KR102672524B1 - 와전류식 감속 장치 - Google Patents

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다쿠야 후지타
요조 오쿠다
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

와전류식 감속 장치(100)는, 로터(10) 및 스테이터(20)를 구비한다. 로터(10)는, 허브(12)와, 로터 본체(11)와, 스포크(13)를 포함한다. 스포크(13)는, 중립축(N1, N2)을 갖는다. 중립축(N1)은, 스포크(13)를 로터 본체(11)의 둘레 방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 중립축(N1)은, 둘레 방향에 있어서의 스포크(13)의 중심선(C1)보다 로터(10)의 회전 방향(R)에서 전방에 위치한다. 중립축(N2)은, 스포크(13)를 로터 본체(11)의 축방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 중립축(N2)은, 축방향에 있어서의 스포크(13)의 중심선(C2)보다 로터 본체(11) 측에 위치한다.

Description

와전류식 감속 장치
본 개시는, 와전류식 감속 장치에 관한 것이다.
트럭이나 버스 등과 같은 대형 차량의 보조 브레이크로서, 종래, 와전류식 감속 장치가 사용되고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 와전류식 감속 장치는, 차량의 회전축에 고정되는 로터와, 차량의 비회전부에 고정되는 스테이터를 구비한다. 로터는, 회전축에 장착된 허브와, 원통형상의 도전체인 로터 본체를 포함한다. 로터 본체의 축방향의 일단부는, 복수의 스포크를 통해, 허브에 접속되어 있다. 스테이터는, 로터 본체의 내측에 있어서 로터 본체의 둘레 방향으로 배열된 복수의 자석을 유지하고 있다.
와전류식 감속 장치의 로터는, 차량의 회전축과 함께 회전하여, 공기 저항을 받는다. 특허문헌 2에서는, 이 공기 저항을 저감하기 위해서, 로터 본체를 허브에 접속하는 스포크의 횡단면 형상에 고안이 실시되고 있다. 보다 상세하게는, 특허문헌 2에 있어서, 스포크의 횡단면은, 로터 본체의 축방향에 있어서의 길이가 로터 본체의 둘레 방향에 있어서의 길이보다 상당히 작은 형상을 갖는다. 특허문헌 2에 의하면, 이러한 횡단면 형상을 스포크가 가짐으로써 스포크의 적어도 일부가 평탄화되기 때문에, 로터의 회전 시에 있어서의 공기 저항을 저감할 수 있다.
일본국 특허공개 2001-78425호 공보 일본국 특허공표 2013-521749호 공보
와전류식 감속 장치가 온인 상태(제동 상태)에서는, 자석열에 의해 생성된 자계 내를 도전체인 로터 본체가 회전함으로써, 로터 본체에 와전류가 발생한다. 이 와전류와 자계의 상호 작용에 의해, 로터 본체에 있어서 회전 방향과 역방향의 제동력이 발생한다. 이때, 로터 본체에 고정된 각 스포크에는, 로터 본체의 둘레 방향의 굽힘 하중이 부하된다. 즉, 회전 방향과 역방향의 제동력이 로터 본체에 작용함으로써, 각 스포크에 대해 회전 방향과 역방향의 굽힘 하중이 부하된다. 이에 의해, 각 스포크에서는, 회전 방향에 있어서 전측의 부분이 신장되고, 회전 방향에 있어서 후측의 부분이 수축되는 굽힘이 발생한다.
한편, 와전류식 감속 장치가 오프인 상태(비제동 상태)에서는, 로터 본체에 자계가 작용하지 않아, 제동력은 발생하지 않는다. 그로 인해, 각 스포크에는, 로터 본체의 둘레 방향의 굽힘 하중은 부하되지 않는다. 제동 상태와 비제동 상태의 전환이 반복됨으로써, 각 스포크에는, 둘레 방향의 굽힘 하중이 반복해서 부하되게 된다.
또, 와전류식 감속 장치가 제동 상태에 있는 경우, 와전류가 흐르는 로터 본체에 줄열이 발생하여, 로터 본체의 온도가 상승한다. 이에 의해, 로터 본체가 열팽창하여 확경(擴徑)된다. 이때, 로터 본체의 축방향의 일단부에서는, 스포크가 고정되어 있음으로써, 그 변형이 제한된다. 한편, 로터 본체의 축방향의 타단부는, 스포크가 고정되어 있지 않기 때문에, 자유롭게 변형될 수 있다. 따라서, 로터 본체에서는, 스포크 측의 단부의 직경보다, 이와 반대측의 단부의 직경이 커진다. 그 결과, 각 스포크에는, 로터 본체의 축방향의 굽힘 하중이 부하된다. 각 스포크에서는, 로터 본체 측의 부분이 신장되고, 로터 본체와 반대측의 부분이 수축되는 굽힘이 발생한다.
와전류식 감속 장치가 제동 상태로부터 비제동 상태로 전환되면, 로터 본체의 온도가 저하되고, 로터 본체가 수축하여 원래의 형상으로 복귀한다. 그로 인해, 각 스포크에는, 로터 본체의 축방향의 굽힘 하중은 부하되지 않는다. 제동 상태와 비제동 상태의 전환이 반복됨으로써, 각 스포크에는, 축방향의 굽힘 하중이 반복해서 부하되게 된다.
이와 같이, 스포크에는, 로터 본체의 둘레 방향 및 축방향의 굽힘 하중이 반복해서 부하된다. 그러나, 특허문헌 1 및 2에 예시되는 종래의 와전류식 감속 장치에서는, 스포크에 부하되는 둘레 방향 및 축방향의 굽힘 하중에 대해 특별히 고려되어 있지 않다. 와전류식 감속 장치의 내구성의 관점에서, 스포크에 부하되는 둘레 방향 및 축방향의 쌍방의 굽힘 하중을 고려함으로써, 스포크의 피로 손상을 억제하는 것이 바람직하다.
본 개시는, 스포크의 피로 손상을 억제함으로써, 와전류식 감속 장치의 내구성을 향상시키는 것을 과제로 한다.
