KR20190094434A - 와전류식 감속장치 - Google Patents

Abstract

감속장치는, 로터(1)와, 복수의 핀(8)과, 복수의 영구자석(3)과, 스위칭 기구와, 제1 커버(21)와, 제2 커버(22)와, 커버 전환 기구를 구비한다. 핀(8)은, 로터(1)의 외주면(1a)에 설치되고, 로터(1)의 회전 방향에 대해서 경사진다. 자석(3)은, 로터(1)의 안쪽에 배열된다. 스위칭 기구는 제동 상태와 비 제동 상태로 전환한다. 제1 커버(21)는, 로터(1)의 단면(1c)과 대향하고, 복수의 구멍(21a)을 가진다. 제2 커버(22)는, 제1 커버(21)의 외주연으로부터 로터(1) 측으로 돌출한다. 커버 전환 기구는, 제동 상태일 때에 구멍(21a)을 개방하고, 비 제동 상태일 때에 구멍(21a)을 폐색한다. 제1 커버(21)는, 핀(8)의 선행 단부(8a)가 존재하는 측에 배치된다. 감속장치는, 풍손의 억제 및 방열 성능의 확보를 실현한다.

Description

와전류식 감속장치

본 발명은 트럭, 버스 등의 차량에 보조 브레이크로서 탑재되는 감속장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제동력을 발생시키기 위해서 영구자석(이하, 간단히 「자석」이라고도 한다)을 이용한 와전류식 감속장치(이하, 간단히 「감속장치」라고도 한다)에 관한 것이다.

일반적으로 와전류식 감속장치는 원통형상의 제동 부재를 구비한다. 제동 부재는 차량의 회전축에 장착되는 로터이다. 통상, 로터의 내주면과 대향하는 복수의 자석이 회전축 둘레로 배열된다. 로터의 내주면과 자석의 간극에, 복수의 폴 피스가 회전축 둘레로 배열된다. 스위칭 기구에 의해서, 폴 피스에 대한 자석의 위치가 전환되어, 제동과 비 제동이 전환된다.

제동 시, 자석으로부터의 자속이 폴 피스를 통해서 로터에 도달한다. 즉, 자석과 로터의 사이에 자기회로가 형성된다. 이에 의해, 회전축과 일체로 회전하는 로터의 내주면에 와전류가 발생한다. 그 결과, 로터에 제동 토크가 작용해, 회전축의 회전 속도가 감소한다. 한편, 비 제동 시에는, 자석으로부터의 자속이 로터에 도달하지 않는다. 즉, 자석과 로터의 사이에 자기회로가 형성되지 않는다. 이 때문에, 로터의 내주면에 와전류가 발생하지 않고, 제동 토크가 발생하지 않는다.

제동 시에는 와전류의 발생에 따라 로터가 발열한다. 로터가 발열하면, 로터로부터의 복사열에 의해서 자석이 가열된다. 로터가 자석을 포위하고 있기 때문이다. 자석이 과도하게 가열되면, 자석이 보유하는 자력이 감소해, 감속장치의 성능이 저하된다. 이 때문에, 복수의 핀이 로터의 외주면에 설치된다. 핀은, 로터에 생긴 열을 효율적으로 외부에 방출한다.

여기서, 차량이 통상적으로 주행하고 있을 때, 즉 비 제동 시, 핀은 로터와 일체로 회전한다. 핀은 외부에 표출되어 있기 때문에, 로터(회전축)의 원활한 회전을 방해하는 저항이 된다. 핀에 의한 회전 저항은 풍손이라고도 칭해진다. 풍손이 증대하면, 연비의 저하로 연결된다. 따라서, 감속장치에는, 핀에 의한 풍손을 억제하는 것이 요구된다.

풍손을 억제하는 기술은 예를 들면, 일본국 실개 평7-3286호 공보(특허문헌 1) 및 일본국 특개 평5-308770호 공보(특허문헌 2)에 개시된다. 특허문헌 1에 개시된 종래의 감속장치에서는, 핀이 설치된 로터를 외주측으로부터 덮도록, 복수의 커버가 배치되어 있다. 각 커버는 로터의 지름 방향의 외측을 향해서 튀어 오르듯이 가동한다. 비 제동 시, 각 커버가 핀을 덮은 상태가 된다. 이 때문에, 핀에 의한 풍손을 저감할 수 있다. 한편, 제동 시에는, 각 커버가 튀어올라, 핀이 외부에 표출한 상태가 된다. 이 때문에, 핀의 방열 성능을 확보할 수 있다.

특허문헌 2에 개시된 종래의 감속장치에서는, 핀이 설치된 로터를 외주측으로부터 덮도록 원통형상의 커버가 배치되어 있다. 커버는 회전축 방향으로 슬라이드 가능하다. 비 제동 시, 커버가 핀을 덮은 상태가 된다. 이 때문에, 핀에 의한 풍손을 저감할 수 있다. 한편, 제동 시에는 커버가 슬라이드해, 핀이 외부에 표출한 상태가 된다. 이 때문에, 핀의 방열 성능을 확보할 수 있다.

