JP7239398B2 - brake device - Google Patents
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Description
本発明は、車両の駐車ブレーキとして利用可能なブレーキ装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a brake device that can be used as a parking brake for a vehicle.
例えば特許文献1は、磁束が通過することで粘性が高くなる作動流体を利用した回転ダンパーの技術を示している。また、特許文献1は、消費電力を小さくするために永久磁石と1つの電磁コイル7を利用することを示している。 For example, Patent Literature 1 discloses a rotary damper technique that utilizes a working fluid whose viscosity increases as magnetic flux passes through it. Patent document 1 also shows the use of permanent magnets and one electromagnetic coil 7 to reduce power consumption.
また、特許文献2のマグネットチャックは、フェライト磁石のような高保持力磁石と、アルニコ磁石のような低保持力磁石と、1つの励磁コイル2とを備え、励磁コイル2への通電を着脱時の切替時のみにするための技術を示している。 Further, the magnetic chuck of Patent Document 2 includes a high coercive force magnet such as a ferrite magnet, a low coercive force magnet such as an alnico magnet, and one excitation coil 2. It shows a technique for switching only when switching between.
また、特許文献3のブレーキシステムは、電磁ブレーキの作動時にコイルで消費する電力を低減するための技術を示している。また、特許文献3は1つの励磁コイル14と、第1永久磁石および第2永久磁石とを用いることを示している。
Moreover, the brake system of Patent Document 3 shows a technique for reducing the power consumed by the coil when the electromagnetic brake is activated. Moreover, Patent Document 3 shows the use of one
また、特許文献4の磁性体保持装置は、磁性体を保持するか、保持解除する際にのみ電源を必要とし、保持状態や保持解除状態を維持するときは、別の電源供給を必要としないことを目的としている。また、特許文献4は永久磁石と電磁石とを組み合わせると共に、1つのコイル21を用いて電流の向きを制御することを示している。
Further, the magnetic body holding device of Patent Document 4 requires power only when holding or releasing the magnetic body, and does not require a separate power supply when maintaining the held state or the held state. It is intended to Moreover, Patent Document 4 shows that a permanent magnet and an electromagnet are combined and a
例えば、MR(Magneto Rheological)流体のような磁気機能性流体を利用することにより、車両用のブレーキ装置を構成することが可能である。すなわち、MR流体のような機能性材料は、磁場の印加により見かけ上の粘度が変化するので、MR流体に印加される磁場を調整し、ブレーキの回転部材と静止部材との間の相対移動に対する制動力を発生させることができる。 For example, by using a magnetic functional fluid such as an MR (Magneto Rheological) fluid, it is possible to construct a brake device for a vehicle. That is, since the apparent viscosity of a functional material such as an MR fluid changes with the application of a magnetic field, the magnetic field applied to the MR fluid can be adjusted so that relative movement between the rotating and stationary members of the brake can be controlled. A braking force can be generated.
このような構成のブレーキ装置では、制動力のオンオフを切り替えるために、MR流体に印加する磁場のオンオフを切り替える必要がある。そこで、電気コイルの通電によりMR流体に印加する磁場を発生することが想定される。これにより、ブレーキのオンオフを容易に制御できる。 In such a brake device, it is necessary to turn on/off the magnetic field applied to the MR fluid in order to turn on/off the braking force. Therefore, it is assumed that a magnetic field to be applied to the MR fluid is generated by energizing the electric coil. This makes it possible to easily control the on/off of the brake.
一方、車両の駐車ブレーキとして利用されるブレーキ装置は、長時間に亘って連続的に制動状態を維持する必要があるため、電気コイルの通電により消費される電力の削減が重要になる。そこで、例えば特許文献1~特許文献4のように、永久磁石が発生する磁界を利用し、電気コイルが消費する電力を削減することが考えられる。 On the other hand, since a brake device used as a parking brake for a vehicle needs to maintain a braking state continuously for a long time, it is important to reduce the power consumed by energizing the electric coil. Therefore, as in Patent Documents 1 to 4, for example, it is conceivable to use the magnetic field generated by the permanent magnet to reduce the power consumed by the electric coil.
しかしながら、例えば特許文献1および特許文献4の技術では、電磁コイルを通電しない時に制動力をオンにすることは可能であるが、電磁コイルを通電しない時に制動力のオンオフを切り替えることができない。 However, for example, in the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 4, it is possible to turn on the braking force when the electromagnetic coil is not energized, but it is not possible to switch the braking force on and off when the electromagnetic coil is not energized.
また、車両用のブレーキ装置を構成する場合には、部品数の削減や新たな機能追加を可能にするために、車両が駐車しているときだけでなく、走行中などの状況においても、必要に応じて制動力のオンオフを制御できることが望ましい。 In addition, when configuring a vehicle brake system, in order to reduce the number of parts and add new functions, it is necessary not only when the vehicle is parked but also when the vehicle is running. It is desirable to be able to control the on/off of the braking force according to
しかし、特許文献2~特許文献4の技術を利用する場合には、永久磁石の磁界と電気コイルの通電による磁界との組合せだけを考慮しているので、制動力のオンオフ切替に時間がかかったり、制動力が不足する可能性が高い。例えば、電気コイルの発生する磁束が通過する磁気回路の中に永久磁石などの磁性体が含まれている場合には、永久磁石の透磁率が低いため磁気抵抗が増大する。そのため、電気コイルの通電時に磁気回路においてエネルギー効率が低下し、MR流体に印加される磁場が弱くなり、結果として十分な制動力を生じさせることができない可能性が高い。 However, when using the techniques of Patent Documents 2 to 4, only the combination of the magnetic field of the permanent magnet and the magnetic field generated by the energization of the electric coil is taken into account, so it takes time to switch the braking force on and off. , there is a high possibility that the braking force will be insufficient. For example, when a magnetic body such as a permanent magnet is included in the magnetic circuit through which the magnetic flux generated by the electric coil passes, the magnetic resistance increases because the magnetic permeability of the permanent magnet is low. Therefore, when the electric coil is energized, the energy efficiency in the magnetic circuit is lowered, the magnetic field applied to the MR fluid is weakened, and as a result, there is a high possibility that sufficient braking force cannot be generated.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の駐車時に消費する電力の削減を可能にすると共に、駐車時以外の状況においても必要に応じて制動力のオンオフを可能にし、且つ十分な制動力を発生することが可能なブレーキ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its object is to enable reduction of electric power consumed when the vehicle is parked, and to turn on/off the braking force as necessary even in situations other than parking. To provide a braking device capable of generating sufficient braking force.