본 개시에 따른 와전류식 감속 장치는, 로터와, 스테이터를 구비한다. 로터는, 허브와, 로터 본체와, 스포크를 포함한다. 허브는, 회전축에 장착된다. 로터 본체는, 원통형상을 갖는다. 스포크는, 허브로부터 로터 본체를 향해 연장되고, 로터 본체의 축방향의 일단부에 고정된다. 로터는, 회전축과 함께 회전한다. 스테이터는, 로터 본체의 내측 또는 외측에 배치된다. 스포크는, 제1 중립축과, 제2 중립축을 갖는다. 제1 중립축은, 스포크를 로터 본체의 둘레 방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 제1 중립축은, 둘레 방향에 있어서의 스포크의 중심선보다 로터의 회전 방향에서 전방에 위치한다. 제2 중립축은, 스포크를 로터 본체의 축방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 제2 중립축은, 축방향에 있어서의 스포크의 중심선보다 로터 본체 측에 위치한다.
본 개시에 의하면, 스포크의 피로 손상을 억제할 수 있고, 그로 인해 와전류식 감속 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 실시 형태에 따른 와전류식 감속 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는, 실시 형태에 따른 와전류식 감속 장치의 개략 구성을 나타내는 다른 단면도이다.
도 3은, 도 1 및 도 2에 나타내는 와전류식 감속 장치에 포함되는 로터를 스포크 측에서 본 도면이다.
도 4a는, 도 3에 나타내는 로터에 사용되는 스포크의 횡단면 형상으로서 채용될 수 있는 형상을 예시하는 도면이다.
도 4b는, 도 3에 나타내는 로터에 사용되는 스포크의 횡단면 형상으로서 채용될 수 있는 형상을 예시하는 도면이다.
도 4c는, 도 3에 나타내는 로터에 사용되는 스포크의 횡단면 형상으로서 채용될 수 있는 형상을 예시하는 도면이다.
도 4d는, 도 3에 나타내는 로터에 사용되는 스포크의 횡단면 형상으로서 채용될 수 있는 형상을 예시하는 도면이다.
도 4e는, 도 3에 나타내는 로터에 사용되는 스포크의 횡단면 형상으로서 채용될 수 있는 형상을 예시하는 도면이다.
도 4f는, 도 3에 나타내는 로터에 사용되는 스포크의 횡단면 형상으로서 채용될 수 있는 형상을 예시하는 도면이다.
도 5는, 도 1 및 도 2에 나타내는 와전류식 감속 장치의 제동 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은, 도 1 및 도 2에 나타내는 와전류식 감속 장치의 비제동 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7a는, 종래의 스포크의 횡단면 형상을 예시하는 도면이다.
도 7b는, 종래의 스포크의 횡단면 형상을 예시하는 도면이다.
도 7c는, 종래의 스포크의 횡단면 형상을 예시하는 도면이다.
도 8은, 와전류식 감속 장치의 로터에 있어서, 스포크에 부하되는 둘레 방향의 굽힘 하중을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는, 와전류식 감속 장치의 로터에 있어서, 스포크에 부하되는 축방향의 굽힘 하중을 설명하기 위한 모식도이다.
상술한 바와 같이, 와전류식 감속 장치가 제동 상태에 있는 경우, 로터 본체와 허브를 접속하는 스포크에는, 로터 본체의 둘레 방향 및 축방향의 굽힘 하중이 부하된다. 도 8 및 도 9는, 와전류식 감속 장치의 로터에 있어서, 스포크에 부하되는 굽힘 하중을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 와전류식 감속 장치의 로터(90)에 있어서, 로터 본체(91)에 회전 방향(R)과 역방향의 제동력(F)이 발생하면, 로터 본체(91)를 허브(92)에 접속하는 스포크(93)에는, 로터 본체(91)의 둘레 방향의 굽힘 하중(P1)이 부하된다. 굽힘 하중(P1)에 의해, 스포크(93)는, 회전 방향(R)과 역방향으로 굽혀진다. 그로 인해, 스포크(93)에서는, 로터 본체(91)의 회전 방향(R)에 있어서 전측의 부분에 인장 응력(σt1)이 발생하고, 후측의 부분에 압축 응력(σc1)이 발생한다.
한편, 도 9에 있어서 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 로터 본체(91)가 열팽창하여, 로터 본체(91) 중 스포크(93)와 반대측의 단부가 상대적으로 크게 확경된 경우, 스포크(93)에는, 로터 본체(91)의 축방향의 굽힘 하중(P2)이 부하된다. 굽힘 하중(P2)에 의해, 스포크(93)는, 축방향에 있어서 로터 본체(91)와 반대측으로 굽혀진다. 그로 인해, 스포크(93)에서는, 로터 본체(91) 측의 부분에 인장 응력(σt2)이 발생하고, 로터 본체(91)와 반대측의 부분에 압축 응력(σc2)이 발생한다. 와전류식 감속 장치가 제동 상태로부터 비제동 상태로 전환되면, 굽힘 하중(P1, P2) 및 응력(σt1, σt2, σc1, σc2)이 제거된다.
이와 같이, 스포크에서는, 어느 부분에 있어서 인장 응력만이 반복해서 발생하고, 다른 부분에 있어서 압축 응력만이 반복해서 발생한다. 즉, 스포크에는, 이른바 편진동 조건의 피로 부하가 부여된다.
재료에 편진동 조건의 피로 부하가 부여되는 경우, 피로 부하가 인장 응력일 때의 쪽이, 응력의 절대값이 같아도, 피로 부하가 압축 응력일 때와 비교하여 재료의 피로 수명이 짧아진다. 예를 들면, 재료 중 인장 응력만이 반복해서 발생하는 부분에서는, 균열이 발생하기 쉽고, 발생한 균열이 성장하기 쉽다. 이에 반해, 재료 중 압축 응력만이 반복해서 발생하는 부분에서는, 균열이 발생하기 어렵고, 그 성장도 발생하기 어렵다. 이에, 본 발명자들은, 인장 응력에 주목하여, 압축 응력이 커졌다고 해도 인장 응력을 저감할 수 있는 스포크의 형상을 검토했다.
스포크와 같은 봉형상의 부재가 굽혀졌을 때, 부재 내에서는, 굽힘에 의해 신장되는 영역에 인장 응력, 굽힘에 의해 수축되는 영역에 압축 응력이 발생한다. 이들 영역의 중간에는, 신축되지 않는 중립면이 존재한다. 이 중립면과, 당해 중립면에 수직인 부재의 단면의 교선을 중립축이라고 한다. 부재가 굽혀졌을 때에 발생하는 응력은, 중립축으로부터의 거리가 클수록 높아진다. 따라서, 로터 본체에 발생한 제동력에 의해, 스포크가 로터 본체의 둘레 방향으로 굽혀지는 경우, 스포크에서는, 둘레 방향의 굽힘의 중립축으로부터 로터의 회전 방향에 있어서 전방으로 멀어질수록 인장 응력이 높아지고, 후방으로 멀어질수록 압축 응력이 높아진다. 인장 응력의 최대값을 저감하기 위해서는, 스포크에 있어서, 둘레 방향의 굽힘의 중립축으로부터 회전 방향에서 전측의 표면까지의 거리를 단축하면 된다.
