JP4007223B2 - 渦電流減速装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に用いられる主ブレーキを補助するディスクタイプの渦電流減速装置に関し、さらに詳しくは制動時の制動効率に優れ、簡易な構造で小型化および軽量化が図れ、長時間にわたって使用した場合であっても、安定した制動力と耐久性が確保できる渦電流減速装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
トラックやバス等の自動車用の制動装置には、主ブレーキであるフットブレーキ、補助ブレーキである排気ブレーキの他に長い坂道の降坂等において安定した減速を行い、さらにフットブレーキのベーパーロック現象や焼損を防止するために、渦電流減速装置が使用されている。
【0003】
従来から多用されている渦電流減速装置として、永久磁石を用いて回転しながら対向する導体内に渦電流を生じさせ、ローレンツ力により車両の回転軸に制動をかける方式がある。通常、この方式の減速装置では、永久磁石を収納して内部で永久磁石がスイッチング位置に動けるように構成される案内筒と、案内筒の外側で車体の回転軸に接続されているローター部分とから構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
近年においては、渦電流減速装置を搭載する車両の数や種類が増加し、渦電流減速装置に要求される性能が多様化すると同時に、高度化しており、例えば、装置の耐久性についても所定の性能が要求されるようになっている。
【0005】
具体的には、連続して渦電流減速装置を使用する車種では、制動ディスクが長時間にわたって高温にさらされるため、発生する熱変形が大きくなる。また、頻繁に制動および非制動を繰り返す車種では、制動ディスクに非弾性ひずみが多数回繰返し負荷されることから、熱疲労亀裂が発生する。このため、制動ディスクの熱変形や熱疲労亀裂の発生防止を図り、装置の耐久性を向上させ、装置寿命を延長させることが要求される。
【0006】
本発明は、この渦電流減速装置の耐久性の向上に鑑みてなされたものであり、制動時の制動効率に優れ、簡易な構造で小型、軽量化が可能であるとともに、長時間にわたって使用した場合であっても、制動ディスクの変形が抑制でき、安定した制動力の確保が可能であり、また、熱疲労亀裂の発生を防止し、耐久性を向上させることができる渦電流減速装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
図1は、永久磁石を用いて対向する導体内に渦電流を生じさせる渦電流減速装置の構成例を示す断面図である。案内筒3やシリンダー5等の装置各部の詳細な作用や構成は後述するが、制動ディスク21は永久磁石7に対向するように配置され、制動時にはその内部に渦電流が発生する。図1に示す制動ディスク21は、その内周部が回転軸1に取り付けられ、固定された構造になっている。また、制動ディスク21の背面には、冷却用のフィン9が設けられている。
【0008】
永久磁石が及ぼす磁力を制動ディスクに垂直に作用させると、その磁力線を回転する制動ディスクが横切るときに相対的な速度差から制動ディスクに渦電流が発生し、ジュール熱が発生する。この発熱によって制動ディスクが熱膨張するが、その内周部が回転軸に固定されているため、半径方向の熱膨張が拘束される。
【0009】
制動時の制動ディスクは、永久磁石と対向する部位はジュール熱により高温になるが、その部位より内周側および外周側では発熱量が小さく、永久磁石と対向する部位より低温になる。したがって、制動ディスクには永久磁石と対向する高温部と、その内周側および外周側に位置する低温部が存在する。このとき、制動ディスクの熱膨張量は高温になる部位ほど大きくなるが、永久磁石と対向する高温部の熱膨張量は、周囲の低温部、すなわち、熱膨張が小さい部位によって拘束される。この結果、制動ディスクの高温部には、非弾性ひずみ(塑性ひずみおよびクリープひずみ)が生じる。
【0010】
制動ディスクを長期間使用した場合には、この非弾性ひずみが蓄積し、残留変形が生じ、徐々に制動ディスクの変形が大きくなる。制動ディスクの変形が大きくなると、永久磁石と制動ディスク表面との距離が変化するため、制動ディスクに作用する磁力が変化して制動効率が低下する。
【0011】
さらに、制動ディスクを長期間使用して制動および非制動を繰り返すことによって、制動ディスクに非弾性ひずみが繰り返し負荷されるため、熱疲労亀裂が発生する。熱疲労亀裂が発生すると、ディスクに発生する渦電流が減少し、制動効率が低下する。
【0012】
