JP4752416B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の摩擦ブレーキを補助する渦電流式減速装置に係り、特に、磁力源に永久磁石を用いた渦電流式減速装置に関する。

磁力源に永久磁石を用いた渦電流式減速装置としては、特許文献１等に記載のものが知られている。

本発明者は、この種の渦電流式減速装置として、図４及び図５に示す渦電流式減速装置を開発中である。なお、以下に説明する渦電流式減速装置は、公知となったものではない。

図４及び図５に示すように、この渦電流式減速装置は、回転軸（図示せず）に取り付けられたドラム状のロータ４０と、固定系（図示せず）に取り付けられ、ロータ４０の内方に配置されたステータ４１（磁力源）とを備えている。ステータ４１は、周方向に回動自在に設けられた内側磁石支持環４２（内環）と、ロータ４０と内側磁石支持環４２との間に介設された外側磁石支持環４３（外環）と、内側磁石支持環４２を回動させるアクチュエータ（図示せず）とを備えている。

内側磁石支持環４２は、磁性体の材料からなるリング状の磁性部材４４を有している。磁性部材４４の外周面には、複数の永久磁石４５が周方向に所定間隔を隔てて取り付けられている。各永久磁石４５は、径方向両端に磁極を有し、周方向交互に磁極の向きを反転させて配置されている。周方向に隣接する永久磁石４５間には、非磁性体の材料からなる固定部材４６がボルト４７等を介して設けられており、各永久磁石４５を磁気的に隔絶しつつ磁性部材４４に固定するようになっている。

外側磁石支持環４３は、磁性体の材料からなるリング状の磁性部材４８を有している。磁性部材４８の内部には、複数の永久磁石４９が周方向に所定間隔を隔てて埋設されている。各永久磁石４９は、周方向両端に磁極を有し、周方向に向き合う磁極が同極に設定されている。外側磁石支持環４３の内周面には、各永久磁石４９の径方向内側に位置させて、制動をＯＦＦからＯＮに切り換える際のスイッチングトルクを低減させるための溝５０が周方向に所定間隔を隔てて且つ軸方向に沿って複数設けられている。また外側磁石支持環４３の内周面には、各溝５０で区切られ、径方向内側に延出する磁極片５１が周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。

回転軸を減速制動する際（制動ＯＮ時）には、図４に示すように、周方向に隣接する外側磁石支持環４３の永久磁石４９間に、これら永久磁石４９の磁極と同極である面がロータ４０に向く内側磁石支持環４２の永久磁石４５を挟むように（制動位置）、アクチュエータにより内側磁石支持環４２を回動させる。すると、各磁石支持環４２、４３の永久磁石４５、４９とロータ４０との間に異極同士（Ｎ極とＳ極）を結ぶ磁気回路が形成される。これにより、ロータ４０とステータ４１との相対回転によってロータ４０に渦電流が生起され、回転軸が減速制動される。

一方減速制動を解除する際（制動ＯＦＦ時）には、図５に示すように、周方向に隣接する外側磁石支持環４３の永久磁石４９間に、これら永久磁石４９の磁極と異極である面がロータ４０に向く内側磁石支持環４２の永久磁石４５を挟むように（非制動位置）、アクチュエータにより内側磁石支持環４２を回動させる。即ち制動ＯＦＦ時には、内側磁石支持環４２は、図４に示した制動位置から周方向に略１ピッチずれた位置に回動される。すると、内側磁石支持環４２の永久磁石４５と外側磁石支持環４３の永久磁石４９との間に異極同士（Ｎ極とＳ極）を結ぶ短絡的な磁気回路（ロータに対する遮断回路）が形成され、回転軸の減速制動が解除される。

特開２００４−３２９２７号公報

ところで、図４及び図５に示した渦電流式減速装置では、外側磁石支持環４３の永久磁石４９は、溝５０よりも外周側に位置されるため、溝がない外側磁石支持環に埋設される永久磁石に比べて径方向に小さく形成する必要があり、結果として外側磁石支持環４３の永久磁石４９が内側磁石支持環４２の永久磁石４５よりも小さく形成されている。

