JP6201793B2 - 渦電流式減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラックやバス等の車両に補助ブレーキとして搭載される渦電流式減速装置に関し、特に、制動力を発生させるために永久磁石を用いた渦電流式減速装置に関する。

一般に、永久磁石（以下、単に「磁石」ともいう）を用いた渦電流式減速装置（以下、単に「減速装置」ともいう）は、プロペラシャフト等の回転軸に固定した制動部材を備え、制動時に、磁石からの磁界の作用で、磁石と対向する制動部材の表面に渦電流を発生させ、これにより、回転軸と一体で回転する制動部材に回転方向と逆向きの制動力が生じ、回転軸を減速させるものである。減速装置は、制動力をもたらすために渦電流が発生させられる制動部材、及び磁石を保持して制動部材と対をなす磁石保持部材の形状に応じてドラム型とディスク型に大別され、制動と非制動とを切り替える構造も様々ある。

近年、装置の小型化への要請に対応するため、磁石を保持する磁石保持部材を回転軸に回転可能に支持し、制動時にその磁石保持部材を摩擦ブレーキによって静止させる減速装置が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。また、制動部材と磁石保持部材を入れ替え、磁石保持部材を回転軸に固定するとともに、制動部材を回転軸に回転可能に支持し、制動時にその制動部材を摩擦ブレーキによって静止させる減速装置も提案されている（例えば、特許文献５参照）。これらの減速装置は、以下に示すように、非制動時に磁石保持部材と制動部材が同期して回転することから、同期回転方式の減速装置と称される。

図１は、従来の同期回転方式の減速装置の構成例を示す縦断面図である。同図に示す減速装置はディスク型であり、制動部材としての制動ディスク１０１と、磁石保持部材としてその制動ディスク１０１の主面に対向し永久磁石１０５を保持する磁石保持ディスク１０４とを備える。

図１では、制動ディスク１０１は、プロペラシャフト等の回転軸１１１と一体で回転するように構成される。具体的には、回転軸１１１と同軸上に連結軸１１２がボルト等によって固定され、フランジ付きのスリーブ１１３がその連結軸１１２にスプラインで噛み合いながら挿入されてナット１１４で固定されている。制動ディスク１０１は、回転軸１１１と一体化されたスリーブ１１３のフランジにボルト等で固定され、これにより回転軸１１１と一体で回転するようになる。

制動ディスク１０１には、例えばその外周に放熱フィン１０２が設けられる。この放熱フィン１０２は、制動ディスク１０１と一体成形され、制動ディスク１０１そのものを冷却する役割を担う。制動ディスク１０１の材質は導電性材料であって、その中でも鉄等の強磁性材料や、フェライト系ステンレス鋼等の弱磁性材料といった磁性材料が好適である。制動ディスク１０１の材質は、導電性材料である限り、アルミニウム合金や銅合金のような非磁性材料でも良い。

図１では、磁石保持ディスク１０４は、回転軸１１１に対し回転可能に構成される。磁石保持ディスク１０４は、連結軸１１２と同心状の環状部材１０３と一体成形されたり、個別に成形されてボルト等で環状部材１０３に固定されたりしたものである。環状部材１０３は回転軸１１１と一体化されたスリーブ１１３に軸受１１５ａ、１１５ｂを介して支持され、これにより磁石保持ディスク１０４は回転軸１１１に対し自由に回転が可能になる。軸受１１５ａ、１１５ｂには潤滑グリスが充填され、この潤滑グリスは、環状部材１０３の前後両端に装着されたリング状のシール部材１１６ａ、１１６ｂにより漏出を防止される。

磁石保持ディスク１０４には、制動ディスク１０１の主面と対向する面に、円周方向にわたり複数の永久磁石１０５が固着される。永久磁石１０５は、磁極（Ｎ極、Ｓ極）の向きが磁石保持ディスク１０４の軸方向であり、円周方向に隣接するもの同士で磁極が交互に異なるように配置される。

図１では、磁石保持ディスク１０４には、永久磁石１０５の全体を覆うように、薄板からなる磁石カバー１２０が取り付けられる。この磁石カバー１２０は、鉄粉や粉塵から永久磁石１０５を保護するのみならず、永久磁石１０５の保有する磁力が熱影響で低下するのを防止するために、制動ディスク１０１から永久磁石１０５への輻射熱を遮る役割を担う。磁石カバー１２０の材質は、永久磁石１０５からの磁界に影響を及ぼさないように、非磁性材料である。

図１に示す減速装置は、制動時に磁石保持ディスク１０４を静止させる摩擦ブレーキとしてディスクブレーキを備える。このディスクブレーキは、磁石保持ディスク１０４の後方で環状部材１０３と一体のブレーキディスク１０６と、このブレーキディスク１０６を間に挟むブレーキパッド１０８ａ、１０８ｂを有するブレーキキャリパ１０７と、このブレーキキャリパ１０７を駆動させる電動式直動アクチュエータ１０９とから構成される。ブレーキディスク１０６は、ボルト等で環状部材１０３に取り付けられ、環状部材１０３と一体化される。

ブレーキキャリパ１０７は、前後で一対のブレーキパッド１０８ａ、１０８ｂを有しており、ブレーキパッド１０８ａ、１０８ｂの間にブレーキディスク１０６を配置し所定の隙間を設けて挟んだ状態で、バネを搭載したボルト等によりブラケット１１７に付勢支持される。このブラケット１１７は、車両のシャーシやクロスメンバー等の非回転部に取り付けられる。また、ブラケット１１７は、ブレーキディスク１０６の後方で環状部材１０３を包囲し、環状部材１０３に軸受１１８を介して回転可能に支持される。この軸受１１８にも潤滑グリスが充填され、この潤滑グリスは、ブラケット１１７の前後両端に装着されたリング状のシール部材１１９ａ、１１９ｂにより漏出を防止される。