일본국 실개 평7-3286호 공보 일본국 특개 평5-308770호 공보

특허문헌 1에 개시된 종래의 감속장치에서는, 복수의 커버가 로터의 회전축 방향의 전역을 외주측으로부터 덮는다. 그리고, 각 커버의 지름 방향으로의 가동역을 확보하기 위해, 장치 자체가 지름 방향으로 확대한다. 특허문헌 2에 개시된 종래의 감속장치에서는, 커버가 로터의 회전축 방향의 전역을 외주측으로부터 덮는다. 그리고, 커버의 회전축 방향으로의 가동역을 확보하기 위해, 장치 자체가 회전축 방향으로 확대한다. 즉, 종래의 감속장치에서는, 장치 자체의 확대가 문제가 된다. 차량에 있어서 감속장치가 탑재되는 공간은 한정되어 있기 때문이다.

본 발명의 목적은 장치 자체의 확대를 억제하면서, 풍손의 억제 및 방열 성능의 확보를 실현할 수 있는 와전류식 감속장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시형태에 의한 와전류식 감속장치는 원통형상의 로터와, 복수의 핀과, 복수의 영구자석과, 스위칭 기구와, 원판형상의 제1 커버와, 원통형상의 제2 커버와, 커버 전환 기구를 구비한다. 로터는 회전축에 장착된다. 복수의 핀은 로터의 외주면에 설치되고, 로터의 회전 방향에 대해서 경사지고 있다. 복수의 영구자석은 로터의 내주면과 간극을 두고 대향하도록 회전축 둘레로 배열되어 있다. 스위칭 기구는 영구자석과 로터의 사이에 자기회로가 형성되는 제동 상태와, 영구자석과 로터의 사이에 자기회로가 형성되지 않는 비 제동 상태로 전환한다. 제1 커버는 로터의 2개의 단면 중 한쪽의 단면과 간극을 두고 대향하고, 복수의 구멍을 가진다. 제2 커버는 제1 커버의 외주연으로부터 로터 측으로 돌출한다. 커버 전환 기구는 제동 상태일 때에 제1 커버의 구멍을 개방하고, 비 제동 상태일 때에 제1 커버의 구멍을 폐색한다. 제1 커버는 핀 각각의 2개의 단부 중, 로터의 회전 방향으로 선행하는 단부가 존재하는 측에 배치되어 있다.

본 발명의 실시형태에 의한 와전류식 감속장치에 의하면, 장치 자체의 확대를 억제하면서 풍손의 억제 및 방열 성능의 확보를 실현할 수 있다.

도 1은, 시뮬레이션 해석으로 이용한 감속장치의 모델의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 감속장치의 주된 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은, 로터를 외주측에서 보았을 때의 평면도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 모델을 이용하여 기류의 열 유체 해석을 실시했을 때의 결과를 나타내는 도이다.
도 5는, 본 발명의 실시형태에 의한 감속장치의 주된 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6a는, 도 5에 나타내는 감속장치에 의한 비 제동 시 상태를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 6b는, 도 5에 나타내는 감속장치에 의한 제동 시 상태를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 7은, 도 5에 나타내는 감속장치에 있어서의 자석의 배열의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 8a는, 도 5에 나타내는 감속장치에 의한 비 제동 시 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 8b는, 도 5에 나타내는 감속장치에 의한 제동 시 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, 비 제동 시의 풍손에 관한 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 10은, 제동 시의 방열 성능에 관한 평가 결과를 나타내는 도이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 여러 가지의 실험 및 시뮬레이션 해석을 실시해, 열심히 검토를 거듭했다. 그 결과, 하기의 지견을 얻었다.

도 1은, 시뮬레이션 해석으로 이용한 감속장치의 모델의 일부를 나타내는 사시도이다. 도 2는, 감속장치의 주된 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 3은, 로터를 외주측에서 보았을 때의 평면도이다. 또한, 도 2에 나타내는 단면은 회전축에 따른 단면이다.

도 1~도 3을 참조하여 제동 부재로서의 원통형상(드럼형상)의 로터(1)는 암(5) 및 휠(6)을 통하여 회전축(10)에 장착되어, 회전축(10)과 일체화된다. 로터(1)는 회전축(10)과 일체로 회전한다. 또한, 로터(1)는 한방향으로 회전 가능해도 된다. 로터(1)에 생긴 열을 방열하기 위해, 로터(1)의 외주면(1a)에 복수의 핀(8)이 설치된다. 각 핀(8)은 로터(1)의 회전 방향에 대해서 경사져 있다. 로터(1)의 회전에 따라 각 핀(8)이 회전해, 각 핀(8)이 기류보다 압력을 받는다. 각 핀(8)이 받은 압력이 회전의 저항력이 된다. 이와 같이 각 핀(8)이 기류보다 압력을 받음으로써, 풍손이 생긴다고 생각된다.