로터 본체의 열팽창에 의해, 스포크가 로터 본체의 축방향으로 굽혀지는 경우, 스포크에서는, 축방향의 굽힘의 중립축으로부터 로터 본체 측을 향할수록 인장 응력이 높아지고, 로터 본체와 반대측을 향할수록 압축 응력이 높아진다. 인장 응력의 최대값을 저감하기 위해서는, 스포크에 있어서, 축방향의 굽힘의 중립축으로부터 로터 본체 측의 표면까지의 거리를 단축하면 된다.
본 발명자들은, 이상의 지견에 의거하여, 실시 형태에 따른 와전류식 감속 장치를 완성시켰다.
실시 형태에 따른 와전류식 감속 장치는, 로터와, 스테이터를 구비한다. 로터는, 허브와, 로터 본체와, 스포크를 포함한다. 허브는, 회전축에 장착된다. 로터 본체는, 원통형상을 갖는다. 스포크는, 허브로부터 로터 본체를 향해 연장되고, 로터 본체의 축방향의 일단부에 고정된다. 로터는, 회전축과 함께 회전한다. 스테이터는, 로터 본체의 내측 또는 외측에 배치된다. 스포크는, 제1 중립축과, 제2 중립축을 갖는다. 제1 중립축은, 스포크를 로터 본체의 둘레 방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 제1 중립축은, 둘레 방향에 있어서의 스포크의 중심선보다 로터의 회전 방향에서 전방에 위치한다. 제2 중립축은, 스포크를 로터 본체의 축방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 제2 중립축은, 축방향에 있어서의 스포크의 중심선보다 로터 본체 측에 위치한다(제1 구성).
제1 구성에 따른 와전류식 감속 장치의 로터에 있어서, 스포크는, 로터 본체의 둘레 방향으로 굽혀졌을 때의 중립축인 제1 중립축을 갖는다. 이 제1 중립축은, 로터 본체의 둘레 방향에 있어서의 스포크의 중심선보다, 로터의 회전 방향에서 전방에 배치되어 있다. 그로 인해, 스포크에 있어서, 제1 중립축으로부터 회전 방향에서 전측의 표면까지의 거리는, 제1 중립축과 둘레 방향의 중심선이 일치하고 있는 경우와 비교하여 작아진다. 따라서, 로터 본체에 발생한 제동력에 의해, 둘레 방향의 굽힘 하중이 스포크에 부하되었을 때, 스포크에 발생하는 인장 응력의 최대값을 저감할 수 있다.
또, 스포크는, 로터 본체의 축방향으로 굽혀졌을 때의 중립축인 제2 중립축을 갖는다. 이 제2 중립축은, 로터 본체의 축방향에 있어서의 스포크의 중심선보다, 로터 본체 측에 배치되어 있다. 그로 인해, 스포크에 있어서, 제2 중립축으로부터 로터 본체 측의 표면까지의 축방향의 거리는, 제2 중립축과 축방향의 중심선이 일치하고 있는 경우와 비교하여 작아진다. 따라서, 로터 본체의 열팽창에 의해, 축방향의 굽힘 하중이 스포크에 부하되었을 때, 스포크에 발생하는 인장 응력의 최대값을 저감할 수 있다.
이와 같이, 제1 구성에 의하면, 와전류식 감속 장치의 사용 시에 있어서, 스포크가 로터 본체의 둘레 방향으로 굽혀졌을 때에 스포크에 발생하는 인장 응력과, 스포크가 로터 본체의 축방향으로 굽혀졌을 때에 스포크에 발생하는 인장 응력 쌍방을 동시에 저감할 수 있다. 그로 인해, 스포크의 피로 손상을 억제할 수 있어, 스포크의 피로 수명을 연장할 수 있다. 그 결과, 와전류식 감속 장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
와전류식 감속 장치에는, 차량에 대한 탑재성의 향상이나 차량의 연비의 향상 등의 관점에서, 소형 경량화가 요구된다. 와전류식 감속 장치를 소형 경량화하기 위해서는, 스포크도 소형화할 필요가 있다. 제1 구성에 의하면, 스포크가 피로 손상되기 어려워지기 때문에, 스포크를 소형화하는 것이 가능해진다. 따라서, 와전류식 감속 장치를 소형 경량화할 수 있다.
와전류식 감속 장치에는, 예를 들면 적재량이 큰 차량의 제동 성능 부족을 해소하기 위해서, 고제동력화가 요구된다. 고제동력화된 와전류식 감속 장치에서는, 그 높은 제동력, 및 이에 수반하는 큰 발열량에 의해, 스포크에 부하되는 굽힘 하중이 증대되어, 스포크가 피로 손상되기 쉬워진다. 그러나, 제1 구성에 의하면, 로터 본체의 둘레 방향 및 축방향의 굽힘 하중이 부하되었을 때에 스포크에 발생하는 인장 응력이 저감되기 때문에, 스포크의 피로 손상을 억제할 수 있다. 그로 인해, 제1 구성에 따른 와전류식 감속 장치는, 고제동력화에 대응할 수 있다.
실시 형태에 따른 와전류식 감속 장치에 있어서, 스포크 중 로터 본체 측의 표면은, 로터 본체의 축방향에 대해 수직인 평면인 것이 바람직하다(제2 구성).
제2 구성에 의하면, 스포크의 로터 본체 측의 표면은, 로터 본체의 축방향에 대해 실질적으로 수직인 평면이다. 즉, 스포크의 로터 본체 측의 표면은, 실질상, 돌출 또는 융기하는 부분이 존재하지 않는 평평한 면으로 구성되어 있다. 그로 인해, 로터 본체의 내측 또는 외측에 배치된 스테이터에, 스포크를 근접시킬 수 있다. 그 결과, 축방향에 있어서의 와전류식 감속 장치의 치수를 작게 할 수 있다.
스포크는, 로터의 회전 방향의 후방을 향함에 따라 로터 본체의 축방향의 길이가 감소하는 횡단면을 갖는 것이 바람직하다(제3 구성).
