JPH04359665A - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バスやトラックなど
の大型自動車に使用される渦電流式減速装置の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】大型自動車の制動装置としては、主ブレ
ーキであるフートブレーキ、補助ブレーキである排気ブ
レーキのほか、長い坂道の降坂時などで安定した減速を
行ない、かつフートブレーキの焼損を防止するため渦電
流式減速装置が使用されている。

【０００３】この渦電流式減速装置には電磁石を使用し
たものと、永久磁石を使用したものとがある。前者は、
鉄心に電磁コイルを巻着した電磁石を磁極として、その
磁極の多数をディスクの両面に配設してなり、バッテリ
電源からの通電により磁界を発生させ、渦電流現象によ
りディスクを減速させる方向にトルクを発生させ制動力
を得るものである（特開昭５０−６１５７７４号公報）
。

【０００４】後者は、隣接する磁石の磁性が互いに逆向
きとなるようにして複数個の永久磁石を周設した磁石支
持リングを有し、上記永久磁石の磁極面を所要空隙でロ
ーターの円筒部に磁気的に全面対向する位置から全面離
脱する位置までの長さを進退自在に設け、該永久磁石の
磁気回路によりローターの円筒部に発生する渦電流をオ
ン・オフ操作するものである（特開平１−２３４０４３
号公報）。

【０００５】永久磁石の磁極面がローターに磁気的に全
面対向する位置と全面離脱する位置との間の長さを進退
する渦電流式減速装置の一例を示せば、図６に示すよう
に、回転軸３０の片側端部に嵌着した支持部材３１にロ
ーター３４の取付け円板３２を複数のボルト３３により
取着する。このローター３４は、外筒３５と内筒３６を
所要の間隔をもって対向させ円筒部を形成し、外筒３５
と内筒３６との外側筒端間を多数のアーム３７により接
続し、外筒３５の外周面に冷却フイン３８の多数を等間
隔で円周配置し、かつ内筒３６の内側端面に取付け円板
３２を設けてなる。

【０００６】上記外筒３５と内筒３６との間の空間には
、その筒長さに見合う幅の磁石支持リング３９が介在す
る。この磁石支持リング３９は、磁気シールドケーシン
グ内を貫いて回転軸３０の軸線方向に平行して円周配設
された複数の案内棒４０に摺動自在に支持され、ケーシ
ング４２に取着したシリンダー４３のピストンロッドの
先端を磁石支持リング３９の側面に螺着し、シリンダー
４３を作動して磁石支持リングを進退させることにより
、永久磁石の磁極面がローター３４の円筒部に全面対向
した位置から磁気的に外れた位置までの長さを進退自在
に設ける。

【０００７】そして、磁石支持リング３９の外周面に希
土類磁石からなる複数個の永久磁石４４を隣接する磁石
の磁極が互いに逆向きとなるように周設されている。

【０００８】上記永久磁石群は、軸受を介して回転軸３
０に軸支した支持板４５に取着された非磁性のケーシン
グカバー４１と強磁性のケーシング４２を接続してなる
磁気シールドケーシングに納め、永久磁石４４は制動オ
ン時にはケーシングカバー４１に支持されたポールピー
ス４６を介して外筒３５に対向し、制動オフ時にはケー
シング４２に対向した位置にあって外部への磁気漏洩が
防止されている。

【０００９】上記渦電流式減速装置は、永久磁石の磁極
面がローターに磁気的に全面対向する位置と全面離脱す
る位置を切替えることにより制動力のオン・オフ制御が
行われ、所定の制動トルクのみで減速が行われるから、
車両が走行している諸条件を考慮した最適の制動力を選
択して減速を行なうことはできない。