前述した目的を達成するために、本発明に係るブレーキ装置は、下記(1)~(5)を特徴としている。
(1) 静止部材と、
前記静止部材と同軸上に配置され、前記静止部材に対し相対回転可能な回転部材と、
前記回転部材の周面に相対回転不能に支持された1枚以上の回転側ディスクと、
前記回転側ディスクに対し隙間を介して軸方向に対向配置された状態で、前記静止部材の周面に相対回転不能に支持された1枚以上の静止側ディスクと、
磁場の印加により見かけ上の粘度を調整可能な機能性材料と、
前記機能性材料に磁場を印加する為の第1コイルおよび第2コイルと、
前記第1コイルと前記第2コイルとの間に挟まれた状態で配置され、着磁および消磁が可能な物理特性を有する磁性体と、
を備え、前記静止側ディスクおよび前記回転側ディスクの少なくとも一方が前記機能性材料中に配置され、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電を個別に制御して、前記磁性体の着磁および消磁を実現すると共に、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電の有無に依存する制動モードおよび非制動モードと、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電状態とは無関係に制動力を維持する駐車ブレーキモードとを状況に応じて切り替える、
ブレーキ装置。
In order to achieve the above objects, the braking device according to the present invention is characterized by the following (1) to (5).
(1) a stationary member;
a rotating member arranged coaxially with the stationary member and rotatable relative to the stationary member;
one or more rotating disks supported on the peripheral surface of the rotating member so as not to rotate relative to each other;
one or more stationary-side discs that are axially opposed to the rotating-side disc with a gap therebetween and are supported on the circumferential surface of the stationary member so as not to rotate relative to each other;
a functional material whose apparent viscosity can be adjusted by applying a magnetic field;
a first coil and a second coil for applying a magnetic field to the functional material;
a magnetic body sandwiched between the first coil and the second coil and having a physical property capable of being magnetized and demagnetized;
wherein at least one of the stationary disk and the rotating disk is disposed in the functional material, and energization of the first coil and the second coil is individually controlled to magnetize the magnetic body and A braking mode and a non-braking mode depending on whether or not the first coil and the second coil are energized, and a braking force is maintained regardless of the energization state of the first coil and the second coil while realizing demagnetization. switch between the parking brake mode and the situation,
braking device.
(2) 前記第1コイル、前記第2コイル、および前記磁性体の外側を囲む位置に配置されたヨーク、を更に備え、
前記第1コイルと前記第2コイルとが平行に並べて配置され、
前記磁性体は、前記第1コイルと前記第2コイルとが同相で通電される際に、前記第1コイルが発生する磁界と前記第2コイルが発生する磁界とが相殺される位置に配置される、
上記(1)に記載のブレーキ装置。
(2) further comprising a yoke disposed at a position surrounding the first coil, the second coil, and the magnetic body;
The first coil and the second coil are arranged in parallel,
The magnetic body is arranged at a position where the magnetic field generated by the first coil and the magnetic field generated by the second coil cancel each other when the first coil and the second coil are energized in the same phase. Ru
The braking device according to (1) above.
(3) 前記駐車ブレーキモードに切り替える際に、前記第1コイルおよび前記第2コイルに対して互いに逆相の状態で一時的に通電し、前記磁性体を磁化してから前記通電を遮断する、
上記(1)又は(2)に記載のブレーキ装置。
(3) When switching to the parking brake mode, the first coil and the second coil are temporarily energized in opposite phases to magnetize the magnetic body, and then the energization is interrupted;
The braking device according to (1) or (2) above.
(4) 前記駐車ブレーキモードから前記制動モード又は前記非制動モードに切り替える際に、前記第1コイルおよび前記第2コイルに対して互いに逆相の状態で一時的に通電し、前記磁性体を消磁する、
上記(3)に記載のブレーキ装置。
(4) When switching from the parking brake mode to the braking mode or the non-braking mode, the first coil and the second coil are temporarily energized in opposite phases to demagnetize the magnetic body. do,
The braking device according to (3) above.
(5) 前記磁性体として、アルニコ磁石を有する、
上記(1)乃至(4)のいずれかに記載のブレーキ装置。
(5) having an alnico magnet as the magnetic body,
A brake device according to any one of (1) to (4) above.