도 4는 도 1에 나타내는 모델을 이용해 기류의 열 유체 해석을 실시했을 때의 결과를 나타내는 도이다. 도 4에 나타내는 결과는 도 3에 나타내는 영역(A)에 작용하는 가스 압력의 분포를 표시한다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 각 핀(8)은 전역에서 똑같은 압력을 받는 것은 아니다.

복수의 핀(8) 각각의 회전축 방향의 2개의 단부(8a, 8b) 중, 로터(1)의 회전 방향으로 선행하는 단부(이하, 「선행 단부」라고도 한다)(8a)가 국부적으로 높은 압력을 받는다. 이 때문에, 각 핀(8)이 받는 회전의 저항력은 각 핀(8)의 선행 단부(8a)에서 가장 높아진다. 따라서, 비 제동 시에 풍손을 효과적으로 억제하기 위해서는 각 핀(8)의 선행 단부(8a)가 받는 가스 압력을 저감하면 된다. 즉, 각 핀(8)의 선행 단부(8a)를 포함하는 한정적인 영역을 커버로 덮으면 된다.

또, 그 커버에 복수의 구멍을 설치하고, 제동 시에 이러한 구멍을 개방한 상태로 하며, 비 제동 시에 이러한 구멍을 폐색한 상태로 하면 된다. 제동 시, 커버의 구멍이 개방되어 있으면 가스(공기)가 외부에서 구멍을 통해서 각 핀(8)에 도입되어 핀(8)의 방열 성능을 확보할 수 있다.

본 발명은 상기의 지견에 의거하여 완성된 것이다.

본 발명의 실시형태에 의한 와전류식 감속장치는 원통형상의 로터와, 복수의 핀과, 복수의 영구자석과, 스위칭 기구와, 원판형상의 제1 커버와, 원통형상의 제2 커버와, 커버 전환 기구를 구비한다. 로터는 회전축에 장착된다. 복수의 핀은 로터의 외주면에 설치되고, 로터의 회전 방향에 대해서 경사지고 있다. 복수의 영구자석은 로터의 내주면과 간극을 두고 대향하도록 회전축 둘레로 배열되어 있다. 스위칭 기구는 영구자석과 로터의 사이에 자기회로가 형성되는 제동 상태와, 영구자석과 로터의 사이에 자기회로가 형성되지 않는 비 제동 상태로 전환한다. 제1 커버는 로터의 2개의 단면 중 한쪽의 단면과 간극을 두고 대향하고, 복수의 구멍을 가진다. 제2 커버는 제1 커버의 외주연으로부터 로터 측으로 돌출한다. 커버 전환 기구는 제동 상태일 때에 제1 커버의 구멍을 개방하고, 비 제동 상태일 때에 제1 커버의 구멍을 폐색한다. 제1 커버는 핀 각각의 2개의 단부 중, 로터의 회전 방향으로 선행하는 단부가 존재하는 측에 배치되어 있다.

본 실시형태의 감속장치에 의하면 비 제동 시, 각 핀의 선행 단부 부근의 한정적인 영역이 제1 및 제2 커버로 덮여지고, 제1 커버의 구멍이 폐색된다. 이에 의해, 각 핀의 선행 단부에 도입되는 가스(공기)가 적어진다. 이 때문에, 각 핀의 선행 단부가 받는 가스 압력을 저감할 수 있다. 그 결과, 핀에 의한 풍손을 억제할 수 있다. 한편, 제동 시, 제1 커버의 구멍이 개방된다. 이에 의해, 가스(공기)가 외부에서 구멍을 통해서 각 핀에 도입된다. 그 결과, 핀의 방열 성능을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 감속장치에 의하면 제1 및 제2 커버는 로터의 회전축 방향의 전역을 외주측으로부터 덮은 것은 아니다. 제1 및 제2 커버는 가동하는 것은 아니다. 따라서, 장치 자체의 확대는 억제된다.

제1 커버에 설치되는 구멍의 개수는 복수인 한 특별히 한정하지 않는다. 단, 구멍의 역할은 제동 시에 외부로부터 각 핀에 공기를 도입하는 것이다. 이 때문에, 구멍의 총면적은 크고, 또한 구멍의 가장자리부의 총 길이(둘레의 총합)는 작은 것이 바람직하다. 구멍의 가장자리부의 총길이가 크면 공기가 도입될 때에 가장자리부에서 받는 저항의 영향이 커지고, 구멍의 총면적을 일정하게 했을 경우에 도입되는 공기량이 상대적으로 감소하기 때문이다. 일정한 면적을 가지는 단일구멍의 경우, 가장 가장자리 길이가 작아지는 구멍의 형상은 원형이다. 이 때문에, 실용적인 구멍의 형상은 원형이다. 단, 구멍의 총면적을 크게 하기 위해서, 구멍의 형상은 타원형, 삼각형 및 사각형과 같은 정형이어도 되고, 부정형으로 해도 된다. 또, 구멍의 위치는 특별히 한정되지 않는다. 단, 구멍의 역할을 고려하면 구멍의 위치는 각 핀의 선행 단부에 가까운 것이 바람직하다.

