JPH11318069A - 自動車用非接触式過電流型制動装置 - Google Patents
自動車用非接触式過電流型制動装置Info
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- JPH11318069A JPH11318069A JP11059074A JP5907499A JPH11318069A JP H11318069 A JPH11318069 A JP H11318069A JP 11059074 A JP11059074 A JP 11059074A JP 5907499 A JP5907499 A JP 5907499A JP H11318069 A JPH11318069 A JP H11318069A
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- wheel
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
- B60L7/28—Eddy-current braking
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】既存のブレーキ装置の油圧又は空圧の圧力上昇
時間の遅延、ブレーキパッドの摩耗、高速走行時の制動
力の減少などを解消するための自動車用非接触式渦電流
型制動装置を提供することにある。 【解決手段】自動車の車輪内側のブレーキディスク
（４）に９０°間隔に近接設置され、コイル（２）が巻
取されて電磁石をなす鉄心（１）と、回転軸（５）に設
置され、車輪の回転数を測定する測定器（６）と、測定
器（６）の回転数を受け、速度によって直流又は交流制
御電流を計算し、鉄心（１）のコイル（２）に適正制御
電流入力値を伝達する制御部（７）と、前記制御部
（７）からの制御電流入力値又はブレーキペダル（９）
による電流入力値を各々のコイル（２）に供給する電流
増幅器（８）とから構成される。
時間の遅延、ブレーキパッドの摩耗、高速走行時の制動
力の減少などを解消するための自動車用非接触式渦電流
型制動装置を提供することにある。 【解決手段】自動車の車輪内側のブレーキディスク
（４）に９０°間隔に近接設置され、コイル（２）が巻
取されて電磁石をなす鉄心（１）と、回転軸（５）に設
置され、車輪の回転数を測定する測定器（６）と、測定
器（６）の回転数を受け、速度によって直流又は交流制
御電流を計算し、鉄心（１）のコイル（２）に適正制御
電流入力値を伝達する制御部（７）と、前記制御部
（７）からの制御電流入力値又はブレーキペダル（９）
による電流入力値を各々のコイル（２）に供給する電流
増幅器（８）とから構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用非接触式
過電流型制動装置に関するものである。
過電流型制動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】既存の制動装置は、油圧又は空圧を用い
てブレーキディスクに摩擦力を加えることにより制動力
を発生させる。このような方式の制動装置は、圧力上昇
時間の遅延と摩擦によるブレーキパッドの摩擦、大容
積、高速での制動力減少の問題点を持っている。
てブレーキディスクに摩擦力を加えることにより制動力
を発生させる。このような方式の制動装置は、圧力上昇
時間の遅延と摩擦によるブレーキパッドの摩擦、大容
積、高速での制動力減少の問題点を持っている。
【０００３】一般に、車両に装着される接触式ブレーキ
は、走行中の自動車を減速させるか、停止させるか、又
は停止状態を維持させるための装置である。このような
機能を有する既存の接触式ブレーキは、走行中の運動エ
ネルギーを機械的摩擦装置により熱エネルギーに変換
し、その摩擦熱を大気中に放出して制動する方式で、ド
ラム式油圧ブレーキとディスク式油圧ブレーキなどがあ
る。ディスクブレーキはホイールとともに回転する円板
形のディスクを両側からパッドで強く圧迫して制動力を
得るものである。
は、走行中の自動車を減速させるか、停止させるか、又
は停止状態を維持させるための装置である。このような
機能を有する既存の接触式ブレーキは、走行中の運動エ
ネルギーを機械的摩擦装置により熱エネルギーに変換
し、その摩擦熱を大気中に放出して制動する方式で、ド
ラム式油圧ブレーキとディスク式油圧ブレーキなどがあ
る。ディスクブレーキはホイールとともに回転する円板
形のディスクを両側からパッドで強く圧迫して制動力を
得るものである。
【０００４】図１２は従来のディスクブレーキの全体構
成を示すもので、キャリパハウジング１０の内部に、進
退運動し得るように、一定間隔に離隔された一対の内外
側パッド２０、３０が設置される。前記パッド２０、３
０間に一部挿入され、パッド２０、３０から一定間隔を
おいてホイールとともに回転する円板形のディスク４０
が設置される。また、図示しないマスタシリンダーの油
圧を用いてパッド２０、３０をディスク４０に圧着させ
るピストン５０及びシリンダー６０が内側パッド２０の
一側面に設置され、シリンダー６０の一側にはその内部
に油圧を案内する流入口６１が形成される。一方、ブレ
ーキペダルを放すと、ピストン５０を元の位置に復帰さ
せる機能を有する弾性部材であるスプリング５１がシリ
ンダー６０の内周面に円周方向に形成されたスプリング
溝５２に挿入されている。
成を示すもので、キャリパハウジング１０の内部に、進
退運動し得るように、一定間隔に離隔された一対の内外
側パッド２０、３０が設置される。前記パッド２０、３
０間に一部挿入され、パッド２０、３０から一定間隔を
おいてホイールとともに回転する円板形のディスク４０
が設置される。また、図示しないマスタシリンダーの油
圧を用いてパッド２０、３０をディスク４０に圧着させ
るピストン５０及びシリンダー６０が内側パッド２０の
一側面に設置され、シリンダー６０の一側にはその内部
に油圧を案内する流入口６１が形成される。一方、ブレ
ーキペダルを放すと、ピストン５０を元の位置に復帰さ