上述した制動ディスクの変形および熱疲労亀裂発生を抑制するには、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを抑制することが必要である。このため、制動ディスクの内周部を回転軸に直接固定しない構造にするとともに、制動ディスクの半径方向に温度差が形成されにくい構造にするのが有効である。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであり、下記に記載された渦電流減速装置を要旨としている。
(1) 本発明に基づく渦電流減速装置は、車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、前記環状制動ディスクの他方の主面に近づく方向と離れる方向とに移動可能な保持リングと、前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの他方の主面に対向して、隣接する磁極面が互いに逆向きに配した複数の第1の永久磁石とを設け、前記第1の永久磁石が前記環状制動ディスクに接近して制動状態となる位置と、前記環状制動ディスクから離れて非制動状態となる位置との間で移動可能に構成されており、前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴としている。
【0013】
前記で規定する「環状制動ディスク」とは、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを抑制するため、制動ディスクの内周部を回転軸に固定せず、同時に半径方向に温度差が形成できにくい形状にしたものである。本発明の制動ディスクの基本形は円形環状であるが、必ずしも円形のものに限定されるものではなく、環状部の始点と終点が連続しており、切れ目のない形状であれば採用することができる。
【0014】
基本形に関して、円形環状に限定されず、環状部の始点と終点が連続しており、切れ目のない形状であることは、保持リングについても同様である。環状制動ディスクと保持リングとは、環状制動ディスク主面の上方から投影したときに、少なくとも相似形であり、合同形状であるとより好ましく、最も好ましくは、相似形または合同形状の互いの図形上で回転角を持たないことである。
(2) また、本発明に基づく渦電流減速装置は、車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、前記環状制動ディスクの他方の主面に接近して非接触に保持される保持リングと、前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの一方の主面に対向して、少なくとも一つの第二の永久磁石と少なくとも一つのスイッチング用電磁石とを含む複合磁石を複数個設け、隣接する前記複合磁石の磁極面の向きが互いに逆向きに配置されており、前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴としている。
【0015】
ここで、「複合磁石」とは、磁石に永久磁石と電磁石とを組み合わせた磁石を示している。例えば、複合磁石として永久磁石の磁路を電磁石をON−OFFすることによって変化させる、いわゆるハイブリッド型を採用すると、シリンダによる保持リングの駆動部を設けなくても、制動または非制動の切り替えが可能になる。
【0016】
なお、以下の説明において、単に「磁石」と記すのは、永久磁石だけの場合(第1の永久磁石)および永久磁石(第2の永久磁石)と電磁石の組み合わせによる複合磁石の少なくともいずれか一方を示す。
【0017】
「環状制動ディスクの主面」とは、環状制動ディスクが有する、表裏の環状の盤面、外周面および内周面の4面のうち、広くて平らな平面を有する環状の盤面をいう。ちなみに、前記表裏盤面のいずれかの平面(いずれかの主面)が磁力と対向している。
【0018】
次に「接近して」とは、磁石から十分な磁力線が回転中の環状制動ディスクに到達し、その環状制動ディスクに十分な渦電流を発生させ、回転エネルギーを熱に変換し、回転しているこの環状制動ディスクにブレーキを十分かけることができる程度に、磁石またはそれを保持する保持リングと環状制動ディスクとが近づいている状態をいう。
【0019】
また「離れて」とは、磁石からの磁力線が環状制動ディスクには殆ど到達せず、その結果として環状制動ディスクにはほとんど渦電流が生じない程度に、磁石またはそれを保持する保持リングと環状制動ディスクとが遠ざかっている状態をいう。
【0020】
さらに「磁極面」とは、磁石形状を形成する「面」のうち、静止している制動ディスクの主面に対して垂直に通過する磁束を出すことができる磁石の面をいう。すなわち、制動ディスク主面に対向している磁石の面を磁極面とも言うことができ、主には磁石形状そのもののある一つの面を指すが、磁石そのものでなく強磁性体等を介して磁束を出す前述の複合磁石などの場合や、あるいは磁石形状に凹凸等が有り、複数の磁石表面から磁束が出される場合では、仮想的に磁束を出す面を規定しそれを磁極面としてもよい。