ブレーキキャリパ１０７には、アクチュエータ１０９がボルト等で固定される。アクチュエータ１０９は、電動モータ１１０によって駆動し、電動モータ１１０の回転運動を直線運動に変換して後側のブレーキパッド１０８ｂをブレーキディスク１０６に向け直線移動させる。これにより、後側のブレーキパッド１０８ｂがブレーキディスク１０６を押圧し、これに伴う反力の作用で、前側のブレーキパッド１０８ａがブレーキディスク１０６に向け移動し、その結果、ブレーキディスク１０６を前後のブレーキパッド１０８ａ、１０８ｂで強力に挟み込む。

図１に示す減速装置において、非制動時は、ディスクブレーキ（摩擦ブレーキ）を作動させない状態にある。このとき、制動ディスク１０１が強磁性材料や弱磁性材料といった磁性材料からなる場合は、回転軸１１１と一体で制動ディスク１０１が回転するのに伴い、環状部材１０３と一体の磁石保持ディスク１０４が、永久磁石１０５と制動ディスク１０１との磁気吸引作用により、制動ディスク１０１と同期して回転する。このため、制動ディスク１０１と永久磁石１０５との間に相対的な回転速度差が生じないことから、制動力は発生しない。

制動ディスク１０１が非磁性材料からなる場合は、磁石１０５と制動ディスク１０１との間に磁気吸引力は働かないが、制動ディスク１０１が、磁石１０５が及ぼす磁界中を回転移動するのに伴い、磁界の作用によって制動ディスク１０１に渦電流が発生する。このため、制動ディスク１０１に制動力が発生し、磁石１０５はその反力を受け、制動ディスク１０１と同じ方向に回転する。すなわち、制動ディスク１０１と磁石１０５との間の相対回転速度差によって生じる制動力と、磁石１０５が回転することによって生じる軸受部の損失や磁石保持ディスク１０４の回転による空気抵抗の抗力とが釣り合うように、磁石１０５は制動ディスク１０１と同じ方向へ僅かな相対回転速度差を生じながら回転する。つまり、制動ディスク１０１が非磁性材料からなる場合は、磁石１０５が制動ディスク１０１と完全に同期して回転するわけではなく、僅かな回転速度差をもって連れまわりをしているが、実質的には同期して回転しており、非制動状態が保たれている。

一方、制動時は、ディスクブレーキ（摩擦ブレーキ）を作動させ、ブレーキディスク１０６がブレーキパッド１０８ａ、１０８ｂによって挟み込まれ、これにより環状部材１０３と一体の磁石保持ディスク１０４の回転が停止し、磁石保持ディスク１０４が静止する。制動ディスク１０１が回転している際に磁石保持ディスク１０４のみが静止すると、制動ディスク１０１と永久磁石１０５との間に相対的な回転速度差が生じるため、永久磁石１０５からの磁界の作用で、制動ディスク１０１の主面に渦電流が発生し、制動ディスク１０１を介して回転軸１１１に制動力を発生させることができる。

なお、制動時の状態は、制動ディスク１０１の材質が磁性材料であっても非磁性材料であっても、磁界の作用による制動の原理は同じであるが、材料の導電率や透磁率の差によって制動効率に差が生じる。このため、制動ディスク１０１の材質は磁気回路設計時に制動効率の要求に応じて適宜選定すればよい。

このように図１に示す減速装置は、制動部材としての制動ディスク１０１を回転軸１１１に固定するとともに、磁石保持部材としての磁石保持ディスク１０４を回転軸１１１に回転可能に支持した構成であるが、制動ディスク１０１と磁石保持ディスク１０４を入れ替えた構成でも成り立つ。すなわち、回転軸に固定する対象は磁石保持ディスクとし、回転軸に回転可能に支持する対象は制動ディスクとしてもよい。

この減速装置の場合、非制動時は、回転軸と一体で磁石保持ディスクが回転するのに伴い、環状部材と一体の制動ディスクが、磁石保持ディスクで保持する永久磁石との磁気吸引作用（制動ディスクが磁性材料の場合）又は磁界の作用（制動ディスクが非磁性材料の場合）により、磁石保持ディスクと同期して回転する。このため、制動ディスクと、磁石保持ディスクにおける永久磁石との間に相対的な回転速度差が生じないことから、制動力は発生しない。

一方、制動時は、ディスクブレーキの作動により環状部材の回転が停止し、制動ディスクが静止する。磁石保持ディスクが回転している際に制動ディスクのみが静止すると、制動ディスクと、磁石保持ディスクにおける永久磁石との間に相対的な回転速度差が生じるため、制動ディスクの主面に渦電流が発生する。すると、制動ディスクの主面に生じた渦電流と永久磁石からの磁束密度との相互作用によりフレミングの左手の法則に従い、回転する磁石保持ディスクに回転方向と逆向きの制動力が発生し、磁石保持ディスクを介して回転軸の回転を減速させることができる。

また、上記した同期回転方式の減速装置はディスク型であるが、ドラム型であっても成り立つ。

特開平４−３３１４５６号公報 実開平５−８０１７８号公報 特開２０１１−９７６９６号公報 特開２０１１−１３９５７４号公報 特開２０１１−１８２５７４号公報

上記した従来の同期回転方式の減速装置では、以下に示す問題がある。

（１）制動部材及び磁石保持部材のうちで回転軸に回転可能に支持された部材を制動時に静止させるために、摩擦ブレーキ（ディスクブレーキ）が不可欠であり、別個独立したブレーキディスクが必要とされる。このため、減速装置が軸方向に拡大せざるを得ず、装置の小型化が制限される。