せる機能を有する弾性部材であるスプリング５１がシリ
ンダー６０の内周面に円周方向に形成されたスプリング
溝５２に挿入されている。
【０００５】このように構成されたディスクブレーキを
有する自動車が走行するとき、ブレーキを踏むと、シリ
ンダー６０により背力により油圧が作動し、次いでこの
油圧は流入口６１を通じてシリンダー６０内に伝達され
る。したがって、ピストン５０は内側パッド２０を瞬間
的にディスク４０に圧着すると同時に、シリンダー６０
に油圧が存在するので、図示しないスライディング部材
によりキャリパハウジング１０自体が右側に移動して外
側パッド３０をディスク４０に圧着することにより制動
作用を行う。そして、ブレーキペダルを放すと、ピスト
ン５０はスプリング５１の弾性力により元の位置に復帰
され、再びディスク４０と内外側パッド２０、３０が一
定間隔に離隔される。
有する自動車が走行するとき、ブレーキを踏むと、シリ
ンダー６０により背力により油圧が作動し、次いでこの
油圧は流入口６１を通じてシリンダー６０内に伝達され
る。したがって、ピストン５０は内側パッド２０を瞬間
的にディスク４０に圧着すると同時に、シリンダー６０
に油圧が存在するので、図示しないスライディング部材
によりキャリパハウジング１０自体が右側に移動して外
側パッド３０をディスク４０に圧着することにより制動
作用を行う。そして、ブレーキペダルを放すと、ピスト
ン５０はスプリング５１の弾性力により元の位置に復帰
され、再びディスク４０と内外側パッド２０、３０が一
定間隔に離隔される。
【０００６】このように作用する従来のディスクブレー
キは、複雑な油圧装置を必要とし、油圧がディスクブレ
ーキのシリンダーまで作用する間、自動車が進行する空
走距離が発生する。
キは、複雑な油圧装置を必要とし、油圧がディスクブレ
ーキのシリンダーまで作用する間、自動車が進行する空
走距離が発生する。
【０００７】また、現在、リターダ（retarder）として
使用される過電流型制動装置は、図１３に示すように、
固定子（stator）と回転子（rotor ）で構成される。前
記固定子は環状の骨組７０により支持される電子コイル
が巻取されたソレノイド７１で構成され、このソレノイ
ド７１はリング７２の周辺を取り囲んでいる。前記リン
グ７２はラジアルアーム７３に連結されている。このよ
うに構成された固定子はスプライン７４とベアリング７
５によりその運動が回転子から分離される。この回転子
はベントアーム７６に連結された磁性体材質のマグネチ
ックディスク７７で構成される。この回転子は駆動シャ
フトにボルト７８で締結されて回転運動するようになっ
ている。
使用される過電流型制動装置は、図１３に示すように、
固定子（stator）と回転子（rotor ）で構成される。前
記固定子は環状の骨組７０により支持される電子コイル
が巻取されたソレノイド７１で構成され、このソレノイ
ド７１はリング７２の周辺を取り囲んでいる。前記リン
グ７２はラジアルアーム７３に連結されている。このよ
うに構成された固定子はスプライン７４とベアリング７
５によりその運動が回転子から分離される。この回転子
はベントアーム７６に連結された磁性体材質のマグネチ
ックディスク７７で構成される。この回転子は駆動シャ
フトにボルト７８で締結されて回転運動するようになっ
ている。
【０００８】このような構成の制動装置は、走行中の自
動車に制動をかけると、回転するマグネチックディスク
７７の周辺に位置するソレノイド７１のコイルに電流が
流れることにより磁束が発生し、この磁束が垂直方向に
マグネチックディスク７７の内部に進入し、マグネチッ
クディスク７７の内部を通じて、図示しない他のソレノ
イドに流れる。この際に、マグネチックディスク７７内
に、ファラデー法則により渦電流が誘導され、渦電流と
磁束の間の相互作用により力（Lorents force）を発生
して制動トルクを形成する。しかし、このような制動装
置は、自動車が低速で走行するときは、制動トルクが非
常に小さいため、主ブレーキ装置としては使用できない
という問題点がある。
動車に制動をかけると、回転するマグネチックディスク
７７の周辺に位置するソレノイド７１のコイルに電流が
流れることにより磁束が発生し、この磁束が垂直方向に
マグネチックディスク７７の内部に進入し、マグネチッ
クディスク７７の内部を通じて、図示しない他のソレノ
イドに流れる。この際に、マグネチックディスク７７内
に、ファラデー法則により渦電流が誘導され、渦電流と
磁束の間の相互作用により力（Lorents force）を発生
して制動トルクを形成する。しかし、このような制動装
置は、自動車が低速で走行するときは、制動トルクが非
常に小さいため、主ブレーキ装置としては使用できない
という問題点がある。
【０００９】最近では、磁気場又は電気場の強度によっ
て圧力が変化する流体を使用して、既存のソレノイドバ
ルブが有する欠点を補完するための研究が進行されてい
る。しかし、このような流体を使用した装置は、依然と
して高価な装置が必要であり、システムが複雑になる欠
点がある。また、車両の最高速力が増加するのにしたが
って、安定性及び信頼性を確保するために、より効率的
な制動装置が必要になっている。
て圧力が変化する流体を使用して、既存のソレノイドバ
ルブが有する欠点を補完するための研究が進行されてい
る。しかし、このような流体を使用した装置は、依然と
して高価な装置が必要であり、システムが複雑になる欠
点がある。また、車両の最高速力が増加するのにしたが
って、安定性及び信頼性を確保するために、より効率的
な制動装置が必要になっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は既存装置の問
題点を補完するため、非接触方式の過電流型制動装置を
提供することを目的とする。
題点を補完するため、非接触方式の過電流型制動装置を
提供することを目的とする。
【００１１】本発明は、自動車の内側にあるブレーキデ
ィスクに制動トルクを加えることによって、磁気場を銅
材のブレーキディスクに通過させて該ブレーキディスク
の内部に過電流を発生させ、電磁石で発生する磁気場と