【００１０】また、制動力を選択できるようにした渦電
流式減速装置としては、前記特開平１ー２３４０４３号
公報のものと、実願平２ー９１０７５号のもとがある。 前者は図６の渦電流式減速装置において、永久磁石をシ
リンダーにより進退させる代りにモーターを使ったねじ
駆動により進退させるようにした点が異なる。すなわち
、磁石支持リングに取着したナットを回転軸の軸線方向
に平行したねじ棒に噛合せ、該ねじ棒の一端に設けた歯
車をモータ主軸に設けた駆動歯車装置に噛合せ、モータ
の駆動によりねじ棒の回転を介して磁石支持リングを進
退自在に構成されており、モータの作動を制御すること
により、ローターと永久磁石の対向位置を変え制動力を
選択することができる。

【００１１】また後者は、図７に示すように、ローター
の円筒部４７にポールピース４８を介して対向する永久
磁石が、第１磁石支持リング４９の外周面に周設された
第１群永久磁石５０と第２磁石支持リング５１の外周面
に周設された第２群永久磁石５２から構成され、第１磁
石支持リング４９はシリンダー５３のピストンロッド５
４に取着され、第２磁石支持リング５１はシリンダー５
５のピストンロッド５６に取着されており、それぞれの
シリンダーの作動により第１群永久磁石５０と第２群永
久磁石５２は別個に進退できるように構成されている。

【００１２】前者の場合、図８のＡに示すように永久磁
石４４を前進させてローターの外筒３５に全面対向させ
たとき最大の制動トルクが得られ、モーターを逆転させ
て永久磁石４４の磁極面の半分がローターの外筒３５に
対向する位置に後退させたとき図８のＢに示すように制
動力は減少する。また後者の場合、両方のシリンダー５
３、５５を作動して第１群永久磁石５０と第２群永久磁
石５２を前進させたときは図９のＡに示すように最大の
制動トルクが得られ、また一方のシリンダー５３のみを
作動して第１群永久磁石５０を前進させたときは図９の
Ｂに示すように減少した制動力が得られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のローターに対向
する永久磁石の磁極面の面積を可変とした渦電流式減速
装置は制動力の選択ができる。しかし、図８のＢ、図９
のＢに示すように永久磁石の磁極面がローターに対向す
る面積を減少した場合には、ローターの永久磁石の磁極
面に対向する部分に局部的に渦電流が発生する。このた
め、永久磁石に対向し部分的に渦電流が発生したロータ
ーは局部的に温度が上昇し局部加熱域５７を生じ熱負荷
を受けるので、制動効率が低下するとともに連続制動が
時間的に制約を受ける。また、長期間の使用においてロ
ーター内面に熱亀裂が発生する。

【００１４】この発明は、従来の渦電流式減速装置に見
られる上記欠点を除き、制動力の選択が自由にでき車両
の走行に適応した最適制動力が設定され、ローターの局
部的熱負荷増を解消し、制動効率およびローター寿命を
改善した渦電流式減速装置を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明の渦電流式減速装置は、回転軸の片側端部に
ローターを嵌着し、隣接する磁石の極性が互いに逆向き
となるようにして複数個の永久磁石を周設した磁石支持
リングを、上記回転軸の軸線方向に永久磁石の磁極面が
所要空隙でローターに磁気的に全面対向する位置から全
面離脱する位置までの長さを進退自在に設けた減速装置
において、永久磁石の厚み、または永久磁石とローター
の両方の厚みに回転軸の軸線方向に勾配を設け、ロータ
ーに磁気的に対向する永久磁石の磁極面の厚みを選択で
きるように構成する。

【００１６】

【作用】永久磁石から生じる磁力は永久磁石の厚みに依
存するため、図３のＡに示すように、永久磁石７の厚み
に回転軸の軸線方向に勾配を設けた場合、最大制動力を
発生させるには図３のＢに示すように、永久磁石７の厚
みのある側（磁力の強い側）がポールピース１０を介し
てローター外筒２０に対向するように位置させる。この
場合には図示のごとく磁力線２１が発生し、ローター外
筒２０の内面に図示のように加熱域２２が生じる。

【００１７】また、減少した制動力を発生させるには図
３のＣに示すように、永久磁石７の厚みの薄い側（磁力
の弱い側）がローター外筒２０に対向するように位置さ
せる。この場合には磁力線２１は弱くなりローター外筒
２０の加熱域２２は小さくなる。