본 실시형태의 감속장치에 있어서, 로터의 회전축 방향의 길이를 W로 하고, 로터와 제2 커버가 겹치는 영역의 회전축 방향의 길이를 L로 했을 경우, 길이 W에 대한 길이 L의 비율 L/W이, 0%를 넘고, 16%이하인 것이 바람직하다. 비율 L/W이 0%를 넘으면 제1 및 제2 커버가 없을 때보다 풍손을 저감할 수 있다. 보다 효과적으로 풍손을 저감하려면 비율 L/W이 6% 이상인 것이 바람직하다. 한편, 비율 L/W이 16% 이하이면 제1 및 제2 커버가 없을 때와 동등한 핀의 방열 성능을 확보할 수 있다. 보다 바람직하게는 비율 L/W이 14% 이하이다. 더욱 바람직하게는 비율 L/W이 12% 이하이다.

전형적인 예로는 커버 전환 기구는 제1 커버에 인접하여 회전축 둘레로 회전 가능한 판형상 부재를 포함한다. 판형상 부재가 제1 커버에 대해서 회전하고, 판형상 부재가 제1 커버의 구멍을 개방하는 상태와, 판형상 부재가 제1 커버의 구멍을 폐색하는 상태로 전환된다. 이 경우, 예를 들면, 제1 커버의 구멍 각각의 위치에 대응하도록, 판형상 부재에 개구가 설치되어 있으면 된다. 개구는 대응의 구멍보다 큰 한, 그 형상은 한정되지 않는다.

전형적인 예로는 커버 전환 기구는 판형상 부재에 더하여, 판형상 부재에 접속된 유체압 실린더를 포함한다. 유체압 실린더의 작동에 의해, 판형상 부재가 제1 커버에 대해서 회전한다. 이 회전에 의해, 판형상 부재가 제1 커버의 구멍을 개방하는 상태와, 판형상 부재가 제1 커버의 구멍을 폐색하는 상태로 전환된다. 그 유체압 실린더는 에어 실린더, 유압 실린더 등이다.

전형적인 예로는 감속장치는 복수의 폴 피스와, 자석 유지 링과, 하우징을 구비한다. 복수의 폴 피스는 로터와 영구자석의 간극에 설치되고, 회전축 둘레로 배열되어 있다. 자석 유지 링은 영구자석을 유지한다. 하우징은 자석 유지 링을 회전축 둘레로 회전 가능하게 지지함과 함께, 폴 피스를 유지한다. 스위칭 기구는 자석 유지 링에 접속된 유체압 실린더를 포함한다. 유체압 실린더의 작동에 의해, 자석 유지 링이 폴 피스에 대해서 회전하여, 폴 피스에 대한 영구자석의 위치가 전환된다. 그 유체압 실린더는 에어 실린더, 유압 실린더 등이다.

상기의 전형적인 예에 있어서, 커버 전환 기구의 유체압 실린더와 스위칭 기구의 유체압 실린더를 겸용할 수 있다. 구체적으로는, 스위칭 기구의 유체압 실린더가 커버 전환 기구의 판형상 부재에도 접속되어 있다. 이 경우, 유체압 실린더의 작동에 의해, 자석 유지 링이 폴 피스에 대해서 회전하는 것과 함께, 판형상 부재가 제1 커버에 대해서 회전한다. 이에 의해, 폴 피스에 대한 영구자석의 위치가 전환됨과 함께, 판형상 부재가 제1 커버의 구멍을 개방하는 상태와, 판형상 부재가 제1 커버의 구멍을 폐색하는 상태로 전환된다. 이러한 구성은 부품 점수의 삭감 및 전환 제어의 용이성에 유용하다.

이하에 본 발명의 와전류식 감속장치에 대해서, 그 실시형태를 상세히 서술한다.

도 5는 본 발명의 실시형태에 의한 감속장치의 주된 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 6a는 그 감속장치에 의한 비 제동 시의 상태를 모식적으로 나타내는 정면도이다. 도 6b는 그 감속장치에 의한 제동 시의 상태를 모식적으로 나타내는 정면도이다. 도 7은 그 감속장치에 있어서의 자석의 배열의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 8a는 그 감속장치에 의한 비 제동 시의 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 8b는 그 감속장치에 의한 제동 시의 상태를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 5에 나타내는 단면은 회전축에 따른 단면이다. 도 8a 및 도 8b에 나타내는 단면은 회전축에 수직인 단면이다.