過電流の相互作用により、非接触式でブレーキディスク
に制動トルクを加えて、適正スリップ率を満足させ得る
ブレーキシステムを提供することに技術的課題がある。
ィスクに制動トルクを加えることによって、磁気場を銅
材のブレーキディスクに通過させて該ブレーキディスク
の内部に過電流を発生させ、電磁石で発生する磁気場と
過電流の相互作用により、非接触式でブレーキディスク
に制動トルクを加えて、適正スリップ率を満足させ得る
ブレーキシステムを提供することに技術的課題がある。
【００１２】また、本発明は、自動車が高速走行すると
きは、各々のコイルに、ブレーキペダルを踏む程度によ
って大きさが変わる直流電流を供給し、自動車を低速又
は傾斜面に停止状態に維持しようとするときは、各々の
コイルに、ブレーキペダルを踏む程度によって周波数が
変わる交流電流を、それぞれ異なる位相を有するように
供給して、自動車の状況によって十分な制動トルクを有
するようにすることに技術的課題がある。
きは、各々のコイルに、ブレーキペダルを踏む程度によ
って大きさが変わる直流電流を供給し、自動車を低速又
は傾斜面に停止状態に維持しようとするときは、各々の
コイルに、ブレーキペダルを踏む程度によって周波数が
変わる交流電流を、それぞれ異なる位相を有するように
供給して、自動車の状況によって十分な制動トルクを有
するようにすることに技術的課題がある。
【００１３】また、高速又は低速走行時において、ブレ
ーキペダルを踏んだ場合、車両が滑り始めると、直流電
流又は交流電流の大きさを制御器で計算して、好適な制
動トルクを有するようにすることに技術的課題がある。
ーキペダルを踏んだ場合、車両が滑り始めると、直流電
流又は交流電流の大きさを制御器で計算して、好適な制
動トルクを有するようにすることに技術的課題がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に、本発明に係る自動車用非接触式過電流型制動装置
は、自動車の車輪内側のブレーキディスクに９０°間隔
に近接設置され、コイルが巻取されて電磁石をなす鉄心
と、回転軸に設置され、車輪の回転数を測定する測定器
と、測定器の回転数を受け、速度によって直流又は交流
制御電流を計算し、鉄心のコイルに適正制御電流入力値
を伝達する制御部と、前記制御部からの制御電流入力値
又はブレーキペダルによる電流入力値を各々のコイルに
供給する電流増幅器とから構成されることを特徴とす
る。
に、本発明に係る自動車用非接触式過電流型制動装置
は、自動車の車輪内側のブレーキディスクに９０°間隔
に近接設置され、コイルが巻取されて電磁石をなす鉄心
と、回転軸に設置され、車輪の回転数を測定する測定器
と、測定器の回転数を受け、速度によって直流又は交流
制御電流を計算し、鉄心のコイルに適正制御電流入力値
を伝達する制御部と、前記制御部からの制御電流入力値
又はブレーキペダルによる電流入力値を各々のコイルに
供給する電流増幅器とから構成されることを特徴とす
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を添付図面を
参照して詳細に説明する。
参照して詳細に説明する。
【００１６】まず、本発明の原理を説明すると、図１に
示すように、コイル２が巻取された鉄心１の両端部間
に、軸５により軸設されたブレーキディスク４を配置し
たものにおいて、磁束３が回転導体、つまりブレーキデ
ィスク４を通過すると、導体の内部に渦電流が誘導さ
れ、渦電流と磁束３との相互作用により反発力が生ず
る。
示すように、コイル２が巻取された鉄心１の両端部間
に、軸５により軸設されたブレーキディスク４を配置し
たものにおいて、磁束３が回転導体、つまりブレーキデ
ィスク４を通過すると、導体の内部に渦電流が誘導さ
れ、渦電流と磁束３との相互作用により反発力が生ず
る。
【００１７】渦電流による反発力は、ブレーキディスク
４の回転速度と磁束密度を形成するために加えた入力電
流の関数である。入力電流が一定であれば、制動力はブ
レーキディスク４の回転速度が増加すると大きくなり、
減少すると小さくなる。また、各々の電磁石に入力され
る電流が相違した位相（９０°）を持ちサイン（Ｓｉ
ｎ）関数に変わると、誘導電動機と同じ原理により制動
トルクが発生する。
４の回転速度と磁束密度を形成するために加えた入力電
流の関数である。入力電流が一定であれば、制動力はブ
レーキディスク４の回転速度が増加すると大きくなり、
減少すると小さくなる。また、各々の電磁石に入力され
る電流が相違した位相（９０°）を持ちサイン（Ｓｉ
ｎ）関数に変わると、誘導電動機と同じ原理により制動
トルクが発生する。
【００１８】このような特性は、車輪が滑るとき、自動
的に減少された制動力により車輪のロック現象を防止す
る。したがって、本発明の制動装置をロック防止装置
（anti-lock brake system）に適用する場合、最適制御
技法が導入され、より速い制動特性を得ることができ
る。ここで、最適トルク制御は制動距離を最小化する制
御を意味する。最小制動距離は車輪と地面の間の摩擦係
数が最大値を維持するときに得られ、摩擦係数は車輪速
度と車両速度の差で生ずるスリップ率によって変化する
ので、道路状況に適したスリップ率を維持することによ
り、最適制御を達成し得る。
的に減少された制動力により車輪のロック現象を防止す
る。したがって、本発明の制動装置をロック防止装置
（anti-lock brake system）に適用する場合、最適制御
技法が導入され、より速い制動特性を得ることができ
る。ここで、最適トルク制御は制動距離を最小化する制
御を意味する。最小制動距離は車輪と地面の間の摩擦係
数が最大値を維持するときに得られ、摩擦係数は車輪速
度と車両速度の差で生ずるスリップ率によって変化する
ので、道路状況に適したスリップ率を維持することによ
り、最適制御を達成し得る。
【００１９】すなわち、図３に示すように、回転軸５に
設置した測定器６により、車輪の回転数を受けて制御電
流を計算し、鉄心１のコイル２に適正制御電流入力値を
制御部７から伝達することにより、適正スリップ率を得