(3) 本発明に基づく渦電流減速装置は、前記環状の制動ディスクは、磁石の磁極面と対向する位置に設けられ、且つその環の幅(回転軸の中心から回転軸の半径方向に見たときの環の長さ)は、その磁石の回転軸に対する径方向長さ以上の幅を有している。
【0021】
このように構成することによって、磁石が及ぼす磁力を制動ディスクに充分に作用させることができて、しかも、制動ディスクは環状であるため、その半径方向の幅は回転軸に固定された円板状の制動ディスクの場合より小さくなり、制動ディスクの半径方向に形成される温度差は小さくなる。
【0022】
制動ディスク保持部材にリブと支持板とを含ませて構成するので、隣接する2枚のリブと環状制動ディスクと、支持板との間に空洞が形成され、ここを流通する空気量を確保でき、制動ディスクの冷却能力を高めることができる。さらに、リブを環状制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出させることによって、空気を積極的に空洞内に送り込むことが可能になり、一層、制動ディスクの冷却能力を高めることができる。
(4) 本発明に基づく渦電流減速装置に用いられるリブは、前記環状制動ディスクの放熱用のフインとして構成してもよい。これにより、制動時であっても、制動ディスクの冷却性能が高まりディスクの温度が上昇しにくくなるので、ディスクの半径方向に形成される温度差が小さくなり、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを小さくできる。
【0023】
ここで用いられるリブは、回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜して構成したり、さらに回転方向に湾曲して構成したりしてもよい。こうすることで、形成される空洞内を空気が流通し易くなり、空気による冷却効果を高めることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
上述した本発明に基づく渦電流減速装置の構成の例を、具体的な図面を用いて説明する。
【0025】
図2は、本発明に基づく第1の減速装置の断面構成例を示す図である。第1の減速装置では、制動ディスク保持部材8は支持ディスク(支持板)8bおよびリブ8aの組み合わせによって構成される。図2に示す渦電流減速装置では、車両の回転軸1に取り付けられた支持ディスク8bと、リブ8aを介して支持ディスク8bにその一つの主面で接続された環状制動ディスク2と、車両の非回転部分に取り付けられた案内筒3を備えている。環状制動ディスク2は、リブ8aを介した支持ディスク8bとの接続により回転軸1に固定される。
【0026】
案内筒3の内部には環状制動ディスク2の制動面(主面)に対し近づく方向と離れる方向とに移動可能な保持リング4が収容され、さらに、案内筒3には保持リング4を前後進させるシリンダー5が設けられている。一方、案内筒3の環状制動ディスク2と対向する端面には強磁性材からなるポールピース3aが配置される。
【0027】
図2に示す案内筒3では、その制動ディスク2と対向する端面には強磁性材からなるポールピース3aが配置される構造になっているが、本発明の渦電流減速装置では、案内筒の制動ディスクと対向する端面にポールピースを配置させることなく、この案内筒の端面を非磁性材で構成するものであってもよい。なお、耐久性、耐候性が満足できる場合は、案内筒そのものを配備させなくともよい。
【0028】
保持リング4の環状制動ディスク2と対向する面には、複数の磁石7が周方向に配置されている。磁石7の磁極面は環状制動ディスク2の制動面(主面)に対向しており、隣接する磁石7の磁極面が互いに逆向きに配置されている。本発明の渦電流減速装置では、磁石7は少なくとも永久磁石を用いることとしているが、前述の通り、永久磁石と電磁石とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド型を採用することも可能である。
【0029】
保持リング4および磁石7を収容する案内筒3は、アルミニウム、ステンレス鋼(オーステナイト系)、樹脂等非磁性材で構成され、その厚さは特に規定されないが、案内筒3の磁石と対向する端面は薄い方が望ましい。また、案内筒3の端面にポールピース3aを設ける場合には、例えば、案内筒を鋳造で作製する際に、ポールピースを一体として鋳込む方法を採用することができる。
【0030】
一方、環状制動ディスク2は、制動時に内部に渦電流が発生し、ジュール熱を生ずるため、例えば、Cr−Mo系の耐熱鋼(JIS SCM415)などの鉄を主成分とした鋼を用いることができる。
【0031】
ここで、磁石7として永久磁石を用いる場合、制動時および非制動時の動作および作用は次の通りである。磁石7の駆動機構は案内筒3の外端壁にシリンダー5が配置され、シリンダー5に嵌合するピストンロッド6が案内筒3の外端壁を貫通して保持リング4に結合している。このように構成することによって、シリンダー5の作動により環状制動ディスク2に対し、この例では直交する方向に、保持リング4を近づく方向と離れる方向とに移動させることができる。