上記(1)の構成のブレーキ装置によれば、機能性材料に対して磁場を印加することにより、回転側ディスクと静止側ディスクとの間の間隙を調整し、これらの相対移動に対する制動力を発生することが可能になる。また、着磁および消磁が可能な磁性体を採用すると共に、第1コイルおよび第2コイルの通電を個別に制御するので、磁性体を着磁状態および消磁状態に切り替えることができる。磁性体が着磁状態の場合には、第1コイルおよび第2コイルの通電の有無とは無関係に、磁性体が機能性材料に対して磁場を印加するので、制動力が発生し、駐車ブレーキモードが実現する。また、磁性体が消磁状態の場合には、第1コイルおよび第2コイルの通電により発生する磁場が機能性材料に印加されるので、通電状態に依存する制動力を発生することができ、制動モードおよび非制動モードを実現できる。また、磁性体は第1コイルと第2コイルとの間に挟まれた状態で配置されているので、第1コイルおよび第2コイルの個別通電制御により、磁性体に印加する磁界の向きを切り替えることが可能である。これにより、磁性体の着磁および消磁が可能になる。また、磁性体が第1コイルと第2コイルとの間に挟んだ状態で配置されているので、制動モードにおいて、磁性体の透磁率の影響を受けにくい状態になり、エネルギーの効率が改善される。したがって、制動力の低下を抑制できる。 According to the brake device having the configuration (1) above, by applying a magnetic field to the functional material, the gap between the rotating side disk and the stationary side disk is adjusted, and the braking force against the relative movement of these is applied. possible to occur. In addition, since a magnetic body that can be magnetized and demagnetized is employed and the energization of the first coil and the second coil is individually controlled, the magnetic body can be switched between a magnetized state and a demagnetized state. When the magnetic body is magnetized, the magnetic body applies a magnetic field to the functional material regardless of whether or not the first coil and the second coil are energized, thereby generating a braking force and a parking brake. mode is realized. Further, when the magnetic material is in a demagnetized state, the magnetic field generated by the energization of the first coil and the second coil is applied to the functional material. mode and non-braking mode can be realized. Further, since the magnetic body is sandwiched between the first coil and the second coil, the direction of the magnetic field applied to the magnetic body is switched by controlling the individual energization of the first coil and the second coil. Is possible. This enables magnetization and demagnetization of the magnetic material. In addition, since the magnetic body is sandwiched between the first coil and the second coil, in the braking mode, it is less susceptible to the magnetic permeability of the magnetic body, improving energy efficiency. be. Therefore, a decrease in braking force can be suppressed.
上記(2)の構成のブレーキ装置によれば、制動モードで磁性体の位置において、第1コイルが発生する磁界と第2コイルが発生する磁界とが相殺される。しかも、磁気抵抗の小さいヨークがその近傍に存在するので、第1コイルおよび第2コイルの磁束のほとんどは、ヨークを含む磁気回路を通過する。これにより、制動モードにおいて、透磁率が低く磁気抵抗が大きい磁性体の影響を排除することが可能になり、制動力の低下が防止される。 According to the brake device having the configuration (2) above, the magnetic field generated by the first coil and the magnetic field generated by the second coil cancel each other at the position of the magnetic body in the braking mode. Moreover, since the yoke with low magnetic resistance exists in its vicinity, most of the magnetic fluxes of the first coil and the second coil pass through the magnetic circuit including the yoke. As a result, in the braking mode, it is possible to eliminate the influence of a magnetic body having a low magnetic permeability and a large magnetic resistance, thereby preventing a decrease in braking force.
上記(3)の構成のブレーキ装置によれば、第1コイルおよび第2コイルに対して互いに逆相の状態で通電することにより、磁性体を所定の方向に磁化させることができる。そして、磁化された磁性体が発生する磁場が機能性材料に印加されるので、制動力が発生する。また、磁性体を磁化した後で第1コイルおよび第2コイルの通電を遮断するので、それ以降は電力を消費することなく駐車ブレーキモードを維持できる。 According to the brake device having the configuration (3) above, the magnetic body can be magnetized in a predetermined direction by energizing the first coil and the second coil in opposite phases. Since the magnetic field generated by the magnetized magnetic material is applied to the functional material, a braking force is generated. Moreover, since the energization of the first coil and the second coil is interrupted after the magnetic body is magnetized, the parking brake mode can be maintained without consuming electric power thereafter.
上記(4)の構成のブレーキ装置によれば、第1コイルおよび第2コイルに対して互いに逆相の状態で一時的に通電することにより、磁化している状態の磁性体と反対方向の磁場を発生し、磁性体を消磁することができる。したがって、制動モード又は非制動モードにおいては、磁性体の磁場の影響を受けることなく、制動力のオンオフを制御可能になる。 According to the brake device having the configuration (4) above, by temporarily energizing the first coil and the second coil in opposite phases, the magnetic field in the opposite direction to the magnetized magnetic body is generated. can be generated to demagnetize the magnetic material. Therefore, in the braking mode or the non-braking mode, it is possible to control the on/off of the braking force without being affected by the magnetic field of the magnetic material.
上記(5)の構成のブレーキ装置によれば、磁性体の着磁および消磁を容易に行うことが可能になる。すなわち、アルニコ磁石は保磁力が比較的小さく、周囲の磁界の影響で減磁しやすい物理特性を有しているので、第1コイルおよび第2コイルの発生する磁場をアルニコ磁石に印加することにより、その着磁および消磁を必要に応じて行うことができる。 According to the brake device having the configuration (5) above, it is possible to easily magnetize and demagnetize the magnetic body. That is, the alnico magnet has a relatively small coercive force and has physical properties that are easily demagnetized by the influence of the surrounding magnetic field. , its magnetization and demagnetization can be carried out as required.
本発明のブレーキ装置によれば、車両の駐車時に消費する電力の削減が可能であり、更に駐車時以外の状況においても必要に応じて制動力のオンオフが可能であり、且つ十分な制動力を発生できる。 According to the braking device of the present invention, it is possible to reduce the electric power consumed when the vehicle is parked, and furthermore, it is possible to turn on and off the braking force as necessary even in situations other than parking, and to provide sufficient braking force. can occur.
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Furthermore, the details of the present invention will be further clarified by reading the following detailed description of the invention (hereinafter referred to as "embodiment") with reference to the accompanying drawings. .
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。 Specific embodiments relating to the present invention will be described below with reference to each drawing.