ることができる。
設置した測定器６により、車輪の回転数を受けて制御電
流を計算し、鉄心１のコイル２に適正制御電流入力値を
制御部７から伝達することにより、適正スリップ率を得
ることができる。
【００２０】制動力は入力電流と回転速度で表現される
非線型的関数であり、制動系の動力学モデルには不確実
性が存在するので、堅実制御器の一種であるスライディ
ング型（sliding mode）制御器を用いて、制動装置の内
部に存在する負荷トルクと地面と車輪間の摩擦係数の不
確実性に対して強靱な制御器を設計することができる。
非線型的関数であり、制動系の動力学モデルには不確実
性が存在するので、堅実制御器の一種であるスライディ
ング型（sliding mode）制御器を用いて、制動装置の内
部に存在する負荷トルクと地面と車輪間の摩擦係数の不
確実性に対して強靱な制御器を設計することができる。
【００２１】図２は磁束３が貫通するブレーキディスク
４に関連された制動装置の概略構成図で、ｄ、Ｓ、Ｒ、
ｒ、ｄθ／ｄｔ、ａ、ｂはそれぞれブレーキディスク４
の厚さ、磁束３が貫通する断面積、ブレーキディスク４
の中心から断面積中心までの距離、ブレーキディスク４
の半径、回転速度、鉄心１の断面積の幅と高さを示す。
４に関連された制動装置の概略構成図で、ｄ、Ｓ、Ｒ、
ｒ、ｄθ／ｄｔ、ａ、ｂはそれぞれブレーキディスク４
の厚さ、磁束３が貫通する断面積、ブレーキディスク４
の中心から断面積中心までの距離、ブレーキディスク４
の半径、回転速度、鉄心１の断面積の幅と高さを示す。
【００２２】鉄心１と空隙とでなった磁気回路を流れる
総磁束の量φは次のようである。
総磁束の量φは次のようである。
【００２３】 φ＝Ｆ／Ｒe …（１） ＦとＲe はそれぞれ起磁力（magnetomotive force ）と
磁気抵抗（magnetic reluctance ）を示し、これらは次
のように表現される。
磁気抵抗（magnetic reluctance ）を示し、これらは次
のように表現される。
【００２４】 Ｆ＝Ｎ・ｉ …（２） Ｒe ＝ｌg ／（μ0 Ｓ） …（３） ここで、Ｎ、ｌg 、μ0 、ｉはそれぞれ鉄心１に巻取さ
れたコイル２の巻線数、空隙の長さ、空気中の透磁率
（permeability）、コイル２に入力される電流値を示
す。鉄心１の透磁率を無限大と仮定すると、鉄心１の内
部の磁気抵抗は０（Zero）であり、空気中の磁気抵抗の
みが磁気回路の総磁気抵抗に影響を及ぼす。式（１）な
いし式（３）から、磁束密度Ｂは次のように表現でき
る。
れたコイル２の巻線数、空隙の長さ、空気中の透磁率
（permeability）、コイル２に入力される電流値を示
す。鉄心１の透磁率を無限大と仮定すると、鉄心１の内
部の磁気抵抗は０（Zero）であり、空気中の磁気抵抗の
みが磁気回路の総磁気抵抗に影響を及ぼす。式（１）な
いし式（３）から、磁束密度Ｂは次のように表現でき
る。
【００２５】 Ｂ＝（１／Ｓ）・φ＝（１／Ｓ）・（Ｆ／Ｒe ）＝μ0 ・Ｎ・ｉ／ｌg …（４） 式（４）に示すように、鉄心１の透磁率と磁束３が貫通
する断面積の大きさと形状は磁束密度に影響を及ぼさな
いことが分かる。しかし、強磁性体内で磁束密度の飽和
現象を考慮すると、磁石密度の範囲は略０．４〜２．１
［Ｔ］であるので、入力電流には限界がある。磁束密度
と回転導体の相互作用により導体であるブレーキディス
ク４の内部で発生する電流Ｊは次のようである。
する断面積の大きさと形状は磁束密度に影響を及ぼさな
いことが分かる。しかし、強磁性体内で磁束密度の飽和
現象を考慮すると、磁石密度の範囲は略０．４〜２．１
［Ｔ］であるので、入力電流には限界がある。磁束密度
と回転導体の相互作用により導体であるブレーキディス
ク４の内部で発生する電流Ｊは次のようである。
【００２６】 Ｊ＝σ（ν×Ｂ） …（５） σとνはそれぞれ導電率と磁束３が貫通する地点でのブ
レーキディスク４の線速度である。渦電流により導体の
内部で消費される電流Ｐd がすべて制動力に変換される
と、制動トルクＴb は次のようである。
レーキディスク４の線速度である。渦電流により導体の
内部で消費される電流Ｐd がすべて制動力に変換される
と、制動トルクＴb は次のようである。
【００２７】 Ｔb ＝Ｐd ／（ｄθ／ｄｔ） …（６） ここで、（ｄθ／ｄｔ）はブレーキディスク４の回転速
度を示す。式（５）を用いて総電力消費Ｐd を求める
と、次のようである。
度を示す。式（５）を用いて総電力消費Ｐd を求める
と、次のようである。
【００２８】 Ｐd ＝ρＪ2 ×Volume ＝ρ｛ρＲe （ｄθ／ｄｔ）Ｂ｝2 Ｓｄ ＝σＲe 2 Ｓｄ／（ｄθ2 ／ｄｔ）Ｂ2 …（７） ここで、ρは比抵抗（resistivity ）を示す。したがっ
て、制動トルクは式（６）により次のように表現でき
る。
て、制動トルクは式（６）により次のように表現でき
る。
【００２９】 Ｔb ＝ρＲe 2 Ｓｄ／（μ0 Ｎ／ｌg ）2 ｉ2 （ｄθ／ｄｔ） …（８） 漏洩磁束と非均一磁束、鉄心１の形状を考慮して、それ
ぞれ補償因子αとＣを用いて補償すると、式（８）を次
のように表現し得る。
ぞれ補償因子αとＣを用いて補償すると、式（８）を次
のように表現し得る。
【００３０】 Ｔb ＝Ｔi ×ｉ2 （ｄθ／ｄｔ） …（９） ここで、Ｔi はαＣσＲ2 Ｓｄ（μＮ／ｌ）2 であり、
α、Ｃはそれぞれ次のように表現される。
α、Ｃはそれぞれ次のように表現される。
【００３１】
【数２】
【００３２】
【数３】
【００３３】以上の数学式により、非接触式制動装置で
発生する制動トルクを計算する。
発生する制動トルクを計算する。
【００３４】実際、車両の滑り防止制動装置として使用
するための渦電流型制動装置の製作可能性を調べるた
め、実験用縮小モデルを設計した。実験用縮小モデルを
製作するため、コイル２を巻取する鉄心１の大きさと形
状、材質、製作方法、そして、ブレーキディスク４の材
質と鉄心１が置かれる位置までの距離を優先的に考慮す
べきである。鉄心１の材質は、渦電流損失（eddy curre
nt loss ）を防ぎ、磁束３の流れを円滑にするため、珪