도 5~도 8b를 참조하여, 감속장치는 원통형상의 로터(1)와, 로터(1)의 안쪽에 배치된 스테이터(7)을 구비한다. 로터(1)는 제동 토크가 부여되는 제동 부재에 상당한다. 로터(1)는 차량의 회전축(10)(예：프로펠러 샤프트, 드라이브 샤프트 등)에 암(5) 및 휠(6)을 통하여 고정된다. 이에 의해, 로터(1)는 회전축(10)과 일체로 회전한다. 로터(1)의 외주면(1a)에 복수의 핀(8)이 설치된다. 각 핀(8)은 로터(1)의 회전 방향에 대해서 소정의 각도(예：30°~60°의 범위)로 경사져 있다(도 3 참조). 핀(8)의 역할은 로터(1)에 생긴 열을 방열하는 것이다.

스테이터(7)는 복수의 영구자석(3)과, 원통형상의 자석 유지 링(2)과, 복수의 폴 피스(4)와, 도시하지 않는 하우징을 포함한다. 자석 유지 링(2)은 로터(1)와 동심형상으로 배치된다. 자석 유지 링(2)은 하우징에 의해서, 회전축(10) 둘레로 회전 가능하게 지지된다. 하우징은 도시하지 않은 차량의 비회전부(예：트랜스미션 커버)에 고정된다.

자석 유지 링(2)의 외주에는 복수의 영구자석(3)이 고정된다. 자석(3)은 로터(1)의 내주면(1b)과 간극을 두고 대향하고, 회전축(10) 둘레로 배열된다. 각 자석(3)의 자극(N극, S극)의 배치는 회전축(10)을 중심으로 하는 지름 방향이다. 서로 인접하는 자석(3)들의 자극의 배치는 교대로 상이하다(도 7 참조).

로터(1)의 내주면(1b)과 자석(3)의 간극에는, 복수의 강자성체의 폴 피스(4)가 배치된다. 폴 피스(4)는 회전축(10) 둘레로 배열된다. 폴 피스(4)의 회전축(10) 둘레의 배치 각도는 자석(3)의 회전축(10) 둘레의 배치 각도와 일치한다(도 8a 및 도 8b 참조). 폴 피스(4)는 각각의 양측부가 하우징에 의해서 유지된다.

자석 유지 링(2)에서는 도시하지 않는 레버가 회전축(10)과 평행하게 돌출한다. 그 레버에 도시하지 않는 링크 기구를 통하여, 에어 실린더의 피스톤 로드가 접속된다. 에어 실린더는 유체압 실린더에 상당한다. 에어 실린더는 하우징에 고정된다.

도시하지 않는 제어장치로부터의 지령에 의해, 에어 실린더는 압축 공기를 동력으로 하여 작동한다. 에어 실린더의 작동에 의해서, 피스톤 로드가 진퇴한다. 피스톤 로드의 진퇴에 의해서, 자석 유지 링(2)이 회전하고, 폴 피스(4)에 대한 자석(3)의 위치가 전환된다. 이에 의해, 제동 상태와 비 제동 상태가 전환된다.

도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 로터(1)는 2개의 단면(1c, 1d)을 가진다. 이하의 설명에서는 편의상, 핀(8)의 선행 단부(8a)가 존재하는 측의 한쪽의 단면(1c)을 제1 단면이라고도 한다. 다른쪽의 단면(1d)을 제2 단면이라고도 한다. 로터(1)의 제1 단면(1c)과 간극(c1)을 두어 대향하도록 원판형상의 제1 커버(21)가 배치된다. 제1 커버(21)는 하우징에 고정된다. 제1 커버(21)에는 복수의 원 형태의 구멍(21a)이 설치되어 있다. 복수의 구멍(21a)은 동일 원주 상에 일정한 간격을 두어 배치된다.

제1 커버(21)의 외주연으로부터 로터 측으로 원통형상의 제2 커버(22)가 돌출한다. 제1 커버(21)와 제2 커버(22)는 일체이다. 제2 커버(22)와 핀(8)의 꼭대기면(8c)의 사이에는 간극(c2)이 설치된다. 또, 로터(1)의 회전축(10) 방향의 길이(이하, 「로터 전체 길이」라고도 말한다)를 W로 하고, 로터(1)와 제2 커버(22)가 겹치는 영역의 회전축 방향의 길이(이하, 「제2 커버 겹침 길이」라고도 말한다)를 L로 했을 경우, 로터 전체 길이 W에 대한 제2 커버 겹침 길이 L의 비율 L/W은, 0%를 넘고, 16% 이하이다.

이와 같이, 본 실시형태에서는 각 핀(8)의 선행 단부(8a) 부근의 한정적인 영역이 제1 커버(21) 및 제2 커버(22)에 의해서 덮여져있다.