（２）制動部材と磁石保持部材の磁石とに挟まれた空隙部は常時強い磁束が出ている状態なので、両者の隙間に、鉄粉等の強磁性材料の異物が侵入して付着し、次々と堆積して成長する事態が起こり得る。このような事態が起こった場合、制動部材と磁石との間に相対的な回転速度差が生じる制動時、制動部材や磁石（磁石カバーがある場合は磁石カバー）が異物と擦れ合い、制動部材や磁石が損傷したり、制動部材と磁石との相対的な回転が妨げられたりする。

（３）減速装置への本質的な要求として、制動力の向上が命題である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、下記の特性を有する同期回転方式の渦電流式減速装置を提供することである：
・装置の軸方向寸法を縮小すること；
・制動部材と永久磁石との隙間に異物が付着するのを防止すること；
・制動力を向上させること。

本発明の一実施形態である渦電流式減速装置は、
車両の回転軸に固定され、複数の永久磁石を円周方向にわたり保持した磁石保持部材と、
前記磁石保持部材を包囲するように一対の円板部及びこれらの円板部同士の外周部を連結する円筒部からなり、前記回転軸に回転可能に支持された制動部材と、
制動時に前記制動部材に摩擦部材を押し付けて前記制動部材を静止させる摩擦ブレーキと、を備える。
前記永久磁石は、前記円筒部の内周面及び前記一対の円板部それぞれの内面に対向し、磁極の向きが円周方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極が交互に異なって配置されており、
前記磁石保持部材は、円周方向に隣接する前記永久磁石同士の間に、前記円筒部の内周面に向けて前記永久磁石よりも伸び出した磁性材を含む仕切り部材を備え、
前記仕切り部材の内周側の端部が前記永久磁石の内周側の端部よりも外周側に配置されている。

上記の減速装置において、
前記仕切り部材の形状は直方体であり、
前記永久磁石の形状は外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなる楔形である構成とすることができる。

上記の減速装置において、
前記永久磁石の形状は直方体であり、
前記仕切り部材の形状は外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなる楔形である構成とすることもできる。

これらの減速装置の場合、
前記仕切り部材は、前記一対の円板部それぞれの内面に向けて前記永久磁石よりも伸び出していることが好ましい。

また、上記の減速装置において、
前記永久磁石の形状は直方体であり、
前記仕切り部材は、円周方向に隣接する前記永久磁石それぞれに接触する磁性材の薄板部と、外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなる硬質樹脂の楔部と、からなる構成とすることもできる。

この減速装置の場合、
前記薄板部は、前記一対の円板部それぞれの内面に向けて前記永久磁石よりも伸び出していることが好ましい。

以上の減速装置において、
前記摩擦ブレーキは、
前記摩擦部材として前記一対の円板部を間に挟む一対のブレーキパッドを有し、車両の非回転部に固定されたブレーキキャリパと、
このブレーキキャリパを駆動させ、前記一対のブレーキパッドを前記円板部に向けて移動させるアクチュエータと、からなる構成とすることができる。

本発明の渦電流式減速装置は、永久磁石を用いた同期回転方式の減速装置であって、下記の顕著な効果を有する：
・装置の軸方向寸法を縮小できること；
・制動部材と永久磁石との隙間に異物が付着するのを防止できること；
・制動力を向上できること。

図１は、従来の同期回転方式の減速装置の構成例を示す縦断面図である。 図２Ａは、本発明の第１実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、一部を断面で表した側面図を示す。 図２Ｂは、本発明の第１実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図２ＡのＡ−Ａ断面図である。 図２Ｃは、本発明の第１実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図２ＡのＢ−Ｂ断面の展開図である。 図３Ａは、本発明の第２実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、一部を断面で表した側面図を示す。 図３Ｂは、発明の第２実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図３ＡのＣ−Ｃ断面の展開図を示す。 図４は、本発明の第３実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図２ＡのＡ−Ａ断面に相当する断面図である。 図５Ａは、本発明の第４実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図２ＡのＡ−Ａ断面に相当する断面図である。 図５Ｂは、本発明の第４実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図２ＡのＢ−Ｂ断面に相当する展開図を示す。 図６は、本発明の第５実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図３ＡのＣ−Ｃ断面に相当する展開図である。 図７は、実施例１の数値解析結果をまとめた図である。 図８は、実施例２の数値解析結果をまとめた図である。 図９は、実施例３の数値解析結果をまとめた図である。

以下に、本発明の渦電流式減速装置の実施形態について詳述する。

＜第１実施形態＞
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第１実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図２Ａは一部を断面で表した側面図を示し、図２Ｂは図２ＡのＡ−Ａ断面図を示し、図２Ｃは図２ＡのＢ−Ｂ断面の展開図を示す。図２Ａ〜図２Ｃに示す第１実施形態の減速装置はドラム型に相当するものであり、永久磁石５を保持する磁石保持部材４と、この磁石保持部材４の全体を包囲する制動部材１とを備える。

制動部材１は、磁石保持部材４を包囲しつつ、回転軸１１に対し回転可能に構成される。具体的には、制動部材１は、磁石保持部材４の軸方向の前後に配置された一対からなるドーナツ形の円板部１ａ、１ｂと、これらの円板部１ａ、１ｂ同士の外周部を連結する円筒部１ｃとから構成される。各円板部１ａ、１ｂは、回転軸１１と一体化されたスリーブ１３に軸受１５ａ、１５ｂを介して支持される。これにより制動部材１は、一対の円板部１ａ、１ｂ及び円筒部１ｃが一体で、回転軸１１に対し自由に回転が可能になる。図２Ａでは、前側の円板部１ａと円筒部１ｃが一体成形され、これが後側の円板部１ｂとボルト等によって一体化された態様を示している。