<制動機構の構成例>
本実施形態の制動機構14を中央部で破断した状態の外観を図1に示す。また、図1中の破断部の主要な構造を図2に示す。また、図1および図2中の主要部の詳細を図3に示す。
<Configuration example of braking mechanism>
FIG. 1 shows the external appearance of the
図1に示した制動機構14は、一般的な自動車用のディスクブレーキと同様に、各車輪の近傍に配置され、車輪の回転に対して制動をかけるために利用される。また、この制動機構14は車両の走行中に制動をかけるためのサービスブレーキと、駐車時に車両が動かない状態を維持するための駐車ブレーキとのいずれにも利用できる。
The
制動機構14は、固定部材21、ディスクロータ22、および回転軸23を含んでいる。固定部材21は車体側に固定され、回転軸23は車輪に連結される。ディスクロータ22は、車輪の回転に伴って回転軸23と共に回転する。制動機構14のディスク部30は、固定部材21とディスクロータ22との間の相対移動を抑制するための制動力を必要に応じて発生することができる。
図2に示すように、制動機構14の断面において、ディスク部30の外周に電磁石コイル27A、アルニコ磁石32、および電磁石コイル27Bが配置され、これらの外側が電磁石ヨーク28で囲まれている。アルニコ磁石32は、ディスク部30と対向する状態で中央部に配置され、アルニコ磁石32の左側に電磁石コイル27Aが配置され、アルニコ磁石32の右側に電磁石コイル27Bが配置されている。
As shown in FIG. 2, in the cross section of the
電磁石コイル27Aは、非磁性体により構成されるコイル支持部材31Aの外周に巻回された絶縁電線により構成されている。また、電磁石コイル27Bは非磁性体により構成されるコイル支持部材31Bの外周に巻回された絶縁電線により構成されている。また、電磁石コイル27Aを構成する電線と、電磁石コイル27Bを構成する電線は、同じ向きで方向が揃うように互いに平行に配置されている。
The
なお、アルニコ磁石32は、一般的なアルニコ磁石と同様に、アルミニウム (Al)、ニッケル (Ni)、コバルト (Co) などを原料として鋳造された鋳造磁石であって、保磁力が比較的小さく、減磁しやすいという物理特性を有している。そのため、アルニコ磁石32に外部から磁場を印加することによりアルニコ磁石32を着磁することができ、反対方向の磁場を印加することにより、容易に消磁することができる。
The
本実施形態では、2つの電磁石コイル27A、27Bは、アルニコ磁石32の着磁用の磁場、アルニコ磁石32の消磁用の磁場、およびサービスブレーキ用の磁場を発生するために利用される。
In this embodiment, two
ディスク部30は、図3に示すように、複数枚の固定側ディスク21aと複数枚の回転側ディスク22aとがそれぞれ空間(間隙)25bを介して交互に配置された状態になっている。なお、固定側ディスク21aおよび回転側ディスク22aは、それぞれ最低1枚あればよい。
As shown in FIG. 3, the
複数枚の固定側ディスク21aは、それぞれ、固定部材21の周面に相対回転不能な状態で支持されている。また、複数枚の回転側ディスク22aは、それぞれ、ディスクロータ22の周面に相対回転不能な状態で支持されている。
The plurality of fixed-
図3に示すように、固定側ディスク21aと回転側ディスク22aとの間の空間25bにMR(Magneto Rheological Fluid)流体26が充填されている。MR流体26は、例えば油などの液体中に、鉄粉のような強磁性体粒子26aが多数分散した状態で存在しているものである。強磁性体粒子の粒径は、数[μm]程度である。MR流体26は、磁場の印加により見かけ上の粘度を調整できる機能性材料である。
As shown in FIG. 3, an MR (Magneto Rheological Fluid)
つまり、MR流体26の中に、固定側ディスク21aおよび回転側ディスク22aの少なくとも一方が配置されている。
That is, at least one of the
図3のようにMR流体26に磁場を印加すると、各空間25bのMR流体26において、多数の強磁性体粒子26aが互いに引きつけ合って鎖状のクラスターを形成する。このような状態で、固定側ディスク21aと回転側ディスク22aとの相対移動の動きに対して制動力が発生する。また、MR流体26に印加する磁場を解除すると、多数の強磁性体粒子26aが互いに分散して鎖状のクラスターがなくなるので、制動力も解除される。
When a magnetic field is applied to the
<ブレーキ装置の構成例>
本発明の実施形態におけるブレーキ装置の電気回路構成例を図4に示す。このブレーキ装置は、図1に示した制動機構14を含み、更に制動機構14の電磁石コイル27A、27B、およびアルニコ磁石32を制御するための制御要素として、ブレーキ制御部51およびドライバ回路52を含んでいる。
<Configuration example of brake device>
FIG. 4 shows an example of the electric circuit configuration of the braking device according to the embodiment of the present invention. This braking device includes the
ブレーキ制御部51は、例えばマイクロコンピュータを主体とする電子回路により構成され、車両におけるブレーキの制御を実施する。図4に示すように、サービスブレーキの指示信号SG1および駐車ブレーキの指示信号SG2がブレーキ制御部51に入力される。サービスブレーキの指示信号SG1は、例えばブレーキペダルの踏み込みのオンオフや、ストップランプのオンオフに連動する信号に相当する。駐車ブレーキの指示信号SG2は、駐車ブレーキのオンオフを指示する操作スイッチ等の状態に相当する。 The brake control unit 51 is composed of an electronic circuit mainly composed of a microcomputer, for example, and controls the brakes of the vehicle. As shown in FIG. 4 , a service brake instruction signal SG1 and a parking brake instruction signal SG2 are input to the brake control unit 51 . The service brake instruction signal SG1 corresponds to, for example, a signal interlocking with the on/off of depression of the brake pedal or the on/off of the stop lamp. The parking brake instruction signal SG2 corresponds to the state of an operation switch or the like that instructs the on/off of the parking brake.
ブレーキ制御部51は、サービスブレーキの指示信号SG1および駐車ブレーキの指示信号SG2に従い、ブレーキの動作モード切替指示を認識し、制動機構14の通電を制御するための通電制御信号SG3を生成する。詳細な動作は後で説明する。 The brake control unit 51 recognizes a brake operation mode switching instruction according to the service brake instruction signal SG1 and the parking brake instruction signal SG2, and generates an energization control signal SG3 for controlling energization of the brake mechanism . Detailed operation will be described later.