제1 커버(21)에 인접하여 판형상 부재(23)가 배치된다. 판형상 부재(23)는 제1 커버(21)에 대해서 회전축(10) 둘레로 회전 가능하게 지지된다. 판형상 부재(23)에는 제1 커버(21)의 구멍(21a) 각각의 위치에 대응하도록, 복수의 노치(23a)가 설치되어 있다. 노치(23a)는 개구에 상응한다. 노치(23a) 각각의 크기는 구멍(21a) 각각의 크기보다 크다.

판형상 부재(23)로부터는 도시하지 않은 레버가 회전축(10)과 평행하게 돌출한다. 그 레버에 도시하지 않는 링크 기구를 통하여, 상기의 에어 실린더의 피스톤 로드가 접속된다. 즉, 자석 유지 링(2)과 판형상 부재(23)는 동일한 에어 실린더에 접속된다.

에어 실린더의 작동에 의해서, 피스톤 로드가 진퇴한다. 피스톤 로드의 진퇴에 의해서, 판형상 부재(23)가 제1 커버(21)에 대해서 회전하고, 구멍(21a)과 노치(23a)의 상대적인 위치가 전환된다. 이에 의해, 판형상 부재(23)가 제1 커버(21)의 구멍(21a)을 개방하는 상태와, 판형상 부재(23)가 제1 커버(21)의 구멍(21a)을 폐색하는 상태로 전환된다.

비 제동 시, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 폴 피스(4)가 인접하는 자석(3)들에 균등하게 걸쳐 있다. 이 상태에서는, 제동 토크는 발생하지 않는다.

비 제동 시의 자석(3)에서의 자속은 다음과 같은 상황이 된다. 도 8a를 참조해, 서로 인접하는 자석(3) 중 한쪽의 자석(3)의 N극에서 나온 자속은 폴 피스(4)를 통한 후, 다른 쪽의 자석(3)의 S극에 도달한다. 다른 쪽의 자석(3)의 N극에서 나온 자속은 자석 유지 링(2)을 통해서 한쪽의 자석(3)의 S극에 도달한다. 즉, 자석(3)과 로터(1)의 사이에 자기회로는 형성되지 않는다. 따라서, 회전축(10)과 일체로 회전하는 로터(1)에 제동 토크는 발생하지 않는다.

또, 비 제동 시, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 판형상 부재(23)가 제1 커버(21)의 구멍(21a)을 폐색한 상태로 되어 있다. 그러면, 제1 커버(21) 및 제2 커버(22)에 의해서, 각 핀(8)의 선행 단부(8a)로의 공기의 도입을 방해할 수 있다. 이에 의해, 각 핀(8)의 선행 단부(8a)에 도입되는 공기가 적게 된다. 이 때문에, 각 핀(8)의 선행 단부(8a)가 받는 가스 압력을 저감할 수 있다. 그 결과, 핀(8)에 의한 풍손을 억제할 수 있다.

한편, 제동 시에는 도 8b에 나타내는 바와 같이, 비 제동 시의 상태에서 자석 유지 링(2)이 자석(3)의 배치 각도의 반 정도 회전한다. 이 경우, 폴 피스(4)는 자석(3)과 완전하게 겹친다.

제동 시의 자석(3)으로부터의 자속은 다음과 같은 상황이 된다. 도 8b를 참조해, 서로 인접하는 자석(3) 중 한쪽의 자석(3)의 N극에서 나온 자속은 폴 피스(4)를 관통해, 로터(1)에 도달한다. 로터(1)에 도달한 자속은 다른 쪽의 자석(3)의 S극에 폴 피스(4)를 통해서 도달한다. 다른 쪽의 자석(3)의 N극에서 나온 자속은 자석 유지 링(2)를 통해서 한쪽의 자석(3)의 S극에 도달한다. 즉, 원주방향에 인접한 자석(3)들, 자석 유지 링(2), 폴 피스(4), 및 로터(1)의 사이에 자석(3)에 의한 자기회로가 형성된다. 이러한 자기회로가 원주방향의 전역에 걸쳐 교대로 그 자속의 방향을 역방향으로 하여 형성된다. 이 경우, 로터(1)의 내주면에 와전류가 발생한다. 이에 의해, 회전축(10)과 일체로 회전하는 로터(1)에 회전 방향과 역방향의 제동 토크가 발생한다. 또한, 로터(1)가 발열한다.

또, 제동 시, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 비 제동 시 상태에서 판형상 부재(23)가 회전한다. 그러면, 판형상 부재(23)의 노치(23a)가 제1 커버(21)의 구멍(21a)과 일치하고, 구멍(21a)을 개방한 상태가 된다. 이에 의해, 공기가 외부로부터 구멍(21a)을 통해서 각 핀(8)에 도입된다. 그 결과, 핀(8)의 방열 성능을 확보할 수 있다. 로터(1)에 생긴 열은 각 핀(8)에서 외부로 방출된다.

[실시예]

본 실시형태의 감속장치에 의한 효과를 확인하기 위해, 열 유체 해석을 실시했다.