素鋼板であり、磁気履歴曲線の膝点が大きいほどよい
が、周辺で俗に求め得るＳＭ４５Ｃを使用する。鉄心１
の断面積の形状は製作便宜上矩形状にし、コ字形の０．
５ｍｍ厚さの鉄板を積層させた。積層時には、鉄心１の
内部の磁束３の変化による渦電流の発生を防ぐため、板
と板の間を絶縁させるべきであるが、鉄心１の内部の磁
束３の変化量が大きくないため、これを無視した。ブレ
ーキディスク４の材質は銅合金で、導電率が高いほどに
よいが、導電率が３．５７×１０7 ［１／Ωｍ］として
測定されたクロムなどを使用した。ブレーキディスク４
の中心から鉄心１の位置までの距離（Ｒ）を求めるた
め、式（９）のＴi 値を最大にするＲ値を計算した。各
々の設計変数の値を示すものが表１である。
するための渦電流型制動装置の製作可能性を調べるた
め、実験用縮小モデルを設計した。実験用縮小モデルを
製作するため、コイル２を巻取する鉄心１の大きさと形
状、材質、製作方法、そして、ブレーキディスク４の材
質と鉄心１が置かれる位置までの距離を優先的に考慮す
べきである。鉄心１の材質は、渦電流損失（eddy curre
nt loss ）を防ぎ、磁束３の流れを円滑にするため、珪
素鋼板であり、磁気履歴曲線の膝点が大きいほどよい
が、周辺で俗に求め得るＳＭ４５Ｃを使用する。鉄心１
の断面積の形状は製作便宜上矩形状にし、コ字形の０．
５ｍｍ厚さの鉄板を積層させた。積層時には、鉄心１の
内部の磁束３の変化による渦電流の発生を防ぐため、板
と板の間を絶縁させるべきであるが、鉄心１の内部の磁
束３の変化量が大きくないため、これを無視した。ブレ
ーキディスク４の材質は銅合金で、導電率が高いほどに
よいが、導電率が３．５７×１０7 ［１／Ωｍ］として
測定されたクロムなどを使用した。ブレーキディスク４
の中心から鉄心１の位置までの距離（Ｒ）を求めるた
め、式（９）のＴi 値を最大にするＲ値を計算した。各
々の設計変数の値を示すものが表１である。
【００３５】
【表１】
【００３６】仮に、制動力が減少すると、制動距離が増
加し、余り大きくても、滑り現象のため、制動距離を短
くするためには適切な制動力を維持させる制御が必要で
ある。したがって、制御器が地面と車輪の間の摩擦係数
とスリップ率との関係を実時間で測定しなくても、一般
的なスリップ率対摩擦係数特性関係式のみを知っている
と仮定して、負荷トルクと摩擦係数に強靱なスライディ
ング型（sliding mode）制御器を設計すると、式（１
２）のような制御入力値を計算することができる。
加し、余り大きくても、滑り現象のため、制動距離を短
くするためには適切な制動力を維持させる制御が必要で
ある。したがって、制御器が地面と車輪の間の摩擦係数
とスリップ率との関係を実時間で測定しなくても、一般
的なスリップ率対摩擦係数特性関係式のみを知っている
と仮定して、負荷トルクと摩擦係数に強靱なスライディ
ング型（sliding mode）制御器を設計すると、式（１
２）のような制御入力値を計算することができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】ただし、 ｕe ：予測制御入力値 ｕb ：不連続制御入力値 μHe：車輪と地面間の摩擦係数の予測値 ｇ：重力加速度 ｄｘ／ｄｔ：車両の進行速度 τi ＝［Ｔb ／｛ｉ2 ・（ｄθ／ｄｔ）・Ｉ｝］ Ｔb ：制動トルク ｉ：電流値 ｄθ／ｄｔ：ブレーキディスクの回転速度 Ｉ：弾性モーメント τf ：１／４車両の重量による垂直抗力×車輪の半径÷
車輪の慣性モーメント τce：車輪及び駆動軸の摩擦トルクの予測値÷車輪の慣
性モーメント τcs：車輪及び駆動軸の摩擦トルク予測値の最大値÷車
輪の慣性モーメント η：制御器利得 μHs：車輪と地面間の摩擦係数の予測値の最大値 ｓ：スリップ率誤差 Φ：境界領域の厚さ λ：制御器利得 Ｒ0 ：車輪の半径 ｓrd：基準スリップ率 このような本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明
する。
車輪の慣性モーメント τce：車輪及び駆動軸の摩擦トルクの予測値÷車輪の慣
性モーメント τcs：車輪及び駆動軸の摩擦トルク予測値の最大値÷車
輪の慣性モーメント η：制御器利得 μHs：車輪と地面間の摩擦係数の予測値の最大値 ｓ：スリップ率誤差 Φ：境界領域の厚さ λ：制御器利得 Ｒ0 ：車輪の半径 ｓrd：基準スリップ率 このような本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明
する。
【００３９】図４は本発明の制動装置の具体的な構成図
で、銅材質のブレーキディスク４とコイル２が巻取され
た鉄心１とから構成された固定子と、固定子をナックル
に固定させるための図示しない固定板と、コイル２に電
流を供給するための電流増幅器８とから構成される。前
記電流増幅器８は、制動電流入力値を制御部７により供
給して、急停止時に、最短制動距離に停止するように
し、自動車が高速、たとえば５０ｋｍ／ｈ以上の速度で
走行する場合は、各々のコイル２に、ブレーキペダル９
を踏む程度によって大きさが変わる直流電流を供給し、
自動車が低速、たとえば５０ｋｍ／ｈ以下の速度で走行
するか、傾斜路（傾斜度＞０°）で停止状態に維持しよ
うとする場合は、各々のコイル２に、ブレーキペダル９
を踏む程度によって大きさと周波数が変わる交流電流
を、それぞれ異なる位相を有するように供給する。そし
て、前記電流増幅器８は＋Ｖｓに相当する自動車バッテ
リーが備えられると、変圧器は不要である。そして、二
つの固定子を使用する場合、図４に示すように、９０°
間隔で固定子を配置すると、その状態が最も大きい制動
トルクを得ることができる。
で、銅材質のブレーキディスク４とコイル２が巻取され
た鉄心１とから構成された固定子と、固定子をナックル
に固定させるための図示しない固定板と、コイル２に電
流を供給するための電流増幅器８とから構成される。前
記電流増幅器８は、制動電流入力値を制御部７により供
給して、急停止時に、最短制動距離に停止するように