ドライバ回路52は、直流電源ラインVbおよびアースラインと接続されている。ドライバ回路52は、ブレーキ制御部51が出力する通電制御信号SG3に従い、電磁石コイル27Aおよび27Bの通電のオンオフと通電方向を個別に制御する。
例えば、サービスブレーキをオンにする場合には、ドライバ回路52は図4に矢印で示した電流Ia、Ibのように、同じ方向(同相)、且つ同じ大きさの電流を2つの電磁石コイル27A、27Bに同時に通電する。この場合、電磁石コイル27Aが発生する磁界Haと、電磁石コイル27Bが発生する磁界Hbとの合成により磁界Hcが形成され、磁界Hcの磁束は磁気抵抗の小さい電磁石ヨーク28に沿う位置を通過する。
For example, when turning on the service brake, the
また、アルニコ磁石32の位置では磁界Ha、Hbの方向が反対で大きさが同じになるため、これらが相殺される。つまり合成磁界Hcの磁束はアルニコ磁石32の位置を通過しない。そのため、サービスブレーキを使用する場合には、透磁率の低いアルニコ磁石32の影響を受けることなく高効率で、ディスク部30のMR流体26に磁場を印加することができる。
At the position of the
一方、駐車ブレーキを使用する場合には、ドライバ回路52は、2つの電磁石コイル27A、27Bに対して互いに逆相になる向きで電流Ia、Ibを通電し、電磁石コイル27A、27Bが発生する磁界Ha、Hbによりアルニコ磁石32を着磁する。また、ドライバ回路52は、着磁が完了した後に電磁石コイル27A、27Bの通電を遮断する。これにより、アルニコ磁石32の発生する磁場が電磁石ヨーク28を通りディスク部30のMR流体26に印加され、制動力が発生する。しかも、このときには電磁石コイル27A、27Bには通電されないので、駐車ブレーキを維持する場合の電力消費を避けることができる。
On the other hand, when the parking brake is to be used, the
駐車ブレーキを解除する場合には、ドライバ回路52は、2つの電磁石コイル27A、27Bに対して互いに逆相になる向きで電流Ia、Ibを通電し、磁化したときと反対方向の磁界を、例えば一定時間だけアルニコ磁石32に印加する。これにより、アルニコ磁石32が消磁され、MR流体26に印加される磁場がなくなる。そのため、駐車ブレーキが解除される。
When releasing the parking brake, the
<ブレーキ制御部の動作例>
ブレーキ制御部51の動作例を図5に示す。
ブレーキ制御部51は、信号SG1、SG2を入力することによりスイッチ等の状態をステップS11で読み取る。また、その状態に基づき、駐車ブレーキモードの切替指示をステップS12で識別する。「駐車ブレーキ」をオンに切り替える場合はS12からS13に進み、「駐車ブレーキ」をオフに切り替える場合はS12からS14に進み、切替の指示がない場合はS15に進む。
<Operation example of the brake control section>
FIG. 5 shows an example of the operation of the brake control section 51. As shown in FIG.
The brake control unit 51 receives the signals SG1 and SG2 to read the states of the switches and the like in step S11. Based on the state, an instruction to switch the parking brake mode is identified in step S12. If the "parking brake" is switched on, the process proceeds from S12 to S13; if the "parking brake" is switched off, the process proceeds from S12 to S14; otherwise, the process proceeds to S15.
ステップS13では、ブレーキ制御部51はアルニコ磁石32の着磁処理を実施する。すなわち、所定の通電制御信号SG3をドライバ回路52に与えることにより、2つの電磁石コイル27A、27Bに逆相で順方向に一定時間通電した後、これらの通電を遮断する。つまり、電磁石コイル27A、27Bが発生する磁界によりアルニコ磁石32の一端がN極、他端がS極になるように着磁する。その結果、アルニコ磁石32がディスク部30のMR流体26に磁場を印加し、ディスク部30が駐車用の制動力を発生する。この制動力は、電磁石コイル27A、27Bの通電を遮断した後も維持される。
In step S<b>13 , the brake control unit 51 performs magnetization processing of the
ステップS14では、ブレーキ制御部51はアルニコ磁石32の消磁処理を実施する。すなわち、所定の通電制御信号SG3をドライバ回路52に与えることにより、2つの電磁石コイル27A、27Bに逆相で、着時の場合と逆の方向に一定時間通電した後、これらの通電を遮断する。つまり、電磁石コイル27A、27Bが発生する磁界により着磁状態のアルニコ磁石32の磁力を徐々に減磁させて消磁する。消磁した後は通電は遮断される。その結果、ディスク部30のMR流体26に印加される磁場が消滅し、駐車用の制動力は解除される。
In step S<b>14 , the brake control unit 51 demagnetizes the
ブレーキ制御部51は、S11で読み取った状態に基づき、サービスブレーキの制動指示の有無をS15で識別する。そして、サービスブレーキオンの制動指示がある場合はS16に進み、サービスブレーキオフの制動指示がある場合はS17に進む。サービスブレーキオンの制動指示の場合は、所定の通電制御信号SG3をドライバ回路52に与えることにより、2つの電磁石コイル27A、27Bに同相で同一の電流を連続的に通電する(S16)。これにより、電磁石コイル27A、27Bの発生する磁場がディスク部30のMR流体26に印加され、ディスク部30が制動力を発生する。
Based on the state read in S11, the brake control unit 51 identifies in S15 whether or not there is a braking instruction for the service brake. If there is a braking instruction to turn on the service brake, the process proceeds to S16, and if there is a braking instruction to turn off the service brake, the process proceeds to S17. In the case of a braking instruction to turn on the service brake, a predetermined energization control signal SG3 is given to the
サービスブレーキオフの制動指示の場合は、所定の通電制御信号SG3をドライバ回路52に与えることにより、2つの電磁石コイル27A、27Bの通電を遮断する(S17)。これにより、ディスク部30のMR流体26に印加される磁場が消滅し、ディスク部30の制動力が解除される。
In the case of a braking instruction to turn off the service brake, a predetermined energization control signal SG3 is given to the
<磁気回路の構成>
図2に示した構造と対応する磁気回路の構成を図6に示す。この磁気回路における各記号の意味は次の通りである。
<Configuration of magnetic circuit>
FIG. 6 shows the configuration of the magnetic circuit corresponding to the structure shown in FIG. The meaning of each symbol in this magnetic circuit is as follows.