【0032】
制動時には、シリンダー5のピストンロッド6が右方(近づく方向)へ移動し、保持リング4が環状制動ディスク2の回転軸方向に前進し、磁石7が制動ディスクに対向して接近する。このとき、各磁石7が環状制動ディスク2の制動面(主面)に及ぼす磁力線を回転する環状制動ディスク2が横切る時、相対的な速度差から環状制動ディスク2に渦電流が流れ、制動トルクが発生する。
【0033】
非制動に切り換える際には、シリンダー5の作動を切り換えて、ピストンロッド6に直結された保持リング4を左方(離れる方向)へ移動させるので、磁石7が環状制動ディスク2の制動面(主面)から離れ、磁石7が環状制動ディスク2へ及ぼす磁力線を弱くして、制動トルクが殆ど働かないようにする。
【0034】
図3は、本発明に基づく第1の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(X−X視野正面図)を示す図である。同図に示す構成例では、制動時に磁石の磁力が作用して制動力が生じる環状制動ディスク2が、中間部材であるリブ8aを介して支持ディスク(支持板)8bに接続している。
【0035】
図3に示す環状制動ディスク2は、円形環状(リング状)の平板から構成されているが、本発明においてはこのような形状に限定されず、内周部が拘束されることがないように環状に構成されていればよい。
【0036】
図3に示すように、環状制動ディスク2を支持ディスク8bに接続して回転軸に固定することによって、制動時に渦電流が生じ、にジュール熱が発生する場合であっても、環状制動ディスクの内周部は回転軸に直接固定されていないため、熱膨張による拘束は少ない。また、制動ディスクは環状であるため、その半径方向の幅は回転軸に固定された円板状の制動ディスクの場合より小さくなり、制動ディスクの半径方向に形成される温度差は小さい。そのため、磁石と対向する高温部の熱膨張が周囲の低温部、すなわち熱膨張が小さい部位によって拘束される程度も小さくなる。
【0037】
上述の通り、磁石と対向する高温部になる制動ディスクの熱膨張に対する拘束が低減されると、制動ディスクに生じる非弾性ひずみが減少し、長時間使用による制動ディスクの変形が抑制され、制動力の低下を防止できる。さらに、制動および非制動を繰り返したときに制動ディスクに繰り返し負荷される非弾性ひずみを低減でき、熱疲労亀裂の発生を抑制できる。
【0038】
図3に示す環状制動ディスク2では、隣接する2枚のリブ8a、環状制動ディスク2および支持ディスク8bによって空洞が形成される。環状制動ディスク2の回転にともなって、この空洞内を内周部から外周部に空気が流通し、環状制動ディスク2を冷却する。この空洞内を流通する空気量が多くなれば、その冷却性能が高まり、環状制動ディスク2の温度上昇を抑制することができる。その結果、制動ディスクの熱膨張が低減され、制動ディスクに生じる非弾性ひずみを抑制できる。したがって、制動ディスクの制動効率を維持して、装置の耐久性を向上するには、前記空洞内を流通する空気量が増加する構造にするのが望ましい。
【0039】
図4は、環状制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたリブを介して支持ディスクに接続した構成を例示する図である。リブ8aを回転方向に対して傾斜させることによって、形成された空洞内を内周側から外周側に空気が流通し易くなり、流通する空気量を増加させることができる。これにより、制動ディスクの冷却性能を高め、温度上昇を抑制することが可能になり、制動ディスクの制動効率を維持して、装置の耐久性を向上することができる。
【0040】
図5は、環状制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲させたリブを介して支持ディスクに接続した構成を例示する図である。リブ8aを湾曲させた横造にすることによって、形成された空洞内を内周側から外周側に空気が、一層流通し易くなり、流通空気による冷却効果を高めることができる。
【0041】
また、リブ8a自体を湾曲させることによって、単に傾斜させたのに比べてリブ8a側面の表面積を大きくでき、流通空気による放熱量を増加させることもできる。その結果、一層、制動ディスクの冷却性能を高め、温度上昇を抑制することが可能になり、制動ディスクの制動効率を維持して、装置の耐久性を向上することができる。
【0042】
図6は、環状制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたリブを介して支持ディスクに接続し、このリブを制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出した構成を例示する図である。リブ8aを制動ディスクの内周側に突出させることによって、空気を積極的に空洞内に流通させることができる。すなわち、リブの突出部に当たる空気は空洞内に導入されるため、空洞内を流通する空気量が増加し、制動ディスクの冷却性能が高まり、制動ディスクの温度上昇を抑制することができる。