また、制動をＯＮからＯＦＦに切り換える際のストローク（回動幅）を小さくするために、内側磁石支持環４２の永久磁石４５を故意に大きく形成することがあり、結果として外側磁石支持環４３の永久磁石４９が内側磁石支持環４２の永久磁石４５よりも小さく形成される場合がある。

外側磁石支持環４３の永久磁石４９が内側磁石支持環４２の永久磁石４５よりも小さいと、内側磁石支持環４２の永久磁石４５の磁力（磁束量）が、外側磁石支持環４３の永久磁石４９の磁力（磁束量）に比べて強く（多く）なってしまう。そのため、各磁石支持環４２、４３の相対位置が図５に示した状態であっても、外側磁石支持環４３の永久磁石４９のみでは内側磁石支持環４２の永久磁石４５の磁束（磁気）を吸収しきれず、内側磁石支持環４２の永久磁石４５の磁束の一部がロータ４０に洩れ（図５参照）、ひきずりトルクが発生してしまうという課題があった。

ここで図６に示すように、内側磁石支持環４２を図４に示した制動位置から周方向に略１ピッチ回動させないで途中で止めることで、制動ＯＦＦ時のロータ４０への磁束洩れを防ぐことが考えられる。しかしそのようにしても、内側磁石支持環４２の永久磁石４５の磁束がロータ４０に洩れることはなくなるものの、その代わりに外側磁石支持環４３の永久磁石４９の磁束の一部がロータ４０に洩れ、ひきずりトルクが発生してしまう。

それは、内側磁石支持環４２の永久磁石４５が外側磁石支持環４３の永久磁石４９の周方向のいずれかの方向に片寄り、各磁石支持環４２、４３の永久磁石４５、４９間の磁路の距離が短い方（図６中の右側）は磁気抵抗が小さく外側磁石支持環４３の永久磁石４９の磁束を内側磁石支持環４２の永久磁石４５が吸収するが、磁路の距離が長い方（図６中の左側）は磁気抵抗が大きく外側磁石支持環４３の永久磁石４９の磁束がロータ４０側に洩れ易いためである。

本発明の目的は、上記課題を解決し、ひきずりトルクの発生を防止することができる渦電流式減速装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、回転軸に取り付けられたロータと、該ロータに対向させて配置され、周方向に所定間隔を隔てて且つ上記ロータに向く磁極を交互に反転させて整列された複数の永久磁石及びこれら永久磁石の磁極のうち上記ロータとは反対側に向く磁極同士を連結する磁性部材を有する第一磁石支持環と、該第一磁石支持環と上記ロータとの間に配置され、周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定された複数の永久磁石及び周方向に隣接するこれら永久磁石間に介設された磁性部材を有する第二磁石支持環と、上記第一磁石支持環及び第二磁石支持環のうち少なくとも一方を周方向に回動させるアクチュエータとを備えた渦電流式減速装置において、上記第二磁石支持環における上記第一磁石支持環側の面に、上記第二磁石支持環の各永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置させて溝を周方向に所定間隔を隔てて複数設け、上記第二磁石支持環の各永久磁石を、その永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置する溝の周方向中心線より周方向のいずれかの方向に偏らせて配置したことを特徴とする渦電流式減速装置である。

請求項２の発明は、上記アクチュエータが、上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環との相対位置を、周方向に隣接する上記第二磁石支持環の永久磁石間に、それら永久磁石の磁極と同極である面が上記ロータに向く上記第一磁石支持環の永久磁石を挟む制動位置と、この制動位置から周方向に１／２ピッチを超え且つ１ピッチに満たない所定の回動幅だけ上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環とがずれた非制動位置とのいずれかに設定するものである請求項１記載の渦電流式減速装置である。