F_c1:電磁石コイル27Aの起磁力
F_c2:電磁石コイル27Bの起磁力
F_m: アルニコ磁石32の起磁力
R_d: 電磁石ヨーク28の箇所の磁気抵抗
R_m: アルニコ磁石32の箇所の磁気抵抗
F_c1: magnetomotive force of
ここで、起磁力F_c1で発生する磁束φ_A、起磁力F_c2で発生する磁束φ_B、磁気抵抗R_mの箇所の磁束φ_mとし、キルヒホッフの第2法則を適用して以下の計算を行う。
F_c1-F_m=R_d・φ_A+R_m・φ_A-R_m・φ_B (1)
φ_A=((R_m+R_d)F_c1-R_d・F_m+R_m・F_c2)/(R_d^2+2・R_m・R_d)
φ_B=((R_m+R_d)F_c2+R_d・F_m+R_m・F_c1)/(R_d^2+2・R_m・R_d)
Here, the magnetic flux φ_A generated by the magnetomotive force F_c1, the magnetic flux φ_B generated by the magnetomotive force F_c2, and the magnetic flux φ_m at the magnetic resistance R_m are applied, and the following calculation is performed by applying Kirchhoff's second law.
F_c1-F_m=R_d・φ_A+R_m・φ_A−R_m・φ_B (1)
φ_A=((R_m+R_d)F_c1−R_d・F_m+R_m・F_c2)/(R_d^2+2・R_m・R_d)
φ_B=((R_m+R_d)F_c2+R_d*F_m+R_m*F_c1)/(R_d^2+2*R_m*R_d)
ここで、電磁石コイル27A、27Bに同相で電流を通電する場合には次式が成立する。
φ_m=φ_A-φ_B=(R_d・F_c1-R_d・F_c2-2・R_d・F_m)/(R_d^2+2・R_m・R_d) (2)
式(2)が示すように、2つの電磁石コイル27A、27Bに流す電流の向きと大きさが同じ場合は、中央のアルニコ磁石32の箇所を磁束が通らず、磁気抵抗R_mの影響を受けない。
Here, when currents are applied in the same phase to the
φ_m=φ_A−φ_B=(R_d・F_c1−R_d・F_c2−2・R_d・F_m)/(R_d^2+2・R_m・R_d) (2)
As shown by the equation (2), when the directions and magnitudes of the currents flowing through the two
<各コイルの通電状態および磁束の状態>
<サービスブレーキ使用時>
サービスブレーキ使用時における各コイルの通電状態および磁束の状態をシミュレーションした結果を図7(a)、図7(b)に示す。図7(b)は図7(a)の内容を分かりやすく簡略化して示している。
<Electricity state and magnetic flux state of each coil>
<When using the service brake>
Figs. 7(a) and 7(b) show the results of simulating the energization state and magnetic flux state of each coil when the service brake is used. FIG. 7(b) shows the contents of FIG. 7(a) in a simplified manner for easy understanding.
図7(a)、図7(b)の状態では、電磁石コイル27A、27Bに共通の方向に、すなわち同相の電流を同じ大きさで連続的に流している。したがって、この状態では、アルニコ磁石32の起磁力F_mは0であり、電磁石コイル27Aの起磁力F_c1と電磁石コイル27Bの起磁力F_c2が等しい。
In the state of FIGS. 7(a) and 7(b), currents of the same magnitude are continuously passed through the
そのため、電磁石コイル27A、27Bの間の中央にあるアルニコ磁石32の位置では、互いに逆方向の電磁石コイル27Aの磁界と、電磁石コイル27Bの磁界とが相殺され磁束が通過しない。したがって、電磁石コイル27A、27Bの通電により発生する磁場が透磁率の小さいアルニコ磁石32の影響を受けることがなく、電磁石ヨーク28を経由して効率よくディスク部30に印加される。そのため、サービスブレーキを使用する際に、十分な制動力を効率よく発生できる。この場合の磁束は次式で表される。
φ_A=φ_B=((R_m+R_d)F_c1-R_d・F_m+R_m・F_c2 )/(R_d^2+2・R_m・R_d)(3)
Therefore, at the position of the
φ_A=φ_B=((R_m+R_d)F_c1−R_d・F_m+R_m・F_c2)/(R_d^2+2・R_m・R_d) (3)
<駐車ブレーキをオンに切り替える時>
駐車ブレーキをオンに切り替える際の各コイルの通電状態および磁束の状態をシミュレーションした結果を図8(a)、図8(b)に示す。図8(b)は図8(a)の内容を分かりやすく簡略化して示している。
<When turning on the parking brake>
FIG. 8(a) and FIG. 8(b) show the results of simulating the energization state and magnetic flux state of each coil when the parking brake is switched on. FIG. 8(b) shows the contents of FIG. 8(a) in a simplified manner for easy understanding.
図8(a)、図8(b)の状態では、アルニコ磁石32を着磁するために、電磁石コイル27A、27Bに互いに反対の方向に、すなわち逆相の電流を同じ大きさで所定時間だけ流している。この場合、着磁前の状態ではアルニコ磁石32の起磁力F_mは0であり、電磁石コイル27A、27Bの起磁力は、「F_c1=(-F_c2)」の関係にある。
In the states of FIGS. 8A and 8B, in order to magnetize the
したがって、図8(a)、図8(b)に示すように2つの電磁石コイル27A、27Bによる磁界がアルニコ磁石32に印加され、アルニコ磁石32は着磁する。着磁した後は、アルニコ磁石32の発生する磁場がディスク部30に印加され、駐車ブレーキの制動力の維持に利用される。
Therefore, as shown in FIGS. 8(a) and 8(b), a magnetic field is applied to the
この場合の磁束は次式で表される。
φ_A=-φ_B
=((R_m+R_d)F_c1-R_d・F_m+R_m・F_c2)/(R_d^2+2・R_m・R_d) (4)
The magnetic flux in this case is expressed by the following equation.