제3 구성에 의하면, 스포크의 횡단면은, 로터의 회전 방향의 후방을 향함에 따라 축방향의 길이가 감소하도록 형성되어 있다. 이에 의해, 로터의 회전 시, 스포크의 표면을 따라 회전 방향의 후방으로 흐르는 기류가 박리되기 어려워지기 때문에, 스포크가 받는 공기 저항을 저감할 수 있다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 구성에 대해서는 동일 부호를 달고, 같은 설명을 반복하지 않는다.
[와전류식 감속 장치의 구성]
도 1은, 본 실시 형태에 따른 와전류식 감속 장치(100)의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다. 감속 장치(100)는, 예를 들면, 트럭이나 버스 등과 같은 차량의 보조 브레이크로서 사용된다. 종단면이란, 감속 장치(100)가 이용되는 차량의 회전축(200)의 축심(X)을 포함하는 평면으로 절단했을 때의 단면을 말한다. 회전축(200)은, 예를 들면, 프로펠러 샤프트나, 드라이브 샤프트이다. 이하, 축심(X)이 연장되는 방향을 축방향이라고 하고, 축심(X)을 중심으로 하는 원환 또는 원통의 둘레 방향 및 경방향(徑方向)을 단순히 둘레 방향 및 경방향이라고 한다.
도 1을 참조하여, 감속 장치(100)는, 로터(10)와, 스테이터(20)를 구비한다. 로터(10)는, 차량의 회전축(200)과 함께 축심(X) 둘레로 회전한다. 스테이터(20)는, 회전축(200)과 함께 회전하지 않도록, 예를 들면 트랜스미션 커버 등과 같은 차량의 비회전부에 고정되어 있다.
로터(10)는, 로터 본체(11)와, 허브(12)와, 복수의 스포크(13)를 포함한다. 로터 본체(11)는, 실질적으로, 회전축(200)의 축심(X)을 중심으로 하는 원통형상을 이룬다. 로터 본체(11)는, 예를 들면, 탄소강, 저합금망, 또는 주강(鑄鋼) 등의 강자성 재료로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 로터 본체(11)는, 예를 들면, 크롬 몰리브덴강, 또는 저합금망 주강 등으로 구성된다. 또, 예를 들면, 중량 비율로, C：0.05~0.15%, Si：0.10~0.40%, Mn：0.5~1.0%, P：0.05% 이하, Ni：0.50% 이하, Mo：0.2~1.0%, Nb：0.01~0.03%, V：0.03~0.07%, B：0.0005~0.003%, Sol.Al：0.02~0.09%, N：0.01% 이하를 함유하고, 잔부는 실질적으로 Fe로 이루어지는 강에 의해, 로터 본체(11)가 구성되어 있어도 된다. 로터 본체(11)를 구성하는 재료는, 높은 내열성을 갖는 것임이 바람직하다. 로터 본체(11)의 내주면은, 도전율이 높은 구리 도금층으로 피복되어도 된다. 로터 본체(11)의 외주면에는, 복수의 방열 핀(14)이 설치되어 있다.
허브(12)는, 경방향에 있어서 로터 본체(11)보다 내측에 배치되어 있다. 허브(12)는, 로터 본체(11)로부터 축방향의 일방측으로 위치를 어긋나게 하여 배치되어 있다. 허브(12)는, 회전축(200)의 축심(X)을 중심으로 하는 개략 원환판형상을 이룬다. 허브(12)는, 지지 부재(30)를 통해, 회전축(200)에 장착된다. 허브(12)는, 예를 들면 강제이며, 전형적으로는 주철로 구성되어 있다.
복수의 스포크(13)는, 허브(12) 둘레에 있어서 방사상으로 배치되어 있다. 각 스포크(13)는, 허브(12)로부터 로터 본체(11)를 향해 경방향으로 연장되어 있다. 각 스포크(13)는, 회전축(200)에 장착된 허브(12)에 대해, 로터 본체(11)를 접속한다. 그로 인해, 로터 본체(11)는, 회전축(200), 허브(12), 및 스포크(13)와 함께 축심(X) 둘레로 회전한다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 로터 본체(11)와 허브(12) 사이에는, 예를 들면 8~10개 정도의 스포크(13)가 설치된다.
각 스포크(13)의 경방향 외측의 단부(131)는, 로터 본체(11)의 축방향의 일단부에 고정되어 있다. 각 스포크(13)의 경방향 내측의 단부(132)는, 허브(12)의 외주면에 형성된 오목부(121)에 삽입되어 있다. 단부(132)는, 허브(12)에 고정되어 있지 않다. 도 1에 나타내는 예에 있어서, 스포크(13)의 로터 본체(11) 측의 표면(133)은, 축방향에 대해 실질적으로 수직인 평면이 되어 있다.
스포크(13)는, 예를 들면, 탄소강이나 주강 등의 강자성 재료로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 스포크(13)는, 예를 들면, 크롬 몰리브덴강, 또는 저합금망 주강 등으로 구성된다. 스포크(13)를 구성하는 재료는, 높은 강도를 갖는 것임이 바람직하다. 스포크(13)의 재료는, 로터 본체(11)의 재료와 상이해도 되고, 동일해도 된다.
스테이터(20)는, 경방향에 있어서 로터 본체(11)의 내측에 배치되어 있다. 스테이터(20)는, 스테이터 케이스(21)와, 자석 유지 부재(22)와, 복수의 영구 자석(23)과, 복수의 폴 피스(24)를 포함하고 있다.
스테이터 케이스(21)는, 케이스 본체(211)와, 본체 유지 부재(212)를 포함한다. 케이스 본체(211)는, 축심(X)을 중심으로 하는 개략 원환판형상으로 형성되어 있다. 케이스 본체(211)는, 스포크(13)의 표면(133)과 대향한다. 케이스 본체(211)의 스포크(13) 측의 표면은, 스포크(13)의 표면(133)과 실질적으로 평행한 평면인 것이 바람직하다. 케이스 본체(211)는, 본체 유지 부재(212)에 고정되어 있다.
본체 유지 부재(212)는, 케이스 본체(211)에 대향하는 측부(212a)와, 측부(212a)로부터 케이스 본체(211)를 향해 돌출되는 저부(212b)를 포함한다. 저부(212b)는, 지지부(212c)를 통해, 차량의 비회전부에 장착된다. 케이스 본체(211)와, 본체 유지 부재(212)의 측부(212a) 및 저부(212b)에 의해, 스테이터(20)의 내부에 수용 공간이 형성된다. 이 수용 공간 내에, 자석 유지 부재(22), 복수의 영구 자석(23), 및 복수의 폴 피스(24)가 배치되어 있다.