し、自動車が高速、たとえば５０ｋｍ／ｈ以上の速度で
走行する場合は、各々のコイル２に、ブレーキペダル９
を踏む程度によって大きさが変わる直流電流を供給し、
自動車が低速、たとえば５０ｋｍ／ｈ以下の速度で走行
するか、傾斜路（傾斜度＞０°）で停止状態に維持しよ
うとする場合は、各々のコイル２に、ブレーキペダル９
を踏む程度によって大きさと周波数が変わる交流電流
を、それぞれ異なる位相を有するように供給する。そし
て、前記電流増幅器８は＋Ｖｓに相当する自動車バッテ
リーが備えられると、変圧器は不要である。そして、二
つの固定子を使用する場合、図４に示すように、９０°
間隔で固定子を配置すると、その状態が最も大きい制動
トルクを得ることができる。
【００４０】このような本発明の設置構成を具体的に説
明すると、絶縁された珪素鋼板で積層された鉄心１が銅
材のブレーキディスク４の外周部を挟む位置に設置さ
れ、ブレーキディスク４が鉄心１の空隙に位置し、コイ
ル２が前記鉄心１に巻線される。このように設置される
鉄心１は固定状態であるので、鉄心１の端部面とブレー
キディスク４の表面との間には一定間隔が維持され、制
動のための何の接触力も存在しない。そして、コイル２
と鉄心１からなる固定子はブレーキディスク４の回転軸
５を中心として９０°間隔にもう一つ設置され、このよ
うな各々の固定子は図示しないナックルに固定された図
示しない固定板に固定され、前記鉄心１に巻線された各
コイル２は電流増幅器８に連結される。
明すると、絶縁された珪素鋼板で積層された鉄心１が銅
材のブレーキディスク４の外周部を挟む位置に設置さ
れ、ブレーキディスク４が鉄心１の空隙に位置し、コイ
ル２が前記鉄心１に巻線される。このように設置される
鉄心１は固定状態であるので、鉄心１の端部面とブレー
キディスク４の表面との間には一定間隔が維持され、制
動のための何の接触力も存在しない。そして、コイル２
と鉄心１からなる固定子はブレーキディスク４の回転軸
５を中心として９０°間隔にもう一つ設置され、このよ
うな各々の固定子は図示しないナックルに固定された図
示しない固定板に固定され、前記鉄心１に巻線された各
コイル２は電流増幅器８に連結される。
【００４１】このような本発明は、自動車走行時、ブレ
ーキペダル９を踏むと、電流増幅器８は、ブレーキペダ
ル９の踏む程度によって各コイル２に電流を供給し、こ
れにより、鉄心１の内部と空隙に磁気場が形成される。
したがって、前記発生された磁気場をブレーキディスク
４が通過すると、ブレーキディスク４の内部に渦電流が
発生し、渦電流と磁気場との相互作用により制動トルク
が発生される。この際、鉄心１のコイル２に適した制御
電流入力値を制御部７に伝達することにより、適切なス
リップ率を得ることができる。
ーキペダル９を踏むと、電流増幅器８は、ブレーキペダ
ル９の踏む程度によって各コイル２に電流を供給し、こ
れにより、鉄心１の内部と空隙に磁気場が形成される。
したがって、前記発生された磁気場をブレーキディスク
４が通過すると、ブレーキディスク４の内部に渦電流が
発生し、渦電流と磁気場との相互作用により制動トルク
が発生される。この際、鉄心１のコイル２に適した制御
電流入力値を制御部７に伝達することにより、適切なス
リップ率を得ることができる。
【００４２】特に、本発明は、自動車が高速で走行する
場合は、ブレーキディスク４の回転のみでも、ブレーキ
ディスク４で発生する磁気場が十分に大きい変化を有す
るので、各々のコイル２に、ブレーキペダル９を踏む程
度によって大きさが変わる直流電流を供給して制動トル
クを発生させ、自動車が低速又は傾斜路で停止状態を維
持しようとする場合は、各々のコイル２に、ブレーキペ
ダル９を踏む程度によって大きさが変わる交流電流を相
違した位相（９０°）を有するように供給して、ブレー
キディスク４の内部の磁気場を変化させるため、十分な
制動トルクを発生させることができる。
場合は、ブレーキディスク４の回転のみでも、ブレーキ
ディスク４で発生する磁気場が十分に大きい変化を有す
るので、各々のコイル２に、ブレーキペダル９を踏む程
度によって大きさが変わる直流電流を供給して制動トル
クを発生させ、自動車が低速又は傾斜路で停止状態を維
持しようとする場合は、各々のコイル２に、ブレーキペ
ダル９を踏む程度によって大きさが変わる交流電流を相
違した位相（９０°）を有するように供給して、ブレー
キディスク４の内部の磁気場を変化させるため、十分な
制動トルクを発生させることができる。
【００４３】以上のような本発明が既存の油圧式制動装
置及びその制御器に比べてどのような性能を有するかを
知るために、模擬実験により比較してみる。
置及びその制御器に比べてどのような性能を有するかを
知るために、模擬実験により比較してみる。
【００４４】図６は既存の油圧を用いる接触式制動装置
を装着した１／４車両に対するＨＩＬＳ（Hardware In
the Loop Simulation ）資料で、初期速度７０ｋｍ／ｈ
で走行する車両を急制動させるため、スリップ率を最適
値に維持するためのＯＮ−ＯＦＦ制御を遂行したが、Ｈ
ＩＬＳの構成要素のうち、実際ハードウエアである油圧
装置の時間遅延現象と単純なＯＮ−ＯＦＦ制御により最
適のスリップ率を維持することができず、車輪の回転速
度が激しく遊動する現象が観測された。仮に、μH グラ
フの最大値が１に近ければ、１／４車両の理論的な最大
減加速度は重力加速度（ｇ）と同じになり、４輪がすべ
て制動される全体車両も同一値の減加速度を有すること
になる。すなわち、初期速度が７０ｋｍ／ｈである車両
の最短制動時間（ｔ＝初期速度／重力加速度）は約２秒
程度となる。しかし、油圧式制動装置の場合、最短制動
時間である２秒を１５０％も上回る３秒後に停止した。
これは、これまでの制動装置が非効率的であり、車両の
安定性を向上させ得る十分な可能性が存在することを意
味するといえる。
を装着した１／４車両に対するＨＩＬＳ（Hardware In
the Loop Simulation ）資料で、初期速度７０ｋｍ／ｈ
で走行する車両を急制動させるため、スリップ率を最適
値に維持するためのＯＮ−ＯＦＦ制御を遂行したが、Ｈ