φ_A = -φ_B
= ((R_m+R_d)F_c1-R_d・F_m+R_m・F_c2)/(R_d^2+2・R_m・R_d) (4)
-<駐車ブレーキのオン状態を維持している時>
駐車ブレーキのオン状態を維持している時の各コイルの通電状態および磁束の状態をシミュレーションした結果を図9(a)、図9(b)に示す。図9(b)は図9(a)の内容を分かりやすく簡略化して示している。
- <When the parking brake is kept on>
FIG. 9(a) and FIG. 9(b) show the results of simulating the energization state and magnetic flux state of each coil when the parking brake is maintained in the ON state. FIG. 9(b) shows the contents of FIG. 9(a) in a simplified manner for easy understanding.
図9(a)、図9(b)の状態では、2つの電磁石コイル27A、27Bが共に非通電であるので、アルニコ磁石32の発生する磁場のみが電磁石ヨーク28を経由してディスク部30に印加され、駐車ブレーキ用の制動力が発生する。
9(a) and 9(b), the two
<駐車ブレーキをオフに切り替える時>
駐車ブレーキをオフに切り替える際の各コイルの通電状態および磁束の状態をシミュレーションした結果を図10(a)、図10(b)に示す。図10(b)は図10(a)の内容を分かりやすく簡略化して示している。
<When switching off the parking brake>
FIG. 10(a) and FIG. 10(b) show the results of simulating the state of energization of each coil and the state of magnetic flux when the parking brake is turned off. FIG. 10(b) shows the contents of FIG. 10(a) in a simplified manner for easy understanding.
図10(a)、図10(b)の状態では、アルニコ磁石32を消磁するために、電磁石コイル27A、27Bに、着磁したときと反対の向きで、逆相の電流を同じ大きさで所定時間だけ流している。
In the states of FIGS. 10(a) and 10(b), in order to demagnetize the
この場合の磁束は次式で表される。
-φ_A=φ_B
=((R_m+R_d)F_c1-R_d・F_m+R_m・F_c2)/(R_d^2+2・R_m・R_d) (5)
The magnetic flux in this case is expressed by the following equation.
- φ_A = φ_B
= ((R_m+R_d)F_c1-R_d・F_m+R_m・F_c2)/(R_d^2+2・R_m・R_d) (5)
<ブレーキ装置の利点>
上述のように、このブレーキ装置は、駐車ブレーキとサービスブレーキのいずれにも利用できる。また、駐車ブレーキを利用する際には、アルニコ磁石32が発生する磁場により電力消費することなくディスク部30の制動力を維持できる。また、サービスブレーキを利用する場合には、電磁石コイル27A、27Bの通電により、制動力のオンオフを素早く切り替えることが可能である。しかも、サービスブレーキを利用する場合に磁束がアルニコ磁石32を通過しない磁路を利用するので、効率よく磁場を発生し十分な制動力を得ることができる。
<Advantages of brake device>
As mentioned above, this braking system can be used as both a parking brake and a service brake. Further, when the parking brake is applied, the magnetic field generated by the
上述のブレーキ装置に関する特徴的な事項について、以下の[1]~[5]に簡潔に纏めて列挙する。
[1] 静止部材(固定部材21)と、
前記静止部材と同軸上に配置され、前記静止部材に対し相対回転可能な回転部材(ディスクロータ22)と、
前記回転部材の周面に相対回転不能に支持された1枚以上の回転側ディスク(22a)と、
前記回転側ディスクに対し隙間を介して軸方向に対向配置された状態で、前記静止部材の周面に相対回転不能に支持された1枚以上の静止側ディスク(固定側ディスク21a)と、
磁場の印加により見かけ上の粘度を調整可能な機能性材料(MR流体26)と、
前記機能性材料に磁場を印加する為の第1コイルおよび第2コイル(電磁石コイル27A、27B)と、
前記第1コイルと前記第2コイルとの間に挟まれた状態で配置され、着磁および消磁が可能な物理特性を有する磁性体(アルニコ磁石32)と、
を備え、前記静止側ディスクおよび前記回転側ディスクの少なくとも一方が前記機能性材料中に配置され、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電を個別に制御して、前記磁性体の着磁および消磁を実現すると共に、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電の有無に依存する制動モードおよび非制動モードと、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電状態とは無関係に制動力を維持する駐車ブレーキモードとを状況に応じて切り替える(S13,S14,S16,S17)、
ブレーキ装置。
[1] to [5] below summarize and enumerate the characteristic features of the brake system described above.
[1] a stationary member (fixed member 21);
A rotating member (disk rotor 22) arranged coaxially with the stationary member and capable of relatively rotating with respect to the stationary member;
one or more rotating discs (22a) supported on the peripheral surface of the rotating member so as not to rotate relative to each other;
one or more static-side discs (fixed-
a functional material (MR fluid 26) whose apparent viscosity can be adjusted by application of a magnetic field;
a first coil and a second coil (electromagnet coils 27A and 27B) for applying a magnetic field to the functional material;
a magnetic body (alnico magnet 32) sandwiched between the first coil and the second coil and having physical properties capable of being magnetized and demagnetized;
wherein at least one of the stationary disk and the rotating disk is disposed in the functional material, and energization of the first coil and the second coil is individually controlled to magnetize the magnetic body and A braking mode and a non-braking mode depending on whether or not the first coil and the second coil are energized, and a braking force is maintained regardless of the energization state of the first coil and the second coil while realizing demagnetization. switching between the parking brake mode and the parking brake mode depending on the situation (S13, S14, S16, S17);
braking device.