［시험 조건］

상기 도 5~도 8b에 나타내는 제1 및 제2 커버를 구비한 감속장치의 해석 모델을 제작했다. 해석에서는, 제2 커버 겹침 길이(L)를 여러 가지로 변경했다. 비교예 1로서 일반적인 감속장치를 상정하고 제1 및 제2 커버를 없앴다. 비교예 2로서 특허문헌 1 및 2에 기재된 감속장치를 상정하고, 로터 전체 길이 W에 대한 제2 커버 겹침 길이 L의 비율 L/W이 50%가 되도록, 제2 커버 겹침 길이 L을 설정했다.

해석에서 이용한 주된 여러 특성은 하기와 같다.

·로터의 회전수：3000rpm

·로터 전체 길이 W：1.000

·핀을 포함한 로터의 외주 반경 R：2.552

·제1 커버와 로터의 제1 단면과의 간극 c1：0.058

·제2 커버와 핀의 꼭대기면의 간극 c2：0.058

·제1 커버의 구멍의 반경 r：0.081

·회전축의 축심에서 제1 커버의 구멍의 중심까지의 거리치 X：2.344

·제1 커버의 구멍의 개수：40개

여기서, 단위의 기재가 없는 특성 W, R, c1, c2, r 및 X의 수치는 로터 전체 길이 W를 기준 1.000으로 한 비를 나타낸다.

［평가방법］

비 제동 시의 핀에 의한 풍손 및 제동 시의 핀의 방열 성능을 평가했다. 풍손의 평가를 위해서, 전체 핀이 기류보다 압력을 받는 것에 의해서 로터에 생기는 저항 토크를 산출했다. 저항 토크가 낮은 만큼, 풍손의 억제가 뛰어난 것을 의미한다. 따라서, 저항 토크를 비교함으로써 풍손을 평가할 수 있다. 또한, 풍손을 평가하기 위한 해석에서는 비 제동 시 상태를 상정해, 제1 커버의 구멍을 폐색시켰다.

방열 성능의 평가를 위해서, 로터의 외주측에서 표출한 면(전체 핀 및 로터의 외주면)의 평균 열 전달율을 산출했다. 여기서, 표출면의 평균 열 전달율과 표출면의 총면적의 적산값이 표출면에서의 방열량을 나타낸다. 방열량이 큰 만큼, 방열 성능이 뛰어난 것을 의미한다. 본 해석에서는 표출면의 총면적이 일률적이기 때문에, 평균 열 전달율이 큰 만큼, 방열 성능이 뛰어난 것을 의미한다. 따라서, 평균 열 전달율을 비교함으로써 방열 성능을 평가할 수 있다. 또한, 방열 성능을 평가하기 위한 해석에서는 제동 시 상태를 상정해, 제1 커버의 구멍을 개방시켰다.

［결과］

도 9는 비 제동 시의 풍손에 관한 평가 결과를 나타내는 도이다. 도 10은 제동 시의 방열 성능에 관한 평가 결과를 나타내는 도이다. 도 9에서는 가로축에 로터 전체 길이 W에 대한 제2 커버 겹침 길이(L)의 비율 L/W을 나타낸다. 세로축에 풍손의 지표가 되는 저항 토크를 나타낸다. 또한, 세로축의 저항 토크의 수치는 비교예 1(제1 및 제2 커버 없음)의 저항 토크에 대한 비율(%)을 나타낸다. 도 10에서는 가로축에 도 9와 마찬가지로 로터 전체 길이 W에 대한 제2 커버 겹침 길이(L)의 비율 L/W을 나타낸다. 세로축에 방열 성능의 지표가 되는 평균 열 전달율을 나타낸다. 또한, 도 10의 세로축의 평균 열 전달율의 수치는 비교예 1( 제1 및 제2 커버 없음)의 평균 열 전달율에 대한 비율(%)을 나타낸다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 비율 L/W이 6% 정도까지 증가하는 동안 풍손이 급격하게 감소했다. 또한 비율 L/W이 증가해도, 풍손의 감소는 거의 인정받지 못했다. 이 결과로부터, 각 핀의 선행 단부 부근의 영역을 제1 및 제2 커버에 의해서 덮으면, 핀에 의한 풍손을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 비율 L/W이 0%를 넘으면, 바람직하게는 6% 이상이면 핀에 의한 풍손을 억제할 수 있다.

한편, 도 10에 나타내는 바와 같이, 비율 L/W이 증가하면 방열 성능이 거의 단조롭게 감소하는 것을 알 수 있었다. 특히, 비율 L/W이 16% 이하이면 방열 성능의 저하를 10% 이내로 억제할 수 있었다. 따라서, 비율 L/W이 16% 이하이면 바람직하게는 14% 이하이면, 보다 바람직하게는 12% 이하이면, 방열 성능을 확보할 수 있다.

그 외, 본 발명은 상기의 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은 영구자석을 이용한 와전류식 감속장치에 유용하다.