자석 유지 부재(22)는, 축심(X)을 중심으로 하는 원통형상을 이룬다. 자석 유지 부재(22)는, 실질적으로 로터 본체(11)와 동축에 배치되어 있다. 자석 유지 부재(22)는, 예를 들면, 탄소강이나 주강 등의 강자성 재료로 구성되어 있다.
자석 유지 부재(22)는, 예를 들면 링형상의 슬라이드 플레이트(도시 생략)를 통해, 스테이터 케이스(21)에 대해 둘레 방향으로 슬라이딩 가능하게 장착된다. 자석 유지 부재(22)는, 링크 기구(도시 생략)에 의해, 에어 실린더나 전동 액추에이터 등의 구동 장치(도시 생략)에 접속되어 있다. 이 구동 장치가 작동함으로써, 자석 유지 부재(22)가 회전축(200) 둘레로 회전하고, 스테이터 케이스(21)에 대해 둘레 방향으로 이동한다. 자석 유지 부재(22)를 회전축(200) 둘레로 회전시킴으로써, 감속 장치(100)에 있어서 제동 상태와 비제동 상태가 전환된다.
도 2는, 감속 장치(100)를 회전축(200)의 축심(X)에 수직인 평면으로 절단했을 때의 부분 단면도이다. 도 2에서는, 스테이터 케이스(21)가 생략되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 자석 유지 부재(22)는, 그 외주면 상에 복수의 영구 자석(23)을 유지하고 있다. 이러한 영구 자석(23)은, 소정의 간격을 두고 둘레 방향으로 배열되어 있다. 영구 자석(23) 각각은, 예를 들면 접착제에 의해, 자석 유지 부재(22)의 외주면에 고정되어 있다. 영구 자석(23)은, 예를 들면, 네오디뮴 자석, 페라이트 자석, 또는 사마륨 코발트 자석 등이다.
영구 자석(23) 각각은, 한 쌍의 자극(N극, S극)을 갖는다. 각 영구 자석(23)의 자극의 방향은, 경방향을 따름과 더불어, 양 이웃의 영구 자석(23)의 자극의 방향과 반전되어 있다. 즉, 각 영구 자석(23)은, 경방향의 내측에 N극 또는 S극을 갖고, 경방향의 외측에 이와 반대인 S극 또는 N극을 갖는다.
폴 피스(24)는, 예를 들면, 탄소강이나 주강 등의 강자성 재료로 구성되어 있다. 폴 피스(24)는, 로터 본체(11)와 영구 자석(23) 사이에 있어서, 소정의 간격을 두고 둘레 방향으로 배열되어 있다. 본 실시 형태의 예에 있어서, 폴 피스(24)의 수는, 영구 자석(23)의 수와 같다.
[로터의 상세 구성]
이하, 도 3 및 도 4a~도 4f를 참조하여, 로터(10)의 구성을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은, 스포크(13) 측에서 본 로터(10)의 일부를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하여, 스포크(13)는, 로터 본체(11)와 허브(12) 사이에서 경방향으로 연장되어 있다. 스포크(13)의 경방향의 양단부(131, 132) 중, 외측의 단부(131)는, 예를 들면 용접에 의해, 원통형상의 로터 본체(11)의 단면에 고정되어 있다. 내측의 단부(132)는, 스포크(13)가 허브(12)에 대해 경방향으로 이동 가능하도록, 허브(12)의 오목부(121) 내에 끼워넣어져 있다.
스포크(13)는, 경방향의 전장 또는 대략 전장에 걸쳐, 균일한 형상의 횡단면을 갖는다. 스포크(13) 중, 적어도, 허브(12)로부터 노출되고 또한 로터 본체(11)에 고정되어 있지 않은 부분(134)에서는, 횡단면 형상이 일률적이다. 스포크(13)의 횡단면이란, 경방향으로 연장되는 스포크(13)를, 당해 경방향과 직교하는 평면으로 절단했을 때의 단면을 말한다. 즉, 도 3에 있어서의 IV-IV 단면이 스포크(13)의 횡단면이다.
도 4a~도 4f는, 로터(10)에 사용되는 스포크(13)의 횡단면 형상으로서 채용될 수 있는 형상을 예시하는 도면이다. 도 4a~도 4f에 각각 나타내는 스포크(13A~13F)는, 서로 상이한 횡단면 형상을 갖는다. 스포크(13)에는, 예를 들면, 스포크(13A~13F) 중 어느 하나가 적용된다.
도 4a~도 4f를 참조하여, 부호 C1이 부여된 일점 쇄선은, 둘레 방향에 있어서의 스포크(13A~13F)의 각 중심선(둘레 방향 폭의 중앙)이며, 부호 C2가 부여된 일점 쇄선은, 축방향에 있어서의 스포크(13A~13F)의 각 중심선(축방향 폭의 중앙)이다. 부호 N1이 부여된 2점 쇄선은, 스포크(13A~13F)를 각각 둘레 방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 스포크(13A~13F) 각각에 있어서, 둘레 방향의 굽힘을 받았을 때에 인장 응력 및 압축 응력 모두 발생하지 않는 중립면과, 횡단면의 교선이 중립축(N1)이 된다. 부호 N2가 부여된 2점 쇄선은, 스포크(13A~13F)를 각각 축방향으로 굽혔을 때의 중립축이다. 스포크(13A~13F) 각각에 있어서, 축방향의 굽힘을 받았을 때에 인장 응력 및 압축 응력 모두 발생하지 않는 중립면과, 횡단면의 교선이 중립축(N2)이 된다.
스포크(13A~13F) 전체에 있어서, 둘레 방향으로 굽혀졌을 때의 중립축(N1)은, 둘레 방향의 중심선(C1)보다 회전 방향(R)에서 전방에 위치한다. 즉, 스포크(13A~13F) 각각에 있어서, 중립축(N1)으로부터 회전 방향(R)의 전단까지의 거리(Df)는, 중립축(N1)으로부터 회전 방향(R)의 후단까지의 거리(Dr)보다 작다. 스포크(13A~13F)의 무게 중심은, 회전 방향(R)에 있어서 중심선(C1)보다 전방에 위치하고 있다. 스포크(13A~13F)의 각 횡단면은, 중심선(C1)에 대해 비대칭의 형상이 되어 있다.