制動部材１、特に円筒部１ｃの材質は、導電性材料であって、その中でも炭素鋼や鋳鉄等の強磁性材料や、フェライト系ステンレス鋼等の弱磁性材料といった磁性材料、又はアルミニウム合金や銅合金等の非磁性材料である。もっとも、これらの材料を制動部材１の母材とし、更に制動効率を向上させるため、円筒部１ｃの内周面の表層部は、銅や銅合金等の良導電性材料であるのがより好ましい。

制動部材１には、その外周に円筒部１ｃと一体成形された放熱フィン２が設けられる。なお、制動部材１の円板部１ａ、１ｂにおいて、放熱フィン２は、後述する摩擦ブレーキの摩擦部材の配設に支障が無い領域、例えば、外面の内周部の領域に設けてもよい。この放熱フィン２は、制動部材１そのものを冷却する役割を担う。

第１実施形態では、磁石保持部材４は、その外周に制動部材１の円筒部１ｃと同心状の磁石保持リング４ａを有し、回転軸１１と一体で回転するように構成される。具体的には、管状の連結軸１２が回転軸１１と同軸上にボルト等によって固定され、磁石保持部材４は、その連結軸１２に圧入されたスリーブ１３を介して連結軸１２に固定されている。これにより、磁石保持部材４は回転軸１１と一体で回転するようになる。

磁石保持部材４は、磁石保持リング４ａの外周面に、円周方向にわたり複数の永久磁石５が取り付けられている。永久磁石５は、制動部材１における一対の円板部１ａ、１ｂそれぞれの内面、及び円筒部１ｃの内周面に対向し、磁極（Ｎ極、Ｓ極）の向きが回転軸１１の円周方向、すなわち磁石保持部材４の円周方向であり、円周方向に隣接するもの同士で磁極が交互に異なるように配置される（図２Ｂ及び図２Ｃ参照）。

また、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、円周方向に隣接する永久磁石５同士の間には、永久磁石５に対する磁気回路を形成するために、磁性材を含む仕切り部材２０が配置され、この仕切り部材２０も磁石保持リング４ａに保持されている。仕切り部材２０は、円筒部１ｃの内周面に向けて永久磁石５よりも伸び出し、その外周側の先端面２０ｂが円筒部１ｃの内周面に対し僅かな隙間を空けて近接している（図２Ｂ参照）。

更に、仕切り部材２０は、その内周側の端部２０ａが永久磁石５の内周側の端部５ａよりも外周側に配置されている（図２Ｂ参照）。すなわち、仕切り部材２０は、永久磁石５の外周端の位置を始点とする内周側の径方向長さ（以下、「仕切り部材の径方向内周側長さ」ともいう）が、永久磁石５の径方向長さよりも短くなっている。図２Ｂには、永久磁石５と円筒部１ｃとの間の仕切り部材２０を通じた磁束の流れを点線矢印で示している。図２Ｃには、永久磁石５と一対の円板部１ａ、１ｂそれぞれとの間の仕切り部材２０を通じた磁束の流れを点線矢印で示している。

第１実施形態では、図２Ｂに示すように、仕切り部材２０の形状は直方体であり、回転軸１１の軸方向から見て矩形である。一方、永久磁石５の形状は楔形であり、回転軸１１の軸方向から見て、その厚みは、外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなっている。永久磁石５及び仕切り部材２０をそのような形状にすれば、磁石保持リング４ａ（磁石保持部材４）への永久磁石５及び仕切り部材２０の取付けに際し、磁石保持リング４ａの外周面に永久磁石５及び仕切り部材２０を交互に配列し、最後に楔形の永久磁石５を打ち込むことにより、磁石保持リング４ａに永久磁石５及び仕切り部材２０を容易に固定することができる。

磁石保持部材４、特に磁石保持リング４ａの材質は、永久磁石５に対する磁気回路を遮断するために、アルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料である。もっとも、回転軸１１へ接続される部分は非磁性材料でも磁性材料であっても良い。一方、仕切り部材２０の材質は、永久磁石５に対する磁気回路を形成するために、炭素鋼や鋳鉄等の強磁性材料や、フェライト系ステンレス鋼等の弱磁性材料といった磁性材料である。

図２Ａ〜図２Ｃに示す減速装置は、制動時に制動部材１を静止させる摩擦ブレーキを備える。この摩擦ブレーキは、制動部材１の外周部、すなわち円板部１ａ、１ｂそれぞれの外面の外周部を間に挟む摩擦部材としてのブレーキパッド８ａ、８ｂを有するブレーキキャリパ７と、このブレーキキャリパ７を駆動させる電動式直動アクチュエータ９と、から構成される。

ブレーキキャリパ７は、前後で一対のブレーキパッド８ａ、８ｂを有しており、ブレーキパッド８ａ、８ｂの間に制動部材１を配置し所定の隙間を設けて挟んだ状態で、バネを搭載したボルト等によりブラケット１７に付勢支持される。このブラケット１７は、車両の非回転部に取り付けられる。

また、ブラケット１７は、回転軸１１と一体化されたスリーブ１３に軸受１８を介して回転可能に支持される。もっとも、車両のトランスミッションの出力側に搭載される減速装置の場合、ブラケット１７は、トランスミッションカバー（非回転部）に固定すれば、軸受１８を介して支持する必要はない。トランスミッションカバーが軸受を介して支持されているからである。