【００１８】図３のＢに示す最大制動力発生時と図３の
Ｃに示す制動力減少時における磁力を受けるローター外
筒内面の面積は一定で変りないから、厚みが一定の永久
磁石を使った従来の渦電流式減速装置のように、局部的
に渦電流が発生し、その部位の温度が上昇することは防
止される。しかし、ローター内面が受ける磁力およびそ
の磁力によって生じる渦電流の強さと温度上昇量にも回
転軸の軸線方向の勾配が生じることは避けられない。

【００１９】上記温度勾配は、従来の渦電流式減速装置
において局部的に加熱される場合の温度勾配に比べれば
小さいから実用上差支えない。しかし、温度勾配に起因
する制動効率の低下や熱亀裂の発生を防止するという観
点からは、このような小さい温度勾配をもさらに低減す
ることが望ましい。

【００２０】そこで、この発明の好適態様では図１に示
すように、永久磁石７の厚みに回転軸の軸線方向の勾配
を持たせるだけでなく、ローター外筒２の厚みにも回転
軸の軸線方向の勾配を持たせる。このように永久磁石７
の厚みの厚い側に対向するローター外筒２の厚みを厚く
し、永久磁石７の厚みの薄い側に対向するローター外筒
２の厚みを薄くすることにより、永久磁石７の厚みの厚
い側すなわち磁力の強い側のローター外筒の熱容量は永
久磁石の厚みの薄い側すなわち磁力の弱い側の熱容量に
比べて大きくなり、熱伝導による抜熱量が大きくなるた
め、永久磁石の厚みの厚い側の温度上昇は永久磁石の厚
みの薄い側の温度上昇に比べて抑制され、図２のＡに示
す最大制動力発生時のローター外筒２の加熱域２３およ
び図２のＢに示す制動力減少時のローター外筒２の加熱
域２３はともに加熱勾配がみられない。その結果、ロー
ター外筒内面での温度勾配、温度分布に起因する制動効
率の低下およびローター外筒内面での熱亀裂の発生を抑
制できる。

【００２１】

【実施例】この発明の好適態様の実施例を図面に基いて
説明する。図１は永久磁石の厚みとローター外筒の厚み
に回転軸の軸線方向の勾配を持たせた渦電流式減速装置
の断面図である。

【００２２】回転軸１５の片側端部に嵌着した支持部材
１６にローター１の取付け円板５を複数のボルト１７に
より取着する。このローター１は、回転軸１５の軸線方
向に厚みに勾配を持たせたローター外筒２と内筒３を所
要の間隔をもって対向させ円筒部を形成し、ローター外
筒２と内筒３との外側筒端間を多数のアーム４により接
続し、ローター外筒２の外周面に冷却フイン６の多数を
等間隔で円周配置し、かつ内筒３の内側端面に取付け円
板５を設けてなる。

【００２３】上記ローター外筒２と内筒３との間の空間
には、その筒長さに見合う幅の磁石支持リング８が介在
する。この磁石支持リング８は、ロータ外筒２の内面に
対向する複数個のポールピース１０を支持した非磁性の
ケーシングカバー９と永久磁石７の磁気的離脱位置を磁
気的にカバーする強磁性のケーシング１１からなり、軸
受を介して回転軸１５に軸支した支持板１８に支持され
た磁気シールドケーシング内を貫いて回転軸１５の軸線
方向に平行して円周配設された複数の案内棒１４に摺動
自在に支持され、ケーシング１１に取着した複数配設の
モーター１２の主軸に連結したねじ棒１３の先端を磁石
支持リング８の側面に螺着し、モーター１２の駆動によ
り磁石支持リング８を進退自在に設ける。そして、磁石
支持リング８の外周面には磁極面を含む磁石の厚みに回
転軸１５の軸線方向に勾配を設けた希土類磁石からなる
永久磁石７の複数個を隣接する磁石の極性が互いに逆向
きとなるように周設し、制動オン時には永久磁石７の磁
極面がポールピース１０を介してローター外筒２に全面
対向し、制動オフ時にはケーシング１１に対向する位置
に後退し外部への磁気漏洩が防止されるよう構成される
。なお、永久磁石７の勾配面は直面的勾配を設けた場合
を示したが、曲面的な勾配としても差支えない。