本発明によれば、ひきずりトルクの発生を防止することができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係る渦電流式減速装置の制動時を示す部分正面断面図である。図２は、図１の実施形態に係る渦電流式減速装置の非制動時を示す部分正面断面図である。

図１及び図２に示すように、変速機の出力軸等の回転軸（図示せず）には、渦電流が生起されるドラム状のロータ（制動ドラム）１が取り付けられている。ロータ１は、導電体且つ磁性体（強磁性体、軟磁性体等、以下同じ）の材料（例えば低炭素鋼、鋳鉄等、以下同じ）からなる。ロータ１の外周面には、渦電流によって生じた発熱を放熱するための放熱フィン２が設けられている。

ロータ１の内方には、変速機のケーシング等の固定系（図示せず）に取り付けられたステータ３が配置されている。ステータ３は、固定系に支持され、非磁性体の材料（例えば、アルミ等の低透磁率材料、以下同じ）からなる中空環状のケーシング４と、ロータ１に対向させて配置され、ケーシング４の内部にブッシュ５を介して回転軸廻り回動自在に収容された第一磁石支持環（内側磁石支持環）６と、第一磁石支持環６とロータ１との間に配置され、ケーシング４の外周部に一体的に設けられた第二磁石支持環（外側磁石支持環）７と、第一磁石支持環６を回動させるアクチュエータ（図示せず）とを有して構成されている。

第一磁石支持環６は、周方向に所定間隔を隔てて、且つ、ロータ１に向く磁極を交互に反転させて整列された複数の永久磁石１０と、永久磁石１０の磁極のうちロータ１とは反対側に向く磁極同士を連結し、磁性体の材料からなる磁性部材１１とを有している。つまり、第一磁石支持環６の永久磁石１０は、その径方向両端に磁極が形成されている。本実施形態では、第一磁石支持環６の磁性部材１１はリング状に形成されており、その磁性部材１１の外周面に各永久磁石１０が取り付けられている。周方向に隣接する永久磁石１０間には、非磁性体の材料からなる固定部材２１がボルト２２等を介して設けられており、各永久磁石１０を磁気的に隔絶しつつ磁性部材１１に固定するようになっている。本実施形態では、第一磁石支持環６の永久磁石１０は、その周方向長さが、後述する第二磁石支持環７の溝１５の周方向長さよりも長くなるように形成される。

第二磁石支持環７は、周方向に所定間隔を隔てて、且つ、周方向に向き合う磁極が同極に設定された複数の永久磁石１２と、周方向に隣接するこれら永久磁石１２間に介設され、磁性体の材料からなる磁性部材１３とを有している。つまり、第二磁石支持環７の永久磁石１２は、その周方向両端に磁極が形成されている。本実施形態では、第二磁石支持環７の磁性部材１３はリング状に形成されており、その磁性部材１３の内部に各永久磁石１２が埋設されている。また本実施形態では、第二磁石支持環７の永久磁石１２は、その周方向長さが第二磁石支持環７の溝１５の周方向長さよりも短くなるように形成される。

第二磁石支持環７における第一磁石支持環６側の面、つまり第二磁石支持環７の内周面には、第二磁石支持環７の各永久磁石１２と第一磁石支持環６との間に位置させて、溝１５が周方向に所定間隔を隔てて且つ軸方向に沿って複数設けられている。これら溝１５は制動をＯＦＦからＯＮに切り換える際のスイッチングトルクを低減させるためのものであり、各溝１５は、第二磁石支持環７の磁性部材１３に埋設された永久磁石１２の径方向内側に位置させて設けられている。本実施形態では、溝１５は、第一磁石支持環６の永久磁石１０のピッチと略等しいピッチで配置されている。

第二磁石支持環７の内周面には、各溝１５で区切られ、第一磁石支持環６側（径方向内側）に延出する磁極片（突起部）１６が周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。