ブレーキキャリパ７には、アクチュエータ９がボルト等で固定される。アクチュエータ９は、電動モータ１０によって駆動し、電動モータ１０の回転運動を直線運動に変換して後側のブレーキパッド８ｂを後側の円板部１ｂに向け直線移動させる。これにより、後側のブレーキパッド８ｂが後側の円板部１ｂを押圧し、これに伴う反力の作用で、前側のブレーキパッド８ａが前側の円板部１ａに向け移動し、その結果、制動部材１を前後のブレーキパッド８ａ、８ｂで強力に挟み込む。

このような構成の第１実施形態の減速装置では、非制動時は、摩擦ブレーキを作動させない状態にある。このとき、回転軸１１と一体で磁石保持部材４が回転するのに伴い、制動部材１が、これを構成する円筒部１ｃと、磁石保持部材４（磁石保持リング４ａ）で保持する永久磁石５（厳密には、仕切り部材２０）との磁気吸引作用（制動部材１が磁性材料の場合）又は磁界の作用（制動部材１が非磁性材料の場合）により、磁石保持部材４と同期して回転する。このため、円筒部１ｃ（制動部材１）と、磁石保持リング４ａにおける永久磁石５との間に相対的な回転速度差が生じないことから、制動力は発生しない。

一方、制動時は、摩擦ブレーキを作動させ、制動部材１が摩擦部材であるブレーキパッド８ａ、８ｂによって挟み込まれ、これにより制動部材１の回転が停止し、制動部材１が静止する。磁石保持部材４が回転している際に制動部材１のみが静止すると、円筒部１ｃ（制動部材１）と、磁石保持部材４における永久磁石５との間に相対的な回転速度差が生じるため、永久磁石５から仕切り部材２０を経た磁界の作用により、円筒部１ｃの内周面に渦電流が発生する。すると、制動部材１の円筒部１ｃの内周面に生じた渦電流と永久磁石５から仕切り部材２０を経た磁束密度との相互作用によりフレミングの左手の法則に従い、回転する磁石保持部材４に回転方向と逆向きの制動力が発生し、磁石保持部材４を介して回転軸１１の回転を減速させることができる。

第１実施形態の減速装置によれば、前記図１に示す従来の減速装置で必要とされる別個独立したブレーキディスク１０６が無くても、制動時に制動部材１に直接摩擦部材を押し付けて制動部材１を静止させることが可能であるため、装置の軸方向寸法を縮小することができる。しかも、磁石保持部材４の全体が制動部材１によって包囲されているため、制動部材１と磁石５との隙間が外部から隔離され、その隙間に外部から異物が侵入するのを防止でき、ひいては、その隙間への異物の付着を防止することが可能となる。これにより、異物付着に起因した制動部材１や磁石５の損傷を防止することができ、制動部材１と磁石５との円滑な相対回転を確保することができる。

また、第１実施形態では、制動部材１を構成する円板部１ａ、１ｂ及び円筒部１ｃのうちで回転中心から離れた円筒部１ｃの内周面に渦電流が発生するため、大きい制動トルクがもたらされる。更に、第１実施形態では、仕切り部材２０の内周側の端部２０ａが永久磁石５の内周側の端部５ａよりも外周側に配置されているので、制動力が一層向上する。その理由を以下に示す。

永久磁石５からの磁束は、永久磁石５のＮ極に接触した一方の仕切り部材２０を経て外部空間に漏れ、その一方の仕切り部材２０に永久磁石５を介して隣接した他方の仕切り部材２０を経て永久磁石５のＳ極に戻る。上記した減速装置においては、仕切り部材２０の外周側の先端面２０ｂから漏れた磁束は制動部材１の円筒部１ｃに導かれ、この円筒部１ｃに渦電流を発生させて制動力をもたらす（図２Ｂ参照）。一方、仕切り部材２０の内周側の先端面からは磁束は漏れない。非磁性材料からなる磁石保持リング４ａが存在するからである。仕切り部材２０の前後側部それぞれの先端面２０ｃからは、制動部材１の円板部１ａ、１ｂそれぞれに向けて磁束が漏れ、この磁束は、永久磁石５を介して隣接した仕切り部材２０に戻る（図２Ｃ参照）。

ここで、例えば、仕切り部材２０の内周側の端部２０ａが永久磁石５の内周側の端部５ａよりも内周側に配置されている場合、すなわち、仕切り部材２０の径方向内周側長さが永久磁石５の径方向長さよりも長い場合、永久磁石５からの磁束は、永久磁石５の内周側の端部５ａより内周側に超えた仕切り部材２０の内周側の端部２０ａから余計に漏れてしまう。このため、永久磁石５から漏れる磁束密度が全体として減少し、その結果、制動部材１の円筒部１ｃに導かれる磁束密度も減少することから、制動力の向上が制限される。

これに対し、第１実施形態の減速装置では、仕切り部材２０の内周側の端部２０ａが永久磁石５の内周側の端部５ａよりも外周側に配置されているので、永久磁石５の内周側の端部５ａより内周側の領域から余計に磁束が漏れることがない。従って、永久磁石５から漏れる磁束密度が全体として増加し、その結果、制動部材１の円筒部１ｃに導かれる磁束密度も増加することから、制動力が一層向上する。

＜第２実施形態＞
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図３Ａは一部を断面で表した側面図を示し、図３Ｂは図３ＡのＣ−Ｃ断面の展開図を示す。図３Ａ及び図３Ｂに示す第２実施形態の減速装置は、前記図２Ａ〜図２Ｃに示す第１実施形態の減速装置の構成を基本とするものであるが、前記第１実施形態とは以下の点で相違する。

第２実施形態の減速装置では、前記第１実施形態と同様に、仕切り部材２０は、円筒部１ｃの内周面に向けて永久磁石５よりも伸び出している。これに加え、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、仕切り部材２０は、一対の円板部１ａ、１ｂそれぞれの内面に向けて永久磁石５よりも伸び出し、その前後側部それぞれの先端面２０ｃが円板部１ａ、１ｂそれぞれの内面に対し僅かな隙間を空けて近接している。図３Ｂには、永久磁石５と一対の円板部１ａ、１ｂそれぞれとの間の仕切り部材２０を通じた磁束の流れを点線矢印で示している。