또, 스포크(13A~13F) 전체에 있어서, 축방향으로 굽혀졌을 때의 중립축(N2)은, 축방향의 중심선(C2)보다 로터 본체(11) 측에 위치한다. 즉, 스포크(13A~13F) 각각에 있어서, 중립축(N2)으로부터 로터 본체(11) 측의 끝까지의 거리(Dp)는, 중립축(N2)으로부터 로터 본체(11)와 반대측의 끝까지의 거리(Dd)보다 작다. 스포크(13A~13F)의 무게 중심은, 축방향에 있어서 중심선(C2)보다 로터 본체(11)에 가까운 위치에 배치되어 있다. 스포크(13A~13F)의 각 횡단면은, 중심선(C2)에 대해 비대칭의 형상이 되어 있다. 스포크(13A~13F)의 각 횡단면 형상은, 어떠한 직선을 축에 취해도 매우 비대칭이다.
스포크(13A, 13B, 13D~13F)는, 각각, 회전 방향(R)의 후방을 향함에 따라 축방향의 길이가 실질적으로 감소하는 횡단면을 갖고 있다. 또, 스포크(13A, 13B, 13D~13F)의 각 횡단면에서는, 로터 본체(11)로부터 축방향으로 멀어짐에 따라 둘레 방향의 길이가 실질적으로 감소하고 있다. 즉, 스포크(13A, 13B, 13D~13F)는, 전체 또는 대략 전체적으로, 회전 방향(R)에 있어서 후방을 향할수록 끝이 가늘어짐과 더불어, 축방향에 있어서 로터 본체(11)의 반대측을 향할수록 끝이 가늘어지는 형상을 갖고 있다.
스포크(13A~13C)의 횡단면은, 복수의 직선에 의해 획정되어 있으며, 직선끼리의 사이에 각(角)을 갖는다. 한편, 스포크(13D, 13E)의 횡단면에서는, 직선끼리가 곡선에 의해 접속되어 있다. 스포크(13F)에서는, 횡단면의 윤곽이 곡선만으로 구성되어 있다. 즉, 스포크(13D~13F)는, 각이 없는 횡단면 형상을 갖고 있다.
스포크(13A~13E)에서는, 횡단면에서 봤을 때, 로터 본체(11) 측의 표면(133)이 전체적으로 직선형상으로 되어 있다. 즉, 스포크(13A~13E)의 로터 본체(11) 측의 표면(133)은, 축방향에 대해 실질적으로 수직인 평면이다. 이에 반해, 스포크(13F)의 로터 본체(11) 측의 표면(133)은, 횡단면에서 봤을 때 곡선형상으로 되어 있다.
[와전류식 감속 장치의 동작]
이하, 주로 도 5 및 도 6을 참조하여, 감속 장치(100)의 동작에 대해 설명한다. 도 5 및 도 6은, 각각, 감속 장치(100)의 제동 상태 및 비제동 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
(제동 상태)
우선, 도 5를 참조하여, 감속 장치(100)가 제동 상태에 있는 경우, 각 영구 자석(23)은, 폴 피스(24)의 바로 아래에 배치된다. 그로 인해, 각 영구 자석(23)으로부터의 자속은, 폴 피스(24)를 통과하여, 회전축(200)과 함께 회전하는 로터 본체(11)에 도달한다. 이에 의해, 로터 본체(11)의 내주면에 와전류가 발생한다. 이 와전류와 영구 자석(23)이 생성하는 자계의 상호 작용에 의해, 로터 본체(11)에는, 회전 방향(R)과 역방향의 제동력이 발생한다. 또, 와전류의 발생에 수반하여, 로터 본체(11)에서 줄열이 발생하여, 로터 본체(11)의 온도가 상승한다. 이에 의해, 로터 본체(11)의 열팽창이 발생한다.
로터 본체(11)에 회전 방향(R)과 역방향의 제동력이 발생하면, 로터 본체(11)에 고정된 스포크(13)에서는, 경방향 외측의 단부(131)에 대해, 회전 방향(R)과 역방향의 굽힘 하중(둘레 방향의 굽힘 하중)이 부하된다.
로터 본체(11)가 열팽창할 때에는, 로터 본체(11)의 축방향의 양단부 중, 스포크(13) 측의 단부와 비교하여, 스포크(13)에 의해 구속되어 있지 않은 측의 단부가 경방향 외측으로 크게 변형된다. 즉, 로터 본체(11)에서는, 스포크(13)와 반대측(도 5에 있어서 지면 안쪽)의 단부가 경방향 외측으로 휘는 변형이 발생한다. 이에 의해, 스포크(13)에는, 경방향 외측의 단부(131)에 대해, 로터 본체(11)와 반대측으로 누르는 굽힘 하중(축방향의 굽힘 하중)이 부하된다.
스포크(13)에서는, 둘레 방향의 굽힘 하중이 부하됨으로써, 회전 방향(R)에 있어서 전측으로 볼록해지는 굽힘 변형이 발생한다. 이에 의해, 스포크(13)에서는, 중립축(N1)(도 4a~도 4f)을 경계로 하여, 회전 방향(R)에 있어서 전측의 부분에 인장 응력이 발생하고, 후측의 부분에 압축 응력이 발생한다. 또, 스포크(13)에서는, 축방향의 굽힘이 부하됨으로써, 축방향에 있어서 로터 본체(11) 측으로 볼록해지는 굽힘 변형이 발생한다. 이에 의해, 스포크(13)에서는, 중립축(N2)(도 4a~도 4f)을 경계로 하여, 로터 본체(11) 측의 부분에 인장 응력이 발생하고, 로터 본체(11)와 반대측의 부분에 압축 응력이 발생한다.
(비제동 상태)
도 6을 참조하여, 감속 장치(100)가 제동 상태로부터 비제동 상태로 전환될 때에는, 자석 유지 부재(22)가 회전하고, 각 영구 자석(23)이 서로 이웃하는 폴 피스(24)를 걸치도록 배치된다. 비제동 상태에서는, 자석 유지 부재(22), 영구 자석(23), 및 폴 피스(24) 사이에서 자기 회로가 형성되며, 영구 자석(23)으로부터의 자속이 로터 본체(11)에 도달하지 않는다. 그로 인해, 로터 본체(11)에 대한 제동력은 해제된다. 또, 열팽창되어 있었던 로터 본체(11)는, 차츰 냉각되어, 원래의 원통형상으로 회복된다. 따라서, 스포크(13)에 대한 둘레 방향 및 축방향의 굽힘 하중, 그리고 스포크(13)에 있어서의 인장 응력 및 압축 응력이 제거된다.