1 로터
1a 로터의 외주면
1b 로터의 내주면
1c 로터의 단면(제1 단면)
1d 로터의 단면(제2 단면)
2 자석 유지 링
3 영구자석
4 폴 피스
5 암
6 휠
7 스테이터
8 핀
8a 핀의 단부(선행단부)
8b 핀의 단부
8c 핀의 꼭대기면
10 회전축
21 제1 커버
21a 구멍
22 제2 커버
23 판형상 부재
23a 노치

Claims (7)

1. 회전축에 장착된 원통형상의 로터와,
   상기 로터의 외주면에 설치되고, 상기 로터의 회전 방향에 대해서 경사진 복수의 핀과,
   상기 로터의 내주면과 간극을 두고 대향하도록 상기 회전축 둘레로 배열된 복수의 영구자석과,
   상기 영구자석과 상기 로터의 사이에 자기회로가 형성되는 제동 상태와, 상기 영구자석과 상기 로터의 사이에 자기회로가 형성되지 않는 비 제동 상태로 전환하는 스위칭 기구와,
   상기 로터의 2개의 단면 중 한쪽의 단면과 간극을 두고 대향하고, 복수의 구멍을 가지는 원판형상의 제1 커버와,
   상기 제1 커버의 외주연으로부터 상기 로터 측으로 돌출하는 원통형상의 제2 커버와,
   상기 제동 상태일 때에 상기 제1 커버의 상기 구멍을 개방하고, 상기 비 제동 상태일 때에 상기 제1 커버의 상기 구멍을 폐색하는 커버 전환 기구를 구비하고,
   상기 제1 커버는, 상기 핀 각각의 2개의 단부 중, 상기 로터의 회전 방향으로 선행하는 단부가 존재하는 측에 배치되어 있는, 와전류식 감속장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 로터의 상기 회전축 방향의 길이를 W로 하고, 상기 로터와 상기 제2 커버가 겹치는 영역의 상기 회전축 방향의 길이를 L로 했을 경우, 상기 길이 W에 대한 상기 길이 L의 비율 L/W이, 0%를 넘고, 16%이하인, 와전류식 감속장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 비율 L/W이 6% 이상인, 와전류식 감속장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 커버 전환 기구는, 상기 제1 커버에 인접하여 상기 회전축 둘레로 회전 가능한 판형상 부재를 포함하고,
   상기 판형상 부재가 상기 제1 커버에 대해서 회전하여, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버의 상기 구멍을 개방하는 상태와, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버의 상기 구멍을 폐색하는 상태로 전환되는, 와전류식 감속장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 커버 전환 기구는 또한, 상기 판형상 부재에 접속된 유체압 실린더를 포함하고,
   상기 유체압 실린더의 작동에 의해, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버에 대해서 회전하여, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버의 상기 구멍을 개방하는 상태와, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버의 상기 구멍을 폐색하는 상태로 전환되는, 와전류식 감속장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 감속장치는,
   상기 로터와 상기 영구자석의 상기 간극에 설치되고, 상기 회전축 둘레로 배열된 복수의 폴 피스와,
   상기 영구자석을 유지하는 자석 유지 링과,
   상기 자석 유지 링을 상기 회전축 둘레로 회전 가능하게 지지함과 함께, 상기 폴 피스를 유지하는 하우징을 구비하고,
   상기 스위칭 기구는, 상기 자석 유지 링에 접속된 유체압 실린더를 포함하고,
   상기 유체압 실린더의 작동에 의해, 상기 자석 유지 링이 상기 폴 피스에 대해서 회전하여, 상기 폴 피스에 대한 상기 영구자석의 위치가 전환되는, 와전류식 감속장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 감속장치는,
   상기 로터와 상기 영구자석의 상기 간극에 설치되고, 상기 회전축 둘레로 배열된 복수의 폴 피스와,
   상기 영구자석을 유지하는 자석 유지 링과,
   상기 자석 유지 링을 상기 회전축 둘레로 회전 가능하게 지지함과 함께, 상기 폴 피스를 유지하는 하우징을 구비하고,
   상기 스위칭 기구는, 상기 자석 유지 링에 접속된 유체압 실린더를 포함하고,
   상기 커버 전환 기구는, 상기 제1 커버에 인접하여 상기 회전축 둘레로 회전 가능한 판형상 부재를 포함하고,
   상기 유체압 실린더는, 또한 상기 판형상 부재에 접속되어 있고,
   상기 유체압 실린더의 작동에 의해, 상기 자석 유지 링이 상기 폴 피스에 대해서 회전함과 함께, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버에 대해서 회전하고, 이에 의해, 상기 폴 피스에 대한 상기 영구자석의 위치가 전환됨과 함께, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버의 상기 구멍을 개방하는 상태와, 상기 판형상 부재가 상기 제1 커버의 상기 구멍을 폐색하는 상태로 전환되는, 와전류식 감속장치.

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