第２実施形態の場合、制動部材１の円板部１ａ、１ｂの材質は、導電性材料であって、その中でも炭素鋼や鋳鉄等の強磁性材料や、フェライト系ステンレス鋼等の弱磁性材料といった磁性材料、又はアルミニウム合金や銅合金等の非磁性材料である。もっとも、これらの材料を制動部材１の母材とし、更に制動効率を向上させるため、円板部１ａ、１ｂにおいて、磁石５と対向する内面の表層部は、銅や銅合金等の良導電性材料であるのがより好ましい。

このような構成の第２実施形態の減速装置では、非制動時は、回転軸１１と一体で磁石保持部材４が回転するのに伴い、制動部材１が、これを構成する円板部１ａ、１ｂ及び円筒部１ｃと、磁石保持部材４（磁石保持リング４ａ）で保持する永久磁石５（厳密には、仕切り部材２０）との磁気吸引作用（制動部材１が磁性材料の場合）又は磁界の作用（制動部材１が非磁性材料の場合）により、磁石保持部材４と同期して回転する。このため、制動部材１と、磁石保持リング４ａにおける永久磁石５との間に相対的な回転速度差が生じないことから、制動力は発生しない。

一方、制動時は、摩擦ブレーキの作動により制動部材１のみが静止するのに伴い、円板部１ａ、１ｂ及び円筒部１ｃ（制動部材１）と、磁石保持部材４における永久磁石５との間に相対的な回転速度差が生じるため、永久磁石５から仕切り部材２０を経た磁界の作用により、円板部１ａ、１ｂそれぞれの内面及び円筒部１ｃの内周面に渦電流が発生する。すると、制動部材１の円板部１ａ、１ｂそれぞれの内面及び円筒部１ｃの内周面に生じた渦電流と永久磁石５から仕切り部材２０を経た磁束密度との相互作用により、回転する磁石保持部材４に回転方向と逆向きの制動力が発生し、磁石保持部材４を介して回転軸１１の回転を減速させることができる。

従って、第２実施形態の減速装置でも、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。

特に、第２実施形態では、渦電流が制動部材１の円板部１ａ、１ｂの内面それぞれ及び円筒部１ｃの内周面に発生するため、制動力が３面からもたらされ、制動効率を更に向上させることが可能である。

＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図２ＡのＡ−Ａ断面に相当する断面図である。図４に示す第３実施形態の減速装置は、前記図２Ａ〜図２Ｃに示す第１実施形態の減速装置、並びに図３Ａ及び図３Ｂに示す第２実施形態の減速装置の構成の一部を変形したものである。

第３実施形態の減速装置では、図４に示すように、永久磁石５の形状は直方体であり、回転軸１１の軸方向から見て矩形である。一方、仕切り部材２０の形状は楔形であり、回転軸１１の軸方向から見て、その厚みは、外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなっている。永久磁石５及び仕切り部材２０をそのような形状にすれば、磁石保持リング４ａ（磁石保持部材４）への永久磁石５及び仕切り部材２０の取付けに際し、磁石保持リング４ａの外周面に永久磁石５及び仕切り部材２０を交互に配列し、最後に楔形の仕切り部材２０を打ち込むことにより、磁石保持リング４ａに永久磁石５及び仕切り部材２０を容易に固定することができる。

前記第１、第２実施形態の場合、永久磁石５の形状が楔形であるため、その独特な形状を確保しつつ適切な磁力を保有するように永久磁石５を製作することは、必ずしも容易とは言えない。この点、第３実施形態では、永久磁石５の形状が単なる直方体であるため、永久磁石５の製作が容易であるという利点がある。もっとも、第３実施形態の場合、仕切り部材２０の形状が楔形であるが、仕切り部材２０は磁力を保有するわけではないので、製作はそれほど難しくない。

勿論、第３実施形態の減速装置でも、前記第１、第２実施形態と同様の効果を奏する。

＜第４実施形態＞
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第４実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図５Ａは図２ＡのＡ−Ａ断面に相当する断面図を示し、図５Ｂは図２ＡのＢ−Ｂ断面に相当する展開図を示す。図５Ａ及び図５Ｂに示す第４実施形態の減速装置は、前記図２Ａ〜図２Ｃに示す第１実施形態の減速装置の構成を基本とした前記図４に示す第３実施形態の減速装置の構成の一部を変形したものである。

第４実施形態の減速装置では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、永久磁石５の形状は直方体であり、回転軸１１の軸方向から見て矩形である。一方、仕切り部材２０の形状は全体として楔形であり、回転軸１１の軸方向から見て、その厚みは、外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなっている。特に、第４実施形態では、仕切り部材２０は、円周方向に隣接する永久磁石５それぞれに接触する磁性材の薄板部２１と、外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなる硬質樹脂の楔部２２と、から構成される。薄板部２１は、円筒部１ｃの内周面に向けて永久磁石５よりも伸び出し、その外周側の先端面２１ｂが円筒部１ｃの内周面に対し僅かな隙間を空けて近接している。図５Ａには、永久磁石５と円筒部１ｃとの間の薄板部２１を通じた磁束の流れを点線矢印で示している。図５Ｂには、永久磁石５と一対の円板部１ａ、１ｂそれぞれとの間の薄板部２１を通じた磁束の流れを点線矢印で示している。