【0043】
図7は、本発明に基づく第2の減速装置の構成を例示する図であり、同(a)はその断面構成例を示しており、(b)は環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Y−Y視野正面図)で示す図である。
【0044】
図7に示す制動ディスク保持部材8は、回転軸1に取り付けられたリブ8aおよび環状の背面ディスク(背面板)8cの組み合わせによって構成される。第2の減速装置では、車両の回転軸1に取り付けられたリブ8aを挟んで、環状制動ディスク2とその反対側に環状の背面ディスク8cが接続されており、環状制動ディスク2はリム8aを介して回転軸1に固定され、回転軸1とともに回転する。背面板の内径は、空気量との関係で適宜設計し、制動ディスクの内径より小さくても、外径より大きくなってもよい。
【0045】
図7に示す構成を採用することによって、前記第1の減速装置の場合と同様に、制動時に渦電流が生じ、同時にジュール熱が発生した場合であっても、熱膨張による拘束は少なく、制動ディスクの半径方向の温度差は小さくなるので、制動ディスクに生じる非弾性ひずみが小さくなるとともに、長時間使用による制動ディスクの変形が抑制され、制動力の低下を防止できる。さらに、制動および非制動を繰り返した場合でも、熱疲労亀裂の発生を抑制できる。
【0046】
第2の減速装置においても、隣接する2枚のリブ8a、環状制動ディスク2および背面ディスク8cによって形成される空洞内を流通する空気量を増加するとともに、放熱量を増やすために、前記リブを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたり、または湾曲させたりすることができる。
【0047】
図8は、本発明に基づく第3の減速装置の構成を例示する図であり、同(a)はその断面構成例を示しており、(b)は環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Z−Z視野正面図)で示す図である。
【0048】
第3の減速装置では、制動ディスク保持部材8はリブ8aのみにて構成される。図8に示す渦電流減速装置では、車両の回転軸1に取り付けられたリブ8aと、このリブ8aに環状制動ディスク2が接続され、このリブ8aを制動ディスクの放熱用のフインとして構成するため、背面ディスク(背面板)の接続はない。
【0049】
図8に示す構成を採用することによって、前記第1、第2の減速装置の場合と同様に、制動時であっても、熱膨張による拘束は少なく、制動ディスクの半径方向の温度差は小さくなるので、制動ディスクに生じる非弾性ひずみが小さくなり、長時間使用による制動ディスクの変形や、制動および非制動の繰り返しによる熱疲労亀裂の発生を抑制することができる。
【0050】
第3の減速装置でも、制動ディスクの放熱用フインとして使用するリブの放熱効率を向上させるため、リブを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜させたり、または湾曲させたりすることが有効である。
【0051】
上述した第1〜第3の減速装置では、環状制動ディスクとリブ、リブと支持ディスク(支持板)、またはリブと背面ディスク(背面板)を接続するため、これらの組み合わせを鋳造で一体で作製しても良い。また、各々の部材を溶接やボルト止めなどにより結合して、前記の接続を行うようにしても良い。
【0052】
【実施例】
本発明の渦電流減速装置の効果を確認するため、有限要素法(FEM)解析を行って、制動および非制動を繰り返した場合に制動ディスクの表面に生じる非弾性ひずみ範囲を評価した。具体的には、供試材として本発明に基づく1〜3の減速装置の例および比較例を用い、制動ディスクの最高温度を650℃、最低温度を100℃とし、この熱サイクルを負荷したときに生じる非弾性ひずみ範囲を評価した。
【0053】
ただし、非弾性ひずみ範囲とは、制動、非制動を繰り返した場合に、制動ディスクの表面に生ずる非弾性ひずみの値の幅を表し、一般に、この非弾性ひずみ範囲が大きいほど、亀裂寿命は短くなる。なお、「ひずみ」なので単位長さに対する伸びの割合(%)で示されており、その値の幅(範囲)を示したのがひずみ範囲である。
【0054】
本発明例1では、第1の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構成とした。すなわち、前記図3に示すように、環状制動ディスク2の接続は、支持ディスク8bを回転軸1に取り付け、環状制動ディスク2をリブ8aを介して支持ディスク8bに接続するようにした。
【0055】