各磁石支持環６、７の永久磁石１０、１２は、互いに同数に設定されている。また、第二磁石支持環７の永久磁石１２は、第一磁石支持環６の永久磁石１０よりも小さく、そのため第一磁石支持環６の永久磁石１０より磁力が弱く（磁束量が少なく）なっている。さらに、各磁石支持環６、７の磁性部材１１、１３は、ブロック体或いは電磁鋼板の積層体として形成される。

図３に示すように、第二磁石支持環７の各永久磁石１２（全ての永久磁石１２）はそれぞれ、その周方向中心線ａが径方向内側に位置する溝１５の周方向中心線ｂより周方向のいずれかの方向に所定のオフセット量ｃだけ偏らせて配置されている。本実施形態では、第二磁石支持環７の各永久磁石１２は、制動をＯＮからＯＦＦに切り換える際にアクチュエータにより第一磁石支持環６を回動させる方向（内環回動方向、図２参照）とは反対側の方向に偏らせて配置されている。また本実施形態では、第二磁石支持環７の各永久磁石１２はそれぞれ、その周方向両端が第二磁石支持環７の溝１５の周方向両端よりも周方向内側に位置される。

アクチュエータは、第一磁石支持環６と第二磁石支持環７との相対位置を制動位置と非制動位置とに切り換えるものである。本実施形態の制動位置は、周方向に隣接する第二磁石支持環７の永久磁石１２間に、それら永久磁石１２の磁極と同極である面がロータ１側に向く第一磁石支持環６の永久磁石１０が挟まれて、その永久磁石１０が第二磁石支持環７の永久磁石１２間に位置する磁極片１６に対向されるものである（図１参照）。また、本実施形態の非制動位置は、図１に示した制動位置から周方向に１／２ピッチを超え、且つ、１ピッチに満たない所定の回動幅（図示例では略２／３ピッチ）だけ第一磁石支持環６と第二磁石支持環７とがずれたものである（図２参照）。

次に、本実施形態の作用を説明する。

回転軸を減速制動する際（制動ＯＮ時）には、図１に示すように、第一磁石支持環６と第二磁石支持環７との相対位置が制動位置に設定される。このとき、各磁石支持環６、７の永久磁石１０、１２とロータ１との間に異極同士（Ｎ極とＳ極）を結ぶ磁気回路が形成される。これにより、ロータ１とステータ３との相対回転によってロータ１に渦電流が生起され、回転軸が減速制動される。

一方、減速制動を解除する際（制動ＯＦＦ時）には、図２に示すように、アクチュエータにより第一磁石支持環６を図１に示した制動位置から周方向に略２／３ピッチずれた位置に回動させて、第一磁石支持環６と第二磁石支持環７との相対位置を非制動位置へと切り換える。

すると、第一磁石支持環６の永久磁石１０と第二磁石支持環７の永久磁石１２との間に異極同士（Ｎ極とＳ極）を結ぶ短絡的な磁気回路Ｗ１（ロータ１に対する遮断回路）が形成されると共に、第一磁石支持環６の永久磁石１０と第二磁石支持環７の磁性部材１３との間に別の短絡的な磁気回路Ｗ２（ロータ１に対する遮断回路）が形成され、回転軸の減速制動が解除される。

本実施形態によれば、各磁石支持環６、７の永久磁石１０、１２間の磁路の距離（長さ）が第二磁石支持環７の永久磁石１２のＮ極側及びＳ極側の両方にて等しく、両磁石支持環６、７の永久磁石１０、１２の磁束がバランスよくつり合うようになる（図２参照）。よって、第一磁石支持環６の永久磁石１０により第二磁石支持環７の永久磁石１２の磁束を全て吸収することができるため、第二磁石支持環７の永久磁石１２の磁束がロータ１に洩れることはなく、ひきずりトルクの発生を防止することができる。