仕切り部材２０を構成する薄板部２１は折り曲げ加工が可能であり、その材質は、永久磁石５に対する磁気回路を形成するために、炭素鋼や鋳鉄等の強磁性材料や、フェライト系ステンレス鋼等の弱磁性材料といった磁性材料である。一方、仕切り部材２０を構成する楔部２２の材質は、硬質樹脂である限り特に限定はなく、例えば、自動車部品に用いられているＰＰ（ポリプロピレン）、ＡＢＳ樹脂、ＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）、ＰＭＭＡ（メタクリル樹脂）などの汎用樹脂を用いることができる。このような構成の仕切り部材２０は、素材の薄板を楔形に折り曲げ加工し、その内側に硬質樹脂を充填することにより、容易に製作することができる。

前記第１実施形態の構成を基本とした前記第３実施形態の場合、仕切り部材２０が一体の磁性材料からなるため、重量が重くなるという不都合がある。この点、第４実施形態では、仕切り部材２０が、磁性材料からなる薄板部２１と、硬質樹脂からなる楔部２２と、から構成されるため、軽量化を実現できるという利点がある。

勿論、第４実施形態の減速装置でも、前記第１、第３実施形態と同様の効果を奏する。

＜第５実施形態＞
図６は、本発明の第５実施形態である同期回転方式の減速装置の全体構成を示す模式図であり、図３ＡのＣ−Ｃ断面に相当する展開図である。図６に示す第５実施形態の減速装置は、前記図３Ａ及び図３Ｂに示す第２実施形態の減速装置の構成を基本とした前記図４に示す第３実施形態の減速装置の構成の一部を変形したものである。

第５実施形態の減速装置では、前記第４実施形態と同様に、仕切り部材２０を構成する薄板部２１は、円筒部１ｃの内周面に向けて永久磁石５よりも伸び出している。これに加え、図６に示すように、薄板部２１は、一対の円板部１ａ、１ｂそれぞれの内面に向けて永久磁石５よりも伸び出し、その前後側部それぞれの先端面２１ｃが円板部１ａ、１ｂそれぞれの内面に対し僅かな隙間を空けて近接している。図６には、永久磁石５と一対の円板部１ａ、１ｂそれぞれとの間の薄板部２１を通じた磁束の流れを点線矢印で示している。

第５実施形態の減速装置では、前記第４実施形態と同様の効果に加え、前記第２実施形態と同様の効果を奏する。

その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、制動時に摩擦部材が押し付けられる円板部（制動部材）の外面の外周部には、不用意な摩耗を低減させるために、熱処理や表面処理を施して表面硬度を高めたり、耐摩耗性に優れた鋼板を貼り付けたりしてもよい。制動部材がアルミニウム合金からなる場合であれば、耐摩耗性を向上する目的で陽極酸化被膜を表面に設けても良い。

また、制動時に制動部材を静止させる摩擦ブレーキとしては、電動式直動アクチュエータを駆動源とし、ブレーキパッドを制動部材（円板部）の外面に押し付けるものに限らず、電磁石を利用した電磁クラッチ機構によって、クラッチ板を摩擦部材として制動部材の外面に押し付けるものであってもよいし、ドラムブレーキ機構によって、ブレーキシューを摩擦部材として制動部材（円筒部）の外周面に押し付けるものであっても構わない。

本発明の効果を確認するため、下記の実施例１〜３の数値解析を実施した。

＜実施例１＞
実施例１は、前記図２Ａ〜図２Ｃに示す第１実施形態の減速装置の構成を前提とする。すなわち、仕切り部材の形状が直方体であって、制動部材の円筒部のみから制動力がもたらされる構成を前提とする。この構成を前提にし、永久磁石の外周端の位置を始点とする仕切り部材の内周側の径方向長さ（仕切り部材の径方向内周側長さ）を種々変更した条件で数値解析を実施して、各条件での制動力を導き出した。その際、永久磁石の径方向長さを４０．５ｍｍと一律にし、回転軸の回転数が１２００ｒｐｍであるときの制動力を評価した。

各条件での制動力の評価にあたり、仕切り部材の径方向内周側長さは、永久磁石の径方向長さに対する比率で整理した。この仕切り部材の径方向内周側長さの比は、仕切り部材の径方向内周側長さが永久磁石の径方向長さと同一の条件では１であり、仕切り部材の径方向内周側長さが永久磁石の径方向長さよりも短い条件では１よりも小さく、仕切り部材の径方向内周側長さが永久磁石の径方向長さよりも長い条件では１よりも大きくなることを意味する。

また、各条件での制動力は、仕切り部材の径方向内周側長さの比が１である条件、すなわち仕切り部材の径方向内周側長さが永久磁石の径方向長さと同一の条件での制動力（３５０Ｎｍ）に対する比率で整理した。この制動力の比は、１よりも大きいほど制動力がより向上し、１よりも小さいほど制動力がより低下することを意味する。

図７は、実施例１の数値解析結果をまとめた図である。仕切り部材の形状が直方体状であって、制動部材の円筒部のみから制動力がもたらされる構成の場合、図７に示すように、仕切り部材の径方向内周側長さの比が１よりも小さい条件、すなわち、仕切り部材の径方向内周側長さが永久磁石の径方向長さよりも短い条件で制動力が向上する。特に、仕切り部材の径方向内周側長さの比が０．８８程度であるとき、制動力の向上のピークが存在する。

図７に示す結果から、実施例１の場合、制動力を向上させるには、仕切り部材の径方向内周側長さの比は、０．７５〜０．９５の範囲内であることが好ましい。より好ましくは、０．８２〜０．９０の範囲内である。