環状制動ディスクの材質はCr−Mo系の低合金鋼(JIS SCM415)とし、車両の回転軸の外径が130mmであるのに対し、環状制動ディスクの寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ10mmとした。
【0056】
支持ディスクの寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ10mmとし、リブ寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ4mm×高さ20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0057】
本発明例2では、第2の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構成とした。すなわち、前記図7に示すように、回転軸1に取り付けられたリブ8aを挟んで、環状制動ディスク2とその反対側に背面ディスク8cを接続するようにした。
【0058】
環状制動ディスクおよび回転軸の寸法は、本発明例1と同じとした。背面ディスクの寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ10mmとし、リム寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ4mm×20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0059】
本発明例3では、第3の減速装置で採用する環状制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構成とした。すなわち、前記図8に示すように、回転軸1に取り付けられたリブ8aと環状制動ディスク2とを接続して、リブ8aを制動ディスクの放熱用のフインとして構成した。
【0060】
環状制動ディスクおよび回転軸の寸法は、本発明例1、2と同じとした。リブ寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ4mm×20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0061】
比較例では、永久磁石を用いた渦電流減速装置の円板状の制動ディスクの構成とした。すなわち、前記図1に示すように、環状制動ディスク21の内周部が回転軸1に取り付けられた構造であり、制動ディスク21の背面には冷却用フィン9が設けられている。
【0062】
制動ディスクの材質は本発明例1〜3と同じであり、車両の回転軸の外径が130mmであるのに対し、制動ディスクの寸法は内径130mm×外径450mm×厚さ10mmとした。また、フィン寸法は内径240mm×外径450mm×厚さ4mm×高さ20mmで、支持ディスクの円周面上に36枚を配置した。
【0063】
前記本発明例1〜3および比較例を用いて、FEM解析によって非弾性ひずみ範囲を評価した結果を表1に示した。
【0064】
【表1】
表1の評価結果から、本発明例1〜3では、比較例に比べて、制動および非制動を繰り返した場合に、制動ディスクの表面に生じる非弾性ひずみ範囲が小さい。前述の通り、非弾性ひずみ範囲が大きいほど、熱疲労亀裂の発生までの寿命は短くなることから、本発明例1〜3は、比較例に比べて、熱疲労亀裂の発生を抑制でき、装置の耐久性を向上させることができることが分かる。
【0065】
以上の通り、本発明の実施の形態および実施例を例示して説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術思想の範疇において変更可能である。
【0066】
【発明の効果】
本発明の渦電流減速装置であれば、制動ディスクの内周部が回転軸に直接固定されず、環状制動ディスクであるため、半径方向の幅が小さく、半径方向に形成される温度差は小さくなり、制動ディスクに発生する非弾性ひずみが低減され、長期間使用した場合であっても、制動ディスクが変形して制動力が低下したり、熱疲労亀裂が発生することを防止できる。
【0067】
これにより、制動時の磁気効率に優れ、簡易な構造で小型、軽量化が可能であるとともに、装置の耐久性と寿命を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】永久磁石を用いて対向する導体内に渦電流を生じさせる渦電流減速装置の構成例を示す断面図である。
【図2】本発明に基づく第1の減速装置の断面構成例を示す図である。
【図3】本発明に基づく第1の減速装置で採用する制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(X−X視野正面図)を示す図である。