また本実施形態によれば、第一磁石支持環６の永久磁石１０の磁束のうち、第二磁石支持環７の永久磁石１２と磁気回路Ｗ１を形成しないものについては第二磁石支持環７の磁性部材１３との間に別の磁気回路Ｗ２を形成する（図２参照）。よって、第一磁石支持環６の永久磁石１０の磁力（磁束量）が第二磁石支持環７の永久磁石１２の磁力（磁束量）に比べて強く（多く）ても、上記の別の磁気回路Ｗ２を形成することにより第一磁石支持環６の永久磁石１０の磁束がロータ１に洩れることはなく、ひきずりトルクの発生を防止することができる。

以上要するに本実施形態によれば、第二磁石支持環７の各永久磁石１２を、その永久磁石１２の径方向内側に位置する溝１５の周方向中心線ｂより周方向に偏らせて配置したため、第一磁石支持環６を制動位置から周方向に１ピッチ回動させないで途中で止めた際に、第二磁石支持環７の永久磁石１２の磁束がロータ１に洩れるのを防止することができると共に、第一磁石支持環６の永久磁石１０の磁力が第二磁石支持環７の永久磁石１２の磁力に比べて強くても、第一磁石支持環６の永久磁石１０の磁束がロータ１に洩れるのを防止することができ、ひきずりトルクの発生を防止することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上述の実施形態では、アクチュエータにより第一磁石支持環６を回動させるとしたが、これには限定されず、第一磁石支持環６に代えて第二磁石支持環７を回動させるようにしても良く、第一磁石支持環６及び第二磁石支持環７を共に回動させるようにしても良い。

本発明の一実施形態に係る渦電流式減速装置の制動時を示す部分正面断面図である。 図１の実施形態に係る渦電流式減速装置の非制動時を示す部分正面断面図である。 第二磁石支持環の部分正面断面図である。 本発明者が開発中の渦電流式減速装置の制動時を示す部分正面断面図である。 本発明者が開発中の渦電流式減速装置の非制動時を示す部分正面断面図である。 本発明者が開発中の渦電流式減速装置の非制動時を示す部分正面断面図である。

符号の説明

１ ロータ
６ 第一磁石支持環
７ 第二磁石支持環
１０ 永久磁石
１１ 磁性部材
１２ 永久磁石
１３ 磁性部材
１５ 溝

Claims (2)

1. 回転軸に取り付けられたロータと、該ロータに対向させて配置され、周方向に所定間隔を隔てて且つ上記ロータに向く磁極を交互に反転させて整列された複数の永久磁石及びこれら永久磁石の磁極のうち上記ロータとは反対側に向く磁極同士を連結する磁性部材を有する第一磁石支持環と、該第一磁石支持環と上記ロータとの間に配置され、周方向に所定間隔を隔てて且つ周方向に向き合う磁極が同極に設定された複数の永久磁石及び周方向に隣接するこれら永久磁石間に介設された磁性部材を有する第二磁石支持環と、上記第一磁石支持環及び第二磁石支持環のうち少なくとも一方を周方向に回動させるアクチュエータとを備えた渦電流式減速装置において、
   上記第二磁石支持環における上記第一磁石支持環側の面に、上記第二磁石支持環の各永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置させて溝を周方向に所定間隔を隔てて複数設け、上記第二磁石支持環の各永久磁石を、その永久磁石と上記第一磁石支持環との間に位置する溝の周方向中心線より周方向のいずれかの方向に偏らせて配置したことを特徴とする渦電流式減速装置。
2. 上記アクチュエータが、上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環との相対位置を、周方向に隣接する上記第二磁石支持環の永久磁石間に、それら永久磁石の磁極と同極である面が上記ロータに向く上記第一磁石支持環の永久磁石を挟む制動位置と、この制動位置から周方向に１／２ピッチを超え且つ１ピッチに満たない所定の回動幅だけ上記第一磁石支持環と上記第二磁石支持環とがずれた非制動位置とのいずれかに設定するものである請求項１記載の渦電流式減速装置。
   

Images