【００２４】上記渦電流式減速装置において、モーター
１２を駆動して磁石支持リング８を前進させ図１に示す
ように永久磁石７の厚さの厚い側をポールピース１０に
対向させると、図２のＡに示すように永久磁石７の厚さ
に応じた強さの磁力線２１が発生し最大の制動力が得ら
れる。このときローター外筒２の内面には温度勾配の小
さい加熱域２３が生じる。

【００２５】上記最大制動力が得られる状態から、モー
ター１２を逆転して磁石支持リング８を少し後退させ、
図２のＢに示すように永久磁石７の厚さの薄い側をポー
ルヒース１０に対向させると、発生する磁力線２１は減
少し、弱い制動力が得られる。このときの加熱域２３も
温度勾配が小さい。

【００２６】また、図１の渦電流式減速装置のローター
外筒２の厚さを均一にした場合、ポールピース１０を介
して対向する永久磁石７とローター外筒２０との関係は
図３のＡに示すようになる。

【００２７】この場合の最大制動力が得られる状態は図
３のＢに示すようになり、また減少した制動力が得られ
る状態は図３のＣに示すようになる。この場合にはロー
ター外筒２０の内面には多少温度勾配のある加熱域２２
が生じる。しかし、従来の渦電流式減速装置に見られる
局部加熱域のような悪影響が及ぶことはない。

【００２８】この発明の実施による渦電流式減速装置に
ついて制動試験を行なった。なお、比較のため図６に示
す従来装置についても試験を行なった。この発明装置は
ローター外筒２の厚み勾配が３０°、永久磁石７の厚み
勾配が１５°のもの（本発明品１）およびローター外筒
２の厚み勾配が３０°、永久磁石の７の厚み勾配が３０
°（本発明品２）のものと、永久磁石７のみに厚み勾配
をつけ、勾配が１５°のもの（本発明品３）および３０
°のもの（本発明品）の４種類について実施し、従来装
置は久磁石４４、ローター外筒３５ともに厚みに勾配の
ないものを使用した。

【００２９】まず、磁石支持リングの移動距離と制動力
との関係について調べた。その結果を図４に最大制動力
発生位置を移動距離零として示す。この図より、従来品
は移動距離と制動力との関係が直線的に変化するに対し
、本発明品は磁石支持リングの移動距離と制動力との関
係は曲線的に変化し、永久磁石厚みの勾配が大きいほど
制動力の減少率が大きくなることがわかる。したがって
、永久磁石の厚み勾配を調整することにより、磁石支持
リングの移動距離と制動力との関係を任意に設定するこ
とができる。

【００３０】実際の車両運転時には、最大制動力で制動
を続けた場合ローターの温度が著しく上昇するため、最
大制動力を短時間発生させたのち、すぐに制動力を減少
させるというケースがしばしば起るが、このような場合
にはこの発明の実施により、最大制動力発生位置からわ
ずかに磁石支持リングを移動させることにより制動力を
大幅に減少させることができ、従来の装置に比べ有利で
ある。

【００３１】また、駆動軸の回転速度を一定とし、最大
制動力の７５％の制動力で制動を開始し、そののち磁石
支持リングの位置を固定して制動を続けた場合の制動力
の時間的変化を調べた。その結果を図５に示す。従来品
では制動時間の経過に伴って制動力が大幅に減少する。 これに対し本発明品は制動時間の経過に伴い多少は制動
力の減少が見られるが、従来品に比べ、その減少度合が
小さいことがわかる。

