング７は、ヨーク６に作動油の油圧が作用していないとき、ヨーク６を非作動位置に保持する。

［ケース］
ケース８は、ロータ２及び支持部材３を収容している。ケース８は、作動油を供給するための供給口８１を有している。供給口８１は、支持部材３の収容部３１内に開口している。この供給口８１を介して、作動油が油圧システム１３から収容部３１内に供給される。

ケース８は、作動油を排出するための排出口８２を有している。排出口８２は、例えばケース８の中央部に設けられている。この排出口８２を介して、作動油が油圧システム１３に回収される。

＜渦電流式制動装置の動作＞
車両走行時は、伝達シャフト１２０は回転している。運転者がブレーキ操作をすると、まず、油圧システム１３のオイルポンプ１３１が作動し、作動油が渦電流式制動装置１０へ供給される。

渦電流式制動装置１０に供給された作動油は、ケース８の供給口８１を介して支持部材３の収容部３１内に供給される。この収容部３１に供給された作動油は、ヨーク６を軸方向の第２側に押圧する。このヨーク６に対する作動油の押圧力がリターンスプリング７の付勢力よりも大きくなると、ヨーク６は非作動位置から作動位置に移動する。すなわち、ヨーク６は、軸方向の第２側に移動する。なお、ヨーク６は、渦電流式制動装置１０が作動していないとき、リターンスプリング７の付勢力によって非作動位置にある。

ヨーク６が作動位置に移動することによって、ヨーク６は磁石４及びポールピース５を軸方向の第２側に移動させる。磁石４及びポールピース５がロータ２に近づくことによって、回転しているロータ２の表面に渦電流による磁束が発生し、ロータ２の回転方向とは逆の回転抵抗が発生する。この結果、ロータ２を介して伝達シャフト１２０の回転を制動することができる。なお、この状態において、ポールピース５は、ロータ２との間に隙間を有している。

また、ヨーク６が作動位置に移動することによって、支持部材３の油孔３４が開口する。収容部３１に供給された作動油は、油孔３４を介して、支持部材３の外部へと流れる。なお、油孔３４は、収容部３１と直接連通していてもよいし、ヨーク６に形成された溝を介して収容部３１と連通していてもよい。

油孔３４を介して支持部材３の外部へと流れた作動油は、ケース８内を流れてロータ２を冷却した後、ケース８の排出口８２を介して油圧システム１３に戻り、オイルクーラ１３３によって冷却される。

そして、運転者がブレーキ操作を解除すると、油圧システム１３のオイルポンプ１３１が停止し、作動油の供給が停止される。このため、リターンスプリング７の付勢力によって、ヨーク６は軸方向の第１側に移動し、非作動位置へと戻る。この結果、磁石４及びポールピース５はロータ２から離れるため、ロータ２の表面に発生した磁束が消滅し、ロータ２の制動が解除される。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
図３に示すように、駆動装置１００は、トルクコンバータ１４を有していてもよい。トルクコンバータ１４は、カバー２、インペラ１４１、タービン１４２、及びステータ１４３を有している。

カバー２は、渦電流式制動装置１０のロータの機能も有する。すなわち、渦電流式制動装置１０のロータは、トルクコンバータ１４のカバー２によって構成される。カバー２は、伝達シャフト１２０に取り付けられている。カバー２は、伝達シャフト１２０と一体的に回転する。

インペラ１４１は、カバー２とともに回転する。インペラ１４１のインペラシェルは、カバー２とともにトルクコンバータ１４の外殻を構成する。

タービン１４２は、インペラ１４１と対向して配置されている。ステータ１４３は、インペラ１４１とタービン１４２との間に配置されている。タービン１４２は、外側筒状シャフト１４４にトルクを出力するように構成されている。

外側筒状シャフト１４４は、伝達シャフト１２０を覆うように配置されている。すなわち、伝達シャフト１２０は、外側筒状シャフト１４４内を延びている。外側筒状シャフト１４４は、減速機１２１にトルクを出力する。

また、トルクコンバータ１４は、一方向クラッチ１４５を有している。一方向クラッチ１４５は、カバー２とタービン１４２との間に配置されている。一方向クラッチ１４５は、減速時などにおいて、タービン１４２からカバー２へのトルクを伝達する。一方、一方向クラッチ１４５は、加速時や通常走行時において、カバー２からタービン１４２へのトルク伝達を遮断する。

変形例２
上記実施形態では、ヨーク６がピストンの機能を有していたが、渦電流式制動装置の構成はこれに限定されない。例えば、渦電流式制動装置は、ヨーク６とは別にピストンを有していてもよい。

２ ロータ
３ 支持部材
３１ 収容部
３２ 収容孔
３４ 油孔
４ 磁石
５ ポールピース
６ ヨーク
７ リターンスプリング
８ ケース
１０ 渦電流式制動装置
１１ 電気モータ
１２０ 伝達シャフト

Claims (7)

1. 回転体に取り付けられるように構成され、回転可能に配置される円板状のロータと、
   軸方向に延びて前記ロータに向かって開口する収容孔を有し、回転不能に配置される支持部材と、
   前記収容孔内に軸方向移動可能に収容される磁石と、
   前記磁石に対して前記ロータと反対側に配置される環状のヨークと、
   前記ロータ及び前記支持部材を収容するケースと、
   を備え、
   前記支持部材は、作動油が供給されるように構成された環状の収容部を有し、
   前記ヨークは、前記収容部内において軸方向に移動可能に収容され、
   前記ヨークは、前記作動油の油圧が作用すると非作動位置から作動位置へと移動して、前記磁石を前記ロータ側に移動させるように構成され、
   前記支持部材は、前記収容部と前記支持部材の外部とを連通する油孔を有し、
   前記油孔は、前記ヨークが前記作動位置にあるときに開口し、前記ヨークが前記非作動位置にあるときに閉口するように構成される、
   渦電流式制動装置。
   
2. 前記ヨークを前記ロータから離れる方向に付勢する付勢部材をさらに備える、
   請求項１に記載の渦電流式制動装置。
   
3. 前記磁石、及び前記収容孔は、円柱状である、
   請求項１又は２に記載の渦電流式制動装置。
   
4. 前記ロータは、前記回転体である伝達シャフトに取り付けられる、
   請求項１から３のいずれかに記載の渦電流式制動装置。
   
5. 前記ロータは、トルクコンバータの外殻によって構成される、
   請求項１から４のいずれかに記載の渦電流式制動装置。
   
6. 前記磁石と前記ロータとの間に配置され、前記磁石とともに軸方向に移動可能に配置されるポールピースをさらに備える、
   請求項１から５のいずれかに記載の渦電流式制動装置。
   
7. 原動機と、
   前記原動機のトルクを駆動輪へ伝達するように構成された動力伝達機構と、
   前記駆動輪の回転を制動するように構成された、請求項１から６のいずれかに記載の渦電流式制動装置と、を備える、駆動装置。

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