ＩＬＳの構成要素のうち、実際ハードウエアである油圧
装置の時間遅延現象と単純なＯＮ−ＯＦＦ制御により最
適のスリップ率を維持することができず、車輪の回転速
度が激しく遊動する現象が観測された。仮に、μH グラ
フの最大値が１に近ければ、１／４車両の理論的な最大
減加速度は重力加速度（ｇ）と同じになり、４輪がすべ
て制動される全体車両も同一値の減加速度を有すること
になる。すなわち、初期速度が７０ｋｍ／ｈである車両
の最短制動時間（ｔ＝初期速度／重力加速度）は約２秒
程度となる。しかし、油圧式制動装置の場合、最短制動
時間である２秒を１５０％も上回る３秒後に停止した。
これは、これまでの制動装置が非効率的であり、車両の
安定性を向上させ得る十分な可能性が存在することを意
味するといえる。
【００４５】図７は図６の車輪の回転速度が遊動するこ
とにより車両のスリップ率が変化することを示す。スリ
ップ率が０．２であるとき、車両が最も早く停止し得る
が、単純な制御アルゴリズムにより基準スリップ率であ
る０．２を追従することができない。
とにより車両のスリップ率が変化することを示す。スリ
ップ率が０．２であるとき、車両が最も早く停止し得る
が、単純な制御アルゴリズムにより基準スリップ率であ
る０．２を追従することができない。
【００４６】図８は図６のような実車モデルに対する渦
電流型制動装置の模擬実験結果である。図６に結果が似
ているが、よりよい性能を有していることを示すといえ
る。図６のような初期速度で急制動を始めて、１秒後に
は図６より低い速度まで減速した。このような性能は過
電流型制動装置に適用されたＡＢＳ装置（anti-lockbra
ke system）が１／４車両のスリップ率を最適状態に維
持したためであるといえる。しかし、図９において、１
秒後のスリップ率が減少する現象が現れることは過電流
型制動装置が低速では低効率を有するためである。しか
し、過電流型制動装置の制動力が減少する前である制動
開始後１秒間の平均減加速度は The National Associat
ion of Australian State Road Authorityの基準である
０．５ｇより高い０．８ｇである。図１０は図８の模擬
実験時に発生した制動トルク値を示す。図９のスリップ
率が１秒後に減少し始める理由が制動トルクが不足する
ためであることがわかる。図１１は図８の模擬実験時に
式（１２）により計算された制御入力により決定された
入力電流値を示す。電流値の最大値は８［Ａ］であり、
電流値が飽和するにしたがって図１０の制動トルクが減
少することが分かる。
電流型制動装置の模擬実験結果である。図６に結果が似
ているが、よりよい性能を有していることを示すといえ
る。図６のような初期速度で急制動を始めて、１秒後に
は図６より低い速度まで減速した。このような性能は過
電流型制動装置に適用されたＡＢＳ装置（anti-lockbra
ke system）が１／４車両のスリップ率を最適状態に維
持したためであるといえる。しかし、図９において、１
秒後のスリップ率が減少する現象が現れることは過電流
型制動装置が低速では低効率を有するためである。しか
し、過電流型制動装置の制動力が減少する前である制動
開始後１秒間の平均減加速度は The National Associat
ion of Australian State Road Authorityの基準である
０．５ｇより高い０．８ｇである。図１０は図８の模擬
実験時に発生した制動トルク値を示す。図９のスリップ
率が１秒後に減少し始める理由が制動トルクが不足する
ためであることがわかる。図１１は図８の模擬実験時に
式（１２）により計算された制御入力により決定された
入力電流値を示す。電流値の最大値は８［Ａ］であり、
電流値が飽和するにしたがって図１０の制動トルクが減
少することが分かる。
【００４７】以上の実験結果から、本発明は、車両の適
正スリップ率を正確に維持することにより、道路状況を
正確に知らない状態でも既存装置に比べて短い制動距離
を有することが分かる。
正スリップ率を正確に維持することにより、道路状況を
正確に知らない状態でも既存装置に比べて短い制動距離
を有することが分かる。
【００４８】
【発明の効果】本発明は、電気を用いて非接触式制動ト
ルクを発生させて、既存の油圧又は空圧式ブレーキが有
するブレーキパッドの摩擦を防止し、高速及び低速走行
時において、それぞれ異なる形態の電流をコイルに供給
して、低速及び高速で十分な制動トルクを得るようにし
たため、制動の安全性を確保し得る効果を有する。
ルクを発生させて、既存の油圧又は空圧式ブレーキが有
するブレーキパッドの摩擦を防止し、高速及び低速走行
時において、それぞれ異なる形態の電流をコイルに供給
して、低速及び高速で十分な制動トルクを得るようにし
たため、制動の安全性を確保し得る効果を有する。
【図１】本発明の原理を説明する制動装置の概略構成図
である。
である。
【図２】本発明の制動装置に要求される因子を示す構成
図である。
図である。
【図３】本発明の全体構成を説明するブロック構成図で
ある。
ある。
【図４】本発明の実施例の構成図である。
【図５】本発明に適用した電流増幅器の回路図である。
【図６】既存の油圧式制動装置をハードウエアとして装
着し、１／４車両モデルをソフトウエアとして構成した
ＨＩＬＳシステムに対し、初期速度７０ｋｍ／ｈの車両
を急制動させたときの時間による車両の進行速度と車輪
の回転速度を示すグラフである。
着し、１／４車両モデルをソフトウエアとして構成した
ＨＩＬＳシステムに対し、初期速度７０ｋｍ／ｈの車両
を急制動させたときの時間による車両の進行速度と車輪
の回転速度を示すグラフである。
【図７】図６と同一条件下で車両のスリップ率が変化す
ることを示すグラフである。
ることを示すグラフである。
【図８】図６と同一条件下で油圧式制動装置を過電流型
制動装置で交替したときの時間による車両の進行速度と
車輪の回転速度を示すグラフである。
制動装置で交替したときの時間による車両の進行速度と
車輪の回転速度を示すグラフである。
【図９】図８と同一条件下で車両のスリップ率が変化す