【図4】制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜したリブを介して支持ディスクに接続した構成を示す図である。
【図5】制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲したリブを介して支持ディスクに接続した構成を示す図である。
【図6】制動ディスクを回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲したリブを介して支持ディスクに接続し、このリブを制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出した構成を示す図である。
【図7】本発明に基づく第2の減速装置の構成を例示する図であり、(a)は断面構成例を示し、(b)は制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Y−Y視野正面図)で示す図である。
【図8】本発明に基づく第3の減速装置の構成を例示する図であり、(a)は断面構成例を示し、(b)は制動ディスクおよび制動ディスク保持部材の構造例(Z−Z視野正面図)で示す図である。
【符号の説明】
1:回転軸、 2、21:制動ディスク
3:案内筒、 3a:ポールピース
4:保持リング、 5:シリンダー
6:ピストンロッド、 7:磁石、永久磁石
8:制動ディスク保持部材、 8a:リブ
8b:支持ディスク(支持板)
8c:背面ディスク(背面板)
9:冷却用フィン
Claims (8)
- 車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、
前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、
前記環状制動ディスクの他方の主面に近づく方向と離れる方向とに移動可能な保持リングと、
前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの他方の主面に対向して、隣接する磁極面が互いに逆向きに配した複数の第1の永久磁石とを設け、
前記第1の永久磁石が前記環状制動ディスクに接近して制動状態となる位置と、前記環状制動ディスクから離れて非制動状態となる位置との間で移動可能に構成されており、
前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴とする渦電流減速装置。 - 車両の回転軸に負荷する制動力を発生させる為の環状制動ディスクと、
前記回転軸に取り付けられ、且つ前記環状制動ディスクの一方の主面で当該環状制動ディスクと接続される制動ディスク保持部材と、
前記環状制動ディスクの他方の主面に接近して非接触に保持される保持リングと、
前記保持リングの円周方向に前記環状制動ディスクの他方の主面に対向して、少なくとも一つの第二の永久磁石と少なくとも一つのスイッチング用電磁石とを含む複合磁石を複数個設け、
隣接する前記複合磁石の磁極面の向きが互いに逆向きに配置されており、
前記制動ディスク保持部材は、前記環状制動ディスクの前記一方の主面上で内周側から外周側に伸びる複数のリブと、前記リブを保持して前記回転軸に取り付けられ、隣接する前記リブと前記環状制動ディスクとの間で空洞を形成する支持板とを備えていることを特徴とする渦電流減速装置。 - さらに、前記保持リングを収容する案内筒が、車両の非回転部分に支持されて設けられることを特徴とする請求項1または2に記載の渦電流減速装置。
- 前記環状制動ディスクは、第1の永久磁石または前記複合磁石の磁極面と対向する位置に設けられ、且つ当該第1の永久磁石または前記複合磁石の回転軸に対する径方向長さ以上の環の幅を有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の渦電流減速装置。
- 前記リブが前記環状制動ディスクの内周側よりもさらに内側に突出していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の渦電流減速装置。
- 前記リブを前記環状制動ディスクの放熱用のフィンとして構成することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の渦電流減速装置。
- 前記リブは、前記回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に傾斜して構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の渦電流減速装置。
- 前記リブは、前記回転軸の中心を通る放射状の直線に対して回転方向に湾曲して構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の渦電流減速装置。
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