[2] 前記第1コイル、前記第2コイル、および前記磁性体の外側を囲む位置に配置されたヨーク(電磁石ヨーク28)、を更に備え、
前記第1コイルと前記第2コイルとが平行に並べて配置され、
前記磁性体は、前記第1コイルと前記第2コイルとが同相で通電される際に、前記第1コイルが発生する磁界と前記第2コイルが発生する磁界とが相殺される位置に配置される(図7(b)参照)、
上記[1]に記載のブレーキ装置。
[2] further comprising a yoke (electromagnet yoke 28) arranged at a position surrounding the first coil, the second coil, and the magnetic body,
The first coil and the second coil are arranged in parallel,
The magnetic body is arranged at a position where the magnetic field generated by the first coil and the magnetic field generated by the second coil cancel each other when the first coil and the second coil are energized in the same phase. (see FIG. 7(b)),
The braking device according to [1] above.
[3] 前記駐車ブレーキモードに切り替える際に、前記第1コイルおよび前記第2コイルに対して互いに逆相の状態で一時的に通電し、前記磁性体を磁化してから前記通電を遮断する(S13:図8(b)参照)、
上記[1]又は[2]に記載のブレーキ装置。
[3] When switching to the parking brake mode, the first coil and the second coil are temporarily energized in opposite phases to magnetize the magnetic body and then cut off the energization ( S13: See FIG. 8(b)),
The brake device according to the above [1] or [2].
[4] 前記駐車ブレーキモードから前記制動モード又は前記非制動モードに切り替える際に、前記第1コイルおよび前記第2コイルに対して互いに逆相の状態で一時的に通電し、前記磁性体を消磁する(S14:図10(b)参照)、
上記[3]に記載のブレーキ装置。
[4] When switching from the parking brake mode to the braking mode or the non-braking mode, the first coil and the second coil are temporarily energized in opposite phases to demagnetize the magnetic body. (S14: see FIG. 10(b)),
The braking device according to [3] above.
[5] 前記磁性体として、アルニコ磁石(32)を有する、
上記[1]乃至[4]のいずれかに記載のブレーキ装置。
[5] Having an alnico magnet (32) as the magnetic body,
The braking device according to any one of [1] to [4] above.
14 制動機構
21 固定部材
21a 固定側ディスク
22 ディスクロータ
22a 回転側ディスク
23 回転軸
25a,25b 空間
26 MR流体
26a 強磁性体粒子
27A,27B 電磁石コイル
28 電磁石ヨーク
29,Ha,Hb,Hc 磁界
30 ディスク部
31A,31B コイル支持部材
32 アルニコ磁石
51 ブレーキ制御部
52 ドライバ回路
Ia,Ib 電流
Vb 直流電源ライン
SG1 サービスブレーキの指示信号
SG2 駐車ブレーキの指示信号
SG3 通電制御信号
14
Claims (5)
前記静止部材と同軸上に配置され、前記静止部材に対し相対回転可能な回転部材と、
前記回転部材の周面に相対回転不能に支持された1枚以上の回転側ディスクと、
前記回転側ディスクに対し隙間を介して軸方向に対向配置された状態で、前記静止部材の周面に相対回転不能に支持された1枚以上の静止側ディスクと、
磁場の印加により見かけ上の粘度を調整可能な機能性材料と、
前記機能性材料に磁場を印加する為の第1コイルおよび第2コイルと、
前記第1コイルと前記第2コイルとの間に挟まれた状態で配置され、着磁および消磁が可能な物理特性を有する磁性体と、
を備え、前記静止側ディスクおよび前記回転側ディスクの少なくとも一方が前記機能性材料中に配置され、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電を個別に制御して、前記磁性体の着磁および消磁を実現すると共に、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電の有無に依存する制動モードおよび非制動モードと、前記第1コイルおよび前記第2コイルの通電状態とは無関係に制動力を維持する駐車ブレーキモードとを状況に応じて切り替える、
ブレーキ装置。 a stationary member;
a rotating member arranged coaxially with the stationary member and rotatable relative to the stationary member;
one or more rotating disks supported on the peripheral surface of the rotating member so as not to rotate relative to each other;
one or more stationary-side discs that are axially opposed to the rotating-side disc with a gap therebetween and are supported on the circumferential surface of the stationary member so as not to rotate relative to each other;
a functional material whose apparent viscosity can be adjusted by applying a magnetic field;
a first coil and a second coil for applying a magnetic field to the functional material;
a magnetic body sandwiched between the first coil and the second coil and having a physical property capable of being magnetized and demagnetized;
wherein at least one of the stationary disk and the rotating disk is disposed in the functional material, and energization of the first coil and the second coil is individually controlled to magnetize the magnetic body and A braking mode and a non-braking mode depending on whether or not the first coil and the second coil are energized, and a braking force is maintained regardless of the energization state of the first coil and the second coil while realizing demagnetization. switch between the parking brake mode and the situation,
braking device.
前記第1コイルと前記第2コイルとが平行に並べて配置され、
前記磁性体は、前記第1コイルと前記第2コイルとが同相で通電される際に、前記第1コイルが発生する磁界と前記第2コイルが発生する磁界とが相殺される位置に配置される、
請求項1に記載のブレーキ装置。 further comprising a yoke disposed at a position surrounding the first coil, the second coil, and the magnetic body;
The first coil and the second coil are arranged in parallel,
The magnetic body is arranged at a position where the magnetic field generated by the first coil and the magnetic field generated by the second coil cancel each other when the first coil and the second coil are energized in the same phase. Ru
2. Brake equipment according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載のブレーキ装置。 When switching to the parking brake mode, the first coil and the second coil are temporarily energized in opposite phases to magnetize the magnetic body, and then the energization is cut off.
3. Brake equipment according to claim 1 or claim 2.
請求項3に記載のブレーキ装置。 When switching from the parking brake mode to the braking mode or the non-braking mode, temporarily energizing the first coil and the second coil in opposite phases to demagnetize the magnetic body;
4. Brake equipment according to claim 3.
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のブレーキ装置。 Having an alnico magnet as the magnetic body,
Brake equipment according to any one of claims 1 to 4.
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