ることを示すグラフである。
ることを示すグラフである。
【図１０】図８の模擬実験時に発生した制動トルク値を
示す。
示す。
【図１１】図８の模擬実験時、式（１２）により計算さ
れた制御入力により決定された入力電流値を示すグラフ
である。
れた制御入力により決定された入力電流値を示すグラフ
である。
【図１２】一般的なディスクブレーキの構成図である。
【図１３】従来の渦電流型制動装置の構成図である。
１ 鉄心 ２ コイル ３ 磁束 ４ ブレーキディスク ５ 回転軸 ６ 測定器 ７ 制御部 ８ 電流増幅器 ９ ブレーキペダル
Claims (4)
- 【請求項１】自動車の車輪内側のブレーキディスク
（４）に９０°間隔に近接設置され、コイル（２）が巻
取されて電磁石をなす鉄心（１）と、回転軸（５）に設
置され、車輪の回転数を測定する測定器（６）と、測定
器（６）の回転数を受け、速度によって直流又は交流制
御電流を計算し、鉄心（１）のコイル（２）に適正制御
電流入力値を伝達する制御部（７）と、前記制御部
（７）からの制御電流入力値又はブレーキペダル（９）
による電流入力値を各々のコイル（２）に供給する電流
増幅器（８）とから構成されることを特徴とする自動車
用非接触式過電流型制動装置。 - 【請求項２】測定器（６）の回転数を受ける制御部
（７）は、制御電流入力値ｕを次の式 【数１】 ただし、 ｕe ：予測制御入力値 ｕb ：不連続制御入力値 μHe：車輪と地面間の摩擦係数の予測値 ｇ：重力加速度 ｄｘ／ｄｔ：車両の進行速度 τi ＝［Ｔb ／｛ｉ2 ・（ｄθ／ｄｔ）・Ｉ｝］ Ｔb ：制動トルク ｉ：電流値 ｄθ／ｄｔ：ブレーキディスクの回転速度 Ｉ：弾性モーメント τf ：１／４車両の重量による垂直抗力×車輪の半径÷
車輪の慣性モーメント τce：車輪及び駆動軸の摩擦トルクの予測値÷車輪の慣
性モーメント τcs：車輪及び駆動軸の摩擦トルク予測値の最大値÷車
輪の慣性モーメント η：制御器利得 μHs：車輪と地面間の摩擦係数の予測値の最大値 ｓ：スリップ率誤差 Φ：境界領域の厚さ λ：制御器利得 Ｒ0 ：車輪の半径 ｓrd：基準スリップ率 により計算することを特徴とする請求項１記載の自動車
用非接触式過電流型制動装置。 - 【請求項３】自動車が高速で走行する場合は、各々のコ
イル（２）に、ブレーキペダル（９）を踏む程度によっ
て大きさが変わる直流電流を供給し、自動車が低速で走
行するか、傾斜路で停止状態に維持しようとする場合
は、各々のコイル（２）に、ブレーキペダル（９）を踏
む程度によって大きさ及び周波数が変わる交流電流を、
相違した位相を有するように供給することを特徴とする
請求項１記載の自動車用非接触式過電流型制動装置。 - 【請求項４】ブレーキディスク（４）は銅材料で構成さ
れることを特徴とする請求項１記載の自動車用非接触式
過電流型制動装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980007665A KR100302323B1 (ko) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | 자동차용비접촉식잠김방지제동장치 |
| KR98-60145 | 1998-12-29 | ||
| KR98-7665 | 1998-12-29 | ||
| KR1019980060145A KR100288000B1 (ko) | 1998-12-29 | 1998-12-29 | 자동차용 비접촉식 와전류형 제동장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11318069A true JPH11318069A (ja) | 1999-11-16 |
| JP3636918B2 JP3636918B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=26633504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05907499A Expired - Fee Related JP3636918B2 (ja) | 1998-03-09 | 1999-03-05 | 自動車用非接触式渦電流型制動装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6286637B1 (ja) |
| JP (1) | JP3636918B2 (ja) |
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| JP2014003762A (ja) * | 2012-06-15 | 2014-01-09 | Oiles Ind Co Ltd | 制動機構および制動機構を備えた軸受装置 |
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| JP2020005548A (ja) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | 学校法人順天堂 | 動物飼育ケージ |
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| DE102012210130A1 (de) * | 2012-06-15 | 2013-12-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Radantriebseinheit für ein Rad eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Radantriebseinheit eines Fahrzeugs |
| KR101638159B1 (ko) * | 2014-03-03 | 2016-07-08 | 가부시키가이샤 티비케이 | 다기능 전자식 리타더 |
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