＜実施例２＞
実施例２は、前記図３Ａ及び図３Ｂに示す第２実施形態の減速装置の構成を基本とした前記図４に示す第３実施形態の減速装置の構成を前提とする。すなわち、仕切り部材の形状が楔形であって、制動部材の円筒部のみならず一対の円板部からも制動力がもたらされる構成を前提とする。この構成を前提にし、上記の実施例１と同様に、仕切り部材の径方向内周側長さを種々変更した条件で数値解析を実施して、制動力を評価した。

図８は、実施例２の数値解析結果をまとめた図である。仕切り部材の形状が楔形であって、制動部材の円筒部及び一対の円板部から制動力がもたらされる構成の場合、図８に示すように、仕切り部材の径方向内周側長さの比が１よりも小さい条件、すなわち、仕切り部材の径方向内周側長さが永久磁石の径方向長さよりも短い条件で制動力が向上する。特に、仕切り部材の径方向内周側長さの比が０．９５程度であるとき、制動力の向上のピークが存在する。

図８に示す結果から、実施例２の場合、制動力を向上させるには、仕切り部材の径方向内周側長さの比は、０．８８〜１．００の範囲内であることが好ましい。より好ましくは、０．９３〜０．９７の範囲内である。

＜実施例３＞
実施例３は、前記図６に示す第５実施形態の減速装置の構成を前提とする。すなわち、仕切り部材が薄板部と楔部とからなり、制動部材の円筒部及び一対の円板部から制動力がもたらされる構成を前提とする。この構成を前提にし、上記の実施例１と同様に、仕切り部材の径方向内周側長さを種々変更した条件で数値解析を実施して、制動力を評価した。

図９は、実施例３の数値解析結果をまとめた図である。仕切り部材が薄板部と楔部とからなり、制動部材の円筒部及び一対の円板部から制動力がもたらされる構成の場合、図９に示すように、仕切り部材の径方向内周側長さの比が１よりも小さい条件、すなわち、仕切り部材の径方向内周側長さが永久磁石の径方向長さよりも短い条件で制動力が向上する。特に、仕切り部材の径方向内周側長さの比が０．９６程度であるとき、制動力の向上のピークが存在する。

図９に示す結果から、実施例３の場合、制動力を向上させるには、仕切り部材の径方向内周側長さの比は、０．９０〜１．００の範囲内であることが好ましい。より好ましくは、０．９３〜０．９７の範囲内である。

本発明の渦電流式減速装置は、あらゆる車両の補助ブレーキとして有用である。

１：制動部材、 １ａ、１ｂ：円板部、 １ｃ：円筒部、 ２：放熱フィン、
４：磁石保持部材、 ４ａ：磁石保持リング、
５：永久磁石、 ５ａ：永久磁石の内周側の端部、
７：ブレーキキャリパ、 ８ａ、８ｂ：ブレーキパッド、
９：電動式直動アクチュエータ、 １０：電動モータ、
１１：回転軸、 １２：連結軸、 １３：スリーブ、
１５ａ、１５ｂ：軸受、 １７：ブラケット、 １８：軸受、
２０：仕切り部材、 ２０ａ：仕切り部材の内周側の端部、
２０ｂ：仕切り部材の外周側の先端面、 ２０ｃ：仕切り部材の側部の先端面、
２１：薄板部、
２１ｂ：薄板部の外周側の先端面、 ２１ｃ：薄板部の側部の先端面、
２２：楔部

Claims (7)

1. 車両の回転軸に固定され、複数の永久磁石を円周方向にわたり保持した磁石保持部材と、
   前記磁石保持部材を包囲するように一対の円板部及びこれらの円板部同士の外周部を連結する円筒部からなり、前記回転軸に回転可能に支持された制動部材と、
   制動時に前記制動部材に摩擦部材を押し付けて前記制動部材を静止させる摩擦ブレーキと、を備え、
   前記永久磁石は、前記円筒部の内周面及び前記一対の円板部それぞれの内面に対向し、磁極の向きが円周方向であって、円周方向に隣接するもの同士で磁極が交互に異なって配置されており、
   前記磁石保持部材は、円周方向に隣接する前記永久磁石同士の間に、前記円筒部の内周面に向けて前記永久磁石よりも伸び出した磁性材を含む仕切り部材を備え、
   前記仕切り部材の内周側の端部が前記永久磁石の内周側の端部よりも外周側に配置されている、渦電流式減速装置。
2. 請求項１に記載の渦電流式減速装置において、
   前記仕切り部材の形状は直方体であり、
   前記永久磁石の形状は外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなる楔形である、渦電流式減速装置。
3. 請求項１に記載の渦電流式減速装置において、
   前記永久磁石の形状は直方体であり、
   前記仕切り部材の形状は外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなる楔形である、渦電流式減速装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の渦電流式減速装置において、
   前記仕切り部材は、前記一対の円板部それぞれの内面に向けて前記永久磁石よりも伸び出している、渦電流式減速装置。
5. 請求項１に記載の渦電流式減速装置において、
   前記永久磁石の形状は直方体であり、
   前記仕切り部材は、円周方向に隣接する前記永久磁石それぞれに接触する磁性材の薄板部と、外周側の端部が厚く内周側の端部に至るに従って次第に薄くなる硬質樹脂の楔部と、からなる、渦電流式減速装置。
6. 請求項５に記載の渦電流式減速装置において、
   前記薄板部は、前記一対の円板部それぞれの内面に向けて前記永久磁石よりも伸び出している、渦電流式減速装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の渦電流式減速装置において、
   前記摩擦ブレーキは、
   前記摩擦部材として前記一対の円板部を間に挟む一対のブレーキパッドを有し、車両の非回転部に固定されたブレーキキャリパと、
   このブレーキキャリパを駆動させ、前記一対のブレーキパッドを前記円板部に向けて移動させるアクチュエータと、からなる、渦電流式減速装置。

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