【００３２】上記の違いは、従来品では永久磁石に対向
するローター外筒の内面が局部的に著しく高温となるの
に対し、本発明品ではローター外筒の加熱される内面の
面積がほぼポールピースの全面に匹敵し広いこと、さら
に本発明品１、２ではローター外筒に勾配をもたせたこ
とによって、ローター外筒の加熱域での温度分布が均一
化されているため、ローター外筒内面の温度上昇量が小
さいことに起因している。

【００３３】さらに、制動・非制動を繰り返した場合に
おけるローター外筒内面での亀裂発生寿命を調べた。す
なわち、制動試験にあたっては最大制動力の７５％の制
動力を発生させたのち、磁石支持リングの位置を固定し
て３分間制動を続け、そののち磁石支持リングを移動さ
せて永久磁石をローター外筒内面から磁気的に全面離脱
させ非制動状態を２分間続けた。この繰り返し制動にお
けるローター外筒内面の最高温度をローター外筒に埋め
込んだ熱電対によって測定した。この試験の結果を表１
に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】上記表１より、本発明品におけるローター
外筒内面の最高温度は従来品に比べて低く、得に本発明
品１、２では２０℃以上も低く、その結果本発明品のロ
ーター外筒内面での亀裂発生寿命（制動繰り返し回数に
相当）は従来品に比べ大幅に増大していることがわかる
。

【００３６】この発明の実施により永久磁石の厚みに勾
配を設けた渦電流式減速装置は、永久磁石の厚みを選択
することにより、車両の走行状態に合せて制動力を選択
し最適状態で制動を行なうことができる。また、ロータ
ーの局部的な温度上昇の発生防止により、熱負荷による
制動力の低下が防止され、かつ装置の寿命を増大できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による渦電流式減速装置の
縦断面図である。

【図２】図１の渦電流式減速装置の動作説明図で、（Ａ
）は最大制動力発生時の状態を示し、（Ｂ）は低減した
制動力発生時の状態を示す。

【図３】この発明の他の実施例における動作説明図で、
（Ａ）は永久磁石およびローター外筒の形状を示す説明
図、（Ｂ）は最大制動力発生時の状態を示し、（Ｃ）は
低減した制動力発生時の状態を示す。

【図４】この発明の実施品および従来品の磁石支持リン
グの移動距離に伴う制動力の変化を示すグラフである。

【図５】この発明の実施品および従来品の一定条件での
制動時間の経過に伴う制動力の変化を示すグラフである
。

【図６】渦電流式減速装置の従来装置の一例を示す縦断
面図である。

【図７】渦電流式減速装置の従来装置の他の一例を示す
縦断面図である。

【図８】図６に示す従来装置の動作説明図で、（Ａ）は
最大制動力発生時の状態を示し、（Ｂ）は減少した制動
発生時の状態を示す。

【図９】図７に示す従来装置の動作説明図で、（Ａ）は
最大制動力発生時の状態を示し、（Ｂ）は減少した制動
力発生時の状態を示す。

【符号の説明】

１　　ローター ２　　ローター外筒 ３　　内筒 ４　　アーム ５　　円板 ６　　冷却フイン ７　　永久磁石 ８　　磁石支持リング ９　　ケーシングカバー １０　　ポールピース １１　　ケーシング １２　　モーター １３　　ねじ棒 １４　　案内棒 １５　　回転軸 １６　　支持部材 １７　　ボルト ２０　　ローター外筒 ２１　　磁力線 ２２　　加熱域 ２３　　加熱域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転軸の片側端部にローターを嵌着し
   、隣接する磁石の極性が互いに逆向きとなるようにして
   複数個の永久磁石を周設した磁石支持リングを、上記回
   転軸の軸線方向に永久磁石の磁極面が所要空隙でロータ
   ーに磁気的に全面対向する位置から全面離脱する位置ま
   での長さを進退自在に設けた減速装置において、永久磁
   石の厚みまたは永久磁石とローターの両方の厚みに回転
   軸の軸線方向の勾配を設け、ローターに磁気的に対向す
   る永久磁石の磁極面の厚さを選択自在に構成した渦電流
   式減速装置。