[효과]
본 실시 형태에 따른 와전류식 감속 장치(100)에 있어서, 로터 본체(11)를 허브(12)에 접속하는 각 스포크(13)는, 둘레 방향으로 굽혀졌을 때의 중립축(N1)을 갖는다. 로터 본체(11)에 제동력이 발생하여, 둘레 방향의 굽힘 하중이 스포크(13)에 부하되었을 때에는, 중립축(N1)을 경계로 하여, 회전 방향(R)에 있어서 전측의 부분에 인장 응력이 발생하고, 후측의 부분에 압축 응력이 발생한다. 이들 응력의 절대값은, 중립축(N1)으로부터의 거리가 커질수록 높아진다.
본 실시 형태에서는, 스포크(13)의 둘레 방향의 중심선(C1)보다 회전 방향(R)에서 전방에, 중립축(N1)이 배치되어 있다. 그로 인해, 스포크(13)에 있어서, 중립축(N1)으로부터 회전 방향(R)의 전단까지의 거리(Df)는, 중립축(N1)으로부터 회전 방향(R)의 후단까지의 거리(Dr)보다 작아지고 있다. 이에 의해, 스포크(13)가 둘레 방향의 굽힘 하중을 받을 때, 인장 응력의 최대값을 저감할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 각 스포크(13)는, 또한, 축방향으로 굽혀졌을 때의 중립축(N2)을 갖는다. 로터 본체(11)의 열팽창에 기인하여 축방향의 굽힘 하중이 스포크(13)에 부하되었을 때에는, 중립축(N2)을 경계로 하여, 로터 본체(11) 측의 부분에 인장 응력이 발생하고, 로터 본체(11)와 반대측의 부분에 압축 응력이 발생한다. 이들 응력의 절대값은, 중립축(N2)으로부터의 거리가 커질수록 높아진다.
본 실시 형태에서는, 스포크(13)의 중심선(C2)보다 로터 본체(11) 측에, 중립축(N2)이 배치되어 있다. 그로 인해, 축방향에 있어서, 중립축(N2)으로부터 로터 본체(11) 측의 끝까지의 거리(Dp)는, 중립축(N2)으로부터 로터 본체(11)와 반대측의 끝까지의 거리(Dd)보다 작아지고 있다. 이에 의해, 스포크(13)가 축방향의 굽힘 하중을 받을 때, 인장 응력의 최대값을 저감할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 스포크(13)가 둘레 방향 및 축방향의 굽힘 하중을 받았을 때, 스포크(13)에 있어서 발생하는 인장 응력의 최대값이 작아지는 한편, 압축 응력의 최대값은 커진다. 그러나, 반복의 압축 응력은, 반복의 인장 응력과 비교하여, 스포크(13)의 피로 손상을 발생시키기 어렵다. 그로 인해, 스포크(13)에 있어서 발생하는 인장 응력의 최대값을 작게 하면, 그와 반대로 압축 응력의 최대값이 커졌다고 해도, 스포크(13)의 피로 손상을 억제하는 것이 가능해진다.
참고를 위하여, 도 7a~도 7c에 있어서, 종래의 스포크의 횡단면 형상을 예시한다. 도 7a 및 도 7b에 각각 나타내는 스포크(93A, 93B)에서는, 둘레 방향에 있어서의 굽힘의 중립축(N1)이 중심선(C1)과 일치하고 있다. 그로 인해, 스포크(93A, 93B)에 있어서, 중립축(N1)으로부터 회전 방향(R)의 전단까지의 거리(Df)는, 중립축(N1)으로부터 회전 방향(R)의 후단까지의 거리(Dr)와 같다. 이 경우, 스포크(93A, 93B)가 둘레 방향으로 굽혀졌을 때에 발생하는 인장 응력의 최대값은, 압축 응력의 최대값과 같아진다. 즉, 스포크(93A, 93B)의 횡단면 형상은, 둘레 방향의 굽힘 하중에 의해 발생하는 인장 응력을 저감하는 것은 아니다.
도 7c에 나타내는 스포크(93C)에서는, 축방향에 있어서의 굽힘의 중립축(N2)이 중심선(C2)과 일치하고 있다. 그로 인해, 스포크(93C)에 있어서, 중립축(N2)으로부터 로터 본체 측의 끝까지의 축방향의 거리(Dp)는, 중립축(N2)으로부터 로터 본체와 반대측의 끝까지의 축방향의 거리(Dd)와 같다. 이 경우, 스포크(93C)가 축방향으로 굽혀졌을 때에 발생하는 인장 응력의 최대값은, 압축 응력의 최대값과 같아진다. 즉, 스포크(93C)의 횡단면 형상은, 축방향의 굽힘 하중에 의해 발생하는 인장 응력을 저감하는 것은 아니다.
이러한 종래의 스포크에 대해, 본 실시 형태에 있어서의 스포크(13)는, 둘레 방향의 굽힘 하중 및 축방향의 굽힘 하중의 쌍방을 고려하여, 둘레 방향의 굽힘에 의한 인장 응력 및 축방향의 굽힘에 의한 인장 응력을 동시에 저감할 수 있는 횡단면 형상을 채용하고 있다. 그로 인해, 스포크(13)의 피로 손상을 효과적으로 억제할 수 있어, 스포크(13)의 피로 수명을 연장할 수 있다. 그 결과, 스포크(13)를 포함하는 와전류식 감속 장치(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 스포크(13)의 횡단면의 면적 및 스포크(13)의 중량을 증가시키는 일 없이, 스포크(13)의 횡단면 형상을 고안하는 것만으로, 스포크(13)의 피로 손상을 억제할 수 있다. 스포크(13)가 피로 손상되기 어려워짐으로써, 각 스포크(13)를 소형화하거나, 혹은, 와전류식 감속 장치(100)에 설치되는 스포크(13)의 수를 감소시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 와전류식 감속 장치(100)를 소형 경량화할 수 있어, 와전류식 감속 장치(100)의 차량에 대한 탑재성을 향상시킬 수 있다. 또, 와전류식 감속 장치(100)가 탑재되는 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 스포크(13)는, 로터 본체(11)에 발생하는 제동력 및 로터 본체(11)의 열팽창에 기인하여 둘레 방향 및 축방향의 굽힘 하중이 반복해서 부하되어도, 피로 손상되기 어려운 횡단면 형상을 갖고 있다. 따라서, 이 스포크(13)를 이용한 와전류식 감속 장치(100)를 고제동력화할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 도 4a~도 4e에 예시되는 스포크(13A~13E)의 로터 본체(11) 측의 표면(133)은, 축방향에 대해 실질적으로 수직인 평면으로 되어 있다. 이에 의해, 로터 본체(11)의 내측에 배치된 스테이터(20)에 스포크(13)를 근접시킬 수 있어, 와전류식 감속 장치(100)의 축방향의 치수를 작게 할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 도 4a, 도 4b, 및 도 4d~도 4f에 예시되는 스포크(13A, 13B, 13D~13F)는, 각각, 회전 방향(R)의 후방을 향함에 따라 축방향의 길이가 감소하는 횡단면을 갖고 있다. 이 경우, 로터(10)의 회전 중, 스포크(13A, 13B, 13D~13F)의 표면을 회전 방향(R)의 후방으로 흐르는 기류가 당해 표면으로부터 박리되기 어려워진다. 그로 인해, 로터(10)의 공기 저항을 저감할 수 있다.
특히, 스포크(13D~13F)는, 각이 없는 횡단면 형상을 갖고 있다. 이에 의해, 로터(10)의 공기 저항을 보다 저감할 수 있다.
이상, 본 개시에 따른 실시 형태에 대해 설명했는데, 본 개시는 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 한 다양한 변경이 가능하다.
상기 실시 형태에 있어서, 스포크(13A~13E)의 로터 본체(11) 측의 표면(133)은, 실질적으로 평평한 면이다. 그러나, 스포크(13)의 표면(133)의 형상은, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 스포크(13)의 표면(133)은, 예를 들면, 로터 본체(11) 측으로 볼록한 곡면이어도 되고, 이와 역방향의 오목 곡면이어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 스테이터(20)는, 경방향에 있어서 로터 본체(11)의 내측에 배치되어 있다. 그러나, 스테이터(20)는, 경방향에 있어서 로터 본체(11)의 외측에 배치되어 있어도 된다.
상기 실시 형태에서는, 영구 자석식의 와전류식 감속 장치(100)에, 스포크(13)를 포함하는 로터(10)가 사용되어 있다. 그러나, 전자석식의 와전류식 감속 장치에 로터(10)를 사용하는 것도 가능하다. 즉, 감속 장치(100)에 있어서, 자석 유지 부재(22), 영구 자석(23), 및 폴 피스(24) 등을 대신하여 전자석을 설치하는 것도 가능하다. 상기 실시 형태에 있어서의 스포크(13)의 횡단면 형상을 채용함에 있어서, 스테이터(20)의 구조는, 특별히 한정되는 것은 아니다.
100: 와전류식 감속 장치 10: 로터
11: 로터 본체 12: 허브
13, 13A~13F: 스포크 20: 스테이터
200: 회전축 N1, N2: 중립축
C1, C2: 중심선

Claims (3)

  1. 와전류식 감속 장치로서,
    회전축에 장착되는 허브와, 원통형상의 로터 본체와, 상기 허브로부터 상기 로터 본체를 향해 연장되고, 상기 로터 본체의 축방향의 일단부에 고정되는 스포크를 포함하고, 상기 회전축과 함께 회전하는 로터와,
    상기 로터 본체의 내측 또는 외측에 배치되는 스테이터
    를 구비하고,
    상기 스포크는,
    상기 스포크를 상기 로터 본체의 둘레 방향으로 굽혔을 때의 중립축이며, 상기 둘레 방향에 있어서의 상기 스포크의 중심선보다 상기 로터의 회전 방향에서 전방에 위치하는 제1 중립축과,
    상기 스포크를 상기 축방향으로 굽혔을 때의 중립축이며, 상기 축방향에 있어서의 상기 스포크의 중심선보다 상기 로터 본체 측에 위치하는 제2 중립축
    을 갖는, 감속 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스포크 중 상기 로터 본체 측의 표면은, 상기 축방향에 대해 수직인 평면인, 감속 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 스포크는, 상기 회전 방향의 후방을 향함에 따라 상기 축방향의 길이가 감소하는 횡단면을 갖는, 감속 장치.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001314073A (ja) 2000-04-28 2001-11-09 Sumitomo Metal Ind Ltd 渦電流式減速装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19509628A1 (de) * 1995-03-21 1996-10-10 Teldix Gmbh Magnetisch gelagertes, lagestabilisierbares Schwungrad
JP2001078425A (ja) 1999-09-03 2001-03-23 Isuzu Motors Ltd 渦電流減速装置
US6371252B1 (en) * 2001-08-30 2002-04-16 Shimano Inc. Bicycle disc brake hub
US6724115B2 (en) * 2001-10-24 2004-04-20 Denso Corporation High electrical and mechanical response structure of motor-generator
JP4466291B2 (ja) * 2003-09-02 2010-05-26 住友金属工業株式会社 渦電流式減速装置
US7028947B2 (en) * 2004-04-30 2006-04-18 Mlho, Inc. Self-powered tethered decoy for heat-seeking transport aircraft missile defense
JP4728639B2 (ja) * 2004-12-27 2011-07-20 株式会社デンソー 電動車輪
JP2008148519A (ja) * 2006-12-13 2008-06-26 Denso Corp リラクタンス型電機
DE102010019317A1 (de) * 2010-05-03 2011-11-03 Voith Turbo Smi Technologies Gmbh & Co. Kg Rotor für einen Permanentmagnetretarder
JP5621794B2 (ja) * 2012-01-30 2014-11-12 株式会社デンソー 磁気変調式複軸モータ
JP5796613B2 (ja) * 2012-12-07 2015-10-21 株式会社デンソー マルチギャップ型回転電機
US9267560B2 (en) * 2013-07-31 2016-02-23 Shimano Inc. Bicycle disc brake rotor assembly and bicycle disc brake rotor
JP2016077064A (ja) * 2014-10-03 2016-05-12 株式会社デンソー 回転電機
JP2016111842A (ja) * 2014-12-08 2016-06-20 株式会社デンソー ダブルステータ型回転電機
JP6477256B2 (ja) * 2015-05-28 2019-03-06 株式会社デンソー 回転電機
JP6133936B2 (ja) * 2015-07-02 2017-05-24 サンスター・シンガポール・プライベート・リミテッド 金属板成形品及びその製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001314073A (ja) 2000-04-28 2001-11-09 Sumitomo Metal Ind Ltd 渦電流式減速装置

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